彈簧片沖壓工藝及彎曲模具設計論文

邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 1 前 言 由于模具技術的迅速發(fā)展，模具設計與制造已成為機械行業(yè)中一個大的分枝。從事模具行業(yè)工作的專業(yè)人才也越來越多，模具也傾向標準化，系列化，模具的諸多零件已經(jīng)具有互換性，模具的設計周期越來越短，因此模具已經(jīng)成為提高產(chǎn)品的競爭能力的重要手段。模具已成為各種產(chǎn)品不可缺少的工藝設備。 本次畢業(yè)設計內容是：彈簧片沖壓工藝及彎曲模具設計。畢業(yè)設計的目的不僅是對大學四年所學知識的一個鞏固和總結， 而且是大學期間 重要的 實踐 環(huán)節(jié)， 它能綜合培養(yǎng)查資料的能力、畫圖能力、獨立分析能力、向老師、同學學習的能力。畢業(yè)設計作為對所學 專 業(yè)知識的一次綜合檢測，為以后 參加工作也將 奠定 堅實 基礎。 本次重點設計的是 一副沖孔落料連續(xù)模，一副彎曲模 。這次設計是在老師認真、耐心的指導下進行的，是在對模具的經(jīng)濟性、模具的壽命、生產(chǎn)周期及生產(chǎn)成本等因素進行了全面的仔細的分析下而進行設計的。因我個人經(jīng)驗和水平有限，因此很難避免在設計的過程中存在不合理之處，望各位老師多多批評指正。 本論文是在羅玉梅老師的精心指導和嚴格要求下完成的。羅玉梅老師那嚴謹求實的治學態(tài)度，淵博的知識為我們樹立了榜樣，在此向她表示衷心的感謝！ 在論文的設計和寫作過程中，得到 同學的大力支持和協(xié)助，在此一并感謝！ 我相信：在羅玉梅老師的耐心指導和同學們的大力支持下，我一定能順利完成本次畢業(yè)設計，為四年大學學習生涯劃上一個完整的句號。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 2 1 緒論 1.1 沖壓技術理論概述 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： 1.1.1 全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術 模具 CAD/CAM/CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及 CAD/CAM/CAE 技術的條 件已基本成熟，各企業(yè)將加大 CAD/CAM技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大 CAE 技術的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使 CAD/CAM/CAE 技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 1.1.2 高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、 集成化方向發(fā)展。 1.1.3 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的 CAD 數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。 1.1.4 電火花銑削加工 電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳 統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工 (像數(shù)控銑一樣 )，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。預計這一技術將得到發(fā)展。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 3 1.1.5 優(yōu)質材料及先進表面處理技術 選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積 (TiN、 TiC等 )、等離子噴涂等技術。 1.1.6 模具研磨拋光將自動化、智能化 模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。 1.2 沖壓加工經(jīng)濟性分析 1.2.1 提高模具標準化程度 我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆 蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為 80%左右。 1.2.2 沖壓件的成本分析 所謂經(jīng)濟性，就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果。也就是生產(chǎn)中的 “最小最大 ”原則。在沖壓生產(chǎn)中，保證產(chǎn)品質量，完成產(chǎn)品數(shù)量、品種計劃的前提下，產(chǎn)品成本越低，說明企業(yè)經(jīng)濟效果越大。 沖壓件的制造成本為： C C C C 材 加模 式中 C制造成本（費用）； C材材料費，包括原材料費、外購件費； C加加工費，包括工人工資、設備折舊費、車間經(jīng)費等； C模模具費 上述可知，沖壓件的制造成本為： C C 材 +C 模 +C 沖壓件生產(chǎn)成本是由固定費和可變費兩部分組成的，所以要設法降低固定費用或可變費用，都能使生產(chǎn)成本降低，利潤增加，為四化建設積累資金?？梢娖髽I(yè)要提高經(jīng)濟效益，就要在降低成本上下功夫。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 4 2 零件工藝性分析及確定工藝 結構 方案 2.1 產(chǎn)品零件圖 圖 2.1 彈簧片 沖壓 零件圖 沖裁 工件 是一種常見的彈簧片，其 材料為 60Si2Mn，厚度為 0.5mm，工件需大批量生產(chǎn) ， 如圖 2.1 所示 。 2.2 零件工藝性分析 沖裁的工藝性是從沖壓件工藝方面來衡量設計是否合理。在滿足工件零件使用要求的條件下，能夠以最經(jīng)濟最簡單的方法沖出來就說明工藝性好。但是工藝性的好壞是相對的，它直接受到工廠的沖壓技術和設備等因素的制約。 2.2.1 結構與尺寸 該零件結構簡單，形狀對稱，尺寸較小，強度要求不高，外形簡單。懸臂寬度10mm 大于 1.5t，最小孔徑 4mm 大于 t。 適宜于沖裁加工。 2.2.2 精度 本次 零件 設 計 精度要求不高， 圖上所注尺寸公差無特殊要求 ， 選取公差等級為IT14 級，利用普通沖裁方式可達到要求。 其模具制造精度也不高，能達到經(jīng)濟精度。 查公差表可得各尺寸公差為： 10 00.5228 mm、 00.6240 mm、 00.7480 mm， 00.3610 mm， 0.43014 mm， 0.62032 mm，0.36010 mm， 0.3004 mm， 0.43017 mm。 2.2.3 材料 優(yōu)質彈簧鋼 60Si2Mn，厚度 0.5mm軟態(tài)，帶料， 抗剪強度，斷后伸長率 5% 。此材料具有較高的彈性和良好的塑性，其沖裁加工性較好。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 5 2.3 確定 沖裁 工藝方案 確定工藝方案就是確定沖壓件的加 工路線，合理的工藝方案應在不同的工藝分析進行全面的分析與研究比較與其經(jīng)濟效果，然后選擇合理的工藝方案。 此零件沖壓包括 沖孔 落料、彎曲 兩 個基本工序， 其中沖孔落料和彎曲能分別采取兩種方案，具體分析如下： （ 1） 單工序 沖 裁 單工序 彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。 （ 2） 級進 沖裁 落料 彎曲，采用連續(xù)模與單工序模相結合生產(chǎn)。 （ 3）復合模 彎曲，采用復合模具 及彎曲相結合生產(chǎn)。 方案（ 1）模具結構簡單，制造周期短，加工成本低。但需要 五 道工序、 五 套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。 且不便 于工人操作。所以一般不予采用。 方案 （ 2） 采用 連續(xù) 沖裁沖出的零件精度和平直度較好，生產(chǎn)效率高，操作方便，通過設計合理的模具結構和排樣方法可以達到較好的零件質量和避免模具強度不夠的問題。 同時又減少了一副模具，大大節(jié)省了成本。 方案（ 3）采用復合模具。 只有當制件精度要求高，生產(chǎn)批量大，表面要求平整時，才選用復合模具結構。 而且制作的費用較高， 一般不采用。 由于零件結構簡單，為提高生產(chǎn)效率，這樣應采用復合沖裁或連續(xù)沖裁方式。如采用 復合模 ，則其 凸凹模 壁 厚不能太?。ㄍ庑闻c內形、內形與內形），以免影響強度 ；凸凹模刃磨有 時不方便 ， 尤其是在凸凹模即沖裁，又成形的情況 下。 連續(xù)模具有如下優(yōu)點：（ 1）生產(chǎn)效率 較 高 ，尤其能適合于在單機上實現(xiàn)自動化 ；（ 2）安全 、 省料及其它開支??；（ 3） 模具的使用 壽命長 ，修模調整容易 ；（ 4）沖制的產(chǎn)品精度高 ， 美觀。 故此沖裁件采用連續(xù)模為合理，設計方案為分別對凸模組件和凹模組件進行了定位和固緊。使裝配容易和裝配精度容易得到保證。 綜上所述可知， 宜采用方案（ 2），在此沖件中，采用先完成沖孔壓加強緊后沖孔落料能保證凸凹模的最小壁厚，又因為零件的尺寸比較大，若在一副模具中完成全部工序的，則會造成模具龐 大，不方便 制造， 同時不經(jīng)濟， 生產(chǎn)成本會成倍增加， 故采用先在連續(xù)模中完成沖孔落料，最后彎曲成型的工藝方案。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 6 3 確定模具總體結構方案 3.1 模具類型 根據(jù)零件的沖裁工藝方案， 優(yōu)先 采用級進沖裁模。 3.2 操作與定位方式 雖然零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式能夠 達到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。考慮零件尺寸較小，材料厚度較薄，為了便于操作和保證零件的精度，宜采用導料板導向， 側刃定距的 定位方式。 為減小料頭和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用雙刃 左右對稱 布置。 3.3 卸料與出件方式 考慮零件厚度較薄，采用彈性卸料的方式。為了便于操作、提高生產(chǎn)率，沖件和廢料采用由凸模直接從凹模洞口推下的出件方式。 3.4 模架類型及精度 由于零件厚度薄，沖裁間隙小，又是級進模，因此采用導向平穩(wěn)的中間導柱模架?？紤]零件精度要求不是很高，但沖裁間隙較小，因此采用 1 級精度的模架。 4 工藝計算 4.1 排樣設計與計算 4.1.1 排樣方法 排樣對材料的利用率， 工件的尺寸精度，生產(chǎn)率，模具制造難易程度和使用壽命有一定的影響。 按材料的經(jīng)濟利用程度或廢料的多少，排樣可分為有廢料排樣與少、無廢料排樣 兩大類。排樣又可分直排、斜排、對排、對頭斜排、多排、混合排等。 有廢料排樣有如下幾種形式： （ 1） 直排 排樣時，應優(yōu)先選用直排，因為直排的模具最簡單。但對于三角形、角尺形等工件，采用直排會造成較大的材料浪費，可考慮選擇斜排或對排。 （ 2） 斜排 斜排將時制模工作量增大。 （ 3） 對排 選取對排省料幅度較大。比直排省料可達 30%-50%。但需要注意：如果采取送料一次沖一件的方案，即用單凸模，模具結構與直排時基本相同，模具費也相差不大，但只實用于條料，不能用卷料。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 7 （ 4） 混合排 如果將一種零件落料后的廢料作為另一 種工件的原材料，當然也可以提高材料的利用效率。但這種排樣對于小型件既不方便又不安全。而采用混合排是只有兩種零件的板厚與材質相同，并在設計人員的細心安排之下才有可能實現(xiàn)。 如下圖所示三種排樣方法： 圖 4.1 直排 、 對角排 、 斜排 綜上所述 相同個數(shù)的零件采用 直排料面積為 16200 2mm ， 對角排 17360 2mm ，斜排 17020 2mm ， 為了節(jié)省材料 并 結合零件本身的 形狀，本排樣采用直排法。 4.1.2 搭邊值的確定 搭邊值的作用，搭邊是指排樣時零件與條料側邊這間留下的剩料。其作用是使條料定位，保證零件的質量和精度，補償定位誤差，確保沖出合格的零件，并使條料有一定的剛度，不彎曲，便于送進，并能使沖模的壽命提高。為了節(jié)約材料，應選擇合理的搭邊值，它一般與卸料板的形式，條料厚度，沖壓寬度 L 有關。 本設計采用 彈性 卸料板，條料厚度 t 0.5mm,沖壓寬度 L 80mm50mm,查 冷沖模 設計 P60 知：搭邊值 工件間 a 1.8mm，側面 1a 2.0mm1 。 又由于其為中碳剛類型，由經(jīng)驗確定要乘以 0.9 的系數(shù)。所以實際搭邊值： 工件間 搭邊值 a 1.8mm 0.9 1.6mm， 側面 搭邊值 1a 2.0mm 0.9 1.8mm 4.1.3 送料步距與條料寬度計算 條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，用 A 表示。其大小為條 料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離，對于無廢料一模出兩件，送料步距是工件寬度的兩邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 8 倍。 查沖壓工藝與模具設計 P63，條料寬度按 公式 （ 4.1） 計算 2 即 001L B 2 a 2 b (4.1) 式中 L條料公稱寬度 ， mm； B垂直于送料方向的工件尺寸 ,mm； 1a 側搭邊， mm； b 側刃切除的料寬， mm 為剪板機下料公差 ， =0.5mm 條料是由板料剪裁下料而得，為保證送料順利，剪裁時的公差整帶分布規(guī)定上偏差為零，下偏差為負值條料在模具上送進時一般都有導向，當使用導料板導向而又無側壓裝置時，在寬度方向也會產(chǎn)生送料誤差。 另因采用 IA 型側刃每邊增加切入寬度 1.5mm， 所以 條料寬度 L =（ 80+21.8+2 1.5） 00.5 =86.600.5 mm 送料步距 A = 28+1.6=29.6mm 4.1.4 材料利用率 及排樣草圖 通常以一個步距內零件的實際面積與所用毛坯面積的百分率來表示： 1S / 0S ( 1S /LB)100 (4.2) 式中 1S 個步距內零件的實際面積； 0S 個步距內所需毛坯面積； L 送料步距； B 條料寬度。 經(jīng)計算，一個步距內 彈簧片 的實際 有效 面積 1S 約為 1760 mm2 ，一個步距內所需毛坯面積 0S 為 86.659.2 5008.3mm2 ， 如圖 4.2 圖 4.2 彈簧片 排樣草圖 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 9 沖裁單件材料的利用率： 35.6% 因此 選用卷料， 采用單排排樣 ，這樣的材料利用率較合宜，且操作方便