吊耳朵冲压模具设计.docx
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吊耳朵冲压模具设计
摘要
本次设计了一套冲压模具。
首先要对冲压模具进行工艺分析,经过工艺分析和对比确定模具架及压力机,确定压力机的型号。
再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。
得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。
在说明书中第一部分,主要叙述了冲压模具的发展状况,说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义,对冲压件的工艺分析,工艺方案的确定。
通过,对零件排样图的设计,完成了材料利用率的计算。
再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算。
最后对主要零部件的设计和标准件的选择,为本次设计模具的绘制和模具的成形提供依据,以及为装配图各尺寸提供依据。
通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。
关键字:
冲压;工艺:
模具结构
Abstract
Amoldingtoolfordesigningasetoflyhurtlingbore,fallinganticipating.Wanttoproceedthecraftanalysistothewasherfirst,analyzethroughcraftwithcontrastcertainmoldingtoolamodelnumberforandpressuremachine,makingsurepressuremachine.Analyzeagaintowashtopressamoldingtoolforprocessingapplythetypethechoiceamoldingtoolforneedingdesign.Getamoldingtoolforwilldesigningtypeempressexpressesouteachworkzeropartsdesignprocessofthemoldingtool.
Intextfilethefirstpart,describedtowashthedevelopmentconditionthatpressthemoldingtoolprimarily,explaintowashtheimportancethatpressthemoldingtoolandthemeaningofthisdesign,tocraftthatwashingandpressingthepieceanalyzes,thecraftprojectreallysettles.Pass,lineupthedesignofthekinddiagramtothespareparts,completethecalculationofthematerialutilization.Proceedagainthecalculationthatwashcutthecraftdintwithwashtocutmoldworkpartofdesignscalculation.Finallytothedesignofthemainthepartsofzerowiththechoiceofthestandardpiece,drawforthisdesignmoldingtooltotakeshapetheofferingwiththemoldingtoolaccordingto,andforassembleeachsizeofdiagramofferingaccordingto.Thedesignprojectpassingbeforedrawsaneachsparepartsofmoldingtooldiagramwithassemblethediagram.
Keyword:
Washtopress;Falltoanticipatetohurtlethebore;Moldingtoolconstruction
第1章绪论
1.1中国冲压模具现状
根据考古发现,早在2000多年前,我国已有冲压模具被用于制造铜器,证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。
1953年,长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间,该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。
我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。
在走过了漫长的发展道路之后,目前我国已形成了300多亿元(未包括港、澳、台的统计数字,下同。
)各类冲压模具的生产能力。
近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。
精度达到1~2μm,寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模,大尺寸(Φ≧300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
1.1.1模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。
由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。
上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。
20世纪90年代以来,国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。
国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂,由华中理工大学作为技术依托单位,开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。
在此期间,一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统,并在模具设计制造中实际应用,取得了显著效益。
1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。
模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量,已成为人们的共识。
在“八五”、“九五”期间,已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。
如美国EDS的UG,美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer,美国CV公司的CADS5,英国DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及space-E,以色列公司的Cimatron,还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。
国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。
DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD,多数企业已经向三维过渡,总图生产逐步代替零件图生产。
且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。
在冲压成型CAE软件方面,除了引进的软件外,华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件,并已在生产实践中得到成功应用,产生了良好的效益。
快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合,快速制造大型汽车覆盖件模具,解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具,模具精度低、制件精度低,样件制作难等问题,实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造,并且保证了制件的精度,为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证,它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。
围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近年来也涌现出一些新的快速成型方法,例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。
它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。
1.1.2模具设计与制造能力状况
在国家产业政策的正确引导下,经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
虽然如此,我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距。
轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具国产化进程中前进了一大步,但在制造质量、精度、制造周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。
汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善,高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。
高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。
NC、DNC技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工和超精加工。
这些都提高了模具型面加工精度,提高了模具的质量,缩短了模具的制造周期。
模具表面强化技术也得到广泛应用。
工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可,碳化物被覆处理(TD处理)及许多镀(涂)层技术在冲压模具上的应用日益增多。
真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。
激光切割和激光焊接技术也得到了应用。
1.2冲压模具的发展重点与展望
发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。
可分为产品重点、技术重点两个方面来研究。
1.2.1冲压模具产品发展重点。
冲压模具共有7小类,并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。
目前急需发展的是汽车覆盖件模具,多功能、多工位级进模和精冲模。
这些模具现在产需矛盾大,发展前景好。
汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具,尤其是外覆盖件模具。
高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。
多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。
精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模,并不断提高其精度
1.2.2冲压模具技术发展重点。
模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。
因此从设计技术来说,发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用,并持续提高效率,特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。
模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展,并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。
为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平,建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。
从加工技术来说,发展重点在于高速加工和高精度加工。
高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。
高精度加工目前主要是发展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各种精密加工。
提高模具标准化程度,搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。
为了提高冲压模具的寿命,模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。
对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案,提供模具开发与工程服务,全面提高企业水平和模具质量,这更是冲压模具技术发展的重点。
1.3中国冲压模具发展趋势
根据国内和国际模具市场的发展状况,以及未来我国的模具行业做出调整后,将呈现出十大发展趋势:
一是模具日趋大型化;二是模具的精度将越来越高;三是多功能复合模具将进一步发展;四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高;五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展;六是模具标准化和标准件的应用将日渐广泛;七是快速经济模具的前景十分广阔;八是压铸模具的比例将不断提高;九是塑料模具的比例将不断增大;十是模具技术含量将不断提高,中高档模具比例将不断增大。
这就是我国模具行业未来的发展趋势。
第2章零件的分析
2.1零件的工艺性分析
零件图及相关尺寸见图
2.1.1材料
垫片零件材质为:
35号钢,厚度为4mm;属于普通碳素纲,具有良好的冲压性能。
由资料[1]查表得抗拉强度
=375~500Mpa,屈服极限
=245MPa,弹性模数E=
MP,伸长率
=25%,抗剪强度为τ=310~380Mpa。
2.1.2结构形状
该零件的结构相对有些复杂,但其属于薄板件,对称结构,比较规则,结构相对而言不算太大,适合冲压加工。
2.1.3尺寸精度
由于本零件给定的尺寸精度一般,所以未标注公差的尺寸都按生产所需经济精度要求的IT12级查[2]得各尺寸的公差
结论:
该冲裁件的材料35号钢,是普通碳素结构钢,具有较好的冲压性能,年生产10万件,为大批量生产,故比较适合冲裁加工。
2.2工艺方案分析
2.2.1方案种类
该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:
落料,弯曲,冲孔,采用单工序模生产。
方案二:
落料,弯曲,冲孔冲压,采用级进模生产。
方案三:
采用落料--弯曲同时进行的复合模生产,单工序冲孔。
2.2.2方案的比较
方案一,模具结构简单,制造方便,但需要两道工序,两副模具,成本相对较高,生产效率低,且更重要的是在第一道工序完成后,进入第二道工序必然会增大误差,使工件精度、质量大打折扣,达不到所需的要求,难以满足生产需要。
故而不选此方案。
方案二,级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。
但级进模轮廓尺寸较大,制造复杂,成本较高,一般适用于大批量,小型冲压件。
而本工件尺寸轮廓较大,采用此方案,势必会增大模具尺寸,使加工难度提高,进而也排除此方案。
方案三,只需要一套模具,工件的精度及生产效率要求都能满足,模具轮廓尺寸、制造相对前面两种方案都有比较好。
2.2.3方案的确定
综上所述,本套采用方案3。
2.3弯曲工艺计算
(1)无圆角半径(较小)的弯曲件(r〈0.5t)根据毛坯与制件等体积法计算。
(2)有圆角半径(较大)的弯曲件(r>0.5t)根据中性层长度不变原理计算。
因为r=2>0.5t=0.5*2=1mm,属于有圆角半径(较大)的弯曲件.所以弯曲件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算.视直边区在弯曲前后长度不变,圆角区展开长度按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算.
LZ=∑l+∑A
该零件的展开长度为
Lz=45*2+38+1.57x(6+4x0.36)≈139.68(mm)
以上格式中 P---中性层曲率半径,mm;
k---中性层位系数,查表得k=0.38
r---弯曲内弯曲半径,mm
t---弯曲件材料厚度,mm
LZ----弯曲件的展开长度,mm
a-----弯曲中心角
β---弯角
第3章模具间隙和凸凹模尺寸的确定
3.1模具间隙的确定
3.1.1间隙对冲裁件尺寸的精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值,差值越小,则精度越高。
这个差值包括两方面的偏差,一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差,二是模具本身的制造偏差。
影响偏差值的因素有:
凸模与凹模间隙、材料性质、工件形状与尺寸。
其中主要因素是凸模、凹模间的间隙值。
上述因素的影响是在一定的模具制造精度前提下讨论的。
若模具刃口制造精度低,则冲裁件的制造精度也就无法保证。
所以,凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件的尺寸要求来决定。
此外,模具的结构形式及定位方式对孔的定位尺寸精度也有较大的影响。
3.1.2间隙对模具寿命的影响
模具寿命受各种因素的综合影响。
间隙是影响模具寿命诸因素中最主要的因素之一。
冲裁过程中,凸模与被冲的孔之间,凹模与落料件之间均有摩擦,而且间隙越小,模具作用的压应力越大,摩擦也越严重。
所以过小的间隙对模具寿命极为不利。
而较大的间隙可使凸模侧面与材料间的摩擦减小,并减缓由于受到指责和装配精度限制而出现的间隙不均匀现象的不利影响,从而提高模具寿命。
3.1.3间隙对冲裁力的影响
随着间隙的增大,材料所受的拉力应力增大,材料容易断裂分离,因此冲裁力减小。
通常冲裁力的降低并不显著,当单边间隙在材料厚度的5﹪―20﹪左右时,冲裁力的降低不超过5﹪―10﹪。
间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。
间隙增大后,从凸模上卸料和从凹模里推出零件都省力,当单边间隙达到材料厚度的15﹪―25﹪左右时卸料力几乎为零。
但间隙继续增大,因为毛刺增大,又将引起卸料力、顶件力迅速增大。
3.1.4间隙值的确定
由以上分析可见,凸模、凹模间间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。
因此,设计模具时一定要选择一个合理的间隙,以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求、所需冲裁力小、模具寿命高。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙值增大,故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。
确定合理间隙的方法有理论确定法与经验法。
1.理论确定法
理论确定法的主要依据是保证上下裂纹会合,以便获得良好的断面。
2.经验确定法
根据近年来的研究与使用经验,在确定间隙值时要按要求分类选用。
对尺寸精度、断面垂直度要求高的制件应选用较小间隙值,对断面垂直度与尺寸精度要求不高的制件,应以降低冲裁力、提高模具寿命为主,可用较大间隙值
本论文设计的产品经查《冲压工艺与模具设计》书中表2.2.3得:
材料为08F钢,厚度为0.8的铁芯片间隙值为:
Z
=0.072;Z
=0.104
V形件弯曲时,凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。
但在模具设计中,必须考虑到要使模具闭合时,模具的工作部分与工件能紧密贴合,以保证弯曲质量。
U形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙,间隙过大则回弹大,工件的形状和尺寸
误差增大。
间隙过小会加大弯曲力,使工件厚度减薄,增加摩擦,擦伤工件并降低模具的寿命。
U形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算:
;
式中:
Z/2——凸、凹模的单面间隙;t——板料厚度的基本尺寸;
△——板料厚度的正偏差;
C——根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数,其值按表4-16选取。
表-5间隙系数C值(单位mm)
当工件精度要求较高时,间隙值应适当减小,可以取Z/2=t。
查有关资料板料厚度的正偏差为
由公式可得:
3.2凸凹模尺寸
凸模与凹模刃口尺寸和公差,直接影响冲裁件的尺寸精度。
模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。
因此正确确定凸凹模刃口尺寸和公差,是冲裁模设计中的一项重要工作。
冲裁时凸、凹模的制造公差由[2]得表2.2,如下:
表2.2凸、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
0.020
0.020
>180~260
0.030
0.045
>18~30
0.020
0.025
>260~360
0.036
0.050
>30~80
0.020
0.030
>360~500
0.040
0.060
>80~120
0.025
0.035
>500
0.050
0.070
>120~180
0.030
0.040
零件的冲孔基本尺寸为≤18之间,故取凸模偏差为0.020mm,凹模偏差为0.020mm。
1、根据冲孔落料的特点落料件的尺寸取决于凹模的尺寸,故落料模以凹模为设计基准,先确定凹模的尺寸,再按照间隙值确定凸模刃口尺寸;冲孔时孔径的尺寸取决于凸模的尺寸,故冲孔模以凸模为设计基准。
2、先考虑凹、凸模的磨损凹、凸模在冲裁过程中有磨损,凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小,凹模尺寸磨损使落料尺寸增大。
为了保证冲裁件的尺寸精度要求,并尽可能提高模具使用寿命,设计落料模时,凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸;设计冲孔模时,凸模刃口的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
3、刃口制造精度与工件精度的关系凹、凸模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准,保证合理的凹、凸模间隙值,保证模具的一定使用寿命。
由于冲模加工方法不同,刃口尺寸的计算方法也不同,基本上可分为两类。
冲孔:
凸模刃口尺寸:
(2.5)
凹模刃口尺寸:
(2.6)
式中:
d——冲孔件豁孔的最大极限尺寸(mm);
——冲孔凸模基本尺寸(mm);
——凸模刃口制造公差,可按IT8选用(mm);
△——制件公差(mm);
K——系数,是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸,与工件制造精度有关。
查[2]得,详见上表2.3;
——冲孔凹模基本尺寸(mm);
——最小合理间隙(mm)。
落料:
凹模刃口尺寸:
(2.7)
凸模刃口尺寸:
(2.8)
式中:
——落料件的最小极限尺寸(mm);
——落料凹模基本尺寸(mm);
—落料凸模基本尺寸(mm)。
采用凸凹模分开加工时,为了保证凹凸模间一定的间隙值,必须严格限制冲模制造公差。
因此,造成冲裁制造困难。
为了保证凹、凸模间一定的合理间隙,必须满足关系式
,这对于
、
差值很小时,将使凹、凸模刃口尺寸公差值更小,给凹、凸模的制造带来困难。
这种情况必须采用配合加工
配合加工就是先按设计尺寸制造一个基准件,然后再根据基准件的实际尺寸,按要求的间隙值配制另一件。
对于冲制薄材料的冲裁,或冲制复杂形状的工件的冲模,或单件生产的冲模,常常采用凸模与凹模配作的方法加工。
落料时应以凹模为基准件,根据凹模的实际尺寸按最小合理间隙配置凸模。
冲孔时应以凸模为基准件配制凹模。
凸、凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸、凹模的横向尺寸。
当工件标注外形尺寸时,应以凹模为基准件,间隙取在凸模上;当工件标注内形尺寸时,应以凸模为基准件,间隙取在凹模上。
而凸、凹模的尺寸和公差应根据工件尺寸、公差、回弹情况以及模具的磨损规律而定。
1)弯曲件标注外形尺寸
凹模尺寸为
凸模尺寸为
(或凸模尺寸按凹模实际尺寸配制,保重单面间隙Z/2)
2)弯曲件标注内形尺寸
凸模尺寸为
凹模尺寸为
(或凹模尺寸按凸模实际尺寸配制,保重单面间隙Z/2)
式中:
L——U形弯曲件基本尺寸,mm;
、
——凸、凹模工作部分尺寸,mm;
——弯曲件公差,mm;
、
——凸、凹模制造公差,选用IT7~IT9级精度,mm;
Z/2——凸、凹模单面间隙。
由弯曲件图可以看出弯曲件标注外形尺寸,且弯曲件未标注尺寸公差,则按未按公差IT14级来处理,查表得弯曲件公差
,凹模制造公差
,选用IT9级精度
,凸模制造公差
,选用IT8级精度
。
当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时,取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径r,但不能小于材料所允许的最小弯曲半径rmin。
由前面所述,该工件的相对弯曲半径等于最小相对弯曲半径,那么,凸模的圆角半径应等于工件内侧圆角半径,即
。
凹模圆角半径的大小不会直接影响到弯曲件的圆角半径,但是过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小,毛坯如凹模困难,会擦伤毛坯表面。
另外,凹模两侧的圆角半径必须相等,否则会引起板料偏移。
在实际生产中通常根据材料厚度选取凹模圆角半径:
当
;
;
。
因此,取
。
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