奇瑞A21汽车中支板冲压工艺分析及基于UG修边冲孔模具设计

奇瑞A21汽车中支板冲压工艺 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及基于UG修边冲孔模具设计 奇瑞A21汽车中支板冲压工艺分析及基于UG修边冲孔 模具设计 第一章 概述 1.1 课题来源 本次毕业设计的题目是奇瑞A21汽车中支板冲压工艺分析及基于UG修边冲孔模具设计,该课题来源于东风汽车模具有限公司。 零件材料为B210P1深冲压用高强度钢(B??宝钢、210??最小屈服点值、P??强化方式、1??超低碳),厚度为1.2mm。零件图如下: 图1.1 奇瑞A21汽车中支板产品图 1.2课题背景及意义 该零件属汽车覆盖件,而修边冲孔模更是冲压模具中的典型,因此对该课题进行设计研究是必要的。源于生产实际,不同于一般的理论性设计,对我们学习模具设计的学生来说,这样的应用型课题不但是对理论知识的巩固、提高,更是一种对于大型模具设计经验的积累,为日后的工作提供宝贵的财富。 东风汽车模具有限公司是国内最大的汽车模具设计与制造企业之一,它不仅为东风汽车公司,还为国内其他汽车厂家设计制造模具。随着市场竞争日益激烈,汽车改型周期大幅度缩短,对这一技术的掌握程度变成了衡量企业竞争能力的重要指标之一。公司在过去使用的是传统的二维CAD系统进行自底向上“搭积木”式地装配设计,这种设计过程是从冲模零件设计到冲模总体装配设计,既不支持冲模从概念设计到详细设计,又不能支持零件设计过程中的信息传递,零部 件之间没有必要的内在联系和约束,其设计意图、功能要求以及许多冲模的装配信息都得不到必要的描述,设计效率极低。近几年来公司为了满足客户的需求和自身快速发展的需要,提高自己的模具设计水平、缩短模具设计周期,改用三维软件(如UG软件)进行自顶向下的全参数化设计。 结合工艺性和制件的特点,在分析修边冲孔模结构设计特点的基础上,以UG作为开发平台进行三维修边冲孔模CAD。随着我国汽车工业的迅速发展,新车型更新换代的速度不断加快,传统的覆盖件模具设计制造方法已不能适应产品开发的要求。汽车覆盖件模具作为汽车车身生产的重要工艺装备,直接制约着汽车产品的质量和新车型的开发。覆盖件模具因其设计制造难度大、周期长而常常成为制约汽车生产的主要因素。在UG平台上提高模具设计的技术水平、缩短模具设计周期,适于汽车覆盖件模具结构设计。 1.3车身冲压模具的现状和发展 1.3.1 现状 近年来,国内汽车工业发展迅速。随着市场的扩大,用户对汽车质量的要求也越来越高,尤其是作为汽车“脸面”??汽车车身的表面质。汽车外形确定以后,根据各部位的功能区分,即可确定车身外覆盖件的形状与尺寸。 为了减轻车身的自重和降低生产成本,轿车车身构件大部分为薄钢板冲压件,约占60%-75%。冲压件具有质量轻、强度高、制品尺寸稳定、表面平整、形状美观等特点,而冲压加工具有加工时间短、劳动量小、工具消耗量低和材料利用率高无切屑的优点,是车身制造的主要加工方法。 车身冲压件一般采用厚度为0.6--1.2mm的薄钢板,厚度大于1.6 mm的钢板只用在结构需要加强的构件上。其成形过程一般要经过冲剪、拉延、切边、冲 孔、复合冲剪、弯曲、复合弯曲等工序中的若干种。然而为了保证冲压件的质量,其冲压材料必须具有良好的拉延性、延展性、弯曲性和凸缘拉伸性,复合成形性等性能。一般根据冲压件的成形难易程度来选择具有相应成形能力和所需机械性能的材料,以使冲压件制品既符合使用要求,又不产生断裂、折皱、成形不完整等缺陷。冲压材料主要使用冷轧钢板、防锈表面处理钢板及轻型高强度钢板等适合市场需求的钢板。车身冲压件成形方法一般是拉延成形,尤其是外表面件要求美观。 车身冲压模具分类:冲模的种类一般分为成形模、冲裁模湾曲模3种,模具结构可根据压力使用情况做更详细的划分。成形模的种类有拉延、成形、整形和压印等;冲裁模的种类有落料、冲孔、修边、切断和切废料等;弯曲模的种类有翻边、弯曲、折弯和卷边等。 1.3.2 新技术与发展趋势 当今世界汽车行业普遍认为,汽车车身冲压成形技术是汽车制造技术的重要组成部分,每一次汽车车身的更新换代都需要开发相应的专用模具和增加必要的生产线。因此在冲压生产中,如何提高冲压生产效率、降低生产成本,正确选取和采用新设备、新材料、新工艺等是冲压技术中的主要课题。 众所周知,汽车车身的金属件几乎100%为冲压件,而且汽车车身的更新换代速度快。这就决定了冲压成形技术在汽车产品的开发中不仅影响制造周期,还直接影响成本和产品品质。汽车车身冲压成形技术的关键是冲压工艺与模具技术。冲压工艺的合理与否决定了模具调试的难易程度:模具设计决定了模具制造的难易程度及制造管理过程,因而直接影响模具制造成本和周期。 尽管国内外己通过长期的实践积累了大量的经验,形成了较系统的设计 制造规则和方法,但新技术的出现仍可能为冲压工艺和模具技术的重大变革带来机遇。特别指出的是,以CAD/CAM/CAE为特征的计算机技术在冲压成形中的应用不仅能引起传统工艺流程在周期、成本和品质方面的变化,而且使一些以前难以实现的工艺设想可能成为现实,根据目前国际汽车冲压和模具技术的发展趋势,已经形成了包括模具设计和冲压技术模块化、新材料及复合材料冲压加工工艺、计算机模拟冲压成形及虚拟试模技术、特种成形技术和模具制造技术等重大课题。 主要有如下几点: 1模块式冲压模块式冲压的突出优点在于能把冲压加工系统的柔性与高效生产有机的结合在一起。柔性的含义较广,如冲压件的几何形状的多种要求,只要通过自由编程就可获得,体现了加工形状的柔性。又如既适用大批量单品种冲压件的生产,更对小批量多品种加工发挥优势,也表现出柔性。概括而言,模块式冲压的特点是:(1)在冲压成形过程中可快速更换组合模具以提高生产效率;(2)由于具有带材的供带和矫带装置,可省却另设上料下料工序;(3)实现了大工件的不停机加工;(4)既能独立又能成系列的控制组合冲模动作,能连续进行冲压加工;(5)冲模具有可编和的柔性特点。 2.模具设计和冲压技术的模块化。 3.车身模具新材料。目前汽车行业的研发热点是车身轻量化成形工艺,欧洲汽车专家预测。在未来10年里轿车自身重量还将比现在减轻20%。当前,发达国家在材料和成形技术开发与应用方面正方兴未艾。使用铝合金和镁合金代替钢铁是目前各国汽车制造商主要的减重措施。预计到2010年,适合于铝、镁等各种不同轻质材料的汽车车身冲压工艺CADCAPP和冲压件成形技术会得到进一步 完善。 4.先进制造技术。最近几年,“亚毫米冲压”概念逐渐深入人心。亚毫米冲压是指汽车车身冲压件的精度控制在0?1.Omm的范围内,与过去制造业通行的误差2mn湘比,是个非常大的提高。亚毫米冲压的中心是冲压件的精度与敏捷度两个目标,精度就是使冲压件尺寸准确度控制在0毫米或亚毫米的水平,其关键是控制车身支架、立柱等结构件的尺变动,并使汽车覆盖件分块度大,如采用整体左右侧板和顶盖板等。敏捷度含义则是指减少冲压件的生主准备时间达30%,包括模具设计、试样制造和工装准备时间,以达到极大缩短新车型制造周期的目的。 5.特种冲压技术。如:液力拉深、内高压成形、电磁成形。 6.冲压工艺改进和计算机辅助技术。 第二章 制件结构工艺分析及冲压工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 2.1 制件结构工艺分析 此次设计用的材料为B210P1,厚度为1.2mm。 从零件的结构图可知:该制件为中支板,制件形状比较简单,总体尺寸不是太大(422mm ×130mm)。形状和结构不复杂。题目为制件的修边冲孔工序。沿周修边,并且冲若干孔。而零件底部其余部分由翻边翻孔工序来完成。采用一模一件的冲压工艺方案。 2.2 制件冲压工艺分析 2.2.1 冲压工艺方案比较和确定 该零件包含的既有落料、修边、冲孔等分离工序,又有拉延、翻边、翻孔等成型工序。因此,必须对工序进行合理的组合以及对冲压顺序进行合理的安排,才能保证产品的质量,提高生产效益,满足大批量生产要求。本设计中应确定的为 大批量生产的覆盖件冲压工艺方案。综合该产品的形状及工艺分析可以初步的定义以下的几种设计工艺方案: 方 案 一 方 案 二 方 案 三 (1)拉延 (2)修边 (3)翻边 (4)冲孔 (5)翻孔 (1)拉延 (2)冲孔 (3)修边 (4)翻边+翻孔 (1)拉延 (2)修边+冲孔 (3)翻边+翻孔 各个方案的分析对比与确定: 方案一:此方案与其它两个的不同之处在与拉延、修边、翻边后再冲孔、翻孔,虽然这样可以得到的产品质量最好,但是由于工序过多,会造成很大的资源浪费,此方案可以在方案二、三不能被采用时用。 方案二:此方案与其它两个的不同之处在于方案二是先冲孔后修边,结合产品图我们可以知道,先冲孔而后修边非常容易引起产品的变形,实际的操作中不但不能获得到合格的产品,同时还会出现废品,所以为了能达到产品的要求,不应采用方案二。 方案三:方案三是三个方案中比较好的,此方案与其他的两个的不同之处 在于,它将冲孔与修边同时进行,冲孔与修边同时进行是在产品的孔与修边的边界距离不太小的情况下是合理的。综合产品的设计要求,我们可以知道冲孔与修边同时进行在保证产品质量的前提之下是具有可行性的,因此我们在设计中可以采用方案三。 通过对以上各个方案的分析比较,可以得出方案三是比较理想的设计方案。 2.2.2 工艺基准 模具零件在加工、测量和装配的过程中所应用的基准称为工艺基准。可分为:定位基准、测量基准和装配基准。其中定位基准还可以进一步分为粗基准、精基准和附加基准。 冲模中心线是冲模最主要的基准。将冲模中心线划在冲模及其零部件的实物上,以该线为依据找正,此法曾被广泛采用。在冲模有关零部件上增设工艺基准,以这些工艺基准为依据找正,这样做虽然存在基准不重合误差,但由于其可靠性好、累积误差小且易于控制又便于长久保留,因此得到广泛采用。这些工艺基准的科学设置与合理使用有利于提高模具的制造精 度和便于以后模具的维修。 图2.1 工艺基准 2.2.3 修边冲孔模设计要点 修边、冲孔工艺属于剪切加工,其设计重点有:a.冲压方向和切断面的强度;b.冲模刃口的选择;c.废料处理废料形状、盛废料装置、废料滑槽角度;d.操作性卸料装置;e.加工压力;f.冲模刚性等。 修边冲孔模三维实体设计的步骤:从拉延工序得到拉深模工序件三维曲面数模?凸模镶块实体造型?废料刀镶块实体造型?凹模镶块实体造型?顶出 器实体造型?冲孔凸模、凹模、固定板造型?完善下底版出废料部分的造型?设计冲压件定位、取件装置?设计和装配模具上其他 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 件?导出二维工程图。 修边冲孔模是模具中结构比较复杂、零件比较多的模具。设计要点在于: 1.模具零件三维设计顺序遵循工序制件?工作部分?结构部分?辅助部分。 2.参数化问题。在设计初始阶段保留参数,以便于更改、提高效率。 3.三维实体设计规范和标注规范。三维实体造型到二维工程图是计算机自动完成的,与CAD二维设计图纸有区别,规范标注,比如,实体造型中采用颜色来区分加工面、非加工面。 4.模具三维标准件库。提高设计效率。 5.采用装配的设计方法。清晰表达模具零件的属组和层次。 2.3 基于UG平台的冲压工艺设计 2.3.1 工序件的制作 产品图如图2.2 图2.2 产品图 将产品图的翻边、翻孔处都展开,补好冲掉的若干孔便是工序件了。沿绿色部分四周边缘的线为修边线,修边线外蓝色部分为工艺补充部分,红色部分为拉延筋。工序件如图2.3。 图2.3 工序件 2.3.2 工程 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 图的制作 工艺方案流程图如下图2.4至图2.6所示: 图2.4 第一道工序 图2.5 第二道工序 图2.6 第三道工序 本课题的主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 是修边冲孔这道工序模具的三维设计。 工艺计算及主要参数的确定 3.1 冲裁间隙的确定及方向的确定 合理的冲裁间隙确定有两种常用的确定方法: (1)理论确定法:理论确定法的主要根据是保证上、下裂纹重合,以获得良 好的冲裁断面。间隙的大小可以由下面的公式来确定: 其中h??凹模压入深度 t??材料的厚度 ??裂纹方向与垂线间的夹角。 (2)经验确定法(通过查设计标准) 料厚(mm) 单面间隙Cmm 双面间隙2Cmm 间隙量% 0.5 0.03 0.05 5 0.6 0.03 0.06 5 0.7 0.04 0.07 5 0.8 0.04 0.08 5 0.9 0.06 0.12 7 1.0 0.07 0.14 7 1.2 0.10 0.19 8 1.4 0.14 0.28 10 1.8 0.18 0.36 10 2.0 0.20 0.40 10 2.3 0.23 0.46 10 2.6 0.26 0.52 10 2.9 0.29 0.58 10 图3.1 标准间隙速查表 料厚为1.2mm,查图3.1表得合理的冲裁间隙为0.10mm(单边间隙)。间隙 的方向:以凹模为基准,间隙取在凸模上;而在设计冲孔模时,以凸模为基准,间隙 取在凹模上。 3.2 冲裁力、推件力、卸料力的计算 3.2.1 冲裁力的计算 由公式 其中:F??冲裁力(N) L??零件周长(mm) t??材料厚度(mm) ??材料抗剪强度(MPa) K??系数通常取1.3 在实际的计算冲裁力过程中,为了简便也可以按下式估算冲裁力: 由资料可知材料B210P1查表取a 图3.2 测量修边线长度 在UG中测量修边线的长度得L1584.8343mm;t1.2mm 则由上面的公式可以得: F1584.8343mm×1.2mm×350MPa665630.406N约为66.6吨 3.2.2 卸料力、推件力、顶件力的计算 退料力: 推下包在凸模上的料所需要的力,叫退料力。 退料力K退×P(Kg) 式中:K退??退料力系数;P??冲裁力(Kg) 推出力: 顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需要的力,叫推出力。 推料力nK推×P(Kg) 式中:n??卡在凹模里料的数量;K推??推料力系数。 顶出力: 逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力,叫顶出力。 顶出力K顶×P(Kg) 式中:K顶??顶出力系数。 图3.3 退料力、推出力、顶出力示意图 料厚 K退 K推 K顶 钢 ?0.1 0.06-0.09 0.1 0.14 0.1-0.5 0.04-0.07 0.065 0.08 0.5-2.5 0.025-0.06 0.05 0.06 2.5-6.5 0.02-0.05 0.045 0.05 6.5 0.015-0.04 0.025 0.03 铝、铝合金 0.03-0.08 0.03-0.07 紫铜、黄铜 0.02-0.06 0.03-0.09 图3.4 系数表 料厚为1.2mm,由图3.4知:K退0.025-0.06;K推0.05;K顶0.06 则:已知冲裁力为665630.406N; 退料力F退665630.406×0.0533281.5203N F推665630.406×0.0533281.5203N F顶665630.406×0.0639937.82436N 则总的冲裁力为: F总F+F退+F推+F顶772131.27N 3.2.3 压料力的计算及弹簧的选定 ?压料力是指加工开始时为防止制件变形和错动所需的压力。 压料力 Ps(Kg) PsP×压件器压下时的系数(Kg) ?在开始切割板件时(刃口开始切件),要满足所需压力。 ?压料力随产品形状和厚度的不同而不同。一般为修边力的5%左右,压力系数见图3.5 图3.5 压力系数 本设计中压件器不受侧向力,通过图3.5中查到压力系数为5%。则有F压772131.27×5%38606.564N约为3.9吨。 然后压料力通过压件器实现,所以在工作中,压件器的压力有弹簧提供,考虑到压件器上位置分布等诸多问题,选用氮气弹簧。 氮气弹簧的标准X500-25,瑞典凯尔标准,参数为初始压力为7400N,终点压力为14000N。3个氮气弹簧,总共能提供的压力为42000N38606.564N,则弹簧选择是合适的。 3.2.4 压力机的选择 根据实际情况、工作台台面的尺寸、闭合高度的大小、初步确定的总的冲裁力的大小选择在实际的设计中使用压力机: 模具所用的设备为J31-400C,其工艺参数如下: 公称压力吨 400 滑块行程毫米 400 滑块行程次数 次/分 20 最大装模高度 毫米 650 装模高度调节量(毫米)250 导轨间距离(毫米)1340 工作台板尺寸 左右×前后毫米 1500×1400 工作台垫板厚度毫米 200 滑块底面尺寸 前后×左右毫米 1490×1300 电机总容量 45 净重(吨) 53 外形尺寸(长×宽×高)(mm) 3560×2910×6720 3.3 凸、凹模刃口尺寸的计算 3.3.1设计的原则 1、保证冲出合格的零件 2、保证模具有一定的使用寿命 3、考虑冲模制造修理方便、降低成本 3.3.2尺寸的计算 本套模具中修边凸、凹模的刃口采用配合加工的方法加工,保证模具间隙 为0.10mm左右,所有冲孔凸、凹模均采用分开加工的方法制造。 (1)凸模与凹模分别加工时的公式如下: 冲孔:由公式知: 落料:由公式知: 以上各式中,系数x是为了使冲裁件的实际尺寸尽可能最接近冲裁件公 差的中间尺寸。x在0.5~1之间取值与工件的制造精度有关可查相关手册,或按 下列关系取值: 工件的公差等级为IT10或更高,取x1; 工件的公差等级为IT11~IT13,取x0.75; 工件的公差等级为IT14,取x0.5。 由于在此零件中未标注公差值,按国家标准的非配合尺寸的IT14级处理。以下所有的凸、凹模刃口尺寸的计算中均取x0.5。对于最小合理双面间隙Zmin,由于所有的手册上都查不到与设计中所用的B210P1相对应的值,一般取板料厚度的10%,故经验公式Zmin10%t,式中t为板料厚度。制件的厚度为1.2mm,于是有 Zmin10%t10%×1.2mm0.12mm 根据制件的IT14级精度,查表3.1可得制件的公差。由公式和计算可得凸、凹模刃口尺寸。 表3.1 基准件公差值 基本尺寸/mm 公差等级 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 ?3 >3~6 >6~10 >10~18 >18~30 25 30 36 43 52 40 48 58 70 84 60 75 90 110 130 100 120 150 180 210 140 180 220 270 330 250 300 360 430 520 表3.2 规则形状(圆形、方形)冲裁凸模、凹模的极限偏差 基本尺寸/mm 凸模极限偏差 凹模极限偏差 ?18 >18~30 >30~80 >80~120 >120~180 >180~260 >260~360 >360~500 >500 -0.020 -0.020 -0.020 -0.025 -0.030 -0.030 -0.035 -0.040 -0.050 +0.020 +0.025 +0.030 +0.035 +0.040 +0.045 +0.050 +0.060 +0.070 注:摘自《冲压手册》 (2)在设计冲孔时的凸、凹模刃口部分的尺寸情况如下: 图3.7 工序件图 例如冲孔32查表3.2得 : 0.020mm;0.030mm;x0.5 则可以将以知和查的数据代入到(2-11)及(2-12)中得 (32+0.5×0.52)32.26 (32+0.5×0.52+0.12) 32.38 同理其它各个孔的冲孔凸、凹模刃口尺寸可按以上方法计算,计算结果如 表3.3所示: 表3.3 凸、凹模刃口尺寸 制件孔基本尺寸/mm 凹模刃口尺寸/mm 凸模刃口尺寸/mm 32 32.38 32.26 9 9.18 9.30 7 7.18 7.30 3.4 确定冲模闭合高度 模具闭合高度主要是考虑到:1,闭合高度应该尽量小,以节省成本。2,应该考虑到压机的性能参数,模具的闭合高度应该在压机的最小闭合高度以上(如果再小,就无法安装,当然,可以使用垫块,但是这样的模具就是非常规设计了,一般设计资料上不推荐使用垫块),而在最大闭合高度以下。理论上来说,模具可以使用机床最大闭合高度,但是,实际生产中,模具的制造误差存在,不可能完全达到设计的闭合高度。如,设计的闭高为650,由于加工及装配误差的存在,闭合高度就变为了655了,同样,如果机床的最小闭合高度为400,而设计时虽然闭合高度为400,但是由于误差的存在,闭合高度变为395,这样的闭合高度也是无法安装的。这样的误差在生产及装配中是不可避免的,是现实存在的。所以,在设计时,要提前考虑到这样的误差的存在,将模具的闭合高度设计在机床最大闭合高度以下10mm左右。 所以,机床的最小闭合高度+10?模具闭合高度?机床的最大闭合高度-10mm。 由3.3.4得出H最大650mm;H调250mm;H最小650-250400mm 则400+10?H闭?650-10,即410?H闭?640 现闭合高度为600mm,符合以上的设计原则。 3.6 校合起重棒 模具本体的测量主要依靠UG的自带测量功能,??分析?质量属性,可以查处模具的质量。 图3.8 模具总体质量测量 如图3.8可以得到模具本体的质量为:1351.9995kg,即1.3吨左右。 起重棒的选择,按东风模具设计标准,起重棒的允许载荷为: 图3.9 起重棒选择标准 选择d40的起重棒,它的允许载荷已经达到了2.5吨,4根起重棒的载荷为10吨,已经远远满足要求,保证了安全。 模具结构方案及主要部件设计 4.1 修边冲孔模的典型结构 由于汽车覆盖件的结构形状不同,修边线的空间形状不同以及修边部位的不同,修边方向也不同,因此修边轮廓多是立体的不规则的形状,所以修边刃口不能设计在一个平面上,而是有许多块刃口镶块组成修边刃口。这种结构可以大大减少模具刃口的制造工作量,减少刃口材料的消耗,降低模具的制造成本,且结构简单,故被广泛采用。根据修边镶件的运动方向,修边模中结构最简单、应用最多的是垂直修边模,这类模具修边镶件的运动方向与压力机滑块的运动方向一致,做垂直方向的运动。典型结构如图4.1。 图4.1 修边冲孔模 模具主要包括6个部分:刃口部分,定位部分,物流部分,导向部分,限位部分,安装部分。 刃口部分:主要是模具的工作部分,确保零件的修冲及翻整等操作,一般来说,硬度要求比较高,用镶块来做刃口,镶块的材质由料厚决定。 定位部分:主要是保证制件在模具上的定位,以便冲裁时,制件能准确安放。 料流部分:主要是考虑制件在模具内的流动,如:坯料件的放置,成品件的取出,及加工中废料的流动。 导向部分:主要保证模具在工作时,上下模的导向,及压件器在上模内的 导向。 限位部分:主要考虑活动部分在模具内的限位,如:上下模合模的时候的限位,及压件器在上模内的限位。 安装部分:安装部分是模具的主体,主要是保证以上几个部分的安装,及模具的强度。一般为铸件材质。 4.2 工艺分析 在模具设计前,首先明确工艺要求。 图4.2 工艺分析 从图4.2上可以看出,沿绿色部分轮廓为修边部分,红色部分为冲孔部分。大致可以将整个工作部分分为3个区域,如图所示: 1.修边区域,需要设计修边镶块(凸模和凹模)。 2.冲孔部分,这五个孔都是标准圆孔,可以使用标准件装置来完成冲孔。 3.2个长圆孔,它的尺寸为11.5×44mm,这个长度是无法用标准冲孔装置来完成的。(按模具设计标准,标准冲孔的冲头最大尺寸为44.99mm,凹模套为44.99时,它的直径已经达到了56mm,如果安装一个凹模套,则修边刃口到凹模套的距离太近,会导致刃口的强度太差) 4.3 修边冲孔模主要部件的设计 4.3.1 凸模的设计 1.从工艺角度 经过工艺分析,大致可以得出镶块的刃口结构如图4.3所示。 图4.3 修边镶块 修边镶块的上模镶块应在绿色区域(修边轮廓)外,下模镶块应在绿色区 域(修边轮廓)内。即:凸模镶块在下模上,凹模镶块在上模上。设计这样分布的原因是,凸模镶块放在下模上,它的符形型面,还可以用作型面定位,便于工件的稳定安放。 5个标准孔可以直接使用标准冲孔装置。2个异形孔,需要单独设计凸模,(如上述原因),同时,因为是做异行冲孔,冲孔凸模和凹模的边界都必须沿着冲孔线。作为冲孔凹模,可以将形状做大后直接用螺钉固定,但是,由于孔1长为44mm、宽为11.5mm,如果只做单体的凸模,要是螺钉固定(M10的螺钉沉孔直径为17.5mm)可能镶块空间太小无法安装螺钉;所以,这个异形冲头,必须另外设计冲孔凸模的镶块固定座。 2.从材料角度 镶块材料的选择原则,料厚t,决定了镶块的材料,(材料决定镶块的大小): t?1.2 材料:7CrSiMnMoV(铸件), 1.2t?1.5, 材料:T10A(锻件) 1.5?t?2.0材料:Cr12MoV t?2.0 材料:更好的材料 由于本制件的料厚为1.2mm,材料可以选用铸钢件:7CrSiMnMoV。 做为铸钢件镶块,能达到的最大值理论上可以到500?600,但是,因为镶块的刃口部分硬度要求很高(HRC55以上),需要淬火处理。如果在镶块后续的淬火过程中,镶块太大,刃口淬火极容易变形,这样会导致型面不准确。 鉴于这些原因,工作镶块长度定为300左右。 3.从制件的定位角度 零件在模具上的定位,可以决定镶块的符型面的大小,显然,镶块的符型面越多,件的定位越准确!但是从生产的角度上来说,需要用尽可能小的符型面,换取更准确的定位.所以,符型面的大小决定了镶块的分块。 图4.4 工序件图 从制件外观上观察,零件四周有陡壁和凸包,这些部位可以防止制件上下左右的偏移。所以,这些地方符形面是必不可缺的。同时考虑到制件的安置稳定,应该合理的增加些必要的符形面,以支持定位,同时可以确定制件的定位方式:设计选用型面定位为佳。 修边部分,沿修边线的周围30mm区域内必须有符形面,以保证有足够强度进行修边。这些地方的符型面,也是必不可少的! 冲孔部分,在孔的周围30mm区域也要有符形面,以保证有足够强度完成冲孔。(边缘的冲孔除外) 在设计中,考虑到制件的型面区域较小,所以,设计时,全部使用了符型。 通过以上的分析,可以确定刃口镶块的具体形状,如图,修边区域,分成了2块修边镶块,鉴于修边线的左端到右端总体长度只有450mm左右,如果只使用一块镶块,镶块长度稍微显得长了点,所以分两块镶块(每块在250mm左右)来完成修边的刃口。 4.3.2 凹模的设计 对于上模来说,上模的刃口因为会包围着修边线,所以,上模的镶块会显得大些,而总体的修边线只有450mm左右,可以估算到上模镶块的总体长度会在670mm左右(单边加上60mm),这样的话,设计可以将上模的修边镶块分为4块,因为,上模不需要考虑件的定位,所以,上模镶块的分块只需要考虑到镶块的合理分 块大小就可以了。如上所述,上模的镶块图可以得出,如图4.5所示: 图4.5 镶块图 上模修边镶块的符型区。因为上模的符型区不需要拿来定位,所以,作为上模,只需要满足冲切就可以了。一般上模镶块(铸钢件镶块)如图。 图4.6 断面图 4.3.3 压件器的设计 经过加工变形后的冲压件,一般都存在不同程度的弹性变形,而且这种弹性变形在模具设计、制造中要想控制和消除是很困难的。由于弹性变形的结果,使冲压件与按理想形状的模型制造的定位器的定位面不相贴服,从而导致修边冲孔尺寸的不稳定,空间修边制件易移动,因此为保证冲压件质量的稳定,在确保定位可靠的情况下,利用压件器将制件强行压服在凸模上,使制件不能够产生位移。压件器不仅起到压料的作用,同时起定位和将制件从凹模内推出的作用。压件器的设计要求其型面形状及精度满足定位要求,同时有一定的导正作用和限位要求。 修边模的压件器,主要涉及到修边部分和冲孔部分。 压件器的修边部分,主要是沿着修边线,长度在15-20mm左右,如果压件器的导向需要依赖刃口,则压件器的刃口长度还需要加长,以便于刃口导向更加的精确和平稳。 图4.7 压件器刃口分布 材料选用45钢,热处理HRC30-32。 如果是冲孔时,压件器就需要让开上模的冲头,按照设计资料,冲孔时,压件器刃口与镶块刃口的关系,如图所示。所有冲孔区域,都可以按照上图所示直接在压件器上做出冲头过孔(相当于冲孔的刃口)。 图4.8 冲孔剖视图 4.3.4 废料刀的设计 废料刀是修边镶块的一部分。 选择使用废料刀结构,清除修边后产生的废料有两个方法,一个是利用卸料板,一个是废料刀。考虑到简化模具结构(卸料板结构在制造和加工上比废料刀麻烦)和工厂实际生产(切断后的废料自动滑落,方便收集)等原因,在本模具中选择废料刀。 修边后产生的废料是用镶块式废料刀切断的,镶块式废料刀是利用修边凹模镶块的接合面作为一个废料刀刃口,相应地在修边凸模镶块外面安置废料刀作为另一个废料刀刃口组成镶块式废料刀。废料刀高度必须低于凸模镶块,修边凹模镶块上的废料刀高度要与废料刀高度相适应以保证刃口有切断作用。 图4.9 废料刀的标准结构 废料刀的切入量为7mm。要注意的是废料刀刀刃要超过毛坯轮廓线,这样才能切断。废料刀的材料一般和修边镶块的材料一样,本模具中,为铸钢件材料。 4.3.5 铸件结构设计(上下底板) 铸件部分是模具的主体部分。铸件部分的设计是综合所有设计,再做出的设计。材料用HT250。 由于铸件部分没有标准(根据各自的模具需要,铸件就会有不同的形状),一般来说,是设计者自己从以下几个方面确定。 1.铸件部分必须保证一定的筋厚,如,一般来说尽量保证40的筋厚。当材料厚度比较小的时候,如0.5-0.8左右的材料厚度时候,铸件可以使用30的筋厚;而当材料为2个mm以上的高强度板材时,筋厚也要相应的增加,如可以增加到50mm厚;而当材料增加为3-4mm的厚度时候,即使是落料模也要增加筋厚到60mm厚,本模具为非高厚度高强度板料件,所以,选用一般的厚度40mm。 2.铸件部分一定要设计出应该有的加工面。 ?粗糙度为1.6的加工面,镶块是安装在铸件上的。而镶块不可能安装在未加工的铸件面上??铸件面太粗糙,所以,镶块在铸件上的安装面一定要经过机床的加工,必须要机床加工出一个光洁面出来,然后,镶块安装在这样的光洁面上,才能保证镶块安装的准确。这个加工出来的镶块的安装面,粗糙度为1.6,这样的安装面在设计时候,要在实体上涂红色,以区别其它的铸件表面。象这样的1.6的加工面还有:模具上下底板面,导板的安装面,导柱的安装底面(不是导柱的镗孔安装面),导柱的上表面安装台面,安全平台面,存放限制器的安装面,模具前侧的基准加工平面,侧销的侧平面,各个镶块的安装面,氮气弹簧的安装面(上模和压件器上的面),镦死块的安装面(上模和压件器上的)等,具体见实体上红色面。 ?粗糙度为0.8的加工面,这样的加工面主要是以下几种面:a,导板导滑面,这样的面要求很光滑,需要加工用精度铣刀加工;b,导柱镗孔面,导柱的表面为0.8mm,它的安装面必须精镗孔到0.8;c镶块刃口面,这样的面是参与制件的切割,或者成型,它们的粗糙度直接影响到制件的表面质量,必须在精加工后,由工人用油石蹭光,以保证刃口的精度。d,与制件接触的面。这样的面是型面,对于成 型模来说,在成型过程中,材料会在这样的型面上流动,它们的精度如果太低(如圆角蹭光不到位),会影响材料在圆角上的流动,从而造成制件的圆角成型困难,或者成型后,圆角上有划痕,这对于制件来说,是不允许的。 ?粗糙度为6.3的面,这样的加工面主要是:压板槽的各个面,没有精度要求,而只是需要加工的面,如下面这个镶块的蓝色面,因为,按常规设计,这个镶块要符型做,但是,鉴于如果全部按型面做,镶块的那一块会耸立的很高,而且,壁厚太薄,这样的话,对于镶块来说,反而没有必要,所以设计时,完全可以将这耸立的一块切掉,既可以保证符型面,又可以节省加工,蓝色的面就表示设计意图是:只需要将它切掉,但是,不用管切的精确度,因为,它与制件是让开的,让开多少没有关系,只要切掉耸立的部分就可以了。 3.铸件部分要考虑到废料的流料孔。 在废料部分已经提过,废料的流料设计与铸件设计紧密相关。有废料滑板,废料盒的地方,铸件设计时,必须要留出相应的空洞出来,并且,还要加上一定的安装小块,以便固定或者安防废料盒。这里不再赘述。 4.铸件设计要考虑到铸件的减轻孔。 铸件不能太厚,不能太大,不能太长,不能太集中,这些是从铸造性能方面来考虑的。一般来说,铸件设计要考虑铸件是否可以挖减轻孔。 按设计标准,如图4.10为拉延模的铸造减轻孔,由于拉延模一般筋比较高,而且受力比较大,所以,设计资料上给出的数据沿周比较大。在设计修边模具的减轻时,距边数据可以相应的减少点。 图4.10 减轻孔设置 至于底板上的挖空,则与工作部分的镶块的分布,及废料的排除相关。工 作镶块的分布,影响受力。受力的地方就需要补筋,而废料排除,就需要筋让开废料流动空间。这样的筋的位置的设计,就比较自由,主要由设计者根据实际情况给出。 而设计筋的距离的时候,按设计资料,如图4.11。 图4.11 筋的设置 即,如果筋厚T设计为40,则筋的距离A最大为:8T-12T,即320?480之间。 关于侧向掏空的条件,按设计标准如图4.12所示。 图4.12 挖空标准 铸件作为模具的主体,设计时最主要的,还是保证模具工作时候的强度,如工作部分的强度,靠背大小是否足够,安装面的厚度是否足够等,导向部分的强度:如导柱安装部分的筋厚是否已经达到了最小壁厚30等,这样的强度问题,在设计时候要考虑到。本设计中,已经全部保证了。 4.4 其它部分设计 4.4.1 定位部分设计 关于定位部分,按照设计资料,概括起来,模具定位有以下几种形式: 1.使用型面定位。即当零件表面有一定的起伏的时候,如果下模上有与零件一样的型面,则这些零件表面的起伏会限制零件在模具上的串动,这样的方式叫型面定位。 2.使用零件上的孔位定位(孔位定位是最准确的),即在本次冲压的前序冲压过程中,有冲孔工序,亦即在本序冲裁中零件上有孔存在,则可以按照这些孔位,加上相应的定位销(如直径为8mm的孔,用Φ8的锥形销)定位。孔定位的缺点就是,由于有加工误差的存在,常常在实际中模具给出的定位销位置不准确,需要 工人现场确定销的位置。 3.如果零件的型面只能防止零件向上下,或者向左右方向串动,这样就必须在不能防止串动的方向上,增加一个外形定位。即按照本序中零件的外形曲线,做出一个定位块挡着零件这个边,以防止零件挪动。 4.如果制件的形状比较平缓,如落料制件,拉延制件,都是平板料,没有型面,这样的定位就必须在制件的前后,左右2个(或者四个)方向都增加定位块,以帮助零件定位,如果是4个方向定位,定位块必须是可调的,以保证定位不准确的时候。可以调节定位块的位置。 本模具的定位部分的设计,已经在做刃口部分分析的时候有过说明。鉴于零件型面有一定的起伏,本模具可以使用型面定位,即做下模刃口镶块时,考虑镶块符型面的大小。 越多的符型面,零件定位越准确,但是制造成本也越高,所以,需要用最小的符型面,来完成最可靠的定位。本模具设计的符型面的大小已经在镶块上反应。 4.4.2 料流部分设计 所谓料流部分,就是零件在模具中的流动,即包括毛坯件的放置,冲切时产生的废料的流动方向,冲切完后,制件的取出三个部分。 1.毛坯的放置 单体模具采用手工放置。这样设计主要考虑到的是,放件高度在人手能够达到的高度,不能太高,即设计需要控制底板到镶块型面的高度,需要在人能控制的高度以内,目前设计高度为600mm,加上半米左右的机床高度,工人的操作高度大概为1100左右,基本满足要求。 2.取件方式 按模具设计资料,人工取件有以下几种形式: ?在修边类的模具中,遇到有沿周修边类的模具时候,由于冲切毛刺的存在,制件与下模镶块的刃口贴合的非常紧密,制件的表面又很光滑。所以,一般很难用手去取出制件,这样的情况下,如果制件较大,修边的区域也很大,一般可以在修边线以内加上气缸,翘杆之类的顶件装置,在修边后,顶起制件至一定高度,以方便人手取出。同时,气缸装置价格高,对于生产成本来说,不利于成本的控制。而翘杆是一个近似于杠杆的装置,即人脚去踩杠杆的一端,然后另一端受力,向上顶起制件,这样的装置虽然成本上便宜,但是由于操作麻烦,而且本模具有更好的取件方式,这样的方式不推荐使用。 ?沿周修边时候,如果制件太小,无法安装气缸(因为气缸尺寸比较大),则设计可以在工人取件的一侧安装弹性的顶销(通用标准件),将制件稍微顶起一点点高度,使工人可以手工取件既可。 图4.13 弹顶销装置 这样的出件方式的缺点:由于一些模具的定位方式是靠型面定位,而弹顶销会在没有外力的时候伸出一点(大约5mm的距离),即会破坏型面定位的准确性,但是,如果将弹顶销设计的分布合理,可以将型面的破坏减小到可以忽略的程度。 ?若非沿周修边,只是局部修边,或者是部分沿周修边,如剩下一端没有修边,(一般情况下,这样的修边线是工艺人员考虑到了取件的情况,而特意空开的一端取件区域)这样的情况下,可以在没有修边的区域,使用这些空间来取件,即空手槽取件。 本模具属于沿周修边,考虑到成本和方便等原因,选用弹顶销的取件方式。 3.废料的排除 废料的排除是一个复杂的设计部分,废料的排除方式的设计和模具底座是相关联的,如小孔废料是用废料盒接,而大片的废料则需要用废料滑板来滑出模具本体;有废料盒的模具,铸件上就必须让开相应的空间;而用废料滑板来滑的,铸件上就必须有相应的斜面或者有足够的空间来安防废料滑板等。如果废料无法自由掉落,还必须添加辅助的装置如,弹性装置,挂钩装置等帮助废料排除,而铸件上就必须有这些装置的安装空间。 图4.14 废料的滑出 废料经废料刀切断后,如4.14图,从1、2、3、4四个方向自由滑落,通过废料滑坡,离开工作部分。废料滑坡的角度一定要尽可能的大!本模具中,使用的角度为:25?。同时,考虑到冲孔的废料是小件废料,如果使用滑坡滑废料,废料不易收集,所以,冲孔废料设计使用废料盒接。按资料上的冲孔废料的流料方式,如图4.15废料的落孔大小逐步增加,按照这样的标准,设计上模冲孔废料的排除方式。 图4.15 落孔 4.4.3 导向部分设计 导向部分主要负责模具工作时候的导向,以保证模具工作时的间隙。 模具工作时候,需要导向的部分主要包括: 1.上模与下模的导向设计 导向主要有导柱导向,导板导向,导柱与导板的混合导向。 根据设计资料,有模具工序有修边,冲孔这样的修冲类工序的时候,必须使用导柱导向,以保证冲切精度。如果有侧向力,还必须必须在导柱导向的基础上增加相应的导板或者反侧导板,以抵消模具受力不均匀,避免精密导向的导柱受力变形。 当模具有翻边,成型,及整形这样的成型类的工序的时候,必须使用导板导向,因为成型类的模具的导向精度没有修冲类高,而且,成型类模具一般受力比较大,使用导柱是不合适的。 鉴于本模具只要求完成修边、冲孔,只有修冲类的工序,没有成型类的工序,所以,本模具的上下模采用导柱导向。 2.上模与压件器的导向设计 根据设计资料:压件器的作用只是在模具工作时,压紧制件,便于冲裁。压件器的刃口与上模镶块的刃口间隙为0.3-0.5mm左右,所以压件器的导向一般使用导板导向。 设计压件器的导向一般只需要在压件器的上下、左右四个方向加上相应的导板即可。可是,本模压件器的空间非常小,导板无法布置。所以要采用压件器刃口导向。一般来说压件器刃口与上模镶块的刃口间隙为0.3-0.5mm,如果需要导向则要将间隙调整到0.1mm,以达到导板导向的精度。 4.4.4 限位部分设计 模具的限位,主要设计是在活动的部件之间。活动部件靠导向装置限制路径,靠限位装置来限制行程。在本模具设计中,限位部分主要考虑压件器的限位。压件器的导向,如论文上述,是靠导板与上模之间的导向来实现的。而压件器在模具冲压过程中的行程,则是由限位部分来实现的。导向与限位机构的同时作用, 保证了压件器的正常工作。 按设计资料:模具的限位主要有以下几种方式的设计: 1.使用卸料螺钉,来保证压件器的行程。卸料螺钉的原理如图4.16所示。 图4.16 卸料螺钉 2.安全限位部分:安全部分的设计主要是考虑到当工作部分的设计出现问题时,如工作部分的卸料螺钉损坏了,在突发情况产生时,安全限位部分可以防止压件器掉落下来,砸伤工人。 由于空间不足,所以直接使用卸料螺钉来替代安全侧销,充当安全限位部分。 模具的工作部分比较多,安全螺钉需要占用一定的空间,在位置的选择上,尽量避开上模的工作部分,而且,尽量保证布置的平均,使模具没有死角。并且安全卸料螺钉的行程要大于工作部分的卸料螺钉,保证在工作时不起作用,在出现意外情况下起作用。 4.5 细节部分设计 4.5.1 模具的存放限制器 模具的存放限制器主要是用于存放,及限制模具的,限制器就是限制上模行程工作,当上模接触限制器后,就不会继续往下运动,而压坏下模了。存放器就是保证模具在非工作状态时,使上,下模之间隔开一段距离,以免使模具下模受压,及以免使压件器的弹簧受压。 存放限制器必定需要上下模都有筋到底的地方,因为它是受压部分。 本模具设计的限制器为:50X50(直径X高度).存放器的高度为40mm。总的标准件的表达为:存放限制器合件,QM1602,50X50,H40即存放器的高度为40 4.5.2运输连接板 运输连接板主要是用与模具的运输,当模具制造好后,需要用运输连接板连接上下模,以方便运输。 4.5.3模具的加工基准台 设计模具的加工基准台主要是从模具的加工角度来考虑的。当模具在机床上第一次加工时候,会有一个加工基准。 如果当模具需要返修,而第二次上机床加工时,会有第二个基准。倘若这两个基准不一样,就会影响模具的准确性。 所以,鉴于这样的考虑,在模具的本体上设计一个基准销孔,使每次模具上机床,都