大学毕业设计不锈钢餐盘模具设计.pdf
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1、河北工程大学毕业设计 I 摘摘摘摘 要要要要 本毕业设计的题目是落料、拉深、切边模具设计,叙述了冲压的概念、特点、基 本工序及应用,分析了冲压技术的现状和发展方向,说明了冲压模具的重要性。本文 先对冲压件进行工艺分析,确定工艺方案,以工序少,模具结构简单,生产周期短, 经济效益高为原则,选取最佳工艺方案,采用落料、拉深复合模。确定了冲压模具总 体结构设计方案,进行了工艺分析与相关设计计算,包括拉深次数,排样,利用率, 冲压力,拉深力等;还进行了压力机的选择及模具零件主要工作部分尺寸及公差的计 算。最后,采用 CAXA 绘制了这一套模具的装配总图和全部非标准件的零件图。 关键词关键词:不锈钢餐盘
2、;矩形毛坯;复合模; Dynaform 模拟 河北工程大学毕业设计 II ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT This graduation designisthe subject of blanking, drawing, trimming die design, the basic process and application of stamping concepts, characteristics, narrative, analyses the present situation and development direction of stampin
3、gtechnology, illustrates the importance of stamping mould. This paper first analysis of the technology of stamping parts, determine the process plan, with less process, the die structure is simple, short production cycle, high economic benefit as the principle, and choose the optimum scheme, using t
4、he compound die blanking, drawing, punching. Design of the overall structure of the stamping die, the calculation and design process analysis, including the number of drawing, layout, utilization rate, the pressure, the drawing force; also for selection and calculation of main working parts of die p
5、arts dimensions and tolerances for press. Finally, CAXA is used to draw the assembly drawing of this set of mold and nonstandard parts. KeywordsKeywordsKeywordsKeywords:stainless steel plate; rectangular; compound die; Dynaform simulation 河北工程大学毕业设计 目录目录目录目录 摘摘 要要I ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTII
6、 第一章第一章 绪绪 论论1 1.1 冲压模具现状.1 1.2 DynaForm 和 Ls_Dyna 软件简介2 1.3 课题工作内容.2 1.4 不锈钢餐盒拉深工艺的特点3 1.5 课题技术要求.3 第二章第二章 工艺性分析及工艺方案确定工艺性分析及工艺方案确定.5 2.1 工件的工艺性分析5 2.2 工艺方案的分析与确定.6 第三章第三章 基于基于 DYNAFORMDYNAFORMDYNAFORMDYNAFORM 的工艺仿真分析的工艺仿真分析. 9 第四章第四章 落料拉深复合模设计落料拉深复合模设计.13 4.1 排样.13 4.1.1 常用排样方法.13 4.1.2 排样设计及计算. 1
7、5 4.2 工艺力的计算.15 4.3 冲压设备选择.17 4.4 压力中心的确定.18 4.5 压力机的校验18 4.6 模具主要零部件的设计 19 4.6.1 刃口的计算.19 4.6.2 拉深模设计.22 4.7 模具零件.24 4.7.1 工作零件.24 4.7.2 定位零件.26 4.7.3 卸料、导料零件 27 河北工程大学毕业设计 4.7.4 导向零件.28 4.7.5 固定零件.29 4.7.6 推件装置.31 4.8 模具的闭合高度.32 4.9 模具工作分析.33 第五章第五章 结结 论论34 谢谢 辞辞.35 参考文献参考文献36 河北工程大学毕业设计 1 第一章第一章第
8、一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 1.1 冲压模具现状 冲压是靠压力和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形 或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压的坯料主要 是热轧和冷轧的钢板和钢带。冲压件与铸件、锻件相比,具有薄、匀、轻、强的特点。 冲压可制出其它方法难以制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件,以提高其刚性。 由于采用精密模具,工件精度可达微米级,且重复精度高、规格一致,可以冲压出孔 窝、凸台等。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、校平、冲裁到成形、精整的全自动生 产。生产效率
9、高,劳动条件好,生产成本低,一般每分钟可生产数百件。 应用范围很广泛,在全世界生产的钢材中,有大约 70%是板材,其中大部分是经 过冲压制成成品,比如,汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,容器的壳体、电机、 电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工制造的。仪器仪表、家用电器、冲压的应用范围很 广泛,在全世界生产的钢材中,有大约 70%是板材,其中大部分是经过冲压制成成品, 比如,汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片 等都是冲压加工制造的。 近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达 50 多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达
10、到 12m,寿命 2 亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到 Ra1.5m 的精冲模,大尺寸(300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 虽然如此, 我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较 大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论 在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距。轿车覆盖件模具,具有设计和制造 难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法 和手段方面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具 国产化进程中前进了一大步,但在制造质量、精度
11、、制造周期等方面,与国外相比还 存在一定的差距。 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善,高精度、高效益加工设备的使 河北工程大学毕业设计 2 用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC 技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工 精度,提高了模具的质量,缩短了模具的制造周期。 模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技 术越来越被认可,碳化物被覆处理(TD 处理)及许多镀(涂)层技术在冲压模具上的 应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割 和激光焊接技术也得
12、到了应用。 1.2 DynaForm 和 Ls_Dyna 软件简介 DynaForm 是以 LS-DYNA 为结算器, 专门针对板料成型的有限元前处理和后处理 软件。拥有强大的前处理功能,如划分网格功能、定义拉延筋、压边力、成形速度以 及材料参数等。后处理分析功能,能对运算结果进行精确分析,预测各种成形过程中 可能出现的问题,如 FLD 成形极限图、厚度云图、坯料流动、变薄量云图、应力云图、 主/次应变以及成形过程的任意位置坯料形状等。DynaForm 和 Ls_Dyna 相结合,可以 方便的进行板料成型过程模拟。 LS-DYNA 程序 960 版是功能齐全的几何非线性(大位移、大转动和大应变
13、) 、材料 非线性(140 多种材料动态模型)和接触非线性(50 多种)程序。它以 Lagrange 算法 为主,兼有 ALE 和 Euler 算法;以显式求解为主,兼有隐式求解功能;以结构分析为 主, 兼有热分析、 流体-结构耦合功能; 以非线性动力分析为主, 兼有静力分析功能(如 动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算) ; 军用和民用相结合的通用结 构分析非线性有限元程序。 LS-DYNA 是通用的有限元分析程序,能够模拟真实世界的各种复杂问题,特别适 合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问 题,同时可以求解传热、流体及流固耦合问题,在当今最
14、富有挑战性的工程应用领域 被广泛认可为最佳的分析软件包。LS-DYNA 能够预测设计模型对真实世界的各种事件 是如何作为响应的,所以可以最大程度地缩短设计周期、减少重复实验的耗费,与实 验的无数次对比也证实了其计算的可靠性。 1.3 课题工作内容 本课题的任务是根据不锈钢餐盒的工艺图样及相关技术要求,进行相应的制件工 艺成形工艺优化和模具设计。 进行该项目设计要求必须掌握金属材料成型的基本原理, 河北工程大学毕业设计 3 熟悉各种冲压设备的性能规格及常用的冲压方法,并具有机械设计及制造的通用行设 计知识。 首先要进行对冲压工艺及模具设计相关资料的查询,收集,并结合此制件图样的 结构及相关技术要
15、求做详细的分析,在此基础上,拟订制件成形工艺方案,这项工作 内容包括:进行各工序制件工艺尺寸及工艺力的计算,对第一次拉深过程尽心模拟仿 真优化工艺方案,绘制相应模具结构草图,选择相关设备,并进行相应模具的设计。 1.4 不锈钢餐盒拉深工艺的特点 拉深时板料径向受拉力, 切向上受压应力 , 不锈钢餐盒成形工艺与模具设计一共 采用了落料、拉深、切边、卷圆等四道工序。不锈钢餐盒有四个矩形拉深和以个圆形 拉深及一个矩形和半圆的拉深,拉深的工艺比较的复杂,毛坯的计算也较复杂。做好 不锈钢餐盒整个模具设计过程,以后在做比它还复杂的汽车覆盖件时,就可以较快的 熟悉其工艺,不仅可以为以后的工作做准备,还可以学
16、习到更深的冲压工艺,因为覆 盖件薄板拉深冲压工艺学是冲压知识界较难掌握的课题之一。 矩形件拉深时坯料计算形状及尺寸较难确定,而且要保证毛坯拉深过程中矩形之 间和矩形和圆形的材料不会被拉深过薄而破裂。压边力的计算和压边装置的选择,工 件的形状比较复杂,拉深工艺力的计算也不容易,还有工序之间的组合,既要保证可 以较高效率的加工工件又要保证设计的模具不是很复杂。以及最后的卷圆,因为在卷 圆之前还要切边, 如果是采用单工序则比较的简单, 而要将切边复合则有一定的难度, 要较核凸模和凹模的刚度和强度。 1.5 课题技术要求 1:工艺方案设计 (1)冲压工艺方案的确定。 (2)各工序的主要技术参数的分析,
17、比较和选择。 (3)各工序模具结构的确定。 2:编写设计说明书 (1)方案设计说明 内容包括:制件分析、方案分析、各工序模具工作原理和简要结构说明、结构 及技术性能比较等。 (2)工艺参数计算说明 河北工程大学毕业设计 4 各工序的工艺参数计算,设备选择计算及设计说明等。 (3)模具结构应合理,工艺方案应符合实际生产情况。 河北工程大学毕业设计 5 第二章第二章 工艺性分析及工艺方案确定工艺性分析及工艺方案确定 图 2.1 三维零件图 2.1 工件的工艺性分析 不锈钢餐盒是用来盛装食物的器皿(见图) ,拟采用冲压方法生产,使用的材料为 不锈钢, ,材料厚度 1.5mm。 要求工件表面无明显划伤
18、痕迹,开口处平整,边缘无毛刺。属于中大批量生产。 零件的结构及尺寸大小:该工件为一矩形拉深件,由于矩形件拉深过程中材料的 流动速度不一样,侧壁还可能受剪而破裂。由于该工件结构简单对称,矩形角部圆角 半径为 5 和 20mm, 拉深深度为 22mm, 远小于拉深极限。 工件上的其余圆角半径也较大, 有不锈钢餐盒的使用要求可知 工件局部变薄是允许的,只要表面质量和强度足够就可以。 零件的精度要求:由于该工件图上未标注公差尺寸,可知其各部分尺寸皆属于自 由精度。为了使模具制造简单,降低生产成本,在保证工件达到工作要求的情况下, 河北工程大学毕业设计 6 工件的制造公差等级可按 IT12 级进行标注。
19、 2.2 工艺方案的分析与确定 盒形零件的拉深次数主要与它的相对高度H/B。 其相对高度计算值小于或等于许用 数值时,可一次拉深成形,否则须采用多次拉深成形,其拉深次数可根据相对高度值 在表5.18p178中查取。 对于本制件,其相对高度 H/B22/250=0.088(2-1) 由以上数据查表.18p178可得该制件的拉深极限为0.49左右, 所以可以一次拉深成 形,本制件属于浅盒形零件。 (2)修边余量 因为是一次拉深成形,由冲压工艺及模具设计p188 表 5.21 可知当拉深次数 为 1 时,修边余量H 为: H= (0.03-0.05) H=0.0422=0.88mm(2-2) 取 H
20、=22mm (3)毛坯计算 由实用冲压技术手册p129 公式 4-15 可知 51.34557 . 0 66 . 0 3157 . 0 1=+=+= p rHlmm(2-3) r1=rh2=2252=14.83mm(2-4) 36.371057 . 0 66.03157 . 0 2=+=+= p rHlmm(2-5) 58.25 )1016 . 0 20(1086.02210220 )(86 . 0 22 2 2 = + =+= pp rrrrHrr (2-6) 65.17557 . 0 66 . 0 14.1457 . 0 3=+=+= p rHlmm(2-7) 35.20 )1016 .
21、0 20(1086.01010220 )(86 . 0 23 2 2 = + =+= pp rrrrHrr (2-8) 所以毛坯长度为 94.124 6 . 7583.1451.34 6 . 75111=+=+=rlL(2-9) 94.139 6 . 9083.1451.34 6 . 90112=+=+=rlL(2-10) 54.1736.11058.2537.376.110223=+=+=rlL(2-11) 河北工程大学毕业设计 7 54.228 6 . 16558.2537.37 6 . 165224=+=+=rlL(2-12) 763835.2065.1738335=+=+=rlL(2-
22、13) 根据图分析可得 7 . 510 75303094.1243 L530303L1 = += +=长L (2-14) 363.48 4010173.54139.94 L33030L2 = += +=宽L (2-15) 可知毛坯的宽度为 510.7mm,长度为 363.48mm. (4)方案论证:经过分析计算,可以确定制作该不锈钢餐盒需要的工序有落料,拉深, 切边, ,卷圆四道工序,由于加工顺序及加工时使用单工序模或者复合模,多工序模的 不同,可以用下面几种方案对该餐盒进行加工: 方案一:先落料,其次拉深,再切边,最后卷圆,都采用单工序模; 图 2.2 毛坯图 河北工程大学毕业设计 8 方案
23、二:先落料拉深,再切边,最后卷圆,落料拉深用复合模,切边,卷圆用单工序 模进行加工; 方案三:先落料拉深切边采用复合模,最后最终翻遍,用单工序模; 方案四:先落料,其次拉深切边,最后卷圆,拉深切边用复合膜其他用单工序模; 方案五:落料拉深切边翻边卷圆复合模。 在以上五种冲压方案中,第一种方案工序最多,效率低,操作不方便,零件的位 置精度不易保证,但模具结构简单,加工容易,不适于批量生产。 第二种方案工序少,制件精度高。由于是在冲床的一次行程内,完成落料冲压工序。 因而减少了工件生产过程中的累积定位误差。使冲出的制件内外形相对位置及各件的 尺寸一致性非常好,制件平直。模具结构紧凑,面积较小。而且
24、生产效率高,适合于 大批量生产。 第三种方案可以一套模具三种工序成型,效率高,完成该餐盒只见仅需 3 道工序 就行,但设计复杂,成本高。 第四种方案与第二种方案类似,但与第二种方案相比,第二种方案能够更好的保 证制件冲压时的加工精度,再进行冲压时无需再次定位。 第五种方案采用一套模具四种工序,虽然能够精确快速的完成制件的加工过程, 但模具的设计过于复杂,不利于大批量生产时模具的保养维修,而且模具生产成本高。 根据以上分析,制作该不锈钢餐盒使用第二种方案:首先落料拉深,用复合模, 然 后切边,用单工序模,最后卷圆用单工序模,使用该方案不仅能提高不锈钢餐盒的生 产效率,而且也能相对的节约成本,适合
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