支撑圈冲孔落料拉伸冲压模具设计【含CAD图纸、说明书】
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说 明 书题 目 支撑圈冲压模具设计 学 生 系 别 专 业 班 级 学 号 指 导 教 师 第一章 绪 言改革开放以来,随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。近年来,模具工业一直以左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”;广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心;中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。在走过了漫长的发展道路之后,目前我国已形成了300多亿元(未包括港、澳、台的统计数字)各类冲压模具的生产能力。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。例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。中文摘要 本设计分析了拉深零件的冲压工艺, 确定工艺方案及模具结构, 论述了模具的设计过程, 同时还介绍了模具关键部位的结构设计,如:凸模、凹模、凸模固定板、垫板、卸料板、树脂、挡料销、导正销等。模架采用标准模架,选用了合适的冲压设备。设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算, 实践证明:模具结构合理,生产的零件符合要求。关键词:模具;冲孔;拉深;落料ABSTRACT This project analysis craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter molds design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement. Keywords : Progressive dies; Punching; Stretching; Cut.目 录绪言 2中文摘要 3英文摘要 4第1章 前 言 81.1冲压模具市场情况 91.2冲压模具水平状况 91.3冲压模具未来的发展重点与展望 12第2章 冲压件的工艺性分析 142.1冲压件材料分析 142.2冲压件结构工艺性及分析 142.3模具结构形式和选材 152.3.1模具结构形式 152.3.2模具材料选择 15第3章 冲压工艺方案的确定 17第4章 工艺计算 184.1拉伸件展开尺寸计算 184.2材料的规格的选择 194.3排样图设计与材料利用率计算 194.3.1排样图的设计 194.3.2材料利用率计算 224.4冲压工艺力的计算 224.4.1冲压力的计算 224.4.2拉伸部分拉伸力的计算 234.4.3卸料力及推件力的计算 23第5章 模具主要零部件的设计与选择 255.1圆形凸模的设计 255.1.1凸模长度计算 265.1.2承压应力的校核 265.1.3抗纵向弯曲应力校核 275.1.4圆形凸模固定端面的压力 275.2切断凸模的设计 285.2.1凸模承压应力的校核 285.2.2凸模抗纵向弯曲应力校核 295.2.3切断凸模固定端面的压力 295.3拉伸凸模的设计 305.3.1拉伸凸、凹模圆角半径及工作部分深度的确定 315.3.2凸、凹模间隙 315.3.3落料口大小的确定 315.4凹模的设计 315.4.1凹模孔口形式及主要参数 315.4.2整体式凹模外形尺寸的确定 325.4.3凹模强度校核 345.5树脂的设计 345.5.1设计树脂的一般步骤 345.5.2树脂材料及许用应力 355.5.3树脂相关几何尺寸的计算 375.5.4拉伸树脂钩环强度验算 385.6凸模固定板的选择 395.7凸模垫板的选择 39第6章 确定凹凸模间隙及计算工作部分尺寸 406.1冲压间隙值的确定 406.2凹、凸模刃口尺寸计算 406.2.1确定凹凸刃口尺寸的原则 406.2.2冲压模刃口尺寸的计算方法 406.2.3冲压模刃口尺寸的计算 40第7章 模具总体设计 437.1 定位零件的设计与选择 437.1.1挡料销的选择 437.1.2定位板的设计 437.1.3止退块的设计 437.2卸料装置的设计 457.2.1卸料板的设计 457.2.2卸料树脂的选择 467.2.3卸料树脂有关尺寸计算 487.2.4卸料树脂的窝座深度和安装厚度 487.2.5安装孔内径和孔底厚度 497.3凸模固定板的设计 507.4导向零件的选用 507.5模架的选用 51第8章 冲压设备的选择 538.1冲压设备类型的选择 538.2确定设备的规格 53第9章 绘制模具图与撰写说明书 559.1装配图的绘制 55第10章 总 结 56参考文献 57致 谢 58第一章 前 言毕业设计(论文)是本科教学计划的一个重要环节,是落实本科教育培养目标的重要组成部分,其主要目的是培养学生综合运用所学知识,理论联系实际,独立分析、解决问题,使学生在科研选题、调查研究、检查和查阅中外文献资料、综合分析、实验设计及研究、计算、数据处理、文字表达等方面的能力得到综合训练,进而巩固和加深所学的专业知识,提升学生全面素质。近年来,制造业在科学发展观的指引下迈入了新的发展阶段,其中冲压加工和模具技术更有显著的进步。本人在综合考虑了今后的工作和发展方向后,在这次毕业设计中选取了冲孔、拉伸、切断这一典型的模具结构进行设计,以巩固自己的专业知识。本说明书共有十章。第一章,简要介绍了当前模具行业的发展状况以及今后的发展趋势。第二章到第九章,根据模具设计的基本步骤,依次进行了工艺分析,工艺计算,主要零部件的设计与计算和冲压设备的选择,最后谈及了总装图和零件图绘制的相关内容。本说明书最后一章总结了我在本次设计中遇到的问题和心得体会。说明书最后附有本次设计中所涉及到的所有参考文献。在本次设计和论文撰写过程中始终得到了教研室老师和同组同学的大力支持和帮助,并参考了许多设计书籍的经验方法,老师还帮助我进行了图纸审理和修改,在此均表示由衷的感谢!由于本人水平有限,本说明书定存在许多不妥之处,恳请答辩组老师不吝赐教。1.1 冲压模具市场情况 我国冲压模具无论在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展,但与国民经济需求和世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口,特别是中高档轿车的覆盖件模具,目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模,已趋供过于求,市场竞争激烈。现摘录中国模具工业协会发布的统计材料2007年我国冲压模具市场情况简介如下:据国家统计局数据显示:2007年1-12月全国模具产量达8,944,677.44套,同比增长6.53%;2007年1-12月全国模具年销售额达870亿元人民币以上,同比增长21%。可以说2007年的模具行业是产需两旺。另据中国海关数据显示:2007年我国模具进出口总额为34.66亿美元,比2006年增长12.24%。其中进口总额为20.53亿美元,比2006年增长0.29%;出口总额为14.13亿美元,比2006年增长35.73%。出口继续保持强劲的上升趋势,逆差进一步下降,总的情况良好。据专家预测,2008年在国家宏观调控下,国民经济发展仍将保持高速增长,国内外模具市场继续看好,预计2008年模具行业的发展仍会保持20%左右的增长率。近年来,中国经济的高速发展为模具工业发展提供了巨大动力。近10年来,中国模具工业增长速度保持在15%以上;生产厂2万余家,从业人员50多万人,年产值达450亿元以上。另外,结构调整步伐加快,大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业总体发展速度;塑料模和压铸模比例增大;面向市场的专业模具厂家数量及能力快速增加。从区域市场分析,东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方;珠江三角和长江三角地区生产集中,发展速度快,其模具产值约占全国产值的2/3以上。从未来发展趋势分析,产品结构调整将加快,针对低档模具供过于求,大型、精密、复杂的模具供不应求的情况,高档模具的比重将增加,行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。我国模具行业的国际竞争力优势中,劳动力价格低优势将得到充分发挥。我们认为未来重点发展的产品包括:汽车覆盖件模具、精密冲压模具、大型塑料模具、精密塑料模具、大型薄壁精密复杂压铸模和镁合金压铸模具、子午线橡胶轮胎模具、新型快速经济模具、多功能复合模具、模具标准件等。就企业发展方面分析,采用数控技术、快速原型技术、高速切削和超精加工等高新技术,进一步提升模具工业的设计制造水平将是未来企业改造重点,也是未来企业发展的关键驱动因素。另外,国际市场将被企业看重,因为全球模具市场整体供不应求,市场需求量维持在600亿至650亿美元。从应用趋势方面分析,受用户要求模具的生产周期缩短影响;快速经济模具的开发将被重视,模具标准件的应用将日渐广泛,且采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。 另外,随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展,压铸模的数量、寿命和复杂程度要求将更高;随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高,塑料模的比例、精度和复杂度也将随着相应提高。1.2 冲压模具水平状况 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。精度达到12m,寿命2亿次左右的多工位模具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。1).模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲压模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来,国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂,由华中理工大学作为技术依托单位,开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。 21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及,现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。 模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量,已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间,已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG,美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer,美国CV公司的CADS5,英国DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及space-E,以色列公司的Cimatron,还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD,多数企业已经向三维过渡,总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。 在冲压成型CAE软件方面,除了引进的软件外,华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件,并已在生产实践中得到成功应用,产生了良好的效益。 快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合,快速制造大型汽车覆盖件模具,解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具,模具精度低、制件精度低,样件制作难等问题,实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造,并且保证了制件的精度,为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证,它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近年来也涌现出一些新的快速成型方法,例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。2).模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下,经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 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、制造周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步,东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。 标志冲模技术先进水平的多工位模具和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位模具相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。 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到了应用。3.专业化程度及分布状况我国模具行业专业化程度还比较低,模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30%,我国冲压模具自产自配比例为60%。这就对专业化产生了很多不利影响。现在,技术要求高、投入大的模具,其专业化程度较高,例如覆盖件模具、多工位模具和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高,所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布,而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力,江苏有较强的精密冲模的能力,而模具的用户大都不在本地。1.3冲压模具未来的发展重点与展望1、冲压模具产品发展重点。 冲压模具共有7小类,并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具,多功能、多工位模具和精冲模。这些模具现在产需矛盾大,发展前景好。 汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具,尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位模具、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位模具中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的模具。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模,并不断提高其精度。2、冲压模具技术发展重点。 模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说,发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用,并持续提高效率,特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展,并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。 为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平,建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说,发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1m以下和表面粗糙度Ra0.1m的各种精密加工。提高模具标准化程度,搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。 为了提高冲压模具的寿命,模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案,提供模具开发与工程服务,全面提高企业水平和模具质量,这更是冲压模具技术发展的重点.。55第二章 冲压件工艺分析冲压件的工艺性,是指冲压件对冲压工艺的适应性,即冲压件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲压工艺的要求。冲压件的工艺性对冲压工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。一般情况下,对冲压件工艺性影响最大是几何形状、尺寸、精度要求。良好的冲压件工艺性能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求,从而显著降低冲压件的制造成本。2.1 冲压件材料分析 该零件的材料为08F,该钢种是优质碳素钢,碳的质量百分数是0.05%0.11,属于低炭钢,屈服点=175MPa,抗拉强度=295MPa,延伸率不小于35,断面收缩率不小于60,具有良好的冲压、拉伸、弯曲、焊接性能,故广泛用于制造冷冲压零件。(参考文献7 表84)2.2 冲压件结构工艺性及分析 冲压件的结构形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线,在许可的情况下,把冲压件设计成少、无废料排样的形状,以减少废料,矩形孔两端宜用圆弧连接,以利于模具加工。该工件结构简单,也无复杂形状的曲线。冲压件各直线或曲线的连接处,尽量避免锐角。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时,都应有适当的圆角相连,以利于模具制造和提高模具寿命。工件图如图1.1所示: 图1-1零件最大宽度52 mm, 最大高度15.5mm, 最大长度52mm。经分析,确定成形工序为落料、拉深、冲孔、拉伸整形。由于工序多, 为保证冲压精度, 采用单工序。2.3 模具结构形式和选材 2.3.1模具结构形式 该制件主要工序为:落料、拉深、冲孔、整形。采用单模具,模具结构简单,冲出的制件精度高,生产效率也高,适合大批量生产。而且维修方便 制造方便成本也低2.3.2模具材料选择 冷冲压模具的成本分析 在冷冲压模具设计中,常常要提到模具成本问题,即经济性。所谓经济性,就是以最小的耗费取得最大的经济效果。在冲压生产中,既要保证产品质量,完成所需的产品数量,又要降低模具的制造费用这样才能使整个冷冲压的成本得到降低。 在模具设计中主要考虑的问题是如何降低模具的制造成本。因为产品的成本不仅与材料费(包括原材料费、外购件费)、加工费(包括工人工资、能源消耗、设备折旧费、车间经费等)有关,而且与模具费有关。一副模具少则几万,多则上百万。所以必须采取有效措施降低制造成本。 模具费在工件制造成本中占有一定比例。对于小批量生产,采用简易模具。因其结构简单、制造快速、价廉,所以能降低模具费,从而降低工件制造成本。 在大批大量生产中应尽量采用高效率、长寿命的级进冲模及发展硬质合金冲模。硬质合金冲模的刀磨寿命和总寿命比钢模具大得多。总寿命为钢模具的2040倍,而模具制造费用仅为钢模具的24倍。 而对中批量生产,首先应尽量使冲模标准化,大力发展冲模标准件的品种,推广冲模典型结构,最大限度地缩短冲模设计与制造周期。 制造中、小型冷冲压模具的材料有铸铁、碳素工具钢、合金工具钢、硬质合金、钢结硬质合金以及锌合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨脂橡等。冲模主要零件所使用的模具钢有碳素工具 钢、低合金工具钢、高碳高铬工具钢、高碳中铬工具钢、硬质合金及钢结硬质合金等。 凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作的,并伴随有温度的升高,工件条件极其恶劣。所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐有温度的升高,工件条件极其恶劣。所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐冲击性、淬透性和切削性,硬度很大,热处理变形小,而且价格低廉。 设计模具时,合理选取模具材料是关系到模具寿命和成本的一项重要工作。冲模的主要零件凸模、凹模和凸凹模等材料的选取尤应慎重通常应考虑如下几点:(1)根据冲压件生产批量的大小来选取模具材料。当冲压件的生产批量很大时,凸模、凹模和凸凹模应选取质量高、耐磨性好的模具钢。例如C r12MoV、Cr4W2MoV、YGl5等。 (2)根据被冲压材料的性能、工序性质和冲模主要零件工作条件和作用来选取模具材料。 (3)应考虑模具材料的冷、热加工性能和工厂现有条件。 (4)应考虑我国模具钢的生产和使用情况。 对于该制件主要工序为:落料、拉深、冲孔、整形。且要求大批量生产,所以模具材料应采用质量较高,能保证耐用度的材料。故凹、凸模可以选择高碳高铬工具钢Cr12MoV,热处理硬度:6062HRC。第三章 冲压工艺方案的确定工艺方案的内容是确定冲压件的工艺路线,主要包括确定工序数、工序的组合和工序的顺序安排等,应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案,再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素,全面考虑、综合分析,选取一个较为合理的方案。冲压工序按工序的组合程度可分为单工序冲压、复合冲压和级进冲压。模具是在各个压力机的一次行程中,四副模具的上完成多个不同的工序。根据对零件进行分析,综合考虑材料利用率,工艺合理性及模具结构简易等,工序安排: 落料; 拉伸; 冲孔; 整形。第四章 工 艺 计 算4.1拉伸件展开尺寸计算 板料、带料拉伸时,材料往拉伸力较大的区域流动。移动过程中,材料壁厚也会相应改变,故拉伸件的展开计算应遵循体积不变原则进行,由于该工件近似圆台,呈盒形,根据表面积相等原理,可近似计算毛坯面积为:由对工件分析可取,取修边余量则 。因为该工件四周的变形区基本相等,变形量也相近。由求得: L=52mm毛坯的展开形状如图3.2。图3.2毛坯展开形状图4.2材料的规格的选择:冲压生产中使用的材料相当广泛。有金属材料和非金属材料,大部分都是各种规格的板料、带料、条料和块料。板料是冲压生产中应用最广的材料,适合于成批生产。其尺寸规格按国家标准定,采用标准规格板料可能会增加余料,使材料利用率降低。 带料(卷料)用于大批量生产。带料的宽度一般在300mm以下,根据材料的不同,有不同的宽度尺寸,长度可达几米到几十米,有的薄材料可达数百米。 条料是根据冲压件的需要,由板料剪切而成,用于中小型零件的冲压。 块料适用于单件小批量生产和价值昂贵的有色金属的冲压。根据生产要求和工艺性,选择切边带料。(参考文献4 )4.3排样图的设计与材料利用率的计算4.3.1排样图的设计(一)排样分析排样指冲压件在板料、条料或带料上的布置方式。排样是否合理,对材料利用率的大小有直接影响。还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等,因此,排样是冲压工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲压件大批量生产成本中,毛坯材料费用占60%以上,排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利用率,就必须减少废料面积,冲压过程中所产生的废料,可分为两种情况:(1)结构废料 由于工件结构形状的需要,如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料,它取决于工件的形状,一般不能够改变。(2)工艺废料 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边,定位需要切去的料边与定位孔,不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料,它决定于冲压方式和排样方式。因此,提高材料利用率要从减少工艺废料着手,同一个工件,可以有几种不同的排样方法。根据材料的利用情况,排样的方法可以有三种:(1)有废料排样沿工件的全部外形冲压,工件与工件之间,工件与条料侧边之间都有工艺余料(搭边)存在,冲压后搭边成为废料,如图3-3a所示。(2)少废料排样 沿工件的部分外形轮廓切断或冲压,只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在,如图3-3b所示。(3)无废料排样工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在,条料沿直线或曲线切断而得工件。如图3-3c所示。 图4-3排样方法 a) 有废料排样 b) 少废料排样 c)无废料排样有废料的排样法材料利用率较低,但制件的质量和冲模寿命较高,常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少、无废料排样法的材料利用率较高,在无废料排样时只有料头、料尾损失,材料利用率可达85%95%,少废料排样法也可达70%90%。少、无废料排样法有利于一次冲压多个工件,可以提高生产率。由于这种排样法冲切周边减少,所以还可以简化模具结构,降低冲压力。但是,少、无废料排样的应用范围有一定的局限性,受到工件形状结构的限制,且由于条料本身的宽度公差,条料导向与定位所产生的误差,会直接影响工件尺寸而使工件的精度降低。在几个工件的汇合点容易产生毛刺。由于采用单边剪切,也会加快模具磨损而降低冲模寿命,并直接影响工件的断面质量,所以少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排样。有废料、少废料或无废料排样。按工件的外形特征、排样的形式又可分为直排、斜排、对排、混合排、多排和压搭边等。对于简单形状的工件,可以用就算方法选择合理的排样方式,而对于形状复杂的工件要作出正确判断则比较困难,通常用放样的方法,即用厚纸片剪35个样件,摆出各种可能的排样方案,从中选择一个比较合理的方案。合理的排样方法,应是将工艺废料减到最少。考虑到该工件的外形特征和材料的利用情况,可采用少废料直排的排样方式。(参考文献1 )(二)搭边数值的选取 排样时,冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。它的作用是补偿定位误差,保证冲出合格的冲件,以保证条料有一定刚度,便于送料。搭边数值取决于以下因素:(1)冲件的尺寸和形状;(2)材料的硬度和厚度;(3)排样的形式(直排、斜排、对排等);(4)条料的送料方法(是否有侧压板);(5)挡料装置的形式(包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式)。当采用模具冲压时,排样设计除了要考虑提高材料利用率以外,还必须注意以几点:(1)公差要求较严的零件排样时工步不宜太多,否则累积误差大,零件公差要求不易保证;(2)对孔壁较小的冲压件,其孔可以分步冲出以保证凹模孔壁的强度;(3)零件孔距公差要求较严时,应尽量在同一工步冲出或在相邻工步冲出;(4)当凹模壁厚太小时,应增设空步以提高凹模孔壁的强度;(5)尽量避免复杂型孔,对复杂外形零件的冲压,可分步冲出,以减小模具制造难度;(6)当零件小而批量大时,应尽可能采用多工位模具成形的排样法;(7)在零件较大的大量生产中,为了缩短模具的长度可采用连续复合成形的排样法;(8)对于要求较高或工步较多的冲件,为了减小定位误差,排样时可在条料两侧设置工艺,用导正销定位; (9)在模具的连续成形排样中,如有切口翘脚、起伏成形、翻边等成形工时,一般应安排在落料前完成;(10)当材料塑性较差时在有弯曲工步的连续成形排样中,必须使弯曲线与材料纹向成一定夹角。(参考文献1 )搭边值根据工件宽和材料厚度,选工件间搭边值a=2.0mm。(参考文献5 )排样图4-4(mm) 图4-4 排样图4.3.2 材料利用率的计算一个进距内的材料利用率为: (4-3) 式中:A冲压件面积(包括冲出的小孔在内)(); n 一个进距内冲件数目; B条料宽度(mm); h进距(mm)。 31x16.5 = x100% =80.27% 18x35.4(参考文献1 ) 4.4冲压工艺力的计算4.4.1冲压力 冲压力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力,它与材料厚度、工件周边长度、材料的力学性能等参数有关。冲压模设计时为了合理地设计模具及选用设备,必须计算冲压力。压力机吨位必须大于计算的冲压力。以适应冲压的要求。冲压力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲压件分离的轮廓长度有关。考虑到成本和冲压件的质量要求,平刃口模具冲压时,其理论冲压力F(N)可按下式计算: (4-4)式中 L冲压件周边长度(mm); t 材料厚度(mm); 材料抗剪强度(MPa); K 系数。考虑到模具刃口的磨损,模具间隙的波动,材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素,一般取K=1.3。 选择设备吨位时,考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素实际冲压力可能增大,所以应取 F (4-5)式中 F最大可能冲压力(称冲压力);N 材料抗拉强度(MPa) 。 (参考文献1 )08F钢的抗剪强度:260340N/,强度极限:300440 N/ (参考文献2 )圆孔的冲压力的计算: = =1.3811.5340N/=53703(N)落料部分的冲压力计算: =1.3163.4mm1.5340N/=108334.2(N)4.4.2拉伸部分的拉伸力计算: 自由拉伸力为:= (4-6) 式中 C与弯曲形式有关的系数,对于V形件C取0.6;对于U形件C取0.7; K安全系数,一般取1.3; B料宽(mm); t 料厚(mm); r 弯曲半径(mm); 材料强度极限(MPa)。 该工件属于U形件,则: =6177.6(N) 压料力的计算: 压料力Q值可近似取自由弯曲的30%80%,即: (4-7) 式中 Q压料力,mm; 取 Q= 0.8=0.86177.6N=4942N 选择压力机时: =11119.6N (参考文献1 ) 4.4.3卸料力及推件力的计算: 由于冲压中材料的弹性变形及摩擦的存在,冲压后带孔部分的材料会紧箍在凸模上,而冲落的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下的板料、带料的力称为卸料力;把落入凹模洞口中的冲压件或废料顺着冲压方向推出的力称为推件力。卸料力的大小与凸模和凹模之间的间隙、工件形状、材料的种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关。要准确计算很困难,实际生产中常用下列经验公式计算 =F (4-8) 式中 F冲压力(N); 卸料力系数。在整个冲压过程中均有卸料力,则 =(+)式中:、分别是大圆孔、小圆孔、切断部分的冲压力。表4-2 卸料力、推件力及顶件力系数 查表4-2 取=0.045,则 =0.04553703 =2416.64(N)第五章 模具主要零件设计与选择5.1圆形凸模的设计 设计图如5-1 图5-1 25.8mm 的圆形凸模 基本尺寸D极限偏差: 凸模材料用Crl2MoV,刀口部分热处理硬度为6062HRC尾部回火至4050HRC。 凸模的固定方法采用台阶式凸模,将凸模压入固定板内,采用H7/m6配合装配后磨平。 图5-25.1.1凸模长度计算 凸模的长度应根据冲模的具体结构确定,应留有修磨余量,并且模具在闭合态下。卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。 一般按图5-3所示的结构计算,凸模长度应为: L=H1+H2+H3+a (5-1)式中 H1凸模固定板厚度; H2卸料板厚度; H3导尺(导板)或坯料厚度; a附加长度主要考虑 冲头总修量及模具闭合状态下卸料板到冲头固定板间的安全距离。一般取1020mm。根据设计可知,H1=20mm, H2=20mm,H3=0.75mm, a=1mm, 凸模进入凹模取2mm,所以凸模总长度为:L=45mm。 图5-3 凸模一般不必进行强度校验,但对于特别细长的凸模或凸模断面尺寸小而板料厚度大时则应进行强度校验。5.1.2承压应力校验冲压时,凸模承受的最小断面压应力,必须小于凸模材料强度允许的压应。即: (5-2)对圆形凸模,由上式可得 (5-3) 即: 式中 凸模最小断面压应力(MPa); 凸模纵向总压力(MPa); 凸模最小截面的面积(); 圆形凸模最小截面的直径(mm); t 冲压材料厚度(mm); 冲压材料抗剪强度(MPa)。 凸模材料的许用压应力,对于Crl2MoV,可取=(1.01.6) MPa,凸模有特殊导向时,可取=(23) MPa。 =1.28mm 对于大小圆形冲孔凸模均能满足要求。5.1.3抗纵向弯曲应力的校核: 无导向装置的圆形凸模 (5-4) 有导向装置的圆形凸模 (5-5) 式中 凸模允许的最大自由长度(mm); 冲压力(N); d 凸模最小截面直径(mm)。 设计中卸料板兼其导向作用,所以 对于25.8mm 的圆形凸模 =21mm=46.8mm 满足要求5.1.4圆形凸模固定端面的压力 凸模固定端面的单位压力按下式计算,即 q= (5-6) 式中 q凸模固定端面的压力,MPa; A凸模固定部分最大剖面积,; F落料或冲孔的冲压力,N; 模座材料的许用压应力,MPa。、对于25.8mm的圆形凸模: q= =176 MPa 凸模固定端面与模座直接接触,当其单位压力超过模座材料的许用压应力时,模座表面就会损伤。为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。模座材料采用铸铁,许用压应力。 (5.1参考文献2 )5.2 落料凸模设计 此凸模为非标准件,为保证冲压质量,避免毛刺的产生,故模具宽度要比冲压工件宽度宽一些,一般比冲压材料宽。采用线切割或成形磨削加工,固定部分应和工作部分尺寸一致。所以设计凸模结构如下图5-4所示: 图5-4,落料凸模高度设计为与圆形凸模一样高。凸模固定方式也才用台阶式(见图5-2),将凸模压入固定板内,采用H7/m6配合装配后磨平。5.2.1凸模承压力校核: 冲压时,凸模承受的最小断面压应力,必须小于凸模材料强度允许的压应力。即: 式中 凸模最小断面压应力(MPa); 凸模纵向总压力(MPa); 凸模最小截面的面积()。 = 149.5(MPa) 5.2.2 抗纵向弯曲应力的校核: 无导向装置的一般形状凸模 (5-7) 有导向装置的一般形状凸模 (5-8) 式中 凸模允许的最大自由长度(mm); 冲压力(N); I凸模最小截面惯性矩()。从俯视图可以看:凸模形状类似为工字形,可按工字形截面求其近似惯性矩I,则 (5-9) 可以导出 式中 中性轴静矩,=;(5-10) 最大剪应力。= =16177.2 故 =21mm=657.3mm 满足要求 5.2.3 落料凸模固定端面的压力 切断凸模固定端面的单位压力按下式计算,即 q=
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