毕业设计与论文(包括落料、拉伸、冲孔、切边模具设计说明书)

毕业设计与论文(包括落料、拉伸、冲孔、切边模具设计说明书) 摘 要 在目前激烈的市场竞争中，产品投入市场的迟早往往是成败的关键。模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。因此客户对模具开发周期要求越来越短，不少客户把模具的交货期放在第一位置，然后才是质量和价格。因此，如何在保证质量、控制成本的前提下加工模具是值得认真考虑的问题。模具加工工艺是一项先进的制造工艺，已成为重要发展方向，在航空航天、汽车、机械等各行业得到越来越广泛的应用。模具加工技术，可以提高制造业的综合效益和竞争力。研究和建立模具工艺数据库，为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据，对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。本文的主要目标就是构建一个冲压模具工艺过程，将模具制造企业在实际生产中结合刀具、工件、机床与企业自身的实际情况积累得高速切削加工实例、工艺参数和经验等数据有选择地存储到高速切削数据库中，不但可以节省大量的人力、物力、财力，而且可以指导高速加工生产实践，达到提高加工效率，降低刀具费用，获得更高的经济效益。 关键词 : 冲压 冲模 分离工序 复合 切边 悬臂冲孔 冲裁件精度 l 目 录 1.绪 论………………………………………………………………………1 1.1 冲压的概念、特点及应用……………………………………………1 1.2 冲压的基本工序及模具………………………………………………3 1.3 冲压技术的现状及发展方向…………………………………………3 2 . 零件的工艺性分 析………………………………………………………7 2.1 零件的工艺性分析………………………………………………………7 2.2 冲裁件的精度与粗糙度…………………………………………………8 2.3 冲裁件的材 料……………………………………………………………9 2.4 确定工艺方案……………………………………………………………9 3. 冲压模具总体结构设计…………………………………………………9 3.1 磨具类 型…………………………………………………………………9 3.2 操作与定径方式…………………………………………………………9 3.3 卸料与出件方式…………………………………………………………9 3.4 模架类型及精度…………………………………………………………9 4. 冲压磨具工艺与设计计算………………………………………………9 4.1 排样设计与计 算…………………………………………………………9 4.2 设计冲压力与压力中心…………………………………………………11 5. 磨具的总张图与零件图…………………………………………………14 5.1 总张 图……………………………………………………………………14 5.2 冲压磨具的零件图………………………………………………………14 5.3 压力机的校核……………………………………………………………21 6. 冲压磨具零件加工工艺的编制…………………………………………22 6.1 凹模加工工艺过程………………………………………………………22 6.2 凸模加工工艺过程………………………………………………………22 6.3 卸料板加工工艺过程……………………………………………………24 6.4 凸核固定板加工工艺过程………………………………………………24 6.5 模座加工工艺过程………………………………………………………25 6.6 导料板加工工艺过程……………………………………………………25l 1. 绪 论 1.1 冲压的概念、特 点及应用 冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。 1 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。 (2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量而模具的寿命一般较长所以冲压的质量稳定互换性好具有“一模一样”的特征。 (3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。 (4)冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。 1.2 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。 l 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。 1.3 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新 材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。 1.冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元(FEM)等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。 l 2.冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上目前正朝着以下两方面发展:一方面为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 CAD/CAM 技术也在迅速发展;另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元(FMC)和冲压柔性制造系统(FMS)代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现 24 小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。 设计要求:设计该零件的冲裁模 冲压件 3D 图如下图所示: 图 1-1 工件图 l 冲压件 2D 尺寸图如下图所示: 图 1-2 工件图 冲压技术要求: 零件名称:传动轴轴键套 材料:不锈钢 1Cr18Ni9 材料厚度:2mm 生产批量:大批量 未注公差:按 IT14 级确定。 2 . 零件的工艺性分析. 2.1 零件的工艺性分析 该零件材料为不锈钢 Cr18Ni，圆筒外径υ45mm 壁厚为 2mm壁上有 12 个位置均匀的键槽，底部为不规则型通孔，工件结构中等复杂，此工件满足冲裁的加工要求。工件尺寸按照 IT14 级精度加工，尺寸精度低，普通冲裁完全满足要求。 冲裁件孔与孔之间或孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小，一般要求 C?1,1.5t所以由图 2-1 可知 C(υ41-υ39)/21mm l 图 2-1 工件图 由以上可知孔与边缘之间距离 C 满足冲孔工艺性要求。 2.2 冲裁件的精度与粗糙度 冲裁件的基本公差等级不高于 IT14 级，一般落料公差等级最好低于 IT10 级，冲孔件公差等级最好低于 IT9 级，由表 3-5 可得落料公差冲孔公差分别为 0.400.08。而冲件落料公差，最高精度冲孔公差分别为 0.5、0.15，因此可用于一般精度的冲裁，普通冲裁可以达到要求。 2.3 冲裁件的材料 不锈钢 1Cr18Ni9，经热处理后的抗剪强度为 460,520 τ /MPa，抗拉强度为 560,640 σ b /MPa，断后伸长率 40，此材料具有良好的塑性 级较高的弹性，冲裁性较好，可以冲裁加工。 2.4 确定工艺方案. 该冲裁件包括落料、拉伸、切边、冲孔四个工序，对零件进行工艺分析后可得出结论:零件属于大批量生产，圆筒壁无不规则形状，壁厚为 2mm，端面要求平整光滑，底部为简单型不规则通孔，且孔边距太小，为了防止工件变形，先采用落料、拉伸复合模完成圆筒外形;然后采用水平切边模对端面进行切边，接着用单工序冲孔模加工底孔;壁上的键槽需采用悬臂式冲孔模，单个零件需要三次冲孔才能加工完成 12 个键槽;整个零件需要四套模具进行加工: 落料、拉伸模具 水平切边模具 l 冲孔模具 悬臂式冲孔模具 冲压模具总体结构设计 3.1 模具类型 根据零件的冲裁工艺方案，采用落料、拉伸复合模，再采用切边和冲孔单工序模。 3.2 操作与定位方式 零件大批量生产，安排生产时，尽量采用自动送料方式能够达到批量生产，且能降低模具成本。零件尺寸较大，厚度较高，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正。 3.3 卸料与出件方式 考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。 3.4 模架类型及精度 由于零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用?级模架精度。 4(冲压模具工艺与设计计算 4.1 毛坯尺寸计算 由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素影响拉伸后的工件边不整齐，甚至出现凸耳，需要在拉伸后进行修边，所以在计算坯料直径时需要计算是否需要修边余量。 零件的相对直径 H / d 45 / 31 ? 1.45 ，修边余量的选取可参考下表 表 4-1 无凸圆筒形拉深件的修边余量?h mm 工件的相对高度 h/d 工件 高度 ? , , , 附 图h 0.5 , 0.8,1.6 1.6,2.5 2.5,4 0.8 l ?10 ,10,20 ,20,50 1.0 1.2 1.5 2 , 50 , 1.2 1.6 2 2(5100 2 2.5 3.3 4 , 100 , 3 3.8 5 6150 4 5 6.5 8 , 150 , 5 6.3 8 10200 6 7.5 9 11 , 200 , 7 8.5 10 12250 ,250 查表可得?h2.5mm。 4.2 毛坯外径尺寸计算 该工件是无凸缘圆筒形件，根据等面积的原则采用解析法求毛坯直径。 如图，将工件分成两个简单的几何体 a1 、 a 2 和 a3 ， l 由图可计算落料毛坯的表面积: A a1 a 2 a3 各部分 a 的计算由表 4-4(见冲压工艺与模具设计一书)差得: πd12 a1 4 π a2 r πd1 4r 2 a3 πd 2 h 分别将 a1 、 a 2 和 a3 带入式(4.10)可得毛坯直径为: 4 πd1 π D 4 2 r πd1 4r πd 2 h d1 4d 2 h 2πd1 8r 2 2 π 若 π 3.14 ， d1 d 2 2r ，hH-r 代入上式，得l D 39 2 4 × 43 × 31 2π × 39 8 × 4 ? 86mm 4.2 排样设计与计算 (1)排样的设计 冲裁件在板料，带料或条料上的布置方法称为排样。合理的排样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。应考虑一下原则: 提高材料利用率(不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件的形状)。 合理排样可使操作方便，劳动强度低。 模具结构简单，寿命更长。 保证冲件质量和 冲件对板料纤维方向的要求。 A:根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种: a 有废料排样 b 少废料排样 c 无废料排样 只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边，这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。 B:排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排。等 根据零件的形状和排样方法确定为直排样。 (2)搭边值和侧边值的确定 表 4-1 搭边值和侧边值的数值(mm) 圆件及 r,2t 圆 矩形边长 l? 矩形边长 l,50 或圆角 r 材料 角 50 ?2厚 度 t 工 侧边 工件 侧 工件间(mm 侧边 a 件间 a1 a 间a 边 a1 a1 0.25 2. 1.8 2.0 2.2 2.8 3.0以下 5 0.25 2. 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5,0.5 0 0.5 1. 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0,0.8 8 0.8 1. 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8,1.2 5 l 1.2 1. 1.0 1.2 1.5 1.9 2.0,1.5 8 1.6 2. 1.2 1.5 2.0 2.0 2.5,2.0 2 工件间的搭边值按圆形取 a12.0mm侧边值按圆形取 a2.5mm。 因此送料步距为 XDa186288mm 条料宽度查表 表 4-2 剪裁下的下偏差?(mm) 条料宽度 bmm 条料厚度 , 100 ,tmm ?50 ,50,100 ,200 200 ?, 0.5 0.5 0.7 1.0 ,,,, 0.5 1.0 1.0 1.0 ,3,, 1.0 1.0 1.0 1.5 ,,,, 1.0 1.0 1.0 2.0 所以得出该零件的排样如下图所示: 图 4-1 (3)计算材料利用率 由零件图在 CAD 用计算机算得一个零件的面积为: Aa 45 π ×31 π 19.5 2 - π 17.5 2 -12×6×28?2597 mm 2 l 一个进距内的坯料面积: Ab 86×846804 mm 2 因此材料利用率为: η Aa / Ab ×100 2597/6804 ×100 ?38 因此材料利用率为 38，但因为该零件侧壁上有 12 个键槽，底部为通孔，固可知该材料利用率低为正常范围之内。 (4)计算拉深次数 毛坯相对厚度 t/D2/862.3,，相对高度 H / d 31 / 45 ? 0.69 ，根据工件直径和毛坯 .