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车轮固定架冲压工艺研究及模具设计南昌工程学院机电学院08材料廖伟龙20081005422012.06指导老师：涂湘激任务书一、毕业设计(论文)题目：某汽车车轮固定架冲压工艺研究及模具设计（2）二、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1.掌握各种模具制造方法的基本原理和特点,在设计、制造模具时，能够根据实际情况，充分考虑各种制造方法的特点，从而选用最佳的工艺方案;2.分析模具结构工艺性的能力，设计出工艺性能良好的冲压复合模。3.了解先进的制模技术。摘要冷冲压是金属加工重要方法之一，它是建立在金属塑形变形的基础上，在常温下利用冲模和冲压设备对材料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的工件。与其他加工方法相比，冷冲压是一种省能、低耗、高效的低成本的加工方法，且能加工形状复杂、要求表面质量好，刚性好的制件，生产的产品质量稳定，可批量生产。这个课题要求对给定零件汽车车轮固定架进行工艺分析及模具设计，通过对零件进行详细的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺，分析比较了成形过程的三种不同冲压工艺（单工序、复合工序和给进工序），确定用一套复合模完成冲孔落料工序过程，再用一套弯曲模具完成弯曲工艺，最后利用AutoCAD软件对制件进行设计绘图。该实践性课题是对学生理论学习水平的实践和检验，可对以后从事类似的工作有一定的指导性与实践性意义。大纲第一部分：对给定制件车轮固定架的冲压工艺研究及分析第二部分：对生产该制件模具进行模具设计第三部分：根据一、二步骤绘制模具总装图前言模具号称“产业之母”，具有“不衰亡工业”之称。就我国目前，电子、汽车、电机、电器、仪表、通讯和军工等产品中，大部分的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高复杂性、高精度、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法相比。我国模具行业将向大型、精密、高效、长寿命和多功能方向发展。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。目前中国模具的总产值已跃居世界第三，仅次于美国和日本。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，模具行业，尤其是冲压模具几其技术也在不断的革新与发展，我国模具产业总产值保持13%的年增长率。由于近年市场需求的强大拉动，中国模具产业高速发展，冲压模具设计市场广阔。主要表现在以下几方面：模具工艺分析计算方法的现代化；模具设计制造技术的现代化；冲压生产机械化和自动化；不断改进板料的冲压性能。第一节模具行业的现状及发展前景赖祖亮@小木虫第二节冲压行业障碍和与难题突破阻力一：机械化、自动化程度低突破点：加速技术改造阻力二：先进工艺转换、推广慢突破点：走产、学、研联合之路阻力三：生产集中度低突破点：向专业化道路前进阻力四：模具行业专业人才缺乏突破点：提高行业人员素质第一部分对冲压件的冲压工艺研究及分析冲裁件第一节冲裁件的工艺分析该零件为备轮架加固板，采用4mm的钢板冲压而成，有足够的强度与硬度。从材质上看，冲裁材料为10钢，属低强度、高延伸性、塑性及流动性好的软材料，有利于对其进行冷、热加工成型，具有较好的冲压工艺性。制件外形简单、对称，无尖角、凹陷，精度要求不高，尺寸可以由冲裁、弯曲冲压工艺获得。零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径r3，大小适合，在弯曲过程中不会断裂等缺陷。Φ20mm的八个孔分别均布在零件的两个平面上，孔距有位置要求，但孔径无公差配合。该钢材表面质量好，冲压性能优异，而且板材的各种性能和厚度精度等都相当稳定。通过退火等处理方法，可获得各向异性指数值r增大的织构组织，改善该钢材的拉伸性能和曲面成形时的贴膜性能等冲压性能，所以它是冲裁生产中应用广泛的原材料。用于制造要求受力不大，韧性高的零件，如汽车车身，容器，管子，垫片，固定件等零件，可用作冷轧，冷冲，冷镦，冷弯，热轧等工艺成型，但淬硬性和淬透性均较差。总体来说，该零件冲压工艺性较好。通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的厚板弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成型问题，又属大量生产，因此可以用冲压方法生产。冲压生产三要素合理的冲压工艺先进的模具高效的冲压设备第二节毛胚展开长度计算由于该零件有弯曲部分，在计算毛胚的尺寸的时候，要根据应变中性层在弯曲过程中既不伸长也不缩短的依据来确定弯曲件毛胚的尺寸。根据中性层的定义，弯曲件的展开长度，应等于中性层的展开长度。计算公式如下：第三节冲裁工艺方案的确定由上图工艺分析，产品的最终成形需要三道基本工序：落料，冲孔，弯曲。组合起来，可以有一下方案进行加工：方案一：先落料，再冲孔，最后进行弯曲，单工序模生产；方案二：先冲孔落料级进模，然后再进行弯曲，级进模生产；方案三：先冲孔落料复合模，然后再进行弯曲，复合模生产；方案四：先落料弯曲复合模，最后冲孔，复合模生产。通过对上述四种方案分比较，结合设计要求，原则以及现有的冲床的生产设备，第一种方案、第二种、第四种方案不适用于采用。该件的冲压生产采用方案三为佳，即采用先冲孔落料复合模，然后再进行弯曲设计方案。本课题只要求我完成冲孔落料复合模的设计，不需要弯曲部分的设计。第二部分：对生产该制件模具进行模具设计模具结构形式生产操作、定位方式卸料、出件方式导向方式采用冲孔落料复合模，倒装结构采用手工送料，始用挡料销和固定挡料销采用弹性卸料，刚性推件出件方式采用中间导柱模架的导向方式1、排样设计计算冲裁件的排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。在模具设计中，合理的排样和选择适当的搭边值，是降低成本和保证制件质量及模具寿命的有效措施。材料的利用率是冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，其数值越大，材料的利用率就越高。由于材料费用常会占冲裁件的60%以上，故材料的利用率是一项很重要的经济指标。排样方式：有废料排样材料的利用率：公式η＝A/BL×100%第一节冲裁模模具设计计算排样图2、冲裁间隙：冲裁间隙是指冲裁模凸、凹模刃口之间的间隙，分为单边间隙和双边间隙，分别用C，Z表示。该冲裁件为冲孔落料件，冲孔凸模与冲孔凹模之间存在双边间隙，落料凸模与落料凹模之间存在双边间隙。间隙大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺及模具设计中的一个极其重要的工艺参数。考虑到模具制造中的偏差以及使用中的磨损，生产中通常选择一个适当的范围作为合理间隙。一般由经验确定法通过材料及材料厚度获得合理间隙值。该制件的材料为10号钢,材料厚度为4mm，且为汽车配件，根据参考文献2，查表2-2得最小合理间隙Zmin=0.640mm,最大合理间隙Zmax=0.880mm。3、冲裁模刃口尺寸计算模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及其公差老保证。由于该制件为冲孔落料件，考虑到凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，所以应使落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。设计落料模时，应以落料件的大端尺寸为基准，即大端尺寸为落料凹模尺寸，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，应以冲孔件的小端尺寸为基准，即小端尺寸为为冲孔凸模尺寸，间隙取在凹模上。冲裁件由于该制件没有标注公差，所以根据国家标准对于非圆形件的规定，公差数值按IT14级处理，冲模按IT11级制造；冲裁件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正。冲孔落料凹模尺寸变化图该冲裁模凸模刃口尺寸按上述凹模相应的各部分尺寸配制，保证双边间隙0.640-0.880.落料4、压力及压力中心的计算冲裁模设计过程中，必须计算冲裁力，以合理的选用压力机。在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。（1)、冲裁力的计算冲裁力：F0=KLtτb=1.3*2671.2*4*335/1000=4653.23KN推件力：F推=nK推F0=1*0.045*4653.23=209.40KN冲裁模总压力：F总=F0+F推=4653.23+209.40=4862.63KN根据总冲压力F总=4862.63KN，模具设计成本等问题的考虑，压力机公称压力应大于或等于冲压力.选用公称压力为5000KN的双柱闭式机械压力机。压力中心的确定：由于零件形状对称，其压力中心位于刃口轮廓图形的几何中心上。1、冲裁模的结构设计冲裁模是冲裁工序所用的模具，其结构种类较多，他们各有自身的特点和适用范围。为了保证冲裁件的外形尺寸以及孔和孔距的精度要求，采用导正销和挡料销配合定距的复合模，同时采用初始档料销对条料初始定位。板厚为4mm，采用刚性卸料板即可。模架采用导柱导套式标准模架，导向精度高，使用寿命长。模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等固定零件均从标准中查得。第二节冲裁模的主要零部件设计212、冲裁模的工作零部件的结构设计凸模，凹模和凸凹模是冲裁模的工作零件，是完成冲裁工艺的关键，除正确计算人口尺寸外，选择合理的结构形式也是非常重要的。凸模结构通常分为整体式和镶拼式两类，由于制件形状简单，对称，为冲孔凸模，采圆形用整体式凸模。根据加工方式不一样，又分为台阶式和直通式，对于该冲裁件，冲孔凸模采用整体式直通式结构即可。凸模顶部采用阶梯轴进行固定。该复合模的有一个凸凹模，凸凹模的内外边缘均是刃口，内外边缘的壁厚决定于冲裁件的尺寸。为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的最小壁厚。根据参考文献2，查表3-11得，对于冲裁板料厚度为4mm的凸凹模，要求最小壁厚是10mm。制件的最小壁厚为30mm，满足要求。223、冲裁模的辅助结构零部件的结构设计冲裁模的辅助结构零部件的结构设计定位零件：根据制件形状，模具结构，该冲裁模采用固定挡料销。挡料销的作用主要是挡住条料搭边或冲孔压件轮廓以限制条料的送进距离。卸料装置：在冲裁加工中，常用卸料板、推件器通过卸料螺钉等连接将制件或废料从凸模。卸料采用弹性卸料，推件采用刚性推件。导向零件：该制件冲裁模设计选用的是滑动导向的中间导柱模架。导柱安装在模具中间的两端，这样上模座在导柱上滑动平稳，可以前后送料。连接件与固定零件的设计：主要有模柄、销钉、钉、螺钉以及固定板和垫板等。第三节模具主要零部件材料的选择冲裁模具所选用的材料比较多，选用的要求和选择的原则也是不同的。其中模具的工作零件所用的材料应比其他的零件所用的材料要好。模具材料中最重要的是用作模具工作部位即凸、凹模的材料，作为凸、凹模的材料一般满足以下条件：1、耐磨性要高；2、抗冲击性，韧性要高；3、热处理变形小，淬透性好；4、机械加工性能好；5、寿命高；6、经济性要好。综合以上因素此套模具中的凸、凹模选用Cr12系的冷作工具钢，如：Cr12MoV，因为此类钢的耐磨性好、淬透性好、热处理变形小、硬度和强度高。根据参考文献1，查表5-10得，上、下模座选用材料HT300,模柄选用Q235，导柱、导套选用20，凸凹模固定板、导料板、卸料板和顶板选用45或Q235，挡料销、垫板、螺钉、销钉、推杆顶杆、顶板选用45，导正销选用T8A或T10，螺母、垫圈选择Q235。第三部分绘制模具总装图装配图主视图俯视图明细表冲裁件冲裁模具工艺分析与设计是我们材料成型及控制工程专业学习的重要学科，在本课题的设计中，运用了大学本科四年中学习的机械设计，模具设计及工艺分析，互换性及检测技术基础等一系列课程知识，从零件进行工艺分析到模具的设计与装配图的绘制，在指导老师的带领下，每一个环节都是我自己设计制作的，并从中学到了许多东西。非常感谢学校给了我这次做毕业设计机会的，感谢我们的指导老师涂湘激老师,他从一开始耐心细致的指导,并给与我许多宝贵的建议。但由于个人能力不足，在许多内容表述、论证上存在着不当之处，许多问题还有待进行一步思考和探究，借此答辩机会，希望各位老师能够提出宝贵的意见，指出我的错误和不足之处，我将虚心接受，让我在以后的学习、工作中学到更多。结论THEEND