燈罩沖壓成形工藝及模具設計【落料拉深沖孔、翻邊復合模】【含29張CAD圖】
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11.緒 論目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。1.1 國內模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1.1 國內模具的現(xiàn)狀我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003 年我國模具生產(chǎn)廠點約有 2萬多家，從業(yè)人員約 50 多萬人，2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務飽滿，2004 年模具產(chǎn)值 530 億元。進口模具 18.13 億 美元，出口模具 4.91 億美元，分別比 2003 年增長 18%、32.4%和 45.9%。進出口之比2004 年為 3.69:1，進出口相抵后的進凈口達 13.2 億美元，為凈進口量較大的國家。在 2 萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有 20 多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。 近年來，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:第一，體制不順，基礎薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應市場經(jīng)濟，再加上國內模具工業(yè)基礎薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術方面。 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15～20 萬美元，有的高達25～30 萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內許多企業(yè)采用了先進的加工設備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設備數(shù)控化率和 CAD/CAM 應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設備不配套，設備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書2第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關技術落后．模具材料性能、質量和品種往往會影響模具質量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。1.1.2 國內模具的發(fā)展趨勢巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括以下幾方面: 1） 模具日趨大型化； 2）在模具設計制造中廣泛應用 CAD/CAE/CAM 技術； 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)； 4）在塑料模具中推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型和高壓注射成型技術； 5）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率； 6）發(fā)展優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術； 7）模具的精度將越來越高； 8）模具研磨拋光將自動化、智能化； 9）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程； 10）開發(fā)新的成形工藝和模具。1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢模具是工業(yè)生產(chǎn)關鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650 億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。 國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到 50%以上；國外3模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004 年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國模具產(chǎn)值達 48 億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有 90 家，這 90 家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的 90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結構設計、模具工藝設計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多 15～20 萬美元，有的達到 25～30 萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達 70%以上，而我國才達到 45％．河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書42. 落料沖孔拉深復合模2.1 沖壓工件的工藝分析工件名稱：燈罩生產(chǎn)批量：中批量材料：08 鋼厚度：1mm對固定套翻邊件進行分析可知， 處有內孔翻邊成形，翻邊前應預沖孔，92?是圓筒件拉深件直徑，經(jīng)計算可一次拉深成形。工序安排為落料，拉深,沖孔，17?翻邊等該工件。 2.2 工藝方案確定該零件所需的基本沖壓工序為落料、沖孔、拉深、翻邊?？蓴M訂出以下三種工藝方案。方案一：用簡單模分四次加工，即落料——拉深——沖孔——翻邊。方案二：落料拉深沖孔復合模，再翻邊。方案三：落料沖孔級進模，再拉深，再翻邊。 采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為中批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。但復合模模具的行位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具結構比較復雜但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。級進模雖生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖壓件的行位精度，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造、安裝較復合模復雜。通過對上述三種方按的分析比較，該零件采用方案二最佳。故應采用兩副模具來完成。第一副模具為落料拉深沖孔復合模，5第二副模具為單工序翻邊模。2.3 必要的工藝計算2.3.1 毛坯尺寸計算由最終制件從翻邊算起，毛坯的預沖孔直徑計算。由文獻[7]公式可知 ??trFDdo 72.043.2??m16.85根據(jù)等面積原則，用解析法求該零件的毛坯直徑。首先將零件分為圓、圓環(huán)兩個簡單的幾何體。 221)15()(???rA10)6(22 ??h則毛坯展開尺寸 ?Dm134)(421???查表得拉伸的修邊余量 h0.?則毛坯的直徑 。m813??2.3.2 排樣該工件排樣根據(jù)落料工序設計。考慮操作方便及模具結構簡單，故采用單排排樣設計。由表查得搭邊值 采用雙排擋料銷擋料。則：a5.1ma5.1條料寬 條料的進距 。b42138???h.398??則沖裁單件材料的利用率可按下式計算，即 %10?BsnA?式中 —一個沖裁件的面積， ；A2m—一個進距內的沖裁件數(shù)量；n—條料寬度， ；B—進距， 。s得：河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書6%105.394)2/8(10?????BsnA76?2.3.3 計算工序壓力1. 落料力的計算 ?kltF?落式中 —落料力；落F—沖裁件剪切周邊長度 ；Lm—沖裁件材料厚度 ；t—被沖材料的抗剪強度 ；?MPa—系數(shù)，一般取 。K3.1落料力為： KNF16902.4. ???落2. 沖孔力的計算 ?Lt3.1沖式中 ——工件內輪廓周長（ ）Lm40.267.8514.3???則 KNF2.13??沖3. 拉深力計算由于零件為淺拉深，可按有壓邊圈的圓筒形件近似計算。按下式計算： bdtkF???拉式中 ——拉深力（ ） ；拉 N——拉深件直徑， ；am17——材料厚度；t——材料的強度極限（ ）,查手冊σ b= ；b?MPaMPa40——修正因數(shù)。k7拉伸系數(shù) 。85.0137?Ddm查表得修正因數(shù) .k則 KNF87.10241730. ????拉4. 壓邊力的計算 壓邊力用 計算，APq式中： ——壓邊圈面積；——單位壓邊力，由表查得 ;MPa6.2?22403)1738(4m??壓邊力則為 KNAPFq 8.6.0?5. 卸料力的計算 落卸卸 F?式中——卸料力系數(shù)；查手冊知卸K03.?卸K則卸料力為： NF07.516903.???卸6. 推件力的計算： 按式 計算 沖推推 nK式中 ——推件力因數(shù)，查表得 ；推 1.0?推K——卡在凹模內的工件數(shù)，查[7]得n=2；則推件力為 NF84.20.14.02??推故工序總力： 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書8KNFFF 78.4128.20.148.07.120.569 ???????推沖壓拉卸落總2.3.4 壓力中心的確定由于該零件是中心對稱圖形,故壓力中心位于零件輪廓圖形的幾何中心上。2.4 模具總體結構設計2.4.1 模具類型設計經(jīng)分析,應采用復合模結構。2.4.2 模具具體結構設計1.正倒裝結構的確定根據(jù)上述分析，采用倒裝復合模具可直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸料可靠，便于操作。2.送料方式的確定因是大批量生產(chǎn)，采用手動送料方式。3.定位裝置的確定因該制件采用的是倒裝復合模，所以直接用擋料銷和導料銷即可。4.導向方式的選擇為確保零件的質量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于該零件導尺寸不大，且精度要求不是太高，所以宜采用后側導柱模架。5. 卸料、壓料方式本模具采用倒裝結構,卡于凸凹模上的廢料可由卸料板推出,而沖孔廢料則可以在下模座中開設通槽，使廢料從孔洞中落下。頂件壓邊裝置安裝在下模妨礙了沖孔廢料的排出。6. 出件方式本模具采用倒裝結構，工件留在落料凹?？锥粗校瑧诎寄？自O置推件塊推出。2.5 主要工作零部件設計2.5.1 主要零件尺寸計算由表查得沖裁模刃口雙面間隙 。 mZZ13.0,1.0axmin??1. 落料刃口尺寸的計算9的凹模的制造公差由表查得 。0.138?? m03.,04.?凸凹 ??由于 。故采用凹模與凸模配合加工方法。因數(shù)由表查得minaxZ???凸凹 ?。5.?XXD04.04.0 513715.38?????）（）（ 凹凹按凹模尺寸配制，其雙面間隙為 。 m..到2. 沖孔刃口尺寸的計算對于 的凸凹模的制造公差有表查得:87.0165??。m3,2.0??凹凸 ??由于 故采用凸模與凹模配合加工方法。因數(shù)由表查得inaxZ??凸凹。則5.X md 025.025.0 6887.016.8) ???? ????）（（ 凹凹 ?按凸模尺寸配制，其雙面間隙為 。其工件結構尺寸如圖凹 13..到所示：河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書10D凹 按凸模尺寸配制3. 拉深工作部分尺寸的計算拉伸凸模和凹模的單邊間隙可按表中式 計算， ，故tz12/?mz12/?。由于拉深工件的公差為 級，故凸凹模的制造公差可采用mz2?4IT級的精度，查表得 ,按下式可計算凸模、凹模的尺寸14ITm0.?凹凸 ?及公差：pDd???0inmax)(PZ??75.對于 ，87.01??d140.036)5(?????凹凹 ? mZd140.35)75( ???凹凸 ?為了得到較平整的工件，此模具采用彈壓式卸料結構，使條料在落料、拉11深過程中始終在一個穩(wěn)定的壓力之下，從而改善了毛坯的穩(wěn)定性，避免材料在切向壓力的作用下產(chǎn)生起皺的可能。上、下卸料均采用橡膠作為彈性元件，其高度和斷面面積在模具裝配時按模具空間大小確定。2.6 沖壓設備的選用根據(jù)公稱壓力來選取壓力機參照手冊適用壓力型號為J23-63,其主要參數(shù)如下： 公稱壓力：630KN滑塊行程：130mm最大閉和高度：360mm封閉高度調節(jié)量：80mm工作臺尺寸：480mm×710mm模柄孔尺寸：Φ50mm×80mm河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書122.7 模具的總體設計及裝配1、19 橡膠 2、限位釘 3、下模座 4、15 頂桿 5、凸凹模 6、下頂塊 7、鑲拼凸模 8、鑲拼凹模 9、凸凹模 10、上固定板 11、上墊板 12、上模座 13、模柄 14、打桿 16、沖孔凸模 17、蓋板 18、導套 20、上頂塊 21、導柱 22、卸料板 23、凹模 24、下固定板 25、下墊板13該工件的模具結構如圖，主要由上?下模座，落料凹模、凸凹模、沖孔凸模、沖孔凹模、鑲拼凸模、鑲拼凹模、上、下頂塊，卸料板等零件組成。根據(jù)主要工作部分尺寸結構參照有關資料，可選取I級精度的后側導柱模架， 即：上模座： ; （ ）m502630?20HT下模座： ; （ ）導柱： ; （ ） hA5鋼河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書14導套： 。 （ ） mhA50135?鋼20導柱、導套滲碳深度為0.8～1.2mm.硬度為 。HRC64?落料凹模、凸凹模、沖孔凸模、沖孔凹模、鑲拼凸模、凹模材料均采用 ，熱處理硬度為 。12CrHRC64?卸料板、上頂塊、下頂塊、墊板、固定板材料均采用45鋼。該模具將成形部分作成鑲拼凹模8和鑲拼凸模7，這樣當沖裁刃口變鈍后，只要將刃口部分按常規(guī)重新修磨一下，然后將鑲拼件旋轉一個角度后，將反面磨去刃磨量即可裝入在使用。下頂塊6除了起到壓邊的作用，另外當工件拉深到下頂塊觸到下固定板24時，下頂塊就起了限位的作用，當上?；爻虝r，拉深有了一個校正的過程。由于受 開式壓力機工作臺孔的限制，該模具的頂件壓邊裝置KN30安裝在下模妨礙了沖孔廢料的排出。為了保證沖孔凹模與落料凹模的同心度要求，將沖孔凸模與落料凹模用螺栓連接在一起，并與固定板成的過度配合，這樣給拆卸、裝配帶來了方便。6/7hH153. 翻邊模3.1 固定套翻邊件工藝性分析對固定套翻邊件進行分析可知， 處有內孔翻邊成形，翻邊前應預沖孔，92?是圓筒件拉深件直徑，可一次拉深成形。工序安排為落料，拉深,沖孔，翻邊17?等。翻邊前為 高 的無法蘭圓筒形制件，如圖所示：m1703.2 固定套翻邊工藝計算在平板毛坯上沖底孔后進行翻邊，工藝計算包括兩方面的內容：一是確定底孔直徑。二是核算翻邊高度H。3.2.1 計算毛坯的預沖孔直徑，翻邊工藝參數(shù)如圖所示。預沖孔直徑 （式1） ??trFDdo 72.043.2??m16.85?3.2.2 高度H變換式1可得翻邊高度H的計算公式2 (式2)??trd72.043./15.0??將翻邊系數(shù) 帶入式1中可得DKf?(式3)trf...將式3中的翻邊系數(shù)K f以極限翻邊系數(shù)K fmin代替，可得最大河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書16翻邊高度H max計算公式: max??trKDf 72.043.15.0min???92固定套翻邊高度 H5.4由于H＜H max所以能夠一次翻邊形成。翻邊前毛坯如圖所示：3.2.3 翻邊力P的計算=??stdD????14.3N59.3以上各式中 ：——-翻邊系數(shù)；fK----極限翻邊系數(shù)；minf當 時， 。16.85/?Ddo 75.0min?fK——翻邊前毛坯預沖孔直徑， ；o——-翻邊后孔口的直徑， ；——-翻邊圓角半徑， ；r——-翻邊高度， ；hm——翻邊后工件高度， ；H——-翻邊力， ；PNt——-材料厚度， ；——材料的屈服強度，MPa；這里 。S?MPas196??3.3 翻邊模裝配圖的設計繪制17翻邊模采用倒裝結構，使用大圓角圓柱形翻邊凸模，工件預沖孔套在導正銷上定位，壓邊靠壓力機標準彈頂器壓邊，工件若留在上模由頂件器推出，選用對角滑動導向模架。根據(jù)固定板尺寸和閉合高度選用250KN雙柱可傾壓力機，固定套翻邊模如圖所示。 1、導柱 2、頂料桿 3、導套 4、上模座 5、螺釘 6、推件板 7、推桿 8、模柄 9、防轉銷 10、銷釘 11、凹模墊板 12、凸模 13、凹模 14、壓料板 15、導套 16、導柱 17、銷釘、螺釘 18、凸模固定板 19、下模座河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書18結 束 語燈罩屬于復雜的零件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸，然后選取相應的壓力機。本設計主要是沖孔凸、凹模以及拉深工藝的設計，需要計算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結構零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設計繪出模具的總裝圖。由于在零件制造前進行了預測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。燈罩的形狀結構一般，但是其尺寸相對較大不適合選用標準模架。要保證零件的順利加工和取件，模具必須有足夠的長度，因此需要改變上、下模座的長度，以達到要求。模具工作零件的結構也較為簡單，它可以相應的簡化模具結構。便于以后的操作、調整和維護。燈罩沖壓成形工藝及模具的設計，是理論知識與實踐有機的結合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認識到，要想做為一名合格的模具設計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎，并不斷學習新知識新技術，樹立終身學習的觀念，把理論知識應用到實踐中去，并堅持科學、嚴謹、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術，為國民經(jīng)濟的騰飛做出應有的貢獻。19致 謝時光如電，歲月如梭，三年的大學生活即將結束，而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科院校的學生，做畢業(yè)設計是一件必不可少的事情。畢業(yè)設計是一項非常繁雜的工作，它涉及的知識非常廣泛，很多都是書上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設計計算，這些都要靠自己運用自己的思維能力去解決，可以說，沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復雜的工作。在學校中，我主要學的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設計就相當于實戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設計不但把我以前學的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，也使我在溫習舊知識的同時也可以學習到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎。由于本人資質有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設計中難免要遇到很多難題，在有課程設計的經(jīng)驗及老師的不時指導和同學的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設計日趨完善。畢業(yè)設計雖然很辛苦，但是在設計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨立設計的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗對我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個競爭的社會里有立足之地。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書20參 考 文 獻[1]薛彥成主編. 公差配合與技術測量。北京：機械工業(yè)出版社，1999.10[2]中國模具設計大典編委會主編. 中國模具設計大典。南昌江西科學技術出版社， 2003.1[3]郝濱海主編. 沖壓模具簡明設計手冊。北京：化學工業(yè)出版社，2004.11[4]王樹勛主編. 模具實用技術設計手冊。華南理工大學出版社， 1995.6[5]楊玉英主編. 實用沖壓工藝與模具設計手冊。北京：機械工業(yè)出版社，2004.7[6]王孝培主編. 實用沖壓技術手冊。北京：機械工業(yè)出版社， 2001.3[7]劉建超、張寶忠主編. 沖壓模具設計與制造。北京：高等教育出版社，2002.3[8]吳伯杰編著. 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