端盖冲压成形工艺及模具设计【自行车脚蹬内板】【落料拉伸冲孔复合模具】【说明书+CAD】
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插图和附表清单1. 工件图72. 排样图93. 冲孔凸模图 144. 凸凹模 145. 模具总装图 226. 机械加工工艺过程卡(见附图)7. 机械加工工艺过程卡(见附图)冲压纯净的钛板料的可锻模性机械工程学,台湾国立大学,台北10764,罗克克(1964年提出的厘米克秒制电导率单位)2003 年10月20 日标准;2005 年4月12 日接受以修改过的形式;2005 年5月4 日公证摘要由于六角close-packed (HCP) 晶体结构, 商业纯净的钛(CP 钛) 在室温显示低延展性, 并且要求热量活化作用增加它的延展性和可模锻性。在本研究中, 由实验性方法学习了CP 钛板料在vanous 温度的可模锻性. 拉伸测试第一次进行调查CP 钛板料在各种各样的温度下的机械行为。形成极限测试,V 弯曲测试,和拉伸试验测试冲压CP 钛板料在各种各样的温度下的可模锻性。实验性结果表明, 虽然可模锻性被限制以冷形成,但CP 钛板料在室温能形成薄元件。另外, V 弯曲测试表明,在拉拔成型温度可以减少回弹。试验结果获得在本研究中可以帮助设计CP 钛板料冲压模。2005 年Elsevier B.V 版权所有。关键字:纯钛板;可成形性;成型极限;V弯曲;回弹1. 介绍由于它的重量和高强度系数,工业纯净的钛(CP 钛) 是一潜在构件, 并且最近受到电子产业注意。因为它的竞争力和优越表现,CP 钛的主要分解的过程是压制形成。在制造工艺的压制成形之中,冲压CP 钛板料是特别重要为生产薄壁结构组分被使用在电子产品, 譬如笔记本盖子, 移动电话 等。CP 钛板料由于它六角close-packed (HCP) 结构在室温通常显示有限的延展性。虽然可成形性可以在高温下改善,但是一个制造过程总希望在室温下进行。但是, CP 钛多数研究集中于微结构 1-4 , 并且关于CP 钛板料冲压的可模锻性文学研究不是很深入。 在本研究中, 使用实验性方法调查了CP 钛板料冲压的可模锻性。从实验获得的关于CP 钛板料在各种各样的温度范围从室温到300摄氏度的机械性能的结果。另外,CP 钛板料的重要形成的特征, 譬如形成极限, 回弹,和极限拉延比,都要被检测。2. 在各种各样温度下的机械性能测试 应力应变关系是根本信息为金属板的可模锻性的研究。依照以上提到, 在室温CP 钛板料的可模锻性是有限的,可以在拉伸成型温度改善。为了审查品CP 钛物产覆盖在不同的温度的机械性能,拉伸测试执行了在各种各样的温度范围从室温对300 0C 和在0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001/s 之下的不同的张力率, 各自地。拉伸测试标本由JIS 等级1 CP 0.5 毫米制成钛板料厚度准备了根据ASTM 标准。标本被削减沿平面剖面与辗压方向(00), 和在角度450 和900 对辗压方向。标本裁减毛刺沿导线边缘。拉伸测试进行了使用MTS 810 测试机器。因为在高温测试、热化熔炉接通MTS810 测试机器。标本在拉伸测试之前先加热到100, 200, 和300 0C。在测试期间, 温度标本被保持恒定直到样品拉伸到故障。 在本研究中, 工程学应力关系第一次从实验性数据获得,然后是转换成真实的应力联系根据a一Qo(1 +e) 和 e=ln(1十e), a 和s 是真实的重力和真正的张力、Qo 和a 是工程应力, 和工程应变的张力, 各自地。在室温下从样品获得CP 钛真实的应力关系,被削减三个不同取向被显示在图l 。非均质性的行为被观察在图1 。它被看见图1, 00 标本有更高的出产量和a 更大的伸长比标本在其它二个方向, 在伸长上的区别是更加重大的。并且观察它, 0度 样本显示重大工作硬化的产物在标本之中在三个方向。这个结果一致于那获得Ishiyama 等 5 。在起点阶段测试他们发现了滑动变形发生在00 个和900 个方向。在进一步变形阶段期间, 孪生变形快速地增加在00 方向和生产更高的抵抗反对脱臼滑动, 收效按更大的价值在出产量, 工作硬化, 和伸长。CP 的平均屈服应力和伸长钛板料在室温是大约352 MPa 和28%, 各自地。可是那值屈服应力和伸长的值CP 钛板料在室温下不是良好的在一深拉处理比拟碳钢的、他们是可行的因为相对浅的模具产品从那可成形性观点。 图2 显示原物和被扭屈的标本在三个方向。它被注意在图2, 00 标本进行一致的变形在破裂之前, 当900 标本显示一次明显的颈, 和变形 450标本方向在那些其它二个方式之间 为了审查张力率的作用在CP 钛板料的变形, 拉伸测试并且执行在室温在不同的滑块速度之下, 造成不同的张力率的0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001,各自地。真实的应力关系在各种各样的张力率为00 标本被显示在图3 。重要的微量在应力曲线从张力率0.1 到0.001 是注意在图3, 和应力曲线变得接近互相之后。同样观察在拉伸测试趋向为450 个和900 个样本。它表明CP 钛板料稳定的应力应变关系可能是在张力率更小比0.001 之下获得。 CP 钛的真实的应力联系覆盖在各种各样的温度范围从室温对300 0C 为标本00 方向被显示在图4。测试执行在张力率的0.001显示在图4。在图4,上CP 钛板料在高温下有更好的可锻性。测试更低温度的增量得到应力曲线比例。注意在图4 依照样本的伸长不增加从室温对100 0C被观测, 相反, 伸长得到更小当样本被加热 100 0C 。 Fig. 3. True stress-strain relations at various strain-rates (1/s) for 00 specimen at room temperature.但是, 在测试的温度比100 0C更高时伸长变大。更大的伸长在室温是相当异常的。但这种现象唯一发生在00 样本。45度和90度样本,当在测试的温度伸长连续被增加, 显示在图5和图6上, 各自地。在室温发生了更大的伸长在 00 样本也许归结于在室温孪生变形的快速的增量在00 方向, 导致更高的抵抗阻止脱臼滑动, 并且造成更大的伸长。各向异性现象其它索引是塑料张力比率, 即。 r 价值, 被定义作为塑料张力比率在到那的横向方向在厚度方向在a 单轴的拉伸测试。窗体顶端在本研究中, r 价值是样本在室温拉伸测试获得0度, 45度, 和 90度方向。测量r 价值从标本被舒展到20% 是4.2, 2.2, 和2.1 为 00, 450, 和900 个标本, 各自地。从更高的r- 价值表明更好的回火性, 它表示, CP 钛覆盖陈列更好的深图画质量在辗压方向比其它二个方向。并且CP 钛各向异性现象板料再被证实了从重大区别 r 价值。 3. 冲压CP 钛板料的可锻性 除基本的机械性能之外, 审查了CP 钛板料的冲压的可模锻性。在本研究,形成极限测试在室温, 并且V 弯曲测试和圆杯子图画测试在各种各样温度执行了。测试结果被谈论了与CP 相关形成的物产钛覆盖在印记过程中。3.1. 成型极限测试因为Keeler 和Backofen 6 介绍了概念形成极限图(FLD), 1963 年这是 广泛被接受的标准为破裂预言以金属片 形成。确定FLD, 舒展测试是执行为不同的宽度薄钢板样品使用半球型冲床。标本是第一电化学上铭刻以会是的圆栅格扭屈入椭圆在被舒展以后。 工程学张力测量了沿少校和较小轴椭圆被命名少校和较小张力, 各自地。并且他们主要是测量飞机上的张力。 在本研究中, 长方形标本有同样长度的100mm, 但以另外宽度排列从10 到100 毫米在10 毫米的增加, 被测试了。相似与拉伸测试, CP 钛板料被切开了在三个取向对辗压方向, 即, 00, 450, 和900, 为各标本的大小。在测试期间, 标本夹紧了在周围被舒展了对失败在78 毫米半成品冲床。工程学少校和较小张力测量在地点最接近破裂为每个标本被记录了。少校和较小张力是密谋反对互相以主要张力作为纵坐标, 和曲线适合入张力点被定义了形成的极限曲线。图显示这形成极限曲线称形成的极限图。FLD 是一个非常有用的标准为发生的破裂在一个冲压的过程中。 根据早先分析, CP 钛板料能被形成在室温。为了进一步证实它的可行性, 形成的极限测试执行了在室温度。测试结果看出图7 显示形成的极限曲线。看见在图7, 主要张力在曲线的最低的点, 并且是平面张力变形方式, 是0.34 。比较被冷轧的钢或不锈钢, 这数值更低。但是, 为冲压薄产品, 图7显示形成的极限曲线表明CP 钛板料在室温形成的更大的可能性。这有可能在室温用CP 钛板料能制造电子材料。 3.2. V 弯曲测试 因为CP 钛弹性模数比钢要低,回弹是重要的弯曲处理。在本研究, V 弯测试执行了审查CP 钛板料在各种各样温度回弹形成的物产。V 弯测试结果用图8显示 。图8能看见在下模有一个开头角度90度。环烷驱研究那效果的冲头半径接通弹性后效,工具以冲压半径从0.5 到5.0 毫米, 在0.5 毫米的增加, 准备了。CP 钛板料的样本以0.5 毫米的厚度, 长度 60 毫米, 和宽度15 毫米。为增加测试的温度,标本被附寄了在热化熔炉。V 弯测试不使用润滑剂因为摩擦情况有对回弹的无意义作用发生了在V 弯曲测试。弯曲的测试进行了在室温, 100, 200, 和3000C, 各自地。在弯曲的测试以后, 弯的标本角度由CMM 测量了, 和回弹角度被计算了 。Fig. 8. Tooling used in the V-bend tests图9 和10 显示关系在回弹之间并且冲压半径在室温和300 0C, 各自地。看以上两个图, 不管温度变化回弹减少为更小的冲压半径。在弯曲时更小的冲压半径导致更大的塑料变形,因此要减小回弹的作用。在图9 和10负值的弹性后效发生在较小冲头半径的时候。这是因为那板料在V 形状的平直的边被扭屈入形成弧光在弯曲的过程开始, 和装载被应用铺平弧在弯曲处理结果的结尾复合应力分配导致负值的弹性后效 7 。比较两个图,观察, 回弹减少当形成的温度增加不管冲头半径尺寸。它表明那 CP 钛板料不仅有更好的可锻性而且体验较少回弹在形成的高温。我们知道, 回弹是由弹性模数和材料的屈服应力影响的。弹性模数不会随温度变化而变化。而且温度升高CP 钛板料的屈服应力减少,高温是形成回弹减退是因为在更低的温度CP 钛的屈服应力更低。Fig. 10. Relations between springback and punch radius at 300 C for spec-imens of three directions.Fig. 11. Punch and die used in circular cup drawing tests.Fig. 12. Drawn cups at various forming temperatures3.3盘状拉深试验 限制的图画比率(LDR), 被定义作为圆直径的比(Dp) 与冲压直径(Dp) 在一张成功的圆盘拉深处理, 是一个普遍的索引使用描述可模锻性金属板。LDR 的更大的价值暗示更大的图画深度, 即,更好的可锻性 。在本研究中, 冲压和冲模被显示在图11 使用了圆盘拉深测试。测试执行了在室temperatore, 100, 和200 0C, 各自地。在高温下为了进行拉深测试使用加热器。为了获得一个成功的拉深过程。那坯料尺寸和空白座力适当调节除去些缺点比如断裂和皱纹,如果在拉深测试破裂出现, 断开轴心力对更小的价值会被调整直到破裂被消除到没有皱痕发生。当断裂力量的调整没有消除破裂, 减少断裂的方法会被尝试同时避免破裂。拉深试验采取压制皱痕,但是, 在LDR 测试, 空白的大小是并且作为参量确定LDR 的价值除对上述调整的用途之外。从拳打直径是35 毫米, 空白的直径被增加在3.5 毫米的增加从70 毫米对最大的可能的直径为计算价值方便起见 LDR 。MoS2 被使用了作为润滑剂在所有圆杯子图画测试进行在本研究中, 和图画速度是0.2 mm/s。 图12 显示拉长的杯子在各种各样的温度。图12清楚的显示,当形成温度增加时拉拔深度增加。表明这个图形那自动测试设备画的形状拉深成形的在多样的温度是相当不同的。自动测试设备现象变成重要的在较高的成型温度。LDR 、画的深度, 和相关的处理参量的价值被列出在表1 为测试进行在各种各样的温度。它被注意在表1, 所有价值增加当形成的温度增量。但是, 增量 LDR 和图画深度不是那么重大的在范围从室温对100 0C, 但得到大从100 2000C 。注意在表1一大的断裂纹是需要的大的坯料尺寸到是成功地从中提取一较高的温度是。在室温CP 钛板料LDR 的价值是2.2, 与可比较的碳钢, 表明, 冲压CP 钛覆盖在室温是可行的。 4. 结束语 在本研究中调查了由做各种各样的试验。在各种各样的温度CP 钛板料冲压的可锻性的形成。机械性能 CP 钛板料在各种各样的温度第一次被审查了, 并且应力联系被获得从实验表明, CP 钛板料有更高的屈服应力和更小的伸长在室温, 但当板料被加热到300 0C比例减少由屈服应力的增加决定。它是被注意应力联系获得从拉伸测试在室温表明CP 钛板料能被形成入浅组分在室温, 虽然屈服应力是一少许更高的。形成限制CP 钛板料的图被获得在室温不是那么高的作为那些被冷轧的钢, 而是极小值主要张力0.34 并且提供一种最宜的可能性为 CP 钛板料被形成在室温。圆形拉深测试显露, 在室温CP 钛板料有 LDR 价值的2.2, 和成功地拉长的以20 毫米的深度证实CP 钛板料可能被形成入浅组分在室温。但是, 露出的现象显示表明, CP 钛板料负担重要的 各向异性现象在能并且影响可锻性的平面圆形拉深。 调查了在室温度应力联系对张力率的作用。实验性结果表示, 应力联系变得稳定当张力率比0.001 小。在V 弯测试, 实验性结果显露重要信息回弹可能被减少在被举起的形成的温度。弹性后效可以是减少如果使用一较小冲头半径 。实验性结果表明本研究提供根本性形成CP 钛板料模具设计。 鸣谢作者会想感谢全国科学中华民国的委员会为财政支持这研究根据合同第NSC 89-2212-E-002-147,使实验工作成为可能。 参考文献 I P. Jones, W.B. Hutchison, Stress-state dependence of slip in titanium6A1-4V and other H.C.P. metals, Acta Metall. 29 (1981) 951-968.2 G. Haicheng, Orientation dependence of slip and twinning in HCP metals, Scripts Mater. 36 (12) (1997) 1383-1386.3 M.H. Yoo, Twinning and mechanical behavior of titanium aluminides and other intermetallics, Intermetallics 6 (1998) 597巧02.4 J.W. Christian, 5. Mahajan, Deformation twimung, Prog. Mater. Sci.39 (1995) 1-157.5 S. Ishiyama, S. Hanada, O. Izumi, Orientation dependence of twinping in commercially pure titanium, J.扣n. Inst. Met. 54 (9) (1990) 976-984.6 S.P. Keeler, W.A. Backofen, Plastic instability and fracture in sheets stretched over rigid punches, Traps. Am. Soc. Met. 56 (1963) 25-48.7 L. Forcellese, F. Fratini, Gabriella, F. Micari, The evaluation of springback in 3D stamping and coining processes, J. Mater. Process. Technol. 80-81 (1998) 108-112. Fig. 15河南机电高等专科学校毕业设计说明书毕业设计题目:端盖冲压成形工艺及模具设计 系 部 材料工程系 专 业 模具设计与制造 班 级 模具065 学生姓名 叶雪吉 学 号 061304535 指导教师 于智宏 2009年 3 月 11日机 械 加 工 工 序 卡 工序名称粗铣工序号02零件名称上模座零件号00-05零件重量同时加工零件数1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量HT200设 备夹 具名 称辅 助工 具名 称型 号铣床虎钳游标卡尺安 装工 步安装及工步说明刀 具量 具走 刀长 度走 刀次 数切 削 深 度进给量主 轴转 速切 削速 度基 本工 时一次1铣上平面75面铣刀游标卡尺0.521200/ min800r/min一次1铣下平面75面铣刀游标卡尺0.521200/ min800r/min一次2铣两端面20立铣刀游标卡尺0.51160/ min1300r/mi一次2铣两端面20立铣刀游标卡尺0.51160/ min1300r/mi设 计 者叶雪吉指 导 教 师于智宏共 1 页第 1 页 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 零件号0400-11冲大孔凸模工序号工 序 名 称设 备夹 具刀 具量 具工 时名 称型 号名 称规 格名 称规 格名 称规 格01下料锯床虎钳直尺02锻造空气锤游标卡尺03热处理热处理炉火钳游标卡尺04车削车床三爪卡盘车刀游标卡尺05钳工虎钳钻刀、铰刀、攻丝刀游标卡尺06修锉游标卡尺07热处理加热炉、油槽研磨工具游标卡尺 编制 叶雪吉 校对 审核 批准 目 录1 绪论1 1.1 国内模具的现状和发展趋势11.1.1国内模具的现状1 1.1.2国内模具的发展趋势3 1.2 国外模具的现状和发展趋势3 1.3端盖落料拉伸复合模具设计与制造61.3.1端盖落料拉伸复合模具设计的设计思路62 端盖冲压工艺性分析7 2.1 拉深件工艺性分析7 2.2 冲压工艺方案分析72.2.1 冲压工艺方案的确定8 2.3 工艺计算82.3.1 计算毛坯尺寸92.3.2 确定工件能否一次拉深成形92.4 落料排样设计92.4.1 确定零件的排样方案9 2.4.2 条料宽带、导向间宽度和材料利用率的计算9 2.4.3 材料利用率的计算102.5 主要工作零件的尺寸计算112.5.1 冲孔凸凹模尺寸计算112.5.2 外形落料凸、凹模刃口尺寸计算122.5.3 拉深凸、凹模尺寸计算13 2.6 选取凸凹模的圆角半径133 主要零部件设计134 确定压力中心15 5 冲裁力计算15 5.1 冲裁力的计算15 5.2 落料冲裁力的计算15 5.3 卸料力、推件力及顶件力的计算16 5.4 拉深力的计算17 6. 压力机的选用17 7. 模具的结构设计18 8. 其它模具零件的结构设计19 8.1 固定板19 8.2 垫板19 8.3 导柱导套19 8.4 其他零件22 9.模具总装图22 10. 结束语23 致谢 24 参考文献26河南机电高等专科学校毕业设计说明书1.绪论进入21世纪,制造技术发展迅猛,模具技术作为现代制造技术的一个重要组成部分,对国民经济的发展起着越来越重要的作用。模具作为重要的生产装备和工艺发展方向,在现代工业的规模生产中日益发挥着重大作用。通过模具进行产品生产具有优质、高效、节能、节材、成本低等显著特点,因而在机械、电子、轻工、家电、通信、军事和航空航天等领域的产品生产中获得了广泛应用,作用不可替代,模具被赞为“金钥匙”、“制造业之母”、“进入富裕社会的原动力”等。利用模具成形零件的方法,实质上是一种少无切削、多工序重合的生产方法。采用模具成形加工零件代替传统的切削加工工艺,可以提高生产率,保证零件质量,节约原材料,降低生产成本,从而获得很高的经济效益。据粗略统计,70%以上的汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表零件,80%以上的塑料制品,85%以上的计算机、电子行业产品的零件,都是采用模具成形的方法来生产。因此,利用模具生产零件的方法已经成为工业上进行成批或大量生产的主要技术手段,它对于保证制品的质量、缩短产品研发周期、加速产品的更新换代等都具有重要意义。1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状我国的模具制造技术是随着现代化工业建设的发展而发展起来的。20世纪50年代以前,我国的工业基础非常薄弱,大部分工业品不能自行生产,因而所需要的模具很少,也谈不上模具工业和模具技术,国内只能仿制一些简单的模具,且主要依靠钳工个人技术来实现。解放后,随着国民经济的发展,各种工业产品生产所需要的模具日益增多,模具制造水平处于参照外国模具图样进行加工,并且多为单工序模具、简单的复合模具、少工序和较低精度的级进模具和机外脱模的塑料压缩模具。随着国际经济技术合作交流的发展,国外的模具技术书刊、模具设计手册、模具制造资料等相继介绍到我国,对指导和促进模具技术的发展起到了重要作用,同时制造模具的一些专用加工设备如大型仿形铣床、坐标镗床等的引进,为制造大型模具打下了物质基础。到1956年,制造模具开始采用成形磨削加工,模具结构采用拼块方式,初步解决了模具钳工手工作业和热处理变形问题。这对于提高模具质量和精度、缩短制造周期起到了重要作用。20世纪50年代末,电火花加工技术开始应用于模具生产,这种方法可以把模具型腔、型面的精加工放在热处理之后,避免了热处理变形对精度的影响,使模具制造技术水平又有一个较大的提高。尤其是1963年,国内研制成功电火花线切割加工机床,从而可以加工更为复杂、精密的冲裁模等,大大减少了模具钳工的手工作业,并应用于塑料模、压铸模和其他成形模具的型孔加工。这一技术的应用和普及是我国模具制造技术发展的又一重要里程碑。改革开放以来,随着国民经济的高速发展及相关学科的技术进步,推动了模具制造技术及模具工业的迅猛发展,模具无论是从品种、数量还是精度方面,都有了大幅度的发展,模具对工业产品生产的影响也越来越大,模具制造业也成了现代工业中一个相对独立的重要分支。模具标准化工作是代表模具工业和模具技术发展的重要标志。到目前为止,已经制定了冲压模、塑料模、压铸模和模具基础技术等50多项国家标准、近300个标准号,基本满足了国内模具生产技术发展的需要。模具的商品化程度也大大提高,从“八五”期间的20%提高到目前的40%左右。一些先进、精密和高自动化程度的模具加工设备,如数控仿形铣床、数控加工中心、精密坐标磨床、连续轨迹数控坐标磨床、高精度低损耗数控电火花成型加工机床、慢走丝精密电火花线切割机床、精密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和检测用的精密高效设备,由过去依靠进口到逐步自行设计制造,使模具加工工艺手段登上了一个新台阶,同时为先进加工工艺的推广奠定了物质基础。特别是模具成型表面的特种加工工艺的研究和发展,使模具加工的精度和表面粗糙度都有很大的改善。特种加工工艺设备的改进和提高,使模具加工自动化程度和效率都大大提高。模具新材料的应用,以及热处理和表面处理技术的开发和应用,使模具寿命大幅度提高。快速成型技术在模具制造上的应用,是近20年以来模具制造技术的又一重大发展。快速成型技术是综合了机械工程、CAD、数控机床激光技术和材料科学技术的一种全新的制造工艺,应用于模具制造,可以使模具设计和制造更加快速、经济、实用,对于多品种、小批量产品的生产及新产品敏捷开发具有重要意义。我国模具制造技术水平,从过去只能制造简单模具发展到了可以制造大型、精密、复杂、长寿命模具。例如在冲压模具方面,我国设计和制造的电机定转子硅钢片硬质合金多工位自动级进模和电子、电气行业用的50余工位的硬质合金多工位自动级进模,都达到了国际同类模具产品的技术水平。凹模镶件重复定位精度0.005mm,步距精度0.005mm,模具成型表面粗糙度为Ra0.40.1m,零件可以互换,模具寿命达1亿冲次。级进冲裁技术和叠铆原理相结合,在高速冲床上使用,具有自动冲切、叠压、铆合、扭角、计数分组和安全保护功能。在塑料模具方面,能设计和制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模,大型彩色电视机、洗衣机和电冰箱等多种精密、大型注射模。例如天津市通信广播公司模具厂设计和制造的汽车保险杠模具重达10余吨、模具尺寸精度可达10m、型腔表面粗糙度为Ra0.1m,型芯表面粗糙度为Ra3.2m、模具寿命达30万次以上,达到国际同类模具产品的技术水平。我国模具制造行业近十余年来的年工业产值,持续以15%的增长速度在迅速递增,已经成为国民经济中一个举足轻重的工业分支。1.1.2国内模具的发展趋势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、新材料、新设备不断涌现,因而,促成了冲压技术的不断革新和发展。(1)冲压成形理论及冲压工艺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配料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的发展,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,近年来我国已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术,即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程。据分析结果,设计人员可预测某一工艺方案成形的工艺性及可能出现的工艺问题,并通过在计算机上有选择的修改有关参数,实现工艺及模具的优化设计。(2)冲压模具的设计与制造冲压模具是实现冲压生产的基本条件。在冲压模具的设计与制造上,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、安全等现代化生产需要,冲压模具正向高效率、高精度、高寿命、自动化及多工位方向发展。在我国,工位数达50甚至更多的级进模、寿命达亿次的硬质合金模、精度和自动化程度相当高的冲压模具都已经应用在生产中,同时,由于这样的冲压模具对加工、装配、调整、维修要求很高,因此,各种高效、精密,数控、自动化的模具加工机床和检测设备也正在迅速发展;另一方面,为了产品更新换代和试制小批量生产的需要,锌合金冲压模具、聚氨酯橡皮冲压模具、薄板冲压模具、钢带冲压模具、组合冲压模具等各种简易冲压模具及其制造工艺也得到了迅速发展。(3)模具材料模具材料及热处理与表面处理工艺对模具加工质量和寿命的影响很大,世界各主要工业国在此方面的研究取得了较大的进步,并开发了许多新的钢种,其硬度可达HRC5870,而变形只有普通钢的1/21/5。如火焰淬火钢可局部硬化,且无脱碳;我国研制的65Hb、LD和CD等新钢种,具有热加工性能好、热处理变形小、抗冲击性能佳等特点。与此同时,还发展了一些新的热处理和表面处理工艺,主要有:气体软氮化、离子氮化、渗硼、表面涂金、化学气象沉积、物理迹象沉积、激光表面处理等。这些方法能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐腐蚀性,使模具寿命大大延长。(4)冲压模具的标准化和专业化模具的标准化和专业化生产,已得到模具行业的高度重视,这是由于模具标准化是组织模具专业化生产的前提,而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、低成本的关键。我国已颁布了冷冲压术语、冷冲模零部件的国家标准,冲压模具的专业化正处在积极组织和实施中,但总的来说,我国冲压模具的标准化和专业化水平还处于较低水平。(5)冲压模具CAD/CAE/CAM技术模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术,它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行优化设计从而显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现,以三维造型为基础、基于并行工程的模具CAD/CAE/CAM技术正成为发展方向,它能实现制造和装配的设计、成形过程的模拟和数控加工过程的防真,还可对模具可制造性进行评价,使模具设计与制造一体化、智能化。(6)快速模具制造技术目前,快速经济制模技术主要有低熔点合金制模技术、锌基合金制模技术、喷涂成形制模技术等。采用快速模具制造技术,能简化模具制造工艺,缩短制模周期,降低模具生产成本,在工业生产中取得了显著的经济效益。1.2国外模具的现状和发展趋势随着市场经济发展的需要和产品更新换代不断加快,对模具制造提出了越来越高的要求,模具制造质量提高、生产周期缩短已经成为该行业发展的必然趋势。纵观模具制造业近十余年来的发展道路,其主要发展方向可以归纳为如下几个方面。1.模具生产的专业化和标准化程度不断提高多年来的模具制造实践表明,要使模具技术高速发展,实现专业化、标准化生产是关键,目前美国模具专业化程度已超过90%,日本也超过了75%。而我国模具专业化程度还处在25%左右。2.模具粗加工技术向高速加工发展以高速铣削为代表的高速切血加工技术代表了模具零件外形表面粗加工发展的方向。高速铣削可以大大改善模具表面的质量状况,并大大提高加工效率和降低加工成本。例如IN-GERSOLL公司生产的VHM型超高速加工中心的切削进给速度为76mmin;主轴转速为45000rmin;瑞士SIP公司生产的AFX立式精密坐标镗床的主轴转速为30000rmin;日本森铁工厂生产的MV-40型立式加工中心,其转速达40000rmin。另外,毛坯下料设备出现了高速锯床、阳极切割和激光切割等高速、高效率加工设备,还出现了高速磨削设备和强力磨削设备等。3.成形表面的加工向精度、自动化方向发展成形表面的加工向计算机控制和高精度加工方向发展。数控加工中心、数控电火花成形加工设备、计算机控制连续轨迹坐标磨床和配有CNC装修设备与精密测量装置的成形磨削加工设备等的推广使用,是提高模具制造技术水平的关键。4.光整加工技术向自动化方向发展当前模具成形表面的研磨、抛光等光整加工仍然以手工业为主,不仅花费工时多,而且劳动强度大、表面质量低。工业发达国家正在研制有计算机控制、带有磨料磨损自动补偿装置的光整加工设备,可以对复杂型面的三维曲面进行光整加工,并开始在模具加工上使用,大大提高了光整加工的质量和效率。5.模具CAD/CAM技术将有更快的发展模具CAD/CAM技术在模具设计和制造上的优势越来越明显,它是模具技术的又一次革命,普及和提高模具CAD/CAM技术的应用是模具制造业发展的必然趋势。6.研制和发展模具用材料模具材料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要方面。没有充足的、高质量的、品种系列齐全的模具用材料,模具工业要赶上世界先进水平就只能是纸上谈兵。加速研发急需的模具新钢种,如高强韧、高耐磨新型优质模具钢,大力发展硬质合金模具材料已经势在必行。 1.3端盖落料拉伸冲孔复合模具设计与制造方面1.3.1端盖落料拉伸冲孔模具设计的思路此工件形状、结构都比较简单,生产批量为大批量,用简单模分两次加工,就生产批量来说有些费时,用级进模加工要设导正销,模具加工、安装较复杂,用复合模加工既能保证精度,还能保证生产效率,所以采用复合模加工。设计此模具时,要设计好模具的工作零部件,其它的零件根据模具结构的需要添加即可,但必须要保证模具工作时的正常运行.1.3.2端盖成型工艺及模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间2天;2.确定加工方案,所用时间3天;3.模具的设计,所用时间20天;4模具的调试所用时间5天2. 端盖冲压的工艺分析2.1拉深件工艺分析原始资料:如图所示 材料:08钢 厚度:2mm 6.1R1R138R104825R724+0.23018+0.200 280-0.28 此工件为带凸缘圆筒形工件,形状简单对称,所有尺寸均为自由公差,对工件厚度变化也没有作要求。由于没有公差等级标注,所以可以按未标公差等级处理。零件图上未标注公差尺寸按IT14精度计算。2.2 冲压工艺方案分析2.2.1 冲压工艺方案的确定该工件包括拉深、冲孔两个基本工序,可以有以下三种工艺方案:方案一:先拉深,后冲孔。采用单工序模生产。方案二:拉深落料冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案三:拉深级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单,但需要两道工序两副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具,生产效率较高,尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的集合行装简单对称,模具制造并不困难。方案三也只需一副模具,生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作不方便,加之尺寸偏大,通过对上述三种方案的分析比较,若该工件能一次拉深,则其冲压采用方案二为佳。2.3 工艺计算2.3.1 计算毛坯尺寸(1)由工件图可知 t=2mm1mm,故按板厚中径尺寸计dt=68mm d=28mm H=4.1mm。凸缘相对直径dt/d=68/28=2.43 查表4.3.22得 修边余量h=1.4mm 故按实际外径dp=68+1.4270.8mm计算。(2)计算毛坯直径D有表4.332得D=dp+4dh-4Rd=70.8+4284.1-3.44128所以D=74mm2.3.2 确定工件是否能一次拉深成形板料的相对厚度 查表4.5.1得极限拉深系数为0.580.48。零件0.580.48,故可以一次拉深成形。2.3.3确定是否用压边圈板料的相对厚度 d/D100=2/74=2.7。经查表得不用压料装置。2. 4落料排样设计2.4.1确定零件的排样方案:设计模具时,条料的排样很重要。由于是零件外缘是圆形的,所以采用直排,材料的利用率较高。78222排样图图2 条料的排样 2.4.2条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算查表2.5.2得搭边值a1=2mm,a=2mm。条料宽度的计算:拟采用无侧压装置的送料方式,得条料宽度 (2.5.5)导料板间距离 (2.5.6)D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a侧搭边值;条料宽度的单向(负向)偏差,见表2.5.3;查得0.6c导料板与最宽条料之间的间隙;其最小值见表2.5.5查得cmin=0.5mm。代入数据计算,取得条料宽度为 A79mm。2.4.3材料利用率的计算:根据一般的市场供应情况,查表950 mm1500 mm1.5 mm的冷轧薄钢板。每块可剪1500mm 78.5 mm规格条料12条,材料剪切利用率达99.2%。由材料利用率通用计算公式 = 式中 A一个步距内冲裁件的面积,mm2;n一个进距内的冲裁件数量;B条料宽度,mm s进距, mm。得=77.6%一张板料上总的材料利用率式中 n一张板材上冲裁件的总数目;A1一个冲裁件的实际面积,mm2;n一个进距内的冲裁件数量; B板料宽度,mm; L板料长度 mm得 可见材料的利用率较高。2.5 主要工作零件的尺寸计算2.5.1冲孔凸、凹模尺寸的计算该零件冲裁部分为一般冲孔落料件,外形尺寸由落料获得,而中间的小孔尺寸则是由冲孔得到。查表而知:Zmin = 0.246,Zmax = 0.360mmZmax Zmin = 0.114mm因为模具的精度等级为IT14级 取 磨损系数X = 0.5设凸、凹模分别按IT9、IT10级精度制造,分别计算Dt、Da如下:冲18mm的孔冲孔时,间隙取在凹模上,则:凸模尺寸:=(d+) 凹模尺寸:=( + Zmin) 式中:-冲孔凸模刃口尺寸 -冲孔凹模刃口尺寸 d-冲孔件孔的最小极限尺寸,mm, d=18mm Zmin双面间隙,mm工件公差,mm,=0.43mmx磨损系数,查表得IT14级时x=0.5 凸模和凹模的制造公差,mm,查表=0.02mm所以=(18+0.50.43) 0-0.02 =18.215 0-0.02 mm =(18.215+0.246) + 0.020=18.46+ 0.020mm校核:|T|+|A|= 0.02 mm +0.02 mm =0.04 mmZmax Zmin=0.114mm满足间隙公差条件。2.5.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算 因此落料件为复杂的制件,所以利用配作法计算凸凹模刃口尺寸,这种方法有利于获得最小的合理间隙,放宽对模具的加工设备的精度要求。采用配作法,计算凸凹模的刃口尺寸,首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小,还是不变这三种况,然后分别按不同的计算公式计算。a、凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸A 第一类尺寸:Aj=(Amax-x)0+b、凹模磨损后会减小的尺寸-第二类尺寸B 第二类尺寸:Bj=(Bmax+x)0-0.25 c、凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸C 第三类尺寸:C= 。 38增大:Aa=37.69mm At=37.444 0-0.02 mm R10增大: Aa=9.74mm At=9.494 0-0.02 mm R7减小: Ba=7.215 0-0.02 mm Bt=7.461mm 48不变: Ca=Ct=C=480.022.5.3 拉深凸凹模尺寸的计算由于零件的内形尺寸及公差有要求,所以以凸模为基准,根据磨损定律,工作部分尺寸为:d=(dmin+0.4) d=(dmin+0.4+ Zmin) 式中 d、d凹、凸模的尺寸;dmin拉深件内径的最小极限尺寸;零件的公差;、凹、凸模制造公差;Z拉深模双面间隙。查表0.23mm 查表t=0.06mm a=0.09mm 由公式(4.8.8)2得(11.1)t t板料厚度 mm。 Z=2(11.1)2=44.4mm 取Z=4.2 mm则 d =(dmin+0.4)=( 24+0.40.23) mm=24.1mm da =(dmin+0.4+ Zmin)=(24+0.40.62+4.2) =28.3mm2.6 选取凸模与凹模的圆角半径因为圆角R1mm属于过渡尺寸,要求不高且R1mm2t=4可以一次成形,为简单方便,设计生产中直接按工件尺寸作为拉深凸、凹模该处尺寸。3. 主要零部件设计由于工件形状简单对称,所以模具的工作零件均采用整体结构,拉深凸模、冲孔凹模、冲孔凸模拉深凹模的结构如零件图所示。(1)冲孔5、18凸模的设计。为了增加凸模的强度和刚度,凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级形式,且它的外形尺寸较大,所以以采用B形凸模。(2)凸凹模的设计。 将拉深凸模与冲孔凹模设计成一个整体,其结构图如下图所示: 图示 凸凹模零件图4. 压力、压力中心计算及压力机的选用为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。否则冲压时滑块会承受偏心载荷,导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损,还会使合理间隙得不到保证,从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。而本模具所冲裁的制件形状完全对称于相互垂直的 两条对称线,所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。因为本制件是轴对称零件,所以不用计算压力中心。模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。5. 压力计算5.1 冲裁力的计算由于本模具未采用弹性卸料装置,所以冲裁力由式2.25 得F冲裁=F+F卸+F顶 =F(1+K卸+K顶 )=KLt 式中:L冲裁周边长度;t材料厚度;材料抗剪强度; K系数。 一般取1.3。由查表得260360MPa。取310MPa。则 5.2 落料冲裁力F落 F落Kt式中落料件外形周边尺寸 3.1438+3.1410150.72mm 所以F落KLt1.3150.722.0300=117560N 取F落117.56KN5.3 卸料力、推件力及顶件了力的计算:卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的,所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑,影响这些力的因素较多,主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。现在按照下面的经验公式计算:卸料力Fx Fx F落 式中Fx卸料力 卸料系数,查表0.0250.06,取0.05所以Fx0.05117.565.9KN 推料力Ft Ft F孔n式中推料系数,查表取=0.05 n同时卡在凹模洞孔内的件数,取n=10所以Ft=0.0568.5810=34.29KN顶件力FdFd=(F孔F落) 式中Fd顶件力 =顶件系数,查表取=0.06所以Fd=0.06(68.58+117.56)=11.2KN5.4拉深力的计算采用压料圈得式中t材料厚度; d拉深后的工件直径;拉深件材料的抗拉强度。 修正系数;由查表得215410MPa。取300MPa。由查表得K11.27则 6.压力机的选用冲裁时,压力机的压力值必须大于或者等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的冲压力,总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同,当采用弹性卸料装置和下出件的模具时,总的冲压力为: F=F +F落+ Fx+Ft Ft+F=142.8+117.56+5.9+11.2+64.96=342.42KN根据拉深力的计算结果和工件的高度,选择压力机:JH23-40公称压力/KN滑块行程/mm最大闭合高度/mm最大装模高度/mm400100330265连杆调节长度/mm模柄孔尺寸/mm6550707. 模具的结构设计7.1选用模架、确定闭合高度及总体尺寸由于拉深凹模外形尺寸较大,为了工作过程稳定,选用中间导柱模架。再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。表3-1 模架规格选用名称尺寸材料热处理上模座16012540HT200下模座16012540HT200导柱25170、3217020渗碳5862导套2511043、321104320渗碳5862Hmin=180mm,Hmax=220mm模具的闭合高度 由此可见模具的实际开模高度远远大于所采用模架的最大闭合高度,所以此制件不能采用标准模架。 为了节省加工时间,只有在模具标准模架的基础上进行修改。因为要使模具具有足够的封闭高度,只有改变导柱和导套的高度: 导柱:20200、32200; 导套:2011043、30110438.其它模具零件的结构设计8.1 固定板查表凸模固定板选用: 12010010-45钢JB/T 7643.2。落料凸模拉深凸模固定板选用: 12010010-45钢JB/T 7643.2。8.2 垫板垫板的作用是直接承受凸模的压力,以降低模座所受的单位压力,防止模座被局部压陷,从而影响凸模的正常工作。是否需要用垫板,可按下式校核: 式中:p凸模头部端面对模座的单位压力(N); 凸模承受的总压力(N); A凸模头部端面支撑面积(mm2)。冲裁时:拉深时: HT200的许用压应力为90140Mpa。但是因为通过上模座固定的模柄与压力机相连,且上模座闭下模座薄,而且下模座固定在压力机工作台上。为防止上模座损坏,在上模座加垫板。查表7-44选用垫板 1251256-45钢 JB/7643.3。8.3 导柱、导套 对于生产批量大、要求模具寿命高的模具,一般采用导柱、导套来保证上、下模的导向精度。导柱、导套在模具中主要起导向作用。导柱与导套之间采用间隙配合。根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同,其配合间隙也稍微不同。这里采用H7/h6。8.4 其他零件模具其他零件的选用见表3-2表3-2 模具其他零件的选用序号名称数量材料规格/ mm热处理1下模座1HT200160160452导柱120钢28200渗碳5862HRC3导柱120钢32200渗碳5862HRC4导套120钢2811043渗碳5862HRC5导套120钢3211043渗碳5862HRC6上模座1HT200160160407内六角螺钉4Cr12M10455862HRC8内六角螺钉4Cr12M101005862HRC9模柄1Q235-1.FA5011010销钉245钢66011销钉245钢88012打杆145钢M1422013紧定螺钉645钢M41214固定挡料销145钢A64348HRC9. 模具总装图由以上设计,可得到模具的总装配图其工作过程是:模具在工作时,压力机滑块下行,通过模柄带动上模座下行,凸凹模先拉深,紧接着进行落料,最后进行冲孔。冲孔完成以后,压力机滑块上行,通过模柄带动上模座上行,当凹模随上模回升时,零件制品在打料块的作用下,将其从凹模内推出,准备下一次行程。10. 结束语端盖属于拉深件,分析其工艺性,并确定工艺方案。由于在零件制造前进行了预测,分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷,采取了相应的工艺措施。因此,模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。端盖模具的设计,是理论知识与实践有机的结合,更加系统地对理论知识做了更深切贴实的阐述。也使我认识到,要想做为一名合理的模具设计人员,必须要有扎实的专业基础,并不断学习新知识新技术,树立终身学习的观念,把理论知识应用到实践中去,并坚持科学、严谨、求实的精神,大胆创新,突破新技术,为国民经济的腾飞做出应有的贡献。致谢毕业设计是我们进行完了三年的模具设计与制造专业课程后进行的,它是对我们三年来所学课程的又一次深入、系统的综合性的复习,也是一次理论联系实践的训练。它在我们的学习中占有重要的地位。通过这次毕业设计使我在温习学过的知识的同时又学习了许多新知识,一些原来一知半解的理论也有了进一步的的认识。特别是原来所学的一些专业基础课:如机械制图、模具材料、公差配合与技术测量、冷冲模具设计与制造等有了更深刻的理解,使我进一步的了解了怎样将这些知识运用到实际的设计中。同时还使我更清楚了模具设计过程中要考虑的问题,如怎样使制造的模具既能满足使用要求又不浪费材料,保证工件的经济性,加工工艺的合理性。在学校中,我们主要学的是理论性的知识,而实践性很欠缺,而毕业设计就相当于实战前的一次演练。通过毕业设计可是把我们以前学的专业知识系统的连贯起来,使我们在温习旧知识的同时也可以学习到很多新的知识;这不但提高了我们解决问题的能力,开阔了我们的视野,在一定程度上弥补我们实践经验的不足,为以后的工作打下坚实的基础。感谢母校河南机电高等专科学校的辛勤培育之恩!感谢材料工程系给我提供的良好学习及实践环境,使我学到了许多新的知识,掌握了一定的操作技能。通过对端盖制件冷冲模的设计,我对冲裁模有了更为深刻的认识,特别是这种落料拉深冲孔级进模的设计。在模具的设计过程中也遇到了一些难以处理的问题,虽然设计中对它们做出了解决 ,但还是感觉这些方案中还是不能尽如人意,如压力计算时的公式的选用、凸凹模间隙的计算、卸件机构选用、工作零件距离的调整,都可以进行进一步的完善,使生产效率提高。历经近三个月的毕业设计即将结束,敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料,请教各位老师有关模具方面的问题,并且和同学的探讨,模具设计在实际中可能遇到的具体问题,使我在这短暂的时间里,对模具的认识有了一个质的飞跃。从陌生到开始接触,从了解到熟悉,这是每个人学习事物所必经的一般过程,我对模具的认识过程亦是如此。经过近三个月的努力,我相信这次毕业设计一定能为三年的大学生涯划上一个圆满的句号,为将来的事业奠定坚实的基础。在这次设计过程中得到了老师以及许多同学的帮助,我受益匪浅。在此,再次感谢各位老师特别是我的导师于智宏师在这一段时间给予无私的帮助和指导,并向他们致于深深的敬意,对关心和指导过我各位老师表示衷心的感谢!参考文献1 赵志伟等.模具发展现状J.模具制造,2007,6:242 刘建超 张宝忠主编. 冲压模具设计与制造 M. 高等教育出版社2004.6.13 冯炳尧 韩泰荣 蒋文森 编 丁战生 审. 冲压设计与制造简明手册 上海科学技术出版社M.4 高军 李熹平 修大鹏等编著 冲压模具标准件选用与设计指南M. 化学工业出版社 2007.7.15 中国机械工程学会 中国模具设计大典编委会等主编 中国模具设计大典 江西科学技术出版社M.20036 郝滨海编 冲压模具简明设计手册 化学工业出版社 200525
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