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百叶窗类零件成形工艺分析及模具设计

2018-06-20    作者:    来源:    阅读:126

引 言

    冷冲压是将各种不同规格的金属板料或料坯,在室温下对其施加压力(如通过压力机及模具等),使之变形或分离以获得所需各种形状零件的加工工艺。

    在机械制造业中,冷冲压是一种生产效率很高的加工工艺,它给生产提供了极其方便及最有利的条件。据初步统计,仅在汽车制造业中差不多有60~75%的零件是使用冷冲压工艺制成的,冷冲压生产所占的劳动量为整个工业总劳动量的25~30%,在电机和仪器仪表生产中,也有60~70%的零件是使用冷冲压工艺来完成的。特别是最近几年,由于冷冲压这种无切削工艺的研制和发展,更扩大了冷冲压工艺的使用范围。

    随着科学技术的飞速发展,各种形式的加工中心及高速、超高速加工机床的层出不穷,为制造行业解决了一个又一个加工难题,但冷冲压作为一种传统的加工手段,仍然具有其它加工手段不可比拟的优点,在工业生产中继续发挥着巨大的作用。

(一)、在经济方面,它有以下几个优点:

1、节省原材料。冷冲压加工工艺对原材料的利用率很高。冷冲压生产,不仅可以做到少废料或无废料,而且边角余料也可以得到充分利用,不至于造成材料浪费。

2、操作工艺方便。只要有冲压设备和专用模具,具有一般冲床操作经验的操作工就可以加工生产,零件加工精度完全靠模具保证。

3、生产效率高,适用于大批量生产,便于实现机械化与自动化。

4、由于冷冲压工艺所需设备简单,设备投资成本低,因此冷冲压生产的零件成本低廉。

(二)、在技术方面,它有以下几个优点:

1、在压力机简单冲压下,可以获得用其它加工工艺难以加工的各种形状复杂的零件。

2、冷冲压的工件一般不需做进一步机械加工,形位尺寸精度较高,零件尺寸稳定性好,具有很好的互换性。

3、在材料耗费不大的情况下,可以获得强度高,刚度大而且重量轻的零件。

(三)、从环境保护的角度出发,冷冲压也具有很大的优势,冷冲压工艺是一种无切削加工技术,无需冷却液等降温、润滑措施,对环境污染小。

由于上述几大优点,冷冲压技术对我国国民经济的发展和加快工业化进程有着重要意义。

正是由于冷冲压生产工艺有着这么多的优点,我选择了“百叶窗类零件成形工艺分及模具设计”作为我的毕业设计课题。

课题选定后,通过查阅大量的模具设计参考文献并根据生产实际需要和生产条件,在充分了解和掌握各种冲压变形规律的基础上考虑这类工件在切断和成形过程中可能回出现的各种实际问题,确定最佳的工艺方案,并通过计算确定各种设计参数,确保以最简便的方式,在成本消耗最低的条件下实现切断、成形加工并获得高质量的产品。因此,本课题设计的重点是:确定合理的叶片冲压工艺、模具的定位设计。我的毕业设计课题,从工艺方案确定到模具设计的整个过程中难免会出现一些缺点和不足,对问题的分析可能还不够全面,因此恳请各位老师、专家及评委们批评指正,不吝指教。在此表示衷心

1 绪  论

1.1冲压模具的发展现状  

    改革开放以来,随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。近年来,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”;广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心;中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

    冷冲模是冲压加工工艺的装备之一,被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以及在国防工业中。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件,适合大批量生产的优点,在某些领域已取代机械加工,并正逐步扩大其工艺范围。因此,冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。但同时,冲压技术的推广受到投入成本低,模具成本高,不适应中小生产规模的特点。但是总的说来,随着我国经济实力的进一步加强,模具行业,包括冷压模一定会得到更普及地应用。

    随着冲压工艺的广泛应用于国民经济中,再加上随着数控技术和机械CAD/CAM的发展,冷冲模的发展和迅速。它以生产率高、成本相对低廉被广泛应用。外国的冲压模发展水平相当高,无论是设计还是制造,都达到较高的水平。以精确的定位,合理的工艺,连续加工精度很高的薄臂零件。而国内模具行业的起步较晚,基本上以单模为主,因此,加工精度够高。 冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。因此它是一门综合性很强的学科。


1.2 未来冲压模具制造技术发展方向

(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术。随着微机软件的发展和进步,普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟,各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度;进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能,实现技术资源的重新整合,使虚拟制造成为可能。

(2)高速铣削加工。国外近年来发展的高速铣削加工,大幅度提高了加工效率,并可获得极高的表面光洁度。另外,还可加工高硬度模块,还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展,对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

(3)模具扫描及数字化系统。高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据,用于模具制造业的“逆向工程”

(4)电火花铣削加工。电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造复杂的成型电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。

(5)提高模具标准化程度。我国模具标准化程度正在不断提高,但与发达国家还有一定的差距。目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右,但国外发达国家一般为80%左右。

(6)优质材料及先进表面处理技术。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。

(7)模具研磨抛光将自动化、智能化。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作,以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

(8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合;配有随行定位夹具或定位盘;有完整的机具、刀具数控库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。

在信息化带动工业化发展的今天,在经济全球化趋向日渐加速的情况下,我国冲压模具必须尽快提高水平。在科学发展观指导下,只有不断提高自主开发能力、重视创新、走新型工业化道路,将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来,我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。只有如此才可以尽快缩小我国模具行业同世界发达国家的差距,促使在世界范围同行业竞争中占据优势。

2 冲压工艺

2.1 冲压零件图

    本次毕业设计课题所设计的零件百叶窗类零件(如图2.1所示),材料为A3(Q235),批量为5000件/年,无特殊技术要求。

百叶窗类零件成形工艺分析及模具设计

百叶窗类零件成形工艺分析及模具设计 

图2.1

2.2 工件的工艺分析

    对工艺分析包括技术和经济方面两个方面内容。在技术方面,根据工件图,主要分析该冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺要求;在经济方面,主要根据冲压件生产批量,分析产品成本,阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此,冲压件的工艺分析,主要讨论在不影响零件使用的前提下,能否以最简单经最经济的方法冲压出来。能够做到的,表示该冲压件的工艺性好;反之,工艺性差。

2.2.1  冲压件的形状及尺寸

    由图2.1可知,冲裁件的形状简单,精度要求不高,主要工序由冲裁,成形组成。所冲的为一类零件,只有百叶窗叶片及叶片间距尺寸。百叶窗零件的叶片数和边距都未定,因此设计模具要考虑模具的柔性,使其具有一定的冲裁范围。

2.2.2冲压件的精度

     由冲裁件内外性所能达到的经济精度表可查得:厚度在1mm至2mm以下所能达到的经济精度为IT11,而该零件的冲裁要求为自由公差,一般在IT11-IT13之间,一般选取IT12,所以能满足冲裁工艺性的要求。

2.2.3设计应注意的问题

     该制件的形状比较简单,厚度适中,批量生产,属于普通冲压件,但外形有三组尺寸,所以该模具应有一定的柔性。一般应注意一下两点:

(1)模具各部件之间应具有一定的调整距离。

(2)由于要加一类零件,要保证定位的可调整性和精确性。

(3)批量生产,应重视模具的材料和结构的选择,保证模具具有一定的寿命。

2.3 工艺方案的确定

    根据制件的工艺性分析,该零件包括切断和成形两个基本工序,可采用方案如下:

方案一:先切断-,再成形。采用单工序模方案。分别设计切断和成形两套模具。

方案二:切断-成形复合冲压。采用级进模进行生产。

方案三:切断-成形复合冲压。采用复合模进行生产。

方案一:采用单工序模,单工序模有以下优缺点:优点:①结构简单,制造容易,周期短,成本廉价。②可利用废料冲压。③可冲制尺寸大、厚度大的零件。缺点:①由于模具结构简单,定位误差大,因而零件精度低,没有连续模和复合模精 度高,一般为IT14-15级。②简单模多无导向装置,安装调整不方便,费时间。③工作不安全。④工序分散,在这三种型式的模具中,生产率最低。⑤寿命低,易磨损。只适用于精度要求不高,形状简单的小批量生产和新产品试制。在这套方案中需二道工序二副模具,成本高而生产效率低,难以满足批量生产要求。

方案二:只需一副级进模具,级进模有如下优缺点:①在这三种型式的模具中生产率高。②因工序不集中在一个工位上,可冲制形状复杂的零件。模具的强度、耐用度高。③送料方便、可靠,便于实现单机自动化及机械化生产。可采用少、无废料排样。④工作安全,操作者可不必把手伸入危险区。⑤零件、废料均下漏,可采用高速压力机生产。⑥可减小冲压车间面积。缺点:①零件精度一般比复合模低。冲裁时材料无法压紧,其表面质量欠佳,常有穹弯。②由于模具结构的需要,零件搭边值较大,材料利用率比复合模低。③形状复杂的零件,模具结构较复杂,制造难道大。④同一零件,连续模的外廓尺寸比复合模大。当零件尺寸大于50~80mm时,模具显得笨重。由于所加工的零件比较简单,如果采用级进模会提高生产效率,但是级进模比单工序模设计成本要高,而且所设计出来的模具也比较大。这样在选择材料,冲压机等方面提高了要求,相应的成本也就需要更高。

方案三:也只需要一副复合模就可以完成切断、成形。复合模也有如下优缺点:优点:①冲裁时材料处于受压状态,零件表面平整。②冲裁时材料不需要进给移动,零件表面不受送料误差影响,其内、外形,一般可达±0.02-±0.04mm,零件尺寸精度高,可达IT8级,在这三种型式的模具中,其零件精度最高。③模具结构紧凑,外廓尺寸小。④用复合模冲压时对外条料形状及尺寸的限制不高,可用短料和边角余料来冲压零件,材料利用率比连续模高。⑤适宜冲压薄料、软料和脆性材料。缺点:①模具零件多,结构复杂,装配制造困难,成本高。但形状复杂的零件其模具制造难度比连续模低。②由于受到凸凹模最小壁厚的限制,对于一些内孔与外缘之间及孔间距离较小的零件,不宜采取复合模。③生产率比连续模低,工作没有连续模安全,零件出件没有连续模方便。适用于生产批量大、精度高、尺寸大的零件。有时为了保证零件的精度,批量小时也用它。适用于一般精度要求不高、尺寸小的大批量生产。生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求,尤其是工件的平面度可以由采用弹性卸料装置得到很好的保证。通过对上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案三为佳。

复合模具又有正装式与反装式之分,反装式复合模结构简单,又可以直接利用压力机的打杆装置进行推杆,废料能从压力机台面落下,卸件可靠,操作方便安全,生产率高。正装式的优点是顶件板、卸料板都是弹性的,条料和冲裁件同时受到压平作用,主要适用于材质较软或板料较薄、平直度要求较高的冲裁件。综合考虑本冲裁件要求及经济性条件,决定采用反装式复合模。由以上分析,确定最终方案:采用反装式落料切断成形复合模,一次冲压成型。

2.4工艺流程图

    如图2-2所示:

百叶窗类零件成形工艺分析及模具设计

图2-2

2.5整体模具方案

2.5.1 方案一如图2-3所示:

    该方案整体模具比较笨重、尺寸较大。但是上模和下模结构、加工工艺比较简单,成本较低,并且模具各部件之间调整灵活,模具加工范围较广具有一定的柔性。

百叶窗类零件成形工艺分析及模具设计                             图2.3    模具装配简图

1.下模板  2 .限位块 3.下模座  4.刃口下模  5.卸料板 6.橡胶  7.上模座 8.上模板

9.模柄 10.上模 11.顶杆 12.紧板 13.下模  14.托料板

2.5.2 方案二如图2-4所示:

    该方案整体模具比较紧凑、尺寸适中。但是上模和下模结构复杂,加工难度较大、成本高。一模一件,不具有加工柔性。

百叶窗类零件成形工艺分析及模具设计

图2-4模具装配简图

1.上模板   2.聚氨酯橡胶   3.导套   4.垫板   5.导柱   6.凸模  7.压料板  8.凹模  9.下模板

    综合考虑,选择方案一。

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