大学毕业论文---体重秤上面板冲压工艺与模具设计.doc

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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 课题提出背景在全世界的钢材中，有60%70%是板材，其中大部分是需要经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冲压工艺已成为现代生产工艺中不可或缺的一步。所谓冲压就是依靠压力机以及模具对板材、带材、管材和型材等施加力的作用，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的冲压件的一种成形加工方法。 中国历来就是一个生产大国，从1953年长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，在走过漫长的发展道路之后，目前我国已形成

2、了300多亿元各类冲压模具的生产能力。同时许多研究机构和大专院校也开展对模具技术的研究和开发，并在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小；而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具等高档模具仍有很大发展空间。1.2 现状及前景体重秤是现代人生活中不可缺少的物件，其简单实用，物美价廉。尤其是近几年，人们对自己的形象以及对美和健康的关注日益增强，使得在人们

3、家中几乎是每家都有一部体重秤。现在的体重秤新产品除了能称量体重外，还可以检测自己的脂肪含量，而且还有一些人性化的附属功能。体重秤的主要用途是能够准确的称量人体的体重，并且通过每日称量的体重变化，反应某段时间的体重控制情况，以掌握全家人的体重情况，保证全家人的健康。 体重秤按组成部件分，可以分为机械式和电子式。随着电子技术在人们生活中应用的日益增多，电子式体重秤也早已被人们所熟练使用，但是机械式体重秤以其抗干扰能力强，以及结构简单等优点也一直被人们所使用。机械式体重秤主要由上、下面板，支架，连杆，刻度盘，指针等几部分组成。本设计的研究对象是体重秤的上面板，在现在的成型工艺中，各大厂家主要选择的是

4、冲压工艺，不过却分为拉深和折弯两大类。所谓冲压1-4就是依靠压力机以及模具对板材、带材、管材和型材等施加力的作用，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的冲压件的一种成形加工方法。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的自动化生产。生产效率高，一般每分钟可生产数百件，被广泛用于产品的大批量生产中。近年来，在机械产品设计制造的行业中，冲压技术已被广泛采用，并取得了很好的成效，伴随着CAD、Pro/E等绘图软件的使用，使冲压工艺得到进一步的开拓，与其他机械产品制造方法相比，冲压工艺有着生产效率高，劳动条

5、件好，生产成本低，自动化程度高等优点，虽然在冲压过程中还存在着其他弊端，诸如：模具寿命短、模具设计及生产周期长等缺点，但从总体来说是利大于弊。并且随着我国模具工业的不断发展，我国的冲压技术必将会得到前所未有的发展。1.3 设计的目的及意义随着我国与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，冲压工艺凭借其生产效率高，劳动条件好，生产成本低，自动化程度高等优势，已得到人们的日益重视。体重秤上面板冲压工艺与模具设计目的和意义是根据产品样品进行测绘，并进一步分析零件的重压工艺性能，设计最佳的冲压方案，并绘出其所需要的模具图。该体重秤上面板虽然看似简单，但其生产工艺却一应俱全，这对我是一个非常好的锻炼

6、，通过此次设计要达成一下目的：（1）掌握冲压工艺的制定过程，并对冲压工艺制定做全面的了解，为日后走向工作岗位做准备；（2）掌握模具设计中刃口的计算与强度校核的方法，以及对模具结构进行合理性分析的方法；（3）通过此次体重秤上面板的模具设计，了解模具的加工过程，并了解模具零件的制造精度；（4）在此次设计中，仔细体会模具设计中的严谨，要严格按照国家标准来表示自己的设计思路和方案。2 工艺方案的确定根据生产条件以及冲压件的技术要求来确定冲压工艺方案，并对该件的所有工序进行合理的安排，选择出一种技术上可行、经济上合理的工艺方案。确定冲压工艺过程需要考虑多方面的问题，其主要内容有：（1）对该冲压件进行工艺

7、分析；（2）通过方案分析比较，确定最佳工艺方案；（3）设计并确定模具的结构形式；（4）合理选择冲压设备。（5）此次设计成品的生产模式：大批量生产，压力设备种类及型号不受限制。（6）技术要求：详见零件图纸。该工件尺寸精度不高，表面略有弧度，且在表面上有一个深为2mm的凹面，凹面上有3对不同长短的加强筋，和7个不规则的孔及2个5的圆孔。另外，该件的边缘整齐，这需要在拉深之后进行切边工序。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的几个重要问题： （1）拉深应进行两次，形成一个凹面； （2）拉深模的制造精度和导向精度应能适应工件厚度，以及模具易摸索的特点； （3）注意该工件表面的弧度；

8、 （4）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； （5）模具设计要从功能性、实用性、经济性以及模具寿命等方面考虑。2.1 对冲压件的工艺性分析该工件是机械式体重秤的上面板，材料厚度为1mm，其主要作用是能承载人体的重量，避免体重秤因重量过大而造成变形，故在其表面有6根长短不一的加强筋，以加强其抗弯能力。该工件的边缘也较为整齐，是通过切边工序来实现的，在切边时大概有以下几种方法1-2：（1） 工件静止，依次对各个边进行切边；（2） 工件旋转，依次对各个边进行切边；（3） 工件静止，一次性对四个边进行切边。 这三种方案中，第一种方案自动化程度低，且逐个进行切边，无疑增加了工作时间，

9、生产效率较低；第二种方案的切边刃设计简单，但要增加一个旋转机构，来实现逐个边得切边操作，增加了该工件的生产成本；第三种方案切边刃的构造与第一种方案的相同，但通过一次性切边，大大减少了工作时间，提高了生产效率。 综上所述，决定采用第三种方案进行切边模设计。2.2 工艺方案的确定2.2.1 冲压工序和工序次数 （1） 落料、拉深 （2）冲孔 （3）压加强筋、拉深凹面 （4）切边2.2.2 最佳方案的选择 根据以上工序，切边工序需要成为整个加工过程的最后一道工序。该工件的加工工序有以下几种方案： 方案一： （1）落料、拉深 （2）冲孔 （3）压加强筋、拉深凹面 （4）切边 方案二： （1）落料、拉深

10、 （2）冲孔 （3）压加强筋 （4）拉深凹面 （5）切边 方案三： （1）落料 （2）冲孔、压加强筋 （3）拉深、拉深凹面 （4）切边 方案分析与选择：方案一和方案二相比较，方案一的工序较少，可以减少模具的数量，从而减少成本；方案一和方案三相比较，方案一可以避免孔类因拉深而产生变形。故方案一最佳，选择方案一，即所确定的工艺方案如下： （1）落料、拉深 （2）冲孔 （3）压加强筋、拉深凹面 （4）切边其加工工序图5-7如下：图 1 冲压成形过程确定工艺方案之后，就可以进行各个工序中模具结构的计算与设计，模具材料的选用，冲压设备的选择等。3 落料、拉深复合模设计 压力机滑块在一次行程中，模具的同一

11、工序上完成二个或二个以上的冲压工序，称复合冲压，该模具称为复合模。 落料、拉深复合模是日常生产中用的较多的一种形式，采用落料拉深复合模可以得到高精度、高质量的拉深件。但是在拉深过程中需要注意凹凸模之间的间隙大小，否则会出现拉裂等缺陷。3.1 毛坯尺寸的计算在进行模具设计之前，要首先对零件的尺寸进行估算、选材，保证模具的设计与零件加工的顺利进行。3.1.1 毛坯尺寸计算 根据图1零件图给定的尺寸，下面对零件的尺寸进行计算。根据面积不变原则8-10进行计算。修边余量的计算： （3.1）系数选择为：0.045通过计算得到：，故。展开长度的计算： （3.2） 式中：l展开长度； H拉深件高度（含修边余

12、量）； rg底部圆角半径。 通过计算得到： 圆角部分按1/4圆筒拉深计算： （3.3） 式中：R半径； H拉深件高度（含修边余量）； rg底部圆角半径。 通过计算得到：又由于该件表面有一弧度，会影响高度h的测量,使得h偏大，并且在最后的工序切边中还要产生一些余量，故在此毛坯尺寸圆整为：300288mm2。圆角部分R=15mm.3.1.2 选材在该工件的加工过程中，要根据实际的量程来选择合适的材料，一般情况下选用1145钢、Q235等型号的板材或钢带。由于Q235的具有良好的延展性能，在此决定选择Q235钢带，其钢带宽度选择为300mm。3.1.3 排样由上一步选材中得到，该设计的材料选择为宽度

13、为300mm的Q235钢带，选择为单排排样，排样方式如图2所示。图 2 排样 材料利用率是衡量排样经济性的标准，是工件的实际面积A0与板料面积A的比值，即 （3.4） 式中 材料利用率； 工件的实际面积，； 所有的材料面积，包括工件面积与废料面积。 工件的实际面积： 所有的材料面积： 材料利用率： 3.2 模具结构设计 在设计模具结构时，应考虑以下两个基本原则： （1）确保模具的寿命 在满足工件的生产要求的情况下，尽量选择较大的凸、凹模间隙以提高模具的寿命，避免凸、凹模产生崩刃、折断等现象。 （2）确保产品的质量要求 在保证工件的加工精度要求的情况下，尽量减小工件的反弹力，以获得满足精度要求的

14、工件。 该件是属于一般的生活用品零件的加工，即其加工精度不高，可以适当选择较大的凸凹模间隙，以保证模具的寿命，降低生产成本。在模具的凸凹模安装时可以适当的增加凸凹模的垫板，以避免上、下模座的过度磨损，保证该件的加工精度。 该件的模具在设计时要注意其凸凹模长度不要太长，过多的增加生产成本。3.2.1 凸、凹模配置复合模根据凸凹模配置位置的不同，分倒装式和顺装式两种，凸凹模在下模的为倒装式，反之为顺装式。该零件面积较小，加工的工件可人为取出，因此，该落料、拉深模可以选择顺装式结构。3.3 落料、拉深模的具体设计3.3.1 压力中心的确定为了保证压力机和模具正常的工作，必须使模具的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则，在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。本次加工的零件是矩件，压力中心即为零件的几何中心。3.3.2 凸、凹模间隙的确定冲裁间隙是直接关系到冲件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消