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摘要
本論文應(yīng)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高了我的獨(dú)立工作能力。本設(shè)計通過對門閂的復(fù)合模設(shè)計的工藝性分析,確定了正確的工藝方案。從而對模具設(shè)計方案,以及沖壓設(shè)備作出了分析與選擇。通過分析決定采用復(fù)合模形式,然后參考其他模具結(jié)構(gòu)以及查手冊和計算設(shè)計。當(dāng)所有的參數(shù)計算完后,對模具的裝配方案,對主要零件的設(shè)計和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析。在設(shè)計過程中除了設(shè)計說明書外,還包括模具的裝配圖,非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖,工件的加工工藝卡片,工藝規(guī)程卡片,非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝過程卡片。
關(guān)鍵詞:冷沖壓 ;復(fù)合模 ;設(shè)計
目 錄
第一章 緒 論
1.1沖壓模具的現(xiàn)狀
1.1.1 模具工業(yè)現(xiàn)狀
由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征,我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間,處于本廠的配套地位,自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。模具工業(yè)主要生產(chǎn)能力分散在各部門主要產(chǎn)品廠內(nèi)的工模具車間,所生產(chǎn)的模具基本自產(chǎn)自用。據(jù)粗略估計,產(chǎn)品廠的模具生產(chǎn)能力占全國模具生產(chǎn)能力的75%,他們的裝備水平較好,技術(shù)力量較強(qiáng),生產(chǎn)潛力較大,但主要為本廠產(chǎn)品服務(wù),與市場聯(lián)系較少,經(jīng)營機(jī)制不靈活,不能發(fā)揮人力物力的潛力。模具專業(yè)廠全國只有二百家左右,商品模具只占總數(shù)的20%左右,模具標(biāo)準(zhǔn)件的商品率也不到20%。由于受舊管理體制的影響較深,缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和組織協(xié)調(diào),存在著“中而全”,“小而全”的結(jié)構(gòu)缺陷,生產(chǎn)效率不高,經(jīng)濟(jì)效益較差。
模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂,跨行業(yè)、投資密集,專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低?,F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求各行各業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代快,對模具的需求量加大。一般模具國內(nèi)可以自行制造,但很多大型復(fù)雜、精密和長壽命的多工位級進(jìn)模大型精密塑料模復(fù)雜壓鑄模和汽車覆蓋件模等仍需依靠進(jìn)口,近年來模具進(jìn)口量已超過國內(nèi)生產(chǎn)的商品模具的總銷售量。為了推進(jìn)社會主義現(xiàn)代化建設(shè),適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展的需要,模具工業(yè)面臨著進(jìn)一步技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整和加速國產(chǎn)化的繁重任務(wù)。 改革開放20多年來,我國(除港臺地區(qū)外,下同)的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展,設(shè)計、制造加工能力和水平、產(chǎn)品檔次都有了很大的提高。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間(分廠)近17000家,約60萬從業(yè)人員,年模具總產(chǎn)值達(dá)200億元人民幣。但是,我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60%左右,還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前,國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計,1997年進(jìn)口模具價值6.3億美元,這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具;1997年出口模具僅為7800萬美元。1997年中國模具工業(yè)協(xié)會對下屬的209家骨干企業(yè)(含產(chǎn)品廠的模具車間)的統(tǒng)計資料表明,其模具總產(chǎn)值13.7億元人民幣,進(jìn)口模具大約為336萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力,是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 1.模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分,我國模具基本分為10大類,其中,沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計算,目前我國沖壓模占50%左右,塑料成形模約占20%,拉絲模(工具)約占10%,而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40%以上。
我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等,精沖模,精密多工位級進(jìn)模還為數(shù)不多,模具平均壽命不足100萬次,模具最高壽命達(dá)到1億次以上,精度達(dá)到3~5um,有50個以上的級進(jìn)工位,與國際上最高模具壽命6億次,平均模具壽命5000萬次相比,處于80年代中期國際先進(jìn)水平。
我國的塑料成形模具設(shè)計,制作技術(shù)起步較晚,整體水平還較低。目前單型腔,簡單型腔的模具達(dá)70%以上,仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模,多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計和制造。模具平均壽命約為80萬次左右,主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等,注射模精度已達(dá)到5um以下,最高壽命已突破2000萬次,型腔數(shù)量已超過100腔,達(dá)到了80年代中期至90年代初期的國際先進(jìn)水平。
1.1.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊,懸殊較大。從總體上來講,與發(fā)達(dá)工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進(jìn)水平相比,還有較大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計與制造模具方面,無論是應(yīng)用的廣泛性,還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計模具方面,僅有約10%的模具在設(shè)計中采用了CAD,距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走;在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計和分析計算方面,也才剛剛起步,大多還處于試用和動畫游戲階段;在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面,一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備,二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備(包括近10多年來引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備)或因計算機(jī)制式(IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、HP工作站等)不同,或因字節(jié)差異、運(yùn)算速度差異、抗電磁干擾能力差異等,聯(lián)網(wǎng)率較低,只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項工作;在應(yīng)用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面,基本上處于空白狀態(tài),需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作;在模具共性工藝技術(shù),如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā),尚處于較低水平,需要知識和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊,在役期長、精度差、效率低,至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具,熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐,操作憑工人的經(jīng)驗(yàn),設(shè)備簡陋,能耗高。設(shè)備更新速度緩慢,技術(shù)改造,技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備,但過于分散,或不配套,利用率一般僅有25%左右,設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人,尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員,只占從業(yè)人員的8%~12%左右,且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識老化,知識結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要;而80年代以后從業(yè)的人員,專業(yè)知識、經(jīng)驗(yàn)匱乏,動手能力差,不安心,不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降,而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層,青黃不接,使得模具設(shè)計、制造的技術(shù)水平難以提高。
1.1.3 模具工業(yè)配套材料,標(biāo)準(zhǔn)間結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
近10多年來,特別是“八五”以來,國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè),研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等,并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定,缺乏必要的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù),規(guī)格品種較少,大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上,解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾,尚未得到有效的解決。另外,國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點(diǎn),但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響,目前推廣應(yīng)用不多。模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用,但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù),大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段,如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力,走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn),80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn),模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占20%,從市場上能配到的也只有約30個品種,且僅限于中小規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng),模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢,精度和質(zhì)量也較差。
1.1.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
我國的模具工業(yè)相對較落后,至今仍不能稱其為一個獨(dú)立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類:專業(yè)模具廠,專業(yè)生產(chǎn)外供模具;產(chǎn)品廠的模具分廠或車間,以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù);三資企業(yè)的模具分廠,其組織模式與專業(yè)模具廠相類似,以小而專為主;鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè),與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多,模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具,沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃,集中攻關(guān),跨行業(yè),跨部門管理困難很多。
模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn),而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時,中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi),技術(shù)改造后不能很快收回其投資,甚至負(fù)債累累,影響發(fā)展。 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強(qiáng),設(shè)備條件較好,生產(chǎn)的模具水平也較高,但設(shè)備利用率低。 我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調(diào),造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟(jì)效益小,社會效益大”的現(xiàn)象?!案赡>叩牟蝗绺赡>邩?biāo)準(zhǔn)件的,干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?,F(xiàn)象存在,極大地挫傷了模具企業(yè)(包括模具車間和分廠)職工的積極性。這也是模具行業(yè)留不住人才,青年技術(shù)人員和青年工人不愿學(xué)技術(shù)的原因之一。
1.2模具的發(fā)展趨勢
1.2.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
(1)模具軟件功能集成化
模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全,同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型,以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享,從而支持模具設(shè)計、制造、裝配、檢驗(yàn)、測試及生產(chǎn)管理的全過程,達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計高級渲染、塑料模設(shè)計專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括:Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng);北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件;吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。
(2)模具設(shè)計、分析及制造的三維化
傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計模具,所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn),從而使模具并行工程成為可能。另外,Cimatran公司的Moldexpert,Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計軟件,可進(jìn)行交互式3D型腔、型芯設(shè)計、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計。澳大利亞Moldflow公司的三維真實(shí)感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面,生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔,實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān),自動產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格,并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。
(3)模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢
隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化,以及計算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計、敏捷制造技術(shù)既有必要,也有可能。美國在其《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出,到2006年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案,使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。
1.2.2 模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
(1)模具檢測設(shè)備的日益精密、高效
精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展,對檢測設(shè)備的要求越來越高。現(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)2~3μm,目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標(biāo)測量機(jī),并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標(biāo)測量機(jī),還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀,率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段,從而實(shí)現(xiàn)了從測量實(shí)物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程,成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括:英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實(shí)現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補(bǔ),激光掃描精度為0.05mm,接觸式測頭掃描精度達(dá)0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀,日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司的TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復(fù)合化等特點(diǎn)。
(2)數(shù)控電火花加工機(jī)床
日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動反應(yīng)快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。
(3)高速銑削機(jī)床(HSM)
銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5~10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心,其機(jī)床定位精度可達(dá)8μm,自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸,最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床,其加工范圍達(dá)2500mm×5000mm×1800mm,轉(zhuǎn)速達(dá)20500r/min,切削進(jìn)給速度達(dá)20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工,如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工,其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。
1.2.3 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)同
在成形工藝方面,主要有沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成形技術(shù)等。另一方面,隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高,在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有:適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點(diǎn)的柔性制造技術(shù);創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán)隊精神,精益生產(chǎn);提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理;廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式;適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計與制造等。
1.3 冷沖壓模具分類與特點(diǎn)
沖壓模具的形式很多,一般可按以下幾個主要特征分類:
1.根據(jù)工藝性質(zhì)分類
(1)沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、剖切模等。
(2)彎曲模 使平板坯料沿著直線(彎曲模)產(chǎn)生彎曲變形,從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。
(3)拉抻模 是把平板坯料制成開口空心件,或使空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具。
(4)成形模 是將坯料或工序件按凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形,而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴(kuò)口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。
2.根據(jù)工序組合程度分類
(1)單工序模 一般只有一對凸、凹模,在壓力機(jī)的一次行程中,只完成一道沖壓工序的模具。
(2)復(fù)合模 只有一個工位,在壓力機(jī)的一次行程中,在同一工位上同時完成兩道或兩道以上工序的模具。
(3)連續(xù)模 在毛坯的送進(jìn)方向上,具有兩個或更多的工位,在壓力機(jī)的一次行程中,在不同的工位上逐次完成兩道以上工序的模具。連續(xù)模又稱級進(jìn)模。
冷沖壓加工與其他加工方法相比,無論在技術(shù)方面,還是在經(jīng)濟(jì)方面,都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要有:
(1)冷沖壓是少、無切屑加工方法之一,是一種省能、低耗、高效的加工方法,因而沖件的成本較低。
(2)冷沖壓件的尺寸公差由模具保證,具有“一模一樣”,的特征,所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
(3)冷沖壓可以加工壁薄、重量輕、形狀復(fù)雜、表面質(zhì)量好、剛性好的零件。
(4)冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機(jī)和模具完成加工過程,其生產(chǎn)率高、操作簡單、易于機(jī)械化與自動化。用普通壓力機(jī)進(jìn)行沖壓加工,每分鐘可達(dá)幾十件;用高速壓力機(jī)生產(chǎn),每分鐘可達(dá)上百件或千件以上。
由于進(jìn)行沖壓成形加工必須具備相應(yīng)的模具,而模具是技術(shù)密集型產(chǎn)品,其制造屬單件小批量生產(chǎn),具有難加工、精度高、技術(shù)要求高的特點(diǎn),生產(chǎn)成本高。所以,只有在沖壓零件批量大的情況下,沖壓成形加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn),從而獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。
第二章 工藝方案的確定和零件的工藝分析
2.1 沖壓彎曲件的尺寸及要求
圖2—1 零件圖
如圖2—1所示零件圖。
生產(chǎn)批量:大批量;
材料: 20鋼;退火材料
尺寸精度:零件圖上的尺寸除了兩個孔的定位尺寸標(biāo)有偏差外,其他的形狀尺寸均未標(biāo)注公差,屬自由尺寸,可安IT14級確定工件的公差。
經(jīng)查公差表,各尺寸公差為:?40+0。3 30 0-0.62 100-0.36
兩個孔的位置公差為: 20±0.12
工件結(jié)構(gòu)形狀:制件需要進(jìn)行落料、沖孔、彎曲三道基本工序,尺寸較小。
結(jié)論:該制件可以進(jìn)行沖裁
制件為大批量生產(chǎn),應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇,保證磨具的復(fù)雜程度和模具的壽命。
2.2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)制件的工藝分析,其基本工序有落料、沖孔、彎曲三道基本工序,按其先后順序組合,可得如下幾種方案;
(1) 落料——彎曲——沖孔;單工序模沖壓
(2) 落料——沖孔——彎曲;單工序模沖壓。
(3) 沖孔——落料——彎曲;連續(xù)模沖壓。
(4) 沖孔——落料——彎曲;復(fù)合模沖壓。
方案(1)(2)屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)
完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大,尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低,操作也不安全,勞動強(qiáng)度大,故不宜采用。
方案(3)屬于連續(xù)模,是指壓力機(jī)在一次行程中,依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小,厚度小,連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜,又因落料在前彎曲在后,必然使彎曲時產(chǎn)生很大的加工難度,因此,不宜采用該方案。
方案(4)屬于復(fù)合沖裁模,復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中,在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁,其模具結(jié)構(gòu)沒有連續(xù)模復(fù)雜,生產(chǎn)效率也很高,又降低的工人的勞動強(qiáng)度,所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案(4)復(fù)合沖裁。
2.3 零件的工藝分析
2.3.1 計算毛坯尺寸
相對彎曲半徑為:R/t=1/1=1>0.5(最小相對彎曲半徑rmin/t)
式中:R——彎曲半徑()
t——材料厚度()
由于相對彎曲半徑大于0.5,可見制件屬于圓角半徑較大的彎曲件,應(yīng)該先
求變形區(qū)中性層曲率半徑ρ()。
ρ=r0+xt 公式(2—1)
式中:r0——零件的內(nèi)彎曲半徑
t——板料的厚度
x——中性層位移系數(shù)
表2—1 板料彎曲時中性層位移系數(shù)x
r0/t
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1.0
1.2
x
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.28
0.3
0.32
0.33
r0/t
1.3
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
≥8
X
0.34
0.36
0.38
0.39
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
查表2—2,x1=0.32 x2=0.42
根據(jù)公式2—1 ρ1=r1+x1t
=1+0.32×1
=1.32()
ρ2= r2+x2t
=4+0.42×1
=4.42()
圖2—2 計算展開尺寸示意圖
根據(jù)零件圖上得知,圓角半徑較大(R>0.5t),彎曲件毛坯的長度
公式為:
L=∑L直+∑L圓弧 公式(2—2)
式中: L——彎曲件毛坯張開長度 ()
∑L直——彎曲件各直線部分的長度 ()
∑L圓弧——彎曲件各彎曲部分中性層長度之和()
在圖2—2中:
RA=1+0.32=1.32 () RC=4+0.42=4.42() A=1()
根據(jù)公式2—2 L=∑L直+∑L圓弧
=
=38()
取L =38()
根據(jù)計算得:工件的展開尺寸為10×38(),如圖2—3所示。
圖2—3 尺寸展開圖
2.4 排樣、計算條料寬度及步距的確定
2.4.1 搭邊值的確定
排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料,稱為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差,保持條料有一定的剛度,以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大,浪費(fèi)材料。搭邊過小,沖裁時容易翹曲或被拉斷,不僅會增大沖件毛刺,有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口,降低模具壽命。或影響送料工作。
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定,表所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
表2—2 搭邊a和a1數(shù)值
材料厚度
圓件或類似圓件的工件
矩形工件邊長L<50mm
矩形工件邊長L>50mm
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
< 0.25
0.25~0.5
0.5~1.0
1.0~1.5
1.5~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.0
0.8
0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
0.6t
1.2
1.0
1.0
1.3
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
3.5
0.7t
1.2
1.8
1.5
1.2
1.5
2.0
2.2
2.5
2.5
3.5
0.7t
1.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
1.5~2.5
2.2
1.8
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
1.8~2.6
2.5
2.0
1.8
2.0
2.5
2.8
3.2
3.5
4.5
0.9t
搭邊值是廢料,所以應(yīng)盡量取小,但過小的搭邊值容易擠進(jìn)凹模,增加刃口磨損表2—2給出了鋼(WC0.05%~0.25%)的搭邊值。
對于其他材料的應(yīng)將表中的數(shù)值乘以下列數(shù):
鋼(WC0.3%~0.45%) 0.9
鋼(WC0.5%~0.65%) 0.8
硬黃銅 1~1.1
硬鋁 1~1.2
軟黃銅,純銅 1.2
該制件是矩形工件,根據(jù)尺寸從表2—2中查出:兩制件之間的搭邊值a1=1.2(mm),側(cè)搭邊值a=1.5(mm)。
由于該制件的材料是20鋼,所以兩制件之間的搭邊值為:
a1=1.2×1=1.2 (mm)
取a1=1.2(mm)
側(cè)搭邊值 a=1.5×1=1.5 (mm)
取a=1.5(mm)
2.4.2 條料寬度的確定
計算條料寬度有三種情況需要考慮;
有側(cè)壓裝置時條料的寬度。
無側(cè)壓裝置時條料的寬度。
有定距側(cè)刃時條料的寬度。有定距側(cè)刃時條料的寬度。
有側(cè)壓裝置的模具,能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)。
條料寬度公式:
B0-△=(Dmax+2a) 公式(2—3)
其中條料寬度偏差上偏差為0,下偏差為—△,見表2—3條料寬度偏差。
D——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。
a——側(cè)搭邊值。
查表2—3條料寬度偏差為0.15
根據(jù)公式2 —3 B0-△=(Dmax+2a)
=(38+2×1.5)0-0.08
=410-0.08
表2—3 條料寬度公差(mm)
條料寬度
B/mm
材料厚度t/mm
~0.5
>0.5~1
>1~2
~20
0.05
0.08
0.10
>20~30
0.08
0.10
0.15
>30~50
0.10
0.15
0.20
2.4.3 導(dǎo)板間間距的確定
導(dǎo)料板間距離公式:
A=B+Z 公式(2—4)
Z——導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙(mm);
查表2—4得Z=5mm
根據(jù)公式2—4 A= B+Z
=41+5
=46(mm)
表2—4 導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙Zmin(mm)
材料厚度t/mm
有 側(cè) 壓 裝 置
條 料 寬 度B/mm
100以下
100以上
~0.5
0.5~1
1~2
2~3
3~4
4~5
5
5
5
5
5
5
8
8
8
8
8
8
2.4.4 排樣
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度,排樣方法可以分為有廢料、少廢料和無廢料排樣三種,根據(jù)制件在條料上的布置形式,排樣有可以分為直排、斜排、對排、混合排、多排等多重形式。
采用少、無廢料排樣法,材料利用率高,不但有利于一次沖程獲得多個制件,而且可以簡化模具結(jié)構(gòu),降低沖裁力,但是,因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響,所以模具沖裁件的公差等級較低。同時,因模具單面受力(單邊切斷時),不但會加劇模具的磨損,降低模具的壽命,而且也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。
由于設(shè)計的零件是矩形零件,且兩個孔均有位置公差要求,所以采用有費(fèi)料直排法。
2.4.5材料利用率的計算:
沖裁零件的面積為:
F=長×寬=38×10=380(mm2)
毛坯規(guī)格為:500×1000(mm)。
送料步距為:h=D+a1=10+1.2=11.2
一個步距內(nèi)的材料利用率為:
n11=(nF/Bh)×100%
n為一個步距內(nèi)沖件的個數(shù)。
n11=(nF/Bh)×100%
=(1×380/41×11.2)×100%
=82.75%
橫裁時的條料數(shù)為:
n1 =1000/B
=1000/41
=24.39 可沖24條,
每條件數(shù)為:
n2 =(500-a)/h
=(500-1.5)/11.2
=44.50 可沖44件,
板料可沖總件數(shù)為:
n=n1×n2=24×44=1056(件)
板料利用率為:
n12=(nF/500×1000)
=(1056×380/500×1000) ×100%
=80.256%
縱裁時的條料數(shù)為:
n1=500/B
=500/41
=12.195 可沖12條,
每條件數(shù)為:
n2=(1000-a)/h
=(1000-1.5)/11.2
=89.152 可沖89件,
板料可沖總件數(shù)為:
n=n1×n2=12×89=1068(件)
板料的利用率為:
n12=(nF/500×1000)
=(1068×380/500×1000) ×100%
=81.16%
橫裁的材料利用率小于縱裁的材料利用率,該零件采用縱裁法。
圖2—4 排樣圖
第三章 沖裁力的計算
3.1計算沖裁力的公式
計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī),設(shè)計模具和檢驗(yàn)?zāi)>叩膹?qiáng)度,壓力機(jī)的噸位必須大于所計算的沖裁力,以適宜沖裁的要求,普通平刃沖裁模,其沖裁力F p一般可以按下式計算:
Fp=KptLτ 公式(3—1)
式中 τ——材料抗剪強(qiáng)度,見附表(MPa);
L——沖裁周邊總長(mm);
t——材料厚度(mm);
系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損,凸模與凹模間隙之波動(數(shù)值的變化或分布不均),潤滑情況,材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp,一般取1~3。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度τ時,可以用抗拉強(qiáng)度σb代替τ,而取Kp=1的近似計算法計算。
根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學(xué)性能查出20鋼的抗剪強(qiáng)度為280~400(MPa),
取τ=400(MPa)
3.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈性卸料裝置和自然落料方式。
總的沖裁力包括:
F——總沖壓力。
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——頂件力
FC——彎曲力
根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學(xué)性能查出20鋼的抗剪強(qiáng)度為280~400(MPa )
3.2.1 總沖裁力:
Fp=F1+F2 公式(3—2)
F1——落料時的沖裁力。
F2——沖孔時的沖裁力.
落料時的周邊長度為:L1=2×(38+10)=96(mm)
根據(jù)公式5—1 F1=KptLτ
=1×1×96×400
=38.4(KN)
沖孔時的周邊長度為:L2=2πd=2×3.14×4=25.12(mm)
F2= KptLτ
=1×1×25.12×400
=10.048(KN)
總沖裁力:Fp=F1+F2=38.4+10.048=48.448(KN)
表3—1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
鋼
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
>6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋁合金
純銅,黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
對于表中的數(shù)據(jù),厚的材料取小值,薄材料取大值。
3.2.2 卸料力Fx的計算
Fx=Kx Fp 公式(3—3)
Kx——卸料力系數(shù)。
查表3—1得KX=0.04~0.05,取KX=0.05
根據(jù)公式3—3 Fx=KX Fp
=0.05×48.448
=2.4224(KN)
3.2.3推料力Ft的計算
Ft=KtFp 公式(3—4)
Kt——推料力系數(shù)。
查表3—1得Kt=0.055, 取Kt=0.055
根據(jù)公式3—4 Ft=KtFp
=0.055×48.448
≈2.66(KN)
3.2.4頂件力Fd的計算
Fd=KdFp 公式(3—5)
Kd——頂件力系數(shù)。
查表3—1得Kd=0.06, 取Kt=0.06
根據(jù)公式3—5 Fd=KdFp
=0.06×48.448
≈2.9(KN)
3.2.5彎曲力FC的計算
影響彎曲力大小的基本因素有變形材料的性能和質(zhì)量;彎曲件的形狀和尺寸;模具結(jié)構(gòu)及凸凹模間隙;彎曲方式等,因此很難用理論的分析法進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。實(shí)際中常用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行慨略計算,以作為彎曲工藝設(shè)計和選擇沖壓設(shè)備的理論。
?形彎曲件的經(jīng)驗(yàn)公式為:
Fu=0.7KBt2σb/γ+t 公式(3—6)
Fu——沖壓行程結(jié)束時不校正時的彎曲力。
B——彎曲件的寬度(mm)。
t——彎曲件的厚度(mm)。
γ——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑(等于凸模圓角半徑)(mm)。
σb——彎曲材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)(查機(jī)械手冊σb=500(MPa)。
K——安全系數(shù),一般取1.3.
根據(jù)公式3—6 Fu=0.7KBt2σb/(γ+t)
=0.7×1.3×10×12×500/(4+1)
=0.91(N)
對于頂件或壓料裝置的彎曲模,頂件力或壓料力可近似取彎曲力的30%~80%。
F壓=80% Fu
=80%×0.91
=0.728(KN)
彎曲力: FC= Fu+ F壓
=0.91+0.728
=1.638(KN)
3.2.6總的沖壓力的計算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力:F=Fp+Fx+Ft+Fd+FC
F=Fp+Fx+Ft+Fd+FC
=48.448+2.4224+2.66+2.9+1.638
=58.07(KN)
根據(jù)總的沖壓力,初選壓力機(jī)為:開式雙柱可傾壓力機(jī)J23—10。
第四章 模具壓力中心與計算
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(diǎn)位置,為了確保壓力機(jī)和模具正常工作,應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則,會使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷,使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損,模具導(dǎo)向零件加速磨損,降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。
模具的壓力中心,可安以下原則來確定:
1、對稱零件的單個沖裁件,沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。
2、工件形狀 相同且分布對稱時,沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3、各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置0,0(x=0,y=0),即為所求模具的壓力中心。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
由于該零件是一個矩形圖形,屬于對稱中心零件,所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O處。如圖4—1所示:
圖4—1 壓力中心
2.2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)制件的工藝分析,其基本工序有落料、沖孔、彎曲三道基本工序,按其先后順序組合,可得如下幾種方案;
(5) 落料——彎曲——沖孔;單工序模沖壓
(6) 落料——沖孔——彎曲;單工序模沖壓。
(7) 沖孔——落料——彎曲;連續(xù)模沖壓。
(8) 沖孔——落料——彎曲;復(fù)合模沖壓。
方案(1)(2)屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)
完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大,尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低,操作也不安全,勞動強(qiáng)度大,故不宜采用。
方案(3)屬于連續(xù)模,是指壓力機(jī)在一次行程中,依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小,厚度小,連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜,又因落料在前彎曲在后,必然使彎曲時產(chǎn)生很大的加工難度,因此,不宜采用該方案。
方案(4)屬于復(fù)合沖裁模,復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中,在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁,其模具結(jié)構(gòu)沒有連續(xù)模復(fù)雜,生產(chǎn)效率也很高,又降低的工人的勞動強(qiáng)度,所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案(4)復(fù)合沖裁。