散热片冲压工艺与模具设计【冲孔落料复合模】【说明书+CAD】
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冲压模具设计中侧壁起皱的分析F.-k. Chen and Y.-C. Liao台湾 台北市国立台湾大学机械工程部门在冲压过程中,起皱一般发生在有锥度的方形杯子和带有阶梯的矩形杯子成形时。这两种起皱类型的共同特征是起皱都发生在相对没有支撑的侧壁。在冲压一个有锥度的方形杯子时,当发生起皱时,比如冲模间隙和冲压毛坏的压力大小等参数的影响通过有限元模拟方法被检查到。模拟结果显示冲模间隙越大,起皱的就越明显,而且起皱不能通过增加冲压力来被抑制。在研究带有阶梯的矩形杯子冲压过程的起皱时,发现了一个有相似几何类型的实际部分。在侧壁被发现的起皱是因为介于冲头和阶梯边缘的金属板料不平衡伸展造成的。为减少起皱,一个最适宜的冲模设计方法就是利用有限元分析法。在无起皱产品中介于模拟结果和实测结果的好协议使有限元分析法生效,而且证实了利用有限元分析法去设计冲模的优势。关键词:侧壁起皱;冲模;阶梯的矩形杯子;带有锥度的主形杯子1 介绍起皱是在金属板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和视察的原因,在产品中起皱往往不能被接受。在金属板料成形过程中,有三种形式的起皱频繁的发生:边缘起皱,侧壁起皱和由于残余的弹性压力引起的未变形区域的弹性弯曲。在冲压一个复杂形状零件的操作时,侧壁起皱意味着冲模腔中的起皱。由于侧壁区域的金属板料相对于其它区域的金属板料不被工具所保征质量,侧壁起皱的消除比边缘起皱的抑制更难。很明显,在未被加固的侧壁区域中的金属材料的额外拉伸可能防止起皱,而且在实际操作中也可以通过增加冲压力来防止起皱,但是过度的拉力会通过裂痕导致失败。因此,冲压力必须处于一个狭小的范围,一方面,要高于抑制起皱的力,另一方面,要低于产生破裂的力。冲压力的狭小范围很难计算。对于冲压一个复杂形状的零件,当起皱发生在中心区域时,有意义的冲压力范围甚至不存在。 为了检查起皱的形成结构,Yoshida et al.发明了一种测试,在这种测试里,一块薄板料不是均匀的沿着它的斜度被拉伸。他们也计划一个近似的理论模型,在这种模型里面,起皱的开始取决于在压力不均匀区域中有压缩的侧部力的弹性湾曲。Yu et al.从实验性和分析性上研究起皱问题,通过理论分析,他发现带有两个圆周波的起皱可能发生,然而,实验结果显示是四到六个。当通过一个有锥度的模具画出金属板料时,Narayanasamy和sowerby用平底的冲头和半球状的冲头检查金属板料的起皱。他们也试图去把可以抑制起皱的道具分类。 那些努力都被聚中于和简单形状零件关联的起皱问题上,例如:一个圆形的杯子。在90年代早期,金属板料成形中三维动态软件和有限元方法的成功运用使得分析包括在冲压一个复杂形状零件的起皱问题成为可能。在当前的研究中,三维有限元分析法被用来分析在冲压一个带有阶梯的矩形部分的过程中,产生起皱的金属流动制造参数上。 一个带有阶梯的方形杯子,在杯子的每一边都有一个倾斜的侧壁,在带有锥度的杯子也相应的存在倾斜的侧壁。在冲压过程中,侧壁上的金属板料相对没被支撑,因此,这个部位更容易起皱。在当前的研究中,起皱过程中的各种不同的制造参数的影响都在被研究。在冲压一个带有阶梯的方形杯子时,就像图1B显示的一样,可以观测到另一种形式的起皱。为了评估分析的效力,在当前的研究中,一个确切阶梯几何形状的物体被检测。通过使用有限元分析法和用适宜的模具设计来减少起皱,起皱的原因被确定。在观测一个实际产品成形时,通过有限元分析法得到的模具设计方法得到证实。图1带有锥度方形杯子的拉伸(a)和带有阶梯的矩形杯子的拉伸(b)2有限元模型包括冲头、模具和毛坏固定器等工具几何学是用CAD或PRO/E软件来设计的。同样用CAD软件,三节点和四节点的外形元素被采用用来为以上工具生产网眼系统。对于有限元模拟来说,工具被认为是刚硬的,而且对应的网眼被用来定义工具几何学而不是压力分析。同样CAD软件使用四节点外形元素来为板形坏料构造网眼。图2显示工具的完整布置的网眼系统和用来冲压带有阶梯方形杯子的板形坏料。由于对称条件,方形杯子的四分之一被分析。在模拟中,板形坏料放在压力机上,冲模向下移动,逆着压力机夹紧板形坏料。然后冲模上升使得板形坏料按着模腔成形。图2 有限元网眼 为了表演一个精确的有限元分析法,金属板料的真实应力应变曲线被要求是输入数据的一部分。在当前的研究中,拉深成形的金属板料也被用来模拟。为在飞机上切割下的样本测试被进行,它们依次从0度的旋转方向到45度的旋转方向,再到90度的旋转方向进行着。平均的流动力,计算方程为=(0+245+90)/4,因为每一个方法真实应变通常用来模拟带锥度方形杯子和带阶梯矩形的冲压,就如图3显示的那样。 当前研究中所有的模拟利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。为了完成模似所需输入数据的设置,冲头的速度一般设置在10m/s,库仑摩擦系数设置在0.1。图3 金属板料的应力应变关系3 锥度方形杯中的起皱 正像图1a显示的那样,草图暗示着一些有关锥度方形杯子的尺寸,方形冲头每一面的长度(2WP)、模腔的尺寸(2Wd)和高度(H)被认为是影响起皱的至关重要尺寸。在当前研究中,模腔尺寸和冲头尺寸的差距的一半称作冲模间隙(记作G),G= Wd- WP。相关的在侧壁没被支撑的金属板料的宽度取决于冲模间隙,起皱假想通过增加冲压力来被抑制。相对于冲压一个锥度方形杯子,冲模间隙和冲压力两方面的影响在接下来的部分被研究。3.1冲模间隙的影响为了检查冲模间隙对起皱的影响,在冲压一个锥度方形杯子时,分别用20mm,30mm,50mm大小的冲模间隙进行模拟冲压。在每次模拟冲压中,模腔的尺寸都是固定在200mm,而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模拟中使用的金属板料都是380X380的方形尺寸,厚度也都是0.7mm,金属的应力应变曲线如图3所示。图4 G=50mm的带有锥度的方形杯子 模拟结果显示三次模拟中都发生起皱现象,冲模间隙为50mm冲压出来的杯子模拟形状如图4。从图4中可以看出,起皱分布在侧壁,侧壁拐角尤其明显。这就说明在冲压过程中,起皱是由于在侧壁有大面积区域不被支撑,同样,由于冲模间隙不一样,冲头各边的长度和模腔尺寸也不一样。由于横向压力的存大,在冲头和模腔中拉深成形的金属板料越来越不牢固。在压缩下,侧壁金属板料不受限制的拉伸是起皱的主要原因。为了比较三种不同间隙冲压出来的产品,两个主要的应变比率被介绍,=min/max,这里的min和max分别是主要的和次要的应变。Hosford和Caddell已经展示了的实际值比的评论值大,假设当起皱发生时,的实际值越大,起皱的可能性就越大。 在三个冲模间隙不同的冲压中,同一侧壁高度,沿着横截面M-N的值在图4中标记出,在图5中画出。图5中说明严重的起皱一般发生在拐角处,而对三个冲模间隙不同的冲压,在侧壁中心很少发生起皱。还说明了冲模间隙越大,的实际值就越大。因此,增加冲模间隙将增加在锥度方形杯子侧壁处发生起皱的可能性。3.2冲压力的影响众所周知,在冲压过程中,增加冲压力可以帮助排除起皱。为了研究增加冲压力的影响,冲模间隙为50mm与起皱是有关联的,用冲模间隙为50mm的模具冲压带有锥度方形杯子被用不同的冲压力来模拟了。冲压从100KN增加到600KN,这两个力分别产生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分,剩下的模拟条件与给定的是一样的。处于中间的300KN也被用来模拟。模拟结果显示冲压力的增加并没有帮助消除发生在侧壁的起皱。在图4中已标出沿着横截面M-N的值与冲压力为100KN和600KN的值作比较。模拟结果指出两种情况下,沿着横截面M-N的值是一样的。为了检查两种不同冲压力的起皱形状,正如图4和图6标出的那样,侧壁上从底部向上有五处不同位置的横截面。从图6可以看出,两个外壳的波浪形横截面是相似的。这就说明在冲压带有锥度的方形杯子时,冲压力不影响起皱的发生,这是因为起皱的原因主要是由于在有横向压力存在的侧壁处有大面积区域不被支撑。冲压力对冲头和模腔之间材料不稳定的模式并没有影响。图5 沿着横截面M-N不同冲模间隙的值4阶梯矩形杯子在冲压一个阶梯矩形杯子时,起皱发生在侧壁即使冲模间隙并不是那么重要。轮廓1显示冲压阶梯矩形杯子的冲头草图,在这张草图中,侧壁C沿台阶D-E而行。在近期的研究中,在一个实际的产品中检查到了这种几何形状。这种产品使用的原材料的厚度是0.7mm,从拉力测试中获得的应力应变关系如图3所示。这种冲压部分产品的程序包括通过清理焊缝的深拉。在这种深拉过程中,没有焊缝被用在冲模表面来帮助帮助金属的流动。但是,由于冲头拐角处的半径过小和其复杂的几何形状,如图7显示的那样,在冲头边缘上部经常发生拉裂,在真实产品的侧壁处经常发生起皱。从图7中可以看出,皱纹发分布在侧壁上,但是在阶梯边缘拐角处最为严重,就像图1(b)中A-D,B-E显示的那样。在冲头的上部边缘,金属往往被拉裂,就像图7所示。为了进一步的了解冲压过程中板料的变形,诞生了一种有限元的方法。这种有限元模拟方法被在最初的设计中。部分的模拟形状如图8所示。从图8中可以看出,零件上部边缘的网眼被拉深,皱纹分布在侧壁上,类似真实零件中的那样。图6 从图a的100KN到图b的600KN不同侧壁高度的横截面线条图7 产品零件中的拉裂和起皱图8 产品拉裂和起皱的模拟形状如图1(b)就像A-B边缘半径和冲孔拐角处A的半径一样,冲孔的半径也很小,这被认为是拉裂的最主要原因。但是,根据有限元分析的结果,拉裂可以通过增加以半径来避免。这种理念在现实产品中通过增加半径得到证实。个别的尝试也被用来消除起皱。第一,冲压力加到原来的2倍。但是,就像在拉深带有锥度的杯子中得到的结果一样,冲压力对消除起皱现象没有起有很大的效果。通过增加摩擦和毛坯尺寸也得到同样的结论。于是我们推测,这种起皱不能通过增加冲压力来得到抑制。由于在金属屈服于过大压力的区域,往往会因为大量的金属流动而起皱,一种通过在起皱区域增加挂钩用于消除起皱的简单方法被用来吸收多余的材料。为了多余的金属能有效的被吸收,挂钩应该平衡的加在起皱位置。基于这种理念,两个挂钩被加在邻近在壁上吸收多余的材料,如图9如示。模拟结果显示,阶梯拐角处的起皱正如想象的那样被吸收,但是,一些起皱仍然没被吸收。这说明在侧壁处需要更多的挂钩来吸收所有过量的材料,但是这在模具设计中是不允许的。利用有限元分析法分析冲压工序的一个优势是冲压过程中板料的变形形状可以被监测,而这在真实的产品冲压过程中是不可能的。对冲压过程中金属流动的精密监测显示板料最开始通过冲头的力按模腔的形状成形,直到板料接触到如图1(b)阶梯D-E边缘才形成起皱。起皱的形状如图9 加到侧壁的起皱图10显示的那样。这就为模具设计的改进提供了有价值的信息。图10 当板料接触台阶边缘的起皱形成图11 切除了的台阶拐角对于起皱的发生,最初的一个猜想是冲头拐角处范围A和阶梯拐角处范围D之间的金属板料处于不平坦的拉深,就如图1(b)所示。阶梯拐角处被切主要是为了改善拉深条件,这样就允许通过增加阶梯边缘有更多的拉伸被应用到如图11所示,从而使得模具设计的改进得到发展。但是,杯子侧壁处仍然有起皱,这就意味着起皱是因为整个冲头边缘和整个阶梯边缘的不平坦引起的,不仅仅是冲头拐角处和阶梯拐角处之间的不平坦。为了证实这种说法,两种改进过了的模具设计被用来实验:为了描述想象中的形状用两种拉深操作,一种是切去整个阶梯,而另一种是增加更多的拉深操作。前一个方法的模拟形状所图12所示。自从更低的阶梯被切去后,拉深工序与图12中的矩形杯子拉深工序性很相似。从图12中可以看出起皱现象已被消除。在这两种操作的拉深工序中,板料最初是被拉到很深的阶梯处,如图13(a)所示,然后,较低的阶梯在第二步拉深操作中成形,同是,如图13(b)所示的想象形状也得到了。从图13(b)可以清晰的看出,通过两步拉深工序可以造出没有起皱的阶梯矩形杯子,同时也说明在两步拉深工序中,如果相应的顺序被应用,则更低一些的阶梯处的成形是伴随更深阶梯处成形和最深阶梯边缘处成形的最早成形,如图1(b)中的A-B,因为金属不容易通过较低的阶梯进入模具型腔。图12改善模具设计的模拟形状图13 两个操作步骤中的a第一步操作 b第二步操作有限元分析法说明用简单的拉深操作来设计理想产品的冲压模具设计是很难完成的。但是,由于额外的模具费用和操作费用,两个操作的制造费用是很高的。为了保持较低的制造费用,零件的设计师对形状做出了合适的改变,而且通过有限元模拟分析法结果去切除较低的台阶来改善模具设计,如图12所示。随着设计方法的改进,产品真实的冲压模具被制造出来,而且零件还没有起皱,如图14所示。通过有限元模拟分析法得到的零件也没有起皱。为了进一步验证有限元模拟分析法的结果,有限元模拟分析法得到的沿横截面G-H的厚度分布如图14所示,这与产品的尺寸做了比较,比较的结果显示在图15。从图15可以看出有限元模拟分析法得到的预想的厚度分布和产品得到的厚度分布是相符合的。这种吻合证实了有限元模拟分析法的效率。图14 无缺陷产品零件图15 G-H处模拟和测量厚度5概要和结束语通过有限元模拟分析法研究了两种在冲压过程中的起皱,而且还检查了其起皱的原因和消除起皱的方法。第一种形式的起皱发生在冲压带有锥度的方形杯子的侧壁上,这种起皱的原因是因为冲模间隙过大(冲模间隙就是模腔的尺寸和冲头的尺寸的差距)。当金属被拉至模腔中,在冲头和型腔中有一有害的拉深时,大的冲模间隙导致金属板料的大面积区域不被支撑,因此大面积区域不被支撑导致起皱。有限元模拟分析法显示这种起皱不能通过增加冲压力的方法来得到抑制。另一种形式的起皱发生在有阶梯矩形的几何形状物体冲压过程中。起皱往往发生在台阶以上的侧壁,甚至冲模的间隙不是足够的大。通过有限元模拟法得知,这种起皱主要是由于在冲头和台阶边缘存在不平坦的拉伸。在模具设计过程中,通过有限元模拟分析法单独的尝试被用来消除起皱,切除了台阶的模具被建立。通过无缺陷的零件证实了这种模具设计方法对消除起皱的作用。有限元模拟分析法得到的结果和真实产品中看到的结果相吻合说明了有限元模拟分析法的准确性,还证实了用有限元分析法代替真实的模具制造方法的效力。感谢作者希望感谢中国人民共和国民族科学委员会授于NSC-86-2212-E002-028编号才使得这个项目得到发展。他们也希望感谢KYM提供了产品零件。参考文献1. K. Yoshida, H. Hayashi, K. Miyauchi, Y. Yamato, K. Abe, M. Usuda, R. Ishida and Y. Oike,在金属板料,皱纹机械工具的效果取决于不均匀的拉深2. T.X.Yu,W.Johnson 和 W.J.Stronge, “圆形碟子在半球形模具中的冲压成形”,机械学杂志,26,pp.131-148,19843. W.J.stronge,M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu,在冲压期间,圆形碟子的塑性起皱。实验的技巧,pp.345-353,1986.4. R.Narayanasamy和R.Sowerby,“当用一种圆锥形的冲模成形时的金属板料起皱”,材料处理技术杂志,41,pp.275-290,1994.5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell,金属成形:机械和冶金,1993年第二季。河南机电高等专科学校学生毕业设计(论文)中期检查表学生姓名学 号指导教师选题情况课题名称难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定:所在专业意见: 负责人: 年 月 日 河南机电高等专科学校毕业设计(论文)任务书系 部: 专 业: 学生姓名: 学 号: 设计(论文)题目:散热片零件冲压成形工艺及模具设计 起 迄 日 期: 2009年 3 月 10 日 5 月 15日 指 导 教 师: 发任务书日期: 2009 年 3 月 10 日毕 业 设 计(论 文)任 务 书1本毕业设计(论文)课题来源及应达到的目的: 所示图形为散热片零件,材料为T2,料厚:2mm,设计一套冲压模具,要求能适应大批量生产。未注公差按IT14。2本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等): 1、了解目前国内外冲压模具的发展现状2、分析散热片零件的冲压成形工艺并确定其工艺方案3、散热片零件的冲压模设计4、绘制模具总装图,并绘制零件图5、散热片零件的模具零件加工工艺卡6、得出设计结论所在专业审查意见:负责人: 年 月 日系部意见:系领导: 年 月 日河南机电高等专科学校毕业设计说明书毕业设计题目:散热片冲压工艺与模具设计系 部 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2009年 5月 15 日插图清单图1:零件图;图2:排样图;图3:落料凹模刃口部分尺寸;图4:冲孔凸模的结构形式;图5:凸凹模的结构;图6:活动挡料销的设计;图7:模柄的结构形式;河南机电高等专科学校毕业设计说明书散热片零件冲压工艺及模具设计摘 要冲压是在室温下,利用安装在压力机上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具在冷冲压加工中,将材料(金属或非金属)加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备,称为冷冲压模具(俗称冷冲模)。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备,是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等,与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一,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。关键词: 凸模 凹模 压力机吨位 散热片零件冲压工艺及模具设计Abstract:A complete press tool for cutting two holes in work material at one stoke of the press, as classified and standardized by a large manufacture.Any complete press tool, consisting of a pair of mating member for producing pressworked parts ,including all supporting and actuating elements of the tool ,is a die .pressworking terminology commonly defines the female part of any complete press tool as a die.A punch holder mounted to the upper shoe holds two round punches which are guided by bushings inserted in the stripper.A compound die performs only cutting operations which are completed during a single press stroke. A compound die can produce pierced blanks to close flatness and dimensional tolerances. A characteristic of compound die is the inverted position of the blanking punch and blanking die. The die is fastened to the upper shoe and the blanking punch is mounted on the lower shoe. The blanking punch also functions as the piercing die ,having a tapered hole in it and in the lower shoe for slug disposal. Key word: Raised mold Concave mold Press tonnage第 2 页 共 2 页河南机电高等专科学校毕业设计说明书散热片零件冲压工艺及模具设计摘要冲压是在室温下,利用安装在压力机上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具在冷冲压加工中,将材料(金属或非金属)加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备,称为冷冲压模具(俗称冷冲模)。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备,是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等,与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一,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。关键词: 凸模 凹模 压力机吨位 散热片零件冲压工艺及模具设计Abstract:A complete press tool for cutting two holes in work material at one stoke of the press, as classified and standardized by a large manufacture.Any complete press tool, consisting of a pair of mating member for producing pressworked parts ,including all supporting and actuating elements of the tool ,is a die .pressworking terminology commonly defines the female part of any complete press tool as a die.A punch holder mounted to the upper shoe holds two round punches which are guided by bushings inserted in the stripper.A compound die performs only cutting operations which are completed during a single press stroke. A compound die can produce pierced blanks to close flatness and dimensional tolerances. A characteristic of compound die is the inverted position of the blanking punch and blanking die. The die is fastened to the upper shoe and the blanking punch is mounted on the lower shoe. The blanking punch also functions as the piercing die ,having a tapered hole in it and in the lower shoe for slug disposal. Key word: Raised mold Concave mold Press tonnage 目 录1 绪 论51.1模具的现状和发展趋势51.1.1国内模具的现状51.1.2国内模具的发展趋势81.2国外模具的现状和发展趋势91.3散热片零件的冲压工艺及模具设计与制造方面101.3.1 散热片零件的冲压工艺的设计思路101.3.2散热片模具设计的设计思路101.3.3散热片模具设计的进度112 散热片冲压工艺的分析122.1工件工艺性分析与方案确定122.1.1冲裁件工艺性分析122.1.2工艺方案的确定:132.2排样设计132.2.1确定零件的排样:132.2.2条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算142.3模具结构形式的选择与确定142.4冲压力与压力中心的计算,初选压力机152.4.1冲裁工序总力的计算152.4.2初选压力机162.4.3压力中心的计算173 模具主要零件和主要工作机构的设计与标准化183.1工作零部件的设计与标准化183.1.1 工作零部件的计算183.1.2工作零部件的设计与标准化203.2定位装置的设计与标准化233.2.1活动挡料销的设计与标准化233.2.2导料销的设计与标准化243.3联接件的选用与标准化243.4卸料装置与推件装置的设计与标准化243.5弹簧的选用与计算253.6支承零件的设计与标准化263.6.1模座263.6.2模柄263.6.3模架273.6.4固定板283.6.5垫板284 模具的安装与调试2941模具的装配 2942模架装配3043总装与调试问题的预测305 结束语32致谢33参考文献341 绪 论模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,因为模具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。随着我国加入WTO,我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。1.1模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状 国内模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求,市场需求量维持在700亿至850亿美元,同时,我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年,我国模具产业总产值保持15%的年增长率(据不完全统计,2005年国内模具进口总值达到700多亿,同时,有近250个亿的出口),到2007年模具产值预计为700亿元,模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。单就汽车产业而言,一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元,而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2005年我国汽车产销量均突破550万辆,预计2007年产销量各突破700万辆,轿车产量将达到300万辆。另外,电子和通讯产品对模具的需求也非常大,在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前,中国17000多个模具生产厂点,从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业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。在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其它各类模具约占11%。近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m,寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模,大尺寸(300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 1、 模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来,国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂,由华中理工大学作为技术依托单位,开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间,一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统,并在模具设计制造中实际应用,取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。 21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及,现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。 模具CAD/CAM技术能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,已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间,已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG,美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer,美国CV公司的CADSS,英国DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD,多数企业已经向三维过渡,总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。 在冲压成型CAE软件方面,除了引进的软件外,华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件,并已在生实践中得到成功应用,产生了良好的效益。 快速原型(RP)传统的快速经济模具相结合,快速制造大型汽车覆盖件模具,解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具,模具精度低、制件精度低,样样制作难等问题,实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造,它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近年来也涌现出一些新的快速成型方法,例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。 2、模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下,经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 虽然如此,我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距。轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平,模具结构周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。 标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平。 但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美,高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度,提高了模具的质量,缩短了模具的制造周期。 模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可,碳化物被覆处理(TD处理)及许多镀(涂)层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用。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。模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志,就我国而言,经过了这几十年曲折的发展,模具行业也初具规模,从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步,但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展,模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术的研究和应用。大大提搞了模具设计和制造的效率。减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术,还可提高模具质量,大大减少设计和制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大的提高了它们的互换性。加强了各个地区的合作。对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。1.1.2 国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动我国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展,但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距,尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年,中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工,大幅度提高了加工效率,并可获得极高的表面光洁度。另外,还可加工高硬度模块,还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展,对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。2)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据,用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 3)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步,普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟,各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度;进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能,实现技术资源的重新整合,使虚拟制造成为可能。4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造复杂的成型电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高,估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作,以提高模具表面质量是重要的发展趋势。8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合;配有随行定位夹具或定位盘;有完整的机具、刀具数控库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。1.2 国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备,在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中,6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性,是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并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。近几年,全球模具市场呈现供不应求的局面,世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上;国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时,从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会(VDMA)工模具协会了解到,德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中(VDMA)会员模具企业有90家,这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%,可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展,国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才,他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右,而国外模具工业发达国家大多1520万美元,有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上,而我国才达到451.3散热片零件的冲压工艺及模具设计与制造方面1.3.1 散热片零件的冲压工艺的设计思路冲压加工与其它加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优点.如:冲压在少,无切屑加工方法之一,是一种省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本较低.冲压件的尺寸公差由模具保证,具有一模一样的特征,所以产品质量稳定,冲压可以壁薄,重量轻,形状复杂,表面质量好,刚性好的工件.冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程,其生产效率高,操作方便,易于机械化与自动化,用普通压力机进行冲压加工,每分钟可达几十件,用高速压力机生产,每分钟可达数百件或千件以上.1.3.2 散热片模具设计的设计思路冲裁是冲压基本工序之一,它是利用冲压模在压力机作用下,将平板坯料沿一定的轮廓线产生分离的一种冲压工序。根据变形机理的不同,冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁,常用的冲裁有落料,冲孔,切口,切断,剖切等。其中以落料冲孔应用最多,落料是沿工件的外形封闭轮廓线冲切,冲下部分为工件,冲孔是沿工件的内形封闭轮廓线冲切,冲下部分为废料。1.3.3散热片模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间20天;2.确定加工方案,所用时间5天;3.模具的设计,所用时间30天;4模具的调试所用时间5天 2 散热片冲压工艺的分析2.1工件工艺性分析与方案确定2.1.1冲裁件工艺性分析 图1 零件图 零件名称:散热片材料:T2料厚:2mm数量:大批量生产未注公差尺寸按IT13级精度制造该零件形状简单,对称,是由圆弧和直线组成的,冲裁件内外形所能达到经济精度为IT11IT14,孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5mm,将以上精度与零件的精度要求相比较,可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证,其他未注尺寸,生产批量等情况也均符合冲裁的工艺要求,故可采用冲压方式进行加工。外形落料的工艺性:散热片属于中等尺寸零件,料厚2mm,外形复杂程度一般,尺寸精度要求一般,因此可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性:内孔尺寸精度要求一般,可采用冲孔。2.1.2工艺方案的确定:该零件所需要的冲压工序为落料和冲孔,可拟定出以下三种工艺方案:方案一:用简单模分两次加工,即落料冲孔方案二:冲孔,落料复合模方案三:冲孔,落料级进模采用方案一,生产率低,工件的累计误差大,操作不方便,由于该工件为大批量生产,方案二和方案三更具有优越性。散热片零件的外轮廓及内孔之间的最小距离为8mm,大于此零件要求的最小壁厚(4.9mm),可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模。复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证,且生产率高,尽管模具结构比较复杂.级进模生产率也高,但零件的冲裁精度稍差,与保证冲压件的形位精度,需要在模具上设置导正销导正,故模具制造,安装较复合模并不复杂。通过对上述三种方案的分析比较,散热片的冲压生产采用方案二冲孔落料复合模更为合理。2.2排样设计2.2.1确定零件的排样:设计复合模时,首先要设计条料排样图,由于散热片零件外形矩形,形状较复杂,可采用直排排样的方法,可提高生产率。如下图二为零件的排样图。 图2 排样图2.2.2条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算查文献1中表2.9取得搭边值a1=2.0mm,侧面a=2.2mm。计算条料宽度: B=54+22.2=58.4mm步距: S=42+2.0 =44.0mm材料利用率的计算:计算冲压件毛坯的面积:A=4254-4(610+46)-1226=1788mm2一个步距的材料利用率: =式中 A一个冲裁件的面积,mm2; n一个步距内的冲裁件数量; B条料宽度,mm; s进距, mm得 =1788(58.444.2)100%=69.27%2.3模具结构形式的选择与确定1)正倒装结构:根据上述分析,本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序,且孔边距较大,可采用正装式复合模结构,即冲孔凹模在下模和落料凹模安排在上模。2)送料方式:因是大批量生产,采用手动送料方式。从右往左送料。3)定位装置:因散热片制件采用倒装式复合模,且制件外形较复杂,所以冲裁时所以直接用挡料销和导料板即可。4)导向方式:为确保零件的质量及稳定性,选用导柱、导套导向。由于散热片导向尺寸较小,且精度要求不是很高,所以宜采用后侧导柱模架。5)卸料方式:本模具采用倒装结构,工件留在凹模孔洞中,应在凹模孔中设置推件块,直接利用压力机的打杆装置进行卸件,卸料可靠,便于操作;卡在凸凹模上的废料可由卸料板推出;而冲孔废料则可以在下模座中开设通槽,使冲孔废料从孔洞中落下。同时在该模具中压料是由落料凸模与卸料板一起配合来实现的,所以卸料板还应具有压料的作用,应选用弹性卸料板来卸下条料废料。2.4冲压力与压力中心的计算,初选压力机2.4.1冲裁工序总力的计算由工件结构和前面所定的冲压方案可知,本工件的冲裁力包括以下部分:冲4mm孔的力P冲,落外轮廓料的力P落,向下推出4mm冲孔废料的力P卸,向下推出工件的力P推。由于刚性卸料板卸条料的废料的力不是压力机提供的,故不用计算在内。考虑到模具刃口部分被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响,实际计算冲裁力时按下面公式:P=KLtb式中 P冲裁力(kN) L冲裁件剪切周边长度(mm) t冲裁件材料厚度(mm) 被冲材料的抗剪强度(MPa) K系数,一般取1.3。上式中抗剪强度与材料种类和坯料的原始状态有关,可在手册中查询。为方便计算,可取材料的=0.8b,故冲裁力表达式又可表示为:P=1.3LtLtb式中 b被冲材料抗拉强度(MPa)。查手册得T2钢的b=300MpaP冲=312.562300=22.608kNP落=3362300=201.6 kN卸件力 P卸=nK卸P K卸推件力系数,由手册查得Kt=0.05 n同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中n=h/t h凹模刃部直壁洞口高度(mm), t料厚( mm)查文献1中表240可得和h=6mm,故n=3,又由于模具同时冲三个孔,即n=33=9 P卸=90.0522.608=10.17 kN P推=10.05201.6=10.08 kN工序总力 P总=P冲+P落+P卸+P推 =22.608+201.6+10.17+10.08=244.458 kN2.4.2初选压力机查文献4开式可倾压力机参数初选压力机型号为J23-25和23-35,见表一。表一 所选择压力机的相关参数型号公称压力/kN滑块行程/mm最大封闭高度/mm工作台尺寸/mm滑块底面尺寸/mm可倾斜角/封闭高度调节量/mmJ23-25250652703705603055JC23-35350802803806101902102060 比较两种类型的压力机,选择压力机型号为JC23-35,可满足冲压要求。2.4.3压力中心的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损,还会使合理的间隙得不着保证,从而影响制件的质量和降低模具的寿命,甚至损坏模具。 由于压圈为中心对称图形,故压力中心为压圈的中心,不需要详细计算。3 模具主要零件和主要工作机构的设计与标准化3.1工作零部件的设计与标准化(尺寸、位置、标准与示意图)3.1.1 工作零部件的计算1)冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算由于制件结构简单精度要求不高,所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。 冲孔时,间隙取在凹模上,则:凸模尺寸 dT=(dmin+x)-t0凹模尺寸dA=( dT +Zmin)0+a 式中 dA dT 冲孔凹模和凸模的刃口尺寸,mmx磨损系数,由手册1查表2-30得:IT14级时x=0.5。Zmin双面间隙,mm工件公差,mm凸模和凹模的制造公差,mm冲裁4mm孔凸模、凹模刃口尺寸的计算凸模尺寸 由手册查得=0.36dT=(dmin +x)-t0 =(4+0.50.36)0-0.004 =4.180-0.004凹模尺寸由表2-23得Zmin=0.04dA=( dT +Zmin)0+a=(4.18+0.04)0+0.006 =4.220+0.006 校核:|t|+|a|=0.01,Zmax-Zmin=0.02|t|+|a|Zmax-Zmin所以:满足间隙公差条件。2)外形落料凹模刃口尺寸的计算因为落料件为复杂的制件,且尺寸较多,所以利用凸凹模配合法,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,计算凹模的刃口尺寸,首先是根据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,还是不变这三种情况,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+0.25 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:Cj=(Cmin+0.5)60.125其落料凹模的基本尺寸计算如下 图3 落料凹模刃口部分尺寸第一类尺寸:磨损后增大的尺寸: A1=(Amax-x) 0+0.25=(2-0.50.74) 0+0.250.74=2.630+0.185第二类尺寸:磨损后增大的尺寸: B1=(Bmax+x) 0+0.05=(54+0.50.52) 0+0.250.52=54.260+0.13B2=(Bmax+x) 0+0.25=(34+0.50.30) 0+0.250.30=34.150+0.075B3=(Bmax+x) 0+0.25=(42+0.50.30) 0+0.250.30=42.150+0.075 B4=(Bmax+x) 0+0.05=(6+0.50.52) 0+0.250.52=6.260+0.13B5=(Bmax+x) 0+0.25=(30+0.50.30) 0+0.250.30=30.150+0.075B6=(Bmax+x) 0+0.25=(22+0.50.30) 0+0.250.30=22.150+0.075第三类尺寸:磨损后保持不变的尺寸:C1= C+ 0.125=5 +0.125=5+0.1250.25=5+0.03125C2= C+ 0.125=12 +0.125=12+0.1250.25=12+0.03125C3= C+ 0.125=14 +0.125=14+0.1250.25=14+0.03125落料凸模的基本尺寸与凹模相同,分别是2.63mm,54.26mm,34.15mm,42.15mm,6.26mm,30.15mm,22.15mm,不必标注公差,但要在技术条件中注明:凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制,保证最小双面合理间隙值Zmin=0.04。3.1.2工作零部件的设计与标准化1)冲孔凸模的设计冲4mm内孔的凸模,为了增加凸模的强度与刚度,凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如图四所示:图4 冲孔凸模的结构形式凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的,由于采用弹性卸料板,其凸模长度用下列公式计算: L=h1+h2+t+h式中 L凸模长度, mm h1凸模固定板高度,mm h2凹模高度,mm t材料厚度,mm h附加高度,一般取1520mm L=12+16+2+20=50模具刃口要有高耐磨性,高硬度与适当的韧性。凸模形状简单,选用T10A材料制造。凸模热处理的硬度为5862HRC。凸模强度刚度的校核,目的是检查其凸模的危险断面尺寸和自由长度是否满足要求,以防止凸模纵向失稳和折断。凸模校核采用以下公式: 对于凸模 dmin式中 dmin凸模最小截面直径,mm t冲裁材料厚度,mm 冲裁材料的抗剪强度,MPa 凸模材料许用强度,取(1.01.6)103MPadmin=1.92mm 因为dmin =4mm1.92mm 所以承压能力足够。 抗纵向弯曲力校核:对于凸模(无导向装置的圆形凸模) Lmax90d2/式中 Lmax允许的凸模最大自由长度,mm F冲模力,KN d凸模最小截面的直径,mm Lmax90d2/=9042/=16mm 所以长度适宜。凸模固定端面的压力q =弹簧实际总压缩量L总。79号弹簧的具体参数是:弹簧的外径D=55mm,材料直径d=9mm,自由高度H0=120mm,节距t=14.5mm,F1=2750N,极限载荷时弹簧高度H1=88.4mm.弹簧最大许可压缩量 Lmax= (120-88.4) mm = 31.6mm弹簧预压缩量 L2=F0/F1Lmax =1663.3/275031.6=19.11mm校核:卸料板工作行程 t+h1+h2=2+1+0.5=3.5mm 凸模刃磨量和调节量 h3=6mm 弹簧实际总压缩量 L总= L2+t+h1+h2+h3=19.11+3.5+6=28.61mm由于31.628.61, 即LmaxL总,所以所选弹簧是合适的。79号弹簧的规格为:外径: D=55mm钢丝直径: d=9.0mm自由高度: H0=120mm装配高度: h2=h0-L2=120-19.11=100.89mm弹簧的窝座深度:h=H0-Lmax+h卸料板+t+1-h凸凹模-h修模=120-31.6+16+2+1-77-6=24.4mm弹簧的外露高度:H3=H2-h-h卸料板窝深=98.57-24.4-7=67.17mm3.6支承零件的设计与标准化3.6.1模座上模座的作用用来固定上模部分零件,并通过模柄或螺栓,压板把上模固定到压力机滑块上,同时又起传递并承受冲裁力的作用。下模座用来固定下模部分零件,通过螺栓,压板将下模座固定在压力机工作台面上,同时起着承受并分散冲裁力的作用。模座的形状选择矩形模座,矩形模座的长度应比凹模板长度大4070mm,宽度可以略大于或等于凹模板的宽度,模座的厚度一般为凹模板厚度的1.01.5倍。模座材料选用HT200.3.6.2模柄模柄的作用是使模具的中心线与压力机的中心线重合,并把冲压模具上模部分零件固定在压力机滑块上。模柄材料选用Q235钢,其支撑面应垂直于模柄的轴线,模柄压入上模座后应将底面磨平。模柄的结构形式如下图所示:图七 模柄的结构形式3.6.3模架模架是由上,下模座,模柄及导向装置组成。模架选择导柱,导套为导向装置的模架,选用后侧导柱模架,导向装置在后侧,可以纵向或横向送料,完成本模具的设计要求。模架各零件标记如下:上模座:250mm250mm50mm下模座:250mm250mm65mm导柱: B35h5210mm55mm导套: B35h6110mm43mm模柄: 60mm115mm垫板厚度:250mm160mm12mm卸料板厚度:250mm160mm16mm凸模固定板厚度:250mm160mm28mm模具的闭合高度:H闭=h上模座+h垫板+h凸模固定板+h落料凹模+t+h卸料板+h弹簧外露+h下模座=(50+12+28+36+2+16+67.17+65)mm=277mm3.6.4固定板固定板主要用于小凸模,凸凹模等工作零件的固定,凸模固定板选用矩形固定板,其平面尺寸可与卸料板的外形尺寸相同,厚度取凹模厚度的0.60.8倍,固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6,H7/n6,压装后将凸模端面与固定板一起磨平。固定板材料选用45钢,无需热处理淬硬。3.6.5垫板 垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力,以降低模座所受的单位压力,防止模座被压出凹坑,影响凸模的正常工作。垫板外形尺寸可与固定板相同,其厚度一般取310mm,垫板材料为45钢,淬火硬度为4348HRC。垫板上下面要磨平,以保证平行度要求。4 模具的安装与调试冲模装配原则是将模具的主要工作零件如凹模,凸模和定位板等选用装配的基准件,装配顺序如下:选择装配基准件,按基准件装有关零件,控制调整冲裁间隙,然后试冲.导板模常选导板作装配基准件,将凸模穿过导板进入凹模,调整好间隙和侧面导板位置后,先装下模,后装上模,经试冲合格后,用销钉定位紧固,再以凹模做定位,将凸模装于固定板中,调整与凹模的间隙均匀后,组装上模,该装配顺序有利于调整准确步距,能使步距累积误差趋向于零值。41模具的装配 模具装配适合于采用集中装配,在装配工艺上多采用修配法和调整装配法来保证装配模具,从而实现能用精度不高的组成零件,达到较高的装配精度,降低零件的加工要求。 对装配有如下要求:1)模架精度应符合标准JB/T8050-1999冲模模架技术要求,JB/T8071-1995冲模模架精度检查规定,模具的闭合高度应符合图纸规定要求。2)装配好的冲模、上模沿导柱上、下滑动应平稳可靠。3)凸凹模间的间隙应符合图纸规定的要求,分布均匀。4)紧固件装配应可靠,螺纹、螺柱旋入长度在刚件连接时应不小于1.5倍螺纹直径,螺纹和销钉端面应不露出上、下模座零件表面。5)标准件应能互换,紧固螺钉和定位销钉与其孔的配合应正常良好。6)模具应在生产的条件下进行试验,冲出的制件应符合设计要求。本模具的装配选凸、凹模为基准件,先装上模、再装下模,装模后应保证间隙均匀。42模架装配模架装配的主要技术要求如下:(1)组成模架的各零件均应符合相应的技术标准和技术条件,其中特别重要的是,每对导柱,导套间的配合间隙应符合要求。 (2)装配成套的模架,三项技术指标,上模座上平面对下模座下平面的平行度,导柱轴线对下模座的平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座上平面的垂直度,应符合相应精度等级要求。(3)装配后的模架,上模座沿导柱上,下移动应平稳,无阻滞现象。(4)压入上,下模座的导套,导柱,离其安装表面应有12mm,的距离,压入后牢固,不可松动。(5)装配成套的模架,各零件的工作表面不应有碰伤,裂纹以及其它机械损伤。 模架装配主要是指导柱,导套的装配,目前大多数模架的导柱,导套与模座之间采用过盈配合,但也有少数采用粘接工艺的,即将上,下模座的孔扩大,降低其它加工要求,同时,将导柱,导套的安装面制成有利于粘接的形状,并降低其加工要求。装配时,先将模架的各零件安放在适当的位置上,然后,在模座孔与导柱,导套之间注入黏结剂即可使导柱,导套固定。43总装与调试问题的预测根据模具装配图的技术要求,完成模具的模架,凸模部分,凹模部分等分装之后,即可进行总装配。总装时,应根据上,下模零件在装配和调整中所受限制情况来决定先装上模还是下模一般是以受限制的最大的部分此模具应先把凸模固定在凸模固定板上,以已装好的凸模为基准固定复位装置座板和橡胶,通过螺钉来固定起来。试冲,模具装配以后,必须在生产条件下进行试冲,通过试冲可以发现模具设计和制造的不足并找出原因,对模具进行适当调整和修理,直到模具正常工作冲出合格的制件为止。冲裁模具以试冲合格后,应在模具模板正面打刻编号,冲模图号,制品,使用压力机型号,装配钳工工号,制造日期等,并涂油防锈后经检验合格入库。5 结束语通过这次模具设计,本人在多方面都有所提高。这次毕业设计,综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容,掌握冷冲压模具设计的方法和步骤,掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性,怎样确定工艺方案,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了规范和标准,同时各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中,体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。在此感谢我的老师原红玲讲师. 他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 感谢我的导师苏光老师,这篇毕业设计的每个实验细节和每个数据,都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度,帮助我能够很快的融入我们这个新的实验室。同时感谢对我帮助过的同学们.由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师们多多指教,我十分的乐意接受你们的批评与指正,本人将万分感谢。致谢感谢我的导师苏光老师,他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。这篇毕业设计的每个实验细节和每个数据,都离不开你的细心指导。随着社会的发展,机械行业的模具专业在我国现代工业发展中成为一个越来越重要的分支。模具渗透着整个社会。不管在那个行业,都有模具的存在。日常生活中轻重工业,都离不开模具生产,模具就是为了得到所需要的产品。要什么样的产品,就可以生产什么样的模具,如(塑料模具 、冷冲压模具、压铸模、橡胶模 )。而目前形势的需要,产品更新换代更快更易,所以模具行业的发展空间很大,有待我们去努力,去探索。模具生产过程是一个循序渐进的过程,生产模具过程中可能用到的的机器有很多种类,如(电火花成型机、数控线切割、车床、铣床、刨床、磨床、镗床等)。三年
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