汽車輪速傳感器墊片模具設計【長方形-中間跑道形】【17張CAD圖紙+說明書全套文件】
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紫瑯職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計任務書 系部名稱 機電工程系 專業(yè)班級 模具 5091 學生姓名 吳向東 指導教師姓名 金亞云 設計題目 汽車輪速傳感器墊片模具設計 撰寫畢業(yè)設計的目的 撰寫畢業(yè)設計的目的是總結和檢驗學生在學校期間的學習成果 培養(yǎng)學生綜合運用 所學的專業(yè)知識以及專業(yè)技能進行獨立分析和解決問題的能力 使學生受到科學研究的 基本訓練 達到專業(yè)素質培養(yǎng)目標的要求 通過撰寫畢業(yè)設計強化學生對專業(yè)理論知識 和專業(yè)技能的理解和掌握 培養(yǎng)學生收集資料和調查研究的能力 培養(yǎng)學生進行專業(yè)理 論分析及論證的能力 撰寫畢業(yè)設計要求 1 要求一定要有結合實際的對某具體課題進行有獨立見解的論證 并要求有一定的 技術含量 2 設計應該在所規(guī)定的時限內完成 3 書面材料 框架及字數(shù)應符合規(guī)定 4 學會查閱有關的技術資料和相關的規(guī)范 5 掌握相關規(guī)范的選擇和運用 撰寫畢業(yè)設計進度安排 序號 時間 內容 1 2011年 11 月 14日 熟悉撰寫畢業(yè)設計的要求 查閱資料 進行調研 2 2011年 11 月 15日 確定設計題目 3 2011年 12 月 16日 擬寫開題報告交老師審核 4 2012年 3 月 16日 畢業(yè)設計初稿交老師審核 5 2012年 4 月 27日 畢業(yè)設計二稿交老師審核 6 2012年 5 月 28日 畢業(yè)設計終稿交老師審核 7 2012年 5 月 28日 回校準備設計答辯 8 2012年 6 月 2 3 日 畢業(yè)設計答辯 紫瑯職業(yè)技術學院 2012 屆 模具設計與制造 專業(yè)畢業(yè)設計開題報告 姓名 吳向東 系部 機電工程系 專業(yè) 模具設計與制造 班級 模具 5091 題目 汽車輪速傳感器墊片模具設計 一 選題背景 目的及意義 背景 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備 是技術密集型產(chǎn)品 沖壓件的 質量 生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等 與模具設計和制造有直接關系 模具設計與制 造技術水平的高低 是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一 在很大 程度上決定著產(chǎn)品的質量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 目的 完成總裝配圖一張 工作部分零件圖及非標準零件圖 并寫模具設計說明 書一份 意義 用學過的專業(yè)知識 結合實踐 對問題進行思考 對某一個產(chǎn)品進行模具 設計 在設計過程中提出自己的分析 見解或方案 通過老師的指導解決難題 二 主要內容及提綱 需緊密結合論題 提綱中應包含一級和二級目錄 1 緒論 2 設計課題及設計任務 3 工藝方案分析及確定 4 工藝設計與計算 5 凸 凹模刃口尺寸確定 5 1 凸模尺寸 5 2 凹模尺寸 5 3 凸 凹模刃口尺寸 6 其他零件 6 1 導料板 6 2 側刃 側刃擋塊 6 3 卸料版 6 4 凸模固定板 6 5 上下墊板 6 6 橡膠 6 7 上下模座 7 典型零件加工工藝方案 8 沖壓設備選用 三 主要方法和措施 通過嚴謹?shù)膽B(tài)度 廣泛的查閱 深入的研究 對閱讀文獻進行細致的歸納 1 帶著課題進行社會實踐并收集離合器相關資料 2 深入學習離合器的結構及控制工作原理與檢修 3 獨立完成畢業(yè)設計 4 大量閱讀有關資料 深入到社會調研 四 主要參考文獻 1 吳元徽 趙利群 模具材料與熱處理 M 大連 大連理工大學出版社 2007 1 2 馬朝興 沖壓工藝與模具設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2006 4 3 徐政坤 沖壓模具設計與制造 M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 1 4 曾珊琪 丁毅 模具壽命與失效 M 北京 化學工業(yè)出版社 2002 5 5 吳兆祥 高楓 模具材料及表面處理 M 北京 高等教育出版社 2006 2 6 王德文 提高模具壽命應用技術實例 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 5 五 畢業(yè)設計推進計劃 2011 年 11 月 14 日 12 月 4 日 依照任務書的要求準備草案 閱讀文獻 收集資 料 2011 年 12 月 5 日 12 月 15 日 確定方案 撰寫設計開題報告 并交指導老師審 核 2011 年 12 月 15 日 2011 年 3 月 14 日 完成初稿 交老師審核 2012 年 3 月 15 日 4 月 26 日 完成二稿 交老師審核 2012 年 4 月 26 日 5 月 28 日 定稿并提交畢業(yè)設計相關資料 準備答辯 2012 年 6 月 2 日 6 月 3 日 答辯 學生簽名 年 月 日 指導教師意見 對選題的有效性 研究方法的正確性 課題的廣度 深度的意見 及開題是否通過 通過 修改后通過 未通過 指導教師簽名 年 月 日 注 開題報告裝訂在畢業(yè)設計任務書后 開題是否通過請指導教師在括號內打 紫瑯職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 題 目 汽車輪速傳感器墊片模具設計 副 標 題 學 生 姓 名 吳向東 所在系 專業(yè) 機電工程系 模具設計與制造 班 級 模具 5091 指 導 教 師 金亞云 日 期 2012 05 29 摘 要 I 摘 要 本文應用所學到的理論知識 分析了墊片的結構和成形工藝 計算了毛坯尺寸和沖壓力 為了提高墊片的生產(chǎn)效率 設計了級進模的結構 經(jīng)過工藝分析 結構設計 論證了其可能 性 保證了制品的質量 在模具設計中 為了提高速度和效率 充分利用已經(jīng)掌握的知識和資 源 利用沖模設計手冊軟件版快速設計沖壓模具 實踐證明 確實提高了設計的速度和效率 本模具設計中 由于卸料力較大 采用了組合彈簧力較大的優(yōu)點解決了這一問題 在模具結構 中 用頂板做凸模的定位元件 由于配合定位的距離小 容易造成凸模的折斷 因而設計了凹模 導向凸模 增強了凸模的強度 關鍵詞 落料 墊片 級進模 模具設計 目 錄 I 目 錄 摘 要 I 目 錄 I 1 緒論 1 2 設計課題及設計任務 1 2 1 課題研究的目的和基本要求 1 2 1 1 目的 1 2 1 2 基本要求 1 2 2 設計任務書 1 3 工藝方案分析及確定 2 3 1 零件的工藝分析 2 3 1 1 工藝方案的確定 2 3 1 2 排樣的確定 2 3 1 3 排樣及排樣方式的確定 2 3 1 4 條料寬度 3 3 1 5 搭邊及搭邊值 3 3 1 6 材料的利用率 3 4 工藝設計與計算 4 4 1 沖壓力與沖壓中心的計算 4 4 1 1 沖裁力的計算 4 4 1 2 卸料力 推件力計算 4 4 1 3 壓力機公稱壓力的確定 5 4 2 壓力中心的計算 5 5 凸 凹模刃口尺寸確定 5 5 1 凹模尺寸 5 5 2 凸模尺寸 5 5 3 凸凹模刃口尺寸 6 6 其他零件 7 6 1 導料板 7 6 2 側刃 側刃擋塊 7 6 3 卸料版 7 6 4 凸模固定板 7 6 5 上下墊板 8 6 6 橡膠 8 汽車輪速傳感器墊片模具設計 II 6 7 上下模座 8 7 典型零件加工工藝方案 8 8 沖壓設備選用 8 致 謝 1 參考文獻 2 汽車輪速傳感器墊片模具設計 0 1 緒論 沖壓模具是模具中最為廣泛的模具之一 特別是隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展 沖壓工藝理 論與技術的發(fā)展 以及計算機技術的發(fā)展 使得沖壓模具設計與制造方法發(fā)生了根本的變革 隨著汽車在現(xiàn)代生活中扮演越來越重要的角色 對汽車的零部件需求也是越來越大 此墊片 用于汽車輪速傳感器與 ESP 汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng) 之間 作為緊固件 本文通過所學知識分析 墊片的結構和成形工藝 計算了毛坯尺寸和沖壓力 為了提高墊片的生產(chǎn)效率 設計了級進 模的結構 經(jīng)過工藝分析 結構設計 論證了其可能性 保證了制品的質量 2 設計課題及設計任務 2 1 課題研究的目的和基本要求 2 1 1 目的 用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實踐知識 進行一項冷沖模設計的實際訓練 從而培 養(yǎng)和提高學生獨立工作的能力 擴充 冷沖模設計 課程所學內容 掌握冷沖壓模具設計的方法和步驟 掌握冷沖壓模具設計的基本知識 如查閱設計資料手冊 熟悉標準規(guī)范 計算和繪圖 等 2 1 2 基本要求 達到課題研究的目的所提的要求 以生產(chǎn)者的身份來設計模具 為求所設計模具適合在現(xiàn)有設備條件下生產(chǎn) 即要結合 生產(chǎn)實際 又要滿足生產(chǎn)要求 更要提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益 2 2 設計任務書 本設計為墊片級進模具 工件如圖 1 所示 圖 1 零件圖 技術要求 1 零件名稱 汽車輪速傳感器墊片 2 生產(chǎn)批量 大批 3 材料 H62 M 4 厚度 t 1 6mm 汽車輪速傳感器墊片模具設計 1 3 工藝方案分析及確定 3 1 零件的工藝分析 工藝性其實也就是從成本 制造性 使用性方面考慮 比方?jīng)_裁件 在不必要的情況下 去掉銳角 倒成圓角 以降低凸凹模磨損崩刃的可能性 且對后續(xù)的涂裝有好處 涂料在銳 角處的附著性差 沖孔工序圓孔的工藝性最好 對于一些不宜用形狀定位的可前序增設工 藝孔 這些都是從制造工藝上考慮的 從成本上考慮就是落料件的搭邊和排樣 在滿足技術 要求的情況下盡量使用最小允許值 以提高材料利用率 1 材料 H62 M 軟黃銅 具有良好的沖壓性能 2 該零件形狀簡單 孔邊距遠大于凸 凹模允許的最小壁厚 故可以考慮采用復合沖 壓工序 3 零件尺寸按未注公差確定 而在沖壓工序中一般按 IT14 級確定 3 1 1 工藝方案的確定 零件包括落料和沖孔兩個基本工序 可采用級進沖裁 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案可以達到較好的零件質量和避免模具強度不夠的問題 根據(jù)以上分析 該零件采用級進沖裁工藝方案 由于級進模工位數(shù)較多 因而用級進模沖制零件 必須解決條料或帶料的準確定位問題 才可能保證沖壓件的質量 根據(jù)級進模定位零件的特征 級進模有以下兩種典型結構 方案一 固定擋料銷和導正銷定位的級進模 工作時 用手按入始用擋料銷限定條料的初始位置 進行沖孔 始用擋料銷在彈簧作用 下復位后 條料再送進一個步距 以固定擋料銷粗定位 落料時以裝在落料凸模端面上的導 正進行精定位 保證零件上的孔與外圓的相對位置精度 模具的導板兼作卸料板和導料板 采用這種級進模 當沖壓件的形狀不適合在工件上直接定位時 可在條料上的廢料部分沖出 工藝孔 利用裝在凸模固定板上的導正銷進行導正 方案二 側刃定距的級進模 側刃是特殊功用的凸模 其作用是在壓力機每次沖壓行程中 沿條料邊緣切下一塊等于 步距的料邊 由于沿送料方向上 在側刃前后兩導料間距不同 前寬后窄形成一個凸肩 所 以條料上只有切去料邊的部分方能通過 通過的距離即等于步距 為了減少料尾損耗 尤其 工位較多的級進模 可采用兩個側刃前后對角排列 該模具就是這樣排列的 綜合考慮以上方案 由于零件尺寸較小 材料厚度較薄 為了便于操作和保證零件的精 度 宜采用方案二 即導料板導向 側刃定距的定位方式 為了減小料頭和料尾的材料消耗 和提高定距的可靠性 采用雙側刃前后對角布置 3 1 2 排樣的確定 在沖壓生產(chǎn)中 節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義 特別是在大批量生產(chǎn)中 較 好地確定沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一 3 1 3 排樣及排樣方式的確定 排樣是指沖裁件在條料 帶料或板料上的布置方法 本產(chǎn)品排樣方式采用有廢料排樣 汽車輪速傳感器墊片模具設計 2 模具沿工件的外輪廓進行沖裁 工件周邊都留有搭邊 3 1 4 條料寬度 因模具采用側刃定距 故采用下式計算 B 0 Lmax 1 5a nb1 0 式中 Lmax 條料寬度方向沖裁件最大尺寸 a 側搭邊值 見表 2 5 2 5 n 側刃數(shù) b1 側刃沖切的料邊寬度 見表 2 5 6 2 B 0 60 90 5 1 5 2 2 2 2 0 60 97 5 0 60 3 1 5 搭邊及搭邊值 排樣時工件之間以及工件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊 搭邊的作用是補償條料的 定位誤差 保證沖出合格的工件 保持條料有一定的剛度 便于送料 考慮到材料的利用 以及采用手工送料 有側壓裝置的模具 搭邊值一般由經(jīng)驗確定 表 2 5 2 3 列出常用的沖裁的最小搭邊值 圖 2 排樣圖 查表得 工件間 a1 取 2 0 側面 a 取 2 2 綜合上述計算得出圖 2 3 1 6 材料的利用率 一個進距的材料利用率 的計算公式為 100 Bs A 式中 A 沖裁面積 B 條料寬度 s 進距 84 47 247 59 1868124 13 汽車輪速傳感器墊片模具設計 3 根據(jù)采購的鋼板規(guī)格為 900mm 1250mm 每張鋼板可以剪成 12 張 97 5mm 900mm 條料 每張條料可以沖下 37 個零件 一張板料上總的材料利用率 總 LB Asn 式中 N 一張板料上沖裁件總數(shù) As 一個沖裁件的實際面積 L 板料長度 B 板料寬度 總 83 34 907 5 613 4 工藝設計與計算 4 1 沖壓力與沖壓中心的計算 4 1 1 沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了確定壓力機的額定壓力 因此要計算最大沖裁力 則沖裁力可 按下式計算 F KLt b Lt b 式中 K 系數(shù) 一般取 1 3 L 沖裁件周長 mm T 材料厚度 mm 材料抗剪強度 MP b 材料抗拉強度 MP F 落料 1 3Lt Lt b 220 6 1 6 300 105 9kN F 沖孔 1 3Lt Lt b 98 84 1 6 300 47 4kN 查表 7 4 1 得 H62 M 抗拉強度為 300MP 4 1 2 卸料力 推件力計算 由于影響卸料力 推件力的因素很多 無法準確計算 在生產(chǎn)中均采用下列經(jīng)驗公式計 算 卸料力 Fx KxF 推件力 Ft nKtF 式中 F 沖裁力 Kx Kt 卸料力 推件力系數(shù) 見表 2 6 1 2 n 卡在凹模內的沖裁件數(shù) 卸料力 Fx KxF 0 06 105 9 6 3kN 推件力 Ft nKtF 0 09 12 47 4 51 2kN 4 1 3 壓力機公稱壓力的確定 FZ F 落料 Fx Ft F 沖孔 105 9 47 4 6 3 51 2 210 8kN 汽車輪速傳感器墊片模具設計 4 4 2 壓力中心的計算 該零件是對稱的 所以壓力中心在該零件的幾何中心 如圖 3 所示 圖 3 產(chǎn)品圖 5 凸 凹模刃口尺寸確定 5 1 凹模尺寸 1 凹模厚度 H Kb 15mm 式中 K 系數(shù)查表 2 9 5 2 得 90 b 垂直于送料方向度量的凹??鬃畲蟪叽?H Kb 90 0 3 27mm 2 凹模邊緣壁厚 C 1 5 2 H 40 5 54mm 實取 C 50mm 3 凹模邊長 L L b 2C 89 57 2 50 189 57mm 4 凹模寬度 B B l 2C 21 74 2 50 121 74mm 查國家標準手冊 UDC 621 961 02 GB 2873 1 81 查得 凹模板長度 A 200mm 寬度 B 160mm 汽車輪速傳感器墊片模具設計 5 5 2 凸模尺寸 落料凸模刃口部分為非圓形 為便于凸模和固定板的加工 可設計成階梯形結構 并將 安裝部分設計成便于加工的長圓形 通過鉚接方式與凸模固定板固定 凸模的尺寸根據(jù)刃口 尺寸 卸料裝置和安裝固定要求確定 如圖 5 所示 圖 5 凸 凹模 5 3 凸凹模刃口尺寸 凸 凹模分開加工由于材料薄 模具間隙小 故凸 凹模采用配作加工為宜 配作法就 是先按設計尺寸制造出一個基準件 凸?;虬寄?然后根據(jù)基準件的實際尺寸按間隙配制 另一件 這種加工方法特點是模具的間隙有配制保證 刃口尺寸的計算方法如下表 4 表 4 刃口 尺寸 計算基本尺寸及分 類 沖裁間隙 磨損系數(shù) 計算公式 制造公差 計算結果 900 0 87 4 89 570 0 217 220 0 52 21 740 0 13 落料凹模 20 0 25 Aj A max X 0 0 25 4 1 870 0 0625 46 0 6 2 0 46 31 0 0 155 沖孔凸模 6 0 3 0 Zmin 0 22 Zmax 0 26 Zmax Zmin 0 26 0 22 0 04 工件公差 等級為 IT14級 故 x 0 5 Bj B min X 0 0 25 46 150 0 075 汽車輪速傳感器墊片模具設計 6 6 其他零件 6 1 導料板 在固定卸料式?jīng)_模和級進模沖裁中 條料的橫向定位使用導料板 導料板一般由兩塊組成 稱為分體式導料板 在簡單落料模上 有時將導料板與固定卸 料板制成一體 稱為整體式導料板 采用整體式導料板的模具 結構簡單 但是 固定卸料 板的加工量較大 且不便于安裝調整 為了使條料順利通過 兩導料板間距離應該等于條料 最大寬度加上一個間隙值 導料板高度取決于擋料方式和板料厚度 導料板高度見表 9 2 3 查表得 h 為 8mm 導料板的平面形狀與凹模相同 l 160mm B 100mm 其厚度 h 8mm 6 2 側刃 側刃擋塊 按側刃的工作端面形狀分平面型和臺階型兩類 每類又有三個型號 A 型 B 型 C 型 臺階型的多用于厚度為 1mm 以下的板料的沖裁 沖裁前凸出部分先進入凹模導向 以免由 于側壓力導致側刃損壞 側刃斷面的關鍵尺寸的寬度 b 其它尺寸按 GB 7648 1 1994 規(guī)定 寬度 b 原則上等于 送料步距 但對于長方形側刃和導正銷兼用的模具 其寬度為 b s 0 05 0 1 式中 b 側刃寬度 mm S 送進步距 mm b 24 0 1 24 1mm 側刃擋塊選擇為長方體 尺寸為 8 6 35mm 6 3 卸料版 彈性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸 厚度取凹模厚度的 0 6 0 8 倍 所以卸料板厚度取 H 0 6 27 16 2mm 取 17mm 綜上所述卸料板長度 A 200mm 寬度 B 160mm 厚度 H 17mm 當卸料板對凸模起導向作用時 卸料板與凸模間按 H7 h6 配合 但其間隙應該比凸 凹 模間隙小 此時凸模與固定板按 H7 h6 或 H8 h7 配合 此外 為了便于可靠卸料 在模具開 啟狀態(tài)時 卸料板工作平面應該高出凸模刃口端面 0 3 0 5mm 卸料板凸臺部分的高度為 h H 0 1 0 3 t 式中 h 卸料板凸臺高度 H 導料板高度 t 條料厚度 h 8 0 1 0 3 1 6 7 6mm 彈性卸料板的壓料面應凸出凸模端面 0 2 0 5mm 所以取臺階高度 H1 7 1mm 6 4 凸模固定板 標準凸模固定板有圓形 矩形和單固定板等多種型式 選用時 根據(jù)凸模固定和緊固件 汽車輪速傳感器墊片模具設計 7 合理布置的需要確定其輪廓尺寸 其厚度一般為凹模厚度的 60 80 凸模固定板的平面形狀與凹模相同 L 200mm B 160mm 其厚度一般為凹模厚度的 60 80 所以凸模固定板的尺寸為 200 160 18mm 6 5 上下墊板 在凸模固定板與上模座之間加一塊淬硬的墊板 可避免硬度較低的模座因局部受凸模較 大的沖擊力而出現(xiàn)凹陷 致使凸模松動 拼塊凹模與下模座之間也加墊板 墊板的平面形狀尺寸與固定板相同 L 200mm B 160mm 其厚度一般為 6 10mm 取 8mm 6 6 橡膠 根據(jù)工藝性質和模具結構確定橡膠性能 形狀和數(shù)量 沖裁卸料用較硬橡膠 拉伸用較 軟橡膠 本模具采用較硬橡膠 材料選用聚氨酯 橡膠板高度為 H0 30 5 2 H 式中 H1 壓縮高度 H0 橡膠原高度 設 H1 為 5mm 則 H0 20mm 橡膠外形 為 200 160 20mm 6 7 上下模座 采用對角導柱模架 標準間 與上下墊板配合 7 典型零件加工工藝方案 以凹模板的加工為例 典型零件的加工工藝為 備料 熱處理 洗平面 鉗工 磨平面 熱處理 線切割 工藝過程如表 6 表 6 工藝過程 序號 工序名稱 工序的主要內容 1 備料 根據(jù)圖紙下適合的毛胚料 2 熱處理 退火 3 銑平面 銑六平面 4 鉗工 劃線 打螺紋孔 銷釘孔和穿絲孔 5 磨平面 光上下平面至圖紙要求 6 熱處理 淬火 回火達到硬度要求 7 線切割 線割內型 保證間隙達到要求 汽車輪速傳感器墊片模具設計 8 8 沖壓設備選用 根據(jù)總的沖裁力必須小于或等于壓力機的公稱壓力 故選壓力機型號 故選壓力機型號為開式壓力機其技術規(guī)格如下 標準壓力 110kN 滑塊行程 40mm 行程次數(shù) 200 次 min 最大封閉高度 160mm 封閉高度調節(jié)量 35mm 致謝 9 致 謝 五年的大學生活就快走入尾聲 我的校園生活即將就要劃上句號 心中是無盡的難舍與 眷戀 從這里走出 對我的人生來說 將是踏上一個新的征程 要把所學的知識應用到實際 工作中去 回首五年 取得了很多成績 生活中有快樂也有艱辛 感謝老師們五年來對我孜孜不倦 的教誨和無微不至關懷 使我在關心和愛護下度過難忘的五年大學生活 學友情深 情同兄妹 五年的風風雨雨 我們一同走過 充滿著關愛 給我留下了值得 珍藏而又最美好的回憶 在我的十幾年求學歷程里 離不開家長的鼓勵和支持 是他們辛勤的勞作 無私的付出 為我創(chuàng)造良好的學習條件 我才能順利完成學業(yè) 感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育 最后 我要特別感謝我的論文輔導老師和參加我論文答辯老師 是他們在我畢業(yè)的最后 關頭給了我巨大的幫助與不斷的鼓勵 使我能夠順利完成畢業(yè)論文設計 我在此表示真誠的感謝 參考文獻 10 參考文獻 1 吳元徽 趙利群 模具材料與熱處理 M 大連 大連理工大學出版社 2007 1 2 馬朝興 沖壓工藝與模具設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2006 4 3 徐政坤 沖壓模具設計與制造 M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 1 4 曾珊琪 丁毅 模具壽命與失效 M 北京 化學工業(yè)出版社 2002 5 5 吳兆祥 高楓 模具材料及表面處理 M 北京 高等教育出版社 2006 2 6 王德文 提高模具壽命應用技術實例 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 5 沖壓成形與板材沖壓 1 概述 通過模具使板材產(chǎn)生塑性變形而獲得成品零件的一次成形工藝方法叫做 沖壓 由于沖壓通常在冷態(tài)下進行 因此也稱為冷沖壓 只有當板材厚度超 過 8 100mm 時 才采用熱沖壓 沖壓加工的原材料一般為板材或帶材 故也 稱板材沖壓 某些非金屬板材 如膠木板 云母片 石棉 皮革等 亦可采 用沖壓成形工藝進行加工 沖壓廣泛應用于金屬制品各行業(yè)中 尤其在汽車 儀表 軍工 家用電 器等工業(yè)中占有極其重要的地位 沖壓成形需研究工藝設備和模具三類基本 問題 板材沖壓具有下列特點 1 高的材料利用率 2 可加工薄壁 形狀復雜的零件 3 沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好 4 能獲得質量輕而強度高 剛性好的零件 5 生產(chǎn)率高 操作簡單 容易實現(xiàn)機械化和自動化 沖壓模具制作成本高 因此適合大批量生產(chǎn) 對于小批量 多品種生產(chǎn) 常采用簡易沖模 同時引進沖壓加工中心等新型設備 以滿足市場求新求變 的需求 板材沖壓常用的金屬材料有低碳鋼 銅 鋁 鎂合金及高塑性的合 金剛等 如前所述 材料形狀有板材和帶材 沖壓生產(chǎn)設備有剪床和沖床 剪床是用來將板材剪切成具有一定寬度的 條料 以供后續(xù)沖壓工序使用 沖床可用于剪切及成形 2 沖壓成形的特點 生產(chǎn)時間中所采用的沖壓成形工藝方法有很多 具有多種形式餓名稱 但塑性變形本質是相同的 沖壓成形具有如下幾個非常突出的特點 1 垂直于板面方向的單位面積上的壓力 其數(shù)值不大便足以在板面方 向上使 板材產(chǎn)生塑性變形 由于垂直于板面方向上的單位面積上壓力的素 質遠小于板面方向上的內應力 所以大多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當作平 面應力狀態(tài)來處理 使其變形力學的分析和工藝參數(shù)的計算大呢感工作都得 到很大的簡化 2 由于沖壓成形用的板材毛胚的相對厚度很小 在壓應力作用下的抗 失穩(wěn)能力也很差 所以在沒有抗失穩(wěn)裝置 如壓邊圈等 的條件下 很難在 自由狀態(tài)下順利地完成沖壓成形過程 因此 以拉應力作用為主的伸長類沖 壓成形過程多于以壓應力作用為主的壓縮類成形過程 3 沖壓成形時 板材毛胚內應力的數(shù)值等于或小于材料的屈服應力 在這一點上 沖壓成形與體積成形的差別很大 因此 在沖壓成形時變形區(qū) 應力狀態(tài)中的靜水壓力成分對成形極限與變形抗力的影響 已失去其在體積 成形時的重要程度 有些情況下 甚至可以完全不予考慮 即使有必要考慮 時 其處理方法也不相同 4 在沖壓成形時 模具對板材毛胚作用力所形成的約束作用較輕 不 像體積成形 如模鍛 是靠與制件形狀完全相同的型腔對毛胚進行全面接觸 而實現(xiàn)的強制成形 在沖壓成形中 大多數(shù)情況下 板材毛胚都有某種程度 的自由度 常常是只有一個表面與模具接觸 甚至有時存在板材兩側表面都 有于模具接觸的變形部分 在這種情況下 這部分毛胚的變形是靠模具對其 相鄰部分施加的外力實現(xiàn)其控制作用的 例如 球面和錐面零件成形時的懸 空部分和管胚端部的卷邊成形都屬這種情況 由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學方面的特點 致使沖壓技術也 形成了一些與體積成形不同的特點 由于不需要在板材毛的表面施加很大的 單位壓力即可使其成形 所以在沖壓技術中關于模具強度與剛度的研究并不 十分重要 相反卻發(fā)展了學多簡易模具技術 由于相同原因 也促使靠氣體或液體壓力成形的工藝方法得以發(fā)展 因 沖壓成形時的平面應力狀態(tài)或更為單純的應變狀態(tài) 與體積成形相比 當 前對沖壓成形匯中毛胚的變形與 力能參數(shù)方面的研究較為深入 有條件運 用合理的科學方法進行沖壓加工 借助于電子計算機與先進的測試手段 在 對板材性能與沖壓變形參數(shù)進行實時測量與分析基礎上 實現(xiàn)沖壓過程智能 化控制的研究工作也在開展 人們在對沖壓成形過程有離開較為深入的了解 后 已經(jīng)認識到?jīng)_壓成型與原材料有十分密切的關系 所以 對板材沖壓性 能即成形性與形狀穩(wěn)定性的研究 目前已成為沖壓技術的一個重要內容 對 板材沖壓性能的研究工作不僅是沖壓技術發(fā)展的需要 而且也促進了鋼鐵工 業(yè)生產(chǎn)技術的發(fā)展 為其提高板材的質量提供了一個可靠的基礎與依據(jù) 3 沖壓變形的分類 沖壓變形工藝可完成多種工序 其基本工序可分為分離工序和變形工序 兩大類 分離工序是使胚料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法 主要 有落料 沖孔 切邊 剖切 修整等 其中又以沖孔 落料應用最廣 變形 工序是使胚料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工藝方法 主要 有拉深 彎曲 局部成形 脹形 翻邊 縮徑 校形 旋壓等 從本質上看 沖壓成形就是毛胚的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應的塑 性變形 所以變形區(qū)內的應力狀態(tài)和變形特點景象的沖壓成形分類 可以把 成形性質相同的成形方法概括成同一個類型并進行體系化的研究 絕大多數(shù)沖壓成形時毛胚變形區(qū)均處于平面應力狀態(tài) 通常認為在板材 表面上不受外力的作用 即使有外力作用 其數(shù)值也是較小的 所以可以認 為垂直于板面方向上的應力為零 使板材毛胚產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面 方向上相互的兩個主應力 由于板厚較小 通常都近似地認為這兩個主應力 在厚度方向上是均勻分布的 基于這樣的分析 可以把各種形式?jīng)_壓成型中 的毛陪變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點 在平面應力的應力坐標系中與相應的 兩向應變坐標系中以應力與應變坐標決定的位置來表示 4 沖壓用原材料 沖壓加工用原材料有很多種 它們的性能也有很大的差別 所以必須根 據(jù)原材料的性能與特點 采用不同的沖壓成形方法 工藝參數(shù)和模具結構 才能達到?jīng)_壓加工的目的 由于人們對沖壓成形過程板材毛胚的變形行為有 了較為深入的認識 已經(jīng)相當清楚的建立了由原材料的化學成分 組織等因 素所決定的材料性能與沖壓成形之間的關系 這就使原材料生產(chǎn)部門不但按 照沖壓件的工作條件與使用要求進行原材料的設計工作 而且也根據(jù)沖壓件 加工過程對板材性能的要求進行新型材料的開發(fā)工作 這是沖壓技術在原材 料研究方面的一個重要方向 對沖壓用原材料沖壓性能方面的研究工作有 1 原材料沖壓性能的含義 2 判斷原材料沖壓性能的科學方法 確定可以確切反映材料沖壓性能的 參數(shù) 建立沖壓性能的參數(shù)與實際沖壓成形間的關系 以及沖壓性能參數(shù)的 測試方法等 3 建立原材料的化學成分 組織和制造過程與沖壓性能之間的關系 沖 壓用原材料主要是各種金屬與非金屬板材 金屬板材包括各種黑色技術和有 色金屬板材 雖然在沖壓生產(chǎn)中所用金屬板材的種類很多 但最多的原材料 蛀牙是鋼板 不銹鋼板 鋁合金板及各種復合金屬板 5 板材沖壓性能及其鑒定方法 板材是指對沖壓加工的適應能力 對板材沖壓性能的研究具有飛行重要 的意義 為了能夠運用最科學與最經(jīng)濟合理的沖壓工藝過程與工藝參數(shù)制造 出沖壓零件 必須對作為加工對象的板材的性能具有十分清楚的了解 這樣 才有可能充分地利用板材在加工方面的潛在能力 另一方面 為了能夠依據(jù) 沖壓件的形狀與尺寸特點及其所需的成形工藝等基本因素 正確 合理地選 用板材 也必須對板材的沖壓性能有一個科學的認識與正確的判斷 評定板 材沖壓性能的方法有直接試驗法與間接試驗法 實物沖壓試驗是最直接的板材沖壓性能的評定方法 利用實際生產(chǎn)設備 與模具 在與生產(chǎn)完全相同的條件下進行實際沖壓零件的性能評定 當然能 夠的最可靠的結果 但是 這種評定方法不具有普遍意義 不能作為行業(yè)之 間的通用標準進行信息的交流 模擬試驗是把生產(chǎn)中實際存在的沖壓成形方法進行歸納與簡單化處理 消除許多過于復雜的因素 利用軸對稱的簡化了的成形方法 在保證試驗中 板材的變形性質與應力狀態(tài)都與實際沖壓成形相同的條件下進行的沖壓性能 的評定工作 為了保證模擬試驗結果的可靠性與通用性 規(guī)定了私分具體的 關于試驗用工具的幾何形狀與尺寸 毛胚的尺寸 試驗條件 沖壓速度 潤 滑方法 壓邊力等 間接試驗法也叫做基礎試驗法 間接試驗法的特點是 在對板材在塑性 變形過程中所表現(xiàn)出的基本性質與規(guī)律進行分析與研究的基礎上 進一步把 它和具體的沖壓成形中板材的塑性變形參數(shù)聯(lián)系起來 建立間接試驗結果 間接試驗值 與具體的沖壓成形性能 工藝參數(shù) 之間的相關性 由于間 接試驗時所用試件的形狀與尺寸以及加載的方式等都不同于具體的沖壓成形 過程 所以它的變形性質和應力狀態(tài)也不同于沖壓變形 因此間接試驗所得 的結果 試驗值 并不是沖壓成形的工藝參數(shù) 而是可以用來表示板材沖壓 性能的基礎性參數(shù) Characteristics and Sheet Metal Forming 1 The article overview Stamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming the material under the action of a die Stamping is usually carried out under cold state so it is also called stamping Heat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8 100mm The blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip and therefore it is also called sheet metal forming Some non metal sheets such as plywood mica sheet asbestos leather can also be formed by stamping Stamping is widely used in various fields of the metalworking industry and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles instruments military parts and household electrical appliances etc The process equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stamping The characteristics of the sheet metal forming are as follows 1 High material utilization 2 Capacity to produce thin walled parts of complex shape 3 Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape and dimension 4 Parts with lightweight high strength and fine rigidity can be obtained 5 High productivity easy to operate and to realize mechanization and automatization The manufacture of the stamping die is costly and therefore it only fits to mass production For the manufacture of products in small batch and rich variety the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center are usually adopted to meet the market demands The materials for sheet metal stamping include mild steel copper aluminum magnesium alloy and high plasticity alloy steel etc Stamping equipment includes plate shear punching press The former shears plate into strips with a definite width which would be pressed later The later can be used both in shearing and forming 2 Characteristics of stamping forming There are various processes of stamping forming with different working patterns and names But these processes are similar to each other in plastic deformation There are following conspicuous characteristics in stamping 1 The force per unit area perpendicular to the blank surface is not large but is enough to cause the material plastic deformation It is much less than the inner stresses on the plate plane directions In most cases stamping forming can be treated approximately as that of the plane stress state to simplify vastly the theoretical analysis and the calculation of the process parameters 2 Due to the small relative thickness the anti instability capability of the blank is weak under compressive stress As a result the stamping process is difficult to proceed successfully without using the anti instability device such as blank holder Therefore the varieties of the stamping processes dominated by tensile stress are more than dominated by compressive stress 3 During stamping forming the inner stress of the blank is equal to or sometimes less than the yield stress of the material In this point the stamping is different from the bulk forming During stamping forming the influence of the hydrostatic pressure of the stress state in the deformation zone to the forming limit and the deformation resistance is not so important as to the bulk forming In some circumstances such influence may be neglected Even in the case when this influence should be considered the treating method is also different from that of bulk forming 4 In stamping forming the restrain action of the die to the blank is not severs as in the case of the bulk forming such as die forging In bulk forming the constraint forming is proceeded by the die with exactly the same shape of the part Whereas in stamping in most cases the blank has a certain degree of freedom only one surface of the blank contacts with the die In some extra cases such as the forming of the blank on the deforming zone contact with the die The deformation in these regions are caused and controlled by the die applying an external force to its adjacent area Due to the characteristics of stamping deformation and mechanics mentioned above the stamping technique is different form the bulk metal forming The importance or the strength and rigidity of the die in stamping forming is less than that in bulk forming because the blank can be formed without applying large pressure per unit area on its surface Instead the techniques of the simple die and the pneumatic and hydraulic forming are developed Due to the plane stress or simple strain state in comparison with bulk forming more research on deformation or force and power parameters has been done Stamping forming can be performed by more reasonable scientific methods Based on the real time measurement and analysis on the sheet metal properties and stamping parameters by means of computer and some modern testing apparatus research on the intellectualized control of stamping process is also in proceeding It is shown that there is a close relationship between stamping forming and raw material The research on the properties of the stamping forming that is forming ability and shape stability has become a key point in stamping technology development but also enhances the manufacturing technique of iron and steel industry and provides a reliable foundation for increasing sheet metal quality 3 Categories of stamping forming Many deformation processes can be done by stamping the basic processes of the stamping can be divided into two kinds cutting and forming Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut from the other It mainly includes blanking punching trimming parting and shaving where punching and blanking are the most widely used Forming is a process that one part of the blank has some displacement from the other It mainly includes deep drawing bending local forming bulging flanging necking sizing and spinning In substance stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and be studied systematically The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state Usually there is no force or only small force applied on the blank surface When is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equals to zero two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material Due to the small thickness of the blank it is assumed approximately the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction Based on this analysis the stress state and the deformation characteristics of the deformation zone in all kinds of stamping forming can be denoted by the points in the coordinates of the plane principal stresses and the coordinates of the corresponding plane principal strains 4 Raw materials for stamping forming There are a lot of raw materials used in stamping forming and the properties of these materials may have large difference The stamping forming can be succeeded only by determining the stamping method the forming parameters and the die structures according to the properties and characteristics of the raw materials The deformation of the blank during stamping forming has been investigated quite thoroughly The relationships between the material properties decided by the chemistry component and structure of the material and the stamping forming has been established clearly Not only the proper material can be selected based on the working condition and usage demand but also the new material can be developed according to the demands of the blank properties during processing the stamping part This is an important domain in stamping forming research The research on the material properties for stamping forming is as follows 1 Definition of the stamping property of the material 2 Method to judge the stamping property of the material find parameters to express the definitely material property of the stamping forming establish the relationship between the property parameters and the practical stamping forming and investigate the testing methods of the property parameters 3 Establish the relationship among the chemical component structure manufacturing process and stamping property The raw materials for stamping forming mainly include various metals and nonmetal plate Sheet metal includes both ferrous and nonferrous metals Although a lot of sheet metals are used in stamping forming the most widely used materials are steel stainless steel aluminum alloy and various composite metal plates 5 Stamping forming property of sheet metal and its assessing method The stamping forming property of the sheet metal is the adaptation capability of the sheet metal to stamping forming It has crucial meaning to the investigation of the stamping forming property of the sheet metal In order to produce stamping forming parts with most scientific economic and rational stamping forming process and forming parameters it is necessary to understand clearly the properties of the sheet metal so as to utilize the potential of the sheet metal fully in the production On the other hand to select plate material accurately and rationally in accordance with the characteristics of the shape and dimension of the stamping forming part and its forming technique is also necessary so that a scientific understanding and accurate judgment to the stamping forming properties of the sheet metal may be achieved There are direct and indirect testing methods to assess the stamping property of the sheet metal Practicality stamping test is the most direct method to assess stamping forming property of the sheet metal This test is done exactly in the same condition as actual production by using the practical equipment and dies Surely this test result is most reliable But this kind of assessing method is not comprehensively applicable and cannot be shared as a commonly used standard between factories The simulation test is a kind of assessing method that after simplifying and summing up actual stamping forming methods as well as eliminating many trivial factors the stamping properties of the sheet metal are assessed based on simplified axial symmetric forming method under the same deformation and stress states between the testing plate and the actual forming states In order to guarantee the reliability and generality of simulation results a lot of factors are regulated in detail such as the shape and dimension of tools for test blank dimension and testing conditions stamping velocity lubrication method and blank holding force etc Indirect testing method is also called basic testing method its characteristic is to connect analysis and research on fundamental property and principle of the sheet metal during plastic deformation and with the plastic deformation parameters of the sheet metal in actual stamping forming and then to establish the relationship between the indirect testing results indirect testing value and the actual stamping forming property forming parameters Because the shape and dimension of the specimen and the loading pattern of the indirect testing are different from the actual stamping forming the deformation characteristics and stress states of the indirect test are different from those of the actual one So the results obtained form the indirect test are not the stamping forming parameters but are the fundamental parameters that can be used to represent the stamping forming property of the sheet metal
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