模具设计与制造专业论文39278.doc

毕 业 设 计（论 文）汽车减震器上的连接板，目录第一章 课题简介第二章 工艺分析第三章 工艺方案的确定第四章 填写冲压工序卡第五章 落料冲孔模的模具结构设计第六章 弯曲模的力的计算第七章 弯曲模的模具结构设计第八章 校核弯曲模的压力机的安装尺寸第九章 切开模力的计算第十章 切开模的模具结构设计第十一章 成形模的力的计算第十二章 成形模的模具结构设计第十三章 校核压力机的安装尺寸第十四章 毕业小结第十五章 参考文献 第一章 课题简介本课题是无锡中捷减震器有限公司所做的汽车减震器上的连接板，其形状.尺寸如下图所示。其材料为st12钢板，料厚为2.0mm,制件尺寸精度为it14，批量生产。要采用冲压生产，要求编制冲压工艺.图1-1第二章 工艺分析一 工艺分析该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，一般批量，属普通冲压件，但要注意几点：1. 该制件是弯曲件，所以在加工该工件时保证折弯角度的精度，同时在其制件上还有一个9的孔，所以该制件的定位问题在设计模具时应加以注意。2. 该制件是弯曲件，所以控制回弹是关键。3. 从安全考虑，要采取适当的取件方式。4. 有一定的批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。二 工艺方案的分析与确定1）、工艺方案的分析根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔、弯曲、分开和成型五种。按先后顺序组合，可得如下几种方案：1、 落料-冲孔-分开-弯曲-成型，单工序冲压。2、 落料-冲孔-弯曲-分开-成型，单工序冲压。3、 落料冲孔-分开-弯曲-成型，复合冲压。4、 落料冲孔-弯曲-分开-成型，复合冲压。方案1属于单工序冲压。由于此制件生产批量较大，这种方案生产率较低，而且在折弯前分开不利于工件的定位，从而影响工件的位置精度，故不宜采用。方案2也属于单工序冲压，虽然解决了方案1存在的问题，但是生产效率低，但也不宜采用。方案3虽然是复合冲压，但是它仍存在方案1的问题，所以不宜采用。方案4是复合冲压，它解决了 以上方案存在的问题，故此方案最为合适。图1-2 连接板的成形方案 （a）排样（b)落料冲孔（c) 弯曲 （d)分开 （e)成型第三章、工艺方案的确定1、计算毛坯尺寸 相对弯曲半径为：r/t=2/2=10.5式中 r弯曲半径（mm） t料厚（mm）可见，制件属于圆角半径较大的弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径(mm).由文献（1）中性层的位置计算公式 =r+xt式中 x由实验测定的应变中性层的位移系数.由文献(1)表3.3.3位移系数x值,查出x=0.32 =(2+0.32*2)=2.64mm由文献(1)圆角半径较大(r0.5t)的弯曲件毛料长度计算公式l=l直+l弯; l弯=/180式中 l弯曲件毛料展开长度(mm) l直弯曲件各直线段长度总和(mm) l弯弯曲件各弯曲部分中性层展开长度之和(mm)l长(1)=34.54+22.99+2.07+1.20=60.8mml短(1)=40.06+14.95+2.07+1.20=58.28mml弧=r=27.3*0.89=24.3mml长=(60.8+24.3)x2+4=180mml短=(58.28+24.3)x2+4=175.42mm2、确定排样、裁板方案这里毛坯为简单的矩形,且尺寸也不算小，考虑到操作方便，宜采用单排。由文献（1）表2-5-2查得a=2.2mm,a1=2.0mm。根据资料（2）表4-1扎制薄钢板规格拟选用规格为2mm*184mm*2000mm的钢材。采用纵向冲裁和纵向排样的方案，可得材料利用率为=n3s/l*b *100%=72.7%式中： - 材料的利用率 n - 毛坯的个数 s - 毛坯的面积 l.b - 分别为钢材的总面积本例拟采用此方案进行冲裁和排样。3、计算各工序压力、压力中心，初选压力机。1）落料冲孔工序1落料力计算 f落料=kl t =396.2*2*270n=213948n=213.95kn其中k为安全系数，冲裁周边总长l=396.2mm,材料厚度为t=2mm,材料的抗剪强度=270mpa(查资料2 表4-12得)2卸料力计算f卸=k卸*f落=0.02*213948n=4279n=4.3kn3顶件力计算： f顶=k顶*f落=0.08*213948n=17115.84n=17.1kn4冲孔力计算：f冲=k冲tl=2*56.52*270n=30520.8n5卸料力计算：f卸2=k卸f冲=0.06*30520.8n=1831.25n6f推料力计算：f推=k推nf冲=2*0.07*30520.8=4272.9n7总压力计算 f总1=f落 + f卸+f顶=(213948+4279+17115.84)n=235.34knf总2=f冲+f卸2+f推=（30520.8+1831.25+4272.9）=36.625knf总= f总1+ f总2=235.34kn+36.625kn=272kn8初选压力机：由于该制件是一普通制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机。它具有工作台三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。由于落料、冲孔复合模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在冲孔阶段所需要的反倒要小的多。因此若按总的压力来选取压力机，很可能出现虽然总的压力满足要求，但是在初始阶段冲裁时已经超载。同时，选用冲孔压力机还应该对冲孔功进行核算，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。因此精确确定压力机压力应当根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际条件，在现有压力机中选取。在这里根据总压力为272kn,从资料（2）表4-31提供的压力机公称压力序列中选取400kn的压力机，型号为j23-40.由此可知，电动机的功率远远大于冲孔所需压力机的电动机功率。故可以选用此电动机。9确定压力中心由于该制件的毛坯及各工序件均为轴对称图形，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。第四章、填写冲压工序卡由上可知该制件共有四道工序：即落料拉深，切边，整形，冲孔。冷冲压工艺卡片扬州职业大学冷冲压工艺卡片产品型号零件名称产品名称零件型号材料牌号及规格技术要求毛坯尺寸每毛坯可制件数毛坯质量辅助材料st12条料184*100050工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备工时0下料剪床上剪板q11-6x25001冲压落料冲孔，弯曲，切开，成形落料冲孔模弯曲模切开模成形模2检验按产品图纸34567编制审核会签标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 第五章、模具结构设计 根据确定的冲压工艺方案和制件 的形状特点、要求等因素确定冲模的类型 一、材料及结构形式。 1. 模具结构形式的选择落料冲孔复合模的基本结构：在模具的一方是落料凹模，中间装着冲孔凸模；而另一方是凸凹模，外部是落料的凸模，内部是冲孔的凹模。复合模的特点是：结构紧凑，生产率高，制件精度高，特别是制件孔对外形的位置度容易保证。另一方面，复合模结构复杂，对模具零件精度要求较高，模具的装配精度要求也较高。同时该模具的这种结构对材料的要求是很高的，而且它的凸凹模又是镶拼式的，所以材料的选择很重要。在这里，我们选用cr12mov作为其材料，因为该制件的生产批量大，而cr12mov具有强度高，韧性好，耐磨性好抗回火稳定性和热处理变形小的高性能模具材料。2. 模具工作部分的尺寸和公差的确定a) 计算落料凸、凹模的刃口尺寸：本制件为简单的轴对称图形，且是一个矩形制件，可用线切割加工，故按配作法计算凸、凹模刃口尺寸。根据凸、凹模刃口尺寸计算公式，先计算出落料凹模刃口尺寸由资料（1）表2.2.3查得2cmin=0.246mm,2cmax=0.360mm,则2cmax-2cmin=(0.360-0.246)mm=0.114mm故有 d凹1=（d max-x）=(175.42-0.5*0)=175.42mm d凹2=（d max-x）=(180-0.5*0)=180mm d凸1=（d凹-2cmin）=(175.42-0.246)=175.12mm d凸2=（d凹-2cmin）=(180-0.246)=179.63mm校核： 00.26mm 由此可得该尺寸能保证间隙在合理的范围内，故可取。其其他尺寸如图所示b) 计算冲孔凸、凹模的刃口尺寸：由上工艺图可知，由冲孔可得尺寸有9尺寸（根据gb1804-it14级），以凸模尺寸为基准加工凹模时，根据公式计算冲孔凸，凹模的尺寸及公差得： dp=(dmin+x)-p0=（9+0.5*0）0-0.05=90-0.05 dd=( dp +2cmin)0+d=(dmin+x+2cmin) 0+d=9.340+0.02 （落料冲孔模凸凹模）模具结构设计1)凹模周界尺寸计算:因制件形状简单,尺寸较大,故选用镶拼式圆形凹模比较合理. 凹模厚度尺寸h的计算:由凹模的计算公式为 h=f落料*(1/10) =(213948*0.1) =27.76mm又因为冲裁轮廓线全长为396.2mm,超过了50mm,故应乘以修正系数k.由资料(2)表4-21可得凹模厚度的修正系数k的值为k=1.50则 h凹=1.50*27.76=41.64mm将凹模厚度圆整成50mm 落料凹模外形尺寸的计算:因为凹模孔口轮廓为圆形,则凹模壁厚可按下式计算 w=h=54mm 则落料凹模的模壁就是d=l+2w=396.2+2*54=504.2mm.将其圆整为500mm 落料凸模的强度和刚度校核凸模承载能力的校核：凸模最小断面承受的压应力，必须小于凸模材料强度允许的压应力，即 对于非圆形凸模有： 3p143 -凸模的最小断面面积（） -凸模纵向总压力（n） -凸模材料的许用应力对于一般工具钢，凸模淬火硬度hrc为5862时，取10001600mpa =21371.6/10001600=21.413.4mpa 由已知s=24040.6 即落料凸模承载压力面积完全合格。由于本产品的生产纲领为10万件,即在冲裁过程中由于材料的厚度及材料本身属于硬质材料,为此需要经常磨刃口,适当给落料凸模适当加厚，取h=60mm。2)选择模架及确定其他冲模零件的有关标准:根据凹模周界尺寸d=500mm,查资料(2)表5-5选取典型结构并结合实际得520*240,并选用滑动独立中间导柱矩形模架.3)卸料.压边弹性元件的确定 冲压工艺中常见的弹性元件有弹簧和橡胶等,但是由于这副模具所需的卸料力较大,如果选用弹簧,即使使用10个弹簧,每个弹簧所承担的负荷也将达到f预 =11.9/10=1.19kn.同时由于这是一副落料.拉深复合模,模具的行程较大,也给弹簧的选用带来困难.即使是选用了弹簧,也势必造成为了安装弹簧而选用较大的模架.因此我们选用橡胶作为卸料的弹性元件.确定卸料橡胶 确定橡胶的自由高度h自,有资料(2)表3-9得:h自=l工/(0.25-0.30)+h修磨式中的l工为模具的工作行程再加1-3mm.本模具的工作行程为锥形件的拉深度,故l工=10.5mm,h修磨的取值范围为4-6mm,在这里取中间值5mm. h自=(10.5/0.3+5)mm=40mm确定l预和h装.由表3-9可得如下计算公式: l预=(0.1-0.15)h自=0.15*40=6mm h装=h自-l预=(40-6)mm=34mm确定橡胶横截面积a a=f/qf由前可知为f=11.9kn,q=0.26-0.5mpa.在这里,由于该模具的工作行程比较小,因此取q=0.4mpa则 a=11900/0.4mm=29750mm核算橡胶的安装空间:可以安装橡胶的空间可按 凹模外形表面积与凸凹模底部面积之差的80估算.经计算为s=37657mm,则可以安装橡胶的面积 s=30125mm,大于所需的橡胶面积,因此满足安装橡胶的需要. 确定压边弹性元件:在拉深中可以采用的弹性元件有橡胶.弹簧,气垫.氮气弹簧等.但是该工件为一件浅拉深件,且是一件锥形件,对压边力的要求不是很大,所以可以选用橡胶作为该制件压边的弹性元件.确定橡胶的自由高度h自,由资料(2)表3-9得: h自=l工/(0.25-0.30)+h修磨式中,l工为模具的工作行程再加1-3mm.本模具的工作行程为锥形件的拉深度, 故l工=10.5mm,h修磨的取值范围为4-6mm,在这里取中间值5mm. h自=(10.5/0.3+5)mm=40mm确定l预和h装.由资料(2)表3-9可得如下计算公式: l预=(0.1-0.15)h自=0.15*40=6mm h装=h自-l预=(40-6)mm=34mm确定橡胶的衡截面积a a=f/qf由前可知为f-5.6kn,q=0.26-0.30mpa.在这里,由于该模具的工作行程很小,因此取q=0.3mpa则 a=5600/0.3mm=18667mm核算橡胶的安装空间:因此橡胶用两块板固定故无须核算其空间问题.五.校核压力机安装尺寸模座的外形尺寸为520mm*240mm,闭合高度为236mm,由资料(2)表4-33查得j23-100型压力机的工作台尺寸为900mm*600mm,最大闭合高度为400mm,连杆调节长度为110mm,故符合安装要求.第六章弯曲模的力的计算1.压力的计算及压力机的选择 1）弯曲力计算 f弯=0.6kbt2b/r+t=0.6*1.3*22*4*400/4=6864n=6.864knf校=ap=2*22*153.92*60=406.35 kn3)顶件力计算 fq=（0.3-0.8）f弯=3.432 kn3）总压力计算 f总f校 一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍， f压机1.3 f总=1.3*406.35=528.255 kn4)初选压力机：由于该制件是一件尺寸不是很大，且精度要求不高，样选用开式可倾压力机。在这里总压力为406.35kn，从资料（2）表4-31提供的压力机公称压力序列中选取800kn的压力机，同第一道落料拉深复合模一样选用开式可倾压力机，型号为j23-80.第七章 弯曲模的模具结构设计1.模具工作部分的尺寸和公差的确定 1）凸模圆角半径 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.而本制件的相对弯曲半径r/t较小所以取凸模圆角半径rt=2mm. 2)凹模圆角半径 凹模入口处圆角半径ra的大小对弯曲力以及质量均有影响。过小的凹模圆角半径会使弯距的弯曲力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增加，弯曲力增加，并易使工件表面擦伤甚至出现压痕。 在生产中，通常根据材料厚度选取凹模圆角半径：当t2mm时，ra=（3-6）t；所以凹模圆角半径ra=10mm 3)弯曲凹模的深度查质料（1）表3.4.2得l0=38.74mm h=45mm 4)弯曲凸、凹模的间隙v形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的配合高度来控制的。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。 （弯曲模凸模） 第八章校核弯曲模压力机的安装尺寸 模座的外形尺寸为450mm*300mm,闭合高度为215.69mm,由资料（2）表4-33查得j23-100型压力机的工作台尺寸为900mm*600mm,最大闭合高度为400mm连杆调节长度为110mm,故符合安装要求。第九章切开模具结构设计 1、计算工序压力、压力中心，初选压力机。1切开力计算 f切开=kl t =73.82*2*270n=39862.8n=39.86kn其中k为安全系数，冲裁周边总长l=73.82mm,材料厚度为t=2mm,材料的抗剪强度=270mpa(查资料2 表4-12得)2卸料力计算f卸=k卸*f切开=0.02*3986.8n=797.256n=0.8kn3顶件力计算： f顶=k顶*f切开=0.08*39862.8n=3189.024n=3.2kn4总压力计算 f总=f切开 + f卸+f顶=(39862.8+797.256+3189.024)n=43.85kn5初选压力机：由于该制件是一普通制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机。它具有工作台三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。由于切开模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力。因此若按总的压力来选取压力机，很可能出现虽然总的压力满足要求，但是在初始阶段冲裁时已经超载。因此精确确定压力机压力应当根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际条件，在现有压力机中选取。在这里根据总压力为43.85kn,从资料（2）表4-31提供的压力机公称压力序列中选取63kn的压力机，型号为j23-40.由此可知，电动机的功率远远大于切开所需压力机的电动机功率。故可以选用此电动机。9确定压力中心由于该制件的毛坯及各工序件均为轴对称图形，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。第十章切开模的模具结构设计1， 计算切开凸、凹模的刃口尺寸：因制件是矩形，且切开是从工件的中间切开并且中心对称，根据零件图纸上的尺寸及计算可得出切开凸、凹模的刃口尺寸。由资料（1）表2.2.3查得2cmin=0.246mm,2cmax=0.360mm,则2cmax-2cmin=(0.360-0.246)mm=0.114mm （切开模凸模）（切开模凹模）第十一章成形模的力的计算因为该制件是一个弯曲件，而且最后一道弯曲与前一道弯曲不一样所以成形是该制件的必要工序。而且成形也是保证制件尺寸精度和位置精度的最好的方法。1. 计算工序的压力，压力中心，初选压力机。f弯=0.6kbt2b/r+t=0.6*1.3*22*4*400/29.3=937.06n=0.94knf校=ap=2*22*25.77*60=68.03 kn3)顶件力计算 fq=（0.3-0.8）f弯=0.47 kn3）总压力计算 f总f校 一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍， f压机1.3 f总=1.3*68.03=88.44 kn4)初选压力机：由于该制件是一件尺寸不是很大，且精度要求不高，样选用开式可倾压力机。在这里总压力为88.44kn，从资料（2）表4-31提供的压力机公称压力序列中选取100kn的压力机，同第一道落料拉深复合模一样选用开式可倾压力机，型号为j23-80.第十二章成形模的模具结构设计 根据确定的工艺方案和制件的形状特点，要求等因素确定冲模的类型及结构形式。在这里，由于前两道工序都采用了镶拼式凸凹模的结构形式，所以在这道工序中我们也采用这种模具结构，因为该制件不仅是一个弯曲件，而且是一个半圆形弯曲件，如果用整体式凸凹模会增加凸凹模的制造难度。所以在这里我们选用镶拼式凹模结构。1. 模具结构形式的选择因为成形就是为了使制件的形状及尺寸达到图纸的要求，从而制造出合格的制件的过程。所以成形工序一般都作为单工序，在这里我们也采用单工序模的结构形式。2.模具工作部分的尺寸和公差的确定 1）凸模圆角半径 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.而本制件的相对弯曲半径r/t较小所以取凸模圆角半径rt=25.3mm. 2)凹模圆角半径 凹模入口处圆角半径ra的大小对弯曲力以及质量均有影响。过小的凹模圆角半径会使弯距的弯曲力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增加，弯曲力增加，并易使工件表面擦伤甚至出现压痕。 在生产中，通常根据材料厚度选取凹模圆角半径：当t2mm时，ra=（3-6）t；所以凹模圆角半径ra=10mm 3)弯曲凹模的深度查质料（1）表3.4.2得l0=25.6mm h=60mm 4)弯曲凸、凹模的间隙v形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的配合高度来控制的。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。（成形凹模）（成形凸模）3） 卸料，弹性元件的确定 冲压工艺中常用弹簧，橡胶等弹性元件作为卸料，压边的弹性元件，但是由于这副模具对卸料力和压边力没有要求，所以在此我们就不用这些弹性元件。第十三章 、校核压力机的安装尺寸模座的外形尺寸为400mm*250mm,闭合高度为236.28mm,由