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空气滤清器壳冲压模设计方案分析
文章来源:http://www.songfengkou.com/  2012年12月12日  点击数:4868

摘要:模具是制造业的重要工艺基础,在我国模具制造属于专用设备制造业。本设计是空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计,冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的高低。选用材料时应考虑模具的工作特性,受力情况,冲压件材料性能,冲压件的精度,生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素。冲床的选用主要是确定冲床的类型和吨位。板料冷冲压加工是机械加工的一个重要组成部分。它应用十分广泛。但由于传统的加工存在着冲压工艺方案选择不合理、冲压间隙选择过大,压力机不相匹配等问题。本文就以空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计主要介绍了冲压模具设计的全过程:

1. 经工艺分析工艺计算,间隙值的选择,确定了该设计工艺流程及冲模结构形式。

2. 同时对所设计的模具分别进行了分析说明,

3. 对压力机做出了合理的选择,

4. 整个过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配图和个别零件图。

关键字:冲压模;空气滤清器壳;冲裁间隙;冲压工艺。

Abstract:Board material cold to press , it processes to be machined one important component. It is very extensive that it employs . But because the choice with unreasonable choice and pressing the interval that traditional processing is pressing the craft scheme is too big, question of matching of the press. etc. This text pressesThe automobile rim falls the materal drawing compound moldwith the main introduction of mold design to the clutch housing:

1. Calculate by analysis , craft by craft, interval choice of value, confirm this design technological process and structural form of trimming die.

2. Analyzed separately to moulds designed that explain at the same time ,

3. Having made the rational choice to the press,

4. The whole course adopts AutoCAD software to draw the two-dimentional installation diagrams and specific part pictures of the mould .

Key word:Press the mould;automobile rim;the interval of blanking;press the craft。


目录
前言....PAGEREF _Toc137082418 \h4
1.1 冲压技术概述...PAGEREF _Toc137082419 \h4
1.2 冲压技术的发展趋势...PAGEREF _Toc137082420 \h5
2 冲压工艺分析....PAGEREF _Toc137082421 \h6
2.1 零件材料的分析...PAGEREF _Toc137082422 \h6
2.2 零件工艺性能分析...PAGEREF _Toc137082422 \h6
2.3 确定工艺方案与模具形式...PAGEREF _Toc137082423 \h6
2.4  冲压工序数确定...PAGEREF _Toc137082424 \h7
2.5 模具类型的确定...PAGEREF _Toc137082425 \h8
2.6 工艺方案分析...PAGEREF _Toc137082426 \h8
3 模具结构型式的确定....PAGEREF _Toc137082427 \h10
4 部分工艺参数计算....PAGEREF _Toc137082428 \h10
4.1 毛坯尺寸计算:...PAGEREF _Toc137082429 \h10
4.2 反拉深次数计算...PAGEREF _Toc137082430 \h13
5 各部分工艺力计算....PAGEREF _Toc137082431 \h13
5.1 反拉深力...PAGEREF _Toc137082432 \h13
5.2 顶件力...PAGEREF _Toc137082433 \h14
5.3 冲栽力...PAGEREF _Toc137082434 \h14
6 凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算....PAGEREF _Toc137082436 \h16
6.1 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的计算...PAGEREF _Toc137082437 \h16
6.2 冲孔凸、凹模刃口尺寸及公差的计算...PAGEREF _Toc137082438 \h17
6.3 冲孔凸模的设计...PAGEREF _Toc137082439 \h19
6.3.1 凸模的结构设计三原则...PAGEREF _Toc137082440 \h19
6.3.2 凸模的尺寸计算...PAGEREF _Toc137082441 \h20
6.3.3 凸模的结构形式...PAGEREF _Toc137082442 \h21
6.4 拉深凹模的设计...PAGEREF _Toc137082443 \h23
6.4.  1 拉深模的凹模圆角半径...PAGEREF _Toc137082441 \h20
6.4.2 拉深间隙...PAGEREF _Toc137082441 \h20
6.5凸凹模的设计...PAGEREF _Toc137082444 \h25
6.5.1 凸模的结构设计...PAGEREF _Toc137082441 \h20
6.5.2 拉深凸模结构...PAGEREF _Toc137082441 \h20
7 压力设备选择....PAGEREF _Toc137082445 \h27
8 模具设计....PAGEREF _Toc137082446 \h28
9 模具其他零件设计及计算....PAGEREF _Toc137082446 \h28
9.1 冲模的导向装置...PAGEREF _Toc137082447 \h28
9.1.  1 无导向冲栽条件...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.1.  2 导板导向...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.1.  3 模架的导向...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.2 模架的类型及应用...PAGEREF _Toc137082449 \h29
9.3 定位装置...PAGEREF _Toc137082450 \h30
9.4 卸料装置...PAGEREF _Toc137082451 \h30
9.4.  1 固定卸料装置的形式...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.4.  2 固定卸料板的固定方式...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.5 推件装置的设计...PAGEREF _Toc137082452 \h30
9.5.  1 推件板的结构形式...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.5.  2 推件板的尺寸与公差...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.5.  3 推件板的极点位置...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.5.  4 打杆与打板的设计...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.6  模柄的类型与选择...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.7  凸模固定板...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.8  垫板...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.9 紧固件...PAGEREF _Toc137082448 \h29
9.10  定位销...PAGEREF _Toc137082448 \h29
10 模具的装配....PAGEREF _Toc137082458 \h38
10.1  复合模的装配...PAGEREF _Toc137082448 \h29
10.2  凸、凹模间隙的调整...PAGEREF _Toc137082448 \h29
11 凸凹模制造的工艺过程....PAGEREF _Toc137082457 \h37
10 模具的总装配图....PAGEREF _Toc137082458 \h38
11 设计总结....PAGEREF _Toc137082459 \h40
12 致谢....PAGEREF _Toc137082460 \h41
13 参考文献....PAGEREF _Toc137082461 \h42
 

1 前言

1.1 冲压技术概述

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。

全世界的钢材中,有60~70%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。

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。

1.2 冲压技术的发展趋势

进入90年代以来,高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展,发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。

冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展,并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形,从而真正进入实用阶段。

注重产品制造全过程,最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。

对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起,就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度,作出快速分析评估。

冲压技术将具有更大的灵活性或柔性,以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势,加强企业对市场变化的快速响应能力。

重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展,也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。

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。

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。

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。

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。


2 冲压工艺分析

2.1零件材料的分析

冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。设计这些模具时,首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺,设计冲压模具前,必须要了解和掌握材料的一些力学性能,以便设计。现将空气滤清器壳零件材料为10号钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下:

(1)应力:材料单位面积上所受的内力,单位是N/mmeq \o(\s\up 3(2 ),\s\do 1( ))2,用Pa表示。10eq \o(\s\up 5(6 ),\s\do 2( ))6  Pa=1MPa;1MPa = 1N/mmeq \o(\s\up 6(2 ),\s\do 2( ))2  ;10eq \o(\s\up 6(9 ),\s\do 2( ))9Pa = 1GPa。

(2)屈服点σs:材料开始产生塑性变形时的应力值,单位是N/mmeq \o(\s\up 3(2 ),\s\do 1( ))2。弯曲、拉深、成形等工序中,材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取σs = 210 MPa。

(3)抗拉强度σb。材料受到拉深作用,开始产生断裂时的应力值,单位是MPa。σb = 340MPa。

(4)抗剪强度τb。材料受到剪切作用,开始产生断裂时的应力值,单位是MPa。取τb = 255~333MPa。

(5)弹性模量E。材料在弹性范围内,表示受力与变形的指标,弹性模量大,表示材料受力后变形较小,或者说,产生一定的变形需要较大的力。E = 194 x 10eq \o(\s\up 5(3 ),\s\do 2( ))3MPa。

(6)屈服比σs/σb。是材料的屈服强度与抗拉强度之比,其值越小,表示材料允许的塑性变形区越大,在拉深工序中,材料的屈服比较小时,所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小,有利于提高成形极限。

(7)伸长率δ。在材料性能实验时,试件由拉伸试验机拉断后,对接起来测量长度,其伸长量与原长度之比称为伸长率,其数值用“%”表示,其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得,材料为10号钢的伸长率δ=31%。

综上所述,对空气滤清器壳零件材料10号钢的力学性能分析,主要是为了便于模具设计中各参数的计算,故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。

2.2零件工艺性的分析

冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料—冲压加工工序—必要的辅助工序—质量检验—组合、包装的全过程,但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多,各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件,由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同,其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。

该零件为空气滤清器壳,结构简单,对称,是典型的冲压件。在冲压过程中要注意控制冲载程度,加工时,根据零件的结构,形状等一些技术要求,应考虑以下几点:

(1)凸、凹模间隙的决定:对于断面垂直度、尺寸精度要求不高的零件,在保证零件要求的前提下,应以降低冲载力,提高模具寿命为主,采用大间隙;对于断面垂直度、尺寸精度要求较高的零件,应选用较小的间隙值。间隙Z=2t(1-h/t)tanβ。

(2)考虑模具刃口钝利情况:当模具刃口磨损成圆角变钝时,刃口与材料接触面积增加,应力集中效应减轻,挤压作用大,延缓了裂纹的产生,制件圆角大,光亮带宽,但裂纹发生点要由刃口侧面向上移动,毛刺高度加大,即使间隙合理,也仍会产生毛刺。                                                              

根据零件图,初步分析可以知道空气滤清器壳零件的冲压成形需要多道工序才能完成,进行反拉深,形成外形尺寸形状,其次冲孔。

综上所述,空气滤清器壳由原始毛坯冲压成形应包括的基本工序有:反拉深,冲孔复合模等。

2.3确定工艺方案和模具形式

在冲压分析的基础上,找出工艺与模具设计的特点与难点,根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案,内容包括工序性质,工序数目,工序顺序及组合方式等,有时同一种冲压零件也可能存在多个可行的方案,通常每种方案各有优缺点,应从产品质量生产效率,设备占用情况,模具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低,生产成本,操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较,确定出适合于现有生产条件的最佳方案,故在一定的条件下,以最简单的方法,最快的速度,最少的劳动量,最少的费用,可靠的加工出符合图样各项要求的零件,在保证加工质量的前提下,选择经济合理的工艺方案。

确定工艺方案及模具形式:

1、根据对冲压零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果,确定冲压所需的基本的工序,反拉深,冲孔复合。

2、根据初步工艺计算,确定工艺数目,如冲压次数等。

3、根据个别工序的变形特点、质量要求等确定工序顺序。

一般可按照下列原则进行:

1)、对冲带孔的或有缺口的冲裁件,如选用简单模,一般先落料,再冲孔或切口,使用级进模,则先冲空孔或切口后落料

2)、对于到孔的拉深件,一般先拉深,后冲孔,但孔的位置在零件底部且孔径尺寸要求不高时,也可先冲孔后拉深。

3)、对于形状复杂的拉深件,为便于材料变形和流动,应先形成内部形状,再拉深外部形状。

4)、整形或校平工序,应在冲压件基本成型以后进行。

       4、根据生产批量和条件(冲压加工条件和模具制造条件)确定工序组合。生产批量大时,冲压工序应尽可能组合在一起,用复合模具;小批量生产用单工序简单模。

   由于离合器冲压成形需要的多道工序完成,因此选择合理的成形工艺方案十分重要,考虑到生产批量大,应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率,降低生产成本。

要提高生产成本,应该尽量选择合理的工艺方案,选择复合能复合的工序,但复合程度太高,模具的结构复杂,安装调试困难,模具成本高,同时可能降低模具的强度,缩短模具寿命。

根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序,为了提高生产率,保证模具结构简单,冲压件尺寸稳定、精度高,冲压该零件的基本工序为反拉深,冲孔复合模。


图1.1所示为空气滤清器壳零件,材料为10号钢,厚度为t=2mm,大批量生产。而冷冲压是一种先进的金属加工方法,这是建立在金属塑性变形的基础上,利用模具与冲压设备对板料金属进行加工,以获得所需要的零件形状和尺寸。冷冲压和切削加工相比较,具有生产率高,加工成本低,材料利用率高,产品尺寸精度稳定,操作简单,容易实现机械化和自动化等一系列优点,特别适合大批量生产,因此,此零件的生产选用冲压加工较为经济合理。

                                                               图1.1 空气滤清器壳    

2.4冲压工序数确定 

由零件图(1.1),冲压开始,毛坯材料应先进行落料工序,通过计算初步确定毛坯的外形尺寸,落料件为圆形,压力中心在圆心上,为典型的落料;落料之后包括了正拉深、反拉深、冲孔、等工序;进行拉深时,须用经验公式计算拉深系数m,判断是否可以一次拉深成形,通过验算可知此零件可以一次拉深成形;然后在冲中心孔,综上可知,冲压此零件主要有以下几个基本工序:

(1) 落料;

(2) 正拉深;

(3) 反拉深;

(4) 冲中间孔;

2.5模具类型的确定 

冲压生产的模具制造费用比较高,占冲压件总成本的10%~30%,甚至更高,所以采用冲压加工的生产方式,必须视生产批量决定采用何种模具形式,由表2-8[2]:生产批量与模具形式之间的关系,参考知,此工件为大批量生产,如果采用单工序模,虽然单工序模具有结构简单,操作安全方便,模具使用寿命高,成本低等优点,但最主要是工序数较大,生产批量大,形状较为复杂,采用单工序模很难达到精度要求,且生产率低,位置误差较大,故不采用单工序模;所以模具形式采用级进模与复合模较为合理,显然此工件满足冲压工艺的要求,成形时包括了落料、反拉深、冲孔、压筋等工序,整形与车边采用专用模具与车床进行,且工件体积较大,拉深与压筋都比较容易实现,但由此工件的形状分析知不适合采用级进模。通过表2-9[2]单工序模、级进模与复合模的比较,综合考虑各种生产成本和经济性,确定此工件的冲压成形模具采用复合模具。

2.6工艺方案分析 

采用落料拉深冲孔复合模,而本人要做的是毛坯已经是落料正拉深之后的零件了,所以工艺方案为反拉深冲孔复合模。

3 模具结构型式的确定   

通过以上工艺分析与工艺方案的确定,选定模具种类:落料模,拉深模,冲孔模等,而落料与正拉深复合,反拉深与冲孔复合,整形为一套模具,总共为二套模具,本设计只设计其中的反拉深与冲孔复合模具,综合上面的分析,画出模具的结构草图:

4 部分工艺参数计算

4.1毛坯尺寸计算:

尺寸不变原理 拉深前和拉深后材料的体积不变;对于不变薄拉深因假设变形中材料厚度不变,既拉深前毛坯的面积与工件面积相等。

相似原理 毛坯的形状一般与工件截面形状相似;毛坯的周边必须制成光滑曲线,无急剧的转折。如图示零件其毛坯既为圆形。这样,当工件的重量、体积或面积已知时,其毛坯尺寸就可以求得。其具体方法有:等重量法,等体积法,等面积法,分析图解法和作图法等。在生产上应用的最多的是等面积法,下面就用等面积法求出图示零件的毛坯尺寸。先计算零件的表面积。因材料厚度为3mm,则以中径来计算。由于拉深时材料厚度不均匀,机械性能有方向性,模具的间隙不均匀以及毛坯定位不准确等原因,拉深后工件的口部是不齐平的。为使工件整齐,应切去不平的部分。在生产上用的最多的是等面积法来计算零件的毛坯尺寸。先计算零件的表面积,因材料厚度大于1mm,如以外径和外高或内部尺寸来计算,则毛坯尺寸误差大。故对于料厚大于1mm的工件,应以零件厚度的中线为准来计算,即零件尺寸从料厚中间算起。

由于拉深时材料厚度不均匀,机械性能有方向性,模具的间隙不均匀以及毛坯定位不准确等原因,拉深后工件的口部是不平齐的。为使工件整齐,应切去不平的部分。因而计算毛坯时应在工件高度方向上加一修边量δ。根据零件的尺寸取修边余量的值为2mm。查表5—7,《冲压工艺与模具设计实用技术》

在拉深时,虽然拉深件的各部分厚度会发生一些变化,但如果采用适当的工艺措施,则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时,可以不考虑毛坯厚度的变化,为了便于计算把零件和毛坯分解成若干个简单几何体,分别求出其面积后相加。

毛坯的外径与零件的外径相等,都为102,根据面积相等法可以算出平板材料第一次正拉深之后毛坯的高度h为54.27,宽度为102.

4.2 计算反拉深次数

   在考虑拉深的变形程度时,必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限,同时还能充分利用材料的塑性。也就是说,对于每道拉深工序,应在毛坯侧壁强度允许的条件下,采用最大的变形程度,即极限变形程度。

极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等,便可求出最小拉深系数的理论值,此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中,极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的,我们可以通过查表来取值。

该工件反拉深为工件第2次拉伸,因此可以计算其拉深系数来确定拉深次数。

其反拉深系数为:

 

查表4-1,m=0.72~0.74之间,而m> m,所以反拉深过程可以一次拉深成功。

5  各部分工艺力计算

5.1反拉深力

   第2次拉深力的计算公式为

                      F=dtk…………………………………………2.9       

依据(P175,《冲压工艺与模具设计实用手册》)

式中   F— 拉深力(N)

      —材料的抗拉强度(MPa)10号钢抗拉强度为340MPa

       d—第2次拉深成品的直径

           t—板料厚度(mm)

k—修正系数。查表4-7为0.74

因此,该零件的拉深力的计算公式为

F=dtk…………………………………………2.10

      =2 N

       =131144 N

    拉深功:A=Fh/1000=3737.6 W

5.2顶件力

顶件力的计算公式可按下式:

= ………………………………………2.14

式中    ——顶件力(N);

——顶件力系数;查表2-8 = 0.06

           =

                      = 0.06131144

                      =7867 N

5.3冲裁力

冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。它是随凸模行程而变化的。通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值。它是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。一般用下列经验公式计算:

冲裁力     

  ………………………………2.11            

式中     F——冲裁力(N)

 ——零件周长(mm),

 ——材料的抗拉强度极限(MPa)

  —板料厚度(mm)

因此       =34163.2 N

6 凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算

6.1反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的计算:

  由式          ……………………………3.8    

         ……………………3.9

依据(P54,《冲压工艺模具学》)

以上各式中,查表可知分别为+0.025、-0.035。间隙C查表(表2—10,《冲压工艺模具学》)

有         …………………………3.10

              

                 

6.2冲孔凸、凹模刃口尺寸及公差的计算

对于圆行或-简单规则形状的冲裁件,采用凸凹模分别加工的方法,冲孔时,由于零件孔尺寸为16,根据冲孔时间隙取在凹模上,则首先确定基准件凸模刃口尺寸,再加上便是凹模刃口尺寸。

…………………3.3

……………………3.4

式中   ——冲孔凸、凹模刃口尺寸

      d—零件孔径公称尺寸(mm)

      ——零件公差(mm)

      ——最小合理间隙(mm)

      —凹、凸模制造偏差,查表其值分别为+0.02、-0.02

带入数值可以算出=16      =16.246 

采用凸凹模分别加工法,需要分别标注凸凹模刃口尺寸及公差,为了保证合理间隙,必须满足下列条件: ||+||。带入数值校核间隙可知满足要求.

6.3冲孔凸模的设计

6.3.1)凸模的结构设计的三原则

    为了保证凸模能够正常工作,设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。

   ① 精确定位

   凸模安装到固定板上以后,在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造成冲裁间隙不均匀,降低模具寿命,严重时可造成啃模。

   ② 防止拔出

   回程时,卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。

   ③ 防止转动

   对于工作段截面为圆形的凸模,当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模,例如长圆形、半圆形、矩形等,为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易,常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动,否则将啃模。

   以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计各种凸模的时,应注意都要满足这三条原则。

6.3.2) 凸模的尺寸计算

凸模工作部分的尺寸计算,参见前面的主要工艺参数的计算。其他部分结构寸的计算如下:

(1)凸模长度L

凸模长度L应根据模具的结构确定。采用固定卸料板和导尺时,凸模长度应该为:

      L=h+h+h+h

式中h---固定板厚度(mm)

     h---卸料板厚度(mm)

     h---导尺厚度(mm)

     h---附加长度(mm)

h主要考虑凸模进入凹模的深度,模具闭合状态下,卸料板到凸模固定板间的安全距离(15~20mm)以及总修磨量(4~6mm)等因素后确定。而本冲孔凸模为下固定板加上外出部分。

一般情况下,凸模的强度是足够的,不必作强度效核,但是,在凸模特别细长或凸模的断面尺寸很小而坯料厚度较大的情况下,必须进行效核,对于本题的凸模,凸模并不特别细长,所以不须进行强度效核。

    凸模外形尺寸形状如下图所示:

4.1凸模外形尺寸图

凸模的外形尺寸已标准化,用以上方法求得的外形尺寸应向接近的标准尺寸靠拢。故凸模尺寸、强度和刚度足够,一般不再进行强度和刚度的核算。

6.3.3凸模的结构形式

   当冲裁形状复杂,公差等级高,尺寸大或尺寸较小的零件时,可以采用镶拼式凹模,但对于此零件的冲裁其凹模结构简单,故采用整体式结构。其凸模结构图如下图所示:

4.2冲孔凸模结构形式图

凸模的固定方法用过盈配合与下固定板固定,采用台肩形式放入下固定板,且同时用下模板顶住,具体的固定方法见装配图。

6.4拉深凹模的设计

计算拉深凹模的工作尺寸的计算参见前面的主要工艺参数计算。现将其它参数的计算介绍如下:

6.4.1拉深模的凹模圆角半径

 拉深时,材料只有经过凹模圆角流入洞口内才能形成工件的筒壁,所以r的大小对拉深工作的影响非常大。

 R小时,材料流过它就困难,弯曲变形阻力,摩擦力,反向弯曲的校直力都大,从而使拉深力增加,工件筒壁容易刮伤,变薄严重,甚至在危险断面处拉破,同时,材料对凹模的压力增加,磨损增大,使模具的寿命降低。这样,材料变形受限制,必须采用较大的拉深系数。在生产上一般应尽量避免采用过小的凹模圆角半径。

R太大时,拉深初期不与模具表面接触的毛坯宽度加大,由于这部分材料不受压边力作用,因而容易起皱。在拉深后期毛坯外缘也会早脱离压边作用而起皱,使拉深件质量不好,在侧壁下部和口部都形成皱折。尤其当毛坯的相对厚度小时,这个现象更严重。

 在不产生起皱的前提下,凹模圆角半径越大越好。可按下面公式计算r的最小值。

                      r=0.8

 式中D---毛坯直径或上道工序拉深件直径;

       d---本道工序拉深后的直径;

       t---材料厚度。

以后各次拉深时,r应逐步减小,其值可按关系式r确定

式中 ---前次拉深的凹模圆角半径;

     ---本次拉深的凹模圆角半径。

经计算反拉深凹模圆角半径为8mm。

拉深凸模的圆角半径r凸对拉深工作也有影响。当r凸过小时,则角部弯曲变形大,危险断面容易拉断。当r凸过大时,则毛坯底部的承压面积减小,悬空部分加大,容易产生底部的局部变薄和内皱。

   除最后一次拉深,凸模的圆角半径r凸应比凹模半径略小,即:r凸=(0.6~1)r凹,最后一次拉深时,凸模的r凸应等于零件的内圆半径,但不得小于材料厚度。如工件的内圆角半径要求小于料厚,则要有整形工序来完成。故在此设计中取r凸=6mm。

6.4.2拉深间隙

拉深间隙指拉深凸模与凹模之间的单面间隙,用Z表示。

       ① 模具间隙对拉深过程的影响

   拉深模的凸模与凹模之间的单边间隙Z/2,影响拉深力与拉深件的质量。

   拉深模的凸、凹模间隙Z/2大,则摩擦小,能减小拉深力。但如果间隙过大,拉深件的精度将不易控制,拉深后零件的高度将小于所要求的高度,零件成桶形。

   拉深模的凸、凹模间隙Z/2小,则摩擦大,将增加拉深力,造成许用拉深系数m值的增大。如果凸、凹模间隙Z/2小于拉深件的材料厚度,则将产生变薄拉深的效果,使得拉深件的精度降低。

   ② 拉深模具间隙的取向

    A)除最后一道工序外,间隙的取向不作规定。

    B)对于最后一道工序,当工件外形尺寸要求一定时,以凹模为基准,凸模尺寸按凹模减小以取得间隙。当工件内形尺寸要求一定时,以凸模为基准,凹模尺寸按凸模放大以取得间隙。

    C)浅拉深时,拉深间隙可取小些,深拉深时,则应取大些。这是因为变形程度越大,板厚的增厚量也越大。

    D)多次拉深时,前几次拉深可取较大的拉深间隙,以便使拉深顺利进行。最后一次拉深则取较小的拉深间隙,以便获得尺寸精度较高的拉深件。

    E)在整形拉深时,如果要求工件的精度较高,例如IT10~12级,可取拉深间隙稍小于板料厚度,常取Z/2=(0.9~0.95)t。如果整形时只要求减小圆角半径,拉深间隙可稍大于板料厚度,例如取Z/2=(1.05~1.1)t。

    F)板料较软时,可取较小的拉深间隙,因为软料在凸模与凹模之间容易被挤薄,可消除拉深过程已出现的微小皱折。相反,硬度则应取较大的拉深间隙。

    G)实际供应的板料厚度可能与其公称值相比较有较大的误差,甚至超出板厚的公差范围。因此,如果成批生产拉深件的板料已经购入,最好依据实测的板料厚度参考上述原则确定合适的拉深间隙值。

   ③ 拉深模具间隙的确定

根据以上对拉深间隙的取向原则和拉深间隙对拉深件的影响我们得知,拉深时,不用压边圈拉深时,考虑到起皱的可能性,取间隙值为:Z=(1~1.1)t=2mm。

6.5凸凹模(拉深凸模和冲孔凹模)设计

6.5.1凸模的结构设计

(1)凸模的结构设计的三原则

    为了保证凸模能够正常工作,设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。

   ① 精确定位

   凸模安装到固定板上以后,在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造成冲裁间隙不均匀,降低模具寿命,严重时可造成啃模。

   ② 防止拔出

   回程时,卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。

    ③ 防止转动

   对于工作段截面为圆形的凸模,当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模,例如长圆形、半圆形、矩形等,为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易,常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动,否则将啃模。

   以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计各种凸模的时,应注意都要满足这三条原则。

6.5.2拉深凸模结构

   根据以上凸模设计的三个原则,在设计拉深凸模时应满足这三个原则。在学习拉深成形这一章节时我们知道,拉深凸模结构比较简单,可参见设计模具装配图,在此仅就其结构设计的一些要点作一简要的介绍。首先每个拉深凸模需钻一通气孔,以防当工件脱离凸模时在凸模端头与工件底之间的空间形成真空,增加额外的卸件力,严重时会将工件底部抽瘪。通气孔直径一般可在3~8mm之间选取,本设计取6.5mm。受钻头长度限制,一般很难从凸模工件端钻通至固定端,这时可自工作端先钻一深孔,再从凸模侧壁钻孔与之相通,侧孔中心线到凸模工作端只要稍大于拉深工序件的高度就可达到通气的目的。

其次要确定拉深凸模的固定方法,以便确定其固定端的结构形式。对于顺装顺出件简单拉深模,如果工件直径与模柄直径相差不大,常将凸模与模柄制成一体。如果两者直径相差较大,或者拉深模有压边装置,可将凸模固定板设计成凸缘式的,借助固定板与上模板进行连接。许多设计者喜欢采用下述方法固定拉深凸模:凸模固定端不带凸缘,以过渡配合直接嵌入到模座内一定深度,并用螺钉联接防止拔出。其优点是模具结构比较的简单,可省去销钉和凸模固定板。但拉深凸模与模座的垂直度比凸缘式凸模较差,因此不适用于较精密的拉深模。有利于较大的拉深凸模,从节省模具钢与便于热处理考虑,可采用组合式的结构。

凸凹模即拉深时为拉深凸模、冲孔时为冲孔凹模。在设计过程中综合考虑。其一些设计要点在这里不在叙述,凸凹模结构图如下所示:




4.3拉深凸模冲孔凹模结构图

7 压力设备选择

根据所要完成的冲压工艺的性质,生产批量的大小,冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。

对于中小型的冲裁件,弯曲件或拉深件的生产,主要应采用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差,在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁模的间隙分布,降低模具的寿命或冲裁件的表面质量,可是由于它提供了极为方便的操作条件和非常容易安装的机械化附属装置的特点,使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。

对于大中型冲压件的生产,多采用闭式结构形式的机械压力机,其中有一般用途的通用压力机,也有台面较小而刚度大的专用挤压压力机、精压机等。在大型拉深件的生产中,应尽量选用双动拉深压力机,因其可使所用的模具结构简单,调整方便。

在小批量生产不中,尤其是大型厚板冲压件的生产多采用液压机。液压机没有固定的行程,不会因为板料厚度变化而超载,而且在需要很大施力行程加工时,与机械压力机相比具有明显的优点。但是,液压机的速度小,生产效率低,而且零件的尺寸精度有时因受到操作因素的影响而不十分稳定。

摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点,所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是,摩擦压力机的行程式次数较少,生产率低,而且操作也不太方便。

在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中,应尽量选取高速压力机或多工位自动压力机。

综合考虑以上因素,在这里冲压此零件选用开式机械压力机。在冲压设备的类型选定之后,应该进一步根据冲压件的尺寸、模具尺寸和冲压力来确定设备的规格。

为安全起见,防止设备的超载,对于冲裁工序,压力机的公称压力P应大于或等于拉深与冲裁时较大者总冲压力的1.1~1.3倍。

即:

  P≥ (1.1~1.3)Fmax………………………2.18       

取P = 1.3 Fmax

               P = 1.3 Fmax

                = 242(KN)

所以可以选择吨位为250KN以上的压力机,考虑到拉深成形的行程比较大,选定压力机还应参考压力机说明书所给出的允许工作负荷曲线。参照书末表C-1可选取公称压力为250KN的开式压力机,该压力机与模具设计的有关参数为:

表2.1

名称

量值

公称压力(10KN)

25

发生公称压力时滑块离下极点距离/mm

6

滑块行程

固定行程/mm

80

调节行程/mm

80

10

标准行程次数(不小于)/(次/min)

100

最大闭合高度/mm

固定台和可倾/mm

250

活动台位置

最低/mm

360

最高/mm

180

闭合高度调节量/mm

70

滑块中心到机身距离(喉深)/mm

190

工作台尺寸/mm

左右

560

前后

360

工作台孔尺寸/mm

左右

260

前后

130

直径

180

立柱间距离(不小于)/mm

260

模柄孔尺寸(直径x深度)/mm

?Φ50 x 70

工作台板厚度/mm

70


8.模具设计

8.1模具结构的设计

模具结构形式的选择采用反拉深、冲孔复合模,首先要考虑落料凸模(兼拉深凹模)的壁厚是否过薄。能够保证足够的强度,故采用复合模。

如前所述,模具设计包括模具结构形式的选择和设计,模具结构参数计算,模具图的绘制等内容。现对反拉深、冲孔复合模设计步骤如下:

模具结构如图3.1所示



 图3.1反拉深、冲孔复合模

2——顶杆、3——螺钉1、16——凸模、7—导柱、9——螺钉2、8——导套、

10——模柄、14——打杆、6——上模板、13——上固定板、5——凸凹模、

15——凹模、4——下固定板、1——下模板、15——顶杆、17——螺杆、

12——垫板、11——骑缝螺钉

如图3.1所示,已经正拉深过的材料送进来后,压力机加压,滑块夹着模柄带动凸凹模向下运动,准备反拉深,当到达滑块行程下死点之前2mm时,开始冲孔,冲孔凸模不动,凸凹模继续下走到达死点完成反拉深冲孔复合,至此零件加工成型。

8.2模具的闭合高度

根据以上反拉深和冲孔复合模结构图可知,模具的闭合高度hm为:

 Hm=下模板厚度+上模板厚度+凸凹模长度+垫板+冲孔凸模高度-公共长度

=50+65+88+10+74-37

                               =250mm

查所选设备的参数;压力机的最大的闭合高度为360mm,最小闭合高度为180 mm,则模具的装模高度应该满足下式要求:

                  Hmax-5 > hm Hmin+10………………………3.2

即:                 355> 170190

故满足设计要求。

9 模具其它零件设计及计算

9.1冲模的导向装置 

       冲模工作时,除了由压力机滑块对上模与下模进行导向以外,还可单独设置导向装置进行导向,其主要作用如下:

    1.模具在压力机上安装调整比较的方便。

  2.冲制的工件质量稳定,冲裁间隙始终保持一致而不易发生变化,因此工件有较好的互换性。

  3.冲模不易损坏,故模具的寿命比无导向冲模高。

9.1.1无导向冲裁

(1)无导向冲裁的条件

无导向冲裁是指冲裁模本身无导向装置。冲裁时,压力机滑块的导向精度,即滑块横向偏摆的最大距离将直接影响冲裁间隙的均匀程度。

无导向冲裁不啃模的条件是:在凸模与凹模单面间隙调整均匀的条件下,其值应不小于压力机滑块的导向精度。如果从保证冲裁件断面质量考虑,则单面冲裁间隙允许的波动值,应不小于压力机滑块的导向精度。


(2)无导向冲裁的应用

 无导向冲裁模的优点是模具结构简单,装配容易,成本降低。其缺点是冲裁过程中冲裁间隙的波动将造成工件的质量不稳定,精度较低,并加速模具刃口的磨损,调模间隙不好控制,会造成啃模事故。因此,无导向冲裁模的安全性较差。综上所述,在板料厚度大于0.8~1mm。精度要求不高、生产批量较小的落料、冲孔等单工序生产中,可以采用无导向装置。

9.1.2导板导向

(1)导板导向的特点

 将固定卸料板式模具的固定卸料板与凸模制成小间隙配合,一般为H7/h6,称为导板。导板的型孔按凸模刃口尺寸配作。导板的功用有两个:一是在冲裁时起上模与下模之间的导向作用;二是在回程时起卸料作用。

 导板导向式冲裁模突出的优点是使用时非常安全,可以说是所有冲裁中最安全的。因为在使用过程中,始终不允许凸模与导板脱离。

(2)导板导向的应用

 导板式导向的应用仍有很大的局限性。首先,由于凸模要兼作导向件,其截面尺寸不能太小,以免受侧向力而折断,其截面也不应太复杂。其次,由于使用中不允许凸模与导板脱离,选用压力机也受到了限制,只能使用行程可调冲床。而且导板导向式冲裁模仍属于固定卸料方式,也不适宜冲裁薄料。但对于板料厚度大于0.8mm、形状较简单的落料加工,采用导板导向式冲裁模,还是很适合的。

9.1.3模架的导向

(1)模架导向的特点

普通模架由导柱、导套、上模座和下模座组成。从安全考虑,通常导柱安装在下模座,导套安装在上模座。导柱与导套的配合面取圆柱面,以便容易加工成小间隙配合,使模架的导向精度高于压力机滑块的导向精度。

采用模架进行导向,不仅能保证上、下模的导向精度,而且能提高模具的刚性、延长模具的使用寿命、使冲裁件的质量比较稳定、使模具的安装调整比较容易。因此在中小型冲模上广泛采用模架作为上、下模的导向装置。

模架可视为模具的一个部件,并且早已高度标准化与商品化。在冲模设计时,特别是中小型冲模设计时,应尽量选择专业生产的标准模架,对提高模具质量、缩短制模周期有着十分重要的意义。

9.2模架的类型及应用

 按导柱不同的位置,分为如下四种模架:

中间导柱模架  导柱分布在矩形凹模的对称中心线上,两个导柱的直径不同,可避免上模与下模装错而发生啃模事故。适用于单工序模和工位少的级进模。

后侧导柱模架  后侧导柱模架导柱分布在模座的一侧且直径相同,只适用横向送料。其优点是工作面开敞,是适于在大件边缘冲裁。其缺点是刚性与安全性最差,工作不够平稳、,应尽量少用。

对角导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对角线方向上,既可以横向送料,又可以纵向送料。由于导柱间的误差方向与送料方向倾斜,因此一般认为导向精度高于前两种模架。适于各种冲裁模使用,特别适于级进冲裁模的使用。为避免上、下模的方向装错,两导柱直径制成一大一小。

四导柱模架 4个导柱分布在矩形凹模的两对角线方向上。模架的刚性很好,导向非常平稳,但价格较高,一般的冲压加工不需要四导柱模架。只要要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模,以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模才采用。

弹压导板式模架 弹压导板除具有弹压卸料板压料及卸料功能外,还能对凸模进行导向。

   按导柱导套配合性质的不同,有如下两种形式:

   导柱导套滑动导向模架  将导柱与导套制成小间隙配合,为H6/h5时称为一级 模架,为H7/h6时称为二级模架。在加工时,导柱导套与模座均为H7/r6过盈配合。为避免导套压入模座因变形而影响与导柱的配合,将导套压入段的内孔直径加大1mm,不与导柱相配合。

   装配良好的模架,应能用两手轻轻抬起上模座而下模座不动,但这样的效果很难达到, 因为导柱与模座为过盈配合,压入导柱导套时难以保证垂直度。所以在装配时,导柱、导套与模座可以较松的过渡配合H7/m6代替过盈配合,容易保证导柱和导套的轴线垂直于模座平面,使模架的导向精度只决定于加工精度,而容易制成精密模架。

   对于冲裁模,导柱导套的配合间隙应小于单面间隙。当双面冲裁间隙不超过0.03时,相当于板料厚度小于0.5mm,可选用一级模架。双面冲裁间隙超过0.03mm时,可选用二级模架。

   为了保证使用中的安全和可靠性,设计与装配模具时,还应注意下列事项:

   当模具处于闭合位置时,导柱的上端面与上模座的上平面应留10~15mm的距离;导柱下端面与下模座下平面应留2~5mm的距离。导套与上模座上平面应留不小于3mm的距离,同时上模座开横槽,以便排气。

导柱导套滚动导向模架  在导柱与导套之间加多排钢球,组成滚动导向装置滚动导向的突出特点是:钢球与导柱、导套之间不但没有间隙,而且有0.01~0.02mm的过盈量,成为无间隙导向。因此其导向精度非常高。

   为了减少磨损,钢球沿导柱与导套工作面的滚动轨迹应不重合。为此,钢球在保持圈内的排列;横向应当错开,纵向连线与导柱轴线成8度角。

为了防止保持圈在工作时下沉、脱离导套而减少配合长度,可在导柱上另加一个支承弹簧。

 滚动导向装置属于无间隙导向,精度高,寿命长。使用于高速冲模、薄料(t小于0.5mm)无间隙冲裁、精密冲裁、硬质合金模及其它精密冲裁,

标准模架

标准模架是指列入模具国家标准的模架。标准模架有如下特点:

(1)标准模架是模具标准件中商品化程度最高的,有各种型号与规格可供选购。

(2)出售的标准模架均由专业厂成批制造,质量有保障,价格便宜。

(3)虽然每个模具都是单件生产的,但是模架却可以批量生产。为适应批量生产的需要,降低生产成本,提高模架质量,模座采用铸铁制造,普通模架的导柱与导套选用20号钢制造并经渗碳淬火,硬度为58~62HRC;而滚动导向模架的导柱与导套则采用轴承钢GCr15制造,淬火硬度为62~68HRC。

(4)标准模架严格按冷冲模模架技术条件GB2854-81制造与验收。

可见,标准模架的质量是很高的,设计模具时应尽量选用。

根据以上对各种模架的比较,为了提高生产率,降低模具的成本,故在选择模架时,根据以上模架的使用和装配要求,在此设计中选用中间导柱标准模架,其结构图如装配图所示。


4.5中间导柱模架结构图

9.3定位装置

 冲压加工时,条料或坯料在冲模内处于正确的位置,称为定位。

   定位的基本形式有如下三种类型:   

(1)导向定位

(2)接触定位

(3)形状定位

在此设计模具中选用接触定位。

9.4卸料装置

卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后,将条料或工件与落料凸模或冲孔凸模脱离,以便进行下一次冲裁。在这里只介绍固定卸料装置。参考:高效空气过滤器 www.songfengkou.com

9.4.1固定卸料装置的形式

(1)整体式卸料板:结构简单,但装配调整不便。

(2)分体式卸料板:导料板装配方便,应用较多。

(3)悬臂式卸料板:用于窄长件的冲孔或切口后的卸料。

(4)拱桥十卸料板:用于空心件或弯曲件冲底孔后的卸料。

9.4.2固定卸料板的固定方式

(1)卸料板和凹模用同一螺钉和销钉紧固到下模座上,螺钉数量为4个。其结构简单,但为了刃磨凹模,在拆下卸料板同时,也使凹模脱离了下模座。如模具是用导柱导向的,刃磨后再重新装配模具,很可能使冲裁间隙不如初装时均匀而损害模具的精度。

(2)卸料板只连接到凹模上,凹模再单独连接到下模座上,螺钉一般要增加4~6个,销钉要增加2个。其结构复杂些,但拆下卸料板时,凹模不脱离下模座,也就克服了前者的缺点。应注意,在下模座与卸料板定位销对应处,应钻直径稍大于销直径的通孔,以便拆卸料板时顶出销钉。

如果板料较薄,采用固定卸料方式,会引起板料严重翘曲,使工件质量不好,在间隙过大时,还容易出现卡死现象,严重时可能损坏模具。因此,采用固定卸料方式,按生产经验,板料厚度不宜大于0.8mm,而且不适于冲软铝板。

固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.8倍,板料厚度超过3mm时,可与凹模厚度一致。固定卸料板形孔与凸模的单面间隙可以取0.2~0.5mm,厚料与硬料可取大值。

9.5推件装置的设计 

复合模出件均为逆出件,冲入凹模内的工件需由出件装置反向推出或顶出。倒装复合模的出件装置在上模,也称为推件装置,顺装复合模的出件装置在下模,也称为顶件装置。

推件装置一般由推件板、推杆、打板、打杆组成。在回程,当滑块内的打杆横梁撞击到床身两侧的限为螺钉时,便产生推件力,并通过打杆、打板、推杆传至推件板。类似的装置如果用于顺装复合模就是排除冲孔废料的打料装置。

9.5.1.推件板的结构形式

为了防止推件板从凹模内脱出,其结构形式一般采用凸缘式的。这种结构是普遍采用的结构。对于圆截面的推件板,这种整体凸缘结构具有结构简单、容易加工的优点。对于非圆截面的,特别是不规则截面的推件板,工艺性就很差。则采用分体式的结构。故在此采用圆截面推件板。

9.5.2.推件板的尺寸与公差

推件板是出件装置中最重要的零件。其截面形状与凹凸模很相似,其外形与凹模有配合关系,其内形又与凸模有配合关系,因此加工难度较大。工作时,推件板应平稳,避免卡死。为此,推件板与凹模和凸模应取小间隙的配合。间隙取得过大反而容易卡死。推件板与凹模和凸模的配合有如下三种方式:

(1)推件板的外形与凹模、内形与凸模均按H8/h7小间隙配作。

(2)推件板的外形按凹模配作成H8/h7小间隙配合,而内形按凸模配作成H11/h11大间隙配合。

(3)推件板的内形按凸模配作成H8/h7小间隙配合,而外形按凹模配作成H11/h11大间隙配合。

9.5.3.推件板的极点位置

推件板的下极点位置应保证其端面超出凹模面0.2~0.5mm,以便在出件时使工件与凹模彻底脱离。

推件板在上极点位置,其工作段不应脱离凹模直壁段,应有不小于4mm的配合段。而且此时凹模内至少应能容纳3~4片工件,以便在出件装置失灵时,操作人员有足够的时间停机,不致发生撞击而损坏模具或机床。

9.5.4.打杆与打板的设计

在倒装复合模的推件装置中,为了避开冲孔凸模,压力机滑块中的打杆横梁撞击打杆产生的推件力需借助打板传给推杆,再传给推板。设计时需注意如下两点:

(1)推杆尽可能对称分布,以便使推件力均衡分布、推件装置动作平稳。

(2)打板的平面面积尽可能减小,其平面形状尽可能不用完整的矩形和圆形。

打杆的结构形式常用的是一端有大头的光杆。打杆的直径应比模柄孔直径小0.5~1mm。打杆设计的关键问题是决定其长度,应保证能被压力机滑块中的打杆横梁撞击到,又不能过长而影响打板的自由升降。设计时一般按下式要求来确定:当推件板处于下极点位置时,打杆上端应超出压力机滑块打杆横梁孔的底平面约1~5mm,因此设计时需已知选定压力机滑块底平面到打杆横梁孔之间的距离。故其结果见装配图。

9.6模柄的类型及选择

中小型模具一般都用模柄将上模与压力机滑块相连接。设计模具时,选择模柄的类型要考虑模具结构的特点和使用要求,模柄工作段的直径应与所选定的压力机滑块孔的直径相一致。下面分别介绍几种常见的标准模柄形式,可供设计时选用。

(1)旋入式模柄

旋入式模柄,通过螺纹与上模座连接,上端两平行面供搬手旋紧用。骑缝螺钉用于防止模柄转动。

(2)压入式模柄

压入式模柄,固定段与上模座孔采用H7/h6过渡配合,并加骑缝销防止转动。装配后模柄轴线与上模座垂直度比旋入式模柄好。


(3)凸缘式模柄

凸缘模柄,在上模座加工出容纳模柄大凸缘的沉孔,与凸缘为H7/h6配合,并用3个或4个内六角螺钉进行固定。由于沉孔底面的表面粗糙度较差,与上模座的平行度也较差,所以装配后模柄的垂直度远不如压入式的模柄。因此在能应用压入式模柄时,不应采用凸缘模柄。这种模柄的优点在于凸缘的厚度一般不到模座厚度的一半,模座凸缘以下部分仍可加工出形孔,以便容纳推件装置的顶板采用螺纹模柄的小型模具也可以这样应用,但螺纹连接段的长度要比上模座厚度小些。


5.1凸缘模柄结构图

(4)浮动模柄

模柄与上模座不是刚性连接,允许模柄在工作过程中产生少许倾斜。采用浮动模柄,可避免压力机滑块由于导向精度不高对模具导向装置产生不利影响,减少对模具导向件的磨损,延长其使用寿命,使模具导向装置长期保持良好的导向精度。浮动模柄主要用于滚动导向模架,在压力机导向精度不高时,选用一级精度滑动导向模架也可采用。但选用浮动模柄的模具必须使用行程可调冲床,保证在工作过程中导柱和导套不脱离。否则,在回程上模有可能与浮动模柄移位,严重时甚至可将上模甩出去,轻者损坏模具,重者可能造成人生事故。

(5)通用模柄

将快换凸模插入模柄孔内,配合为H7/h6,再用螺钉从模柄侧面将其固紧,防止卸料时拔出,就组成了通用冲孔模的上模。

根据以上模具的比较,在此设计中选用压入式的模柄。其结构如下图所示:

9.7凸模固定板

凸模固定板的外形与尺寸通常与凹模板相同,厚度为凹模板厚度的0.8~1倍。

固定凸模的型孔决定于凸模的结构设计,对于圆凸模,取凸模固定端的直径按H7精度加工;对于用螺钉吊装的直通式凸模,要求型孔按凸模实际尺寸配作成H7/h6;对于用低熔点合金、环氧树脂及胶粘法固定的凸模,则型孔尺寸按相应凸模尺寸适当放大周边间隙来确定。取凸模固定板的厚度为30mm。

9.8垫板

在凸模固定板与上模座之间加一块淬硬的垫板,可避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲压力而出现凹陷,致使凸模松动。有些模具在凹模与下模座之间也加垫板,目的是为了提高模具使用寿命。

垫板的平面形状与尺寸和固定板相同,其厚度一般取6~10mm。

在垫板上穿过连接螺钉、卸料螺钉和定位销出要钻通孔,其直径应比相应件的直径增大0.5~1mm。应注意,穿销孔是在装模具时调整好冲裁间隙后,连同模座和固定板一起经钻孔、绞孔加工出来的,垫板淬火前应将穿销孔扩大,以免垫板淬火变形后难以打入销钉。

如果模座是用钢板制造的,当凸模截面面积不太小时,可以省去垫板。

9.9紧固件

冲模上的紧固件包括连接螺钉和定位销钉。受力较大的连接螺钉一般都采用内六角螺钉,其特点是用45号钢制造,并淬火达35~40HRC,因此可承受较大的拉应力。受力不大的小螺钉可以采用普通圆柱头螺钉,但一般不用半球头螺钉或沉头螺钉。前者一字槽容易拧坏,后者装配时不便调整。

9.10定位销

定位销钉采用普通圆柱销,可以承受一定的切应力。

10.模具的装配

10.1复合模的装配

复合模一般以凸凹模作为装配基件。其装配顺序为:①装配模架;②装配凸凹模组件(凸凹模及其固定板)和凸模组件(凸模及其固定板);③将凸凹模组件用螺钉和销钉安装固定在指定模座(正装式复合模为上模座,倒装式复合模为下模座)的相应位置上;④以凸凹模为基准,将凸模组件及凹模初步固定在另一模座上,调整凸模组件及凹模的位置,使凸模刃口和凹模刃口分别与凸凹模的内、外刃口配合,并保证配合间隙均匀后固紧凸模组件与凹模;⑤试冲检查合格后,将凸模组件、凹模和相应模座一起钻铰销孔;⑥卸开上、下模,安装相应的定位、卸料、推件或顶出零件,再重新组装上、下模,并用螺钉和定位销紧固。

10.2凸、凹模间隙的调整

冲模中凸、凹模之间的间隙大小及其均匀程度是直接影响冲件质量和模具使用寿命的主要因素之一,因此,在制造冲模时,必须要保证凸、凹模间隙的大小及均匀一致性。通常,凸、凹模间隙的大小是根据设计要求在凸、凹模加工时保证,而凸、凹模之间间隙的均匀性则是在模具装配时保证的。

冲模装配时调整凸、凹模间隙的方法很多,需根据冲模的结构特点、间隙值的大小和装配条件来确定。这里用垫片法来调整。

垫片法是利用厚度与凸、凹模单面间隙相等的垫片来调整间隙,是简便而常用的一种方法。其方法如下:

①按图样要求组装上模与下模,其中一般上模只用螺钉稍微拧紧,下模用螺钉和销钉紧固。

②在凹模刃口四周垫入厚薄均匀、厚度等于凸、凹模单面间隙的垫片(金属片或纸片),再将上、下模合模,使凸模进入响应的凹模孔内,并用等高垫铁垫起。

③观察凸模能否顺利进入凹模,并与垫片能否有良好的接触。若在某方向上与垫片接触的松紧程度相差较大,表明间隙不均匀,这时可用手锤轻轻敲打凸模固定板,使之调整到凸模在各方向与凹模孔内碘片的松紧程度一致为止。

④调整合适后,在将上模用螺钉紧固,并配装销钉孔,打入定位销。

7.附加工序

在拉深过程中,金属材料与模具的表面直接接触,由于相互间作用的压力很大,当板料在凹模表面滑动时,就产生很大的摩擦。结果使拉深时所需的力和冲件侧壁内部的拉应力有所增大,这不但降低了模具的使用寿命,而且还容易划伤冲件的表面,当拉应力变大时,还会使侧壁厚度变薄,以致降低了冲件的精度。

如果采用润滑剂,使得在板料与凹模表面之间存在着一层薄膜,将其滑动表面相互隔离。因而减小了摩擦力,并减小了模具的磨损,从而使冲件的的表面质量的尺寸精度都有所提高。

对于本次设计我们可以采用混合的润滑剂,其具体成分如下

  锭子油       40%

  黄 油       40%

  滑石粉       11%

  硫 磺       8%

  酒 精       1%

其中硫磺应以粉末状态加入。

依据(P397,《冲压工艺与模具设计实用手册》)

冲压之后从零件上清除润滑剂有各种各样的方法。通常有用软抹布手工擦除、在碱液中电解除油、在专门的溶液中热除油、润滑剂溶解于三氯化乙烯中和在汽油或其它溶剂中消除等几种。

11.凸凹模制造的工艺过程

在机械制造中,采用各种机械加工方法将毛坯加工成零件,再将这些零件装配成机器。为了使上述制造过程满足“优质、高产、低成本”的要求,首先要指定零件的机械加工工艺规程和机器的装配工艺规程,然后按照所制订的工艺规程来进行机械加工和装配。由于零件的工艺过程可以是多种多样的,工艺人员的任务是从现有生产条件出发,制订出一个切合实际的最优工艺过程,并将其有关内容用文件的形式规定下来。规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。

机械加工工艺规程是指导生产的主要技术文件。按照工艺规程进行生产,才能保证达到产品质量、生产率和经济性的要求。合理的工艺规程在编制后应要满足下述要求:

1.零件所需的工序数量要尽量少,并且要减少或不再采用其他加工方法加工。

2.零件各工序所采用的设备结构要简单、寿命要长。

3.工序中所占用的设备要少,尽可能采用生产机械化与自动化。

4.生产准备周期要短,所需材料要少,成本要低廉。

5.零件的生产工艺流程要合理,做到安全生产。

6.制出的零件应符合技术要求,并且尺寸精度要高,表面质量要好。

7.尽量采用技术等级不高的工人生产,以降低成本。

制订机械加工工艺规程的原则是:在一定的生产条件下,以最低的成本,按计划规定的速度,可靠地加工出图纸要求的零件。在编制工艺规程时,应注意以下几个问题:

1.技术上的先进性   

在编制工艺规程时,应尽量菜油新工艺、新技术、先进设备和新材料,以获得较高的生产率,但不应加大操作工人的劳动强度,而应依靠设备的先进性来保证。

2.经济上的合理性   

在一定的生产条件下,可能有几种能保证零件技术要求的加工工艺方案,此时应全面考虑,应根据工序数量、机械加工难易程度、通过核算或分析选择经济效益最佳的加工方案,以使零件减少工序及降低成本。同时,加工精度要求不高的零件,尽量不使用高精度的加工设备。

3.创造必要的良好工作条件

在编制工艺规程时,必须保证操作人员有良好而安全的工作条件,并保证所加工的零件的质量合格及减轻工人的劳动强度。

本设计例举凸凹模的工艺方案   

凸凹模如下图所示


工艺路线

工序一:热处理(正火).

工序二:车两端面,保证尺寸88mm.

工序三:热处理(调质).

工序四:粗车外圆φ138mm、φ81mm

工序五:半精车φ138mm、φ81mm

工序六:圆角

工序七:钻φ12mm孔

工序八:钻φ16mm孔深20

工序九:钻φ5mm孔

工序十一:精车φ138mm、φ81mm、φ16mm

工序十二:钳工

工序十三:检验

12设计总结

时光飞逝,转眼间三个月就已经过去,这几个月是我在湖南大学衡阳分校求学以来最刻骨铭心的日子,毕业设计的锻炼与不断学习总结,使我大学的整个学习又更上一层楼,同时,这也将为我的大学生活划上一个圆满的句号。

本次毕业设计是对我们每个学生在校四年来所学知识与生产实践技术所进行的一次综合性的全面考察;培养了我们运用所学专业知识解决实际问题的能力;它还为我们了解一般模具设计的基本思想打下良好的基础;在设计方案的拟定、工艺分析、设计资料的收集、手册利用、国标选用、设计方法的运用、零部件及总体装配图的绘制等方面,有一次较全面的锻炼。对我们进入社会具备一定独立工作能力起了良好的作用,能较好的适应工作。

经过两个月多的时间,我对冷冲压模具有了更深刻的认识和了解,在这期间我不仅接触和学习到了很多以前课堂上无法学到的知识,更总结出以前无法总结出来的学习方法,那就是整合一切可以利用的资源,不断地给自己提出问题,积极思考去寻求解决问题的最佳方案。而且对AutoCAD和Word的应用水平有了进一步提高,也清楚了各种标准件的画法,对冲压工艺、冲压模具、冲压设备及机械设计等方面的认识有了进一步的深化。

整个毕业设计过程中我们基本上做到了独立地思考,查阅相关资料,准确计算,充分地运用在大学四年内所学的专业理论知识,使之融入到设计实践中,并通过不断地翻阅资料和查找数据,使自己又一次详细的回顾了四年学习的专业知识,发现自己在学习上的不足之处并加以提高,使自己的专业知识更加全面,系统化。 这些宝贵经验对我以后的发展都有很高的实用价值,对我今后走向工作岗位都会产生巨大的影响和作用,在此我想对给予我莫大帮助和教诲我的指导老师--张文玉老师、刘先兰老师表示衷心的感谢!

在本次设计中,我同时也存在着一些错误和不足之处,但作为一名技术人员就必须要有发现和改正自己错误的能力,并努力使自己设计的产品质量不断提高和完善,这也反映了自我知识和能力的提高和完善。 

13.致 谢

经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢我的指导老师曾立平老师。曾老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从外出实习到查阅资料,设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是曾老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩曾老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。

   然后还要感谢大学四年来所有的老师,为我们打下机械专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。

最后感谢我的母校四年来对我的大力栽培。


模具的CAD/CAE/CAM技术

引言
   模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式,为企业提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期、降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。
   与任何新生事物一样,模具CAD/CAE/CAM在近二十年中经历了从简单到复杂,从试点到普及的过程。进入本世纪以来,模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快、应用范围更广,为了使广大模具工作者能进一步加深对该技术的认识,更好发挥模具CAD/CAE/CAM的作用,本文针对模具中应用最广泛、最具有代表性的铸造模、锻模和级进模CAD/CAE/CAM的发展状况和趋势作概括性的介绍和分析。
铸造模CAD/CAE/CAM的发展概况
   铸造成形过程模拟的工作始于求解铸件的温度场分布。1962年丹麦的Fursund用有限差分法首次对二维形状的铸件进行了凝固过程的传热计算,1965年美国通用汽车公司Henzel等对汽轮机铸件成功进行了温度场模拟,从此铸件在模具型腔内的传热过程数值分析技术在全世界范围内迅速开展。从上世纪70年代到80年代,美国、英国、法国、日本、丹麦等相继在铸件凝固模拟研究和应用上取得了显著成果,并陆续推出一批商品化模拟软件。进入90年代后,我国的高等院校,如清华大学和华中科技大学在该领域也取得了瞩目的成就。
   单纯的传热过程模拟并不能准确计算出铸件的温度变化和预测铸造中可能产生的缺陷,充模过程对铸件初始温度场分布的影响以及凝固过程中液态金属的流动对铸件缺陷形成的影响都是不可忽视的。铸件充模过程的模拟技术始于上世纪80年代,它以计算流体力学的理论和方法为基础,经历十余载,从二维简单形状开始,逐步深化和扩展,现已成功实现了三维复杂形状铸件的充模过程模拟,并能将流动和传热过程相耦合。目前国外已有一批商品化的三维铸造过程模拟软件,如日本的SOLIDIA、英国的SOLSTAR、法国的SIMULOR、瑞典的NOVACAST、德国的MAGMA和美国的AFSOLID、PROCAST等。国内也有清华大学的铸造之星、华中科技大学的华铸CAE等。这些铸造模CAE软件已覆盖铸钢、铸铁、铸铝和铸铜等各类铸件,大到数百吨,小至几千克,无论是在消除缩孔和缩松,还是在优化浇冒口设计,改进浮渣夹渣等方面都发挥了显著的作用。

伴随着CAE技术在铸造领域的成功应用,铸造工艺及模具结构CAD的研究和应用也在不断深入,国外已陆续推出了一些应用软件,如美国铸造协会的AFS-SOFTWARE,可用于铸钢和铸铁件的浇冒口设计,英国FOSECO公司的FEEDERCALK软件,可以计算铸钢件的浇冒口尺寸和选择保温冒口套的类型。我国华中科技大学和清华大学在铸造工艺及模具结构CAD方面也做了许多工作,如清华大学开发的THFSCAD软件,主要由图形扫描及矢量化和铸造工艺CAD两部分组成。前一部分对扫描输入的图形进行消蓝去污和矢量化,后一部分用来建立参数化图形、计算铸件的加工余量、绘制工艺卡等。THFSCAD是在二维图形学的基础上开发的,采用了AUTOCAD软件为开发平台。随着CAD技术的快速进步,三维CAD系统在铸造生产领域会逐步取代二维CAD系统而成为主流设计系统。
锻模CAD/CAE/CAM的发展概况
   自上世纪70年代以来,国内外许多学术机构和公司对锻模CAD/CAE/CAM技术进行了广泛的研究,在锻造工艺过程设计、锻模结构设计和金属流动模拟等方面均取得了显著的成绩。
   轴对称锻件约占锻件总数的30%左右,加上轴对称锻件几何形状简单,易于描述和定义,所以开发锻模CAD/ CAM系统时国内外大多数机构和人都是从轴对称锻模入手。轴对称锻模CAD/ CAM系统的主要组成部分包括锻件设计、模锻工艺设计、锻模结构设计和NC编程。锻件设计指的是设计冷锻件图和热锻件图,包括选择分模面、补充机加工余量、添加圆角和拔模斜度等。模锻工艺设计决定是否采用预成形工序、怎样采用预成形工序以及如何选择锻压设备的吨位。
   另一类广泛应用的锻件是长轴类锻件,其成形工序设计和模具结构设计远比轴对称锻模复杂,因此开发长轴类锻模的CAD/CAM系统的难度更大、通用性也低,目前在许多通用商品化CAD/CAM软件上二次开发的长轴类锻模的CAD/CAM系统仅限于特定产品和特定场合的应用。
   锻模CAD/ CAM系统的发展方向是成组技术和模具标准化技术的进一步贯彻执行以及CAE技术和人工智能技术的深入应用。
   在CAE技术方面,有限元法一直是分析和研究金属锻造成形的主要数值分析方法,多年来已取得不少阶段性的成果。1973年Lee和Kobayashi以矩阵分析法导出了刚塑性有限元的Lagrange算法,成功分析了锻造成形过程。1974年Zienkiewicz提出了刚粘塑性有限元的罚函数法,分析了轧制、挤压和拉拔等成形工艺。1982年Mori和Osakada提出了刚塑性有限元中的材料可压缩法并用于轧制和挤压中。上世纪80年代初,Oh和Altan用大型刚塑性有限元分析软件ALPID对各类塑性变形问题进行了深入研究。90年代以后,国外一些商品化的专业有限元分析软件,如法国的FORGE2、美国的DEFORM、ABAQUS、MSC/AutoForge等,都已成功地应用于锻造领域。这些软件不仅可以预测锻件成形的全过程,而且可以定量地给出与变形有关的各种物理量,如位移、速度、应力、应变和载荷等,为获得最优的模具设计、最合理的工艺方案和最少的试模时间提供了技术保证。
级进模CAD/CAE/CAM的发展概况
   国外级进模CAD/CAE/CAM的研究始于上世纪60年代末,70年代便有初步应用,但仅限于二维图形的简单冲裁级进模,其主要功能如条料排样、凹模布置、工艺计算和NC编程等。弯曲级进模CAD/CAM系统出现在80年代,如日本日立公司和富士通公司的弯曲级进模系统等。为了能够适应复杂模具的设计,富士通系统采用了自动设计和交互设计相结合的方法,在该系统中除毛坯展开、弯曲回弹计算和工步排序为自动处理外,其余均需要设计人员的参与。
   应用三维几何造型技术的级进模系统始于80年代末,如美国Auto-trol公司的Die-Design系统,该系统采用三维几何模型来描述钣金零件,并将三维图形技术应用于模具结构设计,显示出三维图形软件在模具设计中的重要作用。
   进入90年代,国际著名商品化三维CAD/CAM系统,如美国的Pro/E、UG-II、CADD5、Solidworks、MDT等均陆续在模具界得到应用。美国PTC公司基于Pro/E系统开发了钣金零件造型模块Pro/Sheet Metal。UG Solution公司在UG-II的基础上开发了同类型的模块UG/Sheet Metal。以上两个系统都缺乏面向级进成形工艺及模具结构设计的专用模块,但这方面的工作进展很快,有的已经初见成效。
   如美国Computer Design公司开发的级进模软件Striker Systems是销售量较大的商业化CAD/CAM系统,包括钣金零件造型(SS-DESIGN)、毛坯展开(SS-UNFOLD)、毛坯排样(SS-STRIP DESIGN),模具设计(SS-DIE DESIGN)和数控加工(SS-WIRE、SS-PROFILE)等模块。该系统支持钣金零件的特徵造型,虽已具有某些自动化设计的功能,但其设计过程仍以交互操作为主,目前只适用于弯曲冲裁级进模的设计。
    本世纪之初,美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II(现为NX)软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特徵识别与重构、全三维结构关联等显著特色,已在2003年作为商品化产品投入?场。我国从上世纪90年代开始,华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特徵的级进模CAD/CAM系统HMJC,包括钣金零件特徵造型、基于特徵的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程五个模块。上海交通大学为瑞士法因托(Finetool)精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAD/CAM系统。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来,国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列,如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-cad等。
模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式,为企业提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期、降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。模具是制造业的重要工艺基础,在我国,模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具,但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期,中国模具工业才驶入发展的快车道。近年,不仅国有模具企业有了很大发展,三资企业、乡镇(个体)模具企业的发展也相当迅速。虽然中国模具工业发展迅速,但与需求相比,显然供不应求,其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面,中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距,因此,每年需要大量进口模具。

本设计是空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计,落料、拉深、成型都是冲裁的基本工序。

所谓落料是在平板毛坯上沿封闭轮廓进行冲裁,被分离下来的一块称为落料件,余下的就是废料。落料常用于制备工序件。

拉深是指在压力机上使用模具将平板毛坯制成带底的圆筒形件或矩形间的成形方法。

胀形是指利用模具强迫板料厚度减薄而表面积增大,以获得零件几何形状的冲压加工方法。

冷冲模是实现冷冲模生产的专用工具和主要工艺装备。冲压件的形状和尺寸精度靠模具直接保证,冲压生产率高,操作简单,成本低廉等优越性要靠优良结构性能的冲模来实现。冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的高低。

本设计采用复合模,其优缺点如下所式:

优点

1冲裁时材料处于受压状态,零件表面平整。

2冲裁时材料不需进给移动,零件精度不受送料误差影响,其内、外形同轴度较高,一般可以达到0.02~0.04,零件尺寸精度高,可达IT8级,在这3种型式的模具中,其零件精度最高。

3模具结构紧凑,外廓尺寸小。

4用复合模冲压时对条料形状及尺寸的限制不严格,可用短料和边角余料来冲压零件,材料利用率比连续模高。

5适宜冲压薄料、软料和脆性材料。

缺点

1模具零件多,结构复杂,装配制造困难,成本高。但形状复杂的零件其模具制造难度比连续模低。

2由于受到凸凹模最小壁厚的限制,对于一些内孔与外缘之间及孔间距离较小的零件,不宜采用复合模。

3生产率比连续模低,工作没有连续模安全,零件出件没有连续模方便。适宜于生产批量大、尺寸大的零件。有时候为了保证零件的精度,批量小时也用它。

冲模零件材料的选用

冲模材料,尤其是凸、凹模的材料与模具寿命关系很大,合理选用材料是模具设计的一项十分重要的工作。

冲压时模具工作部分要受多次大压小拉的交变冲击载荷作用,冲模将产生压缩、弯曲、疲劳变形和摩擦损伤,其正常的失效形式为磨损或疲劳断裂。由于结构和热处理原因,也会产生镦粗,局部压榻、崩刃和折断等早期破坏。因而模具材料应具有很高的抗压强度,高的疲劳强度和高的耐磨性以及足够的韧性。多数模具形状复杂、精度要求也高。因此,还需要热处理材料变形小。

   选用材料时应考虑模具的工作特性,受力情况,冲压件材料性能,冲压件的精度,生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素。既要保证模具的寿命又要使成本不至于过高。一般讲,对于冲压件形状简单、尺寸不大、受力小的模具,选用高碳工具钢制造;冲压件形状复杂、尺寸大、冲压力大的模具,选用合金钢和高速钢制造;而冲压件的精度或寿命要求高的高速冲压或精密的冲压模具,常选用硬质合金、钢质硬质合金等材料制造。冲模工作部分和其他的零件具体的材料和热处理要求,可参看有关冲模资料选用。

冲床的选用

冲床是机械压力机的俗称,是用来对坯料进行冲压加工的主要设备。冲床的选用是冲压工艺设计过程中的一项重要内容。冲床的选用必须根据冲压工序的性质、冲压力(包括压料力、卸料力等)、变形功、模具结构型式、模具的闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量、生产成本、产品质量等诸多因素,结合单位现有设备条件进行。

冲床的选用主要是确定冲床的类型和吨位。

冷冲模主要由以下几部分构成

1.工作部分:其功能是完成材料的分离。零件质量及尺寸精度主要靠该部分来保证。

2.定位及挡料部分:其功能是确定条料在冲模中的正确位置。

3.卸料及推件装置:其功能是把箍在凸凹模外围的条料卸下来,把梗塞在凹模内的零件推出来,保证冲压继续正常进行。

4.导向装置:其功能是保证上、下模正常运行,使之不产生位置偏移。

5.连接固定部分:其功能是连接和紧固各零部件,使之成为一完整的整体。

本设计是护罩壳落料、拉深、冲孔复合模,所谓复合模是指压力机一次行程中,在模具的一个工位上,同时完成几道不同工序的模具。它属于多工序模。工作部分除凹、凸模外还有凸凹模。落料凹模在上模部分的称为倒装复合模,落料凹模在下模的称为正装复合模。


参考文献


[1]钟毓斌主编 《冲压工艺与模具设计》    机械工业出版社   北京   2005.2

[2]王孝培主编《实用冲压技术手册》        机械工业出版社   北京   2001.3

[3]涂光祺主编《冲压技术》                机械工业出版社   北京   2002.8

[4]张鼎承主编《冲模设计手册》            机械工业出版社   北京   1999.6

[5]甄瑞麟主编《模具制造工艺学》          清华大学出版社   北京   2005.1

[6]周小玉、陈锡栋主编《实用模具技术手册》 机械工业出版社   北京   1995.3


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