U形卡槽的沖壓工藝及模具設(shè)計【含46張圖紙】

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山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文開題報告表 班級：成型053 姓名：李超 論文題目 U形卡槽的沖壓工藝及模具設(shè)計 一、選題背景和意義 隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，服務(wù)于汽車生產(chǎn)的模具近年來也快速發(fā)展。服務(wù)于汽車生產(chǎn)的模具和塑料模具使用量最大的兩大類。此外，還有鑄造模具、鍛造模具、橡膠模具、粉末冶金模具及拉絲模具和無機材料成型模具等。在汽車工業(yè)十分發(fā)達(dá)的國家，為汽車服務(wù)的模具往往要占到全部模具生產(chǎn)量的40%以上。經(jīng)過多年發(fā)展，我國目前為汽車服務(wù)的模具約已占到了全部模具產(chǎn)量的1/3左右。在這些模具中，沖壓模具在模具行業(yè)和汽車覆蓋件模具，直接關(guān)系到汽車車型，因此其地位尤為重要。要生產(chǎn)出大量的各式各樣的汽車，先進(jìn)技術(shù)裝備必不可少，而模具就是汽車先進(jìn)技術(shù)裝備中的重要裝備?！艾F(xiàn)代工業(yè)，模具先行”、“沒有高水平的模具，就沒有高水平的產(chǎn)品”，這已成為人們的共識。不管是汽車還是模具，雖然近年來發(fā)展迅速，我國已成為生產(chǎn)大國，但離生產(chǎn)強國的距離還很遠(yuǎn)。然而，要成為制造業(yè)強國，要成為汽車、模具等的制造強國是我們的目標(biāo)。為了向汽車行業(yè)提供更為先進(jìn)的技術(shù)裝備，必須不斷提高汽車沖壓模具的沖壓模具的水平與能力。 金屬薄板沖壓成形是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中一種非常重要的制造技術(shù) ,金屬薄板及其制品在沖壓成形過程中所表現(xiàn)出的成形性能或成形性,是橫跨薄板冶金制造和沖壓成形生產(chǎn)兩大行業(yè)之間的交叉性工程技術(shù) ,即沖壓成形性能及其應(yīng)用。沖壓加工是靠沖壓設(shè)備和模具實現(xiàn)對板料毛坯的塑性加工過程。沖壓加工具有許多十分明顯的優(yōu)點，它利用沖壓設(shè)備與沖模的簡單的運動完成相當(dāng)復(fù)雜形狀零件的制造過程，而且并不需要操作工人的過多參與，所以沖壓加工的生產(chǎn)效率很高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，一般情況下，沖壓加工的生產(chǎn)效率為每分鐘數(shù)十件。又由于沖壓加工的操作十分簡單，為操作過程的機械化與自動化提供了十分有利的條件。因此，對某些工藝成熟的沖壓件，生產(chǎn)效率可達(dá)每分鐘數(shù)百件，甚至超過一千件以上。 沖壓加工用的原材料多為冷軋板料和冷軋帶材。原材料的良好表面質(zhì)量使用大量生產(chǎn)方式、高效而廉價的方法獲得的。在沖壓加工中這些良好的表面質(zhì)量又不容易遭到破壞，所以沖壓件的表面質(zhì)量又不致遭到破壞，所以沖壓件的表面質(zhì)量好，而成本都很低廉。這個特點，在汽車覆蓋件的生產(chǎn)上表現(xiàn)得十分明顯。 利用沖壓加工方法，可以制造形狀十分復(fù)雜的零件，能夠把強度好、剛度大、重量輕等相互矛盾的特點融為一體，形成十分合理的結(jié)構(gòu)形式。沖壓加工時，一般不需要對毛坯加熱，而且也不像切削加工那樣把一部分金屬切成切屑，造成原材料的損耗，所以它是一種節(jié)約能源和資源的具有環(huán)保意義的加工方法。 沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量與尺寸精度都是由沖模保證的，基本上不受操作人員的素質(zhì)與其他偶然因素的影響，所以沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量管理簡單，也容易實現(xiàn)自動化與智能化生產(chǎn)。沖壓件的尺寸精度與表面質(zhì)量好，通常都不需要后續(xù)的加工而直接裝配或作為成品零件直接使用。由于沖壓加工方法具有前述的許多優(yōu)點，現(xiàn)在他已經(jīng)成為金屬加工中的一種非常重要的制造方法。正是基于此，本課題所要設(shè)計的U型卡槽生產(chǎn)就需要先后用到四套沖壓模具，而且每一套模具在設(shè)計之前都需要經(jīng)過仔細(xì)的計算和分析。 二、課題關(guān)鍵問題及難點 模具總體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計的確定是設(shè)計時必須首先解決的問題，也是沖模設(shè)計的關(guān)鍵，它直接影響沖壓件的質(zhì)量、成本和沖壓生產(chǎn)的水平。模具類型的選定應(yīng)以合理的沖壓工藝過程為基礎(chǔ)，根據(jù)沖壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料性能、生產(chǎn)批量、沖壓設(shè)備、模具加工條件等多方面的因素，做綜合的分析研究并比較其綜合經(jīng)濟效果，以期在滿足沖壓件質(zhì)量要求的前提下，達(dá)到最大限度的降低沖壓件的生產(chǎn)成本。確定模具的結(jié)構(gòu)形式時，必須解決模具類型（簡單模，連續(xù)模，復(fù)合模等）、操作方式、進(jìn)出料方式、壓料與卸料方式、模具精度等方面的問題。另外壓力中心的計算、沖模封閉高度的確定都是模具能否正常的安裝和工作的關(guān)鍵問題，最后應(yīng)選擇合適的模具材料和沖壓設(shè)備。當(dāng)然在設(shè)計每套模具的時候也有很多需要知道模具設(shè)計的基本原則，以免范不應(yīng)該有的的錯誤。 本課題的關(guān)鍵問題是如何對U型卡槽制定合適的沖壓工藝分析并制定合適的沖壓工藝方案。針對這個零件，分別要經(jīng)過落料、沖孔，翻邊，折彎、U形彎曲等幾個工序才能完成。在設(shè)計每套模具的時候又有很多難點和需要注意的問題?，F(xiàn)在就這幾套模具在設(shè)計時的問題加以說明。 （1）落料、沖孔 首先，凸凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個極其重要的問題。其次，模具刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差來保證。再次，在排樣時盡量采用少、無廢料排樣對節(jié)省材料具有十分重要的意義，且有利于一次沖裁多個工件，故可以提高生產(chǎn)率。 （2）沖小孔 由于零件上有一個Φ1.8的小孔，且與另外一個孔距離太近，無法在第一套模具沖出，所以只能單獨用一套模具來對其進(jìn)行加工。在設(shè)計模具的時候用特別注意沖孔凸模應(yīng)由保護(hù)套來進(jìn)行保護(hù)，否則凸模的使用壽命會大大降低，另外在零件的定位及導(dǎo)向上也許特別注意。 （3）翻邊 根據(jù)我所設(shè)計的U型卡槽零件圖，可知此為內(nèi)孔翻邊，是伸長類翻邊的一種，其特點是：變形區(qū)材料受拉應(yīng)力、切向伸長、厚度減薄、易發(fā)生破裂。翻邊時的主要危險是邊緣破裂，邊緣是否破裂與翻邊變形程度有關(guān)。應(yīng)當(dāng)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に囉嬎恪? （4）彎曲 在進(jìn)行彎曲設(shè)計時，首先要對彎曲件進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行分析，，然后確定材料的最小彎曲半徑并進(jìn)行彎曲力的計算和選擇設(shè)備，再對彎曲模的工作部分進(jìn)行尺寸包括凸凹模的圓角半徑、凹模深度、凸凹模間隙、凸凹模工作部分的尺寸與公差等進(jìn)行計算，這些也是設(shè)計彎曲模的關(guān)鍵。最后進(jìn)行彎曲模的設(shè)計。當(dāng)然在彎曲過程中會可能出現(xiàn)回彈，在外力作用下毛皮產(chǎn)生的變形有塑性變形和彈性變形兩部分組成。當(dāng)外力去除后彈性變形會完全消失，而塑性變形會保留下來。因此工件的彎曲較與內(nèi)彎曲半徑與沖模工作部分的角度和圓角半徑不完全一致，這種現(xiàn)象就叫回彈，應(yīng)當(dāng)盡量減小其對設(shè)計的影響。本課題所需設(shè)計的U型卡槽在彎曲時受翻邊那部分的影響，零件的固定需要特別的注意，這也是本設(shè)計課題的最大難點。 三、調(diào)研報告（或文獻(xiàn)綜述） 以下是與我所要制作的零件相近的三個零件的模具設(shè)計方案。對我的設(shè)計有一些幫助。 1、U 型彎曲支撐件 ①技術(shù)要求 下圖所示零件圖為U型彎曲支撐件，材料為Q235，厚度為 1.5mm，要求制造精度為 IT12，表面質(zhì)量無要求，大批量生產(chǎn)。根據(jù)圖樣分析沖孔與落料間最小壁厚為 2.5mm。 ②零件工藝性分析及工藝方案的確定 根據(jù)圖樣進(jìn)行分析，初步擬定需進(jìn)行沖孔－落料－翻孔（或拉深沖孔）－彎曲4道工序，且沖孔時需沖制2個異型圓孔，其余為圓孔，要求孔與孔之間定位精確，落料時要求形狀精確，并保證制件在長度方向上左右對稱。彎曲為U型彎曲，要求左右對稱，且要保證內(nèi)形尺寸，彎曲角為90°，彎曲半徑很小，初步估算很難一次彎曲成形，故要考慮在一次彎曲成形后再進(jìn)行一次校正彎曲。 工藝方案：方案一：簡單模（沖孔模、落料模、翻孔模、彎曲模、校正彎曲模）如采用簡單模：（1）需要制造 5 套模具，成本高；（2）制件需要大批量生產(chǎn)，而簡單模生產(chǎn)效率低；（3）工件尺寸較小，進(jìn)行翻孔彎曲時操作不安全。方案二：復(fù)合模如采用復(fù)合模：（1）正裝復(fù)合模要求1.5mm× 1.5 ＝2.25mm 的最小壁厚，而制件的最小壁厚為2.5mm，稍有制造誤差凸凹模就達(dá)不到最小壁厚的要求，強度不夠，模具易受損；（2）即使勉強采用沖孔、落料、翻孔復(fù)合模，彎曲和校正彎曲還要制造至少兩套模具，模具成本提高，且彎曲時制件尺寸不大，操作不安全。（3）倒裝復(fù)合模要求 3 ～ 4.5mm 的最小壁厚，而制件的最小壁厚為 2.5mm。方案三：級進(jìn)模如采用級進(jìn)模：（1）級進(jìn)模沒有最小壁厚的要求，級進(jìn)模操作方便安全，且可實現(xiàn)自動化的大批量生產(chǎn)，符合制件生產(chǎn)的要求；（2）只需制造一套模具。綜上所述，該零件適宜采用沖孔－翻孔－彎曲－校正彎曲多工位級進(jìn)模。先一次沖出所有的孔，保證了它們之間的相互位置精度，然后在保 留連接帶的情況下，用倒正銷定位沖出工件外形，接著進(jìn)行翻孔、彎曲和校正彎曲的工作。 ③排樣設(shè)計 為了保證翻孔凹模強度，在彎曲與翻孔之間加一步空位，排樣圖下圖所示。 　　 ④模具設(shè)計 該 U 型彎曲支撐件級進(jìn)模結(jié)構(gòu)下圖所示。 （1）該模具采用對角導(dǎo)柱模架，上下模座采用HT200，選用凸緣式模柄，通過螺釘與上模座固定。 （2）凸凹模均采用配合加工。固定板、墊板采用45＃鋼。切斷凹模與彎曲凸模、切斷凸模與彎曲凹模、翻孔凸凹模、沖孔凸凹模均采用Cr12鋼材料，各凸模與固定板間均采用H7/n6過盈配合，壓入固定板后將其底面與固定板磨平。 （3）第一工位凸模設(shè)計時，無導(dǎo)向裝置凸模的卸料板僅起卸料作用，對凸模自由端無約束作用。這種結(jié)構(gòu)的受力情況近似于一端固定而另一端自由的壓桿，需進(jìn)行凸模抗壓失穩(wěn)校核。此外，還需對異形凸模的強度進(jìn)行校核。經(jīng)過計算，均符合要求。 （4）翻孔凸模設(shè)計時，凸模端部先進(jìn)入預(yù)孔，導(dǎo)正工件位置后，然后進(jìn)行翻孔，翻孔凸模入口圓角與材料厚度有關(guān)，此處取為3mm。為了保證凸緣挺直，凸模與凹模之間的間隙z/2一般略小于材料厚度t。 （5）彎曲模工作部分，凸模圓角半徑取為2mm，凹模圓角半徑的大小直接影響毛坯的成形，若取得過小，彎曲時材料表面會出現(xiàn)劃痕，甚至出現(xiàn)壓痕，此處取為 6mm，彎曲凹模深度取為 20mm。凸凹模間隙經(jīng)過計算可取為1.87mm。 （6）精整彎曲模的彎曲凸模r為0.5mm，彎曲凹模 r 為 2mm。為了使模具簡單且安裝方便，可將彎曲凹模與沖孔凸模作成一體，其相應(yīng)的沖孔凸模與彎曲凹模也作成一體。 2、支架 ①技術(shù)要求 沖壓彎曲件如下圖所示，該零件材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，中間形孔與兩條0.8mm寬的槽的作用是調(diào)節(jié)螺釘旋入M2螺孔后不會產(chǎn)生松動。尺寸2．4mm的U形彎角要求小于90°,M2螺孔中線至彎曲邊緣距離為 。 ②零件工藝性分析及工藝方案的確定 應(yīng)從以下幾個方面考慮：首先應(yīng)減少工序數(shù)，盡量減少各工序間的積累誤差。 其次沖槽模具要著重考慮凸模的強度和穩(wěn)定性。再次彎曲成形應(yīng)改為一次成形，以保證零件的尺寸精度。鑒于上述情況，根據(jù)材料最小沖孔值及沖裁件最小孔邊距的驗算，決定把原來的8道工序改為3道成形工序：采用落料沖孔復(fù)合模、彎曲壓筋沖槽復(fù)合模、U形件橫向彎曲模。 ③模具設(shè)計 1）落料沖孔復(fù)合模 該模為倒裝式復(fù)合模。上模采用推桿卸料，沖孔廢料由凸凹模具于下模板孔內(nèi)漏下，工作原理與普通模具相同。在設(shè)計中因考慮凸模16、19的強度及穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)上采取3點措施： 提高頂件器與凹模15、凸模16的配合精度，選擇小間隙配合，使頂件器不但起頂件作用還起凸模護(hù)套和導(dǎo)向作用。 為達(dá)到加工精度，頂件器14臺階采用鑲拼鉚合結(jié)構(gòu)，可用線切割加工。 凸模16采用高速鋼方形刀片直接線切割加工而成，其固定方法圖所示。 2）彎曲壓筋沖槽復(fù)合模 模具結(jié)構(gòu)及工作過程 該復(fù)合模上模不同于一般的四柱彈壓卸料形式，設(shè)計了以圓柱體導(dǎo)向的彈壓卸料結(jié)構(gòu)。導(dǎo)套卸料板15與彈簧墊14用圓柱銷13聯(lián)接，在上模墊板12上加工圓長孔，凸模固定板16用螺釘與上模墊板聯(lián)接。凹模固定板3高于凹模2，既能固定下模，又起工件的定位作用。工作時上模下行，采用線切割加工成形，采用直通式，由于結(jié)構(gòu)尺寸小或形狀不規(guī)則，用鉚接方式固定于凸模固定板4上。采用導(dǎo)料尺17側(cè)向定位，手工送料，利用浮動導(dǎo)料銷11來抬料和浮動送料。模具的初始定位由操作工用眼定位，條料送進(jìn)后，以后的工位由圓柱銷12來定位。全部凸模與卸料板7成滑動配合，以保護(hù)凸模，防止折斷。由于制件要在第4工位完成彎曲及圓孔翻邊，為保證條料送進(jìn)時的順利、通暢，除了在模具中設(shè)置多處浮動導(dǎo)料銷外，特別在翻孔及彎曲復(fù)合工位4的相應(yīng)下模處設(shè)計翻孔卸料塊--及彎曲卸料塊22，以使壓機彈性緩沖器通過頂桿20、21先將翻孔及彎曲好的部位推出模具型腔，從而避免條料送進(jìn)時，由于浮動導(dǎo)料銷11頂料力不足而出現(xiàn)卡滯。凸模固定板4、卸料板7、凹模15等主要零件均采用線切割加工。 3)U形件橫向彎曲模 設(shè)計構(gòu)思 形件一次要彎兩個彎角，常采用的U形彎曲模適宜于坯料左右對稱，否則工件在彎曲中易向長端滑移。而該件是頭部U形彎曲，且彎角小于90°，尺寸精度較高。按產(chǎn)品形狀最好是將面積大的一端夾緊在凸模與頂板之間，然后一次彎曲成形。 模具結(jié)構(gòu)及工作過程 該模上模采用浮動式，方形凸模12用彈簧6緊壓固定圈11方孔內(nèi)，并用頂桿螺栓8吊裝在模柄內(nèi)，保證上模的正確位置和上下移動。下模采用設(shè)有頂板的L形彎曲模，增加了活動壓板3。上下模之間設(shè)有自動推件裝置13，該裝置隨著滑塊上下移動，而傾斜度始終保持不變。工作時將工件放入頂桿18槽內(nèi)定位，壓力機滑塊下行，上模接觸并壓緊工件，上模繼續(xù)下行，由于彈簧6彈力大于彈簧17彈力與彎曲變形力之和，迫使頂桿下壓將工件初彎成L形，直到頂桿接觸下模固定板后，滑塊再繼續(xù)下行而上模緊壓工件不動，固定圈接觸活動壓板端部，使活動壓板內(nèi)擺動，直到使工件包在上模內(nèi)成形，同時螺釘4接觸頂桿螺栓8，迫使工件能平整地壓實在方形凸模12內(nèi)?；瑝K上行，活動壓板在彈簧17的作用下復(fù)位。而工件在快到上死點時由自動推件器13強行將包在凸模上的制件推出模外。 3、 支撐板 ① 技術(shù)要求 生產(chǎn)批量較大，采用2mm厚的碳素鋼Q235A鋼板制成，其外形形狀如下圖所示。一般來講，對該類零件的加工需要沖孔—落料復(fù)合模和彎曲模兩套模具完成。 ②工藝分析 該沖壓件為沖孔、落料、彎曲的復(fù)合件，形狀較為簡單且對稱，尺寸精度要求不高，材料Q235A沖壓性能較好，零件彎曲直邊為15mm（計算：20－t－r=20－3－5=15），大于資料要求的最小直邊2t=2×2mm=4mm，故彎曲工藝性較好；而各孔與零件外形邊緣的距離均大于復(fù)模中凸凹模的最小壁厚4.9的要求，因此，沖孔及落料復(fù)合時，凸凹模的強度足夠加之零件彎曲直邊有15mm，在模具上設(shè)置活動凸模結(jié)構(gòu)也較易實現(xiàn)。綜合上述分析可選用沖孔、落料、彎曲復(fù)合模。 有以下兩種不同的工藝方案：① 先落料，然后沖孔和彎曲在同一工步。 ②落料、沖孔為同一工步首先完成，然后進(jìn)行彎曲。采用方案1加工工件，不易保證長度尺寸（40±0.2）mm的精度要求，而且易使內(nèi)孔沖頭磨損，降低模具壽命。經(jīng)分析、比較，確定采用方案2，即設(shè)計一套沖孔—落料—彎曲復(fù)合模，該模具劃分兩個工步完成上述三道工序，在壓力機上一次性實現(xiàn)零件的加工成形。 ③模具設(shè)計 模具結(jié)構(gòu)及工作原理 經(jīng)對零件加工性能進(jìn)行充分分析，并考慮到模具與沖床的特點，決定利用雙斜楔及滑塊機構(gòu)實現(xiàn)零件的加工。為此，設(shè)計了如下圖所示的沖孔—落料—彎曲復(fù)合模。 四、方案論證 根據(jù)調(diào)研報告，我所設(shè)計的U型卡槽可以用簡單模、復(fù)合模和級進(jìn)模來進(jìn)行制作。 方案一：簡單模（沖孔模、落料模、翻邊模、折彎模、彎曲模、校正彎曲模） 如采用簡單模：（1）需要制造 6套模具，成本高；（2）制件需要大批量生產(chǎn)，而簡單模生產(chǎn)效率低；（3）工件尺寸較小，進(jìn)行翻邊彎曲時操作不安全。 方案二：復(fù)合模 如采用復(fù)合模：（1）正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模在設(shè)計時都需要考慮凸凹模最小壁厚的影響，稍有制造誤差凸凹模就達(dá)不到最小壁厚的要求，強度不夠，模具易受損；（2）若采用沖孔、落料、翻邊復(fù)合模，折彎模、彎曲和校正彎曲還要制造至少兩套模具，也就是說總共需要至少四套模具模具，成本相比簡單模有所降低，但比級進(jìn)模高，且彎曲時制件尺寸不大，操作不安全。 方案三：級進(jìn)模 如采用級進(jìn)模：（1）級進(jìn)模沒有最小壁厚的要求，級進(jìn)模操作方便安全，且可實現(xiàn)自動化的大批量生產(chǎn)，符合制件生產(chǎn)的要求；（2）只需制造一套模具。 綜上所述，該零件適宜采用沖孔－落料－翻邊－折彎－彎曲－校正彎曲多工位級進(jìn)模。先一次沖出所有的孔，保證了它們之間的相互位置精度，然后在保留連接帶的情況下，用倒正銷定位沖出工件外形，接著進(jìn)行翻邊、折彎、彎曲和校正彎曲的工作。 五、進(jìn)度安排 1～2周 查閱資料，完成開題報告及文獻(xiàn)綜述 3～4周 畢業(yè)設(shè)計實習(xí) 5～6周 查閱相關(guān)畢業(yè)設(shè)計相關(guān)資料，進(jìn)行設(shè)計前的準(zhǔn)備工作 7～8周 進(jìn)行相關(guān)計算，設(shè)計第一套模具 9～10周 進(jìn)行相關(guān)計算，設(shè)計第二套模具 11～12周 進(jìn)行相關(guān)計算，設(shè)計第三套模具 13～14周 進(jìn)行相關(guān)計算，設(shè)計第四套模具 15～16周 整理相關(guān)資料，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計說明書的編寫 17周 準(zhǔn)備答辯 六、指導(dǎo)教師意見 簽字： 年 月 日 七、教研室（或開題審查小組）意見 簽字： 年 月 日