材料成型及控制工程专业毕业设计-侧弯支座冲压模具及工艺设计.doc

侧弯支座冲压模具及工艺设计 38上海电机学院毕业设计任务书课 题 侧弯支座冲压模具及工艺设计 2010年3月1日 至2010年6月27日共17周专 业 材料成型及控制工程专业 年 级 06级 姓 名 学 号 BJ06634 学 院（系）院长（签字） 指 导 教 师 （签字） 2009 年 12 月 15 日注：本任务书由上海电机学院教务处印制。课题来源工厂实际生产零件。课题的目的、意义课题目的是使学生通过毕业设计完成之后，能掌握冲压模具设计的方法和步骤，能设计一般的冲压模具，能够熟悉模具行业的标准，能够借助工具翻译相关英文资料等。学生通过数月毕业设计对冲压模的具体设计及工艺确定可以使知识进一步深化，并可以熟悉通用三维造型软件等。要求本课题要求学生在查阅、翻译相关文献，分析塑件结构特点、材料特性的基础上完成一副完整的成型模具的设计及关键零件加工工艺的制定。具体包括：查阅相关文献至少10篇，翻译专业文献2万字，绘制模具装配图和零件图，图纸折合为两张A0图，编写说明书1.5万字左右。课题主要内容及进度图示零件为侧弯支座，材料为2A12M，厚度为1mm，生产批量为120万件。对制件技术要求是表面不得有划痕，无毛刺等，而2A12M材料表面容易划痕，因此要求冲件间隙合理，工作面表面粗糙度值要小。采用级进模生产。进度安排：工艺分析和相关计算：4周；模具结构设计：4周；三维和二维造型：4周；工艺过程确定：4周。以上各项由指导教师填写（请用钢笔填写） UG 15张图CAD10张图摘 要本次设计生产的是侧弯支座，零件外形虽然比较简单，但成形工艺复杂，包括冲裁和多次弯曲。而且精度要求比较高，形状比较复杂，生产批量大。通过工艺性分析，工序为落料、冲孔和弯曲。为了适应大批量生产的要求，采用级进模制造，能很好的解决上述问题。原料为2A12M，采用自动送料器和自动送料装置送料。模架采用四导柱四导套结构和弹性卸料板，并在卸料板和固定板之间设置辅助导向机构的小导柱和小导套，保证卸料板有足够的运动精度。关键词：侧弯支座，级进模、落料，冲孔，弯曲ABSTRACTWhat this design produces is a lateral support, the accuracy has higher request, the shape is more complicated, produce batch quantity big, pass craft analysis, work preface all for fall to anticipate with blunt bore and bending. Adopting the class enters a mold manufacturing, can be good to resolve these problems. The raw material selects the 2A12M material, the adoption sends to anticipate a machine automatically and sends to anticipate device to send to anticipate automatically.The mold adopts four lead pillar and Four sets of lead and flexibility of the bead, and be unloading to anticipate plank and fix plank of the constitution lend support to direction organization-small lead pillar with small lead a set, assurance unloads to anticipate the plank contain enough sport accuracy.Key words: lateral support ，progressive die ，fall to anticipate， blunt bore， bending目 录1 绪论-11.1 冲压加工与模具设计简介-11.2 冷冲压与模具技术国内外发展现状-21.3 选题的意义-32 工艺分析、排样设计及方案对比确定-42.1 冲裁件工艺性分析-4 2.1.1 分析工件的技术要求-5 2.1.2零件材料的选用-5 2.1.3零件的结构工艺性分析-5 2.2 冲裁工艺方案的对比与确定-6 2.2.1冲裁工序的组合-6 2.2.2冲裁顺序的安排-7 2.2.3工艺方案的比较-7 2.3 冲裁件排样设计-8 2.3.1排样方法-8 2.3.2搭边值的选用-9 2.3.3条料宽度的确定-10 2.3.4步距的确定-11 2.3.5材料利用率的确定-113 冲压力及压力中心的确定-13 3.1 冲压力的计算-13 3.2 压力中心的计算-15 3.3 压力机的选择-16 3.3.1冲压设备类型的选择-16 3.3.2确定压力机设备的规格-174 模具结构设计-18 4.1 冲裁间隙-18 4.1.1冲裁间隙的影响-18 4.1.2冲裁间隙的选用-19 4.2 模具刃口尺寸的计算-21 4.2.1计算原则-21 4.2.2计算方法-21 4.2.3各工位凸凹模刃口尺寸计算-224.3 送料方式的确定-254.4 定位方式的选择及定位装置-254.5 卸料方式的选择-254.6 模架的选择-254.7 卸料板及其配套设施的选择-264.8 导料装置-275 模具总装配图-28 5.1 装配图的绘制-28 5.2 模具零件图的绘制-28 5.3 编写说明书-286 模具零件设计及强度校核-29 6.1 工作零件设计-29 6.1.1小凸模设计-29 6.1.2 落料凸模设计-29 6.1.3 异型孔冲模设计-29 6.1.4 切断模设计-296.2 垫板、凸模固定板设计-307 模具制造工艺-328 结论-349 参考文献-3510 致谢-36 1 绪论1.1 冲压加工与模具设计简介冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术1。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-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。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点2。主要表现如下：（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2） 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。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3。冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特征分类：根据工艺性质分类：（1）冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。（2）弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。（3）拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。（4）成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。根据工序组合程度分类：（1）单工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。（2）复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。（3）级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。冲压加工主要应用4：由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快二完善的得到解决。1.2 冷冲压与模具技术国内外发展现状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。近年来，我国模具标准件的生产和销售形势是“产销两旺”，主要是因为汽车工业的发展和国家“十一五”规划确定要以重化工业为重点的拉动。根据对部分模具标准件企业的书面调查，2007 年与2004 年相比，产量平均增长37.6%，销售额平均增长39.66%。重视技术改造, 加大对新设备的投资，增强市场竞争的“硬件”实力。根据对部分单位的调查，近3 年来每个单位平均投资为1326.27 万元，主要增添了加工中心、数控设备等。在引进、消化的基础上开展自主创新，使新型模具标准件品种增多，特别是出现了不少与汽车模具配套的新产品。国外模具标准件快速进入我国，使市场竞争日趋激烈，促使国内标准件企业采取了诸多新的应对举措5。比如，加速新型模具标准件的研制；根据企业自身的实力和市场不同层次的需求，有针对性地拓展市场，向相关行业发展，保证了以“标准件为主”向“多种经营”发展，以筹措集累资金，保证模具标准件专业的稳步发展；积极开拓国际市场，我国的模具标准件已开始远销国外，有的企业出口销售额已占总销售额的30% 以上；采取先进的销售经营措施。我国模具标准件从改革开放以前的“自产自销，自我配套”，到近年来的“委托经销”向“网络销售”发展，为此，标准件委员会经过3年的努力已建成“中国模标商务网”，实现了与中国模协“信息网”的链接，现已开通为用户服务；加大了标准件委员会主办的“模标商情”杂志的信息量，设立了“专题论述”、“协会信息”、“技术交流”、“经验交流”、“专题论述”、“企业采风”等栏目，加大了对标准件企业的宣传力度。冲模CAD/CAM技术已成为冲压工艺与模具的主要发展方向之一。我国在冲压模具的CAD/CAM方面也取得了重大的发展。上海交通大学在80年代初期开展了打规模的CAD/CAM研究开发工作，采用交互设计方法进行条料排样，模具结构及零件设计方面采用了典型结构及标准零件的自动调用和交互设计相结合的方法，开发了智能化数据库，贮存了各种冲模的典型结构、标准零件、设计经验 、设计方法和步骤，并向用户开放，目前在上海交通大学已建立了模具CAD/CAM国家工程中心6。现代冲压加工的发展趋势，可以概括为以下几个方面：（1）深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性现代冲压加工的发展趋势，可以概括为以下几个方面： （2）深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。 制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料所替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。 （3）在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM），发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。 （4）推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。 （5）精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济。1.3 选题的意义冲压工艺及模具设计在制造行业中占有十分重要的地位，在机械、电子、汽车、航空以及轻工业等领域有广泛的应用。由于冲压加工具有生产率高、生产成本低、操作简单、适合大批量生产等优点，在制造业中有着广阔的发展前景，因而需要大量的工程技术人员去从事和研究冲压工艺和模具设计方面的内容。国外发达国家对冲压加工技术的应用、研究和开发都比较重视，我国也非常重视冲压技术人才的培养7。通过对所给零件的冲压模具设计，可以促进我们专业知识的巩固，增长见识，拓宽知识面，巩固和加强机械制图、机械设计、冲压模具设计与制造等专业理论知识在实际生产中的应用，培养我们综合运用所学过的知识分析、解决实际工程问题的能力，为今后的学习和工作积累经验，奠定良好的基础。2 工艺分析、排样设计及方案对比确定冲裁工艺设计主要包括冲裁件的工艺分析和冲裁工艺方案的确定两方面的内容。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最小的材料消耗，最少的工序数量和工时，稳定地获得符合要求的优质产品，并使模具结构简单，寿命高，因而可以减少劳动量和冲裁成本。本次设计工件图如图2-1，零件三维图如图2-2：图2-1 零件图图2-2 零件三维图2.1 冲裁件工艺性分析冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，在冲裁加工中的难易程度。一般情况下，对冲裁工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、行为公差及技术要求等。冲裁件的工艺性合理与否，影响到冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产效率等。2.1.1 分析工件的技术要求（1）加工表面的尺寸精度及尺寸基准工件中对标有尺寸精度的尺寸按照零件图的精度进行设计，对其他未标尺寸按一般精度设计，即按国标对非圆形工件精度等级取IT14级设计，对圆形工件精度等级取IT10级设计。 冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上，切不要与参加变形的部分联系起来。 （2）主要加工表面的形位公差精度通过分析零件图，零件的主要形位公差精度未标注，形位公差精度按一般的精度要求处理即可满足工艺要求。（3）表面质量要求工件未标有表面质量精度要求，按照一般要求处理即可满足工艺要求，即表面粗糙度Ra=3.2。2.1.2 零件材料的选用工件材料为2A12M，即硬铝。硬铝（含2.24.9Cu、0.21.8Mg、0.30.9%Mn、少量的硅，其余是铝），有良好的机械性能、强度大又便于加工，而且密度小，可作轻型结构材料。 一般的硬铝中，镁不超过2%。锰可提高强度和耐蚀性，但一般限制锰小于1%，加入少量的钛可细化晶粒，铁与硅均限制在小于0.5-0.6%，并希望铁硅比值大于等于一。 硬铝的缺点主要有：（1）耐蚀性不良，因此不得不在硬铝板材表面用轧制方法包一层工业纯铝（纯铝厚度占板材厚度3-5%）成为包铝硬铝。有包铝层时强度有所下降。（2）固溶处理温度范围窄，小于此温度不能发挥最大强化效果，而超出上限温度，又有产生晶界“过”的可能使晶粒聚集受到破坏。（3）焊接裂纹倾向大，用熔焊法有困难。2.1.3 零件的结构工艺性分析此零件为侧弯支座，材料为2A12M，厚度为，生产批量为100万件。对制件技术要求是表面不得有划痕，无毛刺等，而2A12M材料表面容易划痕，因此要求冲件间隙合理，工作面表面粗糙度值要小。采用级进模生产，选用连续弯曲方式，以适应大批量生产的需求。零件结构对称，形状不复杂，但成形工艺复杂，包括冲裁和多次弯曲，但没有违反冲裁的工艺性原则，零件能满足冲压工艺要求，可以进行下一步的设计。冲裁件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料。矩形孔两端宜用原弧连接，以利于模具加工。冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命。冲孔件上孔和孔、孔与边缘之间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过薄或因材料易被拉入凹模而影响模具寿命。2.2 冲裁工艺方案的对比及确定2.2.1 冲裁工序的组合冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。复合冲裁是在压力机一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，在模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几个冲程外，每次冲程都可完成一个冲裁件。冲裁组合方式的选择由以下几个方面来综合考虑：（1）生产批量 模具费用在制件成本中占很大比例，因此生产批量在很大程度上决定所用模具结构。一般说来，新产品试制与小批量生产，模具结构简单，力求制造快，成本低，采用单工序冲裁，对于中批和大批量生产，模具结构力求完善，要求效率高、寿命长，采用复合冲裁或级进冲裁。（2）冲裁件尺寸精度 复合冲裁所得的工件公差等级高，内、外形同轴度一般可达0.020.04mm,因为它避免了多次冲压的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平整，不翘曲。级进冲裁所得的工件的尺寸公差等级较复合冲裁低，工件有拱弯、不够平整。单工序冲裁的工件精度最底。（3）对工件尺寸、形状的适应性 复合冲裁可用于各种尺寸的工件。材料厚度一般在3mm以下。但工件上孔与孔间和孔与边缘之间的距离不能过小。孔边距小于最小合理值时。若采用复合冲裁，则该部位的凸凹模的壁厚因小于最小极限值，易因强度不足而破裂。此时也不宜采用单工序冲裁，因孔边距过小，落料后冲孔时，这些部位会发生外胀和歪扭变形，得不到合格的产品，这时宜采用级进冲裁，这样可避免这些缺陷。级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形零件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁要大。但级进冲裁受压力机台面尺寸与工序数的限制，冲裁工件一般为中、小型件。为提高生产效率和材料利用率常采用多排冲压。级进冲裁时广泛采用多排冲压，但复合冲裁则很少使用。（4）模具制造、安装调整和成本 对复杂形状的工件，采用复合冲裁与采用连续冲裁相比，模具制造，安装调整较易，成本较底。尺寸中等的工件，由于制造多副单工序比复合模昂贵、也宜采用复合冲裁。对简单形状、精度要求不高的零件，采用级进冲裁，模具结构较之复合模简单，易于制造。（5）操作方便与安全 复合冲裁工件不能漏下，出件或清除废料较困难，工作安全性较差，级进模冲裁时操作者不必将手伸入模具的危险区域。对大量生产，还采用自动送料机构，模具内装有安全检测装置。2.2.2 冲裁顺序的安排级进冲裁和多工序冲裁的工序顺序安排可参考以下原则：（1）级进冲裁的顺序安排 先冲孔（缺口或工件的结构废料），最后落料或切断，将工件与调料分离。首先冲出的孔一般作后续工序定位用。若定位要求较高，则要冲出专供定位用的工艺孔。（2）多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排先落料使毛坯与条料分离，然后以外轮廓定位进行其他冲裁。后续各冲裁工序的定位基准要一致，以避免定位误差和尺寸链换算。冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔，后冲小孔。2.2.3工艺方案的比较根据以上情况，结合工件的外形尺寸和形状，确定工件包括落料、冲孔、弯曲等工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：采用单工序模生产。单工序模结构简单，制作周期短，制作成本低廉；但生产效率低，冲出的制件精度不高，且工人劳动强度大，不适合大批量的生产。方案二：采用复合模生产。复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。但模具结构复杂，模具制造较困难，制造成本高，制造周期长等。方案三：采用级进模生产。在一副级进模上可对形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等工序，故生产率高，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产。由于采用条料（或带料）进行连续冲压，所以操作方便安全。级进模的主要缺点是结构复杂，制造精度高，周期较长，成本高。若采用方案一，需五副模具才能完成，一副冲外形，一副冲孔，三副弯曲。生产效率低，生产过程复杂，浪费了人力、物力、财力，从经济性的角度考虑