704拖拉机机罩前网板翻边整形模的设计
704拖拉机机罩前网板翻边整形模的设计
冲压是借助安装在压力机上的模具，对放置在模具内的板料施加变形力，使板料在模具里产生变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。由于冲压技术常在室温下进行，因此也称为冷冲压。冲压加工是金属压力加工方法之一，它建立在金属塑性变形理论基础上的材料成型和控制的工程技术，冲压加工的原材料一般为板料或带料，故也称为板料冲压。
冲压的应用范围十分广泛，局概率统计，在电子工业产品中，冲压件（包括板金件）的数量约占零件总数的85%，在全世界的钢材中，有60～70 %是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械等机械工业和国防工业以及日常生活用品的生产方面，占据着十分重要的地位。
1．1课题背景及意义
图1.1制件图
本课题来自于江苏清江拖拉机有限公司，其产品为704拖拉机机罩前网板，如上图所示。
课题内容：主要是完成704拖拉机机罩前网板翻边整形模的设计。应用所学的专业知识，对704拖拉机机罩前网板翻边整形模工艺进行分析，选择翻边整形模的结构形式，通过计算选择压力机，确定模具结构，利用相关的CAD技术和软件完成整套翻边整形模设计。
课题目的：通过本次毕业设计，初步掌握冲压件的工艺分析步骤和冲压件的工艺编排，熟悉冲裁模的特点以及相应的计算方法，了解冲压模具设计制造的顺序，熟悉冲压模具调试步骤及一般方法，完成全套成型模的设计，熟悉零件的形位公差要求，为以后从事冲压模具设计可一般零件设计打下初步基础。
课题意义：本课题要求对给定的零件行冲压模设计，通过对零件进行详细的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺。通过本课题，可以培养我们综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能来分析、解决实际问题的能力和进行科学研究的初步能力，培养我们独立工作能力、创新能力以及理论联系实际和严谨求实的工作作风的重要途径。
1．2 课题任务要求
1.2.1 广泛收集资料，撰写实习报告、开题报告、文献综述。
1.2.2 完成外文翻译。
1.2.3 对704拖拉机机罩前网板零件进行工艺分析、编制工艺流程。
1.2.4 对704拖拉机机罩前网板翻边整形模进行结构分析、理论计算，选择压力机种类及型号。
1.2.5 确定模具结构，完成全套模具图设计。
1.2.6 按规范的要求编写论文。
2 国内外模具现状及发展趋势
2．1 国外模具现状
高新技术在模具企业得到广泛应用。
2.1.1 广泛应用CAD/CAE/CAM技术
3D设计已达到了70%~80%，；PRO/E、UG、CIMATRON等软件普遍应用；数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量；CAE技术已逐渐成熟。
2.1.2 广泛采用高速切削加工技术
高切削速度、高进给速度、高加工质量，转速达到15000~3000r/min，比传统的切削工艺要高几倍甚至十几倍，大大缩短制模时间。
2.1.3 普遍应用快速成型技术与快速制模技术
汽车模具多为锌基合金快速制模和使用环氧树脂制作金属成型模。
2．2 国内模具现状
目前，我国冲压技术与先进工业发达国家存在一定差距，但进步很快，发展空间也很大。
2.2.1 中国模具产业的进出口
近几年来，我国每年进口模具约占市场 总量的20%左右，已超过10亿美元。，成为世界上最大的模具进口国其中冲压模具占全部进口模具约40%。
2.2.2 技术结构现状
目前我国冲压模具工业技术水平参差不齐，分布差异较大。从总体上来讲，与发达工业国家先进水平相比，还有较大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。
缺乏技术素质较高的冲压模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、只是结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%~12%。此外，技术人员和技术工人只是老化，知识结构不能适应现在的需求。
2.2.3 标准件结构现状结构现状
我国模具标准件的生产，20世纪80年代初才形成小规模生产，模具标准化程度及标准件的试用覆盖面积约占20%,从市场上能配到的也只有约30个品种，且仅限于中小规格。标准凸凹模等刚刚开始供应，模架及零件生产供应渠道不畅，精度和质量也较差。
2.2.4 模具技术的发展进步
研发了模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些新的热处理工艺，延长了模具的使用寿命；比如冲模广泛使用合金工具钢代替碳素工具钢，提高模具寿命，减少模具热处理变形。模具加工设备已得到较大发展，已广泛使用精密坐标磨床、数控（CNC）铣床、CNC电火花线切割机床和高精度电火花成型机床等。模具零件的精度由数控机床保证，解决了以前传统切削加工生产模具零件，靠钳工技术保证质量，质量难保证的问题。
2．3 模具发展趋势
模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展；快速经济制模技术；模具材料及表面处理技术发展迅速；模具工业创新理念和先进生产管理模式。
3 翻边整形工艺分析
具有良好工艺性的翻边整形件，能简化翻边整形工艺过程和提高制件的精度，并有利于模具的设计和制造。翻边整形件的工艺涉及材料、结构工艺和精度内容。
3．1 材料分析
如果零零件材料有足够的塑性,屈服比小，屈服点和弹性模量比值小，有利于有利于翻边整形零件的成形和工件质量的提高。所以选择材料为Q195，屈服强度：195MPa，抗拉强度：315-430MPa,断后伸长率（δ5%）：≥33（钢材厚度或直径≤16mm），≥32（钢材厚度或直径＞16-40mm）。具有搞的塑性韧性和焊接性能，良好的压力加工性能。
3．2 结构工艺分析
图3.2零件图
板料初始厚度为2mm。零件结构简单，尺寸如图3.1所示，轴对称，有利于翻边整形成形。材料的最小弯曲半径rmin，生产中用它来表示弯曲的成形极限，各种常用材料90°弯曲的最小弯曲半径数值表见表3-1.由表3-1可查的Q195所允许的最小弯曲半径rmin=0.4t=0.8＜3mm，卸载后弯曲圆角半径有变化，弯曲中心角发生了变化，而整形可以校正弯曲来控制角度回弹。
表3-2 常用材料最小相对弯曲半径（摘JB/T5109-1991）
3．3 精度分析
零件上的尺寸均未标注尺寸偏差，为自由尺寸，选定IT14为零件公差等级，标准公差数值见表3-3.结论：由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好，可以翻边。
表3-3
4 工艺方案的确定
由于制件有顶部为一定的弧度，坯料为冲压成型块料，在翻边前先对坯料进行预弯，同时凹模上表面设计成零件顶部一样的弧形，这样在翻边前，手动把坯料放在凹模上，模具采取正装形式。同时，在上模设置压板，压板下表面也设置成一定弧度的面，这样在翻边前压板先进行压料，可以在一定程度上控制材料的流动速度，可以很好的保证零件的精度。同时压板在上模回程时也其到卸料作用。在下模设置顶件器，将卡在凹模的零件顶出。由于翻边过程中有较大的侧向力，所以采用导板导向。
依据工艺分析，可确定零件的成形方案为：翻边整形-退模卸料。模具整体采用正装，导板导向，弹性卸料。
5 翻边整形工艺计算
模具冲裁力包括翻边力、压料力、顶件力、整形力四部分。
5．1 翻边力计算
翻边力
式中：F1为翻边力（N）
L—翻边曲线长（mm）
t—料厚(mm)
—材料的抗拉强度(MPa)
k—系数，近似为0.2~0.3
L=416×2+176×2＋2π×24-24×8≈1143mm，t=2, 去=350、k=0.2
所以F1=1.25×1143×2×350×0.2=200025N
5．2 整形力计算
成形过程中，零件的弧形部分是通过整形完成的，其整形力F2=PA
式中：F2—整形力(N)
P—单位压力(N/)
A—整形面积（投影面积）
对于光模面P=50-100N/，取 P=50N/，A=72345
所以P=50×72345=3617250N
5．3 压料力力计算
由于成形过程中，翻边力不能过大，也不可过小。若压料里过大，零件翻边过程中材料流动缓慢，会出现裂纹，而翻边力过小，材料流动过快，易起皱。所以去压料力为翻边力的10%，而如果零件卡在凸模上，卸料力一般为翻边力的0.08倍，所以模具回程中，压边力可以把零件从凸模上卸下。压料力F3=10%F1=20002.5N。
5．4 顶件力计算
若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力（或压料力FD）可近似取自由弯曲力的30％。取F4=0.5F1=60007.5N
所以冲裁力F=F1+F2+F3+F4=3847280N
6 零件设计
6．1 凸凹模设计
6.1.1 凹模设计
（1）外形尺寸
凹模的外形一般有矩形与原形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度。凹模的厚度还应包括使用期内的修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，查《冲压工艺及模具设计》表2—2凹模外形尺寸得凹模最小壁厚为40，故又参考《模具手册之四—冲模手机手册》表4—16矩形和圆形凹模外形尺寸，依据工艺分析可以确定凹模确定凹模尺寸为520×280×70mm，形状如图6-1所示
冲压是借助安装在压力机上的模具，对放置在模具内的板料施加变形力，使板料在模具里产生变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。由于冲压技术常在室温下进行，因此也称为冷冲压。冲压加工是金属压力加工方法之一，它建立在金属塑性变形理论基础上的材料成型和控制的工程技术，冲压加工的原材料一般为板料或带料，故也称为板料冲压。
冲压的应用范围十分广泛，局概率统计，在电子工业产品中，冲压件（包括板金件）的数量约占零件总数的85%，在全世界的钢材中，有60～70 %是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械等机械工业和国防工业以及日常生活用品的生产方面，占据着十分重要的地位。
1．1课题背景及意义
图1.1制件图
本课题来自于江苏清江拖拉机有限公司，其产品为704拖拉机机罩前网板，如上图所示。
课题内容：主要是完成704拖拉机机罩前网板翻边整形模的设计。应用所学的专业知识，对704拖拉机机罩前网板翻边整形模工艺进行分析，选择翻边整形模的结构形式，通过计算选择压力机，确定模具结构，利用相关的CAD技术和软件完成整套翻边整形模设计。
课题目的：通过本次毕业设计，初步掌握冲压件的工艺分析步骤和冲压件的工艺编排，熟悉冲裁模的特点以及相应的计算方法，了解冲压模具设计制造的顺序，熟悉冲压模具调试步骤及一般方法，完成全套成型模的设计，熟悉零件的形位公差要求，为以后从事冲压模具设计可一般零件设计打下初步基础。
课题意义：本课题要求对给定的零件行冲压模设计，通过对零件进行详细的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺。通过本课题，可以培养我们综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能来分析、解决实际问题的能力和进行科学研究的初步能力，培养我们独立工作能力、创新能力以及理论联系实际和严谨求实的工作作风的重要途径。
1．2 课题任务要求
1.2.1 广泛收集资料，撰写实习报告、开题报告、文献综述。
1.2.2 完成外文翻译。
1.2.3 对704拖拉机机罩前网板零件进行工艺分析、编制工艺流程。
1.2.4 对704拖拉机机罩前网板翻边整形模进行结构分析、理论计算，选择压力机种类及型号。
1.2.5 确定模具结构，完成全套模具图设计。
1.2.6 按规范的要求编写论文。
2 国内外模具现状及发展趋势
2．1 国外模具现状
高新技术在模具企业得到广泛应用。
2.1.1 广泛应用CAD/CAE/CAM技术
3D设计已达到了70%~80%，；PRO/E、UG、CIMATRON等软件普遍应用；数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量；CAE技术已逐渐成熟。
2.1.2 广泛采用高速切削加工技术
高切削速度、高进给速度、高加工质量，转速达到15000~3000r/min，比传统的切削工艺要高几倍甚至十几倍，大大缩短制模时间。
2.1.3 普遍应用快速成型技术与快速制模技术
汽车模具多为锌基合金快速制模和使用环氧树脂制作金属成型模。
2．2 国内模具现状
目前，我国冲压技术与先进工业发达国家存在一定差距，但进步很快，发展空间也很大。
2.2.1 中国模具产业的进出口
近几年来，我国每年进口模具约占市场 总量的20%左右，已超过10亿美元。，成为世界上最大的模具进口国其中冲压模具占全部进口模具约40%。
2.2.2 技术结构现状
目前我国冲压模具工业技术水平参差不齐，分布差异较大。从总体上来讲，与发达工业国家先进水平相比，还有较大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。
缺乏技术素质较高的冲压模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、只是结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%~12%。此外，技术人员和技术工人只是老化，知识结构不能适应现在的需求。
2.2.3 标准件结构现状结构现状
我国模具标准件的生产，20世纪80年代初才形成小规模生产，模具标准化程度及标准件的试用覆盖面积约占20%,从市场上能配到的也只有约30个品种，且仅限于中小规格。标准凸凹模等刚刚开始供应，模架及零件生产供应渠道不畅，精度和质量也较差。
2.2.4 模具技术的发展进步
研发了模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些新的热处理工艺，延长了模具的使用寿命；比如冲模广泛使用合金工具钢代替碳素工具钢，提高模具寿命，减少模具热处理变形。模具加工设备已得到较大发展，已广泛使用精密坐标磨床、数控（CNC）铣床、CNC电火花线切割机床和高精度电火花成型机床等。模具零件的精度由数控机床保证，解决了以前传统切削加工生产模具零件，靠钳工技术保证质量，质量难保证的问题。
2．3 模具发展趋势
模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展；快速经济制模技术；模具材料及表面处理技术发展迅速；模具工业创新理念和先进生产管理模式。
3 翻边整形工艺分析
具有良好工艺性的翻边整形件，能简化翻边整形工艺过程和提高制件的精度，并有利于模具的设计和制造。翻边整形件的工艺涉及材料、结构工艺和精度内容。
3．1 材料分析
如果零零件材料有足够的塑性,屈服比小，屈服点和弹性模量比值小，有利于有利于翻边整形零件的成形和工件质量的提高。所以选择材料为Q195，屈服强度：195MPa，抗拉强度：315-430MPa,断后伸长率（δ5%）：≥33（钢材厚度或直径≤16mm），≥32（钢材厚度或直径＞16-40mm）。具有搞的塑性韧性和焊接性能，良好的压力加工性能。
3．2 结构工艺分析
图3.2零件图
板料初始厚度为2mm。零件结构简单，尺寸如图3.1所示，轴对称，有利于翻边整形成形。材料的最小弯曲半径rmin，生产中用它来表示弯曲的成形极限，各种常用材料90°弯曲的最小弯曲半径数值表见表3-1.由表3-1可查的Q195所允许的最小弯曲半径rmin=0.4t=0.8＜3mm，卸载后弯曲圆角半径有变化，弯曲中心角发生了变化，而整形可以校正弯曲来控制角度回弹。
表3-2 常用材料最小相对弯曲半径（摘JB/T5109-1991）
3．3 精度分析
零件上的尺寸均未标注尺寸偏差，为自由尺寸，选定IT14为零件公差等级，标准公差数值见表3-3.结论：由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好，可以翻边。
表3-3
4 工艺方案的确定
由于制件有顶部为一定的弧度，坯料为冲压成型块料，在翻边前先对坯料进行预弯，同时凹模上表面设计成零件顶部一样的弧形，这样在翻边前，手动把坯料放在凹模上，模具采取正装形式。同时，在上模设置压板，压板下表面也设置成一定弧度的面，这样在翻边前压板先进行压料，可以在一定程度上控制材料的流动速度，可以很好的保证零件的精度。同时压板在上模回程时也其到卸料作用。在下模设置顶件器，将卡在凹模的零件顶出。由于翻边过程中有较大的侧向力，所以采用导板导向。
依据工艺分析，可确定零件的成形方案为：翻边整形-退模卸料。模具整体采用正装，导板导向，弹性卸料。
5 翻边整形工艺计算
模具冲裁力包括翻边力、压料力、顶件力、整形力四部分。
5．1 翻边力计算
翻边力
式中：F1为翻边力（N）
L—翻边曲线长（mm）
t—料厚(mm)
—材料的抗拉强度(MPa)
k—系数，近似为0.2~0.3
L=416×2+176×2＋2π×24-24×8≈1143mm，t=2, 去=350、k=0.2
所以F1=1.25×1143×2×350×0.2=200025N
5．2 整形力计算
成形过程中，零件的弧形部分是通过整形完成的，其整形力F2=PA
式中：F2—整形力(N)
P—单位压力(N/)
A—整形面积（投影面积）
对于光模面P=50-100N/，取 P=50N/，A=72345
所以P=50×72345=3617250N
5．3 压料力力计算
由于成形过程中，翻边力不能过大，也不可过小。若压料里过大，零件翻边过程中材料流动缓慢，会出现裂纹，而翻边力过小，材料流动过快，易起皱。所以去压料力为翻边力的10%，而如果零件卡在凸模上，卸料力一般为翻边力的0.08倍，所以模具回程中，压边力可以把零件从凸模上卸下。压料力F3=10%F1=20002.5N。
5．4 顶件力计算
若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力（或压料力FD）可近似取自由弯曲力的30％。取F4=0.5F1=60007.5N
所以冲裁力F=F1+F2+F3+F4=3847280N
6 零件设计
6．1 凸凹模设计
6.1.1 凹模设计
（1）外形尺寸
凹模的外形一般有矩形与原形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度。凹模的厚度还应包括使用期内的修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，查《冲压工艺及模具设计》表2—2凹模外形尺寸得凹模最小壁厚为40，故又参考《模具手册之四—冲模手机手册》表4—16矩形和圆形凹模外形尺寸，依据工艺分析可以确定凹模确定凹模尺寸为520×280×70mm，形状如图6-1所示
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