保持架冲压成型工艺与模具设计【2套】【含若干CAD图纸】
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保持架冲压成型工艺与模具设计 1 绪论 1.1 冲压工艺的应用冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证，所以质量稳定，一般不需再经过机械工业加工便可使用。冲压加工不一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。因此，冲压工艺是一种产品质量较好而且成本低的加工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。冲压工艺在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。1.2 冲压工艺的历史发展我们的祖先早在青铜器时期就已经发现金属具有锤击变形的性能。可以肯定，中国远在2400年前已经掌握了锤击金属以制造兵器和工具的技术。因为钢铁材料在冷态下进行塑性加工需要很大的力和功，所以冷压钢铁的技术在古代是不可能性广泛使用的。当人们发现金、银、铜等金属塑性较好，变形时不需要较大的力时，锤击压制技术迅速向金、银、铜的装饰品和日用品范围发展。在西安的陕西省博物馆中陈列的一个汉代（公元前206至公元220）的量器，厚度约2mm，制作精美，花纹细致，就在今天看来，也算是一个精制品。这充分显示了我国古代劳动人民高度精巧的手工艺技术水平。1.3 冲压工艺的现状改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现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企业的生存空间。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。1.4 未来冲压模具制造技术发展趋势（1）工艺分析计算方法的现代化。例如，生产汽车覆盖件的冲压工艺，传统方法是根据已有的设计资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方案和有关参数，然后设计模具，进行试冲，经过反复试验和修改，才能转入批量生产。近几年来，国外有的公司已开始采用有限变形的弹塑性有限元法，对覆盖件成形过程进行计算模拟，分析应力应变关系，从而预测某一工艺方案的可行性和可能会产生的问题，并将结果显示在图形终端上，供设计人员进行选择和修改。这样，不仅可以节省昂贵的模具试制费用，缩短产品试制周期，而且可以建立符合生产实际的先进设计方法；既促进了冷冲压工艺的发展，又可以发挥塑性成形理论对生产实际的知道作用。（2）模具设计及制造技术的现代化。为了加快产品的更新换代，缩短工装设计、制造周期，正在大力开展模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。采用这一技术，一般可以提高模具设计和制造效率23倍，模具生产周期可缩短1/21/3。发展这一技术的最终目标，是要达到模具CAD/CAM一体化，而模具图纸将只作为检验模具之用。采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计与制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。（3）冲压生产的机械化和自动华。为了满足大量生产的需要，冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小型冲压件，既可在多工位压力机上生产，也可以在高速压力机上采用多工位连续模加工，使冲压生产达到高度自动化。大型冲压件（如汽车覆盖件）可在多工位压力机上利用自动送料和取件装置，进行机械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高生产率。（4）为了满足产品更新换代加快和生产批量减小的发展趋势，发展了一些新的成形工艺、简易模具、通用组合模具以及数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS）等。这样，就使冲压生产既可适合大量生产，又可适用于小批量生产。（5）不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件；研制新型材料板，用来生产航空构件等。由于冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能的不同，当前在生产中所采用的冲压工艺方法也是多种多样的。但是，概括起来，可以分成分离工序与成形工序两大类。 2 保持架冲压工艺性分析工件名称：保持架生产批量：大批量材料：08钢 厚度t=0.3mm工件简图：如图1-1所示 图21 工件图2.1 工艺方案的确定根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、拉深和冲孔。现拟定以下几种工艺方案：方案一：落料，拉深，冲预孔，翻边，校形，冲12孔，切边。方案二：落料，拉深，反拉深，切底，校形，冲12孔，切边。方案分析：方案一与方案二都具有可行性，模具的设计都较为简单，但方案二需要两次切边，对工件的精度有较大的影响。由此，在这里我们选择了方案一。2.2 工艺分析 由于本人设计的工序为，翻边与冲孔这两道工序。因此，分析如下：1.加工这样的工件，传统的方法是采用两个工序来完成，即第一个工序是翻孔，第二个工序是冲孔。采用这种工艺方法需用二套模具，这样能大大提高生产效率，避免了传统方法难以解决的手进入模具的问题，操作方便，安全，冲出的制件质量较好。2、从工件图上看，该工件形状简单且轴对称，其冲裁拉深性能较好。综上所述，该零件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺性的要求，在大批量生产时可以用冲压加工，冲压的零件工序翻边，冲孔。在此，本人做冲孔，翻孔单工序模。 3 主要工艺参数的计算3.1 翻孔工艺分析 3.1.1翻孔工序概念： 翻孔是沿内孔周围将材料侧立凸缘的冲压工序。3.1.2翻孔常见的形式：如图1。图1a是在材料平整未变形部分翻孔；图1b是在拉深件上翻孔，可以向外翻，也可以向内翻。如果高度超过一次翻孔的允许值，可以先拉深，再预冲孔，然后外翻成形，如图1c所示 图1a 图1b图1c3.1.3 翻孔系数 翻孔变形程度常用翻孔系数来表示 K值越大，变形程度越小；K值越小变形程度越大。影响翻孔系数的主要因素有：1）、材料的性能，塑性越好，K值越小3） 、孔的加工方法，如果是钻出的孔，由于无撕裂面，翻孔时不易出现裂纹。冲出的孔有部分撕裂面，翻孔易开裂，故K值较大。如果冲孔后对材料进行退火或将孔整修，可得到与钻孔相接近的翻孔比。此外，还可以将冲孔的方向和翻孔的方向相反，使毛刺位于翻孔内侧可减少开裂。4）、翻孔凸模的形式，球面凸模能使K值减小，增加变形程度。 各种材料的翻孔系数材料（退火）翻孔系数KKmin白铁皮 0.700.65软钢t=0.252mm 0.720.68软钢t=36mm0.780.75黄铜H62 t=0.56mm0.680.62铝t=0.55mm 0.700.64硬铝 0.890.80钛合金TA1（冷态）0.680.55TA1加热（300400）0.500.40TA5（冷态）0.900.75TA5（加热500600）0.750.653.1.4 计算边高度 预孔Do的尺寸按下式计算 D=9.7mm 翻孔力计算P=1.1X3.14X0.3X380X（20.8-9.7） =4.4KN计算毛坯尺寸需先确定翻孔前的半成品尺寸，翻孔是否可以一次翻孔成形，这要核算翻孔的变形程度。对零件进行工艺分析可知，20.8mm处由内孔翻孔成形，翻孔前应预冲孔。工序安排为冲孔、翻孔等。翻孔前为高6mm，无法兰圆形制件。在半成品零件上，冲底孔后进行翻孔，工艺计算包括两方面的内容：一是确定底孔直径d0【已经给出】；二是核算翻边高度H。（1） 计算毛坯的预孔直径 翻孔工艺参数如3-1图所示。 图3-1d0=D-2(H-0.43r-0.72t)=28.5-2(10-0.430.5-0.721.5)=11.09（2） 计算翻边高度HH=0.5D(1- d0/D)+0.43r+0.72t,将翻边系数kf=d0/D代入式可得：H=0.5D(1- kf)+0.43r+0.72t，再将上式中翻边系数kf以极限翻边系数kfmin代替，可得最大翻边高度Hmax的计算式。Hmax=0.5D(1- kfmin)+0.43r+0.72t=0.528.5(1-0.38)+0.430.5+0.721.5=10.13mm而翻边高度H=8.5+1.5=10mm,小于最大翻边高度，所以能够一次翻成。 4 确定工艺方案及模具结构形式4.1 工艺方案的确定该工件包括翻孔、冲孔两个基本工序，可以有以下几种工艺方案：方案一：先翻孔、后冲孔（先冲六个，再冲六个），采用单工序模生产。方案二：冲孔、翻孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔、翻孔级进冲压，采用级进模生产。除此之外，还有其它方案，这里不再一一列举。以上几种方案：对于方案一，模具要求简单，但是需要二道工序，每道工序都需一套模具，但是因为零件薄所以采用两次冲孔完成，这样可以保正零件精度，可以满足大批量生产的要求；方案二采用复合模生产，生产效率较高，复合模结构复杂，模具制造困难；方案三生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的冲压生产采用方案一为佳。4.2 模具结构形式的选择与确定1）翻孔模和冲孔模都是单工序模，都为正装结构：本例中零件壁厚为0.3mm ，采用单工序模难呢过提高零件强度，变形小。能保证足够强度，故采用单工序是合理的。2）送料方式：采用手动送料方式。3）导向方式：为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于已经采用了手工送料方式，为了提高开敞性和导向均匀性，采用后侧导柱模架。4）定位装置：由于该模具采用的是半成品，控制送料方向采用挡料销，与送料垂直的方向上用导料板对料进行导正。 5 冲压设备的选择5.1 冲裁工序总力的计算（1）冲孔力的计算： F冲=1.311.091.5300=20.38KN（2）翻孔力的计算：F翻=1.1(D-d0)ts式中：D翻孔后空口的中径；d0翻孔前毛坯预孔直径；t材料厚度；F翻翻边力；s材料的屈服强度，这里s=250MPa；代入数据得F=1.1(28.5-11.09)1.5250=22.56KN.（3）推件力 F推=nK推F冲 K推推件力系数,由手册查得K推=0.55； n同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中n=h/t，而h6，则n4，取n=4. h凹模刃部直壁洞口高度（mm）， t料厚( mm)F推=40.5520.38=44.8kN（4）卸料力 F卸=K卸F落 查得K卸=0.04；F卸=0.0496.53=3.86kN则工序总力F总= F落+F冲+F拉+F压+F翻+F推+F卸=96.53+20.38+28.84+0.635+22.56+44.8+3.86=218KN.5.2 压力中心的计算 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不到保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，甚至损坏模具。由工件图可知，为简单的对称冲裁件，其压力中心位于冲裁件轮廓图形的几何中心上。5.3初选压力机 由于单工序模的特点，为防止设备超载，可按公称压力F压（1.6-1.8）F总选择压力机，查手册，初选公称压力为350KN的开式压力机，型号JA21-35,其有关技术参数为：公称压力/KN：350滑块行程/mm：130滑块行程次数/（次/min）:50最大闭合高度/mm：220连杆调节长度/mm：60工作台尺寸/mm： 前后：380 左右: 610 工作台孔径/mm： 前后：200 左右: 290 直径：260模柄孔尺寸/mm： 直径： 50 深度：706 模具主要零件的设计与标准化6.1 工作零部件刃口尺寸的计算6.1.1冲孔凸、凹模刃口尺寸计算由于工件外形结构简单，尺寸精度要求不高，落料外形时，凸、凹模采用分别加工法。设工件尺寸为D0-，根据以上原则，应先确定凹模尺寸，使凹模标称尺寸接近或等于工件的最小极限尺寸，再减去凸模尺寸，保证最小合理间隙。DA=(Dmax-x)+ A0；DT=( DA-Zmin)0-T；DA ,DT落料凸、凹模尺寸；Dmax落料件的最大极限尺寸；工件制造公差；Zmin最小合理间隙；X磨损系数；T、A凸、凹模制造公差；由表查得=0.3；Zmax=0.240， Zmin=0.132，对于落料尺寸6mm的凸、凹模偏差查表得：T=+0.030，A=-0.020；则Zmax- Zmin =0.108又由表查得：x=0.5,则DA=(Dmax-x)+ A0=(6-0.50.3)+ 0.030=5.45+ 0.030 DT=( DA-Zmin) 0-T=（6-0.132）0-0.02=5.8680-0.02校核: |T|+|A|=0.05Zmax- Zmin(满足间隙公差条件)。6.1.2翻边凸、凹模刃口尺寸的计算为保证翻孔凸缘挺直，凸模与凹模之间的间隙Z/2一般略小于材料厚度，查表知翻边凸、凹模之间的单面间隙Z/2=1.1mm。对于尺寸20.80-0.15为外形尺寸，则翻边模以凹模为设计基准，由表查得Zmax=0.240，Zmin=0.132则Zmax- Zmin =0.108又由凸、凹模偏差查表得：T=-0.02，A=+0.025；又由表查得：x=0.5,则DA=(Dmax-x)+ A0；=（20.8-0.50.43）+0.0250=20.585+0.0250 则翻边凸模的尺寸为：DT=( DA-Z) 0-T=（20.585-2.2）0-0.02=18.5850-0.026.2 工作零部件的设计与标准化6.2.1冲孔凸模的设计6的冲孔凸模，依据设计的基本形式及原理图，冲孔凸模为圆形，具体的结构可根据具体的需要而定，冲孔凸模采用B形圆凸模，其总长可跟据具体的设计按如下方式计算： L=h1+h2+h式中 L凸模长度， mm h1凸模固定板高度，mm h2卸料板高度，mm h3工件高度，mm h4凸模再深入凹模镶块的高度mm冲孔凸模的长度:L=62.3+20+16+3.5=101.8mm;其结构如图： 凸模固定板 卸料板 凸模图6-36.2.2翻孔凹模的设计 翻孔凹模 凹模固定板6.2.3翻孔凸模设计 6.2.4 后六孔凹、凸模设计 凹模 凹模固定板6.2.5 标准模架的选用选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度和宽度上都应比凹模大30-40mm，模板厚度一般等于凹模厚度的1-1.5倍，选择模架时还要注意模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台孔的孔径每边约大40-50mm，冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度等。由凹模周界可以选取标准模架，凹模周界D=160,闭合高度h1=180mm 模架选用中等精度，中、小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向左送料，操作方便。 上模座：LBH=16016040 GB/T 2855.5 下模座：LBH=16016045 GB/T 2855.6 导 柱：dL=28160 GB/T 2861.1导 套：dLD=287038 GB/T 2861.6最小闭合高度：160最大闭合高度：200模具闭合高度H闭=174.5mm可见该模具闭合高度满足所选开式压力机350KN的闭合高度。Hmax(220)-5mm174.5mmHmin(160)+10mm。 1-下模座 2-导柱 3-导套 4-下模座6.2.6卸料螺钉的设计与标准化卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为8mm,螺纹部分为M865mm。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸凹模端面0.4mm，又误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。卸料螺钉的设计根据标准件，选用M8X45 GB/T70.1-20006.2.7 卸料板的设计与标准化弹性卸料板具有卸料与压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高，借助弹簧橡胶等弹性装置卸料，常兼起压边、压料装置或凸模导向。 查手册：卸料板孔和凸模的单边间隙Z/2=（0.1-0.2）t（t为材料厚度，mm），弹性卸料板的厚度H从表中选取为16mm，卸料板的宽度为125-200mm,在此取160mm。 查得卸料板孔与凸模的单边间隙Z/2=0.15，型孔与凸模的配合为H7/H6。 7 模具总装图7.1冲前六孔模具总 7.2翻孔模具总装图 翻孔模具总装图7.3冲后六孔模具总装图 8 设计总结用了两个个月的时间本人终于把毕业设计全部完成，本人所做的题目是翻孔冲孔单工序模，在这半个月忙碌的完成毕业设计的过程中，我感觉到自己收获了很多，它让我对冲压模有了更加深刻的了解，通过这次实际操作，使我能够综合运用各种冲压模具设计资料上的知识，懂得了在遇到难题时该如何去查找资料来解决问题，进一步巩固、加深和拓宽所学知识。通过设计实践，我逐步树立了正确的设计思想，增强了创新意识，熟悉掌握冲压模具设计的一般规律，培养了分析问题和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行了全面的冲压模具设计基本技能的训练。在设计的过程中，虽然本人尽心尽力的去追求完全的正确答案，但由于个人的水平有限，有很多地方做得还是不够好，还有以下几个地方需要自己有待提高：1、对冲压模具结构的了解和掌握还有待提高，特别是对一些特殊结构的模具。2、对冲压模具工艺的计算能力还要再提高，因为这一直都是冲压模具设计的一个要点和难点。3、对冲压模具资料的视野还不够开阔，这还要靠以后自己一点一滴的积累。4、电脑知识与专业知识的结合还要进一步的提高。例如在用CAD画装配图时不是太熟练等等。以上这些缺点，我会在以后的学习和工作过程中努力改正，历练自己，提高自己，因为我一直坚信“没有最好，只有更好”，同时更加希望老师在对本人的毕业设计审核时给予指正！ 致谢时光如电，岁月如梭，三年的大学生活即将结束，而我也即将离开可敬的老师和熟悉的同学踏入不是很熟悉的社会中去。在这毕业之际，作为一名工科院校的学生，做毕业设计是一件必不可少的事情。毕业设计是一项非常繁杂的工作，它涉及的知识非常广泛，很多都是书上没有的东西，这就要靠自己去图书馆查找自己所需要的资料；还有很多设计计算，这些都要靠自己运用自己的思维能力去解决，可以说，没有一定的毅力和耐心是很难完成这样复杂的工作。在学校中，我主要学的是理论性的知识，而实践性很欠缺，而毕业设计就相当于实战前的一次总演练。毕业设计不但把我以前学的专业知识系统的连贯起来，也使我
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