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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 课题提出的背景模具技术集合了机械、电子、化学、光学等诸多学科，因此模具的发展前景甚广。而我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。此外，在模具工业中冷冲模占得比重较大。在冲压工艺中，冷冲压是一种先进的金属加工方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，来获得所需要的零件形状和尺寸1。基于对材料的作用不同
2、，冷冲压工艺又分为分离工序和成形工序。为了满足零件尺寸与形状精度等方面的要求，冷冲压技术不断发展，主要为工艺分析计算方法日益现代化、模具设计制造技术现代化、生产的自动化和现代化、新的成型工艺、对板料的性质的改变。对于中小型冷冲压件，可在多工位压力机上生产，也可在高速压力机上采用多工位级进模加工。1.2 体重秤连接板生产现状体重秤的作用主要表现在其本质用途上，它能够比较准确的称量物体的重量，分为电子体重秤和机械体重秤，以及带身高尺的体重秤和不带身高尺的体重秤。起连接作用的零件称为连接板（如系杆连接板、支撑连接板、隅撑连接板）。而体重秤连接板能够连接体重秤中的弹簧，受到一定的力。由于受力不大，所以
3、对材料的强度、质量等要求都不高。体重秤连接板是由模具冲压成形的，此零件成形过程中对精度的要求不高，并且为薄板成型选用的原材料为Q235的卷料。其为冷冲压成型，且属于五金成形。体重秤连接板冲压成形工艺可分为分离工序和成形工序。分离工序即为落料、冲孔。成形过程主要为弯曲、翻边等。生产过程中主要考虑定位、送料等比较重要部分。1.3设计目的和意义体重秤的连接板冲压成型的工艺设计过程，即根据产品样本进行测绘，分析零件冲压工艺性，设计出一种技术上可行、经济上合理的工艺方案，最终提高设计、计算与制图能力。31- 31 -2工艺方案的确定冲压工艺方案的确定，是根据一定的生产条件及冲压件的技术条件，对该件所有工
4、序作出合理的安排，找出一种技术上可行、经济上合理的工艺方案。确定冲压工艺过程需要考虑的问题是多方面的，其主要内容有：(1)对冲压件进行工艺分析；(2)通过分析比较，确定最佳工艺方案；(3)确定模具结构形式；(4)合理选择冲压设备。此次设计成品的生产模式：大批量生产，压力机型号不受限制。技术要求：详见零件图。 （a）俯视图 （a）仰视图图2.1 实物该零件为体重秤的连接板，材料较薄，其主要作用是起连接作用。零件外形不对称，无尖角或其他形状突变，为典型的板材冲压件。零件外形除底面有平面度要求外其他均无公差要求，并且所用材料为卷料。通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的薄板冲压成型件，尺寸精度要求
5、不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此可以用冲压成方法生产。同时，如果工序顺序不同则定位等随之发生变化，最终使设备的外形变化。综上所述，虽然工件尺寸不大，但是为了加工过程简单，要对零件的加工工序进行必要的最优方案分析。在进行工艺方案分析之前，首先要考虑解决好工艺与模具设计中几个重要问题：(1)模具主要工作部分的强度和耐磨性应适应冲压材料强度的特点；(2)模具设计的功用性、实用性、经济性、寿命等方面的考虑。(3)工艺方案和模具结构应保证能达到冲压件要求的精度、外形。图2.2 零件图2.1对冲压件的工艺分析该零件为体重秤的连接板，材料较薄，其主要作用是起连接作用。零件外形不对称，无尖角或其他
6、形状突变，为典型的板材冲压件。零件外形除底面有平面度要求外其他均无公差要求，并且所用材料为卷料。通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的薄板冲压成型件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此可以用冲压成方法生产。对中间不规则方孔的弯曲、零件上舌形、斜度为17弯曲成形要认真考虑，因为如果加工顺序不同，定位不同，加工过程中可能发生干涉，最终使零件加工出现不可修复的破坏。2.2 确定工艺方案2.2.1冲压工序性质和工序次数(a)落料；(b)冲的孔一个；(c)冲7.5的孔一个；(d)中间宽14.1mm、长33.1mm不规则方孔；(e)冲两个7.93.2的方孔；(f)冲一个15.93.
7、7的方孔；(g)斜冲圆与方孔的组合；(h)对120.548.9的板材翻边；(i)对中间不规则方孔翻边；(j)弯曲成向视图C(如图2.2)； (k)压筋；(l)冲压12.82。2.2.2选择最优方案根据以上工序，可以作出下列各种组合方案：方案(1)：落料冲的孔、冲不规则方孔、冲7.93.2、15.93.7的方孔对中间不规则方孔弯曲、120.548.9的板材翻边弯曲成向视图C(图2)压筋、冲压12.82、舌形成形。方案(2):落料冲6.1、7.5的孔冲不规则方孔对中间不规则方孔翻边冲7.93.2、15.93.7的方孔对120.548.9的板材弯曲压筋、冲压12.82、舌形成形 弯曲成向视图C(图2
8、.2)。方案(3)：落料和冲零件上所有孔对中间不规则方孔翻边对120.548.9的板材弯曲弯曲成向视图C(图2.2) 压筋、冲压12.82、舌形成形。对以上方案进行分析：方案(1)从生产效率上看，模具结构和寿命方面考虑，将各种孔组合到一起进行冲压，有助于提高生产效率，并且成形放在最后，则第四道工序和第五道工序中的舌形成形不会发生干涉，有助于定位，操作比较简单。方案(2), 从模具结构和寿命方面考虑，将各道工序分开有助于降低冲裁力和提高模具寿命，同时模具结构比较简单，操作比较方便，但生产效率比较低。同时把弯曲成C向视图(图2)，定位比较困难，加工不方便。参考文献3P1418（a）落料(b)冲孔(
9、c) 弯曲翻边(d)弯曲(e) 压筋、冲压12.82、舌形成形图2.3 工序图方案(3),落料和零件上的孔采用复合模组合，优点是节省了工序和设备，可以提高生产效率，但模具结构复杂，冲裁力也比较大，模壁强度较差，模具容易磨损或破坏，因此不宜采用。综上所述，从生产效率、模具结构、寿命方面以及冲压后零件精度等各方面考虑，方案一是比较合理的。确定了工艺方案以后，就可以进行该方案的模具结构形式的确定，各工序的冲压力计算和冲压设备的选用。所定的工艺方案如下：(1)落料；(2)冲的孔、冲不规则方孔、冲7.93.2、15.93.7的方孔；(3)对中间不规则方孔弯曲、120.548.9的板材翻边；(4)弯曲成向
10、视图C(如图2.2) ；(5) 压筋、冲压12.82、舌形成形。确定了工艺方案之后，就可以进行各道工序中模具结构形式的设计和计算，模具材料选用，冲压设备的选用等。3落料模设计冲裁是利用模具是板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、切边等。用它可以制作零件或者微弯曲、拉伸、成形等工序准备毛坯。从板料上冲下所需形状(毛坯)叫落料。单工序模又叫简单模，是指在压力机的一次行程内，只完成一道工序的模具，如落料模。3.1毛坯尺寸计算在进行模具设计之前，要先对零件进行尺寸估算、选材，以便模具设计和零件的加工。3.1.1毛坯尺寸的计算根据老师所给实物的测量得出其各部分的尺寸，然后对零件的展开毛坯进行尺寸
11、计算。由于零件不是规则的盒形或回转体，并且其毛坯外形尺寸主要是通过翻边和弯曲公式得到。该零件是经过压缩类翻边，在压缩类平面翻边时，除了靠近竖边根部缘角半径附近的金属变形外，其余部分处于切向压应力和径向拉应力的作用下，产生的企鹅想变性和径向伸长变形，可见压缩类平面翻边的应力状态和变形特点和拉伸基本相同，则可按拉深对毛坯进行计算。 图3.1 毛坯此为一次拉深成形不封闭矩形盒，其毛坯尺寸计算如下：先将直边按弯曲计算，圆角部分按0.25圆筒拉深计算，于是得出毛坯外形，然后再进行修正，则得毛坯外形。按弯曲展开的直线部分的长度为 =h+0.57 (3.1)式中 h矩形盒高度； 矩形盒底部圆角。圆角部分按0
12、.25圆筒拉深计算，得 R = (3.2)由上得毛坯的尺寸(如图3.1)。 3.1.2选材连接板根据所用场合、受力大小的不同，其所用材料不尽相同。在选取连接板的材料时起受力直接决定材料性质。而体重秤连接板主要是连接弹簧，其受力不大，则所用材料为Q2354。由于体重秤连接板属于简单的五金件，对精度要求不高，无形位公差等，其经过冲压加工成形后并不需要额外的热处理。冷冲压所用材料一般为小于4mm的板料、条料、带料等。板料按厚度分可分为薄板、中板、厚板、特厚板；按生产方法可分为热轧钢板、冷轧钢板。板料冲压，它是利用冲模使板料产生变形或分离，而获得具有一定形状和尺寸的锻压件的工艺方法。本零件可选用板料或
13、者卷料(卷料即紧紧地卷绕成圆柱状的连续的带料),而综合考虑生产经济性等，最终选定卷料。3.1.3排样在冲压零件的成本中，材料费用占60%以上，因此材料的经济的利用是一个重要问题。冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。排样方法主要分为有废料排样、少废料排样、无废料排样。有废料排样即有一定的搭边。搭边是工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边能够补偿定位误差，从而得到合格的产品1。此外，搭边还可以使条料获得一定刚度，有助于送料。搭边值的大小主要与材料的机械性能、工件的形状和尺寸、材料的厚度以及送料与挡料方式有关。由表2-111查得沿送进方向的搭边a=1.8mm,侧向搭边=1.5mm，有
14、两种排样方式(a)、(b)，由材料利用率公式：% (3.3)式中：材料利用率；工件的实际面积，为；所用的材料面积，包括工件面积和材料面积。得两种单排方式的材料利用率分别为88.7、87.6。图3.2(a)所示排样方式材料利用率高，则选用此种排样方式。(a)(b)图3.2 排样方式3.2模具结构形式的确定在工艺方案分析和比较中已选用了模具种类，选用模具是一般有落料模，冲孔模，弯曲翻边复合模，弯曲模，成形模。在选择合适的模具结构，使它尽可能满足下列要求：(1)能冲出符合要求的零件的模具；(2)能提高生产率；(3)模具制造和修模方便；(4)模具有足够的寿命；(5)模具易于安装调整，且操作方便、安全。所冲裁的板料较薄，但由于所需零件的精度不高，因此所选模具并不是高精度模具。此外，零件为大批量生产。由于零件成形所需力并不大，并且大部分为小变形成形，因此在选用模具时，可通过计算、经验、查表确定凸模、凹模、上模座及固定板、垫板等零件的尺寸。设计制造时应注意以下几点：(1) 应使凸模长度不能过长，使其工作时不易折断；(2) 要合理的选用间隙，从而保证零件制品断面质量、提高模具寿命、降低冲裁力；(3)为了防止过大的冲压力在上下模板上压出凹坑，影响模具正常工作，一般要安装垫板，承受凸模压力；(4)选用导柱式模具，导柱导套为圆形，加工比较方便凸凹
