支架弯曲模具设计与制造

第1章 绪 论 近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具设计与制造水平有了较大提高，大型、精密、复杂高效和长寿命模具的需求量大幅度增加，模具质量、模具寿命明显提高，模具交货期较前缩短，模具CAD/CAM技术也得到了相当广泛的应用。1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电和通信等行业零部件的成形。由于冲压工艺具有生产率高，能成形复杂零件，适合大批量生产等优点，在某些领域已经取代机械加工，并正逐步扩大其应用范围。据国际生产技术协会预测到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工，80%的精加工要由模具来完成。因此冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。经调查，全国模具行业从业人员的岗位分布情况大致如下：从事模具设计，模具工艺过程实施，产品质量检验和监督工作的人员占总数的42%；其次是具体生产设备的操作，模具的制造、调试和维修，从事这类工作的是智能型操作人员，占总数的26%；三是从事生产组织，技术指导和技术管理工作的人员，占总数的14%；四是从事模具营销工作和售后技术服务的人员，占总数的9%；五是个体、行政管理人员，占总数的9%。从20世纪80年代初开始，工业发达国家的模具工业，已从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，中国的模具工业发展十分迅速；近年来，一直以每年15%左右的增长速度快速发展。目前，中国约有17000多个模具制造厂点，从业人数60多万；2001年中国模具工业总产值达320亿元人民币，中国模具工业的技术水平取得了长足的进步。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来第2章 支架冲压弯曲工艺的分析2.1工件工艺分析 原始资料：如图所示 材 料： 08 厚 度： 3mm （1）零件图分析 此工件为带孔的四直角相反弯曲对称件，选用08钢，其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径，且尺寸精度要求不高，不需要校形，由冲裁和弯曲即可成形。冲压难点在于四角弯曲回弹较大，使制件变形但通过模具措施可予以控制。由于没有公差等级标注，所以可以按未标公差等级处理。 （2）冲压工艺性审查（表1）冲裁工艺性工艺性项目冲压工艺形状工艺性允许值工艺性评价1.形状落料长方形36102冲圆孔6、82.落料圆角R30.25t=0.753.孔边距对2-6、8孔1.5t=4.5最小孔边距t=3 弯曲工艺性工艺性项目冲压工艺形状工艺性允许值工艺性评价1.形状U形件四角弯曲对称2.弯曲半径R40.4t=1.23.直边高度弯曲外角202t=6弯曲内角82t=64.孔边距距6孔边82t=6由于8孔边距弯曲区太近，易使孔变形。故先弯曲后冲孔距8孔边42t=65.精度IT14为保证6060.37，应弯曲后冲2-8孔2-8孔距是IT9（3）冲压经济性和先进性分析 冲压是该件最好的加工方法。但由于批量不是很大，模具应力求结构简单易制，故不采用复杂的组合工序。2.2 制件的工艺计算和工艺方案2.2.1 工艺方案的确定 根据制件的工艺分析,知道制件是带孔的四直角相反弯曲对称件。冲压该零件所需的基本工序为落料弯曲和冲孔。其弯曲工艺方案有如图2-1所示的三种。这里采用第三种一次弯曲成形。 图2-1 因此，冲压该工件的工艺方案可能有以下几种。 方案一：落料与冲两个6孔复合，弯曲外部两角并使中间两角预弯45，弯曲中间两角，冲两个8孔。 方案二：落料与冲两个6孔复合（同方案一），弯曲外部两角，压弯中间两角，冲两个8孔。 方案三：落料与冲两个6孔复合（同方案一），压弯四个角，冲两个8孔。 方案四：全部工序采用带料级进冲压。 比较上述各方案可以看出： 方案一的优点是：模具结构简单、寿命长、制造周期短、投产快；零件的回弹容易控制、尺寸和形状准确、表面质量高。缺点是：工序分散，需用模具、压力机和操作人员较多，劳动量较大。 方案二与方案一相比，零件的回弹难以控制，尺寸和形状不精确，且同样存在工序分散，劳动量大，占用设备多的缺点。 方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命低，零件表面有划伤，厚度有变薄，回弹不易控制，尺寸和形状不够正确。 方案四的特点是采用工序高度集中的连续模完成方案一中分散的各工序。其生产率很高，但模具结构复杂，安装、调试、维修比较困难，制造周期长。 考虑到零件的精度要求较高，生产批量不大，故采用第一种方案。2.2.2 计算毛坯尺寸 工件的弯曲半径r0.5t，故坯料展开长度公式为 L= l1+l2+l3+l4+l5 +/2（r1+r2+r3+r4 ）+/2（x1+x2+x3+x4 ）t 查手册表3.4.1，当r/t=1.3时，x=0.34，则坯料展开长度为 L=2（20+4+11）+/244+/20.3443=126.64mm2.2.3 确定各工序模具种类及形式 所选用的冲模有：落料弯曲复合模，冲孔模。其结构形式如图2-2所示。 2.3 工序设计与工艺计算弯曲件毛坯宽度为36mm，展开长度为126.64mm，考虑到操作方便，排样采用单排。取其搭边数值：条料两边a=2.8mm，进距方向a1=2.5mm，于是有进距 h=D+ a1=36+2.5=38.5mm条料宽度 b=L+2a=126.64+22.8=132.24mm板料规格拟选用 3mm600mm2000mm（钢板）若用纵裁：裁板条数 n1=B/b=600/132.24=4条余71mm 每条个数 n2=A- a1 /h=2000-2.5/38.5=51条余34mm 每板总个数n = n1n2 =204材料利用率 =nBL/AB100%=20436126.64/2000600100%=77.5%若用横裁：裁板条数 n1=A/b=2000/132.24=15条余16mm 每条个数 n2=B- a1 /h=600-2.5/38.5=15个余20mm 每板总个数n = n1n2 =225材料利用率 =nBL/AB100% =22536126.64/20600=85.4% 由此可见，横裁有较高的材料利用率，采用横裁。 2.4 压力、压力中心计算及压力机的选用因为本制件是轴对称零件，所以不用计算压力中心。2.4.1 冲两个6孔及落料工序 1.冲裁力 F=1.3LtLtb式中 b被冲材料抗拉强度(MPa)，L冲裁件剪切周边长度（mm）， t冲裁件材料厚度（mm）。查手册1表87得08钢的b=380MPa，则有 落料力 F1 =1.3LtLtb=（36+126.64）23380=370KN冲孔力 F2 =1.3LtLtb=623380=43KN2.落料时的卸料力 F卸= K卸P1 查表2-15，取K卸=0.03，故 F3 =0.03370=11.1KN F3 = 0.0343=1.29KN3.推件力 Pt=nKtP Kt推件力系数,由手册查得Kt=0.045 n同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中n=h/t，t=3mm。 h凹模刃部直壁洞口高度（mm）， t料厚( mm)查冲模设计应用实例选择图217b的凹模刃口形式，可取h=6mm,故n=2，则P1=20.045370=33.3KNP2=20.04543=3.87KN选择冲床时的总的冲压力为P总= F1+ F2+ F3+ F3+ P1+ P2=370+43+11.1+1.29+33.3+3.87=462.56KN为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力F（1.61.8）F总的原则选压力机。选公称压力为630KN的压力机。2.4.2 弯曲工序 四个部位的 经过校核所选公差是合适的。3.1.3 弯曲部分尺寸计算 凸模的圆角半径与零件的弯曲半径相同，R凸=4mm 凹模的圆角半径由三表3-7查得，R凹=（26）t=618mm，这里取10mm。 凸、凹模单面间隙值Z/2=0.9t=2.7mm 对于工件尺寸840-0.87取弯曲凸模、凹模的制造公差IT7和IT8级精度，查手册得凸=0.035mm ，凹=0.054mm 按式（3-9）得 B凹=（B-0.75）0+凹=83.34 0+0.054 mm B凸=（B凹-Z/2）-凸0=86.050-0.035 mm 3.2 模具主要零件及结构设计 由前面分析采用三副模具来完成本工件的制造。3.2.1 冲孔落料复合模的结构设计3.2.1.1落料凹模凹模的刃口形式采用文献1图2-17b所示的刃口形式，凹模的外形尺寸按手册1中式（2-25）和式（2-26）：凹模厚度 H=kb=0.24126.64=30mm凹模壁厚 c=1.5H=45mm（取26-40mm）这里取40mm查手册选标准凹模尺寸25016020结构和尺寸标注如图所示3.2.1.2冲孔凸模根据所要冲的孔的尺寸设计凸模的结构形式.如下图所示:凸模的固定形式为直接连接型式.借助于螺钉,销钉和止口紧回定位,简单可靠,承裁能力强,更换凸模方便.固定开式如下图所示: 3.2.1.3凸凹模凸凹模的结构简图如图所示,按式(2-27)得凸凹模的最小壁厚m=1.5t=4.5mm,而实际最小壁厚为8mm,故符合强度要求。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保证双面间隙0.34-0.39，凸凹模上两孔中心距14mm的公差，应比零件图所标精度高3-4级，即定为1460.15mm。3.2.1.4模柄模柄的作用是固定上模座于压力机滑块上时使模具的压力中心与压力机的压力中心保证一致,所以,模柄的长度不得大于压力机滑块里模柄的孔的深度,模柄直径应与模柄孔一致.根据模具的总体特点,选用凸缘式模柄,此模柄用螺钉,销钉与上模座紧固在一起,如下图所示:3.2.1.5凸模固定板 由于凸模的尺寸形状已定,根据凸模的形状来定凸模固定板的形状尺寸,为使凸模或凹模固定牢固靠并有良好的垂直度,固定板必须有足够的厚度,根据凸模的的形状定固定板的厚度为20mm.其结构设计如下图所示:3.2.1.6导柱、导套对于生产批量大、要求模具寿命高的模具，一般采用导柱、导套来保证上、下模的导向精度。导柱、导套在模具中主要起导向作用。导柱与导套之间采用间隙配合。根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍微不同。因为本制件的厚度为3mm，所以采用H7/f7。3.2.1.7 其他零件本模具采用螺钉固定，销钉定位。紧固螺钉标记：35钢M10338 GB7085限位螺钉标记：35钢M12340 GB6876定位销钉标记：35钢4320 GB 11986 顶出螺钉标记：35钢14340 GB11986定位销和挡料销的选用.根据所设计的顶块和反侧压块的尺寸,定位销和挡料销均选用直径为4mm的.尺寸如下图所示: 3.2.2选用模架、确定闭合高度及总体尺寸 由凹模外形尺寸250160，选后侧导柱导套模架，再按其标准选择具体结构尺寸如下：表3-1 模架规格选用名称尺寸材料热处理 3.3 模具总装图3.3.1冲孔落料复合模的总装图由以上设计，可得到模具的总装图，其工作过程是：模具在工作时，板料以导料销13和挡料销12定位。上模下压时，凸凹模外形和凹模8进行落料，；落下料卡在凹模中，同时冲孔凸模与凸凹模内孔进行冲孔，冲孔废料卡在凸、凹模孔内。卡在凹模中的冲件由橡胶带动推件装置顶出凹模面。卡在凸、凹内的冲孔废料由推件装置推出。参考文献1陈锡栋、周小玉主编.实用模具技术手册M.北京：机械工业出版社，20012李绍林、马长福主编.实用模具技术手册M.上海科学技术出版社，19983许发樾主编.实用模具设计与制造手册M.北京：机械工业出版社，20004杨玉英主编.实用冲压工艺及模具设计手册M. 北京：机械工业出版社，20045模具实用技术丛书编委会.冲压设计应用实例M.北京：机械工业出版社.19996翟德梅主编.模具制造技术M.河南机电高等专科学校7王芳主编.冷冲压模具设计指导M. 北京：机械工业出版社，19988任嘉卉主编.公差与配合手册M. 北京：机械工业出版社，20009李易、于成功、闻小芝主编.现代模具设计、制造、调试与维修实用手册M.北京：金版电子出版公司，200310彭建声、秦晓刚编著.模具技术问答M. 北京：机械工业出版社，199611王孝培主编，冲压手册，机械工业出版社，1988年2月12郝滨海编著，冲压模具简明设计手册，化学工业出版社，2005年1月13史铁梁主编，冷冲模设计指导，机械工业出版社，1996年7月14钟毓斌主编，冲压工艺与模具设计 华北航天工业学院 2000年3月15许发樾主编，模具标准应用手册 1997年3月 总 结经过近段的努力，在老师和同学们的指导和帮助下，我顺利地完成了这次的毕业设计任务。经过这次的设计任务，使我对模具设计，特别是模具的设计过程有了进一步地了解；对模具的基本结构、组装、调试、加工制造等方面有了深刻理解。在设计的过程中，通过对制件的分析和对模具的设计的研究时，能够较好地将课本上的理论知识应用与设计当中，并且能够从整体，宏观上去研究、分析、考虑设计问题。同时，在这次的设计过程中，还很大地程度上锻炼了自己的动手能力，如：亲自去收集和查找有关资料，并从中又学会了一门新的课程如何查找资料和文献；其次，通过搜寻大量的资料，还大大地锻炼了自己的画图、看图、排版等方面的能力。最重要的是，经过这次毕业设计，使我真正地感受到了集体的力量和学习方法。在设计过程中，难免会遇到技术或其他方面的难题，但是通过老师的指导和与同学们的交流和虚心地请教都得到了解决，使我最终顺利地完成设计。由于本人的水平有限，经验不足，在设计当中如有不妥之处，还恳请各位老师指导更正。 致谢时光如电，岁月如梭，三年的大学生活一晃而过，而我也即将离开可敬的老师和熟悉的同学踏入不是很熟悉的社会中去。在这毕业之际，作为一名工科类学校的学生，做毕业设计是一件必不可少的事情。毕业设计是一项非常繁杂的工作，它涉及的知识非常广泛，很多都是书上没有的东西，这就要靠自己去图书馆查找自己所需要的资料；还有很多设计计算，这些都要靠自己运用自己的思维能力去解决，可以说，没有一定的毅力和耐心是很难完成这样复杂的工作。在学校中，我们主要学的是理论性的知识，而实践性很欠缺，而毕业设计就相当于实战前的一次演练。通过毕业设计可是把我们以前学的专业知识系统的连贯起来，使我们在温习旧知识的同时也可以学习到很多新的知识；这不但提高了我们解决问题的能力，开阔了我们的视野，在一定程度上弥补我们实践经验的不足，为以后的工作打下坚实的基础。由于资质有限，很多知识掌握的不是很牢固，因此在设计中难免要遇到很多难题，由于有了课程设计的经验及老师的不时指导和同学的热心帮助下，克服了一个又一个的困难，使我的毕业设计日趋完善。毕业设计虽然很辛苦，但是在设计中不断思考问题，研究问题，咨询问题，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同时也汲取了更完整的专业知识，锻炼了自己独立设计的能力，使我受益匪浅，我相信这些经验对我以后的工作一定大有益处。最后，再次感谢各位老师特别是我的指导老师于智宏老师在这一段时间给予无私的帮助和指导，并向他们致意深深的敬意，以后到社会上我一定努力工作，不辜负他们给予我的知识和对我们寄予的厚望！