毕业设计（论文）-铰链件弯曲模具设计.doc

本科学生毕业论文论文题目：铰链件弯曲模具设计学 院：机电工程学院年 级：2015级专 业：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：指导教师： 2019 年 5 月 10 日摘要本文主要内容为铰链件弯曲模具设计。其适用于大批量生产，工件材料为10钢，材料厚度为2mm。此套模具考虑到提高生产效率的问题，采用工序的复合加工。使用冲孔-切断连续冲裁，预弯和推圆用双工位弯曲模来达成目的。并通过查阅相关资料，解决设计中存在的问题，提高设计的合理性，并使其具有实际应用的价值。本文以铰链件弯曲模具设计为主要内容，为冲孔-切断连续模、预弯和推圆用双工位弯曲模的设计。包括零件工艺性分析，工艺方案确定与工艺计算，同时也含有模具零部件以及压力机的选用等内容。关键词铰链件；弯曲模；冲孔；切断；模具设计全套图纸加扣 3012250582AbstractThe main content of this paper is hinge bending die design. It is suitable for mass production, workpiece material is 10 steel, material thickness is 2mm.Considering the problem of improving production efficiency, this set of mould adopts compound machining of working procedure. Use punch - cut continuous blanking, pre - bending and pushing circle with double - station bending die to achieve the purpose. And through consulting relevant materials, solve the problems in the design, improve the rationality of the design, and make it have practical value.This paper focuses on the design of hinge bending die, including the design of punch - cut continuous die, prebending die and push circle bending die. It includes process analysis of parts, determination of process plan and process calculation, as well as selection of mold parts and presses.Key wordsHinge; Bending die; Punching; Cut off; Mold designII目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 研究背景11.2 研究内容及相关含义1第二章 零件工艺性分析32.1 材料分析32.2 结构分析32.3 精度分析3第三章 工艺方案与模具结构确认43.1工艺方案确定43.2模具结构的确认43.2.1 模具类型43.2.2 模架类型选用5第四章 零件工艺计算64.1 弯曲工艺计算64.1.1 毛坯展开尺寸计算64.1.2预弯尺寸计算74.1.3预弯力计算84.1.4 压力中心计算84.2 冲孔切断连续模工艺计算94.2.1 刃口尺寸计算94.2.2 排样计算114.2.3 冲压力计算124.2.4 压力中心计算124.2.5 压力机的选用及参数13第五章 模具零部件结构选择145.1冲孔切断连续模零部件设计145.1.1标准模架选用145.1.2其他零部件结构145.1.3卸料装置中弹性元件计算155.2弯曲模零部件设计165.2.1标准模架选用165.2.2弹顶装置中弹性元件的计算175.2.3斜楔、滑块设计17第六章 模具总装图19结论21参考文献22致谢23铰链件弯曲模具设计第一章 绪论1.1 研究背景近年来，随着工业化国家劳动力成本的提高以及汽车、家电等行业的兴起，模具市场面临着巨大的变化，模具产量变化趋势如图1-1所示。根据世界经济近年来的发展趋势，随着全球制造业向东南亚等国家转移，中国将逐步发展成为世界一流的制造业基地。但与此同时，我们也不能忽视模具行业在扩张中所面临的问题。高端模具的制造和生产是一个亟待解决的问题。例如，中国模具行业一直在忙于扩张，因此忽略了一些重要的问题，导致很大一部分高端设备仍然需要依赖国外进口。图1-1 模具产量变化趋势图在通过学习外国的先进制造技术中发现，国外很好的利用了电子软件来进行辅助设计。一些二维软件已成为模具设计的良好辅助工具，并应用于模具的设计和制造。同时应用 Creo等三维软件进行三维建模及运动仿真可以很好地缩短产品开发周期，减少设计中出现的失误与细节上的漏洞，使模具的设计变得趋于完美。1.2 研究内容及相关含义模具是人们用来制造模具制品的工具，冷冲压模具就是一种模具，用于生产具有一定形状，尺寸和性能的零件，通过在室温下利用压力机上获得变形力。本文的主要研究内容为铰链件弯曲模具设计，分为冲孔-切断连续模、预弯和推圆用双工位弯曲模两部分的研究。包括零件工艺分析，工艺计划确定和工艺计算，以及模具部件的选择与压力机选用。首先选择使用冲裁模来完成冲孔-切断的部分，冲裁模作为一种工艺装备，在冲压生产中起到了重要作用。而优秀的模具结构可以保证工艺方案可以顺利实行，并提高目标零件的质量。冲裁模的质量和精度可以令冲压零件的质量和精度产生很大的变化。而这些变化主要取决于，冲裁模的结构。合理、先进的质量，精度将有效的提高生产效率并且对冲裁模本身的使用寿命和方便性等方面也有很大的益处。根据工艺性质，可分为，冲模，切模，缝模，切模和修边模。本文主要应用了冲模与切断模。然后用弯曲模来进行预弯和推圆的两道工序，弯曲模分为凸凹两部分。还有定位，卸载，导向和紧固件，但弯曲模具有其特征，如一般的运动除了凸模和凹模。还会根据需求来做出其他动作，如摆动、转动等。同时精度要求和生产批次是决定弯曲模具的形状弯曲部分的形状的主要因素。在设计过程中同样应用到了CAD/Creo等电子软件来进行辅助设计，代替过去使用的尺规手工绘图，避免了尺规画图的大部分缺点，如效率低、精度差、劳动量大等。同时这种随着计算机的发展，而出现的软件有很多优点，对机械工作者的工作产生很大的益处。第二章 零件工艺性分析工件图为2-1所示的合页铰链件，材料为10钢，材料厚度2mm，适用于大批量生产。2.1 材料分析10钢为优秀碳素结构钢，具有良好的冲压成型性能。同时其塑性、韧性能力也性能优秀。易于通过冷热加工技术生产工件，在经过正火或冷加工后，可获得优秀的切削加工性能，并且没有回火脆性，具有很好的焊接性，但在淬透性与淬硬性方面略有瑕疵。图2-1 工件图它可以制造需要较小应力和高韧性的零件，如汽车车身，容器，深拉船，管道，垫圈等。可用于冷轧，冷冲，冷镦，冷弯，热轧等。也可用作低芯强度的渗碳零件和碳氮共渗零件。2.2 结构分析零件结构相对简单且规则，采用冲裁和弯曲加工可完成加工。经计算，弯曲件孔边距离L=24.5mm2t=4mm，说明孔位于弯曲变形区之外。弯曲件圆角半径r=3mm0.1t=0.2mm，该零件结构达到弯曲工艺的要求。7mm的孔与零件外形之间的距离为2.5mm，符合lmint=2mm。为防止模具壁厚过薄而容易破损，应考虑采用连续冲压。此外，由于冲裁件的外形无圆弧连接过渡，模具寿命低，应考虑采用切断工序代替落料。2.3 精度分析零件上所有尺寸均没有公差要求，均按IT14选取，采用普通冲裁和弯曲即可满足零件的精度要求。由以上分析可知，该冲件冲压工艺性良好，可以冲裁和弯曲。第三章 工艺方案与模具结构确认3.1工艺方案确定零件的生产包括冲孔、切断、预弯和推圆四道基本工序，经过设计分析采用工序的复合，以达到提高生产效率的目的。有以下几种方案：1）切断、冲孔、预弯、推圆分步进行。2）切断、预弯、推圆、冲孔分步进行。3）冲孔-切断连续冲裁，预弯和推圆用双工位弯曲模生产。考虑生产效率问题，采用第三种方案：冲孔-切断连续冲裁，预弯和推圆用双工位弯曲模生产。3.2模具结构的确认3.2.1 模具类型按所成型材料的不同，可以将模具分为这三个大类。分别为五金模具、塑胶模具、以及特殊模具。其中五金模具可大致分为如下几类：1）冲压模：冲裁模具、弯曲模具、拉深模具、翻孔模具、缩孔模具、起伏模具、胀形模具、整形模具等。2）锻模：模锻模、镦锻模等。3）挤压模具、挤出模具、压铸模具、锻造模具等。而非金属模具则分为：1）塑料模具。2）无机非金属模具。而按照模具本身材料的方面也可对模具进行分类，可将模具分为：砂型模具，金属模具，真空模具，石蜡模具等等。其中，塑料模具作为一种新型模具用处十分广泛。这类塑料模具一般可按成型种类将模具分为这些种类：用注射方式成型的注射成型模具，以挤压方式成型的塑成型模具，和另外的气辅成型模具等。根据采用冲孔-切断连续冲裁，预弯和推圆用双工位弯曲模生产的工艺方案。本次设计选用两种类型的模具。冲孔-切断连续模选用冲裁模预弯和推圆用的双工位弯曲模选用弯曲模3.2.2 模架类型选用标准模架可分为四种类型：中间导柱模架、四角导柱模架、对角导柱模架、后侧导柱模架。以下为四种标准模架的优缺点分析：中间导柱模架：节省材料，具有较高的导向精度，但进料较为困难，不能左右进料。四角导柱模架：具有很高的导向精度，进料方式简便，前后左右都可以进料，但取放工件不是很方便。对角导柱模架：具有较高的导向精度，与四角导柱模架一样，前后左右都可以进料，取放工件同样不够方便。后导柱模架：具有较高的导向精度，相对于四角与对角而言，有一些差别，其前后左右都可以进料，但取放工件较为方便，缺点是导柱阻力不对称。对比工件精度要求与效率问题，选用后侧导柱模架。第四章 零件工艺计算4.1 弯曲工艺计算4.1.1 毛坯展开尺寸计算由于r=3mm在（0.63.5）t=（1.27）mm范围内，所以采用推圆的方法成形，在卷圆过程其中坯料变厚并且中性层向外移动。根据弯曲坯料展开长度的计算公式可得出，坯料长度为LZ=l+1.5r+x1t+rl+5.7r+4.7x1t =34+5.73+4.70.642mm =57.12mm57mm图4-1 平面展开图弯曲件宽度为24mm，故毛坯尺寸为57mm24mm。坯料的平面展开图如图4-1所示。4.1.2预弯尺寸计算表4-1 中性层位移系数X值零件弯曲半径r0.5t=1mm，对于有圆角半径的弯曲件，由于变薄现象不严重，按照中性层展开原理。查表4-1得中性层系数x=0.36。所以有 LZ=L1+180r+xt57mm=L1+1803+0.362mm57mm=L1+5.19mmL1=51.8mm52mm图4-2 预弯图弯曲件预弯图如图4-2所示。4.1.3预弯力计算该零件预弯和推圆均是校正弯曲，查得成形时单位压力p=100MPa，所以预弯校正弯曲力F1和推圆校正弯曲力F2分别为F1=A1p=5cos20+52100N=135.7kNF2=A2p=2439100N=93.6kN故所需压力机吨位为F压力机F1+F2=135.7+93.6kN=229.3kN由压弯力的数值，初步选则设备为JH23-40型压力机4.1.4 压力中心计算由于零件形状规则且对称，只需计算压力中心横坐标。如图4-3所示建立坐标系，则预弯和推圆中心的横坐标与纵坐标分别为x1=74.53mm x2=0图4-3 弯曲模压力中心分析图代入压力中心计算公式得x0=F1x1+F2x2F1+F2=135.774.53+93.60135.7+93.6=44mmy0=0考虑到实际生产的问题，压力中心左移10.2mm。4.2 冲孔切断连续模工艺计算4.2.1 刃口尺寸计算由工件图可知，该零件可归属于一般的冲裁零件。由于零件的实际形状，冲孔凸，凹模与切断凸、凹模则使用不同的方法进行制造。查表4-2得表4-2 冲裁模初始双面间隙表最小间隙Zmin=0.246mm，最大间隙Zmax=0.360mm，则有Zmax-Zmin=0.114mm。按下文计算刃口尺寸:切断尺寸24-0.520mm，可查得凸模制造公差T=0.020mm，凹模制造公差A=0.025mm，磨损系数X=0.5。切断可与落料归分为同一类型，根据模具的实际情况，考虑到凹凸模的具体形状，因此Zmin=230.2462mm=0.082mm。凹模刃口计算尺寸LA=(Lmax-X)0+A=(24-0.50.52)0+0.025=23.740+0.025mm凸模刃口换算尺寸图4-4 切断凸模承零件图LT=(LA-Zmin)-T0=(23.74-0.082)-0.0200=23.658-0.0200mm凹模刃口实际尺寸则需要按照凸模进行配研，保证其两侧共有0.2460.360mm的均匀间隙，保证切断部分具有0.0820.12mm的均匀间隙，切断凸模零件图如图4-4所示。冲孔尺寸70+0.36mm，可查得凸、凹模制造公差T=A=0.020mm，磨损系数X取0.5。冲孔的基准件是凸模，间隙取在凹模上。同时应校核T+AZmax+Zmin，代人数据得0.02mm+0.02mm=0.04mmp，所以需要添加垫板，将垫板厚度选取为8mm。根据材料厚度与卸料力大小的原则，取卸料板厚度为14mm。采用压入式模柄，根据设备尺寸，可选择使用规格为A4095的模柄。图5-2 冲孔凸模承压面示意图由于切断部分为单侧冲裁，所以需求侧压力来选择挡块，有F侧=0.100.18F1=0.1544.5kN=6.68kN5.1.3卸料装置中弹性元件计算根据零件的材料的厚度，其厚度只有2mm，属于较薄的范畴，模具采用弹性卸料装置，使用三个橡胶垫作为弹性部件，尺寸计算如下：1）确定橡胶垫的自由高度H0H0=(3.54)H工H工=H工作+H修磨=3+6mm=9mm由上两个公式取H0=35mm。2）确定橡胶垫的横截积AA=FX/p经查得矩形橡胶垫的预压量在10%15%的范围内时其所承受的单位压力为0.5MPa，所以所需橡胶面积A=3.15kN0.5MPa=6300mm2。3）由零件的形状可确定，橡胶形状为矩形，中间开矩形孔。孔的目的是避免凹凸模位置冲突。考虑到零件的具体形状，橡胶垫中间开孔尺寸为14mm26mm，暂定外部形状的一边长为92mm，则另一边长b为b92mm-14mm26mm=Ab=6300+142692mm72mm4）校核橡胶垫的自由高度H0H0a=3586-26=0.58H0/a在0.51.5之间，橡胶垫尺寸符合条件。可得出橡胶的装模高度为0.8535mm=29.8mm，取整后，得装模高度为30mm。5.2弯曲模零部件设计5.2.1标准模架选用标准模板的选择基于模具的外部尺寸，因此应首先计算模具的周长。根据工件尺寸可以估算出凹模的尽寸，长度宽度为259mm140mm。模具采用后置导柱模架，规格为：上模座315mm200mm45mm，下模座315mm 200mm 50mm，导柱35mm180mm，导套35mm115mm43mm。其中上模座如图5-3所示。图5-3 上模座零件图5.2.2弹顶装置中弹性元件的计算本部分弹性元件选用为弹簧，其尺寸计算如下：根据模具结构的空间大小和压力的大小，初始弹簧数目定为4个，每个弹簧应承担的压力为FY=FD=0.30.8F自/4计算V形件自由弯曲力F自=0.6KBt2br+t=0.61.324222953+2N=4417N则所需压料力FY和顶件力FD为FY=FD=0.30.8F自/4=0.34417N/4=331N所以每个弹簧承担的压料力为331N。根据F预=FY4=331N的要求选择弹簧，使所择的弹簧的允许最大工作负荷F许F预。可选出弹簧规格为d=4mm，D2 =22mm，h0 =60mm，F许 =670N，H许 =20.9mm。基于弹簧压力的特性，求得弹簧的预压缩量为H预=F预H许F许=33120.9670mm=10.3mm检查弹簧的允许最大压缩量是否满足要求，即H许H预+H工弹簧的工作行程为10mm，所以H许H预+H工=20.3mm确定弹簧安装高度，即H装=H0-H预=60-10.3mm=49.7mm5.2.3斜楔、滑块设计1）斜楔、滑块之间的关系。斜楔的角度一般取=40，但为了增加滑块的行程，本文取=60。查得当=60时，滑块行程与斜楔的有效行程之比s/s1=1.732。斜楔作用下滑块的水平运动如图5-2所示。根据零件尺寸可计算出滑块行程s=(52+5cos20-39）mm=17.7mm。所以，通过计算公式可得出斜楔的有效行程s1=s1.732=10.2mm。2)斜椒、滑块尺寸设计。为确保当斜楔开始推动滑块时推力的合力是合理的。一般取L2:H2=21:1，取H2=35mm。为了保证滑块运动的运动平滑，滑块的宽度一般应满足条件：B22.5L2。查取B2=140mm，斜楔的宽度B1=120mm。根据模具的结构，斜楔的高度H1和长度L1按结构，取H1=88mm，L1=49.2mm，并设置可靠的停止以确保斜楔的正常工作。斜模、滑块部分应设有复位机构，本文采用弹簧复位。第六章 模具总装图图6-1 冲孔切断模总装图图6-2 弯曲模总装图结论本次毕业设计铰链件弯曲模具设计采用了工序的复合，相对于以前由于加工设备的限制，所设计的只能用在普通冲床上通常是由23副模具所组成的成套铰链模具而言，大大提高了生产效率。本套模具可以满足中小企业的生产需求，具有结构简单、更换方便、生产效率高等优点。本论文主要研究了一下几部分内容：1）零件工艺性分析：通过对零件的材料、结构、精度等方面的分析，判断材料的加工方法与工艺流程。2）零件工艺计算：对零件的加工进行工艺计算。3）模具零部件结构确定：对冲裁模及弯曲模中的标准模架进行选用以及其他零部件结构确定，并计算其中的弹性元件。在设计过程还发现许多不足需要改