后端盖零件的冲压工艺及模具设计

概述及选题背景第1页共39页后端盖零件冲压工艺及模具设计1.概述及选题背景1.1设计研究的来源、目的和意义来源：本次研究的题目来源于材料成型与控制专业的理论研究和工厂的实习生产。目的：为了适应教学的需要，对汽车（马达）的轴类端盖产品的冲压工艺和模具设计进行设计研究。意义：冲压加工成型工艺是产品加工成型的重要工艺之一，其应用范围十分广泛，在国民经济各个部门中，几乎都有冲压加工产品，它与整个机械行业及人民的生活密切相关；另外冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特优点，如生产件的高精度、高复杂程度、高一致性、高稳定性、高生产率、耗费低，特别适宜大批量生产，易于机械化和自动化。为了适应冲压技术的发展和社会的需求，提升自己在机械设计和冲压模具方面的能力，使自己对冲压成型工艺有一个新的认识，加深各个工艺流程的深刻理解，对教师教学起到辅助作用；同时，在指导教师的帮助下，通过这次毕业设计，能够更好的让教材的理论知识与实际相结合，也为以后的进一步学习奠定基础。1.2设计研究的内容及解决问题的主要思路1.2.1主要研究内容：a)冲压工艺方案的选择；b)冲压工艺规程的制定；c)各工艺方案中冲压模具的设计；d)相关计算及压力机的选择；1.2.2需重点研究的关键问题a)通过计算所得数据与相关资料手册的查询对比选择合理的冲压工艺方案；b)由所选择的冲压工艺方案进行模具的初步设计；c)由初步设计的模具类型、产品的工艺尺寸计算冲裁、拉深、翻边等工艺过程中的力学性能，进而选取合理的冲压设备（压力机）；d)由压力机的参数量值确定各套模具的尺寸，并通过力学性能的分析，选择适宜的后端盖零件的冲压工艺及模具设计第2页共39页模具材质。1.2.3设计中解决关键问题的总体思路：a)根据产品图纸，用经计算求得的工艺尺寸及各台阶的拉深次数选择合适的工艺方案路线；b)由工艺方案路线初步设计模具；c)根据初步设计的模具类型，工艺尺寸理论计算冲压各工艺中的力学性能，并由其力学性能，选择各工艺中合理的冲压设备；d)通过所选冲压设备的参数量值（行程、装模高度等）确定各模具的具体尺寸，由冲压过程中的力学性能及模具尺寸，选择昀佳模具材质。1.3设计研究的指导思想及解决问题的技术要求在此次毕业设计研究过程中，满足产品冲压工艺性能及其生产方式的优越性，成形过程的安全性和经济性始终是此次设计研究的主体指导思想。在满足产品工艺性要求下，产品成形过程中的工艺方案路线的选择，冲压工艺规程的制定，各工艺方案中的冲压模具设计，相关压力的计算和压力机的选择，模具的具体零件的尺寸和材料的选择同样也是本次设计研究中应解决的主要问题和技术要求。1.4选题背景在国际市场化竞争日益激烈的今天，大量工业产品的生产对机械制造业的需求越来越大，要求也越来越高。而冲压工艺应用范围十分广泛，在国民经济各个部门中，几乎都有冲压加工产品，如交通运输工具、电机、电器、仪表、石油化工以及轻工日用产品中均占有相当大的比重。它与整个机械行业及人们的生活密切相关。另外冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特优点，如生产件的高精度、高复杂程度、高一致性、高稳定性、高生产率、耗费低，特别适宜大批量生产，易与机械化和自动化。有鉴于此，结合自己目前在工作单位的具体方向，在进行此次毕业设计研究的过程中，通过与指导老师的沟通，我选取了一个很普通常见的小型轴类端盖零件的冲压工艺及模具设计。虽然这一产品看上去结构简单，但是从板料到产品，中间所经历的冲压成形工序和模具设计涉及到整个冲压技术和机械设计学科的方方面面。整个设计研究过程在冲压成形工艺中，很具有代表性，其中所必须的成形工艺路线有落料、引深、多次引深、冲孔、修边、整形、翻孔八种冲压工艺，包揽了除折弯概述及选题背景第3页共39页和冷挤压外的全部冲压工艺及模具设计。每一种工艺对应一套模具、一台压力机，同样也对应一种力学性能和装配方式。做为机械设计专业的毕业生，虽然在校期间很少接触到材料模具这一综合学科，但材料模具同样也是我们机械学科毕业生所应该掌握的能力。为适应冲压技术的发展和社会的需求，提升自己在机械设计和冲压模具方面的能力，更好地利用自己在学校学习的专业理论知识，结合在工作单位的具体方向及实践经验，通过工厂的实际生产及工厂师傅和学校老师的耐心指导而进行本次设计研究。1.5国内外冲压工艺现状、发展趋势及存在的主要问题目前，在我国，冲压技术与发达国家相比还相当落后，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、模具制造工艺设备等方面与工业发达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。我国的模具新技术起步并不晚，虽然有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成主要生产力；先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢；技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小型企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压工艺与模具设计，其适用范围有限，而且精度不宜控制，不便于操作，安全系数也不高，而在国外，已经有大流水冲压线作业的高技术、高效率的自动一体化加工中心，其冲压工艺与模具设计方面已经在机械制造业中占主导地位。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快等变化特点。为了充分发挥冲压加工适宜于大批量生产的优越性，扩大其应用范围，近年来，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。1.5.1冲压成型理论及冲压工艺加强冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、使用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲压变形中出现的各种实际后端盖零件的冲压工艺及模具设计第4页共39页问题，进一步提高冲压件的质量。研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺已经其他高效率、经济成形工艺等，进一步提高冲压技术水平。特别需要注意的是，随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进有一步完善，近年来，国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值，帮助设计人员实现优化设计。1.5.2模具先进制造工艺及设备模具制造计算机现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统技术渗透、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面：a)高速铣削加工普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和低的切削参数，高速铣削加工相对与普通铣削加工具有：高效、高精度、高的表面质量、可加工高硬材料等几个优点，在模具制造中得到广泛的应用，并逐步代替部分磨削加工和电加工。b)电火花铣削加工电火花铣削加工（又名电火花创成加工）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统用成形电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成形电极。日本三菱公司新推出的EDSCAN8E电火花创成加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。c)慢走丝线切割技术目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。昀大切割速度已达mμ,加工精度可达1.5mμ+−，加工表面粗糙度Ra为0.1~0.2mμ。直径0.03~0.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的乍槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30°以上锥度的精密加工。d)磨削及抛光加工技术概述及选题背景第5页共39页磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等先进设备。e)数控测量产品结构的复杂，必然导致模具零件形状的复杂。传统的几何检测手段已无法适应模具的生产。现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进行模具零件的几何测量，模具加工过程的检测手段也取得了很大进展。三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗震保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。1.5.3模具新材料及热处理、表面处理随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。而提高模具质量和寿命昀有效的办法就是开发和应用模具新材料及热处理、表面处理新工艺、不断提高使用性能，改善加工性能。材料方面上，冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类昀多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53（Cr8Mo2SiV）等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13,5等。热处理、表面处理新工艺方面上，为提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热处理、表面处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、渗氮等表面硬化方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）已经盐浴渗金属（TD）等方法是几种发展较快、应用昀广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。1.5.4模具CAD/CAM技术计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结合，形成了计算机辅助设计后端盖零件的冲压工艺及模具设计第6页共39页与计算机辅助制造（CAD/CAM）这一新技术。CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM能显著缩短模具设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量，已成为人们的共识。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程（CE）的模具CAD/CAM技术正成为发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造一体化。2工艺规程的制定及设计方案的论证2.1零件的冲压工艺性分析及冲压工艺规程的制定制定工艺时首先应仔细了解零件的使用条件和技术要求，并进行工艺分析。冲压工艺性是指零件对冲压工艺的适应性，即零件的材料、形状、尺寸精度以及其它技术要求是否适应冲压加工的工艺要求，是从冲压加工的角度对零件加工的设计提出的工艺要求。该零件是轴类的端盖零件，部件中的传动轴装于端盖外壳的内腔，并通过端盖外壳凸缘上均匀分布的6个小孔φ6以铆钉铆接在轴座上，传动轴以间隙配合装在端盖外壳上φ18的承托部位，传动轴通过承托部位及其他一系列组件将动力传递给其他需要工作的部件，实现部件的机械传动功能。外壳采用1mm的钢板冲成，保证了足够的钢度和强度。外壳与内腔主要采用配合形式。为使端盖与底板铆装后，保证外壳承托部位的φ18孔与轴套同轴，6个小孔φ6与φ18的相互位置要准确，小孔中心圆直径φ82。根据零件的技术要求，进行冲压工艺