V形弯曲工艺与模具设计【90度V形件冲压模具】【冲压模具设计稿】
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XXXX大学课程设计(论文)题目: V形件冲压模具设计 专 业 模具设计与制造 班 级 姓 名 学 号 指导老师 设计时间 审 阅 XXXX学校机械工程系目 录 摘 要3绪 论4冷冲压与模具设计简介4本次设计的意义5第一章、冲裁件的工艺性分析61.1.冲裁件的结构工艺性61.1.1.冲裁件的形状61.1.2.冲裁件的尺寸精度7第二章、制件冲压工艺方案的确定82.1.冲压工序的组合82.2.冲压顺序的安排8第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算93.1.展开尺寸的计算9第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心104.1.弯曲力的计算104.2.压力中心的计算114.3.压力机的选用11第五章、凸、凹模尺寸计算135.1.弯曲模13第六章、模具整体结构形式设计15第七章、模具零件的结构设计177.1.弯曲凸模的设计177.2.弯曲凹模的设计177.3.定位板的设计18第八章、模具的总装配19设计小结20致 谢21参考文献22摘 要随着模具制造的技能化逐步向科学化发展,逐渐由以前手动方式发展为利用软件等高科技方式来辅助设计的完成。冷冲模是其中的一种。课程设计是在模具专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验,是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是,综合运用所学课程的理论和实践知识,设计一副完整的模具训练、培养和提高自己的工作能力。巩固和扩充模具专业课程所学内容,掌握模具设计与制造的方法、步骤和相关技术规范。熟练查阅相关技术资料。掌握模具设计与制造的基本技能,如制件工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料,绘图及编写设计技术文件等。冲压工艺与模具设计应结合工厂的设备、人员等实际情况,从零件的质量、生产效率、生产成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全性各个方面综合考虑,选择技术先进、经济合理、使用安全可靠的工艺方案和模具,以使冲压件的生产在保证达到设计图样上的各项技术要求,尽可能降低冲压的工艺成本和保证安全生产。关键词:工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料,绘图及编写设计技术文件等。绪 论冷冲压与模具设计简介21世纪的制造业,正从以机器为特征的传统技术时代,向着以信息为特征的技术时代迈进,即用信息技术改造和提升传统产业。经济全球化和世界市场一体化加速发展,不断加剧了制造商之间的竞争,提出了快速反应市场的要求,与之相适应,制造业对柔性自动化技术及装备的要求更加迫切而强烈。同时,微电子技术和信息通信技术的快速发展,为柔性自动化提供了重要的技术支撑,工业装备的数控化、自动化、柔性化呈现蓬勃发展的态势。 冲压是通过模具对板材施加压力或拉力,使板材塑性成型,有时对板材施加剪切力而使板材分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态下进行,因此也称冷冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带材,故也称板材冲压。冲压加工需要研究冲压工艺与模具两个方面的问题。冲压工艺可以分为分离工序和成形工序。而分离工序又有落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序;成型工序又包括卷圆、扭曲、拉深、变薄拉深、翻孔、翻边、拉弯、胀形、起伏、扩口、缩口、旋压、校形等。冲压加工作为一个行业,在国民经济的加工业中占有重要的地位。根据统计,冲压件在各个行业中均占相当大的比重,尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占的比重更大。冲压加工的应用范围极广,从精细的电子元件、仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁、高压容器封头以及航天器的蒙皮、机身等均需冲压加工。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好,一般情况下,可以直接满足装配和使用要求。此外,在冲压过程中由于材料经过塑性变形,金属内部组织得到改善,机械强度有所提高,所以,冲压件具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。冲压加工是一种套高生产率的加工方法,如汽车等大型零件每分钟可生产几件,而小零件的高速冲压则每分钟可生产千件以上。由于冲压加工的毛坯是板材或卷材,一般又在冷状态下加工,因此轻易实现机械化和自动化,比较适宜配置机械人而实现无人化生产。特别是适用于定型产品的中大批生产。“冲压要发展,模具是关键”,提高模具的效率需从冲模设计和制造开始。冲压加工的材料利用率较高,一般可达70%85%,冲压加工的能耗低,由于冲压生产具有节材、节能和高生产率等特点,所以冲压件呈批量生产时,其成本比较低,经济效益较高。当然,冲压加工与其他加工方法一样,也有其自身的局限性,例如,冲模的结构比较复杂,模具价格偏高。因此,对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模,经济上不合算,目前为了解决这方面的问题,正在努力发展某些简易冲模,如聚氨脂橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等,同时也在进行冲压加工中心等新型设备与工艺的研究。本次设计的意义 本次设计一个某弯曲件的模具。该产品采用单工序模具方法实现。冲压工艺与模具设计的理论性和实用性均很强。从理论与实践相结合的角度来研究、探讨,并侧重加强工程实践能力这点应该得到重视。本次课程设计是一个重要的专业教学环节,这个教学环节的目的:(1)帮助学生具体运用和巩固模具设计与制造课程及相关的理论知识,了解设计冲压模的一般程序。(2)是使学生能够熟练地运用有关技术资料,如冷冲模国家标准、模具设计与制造简明手册、冷冲压模具结构图册及其它有关规范等。(3)训练学生初步设计冷冲压模具的能力,为以后的工作打下初步的基础。第一章、冲裁件的工艺性分析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。 冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法,在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此,冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求,对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大的影响。1.1.冲裁件的结构工艺性1.1.1.冲裁件的形状图1.零件及尺寸材料分析冲裁材料为Q235A,查文献1 :普通碳素结构钢(GB699-88摘录),该材料属于低炭钢,屈服点s=240MPa,抗拉强度b=440-470MPa,抗剪强度=310-380MPa,延伸率不小于25,塑性好,焊接性好,适合冲裁。1.1.2.冲裁件的尺寸精度冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量,根据零件图上的尺寸标注及公差,可以判断属于尺寸精度为IT12IT14的经济级普通冲压。 该产品的材料属于普通碳素结构钢,屈服极限时240MPa,具有很好的塑性。第二章、制件冲压工艺方案的确定2.1.冲压工序的组合冲裁工序可以分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。冲裁方式根据下列因素确定:(1) 根据生产批量来确定 对于年产量需求100万件的该产品来说采用复合模或连续模较合适。(2) 根据冲裁件尺寸和精度等级来确定 复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高,而连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。(3) 根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定 产品的尺寸比较大,考虑到连续模送料不方便和生产效率低,因此常采用复合冲裁。复合冲裁又可以加工形状复杂、宽度比较大的异形冲压件。(4) 根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定, 对复杂形状的冲裁件来说,采用复合冲裁比采用连续冲裁较为适宜,因为模具制造安装调整较容易,且成本较低。(5) 根据操作是否方便与安全来确定 复合冲裁其出件或清除废料较困难,工作安全性较差,连续冲裁较安全。综上所述分析,在满足冲裁件质量与生产率的要求下,选择单工序冲压方式,其模具寿命较长,生产率高,操作较方便和工作安全性高。2.2.冲压顺序的安排弯曲之前需要下料,这个工序可以采用落料模加工,也可以采用剪板机,直接剪到尺寸,然后弯曲成型,本设计中不考虑前道工序,只设计弯曲模,所以只需要计算弯曲这一工序。第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算3.1.展开尺寸的计算根据应变中性层在板料弯曲前后长度保持不变的特性,可将其作为确定弯曲件毛坯长度的依据。板料在塑性弯曲时,中性层的曲率半径的位置同弯曲变形程序有关,当其变形程度较小(r/t5)时,应变中性层与弯曲毛坯断面中心的轨迹相重合,即=r+t/2,但当变形弯曲程度较大(r/t5)时,因变形区内应力、应变为立体状态,中性层发生了内移。相对弯曲半径(r/t)愈小,中型层内移量愈大,且不是圆弧形状而类似抛物线形状,同时板料变薄也愈显著。这时,应变中型层的位置,可以按弯曲前后体积不变条件确定。根据以上原理,计算中型层尺寸: 公式是L=L1+L2+R宽度方向计算得 L=54.7长度方向尺寸不变,还是10,展开图纸如下图所示:第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心4.1.弯曲力的计算此工件V形弯曲时力的计算,选计算公式为 F自=(bttb)/(r+t) =(102.02.0470)/(3+2) =3760N=3.76KNF自材料在冲压行程结束时的自由弯曲力b弯曲件的宽度 t弯曲件厚度r弯曲件内弯角半径 b材料的强度极限 b查表=440470,取470此件属于V型弯曲,在用模具进行弯曲时,有个回弹现象,回弹使产品的曲率和角度发生显著变化,不再同模具的形状和尺寸一致,从而直接影响到弯曲件的精度。回弹现象产生在凸模的卸载过程中。弯曲卸载时有两中情况,一,当r/t较大时,板料内外层纤维进入塑性变形状态,而料厚中心可能仍处于弹性变形状态,这时当凸模回程卸载时,板料中心部分纤维产生弹性恢复。二,金属塑性变形的总变形量中包含有弹性变形部分,所以板料即使内、外层纤维全部进入塑性状态,当其凸模卸载后,弹性变形的消失同样出现弹性回弹。由此可见,弯曲变形后的回弹现象总是存在的,而且比其它任何冲压工序更为凸出,所以对于减少和控制弯曲中的回弹值,使弯曲件的圆角半径、弯曲角度等集合形状参数在许可的范围内,乃是研究和拟订弯曲工艺的主要内容之一。影响弯曲回弹的因素有:1、 材料的力学性能,这里不一一介绍;2、 相对弯曲半径,r/t愈小,变形程度愈大,才板料中性层两侧的纯回弹变形区以及总变形中的回弹变形比例减小,回弹角就小;3、 弯曲中心角度,中心角越大,则变形区域愈大,回弹积累值亦大,回弹角越大,但对弯曲半径的回弹影响不大4、 弯曲的方式,板料的弯曲方式有自由弯曲和校正弯曲两类,自由弯曲回弹较大,校正弯曲的回弹小,V形弯曲件的校正弯曲有时还会产生负回弹。5、 弯曲件的形状和一次成型弯角的数量;6、 模具尺寸和间隙;V形弯曲件因凹模开距增大回弹量减小,而凸模半径增大时,其开距减小,回弹量增大。7、 模具结构和预件力大小通过以上分析,V形弯曲件的回弹是个比较值得研究的课题。回弹值的计算板料弯曲的回弹直接影响制件的尺寸精度和形状误差,因而在模具设计和制造时,必须预先将材料的回弹值考虑进去,以便修正模具工作部分的参数。本设计中,产品r/t=3/2=1.55,弯曲时变形卸载后制件的圆角半径回弹值很小,一般在公差范围内,所以不考虑回弹。需要注意的是,因为影响弯曲件回弹的因素很多,加之理论计算和经验数值都与板料弯曲变形实际条件有差别,所以其值应在试模中修正确定。4.2.压力中心的计算采用解析法求压力中心,弯曲模:F1弯曲力 F1=(kbttb)/(r+t) ,得F1=3.76KNY1F1到X轴的力臂 Y1=0X1F1到Y轴的力臂 X1=0根据合力距定理:YG=Y1F1/F1XG=X1F1/F1YGF冲压力到X轴的力臂;YG=0XGF冲压力到Y轴的力臂;XG=04.3.压力机的选用初步确定压力机的型号:F公称F总 因此选择压力机的型号为:弯曲模可采用:JH2316开式压力机 型号为JH2316压力机的基本参数如:(表一)公称压力/KN160垫板尺寸/mm滑块行程/mm5040滑块行程次数/(次/min)150最大封闭高度/mm200滑块底面积尺寸/mm封闭高度调节量45滑块中心线至床身距离/mm床身最大可倾角工作台尺寸/mm前后300左右450第五章、凸、凹模尺寸计算5.1.弯曲模对于V形弯曲件,必须选择适当的间隙值,因为凸凹模间隙小了,摩擦力和弯曲力就大,当间隙过小时,还会使制件直边料厚减薄和出现话痕,同时还降低凹模寿命。若间隙过大,制件回弹量增大,误差增加,从而降低制件精度,所以弯曲模具间隙的大小对制件质量、弯曲力和模具寿命有较大的影响。生产中是根据弯曲件材料的力学性能,材料厚度,制件精度和弯边长度来确定其凸凹模间隙。Z/2=t+nt其中Z/2-弯曲凸凹模的单边间隙 t-材料厚度的基本尺寸 n-间隙系数经查表格, n=0.05凸模及凹模尺寸计算是依据弯曲件的使用要求来确定的。起原则是弯曲件标注外形尺寸时,则以凹模为基准件,间隙放在凸模上。当弯曲件标注的是内尺寸时,是以凸模为基准件,间隙取在凹模上。同时应该注意弯曲件精度,回弹趋势和模具的磨损规律。(1)、制件标注外形尺寸 凹模尺寸为Ld=(Lmax0.75)凸模尺寸为Lp=(LdZ)(2)、制件标注内尺寸凸模尺寸为Lp=(Lmin+0.4) 凹模尺寸为Ld=(Lp+Z) 其中 L弯曲件的外形或内尺寸弯曲件的尺寸偏差Ld弯曲凹模的基本尺寸Lp弯曲凸模的基本尺寸Z凸凹模双面间隙具体计算如下,制件标注内尺寸,按此公式计算弯曲凸模尺寸为Lp=(Lmin +0.4) =3凹模尺寸为Ld=(Lp+Z) =5弯曲角度保持不变,90度第六章、模具整体结构形式设计 弯曲模的结构形式凹模材料 因制件形状简单,总体尺寸不大,选用整体式矩形凹模较为合理。选用Cr12为凹模材料。由模具设计指导表,凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为100mm80mm35mm。由模具设计指导表5-4,可得此模具典型组合尺寸为100mm80mm(JB/T8066.11995)。而由此典型组合标准,即可方便的确定其他冲模零件的数量、尺寸及主要参数。其零件参数如下表所示:凹模周界凸模长度配用模架闭合高度H孔距尺寸最小最大SS1100805020119137零件名称及标准编号螺钉圆柱销螺钉圆柱销M840840M640860选择模架由凹模周界尺寸及模架闭合高度在119-137mm之间,查模具设计指导表5-7选用标准模架:选用4#后侧标准模架,上模座16613025,下模座16613030,导柱导套2-18110,2-2850。第七章、模具零件的结构设计7.1.弯曲凸模的设计材料:Cr12,硬度:5558HRC,形状结构:(如图)与固定板过盈配合,过盈量为0.02-0.037.2.弯曲凹模的设计材料:Cr12,硬度:5558HRC,形状结构: (如图)7.3.定位板的设计材料:45#,定位方法,改产品只能采用外形定位,在调整定位时要确保凸模和定位板没有干涉。形状结构:(如图)第八章、模具的总装配冲模的装配就是根据模具结特点和技术要求,以一定的装配顺序和方法,将符合图样的技术要求的模具零件,经适当调整加工后组装成满足使用要求的模具整体。在装配过程中,既要保证配合零件的配合精度,又要保证零件之间的位置精度,对于需作相对运动的零部件,还必须保证它们之间的运动精度。1、确定装配基准件以弯曲凹模为装配基准件。 首先要确定凹模在下模板上的位置, 安装凹模组件, 然后用平行板将凹模和下模板夹紧,在下模板上划出孔线,进而安装好下模板上的其他组件。2、安装上模部分 检查上模部分各个零件尺寸是不是满足装配技术条件要求。 安装上模,同时调整冲裁间隙和拉深间隙, 将上模系统各零件分别装于上模座内。3、自检 按冲模技术条件进行总装配检查。4、检验5、试冲,冲模按图样技术要求加工与装配后,必须在生产条件下进行试冲,通过试冲可以发现模具的设计与制造缺陷,找出产生缺陷的原因,对模具进行适当的调整与修理后再进行试冲,直到模具能正常工作,冲出合格的零件,才能将模具交付生产使用。设计小结至此,课程设计已完成。通过本次设计证明了自己的综合能力,能将所学专业知识应用在对实际问题的具体分析和解决上。在设计过程中,经常会遇到因考虑问题不周而导致前后矛盾,甚至使下一步工作无法进行。然而经查阅许多相关资料和在老师的精心指导下,问题都一一得到了解决,使整个大学三年所学的专业知识也得到了系统的巩固和提高。设计过程中用AutoCAD2004绘制总装图和所有零件图,现已熟练掌握AutoCAD绘图软件的使用技巧。这次设计使我对冷冲压模具的设计有了更深刻的认识,专业知识掌握得更牢固,对以前遗留的那些似懂非懂的问题也理解透彻了。这次设计对我来说是一次很好的锻炼,而在这之中的收获对我以后的工作来说是一种很大的帮助。通过本文以上一系列的计算和讨论,已经大致给出了正装复合冲模设计的全貌。由于本人的专业水平有限,以及对国家标准的理解程度不够深入和透彻,还有对理论过程与实际过程之间的差异的考虑较少,在对一些设计参数的估计上也存在着或多或少的偏差,这是本设计论文最大的不足之处。本设计得以顺利完成,离不开老师的悉心指导与斧正,同时也离不开三年以来带课老师们在带课时给我的指导,另外,同课题的几位同学经常在一起相互交流,探讨如何解决设计中遇到的问题,给了我很大的帮助和支持。在此表示衷心的感谢!致 谢 对本次课程设计指导我和给予我最多的老师表示我最衷心的感谢!课程设计开始以来,有幸多次聆听老师的教诲。老师以他宽广的知识、高瞻远瞩的学识、在实际生产中所积累的经验。拓宽了我的视野和思维,更为重要的是老师以他对事业孜孜不倦的追求和待人接物谦逊的态度和豁达的胸襟,时刻都在潜移默化地影响着我,这将使我终生受益。参考文献1朱光力主编. 模具设计与制造实训.第1版. 北京:高等教育出版社. 2002. 1341562吴诗 主编. 冲压工艺及模具设计 . 第1版. 西安:西北工业大学出版社. 2001. 40453温松明主编. 互换性与测量技术基础. 第2版. 长沙:湖南大学出版社. 1998. 454冯炳尧 韩泰荣 殷振海 蒋文森编. 模具设计与制造简明手册. 第1版.上海:上海科学技术出版社. 1985. 1 805刘朝儒 彭福荫 高政一主编. 机械制图. 第3版. 北京:高等教育出版社.20016张代东主编. 机械工程材料应用基础. 第1版.北京:机械工业出版社.2001.851037王卫卫主编. 材料成型设备. 第1版.北京:机械工业出版.2004. 47488傅建军主编. 模具制造工艺. 第1版.北京:机械工业出版社.2005. 24259王新华主编. 冲模设计与制造实用计算手册. 北京:机械工业出版社.2004年8月第1版. 2 1510王新华 袁联富主编.冲模结构图册. 第1版. 北京:机械工业出版社. 2003. 22
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