模具毕业设计141油箱内侧板冲压工艺及模具设计说明书.docx
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模具毕业设计141油箱内侧板冲压工艺及模具设计说明书
摘要
本文首先介绍课题背景及研究的意义,接着对本次设计的工件——油箱内侧板进行了工艺分析,从而确定了其制造工艺。
即切角,成形,一次切边冲孔,二次切边。
然后对模具设计原则进行了介绍。
紧接着围绕制定出的冲压工艺进行模具的计算与设计。
本次毕业设计的工作过程我根据油箱内侧板的三维造型,用AutoCAD2004将其转为二维视图。
通过对二维零件的测绘,设计出了其冲压模具。
在整个过程中我应用了三维软件测绘及二维软件作出加工零件图,从而设计出了该零件的冲压模具。
以上的模具设计制作加工过程也是当前大部分模具制造厂家的模具设计生产的通常的过程之一。
即由产品模具的需求方提供产品三维数据模型,再由模具的生产厂家根据其模具的需求方提供的产品三维数据模型,设计制造模具。
关键词:
冲压设计模具
Abstract
Atthefirst,Thistextintroducestopicbackgroundandthemeaningofresearch,immediatelyaftertotheworkpieceofthistimedesign-fueltankseamysidetheplankcarriedonacraftanalysis,makingsureitamanufacturingcraftthus.SliceCapenamely,takeshape,sliceasidebluntboreonce,sliceasidetwotimes.Thendesignedaprincipletocarryonintroductiontothemoldingtool.Themorrowdrawsupahurtlingoftopressthecalculationandthedesignthatthecraftcarriesonamoldingtoolaround.
TheworkprocessofthisgraduationdesignIaccordingtotheknothole3Dshapeofthefueltankseamyside,turnittoseediagramforthetwodimensionswiththeAutoCAD2004.Passtosurveyandmaptwo-dimensionalspareparts,designeditbluntpressamoldingtool.Iapplied3Dsoftwaretosurveyandmapinthewholeprocessandthetwo-dimensionalsoftwaremaketoprocesssparepartsdiagram,designingthathurtlingofsparepartstopressamoldingtoolthus.Abovemoldingtooldesigncreation'sprocessingprocessisalsooneoftheusualprocessesthatgreatlypartsofmoldingtoolmanufactory'smoldingtooldesignofthehouseproducesatpresent.Namelyisprovidedtheproductthe3Ddatamodelbytheneedsquareofproductmoldingtool,againtheproduct3Ddatamodelbeenprovidedaccordingtotheneedsquareofitsmoldingtoolbytheproductionfactoryhouseofmoldingtool,designmanufacturingmoldingtool.
Keywords:
MoldStampingDesignMold
1、绪论
1.1课题背景及研究的意义
近年来,随着我国经济实力的不断增强,我们不但是一个制造基地,同时也是一个消费大国。
世界著名公司都看好这块沃土,纷纷来华拓展业务。
一是为了制造出适合中国市场的产品,同时还可以提高其产品的综合竞争力,以满足全球市场的需要。
冲压加工作为一个行业,在国民经济的加工行业中占有很重要的地位。
根据统计,冲压件在各个行业中均占很大的比重,尤其在汽车,电机,仪表,军工,家用电器等方面所占比重更大。
冲压加工的应用范围极广,从精细的电子元件、仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁、高压容器封头以及航空航天器的蒙皮、机身等均需冲压加工。
为了适应大批量、高效生产的需要,在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。
对于大型冲压件,例如汽车覆盖件,专门配置了机械手或机械人,这不仅大大提高了冲压件的生产品质和生产率,而且也增加了冲压工作和冲压工人的安全性。
通过本次毕业设计(论文),培养综合运用所学基础理论、专业知识、基本技能,提高分析与解决实际问题的能力,完成工程师的基本训练和培养初步从事科学研究工作的能力。
具体的说,在毕业设计(论文)中应注重以下几方面能力的培养:
(1).调查研究、检索(查阅)中外文献和综述的能力。
(2).综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力。
(3).研究方案的制定、论证、分析与比较的能力。
(4).设计、计算与绘图的能力,包括计算机运用的能力。
(5).逻辑思维与形象思维相结合的文字(外文)及语言表达能力。
(6).创新能力培养,因为创新是解决工程问题的灵魂
1.2国内外研究现状与发展趋势
进入90年代以来,高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。
21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展,发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。
注重产品制造全过程,最大程度地实现多目标全局综合优化。
优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。
对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。
以便从产品初步设计甚至构思时起,就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度,作出快速分析评估。
进入21世纪以来,冲压技术逐渐发展为一门技术科学,呈现出工艺,材料,控制一体化的发展特点。
工艺、材料、控制一体化就要求通过物理测试、模拟和数值模拟掌握材料与工艺的优化匹配,并根据具体工艺要求实现工艺控制或在线测控。
目前冲压成形技术更科学化、数字化、可控化。
科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。
成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展,并与数字化制造系统很好地集成。
人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形,从而真正进入实用阶段。
例如DYNAFORM、PAM—STAMP、LS—DYNA3D、AUTOF0RM、OPTRTS、ABAQus/EXPLICIT等,得到了许多工业部门的重视和应用。
美国的GM、Ford、Chrysler,德国的大众、奔驰,日本的丰田、三菱、日产等大型汽车制造公司,已开始应用这类软件指导板料成形件的开发和生产,并产生了良好的经济效益。
数值分析技术以其高效率、低成本的优势在薄板冲压成形领域得到了广泛的应用。
美国、日本等世界一流的科学研究中心采用有限元数值模拟和网格技术对零件、模具、冲压工艺和材料性能之间的适应性进行了三维动态仿真分析,涉及领域之广泛、研究成果之显著,引人瞩目。
冲压技术具有更大的灵活性或柔性,以适应未来小批量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势.加强企业对市场变化的快速响应能力。
冲压技术重视复合化成形技术的发展。
以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展,也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。
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。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步,东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。
此外,许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。
经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
例如,吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件,华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件,上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
2.工艺分析
2.1制件工艺性分析
我的毕业设计的题目是油箱内侧板冲压工艺及模具设计,油箱内侧板属于的大型覆盖件,这类零件具有表面质量要求高(光滑,美观),刚性好,轮廓尺寸大,形状复杂等特点。
一般制造过程要经过落料(或剪切),拉深(主要在双动压床上进行),修边,翻边等多道工序才能完成。
实践证明,在多数情况下,拉深工序是制造这类零件的关键,它直接影响产品质量,材料利用率,生产效率和制造成本。
为了保证覆盖件在拉深时经受最大限度的塑性变形而不至于产生破裂,对原材料的机械性能,金相组织,化学成分,表面粗糙度,和厚度精都提出很高很严的要求。
对于大型覆盖件的拉深,需要的变形力和压边力都很大,因此在大量生产中,此类零件的拉深均在双动压床上进行,双动压床具有拉深与压边两个滑块,压边力可达到拉深力的60%以上,且四点连接的外滑块可进行压边力的局部调节,这可满足覆盖件拉深的特殊要求。
由于大型覆盖件尺寸大,厚度薄(我所设计的内侧板厚度仅有0.8mm),成形难度较高。
目前,尚难借助理论计算来准确设计冲压工艺过程和确定模具结构尺寸,只能凭借经验靠类比初步设计这些零件的冲压工艺过程,再经过试冲发现问题,加以修改和完善。
油箱内侧板形状复杂,零件周边异形,引伸深度深。
在工艺安排上,采用增加工艺补充面,开放式引伸来获得工件,降低了引伸的难度,将零件形状一次引伸到位成形。
在工艺安排上,分为四道工序:
A.板料切角
B.引伸成形通过工艺补充面的增加,引伸深度达到了229mm,为改善成形条件,凹模的入口半径不能太小,定为R10mm。
考虑到压件板和凹模之间与制件接触的面容易磨损,凹模分为两部分,上部分口板厚45mm,易于更换和增加强度。
油箱内板周边拉伸深度不一致,局部起皱的可能性较大。
C.预切边冲孔将拉伸后多余的边料切除,同时预切中间部位的工艺切口。
D.切边采用斜滑块水平切出零件的边缘。
图3-2油箱盖零件
制件三维造型如图所示。
主视图:
右图视:
左视图:
俯视图:
零件材料为08Al,厚度0.8mm,中批量生产。
用UG转换到AutoCAD2004中得到产品图,如图所示
2.2工艺方案的选择
方案一:
落料,引伸成形,一次切边,二次切边冲孔
方案二:
切角,引伸成形,冲孔,一次切边,二次切边。
方案三:
切角,引伸成形,一次切边冲孔,二次切边
现比较分析各方案:
第一方案中由于二次切边需要斜楔滑块来实现,若采用切边于冲孔复合,提高了模具的难度。
不采用此种方案。
方案二中,工序繁多,效率低下。
故也不采用。
方案三没有以上缺点,其工序复合程度较高,生产率也较高。
而且模具结构相对比较简单,制造费用比较低,这在中批生产中是合理的,而且同时可采用弹性卸料及顶件装置,制造出的工件外观较好且平整,而且操作比较安全,故该零件的生产采用第三种方案。
2.3毛坯的设计计算
由三维零件数据资料,依次测量尺寸,并计算出其展开料尺寸从而获得毛坯尺寸。
通过UG进行分析获得零件外轮廓尺寸为340.686mm×680.859mm,由于拉延成形回使的得板料尺寸延长10%左右(由以往经验所得),故将所得毛胚尺寸缩小10%左右为341mm×681mm。
由于考虑到工艺补充面等各种因素,可得出剪成板料尺寸为500mm×933mm。
2.4排板、裁板
考虑操作方便以及工艺方案,采用单板单件的形式,即直接用剪板机将板料剪成毛坯大小,采用横排。
(1)当选用0.8mm×1000mm×2000mm规格的板料时,剪切条料尺寸为500mm×933mm
条数n1=1000/500=2个
每条个数n2=2000/933=2个,余134mm
每板个数n3=2×2=4个
每片面积S=341×681=232221mm2
材料利用率η=(232221×4)/(1000mm×2000mm)=46.4%
(2)当选用0.8mm×1200mm×2400mm规格的板料时,剪切条料尺寸为500mm×933mm
条数n1=1200/500=2个,余200mm
每条个数n2=2400/933=2个,余534mm
每板个数n3=2×2=4个
冲片面积S=341×681=232221mm2
材料利用率η=(232221×4)/(1200mm×2400mm)=32.2%
综上所述,采用板料规格为0.8mm×1000mm×2000mm。
2.5填写工艺过程卡片
根据上述分析和计算,将所需得工序、工步填入冲压工艺卡片,如附表1所示。
3.模具设计原则
3.1模具设计的基本作用
模具寿命是评价某一冲压方法经济可行的决定因素,由于模具的生产加工周期长,模具材料费用高,模具制造成本在实际生产成本中占有相当大的比例,因此,提高冲压模具的使用寿命也是非常重要的。
模具使用寿命越长,工件的成本就越低,相反,模具的使用寿命短,工件的成本就高。
冲模的使用寿命与多种因素有关,总的来说模具的使用寿命.除取决于合理的设计高精度制造、良好的热处理效果以及正确的选用压力机外,冲压生产中的正确使用、维护和保养是不可忽视的。
提高模具使用寿命的途径:
(1).合理的模具结构。
在设计时应充分研究产品在加工中的不利因素,有针对性地采取有效措施,以提高模具的耐用度:
如在设计小孔冲模时,应充分考虑提高凸模强度,尽量缩短凸模长度,利用导向套对细小凸模进行导向保护等;在设计模具结构时,要针对不同情况采用相应的模架形式及凸、凹模的固定方法、导向形式等;在冲压复杂的工件时,一定要计算模具压力中心,正确确定模柄位置,对重要零件进行必要的刚度、强度校核;实践证明,在不影响冲裁质量的前提下,适当放大冲裁间隙可以显著提高冲模的耐用度,甚至可提高几倍。
(2).正确选择冲模工作零件的材料。
不同的冲模材料,具有不同的强度、韧性、硬度和耐磨性能。
所以,在一定的条件下,合理选用冲模材料,往往可以收到事半功倍的效果。
(3).冲模工作零件表面强化处理。
利用普通合金钢来制造模具的工作零件。
并对其表面进行强化处理,以提高其耐用度。
目前强化处理方法有电火花强化、渗氮处理、渗硼处理。
(4).模具的使用维修。
冲模使用前要严格检查.清除脏物,有导向装置的模具,应检查润滑是否良好。
经常检修压力机,保证压力机的使用精度,选用压力机时,要使压力机的标称吨位大于工件所需冲压力的30%~40%以上。
严格按照安装程序将冲模安装在压力机上,无导向装置的冲模要仔细调整间隙,保证冲裁间隙的均匀分布。
冲压用的毛坯,要保持清洁、无锈蚀,冲压时最好均匀涂抹良好的润滑剂。
凸、凹模刃口磨损后,应立即停止使用。
及时刃磨,否则会加剧刃口的磨损程度,降低冲压件的质量和模具使用寿命。
对大量生产的模具,必须有备份,以便轮换生产,及时检修,保证生产需要。
模具使用完毕后,应清除模具中的废料及脏物,并在刃口和导向部分涂上防腐剂.以保持模具光洁不锈,处于良好状态,使用后的模具要有秩序的摆放在模具架上。
模具的设计与制造质量是实现冲压生产高产、优质、低耗的最重要的保证之一。
(1).提高生产效率
a.模具及时维护。
模具应及时维护。
杜绝模具“带病作业”在实际生产中,往往是在生产过程中发现模具出了问题。
一般都会等完成生产任务后再进行模具维护。
这种做法是不可取的,模具及时维护,不仅是“磨刀不误砍柴工”.而且保证质量,还会提高生产率。
b.优化模具结构。
建议在新模具开发设计时,尽量采用多工位模具结构。
这样可以减少操作者、移工、设备占用、能耗,提高生产效率等。
C.优化工艺。
对于某些冲压零件能够采用机械压力机的尽量采用机械压力机。
并采用快速液压机以便提高速度。
尽量保证连续生产,加强生产管理和设备维修。
(2).提高材料利用率
①.制定合理材料消耗定额。
对所有冲压件重新制定材料消耗定额,规范板材规格,以使产品材料消耗降到最低。
②.原材料的台理采购。
供应部门严格按照工艺部门提供的板材规格进行采购,工艺部门根据板材规格变化考虑制定临时下料工艺,对冲压工艺进行动态管理,根据产品结构。
制定合理的套裁工艺边角余料的利用产生大量边角余料的原因,主要是板幅不规范.其次是冲压件品种繁多,要想充分利用边角料。
可采用优化冲压工艺。
合理回收冲压件等方法。
③.改进模具结构。
对模具结构进行改进可以实现边角余料的充分利用。
目前,对于长方形落料件基本上都是采用短步距送料法(也就是以零件长方形的长边做为下料宽度),这种方法是合理的。
④.采用定额下料法。
成立下料班组。
下料班组要对材料消耗的实际数量进行统计,同时冲压班组要对每种冲压件的废品率进行统计。
并要对废品产生的原因进行调查核实,以便于制定合理的工艺措施来降低废品率。
⑤.采购定尺板材。
所谓“定尺板材”是指由供应商直接提供工艺要求的下料尺寸板材。
如果采购“定尺板材”,冲压件中的某些零件在生产时可以不再进行剪裁。
(3).加强模具管理。
影响模具使用寿命的因素很多,它取决于合理的模具结构、较高的制造精度、良好的材料、合理的热处理工艺、正确选用压力机,以及对模具的正确使用、保养和维护等。
(4).废品率及次品率的控制。
废品率的高低,对制造成本也影响较大,废品率每升高1个百分点,就会使成本增加1.1个百分点。
为此,应严格控制废品率。
次品率的高低,对制造成本的影响也不容忽视,因为次品需要返工返修,需要耗费大量人力物力,所以降低次品率也是降低产品成本的一条重要途径。
降低废品率及次品率的措施:
①提高板材性能。
重新制定板材标准,与厂家共同研究适应公司产品的板材性能。
②生产过程中出现废品,要多方面查找原因,以便于制定合理的工艺措施。
③供应部门要对板材及时供应,以便车间能够在生产产品时对新进板材试用,避免大量废品产生。
本次设计主要应用了AutoCAD2004和UG软件。
Unigraphics(UG)是一套优秀的CAD/CAE/CAM集成化软件,现已被广泛地应用于航空航天、汽车、通用机械及模具等设计、制造领域。
UG的CAD模块是一个功能强大的计算机辅助设计模块,它提供了一种交互式的三维建模方法,通过该模块用户可以建立产品的三维模型,进行装配、干涉检查和分析。
UG的CAM模块能对三维模型实施虚拟加工,从而得到所需要的刀位文件,最终的刀位文件经过后置处理即可被数控机床接受用于加工。
准确的造型是正确加工的前提,因而建立合适而准确的三维模型就显得非常重要了。
UG软件具有如下主要特点:
(1).统一的数据库,各模块无缝集成,数据自由切换,实现CAD/CAE/CAM一体化。
(2).在CAD方面,采用复合建模技术将参数化设计与传统设计方法有机结合起来,实体造型以Parasoild为建模核心,曲面设计数学上基于非均匀有理B样条;可用多种方法生成复杂曲面并进行曲面修剪与拼合,适于复杂曲面设计。
可由三维实体模型直接生成二维图形,装配模块支持自下而上和自上而下的设计方式,部件和装配完全相关。
(3).UG起源于CAM,其NC加工能力适于机械行业,覆盖了从钻孔到5轴加工的生产过程,产生的数据可直接控制大部分NC机床,并能自动检查碰刀,可进行加工过程的动态仿真和模拟校核。
(4).在CAE方面,其内部结算器可进行有限元分析、机构运动动力学分析、稳态热传导分析,基本能满足常用的分析计算要求。
同时提供与世界优秀分析
软件的接口。
(5).能提供界面友好的二次开发工具GRIP和UNFUN,并可通过高级语言接口使uG图形功能与高级语言的计算功能结合起来,有利于进行二次开发。
(6).提供与其他主流CAD软件系统的接口,便于不同系统之间的数据传递。
模具在制造业中的应用是非常广泛的。
随着市场经济的发展,商品的品种越来越多,形状越来越复杂,表面质量要求越来越高,更新换代也越来越快,因此对模具的加工提出了越来越高的要求。
在一些机械制造行业,特别是航空航天工业,其产品零件模具由多个型面复杂地组合在一起,不论是二维制图表达还是实际手工加工均十分困难,而采用数控机床通过数控编程就能有效解决复杂型面的加工问题。
模具作为生产用精密、高效的工艺装备,本身也是一种精密的机械产品。
该机械产品能否满足对其使用性能和成形精度的要求、必须解决好模具设计与制造、精度与寿命等各方面与模具相关的问题。
同时模具作为中心议题,可以细分成模具设计、制造、材料、成本、精度、寿命、安装、使用,以及标准化等各方面问题。
(1).模具设计是模具制造的基础,合理正确的设计是正确制造模具的保证;
(2).模具制造技术的发展对提高模具质量、精度以及缩短制造模具的周期具有重要意义;
(3).模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率在很大程度上取决于制造模具的材料及热处理工艺;
(4).模具成本直接关系到制件的成本以及模具生产企业的经济效益;
(5).模具工作零件的精度决定制件的精度;
(6).模具的寿命又与模具材料及热处理、模具结构以及所加工制作材料等诸多因素有关;
(7).模具的安装与使用直接关系到模具的使用性能及安全;
而模具的标准化是模具设计与制造的基础,对大规模、专业化生产模具具有重要的作用,模具标准化程度的高低是模具工业发展水平的标志。
3.2模具设计的基本内容
模具结构设计主要包括:
(1).析零件的结构工艺性及材料。
(2).选择成形的工艺方案和制定工艺卡片。
(3).确定坯料的尺寸、重量及备料方法等。
(4).计算并确定的各项工艺参数,如压力机等。
(5).进行各模具的总体结构设计与校对。
3.3冲模设计的技术关键
(1).冲压方向的确定;
(2).对汽车冲压件的可冲压成型性进行分析,判定成型的难点和关键区域;
(3).对汽车冲压零件产品实现毛坯展开计算;
(4).对冲压工艺方案提出量化的分析判断依据。
对模具和工艺方案进行反复优化的多次模拟,用先于现场模具调试的模具CAE技术,对拉延模设计的可行性和可靠性进行量化的分析和判断,对有欠缺的设计提出优化改进方案。
4.模具计算与设计
选定的模具结构形式应能制造出达到技术要求的成品、半成品制件,能满足生产率要求,模具应便于制造和修磨,易于安装调整,而且还要操作方便、安全,具有足够的使用寿命。
在充分考虑到各方面因素的前提下,对本次设计的模具确定的结构。
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