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3099
链轮的冲压工艺及模具设计
链轮
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模具设计
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3099 链轮的冲压工艺及模具设计,3099,链轮的冲压工艺及模具设计,链轮,冲压,工艺,模具设计
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河南机电高等专科学校毕业设计/论文链轮的冲压工艺及模具设计1 绪论发达国家纷纷将制造业转移到我国，使我国模具工业面临空前的发展机遇。“九五”期间，国内模具行业产值增长15%，模具商业化程度提高近10%，模具进口数额近10亿美元，出口额1亿美元。目前国内仅浙江东部的余姚、宁海、黄岩、温州等地去的模具工业发展较快，从业人员10万余人，目前对模具加工机床需求旺盛。模具与其他机械产品比较，一个重要特点就是技术含量高、净产值比重大。随着化轻工产业的快速发展，我国的模具工业近年来一直以每年13%-15%左右的增长速度高速发展，而各行业对模具的要求越来越高。面对市场的变化，有着高技术含量的模具正在市场上崭露头角，也在模具进口中占有了一席之地。冲压模具与压力机是决定冲压质量、精度和生产效率的两个关键因素。先进的压力机制有配备先进的模具，才能充分发挥作用，取得良好效益，模具的发展方向为:一、充分运用IT技术发展模具设计、制造。用户对压力速度、精度、换模效率方面不断提高的高求，促进了模具的发展。车身外形和发动机是汽车的两个关键部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，其技术密集体现当代模具技术水平，是车身制造技术的重要组成部分。车身模具设计和制造占汽车开发周期三分之二的时间，成为汽车换型的主要制约因素。目前。世界上汽车的改新换代一般需要48个月，而美国仅需30个月，这2主要得益于在模具业中应用了CAD/CAE/CAM技术和三维实体汽车覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的 广泛运用提供了可靠的信息载体，实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等IT技术应用，也将推动模具工业的发展。二、缩短金属成型模具的试模时间。当前，主要发展液压高速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是机械压力机上的模具试验时间可减少80%，具有巨大的节省潜力。这种试模机械压力机的发展趋势是采用多连杆拉深压力机，它配备数控液压拉深垫，具有参数设置和状态记忆功能。三、车身制造中的级进冲模发展速度。在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲压模加工转予、定子板，或者应用于插接件作业，都是众所周知的冲压技术。近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接卷材加工成型零件和拉深件，加工零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合压模已在美国汽车工业中普遍应用，其有点事生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多位压力机上使用的阶梯模相比，节约30%。但是。级进组合冲模技术的 应用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优先考虑在多工位压力机上加工。 设计模具对我们初出茅庐的学生来说，是有一定的困难，必须查阅大量的资料，不仅如此也需要老师的指导，询问其他设计功底较好的同学，但是我感觉现在的困难不是什么困难，只要我们用心的去做，一切困难都可以过去的，过了这个槛，就为我们以后的设计打下了良好的基础。2 零件工艺性分析 拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心工件或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种冲压加工方法。翻边时将毛坯或半成品的外边缘或孔边缘沿一定的曲线翻成竖立的边缘德冲压方法。我所设计的链轮是需要经过拉深、翻边、冲孔等工序才可完成。根据零件结构特点，其材料选用Q235钢，材料厚度为3mm。该材料为普通碳素结构钢。这种钢含碳量较低，强度不高，但塑性、韧性较好，可通过渗碳淬火提高表面强度、硬度。一般用于制造受载荷较低、形状简单、不太重要的、但要求耐磨的小型零件。另外Q235钢价格便宜, 由于该链轮为大批量生产，故采用Q235这种材料。3 编制零件加工工艺3.1分析比较和确定工艺方案如图21所示为制件图，材料为Q235，厚度为3mm。在满足工艺性能要求进行大批量生产时，所以一般采用的工序是落料、冲孔、拉深、翻边成形的。图21制件图3.1.1计算翻边系数翻边前是否需拉成阶梯零件，这要核算翻边的变形程度.由于处的高度尺寸为 根据翻边公式,翻边的高度h为:式中：D毛坯的直径mm。圆角半径mm。制件的厚度mm。K翻边系数。经变换可计算出K0.81。即翻边出高度h=12mm时,翻边系数K=0.81因为，查王孝培主编的冲压手册中表5-5,当采用圆柱形凸模,用冲孔模冲孔时，极限翻边系数K0.604 属宽凸缘筒形件。t/D*100=(3/178)*100=1.68 由王孝培主编的冲压手册中表4-20查得 h1/d1=0.45h/d=9/120=0.0750.28,故该制件可以一次拉出来。3.1.3 确定工序的合并与工序顺序当工序较多时,不易一下确定工艺方案时,最好先确定出零件的基本工序,然后将各基本工序各种可能的组合并排出顺序,以得出不同得工艺方案,再根据各种因素,进行分析比较,找出适合与具体生产条件得最佳方案.对于该工件,需包括以下基本工序:落料,冲孔,拉深,翻边。根据这些基本工序,科拟出以下几种方案:方案一：落料、冲孔、拉深、翻边,其余按基本工序。这种工序的模具结构简单,成本低.但生产效率低,工人劳动强度大,制件质量较低,精度不高.方案二：落料,冲孔复合,其余按基本工序。该方案的模具结构简单,但与方案一比较,生产效率稍微提高,操作较安全,但生产率较其他方案得生产率低,制件质量不高。方案三：落料,冲孔,拉深复合,其余按基本工序。该方案虽然解决了上述方案中得问题,但是制件质量仍然不高。方案四：落料、冲孔复合，拉深、翻边复合。该方案采用两套模具，模具结构比上述方案复杂，生产效率较高，制件的质量也比上述方案高。方案五：各种工序全部复合。这种方案没有上述的缺点,模具结构复杂,制造成本高,这在批量生产中却时合理的.经过上述五种方案的比较，我选用的是方案四，因为这个方案解决了上述四种方案的不足之处，它的优越性体现在生产效率较高，制件精度高，但唯一不足之处是模具结构复杂了，制造成本较高，根据生产中总结的经验，在批量生产中是合理的。3.2主要工艺技术参数的计算3.2.1.计算各工序压力,选用压力机 (1)拉深力的计算按王孝培主编的冲压手册中表4-85所推荐得公式计算:F拉深=*d1*t*b*K1=3.14*123*3*450*0.42=218987N式中 b=450MPa,由表8-71查得K1=0.42由王孝培主编的冲压手册中表4-85查得(拉深系数m=0.67)(2)压边力的计算由王孝培的冲压手册中表4-82所推荐得公式计算:F压边=D2(d12r圆)2P/4=/41782(1232*9)2*2.5=23163N式中 P=2.5MPa,由王孝培主编的冲压手册中表4-83查得(3)推料力的计算:由王孝培主编的冲压手册中公式可计算如下：F推=nK推F冲=3*0.055*261452 =43139.6N式中K推=0.055,由王孝培主编的冲压手册中表2-38查得.n=3,同时卡在凹模里得废料片数.(设凹模直筒高度h=10mm,n=h/t=10/3=3)(4)翻边力的计算:F翻=1.1*t*s(Dd) =1.1*3.14*3*253*(6461) =7864076N式中s=253MPa ,由王孝培主编的冲压手册中表8-7查得顶件力取翻边力得10% F顶= F翻*10%=786N这一工序得最大总压力:F总= F拉深F压边F推F翻 =21898723163431397865=293.154KN根据总压力.我们可以选用350KN得压力机。在实际选用设备时,尚需考虑模具空间大小,工艺流程,设备负荷情况等因素,再作合理安排。4 模具结构设计4.1模具结构形式选择: 只有当拉深件高度较高时,才有可能采用落料,拉深复合模,因为浅拉深件若采用复合模,落料凸模(兼拉深凹模)得壁厚较薄,强度不足.本设计凸凹模壁厚b=(17864)/2=57mm,因此能保证足够强度,故采用复合模是合理的。4.2模具工作部分尺寸和公差计算（1）翻边模圆形凸模和凹模,可采用分开加工.拉深前的毛坯取未注公差尺寸的极限偏差,故取翻边件的尺寸公差为61-0.7400由王孝培主编的冲压手册中表2-31的公式进行计算 D凹=(610.5*0.74)0+0.04=60.630+0.04式中x=0.5,由表2-30查得凹=+0.04由表2-28查得D凸=(Dx2Cmin)-凸 =(610.5*0.742*0.23)-0.0300 = 60.17-0.0300式中Cmin=0.23，由王孝培主编的冲压手册中表2-23查得(同表查得Cmax=0.32) 凹=-0.030由表2-28查得凹凸=0.040.02=0.06模柄总长凸凹模高推件块厚=857025=130mm 因此L2取140mm4.4 模具主要零件的材料选用（1）复合模具凸模零件的设计与标准：(具体见凸模零件图图纸)我们选用Cr12MoV，该材料具有高淬透性能，空冷硬度微变形，可用于精度要求高、耐磨、尺寸较大的冷作模具与拉深模，热处理HRC500-600。（2）复合模具凹模零件的设计与标准：(具体见凹模零件图图纸)我们选用T8A，这是冲模中应用最广、价格最便宜的材料，适宜形状简单的冲模，其优点是加工性能号。由一定的硬度；缺点是蘸火变形大，耐磨性能较差；热处理HRC580-620。（3）定位零件的设计与标准：根据此模具的特点,此模具定位零件有：圆柱销、内六角螺钉等；均选用标准件；（4）导向零件的设计与标准：导向零件有导柱和导套；分别选用标准件；4.5凸凹模的工艺过程模具由各种零件组成,其制造过程包括零件的加工,钳工装配以及模具的试冲和调整，毛坯经过车、铣、刨、磨、热处理和钳工等加工,改变其形状、尺寸和材料性能,使之变为符合图样要求的零件的过程，称工艺过程。对于同一个零件,由毛坯制成零件的途径是种多样的,也就是说,一个零件可以有几种不同的工艺过程，工艺过程不同,则生产率成本以及加工精度往往也有显著的差别，为了保证零件质量,提高生产率和降低成本,在制订工艺过程时,应根据零件图样的要求和工厂的实际生产条件,制订出一种最合理的工艺过程，若将其内容以一定的格式写成文件,用于指导生产,则此文件称为工艺过程。工艺规程一般是以表格的形式写在卡片上,此卡片称工艺卡，卡片的格式和内容根据各工厂的具体情况而定，模具制造属于单件或小批生产，模具零件的工艺卡一般都订得比较简单，其内容大致包括工种、施工说明及工时定额等。工艺规程并不是一成不变的,随着模具制造技术的发展和提高,它也必须作用应的修改,把新的技术成果反映到工艺规程中,使其不断完善。凸模和凹模是冷冲模的主要零件,其技术要求较高，制造时就要注意保证质量，由于凸模和凹的形状是多种多样的,各工厂的生产条件也各不相同,因此,不可能列出适合于任何形式的凸模和凹模的工艺过程,下面以我们的凹模为例,说明其工艺过程:凹模加工工艺过程如下：1、下料：材料为Cr12MV用轧制的矩形棒料在锯床上切断；2、锻造：将棒料锻成较大的矩形毛坯；3、退火：经锻造后的毛坯必须进行退火，以消除锻造后的内应力，并改善其加工性能；4、车床加工：车下端面，然后掉头车上端面，留磨余量为0.30.5mm；5、热处理：淬火、回火、检查硬度5660HRC；6、磨平面:在平面磨床上磨上、下两端面；7、磨内孔:在坐标磨床上磨基准面(1200-0.005mm)及凹模型腔；8、精加工：手工研磨刃口；5 模具的安装与调整5.1模具装配原则要制造出一副合格的模具，除了保证模具零件的加工精度外，还必须做好装配工作。装配就是按照规定的技术要求把所有零件连接起来，使之成为合格的模具。装配是模具制造过程的一个重要环节，装配质量的好坏将直接影响制件的质量和模具的使用寿命。例如，在加工时凸模和凹模的尺寸已达到要求，但是，如果装配时调整不好，将造成间隙很不均匀，甚至制造出不合格的制件。为了使凸模和凹模易于对中，总装时必须考虑上、下模的装配次序，否则，可能出现无法装配的情况。上、下模的装配次序与模具结构有关，通常是看上、下模中哪一个位置所受的限制大就先装，用另一个去调整位置。（1）上、下模的装配1、对于无导柱模具，凸、凹模的间隙是在模具安装到机床上时进行调整的，上、下模的装配次序没有严格的要求，可以分别进行装配。2、对于凹模装在下模座上的导柱模，一般先装下模。3、对于导柱复合模，一般先装上模，然后找正下模的位置。（2）模柄的装配用角尺检查模柄与上模座上平面的垂直度，对于带螺纹的圆柱形模柄，装配过程大致相同，模柄是从上模座的上平面旋入的，螺纹旋入上模座的深度应在上模座上平面以内2-4mm，较大型模具用螺钉固定的模柄是从上模座上平面装入的。（3）导柱、导套的装配因为导柱、导套和模座的配合都为基孔制的第五中过盈配合，一般都是在压力机上将导柱、导套分别压如下模座和上模座的装好后检查导柱对下模座底平面，导套对上模座的上平面的垂直度，其误差应在要求的范围以内。 （4）凸模的装配凸模一般是用凸模固定板将其装在模座上的，凸模与固定板的配合要求为H7/m6，装配时，先在压力机上将凸模压入固定板内，检查凸模的垂直度，名后将固定板的上平面与凸模尾部一齐磨平，为了保持凸模刃口锋力，还应将凸模的端面磨平。5.2安装调试模具装好后在试冲时可能会发现一些缺陷，应分析产生的原因，找出调整的办法进行调整，再试冲，直至获得合格的冲压件为止。冲裁模试冲时的缺陷：产生原因：上模座、下模座、固定板、凹模、垫板等零件安装面部平行。 凸模、导柱等零件安装不垂直。 导柱和导套配合间隙过大使导向不准。 卸料板的孔位不正确或歪斜，使冲孔凸模位移。调整方法：修整有关零件，重装上模或下模重装凸模和导柱更换导柱或导套修整或更换卸料板冲件质量不好：1）有毛刺 产生原因：1、刃口不锋利或蘸火硬度低 2、配合间隙过大或过小 3、间隙不均匀使冲件一边有显著的带斜角毛刺 调整方法：合理调整凸模和凹模的间隙及修磨工作部分的刃口 2）冲件不平 产生原因：1、凹模有倒锥度 2、顶料杆和工件接触面过小 3、导正钉与预冲孔配合过紧，将冲件压出凹陷 调整方法：1、修整凹模 2、更换顶料 设计总结 经过一段时间的设计，本套复合模已经设计完成。此模具的作用是通过拉深和翻边来冲压出所需要的零件。在设计过程中参考了很多的资料，而且也有一些自己的设计经验，在设计复合模的过程中不仅仅要考虑到一些象零件材料、加工条件、技术要求、尺寸精度外，还应该充分考虑到模具的其他成本，如原材料的获取条件、加工设备的精度、加工的条件、周围环境的条件、还有交通运输以及所需的时间和交货期限等等一些与之有关的一切情况，在目前制造技术和制造设备已经很高的时期里，要充分利用高的制造设备，如数控机床等，在此次设计中用到的就是现在最普遍运用的CAD/CAM技术，通过CAD的设计来绘制模具图形，避免了以前的通过手工来绘图所带来的人为的错误，也缩短了设计的时间，再通过CAM的自动编程，可以解决以前所不能做到的，通过其可以把一些很难用手工计算的加工程序通过电脑传输到数控机床上，也正是这一技术的运用使得模具的设计和加工的周期缩短了很多，随着技术的不断提高，以后在模具的设计和加工的过程中将更加缩短其设计加工周期。至此，我们已经完成了模具的设计与制造，该模经生产检验，情况良好。我从一个学生到能够独立从事工程设计与制造，应归功于河南机电高等专科学校和材料系全体老师，特别是专业老师三年来对我的教育和培养，在此向辛勤工作的河南机电专科学校和材料系全体老师，特别是指导老师翟德梅老师表示崇高的敬意和感谢。毕业后我要加倍努力学习和工作，早日成为一名工程师，为祖国和人民作出更大的贡献。致谢经过这段的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，对于本次毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的指导老师翟德梅老师。翟德梅老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从题目分析到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后
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