中轴碗冲压成形工艺与模具设计方案.docx
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中轴碗冲压成形工艺与模具设计方案
1绪论
模具工业是国民经济的基础工业,是工业生产的重要工艺装备。
先进
国家的模具工业已摆脱从属地位,发展为独立的行业。
日本工业界认为:
“模具工业是其它工业的先行工业,是创造富裕社会的动力”。
美国工业
界认为:
“模具工业是美国工业的基石”。
在德国模具被冠以“金属加
工业中的帝王”之称。
冲压是一种先进的少无切削加工方法,具有节能省材,效率高,产品
质量好,重量轻,加工成本低等一系列优点,在汽车,航空航天,仪器仪表,
家电,电子,通讯,军工,日用品等产品的生产中得到了广泛的应用。
据统
计,薄板成型后,制造了相当于原材料的12倍的附加值,在国民经济生产
总值中,与其相关的产品占四分之一,在现代汽车工业中,冲压件的产值
占总产值的59%。
随着我国经济的迅速发展,采用模具的生产技术得到愈
来愈广泛的应用。
1.1国内模具的现状和发展趋势
1.1.1国内模具的现状
我国模具近年来发展很快,据不完全统计,2003年我国模具生产厂
点约有2万多家,从业人员约50多万人,2004年模具行业的发展保持良
好势头,模具企业总体上订单充足,任务饱满,2004年模具产值530亿
元。
进口模具18.13亿美元,出口模具4.91亿美元,分别比2003年增
长18%、32.4%和45.9%。
进出口之比2004年为3.69:
1,进出口相抵后的
进净口达13.2亿美元,为净进口量较大的国家。
在2万多家生产厂点中,有一半以上是自产自用的。
在模具企业中,
产值过亿元的模具企业只有20多家,中型企业几十家,其余都是小型企
业。
近年来,模具行业结构调整和体制改革步伐加快,主要表现为:
大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般
模具产品;专业模具厂数量增加,能力提高较快;"三资"及私营企业发
展迅速;国企股份制改造步伐加快等。
虽然说我国模具业发展迅速,但远远不能适应国民经济发展的需要。
我国尚存在以下几方面的不足:
第一,体制不顺,基础薄弱。
“三资”企业虽然已经对中国模具工
业的发展起了积极的推动作用,私营企业近年来发展较快,国企改革也
在进行之中,但总体来看,体制和机制尚不适应市场经济,再加上国内
模具工业基础薄弱,因此,行业发展还不尽如人意,特别是总体水平和
高新技术方面。
第二,开发能力较差,经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例
低,水平较低,且不重视产品开发,在市场中经常处于被动地位。
我国
每个模具职工平均年创造产值约合1万美元,国外模具工业发达国家大
多是15~20万美元,有的高达25~30万美元,与之相对的是我国相当
一部分模具企业还沿用过去作坊式管理,真正实现现代化企业管理的企
业较少。
第三,工艺装备水平低,且配套性不好,利用率低.虽然国内许多
企业采用了先进的加工设备,但总的来看装备水平仍比国外企业落后许
多,特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。
由于体制和资金等原因,引进设备不配套,设备与附配件不配套现象十
分普遍,设备利用率低的问题长期得不到较好解决。
装备水平低,带来
中国模具企业钳工比例过高等问题。
第四,专业化、标准化、商品化的程度低、协作差.由于长期以
来受“大而全”“小而全”影响,许多模具企业观念落后,模具企业专
业化生产水平低,专业化分工不细,商品化程度也低。
目前国内每年生
产的模具,商品模具只占45%左右,其馀为自产自用。
模具企业之间协作
不好,难以完成较大规模的模具成套任务,与国际水平相比要落后许多。
模具标准化水平低,标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影
响,对模具制造周期影响尤甚。
第五,模具材料及模具相关技术落后。
模具材料性能、质量和品种
往往会影响模具质量、寿命及成本,国产模具钢与国外进口钢相比,无
论是质量还是品种规格,都有较大差距。
塑料、板材、设备等性能差,
也直接影响模具水平的提高。
1.1.2国内模具的发展趋势
巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。
虽然我国的模具
工业和技术在过去的十多年得到了快速发展,但与国外工业发达国家相
比仍存在较大差距,尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。
未来的
十年,中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:
1)模具日趋大型化;
2)在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术;
3)模具扫描及数字化系统;
4)在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成
型技术;
5)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率;
6)发展优质模具材料和先进的表面处理技术;
7)模具的精度将越来越高;
8)模具研磨抛光将自动化、智能化;
9)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程;
10)开发新的成形工艺和模具。
1.2国外模具的现状和发展趋势
模具是工业生产关键的工艺装备,在电子、建材、汽车、电机、电
器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中,60%-80%的零部件都要依
靠模具成型。
用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一
致性和清洁环保的特性,是其他加工制造方法所无法替代的。
模具生产
技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并
在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
近几年,
全球模具市场呈现供不应求的局面,世界模具市场年交易总额为600~
650亿美元左右。
美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国
模具年总产值的三分之一。
国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%
以上;国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。
2004年中国模
协在德国访问时,从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会
2003年德国模 具产值达48亿欧元。 其中 模具企业的产值就占德国模具产值的90%,可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展,国外的一些掌握和能运用新技术的 人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才,他们 的技术水平比较高.故人均产值也较高.我国每个职工平均每年创造模 具产值约合1万美元左右,而国外模具工业发达国家大多15~20万美元, 有的达到25~30万美元。 国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上,而我国才达到45%。 1.3深圆筒拉深模具设计的设计思路 拉深是冲压基本工序之一,它是利用拉深模在压力机作用下,将平 板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。 它不仅可以加工旋 转体零件,还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件,但是,加 工出来的制件的精度都很底。 一般情况下,拉深件的尺寸精度应在IT13 级以下,不宜高于IT11级。 只有加强拉深变形基础理论的研究,才能提供更加准确、实用、方 便的计算方法,才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形 状与尺寸,解决拉深变形中出现的各种实际问题,从而,进一步提高制 件质量。 圆筒件是最典型的拉深件,其工作过程很简单就一个拉深,根据计 算确定它不能一次拉深成功.因此,需要多次拉深。 在最后的一次拉深中 由于制件的高度太高,根据计算的结果和选用的标准模架,判断此次拉 深不能采用标准的模架。 为了保证制件的顺利加工和顺利取件,模具必 须有足够高度。 要改变模具的高度,只有从改变导柱和导套的高度。 导 柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工作配合长度决定。 设计时 可能高度出现误差,应当边试冲边修改高度。 2异形端盖冲压工艺的分析 2.1拉深件工艺分析 工件: 如下图所示 材料: 15钢 厚度: 2.5mm 35+0.170 2 R2 R 19 40+0.175 +0.125 此工件为带凸缘圆筒形工件,形状简单对称。 零件图上未标注公差 尺寸按IT14精度计算。 2.2冲压工艺方案分析 2.2.1冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、拉深两个基本工序,可以有以下三种工艺方案: 方案一: 先落料,后拉深,然后冲孔。 采用单工序模生产。 方案二: 落料—拉深复合冲压,然后冲孔。 采用复合模生产。 方案三: 拉深级进冲压,然后冲孔。 采用级进模生产。 方案一模具结构简单,但需要三道工序三副模具,生产效率低,难以 满足该工件大批量生产的要求。 方案二只需两副模具,生产效率较高, 尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的集合行装简单对称,模具制 造并不困难。 方案三也只需两副模具,生产效率高,但模具结构比较复 杂,送进操作不方便,加之尺寸偏大,通过对上述三种方案的分析比较, 若该工件能一次拉深,则其冲压采用方案二为佳。 2.3 工艺计算 2.3.1计算毛坯尺寸 1.计算工件凸缘相对直径,确定修边余量 <1)由工件图可知t=2.5mm>1mm,故按板厚中径尺寸计 d=60mmd=37.5mmH=11.5mm。 t 凸缘相对直径d/d=60/37.5=1.6查表4.2得修边余量 t p Δh=1.6mm故按实际外径d=60+1.6×2=63.2mm计算。 <2)计算毛坯直径D +− 2+× D= d 24 dH 3 .44 dR = 63. 2 4 37. 5 ×11. 5 −3. 44 ×37. 5 ×2 mm=73.9mm p 2.3.2确定工件是否能一次拉深成形 高度H/d=11.5/37.5=0.307。 工件总的拉伸系数m=d/D=37.5/73.9=0.507,工件总的拉伸相对 总 由d p /d=63.2/37.5=1.685,t/D×100=2.5/73.9×100=3.383,查表 由表4.10查得,有凸缘圆筒件首次拉伸的极限相对高度h1/d1=0.48, 4.9得,有凸缘圆筒件第一次拉伸的极限拉伸系数m1=0.45。 由于m=0.507>0.45,H/d=0.307<0.48,故此工件可以一次拉出。 总 2.3.3确定是否用压边圈 板料的相对厚度t/D×100=2.5/73.9×100=3.383。 由表4.7查得需 要压料装置,拉伸时采用弹性压料装置。 2.3.4落料排样设计 1、确定零件的排样方案 设计模具时,条料的排样很重要。 由于是圆形,所以采用直排,材 料的利用率较高。 条料的排样 2、条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算 查表2.9得搭边值a=1.8mm,a=2.2mm。 条料宽度的计算: 拟采用无 1 侧压装置的送料方式,得 条料宽度 0 =(D+2a+c > 0 −△ max − <2.36) B △ 导料板间距离 A=Dmax+2a+2 c <2.37) D —条料宽度方向冲裁件的最大尺寸; max a—侧搭边值; △—条料宽度的单向<负向)偏差,见表2.10、2.11;查得△=0.8 c—导料板与最宽条料之间的间隙;其最小值见表2.12查得 c=0.5mm。 min 代入数据计算,取得条料宽度为 B0 = 79. 10 mm −△ −0. 8 A=79.9mm。 3.材料利用率的计算: 根据一般的市场供应情况,选950mm×1500mm×2.5mm的冷轧钢板。 每块可剪1500mm×79.1mm规格条料12条,材料剪切利用率达99.9%。 由材料利用率通用计算公式式<2.41)。 S S η= 1× 100 % =1 ×100 % S AB 0 式中 S —一个步距内冲裁件的实际面积,mm2; 1 S —一个步距内所需毛坯面积; 0 A—送料步距,mm; B—条料宽度,mm。 得 4287 η= ×100% ==67.0% 80. 9 × 79. 1 nA1 一张板料上总的材料利用率 η总= ×100% <2.42) LB 式中n—一张板材上冲裁件的总数目; A—一个冲裁件的实际面积,mm2; 1 n—一个进距内的冲裁件数量; B—板料宽度,mm; L—板料长度,mm。 得 228×4287 1500 ×950 η= 总 ×100% =68. 6% 由于板料相对较厚,直排材料的利用率相对已经很高了。 2.3.5主要工作零件的尺寸计算 1.落料凸、凹模尺寸的计算 由于落料是一个简单的圆形,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对 简单,精度容易保证,所以采用分别加工。 设计时,需在图纸上分别标 注凸模和凹模刃口尺寸及制造工差。 根据设计原则,落料时以凹模为设计基准。 由式<2.3)和<2.4)得 DA =(Dmax −x△> +δA 0 (2.3> DT =(Dmax −x△-Zmin> 0 <2.4) -δT 式中 D、D—落料凹凸模尺寸; AT D—落料件的最大基本尺寸; max x—磨损系数; Δ—工件制造公差; Z—最小合理间隙; min δ、δ—凸、凹模的制造公差。 AT 查表2.4得Z=0.360mmx=0.500查表2.5得δ=0.020mm minA δ =0.030mm T Δ=0.74mm 代入数据得 = −×= D (73.
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