打印机卡簧的冲压工艺及模具设计【说明书+CAD】
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湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文(设计)开题报告 学生姓名唐碧文学 号200940614327年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称陈力航 讲师学 院工学院 20 年 月 日毕业论文(设计)题目打印机卡簧的冲压工艺及模具设计文献综述冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中,有6070%是板材,其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比,具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件,以提高其刚性。由于采用精密模具,工件精度可达微米级,且重复精度高、规格一致,可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工,或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件,但仍优于铸件、锻件,切削加工量少。 冲压是高效的生产方法,采用复合模,尤其是多工位级进模,可在一台压力机上完成多道冲压工序,实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高,劳动条件好,生产成本低,一般每分钟可生产数百件。冲模的发展状况 中国冲压模具的发展现状. 改革开放带了我国的经济进入高速发展的时期,模具的市场的需求量也进一步的增加。模具行业也一直以15%左右的增速再发展。因此带来的模具工业企业的所有制成分的巨大变化,一些国有专业模具厂也如雨后春笋般的建立起来,同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式的快速发展。 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD,并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件,个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件,并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步,东风汽车公司模具厂、 汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外,许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。 主要参考文献:1王秀凤 张永春 冷冲压模具设计与制造(第二版) M北京:北京航空航天大学出版社2毛卫平 肖爱民 袁铁军 Pro/E冲压模具设计与制造 M北京:化工工业出版社3欧阳波仪 现代冷冲模设计应用实例 M北京:化工工业出版社4周玲 冲模设计实例详解 M北京:化学工业出版社5薛啟翔 冲压模具设计结构图册 M北京:化学工业出版社6郭克希 王建国 机械制图 M北京:机械工业出版社7温松民 互换性与技术测量基础 M长沙:湖南农业大学出版社200年10月8王世彤. 机械原理与零件 M北京:高等教育出版社2004年3月9孙恒 陈作模. 机械原理 M北京:高等教育出版社1996年5月 研究方案卡簧加工技术的发展 目前,机械卡簧的加工设备和加工生产线向着数控和计算机控制化的深度和广度发展。但随着卡簧材料和几何形状的变化,加工工艺亦有发展。 1)变卡簧外径、变节距和变钢丝直径悬架卡簧实现了无模塑性加工。自三变卡簧开发以来,一直采用锥形钢棒在数控车床上卷绕加工,但成品北和价格均不理想。现必为加热状态下通过卷簧机,控制轧辊速度和拉拔力,获得所需要的锥体形状,并用加工余热进行淬火。 2)中空稳定卡簧杆采用低碳硼钢板,卷制焊接成形。 3)扭杆采用高纯度的45钢,经高频淬火获得表面的高硬度和较大的剩余压缩应力,从而提高疲劳寿命和抗松弛能力。 4)电子产品广泛应用的片卡簧基本上采用冲压和自动弯曲加工成形。目前主要是发展复合材料的接合技术。 5)气门卡簧主要发展多级喷丸和液体氮化工艺,以改善表面剩余压应力,提高疲劳寿命。工艺分析及制定 一、工艺分析 零件卡簧是一种连接件,在日常生活中有广泛的应用。它采用厚为1mm的Q235钢带,卡簧尺寸精度要求高,并中批量生产,其制造质量的好坏直接影响紧固性能和使用效果。2、 工艺方案的制定 考虑到为了提高生产效率采用落料、弯曲两副模具生产,其工序:下料预弯中弯,采用两套模具完成,其优势在于三点:在预弯工序中的圆弧,为终弯留出了可靠的定位;易保证预弯的形状,从而保证了零件的精度;提高了生产率,对于中批量生产的卡簧生产,此方案集合其他方案的优点,故采用此方案。三、设计流程: 1 工序设计与计算:1.1毛坯计算 1.2弯曲力的计算 2 模具设计:2.1落料模设计 2.2弯曲模设计 3 小结: 生产实践中,采用落料、弯曲两副模具来生产卡簧,不仅可以提高生产效率,更重要的是保证零件的精度。本模具可使零件的弯曲质量大大提高。并带有自动卸料装置,操作简便。 进程计划 2012年12月至2013年2月 收集资料2013年3月1日至20日 总体方案论证,选择,整体结构的初步设计2013年3月21日至4月10日 整体结构设计,绘制装配图2013年4月11日至4月20日 绘制零件图2013年4月21日至5月6日 编写设计计算说明书论证小组意见 组长签名: 2013 年 月 日专业委员会意见 专业委员会主任签名: 2013 年 月 日 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文(设计)任务书学生姓名唐碧文学 号200940614327年级专业及班级2009 级 机制( 3)班指导教师及职称陈立航 讲师学 院工学院2012 年 12 月 3 日填 写 说 明一、毕业论文(设计)任务书是学校根据已经确定的毕业论文(设计)题目下达给学生的一种教学文件,是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文(设计)工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生,不能多人共用。三、选题要恰当,任务要明确,难度要适中,份量要合理,使每个学生在规定的时限内,经过自己的努力,可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达,不得随意更改。五、各栏填写基本要求(一)毕业论文(设计)选题来源、选题性质和完成形式:请在合适的对应选项前的“”内打“”,科研课题请注明课题项目和名称,项目指“国家青年基金”等。(二)主要内容和要求:1工程设计类选题明确设计具体任务,设计原始条件及主要技术指标;设计方案的形成(比较与论证);该生的侧重点;应完成的工作量,如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源,具体任务与目标,国内外相关的研究现状及其评述;该生的研究重点,研究的实验内容、实验原理及实验方案;计算机应用及工作量要求,如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标;对相关的研究历史和研究现状简要介绍,明确该生的研究重点;要求完成的工作量,如论文、文献综述报告、译文等。(三)主要参考文献与外文资料:在确定了毕业论文(设计)题目和明确了要求后,指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息,或划定参考资料的范围,指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。(四)毕业论文(设计)的进度安排1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%;主体工作,包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%,撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%;撰写论文初稿,修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写,也可使用打印稿,但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文(设计)题目 打印机卡簧的冲压工艺及模具设计选题来源结合科研课题 课题名称: R生产实际或社会实际 其他 选题性质基础研究 R应用研究 其他题目完成形式毕业论文 R毕业设计 提交作品,并撰写论文主要内容和要求主要内容:落料及弯曲模的结构设计、毛坯计算、模具装配图及零件图绘制等相关任务。设计基本要求:1. 相关必要的设计计算2. 两副模具总装图3. 设计说明书不小于1万5000字注:此表如不够填写,可另加页。主要参考文献与外文资料1李硕本等编著.冲压工艺理论与新技术M.北京:机械工艺出版社,2011.112王新华等编著.冲压设计与制造实用计算手册M 机械工业出版社,2003.33欧阳波仪.现代冷冲模设计基础实例M.北京:化学工业出版社.2006.54钟翔山等.冷冲模设计应知应会M.机械工业出版社,2008(9)5姜奎华主编.冲压制造与模具设计M.北京.机械工业出版社,1998.56史铁梁模具设计指导M机械工业出版社,2003. 30-357 王孝培冲压手册M机械工业出版社,2000. 410-5408 最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册M. 机械工业出版社,2006. 112-1149郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术M.北京.机械工艺出版社,2005.110杨占尧. 冲压模具典型结构图例M. 化学工业出版社,2008. 20-26工作进度安排阶段起止日期阶段工作内容12012.12.032013.01.07选题22013.01.082013.02.28接受任务书32013.03.012013.03.30开题报告、开题论证记录42013.03.312013.04.01中期检查表52013.04.022013.04.22 提交毕业设计初稿和所有书、表62013.04.232013.05.01 修改完成正稿和书、表以及交学院预审72013.05.022013.05.06答辩、成绩评定册要求完成日期:20 年 月 日 指导教师签名: 审查日期:20 年 月 日 专业委员会签名: 批准日期:20 年 月 日 学院指导委员会签名(公章): 接受任务日期:20 年 月 日; 学生签名: 注:签名栏必须有相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。湖 南 农 业 大 学全日制普通本科生毕业设计 打印机卡簧的冲压工艺及模具设计DESIGN OF PRINTERS CIRCLIPIN STAMPING TECHNOLEGY AND DIE 学生姓名:唐碧文学 号:200940614327年级专业及班级:2009级机械设计制造及其自 动化(2)班指导老师及职称:陈力航 讲师学 院:工学院 湖南长沙提交日期:2013年5月湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下,进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外,本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名: 2013年05月26日目 录 摘要1 关键词1 1.前言2 2.冲裁工艺性分析7 2.1 冲压工艺分析7 2.2 冲压工艺方案的确定7 3.冲裁模设计8 3.1 冲压工艺分析8 3.2 排样8 3.3 确定冲压力9 3.4 确定模具压力中心10 3.5 计算凸、凹模刃口尺寸10 3.6 计算凹模外形尺寸11 3.7 模具总体设计及主要零部件设计12 3.8 冲压设备的选择12 4.弯曲模设计144.1 弯曲工艺性分析14 4.1.1尺寸精度分析14 4.1.2材料分析14 4.1.3结构分析15 4.2 确定工艺方案15 4.3 弯曲力计算 (第一次弯曲)15 4.4 凸模圆角半径 (第一次弯曲)16 4.5 凹模圆角半径 (第一次弯曲)16 4.6 凹模深度 (第一次弯曲)16 4.7 凸凹模间隙 (第一次弯曲)16 4.8 凸凹模横向尺寸及公差 (第一次弯曲)16 4.9 弯曲力计算 (第二次弯曲)17 4.10 凸模圆角半径 (第二次弯曲)17 4.11 凹模圆角半径 (第二次弯曲)17 4.12 凹模深度 (第二次弯曲)174.13 凸凹模间隙 (第二次弯曲)184.14 凸凹模横向尺寸及公差 (第二次弯曲)18 4.15 冲压设备的选择185.结论20 参考文献20 致谢21打印机卡簧的冲压工艺及模具设计学 生:唐碧文指导老师:陈力航(湖南农业大学工学院,长沙 410128) 摘 要:本设计主要是卡簧落料,弯曲两套模具的设计。通过对工件进行工艺的分析以及结构分析,从产品结构工艺性,具体模具结构出发,对模具成型部分的结构、顶出系统、压力机的选择及有关参数的校核都有详细设计。介绍了落料,弯曲模具的结构组成及工作原理。该模具结构简单,其中弯曲模采用整体式凸凹模,成本低廉、运行可靠。通过模具设计表明该模具能达到卡簧零件质量和加工工艺要求。 关键词:卡簧;冷冲压;落料;弯曲。 STAMPING TECHNOLEGY AND DIE DESIGN OF CIRCLIP IN PRINTERSStudent:Tang BiwenTutor:Chen Lihang(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:This design is mainly about two sets of mould :a blanking mould and a bending mould which are used of producing clamp spring . Through the analysis of the forging technology and the structure of the product ,this design includes content of design process of the structure of the molding parts,the ejection system,the selection of press machine and the verification of the related parameters in detail,introduces the constitution and the operating principle of the blanking mould and the bending mould.The structure of the moulds are simple and the bending mould adopts monolithic punch-die,so the moulds are cheap and reliable. The mold design shows that the moulds can meet the requirements of the parts quality and processing technology for producing clamp spring .Key words:Clamp spring; Cold stamping; Blanking; Bending.1 前言 模具工业作为一种新兴工业,它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率,以及保证较高的加工精度等特点,在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一,其中冲裁模具在模具工业中占有举足轻重的地位。冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。因此冷冲压模具在工业生产中的地位:是大批生产同形产品的工具,同时也是工业生产的主要工艺装备。所以模具工业是国民经济的基础工业。模具可保证冲压产品的尺寸精度和质量稳定,而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料,且在生产中不需要加热,具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点,是其它加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平地提高,在很大程度上取决于模具工业的发展。目前,工业生产中普遍采用模具成形工艺方法,以提高产品的生产效率和质量。一般采用压力机进行零件加工,一台普通压力机每分钟可生产零件几件到几十件,而高速压力机的生产效率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计,飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品,有60左右的零件是利用模具加工出来的;而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品,90左右的零件是利用模具生产出来的;至于日常生活所用的五金、餐具等的大批量生产基本上也是靠模具来进行生产的。显而易见,模具作为一种专用的工艺装备,在生产中的作用和地位正日趋上升。模具是制造业的一种基本工艺装备,它的作用是控制和限制材料(固态或液态)的流动,使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高,产品质量好,材料消耗低,生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业,是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量,效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业,正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中,将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分,又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械,电子,轻工,汽车,纺织,航空,航天等工业领域里,日益成为使用最广泛的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中6090的产品的零件,组件和部件的生产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上,仅以汽车,摩托车行业的模具市场为例。汽车,摩托车行业是模具最大的市场,在工业发达的国家,这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一,汽车工业重点是发展零部件,经济型轿车和重型汽车,汽车模具作为发展重点,已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加,2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元。为了适应市场的需求,汽车将不断换型,汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一,据统计,中国摩托车共有14种排量80多个车型,1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种,共计5000多个,其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具,总价值为1000多万元。其他行业,如电子及通讯,家电,建筑等,也存在巨大的模具市场。 目前世界模具市场供不应求,模具的主要出口国是美国,日本,法国,瑞士等国家。中国模具出口数量极少,但中国模具钳工技术水平高,劳动成本低,只要配备一些先进的数控制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通外贸渠道,模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术,提高模具技术水平,对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。模具主要类型有:冲模,锻摸,塑料模,压铸模,粉末冶金模,玻璃模,橡胶模,陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模,因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。 (1)冲模:冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50以上。按工艺性质的不同,冲模可分为落料模,冲孔模,切口模,切边模,弯曲模,卷边模,拉深模,校平模,翻孔模,翻边模,缩口模,压印模,胀形模。按组合工序不同,冲模分为单工序模,复合模,连续模。 (2)锻模:锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同,锻模分为锤用锻模,螺旋压力机锻模,热模锻压力锻模,平锻机用锻模,水压机用锻模,高速锤用锻模,摆动碾压机用锻模,辊锻机用锻模,楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同,锻模可分为预锻模具,挤压模具,精锻模具,等温模具,超塑性模具等。(3)塑料模:塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35,而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模,挤塑模,注射模,此外还有挤出成型模,泡沫塑料的发泡成型模,低发泡注射成型模,吹塑模等。(4)压铸模:压铸模是压力铸造工艺装备,压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型,在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6。(5)粉末冶金模:粉末冶金模用于粉末成型,按成型工艺分类粉末冶金模有:压模,精整模,复压模,热压模,粉浆浇注模,松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多,包括机械设计制造,塑料,橡胶加工,金属材料,铸造(凝固理论),塑性加工,玻璃等诸多学科和行业,是一个多学科的综合,其复杂程度显而易见。自20世纪80年代以来,我国的经济逐渐起飞,也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后,大陆的工业发展十分迅速,模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币,1994年增长到130亿元人民币,1999年已达到245亿元人民币,2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前,我国17000多个模具生产厂点,从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外,其他所有制形式的模具厂家,包括集体企业,合资企业,独资企业和私营企业等,都得到了快速发展。其中,集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如,浙江宁波和黄岩地区,从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家,成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东,一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,为了提高其产品的市场竞争能力,纷纷加入了对模具制造的投入。例如,科龙,美的,康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区,现已有几千家。 在模具工业的总产值中,企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分之一。其中,冲压模具约占50%(中国台湾:40%),塑料模具约占33%(中国台湾:48%),压铸模具约占6%(中国台湾:5%),其他各类模具约占11(中国台湾:7%)。中国台湾模具产业的成长,分为萌芽期(19611981),成长期(19811991),成熟期(19912001)三个阶段。萌芽期,工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织,电子,电气,电机和机械业等产品外销表现畅旺,连带使得模具制造,维修业者和周边厂商(如热处理产业等)逐年增加。在此阶段的模具包括:一般民生用品模具,铸造用模具,锻造用模具,木模,玻璃,陶瓷用模具,以及橡胶模具等。1981年1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显,自1982年起,台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”,大力推动模具工业的发展,以配合相关工业产品的外销策略,全力发展整体经济。随着民生工业,机械五金业,汽机车及家电业发展,冲压模具与塑料模具,逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起,模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术,所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。成熟期,在国际化,自由化和国际分工的潮流下,1994年,1998年,由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”,以协助业界突破发展瓶颈,并支持产业升级,朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实力,获得世界模具协会(ISTMA)认同获准入会,正式成为世界模具协会会员。整体而言,台湾模具产业在这一阶段的发展,随着机械性能,加工技术,检测能力的提升,以及计算机辅助设计,台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电,五金业和汽机车运输工具业,提升到计算机与电子,通信与光电等精密模具,并发展出汽机车用大型钣金冲压,大型塑料射出及精密锻造等模具。20世纪80年代开始,发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来,并发展成为独立的工业部门,其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来,我国的模具工业发展也十分迅速。近年来,每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度,将技术进步作为企业发展的重要动力。此外,许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后,我国要发展成为世界制造强国,仍将依赖于模具工业的快速发展,成为模具制造强国。尽管我国模具工业有了长足的进步,部分模具已达到国际先进水平,但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要,每年仍需进口10多亿美元的各类大型,精密,复杂模具。与发达国家的模具工业相比,在模具技术上仍有不小的差距。今后,我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新,以缩小与国际先进水平的距离。(1)注重开发大型,精密,复杂模具;随着我国轿车,家电等工业的快速发展,成型零件的大型化和精密化要求越来越高,模具也将日趋大型化和精密化。(2)加强模具标准件的应用;使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此,模具标准件的应用必将日渐广泛。(3)推广CAD/CAM/CAE技术;模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向,可显著地提高模具设计制造水平。(4)重视快速模具制造技术,缩短模具制造周期;随着先进制造技术的不断出现,模具的制造水平也在不断地提高,基于快速成形的快速制模技术,高速铣削加工技术,以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。 目前,机械卡簧的加工设备和加工生产线向着数控和计算机控制化的深度和广度发展。但随着卡簧材料和几何形状的变化,加工工艺亦有发展。 1)变卡簧外径、变节距和变钢丝直径悬架卡簧实现了无模塑性加工。自三变卡簧开发以来,一直采用锥形钢棒在数控车床上卷绕加工,但成品北和价格均不理想。现必为加热状态下通过卷簧机,控制轧辊速度和拉拔力,获得所需要的锥体形状,并用加工余热进行淬火。 2)中空稳定卡簧杆采用低碳硼钢板,卷制焊接成形。 3)扭杆采用高纯度的45钢,经高频淬火获得表面的高硬度和较大的剩余压缩应力,从而提高疲劳寿命和抗松弛能力。 4)电子产品广泛应用的片卡簧基本上采用冲压和自动弯曲加工成形。目前主要是发展复合材料的接合技术。 5)气门卡簧主要发展多级喷丸和液体氮化工艺,以改善表面剩余压应力,提高疲劳寿命。设计任务书零件名称:卡簧生产批量:中批量材料:Q235材料厚度:1mm 图1 卡簧 Fig l Clamp spring2 冲裁工艺性分析2.1 冲压工艺分析 该零件材料厚度为1mm的Q235钢,具有良好的冲压性能,且只有落料和弯曲两道工序,形状简单对称,材料利用率高,工件尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度要求低,为了满足高的材料利用率和低的生产成本,此冲裁满足要求。2.2 冲压工艺方案的确定 在冲压过程工艺分析的基础上,根据冲裁件的特点确定冲压工艺方案,该工件包括落料弯曲两道工序,再者就是根据冲裁工序组合的确定,包括单工序冲裁,复合冲裁,级进冲裁,工序组合的确定首先根据零件的生产批量,工件的尺寸公差等级,工件尺寸形状的适应性模具制造安装调试的的成本。由于此产品机构简单对称,工序较少,综合各方面考虑,确定冲裁方案为采用落料,连续弯曲两套模具生产。 弯曲件展开长度计算: 单个弯曲弧线段长度L1=(R+Kt)/180 =3.1490(1+0.32)/180 =2.07mm 式中:-弯曲角度,=90; R-弯曲半径,R=1mm; t-材料厚度,t=1mm; K-中性层位置因数,查中性层位置系数因数K与R/t比值的关系表 得K=0.32。 直线段长度:L2=60+142+132=114mm 弯曲件展开长度:L=6L1+L2=62.07+114=126.42mm3 冲裁模设计 零件名称:卡簧 生产批量:中批量 材料:Q235 材料厚度:1mm 图2 毛坯 Fig 2 Blank3.1 冲压工艺分析分析工件的尺寸精度,工件尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度要求低,用一般精度的模具即可满足该工件的精度要求。从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看,也均符合冲裁的工艺要求,并且只需一次落料即可,故采用单工序落料模加工。3.2 排样采用直排有废料排样方式,如下图计算冲裁件的面积A A=3.14+9520=2214 查冲裁金属材料的搭边值表得:a=2mm a1=1.5mm 条料宽度:b=120mm进距:h=20+1.5=21.5mm一个进距的材料利用率:nA/bh100%=12214/12021.5100%=85.8%3.3 计算冲压力 该模具采用弹性卸料和上出料方式冲裁力: F=Lt 其中 L=3.1420+295=252.8mm t=1mm =350MPa 故 F=252.81350=88.48KN 卸料力: F卸=K卸F其中 K卸=0.05 故 F卸=0.0588.48=4.424KN顶出力: F顶=K顶F其中 K顶=0.06 故 F顶=0.0688.48=5.31KN选择冲床时的总冲压力:F总=F+F卸+F卸=98.21KN3.4 确定模具压力中心因为工件同时关于水平和垂直的坐标轴对称,所以压力中心即为工件的形心,即坐标原点O,如下图:图3 模具压力中心 Fig 3 Pressure center of the mould3.5 计算凸、凹模刃口尺寸查落料、冲孔模刃口始用间隙表得: Zmin=0.10mm Zmax=0.13mm查磨损系数表得:X=0.5由于零件图中所有尺寸均未注公差,查冲裁和拉伸件未注公差的偏差表得其极限偏差为: 和 本工件为薄材料,为保证凸、凹模之间的间隙,必须采用凸、凹模配合加工的方法。现以凹模为基准件,根据凹模磨损后的尺寸变化情况将所有尺寸都归类为A类凹模刃口尺寸计算如下:Ad=mm =mm凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制并保证双面间隙0.030.05mm。3.6 计算凹模外形尺寸凹模厚度: H=Kb1 其中 K=0.2 b1=115mm 故 H=0.2115=23mm 取H=25mm 凹模壁厚: C=2H=225=50mm。凹模零件简图见下图:图4 凹模 Fig 4 Female groove3.7 模具总体设计及主要零部件设计 条料的送进,由两个导料销控制其方向,由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹性卸料装置,将条料从凹模上卸下。同时由装在模座之下的顶出装置实现上出件,通过调整螺母压缩橡胶,可调整顶出力。由于该弹性顶出装置在冲裁时能压住工件,并及时地将工件从凹模内顶出,因此可使冲出的工件表面平整,适用于厚度较薄的中、小工件的冲裁。 模架选用后侧导柱标准模架: 上模座:L/mmB/mmH/mm=20020045 GB2855.5-81 HT200 下模座:L/mmB/mmH/mm=20020050 GB2855.6-81 HT200 导 柱:d/mmL/mm=32160 A32h5160 GB2861.1-81 导 套:d/mmL/mmD/mm=3210543 A32H610543 模架的闭合高度:170210mm 垫板厚度:10mm 凸模固定板厚度:16mm 卸料板厚度:14mm 模具的闭合高度: H模=(45+10+16+H凸模露出/mm+14+20+50)mm3.8 冲压设备的选择 选用开式双柱可倾压力机J23-16 公称压力:160 KN 滑块行程:55 mm 最大闭合高度:220mm 闭合高度调节量:45mm 滑块中性线至床身距离:160mm 工作台尺寸:300mm450mm 垫板厚度:40mm 模柄孔尺寸:=40mm60mm下图为本模具总图。该模具为正装下顶出单工序落料模。图5 模具总图 Fig 5 Assembly drawing of the blanking mould1-导料销;2-下模座;3-导柱;4-导套;5-弹簧;6-凸模固定板;7-垫板;8-上模座;9-卸料板螺钉;10-螺钉;11-止动销;12-定位销;13-凸模;14-挡料销;15-卸料板;16-顶件块;17-凹模;18-顶杆;19-定位销;20-螺钉;21-橡胶;22-托板;23-螺母。4 弯曲模设计 零件名称:卡簧 生产批量:中批量 材料:Q235材料厚度:1mm 图6 卡簧 Fig 6 Clamp spring4.1 弯曲工艺性分析4.1.1 尺寸精度分析 完全由弯曲工序得到的尺寸有15、20、62,都未注尺寸公差,属于未注公差尺寸。角度也未标注公差,属于未注公差尺寸,所以该零件的角度要求不高,精度很容易达到要求。4.1.2 材料分析 该材料采用Q235钢,具有良好的冲压成型性能。因此,该工件可用冷冲压弯曲加工成形。4.1.3 结构分析零件外形结构简单对称,对弯曲加工较为有利。该零件的最小弯曲半径为1mm,而Q235钢冷作硬化状态的最小圆角半径为0.4t=0.41=0.4,因此,该零件弯曲时不会有裂纹,弯曲后也不用整形。4.2 确定工艺方案采用多工序成形,在一副模具上按顺序多次弯曲、一次成形。下图为弯曲成形顺序。图7 弯曲成形顺序 Fig 7 Order of bending4.3 弯曲力计算 (第一次弯曲)F=0.7KBt/(R+t)式中:K-安全系数,取K=1.3;=350Mpa所以 F =0.71.3201350/(1+1)=3185N4.4 凸模圆角半径 (第一次弯曲) 当工件的相对弯曲半径rt较小时,凸模圆角半径rT取等于工件的弯曲半径,但不应小于冷冲压技术表4-2所列的最小弯曲半径值。当rt10时,则应考虑回弹,将凸模圆角半径加以修正。本题中rt110,所以rT取1。4.5 凹模圆角半径 (第一次弯曲) 凹模圆角半径不能过小,以免擦伤工件表面,影响冲模寿命。凹模两边的圆角半径应一致,否则在弯曲时坯料会发生偏移。rA值通常根据材料厚度取为 t2时 rA(36)t本设计中t12 则rA(36),取6。4.6 凹模深度 (第一次弯曲)凹模的工件深度将决定板料的进模深度,对于常见的弯曲件,弯曲时不需全部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时,才使直边全部进入凹模内, 本设计中弯曲件的弯曲高度较大,而且平直度要求不高,由凹模圆角半径与凹模深度表查得,l014。4.7 凸凹模间隙 (第一次弯曲) 对于U形件弯曲模,应选择适当的间隙。U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙按下式计算:Z/2(1+n)t式中 Z/2弯曲模凸凹模单边间隙 t材料的公称厚度 n因数,与弯曲件高度H和弯曲线长度B有关,查因数n值表得n0.10。Z(10.1)11.1取单边间隙为1.14.8 凸凹模横向尺寸及公差 (第一次弯曲) 弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。一般原则是:当工件标注外形尺寸时,应以凹模为基准件,间隙取在凸模上,当工件标注内形尺寸时,应以凸模为基准件,间隙取在凹模上 尺寸标注在内形上的弯曲件计算公式为凸模尺寸为 LT(L+0.5) 0 -T(20+0.50.74)20.37凹模尺寸为 LA(LT+Z)+A 0(20.37+1.1)+0.046 021.47+0.046 0 式中LA、LT 凸凹模横向尺寸 L弯曲件外形或内形的基本尺寸 弯曲件横向尺寸的公差,按IT14 A、T凸凹模的制造偏差,可采用IT7IT9,本设计中凸模取IT7凹模取IT8。 4.9 弯曲力计算 (第二次弯曲)F=0.7KBt/(R+t)式中:K-安全系数,取K=1.3;=350Mpa所以 F =0.71.3201350/(1+1)=3185N4.10 凸模圆角半径 (第二次弯曲) 当工件的相对弯曲半径rt较小时,凸模圆角半径rT取等于工件的弯曲半径,但不应小于冷冲压技术表4-2所列的最小弯曲半径值。当rt10时,则应考虑回弹,将凸模圆角半径加以修正。本题中rt110,所以rT取1。4.11 凹模圆角半径 (第二次弯曲) 凹模圆角半径不能过小,以免擦伤工件表面,影响冲模寿命。凹模两边的圆角半径应一致,否则在弯曲时坯料会发生偏移。rA值通常根据材料厚度取为 t2时 rA(36)t本设计中t12 则rA(36),取6。4.12 凹模深度 (第二次弯曲)凹模的工件深度将决定板料的进模深度,对于常见的弯曲件,弯曲时不需全部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时,才使直边全部进入凹模内,本设计中弯曲件的弯曲高度较大,而且平直度要求不高,由凹模圆角半径与凹模深度表查得,l014。4.13 凸凹模间隙 (第二次弯曲) 对于U形件弯曲模,应选择适当的间隙。U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙按下式计算:Z/2(1+n)t式中 Z/2弯曲模凸凹模单边间隙 t材料的公称厚度 n因数,与弯曲件高度H和弯曲线长度B有关,查因数n值表得n0.10。 Z(10.1)11.1 取单边间隙为1.14.14 凸凹模横向尺寸及公差 (第二次弯曲) 弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。一般原则是:当工件标注外形尺寸时,应以凹模为基准件,间隙取在凸模上,当工件标注内形尺寸时,应以凸模为基准件,间隙取在凹模上 尺寸标注在内形上的弯曲件计算公式为凸模尺寸为 LT(L+0.5) 0 -T(62+0.50.74)62.37凹模尺寸为 LA(LT+Z)+A 0(62.37+1.1)+0.046 063.47+0.046 0式中LA、LT 凸凹模横向尺寸 L弯曲件外形或内形的基本尺寸 弯曲件横向尺寸的公差,按IT14 A、T凸凹模的制造偏差,可采用IT7IT9,本设计中凸模取IT7凹模取IT8。 4.15 冲压设备的选择 选用开式双柱可倾压力机J23-3.15 公称压力:31.5 KN 模具闭合高度: H模=165mm 模具外廓尺寸:170mm180mm 下图为本模具总图: 图8 模具总图 Fig8 Assembly drawing of the bending mould1-上模座;2-定位销;3-打板;4-打杆;5-上垫板;6-顶杆;7-弹簧;8-定位板;9-凹模;10-中垫板;11-螺钉;12-下模座;13-顶板;14-顶板;15-橡胶;16-托板;17-托板;18-螺杆;19-橡胶;20-下顶杆;21-下顶杆;22-定位销;23-下垫板;24-导套;25-顶板;26-导柱;27-凸模;28-顶杆;29-凸凹模;30-固定板;31-螺钉。5 结论通过此次毕业设计,我进一步的巩固了所学习的知识,提高了资料查阅和运用理论知识解决实际问题的能力。更重要的实践了自己所学习的,看清了自己在模具学习方面的不足,实践出真知,在学习的道路上希望不断的努力实现。参考文献1 王秀凤,张永春.冷冲压模具设计与制造(第二版)M.北京航空航天大学出版社,2010.2 周玲.冲模设计实例详解M.化学工业出版社,2007.3 齐卫东.冷冲压模具图集M.北京理工大学出版社,2007.4 王芳.冷冲压模具设计指导M.北京:机械工业出版社,1998.5 肖祥芷.CAD在模具设计中的应用M.北京:科学出版社,1993.6 王孝培.冲压手册M.北京:机械工业出版社,1990.7 李焕芳.冷冲压模具发展现状J,2010年第15期.8 朱江峰.冲压模具设计与制造M.北京:北京理工大学出版社,2009.9 马朝兴.冲压模具设计手册M.北京:化学工业出版社,2009.10 成虹.冲压工艺与冲模设计M. 北京:机械工业出版社,2009.11 翁其金.冲压工艺与冲模设计M.北京:机械工业出版社,2003.12 韩永杰.冲压模具设计M. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.13 王忠.机械工程材料M.北京:清华大学出版社,2009.14 李志刚.冲压模具设计大典M.江西:江西科学技术出版社,2003.15 周本凯.冷冲压模具设计精要M.北京:化学工业出版社,2009.16 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