焊片零件冲压成形工艺及模具设计

绪论选题的背景及意义在工业生产过程中，模具和机床是重要的生产资料和生产工具，随着我国经济的发展和工业化程度的不断加快，对于模具和机床的需求量与日俱增。同时对于模具的精准度和数据参数的要求也越来越高。只有将模具对相关数据和相关参数进行精准分析后生产出来的工业零部件才会合乎各个集团要求的标准。所以对于模具的研究非常有必要。只有将模具打造成精细化的产品后，生产出来的零部件才能够为后续的工业制造提供对应的保障。从我们的经营分析来看，模具制造过程中需要注意的环节有原始生产金属的精度和相关参数、相关的制造工艺、技术的持续保障、制作工艺的流程化和精细化。随着工业革命的开展，欧美等主要发达国家的模具生产功能已日趋完善，在某些特定的领域和方向取得了相关的专利和技术壁垒。我国的工业化进程时间晚、技术性差，专业性与欧美等发达国家相比仍然有相应的差距。但是随着我国经济的快速发展和工业化水平的相对提高，对于原始的生产资料的不断开采，我们的工业制造业的水平正在迎头赶上，发展差距正在逐步缩小。同时我们要注意对技术的积累和流程化的细分，相关水平的不断反复实验以此来提高准确性和精确性。保证在工业生产过程中每个环节的流通性和畅通性，为中国制造业的发展提供理论依据和事实基础。此次毕业设计的题目焊片冲压模具设计，通过此次设计可以锻炼我们个人查阅资料文献，整合信息得能力，同时通过此次设计可以把我们所学的知识贯穿起来，从冲压工艺到模具加工等知识，为以后工作打好基础。国内外研究概况及发展趋势国内研究概况模具的制造业不是单个生产条件的作业线路，需要参考和采集的数据众多，同时也需要人工的广泛参与，才能保障此项制造业的不断发展。从目前我国发布的相关政策和对生产制造业的支持情况来看，我国已经培养了相当一部分的模具制造业的专业人才，在政策上予以大力的支持，在科研经费方面有相关的专业技术拨款，已经形成了一定规模的发展业态。系统化和流程化相对开始固定，形成闭合的生产条件。但我们不能盲目自大和骄傲，应该充分认识到与发达国家和欧美国家在技术上的差距，通过学习其先进的生产工艺和标准化的作业流程，对我们的生产技术和生产工序不断的进行改善，以此来减少双方的差距和提升自己的工业制造化水平，打造自己的技术护城河，在全球化竞争的关系中，才能长久立于不败之地。[3]特别是中国加入世界贸易组织之后，随着改革的进一步不断深化，我们能够清晰的认识到全球各个国家在产业战略集成方面开始进行相应的改革。由此来推动中国在这个领域也不断的提高要求和标准。特别是近20年来，制造业的快速发展也把中国逐渐带入模具生产制造业的强国行列，各国的外商投资者和资金开始涌向中国的制造业领域，由此可以看出我国的制造业发展水平已经达到一定的水平和逐步被市场所接纳。虽然目前我国模具生产行业的数量非常的巨大，但是在模具生产的质量方面，我们仍然要虚心接受和学习，参考国内外先进的生产工艺和生产流程。提高模具生产行业所具备的生产质量相应的信息化需求。在人才培养方面、生产工艺方面、生产品控方面、企业管理方面、市场化竞争方面我们还有较长的路要走。优势与劣势并行，在看到我们发展的成绩的同时，也要认清自己的缺陷和不足，提高理论依据和实验基础，加大科学技术的投入和实际产出，让中国的模具制造业在世界领域占有立足之位。[4]全球各国的竞争中，各行各业的竞争中，归根结底其实是对于人才的竞争。所以我们要珍惜和重视人才的培养，在高校教育环节中，我们要加大对于模具生产领域的专业人才的培养，质量和数量的增长都是我们要考虑的关键性因素。从我国的实际国情和现实状况分析，目前我国的模具生产制造领域专业人才存在人员缺乏，技术水平低下的特点。归根结底的原因是在高校培养方面，我们目前没有形成专业的领域。[13]同时随着国内经济平衡性，东部沿海城市和西部欠发达地区的模具，生产工艺和人员存在较大的差距。如果无法消除此类差距，那么我们在人员的培养和经济的发展上就会落后一步。[15]虽然从现实情况来看，我国的制造业工业数量在不断的增加，完整的产业链条正在被逐步修建和建设，但是有很多不足之处我们仍然需要特别注意。在培养环节方面，目前仍然采用师傅带徒弟的方法进行小作坊式的专业技能传授，无法进行批量化的人员培养和广泛的全面的生产技能水平的提高。所以为了大力发展模具生产制造业，我们要在教育和培训关键的关键点下功夫抓重点。从制造业的源头上来提高我们的整体的生产制造技术和生产工艺。用来保证我们的生产制造化的标准化和流程化。[5]人是整个生产领域和工作领域的重心和中心，培养人才是提高整个制造业心心竞争力的关键要素和最佳途径。因此在职业院校设计的方面，我们可以加入对应的专业和专业的领域设置，不断提高我们模具制造业从业人员水平的修养和技能。专业性是模具制造业中比较突出的特点，只有对专业性进行相关的培养和理论支持。我们才能更好的服务相关行业的发展。除此之外，实践操作的重要性也显得尤为突出，在我们获得相应的理论基础之后，我们一定会通过实验和生产的初步性来提高他们相应的标准，从而达到培养人才的技术性和学术性。[6]国外发展趋势目前，高新技术在国外很多模具企业得到广泛应用，相比较而言，欧洲，美洲，澳大利亚以及我们的邻国日本模具生产专业性和技术性。在工艺水平上都保持着超高水平。通过将高新技术加入到模具生产行业领域，模具的生产制造业有了较强的理论依托和数据支撑。每年中华人民共和国所需要进口的模具生产占据了整个国际市场领域的五分之一左右，金额能够达到20亿美元以上，成为世界上主要的模具生产领域进口国，在此中冲压模具的体量能够占到全量的百分之五十以上，高端模具的进口量也能够达到全量的百分之五十以上。[11]各种电子制图方法已经被成功的运用于模具生产企业，比较常见的技术有CAD制图、CAD制图、CAM制图。3D制造技术的全量占比能够达到百分之八十以上。PRO/E、UG、CIMATRON等软件也被广泛的使用在了模具生产企业，通过这些技术的加入，能够为3D模型提供强有力的数据支撑和依据。而随着数控机床的技术不断的更新和细分。经过这些精密的数控机床加供出来的零部件的精度和质量都有了可靠的保证。随着近些年来制图技术在我国的发展，相关行业的企业都运用了CAD的制图技术，可以模拟模具在生产过程中的充模过程、冷却过程、成型过程，以及对生产过程中有可产生缺陷的环节和部分进行提前的预测和预估。对于相关的金属材质的零部件的变形和经过应力作用下的变形、零部件的撕裂、起皱、和零部件在细小环节的回弹等方面，通过科学技术能够提前得到预判和预测。所以在模具生产领域的行业里，CAD的作用会显得更加的突出和尤为的重要，已经被全球头部的模具生产企业所采用。[7]我们已经分析了制图技术对于模具生产的关键性因素，除此之外，相关的工艺设计的作用也非常的明显。我们通过使用计算机来帮助工艺设，使得工艺设计的产品更加全面化和流程化，能够保证在细小环节方面不会出现较大的瑕疵品和残次品。此项工艺设计方面主要针对的是单件生产的零部件，在批量生产方面有着较大的难度和较高的投入。但是我们仍然要注重计算机辅助工艺设计这项前沿科学技术的研究和发展，通过质变来赢取量变，更好的将这项技术应用于我们的生产工艺中。[8]随着人工技能和AI技术的不断发展，现在模具生产企业更多的将人工技能，技术融合在我们的模具生产中，生产流程自动化，智能化和科技化是其显著的特点。同时通过智能化的设计生产出来的零部件相比较人工生产出来的零部件的误差率会更小，提高产品的精度和准确性，有利于我们行业的发展和水平的不断提高。相关的决策部署环节也会实现相应的自动化，通过对某些特定领域的动作进行识别，能够使模具生产智能化和水平不断的提高。[9]级进模具设计与制造方面相比较普通模具的使用和发展情况，级进模具是在普通模具上加入技术密集型、高精度性、高效率性、和高寿命性的一种模具。已经成为现在冲模技术的最主要的研究方向和发展方向。他的优势在于可以根据零部件的结构性和特殊性来进行一系列的操作。比如压筋，冲窝，弯曲和拉伸等，能够将零部件的特性和生产工艺发挥到极致。进行作业时，我们将初始的模具胚胎送入驻造端口，通过电子系统和人工智能技术输入计算机系统后，根据相应的信号指挥和各个流程的工艺排序，在流水线上经过不同工位的连续冲压，在最终环节被切断后进行冷却从而制造出符合我们工业生产设计的产品和要求零部件。为了保证效率的提高和我们生产出零部件的准确性和精密性，对于模具的精准度的要求和距离的要求要更加的准确，同时配有相对的辅助系统和自动送料系统、出件系统质量检测安全生产环节等。所以级进模相当于普通膜的2.0版本，具备以下的优势：高效率。所有的生产环节可以在同一步进行完成，通过一条流水线的作业，经过不同环节的冲压之后形成。避免了各种模具的更换和装载以及零部件位置的调换的，减少了冲压过程的时间，提高了冲压过程的效率。寿命长由于特殊工艺的引入和采用，使得级进模中各个环节嗯是相对分散和去中心化的，同时我们还可以依据装配流程的不同来设置对应的装配空间，在提高效率的同时减少了模具的重复使用率准确性高零部件的高精准度要求了我们的级进模模型的高精度导向系统，因为冲压的模具的厚度一般会控制在两毫米左右，而且不同产品有不同的需求，所以我们在设置的环节方面对于精准性和准确性的要求会比其他模具更高。用这种模具冲压出来的零部件的行业标准在某种程度上可以达到十级以上。自动化级进模目前在大多数的生产线中已经全部采用了自动化模块装置。零部件在通过生产端口后被投放到流水线上，经过一系列电脑的指令和系统的指挥，完全按照技术参数来进行应的冲压，所以在这种环节中冲压的自动化程度更高，精度系数更完善。难度大相对于普通的冲压模具来讲，级进模使用的流程会多制造会更加复杂，需要嵌入的系统比传统模具会高50%左右。因为是进行特定的模具生产。所以我们要求的结构相对较复杂，调试过程众多，在关键部位的零部件更换上，我们也要着重注意，从而能够延长其寿命。同时对于零部件的原始材料的属性要求也会更高，在材料选择的方面，我们更加倾向于更高强度的合金模具钢、硬质合金的高速钢等等。在加工工艺上也会有更高的要求，比如运用慢走私的切割工艺，成型后进行打磨，在通过相应的加工工艺进行加工后，才能进行批量的产出。由此我们可以看出寂静摩相对于普通模具的构成和相关的技术参数要求标准更高，对于进行加工的初级原始材料和模具的成型要求也会更高。为了保证效益的投入和产出成正比的关系，所以我们在前期模具设计的过程当中，必须进行强有力的数据分析。和经济效益的反复推导，力求在模具建设的过程当中一次成型，减少不必要的浪费和消耗，提高经济产出。[10]制件的总体分析该制件为焊片。形状简单、对称是由圆弧，直线组成。为了保证零部件所被加工后的准确性，我们对精度要求为it14。通过冲孔件内外形冲载过程中的精度保证和尺寸标准后，其他情况也符合冲裁件的工艺要求。所以我们使用了冲压的方式进行加工和制作，形状我们确定为U型形状，同时我们对于圆孔的分布的位置也进行了改进，这样的好处是？形状较为简单，材料的使用率和重复率上比较高，降低了对精度的要求。如图2.1所示，工艺流程加工的过程第一步先进行落料和冲加工，第二步，进行材料的弯曲，通过预先对模具到工艺流程进行参数设定。决定了零部件的形状和需要被弯曲的角度。同时我们在对精度和半径方面的考量数据直边的高度也有相应的参数标准要求。图2.1制片总图再选用的材质方面我们选用了h六二的黄铜。他具备良好的金属延展性性能，在高温的条件下和冷却的条件下都能够容易被切削和焊接。在化学防护方面它不容易被腐蚀。但同时他又有特定的缺陷，比如会产生腐蚀类型的表面破裂。从经济效益角度上来讲，它的价格相对比较第一点是一种最常见的黄铜品种。被广泛应用于各种应用和需要弯曲的零部件。如图2.2所示：:图2.2展开件图及其尺寸工艺方案的确定在工艺方面的确认，我们采用了三种工艺方案，主要为冲孔，落料，弯曲。在工序方面我们采用了落料，冲孔和拉伸。我们通过对相应参数的优劣势的对比进行分析，第一种方案的优势是操作方便，适用于批量生产，劣势是精细度低，误差大。为了保证生产效率和生产的精度，我们采用了冲孔，落料，级进模大方式进行作业。用语能够保证零部件被加工的精性和精确性。排样设计计算冲压件毛胚的面积：A=10×11+5×5.5+（14.5/2）×π=302.05mm一个步距的材料利用率η=nA/BS×100%=1×305.05/17×31×100%=57.88%计算凸，凹模刃口尺寸查表模具大典表18.3-24得间隙值Zmin=-0.14mmZmax=0mm冲孔φ8.5凸凹模刃口尺寸的计算由于制件结构简单，精度要求不高，按式2.5d=（dmin+xΔ）=(8.5+0.5×0.14)=8.57mmd=(d+Zmin)=(8.57+0.04)=8.61mm外形凸凹模刃口尺寸的计算对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求，其凸凹模刃口部分的尺寸计算如下：10,9.4,5,14.5,30,R2.查表2.6得磨损系数X为：当Δ=0.26时，X=0.75；当Δ=0.20时,X=1；当Δ=0.3时X=0.75。按式子A=（A-XΔ）10=（10-0.75×0.26）=9.805R2=（2-0.5×0.3）=1.855=（5-1×0.2）=4.814.5=（14.5-0.75×0.26）=14.30530=（30-0.75×0.3）=29.7759.4=（9.4-0.75×0.26）=9.20在设计过程当中，凸模和凹模的尺寸相同，在标注公差方面不用进行标注。但是我们在技术设计过程中要保证最小合理的间隙。其形状尺寸如图3.1所示：图3.1冲孔凸模图3.4冲孔弯曲凸凹模弯曲工艺计算视中性层长度不变条件计算R／t=2.6／1.2=2.33查表取X=0.45ρ=r+kt=（2+1.2×0.45）＝2.54毛坯尺寸L=L+L=7.9756+1.46=9.4356凸模圆角半径由于此工件的R／t=2／1.2=1.7较小，且R为2mm，大于弯曲半径（r=0.6t=0.6×1.2=0.72mm）。故凸模圆角半径为r=R=2mm。凹模圆角半径凹模圆角半径r一般按材料的厚度t计算选取，因为材料厚度是1.2mm，所以r=（2-3）t，故凹模圆角半径取r=3.2mm。凹模工作部分的设计计算凹模工作部分的深度将决定板料的进模深度，同时也影响到弯曲件直边的平直度，对工件的尺寸精度造成一定的影响，因此，凹模工作部分深度h=6+4=10mm。凸凹模间隙我们可以通过调整凹凸模间隙的办法来解决零部件回弹的问题，通过将凹模做成可调节在设计弯曲结构。凸凹模模向尺寸及其公差查表2.5得，δ=0.02mm，δ=0.02mm.凹模模向尺寸：L=（L-0.75Δ）=（5.4-0.75×0.26）凸模模向尺寸：L=（L-Z）=（5.205-2.4）=3.805mm弯曲回弹值的计算小变形程度（r／t≥10）时，回弹大，先计算凸模圆角半径，在计算凸模的高度，大变形程度（r／t＜5）时，弯曲时弯曲中心角为180°查模具大典，取回弹角3°弯曲力的计算U形件校正弯曲时，在进行校正弯曲前是自由弯曲，弯曲力F=0.7kBtσ／（r+t）=0.7×1.3×9.4×1.2×340／（2.6+1.2）=1.1kN顶件力F可以近似取弯曲力的30%-80%即F=（0.3-0.8）F=(0.33-0.88)kN取F=0.8kN。F≥（1.2-1.3）（F+F）=（1.2-1.3）×（1.536+0.8）=（2.8-3.04）kN冲压力的计算落料力：F=Ltσ=100.6×1.2×340＝41.05kN冲孔力：F=Ltσ=8.5π×1.2×340＝10.89kN冲孔时的推件力F=nkF取直筒形刃口的凹模刃口形式，有表2.21查得h=6则n===5个查表2.7得k=0.05F=nkF=5×0.05×10.89＝2.723kN落料时的卸料力F=kF查表2.7，取k=0.05故F=kF=0.05×41.05=2.053kN总的冲压力为：F=F+F+F+F+F+F=59.756kN即F=1.3×59.756=77.6828kN图4.1冲孔凸模压力中心的计算用解析求模具即X=0故只需计算Y将工件冲裁周边分成若干段：L=9.4mm，Y=0；L=20mm,Y=5mmL=4.4mm,Y=10mmL=10mm,Y=12.5mmL=43.02mm,Y=24.44mmL=25.69mm,Y=22.75mmY=(LY+LY+LY+LY+LY+LY)／(L+L+L+L+L+L)=15.982mm模具总体设计图4.2模具整体装配模具主要零部件的结构设计凸模，凹模，凸凹模的结构设计包括以下几个方面：落料凸模的结构设计在凸模内部我们采用了刃口设计用来设置推件销，这样可以降低凸模整体的高度，在作业过程当中有利于模具的精准操作。在落料凸模内部，由于设置推件销，所以凸模刃口设计用直通形刃口，刃口高度h=6mm，该模具的结构简单易采用整体式查表2.22得k=0.4即凹模高度H=kb=0.4×30=12mm，查看模具设计与制造，取整H=25mm凹模壁厚C=1.5H=18mm凹模的外形尺寸的确定：凹模的外形长度L=b+2c=30+2×34=98mm凹模的外形宽度B=步距+工件宽+2c取：步距=12工件=9.4它的外形尺寸较大，所以选用B形圆凸模，凸模固定板厚度取28mm。凸模的长度根据结构上的需要来确定：L=h+h=28+28=53mm橡皮的选用和计算橡皮允许承受的复合较弹簧大，且安装调试方便，在冲裁模具中应用很广泛。平面尺寸按其所产生的压力计算：本模具有三处用到橡皮，它们分别如下图5.1所示：(1)弹性卸料板(2)打料杆处弹顶橡皮(3)落料凸模处弹顶橡皮图5.1橡皮模架的设计模架的各个零件标记如下：导柱：22×130导套：2×80×28图5.2模架结论在工业生产过程中，模具和机床是重要的生产资料和生产工具，随着我国经济的发展和工业化程度的不断加快，对于模具和机床的需求量与日俱增。同时对于模具的精准度和数据参数的要求也越来越高。只有将模具对相关数据和相关参数进行精准分析后生产出来的工业零部件才会合乎各个集团要求的标准。所以对于模具的研究非常有必要。只有将模具打造成精细化的产品后，生产出来的零部件才能够为后续的工业制造提供对应的保障。从我们的经营分析来看，模具制造过程中需要注意的环节有原始生产金属的精度和相关参数、相关的制造工艺、技术的持续保障、制作工艺的流程化和精细化。随着工业革命的开展，欧美等主要发达国家的模具生产功能已日趋完善，在某些特定的领域和方向取得了相关的专利和技术壁垒。我国的工业化进程时间晚、技术性差，专业性与欧美等发达国家相比仍然有相应的差距。但是随着我国经济的快速发展和工业化水平的相对提高，对于原始的生产资料的不断开采，我们的工业制造业的水平正在迎头赶上，发展差距正在逐步缩小。同时我们要注意对技术的积累和流程化的细分，相关水平的不断反复实验以此来提高准确性和精确性。保证在工业生产过程中每个环节的流通性和畅通性，为中国制造业的发展提供理论依据和事实基础。在本次的实验课题中，我们主要研究了模具的加工性能和焊片零件冲压技术，通过对模具的技术参数要求和冲压技术的相关理论研究，我们可以通过数据分析来提高我们的零部件加工技术。同时通过此次研究，结合我们课程当中所学的基础知识，掌握基本的一些数据要求，为我们的模具冲压技术提供了可以借鉴的理论依据，如果能够对我国相应的模具冲压技术提供经验，那么也是对于我们学习成绩的检验。参考文献[1]翁其