自行车脚蹬内板的成形工艺分析

摘 要：本文在分析了自行车脚磴内板材料的性能的和工艺要求等方面完成的，材料的分析，Q215-F性能：b=340Mpa.塑性好，有一定的强度，用于制造受力不大的零件。价格便宜，工艺性能良好，所以大量用于金属结构件和不重要的机械零件。关键词：测量与控制：自行车零件：模具CAD：级进模。大批量生产和自动化生产、翻边、冲19的底孔，整形、J23-25型压力前言模具在汽车、拖拉机飞机，家用电器、工程机械、动力机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等制造业中，起着极为重要的作用；模具是实现上述行业的板金体、锻件、粉末冶金件、等生产的重要工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一。与切削加工相比，具有材料利用率高、消耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。一、自行车脚蹬内板的成形概述1.1.冲压件的成形工艺工件结构，尺寸及其精度都如图1所示：从图可以看出，零件中有不仅有孔，而且有凸缘，所以不仅要冲孔还要进行翻边，由于翻边处没有圆角，故还要进行整形才能达到要求。 材料厚度为1.5mm，冲两个5.5mm的孔，有翻边冲孔整形等工序，最适合用级进模进行生产，这样可用于大批量生产和自动化生产1.2冲压步骤先冲预制孔，再进行翻边，然后进行冲孔翻边工序，在翻边时的材料流动特点是预制孔周围的材料沿圆周伸长，使材料变薄，而在径向方向的材料长度却没有发生变化，因而不会引起主板上的材料流动，在排样是只需按正常的冲裁设计搭边值 1.3 排样设计如下图是排样图可分为5个工位：第一工位：冲15的工艺孔， 第二工位：翻边； 第三工位：冲19的底孔，整形； 第四工位：冲两个5.5的孔；第五工位：落料，工件从底孔漏出。翻边凸模必须要有圆角。工件对22.5mm的部位有公差要求，但是不允许有圆角，因此该部位必须有整形工序。整形和19mm孔的冲裁两道工序在一个工位上完成。二、冲裁工艺的设计2.1凸凹模间隙的确定零件的材料为Q215-F，此材料的性能如下：b=340Mpa.塑性好，有一定的强度，用于制造受力不大的零件。价格便宜，工艺性能良好，所以大量用于金属结构件和不重要的机械零件。查表可得它的初始间隙在0.132-0.240之间，所以Zmin=0.1322.2 凸凹模的刃口尺寸的确定原则1. 落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应先确定凹模的尺寸，用于减少凸模的尺寸来保证合理间隙，冲孔件反之。2. 刃口磨损对冲裁件尺寸的影响：刃口磨损后尺寸边大，刃口基本尺寸应接近或等于冲裁件的极小尺寸，刃口磨损后尺寸变大时应选极大尺寸3. 一般冲模精度比冲裁件精度高23级三、 工艺与设计计算A总力F的计算3.1.冲裁力的计算(冲15mm的孔)根据式(2-4),冲孔力 F1=Ltb=2×3.14×7.5×1.5×340=24034N3.2.翻边力的计算 根据图(3)所示 Sin70=2/X X=2.13 L=2.13×2+12=16.26mm根据式(5-15),翻边力为 F2=1.25×25.5×1.5×216×0.25=2591N 图(3)3.3.冲孔整形工序的冲裁力计算3.3.1冲裁力的计算(冲19mm孔) 根据式(2-4)冲裁力为 F3= Ltb=2×3.14×9.5×1.5×340=30426.6N3.3.2整形力的计算 根据式(5-27),整形力为 F3”=AP=263.7×175=46147.5N A=3.14×13.2×13.2-3.14×7.5×7.5=263.7mmF3= F3+ F3”=30426.6+46147.5N=76574N3.4.冲裁力的计算(冲2-5.5mm) 根据式(2-4) 冲孔力为 F4=2Ltb=2×2×3.14×2.75×1.5×340 =17615.2N3.5.落料力 根据式(2-4) F5= Ltb=162.6×1.5×340=82941.3N3.6.根据式(2-5),冲孔部分及切断部分的卸料力 F卸=(F1+F2+F3+F4+F5)K卸 查表2-20, K卸=0.05,故 F卸=(24034+2591+76574+17615.2+82941.3) ×0.05=10187.775N3.7.根据式(2-7),冲(15孔)部分推料力 F推1=F1K推n 查表2-20,得K推=0.05,故 F推1=24034×0.05×3N=3605.1N F推2=2591×0.05×3N=388.65N F推3=76574×0.05×3N=11486.1N F推4=17615.2× 0.05×3N=2642.28N F推5=82941.3×0.05×3N=12441.2N 所以F总= F1+F2+F3+F4+F5+ F卸+F推1+ F推2+ F推3+F推4+ F推5=(24.034+2591+76574+17615.2+82941.3+10187.775+3605.1+338.65+11486.1+2642.28+12441.2)N=244456.65NF压力=1.3 F总 =1.3×244.457KN=318 KN由冷冲压工艺及模具设计P322页，应用压力机的选择查表附表5选择J2325型压力机，其参数可参考表附表53.8.压力中心计算 压力中心如图(4)所示 图(4)X.=170×85+162.6×17+115.24×51+80.7×119+47.1×153÷170+162+115.2+80.7+80.7+47.1=69.29mm由图可知Y.=65/2=32.5mm四、 模具结构设计与主要零部件设计第二工位的翻边凸模工作部位尺寸,如图所示.导正销的直边部位,高度为1.2mm.图中凸模圆锥角70 是由零件图的尺寸计算得出的.圆角尺寸R2mm是翻边工艺的需要.凹模的侧壁设计为直边,如果凹模设计为与凸模相配合的形状,在下止点使凸凹模相接触,从而祈祷校正的作用.第3工位整形,凸凹模尺寸按零件要求设计.凹模板由两部分组成.第1-4工位工用一块凹模板,各凹模部位分别设置凹模镶套.第5工位落料凹模单独为一部分.4.1.凸凹模厚度计算:按式(2-19),其中b=66mm(按落料孔),K按表2-14查得,K=0.28故H=Kb=0.28X66mm=18.48mm但该件上还需冲和翻边,整形,且均在同一凹模上进行,所以凹模厚度按适当比例增加,故取H=45mm.按式(2-20),C=(1.5-2)H=80mm根据工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸,长度×宽度为250mm×160mm.凸模固定板的厚度 H1=0.7H=0.7×45mm=31.5mm,取整数为30mm.4.2.垫板的采用与厚度是否采用垫板,以承压面较小的凸模进行计算,冲小孔的凸模承压面的尺寸如图(5)所示,其承压应力 =F/A=5.5×3.14×1.5×340÷（3.14×2.75×2.75)Mpa=247.23Mpa查表2-39得铸铁模板的为90-140MPa.因此需采用垫板,垫板厚度取10mm.4.3.弹簧的选用 因凸模无特殊要求,故采用圆柱螺旋压缩弹簧.1) 计算弹簧所承受的负荷F预 即F预=F卸/n=10187.775÷6N=1697.8N2) 根据F预的大小选Dxd2XH.GB/T 2089-80 所选的弹簧的工作极限负荷Fj=1700N>1697.8N3） 检查弹簧的最大允许压缩量 Hjh预+h2+h修磨 14.46+2.5+5=13.5 所选弹簧符合要求. h预=(10%-15%)×h自由 取h预=6mm 由此可算出模具中安装弹簧的空间高度为44mm.4.4.凸凹模工作部分尺寸的计算 由表2-9查得Zmin=0.132mm,Zmax=0.24mm.4.4.1.冲孔(15mm)凸模1工件孔尺寸15mm(见图4)由表2-12查得:尺寸为15mm时, p=0.02mm查表2-13,X=0.5.根据表2-14,BP=(B+X).根据表2-16,查到=0.43mm 则BP=(15+0.5X0.43) =15.215mm 4.4.2. 冲孔凸模2 工件孔尺寸19mm(见图4) 由表2-12查得:尺寸为19mm时, p=0.02mm查表2-13,X=0.5.根据表2-14,BP=(B+X).根据表2-16,查到=0.52mm 则BP=(19+0.5×0.52) =19.26mm4.4.3. 冲孔凸模3 工件孔尺寸5.5mm(见图4)由表2-12查得:尺寸为5.5mm时, p=0.02mm查表2-13,X=0.5.根据表2-14,BP=(B+X).根据表2-16,查到=0.3mm则BP=(5.5+0.5X0.3) =5.65mm4.4.4.落料凸模 由表2-12查得:尺寸为30mm时, p=0.02mm尺寸为R7mm时, p=0.02mm查表2-13,X=0.5. 查表2-9,Zmin=0.132mm根据表2-14,Ad=(A-X)根据表2-16,查到1=0.62mm2=0.43mm则AP1=Ad-Zmin=(A-X-Zmin ) =(30-0.5×0.62-0.132)=29.558mm AP1=Ad-Zmin=(A-X-Zmin ) =(7-0.5×0.43-0.132)=6.653mm4.4.5 整形凸模DP=(D0+)=(22.5+0.5) mm=23mm DP=(D0+)=(2+0.25) mm=2.25mm整形凹模Dd=(Dp+2Z) =(23 +2X1.3) mm=25.6 mmDd=(Dp+2Z) =(26 +2X1.3) mm=28.6 mm4.5.定位零件的设计为了保证条料导正送进,在条料送进的方向采用导尺.而为了保证条料送近的布距,合理利用条料,在第一工位采用始用导料销.4.6.卸料零件的设计 由于冲件材料厚度为1.5mm(>0.8mm),所以采用固定卸料板.采用固定卸料板既起到压料的作用,也起到为凸模导向的作用,又因为此冲模工序较多,条料较长,使用次卸料板,使工件更容易脱模,不易变形,尺寸更容易保证.4.7.模柄的选用 根据J23-25型压力机可知模柄孔尺寸;即为直径为40 mm,深度为60mm.又由于冲模的体积较大,选用压入式模柄较为稳当.五、模具的总体设计 有了上述各步计算所得的数据及确定工艺方案,便可以对模装置采用弹性的,导向装置采用导柱导套.七、 选定设备 该模具的总冲压力:F总=244456.65N 闭合高度:264mm 外廓尺寸:310mmX270mm 根据所需的总压力来看,须选用J23-25型压力机,该压力机的主要技术规格为: 公称压力/t 25t 滑块行程 65mm 连杆调节长度 55mm 最大装模高度 270mm 工作台尺寸 370mmX560mm 因此根据冲压力,闭合高度,外廓尺寸等数据,选定该设备是合适的.八、 主要组件的装配 1模柄的装配，因为所示模具的模柄是从以上模座的下而向上压入的，所以在安装凸模固定板和垫板之前，应先把模柄装好。模柄与上模座的配合要求是H7/m6.装配时，先在压力机上将模柄压入，再加工定俭销孔或螺纹孔。然后把模柄端面突出部分锉平或磨平，安装好模柄后，用角尺检查模柄与上模座上平面的垂有度。2、凸模和装配，凸模与固定板的配合要求为H7/m6.。装配时，先在压力机上将凸模固定板内，检查凸模的垂直度，然后将固定板的上平面与凸模尾部一起磨平，为了保持凸模刀口锋利还应将凸模的端面磨平。3、弹压卸料板的装配，弹压卸料板起压料和卸料的作用。装配的保证它与凸模之间具有适当的间隙，其装配方法是，将弹压卸料板 装入固定板的凸模内，在固定板与卸料板之间垫上平行垫块，并用平等夹板将它们夹紧，然后按卸料板上的螺孔在固定板上抽窝，拆开后钻固定板上的螺钉穿过孔。4、模架的技术要求及装配组成模架的各零件均应符合相应的技术条件，其中特别重要的是每对导柱，导套的配合间隙应符合要求。装配成套的模架，多项技术指标（上模座上平面对下模座下平面的平行度）导柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座下面垂直度）应符合相应精度等级要求。装配后的模架，上模座沿导柱上、下移动平稳无阻滞现象，压入上、下模座的导柱导柱离其它装表面应有12mm距离，压入后就牢固。装配成套的模架，各零件的工作表不应有碰伤，裂 以及其它机械损伤模架的装配主要指导柱导套的装配，目前大多数导柱，导套与模座之间采用过盈配合，但也有少数采用粘 工艺的，即将上下模座孔扩大，降低其加工要求，同时将导柱、导套之间冷入粘结剂，即可使用导柱，导套固定，滑动导向模架常用的装配工艺和检验方法有压入导套、压入导套安、装导套。九. 设计小结 在我的以前的印象中，总是以为毕业设计（论文）就是说自己在大学几年的学习心得，但是后来经过毕业设计以后就发现原来根本就不是那么一回事。在过程中，我知道了它其实就是将自己的专业在最后进行一次总结，重新将脑袋里面的专业知识全部搜集一下。 虽然经过了将近三年的专业知识的学习，但是总体知识还是比较缺乏，就拿在设计过程中，碰到一些比较难点的问题，有时候还是会手足无措，没有方向。不过经过指导老师姜老师的指导，我发现轻松了好多，也在瞬间明白了好多的专业知识。通过设计让我明白，我将更加努力把专业知识学好，做一个在专业领域有贡献的有为青年！致谢我衷心的感谢学院给我一个这么好的机会，在老师的指导下独立的完成一套模具，让我更加了解了模具设计与制造的关系，为以后模具设计打下了扎实的基础。在这次的毕业设计中培养了自己的设计思路的能力，让自己更有发展的空间。更加的了解了模具的结构和设计的要求。它使我们综合运用.巩固和扩大所学基础知识和专业知识，熟悉拟订模具成型工艺及设计原则.步骤.方法.和技巧；学会了查阅有关技术文献.手册和标准模架.模具标准件等资料；培养了分析问题和解决问题的技能。在此次的设计当中让我学到了很多，我们所学的理论必须要跟实际相结合，使我对设计软件的熟悉，并能够更好的运用，作为一个从事模具设计的人来说，设计软件是非常重要的，要想更快且更好的设计一套模具就必须熟练操作软件，Pro/E,AutoCAD,等软件。还有冷冲模具最为重要的结构是必须要求有间隙的配合有精度的要求，强度上的校核和刚度的校核，这是模具的重点，千万不可忽略。虽然我们以前搞过同样的设计，但其中的缺陷不少，问题也出现了不少，这次设计问题肯定是有的，但我觉得比以前的设计更加的完善了，在老师的指导下我很顺利的完成了此次毕业设计，我将把我的缺陷在以后祢补回来，努力学好知识，设计出更加完美的模具，做出优秀的成绩以此来感谢老师和同学们对我的帮助。编辑人肖助庭附录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。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。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(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。 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达25微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm/min,加工精度可达±1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 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。(4)冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。参考文献1、王芳主编 冷冲压模具设计指导 湖南：机电工业出版社，19962、陈虹主编 冲压工艺与模具设计 湖南：高等教育出版社，20013、刘潭玉，黄兴梅，张爱军主编 画法几何及机械制图 湖南：湖南大学出版社4、模具计算机辅助设计与制造，肖景容，李德群等，国防工业出版社