彎板沖壓成型工藝與模具的設計

河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書11 緒論目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜螅饕蚴俏覈跊_壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計快速化等程度不高的原因。1.1 國內外發(fā)展概況改革開放 20 多年來，我國的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，設計、制造加工能力和水平、都有一了很大的提高。據中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，1995 年中國模具總產值為145 億元，而 2003 年已達 450 億元左了，年均增長 14%。另據統(tǒng)計 2004 年中國（不包括臺灣、香港、澳門地區(qū)）共有模具專業(yè)生產廠、產品廠配套的模具車問（分廠）近20000 家，約 60 萬從業(yè)人員，年模具總產值達 1 億元人民幣以上的有十多家。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求最的 60%左右，還不能適應國民經濟發(fā)展的需要。據有關部門統(tǒng)計，1997 年進口模具價值 6-3 億美元，這還不包括隨設備一起進口的模具；1997 年出口模具僅為 7800 萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術水平和制造能力，是我國國民經濟建設中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。國內已經認識到了模具在制造業(yè)中的重要基礎地位，許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，增大了用于模具技術進步的投資。1.2 我國未來模具的研發(fā)探討模具設計的標準化、網絡化、智能化、三維化、集成化 1、標準化標準化是實現(xiàn)模具專業(yè)化生產的基本前提，是系統(tǒng)提高整個模具行業(yè)技術水平和經濟效益的重要手段，是機械制造業(yè)向深層次發(fā)展必由之路。國際上工業(yè)發(fā)達的國家和公司都極為重視模具的標準化，我國的模具標準化程度不足 30%，而且標準品種少、質量低、交貨期長，嚴重阻礙模具的合理流向和效能發(fā)揮。CAD/CAM 系統(tǒng)可建立標準零件數(shù)據庫，非標準零件數(shù)據庫和模具參數(shù)數(shù)據庫。標準零件庫中的零件在 CAD 設計中可以隨時調用，并采用 GT（成組技術）生產。非標準零件庫中存放的零件，雖然與設計所需結構不盡相同，但利用系統(tǒng)自身的建模技術部可以方便地進行修改，從而加快設計過程，典型模具結構庫是在參數(shù)化設計的基礎上實現(xiàn)的，按用戶要求對相似模具結構進行修 改，即可生成所需結構。河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書22、集成化模具 CAD/CAM 技術與 GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Program-ming)等技術密切相連，組成一個有機的整體，其關鍵在于建立一個統(tǒng)一的全局模具產品數(shù)據模型，在產品開發(fā)，模具設計中，提供全部的信息，使信息共享，交換處理和反饋，它綜合了計算機技術，系統(tǒng)集成技術，并行技術和管理技術，體現(xiàn)了系統(tǒng)化思想直至發(fā)展為 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，計算機集成制造系統(tǒng)) 。模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的日的。如英國 Delcam 公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復雜形體工程制圖、工業(yè)設計高級渲染、塑料模設計專家系統(tǒng)、復雜形體 CAM、藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/E、UG 和 CAT1A 等。3、模具設計、分析及制造的三維化。傳統(tǒng)的二維模具結構設計已越來越不適應現(xiàn)代化生產和集成化技術要求。模具設計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產品結構的 CAE 分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如 Pro/E、U G 和 CAT1A 等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關等特點，從而使模具并行工程成為可能面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。如 Cimatron 公司的注射模專家軟件能根據脫模力向自動產生分型線和分型面，生成與制品相對應的型芯和型腔，實現(xiàn)模架零件的全相關，自動產生材料明細表和供 NC 加工的鉆孔表格，并能進行智能化加工參數(shù)設定、加工結果校驗等。4、網絡化與協(xié)同設計隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，要做到資源信息共享、交換等，網絡化設計的發(fā)展是必然的，將以微機為中心的智能工作站達成了分布式系統(tǒng)構成 CAD/CAM/CAE/CAPP微機局域網絡，結構靈活，功能愈加強大，并伴隨著 Internet/Intranet 網的進一步拓展，系統(tǒng)提供了異地設計人員在同一時間對同一個參數(shù)進行評價和修改，實現(xiàn)異地操作與數(shù)據交換，使一個項目在多臺計算機上協(xié)作完成，以適應不同地區(qū)的現(xiàn)有資源和生產設備資源的要求和利用。這種基于 Internet 下的協(xié)同設計實現(xiàn)了企業(yè)間的“集成化” ，它將成為模具制造業(yè)全球化的發(fā)展 趨勢。河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書3隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產和管理等力一面的全球化、國際化，以及計算機軟硬件技術的迅速發(fā)展，模具軟件應用的網絡化的發(fā)展趨勢是使 CAD/CAE/CAM 技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所在整個行業(yè)中推廣，實現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬設計、敏捷制造技術成為可能。美國在其21 世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略中指出，到 2006 年要實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從 40 個月縮短到 4 個月。5、智能化CAD/CAM 系統(tǒng)智能化主要表現(xiàn)在專家系統(tǒng)思想的引入，通過虛擬專家來處理模具設計制造中的問題，專家系統(tǒng)具有數(shù)據模塊知識庫模塊和控制模塊，專家系統(tǒng)可以解決知識表示，特征統(tǒng)計，推理力法，概念設計等問題，具有啟發(fā)性、靈活性等特點，整個系統(tǒng)具備人上智能(AI)理想的智能模具 CAD/CAM 系統(tǒng)響應，自動產生設計方案，對方案進行最優(yōu)評價和選擇，并對模具設計制造提供全方位的過程響應和處理。1.3 彎曲模模具設計與制造方面1.3.1 彎曲沖孔連續(xù)模模具設計的設計思路彎曲和沖孔是沖壓基本工序，它是利用凸模模在壓力機作用下，將平板坯料彎曲成型或沖裁出凸模的形狀的加工方法。但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，彎曲件的尺寸精度應在 IT11 級以下，不宜高于 IT9 級。1.3.2 彎曲沖孔連續(xù)模模具設計的進度1.了解目前國內外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間 20 天；2. 確定加工方案，所用時間 5 天；3. 模具的設計，所用時間 30 天；4模具的調試所用時間 5 天；河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書42 彎板的工藝分析工件名稱：彎板生產批量：大批量材料：08 鋼厚度：2mm工件簡圖：如圖所示2.1 彎曲沖孔的工藝分析為此工件典型的 U 形件，零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理此類公差等級時常采用 IT14 級要求。彎曲圓角半徑 R 為 2mm，大于最小彎曲半徑(rmin=0.6t=0.62mm=1.2mm)，故此彎曲件的形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工序加工。此彎曲件上有 2 個孔，需采用沖孔的方式加工，孔的直徑為 4.5mm，形狀簡單，且對稱。沖裁件所能達到精度為 IT11IT14 級。故該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到滿足。 2.2 工藝方案的確定 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書5該零件所需要的加工工序為沖孔、彎曲、切斷?？蓴M定出以下幾種方案：方案一：用簡單的模具分開加工，即沖孔彎曲。方案二：采用斜鍥式側面沖孔復合模。方案三: 采用沖孔-切斷-彎曲級進模。方案一生產效率低，工件累計誤差大，操作不方便，由于該工件是大批量生產，方案二和方案三具有很大的優(yōu)越性，而且也與此次設計的精神相一致。該零件 4.5 的孔與邊緣之間的最小距離是 7.75mm，大于此零件要求的最小的壁厚?？梢圆捎貌捎眯卞浭絺让鏇_孔復合模或采用沖孔-切斷-彎曲級進模。復合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產效率較高，但模具較復雜，模具制造較困難。級進模不僅生產效率高，而且同時也能保證制件的精度，通過對上述三種方案的分析比較，該零件的制作生產采用方案三的級進模比較合適。河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書63 排樣設計多工位級進模的排樣，除了遵守普通沖壓模具的排樣原則外，還應遵守級進模的排樣原則。1.第一工位一般安排沖孔和沖工藝導正孔。2.沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時，可分布在不同公位沖出。3.為提高凹模鑲塊、卸料板和固定板的強度，保證各零件安裝位置不發(fā)生干涉，可在排樣中設置空工位，空工位的數(shù)量根據模具的結構要求而定。4.當局部有壓筋時，一般安排在沖壓前，防止由于壓筋造成孔的變形。5.成型方向的選擇要有利于模具的設計和制造，有利于送料的順暢。若成型方向與沖壓方向不同，可采用斜滑塊，杠桿和擺塊等機構來轉換成型方向。 排樣圖條料寬度 B=30mm 步距 S=112.85mm河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書74 工藝尺寸的計算4.1.彎曲工藝尺寸的計算4.1.1 彎曲件展開長度的計算 當彎曲圓角半徑較小 （r0.5t)時，可以根據中性層長度不變的原理計算。因為 R=20.52，屬于圓角半徑較大的彎曲件。所以彎曲件展開長度按直邊區(qū)與圓邊區(qū)分段進行計算。將直邊區(qū)視為彎曲前后長度沒有發(fā)生變化，將圓角區(qū)展開長度按彎曲前后中性層長度沒有發(fā)生變化進行計算。1.由于 R/t=2/2=1，查表得出，中性層位移系數(shù) x=0.41變形區(qū)中性層曲率半徑 按公式計算=r+xt=2+0.412=2.82mm2.中性層的長度L 總 = L 直+ L 弧L 弧= = 2.82=4.427mm180 904.3式中 L 總坯料展開總長度；L 弧彎曲件彎曲圓角部分的長度；彎曲中心角； 該毛坯展開長度為L 總=（35-2-2）2+（50-22-22）+4.4272=（312+42+8.854）mm=112.85mm4.1.2 彎曲模工作部分尺寸的計算河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書81.凸模圓角半徑 由于此工件 R/t=2/2=1mm 較小，且 R 為 2mm，大于最小彎曲半徑（rmin=0.4t=0.42=0.8mm） ，故凸模圓角半徑 r 凸=R=2mm。2.凹模圓角半徑 凹模圓角半徑一般按材料厚度 t 來選取，因為材料厚度為2mm，所以 r 凹=（23）t，故凹模圓角半徑取 r 凹=4mm。 3.凹模工作部分深度的設計計算 凹模工作部分的深度將決定板料的進模深度，同時也影響到彎曲件直邊的平直度，對工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件：直邊長度為 35mm，板料厚度 2mm，查表得出凹模的底部最小厚度 h0=4mm，因此凹模工作部分最小深度為 h 凹=24mm。 4.凸凹模間隙 當工件精度要求不高或校正彎曲時，生產中常采用調整凸凹模間隙的方法來解決工件回彈的問題。設計彎曲模時將凹模設計成可以調節(jié)的。由于凹模設計成可調式的，故將凸凹模的間隙 調整成材料的厚度 t，即 =2mm。2Z2Z5.彎曲件回彈值的計算 小變形程度（r/t10）時，回彈大，先計算凹模圓角半徑，再計算凸模角度；大變形程度（r/t5）時，卸載后圓角變化小，僅考慮彎曲中心角的變化。彎曲時，彎曲中心角為 90，因此，查相關手冊，取回彈角 2。6.彎曲力的計算 U 型件校正彎曲時，在進行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力FU自由彎曲力為FU自由彎曲力= = =8.87KNtrKBb27.02350.17式中 FU自由彎曲力沖壓行程結束時自由彎曲的彎曲力（N） ；K安全系數(shù)，一般取 K=1.3;b彎曲件的寬度（mm）t彎曲件材料厚度（mm）b彎曲件的抗拉強度（MP）r彎曲件的內彎曲半徑（mm）頂件力 F 頂可近似取自由彎曲力的 30%80%，即F 頂=（0.30.8）FU 自由彎曲力=（0.30.8）8.87KN=(2.667.09)KN取 F 頂=5KN校正彎曲時，校正彎曲力最大值在壓力機工作到下止的位置，且校正彎曲力遠遠大于自由彎曲力，而在彎曲過程中，二者不是同時存在，因此查表得 P=60MP,所以校正力 F較為F 較=AP=60（3050）=90KN式中 F 較校正彎曲力 （ N）河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書9A校正部分投影面積 （mm ）2P單位校正彎曲力 （MP）對于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大的多，故頂件力常常被忽略，但為了保險起見，在計算壓力機工稱壓力時，應將頂件力考慮進來。4.2 計算沖裁工藝尺寸計算4.2.1 計算凸凹模工作部分尺寸由于制件結構簡單，精度等級要求不高，所以采用凸模和凹模分開加工的方法來制作凸凹模。其凸凹模計算尺寸如下：查閱相關手冊得出凸、凹模制造公差： 凸=0.020mm 凹=0.020mm查閱相關手冊得間隙值 Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而 凸+ 凹=0.040mm滿足： Zmax-Zmin 凸+ 凹的條件查相關手冊:IT14 級時摩擦系數(shù) x=0.5因為此沖裁為沖孔工序，所以以凸模為設計基準，首先確定涂膜尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大