封闭板冲压模设计.docx
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封闭板冲压模设计.docx
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封闭板冲压模设计
封闭板冲压模设计
国内外研究概况及发展趋势
目前,随着汽车及轻工业的迅速发展,模具设计制造日益受到人们的广泛关注,已成为一个行业。
将高新技术应用于模具设计与制造,已成为快速制造优质模具的有力保证:
1)、CAD/DAE/CAM的广泛应用,显示了用信息技术带动和提升模具工业的优越性。
在欧美,CAD/DAE/CAM已成为模具企业普遍应用的技术。
在CAD的应用方面,已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段,目前3D设计已达到了70℅--89℅,PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍。
2)、为了缩短制造周期,提高市场竞争力,普遍采用高速切削加工技术。
3)、快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用。
有SLA、SLS、FDM、LOM等各种类型的快速成型设备。
国外工业先进国家都拥有上万个模具企业与支持模具企业或为模具企业提供生产装备的企业相组成的强大的产业基础。
这是为适应社会产品工业化规模生产的重要条件和特点。
如汽车的工业化规模生产需要一大批专业性模具企业为其提供模具,同时根据汽车零件的生产技术要求,这些模具企业还配有相应的先进技术装备,包括数控和计算机数控机床、CAD/CAM系统,以及各种工艺装备。
模具的社会效益很高,是高技术含量的社会产品,其价值和价格主要取决于模具材料、加工、外购件的劳动与消耗三项直接发生的费用和模具设计与试模等技术费用,后者,是模具价值和市场价格的主要组成部分,其中一部分技术价值计入了市场价格,而更大一部分价值,则是模具用户和产品用户受惠变为社会效益。
如电视机用模,其模具费用仅为电视机产品价格的1/3000~1/5000,尽管模具的一次投资较大,但在大批量生产的每台电视机的成本中仅占极小的部分,甚至可以忽略不计,而实际上,很高的模具价值为社会所拥有,变成了社会财富。
所以设计本模具具有非常重要的现实意义。
本模具设计是为制造某车型中一个支柱端头上的封闭板,该零件左、右对称,生产中要求左、右件数量相等。
而且该零件本身属不对称的异形件,存在双向的弯曲(翻边)成形,单件冲压时存在着横向不平衡力,影响模具寿命和冲压质量,将左、右件合在一套模具上一次冲压成形,就能消除横向不平衡力,同时,也提高了冲件质量和生产效率。
据此,拟定该零件的冲压工艺为“落料——双向弯曲(翻边)成形,并设计了落料和成形两套模具。
在使用AutoCAD进行模具设计时,可以方便、快捷地调用工艺资料,达到了提高产品质量,缩短周期,降低成本,增加经济效益的目的,具有非常重要的现实意义。
因此,模具广泛应用于汽车制造业,有助于推动我国汽车行业的发展。
设计方案
该毕业设计要做的是某车型中一个支柱端头上的封闭板的成型模以及落料模的设计。
此工件左右相同,制造中要求左、右件产出一致,制造量中等。
因制造件存在着两面弯折,因此初步拟订如下两种思路:
方案一:
落料→三面弯曲→单面弯曲
方案二:
落料→两面弯折
以上两种工艺方案中,第一种若位置固定不佳的话,会导致工件存在误差,影响配合而且生产速度慢。
第二种,设计结构复杂,但工件存在的误差小,生产质量高且生产速度快,因此第二种方案更好。
落料模的制造方案中,要计算毛坯的外形尺寸,其中既有公式算法,也有估计尺寸,最后实验决定尺寸。
该零件展开的毛坯形状一样,所以生产左右件时只需要一副模具,此落料模可用下出料结构。
两面弯折成形模结构繁琐,其重要点在于为了保证成形的精度,上下模弹簧规格的选用在按设计意图运动中起着关键性得到作用。
这个成型模每次工作可以完成对称零件的成型加工,毛坯用定位板固定不仅可以提高工件的生产质量和生产速度,还能减少工件的不稳定。
确定压力机时,可以采用“AutoCAD”的工具栏中的压力中心确定方法来确定压力中心,这样精度较高而且速度快。
封闭板成形模及冲压工艺设计
零件结构及工艺分析
零件结构
本次应用设计的工件是某车型上支柱端头的封闭板,材料为08Al,料厚1mm,如图1所示。
零件图为工件的左件,零件的右件与其一样,制造时要求两工件的数量一致,制造数量为中等。
该工件从制造所需的尺寸和应用情况来看,尺寸所要求的精度不会太高,外形尺寸要求满足IT14级就行,还可以适当更改弯曲尺寸的公差。
工艺分析
该零件从形状上看是不规则的形状,且存在两面弯折成形,就弯折形状看,成形并不复杂,但三个圆弧边的弯曲成型存在一定的困难。
(1)零件图中R5mm处的翻边成形可按矩形件转角的拉深成形处理,由于底角半径r=1.5mm,所以
……………………………(2.1)
式中D——坯料直径(mm);
d——圆筒形工件直径(mm),取5×2=10mm;
h——圆筒形工件高度(mm),取10+1=11mm。
将以上数据带入(2.1)式得==23.4mm。
因此最大相对高度h/D=11/23.4≈0.47,故成形较容易且可一次完成。
(2)而圆角R3.5mm处的弯曲有一定难度,属孔的弯曲,由于其弯曲半径R小于弯曲高度,因此加工后会出现拉裂,必须对其进行加工,使弯曲边的高度变低。
(3)R1mm处若按拉深模型进行计算,则由于底角半径r=1.5相对于转角半径1.5(中性层半径)不可忽略,所以
………………(2.2)
式中D——坯料直径(mm);
d——圆筒形工件直径(mm),取(1+0.5)×2=3mm;
h——圆筒形工件高度(mm),取10+1=11mm;
r——底角半径(mm),取1.5mm。
将以上数据带入(2.2)式得:
=
=11.5mm
因此相对高度h/D=11/11.5≈0.95,且零件的宽度t/D=1/11.5≈0.09又较大,故一次加工成型有一定难度。
但从整体看,其弯曲为52°左右的部分较少,加工时的三角形部分较少,同时上部与旁边的直角弯曲成形部分不长,且另一边是不密封的,其对多余形状的切向力较小,即圆角部分的多余三角形材料并不是完全按纯拉深时的径向流动,相反,这里由于切向缺少材料约束而以横向流动为主,这就提高了毛坯的变形能力,使其能够一次完成双向弯曲。
当然,此处的毛坯弯曲变得不简单,使毛坯展开计算变得不简单。
落料模设计
落料毛坯形状和尺寸的确定
图2为零件展开后的形状,其翻边部分按常规的弯曲件毛坯尺寸计算方法计算即可,见图3所示。
这里着重讨论工艺分析中谈到的3处翻边成形的毛坯尺寸的确定和计算,即图2的I、II、III处,图4所示为这3处的计算简图。
弯曲成形部分的毛坯形状和尺寸的计算
∵R/t=1.5/1=1.5,查表4-1[9],得K=0.369。
∴ρ=R+Kt…………………………………(2.3)
式中ρ——中性层半径(mm);
R——弯曲内半径,取1.5mm;
K——中性层位置系数,取0.369;
t——材料厚度,取1mm。
将以上数据带入(2.3)式,得ρ=R+Kt=1.5+0.369×1=1.869mm
L=π/180×α×ρ……………………………(2.4)
式中L——中性层展开长度(mm);
α——弯曲中心角度(º);
ρ——中性层半径(mm)。
将数据带入(2.4)式,得:
L1=π/180×α1×ρ=π/180×74×1.869=2.414mm;
L2=π/180×α2×ρ=π/180×90×1.869=2.936mm;
S1=15-(1.5+1)×Sin37o=13.495mm;
S2=74.25-1.5×Sin37o-1.5=71.847mm;
S3=10-1.5=8.5mm。
∴弯曲直壁的展开高度H=S3+L2/2=8.5+2.9/2=9.9mm;
总体展开长度
L=L1+L2+S1+S2+S3=2.414+2.936+13.495+71.847+8.5=99.192mm;
中间部分的展开长度L中=99.192-15-9.9=74.29mm。
三边弯曲的尺寸的确定和计算
(1)图4a所示为图3中Ⅰ处的零件展开,这里的过渡圆弧为R1mm,此处开形状是将其按盒形件转角处的拉深成形加工。
但此毛坯由于上段的翻边段不长,且两边缺少材料的限制,使得圆弧部分拉深时的多余三角形材料并不像纯拉深时那样全部转化为圆弧直壁,使直壁高度增加,而是在切向应力的影响下使其横向流动。
图4a中这种径向流动远小于横向流动,这种质料的流动使得该处的翻边变的不简单,使外形尺寸的计算变得不简单,只能大概的估计,然后经验证确定。
详细过程是:
将ac的边向右边歪斜使边ac的长度为9.9mm,此处假定a点经横向移动后至b点。
ab的边长设置为R1mm对应面积分为两部分,一部分为宽1.37mm(按R1.5mm中性层弧长,圆弧夹角为52.4º计算)的面积替换为为△abc部分,应两处面积一样所以设ab为3mm。
由于该毕业设计对成型尺寸要求较低,所以不需要修整。
(2)图4b所示为图2中Ⅱ处的展开尺寸简图。
此处为圆孔翻边,若圆弧尺寸定为R3.5mm,弯曲尺寸为9.9mm的话,弯曲时两侧会出现开裂,所以为了减少弯曲的长度,提高成型时的能力,需要使用工艺处理。
详细计算如下:
由圆孔翻边系数公式K=d/D,得:
d=KD……………………………(2.5)
式中d——翻边前毛坯孔的直径(mm);
D——翻边后孔的中性层直径,D=(3.5+0.5)×2=8mm;
K——翻边系数,取K=0.47。
将以上数据代入(2.5)式,得d=KD=0.47×8=3.76mm。
故翻边前毛坯的半径r=d/2=1.88mm。
考虑到凹模的强度,将R1.88mm的圆弧按60°夹角(R3.5mm处的圆弧的角度)用两条直线过渡到弯曲直边,其相交处的过渡圆弧为R9.9mm,这样就能计算这段展开的长度。
(3)图4c所示为图2.2-1中Ⅲ处的毛坯展开简图。
该处的翻边为盒形件拉深时圆弧弯曲。
首先筒形件拉深弯曲得出转角的为R11.7mm,并画出圆弧,如图4c所示,然后做R11.7mm的圆弧引切线,使两边都相切,中间用R11.7mm的圆弧完成连接。
排样和裁板
确定排样方式并计算使用率
计算冲裁件的面积A:
充分利用AutoCAD2000计算物体质量特性的功能,依次点取“工具”(Tools)菜单“查询”(Inquiry)→“质量特性”(MassProperties),得面积A=5685mm2。
拟订两种排样方案,如下:
方案一:
直排,且无侧压装置。
(见图5)
查表2—16[3],得最小搭边值a=2mm,a1=1.5mm。
条料宽度B-△=[D+2(a1+△)+b0]…………………………(2.6)
式中B——条料公称宽度(mm);
D——垂直于送料方向的工件尺寸,取D=15+74.29+9.9=99.19mm;
a——侧搭边值(mm);
b0——条料与导板之间的间隙,查表3—18[4],得b0=0.2mm;
△——条料宽度的公差,查表3—18[4]得△=0.6mm。
将以上数据代入(2.6)式得
B-△=[D+2(a1+△)+b0]
=[99.19+2×(2+0.6)+0.2]=104.6mm
进距h=57.5+9.9×2+1.5=78.8mm
∴一个进距的材料利用率η=nA/Bh=(1×5685)/(104.6×78.8)=69.0%
方案二:
对排,且无侧压装置。
(见图6)
查表3—17[4],得最小搭边值a=a1=2.5mm,D=57.5+9.9×2=77.3mm。
查表3—18[4],得b0=0.1mm,△=0.5mm。
将以上数据代入(2.6)式得:
B-△=[D+2(a1+△)+b0]
=[77.3+2×(2.5+0.5)+0.1]=83.4mm
进距:
h=(15+74.29+9.9)+(15+66.75-19+9.9)+2.5×2=176.84mm
∴一个进距的材料利用率η=nA/Bh=(2×5685)/(83.4×176.84)=77.1%
对比两方案,虽然方案二比方案一省料,但存在着下述困难:
如果一次只压一件
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