翻边U形件、φ220盘形件的落料拉深复合模设计-冲压模具含NX三维及11张CAD图
翻边U形件、220盘形件的落料拉深复合模设计-冲压模具含NX三维及11张CAD图,220,盘形件,落料拉深,复合,设计,冲压,模具,NX,三维,11,CAD
摘 要盘形件的冲压模具整体设计首先从成形的基本概念开始,具体阐述了冲压技术及其领域相关现状发展。工艺分析确定了课题可以采用常规的复合模具来达成最初的设计指标,并完成了相关排样和利用率等最初方案的计算及设计。核心计算涵盖了冲裁力整体的求取,并基于此初选了压力机的品类型号。压力中心和工作刃口的计算则为总体结构做出了铺垫。架构选用及零部件设计中,从定位形式作为起点,接着进行卸料出件导向及核心的凸凹模的结构参数设计,确定设计的核心部分。然后完成垫板、固定板、模架等辅助件的选用,最后阐述总装流程及压力设备校核工作。模具设计是整体化流程,结合盘形件模具设计,最终完成一副合格的落料拉深复合模具和冲孔单工序的模具,对于指导生产起到一定作用。关键词:盘形件,冲压模具,复合模,排样,压力机ABSTRACTThe overall design of stamping die for disc parts starts with the basic concept of forming, and elaborates specifically the stamping technology and its related current development in the field.Process analysis confirms that the subject can use conventional composite dies to achieve the initial design index, and complete the calculation and design of related initial schemes such as layout and utilization ratio.The core calculation covers the overall determination of the punching force and based on this, the type number of the press is initially selected.The calculation of the pressure center and working edge paves the way for the overall structure.In structure selection and component design, starting from positioning form, the structure parameters of discharging guide and core convex and concave dies are designed to determine the core part of the design.Then complete the selection of auxiliary parts such as backing plate, fixing plate and die holder, and finally elaborate the general assembly process and pressure equipment checking work.Die design is an integrated process, combining with disc mold design, a set of qualified blanking and deep drawing compound mold and punching single process mold are finally completed, which plays a certain role in guiding production.Key words: disc, stamping die, compound die, layout, press目录前言1第1章 绪 论31.1 冲压技术的发展及应用31.2 模具的成形特点41.3 本课题的主要内容与意义6第2章 工艺分析及冲压方案确定82.1 冲压件的工艺分析92.2 工艺方案的分析和确定92.3 毛坯展开计算102.4 拉深次数的确定112.5 下料方式的确定112.6 排样和材料的利用122.7 复合模结构确定14第3章 模具主要工艺参数计算153.1 冲裁工艺力计算153.2 拉深力的计算163.3 压力中心的确定173.4 冲裁工作刃口尺寸的计算17第4章 模具总体设计194.1 拉深凸模结构的设计194.2 凹模结构的设计194.2.1 凹模刃口形式的选择194.2.2 凹模的结构形式204.3 落料凸模的的结构设计214.4 落料拉深模具送料方式选择224.5 落料拉深模具送料方式选择234.6 推件(顶出)装置的设计234.7 模架安装形态确定24第5章 冲压设备的校核255.1 模具装配255.2 模具工作过程265.3 压力设备校核26结 论28致谢29参考文献3031前言任何一个冲裁件均是由一个或者多个工序有机组成的,是既分离而又统一的整体。这句话表面上看起来是矛盾的,而整合在模具设计中确实统一的。这是因为分离的工序不仅可以使用单一工序的模具组成冲压组合,也可以复合成几道模具达成设计目标,更可以结合现金的传递式模具或者级进模完成整体的的冲裁。以上这些均是基于最根本的冲裁形态演变而来,这里逐一论述。首先就是分离形态的建立,分离形态是利用凸凹模刀口的精度,刚度等力学形能,辅以压力作用,依靠着惯性冲切而将毛坯分离切割成预定的形态。分离程序主要的问题是边缘口的毛刺方向和断裂带光洁度,分离度这几个方面的问题2-3,毛刺方向依赖于凸凹模的整体精度和冲裁速度这两个方面,现阶段已经可以很好的控制。后两者依赖于板材的本体材质和厚度,其具体作用机理较为复杂,在2毫米厚的板料之下的冲裁已经不成问题,现阶段高精度模具可以解决。不仅在汽车摩托车这些大型的表面覆盖件产品上应用之广,在数码产品中更是凸显了精密成形的中坚力量。数码产品外观是塑料的,但是内部结构支撑件,传导和触点等这些必然是冷冲所完成的,对于结构性的支撑件触头件来说体现着精密成形技术的水准。现阶段国内高端的设计制造厂商整合了这方面先进的技术,且人才的储备已经达到了一定的量。都说质变是量变的飞跃,在近十年中我国在追赶世界现金技术的路途中踽踽独行,只为有朝一日站在世界之巅。从材料方面来讲,热处理已经开始进入分子层面,金属受外界的温度变化影响会改变分之间的结构,从而改变金属的一些特性。冲压还是一种直接改变外形的金属变形工艺,达不到分子层次,当热处理-冲压复合加工时,属于两种加工方式的小范围配合,在金属受热时进行加工是可以减少加工损耗,但是由于进行热加工时,金属的的表面温度不稳定,使得加工出来的产品表面结构容易出现问题,虽然合理的控制温度可以使这种问题发生的几率降低,但是不能冲跟不上解决问题。冲压的开始意义是在力的作用下对金属进行形变或截断,但是随着时间的发展,冲压已经慢慢跳出了自己本身的字面意思,有了它自己独特的内涵与文化,但是不可否认冲压是还没有达到分子层次的加工方式,而没有达到分子层次的加工方式并不是未来的主力。当人们对材料的研究逐渐加深,类似与分子堆叠的方式才是理想的加工方式。由于相同的材料不同的分子结构性质会展现出很大不同的原因,良好的分子结构是材料的关键,但是由于分子层次的的造价高昂,目前忍让处于试验阶段,还不能被广泛应用。而且分子结构的完全可控不仅对基础工业影响巨大,航空,航天,医学,生物等等领域都会发生质的变化。如果冲压这种加工方式不能更快速的发展,慢慢的会逐步的退出历史的舞台,从举足轻重过渡到可有可无。技术不仅仅涵盖了设计过程,工艺过程,更是制造过程先进性与精益的体现,既往设计与制造通常是割裂开来,有着严格的先后顺序。然而现金设计制造仿真技术的发展和实施已经可以达成并行设计的水准。第1章 绪 论1.1 冲压技术的发展及应用在具体设计工件模之前须完成的任务即是对于冲压的基本概念及具体的冲裁方式有宏观的把控,做到有理有据的设计方可使模具定制者信服也可以带来良性的推动与提升企业位于市场中的口碑。冲压根据其名称在宏观上即是结合冲头冲裁和压制等手段对板材实施分离切割或压制成既定形状的过程,在微观上则是金属内部晶格的分离或内部晶格受外部压力状态下发生塑性畸变达成冷作硬化的目的。基本的宏观围观成形的形式指导着具体的实施过程。借助冲压达成预期设计目标是汽车行业,家电行业,数码电子行业等多个行业默认达成的共识,因为脱离了冲压这些产品将不复存在。以数码电子产品为例,常见的家用计算机或便捷式计算机中的结构件,散热部分,加强模块等等都是使用了冲压制成的,这些产品并无外观斑马线的照射要求而是对于支撑性稳定性有着苛刻的要求,因为在内部并不需要鲜亮的外观而是踏实厚重的实用性,在这方面冲压件价格低廉质量高超远远超过了机加工件所带来的利润而稳定性层面则是远大于塑料件具有的脆性。这些内部结构件只需贴合内部结构或是匹配相应的节点即可,根据数码产品复杂程度之不同有甚者达到几百个内部结构冲压件的需要。说了内部结构件的默默支撑起整个的产品,外部覆盖件则显示了其登峰造极的塑性变形能力,从十万元级别的小型家用轿车到几百万的豪华跑车甚至航天飞机的蒙皮都是采用冲压制成的。这方面的精度要求不是很高所能形容的,是整个行业精华所在。以汽车外表面A级覆盖产品为前期,从最初的工艺分析设计就需要并行的解决方案,一面进行工艺剖析一面进行模具适配,工艺分析不尽需要结合现有PDM数据库还要时时进行成形仿真确保整体工艺规划的动态。新技术的应用和发展体现在设计的初始的阶段,更体现在设计的思路与方式方法之中。更为领先的冲压技术的应用使的冷冲模具的设计逐渐发展开来,以技术为导向,举例来说首先则是各种三维建模软体及其技术,因为冷冲模的市场巨大,各个三维厂商在其三维软件的内部均有内置的冷冲模具的插件,级进模具的插件等等,这些均为设计提供了极大的便捷性和可靠性。更先进的3d VR技术也在模具设计环节逐步展开,现阶段主要是这方面的统筹和规划的阶段。因为全息的设计影响展示技术在设计环节中有诸多的硬件软件相互匹配的过程。相信这项新的技术可以将模具设计提升一个新的台阶。而冲压模具的规划在软件中的体现也尤为明显,前端的成形分析和中端的模具设计可以并行达成,相互补充,以保证最高的设计效率的同时可以最大程度上避免设计的缺陷及不良品的产生。而终端的机械加工CAM则是融合了最新的制造流程和经验数据库,最大幅度的提高加工效率并降低成品,这也是厂商做喜闻乐见的。设计制造一体化CAM流程是先进生产制造理念下的产物,目前的CAD三维组立技术已经得到长足发展,基本应用于设计环节的整个流程中。而诸如UG/PROE等先进的三维软体在开发之初既已前瞻性的预测到与CAM之间的相互接轨是制造业的大势所趋。CAM模块中直接采取前端设计的模型文件,与先进数控制造设备匹配,设计者只需在软体上将model适配合理的刀具及加工路径借助于先进的计算技术转换成制造设备可以读取的代码,便可以自行加工成既定的几何图形。不仅在工艺规划中,乃至整个系统集成时均需要成形仿真部分的参与,这在业内以达成共识。覆盖件的单独仿真是知道单一品类的成形要素出发,其结果只对该产品负责。例如发动机舱的表面罩板在工艺放着设计流程中首先完成CAE分析并有针对性的调整其减薄率成形极限获得了最优化的参数效果,并以此为基本参照进行模具试模和PVS过程,最终完成了这一外观件的设计制造。然而具体的设计流程不至于此我们不能值看到一个产品,系统集成仿真就是从大局出发将与这个件匹配的周边件向关联进行整体邢台的仿真分析不仅局限于成形仿真还包括焊接仿真等等。现阶段的航空领域中更先进的表面蒙皮的冲压成形技术是行业的前端科技,致力于航天航宇方面的冲裁不仅涉及到常规的冲压更具有先进的多板液压涨形的科技,复杂精密的成形部件和精准的时间判定都决定着这类产品的高价值属性。1.2 模具的成形特点精益高效永远是冲模永恒的灯塔,在一个世纪前已经发出了依稀的光亮,而现在如鸿鹄之光贯通着各个行业,其发展的迅猛主要得益于其自身的如下优点:(1)固有化的成熟结构可以直接作为经验使用,经验的积累总结在本行业中优势明显,可以说现代的冲压水平是在前人们不断孜孜以求的基础上造就的。(2)根据成形过程的温度和材料对于温区的敏感程度可以匹配有差异的冷热加工,更难能可贵的是制件具有极高的互换性能,因而成品的造价可以更经济。(3)对于表面光洁度和曲率严苛的覆盖件品类,市场细分已经将其归为精密成形这类,更高超的超声波成形,液压成形等多种手段多管齐下市场呈现着欣欣向荣的景象,这对行业整体大有裨益。(4)所占用的人工和场地利用率高,在先进的成形技术的指引下更多的传递结构模具和精密模具的快速步进,智能化的管理体系使人员操做更为便捷精准,更高的安全性能和检测系统让冲压模具更具有人文主义的关怀。涵盖这拉深,翻边,涨形等利用于金属薄板自身形变冷作硬化达成的塑性成形是冲压中另一个重要的环节。金属具有良好的延展性,故而其与诸如塑料橡胶材质不同,在施加压力后既不会发生破裂问题,也不会缩回到原有的形状,这就是冷作硬化的优势所在。因而技术的一次次更迭让原来不可能的或不可想象的事情成为显示,超声波成形,液压成形现在已经成为了基本的成形手段。不仅如此在经济成形中结合了现代化的分析方法,结合先进理论算法可以最大程度上预测模具的塑性成形状态,而冷冲压成形的基本工序主要有以下几种形态:(1)单一冲裁过程,将制件需要成形的各部分做必要的分解,每一工序使用一副模具冲裁出来,复杂化简为单一的结构形态,固然增加了整体模具数量,但是对于某些精密冲裁或者小批量试制优一定的效果。(2)两至三道,乃至4道工序有序结合,行成了复合冲裁成形模具。一副中可以囊括冲裁,拉深,拉深等多种冷冲目标,对于批量生产且占地优一定要求的目标十分合适。(3)多道次,多工位有序组合并可完成普通冲裁亦或精密连续冲裁的级进模。对于特大批量生产,目标是制件的精度和市场经济性指标要求很高的这一类必须有市场竞争力的产品尤为适合。冲模技术的发展和变革伴随着工业革命的潮流开端,到现在日新月异,诚然内部的机理是不变的,也就是依赖以板料冷作硬化机理达成目标。技术的变革趋势主要集中在模具精益成形技术这个方面10。精益成形不仅仅是模具产品精益成形更是采用现有条件精密整合达成了最为经济化的模具冲裁出的制件可以达到更高的精度级别的一整套的设计流程的过程。其中涉及到的技术有很多种,首先就是前期的工艺分析方向,需要结合现有的经验进行制件全部成形的分解并判断工厂或者公司现有技术是否能够完全的整合,并借助于先进的CAE软体功能分析师可以最终下达是否可以顺利冲裁的结果11。然后就是先进的三维软体设计制造部分,设计和知道在原来都是相互分割的部分。用工程图指导部件的设计,在现代设计已经逐步落后。在计算机的辅助下将软体和后续的加工设备有机结合行成通路结构,已经是较为成熟的结构。最后就是精益装配或者传递模的结构形式,借助于机械手达成每个单工序模具之间的毛坯或是半成品间的传递,高效便捷无人值守的特点在现金生产的工厂已经成为显示,然而这部分具有资金和技术的双重壁垒,广泛的实践需要一定时间,确实未来的方向所在。而级进模则是融合了连续冲裁的这一个概念,将各个工序进行有机划分,在条料中设置导正装置,或者在模具的机械结构中进行统筹规划可以有效的保证送料和定位的精度,与单工序和复合模具相比可以更高效的达成连续冲裁的目的13。而单工序和复合模具在小批量冲裁亦或是厚板冲压等方面的作用也是不言而喻的。因为模具简单则是意味着冲压的稳定性。对于大于8mm的厚板来说,连续冲裁必然会采用精密冲裁的齿圈压板否则不能够直接达成压料的目的。而这样一来模具的整体造价水平直线飙升,故而这种情况下使用单工序模具或者复合模具,配和手动送料达成上万件的产量的经济效益和冲压稳定性都是很可观的。复合模是指可以在一次冲压的过程中进行一道工序以上的冲压模14。复合模的出现对生产产生了巨大的改变,单一的冲压模具一次只能进行一道工序,经过多到工序后产品不能达到一个较高的精度,限制了模具的价值与工作效率,而复合模的出现改变了单一模具的工作方式,大大提高了工件精度,提高了产品质量,推动了复杂零件的精密制作。生产效率更是成倍的提高,一台冲压机一次冲压从只能冲孔到冲孔-落料,效率翻倍。但是高效率和高质量带来的问题是模具的制作精度也同样大大提高,虽然模具成本,精度,使用时间等都提高了,但是总体大规模生产的成本却是一再下降,使得复合模渐渐替代了单一冲压模,变成了市场主流。复合模根据制造工艺也分为很多种,有冲裁类,成型类和冲裁与成型类。去除材料的都属于冲裁类复合模具,例如冲孔,切断和落料等。改变工件形状但是并不减少工件质量的都属于成型类复合模具,例如弯曲,挤压等。同时进行冲裁与成型的模具比单一的同工艺的复合模略微复杂,如冲孔-翻边复合模,拉深-切边复合模等。1.3 本课题的主要内容与意义本课题主要研究的是盘形件的冲压模具的设计,在对工件的工艺完成划分,冲裁顺序剖解确定合理的结构形态并达成既定的任务指标是核心的设计任务,具体来说囊括了以下几个方面的内容:1冲模成形是借助于剪切和冷作硬化基本理念特点,并基于此阐释了高精度高效率模具发展相关的趋势,详细阐述了冲压模具是解决大批量生产的方案之一,钣金重点发展的方向是稳定经济的冲裁,确定了本次设计工件采用复合模具拉深模具完成设计任务;2 确定了该工件具有较强的可冲压性,并确定了适合其的排样方式,计算出了相关材料利用率,并计算了相关的冲裁力这为选择压力机吨位提供了佐证。3 对模具模具设计整体原则进行概述,确定了复合模具+冲孔模具的设计形式,并在这基础上设计了涵盖凸凹模,固定板及辅助部件在内的关键部件的结构形态,确定了设计要点。4 完成整体模具的装配工作,绘制了落料拉深工序和冲孔工序的装配图及零件图,并叙述了工件级进模的运行过程特征,并在这点的基础上最终校核了压力机的吨位,以保证冲裁的稳定性。第2章 工艺分析及冲压方案确定模具整体设计首先以工件的课题任务要求与技术解析开始,本工件在实际中起到连接安装的作用,在绘制了工件结构图以及三维的渲染结构的基础上分析了以下几点要求:(一)工件材质为4J膨胀合金,整体的精度要求为IT13-14级别 ;(二)工件的尺寸参见下图,厚度为2.0mm,批量形式生产,表面平整度有要求。图2-1 盘形件结构图图2-2 盘形件三维图材料的形能分析,是冲裁件必要的环节之一,与端面的刃口光洁度和毛刺方向有关。一般的碳素结构钢在冲裁时均有光亮的端面,而本此设计的零件对于边缘的要求不是十分明显,主要起到垫片类型的作用,以下是材料力学形能的简析,材料属性见表2-1。表2-1 材料属性材料名称抗剪强度/Mpa屈服强度/Mpa抗拉强度b/ Mpa状态伸长率10/ %4J膨胀合金430-550200540-700退火40结合上表2-1,可以解读出4J膨胀合金是冲压用钢板中一种牌号。这种冷轧的钢板具有一定的强度和硬度,对于冲头的反作用力适中,抗剪强度参数指标良好,意味着冲裁力等这些与动力源件有关的受力较为友好。而在塑性成形中也可以保证很高的拉深深度和回弹变形保证,在成形和涨形中表面稳定,是常规冲裁中常用的一种优质的碳素结构钢板。2.1 冲压件的工艺分析工艺性能是综合材料属性和产品外观的重要指标,从大的趋势上决定着模具的设计结构和整体框架。本零件采用2mm厚的4J膨胀合金冷轧钢板料冲压而成盘形件的工艺性分析首先从外观周界尺寸开始,并结合内拉深成形的高度参数等多方面有层次的划分,确保方案输出的合理性和经济性,最重要的是达成设计所需的精度。任务要求明晰,设计从产品的工艺分析做为起点,外部的边界不具有倒钝的尖角,冲裁部分轮廓尺寸清晰不存在孔与孔之间的狭小缝隙和对导致冲头折断的细小部分,孔与边界交代清楚,具体分析如下(1)盘形件的外观呈现对称,对称的结构赋予了产品整体优异的冲压性能,(2)内部不含有冲孔,整体形式为落料和拉深工序;(3)拉深部分的半径很大,不会发生断裂。整体从精度来说为13级别左右的精度划分,可以达成断面较为光洁。从上述的分析可以确定采用冷冲裁成形可以达成批量的生产计划,故而盘形件有着良好的成形工艺形能。2.2 工艺方案的分析和确定获得制件既定的参数指标,则需要选用合理而经济的冲裁解决方案,根据现阶段成熟的方式,可以使用如下的三种:1 单工序;2 复合冲裁;3 连续冲裁。不同方式有其自身的优劣属性,必要做详细阐述。方案1中,整体形式最为简洁,也是最稳妥的形式,而稳妥的背后则是意味着更多的时间消耗量。设计不能为了设计者自身的稳妥而丧失了对模具架构宏观的判断,两道次冲压过程中二次定位误差造成的精度下降必须得到有效的控制。因为本此盘形件属于小型的结构件,这就意味着需要安装孔的位置精度,定位需要精度,然而单工序中后续仅依靠边缘定位具有一定难度方案3 连续冲裁拉深成形部分不易控制,这种级进模送料较为困难,具体是因为拉深部分需要多次的拉深和拉深过程中的成形操作。在连续的冲压进程中料带的送进和定位较为困难。从经济性方面分析,级进模整体的报价较高是复合+单工序的3被以上,且内部的斜楔成型部分和拉深部分容易损坏,不适合采用这种连续冲压的形式,所以结合本此设计的前保钣金件来说,级进模的方案也排除。故而确定了方案2的结构状态,首先进行第一工序落料拉深的工序,精度可以得到保证。这样的好处是工序得到了合理的分散而定位精度得到了最大程度的保障。在经济性方面也最为出色,故而最终使用了这种方案。2.3 毛坯展开计算盘形件制件采用的是落料拉深复合模具的结构形式,首先需要进行的是毛坯尺寸的确定,也就是外径落料参数的确定,具体的直径可以用如图2-1所示的方法来确定。图2-1毛坯展开参数尺寸计算由图可计算落料毛坯的表面积: (2.1)式中,d1d4分别是如图4-1中所示的三个尺寸直径,r为中性层的半径参数。具体的计算如下:这理结合PROE的展开功能,结合上述的公式,加上修边余量,确定了毛坯直径为278mm。2.4 拉深次数的确定盘形件制件的总体高度为48mm,相比于其直径来说,不足内部直径参数的1/4,对于这种高度的产品拉深成形来说,属于浅拉深成形,一般可以一次完成成形工序,具体确定如下:由表查出允许的第一拉深的最大相对高度h1/d1,与工件的相对高度h/d相比较,按普通正向拉深,看能否一次拉深成功。工件相对厚度为:;毛坯相对厚度; (2.2)因此由表可以得出,一次拉深的系数为0.71,本此计算结果为0.26,远远小于极限成形系数,一次拉深即可成形。表2-2 拉深次数确定H/d拉深次数毛坯相对厚度2.0-1.51.5-1.01.0-0.60.6-0.30.3-0.150.15-0.0810.94-0.770.84-0.650.71-0.570.62-0.500.50-0.450.46-0.3821.88-1.541.60-1.321.36-1.101.13-0.940.96-0.630.90-0.702.5 下料方式的确定在搭边的参数确定后,需要确定的是载体的形式。载体有常规的中间载体或者单侧双侧载体等多种形态,其目的均是可以合理的保障条料送进的刚度和强度,这里垫片是矩形件,故而主要采用落料的形式直接出件。各个冲裁顺序在整体条料中的排布顺序首先是冲裁,而后是拉深或成形,在这些之前需要确定两侧搭边的参数和载体部分的参数,是保障排样平稳性的关键因素,这里首先取得两个参数值为:表2-3 搭边值参数表料厚手送料自动送料圆形非圆形往复送料11.51.521.5321221.52.523.52.532查表得最小搭边值查出:,这里适当放大搭边的取值范围,侧搭边和工件之间搭边均取4mm。 (2.3)式中: ; ; 。则: 条料的送料步距按公式(2.4)计算: (2.4)式中: ; 。则:2.6 排样和材料的利用盘形件排样关乎后续模具整机架构方面的诸多事宜,这里首要结合排样种类选用适合本次的品类。结合排样流程中的有无废料或者废料的多少可以有常规排样,少废料排样与无废料三种方案,后两者应用于高精度模具或者材料造价奇高的品类,本次涉及的产品是通用产品,若采用后两者直接导致模具结构异常复杂,不适合IT1314级别的精度水平。常规的排样可以做到利用率在70%以上,对于经济性能完全达标,故而采用单件有废料的形式设计出如图所示的排样图。盘形件的排样如图2-5示:图2-5 排样图材料的利用率按公式(2.5): (2.5) ; ; ; ; 则: 2.7 复合模结构确定根据工艺方案所采用的复合模具的形式,结合一次拉深成形的技术指标,最终结合工件的厚度及精度要求中等的要求进行结构的选用。一般这类拉深成形的复合模具有倒装和正装的两种结构。通常正装模具采用卸料板在上模的形式可以有效的进行压料操作,模具结构成熟,条料的送进可以采用送料机构或者手动进行,模架则采用国标或者企业标准的成熟模架产品。第3章 模具主要工艺参数计算3.1 冲裁工艺力计算动力是冲压加工最基本的源头,在动力的驱使下借助于模具工具可大幅度缩减加工时间,也是“工具是生产力进步的标志”最为简明的阐释。鉴于盘形件材料厚度适中且力学水平优异,故而平刃冲压是最好的解决方案,这里对于动力这一参数结合以下公式做详细论证,并以此指导后续压力设备的选用环节:图3-1 板料周长计算图冲裁力按公式(3.1)计算: (3.1)式中: ;。卸料力: 卸料方面需要借助于向上的力将排样或者坯料从冲头上剥离开来,这个力相对来说较小,具体公式为: (3.2)推件力 按公式(3.3)计算: (3.3)其中: 、卸料力、推件力、顶件力系数,表3-1; 同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。因为制件在凹模型腔内,因此n取1。冲裁工艺力的总和 按公式(3.4)计算: (3.4) 表3-1 卸料力、推件力和顶出力因数冲裁材料钢材料厚度3.2 拉深力的计算拉深工艺力计算公式如下: (3.5)式中 F拉深力(N);K1系数,查得K1=0.7;d拉深件长度(mm)t材料厚度(mm)b抗拉强度(MPa),查得b=600Mpa代入得:。对于设置顶件装置或压料装置的拉深模,顶件力或压料力可根据下式估算: (3.6)式中,FQ 顶件力或压料力; Fz 自由拉深力则,。因此可以选择公称压力为4000KN的压力机即可满足要求 。3.3 压力中心的确定在具体求解压力中心参数之前,有必要对其作用机理简明阐述。通常冲裁进行时,压力设备内部滑块带动着模柄进而使得整个的上模下行,导向装置达成工具咬合精度。若冲裁整体中心偏离滑块中心差异过大则将会导致导向装置受力不均匀,更会直接加剧导向装置之磨损,使整体稳态可控程度大打折扣。故而此参数的计算结果是重心的位置,可以这么看:冲裁所有的合力集中在这个点上,在开式压力机上要确保滑块投影面积要覆盖在这个重心上确保实际中导向装置受力均匀,实际上可以更换中高速的闭式冲压设备,直接用夹板螺栓固定在上下基板上即可。本着设计中参数完整性的需要,这里计算了压力中心的位置(采用了解析法计算),鉴于本此设计的是对称的结构,基本可以确定了压力中心在原点附近。 3.4 冲裁工作刃口尺寸的计算刃口的精度对于制件最终的精度指标起到至关重要的影响作用,当然在设计上希望其愈高愈好,但是设计不能脱离制造单独存在。高精度的代价不仅是制造费用上的提升,更有可能即是现有设备不能达成设计的要求,这样尴尬的场景谁都不愿意看到,故而我们结合工件的具体等级来判定刀口的精度等级为IT9的级别。具体尺寸精度参数需要按照如下的原则进行计算:冲裁的间隙尺寸并不是一个定值,根据材质的不同及毛坯板料的差异程度区分,在一个区间范围内波动,选用时结合此表选用区间范围的下限是经验中常用的手段;以下计算中工件的公差值经查资料,冲裁模合理隙值。通过观察成形部件二者对毛坯剪切作用过程中可以直观察觉具有微小的间隙,是保证成形的关键因素磨损如图3-2所示。图3-2 刃口磨损示意图A 类尺寸 (3.7)B 类尺寸 (3.8)C 类尺寸 (3.9)式中, ; ; ; ; ; 。具体工作部分的尺寸计算如下:(1)278mm落料刃口尺寸计算落料凹模: (3.10)落料凸模: (3.11)(3)拉深工作部分尺寸计算第4章 模具总体设计4.1 拉深凸模结构的设计凸模参数结合盘形件的刃口尺寸主要是两点,刃口的形状和高度。刃口形态与冲裁内孔一致便满足需求,其尺寸公差既已计算完成。高度方面采用下式:结构则是使用直下式类型,采用连接杆相互连接,形式见下图所示。拉深凸模如图4-1示: 图4-1拉深凸模4.2 凹模结构的设计4.2.1 凹模刃口形式的选择最为普通的冲裁形式,盘形件模具品类并不属于精密冲裁级别,而精密冲裁不仅需要上下压板且从板件到刀口材质更精贵。凹模刃口结构如图5-2,这里选择形式如a的结构可以保证冲裁和拉深成形。图4-2凹模刃口结构4.2.2 凹模的结构形式结合普通刀口材质要求,整体的凹模即可高质量的冲裁出最终的指标精度,其参数设计首先是厚度方面,参照经验厚度公式求取。凹模厚度:按公式(4.1)计算得: (4.1) 式中:;。这里凹模内部安装镶块等部分,这里圆整到20mm的距离。表4-1 凹模厚度系数0.150.180.180.30.30.450.120.150.150.220.220.3凹模壁厚:按公式(4.2)计算得: (4.2)取凹模厚度:, 凹模长度(送料方向)L: 按公式(4.3)计算得: (4.3)图4-3 凹模结构4.3 落料凸模的的结构设计(1)整体的最小壁厚,此参数一般最小需要是2倍的板料厚度。结合盘形件的毛坯厚度,而这里的中心孔和边缘的距离远远大于4mm故而落料凸模的壁厚参数可以得到保障。(2)凸模的整体高度的参数设计不涉及强度方面的计算,中心的孔是做为凹模的作用,周围的部分是做为凸模,这样就达成了凸凹模的具体功能。表4-2最小壁厚 材料厚度t/mm盘形件材料0.50.60.81黄铜、低碳钢0.81.01.01.2(1.21.5)t凸凹模具体结构如图4-5所示。图4-4 落料凸模结构图4.4 落料拉深模具送料方式选择盘形件排样既已确定出单件落料拉深的形态,毛坯之送进则是卷料采用自动送料或手动进入卸料板的上表面,进而Z向自由度得以保证。XY向这四个自由度使用诸如挡料钉这类的元件限制好。上述所有的元件均是标准化结构,这里主要使用卸料板的内部边缘实现定位,具体的导料形式可以参见下图。图4-5 挡料销的布置形式4.5 落料拉深模具送料方式选择卸料和出件是相辅相成的,首先进行卸料设备的参数设计。盘形件模具的卸料设备在这里也兼有导料的双重作用,因为板料在冲压过程中需要先固定之后在完成冲裁。工件排样是规则进料形式,固定式卸料板可以匹配这个方案,在卸料板的下方开槽控制条料的定位,更解决了卸料的形式,内孔与冲头外边配做单边放大间隙值0.20.5mm之间便无干涉。4.6 推件(顶出)装置的设计当制件冲裁成功后需要从凹模的内部型腔中脱离出来,这个过程在复合模具中由于边缘毛刺摩擦的作用不可能直接依靠于重力直接落下而是需要借助于推顶装置完成出件的这一过程,这里采用的是推杆推顶推件块以至于推出冲裁后拉深的盘形件。推件块的的顶出和限位分别采用内部的聚氨酯橡胶柱体和限位螺钉共同完成,是做为小型复合模具常用的结构形式。图4-6 卸顶件装置结构图 4.7 模架安装形态确定模架是承载着所有原件的本体性结构,在实施冲裁的行程中上端与滑块连接的模柄带动着上模部分下冲其内部的凸模与下端的凹模相互咬合完成对条料的剪切作用。而下模则采用夹板加上螺栓来夹紧的方式。本着对产品负责的设计原则,模架部分宜使用标准化的元件,也就是外购的元件。这样的优势显而易见:一是缩短模具制造的时间,凸出主要矛盾将精力用于结构部件的制造,而是整体造价更低更复合经济性的原则。图4-7 模架安装后的状态第5章 冲压设备的校核5.1 模具装配与任何机械结构装配形式相同,复合模具的装配也需要复合精益生产的需求主要是冲头导向部分之间需要较高的精度来保证制件最终的精度需要。零部件的选用和设计如果说是针对各部分的各个击破,则总装配则是一直组立的演练。盘形件能够借助于通用的结构组立为精益成形模具就依赖于这次的装配,故而需要结合现有成熟技术基础上总体装配,总体上分为上下两个模块的装配,以上模部分举例装配流程(因为下模流程基本类似)。(1)上模各板的位置固定,采用夹板确定各部分的相对位置,采用夹板的根本目的是可以移动固定板等板件,便于凸凹模间隙的调整;(2)确定好上模部分和下模部分的相对位置后,钻孔打入销钉确定相对位置并抵抗剪切力的作用,之后配钻螺纹后拧入螺钉完成各个板件的紧固作用;(3)采用透光法调整成形刃口相互缝隙,进行试冲检验切口的状态和毛刺程度,完后进行后续的整体调试环节。图5-1 模具总装二维图5.2 模具工作过程盘形件复合模具运行状态核心囊括了上模下行,到达下止点和模具上行三个运行状态;首先是手动或是自动送料行程中,与定位装置接触后保证了其自由度及在卸料板上的位置,之后上模下行凸模凹模发生了相互剪切作用,达成了落料的目的,之后拉深凸模和拉深凹模一起完成拉深成形过程;然后上模的部分到达了下止点的位置,完成了半个周期的冲裁行程。最后模具上行,在这个过程中下模部分推杆动作向上顶出推件块,推件块上行将成形后的盘形件钣金件推出凹模的型腔。5.3 压力设备校核冲模的冲裁技术愈加的先进,而做为动力的源泉,压力设备若不能及时跟进则会拖累整个的模具工业的发展,近年来高端的压力设备精度和速度都得到了长足的进步,而可靠性方面也愈发增强。从小型的开式压力机到闭式压力机,再到多点闭式压力机和高精度高速度冲压机都是我们可以选用的设备,其中开式压力机速度适中孙然没有高速压力机那么快的速度,但是结合工作时长和精度足够本次工件的冲裁数量,所以这里首先锁定了开式压力机的形式,具体的型号结合冲压力和闭合的高度二者选择。压力机的种类繁多,按照不同的观点可以把压力机分成不同的类型。如:按驱动滑块力的种类分机械的、液压的、气动的等;按滑块个数可分为单动、双动、三动等;按驱动滑块机构的种类又可分为曲柄式、肘杆式、摩擦式;按机身结构形式可分为开式的、闭式的等等。因此在选择压力机时,首先确定的必要条件是压力机可以顺利的安装进来模具,且模具的需要稳定的装入,条件是: 式中, 选用J36-400双点压力机。其参数如下:型号公称压力(吨)公称压力行程滑块行程(毫米)滑块行程次数最大装模高度装模高度调节量工作台板尺寸气垫压紧力地面以上高度滑块底面尺寸工作台垫板厚度(毫米)(毫米)(次/分)(毫米)(毫米)(左右前后)(吨)(毫米)(前后左右)JD36-400400135001010004003500140017374001400JC36-40040013500148004003000150033568701400170JE36-400A400135001010004003800140031673861400(前后)结 论设计结合了盘形件零件的拉深工序,并在充分分析其成形特点的基础上计算了核心参数并设计了各部位的结构,最终达成了既定的设计指标,主要的结论如下:(1)冷冲压成形具有高效冲裁特性和较好等优点,尤其是复合模具可以一次成形完成两道以上的工序,成形效率很高。(2)确定了该盘形件零件具有良好的成形性能,并确定了适合其的排样方式,计算出了相关材料利用率,利用率大于75%,利用率较好,并计算了相关的冲裁力这为选择压力机吨位提供了佐证。(3)整体模具结构进行布置,确定了采用顶杆顶出件的形式出件,弹性卸顶件的方式完成出件。(4)进行了模具关键零部件的选用和设计,确定了凹模凸模等的尺寸并完成了整体的装配,并叙述了模具运动的过程。(5)结合三维软件设计了模具的立体结构,经校核模具结构完整,无干涉。致谢通过半个学期的努力,这次毕业设计将近尾声。在此十分感谢我的指导教师。他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。每次我在设计中遇见困难的时候总是悉心教导,耐心的帮助我分析错误原因,并给予我一些改正建议。这种指导方式即解决了设计问题,让我在设计中学习到了很多知识,在这里向我的指导老师表达最诚挚的感激之情。同时我还要感谢同学们的热心帮助,使得这次毕业设计得以顺利完成,并且让我获得了很多真正的实战经验。在此,对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢!由于本人的基础知识和设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师们多多指教,让我避免在未来的学习、工作中犯同样的错误,本人将万分感谢。参考文献1成虹主编. 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