彎板沖壓成型工藝與模具的設(shè)計VIP

河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書11 緒論目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計快速化等程度不高的原因。1.1 國內(nèi)外發(fā)展概況改革開放 20 多年來，我國的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，設(shè)計、制造加工能力和水平、都有一了很大的提高。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，1995 年中國模具總產(chǎn)值為145 億元，而 2003 年已達(dá) 450 億元左了，年均增長 14%。另據(jù)統(tǒng)計 2004 年中國（不包括臺灣、香港、澳門地區(qū)）共有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車問（分廠）近20000 家，約 60 萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá) 1 億元人民幣以上的有十多家。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求最的 60%左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。據(jù)有關(guān)部門統(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。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。國內(nèi)已經(jīng)認(rèn)識到了模具在制造業(yè)中的重要基礎(chǔ)地位，許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，增大了用于模具技術(shù)進(jìn)步的投資。1.2 我國未來模具的研發(fā)探討模具設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、三維化、集成化 1、標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，是系統(tǒng)提高整個模具行業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，是機(jī)械制造業(yè)向深層次發(fā)展必由之路。國際上工業(yè)發(fā)達(dá)的國家和公司都極為重視模具的標(biāo)準(zhǔn)化，我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不足 30%，而且標(biāo)準(zhǔn)品種少、質(zhì)量低、交貨期長，嚴(yán)重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮。CAD/CAM 系統(tǒng)可建立標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫，非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。標(biāo)準(zhǔn)零件庫中的零件在 CAD 設(shè)計中可以隨時調(diào)用，并采用 GT（成組技術(shù)）生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫中存放的零件，雖然與設(shè)計所需結(jié)構(gòu)不盡相同，但利用系統(tǒng)自身的建模技術(shù)部可以方便地進(jìn)行修改，從而加快設(shè)計過程，典型模具結(jié)構(gòu)庫是在參數(shù)化設(shè)計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，按用戶要求對相似模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修 改，即可生成所需結(jié)構(gòu)。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書22、集成化模具 CAD/CAM 技術(shù)與 GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Program-ming)等技術(shù)密切相連，組成一個有機(jī)的整體，其關(guān)鍵在于建立一個統(tǒng)一的全局模具產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，在產(chǎn)品開發(fā)，模具設(shè)計中，提供全部的信息，使信息共享，交換處理和反饋，它綜合了計算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)集成技術(shù)，并行技術(shù)和管理技術(shù)，體現(xiàn)了系統(tǒng)化思想直至發(fā)展為 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，計算機(jī)集成制造系統(tǒng)) 。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、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實現(xiàn)最佳效益的日的。如英國 Delcam 公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、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/E、UG 和 CAT1A 等。3、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/E、U G 和 CAT1A 等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點，從而使模具并行工程成為可能面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實用性的重要標(biāo)志之一。如 Cimatron 公司的注射模專家軟件能根據(jù)脫模力向自動產(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)果校驗等。4、網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同設(shè)計隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，要做到資源信息共享、交換等，網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計的發(fā)展是必然的，將以微機(jī)為中心的智能工作站達(dá)成了分布式系統(tǒng)構(gòu)成 CAD/CAM/CAE/CAPP微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)靈活，功能愈加強(qiáng)大，并伴隨著 Internet/Intranet 網(wǎng)的進(jìn)一步拓展，系統(tǒng)提供了異地設(shè)計人員在同一時間對同一個參數(shù)進(jìn)行評價和修改，實現(xiàn)異地操作與數(shù)據(jù)交換，使一個項目在多臺計算機(jī)上協(xié)作完成，以適應(yīng)不同地區(qū)的現(xiàn)有資源和生產(chǎn)設(shè)備資源的要求和利用。這種基于 Internet 下的協(xié)同設(shè)計實現(xiàn)了企業(yè)間的“集成化” ，它將成為模具制造業(yè)全球化的發(fā)展 趨勢。河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書3隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等力一面的全球化、國際化，以及計算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢是使 CAD/CAE/CAM 技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所在整個行業(yè)中推廣，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬設(shè)計、敏捷制造技術(shù)成為可能。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。5、智能化CAD/CAM 系統(tǒng)智能化主要表現(xiàn)在專家系統(tǒng)思想的引入，通過虛擬專家來處理模具設(shè)計制造中的問題，專家系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)模塊知識庫模塊和控制模塊，專家系統(tǒng)可以解決知識表示，特征統(tǒng)計，推理力法，概念設(shè)計等問題，具有啟發(fā)性、靈活性等特點，整個系統(tǒng)具備人上智能(AI)理想的智能模具 CAD/CAM 系統(tǒng)響應(yīng)，自動產(chǎn)生設(shè)計方案，對方案進(jìn)行最優(yōu)評價和選擇，并對模具設(shè)計制造提供全方位的過程響應(yīng)和處理。1.3 彎曲模模具設(shè)計與制造方面1.3.1 彎曲沖孔連續(xù)模模具設(shè)計的設(shè)計思路彎曲和沖孔是沖壓基本工序，它是利用凸模模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料彎曲成型或沖裁出凸模的形狀的加工方法。但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，彎曲件的尺寸精度應(yīng)在 IT11 級以下，不宜高于 IT9 級。1.3.2 彎曲沖孔連續(xù)模模具設(shè)計的進(jìn)度1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間 20 天；2. 確定加工方案，所用時間 5 天；3. 模具的設(shè)計，所用時間 30 天；4模具的調(diào)試所用時間 5 天；河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書42 彎板的工藝分析工件名稱：彎板生產(chǎn)批量：大批量材料：08 鋼厚度：2mm工件簡圖：如圖所示2.1 彎曲沖孔的工藝分析為此工件典型的 U 形件，零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理此類公差等級時常采用 IT14 級要求。彎曲圓角半徑 R 為 2mm，大于最小彎曲半徑(rmin=0.6t=0.62mm=1.2mm)，故此彎曲件的形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工序加工。此彎曲件上有 2 個孔，需采用沖孔的方式加工，孔的直徑為 4.5mm，形狀簡單，且對稱。沖裁件所能達(dá)到精度為 IT11IT14 級。故該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到滿足。 2.2 工藝方案的確定 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書5該零件所需要的加工工序為沖孔、彎曲、切斷?？蓴M定出以下幾種方案：方案一：用簡單的模具分開加工，即沖孔彎曲。方案二：采用斜鍥式側(cè)面沖孔復(fù)合模。方案三: 采用沖孔-切斷-彎曲級進(jìn)模。方案一生產(chǎn)效率低，工件累計誤差大，操作不方便，由于該工件是大批量生產(chǎn)，方案二和方案三具有很大的優(yōu)越性，而且也與此次設(shè)計的精神相一致。該零件 4.5 的孔與邊緣之間的最小距離是 7.75mm，大于此零件要求的最小的壁厚?？梢圆捎貌捎眯卞浭絺?cè)面沖孔復(fù)合?；虿捎脹_孔-切斷-彎曲級進(jìn)模。復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)效率較高，但模具較復(fù)雜，模具制造較困難。級進(jìn)模不僅生產(chǎn)效率高，而且同時也能保證制件的精度，通過對上述三種方案的分析比較，該零件的制作生產(chǎn)采用方案三的級進(jìn)模比較合適。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書63 排樣設(shè)計多工位級進(jìn)模的排樣，除了遵守普通沖壓模具的排樣原則外，還應(yīng)遵守級進(jìn)模的排樣原則。1.第一工位一般安排沖孔和沖工藝導(dǎo)正孔。2.沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時，可分布在不同公位沖出。3.為提高凹模鑲塊、卸料板和固定板的強(qiáng)度，保證各零件安裝位置不發(fā)生干涉，可在排樣中設(shè)置空工位，空工位的數(shù)量根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)要求而定。4.當(dāng)局部有壓筋時，一般安排在沖壓前，防止由于壓筋造成孔的變形。5.成型方向的選擇要有利于模具的設(shè)計和制造，有利于送料的順暢。若成型方向與沖壓方向不同，可采用斜滑塊，杠桿和擺塊等機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)換成型方向。 排樣圖條料寬度 B=30mm 步距 S=112.85mm河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書74 工藝尺寸的計算4.1.彎曲工藝尺寸的計算4.1.1 彎曲件展開長度的計算 當(dāng)彎曲圓角半徑較小 （r0.5t)時，可以根據(jù)中性層長度不變的原理計算。因為 R=20.52，屬于圓角半徑較大的彎曲件。所以彎曲件展開長度按直邊區(qū)與圓邊區(qū)分段進(jìn)行計算。將直邊區(qū)視為彎曲前后長度沒有發(fā)生變化，將圓角區(qū)展開長度按彎曲前后中性層長度沒有發(fā)生變化進(jìn)行計算。1.由于 R/t=2/2=1，查表得出，中性層位移系數(shù) x=0.41變形區(qū)中性層曲率半徑 按公式計算=r+xt=2+0.412=2.82mm2.中性層的長度L 總 = L 直+ L 弧L 弧= = 2.82=4.427mm180 904.3式中 L 總坯料展開總長度；L 弧彎曲件彎曲圓角部分的長度；彎曲中心角； 該毛坯展開長度為L 總=（35-2-2）2+（50-22-22）+4.4272=（312+42+8.854）mm=112.85mm4.1.2 彎曲模工作部分尺寸的計算河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書81.凸模圓角半徑 由于此工件 R/t=2/2=1mm 較小，且 R 為 2mm，大于最小彎曲半徑（rmin=0.4t=0.42=0.8mm） ，故凸模圓角半徑 r 凸=R=2mm。2.凹模圓角半徑 凹模圓角半徑一般按材料厚度 t 來選取，因為材料厚度為2mm，所以 r 凹=（23）t，故凹模圓角半徑取 r 凹=4mm。 3.凹模工作部分深度的設(shè)計計算 凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時也影響到彎曲件直邊的平直度，對工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件：直邊長度為 35mm，板料厚度 2mm，查表得出凹模的底部最小厚度 h0=4mm，因此凹模工作部分最小深度為 h 凹=24mm。 4.凸凹模間隙 當(dāng)工件精度要求不高或校正彎曲時，生產(chǎn)中常采用調(diào)整凸凹模間隙的方法來解決工件回彈的問題。設(shè)計彎曲模時將凹模設(shè)計成可以調(diào)節(jié)的。由于凹模設(shè)計成可調(diào)式的，故將凸凹模的間隙 調(diào)整成材料的厚度 t，即 =2mm。2Z2Z5.彎曲件回彈值的計算 小變形程度（r/t10）時，回彈大，先計算凹模圓角半徑，再計算凸模角度；大變形程度（r/t5）時，卸載后圓角變化小，僅考慮彎曲中心角的變化。彎曲時，彎曲中心角為 90，因此，查相關(guān)手冊，取回彈角 2。6.彎曲力的計算 U 型件校正彎曲時，在進(jìn)行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力FU自由彎曲力為FU自由彎曲力= = =8.87KNtrKBb27.02350.17式中 FU自由彎曲力沖壓行程結(jié)束時自由彎曲的彎曲力（N） ；K安全系數(shù)，一般取 K=1.3;b彎曲件的寬度（mm）t彎曲件材料厚度（mm）b彎曲件的抗拉強(qiáng)度（MP）r彎曲件的內(nèi)彎曲半徑（mm）頂件力 F 頂可近似取自由彎曲力的 30%80%，即F 頂=（0.30.8）FU 自由彎曲力=（0.30.8）8.87KN=(2.667.09)KN取 F 頂=5KN校正彎曲時，校正彎曲力最大值在壓力機(jī)工作到下止的位置，且校正彎曲力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由彎曲力，而在彎曲過程中，二者不是同時存在，因此查表得 P=60MP,所以校正力 F較為F 較=AP=60（3050）=90KN式中 F 較校正彎曲力 （ N）河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書9A校正部分投影面積 （mm ）2P單位校正彎曲力 （MP）對于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大的多，故頂件力常常被忽略，但為了保險起見，在計算壓力機(jī)工稱壓力時，應(yīng)將頂件力考慮進(jìn)來。4.2 計算沖裁工藝尺寸計算4.2.1 計算凸凹模工作部分尺寸由于制件結(jié)構(gòu)簡單，精度等級要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法來制作凸凹模。其凸凹模計算尺寸如下：查閱相關(guān)手冊得出凸、凹模制造公差： 凸=0.020mm 凹=0.020mm查閱相關(guān)手冊得間隙值 Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而 凸+ 凹=0.040mm滿足： Zmax-Zmin 凸+ 凹的條件查相關(guān)手冊:IT14 級時摩擦系數(shù) x=0.5因為此沖裁為沖孔工序，所以以凸模為設(shè)計基準(zhǔn)，首先確定涂膜尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大