1721_油箱注油口冲压工艺及模具设计
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1一、 选题的依据及意义:随着世界经济技术的不断发展与壮大,冲压技术和模具应用的范围越来越广泛,也越来越受到各行各业的重视,在整个国家经济建设和相关部门中,都涵盖了冲压工艺和模具应用,它不仅与整个机械行业紧密的联系在一起,而且与人们的日常生活有着千丝万缕的关系。冲压工艺与冲压设备正在不断地发展,特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展,把冲压的技术水平提高到了一个新高度。新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广,模具各种表面处理技术的发展,冲压设备和模具结构的改善及精度的提高,显著地延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点,在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器,以及日常生活用品等行业应用非常广泛,占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高,冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。模具是工业产品生产应用的重要工艺设备,按成型的对象和方式来分,模具大致可以分为三类:金属板料成型模具(如冷冲压模) ;金属体积成型模具(如锻造模,粉末冶金模,压铸模等) ;非金属材料成型模具(如塑料模,玻璃模,陶瓷模等) ,其中使用量最大的是冲压模和塑料模,约占模具总量的 80%左右。模具工业在我国也已成为国民经济发展的重要基础工业之一,国民经济的支柱产业如机械,电子,汽车,石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应,都需要大量的模具,特别是汽车,电机,电器,家电和通信等产品中 60%80%的零件都要依靠模具成型。二、 冲压工艺模具设计国内外研究概况及发展趋势:冲压工艺的国内外研究概况及发展趋势: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。2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。冲压工艺的种类: 冲压主要是按工艺分类,可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁,其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离,同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形,制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中,常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大,要求冲压材料厚度精确、均匀;表面光洁,无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等;屈服强度均匀,无明显方向性;均匀延伸率高;屈强比低;加工硬化性低。 在实际生产中,常用与冲压过程近似的工艺性试验,如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能,以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间,这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产),以及研制快速换模装置,可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间,能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间,能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。3冲压设备除了厚板用水压机成形外,一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心,配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置,并利用计算机程序控制,可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下,在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序,常常发生人身、设备和质量事故。因此,冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。发展遇阻冲压成形业寻求突破:据统计,2003 年我国生产汽车冲压件约 240 万吨/8 亿件,摩托车冲压件约 28 万吨/19 亿件,拖拉机、农用车冲压件约 96 万吨/7.1 亿件,家用空调和冰箱冲压件 100 万吨/12.8 亿件。业内专家预计,随着冲压成形行业最大用户市场-汽车行业今后继续迅猛发展,中国冲压行业已迎来了一个快速发展机遇期,但能否抓住机遇获得新的更快的发展,专家指出,前进的道路上尚有许多阻力和障碍需要克服与突破。阻力一:机械化、自动化程度低美国 680 条冲压线中有 70%为多工位压力机,日本国内 250 条生产线有32%为多工位压力机,而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多;中小企业设备普遍较落后,耗能耗材高,环境污染严重;封头成形设备简陋,手工操作比重大;精冲机价格昂贵,是普通压力机的 510倍,多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用;液压成形,尤其是内高压成形,设备投资大,国内难以起步。突破点:加速技术改造要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面,结合具体情况,采取新工艺,提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线,特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度,加速冲压生产线的技术改造,使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备,使其发挥新的生产能力。阻力二:生产集中度低4许多汽车集团大而全,形成封闭内部配套,导致各企业的冲压件种类多,生产集中度低,规模小,易造成低水平的重复建设,难以满足专业化分工生产,市场竞争力弱;摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争,处于“优而不胜,劣而不汰”的状态;封头制造企业小而散,集中度仅 39.2%。突破点:走专业化道路迅速改变目前“大而全”、“散乱差” 的格局,尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来,按冲压件的大、中、小分门别类,成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路,才能把冲压零部件做大做强,成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。阻力三:冲压板材自给率不足,品种规格不配套目前,我国汽车薄板只能满足 60%左右,而高档轿车用钢板,如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm 以上) 等都依赖进口。突破点:用材应与行业协调发展汽车用钢板的品种应更趋向合理,朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展,并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料,扩大应用已势在心行。阻力四:科技成果转化慢先进工艺推广慢在我国,许多冲压新技术起步并不晚,有些还达到了国际先进水平,但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多,有的仅处于试用阶段,吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少,导致企业对先进技术的掌握应用慢,开发创新能力不足,中小企业在这方面的差距更甚。目前,国内企业大部分仍采用传统冲压技术,对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术备。突破点:走产、学、研联合之路我国与欧、美、日等相比,存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体,科研难以做大,成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目,以高校和科研单位为技术支持,企业为应用基地,形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体,形成既能开发创新,又能迅速产业化的良性循环。阻力五:大、精模具依赖进口5当前,冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要,而且标准化程度尚低,大约为 40%45%,而国际上一般在 70%左右。突破点:提升信息化、标准化水平必须用信息化技术改造模具企业,发展重点在于大力推广 CAD/CAM/CAE一体化技术,特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE) 。加速我国模具标准化进程,提高精度和互换率。力争 2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60%,2010 年达到 70%以上基本满足市场需求。阻力六:专业人才缺乏业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要,尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外,众多合资公司由外方进行工程设计,掌握设计权、投资权,我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。突破点:提高行业人员素质这是一项迫在眉睫的任务,又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才,大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家,大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气,有计划、分层次地培养。冲压成形用户市场的迅猛发展为冲压行业带来了全新的发展机遇,虽然在冲压业发展的道路上还存在着各种各样的阻力与障碍,但我们始终相信,这些都阻挡不了冲压行业前进的步伐。模具设计国内外研究概况及发展趋势当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求,模具必然会有如下发展趋势:模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展,技术广泛用于制模业,使模具结构更趋科学合理,大大提高了模具加工精度,缩短了模具设计加工周期,减少了产品开发时间。多功能复合模具将进一步发展。多色和多材质塑料成型模具也将有较快发展,这种模具缩短了产品的生产周期和装配周期,今后在不同领域将得到发展和应用。6(1) 随着热流道技术的发展,热流道模具在塑料模具中的比例将逐步提高。由于采用热流道技术的模具可以提高制件的生产率和质量,并能大幅度节约制件的原材料,因此,热流道技术在国外发展很快,已经十分普遍。(2) 随着塑料成型工艺的不断改进与发展,气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。塑料件的精度分尺寸精度、几何精度和外观精度(即光泽、色调等)3 种,为了能够达到这些精度,将继续研究高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具。在注射成型中,影响成型精度的最大因素是成型收缩,高压注射成型可减小树脂收缩率,增加塑料尺寸的稳定性。模具要求刚性好、耐压高,特别是精密模具的型腔应淬火,浇口密封性要好,模温应准确控制。气体辅助成型技术已比较成熟,它能改善塑件的内在和外观质量,具有注射压力低、制品变形小和易于成型壁厚差异较大的制品等优点,而且可以节约原料及提高制件生产率,从而大幅度降低成本。气辅模具在我国已出现,并取得良好效果。(3) 随着车辆和电机等产品向轻量化发展,压铸模的比例将不断上升,同时对压铸模的寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。随着以塑代钢、以塑代木的进一步发展,塑料模的比例将不断提高,同时,由于机械零件的复杂程度和精密的不断提高,对塑料模的要求也将越来越高。模具技术含量将不断提高,中、高档模具比例将不断增大。三、 研究内容及实验方案:本次毕业设计的冲压件是油箱注油口冲压件的生产过程的设计。该工件是一个带凸缘的筒形件,在 53mm 的内孔中,用来注油要求有较高的光洁度和相对的位置精度。除了要保证它的公差外还要保证它的高度及其孔内的圆角半径R5mm。从以上对油箱注油口的形状分析当中不难看出,它需要经过落料,拉深,冲预制孔,翻边,修边等冲压工序,但它需要几次拉深,冲预制孔、翻边尺寸如何计算以及冲侧孔应该采用哪种方式和如何布置等成为本次设计的重点和难点。本次设计的模具精度并不需要很高,达到 IT10-IT9 均可满足要求。对于注油口的冲压工艺现在有以下三个方案:此件虽然是一般带凸缘拉深件,但加工底部 53mm 孔可以有多种方案。方案一:拉深后再车去底部方案二:拉深后再冲去底部7方案三:拉深后冲预制孔再翻边1) 落料、拉深复合,再冲孔、翻边复合2) 落料、拉深、冲孔复合,再翻边在上述三种加工方案中,采用第一种方案,工件的质量较高,但生产率低,而且费料。在工件底部要求不高的情况下,不适宜采用。第二种方案需要增加整形工序,而且质量不易保证。采用第三种方案中,1)方案冲孔、翻边复合将使翻边凸模的厚度太薄,加工较麻烦,而且可能造成强度不够等缺点。2)可以避免 1)中的缺点且生产率高,而且省料。另外,按工件使用情况翻边工序完全可以保证工件技术要求。所以采用第三种方案中的 2)较合理。四、 目标、主要特色及工作进度:本次毕业设计的内容为油箱注油口的制造,该工件是一个带凸缘的筒形件,体积比较小,由于制造数量很多,需要大批量的注油口零件,因此该零件必须满足生产率高,且注油口可能在使用中需要更换,要求注油口有很好的互换性,在满足上面条件的前提下,在制造过程中选择冲压模具来制造该零件,使用冲压模具制造的优点不仅生产率高,零件互换性好,在使用模具制造过程中,还可以提高板材的利用率,通常材料利用率可达 70%85%,降低生产成本。成型的零件机械性能好,冲压件普遍具有重量轻,强度高,表面成形质量好的特点。进度安排:1. 查阅相关资料,外文资料翻译(6000 字符以上) ,撰写开题报告。第 1 周第 2 周2冲压工艺方案分析与确定 第 3 周第 4 周3落料、拉深、冲孔复合模的设计及计算 第 5 周第 8 周4. 翻边模、切边模的设计及计算 第 9 周第 11 周5绘制零、部件图 第 12 周第 16 周6. 整理毕业论文及答辩准备 第 17 周五、 参考文献1 高锦张,陈文琳,贾俐俐.塑形成形工艺与模具设计.北京:机械工业出版社,2001.2 郝滨海.冲压模具简明设计手册.北京:机械工业出版社,2001.3 卢险峰.冲压工艺模具学(第二版).北京:机械工业出版社,2005.84 邓明.实用模具设计简明手册.北京:机械工业出版社,2006.5 鄂大辛.成形工艺与模具设计.北京:北京理工大学出版社,20076 唐增宝,常见娥.机械设计课程设计(第三版).武汉:华中科技大学出版社,2006.7 朱辉,唐保宁,陈大复.画法几何及工程制图(第五版).上海:上海科学技术出版,2002.8 朱旭霞.冲压工艺及模具设计.北京:机械工业出版社,2008.8 黄志辉.模具设计与制造基础.北京:电子工业出版社,2007.10 田福祥.创新模具结构设计应用实例.北京:机械工业出版社,2008.11 王浩刚.模具专业英语.北京:人民邮电出版社,2008.12 模具实用技术丛书编委会 .冲模设计应用实例 .北京:机械工业出版社,200313 万战胜,顾圣岩,庞锐 .冲压模具设计 . 武汉:中国铁道出版社,199914 冲模设计手册编写组 .冲模设计手册 .北京:机械工业出版社,200215 冲压工艺与模具设计(西华大学教材)16 王孝培 .冲压手册(第二版).北京:机械工业出版社,199517 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