轿车后制动器挡油盘冲模设计.docx
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轿车后制动器挡油盘冲模设计
毕业设计说明书(论文)中文摘要
本设计主要是针对轿车后制动器挡油盘的加工进行成形模具设计。
通过对某轿车后制动器挡油盘零件的结构和工艺分析,阐述了该零件的成形工艺和模具设计的要点,制定了冲孔—翻孔—冲孔—切边一次成形的冲压工艺方案,分析确立了模具的结构形式。
然后进行了模具总体设计,包括操作和定位方式、卸料和出件方式、送料方式、导向方式等问题。
接着进行了冲压设备的选择计算,主要零件的理论分析计算与设计与标准件的选择。
根据以上分析和计算结果,设计出了冲孔—翻孔—冲孔—切边一次冲压成形复合模。
最后介绍了本套模具的装配和调试问题以及模具的工作过程。
本模具可以实现轿车后制动器挡油盘的快速成形,即可保证加工质量,又可提高生产效率。
关键词模具设计;冲孔—翻孔—冲孔—切边复合模;轿车后制动器挡油盘
毕业设计说明书(论文)外文摘要
TitleDesignofCar’sRearBrakeOilBaffle
Abstract
Thepaperisconcernedonthedesignofprototypingdieofcar’srearbrakeoilbaffle.Withrespecttothestructureandprocessofthepartsofrearbrakeoilbaffleforacertaincar,thekeypointsofthepart’sformingprocessanddiedesignisdemonstrated,thestampingprocessscheme,thatispunching-holeflanging-punching-trimming-secondaryforming,isproposedandthestructureformisestablished.Thenthepaperpaysattentiononthegeneraldesignofthedie,whichincludestheoperationandlocationmethod,theunloadingandejectionmethod,feedmethod,orientationmethod,andsoon.Subsequently,thepapercarriesoutthecalculationofthepunchingequipmentselection,thetheoreticalanalysisofmainpartsandtheselectionbetweendesignpartandstandardpart.Basedontheaboveanalysisandcalculationresults,akindofdiewhichisformedfromtheprocessofpunching-holeflanging-punching-trimming-secondaryformingtoacompositedieisdesigned.Intheend,theassemblinganddebuggingproblemsandtheworkingprocessofthedesigneddieisintroducedinthispaper.
Thedesigneddiecanfacilitatetheprototypingofthecar’srearbrakeoilbaffle,whichnotonlyguaranteesthequalitybutalsoincreasesproductionefficiency.
Keywordsdiedesign;punching-holeflanging-punching-trimmingcompositedie;rearbrakeoilbaffleofthecar
目次
1引言
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[1]。
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。
作为一种高效率的生产工具,模具是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件,具有生产效率高,可实现高速大批量的生产;节约原材料,实现无切削加工;产品质量稳定,具有良好的互换性;操作简单,对操作人员没有很高的技术要求;利用模具批量生产的零件加工费用低;所加工出的零件与制件可以一次成形,不需进行再加工;能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品;容易实现生产的自动化的特点[2]。
设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、使用寿命,还可以提高产品的经济效益。
在进行模具设计师,必须清楚零件的加工工艺,设计出的零件要能加工、易加工。
充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提,新的设计思路必然带来新的模具结构。
2冲压件工艺分析
2.1材料
冲压生产中使用的材料相当广泛,为了满足不同产品的使用要求,必须选用合适的材料;而从冲压工艺本身出发,又对冲压材料提出冲压性能方面的要求。
因此,从产品使用性能和冲压工艺两方面的要求来说,选用合适的冲压材料是生产合格冲压件的重要条件之一。
冲压常用材料有:
1)黑色金属:
碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。
2)有色金属:
纯铜、黄铜、青铜、铝等。
3)非金属材料:
纸板、胶木板、橡胶板、塑料板、纤维板和云母等。
08AL是优质碳素结构钢的一种,一般用作冷冲压薄板钢中的AL脱氧镇静钢冷轧板,其命名规则类同碳素结构钢,其两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍,即“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%,“A”表示质量等级,“L”为“拉”字的汉语拼音首字母,表示其拉伸性能好。
主要力学性能(试件尺寸25mm):
正火
930℃、σs=185MPa、σb=325MPa、σ5/%≥33
、
硬度(未热处理)131HB[3]。
主要用于制造4mm以下的各种冷冲压构件,如车身、驾驶室、各种仪表及机器外壳等。
2.2工件结构形状及批量
图2-1为挡油盘零件结构图,如图1所示,该零件属于大批量生产,工件只有落料、冲孔、翻孔工序,结构形状相对简单,成中心对称,零件冲裁工艺较好,适宜冲裁加工。
图2-1挡油盘零件结构图
2.3尺寸精度
图2-1上所有未标注公差的尺寸属自由尺寸,可按IT10-IT14级精度补标工件尺寸,具体数值见表2-1、表2-2[4]。
表2-1带凸缘拉深件拉深深度
的极限偏差(mm)
材料厚度
拉深深度范围
≤18
>18~50
>50~120
>120~180
>180~260
>260~500
≤1
±0.3
±0.5
±0.8
±1.0
±1.4
±1.6
>1~2
±0.4
±0.6
±1.0
±1.2
±1.6
±1.8
>2~4
±0.5
±0.8
±1.2
±1.4
±1.8
±2-0
>4~6
±0.6
±1.0
±1.4
±1.6
±2-0
—
表2-2成型件圆角半径
的极限偏差(mm)
圆弧半径
≤3
>3~6
>6~10
>10~18
>18~30
>30
极限
偏差
+1
0
+1.5
0
+2-5
0
+3
0
+4
0
+5
0
补标后尺寸如图2-2所示。
图2-2零件补标后尺寸
3冲裁工艺方案的确定
冲裁工艺方案可选方案有三种。
方案一:
落料—冲孔—翻孔分开进行的单工序模生产;方案二:
冲孔—翻孔—冲孔复合模生产;方案三:
冲孔—拉伸—冲孔级进模生产。
三种方案的比较如表3-1[4]所示。
表3-1单工序模、复合模及级进模的特点比较
项目
单工序模
复合模
级进模
冲压精度
一般较低
中、高级精度
中、高级精度
原材料要求
不严格
除条料外,小件也可用边角料
条料或卷料
制件最大尺寸与材料厚度
一般不受限制
一般应在300mm以下
通常情况下,尺寸在200mm以下,料厚在0.1-2mm之间
翻转与变更冲压方向
可能
不能
不能
增加工序数
可能
有限度
可能
冲压生产率
低
较高
高
生产通用性
好,适合于中、小批量生产及大型件的大量生产
较差,仅适合于大批量生产
较差,仅适合于中小零件的大批量生产
制造的复杂性和价格
结构简单,制造周期短,价格低
结构复杂,制造难度大,价格高
结构复杂,制造难度大,价格与工位数成比例上升
模具安装、调整与操作
模具有导向时安装与调试方便
安装、调整较级进模容易,操作简单
安装、调整容易,操作简单
设备能力
小
中
大
方案一:
按单工序工艺设计方案需落料、冲孔、翻孔3套模具完成该工件生产,工艺流程长,模具套数多,模具成本、生产成本高且效率低,并增加了冲压车间的设备负荷,而且由于材料薄,工序过多易造成工件变形,难以达到图纸各项尺寸要求和位置度要求。
方案二:
按复合模设计方案,适合大批量生产,安装、调整较级进模容易,操作简单。
方案三:
按级进模设计方案,要有两个或两个以上工位,条料以一定的步距由第一个工位逐步传送到最后一个工位,并在每一个工位上逐步将条料成形为所需零件的的冲模。
经综合考虑,结合该件生产批量大、与制动底板总成焊接时对其平面度要求高等实际情况,决定采用方案二复合模工艺,使条料通过冲孔、翻孔、冲孔、切边一套复合模具一次冲压成形,既保证了质量要求,又降低了模具成本、生产成本,提高了生产效率。
4模具结构形式的确定
复合模是在压力机的一次行程中,在同一个位置上同时完成几道工序,因此它至少要有一个凸凹模。
按落料凹模安装位置不同,又有倒装复合模与正装复合模之分:
不积聚废料的正装复合模,适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件,但制件和废料都是从分模面排出的,需要及时清除,并需二次清理,操作不如倒装复合模方便,且不太安全;倒装式复合模冲孔的废料由下模部分直接漏下,而制件是从上模的顶出器直接推出,两者自然分开无需二次清理,比较简单,因此操作方便安全,且倒装复合模易于安装送料装置,生产效率较高。
根据零件分析,制件的形状简单,且工件产量较大,根据材料厚度,为提高经济效益和简化模具结构,保证冲模有较高的生产率,通过比较,决定实行工序集中的工艺方案,自然漏料的倒装复合结构方式。
5模具总体设计
5.1操作与定位方式
5.1.1操作方式
零件的生产批量较大,为提高经济效益、合理安排生产,可采用手工送料方式。
5.1.2定位方式
坯料在模具中的定位设计,以保证坯料在冲裁和成形前具有正确的位置,是模具设计的重要内容之一。
定位机构必须精确、有效,便于操作,不仅要考虑坯料的静态定位,必要时还要考虑冲压过程中的动态定位。
单个工序件的坯料定位主要有定位板、定位销等,条料的定位常用档料销、导料板、侧压板和侧刃等。
因为倒料销和固定挡料销结构简单,制造方便。
且该模具采用的是条料,根据模具具体结构兼顾经济效益,控制条料的送进方向采用导料销,控制送料步距采用固定挡料销,为简化设计导料销、挡料销采用同一型号。
5.2卸料、出件方式
5.2.1卸料方式
卸料方式分为弹性卸料和刚性卸料两种。
刚性卸料是通过将卸料板固定在下模的凹模上以阻碍条料随凸模上移的一种卸料方式,一般用于条料较厚的情况。
弹性卸料则是由卸料板、卸料螺钉和弹性元件构成卸料装置,在凸模抬起过程中,通过弹性元件的回弹力将条料从凸模上脱离的一种卸料方式。
由于本材料很薄,仅0.7mm,可采用弹性卸料装置。
对于大型零件冲裁或成型件切边时,如果冲裁件尺寸较大或板料厚度较大时,一般都采用圆形或长方形废料切刀以代替卸料板将废料切断,使之从凸(凹)模上靠自重自由落下。
废料切刀要紧靠凹模安装,其刀刃高度要比凸(凹)模刃口低。
把制件或废料从装于上模座的凹模中推出来的零件,称为推荐装置。
推件装置的推件装置的推力,可以利用压力机上的打杆在打杆横梁作用下得到,或利用上模内安装弹簧或橡胶得到。
在模具中顶件器的作用是压紧坯料及在冲压过程结束后顶出工件,同时可以防止毛坯在弯曲过程中的移动及拉伸过程中的移动及拉伸过程中的起皱。
综合考虑,采用废料切刀卸料和顶件装置进行卸料。
5.2.2出件方式
一般有上出件和下出件两种。
下出件为制件从凹模孔中落下,制件不够平整且由于弹性变形程度大,而使制件精度受到影响。
上出件是指制件被凹模内设置的弹顶装置推出凹模洞口,制件较为平整,精度较高。
因采用倒装复合模生产,冲孔的废料由下模部分直接漏下,而制件是从上模的顶出器直接推出,故为上出件。
5.2.3废料排除
在冲裁过程,有可能出现废料回升或者废料堵塞的现象,这种现象的产生,轻者会使凹模被挤裂,重者会造成事故,因此应注意及时排除废料。
在生产中可以从以下几方面着手解决:
1)在凹模上安装小弹顶器或采用压缩空气以防止废料回升。
2)在凹模落料孔上作相应的处理以防止废料回升。
3)采用真空吸附方式防止废料回升。
因倒装式复合模冲孔的废料由下模部分直接漏下,而制件是上模的顶出器直接推出,两者自然分开无需二次清理,比较简单。
5.3确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机,采用纵向送料方式,即由前向后送料。
5.4确定导向方式
模具导向应当合理,尤其是冲薄料的小间隙冲模、生产批量很大的冲裁模,其导向机构尤其重要,是提高模具寿命的关键。
现提出四种方案,具体内容如下:
方案一:
采用对角柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳,其有效区在毛坯进给方向的导套间。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二:
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制,且可利用边角料加工,送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧,工作时,偏心距会造成导套导柱单边磨损,严重影响模具使用寿命,且不能使用浮动模柄。
方案三:
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件,以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四:
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上,导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式,为减小模具尺寸,采用后侧导柱的导向方式,即方案二而最佳。
6模具设计计算
6.1排样
排样是指冲裁件在条料、带料、板料上的布置方式。
选择合理的排样方式和适当的搭边值,是提高材料利用率、降低生产成本和保证工件质量及模具寿命的有效措施。
6.1.1排样设计原则
一般冲裁件的排样应遵守如下原则:
(1)提高材料利用率。
冲裁件生产批量大,生产效率高,材料费用一般会占总成本的60%以上,所以材料利用率是衡量排样经济型的一项重要指标。
在不影响零件性能的的前提下,应合理设计零件外形及排样,提高材料利用率。
(2)改善操作性。
冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。
一般说来,在冲裁生产时应尽量减少条料的翻动次数,在材料利用率相同和相近时,应选用条料宽度及步距小的排样方式。
(3)使模具结构简单合理,使用寿命高。
(4)保证冲裁件质量。
6.1.2排样方式的选择
6.1.3计算条料宽度
冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,以保证零件质量和送料方便。
搭边过大,浪费材料。
搭边过小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命。
影响送料工作。
搭边值通常由经验确定,表6-2[4]所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
根据图2-1中零件形状,零件厚度是0.7,条料长度是96,查表6-2可得工件之间的搭边值a1=1.8mm,工件与侧边之间搭边值a=2-0mm,条料是有板料裁剪下料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,下偏差为负值Δ(查表得Δ=-0.8
)。
表6-2搭边值和侧边值的数值(mm)
材料厚度t
圆件及r>2t
圆角
矩形边长l≤50
矩形边长l>50
或圆角r≤2
工件间距a1
侧边距a
工件间距a1
侧边距a
工件间距a1
侧边距a
0.25以下
1.8
2-0
2-2
2-5
2-8
3.0
0.25~0.5
1.2
1.5
1.8
2-0
2-2
2-5
0.5~0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2-0
0.8~1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2~1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2-0
1.6~2-0
1.2
1.5
1.8
2-5
2-0
2-2
……
……
……
……
……
……
……
该零件经一次拉伸即可达到所需深度。
条料宽度
B=D+2a+Δ
式中D—条料宽度方向冲裁件的尺寸;
a—冲裁件之间的搭边值;
Δ—板料剪裁下的条料的宽度公差。
B=96+2×2-0+0.8≈101mm
所以条料宽度为101mm。
6.1.4确定步距
送料步距S:
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距,每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关,是决定挡料销位置的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是,最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值;最大调料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料,并有一定的间隙。
送料步距
S=d+a1=80+1.8=81.8mm
排样图如图6-1所示。
采用1250mm×4000mm
板料,剪裁方式如图6-2所示:
故板料可剪裁条料数n1=4000/101≈39
条
每条料可冲裁件数n2=1250/81.8≈15
件
总件数n总=n1×n2=39×15=585
件
图6-1排样图
图6-2裁板方法
6.1.5计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率,它是衡量合理利用材料的重要指标。
按照该模具结构要求,其冲压加工的工步为送条料—冲孔—翻孔—冲4个安装孔—切边,这4个工步的重点为首先要判断出是否能一次性加工出
的内筒,成型方法主要有2种:
冲孔、翻孔和拉深后切去筒底形成。
考虑到减少坯料成形尺寸,有利于降低生产成本,采用翻孔成形当然是首选,为此,须对该零件一次最大成形翻孔高度进行判断。
依据翻边的最大翻边高度计算公式:
h最大=D/2(1-K0)+0.43r+0.72t
K0—材料的翻边系数,取0.7,
h最大=64.7/2(1-0.7)+0.43×1.35+0.72×0.7
=10.834mm>实际翻边高度4mm
故一次翻孔能达到该件的尺寸要求。
根据该零件翻孔特点和翻孔前后体积不变原则,考虑到翻孔前后材料厚度变化很小,因此,可按翻边前后中性层表面积不变进行计算。
保证图2-2计算简图所示翻孔前后阴影面积相等,即:
外径
D1面积-预冲孔径D面积=翻边圆弧环面积+翻边直边圆筒面积。
翻孔圆弧环面积利用“久里金法则”来计算,即任何形状的母线绕轴线旋转,所得到的旋转体面积等于母线长度L与其重心绕轴线旋转所得周长2πx
的乘积(x是该段母线重心至轴线的距离),根据手册查询相关公式并计算,半径R为1.35mm的圆弧重心距x为0.86mm,外径D1=64+1.7×2=67.4mm。
图6-3面积计算图
半径
R为1.35mm的圆弧的弧长L=0.5π×1.35=2-12mm
,翻孔后直边高H=4-1.7=2-3mm
,代入上述等式,即:
(π×67.42)/4-(π×D2)/4=2-12×2π(67.4/2-0.86)+2-3×π×64.7
计算得出预冲孔直径D=58.28mm。
部分倒角面积变化很小,可以忽略不计,按图6.3近似图形计算面积
一个步距内的材料利用率
η=A/BS×100%
式中A—一个步距内冲裁件的实际面积;
B—条料宽度;
S—步距
根据近似图形6-3可以算出
A=6488.75-4×0.5×(10/2)2-0.5×(58.28/2)2=6014.18mm2
η=6014.18/(101×81.8)×100%=72-8%
板料利用率
η=η总A/(1250×4000)×100%=585×6014.18/(1250×4000)×100%=70.4%
6.2冲压力的计算和压力机的选取
6.2.1冲裁力的计算
用平刃冲裁时,其冲裁力F一般按下式计算:
F=KLtτb
拉伸力
FL=Kπd1tσb
式中
d1—拉伸件直径;
F—冲裁力;
FL—拉伸力;
L—冲裁周边长度;
t—材料厚度;
τb—材料抗剪强度;
σb—材料抗拉强度;
K—系数,一般K=1.3。
计算
表6-3卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
K卸
K推
K顶
钢
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2-5
>2-5~6.5
>6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜、黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
卸料力
F卸=K卸F
推料力
F推=nK推F
式中n—梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t)
;
H—直刃口部分的高(mm)
;
T—材料厚度(mm);
K卸、K推—卸料力、推料力系数其值查表6-3[4]可得。
一条料可冲裁12件工件,为方便操作,故选择冲一条料清理一次废料,即n=15。
.722+60277.718
=206550.39N≈207kN
6.2.3冲压设备的选择
冲压式利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工所需零件,所以又叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要
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- 轿车 制动器 油盘 冲模 设计