凹型弯曲件的冲压工艺及模具设计【说明书+CAD】
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凹型弯曲件的冲压工艺及模具设计【说明书+CAD】,弯曲,冲压,工艺,模具设计,说明书,CAD
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书 河南机电高等专科学校毕业设计（论文）任务书系 部： 材料工程系 专 业： 模具设计与制造 学生姓名: 王桂周 学 号: 0412226 设计(论文)题目： 型弯曲件的冲压工艺及模具设计 起 迄 日 期: 2007 年 3月 22 日 5月 22 日 指 导 教 师: 王强 于智宏 2007 年 3月 20 日 绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比距离相当大。一、 国内模具的现状和发展趋势(1)国内模具的现状 我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂家约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。(2)国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； 3）模具扫描及数字化系统； 4）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 5）发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 6）模具的精度将越来越高； 7）模具研磨抛光将自动化、智能化； 8）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；9）开发新的成形工艺和模具。二、国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45第一章 弯曲件工艺分析1.1 弯曲件工艺性分析工件名称：型弯曲件工件简图：如图所示生产批量：大批量材料：08钢材料厚度：2 mm图1制件图由上图可知,此工件为典型型弯曲件。材料为08钢，具有良好的弯曲性能适合弯曲成型加工。工件结构简单，除了装配尺寸，公差等级IT14级有严格要求外其余尺寸均为自由公差，工件整体上看，尺寸精度较高，普通弯曲成型不能完全满足要求,需要复合弯曲。1.2 弯曲件研究思路 本课题研究的思路: 型弯曲件模具的设计. 型弯曲件是最典型的弯曲件，其工作过程很简单就一个弯曲，根据实际确定它不能一次弯曲成功.因此，需要两次弯曲。从制件的成型原理和模具加工成本考虑，确定此次弯曲不采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工，模具必须有足够精度。要保证模具的精度，特别要保证导柱和导套的配合精度,保证导柱和导套的配合精度的同时,还要注意保证导柱和导套的刚度. 另外，模具的精度还和弯曲凸模与弯曲凹模工作配合精度有关设计时可能精度出现误差，应当边试冲边修改调整。只有加强弯曲变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定弯曲工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决弯曲变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。 本课题设计进度的安排如下：1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间15天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天； 4.模具的调试所用时间5天。第二章 弯曲工艺方案的确定2.1 方案介绍 该工件弯曲成型，可以一次弯曲成型，也可以二次弯曲成型如今有以下三种方案供选择：方案一：采用一次弯曲成型，单工序生产。如下图所示： 图2方案二：采用两次弯曲成型，先弯U型，再弯型，采用两套单工序模生产具体如下图所示：图a 为首次弯曲模具结构图；图b为第二次弯曲模具结构图。 a)首次弯曲 b)二次弯曲图3方案三：采用在一套模具上成型，复合模生产。 具体如下图所示：图42.2 方案分析：方案一、模具结构简单，生产制造成本低，但工件尺寸精度低，尤其是四个直角的精度难以得到保证。另外，在弯曲过程中，由于凸模肩部妨碍了坯料的转动，加大了坯料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁容易擦伤和变薄，成型后弯曲件两肩部与底面不平行。方案二、模具结构相对简单，生产成本较高，由于采用两副模具进行弯曲成形，从而可以避免了方案一中的缺陷，提高了弯曲件的质量，但由于采用两副模具进行生产，生产效率低，另外，凹模的强度不易保证。方案三、模具结构复杂，生产制造成本与方案二差不多，但是工件尺寸精度，位置精度容易保证，生产效率也高。综上所述，经过对三种方案的比较分析可见，该工件的弯曲成型生产采用方案三比较合理。第三章 设计计算3.1 主要设计计算3.1.1 弯曲件毛坯坯料尺寸的计算 L= 式中: L弯曲件毛坯长度（mm）; 弯曲件各直线段长度之和（mm）; 弯曲件各部分（圆弧部分）应变中性层展开长度之和（mm）;图5 由图可知：L=2+2+4 式中： 第一段圆弧部分应变中性层展开长度（mm）; 其中： =（85-54）/2-t-r =（80-54）/2-2-1 =10 mm =22-2（t+ r） =22-2（2+1） =16 mm =54-2 r =54-2 =52 查模具设计大典3得公式：=1.57式中：应变中性层的曲率半径（mm）；其中：= r+X t式中：X中性层位移系数，查冲压模具设计与制造教程，表3.4.1得X=0.25；所以：=1+0.25 X 2 =1.5 mm所以：=1.57 X 1.5 =2.355 mm 毛坯长度：L=2 X 10+2 X 16+52+4 X 2.36 =113.42 mm3.1.2 弯曲应力的计算该模具工件属于自由弯曲成型，所以U形件弯曲力： = 式中：自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力(N); B弯曲件的宽度,B=70 mm; t 弯曲材料的厚度(mm); r 弯曲件的内弯曲半径(mm); 材料的抗拉强度(MPa); K安全系数,一般取K=1.3。 = 32444.53 N3.1.3 压料力的计算根据公式(3.5.4),如果弯曲模设有顶出装置或压料装置时,其顶出力可以近似取自由弯曲力的30% 80%即: =(0.3 0.8) 在此取: =0.6 =0.6 X32444.53 =1946.72 N3.1.4 压力机公称压力的确定根据公式(3.5.5)即: (1.2 1.3) (+)式中: _弯曲应力 _压料力考虑到弯曲工件板料较厚,而且板宽也较大,压力机公称压力应取值偏大为宜。在此取: 1.3(+) =1.3 X (32444.53+1946.72) =44708.63 N根据计算结果,查表2-3初选压力机为：J23-10。3.2 弯曲模工作部分尺寸的设计 由方案三可知,所设计的复合模整个工作原理可分为两部分: U型弯曲和在U 型弯曲基础上的型弯曲。归根到底,其设计为U 型弯曲种类,所以,其设计可按U 型件设计方法设计因为=0.5, 值较小,所以取=r=1 mm3.2.2 凹模圆角半径根据实际生产经验可知: 当t = 2 4 mm 时, =(2 3) t从保证制件精度要求考虑,特别是所设计的弯曲复合模值不宜取大值。在此取：2 t2 X 24 mm 。3.2.3 凹模深度 图6 凹模深度过小,则坯料两端受压部分太多,工件回弹大,而且不平直,影响工件质量。如果过大,则浪费模具钢材,且需冲床有较大的工作行程。由前面计算可知弯曲件边长L=+ =10+16+2.36 =28.36 mm据边长L=28.36 mm 查表19.3-18得: = 20 mm3.2.4 凹凸模间隙计算查的U 型件弯曲的凸凹模单边间隙可按下式计算: C = + x t = t + + x t 式中: C弯曲凹、凸模单边间隙(mm); t工件材料厚度(基本尺寸) (mm); 工件材料厚度的正偏差(mm); X间隙系数,查表19.3-19得 X = 0.1 ; 所以: C = 2 + 0.006 + 0.1 x 2 =2.206 mm3.3 U 形弯曲凸凹模横向尺寸的设计 图7由工件图上可知:工件是内形标注的弯曲件,设计时应该以凸模为基准先确定凹模尺寸。再利用凸凹间隙求出凹模的尺寸。根据教程公式(3.944)与(3.9.5)得: 凸模尺寸为: = ( + 0.75 式中: 凸模横向尺寸(mm); 弯曲件横向的最小极限尺寸(mm); 弯曲件的尺寸公差(mm); 凸模的制造公差,采用IT7级。 所以: =(54 + 0.75 x 0.74 =54.56查表1-6标准公差数值IT7级得: =54056 mm凹模尺寸为: =( + Z 式中: 凹模横向尺寸(mm); Z凹凸模双面间隙(mm); 凹模的制造公差,取IT8级得: = (54.56 + 4.412 = 58.972查表1-6标准公差值IT 8级得: = 58.9723.4 弹簧的选用 弹簧是模具中广泛应用的弹性元件,主要为弹性卸料用.3.4.1每个弹簧力计算 根据模具安装位置,选定4个弹簧,每个弹簧的弹顶力为: / N 式中: 弹簧复位的弹顶力(N),在此=44708.63 N ; 弹簧的预顶力(N); N弹簧数量。 / N = 44708.63/4 = 11177.19 N) 查 GB/T2089-94表有关弹簧规格,初选规格为35 mm x 10 mm x 300 mm,具体参数是D=35 mm , d = 10 mm , t =21.7 mm = 27806 N , = 125 mm , = 300 mm , n = 12.5。3.4.2弹簧预压缩量 = 式中: 弹簧预压缩量(mm); 弹簧最大允许负荷(N)。 所以: = x 125 =50.23 mm3.4.3 弹簧校核弹簧实际工作总压缩量: = + 式中: 弹簧工作行程 (mm); = + 式中: 凸模进入凹模深度22 mm ; 摆块进行二次弯曲工作时,凸模下滑行程50 mm 。 所以: = 22 + 50 = 72 mm = + = 50.23 + 72 = 122.23 mm 显然, + 由前面弯曲件坯料尺寸计算可知, = 10 mm , = 2.355 mm 。 所以: 10 + 2.355 =12.355 mm综合考虑模具刚度和生产成本,在此取 = 14 mm 。 所以: L = 58.972 + 2 x 14 = 86.976 mm 在此,取L = 87 mm 。 高度方向: = + 式中: 首次弯曲凸模进入凹模的深度 = 22 mm ； 压板高度（mm），= 23 mm 。所以： = 22 + 23 = 45 mm凹模其余尺寸的设计和凹模结构的具体设计可参见后面的凹模结构零件图所示。5.3 摆块的结构的设计5.3.1 摆块的结构草图如下所示：图11摆块草图5.3.2 摆块的主要尺寸的设计圆角半径R：R = / 2 式中： 摆块的厚度（mm），根据摆块的工作受力情况和生产成本考虑在此选 = 16 mm 。 所以：R = 16 / 2 = 8 mm摆块宽度B：B = = 70 mm 式中： 弯曲坯料的板宽70 mm。摆块的工作原理图如下所示：图12摆块工作原理 由上面摆块工作原理得L的计算公式如下： L = + + 式中： 模侧壁的厚度，= 14 mm； 坯料厚度，= 2 mm； 摆块厚度，= 16 mm。 L = 14 + 2 + 16 / 2 =24 mm摆块的其余尺寸设计与及具体结构可参见后面摆块零件图所示。5.4 定位零件的设计坯料的定位采用限位钉前方定位和定位块左右定位，限位钉与凸模顶孔采用H7 / n6配合固定,定位块采用销钉定位,螺杆固定在下模座上。5.4.1 限位钉的设计限位钉的结构草图如下所示:图13限位螺钉结构草图由于限位钉只起限位作用,基本上不受过大的力作用,所以限位钉尺寸设计如下即可满足使用要求: = 5 mm D = 8 mm h = 5 mm其余尺寸设计见后面限位钉零件图所示。5.5 定位块的设计 定位块的结构草图如下所示:图14定位块结构草图定位块主要工作尺寸H可按以下公式计算: H = + t + 式中: H 定位块主要工作尺寸(mm); 凹模高度, = 114 mm ; t 坯料厚度, t = 2 mm ; 为定位可靠,设定的自由高度,在此选定= 5 mm。 所以: H = 114 + 2 + 5 =121 mm定位块的其余尺寸设计及具体结构可参见后面定位块零件图所示。5.6 弹顶部件的设计由于工件弯曲受力较大，在此采用弹簧作弹性元件。弹簧具有弹压力大，弹顶灵活等优点。该模具采用4根弹簧，上下垫板和4螺杆组成弹顶部件。5.6.1 垫板的设计由模具结构所限，上下垫板均是圆形结构，主要设计如下：上垫板： 直径115 mm ,厚度12 mm ；下垫板： 直径115 mm ,厚度12 mm ；上下垫板均采用45钢制造，淬火硬度40 45 HRC 。其具体结构见后面垫板零件图所示。5.6.2 导板的设计导板主要起导向定位作用，选用材料T8A，淬火硬度58 60 HRC。制造尺寸：143 mm x 115 mm x 8 mm 。其具体结构以及尺寸设计见后面垫板零件图所示。第六章 压力机的参数与较核 由前面压力机公称压力计算初选的压力机型号：J23-10，查模具实用技术手册表2-3得压力机主要技术参数如下：公称压力：100 KN ；滑块行程：45 mm ；最大闭合高度：180 mm ；最大装模高度：180 mm ；连杆调节长度：35 mm ；工作台尺寸（前后x左右）：130 mm x 200 mm ；垫板尺寸（厚度）：35 mm ；模柄孔尺寸：30 mm x 60 mm ；最大倾斜角度： 由上述技术参数可知，所选压力机J23-10型号可用。第七章 模具零件的加工工艺 7.1 凸模的加工工艺过程表1凸模加工工艺卡工序号工序名称工序内容1备料锯床下料80 mm x 130 mm 2煅造煅成94 mm x 58 mm x 120 mm3热处理退火，硬度 229 HBS4刨刨六面，互为直角92 mm x 58 mm x 120 mm5平磨磨六方91 mm x 55 mm x 115 mm 6数控铣铣出摆块安装槽7热处理淬火硬度58 60 HRC8磨1、 磨外形至图纸要求尺寸，90 mm x 54 mm x 114 mm 。2、 磨安装槽至图纸要求尺寸，70 mm x 16 mm x 84 mm 。9钳1、 倒角去毛刺。2、 画线、钻孔、攻螺纹、精修等。3、 研磨销孔。4、 精修全部达设计要求。7.2 凹模的加工工艺过程表2凹模加工工艺卡工序号工序名称工序内容1下料锯床下料85 mm x 120 mm 2锻造煅成90 mm x 82 mm x 92 mm 3热处理退火,硬度退火，硬度229 HBS4刨刨外形与凹模腔，留2 mm 余量。5磨磨外形与凹模腔，留0.5 mm 余量。6铣树控铣，铣20孔与16孔，留0.5余量。7热处理淬火硬度58 60 HRC8磨磨至图纸要求9钳倒角、去毛刺、精修、研磨凹模腔，16孔。第八章 模具的装配模具的装配全过程如下表格所示：表3装配工序卡序号工序工艺说明1凸凹模预配1、 装配前仔细检查凸模形状、尺寸以及凹模的形状与尺寸，是否符合图纸要求尺寸精度，形状精度。2、 将凸模与凹模相配，检查加工是否均匀。不适合者，应重新修磨或者更换。2凸模装配以凸模为基准，安装好限位钉，摆块。3装配下模1、 把导板与下模座安装好。2、 把弹顶部件安装到下模座上。3、 安装凸模，由上端把已经安装好的凸模部件压入导板孔至上垫板接触，用螺钉把凸模与上垫板连接拧紧。4、 安装定位块，把定位块安装到下模座上。4上模安装把压杆插入凹模后与压板连接好，拧紧。5安装模具分别把上模部分，下模部分安装到压力机工作台上，并调出合理的间隙。6试冲与调整开机试冲并根据试冲的结果作出相应的调整。第九章 模具试冲下表分别列出了模具在试冲时常见的故障，原因和调整方法：表4模具在试冲时常见的故障，原因和调整方法常见故障产生原因调整方法弯曲角度不够1、 凸凹模的回弹角制造过小2、 凸模进入凹模的深度太浅3、 凸、凹模间隙过大4、 试模材料不对5、 弹顶器的弹力太小1、 加大回弹角2、 调整冲模闭合高度3、 调整间隙值4、 更换试冲材料5、 加大弹顶器的弹顶力弯曲位置偏移1、 定位块的位置不对2、 凹模两侧进口圆角大小不等，材料滑动不一致3、 没有压料装置或者压料装置的压力不足和压板位置过低4、 凸模没有对正凹模1、 调整定位板位移2、 修磨凹模圆角3、 加大压料力4、 调整凸凹模位置冲件的尺寸过长或者不足1、 凸凹模之间的间隙过小，材料被拉长2、 压料装置压力过大，将材料拉长3、 设计时计算错误或不正确1、 调整凸凹模间隙2、 减小压料力3、 改变坯料尺寸冲件外部有光亮的凹陷1、 凹模的圆角半径过小，冲件表面被划痕2、 凸、凹模之间的间隙不均匀3、 凸、凹模表面粗糙度太大1、 加大圆角半径2、 调整凸、凹模间隙3、 抛光凸、凹模表面设计总结通过冲压课程设计，我进一步巩固了冲裁理论知识。并且也加深了相关理论知识的认识。同时熟练掌握了专业工具书的使用方法。在整个过程中，增强了自己的动手能力及独立思考解决问题的能力。当然，由于本人水平有限及缺乏生产实际经验，该设计难免存在不足之处。希望老师对此提出批评意见，在此表示万分的感谢。致谢毕业设计是我们进行完了三年的模具设计与制造专业课程后进行的，它是对我们三年来所学课程的又一次深入、系统的综合性的复习，也是一次理论联系实践的训练。它在我们的学习中占有重要的地位。通过这次毕业设计使我在温习学过的知识的同时又学习了许多新知识，对一些原来一知半解的理论
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