毕业设计（论文）安装支架的冲压工艺及模具设计.doc

目 录摘要.1关键词.11.前言.21.1冲压加工在生产中的应用.21.2冲压加工的优点.21.3冲压技术的发展方向.21.4模具CAD/CAM技术.22. 收放机架安装支架工艺分析.32.1零件工作状况分析.32.2零件工艺方案的分析和确定.32.2.1毛坯尺寸的计算.32.2.2工艺方案的确定.43.落料冲孔复合模的设计.53.1冲裁件的排样.53.2搭边值的选取.53.3冲裁力、卸料力、推件力的计算.63.3.1冲裁力的计算.63.3.2卸料力的计算.73.3.3推件力的计算.73.3.4总的冲裁力的计算.73.4凸、凹模设计原则.73.5工作零件的结构设计.83.5.1凸凹模的结构类型.83.5.2冲孔模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙.83.5.3冲孔凸、凹模工作部分的尺寸计算.83.5.4冲孔凸、凹模型式.93.5.5冲孔凸模强度校核.103.6落料凸、凹模设计.103.6.1落料模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙.103.6.2凹模和凸凹模的尺寸.113.7其它零件的选择及相关尺寸的确定.123.8压力机的选择.134.弯曲模设计.144.1弯曲力的计算.144.1.1自由弯曲力的计算.144.1.2校正弯曲力的计算.144.2弯曲模工作部分的设计.154.3其它零件的选择及相关尺寸的确定.174.4压力机的选择.175.斜楔冲孔模的设计.185.1冲裁力的计算.185.2 冲长圆孔的凸模与凹模工作部分的尺寸.195.3冲孔凸模强度校核.195.4斜楔冲孔模的工作过程.205.5标准零件的选用.205.6压力机的选择.216.U形弯曲模设计.216.1弯曲力的计算.216.1.1自由弯曲力的计算.216.1.2校正弯曲力的计算.226.2弯曲模工作部分的设计.226.2.1凸模圆角半径.226.2.2凹模圆角半径.226.2.3凸、凹模间隙.226.2.4模具宽度尺寸.226.3其它零件的选择及相关尺寸的确定.236.4压力机的选择.237.结论.24参考文献.24致谢.25附录.25安装支架的冲压工艺及模具设计摘 要:收放机架安装支架是板料成形零件，采用的材料是SPHC。通过分析收放机架安装支架的工艺性，确定了在技术上可行，经济上合理的冲压工艺方案，并且设计出生产此零件的全序模具。通过对零件结构工艺性分析，设计中采用了四副模具来完成收放机架安装支架的成形。第一副为落料冲孔复合模，落料的同时冲出两个小圆孔。落料冲孔复合模的特点是工作效率高。第二副模具为弯曲模，由于有一个较大的弯曲半径，所以在设计中主要考虑回弹因素对成形精度的影响。第三副为斜楔冲孔模，模具设计中采用了斜楔机构，冲出弯曲面上的长圆孔。最后一副模具也是弯曲模，用来弯曲两边。本次设计不但对模具总体结构进行了设计、还运用CAD软件绘制模具装配图和零件图。 关键词:冲压工艺;模具;斜楔机构;回弹 Design of Mold the Radio Set BracketAbstract: The radio sets bracket is a sheet deformed component .The material used in the design is SPHC .The main task is to determined the stamping Process of the radio sets bracket , which is economic and suitable on technique , according to the analysis of the details processibility. And then design all the dies used to deform the component . Four sets of dies are designed to deform this small component according to the analysis of the shape of the part and the the stamping Process of it .The first set is blanking and punching compound die .This compound die can punch the two small holes and blank at the same time .its trait is high working efficiency .The second set is bending die . Springback is considered in the design of the bending die , since there is a big bending radius .The third die is wedge clicker die .The slide wedge adjustment is adopted in the design ,which is used to punch the hole on the bending surface deformed in the second step .The last set is bending die too , which is used to bend the two sides .This article not only introduce the design of the integral construction of the dies ,but also use CAD software to draw the assembly drawings and the detail drawings of the dies in the design .Key words: Stamping Process;Die Structure;Slide Wedge Adjustment;Springback 1 前言1.1 冲压加工在生产中的应用 冲压加工作为一个行业，在国民经济中占有很重要的地位。据统计，冲压件在各个行业中均占相当大的比重，尤其在汽车、军工、仪表、电机、家用电器等方面所占比重更大。而本次设计的冲压件收放机架安装支架就是汽车上的一个较小的零件。1.2 冲压加工的优点 冲压成型的零件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，一般情况下，可以直接满足装配和使用要求。另外，在冲压加工过程中由于材料经过塑性变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以，冲压件具有质量轻、刚度好、精度高和表面光滑、美观等特点。 冲压加工是一种高生产率的加工方法，由于冲压加工的毛坯是板材或卷材，而且一般在冷态下加工，因此比较容易实现机械化和自动化生产。另外，冲压加工还具有节能、节材等优点，这些优点在大批量生产时更为突出。也正是由于这些优点，使冲压技术在大批量生产的汽车零件生产中占有了举足轻重的地位。1.3 冲压技术的发展方向 目前，冲压技术正向着精密化、自动化、无人化的方向发展。其中，精密化是针对冲压产品特别是小型零件要求而发展的相应生产技术；而自动化和无人化能达到快速、高效、安全的生产要求，更适合大批量的生产。而计算机技术的应用和发展，加快了冲压技术向着这些方向的发展。1.4 模具CAD/CAM技术 CAD和CAM就是计算机辅助设计和计算机辅助制造，而模具是机械行业中较早采用CAD/CAM技术的行业。国外自50年代初就已经开始在汽车模具开发中采用计算机辅助设计和制造。近20年来，模具CAD/CAM技术得到了突飞猛进的发展，现在已经得到了广泛的应用。本次设计也应用到了CAD技术。 2 收放机架安装支架工艺分析2.1 零件工作状况分析 收放机架安装支架是汽车上的一个联接件，其形状如图1所示，其作用是将收放机架安装到汽车车身上。零件材料采用热轧软钢板，其牌号为SPHC，厚度为1.5mm。此种钢板含C量小于0.15% 、含P量小于0.05% 、含Mn量小于0.6% 、含S量小于0.05%，可以保证工作中的强度和刚度要求。 图1 零件图Fig1 Part drawing2.2 零件工艺方案的分析和确定2.2.1 毛坯尺寸的计算由图1可知，此零件为一个弯曲件，故零件毛坯尺寸按照弯曲件的毛坯尺寸来计算，即根据应变中性层在弯曲前后不变的原则。根据图1，将零件毛坯的长度分成 、两段计算，总长L = + ，其中的计算公式为： （1）将 = 11.5+2+4+3+2+3.5=26 mm , t=1.5 mm = 16.5-2.5-1.5=12.5 mm 带入公式（1）有，= 26+12.5+0.4×1.5=39.1 mm 而计算公式为： = （2） 查表31 有= 0.5 ， 将= 2.5 mm , r = 23 mm ,t = 1.5mm , = 53°, = 0.5 带入公式（2-2）中有，= 24.5 mm 于是，总长L=+=39.1+24.5=64 mm 零件毛坯宽度的计算公式为： B=+0.6 （3） 将=71.5=5.5 mm , =51.53=48.5 mm ,t=1.5mm 带入公式（3）有 ， B=5.5+48.5+5.5+0.6×1.5=61mm2.2.2 工艺方案的确定通过对零件图（如图1）的初步分析可知，生产此零件需要经过以下几个基本工序：落料、冲孔、弯曲。对基本工序进行不同的组合，可以初步拟定以下四种工艺方案：方案一：拟定采用两副模具完成零件的生产。首先采用落料冲孔复合模，完成落料的同时，冲出两个圆孔和一个长圆孔；然后采用一模两件的弯曲模，弯曲成图2-1中所示的形状。方案二：拟定采用三副模具来完成零件的生产。首先采用落料冲孔复合模，落料的同时，冲出两个小圆孔；然后采用一模两件的弯曲模，弯曲后成为图1中所示的形状；最后采用斜楔冲孔模，一模两件，冲出长圆孔。方案三：拟定采用四副模具来完成零件的生产，并且都采用一模两件的形式。首先采用冲孔落料连续模，先冲出两个圆孔，再落料；其次采用一模两件的弯曲模；再次采用斜楔冲孔模，一模两件，冲出曲面上的长圆孔；最后采用一模一件的弯曲模，完成两边的弯曲。方案四：拟定采用四副模具来完成零件的生产。首先采用落料冲孔复合模，落料的同时，冲出两个小圆孔；然后采用方案三中的两个弯曲模和斜楔冲孔模最终成型零件。分析比较四种工艺方案，可以看出：方案一最简单，但是由于长圆孔在曲面上，若先冲出长圆孔再进行弯曲，可能会造成长圆孔的变形和位置的移动，因此不宜采用。 方案二与方案一比较，增加了一副模具，弯曲后再冲长圆孔，避免了方案一中的缺点；但是此方案采用一副模具来完成长圆孔所在的曲面的弯曲和两边的弯曲，若两步弯曲同时进行，零件的定位就比较困难，而且最终也很难保证零件的形状。方案三和方案四中采用四副模具，前面两种方案相比，复合程度低，但是避免了上述的缺点，能够很好地保证零件质量。而方案三中的冲孔落料连续模与方案四中采用的落料冲孔复合模相比，结构更复杂，制造模具的时间更长，模具生产的费用更高。 综上所述，方案四是最佳的工艺方案。3 落料冲孔复合模的设计3.1 冲裁件的排样 冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样是否合理，不但影响到材料的经济利用率，而且还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。根据材料的利用情况，可以将排样分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。本设计中采用有废料排样，排样方式采用表212 中的直样，具体排样图如图2所示。 图2 排样图Fig2 Stock layout3.2 搭边值的选取 排样中相临两个工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出缺陷的废品。此外，还可保持条料有一定的刚度和强度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。 搭边值要合理确定。如果搭边值过大，则材料利用率低。如果搭边值过小，虽然材料利用率高，但是过小则不能发挥搭边值的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凹模和凸模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。本设计中的搭边值按表213 选取，取工件间搭边值a=1.8mm , 工件与条料边缘间搭边值=2.0mm ，如图2所示。3.3 冲裁力、卸料力、推件力的计算 图3 落料冲孔后的零件图形Fig3 Blanking and punching compound die3.3.1 冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度和冲裁件分离的轮廓长度有关。本设计中采用平刃口冲裁，冲裁力的计算公式为： F=KLt （4）式中 L 冲裁件周边长度 （mm） t 材料厚度 (mm) K 系数 材料抗剪强度 (Mpa) 考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3，材料厚度t=1.5 mm ,由表23 查得热轧软钢板的抗剪强度 =320400 Mpa , 取=360 Mpa ，落料冲孔后的尺寸如图3所示，近似计算得落料周边长度=（61+64+4.5×2+1018）×2=252 mm而两个圆孔的周长 =2×d=12=38 mm则落料力=Kt=1.3×252×1.5×360=176904 N 冲孔力 =Kt=1.3×38×1.5×360=26676 N 3.3.2 卸料力的计算= （5）查表22 得=0.045 ，带入公式（5）有，=0.045×176904=7960.68 N 3.3.3 推件力的计算=n （6） 查表22 得=0.055 , 根据表238 取凹模刃口高度h = 8 mm ，故在凹模刃口内可以同时存放的冲孔废料的个数n = h/t = 8/1.5 = 5 个将=0.055 、n=5 、=26676 N 带入公式（6）有， =n=5×0.055×26676 =7335.9 N3.3.4 总的冲裁力的计算 本设计中的落料冲孔复合模采取倒装的形式，并且采用弹性卸料装置和上出料的方式，故总的冲裁力的计算公式为： =+ （7）将=176904 N 、=26676 N 、=7335.9 N 、=7960.68N带入公式（7）有 =176904+26676+7960.68+7335.9=218876.58 N=218.88KN3.4 凸、凹模设计原则冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模的主要任务之一。确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循的原则是落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸；而冲孔模先确定凸模刃口尺寸，使其标称尺寸接近或等于制件的最大极限尺寸。选取模具刃口制造公差时，一般冲模精度较工件精度高23级。本设计中的零件未标注公差，而且属于非圆形件，按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，工件尺寸公差按“入体”原则标注为单向公差。3.5 工作零件的结构设计3.5.1 凸凹模的结构类型冲裁中小型零件使用的凸模，一般都设计成整体式。整体式凸模的基本结构形式为阶梯式和直通式两类。该冲孔凸模采用阶梯式的设计，用固定板固定。用于冲孔落料的凹模，通常皆选用整体式的结构.根据零件的形状特征和工位数，用销钉和螺栓紧固在下模座上.3.5.2 冲孔模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙凸凹模间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命和冲裁力的影响很大，它也是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。查表25 得凸、凹模双面间隙为： =0.132mm 0.240mm查表210 得凸模偏差=0.020mm ，凹模偏差=0.020mm =(0.240 0.132)mm =0.108 mm而 + =(0.020+ 0.020) mm=0.040 mm 满足凸、凹模分开加工的要求： + 故冲孔的凸模与凹模可以采取分开加工的方法，即凸模与凹模分别按图样加工至尺寸。这种凸凹模分开加工的方法可以使凸、凹模自身具有互换性，便于模具成批制造。3.5.3 冲孔凸、凹模工作部分的尺寸计算根据凸、凹模的设计原则，设计冲孔模时先确定凸模刃口尺寸。凸模直径计算公式为：= （8）凹模直径计算公式为：= （9） 式中 d 冲孔件标称尺寸 （mm） 工件制造公差 （mm） x 系数 查表1011得= 0.30mm （ 按GB180079IT14级计算 ） 将d = 6mm , = 0.30mm , x = 0.5 ，= 0.020mm带入 公式（8）有冲孔凸模直径：=(6 + 0.5×0.30）mm = 6.15 mm 将d = 6mm , = 0.30mm , x = 0.5 ， = 0.020mm带入 公式（9）有凹模直径：= =（6 + 0.5×0.30 + 0.132）mm =6.28mm3.5.4 冲孔凸、凹模型式冲孔凸模长度L根据模具的结构确定L=其中 凸模固定板厚度（mm） 卸料版厚度 (mm） 倒尺厚度 （mm） 附加长度 （mm）凹模刃口采取表238 中第2种型式，取刃口高度h=8mm，凸模的具体形状和尺寸如下:图4 冲孔凸模Fig4 Piercing punch3.5.5 冲孔凸模强度校核（1） 压应力校核 4t/ （10）式中 冲孔凸模最小直径 (mm) t 料厚 （mm） 板料抗剪强度 （Mpa） 凸模材料的许用压应力 （Mpa）凸模材料采用碳素工具钢T10A，其许用压应力=1000Mpa将 t=1.5mm 、=360 Mpa 、=1000Mpa带入公式（10）有， 4t/ = 4×1.5×360/1000 = 2.16mm 而 =6mm>2.16mm 故设计满足要求。（2）弯曲应力校核 （11）其中 允许的凸模最大自由长度（mm） d 凸模的最小直径 （mm） F 冲裁力（N）将d=6 mm 、F=13338 N带入公式（11）中有， =28 mm 而 =24.4 mm 28mm 也满足要求，故冲孔凸模设计合理。 3.6 落料凸、凹模设计3.6.1 落料模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙根据凸、凹模的设计原则，设计落料模时先确定凹模刃口尺寸。由图3 ,凹模外径计算公式为：= （12） 式中 d 冲孔件标称尺寸 （mm） 工件制造公差 （mm） x 系数 查表234得= 0.74mm （ 按GB180079IT14级计算 ） 将= 61mm , = 0.74mm , x = 0.5 ，= 0.185mm带入公式（12）有落料凹模外径：=(61 - 0.5×0.74）mm = 60.63 mm 将 = 64mm , = 0.74mm , x = 0.5 ， = 0.185mm带入公式（12）有落料凹模外径：=(64 - 0.5×0.74）mm = 63.63 mm将 = 13.5mm , = 0.43mm , x = 0.5 ， = 0.108mm带入公式（12）有落料凹模外径：=(13.5 - 0.5×0.43）mm = 13.28 mm将 = 18mm , = 0.52mm , x = 0.5 ， = 0.13mm带入公式（8）有落料凹模外径：=(18 + 0.5×0.52）mm = 18 mm落料凸模刃口尺寸按照凹模刃口尺寸配制，保证凸、凹模双面间隙为： =0.132mm 0.240mm （由表25 查得）。本设计中将落料凸模与冲孔凹模做成一体，即做成凸凹模的型式。3.6.2 凹模和凸凹模的尺寸落料凹模刃口型式采取表238中第2种型式，取刃口高度h = 8 mm。凹模和凸凹模的具体形状和尺寸如下:图5 落料凹模Fig5 Blanking die图6 凸凹模Fig6 Punch-die3.7 其它零件的选择及相关尺寸的确定1）选择上、下模座及模柄：采用GB2851.381后侧带导柱形式的模板，其L×B为160 mm×125 mm，上模板厚35mm ，下模板厚40mm 。选用压入式模柄，按GB2862.181选取A50mm×95mm的模柄。2）选择导柱、导套：按GB2861.181选d=25mm的导柱，导柱长度取L= 130mm ，按GB2861.681选d=25mm的导套，导套长度取L=85mm 。3）卸料装置的选用：为了得到较平整的工件。此模具采用弹压式卸料结构。弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性元件。主要为弹性卸料，压料及出件装置供弹压力。弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件(弹簧或橡胶)，卸料螺钉等零件组成。根据卸料力F=7960.68N选用4个8280聚氨酯橡胶作为卸料装置，每个橡胶的预压力为： /n 式中：卸为冲裁卸料力； n为橡胶个数。 所以 /n =7960.84 =1.9KN应使橡胶极限压力大于预压力,查表240，初选橡胶规格为：自由高度H=20mm,外径D=25mm,孔径d=8.5mm取卸料板平面尺寸为132mm×117mm ，厚度为12mm 。卸料板起到卸料兼压料的作用。4）垫板、凸模固定板：垫板、凸模固定板的平面尺寸与凹模的相同，垫板厚度取8mm ,凸模固定板厚度取14mm 。5）档料装置的选用：采用三个活动档料销使材料在冲压时得到定位。6）定位零件的选用：用一个直径d=8mm，长18mm的销将模柄定在上模座上，防止其转动。采用四个M12mm长L=55mm的内六角螺钉将落料凹模和凸模固定板固定在上模座上面，并采用两个直径d=10mm长L=60mm的圆柱销定位。凸凹模采用三个M8长L= mm的内六角螺钉直接安装在下模座上，并且采用两个直径d=6mm长L=50mm的圆柱销定位。3.8 压力机的选择在选择压力机时应该注意以下几点：压力机的工作台面尺寸应大于模具底座尺寸5070mm以上。所设计的冲模的闭合高度应小于压力机的最大装模高度。一般应该满足H - 5 mm ,如果模具闭合高度过小，可在压力机台面上加放垫板。设计在下模座下面的卸料装置的尺寸应该小于压力机上的工作台孔的尺寸。设计中选用的模柄尺寸应该小于或等于压力机模柄孔尺寸。本次设计选用开式曲柄压力机，其优点是：具有三面敞开的操作空间、操作方便、容易安装机械化装置并且成本低。根据上述原则，选用型号为J23-40，公称压力为400KN的开式曲柄压力机.其最大封闭高度为330mm，而满足H - 5 mm其技术参数如下：滑块行程 : 80 mm 行程次数 : 90 次/min最大封闭高度 :330 mm 封闭高度调节量 : 80 mm工作台尺寸（左右×前后）: 700 mm × 460 mm工作台孔尺寸（直径/mm）: 200 mm （左右×前后）: 300 mm × 150 mm模柄孔尺寸（直径×深度）: 50 mm × 70 mm4 弯曲模设计4.1 弯曲力的计算弯曲力是设计冲压工艺、选择压力机和设计模具的重要依据。由于弯曲力的大小不仅与毛坯尺寸、材料力学性能、工件形状及模具结构有关，而且与弯曲方式也有很大关系，因此很难用理论方法进行准确计算。通常只根据工件的宽度、厚度、材料的力学性能和模具的结构、尺寸等采用经验公式来进行弯曲力的估算。4.1.1 自由弯曲力的计算自由弯曲力的计算公式为： =CKBt/(r+t) （13）式中 C与弯曲形式有关的系数，对V形件取0.6；对U形件取0.7 K安装系数，一般取1.3 B料宽 （mm） t料厚（mm） r弯曲半径（mm） 材料强度极限 （Mpa）分别将C=0.6 ，K=1.3 ，B=61 mm ，t=1.5 mm ，r=0.5 mm ，=1.3=1.3 × 360 Mpa带入公式（13）有 =CKBt/(r+t)=0.6×1.3×61×1.3×360×1.5/（0.5+1.5） = 25050.87N=25.05KN顶件力一般取自由弯曲力的30%80%，即820KN 。4.1.2 校正弯曲力的计算为了提高弯曲件的精度，减小回弹，在板料自由弯曲的终了阶