较大精确复杂级进模具技能综合分析

第一章绪论
 
1.1引言
按中国模具工业协会划分的模具类别及排定的顺序是:冲压模、塑料模、压铸模、锻造模、粉末冶金模、橡胶模、拉丝模、无机材料成型模。在现代生产制造技术中,冲压加工占有很大的比例和很重要的地位。在20世纪60年代,美国用金属板料经冲压加工后就已创造出了相当于原材料价值12倍的增值,其所创造的总价值占到国民生产总值。与塑性加工的其他方法及机械加工中其他冷、热加工方法相比,使用模具的冲压加工有其独特的优点。首先,生产效率高,一般冲压设备的行程次数为每分种几十次,象高速冲床每分钟己达数百次、千次以上,而且每次冲压过程有可能就得到一个产品零件。其次,冲压产品质量好、强度高、冲压产品由模具精度保证了可不需再机加工的尺寸、形状,且不破坏(冷轧板材的)表面质量,冷作硬化效应提高了零件的强度,而模具的寿命长,确保了冲压产品形状、精度和性能的稳定性。此外,冲压加工一般没有切屑碎料生成,金属材料消耗较少,可以降低生产成本。显而易见,要发挥上述冲压加工的优势,就必须有先进的模具来保证。
 
1.2国内外级进模研究现状与选题意义
随着制冷行业的发展,在70年代中期,家用空调迅速进入工业发达国家的家庭,而全球生产家用空调的厂家所用冲制翅片的级进模主要由美国的OAK公司、意大利GBS公司和日本的扭DAKA公司设计制造。当时制冷技术水平不是很高,翅片较简单,相应的模具也比较简陋,精度也不高。进入80年代,CNC数控机床在机械加工中的大量使用,使得模具技术有了很大的提高,这时多工位级进模技术也相应得到提高和发展。空调翅片类级进模才得以出现。到了90年代,随着家用空调数量的增大,高效率、超大型、精密复杂、多工位空调翅片类级进模才由美国、意大利、日本的企业设计制造出来。美国OAK公司是80年代中期最早研制出大型多工位级进模的,由于这种模具冲制的翅片铝箔材料厚度仅0.115~,且宽度在600~soomm,带料在模具中十分松软,其定位不能采用传统的导正钉。因此,冲床行程与自动送料装置及模具三者必须相互协调一致,才能保证送料步距精度。该公司已设计有专用的冲床与模具配套,模具的设计制造己实现CAD/CAM,模具大部分零配件己实现标准化,凸凹模互换公差控制在0.003~内。日本HIDAKA公司是这类级进模设计制造的后起之秀,他们借助日本模具技术和机械加工能力,很快研制出世界上功能最齐全的翅片类级进模,其大模板幅面尺寸达到2200X1500~,送料进给采用4跳步,一次能冲出72件翅片产品。与此同时,他们将日本最新制的耐磨材料超硬合金(一种粉末模具钢)用于模具凸凹模制造,使模具的使用寿命有了明显的提高。近年模具技术水平也超过美国OAK公司,目前,该公司生产的模具几乎占据了中国所有大的家用空调生产厂家。
因此,企业间的相互竞争十分激烈,基于从保护商业利益的角度考虑,国外文献资料对空调翅片级进模的研究报导极少。在本课题研究过程中,本人对广东科龙电器股份有限公司、中山三荣空调器有限公司、华凌空调器有限公司、美的空调器股份有限公司、江苏泰州春兰集团空调器厂、杭州东宝空调器有限公司、青岛海尔集团空调器厂、四川长虹电子集团空调器厂进行实地调研,从中了解到这类级进模早在80年代美国、意大利、日本就开始进行系统的研究,主要体现在下面几个方面:l)先进的冲压成形理论冲压板料、模具和设备是构成了冲压加工的三要素,图I一1表示出了几者之间的相互关系,特别是冲压板料与模具的关系更为密切。通过对国外模具的分析,发现各个时期模具结构参数是不同的,由此可以看出,国外对冲压形机理进行了深入系统的研究,如日本HIDAKA公司针对不同的翅片铝箔材料,研制出了与铝箔材料相适应多种翻边孔拉深成形方式(见表1-1)。表1-1日本几种不同的翻边孔成形方式
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第二章冲压成形理论的探讨
 
2.1塑性变形的力学基础
在对塑性变形点的应力与应变状态分析之后,推导了质点的应力平衡方程;论述了塑性变形体体积不变条件,对两个屈服准则进行了比较,对中间主应力的影响即屈服准则的简化表达式进行了推导;对塑性变形的应力应变关系及特点进行了分析。(2)对平面应力状态、轴对称应力状态应力平衡微分方程进行了推导;对平面变形、轴对称变形和平面应力状态的屈服轨迹进行了论述。(3)论述了板料冲压成形的力学分析方法主应力法的基本原理和滑移线法的基本理论,并分别推导了两种理论应力平衡微分方程的表达式。(4)对冲压成形极限的几种状态、冲压成形极限的两种表示方法极限图法和极限应变值方程进行了讨论。从图2-7可以看出,在六个角点上,两个准则是一致的;除这六点外,两个准则有差别,按MiseS准则需要较大的应力才能使材料屈服。其中,D,H等六点上两准则的差别最大,为155%。由屈服轨迹可直观判别材料在平面应力状态下是否处于塑性状态。如果质点在屈服轨迹的里面,则该点处于弹性状态;如果质点在轨迹上,则一该质点处于塑性状态。对于理想塑性材料,质点不可能在轨迹的外面。
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2.3板料成形的力学分析方法………………(21)
2.4冲压成形极限……………(24)
2.5本章小结……………(26)
第三章模具各冲压工序变形特性分析……………(28)
3.1引言……………(27)
3.2拉深……………(27)
3.3冲裁……………(34)
3.4翻边……………(38)

第三章模具各冲压工序变形特性分析
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3.6模具装配尺寸链精度优化分析系统

级进模工作时,靠两个主要运动来完成它的功能。一个是上模的往复合模开模运动,实现对制件的冲压加工,而另一个运动是铝箔带料精确进给,实现对制件的连续加工。如果把各功能子模看成是独立的单元体,那么模具精度可以用三维坐标表示。其中Z方向主要有大模架精度,对模具运动平稳性影响较大;Y方向精度是子模横向安装位置度,对翅片冲压过程和质量影响较小;而X方向主要是子模纵向安装位置度,该项精度构成了整套模具的步距精度,直接影响带料的精确送料,以及翅片的几何形状和尺寸精度。由于级进模步距精度是靠9套功能子装配来保证的,而零件和子模存在一定加工误差,这样装配过程中必然会产生一定的误差积累而影响装配精度。要达到装配精度,不能只依赖于提高零件和子模的加工精度,在一定程度上必需依赖于装配工艺技术,通过调整的手段来补偿装配累积误差,实现模具步距精度印.003~要求。5.4.2装配尺寸链的建立在前面第四章排样图设计和整体结构设计内容里,我们研究出级进模由30个工位(双跳步步距42~),9套子模构成,并通过连续送料和精确的步距孔导正来完成拉深、冲孔、翻边、卷边多种冲压工作的,翅片制件的翻边孔同时也是级进模的步距基准孔,起到送料、传送、定位、导正作用。并通过精度计算知道模具的步距精度为士03mm带料的定位公差为0.05mm。而上述功能的实现以及精度的保证是靠3”冲孔翻边子模和6”送料子模。冲孔翻边子模中的冲孔工位是整套模具的装配基准,而6“送料子模静指块上的拉料指头是带料定位基准,在它们之间组成模具装配的核心部分,图5一10是模具装配尺寸链示意图。模具排样上面的尺寸表示模具30个工位分布,排样下面的尺寸表示装配尺寸链。根据模具结构特点以及装配尺寸链基本原理,可以建立如下装配尺寸链关系:l)装配基准:冲孔翻边工位
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结论与展望
作者通过论文的全部工作,在八五国家重点企业株洲硬质合金厂技术开发项目“高精度多工位级进模的研制”课题研究成果基础上,借助所在单位一一湖南钻石硬质合金工具有限公司的科研条件和多年来消化吸收国外进口模具的技术,以及自行研制开发空调类级进模的实践,并通过研制一套大型翅片级进模实例,对大型精密、复杂的级进模技术进行了综合研究及验证,主要结论有:
1.在对冲压成形理论探讨和对各冲压工序变形特性分析基础上,提出了对拉深、冲裁、翻边、卷边弯曲冲压工序上凹凸模主要结构参数的计算方法,包括拉深次数和拉深直径,冲裁间隙和公差,翻边预孔直径和翻边高度,卷边凸模最小弯曲半径,解决了如何对各冲压工序的排列和各冲压工序上凸凹模尺寸的确定问题。
2.基于有利模具加工制造、维修及延长模具使用寿命和实现模具多种功能的考虑,提出了模具采用子模分立式结构的思想,通过对模具进行总体设计、子模结构设计和辅助机构传动设计,以及对模具步距精度、带料定位公差,凸凹模互换性制造公差和模具压力中心的计算,建立了一种大型精密复杂级进模的设计方法体系,丰富了园为级进模设计理论。
3.应用机械加工工艺理论,提出了两种消除累积误差的工艺方法,并对工艺工装进行了设计,解决了级进模大型模板和高精度、结构复杂凸凹模零件的加工和检测。其方法对在实际模具制造中,合理地应用工艺理论和工装,实现对大型、高精度、复杂零件的加工具有参考价值。
 
参考文献（略）