回油管夹片冲压成形工艺及模具设计.docx
《回油管夹片冲压成形工艺及模具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《回油管夹片冲压成形工艺及模具设计.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
回油管夹片冲压成形工艺及模具设计
1绪论
目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。
1.1国内模具的现状和发展趋势
1.1.1国内模具的现状
一、我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。
一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。
现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下：
据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元,约合6.2亿元.
根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:
一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。
二、冲压模具水平状况
近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。
精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
1、模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。
由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。
上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。
20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。
国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。
在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。
1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。
21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。
其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。
模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。
在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。
如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E,以色列公司的Cimatron还引进了AutoCADCATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。
国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。
且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。
在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。
快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。
围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。
它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。
2、模具设计与制造能力状况
在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。
轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。
汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。
高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。
NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。
这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。
模具表面强化技术也得到广泛应用。
工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。
真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。
激光切割和激光焊技术也得到了应用。
1.1.2国内模具的发展趋势
巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。
虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。
未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:
1）模具日趋大型化；
2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；
3）模具扫描及数字化系统；
4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；
5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；
6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；
7）模具的精度将越来越高；
8）模具研磨抛光将自动化、智能化；
9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；
10）开发新的成形工艺和模具。
1.2 国外模具的现状和发展趋势
模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。
用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。
美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。
国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。
2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。
2003年德国模具产值达48亿欧元。
其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。
随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到25～30万美元。
国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．
1.3回油管夹片模具设计与制造方面
1.3.1回油管夹片模具设计的设计思路
冲孔落料是冲压基本工序之一，它是利用冲裁模在压力机作用下，将平板坯料进行冲孔或落料的加工方法。
一般情况下，一般精度的工件IT8～IT7级精度的普通冲裁模；较高精度的工件采用IT7～IT6级精度的高级冲裁模。
我的设计思路是：
首先用冲孔落料模具将从板上冲下弯曲的坯料，再用弯曲的方法弯成所要求的形状。
1.3.2回油管夹片模具的设计进度
1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间20天；
2.确定加工方案，所用时间5天；
3.模具的设计，所用时间30天；
4.模具的调试.所用时间5天。
设计者：
刘曼玉
2回油管夹片冲裁模具设计
2.1冲裁件的工艺分析
工件名称：
回油管夹片
生产批量：
大批量
材料：
08钢
厚度：
0.35mm
工件简图如图2-1所示
图2.1制件图
2.1.1材料的分析：
08钢属于优质碳素结构钢，有一定的强度，有害杂质元素硫、磷受到严格限制，非金属夹杂物含量少，塑性和韧性较好，主要制作较重要的机械零件。
常用于制作冲压件。
市场上也容易买到这种材料，价格适中。
2.1.2制件的工艺性分析：
回油管夹片属于小尺寸零件，形状简单，料厚0.35mm，大批量，图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，符合一般冲压的经济精度要求。
市场上也容易得到这种材料，价格适中。
由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。
2.2冲裁工艺方案的确定
根据工件的工艺性分析回油管夹片所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。
方案一：
用简单模分两次加工，即先落料,后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二：
冲孔——落料级进模。
采用级进模生产。
方案三：
落料——冲孔复合模。
采用复合模生产。
分析各方案的优缺点
方案一：
生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。
方案二：
只需要一副模具，生产率高，压力机一次行程内可完成多个工序，实现操作机械化自动化容易，尤其适应于单机上实现自动化，但零件的冲裁精度差。
欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，模具制造安装较复合模复杂。
冲方案三压生产率较高，压力机一次行程内可完成两个以上工序，实现操作机械化，零件的精度易保证。
复合模一般制造复杂，由于此零件形状简单，模具制造并不难，并且冲压精度高。
通过上述三个方案的比较，该件的冲压生产采用方案三更佳。
3模具主要零部件的设计
3.1工作零件的结构设计
此模具为倒装的冲孔落料复合模，其凸模、凹模、凸凹模的结构设计如下所示。
3.1.1落料凹模的结构设计。
在落料凹模内部，由于要设置推件块，所以凹模刃口应采用直筒型刃口，并查《冲压工艺与模具设计》表2.21，取刃口高度h=6mm.该凹模结构简单，宜采用整体式。
查《冲压工艺与模具设计》表2.22K=0.4
凹模高度H=Kb=0.4x52.61=21.044
凹模壁厚C=1.5H=1.5X21.044=31.566
凹模外形尺寸的确定：
凹模外形长度L=52.61+2X31.566=115.742
凹模外形宽度B=12+2X31.566=75.132
凹模整体尺寸标准化取为200X160X32
具体形状见图3-1所示
图3-1整体式凹模的结构
3.1.2冲孔φ7凸模的设计：
冲小圆孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如下图所示：
图3-2冲孔凸模的结构形式
凸模选用B型圆凹模，凸模固定板厚度取18mm，凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，其凸模长度用下列公式计算：
L=h凸模固定板+h落料凹模
式中L—凸模长度，mm
L=18+32=50mm
冲裁时凸模进入凹模刃口1mm
凸模强度校核要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即
校核公式为
≤
式中F孔—冲孔冲裁力,N,F孔=3000N
Fmin—凸模最小断面积，
Fmin=
/4=38.5
凸模材料的许用应力，MPa,如凸模材料选用T10A，查手册
=（1000～1600）MPa,这里取
=1200MFa
因为
=3000/38.5=77.9MPa＜
所以凸模强度符合要求。
3.1.3凸凹模的结构设计
本模具为复合冲裁模，除了冲孔凸模和落料凹模外，还有一个凸凹模，根据整体模具的结构设计需要，凸凹模的结构简图如3-3图所示。
确定凸凹模安排在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。
图3-3凸凹模的结构
校核凸凹模的强度：
查表2.23得凸凹模的最小壁厚为1.4mm,而实际最小壁厚为2.5mm。
故符合强度要求。
凸凹模刃口尺寸按落料凹模尺寸配置，并保证双面间隙为0.021-0.027mm
4主要工艺参数计算
4.1排样的设计与计算
设计复合模时，首先要设计条料的排样图。
合理的排样应是在保证质量、有利于简化模具结构的前提下，以最少的材料消耗，冲出最多数量的合格工件。
此工件根据其长方形的外形可以采用无废料徘样，但考虑到工件壁薄的特点采用有废料排样，这样虽工件的利用率低了些，冲裁件的质量和模具寿命都提高了上来。
根据零件的外形特点及以上分析，采用直排有废料的排样方式。
具体见图4-1所示。
图4-1排样图
4.1.1确定搭边与搭肩值
《冲压工艺与模具设计》表2-9得工件间最小搭边值为2.2mm，侧面为2.5mm。
4.1.2计算送料步距和条料的宽度
1．送料步距的计算A=D+a
D--平行与送料方向的冲裁件宽度
a--冲裁件之间的搭边值
所以A=12+2.2=14.2mm
2．条料的宽度计算
条料是由板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，裁剪时的公差带规定为上偏差是0，下偏差是负值
设计为无无侧压装置的送料方式的条料宽度，按下式计算
B-0Δ=〔Dmax+2a＋C〕0-Δ
B—条料的宽度
Dmax—冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸
a—侧搭边的最小值，由表2.11查得a=0.5
△—条料宽度的单向（负向）偏差
c—导料板与最宽条料之间的单面最小间隙，由表2.12查得C＝0.5
代入数据计算，取得条料宽度为58mm。
4.1.3计算材料的利用率：
材料利用率
的计算公式为
=
式中A0—一个冲裁件的面积，mm2;
A一个送料步距内板料的面积
η=
=72.47%
4.2冲压力的计算并初步选取压力机的吨位
4.2.1冲裁力的计算
冲裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具采用普
平刃口模具冲裁，其冲裁力F按下式计算：
F=KLtτb
冲裁力公式为F＝F冲孔+F落料
式中F—冲裁力
F冲孔—冲孔冲裁力
F落—落料冲裁力
1.冲孔冲裁力F冲孔
F冲孔＝K
tτ
式中K—系数，查表取K＝1.3
—冲孔周长，L＝3.14×7＝21.98mm
t—材料厚度，t＝0.35mm
τ—材料抗剪强度，MPa，查表取τ＝300MFa
所以F冲孔＝K
tτ＝1.3×21.98×0.35×300＝3000N
取F冲孔＝3KN
2.落料冲裁力F落料
F落料＝K
tτ
式中
—落料件外形周边尺寸
＝（52.61+12）X2=129.22
所以F落料＝KLtτ＝1.3×129.22×0.35×300=17638.53N
取F落料＝17.64KN
4.2.2卸料力、推件力及顶件力的计算：
卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。
而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。
顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。
卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的，所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑，影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况
制件的形状和尺寸等。
现在按照下面的经验公式计算：
卸料力F卸
F卸＝
F落料
式中F卸—卸料力
—卸料系数，查《冲压工艺与模具设计》表2.7得
＝0.05
所以F卸＝0.05X17.64＝0.882KN
推件力
F推＝
F冲孔n
式中
—推料系数,查表取
=0.065
n—同时卡在凹模洞孔内的件数,取n=4
所以F推=0.065×3×4=0.78KN
4.2.3总冲压力F总
冲裁时,压力机的压力值必须大于或者等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的冲压力,总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同,本模具采用弹性卸料装置和下出件的模具,总的冲压力为
F总=F冲孔+F落落+F卸+F推=3+17.64+0.882+0.78=22.3KN
4.3压力机的公称压力的确定：
通过校核，选择开式双柱可倾压力机JB23-25能满足使用要求。
其主要技术参数如下表。
公称压力/KN
63
滑块行程/mm
35
行程次数（不小于）（次/min）
170
最大封闭高度/mm
300
封闭高度调节量/mm
35
滑块中心至机身距离/mm
110
（标准型）工作台尺寸（左右×前后）/mm
250X310
（标准型）工作台孔尺寸（直径）/mm
150
（标准型）立柱间距离（不小于）/mm
240
模柄孔尺寸（直径×深度）/mm
Ф30X55
工作台板厚度/mm
55
倾斜角（不小于）（°）
45
电动机/kw
2.2
外形尺寸（前后×左右×高）/mm
1100×800×2000
4.4压力中心的确定
模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。
为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。
否则冲压时滑块会承受偏心载荷，导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。
所以压力中心的计算很关键.其计算如下：
L1=52.61,X1=0;L2=12,X2=-26.035
L3=12,X3=26.30
XC=52.61+26.305X2+21.93=-3.5
其中XC—压力中心
4.5工作部分的尺寸计算
4.5.1计算凸凹模工作部分的尺寸（冲孔）并确定其公差：
该零件在弯曲前属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落料获得，而小孔尺寸则是由冲孔得到。
查《冲压工艺与模具设计》查表2.3而知：
Zmin=0.021，Zmax=0.027mm
Zmax–Zmin=0.006mm
因为模具的精度等级为IT14级,由表2.6取X=0.5
δa=0.6X（Zmax-Zmin）=0.6x（0.027-0.021）=0.0036mm
δt=0.4X（Zmax-Zmin）=0.0024mm
LT=（dmin+x△）-Δε0
=（6.64+0.5x0.72）-0.00240
=70-0.0024mm
LA=（dT+Zmin）0+δκ
=（6.64+0.021）0+0.0036
6.66+0.00360=mm
较核：
|δT|+|δA|=0.0036mm+0.0024mm=0.006mm=Zmax–Zmin=0.006mm
满足间隙公差条件
其中Zmax——最大冲裁间隙
Zmin——最小冲裁间隙
Δa.δt——分别为凸凹模的制造公差
LT、LA——凸凹模尺寸
X——磨损系数
4.5.2外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算
LAc=（Lmaxc-X△）0+δκ
=（53.35-0.5x1.18）0+0.0036
=52.610+0.0036
LTc=（Lac-Zmin）-Δε0
=（52.61-0.021）-0.00240
=52.59-0.00240
LAk=（Lmaxk-X△k）0+δκ
=（12.43-0.5x0.86）0+0.0036
=120+0.0036
LTK=（DTK-Zmin）-Δε0
=（12-0.021）-0.00240
=11.98-0.00240
其中
Lmaxc—长度方向最大尺寸
Lmaxk—宽度方向最大尺寸
LAc---凹模长度方向尺寸
LTc—凸模长度方向尺寸
LAk—凹模宽度方向尺寸
LTK—凸模宽度方向尺寸
5．模具总体设计
5.1定位方式的选择
本工件是大批量生产，根据本模具的设计需要采用活动导料销比较合适，安在左侧位置，其结构见图5-1所示。
图5-1
挡料销选用活动挡料销，其具体形状见图5-2
图5-2
材料：
45钢
热处理：
硬度35～40HRC
技术条件：
按GB2870—81
5.2导向方式的选择
为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。
采用手工送料方式，并采用滑动导向后侧导柱模架。
5.3卸料方式的选择
设置卸料装置的目的是冲裁后将包在凸模外的废料、卡在凹模内的工件卸掉，保证下次冲裁顺利进行，在这里下模部分采用弹性卸料装置，上模部分采用刚性卸料装置
5.3.1上模推件装置的设计
推件装置由打杆、推板、2个连接推杆和推件块组成其具体形状见图5-3
图5-3
1.推件块的设计
本推件块的端面外形应跟落料凹模的刃口形状一致，整体外形应设计成台阶式以便与凹模配合完成推件，而在冲裁时不致与把推件块推出滑到模外。
推件块在自由状态下应高出凹模面0.2～0.5mm。
推件块和凹模的配合：
由于外形件的相对尺寸较大，外形形状相对复杂，所以推件内形与凹模为间隙配合H8/f8，推荐外形与凹模为非配合关系，属内导向。
2.连接推杆的选用
为了使推件装置推出平稳采用2根推杆。
每根推杆所承受的力为：
PT/2=0.78X10³/2=0.39kN
由手册查取适合本装置的推杆规格为：
φ10×55mm
3.推板的设计
由推出结构需要，推板的行状如下图5-4
图5-4
4.打杆的设计
打杆选用带肩A型打杆与推板配合以起到平稳推件作用。
其材料45钢热处理硬度43～48HRC
规格：
A8×90m
升级会员 