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河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 1 緒 論 1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 模具生產(chǎn)技術水平的高低不僅是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志 而 且在很大程度上決定著這個國家的產(chǎn)品質(zhì)量 效益及新產(chǎn)品開發(fā)能力 我國目前的模具開發(fā)制造水平比國際先進水平至少相差 10 年 特別是大型 精密 復雜 長壽命模具的產(chǎn)需矛盾十分突出 已成為嚴重制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸 模具是工業(yè)的基礎工藝裝備 在電訊 汽車 摩托車 電機 電器 儀器 家電 建材等產(chǎn)品中 80 以上都要依靠模具成形 用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度 高 復雜程度 高一致性 高生產(chǎn)力和低消耗 是其它加工制造方法所不能比擬的 隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展 對模具提出越來越高的要求 因此 精密 大型 復雜 長壽命模具的需求發(fā)展將高于總量發(fā)展速度 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè) 是技術成果轉(zhuǎn)化的基礎 同時本身又是高 新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域 在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為 點鐵成金 的 磁力工業(yè) 美國工業(yè)界認為 模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石 德國則認為是所有工業(yè)中的 關鍵工 業(yè) 日本模具協(xié)會也認為 模具是促進社會繁榮富裕的動力 同時也是 整個工業(yè) 發(fā)展的秘密 是 進入富裕社會的原動力 日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到 13000 億日元 遠遠超過日本機床總產(chǎn)值 9000 億日元 如今 世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過了新興 的電子工業(yè) 我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求 預計到 2009 年 僅 汽車行業(yè)將需要各種塑料制件 36 萬噸 電冰箱 洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過 1000 萬臺 彩電的年產(chǎn)量已超過 3000 萬臺 到 2010 年 在建筑與建材行業(yè)方面 塑料門 窗的普及率為 30 塑料管的普及率將達到 50 這些都會大大增大對模具的需求量 近年來 我國的模具工業(yè)一直以每年 13 左右的增長速度快速發(fā)展 據(jù)預測 我國 模具行業(yè)在 十五 期間的增長速度將達到 13 15 模具鋼的需求量也將以年 12 的速度遞增 全國年需求量約 70 萬噸左右 而國產(chǎn)模具鋼的品種只占現(xiàn)有國外模具鋼 品種的 60 每年進口模具鋼約 6 萬噸 我國每年進口模具約占市場總量的 20 左右 已超過 10 億美元 其中塑料與橡膠模具占全部進口模具的 50 以上 沖壓模具占全部 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 2 進口模具約 40 目前 全世界模具的年產(chǎn)值約為 650 億美元 我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名 位居第三位 僅次于日本和美國 雖然近幾年來 我國模具工業(yè)的技術水準已取得了 很大的進步 但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距 例如 精密加工設備 還很少 許多先進的技術如 CAD CAE CAM 技術的普及率還不高 特別是大型 精密 復雜和長壽命模具遠遠不能滿足國民經(jīng)濟各行業(yè)的發(fā)展需要 縱觀發(fā)達國家對模具工業(yè)的認識與重視 我們感受到制造理念陳舊則是我國模具 工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因 模具技術水準的高低 決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品 開發(fā)能力 它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志 因此 模具是國家重 點鼓勵與支持發(fā)展的技術和產(chǎn)品 現(xiàn)代模具是多學科知識集聚的高新技術產(chǎn)業(yè)的一部 分 是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè) 其技術 資金與勞動相對密集 目前 我國模具工業(yè)的 當務之急是加快技術進步 調(diào)整產(chǎn)品結構 增加高檔模具的比重 質(zhì)中求效益 提高 模具的國產(chǎn)化程度 減少對進口模具的依賴 現(xiàn)代模具技術的發(fā)展 在很大程度上依賴于模具標準化 優(yōu)質(zhì)模具材料的研究 先進的設計與制造技術 專用的機床設備 更重要的是生產(chǎn)技術的管理等 21 世紀模 具行業(yè)的基本特征是高度集成化 智能化 柔性化和網(wǎng)絡化 追求的目標是提高產(chǎn)品 的質(zhì)量及生產(chǎn)效率 縮短設計及制造周期 降低生產(chǎn)成本 最大限度地提高模具行業(yè) 的應變能力 滿足用戶需要 可見 未來我國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向?qū)⑹?大力普及 廣泛應用 CAD CAE CAM 技術 逐步走向集成化 現(xiàn)代模具設計制 造不僅應強調(diào)信息的集成 更應該強調(diào)技術 人和管理的集成 在塑料注射成型模具中 積極應用熱流道 推廣氣輔或水輔注射成型 以及 高壓注射成型技術 滿足產(chǎn)品的成型需要 提高模具標準化水平和模具標準件的使用率 模具標準件是模具基礎 其大 量應用可縮短模具設計制造周期 同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能 大大 地提高模具質(zhì)量 我國模具商品化 標準化率均低于 30 而先進國家均高于 70 每 年我們要從國外進口相當數(shù)量的模具標準件 其費用約占年模具進口額的 3 8 發(fā)展快速制造成型和快速制造模具 即快速成型制造技術 迅速制造出產(chǎn)品 的原型與模具 降低成本推向市場 推廣應用高速銑削 超精度加工和復雜加工技術與工藝 滿足模具制造的需 要 開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術 提高模具的可靠性 研究和應用模具的高速測量技術 逆向工程與并行工程 最大限度地提高模 具的開發(fā)效率與成功率 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 3 開發(fā)新的成型工藝與模具 以滿足未來的多學科多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)設計技 術 在科技發(fā)展中 人是第一因素 因此我們要特別注重人才的培養(yǎng) 實現(xiàn)產(chǎn) 學 研相結合 培養(yǎng)更多的模具人才 搞好技術創(chuàng)新 提高模具設計制造水平 在制造中 積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術 逐步走向網(wǎng)絡化 智能化環(huán)境 實現(xiàn)模具企業(yè)的敏 捷制造 動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成 我國模具工業(yè)一個完全信息化的 充滿著朝氣和希望 而又實實在在的新時代即將到來 1 2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天 我們既要看到成績 又要重視落后 要抓住機 遇 采取措施 在經(jīng)濟全球化趨向日漸加速的情況下 盡快提高塑料模具的水平 融 入到國際市場中去 以促進中國模具行業(yè)的快速發(fā)展 有兩方面應予以重視 一是政府相關政策對促進模具工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用 從國際上看 各 國模具工業(yè)在發(fā)展初期都得到了政府的大力扶持 就中國實際情況看 應降低國內(nèi)不 能生產(chǎn)的進口精密模具生產(chǎn)設備的關稅 執(zhí)行好國家對部分專業(yè)模具廠的優(yōu)惠政策等 通過政策引導作用可加快行業(yè)的發(fā)展和進步 二是隨著市場的發(fā)展 塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會不斷發(fā)展 因此對模 具的要求也越來越高 為了滿足市場需要 未來的塑料模具無論是品種 結構 性能 還是加工都必將有較快發(fā)展 而且這種發(fā)展必須跟上時代步伐 據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析 未來我國模具發(fā)展趨勢包括 10 個方面 一 模具日趨大型化 二 模具的精度將越來越高 10 年前精密模具的精度一般為 5 微米 現(xiàn)已達到 2 3 微米 1 微米精度的模具也將上市 三 多功能復合模具將進一步發(fā)展 新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外 還擔負疊壓 攻絲 鉚接和鎖緊等組裝任務 對鋼材的性能要求越來越高 四 熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高 五 隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展 氣輔模具及適應高壓注塑成型等工藝 的模具也將隨之發(fā)展 六 標準件的應用將日益廣泛 模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模 具制造周期 還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本 七 快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊 八 隨著車輛和電機等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展 壓鑄模的比例將不斷提高 同時對壓 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 4 鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求 九 以塑代鋼 以塑代木的進程進一步加快 塑料模具的比例將不斷增大 由于 機械零件的復雜程度和精度的不斷提高 對塑料模具的要求也越來越高 十 模具技術含量將不斷提高 經(jīng)過近幾年的發(fā)展 塑料模具的開發(fā) 創(chuàng)新和企業(yè)管理等方面已顯示出一些新的 發(fā)展趨勢 1 在模具的質(zhì)量 交貨周期 價格 服務四要素中 已有越來越多的用戶將交 貨周期放在首位 要求模具公司盡快交貨 這已成為一種趨勢 企業(yè)千方百計提高自 己的適應能力 提高技術水準 提高裝備水平 提高管理水平及提高效率等都是縮短 模具生產(chǎn)周期的有效手段 2 大力提高開發(fā)能力 將開發(fā)工作盡量往前推 直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開 發(fā)中去 甚至在尚無明確用戶對象之前進行開發(fā) 變被動為主動 目前 電視機和顯 示器外殼 空調(diào)器外殼 摩托車塑件等已采用這種方法 手機和電話機模具開發(fā)也已 開始嘗試 這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同 才能根據(jù)用戶要求進行 模具設計的被動局面 3 隨著模具企業(yè)設計和加工水平的提高 模具的制造正在從過去主要依靠鉗工 的技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕揽考夹g 這不僅是生產(chǎn)手段的轉(zhuǎn)變 也是生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和觀念 的上升 這一趨勢使得模具的標準化程度不斷提高 模具精度越來越高 生產(chǎn)周期越 來越短 鉗工比例越來越低 最終促進了模具工業(yè)整體水平不斷提高 中國模具行業(yè) 目前已有 10 多個國家級高新技術企業(yè) 約 200 個省市級高新技術企業(yè) 與此趨勢相適 應 生產(chǎn)模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g型人才是必然要求 當然 目前及相當長一段時間內(nèi) 技藝型人才仍十分重要 因為模具畢竟難以完全擺脫對技 藝的依靠 4 模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展 在信息社會中 作為一個高 水平的現(xiàn)代模具企業(yè) 單單只是 CAD CAM 的應用已遠遠不夠 目前許多企業(yè)已經(jīng)采用 了 CAE CAT PDM CAPP KBE KBS RE CIMS ERP 等技術及其它先進制造技術和虛 擬網(wǎng)絡技術等 這些都是信息化的表現(xiàn) 向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為行業(yè)共識 5 隨著人類社會的不斷進步 模具必然會向更廣泛的領域和更高水平發(fā)展 現(xiàn) 在 能把握機遇 開拓市場 不斷發(fā)現(xiàn)新的增長點的模具企業(yè)和能生產(chǎn)高技術含量模 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 5 具企業(yè)的業(yè)務很是紅火 利潤水平和職工收入都很好 因此 模具企業(yè)應把握這個趨 向 不斷提高綜合素質(zhì)和國際競爭力 6 發(fā)達工業(yè)國家的模具正加速向中國轉(zhuǎn)移 其表現(xiàn)方式為 一是遷廠 二是 投資 三是采購 中國的模具企業(yè)應抓住機遇 借用并學習國外先進技術 加快自己 的發(fā)展步伐 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?主要原因是我國在沖壓基礎 理論及成形工藝 模具標準化 模具設計 模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā) 達的國家尚有相當大的差距 導致我國模具在壽命 效率 加工精度 生產(chǎn)周期 等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大 大學三年的學習即將結束 畢業(yè)設計是在完成大學三年的課程學習和課程 生產(chǎn) 實習其中最后一個實踐環(huán)節(jié) 是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗 在學校的近三年學習中 已完成了模具專業(yè)教學計劃中所要求的理論課程 在畢業(yè)前 夕 通過畢業(yè)設計的實踐環(huán)節(jié) 進行已學知識的全面總結和應用 提高綜合能力的培 訓及擴大模具領域的新知識 畢業(yè)設計其目的在于鞏固所學知識 熟悉有關資料 樹立正確的設計思想 掌握 設計方法 培養(yǎng)實際工作能力 通過設計 使我在工藝性分析 工藝方案論證 工藝 計算 零件結構設計 編寫技術文件和閱讀技術文獻等方面受到一次綜合訓練 畢業(yè)設計要達到的具體要求是 1 系統(tǒng)總結 鞏固過去所學的基礎知識和專業(yè)課知識 2 運用所學知識解決模具技術領域內(nèi)的實際工程問題 以此進行綜合知識的訓練 3 通過某項具體工程設計和實驗研究 達到多種綜合能力的培養(yǎng) 掌握設計和科研的 基本過程和基本方法 4 提高和運用與工程技術有關的人文科學 價值工程和技術經(jīng)濟的綜合知識 改革開放以來 隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展 市場對模具的需求量不斷增長 近年 來 模具工業(yè)一直以15 左右的增長速度快速發(fā)展 模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā) 生了巨大的變化 除了國有專業(yè)模具廠外 集體 合資 獨資和私營也得到了快速的 發(fā)展 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展 采用模具的生產(chǎn)技術得到愈來愈廣泛的應用 近年來 隨著我國經(jīng)濟的騰飛和產(chǎn)品制造業(yè)的蓬勃發(fā)展 模具制造業(yè)也相應進入了高速發(fā)展的 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 6 時期 據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計 1995年我國模具工業(yè)總產(chǎn)值約為145億 而2003年已 達450億左右 年均增長14 另據(jù)統(tǒng)計 我國 不含臺灣 香港 澳門地區(qū) 現(xiàn)有模 具生產(chǎn)廠點已超過20000家 從業(yè)人員有60萬人 模具年產(chǎn)值在一億以上的企業(yè)已達十 多家 可以預見 我國經(jīng)濟的高速發(fā)展將對模具提出更為大量 更為迫切的需求 特 別需要發(fā)展大型 精密 復雜 長壽命的模具 同時要求模具設計 制造和生產(chǎn)周期 達到全新的水平 我國模具制造業(yè)面臨著發(fā)展的機遇 無疑也面臨著更大的挑戰(zhàn) 我做的是冷沖壓模具設計 冷沖壓是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力 使其產(chǎn)生分離或塑性變形 從而獲得需要零件 俗稱沖壓件或沖件 的一種壓力加工 方法 因為它通常是在室溫下進行加工 所以稱為冷沖壓 冷沖壓與其他加工方法相比 具有獨到的特點 所以在工業(yè)生產(chǎn)中 尤其在大批 量生產(chǎn)中應用十分廣泛 相當多的工業(yè)部門越來越多地采用冷沖壓加工產(chǎn)品零部件 如汽車 拖拉機 電器 儀表 電子 國防以及日用品等行業(yè) 在這些工業(yè)部門中 沖壓件所占的比重相當大 不少過去有鑄造 鍛造 切削加工方法制造的零件 現(xiàn)在 已經(jīng)被質(zhì)量輕 剛度好的沖壓件所代替 通過沖壓加工制造 大大提高了生產(chǎn)效率 降低了成本 可以說如果在生產(chǎn)中不廣泛采用沖壓工藝 許多工業(yè)部門的產(chǎn)品要提高 生產(chǎn)率 提高質(zhì)量 降低成本 進行產(chǎn)品的更新?lián)Q代是難以實現(xiàn)的 在大學三年的課程學習和課程 生產(chǎn)實習 我熟練地掌握了機械制圖 機械設計 機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識 對機械制造 加工的工藝有了一個系統(tǒng) 全面的理解 達到了學習的目的于模具設計這個實踐性非常強的設計課題 我們進行 了大量的實習 經(jīng)過在新飛電器有限公司 洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習 我對模具特別 是沖壓模具的設計步驟有了一個全新的認識 豐富了各種模具的結構和動作過程方面 的知識 而對于模具的制造工藝更是有了零的突破 在指導老師的協(xié)助下和在工廠師 傅的講解下 同時在現(xiàn)場查閱了很多相關資料并親手拆裝了一些典型的模具實體 明 確了模具的一般工作原理 制造 加工工藝 并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍 設計中 充分利用和查閱各種資料 并與同學進行充分討論 盡了最大努力做畢業(yè)設 計 在設計的過程中 雖然有一定的困難 但在指導老師的細心指導 同學間的討論 和自己的努力下 自信會完滿的完成畢業(yè)設計任務 由于我的水平有限 而且缺乏經(jīng) 驗 設計中難免會出現(xiàn)疏漏和不妥之處 敬請各位老師指正 設計者 申迎隆 2009 03 11 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 7 二 支架彎曲件工藝性分析 此工件為典型 Z 形彎曲件 材料為 AL 材料硬度較小 彎曲過程中會產(chǎn)生回彈 彎曲性能適中 但工件結構簡單 尺寸公差等級 IT14 級均為自由公差 工件整體上 看 尺寸精度較低 普通彎曲成型完全能滿足要求 但由于彎曲件左右不對稱 在彎 曲過程中 由于摩檫阻力不均勻 坯料會產(chǎn)生滑動 造成偏移 因此 在設計過程中 如何防止回彈 便移和彎裂是最主要的 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 8 三 彎曲工藝方案的確定 該工件彎曲成形 可以采用一次彎曲成形 也可以采用二次彎曲成形 如今有以 下兩種彎曲方案供選擇 方案一 采用一次彎曲成型 單工序生產(chǎn) 如下圖所示 圖一 方案二 采用兩次彎曲成型 先彎曲成 L 型 再彎曲成 Z 型 采用兩套單工序模 生產(chǎn) 方案分析 方案一 模具結構簡單 生產(chǎn)制造成本低 加工過程中 工件尺寸精 度 位置精度均容易保證 成形效率高 定位塊能夠克服上 下模之間水平方向的錯 移力 同時也為頂板導向 防止其竄動 采用組合結構還能有效的防止坯料發(fā)生偏移 方案二 模具結構相對簡單 由于采用兩副模具進行彎曲成形 從而可以避免了 方案一中的缺陷 提高了彎曲件的質(zhì)量 但由于采用兩副模具進行生產(chǎn) 生產(chǎn)成本較 高 生產(chǎn)效率較低 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 9 綜上所述 經(jīng)過對兩種方案的比較分析可以看出 該工件的彎曲成型生產(chǎn)采用方 案一比較合理 四 主要設計計算 4 1 彎曲件毛坯坯料尺寸的計算 L 彎直 L 式中 L 彎曲件毛坯長度 mm 彎曲件各直線段長度之和 mm 直 彎曲件各部分 圓弧部分 應變中性層展開長度之和彎L mm 圖二 由圖可知 123Ll 式中 彎曲件直邊部分長度 mm L 查 模具設計大典 3 得公式 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 10 180lrxt 式中 彎曲中心角 X 中性層位移系數(shù) 查 沖壓模具設計與制造 教程 表 3 4 1 得 X 0 46 所以 180lrxt 3 14 90 2 0 46 1 2 180 4 毛坯長度 123Ll 3 12 1 17 5 4 2 40 6mm 4 2 彎曲應力的計算 該模具工件屬于自由彎曲成型 所以 Z 形件彎曲力 自FtrKBb 27 0 式中 自由彎曲在沖壓行程結束時的彎曲力 N 自 B 彎曲件的寬度 B 12 7 mm t 彎曲材料的厚度 mm r 彎曲件的內(nèi)彎曲半徑 mm 材料的抗拉強度 MPa b K 安全系數(shù) 一般取 K 1 3 F20 713 50 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 11 2860 3575N 4 3 壓料力的計算 根據(jù) 公式 3 5 4 如果彎曲模設有頂出裝置或壓料裝置 時 其頂出力 可以近似取自由彎曲力的 30 80 即 yF 0 3 0 8 自F 在此取 0 6y自 0 6 2860 3575 1716 2145N 4 4 壓力機公稱壓力的確定 根據(jù) 公式 3 5 5 即 1 2 1 3 YJF 自Fy 考慮到彎曲工件板料較厚 而且板寬也較大 壓力機公稱壓力應取值偏大為宜 在此取 1 3 YJ自 y 1 3 2860 3575 1716 2145 5949 5436N 根據(jù)計算結果 查 表 2 3 初選壓力機為 J23 3 15 4 5 彎曲模工作部分尺寸的設計 由方案一可知 所設計的組合模整個工作原理可分為兩部分 首先 組合上模在下 行過程中 接觸工件并壓緊 防止毛坯移動 然后進行彎曲成形 4 5 1 凸模圓角半徑的設計 tr 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 12 因為 1 67 值較小 所以 取 r 2 mmt rttrt 4 5 2 凹模圓角半徑 Ar 凹模圓角半徑 不能過小 以免檫傷工件表面 影響沖模壽命 Ar 根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗可知 當 t 2 mm 時 3 6 tAr 從保證制件精度要求考慮 特別是所設計的彎曲復合模 值不宜取大值 在此取 Ar 3 tAr 3 1 2 3 6 mm 4 5 3 回彈值的確定 當相對彎曲半徑較小時 卸載后彎曲件圓角半徑的變化很小 可以不予考慮 但 彎曲件所用材料為 AL 硬度不太大 彎曲后會有一定的回彈 可以采取延長彎曲時間 或進行二次彎曲的方法來解決 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 13 五 模具類型的選擇 5 1 具體結構選擇 由彎曲工藝分析可知 采用組合模 具體結構如下圖所示 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 14 圖三 彎曲模結構 彎曲坯料由前一沖裁工序準備尺寸為 40 6 mm x 12 7m 板料由前方送進 送料方 向定位由限位釘限位 右方向由定位塊定位 板料定位后 上模下行 在橡皮的作用下 組合上模同時接觸坯料 在上模繼續(xù)下行的過程中 橡皮被壓縮 組合凸模右半部分 繼續(xù)壓入凹模 同時把板料拉入模腔內(nèi) 進行彎曲動作 當凸模壓入凹模深度 5 mm 時 彎曲完成 上?；爻虝r 橡皮恢復原來狀態(tài) 在此過程中 將制件頂出 然后制件由 人工取出 繼續(xù)進行下次彎曲 5 2 定位方式的選擇 因為模具采用的是前一工序沖裁好的板料 板料由模具前方送進 送進方向在凹模 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 15 的中間設有定位塊定位 5 3 出件方式的設計 工件彎曲成形后在彎曲回彈力的作用下 工件會卡在凹模內(nèi) 但由于橡皮在工作過 程中聚積了很大的彈力 在上模回程時 橡皮會釋放很大的彈力 于是 可以很方便 的將制件從凹模形腔中頂出 然后人工取出 5 4 卸料元件的設計 由以上計算可知卸料力為F 2860 3575N大 需要采用卸料力比較大的卸料裝置 采用聚氨酯橡膠較為合適 聚氨酯彈性體其材質(zhì)為聚氨酯橡膠是一種介于橡膠與塑料 之間的高分子材料 可代替圓柱彈簧 橡膠等模具彈性元件 聚氨酯彈性體比橡膠能 承受更大的負荷 具有較好的流動性 耐磨性 耐油性 其耐磨性是橡膠的5 10倍 耐油性是天然橡膠的5 6倍 其也易于機械加工在沖模中的應用越來越多 使用時可 根據(jù)模具的空間尺寸和卸料力的大小 并參照聚氨酯橡膠塊的壓縮量 與壓力的關系 適當?shù)倪x擇聚氨酯彈性的形狀和尺寸 如果需要用非標準的形狀的聚氨酯橡膠時 應 進行必要的計算 5 4 1橡膠的設計計算 5 4 1 1根據(jù)分析采用的彎曲力比較大 相應的卸料力也比較大 要求卸料裝置的承載 能力也比較大 所以采用橡膠最合適 5 4 1 2根據(jù)卸料力求橡膠的橫截面積 由 F X F XY Ap 可得 橡膠的橫截面面積為 A FXY p 式中 F XY 橡膠產(chǎn)生的壓力 設計時取大于或等于卸料力F X p 橡膠所產(chǎn)生的單位面積壓力 與壓縮量有關 其值可按確定 設計 時取預壓量下的單位面積 A 橡膠的面積 課本 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 16 卸料板的工作行程 h工 h1 t 式中 h 1 凸模進入凹模的深度17 5mm t 板料的厚度 即 h 工 17 5mm 3mm 20 5mm 橡膠的工作行程 H 工 h工 h修 其中h 修 為凸模的修磨余量 根據(jù)模具設計壽命一般取17 19mm 這里取h 18mm 即 H 工 18mm 5mm 23mm 橡膠的工作高度取自由高度的40 根據(jù)以上的計算可以得知橡膠的自由高度為 H自由 2 5H工 22 5mm 每塊橡膠承受的載荷為F 1 F卸 4 2860 3575 4 715N q 橡皮在預壓縮狀態(tài)下的單位壓力 約為0 26 0 50Mpa 在此取q 0 4MPa 由上式 A F XY p 715 0 5 1430mm2 再由A可以計算出等效的外徑D 21 34mm 5 4 1 3橡膠的校核 橡膠的校核要求橡膠的高徑比在0 5 1 5之間則 0 5 HO D 23 21 34 1 08 1 5 即選8塊可以滿足加工要求 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 17 六 工作零件的設計 6 1 工作零件的結構設計 6 1 1 組合凸模的結構草圖如下所示 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 18 圖四 在組合凸模頂部鉆四個 M10 的螺釘孔和四個銷釘孔 凸模與定模座的配合按 H7 n6 配合 在底部鉆一螺孔用來與上墊板連接 由于其中一側與橡皮連接 由橡皮的高 度可以確定凸模的高度 其中銷軸與銷孔采用 H7 m6 配合 6 2 凸模主要尺寸的計算 由于彎曲件的相對彎曲半徑較小 因此 可以減小凸模工作部分的尺寸 使凸模 的主要作用力都集中在彎曲件的變形區(qū) 以改變彎曲件的應力狀態(tài)達到減小回彈的目 的 但容易產(chǎn)生壓痕 寬度方向 由彎曲件的寬度尺寸可知凸模的寬度尺寸 B 12 7 mm 從定位準確和加工難易程度并結合所加工零件的尺寸要求 凸模圓角半徑在此選 R 1 2 mm 高度方向 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 19 從整個模具的結構分析 凸模在下行的過程中 考慮到毛坯的準確定位和避免發(fā) 生偏移 凸模下端采用水平結構 這樣在凸模接觸到毛坯時 就能夠壓緊毛坯 而不 產(chǎn)生滑移 凸模繼續(xù)下行時 位于左半部分凸模上方的橡皮開始壓縮 從而完成彎曲 過程 經(jīng)過分析設計后 凸模其余尺寸的設計和具體結構的設計可參見上面的凸模零件圖所 示 6 3 凹模的結構設計 6 3 1 凹模的結構設計 考慮到凹模在彎曲時所受的彎曲力比較大 因此 對凹模的強度和剛度都要有較高 的要求 為了保證凹模的強度和剛度 在此把凹模也做成組合式 便于加工和更換 其 結構草圖如下所示 6 3 2 凹模主要尺寸的設計 為了保證凹模有足夠的強度和剛度 與凸模結構相似 凹模也設計成組合式的 凹模的固定方式 采用螺釘與銷釘固定在下模座板上 凹模其余尺寸的設計和凹模結構的具體設計可參見上面的凹模結構零件圖所示 6 4 組合凸凹模零件材料的選用 凸凹模零件選用要求如下 機械加工性能良好 易切削加工加工能得到高精度 的零件的鋼種 鋼材的顯微組織均勻致密 耐磨性和抗疲勞性良好 彎曲模不僅受 較大的彎曲力而且還受到較大的沖擊力 所以還要求模具材料有一定的耐磨性能 選用的鋼種應由彎曲件的材料 生產(chǎn)批量 制件的精度與制件表面質(zhì)量要求來 確定 根據(jù)零件材料選用原則 凸凹模均采用 T10A 熱處理采用淬火 硬度可達 53 58HRC 還便于同時進行熱處理 這類鋼主要用來加工制件形狀簡單 尺寸不大的 模具 6 5 定位零件的設計 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 20 彎曲模的定位零件是用來保證毛坯在模具中的正確的位置 該模具采用的是條塊 狀毛坯 模具送料平面中必須有兩個方向上的限位 一是在與條料方向垂直的方向上 的限位 保證條料沿正確的方向送進 二是在送料方向上的限位 在模具中能準確的 定位用定位塊或固定擋料銷 該模具的定位是用固定擋料銷 基本上可以保證在兩個 方向的限位 坯料的定位采用限位釘前方定位和定位塊左右定位 限位釘與凸模頂孔采用 H7 n6 配合固定 定位塊采用銷釘定位 用螺釘固定在下模座上 6 5 1定位銷的選擇 因為固定擋料銷是標準件 根據(jù)制件的形狀和尺寸選擇的固定擋料銷的型號如表所示 圖五 D d h L 數(shù)量 8 4 3 10 3 注 1 材料 45鋼 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 21 2 熱處理 硬度42 46HRC 3 技術條件 按GB2870 81的規(guī)定 6 6導向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量 方便坯料在工作臺中的放置 方便安裝 調(diào)整等 因素該彎曲模采用后側導柱的導向方式 6 7壓料零件的選用 這類零件的作用是保證沖壓完畢后 將工件從模具中排除 以便下次成形 所 以采用上下凸凹模壓料 6 8支撐零件的選用 采用上下模座 6 9緊固零件的選用 采用緊固螺釘 45鋼 標準 GB T70 2000和GB T699 七 壓力機的參數(shù)與較核 由前面壓力機公稱壓力計算初選的壓力機型號 J23 3 15 查 模具實用技術手 冊 表 2 3 得壓力機主要技術參數(shù)如下 公稱壓力 31 5 KN 滑塊行程 25mm 最大裝模高度 120 mm 裝模高度調(diào)節(jié)量 25 mm 工作臺尺寸 前后 左右 160mm 250 mm 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 22 墊板尺寸 厚度 30 mm 模柄孔尺寸 25 mm 40 mm 最大傾斜角度 045 由上述技術參數(shù)可知 所選壓力機 J23 3 15 型號可用 總 結 本畢業(yè)設計是我進行完了三年的模具設計與制造專業(yè)課程后進行的 它是對我們 三年來所學課程的又一次深入 系統(tǒng)的綜合性的復習 也是一次理論聯(lián)系實踐的訓練 它可以說又是一次對專業(yè)知識的學習的深入和系統(tǒng)掌握 通過這次畢業(yè)設計使我從新系統(tǒng)的復習了所學專業(yè)知識 同時也鞏固了先前學到 的知識 同時感觸最深刻的是 所學知識只有在應用中才能更深刻理解和長時間記憶 對一些原來一知半解的理論也有了進一步的的認識 特別是原來所學的一些專業(yè)基礎 課 如機械制圖 模具材料 公差配合與技術測量 彎曲模具設計與制造等有了更深 刻的理解 使我進一步的了解了怎樣將這些知識運用到實際的設計中 同時還使我更 清楚了模具設計過程中要考慮的問題 如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 23 費材料 保證工件的經(jīng)濟性 加工工藝的合理性 在設計的過程中通過沖壓模具設計手冊 模具制造簡明手冊 模具標準應用手冊 等對所要設計的問題進行查詢 通過更多的途徑去了解我要做的設計 使設計更具合 理性 也使我學會了設計過程中對資料的查詢和運用 通過這次設計 我更加深入地 學習了冷沖壓技術工作設計的內(nèi)容 冷沖壓技術工作設計的內(nèi)容包括彎曲工藝設計 模具設計及彎曲模制造三方面內(nèi)容 盡管三者的工作內(nèi)容不同 但三者之間存在著相 互滲透 相互補充 相互依存的關系 冷沖壓工藝設計是針對給定的產(chǎn)品圖樣 根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小 沖壓設備的類 型規(guī)格 模具制造能力及工人技術水平等具體生產(chǎn)條件 從對產(chǎn)品零件圖的彎曲工藝 性分析入手經(jīng)過必要的工藝計算 制定出合理的工藝方案 最后編寫沖壓工藝卡的一 個綜合分析 計算 設計過程 彎曲工藝方案的確定包括工序性質(zhì) 數(shù)量的確定 工 序順序的安排 工序組合方式及工序定位方式的確定等內(nèi)容 彎曲模具設計則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程 在認真考慮毛坯的定位 出件 廢 料排出諸問題以及模具的制造維修方便 操作安全可靠等因素后 設計計算并構思出 與沖壓設備想適應的模具總體結構 然后繪制出模具總裝圖和所有非標準零件圖的整 個設計繪圖過程 歷經(jīng)近三個月的畢業(yè)設計即將結束 在這次畢業(yè)設計中通過參考 查閱各種有關 模具方面的資料 請教指導老師有關模具方面的問題 并且和同學的探討模具設計在 實際中可能遇到的具體問題 使我在這短暫的時間里 對模具的認識有了一個質(zhì)的飛 躍 從陌生到開始接觸 從了解到熟悉 這是每個人認識事物所必經(jīng)的一般過程 我 對模具的認識過程亦是如此 經(jīng)過近三個月的努力 我相信這次畢業(yè)設計一定能為三 年的大學生涯劃上一個圓滿的句號 為將來走上工作崗位奠定堅實的基礎 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 24 致 謝 首先感謝本人的導師原紅玲老師 她仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設 計內(nèi)容提出了許多建設性建議 原紅玲老師淵博的知識 誠懇的為人 使我受益匪淺 在畢業(yè)設計的過程中 特別是遇到困難時 她給了我鼓勵和幫助 在這里我向他表示 真誠的感謝 感謝母校 河南機電高等?？茖W校的辛勤培育之恩 感謝材料工程系給我提供 的良好學習及實踐環(huán)境 使我學到了許多新的知識 掌握了一定的操作技能 感謝各 位老師在三年之中的教導和在做設計的過程中對我的幫助 使我在大學三年里不但學 到了更多知識 而且學到了怎么做人 怎么做事 我非常慶幸在三年的的學習 生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學 并感 激師友的教誨和幫助 畢業(yè)之后 我一定會努力工作的 不辜負各位老師對我們的深 切期望 在這里向你們道一聲 老師你們辛苦了 最后深深地祝愿祝各位老師 身體健康 萬事如意 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 25 參考文獻 1 陳錫棟主編 實用模具技術手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2001 2 李紹林主編 實用模具技術手冊 M 上海科學技術出版社 1998 3 許發(fā)樾主編 實用模具設計與制造手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 4 楊玉英主編 實用沖壓工藝及模具設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 5 模具實用技術叢書編委會 沖壓設計應用實例 M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 6 翟德梅主編 模具制造技術 M 河南機電高等?？茖W校 8 任嘉卉主編 公差與配合手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 9 彭建聲 秦曉剛編著 模具技術問答 M 北京 機械工業(yè)出版社 1996 10 劉建超 張寶忠主編 沖壓模具設計與制造 高等教育出版社 2006 年 4 月 11 薛彥成主編 公差配合與技術測量 機械工業(yè)出版社 2005 年 2 月 12 郝海濱主編 沖壓模具簡明設計手冊 化學工業(yè)出版社 2004 年 3 月 13 王芳主編 冷沖壓模具設計指導 機械工業(yè)出版社 2005 年 6 月 14 楊占堯編 沖壓模具圖冊 高等教育出版社 2006 年 4 月 15 王樹勛主編 冷沖壓模具結構圖冊大全 華南理工大學出版社 1999 年 6 月 16 馮炳堯 韓泰榮 蔣文森編 模具設計與制造簡明手冊第 2 版上海 上海科學技 術出版社 1998 年 17 夏巨甚 李志剛主編 中國模具設計大典 2003 年 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 26