1790汽车锁座零件冲压工艺分析及模具设计

1前言1.1机械与模具制造业在国民经济中的地位机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济个部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机车车辆、汽车、船舶等设备，从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械及其制造。在工业高度发达的国家中，机械工业的产值常常占整个国民生产总值的40%或更多。在机械制造中，机车夹具、模具都是不可缺少的工艺装备，尤其是模具以其特定的形状通过一定的方式是材料成形。根据国际生产技术协会提供的资料显示，机械零件粗加工的75%和精加工的50%都将有模具成形来完成。因此模具被誉为“金属加工中的帝王”，是“进入富裕社会的原动力”、“模具就是黄金”。1.2当前国际模具发展现状及其特点现代模具行业是技术、资金密集的行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。由于模具生产采用一系列高科技，CAD/CAM/CAPP等技术，计算机网络技术、激光技术、逆向工程和并行工程、快速成型技术及敏捷制造技术、高速加工及超精度加工技术等等，因此，模具工业以成为高新技术产业的一个重要组成部分，有人说，现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。模具技术水平的高低，在很大的程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。模具工业是无以伦比的“效益放大器”。用模具加工产品大大提高了生产的效率，而且还具有节约原材料、降低能耗和成本、保持产品高一称为“金钥匙”。从另个角度看，模具是人性化、时代化、个性化、创造化的产品。更重要致性等特点。因此模具被称为“效益的放大器”。在国外，模具被是模具发展了，使用模具的产业其产品的国际化竞争力也提高了。模具不是批量生产的产品。它具有单见生产和对特定用户的依赖性。就模具行业来说，引进国外先进技术，不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式，而主要是引进商品化了的CAD/CAM/CAE软件和精密加工设备等。模具的CAD/CAE/CAM涉及面广、及多种学科与工业技术于一体，是综合型、技术密集型产品。模具设计是一种经验性较强的设计，设计人员在长期的工作积累的经验和知识对模具设计起着十分重要的影响。尽管模具CAD技术应用越来越广泛，是目前广为使用的模具CAD技术大都停留在计算机辅助绘图层次，难以胜任对模具开发的高质量、短周期、低成本要求。为此，本设计在重点利用计算机辅助进行工艺分析的过程，将转化为传统的模具CAD从计算机辅助绘图提升到计算机辅助设计层次。1.3我国模具发展现状及其特点国内的模具工业起步较晚，但在过去的十多年中也取得了一些进步。例如冲压模具方面，国内设计制造的部分轿车覆盖件模、空调器散热片级进模、电机定转子双回转叠片高精度硬质合金级进模、集成电路引线框架多工位级进模，以及带自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、扭斜和安全保护等功能的铁心精密多功能模，都已达到较高的水平。但从总体上看，我国与工业发达国家相比仍有较大差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率尚待提高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别是在大型，精密，复杂和长寿命模具上，一方面技术差距明显；另一方面产能也不能满足国内的需求，因而仍大量从国外进口。所以，为了改变这种被动状态，尽快适应社会主义工业现代化建设对冲压工艺生产水平提高的需求，全方位大力做好模具基础、研发和推广工作，是至关重要的。我国的工业经济，已进入大批量规模经济和小批量多品种经济并行的时期，两者对模具存在趋同的依赖性。因为在经济快速发展，产品畅销时期，自然要求模具能及时供应；而在经济停滞，产品不畅销时期，企业必然会想方设法开发新产品，也同样会对模具带来强劲的需求。这说明，模具市场的总体趋势将是一直平稳向上的。也有人说，模具工业是永不衰退的工业，正是基于这样的分析。另外，从另一个角度看，两者对模具结构的要求是各不相同的，大批量生产用的模具应着眼于高效率和长寿命，而小批量生产用的模具则应着眼于结果简单、制模快速和成本低廉。因此，对不同要求的模具要求，应相应的制定不同的设计方案。1.4汽车锁座零件的简单介绍本设计是GJ750B汽车锁座零件，材料是Q235，在设计过程中必须考虑成本，配合整体汽车设计减少成本，同时运用当前较先进的技术手段提高效率，例如：本次设计采用AUTOCAD辅助设计，大大缩短了模具设计过程的分析工作周期，迅速提高模具设计的效率。由于本人水平有限，本论文中还存在不少的错误和不足之处，敬请评阅老师批阅和纠正。2锁座零件冲压工艺分析2.1零件结构的分析本设计的零件是锁座零件，材料为Q235，厚度为2mm。如图2-1.1所视。该零件进行冲压加工的基本为冲孔、落料。图2-1.1锁座零件图2.2确定工艺方案三个孔的边缘与弯曲中心的距离分别为：1.5mm2.0t(4mm)18.5mm2.0t(4mm)6.5mm2.0t(4mm)弯曲时会引起b边上小孔的变形,可以在弯曲后修正，所以可以先冲孔在弯曲.方案一：落料与冲孔复合。方案二：先落料再冲孔。分析冲压工艺方案：方案一：模具结构简单，模具寿命长、制造周期短、投产快。能利用一个侧面定位，操作比较简单方便。方案二：模具结构简单，投产快寿命长，尺寸和形状不精确。综上所述，考虑到该零件的批量为中批量，作为保证各项技术要求，选用方案一。工序如下：1.下料。2.落料和冲孔。3冲压模的设计3.1零件工艺计算3.1.1计算毛坯长度:该零件的毛坯展开尺寸按图3-1.1所示计算:图3­1.1 由于弯曲半径:r(1.5mm)0.5t(1mm),所以毛坯总长度L=L1+L2+L3+∏(r+xt)式中:L1=32.5mm,L2=18mm,L3=32.5mm查表得:X=0.27L=32.5+18+32.5+3.14×(1.5+0.27×2)=89.4056mm考虑材料的收缩,经过修正,取实际毛坯尺寸L=90mm3.1.2排样及材料利用率：排样是指冲裁零件（毛坯）在条料，带料或板料上布置的方法。合理有效的排样在于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产最重要的技术指标之一。在冲压生产过程中，冲压件材料消耗费用可达总成本的60%～75%，每降低1%的冲压废料，将会使成本降低0.4%～0.5%。合理的利用材料是降低成本的有效措施，尤其是在成批和大量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效率更为突出。排样方法的选择原则：①冲裁小工件或某种工件需要窄条（带）料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。②冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料轧制方向③冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作的方便与安全等。④条料宽度选择与在板料上的排样应优先选择条料宽度较大而步距较小的方案，以便经济地裁切板料，并减少冲压用时间。⑤在可能情况下，要求产品设计时修正产品零件的结构形状和尺寸，以减少或消除设计废料的形成，并有可能采取少、无废料排样方法。由于毛坯的形状，考虑操作的方便与模具结构尺寸，初步选用对排。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低。搭边值过小，在冲裁过程中会被拉断，防碍顺利送料，零件会产生毛刺，有时会拉入凸、凹模间隙中，损坏模具的刃口，降低模具的寿命。所以搭边值的选取一般由经验确定，取值可参考资料[3]。图3­1.2 选取搭边值：模具选用固定卸料板由表可得搭边值：a=2.0×1.1=2.2a1=2.2×1.1=2.4采用有侧压板的冲压时条料宽度B=D+2a毛坯面积：S=10×36+(22-4/∏×22)×4+2×10+18×14+8×5+4/∏×52×4+26×26+16×5+18×2=1545.94≈1546(mm2)方案一：双行对排(图3-1.2)条料宽度：B=90+33+4×2.4=132.6（mm）进距：h=2/1(26+2.2)=14.1(mm)一个进距的材料利用率：η=nS/Bh×100%=1×1546/（132.6×14.1）×100%=82.7%图3­1.3 方案二：单行对排（图3-1.3）B=90+2×2.4=94.8(mm)H=2/26+2/10+2.2=25.2(mm)一个进距的材料利用率：η=nS/Bh×100%=1×1546/(94.8×25.2)×100%=64.7%从上述两种排样可以分析得：采用双行对排，材料的利用率更高。故决定采用双行对排。3.1.3计算压力机及初选冲床1.冲裁力的计算平刃模具冲裁时的冲裁力：P=Ltζ实际所需的冲裁力还需增加30%，即P=1.3Ltζ工件毛坯周长L0：L0=232工件孔总周长L：L=2×3.14×3×2+3.14×15.5=86.35mm由Q235-A的δ=304～373mpa故：落料力为：F1=1.3×232×2×343=207KN冲孔力为:F2=1.3×86.35×2×343=77KNF冲=F1+F2=284KN查表得：K卸=0.05，K顶=0.06所以：落料时的卸料力为：F卸=0.05×207=10.35KN冲孔时的顶料力为：F顶=0.06×77=4.62KN总冲压力:P总=F冲+F卸+F顶=284+10.35+4.62+=298.97KN根据《中国模具设计大典》选用400KN冲床。3.1.4确定压力中心图3-1.4根据图3-1.4的分析:L1=26mmX1=0Y1=0L2=52mmX2=0Y2=13mmL3=15.7mmX3=0Y3=28mmL4=6.28mmX4=0Y4=31.57mmL5=28mmX5=0Y5=40mmL6=15.7mmX6=0Y6=49mmL7=6.28mmX7=0Y7=52.57mmL8=72mmX8=0Y8=72mmL9=10mmX9=0Y9=90mmL10=118.84mmX10=-8mmY10=28mmL11=18.84mmX11=8mmY11=23mmL12=48.67mmX12=0mmY12=11mm由公式X=(∑Li×Xi)/(∑Li);Y=(∑Li×Yi)/(∑Li)得压力中心的坐标值为：X=0，Y=34.91mm3.1.5冲裁间隙的计算冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。间隙值的大小对冲裁件的质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。笼统的说,选用中等或偏大的间隙,会收到省力节能的效果．这是因为在一定范围内增大间隙，剪切区内的压应力降低，而拉应力增加，容易产生裂纹，从而抗剪强度变小，使冲裁力下降．同样，由于增大间隙，冲出的工件尺寸会因拉伸变形产生回弹而缩小，因而不至于再堵塞在凹模孔内，使推件力明显变小．间隙过小或过大时，冲裁功都会有所增加，只有间隙合适时，冲裁断裂时的上，下裂纹才会相遇汇合，使冲裁功最小．材料为Q235，厚度为2mm，可查参考资料[8]表3-3冲裁模初始双面间隙Zmin=0.246mmZmax=0.360mm.3.1.6冲裁模刃口尺寸的计算模具刃口如图3-1.5所示，尺寸计算：图3-1.5(1)落料计算公式：Dd=（Dmax-x△）+δd0Dp=（D凹-Zmin）-δp0=（D-x△-Zmin）-δp0查表得：Zmin=0.22mmZmax=0.26mmX1=1δ1p=-0.020δ1d=+0.025X2=1δ2p=-0.020δ2d=+0.020X3=1δ3p=-0.020δ3d=+0.020所以可得：D1d=（26-1×0.13）+0.0250=25.87+0.0250D1p=（26-1×0.13-0.22）-0.0200=25.65-0.0200D2d=（18-1×0.11）+0.0200=17.89+0.0200D2p=（18-1×0.11-0.22）-0.0200=17.67-0.0200D3d=（10-1×0.15）+0.0200=9.85+0.0200D3p=（10