连接板冲压工艺与模具设计

连接板冲压工艺与模具设计内容摘要：

r/min, 切削进给速度达 20m/min。 目前 , 国外高速加工机床主轴最高转速已经超过 100000r/min, 快速进给速度可达到 120m/min, 换刀时间可减少到 1～ 2s。 (3)反向工程 RE, 也称逆向工程或反 求 工程 , 是从现有的模型 (产品样件、实物模型 ) 经过一定的手段转化为概念模型和工程设计模型 , 如利用三坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构 , 或者直接将这些离散数据转化成 NC程序进行数控加工而获取成品的过程 , 是对已有产品的再设计、再创造过程。 反向工程的几何实现过程 , 是从模型数字化的实现过程开始的 , 往往适对已有产品的仿制或作局部有限的改动 , 其难点和关键在于模型的重构技术 ： 1） 对于规则几何体为主的产品 , 可采用手工测绘或利用一些辅助设备如三坐标测量仪等对几何关键点进行测量 , 得出产品的几何表达。 2） 对于以不规则的自由曲面为主的产品 , 目前一般的方法是利用三坐标测量机对产品进行扫描 , 再借助 CAD/CAM系统软件对扫描的点云(形象的表达出点的数量 )数据进行处理 , 最后重构出满足一定几何精度的新产品的数学几何模型。 3)利用逆向工程技术可以充分吸收国外先进的设计制造成果 , 使我国的模具产品设计立于更高的起点 , 同时加速某些产品的国产化速度 , 在这方面逆向工程技术均起到不可替代的作用。 (4)模具材料是模具工业的基础 , 表面工程技术可在一定程度上使模具材料满足模具较高综合性能的要求。 随着模具工业的快速发展 , 对模具材料的数量、质量、品种和性能等方面提出了更高更新的要求。 模具工业要上水平 , 材料应用是关键。 因选材和用材不当 , 致使模具过早失效 , 大约占失效模具的 40%以上。 在模具材料方面常用的冷作模具钢有 CrWMn、 Cr1 Cr12MoV和 W6Mo5Cr4V2, 新型冷作模具钢有 60Nb、 O12A CGCD、 GD、 GM等常用新型热作模具钢有美国 H1瑞典 QRO80M、 QRO90SUPREME等常用塑料模具用钢有预硬钢 （ P SM1B30） 、 时效硬化型钢 （ P2 PMS、 SM日本 NAK55等） 、热处理硬化型钢 （ MnCrWV、日本 SSTAR、瑞典 胜百 S136等 ） 、粉末模具钢 (日本 DEX40等 )多工位精度冲模硬质合金 (YG YG25等 )以及钢结构硬质合金 (TLMWO、 GW50等 )。 在模具表面处理方面 , 主要趋势是 ： 由渗人单一元素向多元素共渗、复合渗 (如 TD法 )发展 ； 由一般扩散向 CVD、 PVD、 PCVD、离人渗人、离子注人等方向发展 ； 可采用的镀膜有 TiC、 TiN、 TiCN、TiAN、 CrN、 Cr7C W2C等 , 同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。 另外 , 激光强化、辉光离子氮化技 术也日益受到重视。 设计内容 连接板 冲压工艺与模具设计内容如下 : (1) 分析冲压零件的工艺性，制定冲压工艺方案 根据设计题目，分析冲压零件成形的结构工艺性 武汉科技大学本科毕业设计 7 冲压工艺方案制定 (2) 冲裁方案的确定与排样 排样：冲件在条料、带料或板料上的布置方法 进行排样时应考虑：排样原则、搭边值、材料利用率等 (3) 确定冲压模具类型及结构形式 设计思路： 1) 照着零件图画凸、凹模结构 2) 考虑条料如何进入模具；零件如何成形；零 件、废料及条料如何排出来；找典型的结构来实 现 3) 有标准件的尽量采用标准件 (4) 进行模具工艺计算 1)计算毛坯尺寸，合理使用材料 2)排样设计计算 3)计算冲压力 4)计算模具压力中心 5)计算凸、凹模刃口尺寸和各工作部分尺寸 6)计算模具各主要零件的外形尺寸，及卸料 厚度等 (5)冲压设备选用 根据冲压力、模具闭合高度、模架大小等选择压力机类型、型号和规格 绘制总装配图和模具零件图 编写设计论文 设计总结及答辩 本章小结 本章首先介绍了课题的研究意义和目的；其次介绍模具行业的现状、发展趋势及先进技术等；最后介 绍了本次设计的内容和步骤。 通过这三项内容，对本次设计有了初步的设计思路，便于之后的设计。 武汉科技大学本科毕业设计 8 2 零件冲压工艺分析 冲压件的工艺性是指冲压件对冲裁工艺的适应性。 一般情况下对冲裁件的工艺性影响最大的是制件的结构形状，精度要求，形位公差及技术要求。 良好的工艺性应保证材料消耗少 ， 工序数目少，并使模具结构简单 且寿命长，产品质量稳定，操作方便安全等。 通常对工件的工艺影响最大的是几何形状尺寸和工艺要求。 冲裁件的形状和尺寸应满足以下要求 ① 冲裁件的形状应尽可能 简单，对称，避免形状复杂的曲线 ，本次设计的工件形状简单，结构 对称，没有复杂曲线，故符此形状方面的要求。 ② 冲裁件内外形转角处要尽量避免尖角，而以圆弧过度，以便于模具加工，减少热处理和冲压时候的开裂，减少冲裁时候尖角处的崩刃和过快磨损。 冲裁件的一般圆角半径 R 应大于或等于板厚 t 的一半，即 tR 。 在同种材料相同的情况下外形上的圆角半径值可比内形上的圆角半径值小 10%～ 20%。 本次设计工件无尖角，便于模具的加工，减少了 尖角处的崩刃和磨损，冲裁件的圆角半径 R =8 =1，故冲裁件的尺寸满足要求。 ③ 冲裁件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜太大，以免凸模折断，而本次设计的工件无凸出悬臂。 ④ 冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不够。 本次设计中最小冲孔尺寸 φ 12，材料为8 号钢满足 td 的最小冲孔尺寸要求。 ⑤ 冲裁件的孔与孔之间 ，孔与边缘之间的距离不应过小，否则冲裁件 的质量不能保证，会产生孔与孔之间的材料扭曲，或使边缘材料变形。 本次设计的工件 只有一个中间孔 ，因此能够满足材料不发生扭曲变形的要求。 冲裁件的精度与端面粗糙度 冲裁件的经济精度一般不高于 IT11级，最高可达 IT8~IT10级冲孔比落料的精度约高一级。 本次设计零件图上的所有尺寸均未注公差，属于自由尺寸。 故本次设计中 按 IT14级确定工件的偏差，以外形尺寸按基轴制内行尺寸按基孔制以及定位尺寸取其中间偏差 ，各尺寸偏差为： 、 、 、 、 Ф +、 14+、 17+。 断面粗糙度只要不影响工件的使用和装配，取其自然的断面粗糙度，即 Ra =～ 50,最高 Ra =[16]。 材料的冲压性能分析 材料为 8号钢，其主要性能为： s =175Mpa， b =295Mpa，延伸率  =35%，断面收缩武汉科技大学本科毕业设计 9 率ψ =60%，塑性良好，适合于进行 冲压和焊接。 本章小结 本章主要对冲压件进行工艺分析，了解其主要性能，这样才能正确的设计冲裁工艺和模具，控制冲裁件质量。 良好的工艺性可以用最少的材料，最少的工序数和工时，结构简单、长寿命模具稳定的获得合格冲件。 武汉科技大学本科毕业设计 10 3 冲裁方案的确定与排样 冲裁方案的分析与确定 该工件包括落料、冲孔 2个基本工序 ， 可有 拟出 以下 四 种工艺方案 ： 方案一：先落料后冲孔 方案二：先冲孔后落料 方案三：冲孔、落料一次复合冲裁 方案四：冲孔、落料连续冲裁模 若采用方案一、方案二，工序分散，则生产率低，工件尺寸的累积误差大，而且还会影响到孔的定位精度。 若采用方案三，冲裁时结构紧凑，生产率较高， 冲出制件精度高、平整。 但是，模具结构复杂，制造难度大，成本较高；而且操作不安全，需要采取安全措施。 若采用方案四，采用工序集中原则，生产率要比复合模高，可保证零件的尺寸精度和孔的定位精度。 而且可以减少模具和设备的数量，容易实现自动化，操作比较安全。 模具的结构形式 由于工件尺寸精度要求不高，形状不大，而且是大批量生产这个特点。 为了保证孔的精度及 冲模的生产率。 通过以上四种方案的比较后，采用方案四。 根据方案四来决定采用导正钉进行定位，刚性卸料装置，自然漏料方式的连续冲裁模具的结构形式。 工序及排样图设计 排样设计 排样设计是指冲压件在条料或板料上的布置方法。 合理的排样和选择适当的搭边是降低成本和保证制件质量和模具寿命的有效措施。 本次设计 零件的外轮廓尺寸为 5830， 为保证制件精度，提高材料的利用率，尽量减少废料，模具可采用直排有废料的排样方法 ，排样图如图 ： 武汉科技大学本科毕业设计 11 图 排样图 (1) 确定搭边值 查表 （《冲压工 艺与模具设计》中 P48表 ） ， 取搭边值：工件 间a1=2mm；侧向搭边值 a=。 (2) 确定条料的步距 步距： S=15+15+2=32mm 宽度： B=58+2 =61mm (3) 条料的排样图 根据以上资料画出排样图，如图 ： 图 排样图 材料的利用率 排样的目的是为了在保证制件质量的前提下 ，合理利用原材料，衡量排样经济性，衡量排样经济性，合理性的指标是材料的利用率，一个进距内材料的 利用率  的计算公式为： %100BSA （ ） 式中： A— 冲裁件面积 S— 条料宽度 B— 步距 故： 材料的利用率 武汉科技大学本科毕业设计 12 %100 BSA = % 本章小结 本章主要介绍了冲裁工艺方案的确定和排样。 对于一个冲件，可以有多种工艺方案。 必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件 质量与生产率的要求下，模具制造成本较低、模具寿命较长、操作方便、安全性高的工艺方案。 合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。 利用率： %100 BSA 武汉科技大学本科毕业设计 13 4 级进模（冲孔落料级进模）分析计算 冲裁力的计算 冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具的必须的数据。 在冲裁的过程中，冲裁力的大小是不断变化的，冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。 对于普通平刃刀口的冲裁，其冲裁力 F 可 按如下公式计算： kLtF （ ） 式中： F— 冲裁力， N； L— 冲裁件的周长， mm； t— 材料厚度， mm；  — 材料抗剪强度， MPa； k — 系数（与材料性能，厚度偏差，模具的间隙波动有关，常取 ） 由于在通常情况下  b ，故 为了计算上的方便，公式可简化为： bLtF  （ ） 对本工件， σb=380MPa， t=2mm 由图知： L1=58 2＋ 14 2＋ π 16＝ L2=4 π = 所以： 落料力 F1= 2 380 = 冲孔力 F2=4 2 380 = 卸料力，推件力和顶件力的计算 由于冲裁时材料的弹性变形和摩擦，在一般冲裁条件下，冲裁后材料将发生弹性恢复，使落料件或冲孔废料梗塞在凹模中，而板料则紧卡在凸模上，为使冲裁工作继续进行，必须将卡在凸模上的板料卸下，将卡在凹模中的工件或废料向上或向下推出。 将紧卡在凸模上的料卸下所需要的力称为卸料力；将卡在凹模中的料推出所需要的力称为推件力；将卡在凹模中的料逆着冲裁方向顶出所需的力称为顶件力 [17]。 由经验公式可得以上推件力，卸料力和顶件力的计算公式为： P 推 =nK 推 P () P 卸 =K 卸 P () 武汉科技大学本科毕业设计 14 P 顶 =K 顶 P () 由查表知： K 推 =， K 卸 =， K 顶 =， n=4 由此计算： P 推 = 冲裁工艺力的计算 和冲压设备的选择 由于模具结构的不同， F 的计。