机械毕业设计（论文）-打印机刮板的冲压模具设计.doc

高职学院毕业设计 论文 高职学院毕业设计 论文 题目 打印机刮板的冲压模具设计 院 系 高等职业技术学院 专 业 机电一体化技术 姓 名 XXX 学 号 099XXX 指导教师 X X X 二零一二年五月十二日 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2 2 南昌航空大学高职学院南昌航空大学高职学院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 I 毕业设计 论文 题目 打印机刮板的冲压模具设计 II 毕 业设计 论文 使用的原始资料 数据 及设计技术要求 1 打印机中刮板的零件图 2 材料为 20 号钢板 3 零件设计和加工工艺规程编制合理 4 模具设计要求满足加工工艺 并且结构紧凑 重量轻 便于移动 操作简 单 安全 III 毕 业设计 论文 工作内容及完成时间 1 收集有关资料 写出开题报告 2 周 2 月 13 日 2 月 26 日2 进行工艺方案设计并编制加工工艺规程 2 周 2 月 27 日 3 月 11 日 3 进行模具设计方案的选择及设计计算 3 周 3 月 12 日 4 月 01 日 4 绘制模具装配图及其部分零件图 4 周 4 月 02 日 4 月 29 日 5 外文资料翻译 不少于 6000 实词 1 周 4 月 30 日 5 月 06 日 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3 3 6 撰写毕业论文 3 周 5 月 07 日 5 月 27 日 7 准备毕业答辩 2 周 5 月 28 日 6 月 08 日 主 要参考资料 1 濮良贵等主编 机械设计 高等教育出版社 2001 2 翁其金等主编 冲压工艺及冲模设计 机械工业出版社 2004 3 模具实用技术丛书编委会编 冲模设计应用实例 机械工业出版社 2004 4 王先逵主编 机械制造工艺学 机械工业出版社 2001 5 A H BURR MECHANICAL ANALYSIS AND DESIGN 1981 ELSEVIER 高等职业技术 学院 机电一体化 专业 099XXX 班 学生 签名 XX 日期 自 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 6 月 8 日 指导教师 签名 XXX 助理指导教师 并指出所负责的部分 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 4 4 系 室 主任 签名 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 5 5 目录 摘 要 ABSTRACT 第 1 章 绪 论 1 1 模具行业的发展现状及市场前景 9 1 2 冲压工艺介绍 9 1 3 冲压工艺的种类 10 1 4 冲压行业阻力和障碍与突破 11 1 5 冲压模具设计要点 13 1 5 1 冲压模具的功能 13 1 5 2 冲压模具的一般设计程序 14 1 6 冲压模具设计要点 15 1 7 冲压设备的选择 16 1 7 1 设备类型的选择 16 1 7 2 设备类型的选择原则 19 第 2 章 冲裁件的工艺分析 20 2 1 工件材料 21 2 2 工件结构形状 22 2 3 工件尺寸精度 22 2 4 工件展开长度计算 23 2 5 冲裁工艺方案的确定 24 2 6 模具结构形式的确定 26 第 3 章 模具总体设计 27 3 1 模具类型的选择 27 3 2 操作方式 27 3 3 卸料 出件方式 27 3 4 确定送料方式 28 3 5 确定导向方式 28 3 6 模具设计计算 29 3 6 1 排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率 29 3 6 2 冲压力的计算 33 3 6 3 压力中心的确定 36 3 6 4 模具刃口尺寸的计算 37 3 6 4 1 冲孔模中凸模的尺寸及制造精度 37 3 6 5 模具弯曲部分工作尺寸计算 38 3 6 5 1 凸 凹模间隙 38 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 6 6 第 4 章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 41 4 1 校核模具闭合高度 41 4 2 冲压设备的选定 41 4 3 设计并绘制模具总装图及选取标准件 42 第 5 章 模具的安装调试 42 5 1 模具的安装调试 42 设计总结 44 参考文献 45 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 7 7 摘要摘要 冲压成型是金属成型的一种重要方法 它主要适用于材质较软的金属成型 可以一次成型形状复杂的精密制件 本课题就是将石化 化工 电力等行业的法兰密封 结构中的垫片作为设计模型 将冷冲模具的相关知识作为依据 阐述冷冲模具的设计过 程 本设计对指定工件进行的级进模设计 利用 Auto CAD 软件对制件进行设计绘图 明确了设计思路 确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核 如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠 保证了与其他部件的配合 并绘制了模具 的装配图和零件图 本课题通过对工件的冲压模具设计 巩固和深化了所学知识 取得了比较满意的效 果 达到了预期的设计意图 关键词关键词 释放键 级进模 弯曲 冲孔 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 8 8 Abstract Stamping is an important method of metal forming it is mainly applied to relatively soft metal forming can be a molding of precision parts of complex shape This topic is to petrochemical chemical electric power industries in the flange gasket sealing structure as a design model Die related knowledge as a basis to explain the design process of Die The design of the suspension by the progressive die design the use of Auto CAD software to design parts drawing Clear design ideas determine the process of stamping and forming part of the various specific details of the calculation and verification The structure of such a design die is used to ensure reliability ensure coordination with other components And the mapping of the mold assembly and part drawings Suspension of the project through the stamping die design consolidate and deepen the knowledge and achieved satisfactory results to achieve the desired design intent Keywords stamping die stamping molding die design 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 9 9 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1 11 1 模具行业的发展现状及市场前景模具行业的发展现状及市场前景 现代模具工业有 不衰亡工业 之称 世界模具市场总体上供不应求 市场需求量 维持在600亿至650亿美元 同时 我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇 近几年 我国模具产业总产值保持13 的年增长率 据不完全统计 2004年国内模具进口总值达 到600多亿 同时 有近200个亿的出口 到2005年模具产值预计为600亿元 模具及 模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右 单就汽车 产业而言 一个型号的汽车所需模具达几千副 价值上亿元 而当汽车更换车型时约有 80 的模具需要更换 2003年我国汽车产销量均突破400万辆 预计2004年产销量各突破 500万辆 轿车产量将达到260万辆 另外 电子和通讯产品对模具的需求也非常大 在 发达国家往往占到模具市场总量的20 之多 目前 中国17000多个模具生产厂点 从业 人数约50多万 1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币 工业总产值中企业自 产自用的约占三分之二 作为商品销售的约占三分之一 在模具工业的总产值中 冲压 模具约占50 塑料模具约占33 压铸模具约占6 其它各类模具约占11 1 2 冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材 带材 管材和型材等施加外力 使之产生塑性变形 或分离 从而获得所需形状和尺寸的工件 冲压件 的成形加工方法 冲压和锻造同属塑 性加工 或称压力加工 合称锻压 冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带 全世界的钢材中 有 60 70 是板材 其中大部分是经过冲压制成成品 汽车的车 身 底盘 油箱 散热器片 锅炉的汽包 容器的壳体 电机 电器的铁芯硅钢片等都 是冲压加工的 仪器仪表 家用电器 自行车 办公机械 生活器皿等产品中 也有大 量冲压件 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1010 冲压件与铸件 锻件相比 具有薄 匀 轻 强的特点 冲压可制出其他方法难于 制造的带有加强筋 肋 起伏或翻边的工件 以提高其刚性 由于采用精密模具 工件 精度可达微米级 且重复精度高 规格一致 可以冲压出孔 凸台等 冷冲压件一般不再经切削加工 或仅需要少量的切削加工 热冲压件精度和表面状 态低于冷冲压件 但仍优于铸件 锻件 切削加工量少 冲压是高效的生产方法 采用复合模 尤其是多工位级进模 可在一台压力机上完 成多道冲压工序 实现由带料开卷 矫平 冲裁到成形 精整的全自动生产 生产效率 高 劳动条件好 生产成本低 一般每分钟可生产数百件 1 31 3 冲压工艺的种类冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类 可分为分离工序和成形工序两大类 分离工序也称冲裁 其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离 同时保证分离断面的质量要求 成形工 序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形 制成所需形状和尺寸的工件 在实 际生产中 常常是多种工序综合应用于一个工件 冲裁 弯曲 剪切 拉深 胀形 旋 压 矫正是几种主要的冲压工艺 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大 要求冲压材料厚度精确 均匀 表面光洁 无斑 无疤 无擦伤 无表面裂纹等 屈服强度均匀 无明显方向性 均匀延伸率高 屈强比低 加工硬化性低 在实际生产中 常用与冲压过程近似的工艺性试验 如拉深性能试验 胀形性能试 验等检验材料的冲压性能 以保证成品质量和高的合格率 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度 模具制造成本和寿命则是影响冲 压件成本和质量的重要因素 模具设计和制造需要较多的时间 这就延长了新冲压件的 生产准备时间 模座 模架 导向件的标准化和发展简易模具 供小批量生产 复合模 多工位级 进模 供大量生产 以及研制快速换模装置 可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时 间 能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间 能使适用于大批量生产的先 进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产 冲压设备除了厚板用水压机成形外 一般都采用机械压力机 以现代高速多工位机 械压力机为中心 配置开卷 矫平 成品收集 输送等机械以及模具库和快速换模装置 并利用计算机程序控制 可组成高生产率的自动冲压生产线 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1111 在每分钟生产数十 数百件冲压件的情况下 在短暂时间内完成送料 冲压 出件 排废料等工序 常常发生人身 设备和质量事故 因此 冲压中的安全生产是一个非常 重要的问题 1 41 4 冲压行业阻力和障碍与突破冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一 机械化 自动化程度低 美国 680 条冲压线中有 70 为多工位压力机 日本国内 250 条生产线有 32 为多工 位压力机 而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多 中 小企业设备普遍较落后 耗能耗材高 环境污染严重 封头成形设备简陋 手工操作比 重大 精冲机价格昂贵 是普通压力机的 5 10 倍 多数企业无力投资阻碍了精冲技术 在我国的推广应用 液压成形 尤其是内高压成形 设备投资大 国内难以起步 突破点 加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面 结合具体情况 采取新工艺 提高 机械化 自动化程度 汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化 机器人冲压生产线 特别是大型多工位压力机方向发展 争取加大投资力度 加速冲压生产线的技术改造 使尽早达到当今国际水平 而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化 柔性化有了技术基础 应加速发展数字化柔性成形技术 液压成形技术 高精度复合化 成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备 同时改造国 内旧设备 使其发挥新的生产能力 阻力二 生产集中度低 许多汽车集团大而全 形成封闭内部配套 导致各企业的冲压件种类多 生产集中 度低 规模小 易造成低水平的重复建设 难以满足专业化分工生产 市场竞争力弱 摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争 处于 优而不胜 劣而不汰 的状态 封头制造 企业小而散 集中度仅 39 2 突破点 走专业化道路 迅速改变目前 大而全 散乱差 的格局 尽快从汽车集团中把冲压零部件分 离出来 按冲压件的大 中 小分门别类 成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及 几十个小而专的零部件工厂 通过专业化道路 才能把冲压零部件做大做强 成为国际 上有竞争实力的冲压零部件供应商 阻力三 冲压板材自给率不足 品种规格不配套 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1212 目前 我国汽车薄板只能满足 60 左右 而高档轿车用钢板 如高强度板 合金化 镀锌板 超宽板 1650mm 以上 等都依赖进口 突破点 所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理 朝着高强 高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展 并改善冲压性能 铝 镁合金已成为汽车轻量化的理性材料 扩大应用已势在必行 阻力四 科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国 许多冲压新技术起步并不晚 有些还达到了国际先进水平 但常常很难形 成生产力 先进冲压工艺应用不多 有的仅处于试用阶段 吸收 转化 推广速度慢 技术开发费用投入少 导致企业对先进技术的掌握应用慢 开发创新能力不足 中小企 业在这方面的差距更甚 目前 国内企业大部分仍采用传统冲压技术 对下一代轻量化 汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备 突破点 走产 学 研联合之路 我国与欧 美 日等相比 存在的最大的差距就是还没有一个产 学研联合体 科 研难以做大 成果不能尽快转化为生产力 所以应围绕大型开发和产业化项目 以高校 和科研单位为技术支持 企业为应用基地 形成产品 设备 材料 技术的企业联合实 体 形成既能开发创新 又能迅速产业化的良性循环 阻力五 大 精模具依赖进口 当前 冲压模具的材料 设计 制作均满足不了国内汽车发展的需要 而且标准化 程度尚低 大约为 40 45 而国际上一般在 70 左右 突破点 提升信息化 标准化水平 必须用信息化技术改造模具企业 发展重点在于大力推广 CAD CAM CAE 一体化技术 特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术 CAE 加速我国模具标准化进程 提高 精度和互换率 力争 2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60 2010 年达到 70 以上基 本满足市场需求 阻力六 专业人才缺乏 业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速 发展的需要 尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大 量外流 另外 众多合资公司由外方进行工程设计 掌握设计权 投资权 我方冲压技 术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1313 突破点 提高行业人员素质 这是一项迫在眉睫的任务 又是一项长期而系统的任务 振兴我国冲压行业需要大 批高水平的科技人才 大批熟悉国内外市场 具有现代管理知识和能力的企业家 大批 掌握先进技术 工艺的高级技能人才 要舍得花大力气 有计划 分层次地培养 1 51 5 模具设计过程与要点模具设计过程与要点 本课题的主要目的是通过对打印机中刮板的设计和制造过程的分析 完成该零件的冲 压模具设计 1 5 11 5 1 冲压模具的功能冲压模具的功能 冲模的功能是具有制造出一定数量的冲压产品的能力 且加工还有高效率 高精度 互换性好及节约原材料等功效 在此 可以把制造出所需的冲压产品视之为对冲模的一级功能要求 如图 2 1 所示 被加工材料送至固定在冲压设备上的冲模里 经过冲压加工 获得所需形状 尺寸和性 能的产品 在实现冲模的一级功能要求中 即在冲模使材料变成产品的加工过程中 由 于除了要保证使材料经受既定的冲压加工 塑性成形 以外 前后还必须有正确的导向 定位以及方便的卸料与出件等动作所以 冲模实际上是由具有不同功能的零部件组成的 一种装置 图 1 1 冲模的一级功能要求 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1414 由于冲压产品的生产方式不是单件生产 而是批量生产 因此 为达到所需冲压 产品的数量 还需具有某些二级功能要求 冲模的二级功能要求是对其一级功能要求的完善 强化或补充 从冲模的使用角 度出发 其二级功能要求主要应包括如图 1 2 所示的各项内容 显然 冲模的二级功能 要求愈完善 则冲模的结构可能会愈复杂 应当指出 冲模功能的各项内容正是冲模设计的依据和条件 图 1 2 冲模的二级功能要求 1 5 21 5 2 冲压模具的一般设计程序冲压模具的一般设计程序 依据冲压件的产品图样进行冲压工艺过程设计并确定工艺方案后 可进行冲模的设 计 在模具设计时 要收集 准备有关的设计参考资料 经过充分理解 研究和确定内 容之后 便可着手绘制模具的草图 在绘制草图阶段 进行讨论 以防发生设计上的重 大错误 然后 再绘正式图 一般模具设计图可按图 1 3 之方框图的步骤完成 由此方框图可知 在冲模设计过程 中 必定有冲压工艺方案的分析 确定及工艺计算 从工艺方案分析开始到正式绘制模 具图 中间各种步骤还应有反复分析与交叉进行的过程 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1515 可加工性分析 工艺方案确定 工艺计算 编写模具设计说明书 产品图 实物资 料 构思图讨论 模具构思图 绘制正式图 完成模具图 研究校对 样品 参考资料 图 1 3 模具设计程序 1 61 6 冲压模具设计要点冲压模具设计要点 模具总体结构形式的确定是设计时必须首先解决的问题 也是冲模设计的关键 它直接影响冲压件的质量 成本和冲压生产的水平 模具类型的选定 应以合理的冲压 工艺过程为基础 根据冲压件的形状 尺寸 精度要求 材料性能 生产批量 冲压设 备 模具加工条件等多方面的因素 做综合的分析研究并考虑综合经济效果 在满足冲 压件质量要求的前提下 达到最大限度地降低冲压件的成本 确定模具结构形式时 必 须解决以下几方面的问题 1 模具类型 单工序模 级进模 复合模等 2 操作方式 手工操作 自动化操作 半自动化操作 3 进出料方式 根据原材料的型式确定进料方法 取出和整理零件的方法 原材 料的定位方法 4 压料与卸料方式 压料或不压料 弹性或刚性卸料等 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1616 5 模具精度 根据冲压件的特点确定合理的模具加工精度 选取合理的导向方式 及模具固定方法等 同时 在制造模具时 除生产批量 生产成本 冲压件的质量要求外 在设计冲模 时还必须对其维修性能 操作方便 安全性特别是手工操作模的安全方面等予以充分的 注意 1 7 1 7 冲压设备的选择冲压设备的选择 1 7 11 7 1 设备类型的选择设备类型的选择 设备类型的选择要依据冲压件的生产批量 工艺方法与性质及冲压件的尺寸 形状 与精度要求来进行 压力机原理图如图 1 4 所示 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1717 图 1 4 曲柄压力机传动系统 1 根据冲压件的大小进行选择 参照表 1 1 表 1 1 按冲压件大小选择设备 零件大小选用类型特点适用工序 小型或中小型开式机械压力机 有一定的精度和刚 度 操作方便 分离及成形 深度浅的成形件 大中型闭式机械压力机 精度与刚度更高 结构紧凑 工作平 分离 成形 深度大的成形件 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1818 稳 2 考虑精度与刚度 在选用设备类型时 还应充分注意到设备的精度与刚度 压 力机的刚度是由床身刚度 传动刚度和导向刚度三部分组成 如果刚度较差 负载终了 和卸载时模具间隙会发生很大的变化 影响冲压件的精度和模具寿命 设备的精度也有 类似的问题 尤其是在进行校正弯曲 校形及整修这类工艺时更应选择刚度与精度较高 的压力机 在这种情况下 板料的规格应该控制更严 否则 因设备过大的刚度和过高 的精度反而容易造成模具或设备的超负载损坏 3 根据冲压件的生产批量选择 参照表 1 2 表 1 2 按生产批量选择设备 冲压件批量设备类型特点适用工序 薄板通用机械压力机 速度快 生产效率高质量较 稳定 各种工序 小批 量 厚板液压机 行程不固定 不会因超载损 坏设备 拉深 弯曲 胀 形 高速压力机高效率冲裁 大中批量多工位自动压力 机 高效率 消除了半成品堆储 问题 各种工序 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 1919 4 考虑生产现场的实际可能 在进行设备选择时 还应考虑生产现场的实际可能 如果目前还没有较理想的设备供选择 则应该设法利用现有设备来完成工艺过程 5 考虑技术上的先进性 需要采用先进技术进行冲压生产时 可以选择带有数字 显示的 利用计算机操作的及具有数控加工装置的各类新设备 1 7 21 7 2 设备类型的选择原则设备类型的选择原则 设备规格的选择应根据冲压件形状的大小 模具尺寸及工艺变形力等进行 从提高设备的工作刚度 冲压件的精度及延长设备的寿命观点出发 要求设备容量 有较大剩余 最新的观点是使设备留有 30 40 的余量 即指使用设备容量的 60 70 还有的建议只使用容量的 50 即取设备的吨位为工艺变形力的 2 倍 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2020 第第 2 2 章章 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析 本次设计冲压工件如下图 材料为 20 号钢 厚度为 1 25mm 图 2 1 工件三维图 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2121 以下为工件二维零件图 其最大尺寸 230mm 加工精度选择 IT14 图 2 2 工件二维图 2 12 1 工件材料工件材料 由图 1 1 分析知 此工件材料采用 20 号钢 生产批量为大批量 需要用模具进行 生产 该钢属于优质低碳碳素钢 冷挤压 深谈淬硬钢 该钢强度低 韧性 塑性和焊 接性均好 抗拉强度为 253 500MPa 伸长率 24 20 钢特性与 15 钢基本相仿 但强度稍高 用途 适用于制造汽车 拖拉机及一般 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2222 机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件 如汽车上的手刹蹄片 杠杆 轴 变速箱速叉 传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴 悬挂均衡器轴 均衡器内外衬套等 在热轧或正火状态下用于制造受力不大 而要求韧性高的各种机械零件 在重 中型机 械制造业中 如锻制或压制的拉杆 钩环 杠杆 套筒 夹具等 在汽轮机和锅炉制造 业中多用于压力 6N 平方 温度 450 的非腐化介质中工作的管子 法兰 联箱及各 种紧固件 在铁路 机车车辆上用于制造十字头 活塞等铸件 20F 钢力学性能 抗拉强度 410MPa 屈服强度 245MPa 伸长率 25 断面收缩率 55 硬度 HB156 弹性模量 206000MPa 泊松比 0 3 由于该零件有 1 个 3mm 和 2 个椭圆形的孔 而且有直线组成的不规则轮廓外形 有 1 处弯曲 因而模具包含有冲孔 弯曲 落料工序 对于 3 小孔 由于孔径大于或者 等于料厚 不属于深孔冲裁 因此在模具设计时没有必要对冲孔小凸模采取适当保护措 施加以保护 也没有必要对凸模进行强度校验 从材质上看 冲裁材料母线为 20 号钢 属低强度 高延伸性 高延伸率 塑性及流动性好的软材料 有利于成型 总体来说 该零件冲压工艺性较好 2 22 2 工件结构形状工件结构形状 工件结构形状相对简单 有 1 段弯曲 有 1 个圆形孔 2 个椭圆形孔 孔与边缘之 间的距离满足要求 料厚为 1 25mm 满足许用壁厚要求 孔与孔之间 孔与边缘之间的 壁厚 可以冲裁加工 2 32 3 工件尺寸精度工件尺寸精度 根据零件图上所注尺寸 工件要求不高 尺寸精度要求较低 采用 IT14 级精度 普通冲裁完全可以满足要求 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2323 根据以上分析 该零件冲裁工艺性较好 综合评比适宜冲裁加工 2 42 4 工件展开长度计算工件展开长度计算 一般折弯 R 0 90 L A B K 1 当 0 T 0 3 时 K 0 2 对于铁材 如 SPCC SGCC SECC SECD SPTE SUS 等 a 当 0 3 T 1 5 时 K 0 4T b 当 1 5 T 2 5 时 K 0 35T c 当 T 2 5 时 K 0 3T 3 对于其它有色金属材料如AL CU 当 T 0 3 时 K 0 4T 图 2 3 工件展开长度 工件厚度为 1 25mm 所以展开长度为 L1 230mm L2 6 3 6 6 4 10 9 8 1 25 0 8 40 4mm 如图 1 4 所示 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2424 图 2 4 工件展开图 2 52 5 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 方案一 先冲孔 再弯曲 后落料 单工序模生产 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2525 方案二 冲孔 弯曲 落料级进冲压 级进模生产 方案三 落料 弯曲 冲孔复合模冲压 复合模生产 表表 2 12 1 各类模具结构及特点比较各类模具结构及特点比较 模具种类 比较项目 单工序模 无导向 有导 向 级进模复合模 零件公差等级低一般可达 IT13 IT10 级可达 IT10 IT8 级 零件特点 尺寸不 受限制 厚度不 受限制 中小型 尺寸厚 度较厚 小零件厚度 0 2 6mm 可加工复杂零件 如 宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构 与强度限制 尺寸可以 较大 厚度可达 3mm 零件平面度低一般 中小型件不平直 高 质量制件需较平 由于压料冲件的同时得 到了较平 制件平直度 好且具有良好的剪切断 面 生产效率低较低 工序间自动送料 可 以自动排除制件 生 产效率高 冲件被顶到模具工作表 面上 必须手动或机械 排除 生产效率较低 安全性 不安全 需采取 安全措施 比较安全 不安全 需采取安全措 施 模具制造工作量 和成本 低 比无导向 的稍高 冲裁简单的零件时 比复合模低 冲裁较复杂零件时 比 级进模低 适用场合 料厚精度要求低 的小批量冲件的 生产 大批量小型冲压件的 生产 形状复杂 精度要求较 高 平直度要求高的中 小型制件的大批量生产 根据分析结合表分析 方案一模具结构简单 制造周期短 制造简单 但需要两副模具 成本高而生产效 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2626 率低 难以满足大批量生产的要求 方案二只需一副模具 生产效率高 操作方便 精度也能满足要求 模具制造工作 量和成本比较高 适合大批量生产 方案三只需一副模具 制件精度和生产效率都较高 且工件最小壁厚大于凸凹模许 用最小壁厚模具强度也能满足要求 冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高 板料的 定位精度比方案三低 模具轮廓尺寸较小 通过对上述三种方案的分析比较 该工件的冲压生产采用方案二最佳 2 62 6 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 级进模是指在条料的送料方向上 具有两个以上的工位 并在压力机的一次行程中 在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模 级进模的定距方式有两种 挡料销定距和侧刃定距 本模具采用侧刃定距 侧刃代替了挡料销控制条料送进距离 步距 侧刃是特殊 功用的凸模 其作用是在压力机每次冲压行程中 沿条料边缘切下一块长度等于送料近 距的料边 在条料送进过程中 切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住 送进的距离即等 于步距 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2727 第第 3 3 章章 模具总体设计模具总体设计 3 13 1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用级进模方式冲压 所以模具类型为级进模 3 23 2 操作方式操作方式 零件的生产批量为大批量 但合理安排生产可用手动送料方式 既能满足生产要求 又可以降低生产成本 提高经济效益 3 33 3 卸料 出件方式卸料 出件方式 3 3 13 3 1 卸料方式卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较 刚性卸料是采用固定卸料板结构 常用于较硬 较厚且精度要求不高的工件冲裁后 卸料 当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大 单边间隙取 0 2 0 5 t 当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙 应该小于冲裁间隙 此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板 主要用于卸料力较大 材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用 主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料由于 有压料作用 冲件比较平整 卸料板与凸模之间的单边间隙选择 0 1 0 2 t 若弹压 卸料板还要起对凸模导向作用时 二者的配合间隙应小于冲裁间隙 常用作落料模 冲 孔模 正装复合模的卸料装置 工件平直度较高 料厚为 1 25mm 相对较薄 卸料力较小 弹压卸料模具比刚性卸 料模具方便 操作者可以看见条料在模具中的送进动态 且弹性卸料板对工件施加的是 柔性力 不会损伤工件表面 所以采用弹性卸料 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2828 3 3 23 3 2 出件方式出件方式 因采用连续模生产 故采用向下落料出件 3 43 4 确定送料方式确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向的凹 模长度 L 故采用横向送料方式 即由右向左 或由左向右 送料 3 53 5 确定导向方式确定导向方式 方案一 采用对角导柱模架 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 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 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 为提高模具寿命和工件质量 该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式 即方案一最佳 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 2929 3 63 6 模具设计计算模具设计计算 3 6 13 6 1 排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率 3 6 1 13 6 1 1 排样方式的选择排样方式的选择 方案一 有废料排样 沿冲件外形冲裁 在冲件周边都留有搭边 冲件尺寸完全由 冲模来保证 因此冲件精度高 模具寿命高 但材料利用率低 方案二 少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响 冲件质量差 模具寿命较 方案一低 但材料利用率稍高 冲模结构简单 方案三 无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些 但材料利用率最高 通过上述三种方案的分析比较 综合考虑模具寿命和冲件质量 该冲件的排样方式 选择方案一为佳 考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳 3 6 1 23 6 1 2 计算条料宽度计算条料宽度 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 时还有拉入凸 凹模间隙中损坏模具刃口 降低模具寿命 搭边值通常由表 3 1 所列搭边值和侧搭边值确定 根据零件形状 查表 4 并考虑到工件的切边 工件之间搭边值 a 2mm 工件与侧 边之间搭边值取 a1 2 5mm 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 B0 Dmax 2a1 2b1 0 公式 3 1 式中 Dmax 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a 冲裁件之间的搭边值 a1 工件与侧边之间搭边值取 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3030 板料剪裁下的偏差 其值查表 6 可得 0 8mm B0 230 2 2 5 2 1 5 2380 0 80mm 故条料宽度为 238mm 表表 3 13 1 搭边值和侧边值的数值搭边值和侧边值的数值 圆件及类似圆形制件 矩形或类似矩形制件 长度 50 矩形或类似矩形制件长度 50 材料厚度 t mm 工件间 a侧边 a1 工件间 a侧边 a1工件间 a侧边 a1 0 251 01 21 21 51 5 2 51 8 2 6 0 25 0 5 0 81 01 01 21 2 2 21 5 2 5 0 5 1 0 0 81 01 01 21 5 2 51 8 2 6 1 1 5 1 01 31 21 51 8 2 82 2 3 2 1 5 2 0 1 21 51 51 82 0 3 02 4 3 4 2 0 2 5 1 51 91 82 22 2 3 22 7 3 7 表表 3 23 2 普通剪床用带料宽度偏差普通剪床用带料宽度偏差 mmmm 条料宽度 b mm 条料厚度 t mm 50 50 100 100 200 200 0 40 50 60 7 2 0 50 60 70 8 2 3 0 70 80 91 0 3 5 0 91 01 11 2 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3131 表表 3 33 3 侧刃冲切得料边定距宽度侧刃冲切得料边定距宽度 b b1 1 mmmm 条料宽度 b mm 条料厚度 t mm 金属材料非金属材料 1 51 52 0 1 5 2 5 2 03 0 1 5 2 5 2 54 0 3 6 1 33 6 1 3 确定步距确定步距 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 是决定侧刃长度的依据 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 最大条 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 级进模送料步距 S S Dmax a1 公式 3 2 Dmax零件横向最大尺寸 a1搭边 S 40 4 2 5 42 9mm 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3232 排样图如图 3 1 所示 图图 3 13 1 排样图 3 6 1 43 6 1 4 计算材料利用率计算材料利用率 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 一个步距内的材料利用率 BS 100 公式 3 3 式中 A 一个步距内冲裁件的实际面积 B 条料宽度 S 步距 由此可之 值越大 材料的利用率就越高 废料越少 废料分为工艺废料和结 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3333 构废料 结构废料是由本身形状决定的 一般是固定不变的 工艺废料的多少决定于搭 边和余量的大小 也决定于排样的形式和冲压方式 因此 要提高材料利用率 就要合 理排样 减少工艺废料 排样合理与否不但影响材料的经济和利用 还影响到制件的质量 模具的的结构和 寿命 制件的生产率和模具的成本等指标 因此 排样时应考虑如下原则 1 提高材料利用率 不影响制件使用性能的前提下 还可以适当改变制件的形状 2 排样方法使应操作方便 劳动强度小且安全 3 模具结构简单 寿命高 4 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求 一个步距内冲裁件的实际面积 运用 CAD 软件 工具 查询 面积 A 8955 455mm2 所以一个步距内的材料利用率 BS 100 公式 3 3 8955 455 238 42 9 100 87 7 根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 87 7 满足要求 3 6 23 6 2 冲压力的计算冲压力的计算 3 6 2 13 6 2 1 冲裁力和弯曲力的计算冲裁力和弯曲力的计算 在冲裁过程中 冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的 通常说的冲裁力是 指冲裁力的最大值 它是选用压力机和设计模具重要依据之一 用平刃冲裁时 其冲裁力 一般按下式计算 F KLt b 公式 3 4 式中 F 冲裁力 L 冲裁周边长度 t 材料厚度 b 材料抗剪强度 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3434 系数 运用 CAD 软件 工具 查询 长度 L 530mm 系数 是考虑到实际生产中 模具间隙值的波动和不均匀 刃口磨损 板料力学性 能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数 一般取 1 3 b的值查表 2 为 b 245Mpa 所以 3 1 1 KLtP 1 3 530 1 25 245 1000 211 KN P2 1 3 27 98 1 25 245 1000 11 14 KN 计算总冲压力 PZ PZ P1 P2 211 11 14 222 14 KN 根据计算 模具冲裁力为 222 14KN 弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力 是设计冲压工艺 过程和选择设备的重要依据之一 弯曲力的大小与毛坯尺寸 零件形状 材料的机械性 能 弯曲方法和模具结构等多种因素有关 理论分析方法很难精确计算 在实际生产中 常按经验公式进行计算 1 自由弯曲时的弯曲力公式 V 形弯曲件 U 形弯曲件 2 0 6 b Vz KBt F rt 2 0 7 b Uz KBt F rt 式中 自由弯曲力 B 弯曲件的宽度 t 弯曲件厚度 r Vz F Uz F 内圆弯曲半径 弯曲材料的抗拉强度 K 安全系数 一般取 1 3 b 2 校正弯曲力公式 Jq FF A 式中 校正力 单位面积上的校正力 Mpa 见表 3 A 弯曲件 J F q F 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3535 被校正部分的投影面积 mm2 表 3 4 单位校正弯曲力 单位 MPa 3 计算 本弯曲件弯曲部分 有 1 处 V 形弯曲 20F 钢的MPa b 410 V 形弯曲力 2 0 6 b Vz KBt F rt 25 1 5 0 41025 1 25 1 72 2173 16 0 62166 8N 3 6 2 23 6 2 2 卸料力的计算卸料力的计算 在冲裁结束时 由于材料的弹性回复 包括径向回复和弹性翘曲回复 及摩擦的存 在 将使冲落的材料梗塞在凹模内 而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上 为使冲裁工作 继续进行 必须将紧箍在凸模上的料卸下 将梗塞在凹模内的材料推出 从凸模上卸下 箍着的料称卸料力 一般按以下公式计算 卸料力 F X KXF 公式 6 5 FX KXF 0 05 222 14KN 11 11KN 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3636 KX KD为卸料力系数 其值查表 7 可得 所以总冲压力 FZ F FX FD 222 14N 11 11KN 62 1668N 295 4168KN 压力机公称压力应大于或等于冲压力 根据冲压力计算结果拟选压力机为 J23 10 表 3 5 卸料力 推件力和顶件力系数 料厚 t mmKXKTKD 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 2 5 6 5 6 5 0 06 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 0 02 0 03 0 1 0 063 0 050 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 3 6 33 6 3 压力中心的确定压力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置 为了确保压力机和模具正常 工作 应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合 否则 会使冲模和力机滑块产 生偏心载荷 使滑块和导轨之间产生过大的摩擦 模具导向零件加速磨损 降低模具和 压力机的使用寿命 冲模的压力中心 可以按下述原则来确定 1 对称形状的单个冲裁件 冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心 2 工件形状相同且分布位置对称时 冲模的压力中心与零件的对称中心相重合 3 形状复杂的零件 多孔冲模 级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中 心 X0 L1x1 L2x2 Lnxn L1 L2 Ln 公式 5 7 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3737 Y0 L1y1 L2y2 Lnyn L1 L2 Ln 公式 5 8 由于该工件在 Y 方向上高度对称 所以代入数据计算得 压力中心为 114 27 20 2 3 6 43 6 4 模具刃口尺寸的计算模具刃口尺寸的计算 3 6 4 13 6 4 1 冲孔模中凸模的尺寸及制造精度冲孔模中凸模的尺寸及制造精度 凸 凹模加工方法一般分为两种 凸 凹模分开加工法和凸 凹模配合加工法 当 凸 凹模分开加工时 模具具有互换性 便于模具成批制造 但是制模精度要求高 制 造困难 相应地会增加加工成本 凸 凹模配合加工适合于较复杂的 非圆形的模具 制造简便 成本低廉 采用配做法制模时 配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行 按配做法 制模的加工顺序 落料时先加工凹模 配做凸模 冲孔时先加工凸模 配做凹模 在工 件尺寸精度较低 特别是板料较薄时 基准件的公差值较大 而配做件允许的公差值要 小得多 这说明基准件加工较容易 而配做件加工较难 由于现在凹模基本上都采用线 切割方法加工 精度可达 0 01 0 02mm 而凸模因结构形式不同有多种加工方法 在 留出不小于 0 02mm 研磨量的情况下 凹模型孔一般都能采用线切割方法一次加工出来 因此 对于常用的冲裁模 选择凹模为配做件 加工比较方便 5 选择凹模为配做件 对于冲孔 按前述方法计算的刃口尺寸仍可以直接在凸模和凹 模工作图上进行标注 而对于落料 则需要将计算的凹模刃口尺寸换算为凸模刃口尺寸 后 再进行标注 由先制凹模改为先制凸模 凸 凹模间隙 查 冲压工艺及模具设计 中表 2 3 知 0 120mm 0 050mm 则 minz 南昌航空大学高等职业技术学院毕业论文 3838 0 170mm maxzminz 凹模按照冲孔凸模 落料凸模的实际尺寸进行配做 双边最小间隙为 0 120mm 最 大间隙不得超过 0 170mm 取中间值 Z 0 15mm 为保证冲出合格冲件 冲裁件精度 IT10 以上 X 取 1 冲裁件精度 IT11 IT13 X 取 0 75 冲裁件精度 IT14 X 取 0 5 由于本产