原稿-YB221-支架冲压工艺和级进模具设计【冲压模具设计稿】
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XXXX大学毕业设计说明书题 目: 支架多工位级进模具设计年级、专业: 姓 名: 学 号: 指 导教 师: 完 成时 间: 本科毕业设计诚 信 承 诺 书本人郑重声明:所呈交的毕业设计 支架冲压工艺与模具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,其内容除了在毕业设计中特别加以标注引用,表示致谢的内容外,本毕业设计不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级: 学 号: 作者姓名: 2015 年 4 月 28 日摘 要本设计是对给定的产品图进行冲压模具设计。冲压工艺的选择是经查阅相关资料和和对产品形状仔细分析的基础上进行的;冲压模具的选择是在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度等诸多因素的基础上进行的;产品毛坯展开尺寸的计算是在方便建设又不影响模具成型的前提下简化为所熟悉的模型进行的。文中还对冲压成型零件和其它相关零件的选择原则及选择方法进行了说明,另外还介绍了几种产品形状的毛坯展开尺寸计算的方法和简化模型,以及冲压模具设计所需要使用的几种参考书籍的查阅方法。【关键词】工艺、工艺性、冲压工序、冲压模具、尺寸AbstractThis project is a press die designation based on the original product. The election of press process is based on consulting correlation datum and analyzing the form of manufactured product meticulous; The election of press die is based on synthesis considerations on economical efficiency、the processing property of part and complex degree iso many factors; Calculating the work blank of manufactured product unfold dimension is lined feed on the premise of calculation convenience but without contribution die confectioning simplified frequent application cast. In the test, to introduce the election principle and means of press confectioning art and miscellaneous rapport part, otherwise also introducing calculation means on the work blank from of many kinds of product unfold dimension and simplified cast, and the means of looking up on the reference books of designing press die.【key words】The craft; the technology capability; press process; punch die; the size.目 录前 言4第一章、零件图及工艺方案的拟订111.1.零件图及零件工艺性分析111.1.1.零件图111.1.2.零件的工艺性分析111.2.工艺方案的确定12第二章、工艺设计142.1.计算毛坯尺寸142.2.确定排样方案152.2.1.计算工件实际面积152.2.2.分析排样方案162.3.计算各工序的压力172.4.压力机的选择192.5.压力中心的确定20第三章、模具类型及结构形式的选择233.1.级进模的设计23第四章、模具工作零件刃口尺寸及公差的计算254.1.冲孔、弯曲、切断模25第五章、模具零件的选用,设计及必要的计算295.1.模具零件的选用29第六章、压力机的校核346.1、压力机的校核34第七章、模具的动作原理及综合分析357.1.模具零件的加工357.2.模具的动作原理36第八章、模具的装配37第九章、设计心得38致 谢39主要参考文献40前 言模具主要类型有:冲模,锻摸,塑料模,压铸模,粉末冶金模,玻璃模,橡胶模,陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模,因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。模具所涉及的工艺繁多,包括机械设计制造,塑料,橡胶加工,金属材料,铸造(凝固理论),塑性加工,玻璃等诸多学科和行业,是一个多学科的综合,其复杂程度显而易见。随着经济的发展,冲压技术应用范围越来越广泛,在国民经济各部门中,几乎都有冲压加工生产,它不仅与整个机械行业密切相关,而且与人们的生活紧密相连。冲压工艺与冲压设备正在不断地发展,特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展,把冲压的技术水平提高到了一个新高度。新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广,模具各种表面处理技术的发展,冲压设备和模具结构的改善及精度的提高,显著地延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点,在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器,以及日常生活用品等行业应用非常广泛,占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高,冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。可以说,模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。目前国内模具技术人员短缺,要解决这样的问题,关键在于职业培训。我们做为踏入社会的当代学生,就应该掌握扎实的专业基础,现在学好理论基础。毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节。希望能通过这次设计,能掌握模具设计的基本方法和基本理论。模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求,市场需求量维持在700亿至850亿美元,同时,我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年,我国模具产业总产值保持15%的年增长率(据不完全统计,2005年国内模具进口总值达到700多亿,同时,有近250个亿的出口),到2007年模具产值预计为700亿元,模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。单就汽车产业而言,一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元,而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2005年我国汽车产销量均突破550万辆,预计2007年产销量各突破700万辆,轿车产量将达到300万辆。另外,电子和通讯产品对模具的需求也非常大,在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前,中国17000多个模具生产厂点,从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其它各类模具约占11%。模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志,就我国而言,经过了这几十年曲折的发展,模具行业也初具规模,从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步,但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展,模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术的研究和应用。大大提搞了模具设计和制造的效率。减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术,还可提高模具质量,大大减少设计和制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大的提高了它们的互换性。加强了各个地区的合作。对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展;另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前,50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米,多功能级进模不仅可以完成冲压全过程,还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达25微米,进距精度23微米,总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业,已能生产成套轿车覆盖件模具,在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平,但在制造方法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,但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量(主轴转速一般为1500040000r/min),加工精度一般可达10微米,最好的表面粗糙度Ra1微米),而且与传统切削加工相比具有温升低(工件只升高3摄氏度)、切削力小,因而可加工热敏材料和刚性差的零件,合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料(60HRC)加工;电火花铣削加工(又称电火花创成加工)是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造昂贵的成形电极,如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花加工机床的技术水平;慢走丝线切割技术的发展水平已相当高,功能也相当完善,自动化程度已达到无人看管运行的程度,目前切割速度已达到300mm/min,加工精度可达1.5微米,表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤,使得现场自动化检测成为可能。此外,激光快速成形技术(RPM)与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后,通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺(分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM)的系统,它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造,具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础,采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。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15%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。随着与国际接轨的脚步不断加快,市场竞争的日益加剧,人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一,模具制造技术现已成为衡量一国产品制造水平的重要标志和发展程度的标志之一。目前,我国的模具技术有了很大发展,模具的精密度、复杂程度和寿命都有很大提高。如,主要的汽车模具企业已能生产大型、精密的轿车覆盖件模具;体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面增加;塑料模热流道技术日渐成熟,气体辅助注射技术开始采用;压铸工艺得到发展。此外,CAD/CAM/CAE技术得到广泛应用,高速加工、复合加工等先进的加工技术也得到进一步推广;快速原型进展很快;模具的标准化程度也有一定提高。但是,由于我国的模具行业起步较晚,与国外相比,仍存在不小的差距,主要体现在:产需矛盾:随着工业发展水平的不断提高,工业产品更新速度的加快,对模具的需求越来越大。无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要,只达到70左右。造成矛盾突出的原因是模具企业的专业化、标准化程度低,生产周期长。另外,设计和制造工艺水平还不能完全适应发展的需要。企业结构不合理:我国很多模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂或车间内,模具的商品化程度低,而国外70以上都是专业模具厂,且走的是“小而精”的道路,因此生产效率和经济效益俱佳。产品水平:衡量模具的产品水平,主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度,加工模具的复杂程度,以及模具的制造周期和使用寿命。而这几项指标与国外相比的差距都十分明显。此外,模具工业的整体装备水平也存在相对落后,利用率低的现象。高素质的模具技术人才缺乏,产品的综合开发能力还急需加强。针对不足和模具市场巨大的潜力,国家制定了模具行业的“十五”发展规划。一方面要继续推广新技术的应用,提高大型、精密、复杂模具的制造水平;另一方面要针对不同模具市场的需求,有针对性的发展。希望在模具企业的整体实力有进一步提升,重点、骨干企业可以达到50%。2003年是“十五”关键的一年,如果做不到60%任务的完成,那么计划就会失败,而模具失败了,对整个工业都会有影响。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;CAD/CAE/CAM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。冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件,所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料,而且也可以加工非金属板料。冲压加工时,板料在模具的作用下,于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时,板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形,从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程,所以它的生产率高,而且由于操作简便,也便于实现机械化和自动化。利用模具加工,可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证的,所以质量稳定,一般不需要再经过机械加工便可以使用。冲压加工一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样大量的切削材料,所以它不但节能,而且节约材料。冲压产品的表面质量较好,使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料,在冲压过程中材料表面不受破坏。因此,冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中,冲压生产占有重要的地位。当今,随着科学技术的发展,冲压工艺技术也在不断革新和发展,这些革新和发展主要表现在以下几个方面:(1)工艺分析计算方法的现代化(2)模具设计及制造技术的现代化(3)冲压生产的机械化和自动化(4)新的成型工艺以及技术的出现(5)不断改进板料的性能,以提高其成型能力和使用效果。毕业设计是一种综合性的训练,也是一个重要的专业实训环节,它综合性强,应用知识面宽。随着社会主义市场经济的不断发展,工业产品增多,产品更新换代加快,市场竞争激烈。模具作为一种工具已广泛地应用在各行各业之中。模具是现代化工业生产的重要工艺装备。在国民经济的各个工业部门都越来越多地依靠模具来进行生产加工。模具已成为国民经济的基础工业。模具已成为当代工业的重要手段和工艺发展方向之一。现代工业产品的品种和生产效益的提高,在很大程度上取决于模具的发展和技术经济水平。为了更进一步加强我们的设计能力,巩固所学的专业知识,在毕业之际,特安排了此次的毕业设计。毕业计也是我们专业在学完基础理论课,技术基础课和专业课的基础上,所设置的一个重要的实践性教学环节。本次设计的目的:一、 综合运用本专业所学的理论与生产实际知识,进行一次冲压模设计的实际训练,从而提高我们独立工作能力。二、 巩固复习三年以来所学的各门学科的知识,以致能融贯通,进一步了解从模具设计到模具制造整个工艺流程。三、 掌握模具设计的基本技能,如计算、绘图、查阅设计资料和手册,熟悉标准和规范等。由于本人设计水平有限,经验不足,错误难免,敬请老师批评、指导,不胜感激。第一章、零件图及工艺方案的拟订1.1.零件图及零件工艺性分析1.1.1.零件图图(11)工件图:如图11所示材料:1Cr18Ni9Ti不锈钢板厚:1.0mm1.1.2.零件的工艺性分析产品所用的材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢,其力学性能如下:=430550Mpa,b=540700Mpa,s=400Mpa。(冷冲压工艺与模具设计P322),零件图上未注公差等级,属自由尺寸,按IT12级确定工件尺寸的公差。该制件中间形孔与两条0.8mm宽的槽的作用是调节螺钉旋入M2螺纹后不会产生松动。尺寸2.4mm的U形弯曲角要求小于90度,M2螺纹孔中线至弯曲边缘距离为10.3.如果采用单工序模具生产,其工艺程序是:落料,冲孔,冲槽,整平,压弯,压筋,弯直角,弯U形共8道工序。该工艺不但工效低,而且难以保证质量,模具寿命也有限。经过考虑和商讨,应考虑以下几个方面:应减少工序数,尽量减少各工序间的积累误差。冲槽工序要着重考虑模具强度和稳定性。弯曲成型应有一定的生产批量,应重视模具材料的选择和模具结构的确定,保证模具的寿命。制件较小,从安全考虑,要采取适当的取件方式,模具结构上设计好推件和取件方式。本零件采用的是1.0mm的不锈钢板料带冲压而成,由图而知该图的零件外形尺寸不大且外形复杂,要求的精度也高。从材料来说,该零件比较薄,便于成型,故该零件有利于冲压成型。1.2.工艺方案的确定对工序的安排,拟有以下几种方案:产品中有孔,且外形相对复杂,所以要落料,冲孔,还有弯曲,共3种工序。落料冲孔弯曲等,单工序模生产,共8道工序,8副模具。落料冲孔复合冲压,弯曲2副单模生产。冲孔切废料弯曲切断连续冲压,采用级进模生产。方案模具结构简单,容易制造。但成形制件需要8道工序、8套模具才能完成零件的加工,工序分散,搬运半成品要浪费大量时间。生产效率较低;工件的精度也难以保证。方案复合模结构一般,比较容易制造。制件也需3道工序;节约了半成品搬运的时间提高了生产效率且易于保证孔的质量和制件精度。方案级进模结构复杂;难以制造。有较高的生产效率且能保证制件的精度。综上所述,根据生产效率、精度、所使用的机床、卸料方式、废料出料、板料的定位方式、制造成本等方面分析最终确定方案三。在一副模具中,可以完成包括冲裁,弯曲,拉深和成形等多道冲压工序;减少了使用多副模具的周转和重复定位过程,显著提高了劳动生产率和设备利用率。由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上,故不存在复合模的“最小壁厚”问题,设计时还可根据模具强度和模具的装配需要留出空工位,从而保证模具的强度和装配空间。第二章、工艺设计2.1.计算毛坯尺寸展开尺寸的计算:弯曲件毛坯的展开尺寸是根据变形中性层长度不变的原理来求出的,对于变形程度很小或对尺寸要不高的弯曲件来说,可以近似的认为变形中性层与毛坯的断面中心相重合,这时,中性层的位置为=r+t/2式中 r弯曲件内层的弯曲半径 t板料的厚度,而当需要精确的求出弯曲毛坯的展开长度时,就必须精确的求出变形中性层的位置。确定位置之后就可以进行毛坯展开长度的计算了,这需要一个中性层的位移系数,此系数对于弯曲形状及弯曲程度不同,数值也不同,需要根据实际的模具调节展开尺寸。本产品,尺寸没标公差,属于自由公差,可以直接按毛坯的断面中性层尺寸计算,弯曲公式是L=L1+L2+L3+L4+R1+R2+R3经过实际计算 L1=28.7此尺寸目前是待定,在实际生产时需调节。展开图纸如下图所示: 外形最大尺寸为长度Dmax=28.7外形最大尺寸为宽度dmax=6,材料厚度为1.0,由冲压工艺与模具设计P45表2.5.2 确定搭边值:工件间:a1=1.5;沿边:a=1.8,由于采用连续模来设计这个产品,需要在产品两侧加上侧刃定位,所以在计算产品条料宽度时,需要加上侧刃的计算。这里根据产品大小和材料厚度,将侧刃宽度定为1.8毫米,加上侧刃尺寸,计算后,产品下料宽度为28.7+1.8+1.8+1.8=34.1。节距为6+1.5+1.5=9。由冲压工艺与模具设计P45表2.5.3条料下料剪切公差:=0.4;条料与导料板之间的间隙:c=0.32.2.确定排样方案2.2.1.计算工件实际面积在级进模里,各工位就有不同的冲压工序,每个工位的冲压性质都不同要遵循一定打冲压工序,否则就冲不出合格的制件,故必须设计好。排样是模具结构设计的主要依据,排样图的好坏,直接关系到模具的设计好坏。排样图的绘制过程中,由于级进模的工作过程是在一副模具上完成的,因冲压的制件的不同,各工位的冲压性质都必须遵循一定的规则,如果违背就冲不出合格的制件,所以必须设计好排样。由于冲裁件的产量很大,冲压的生产率高,故材料费常会占冲裁的60%以上。材料利用率是很重要的经济因素.要提高利用率必须减少废料的产生。产生废料的原因可分为结构废料和工艺废料。结构废料是由工件的结构确定的,所以不可避免。而工艺废料是由冲压方式和排样方式所决定的。因此,要减少工艺废料来实现利用率,有时可以在不影响使用性能的情况下,可以适当的改变冲裁件的形状。通过电脑计算得工件实际面积为144.42,材料利用率的计算:一个步距内的材料利用率为=nF/Bs100% (3)=1144.42/934.1100%=47.057%式中 F一个步距内冲裁件面积(包括冲出的小孔在内);n一个步距内冲裁件数目;B条料宽度(mm);s步距;2.2.2.分析排样方案为保证条料送进的刚性和稳定性以及正确处理工件弯曲成型与载体的连接关系,应考虑沿零件宽度方向横向排样,在尽量减小送进步距的基础上,宜采用单排单边载体排样。因为弯曲的主体部位在条料的下方,就是下弯曲。侧滑U形弯曲在上,根据零件的形状可采用双边切侧刃的定位方法,在切废料之后,条料改为中间料做载体,这样既保证了条料的浮离送进,又不妨碍废料的分离和弯曲成型。考虑到产品精度要求,采用手动送料方式,侧刃孔定位,确保节距尺寸。具体的排样图如下:工位1:冲侧刃,冲工艺孔;工位2:切中间废料;工位3:下弯曲;工位4:上弯曲;工位5:空步;工位6:内弯曲;工位7:压螺纹;工位8:切断,产品离开模具。具体排样图如下:图22)2.3.计算各工序的压力已知工件的材料为材料是Q235,厚度为2.0mm,抗剪切强度=310380Mpa,抗拉强度b=440470Mpa, 屈服强度s=210Mpa。冲侧刃力1:P1=1.3Lt=1.39+0.9+0.91550=7722(N)=7.72KN冲侧刃力2:P2=1.3Lt=1.39+0.9+0.91550=7722(N)=7.72KN冲异孔力:P3=1.3Lt=1.3171550=12155(N)=12.155KN冲工艺孔4力:P4=1.3Lt=1.33.1441550=8980.4(N)=8.98KN冲腰孔力:P5=1.3Lt=1.312.51550=8937.5(N)=8.94KN冲废料力1:P6=n1.3Lt=1.320.51550=14657.5(N)=14.66KN冲腰孔力:P7=1.3Lt=1.312.51550=8937.5(N)=8.94KN冲废料力2:P8=n1.3Lt=1.329.71550=21235.5(N)=21.235KN弯曲力的计算,弯曲力和产品宽度和弯曲R角有关,产品外形尺寸要求不高,且尺寸很小,所以无需计算弯曲回弹,产品一次弯曲即可。此工件属于V形弯曲,计算弯曲力时,选计算公式为弯曲力计算:P9=0.7(kbttb)/(r+t)=0.7(1.3611700)/(0.2+1)=3185N=3.185KNP9材料在冲压行程结束时的自由弯曲力b弯曲件的宽度t弯曲件厚度r弯曲件内弯角半径k安全系数b材料的强度极限b查表=540700,取700P10=0.7(kbttb)/(r+t)=0.7(1.32.511700)/(0.2+1)=1327.08N=1.33KN内弯力:P11=0.7(kbttb)/(r+t)=0.7(1.32.511700)/(0.2+1)=1327.08N=1.33KN切断力:P12=n1.3 Lt=1.3321550=22880(N)=22.88KN卸料力:P2=k卸F (查冷冲压工艺与模具设计得:k卸=0.0250.08)冲压力大小为F=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8+P9+P10+P11+P12 =7.72+7.72+12.155+8.98+8.94+14.66+8.92+21.235+3.185+1.33+1.33+22.88=119.075KNP2=k卸F=119.0950.06=7.15KN这一工序的最大总压力为:P=F+P2=119.075+7.15=126.045KN2.4.压力机的选择根据以上计算和分析,结合模具外形大小和车间设备的实际情况,公称压力要1.2126.045=151.254KN,选用公称压力为400KN的单柱固定台压力机(型号为J2340)能满足使用要求。压力机的具体参数如下公称压力:400KN滑块行程:80mm滑块行程次数:80次/min最大封闭高度:300mm最大装模高度:220mm封闭高度调节量:80mm模柄孔尺寸:直径50mm,深度70mm 工作台面尺寸:350mm(前后)450mm(左右)垫板厚度:80mm2.5.压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作。采用解析法求压力中心,首先:P1冲侧刃力1 P1=KL,得P1=7.72KNP2冲侧刃力2 P2=KL,得P2=7.72KNP3冲异形力 P3=KL,得P3=12.155KNP4冲工艺孔4 P4=KL,得P4=8.98KNP5冲腰形孔 P5=KL,得P5=8.94KNP6切废料力1 P6=KL,得P6=14.66KNP7冲腰形孔 P7=KL,得P7=8.94KNP8切废料力2 P8=KL,得P8=21.235KNP9弯曲力 P9=0.7(kbttb)/(r+t),得P9=3.185KN P10弯曲力 P10=0.7(kbttb)/(r+t),得P10=1.33KN P11弯曲力 P11=0.7(kbttb)/(r+t),得P11=1.33KN P12切断力 P8=KL, 得P12=22.88KNY1P1到X轴的力臂 Y1=18.3X1P1到Y轴的力臂 X1=31.5Y2P2到X轴的力臂 Y2=-14X2P2到Y轴的力臂 X2=31.5Y3P3到X轴的力臂 Y3=0X3P3到Y轴的力臂 X3=27Y4P4到X轴的力臂 Y4=14X4P4到Y轴的力臂 X4=22.5Y5P5到X轴的力臂 Y5=0X5P5到Y轴的力臂 X5=19.75Y6P6到X轴的力臂 Y6=-11.2X6P6到Y轴的力臂 X6=13.5Y7P7到X轴的力臂 Y7=0X7P7到Y轴的力臂 X7=7.25Y8P8到X轴的力臂 Y8=12.28X8P8到Y轴的力臂 X8=4.5Y9P9到X轴的力臂 Y9=-10.7X9P9到Y轴的力臂 X9=0Y10P10到X轴的力臂 Y10=10.3X10P10到Y轴的力臂 X10=-9Y11P11到X轴的力臂 Y11=0X11P11到Y轴的力臂 X11=-27Y12P12到X轴的力臂 Y12=0X12P12到Y轴的力臂 X12=-40.5根据合力距定理:YG=(Y1F1+ Y2F2.)/(F1+ F2)XG=(X1F1+ X2F2)/(F1+ F2)YGF冲压力到X轴的力臂;YG=2.0895XGF冲压力到Y轴的力臂;XG=4.6561所以本次设计模具的压力中心为(4.6561,2.0895)第三章、模具类型及结构形式的选择根据确定的工艺方案和零件的形状特点,精度要求,预选设备的主要技术参数,模具的制造条件及安全生产等,选定模具类型及结构形式。3.1.级进模的设计本设计中采用冲孔弯曲切断级进模。工件厚度一般(t=3mm以内),故采用弹性卸料装置,弹性卸料装置除了卸料的作用外,在冲孔时还起到压紧工件的作用。上模弹性力由橡胶产生。级进模的结构形式如图31所示。本次设计的模具结构图,从工序上看,落料,冲孔,弯曲等基本工序都没什么难度,关键是内弯曲这道工序,首先这道工序定位一定要准确,可靠,U形件一次要弯两个角,常采用的U形弯曲模适宜于坯料左右对称,否则工件在弯曲过程中异向长端滑移。而该件是头部U形弯曲,切弯角小于90度,尺寸精度高,按产品形状最好是将面积大的一段夹紧字凸模与顶板之间,然后一次弯曲成型。这个工序将是本次设计的重点和难点。图31)第四章、模具工作零件刃口尺寸及公差的计算 4.1.冲孔、弯曲、切断模切废料尺寸刃口按落料原理设计和计算 间隙是影响模具寿命的各种因素中占最主要的一个。冲裁过程中,凸模与被冲的孔之间,凹模与落料件之间的均有磨檫,而且间隙越小,磨檫越严重。在实际生产中受到制造误差和装配精度的限制,凸模不可能绝对垂直于凹模平面,而且间隙也不会绝对均匀分布,合理的间隙均可使凸模、凹模侧面与材料间的磨檫减小,并缓减间隙不均匀的不利影响,从而提高模具的使用寿命。冲裁间隙对冲裁力的影响:虽然冲裁力随冲裁间隙的增大有一定程度的降低,但是当单边间隙介于材料厚度 5%20%范围时,冲裁力的降低并不明显(仅降低5%10%左右)。因此,在正常情况下,间隙对冲裁力的影响不大。冲裁间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响:间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响较为显著。间隙增大后,从凸模上斜、从凸模孔口中推出或顶出零件都将省力。一般当单边间隙增大到材料厚度的15%25%左右时斜料力几乎减到零。冲裁间隙对尺寸精度的影响:间隙对冲裁件尺寸精度的影响的规律,对于冲孔和切边是不同的,并且与材料轧制的纤维方向有关。通过以上分析可以看出,冲裁间隙对断面质量、模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力以及冲裁件尺寸精度的 影响规律均不相同。因此,并不存在一个绝对合理的间隙数值,能同时满足断面质量最佳,尺寸精度最佳,冲裁模具寿命最长,冲裁力、斜料力、推件力、顶件力最小等各个方面的要求。在冲压的实际生产过程中,间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个方面的主要因素。但许多研究结果表明,能够保证良好的冲裁件断面质量的间隙数值和可以获得较高的冲模寿命的间隙数值也是不一致的。一般说来,当对冲裁件断面质量要求较高时,应选取较小的间隙值,而当对冲裁件的质量要求不是很高时,则应适当地加大间隙值以利于提高冲模的使用寿命。该冲裁件外形尺寸为落料件,选凹模为设计基准件,只需计算落料凹模刃口尺寸由凹模的实际尺寸按间隙要求配做。工件精度要求为IT12级查冲压工艺与模具设计P31附表2.2.1:冲模制造精度为IT9IT11级,取IT10级。冲孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式计算:冲孔时 dp=(dmin+X)+p (4-1)落料时 Dp=(Dmax-X-Zmin)-p (4-2)孔心距 Lp=Lp (4-3)式中 Dp dp分别为落料和冲孔凸模的刃口尺寸(mm);Dmax 为落料件的最大极限尺寸(mm);dmin为冲孔件的最小极限尺寸(mm);工件公差;p凸模制造公差,通常取p=/4;p刃口中心距对称偏差,通常取p=/8;Lp凸模中心距尺寸(mm);L冲件中心距基本尺寸(mm);Zmin最小冲裁间隙(mm);落料凹模尺寸即为切废料凸模尺寸:Dp1=(Dmax-X-Zmin)+/4=3.05-0.50.1=3+0.02;Dp2=(Dmax-X-Zmin)+/4=16.1-0.50.2=16+0.02;Dp3=(Dmax-X-Zmin)+/4=6.55-0.50.1=6.5+0.02;Dp4=(Dmax-X-Zmin)+/4=10.05-0.50.1=10+0.02;Dp5=(Dmax-X-Zmin)+/4=10.55-0.50.1=10.5+0.02;落料凸模尺寸即为切废料凹模尺寸:Ah1=(Dp1+2Z)-/4=3+20.04=3.08-0.02;Ah2=(Dp2+2Z)-/4=16+20.04=16.08-0.02;Ah3=(Dp3+2Z)-/4=6.5+20.04=6.58-0.02;Ah4=(Dp4+2Z)-/4=10+20.04=10.08-0.02; Ah5=(Dp5+2Z)-/4=10.5+20.04=10.58+0.02;冲孔凸模尺寸:Dp1=(dmin+X)+/4=3.95+0.50.1=4+0.02Dp2=(dmin+X)+/4=0.75+0.50.1=0.8+0.02Dp3=(dmin+X)+/4=5.75+0.50.1=5.8+0.02Dp4=(dmin+X)+/4=1.75+0.50.1=1.8+0.02冲孔凹模尺寸:Bh1=(dp1+2Z)-/4=4+20.04=4.08-0.02Bh2=(dp2+2Z)-/4=0.8+20.04=0.88-0.02Bh3=(dp1+2Z)-/4=5.8+20.04=5.88-0.02Bh4=(dp1+2Z)-/4=1.8+20.04=1.88-0.02孔心距 Lp=Lp (5-4)Lp1=140.01Lp2=50.01每工位之间的节距是Lp=90.01弯曲凸、凹模圆角半径对产品工作影响很大。毛坯经凹模圆角进入凹模时,受弯曲和摩擦作用,若凹模圆角半径过小,因径向拉力增大,易使产品件表面划伤或产生断裂;若过大,则压边面积小,由于悬空增大,易起内皱。因此,合理的选择凹模圆角半径很重要。具体数值查表可得。凸、凹模之间的间隙对弯曲力、制件质量、模具寿命等都有影响。间隙过大,容易起皱,制件有锥度,精度差;间隙过小,增加摩擦,导致之间边薄严重,甚至拉裂。因此,正确地确定凸模和凹模之间的间隙是很重要的。弯曲模间隙是单面间隙,即凹模和凸模直径之差的一半。在选择间隙时可以直接查表,可知间隙为(1-1.1t),t为材料厚度。凸、凹模工作部分尺寸的确定,主要考虑模具的磨损和弯曲的回弹。由于产品弯曲精度要求不高,所以弯曲时,本设计中考虑一次弯曲成型,忽略产品弯曲回弹的尺寸,所以本设计中凸模与凹模间隙为1.0t,即2.0。凸、凹模工作表面粗造度要求:凹模工作表面和型腔表面粗造度应达到0.8;圆角处的表面粗造度一般要求0.4;凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。第五章、模具零件的选用,设计及必要的计算5.1.模具零件的选用成形零件一、凸模凸模材料选用Cr12MoV,淬火硬度达到58-62HRC。采用直接式凸模(如图5-1所示),圆形凸模采用台阶式固定,异形凸模与固定板采用过盈配合的方式,用螺钉与上模板固定,或者加工一台阶防止在冲压时掉落,看零件大小: 图5-1)二、凹模凹模材料选用Cr12MoV,淬火硬度达到58-62HRC。凹模采用螺钉固定结构,与下模板配合,这样简化了模具的结构,节省了材料的成本。外形尺寸如下,所有的掉废料孔,加工台阶,根据材料厚度1.0毫米,留刃口尺寸3-4毫米。方面废料直接掉下模板。 支撑固定零件上、下模座中间联以导向装置的总体称为模架。通常都是根据凹模最大外形尺寸D。选用标准模架。凹模最大外形尺寸L=140mm,B=120mm,选用14#后侧导柱标准模架,加工方便,成本低。模具的闭合高度h=139169mm,上下模座选用材料为HT200,下模板厚度35,上模板厚度30。再由凹模板和模架尺寸确定其它模具模板的尺寸如下:上垫板:14012010凸模固定板:14012018凹模:14012030上模板:21418530下模板:21418535卸料零件压料用弹性元件常用的主要由弹簧、橡胶及气垫三种,但查有关资料了解到,目前国内中小型压力机中安装气垫的较少,所以常用的弹性元件是弹簧和橡胶。本设计中由于材料比较小,卸料力小,考虑压缩量的大小,建议选择橡胶,其优点是许用负荷比较小,安装调整也很方便,卸料压边能力都很强。采用弹性卸料板卸料,根据卸料力的大小取卸料板的厚度为18mm。由于卸料板与导料板在安装时有干涉,因此,在设计卸料板时需加工让位,这样,卸料板需要加厚至25,由冲压手册表10-1选用弹簧,设使用弹簧的个数为4个,F=7150N则每个弹簧所承受的负荷为F顶=7150/4=893.75(N),由Fj F顶,选择橡胶直径规格为:25 Fj=1390, hj=23 h顶=hj/FjxF顶=28/1390x1000=16.55F顶+h工+h修模=16.55+3+3=22.5 hj选用的橡胶规格及数量满足要求上、下模座螺钉选取由凹模周界140120选用M8的内六角圆柱头螺钉参照模具各零件的具体情况,上模座选用4颗M8X50的内六角圆柱头螺钉固定。下模座选用4颗M8X60的内六角圆柱头螺钉固定。 ( 螺钉)卸料螺钉 查冲压模具简明设计手册表15-34选取卸料螺钉 选用M6X60的圆柱头内六角卸料螺钉 ( 卸料螺钉 ) 其主要参数:d1=16 l=14 d2=24 H=10 t=8 s=10 d3=14.5 d4=6.9 d5=9.5 L=55 根据模具的实际情况 上模座选用两颗850的圆柱销钉定位 下模座选用两颗860的圆柱销钉定位 (圆柱销钉)参照模具各零件的具体情况,合理布置螺钉、圆柱销的位置,从GB7076和GB11976中选适当的规格与尺寸。导向装置本模具采用圆形导柱、导套式的导向装置。导柱与导套之间采用间隙配合,配合精度为H7/R6。导柱与导套相对滑动,要求配合表面有足够的强度,又要有足够的韧性。所以材料选用20钢,表面经渗碳淬火处理,表面硬度为4548HRC。导柱、导套的配合精度、上模座上平面对下模座下平面的平行度、导柱轴心线对下模座下平面的垂直度等都要规定一定的公差等级。这些技术条件可保证整个模架具有一定的精度,也是保证冲裁间隙均匀性的前提。有了这一前提,加上工作零件的制造精度和装配精度达到一定的要求,整个模具达到一定的精度就有了基本的保证。导柱选用GB2861.281中的B型导柱,直径d=22mm、极限偏差为R7、长度L=150mm。导套选用GB2861.681中的A型导套,直径d=22mm、D=35、极限偏差为H7、长度L=80mm。由于为减少模具成本,选择的是标准后侧模架,由于此模架的导柱在后侧,模具表示很平稳,而本次设计的产品材料厚度很薄,模具间隙小,所以建议在设计模具时在凹模,固定板适当的空间位置加两个内导柱,使模具平稳。第六章、压力机的校核6.1、压力机的校核1、闭合高度的校核所选压力机的最大装模高度为300mm,闭合高度的调节量为80mmHmin=300-80=220mm本次设计模具的的闭合高度H=H上模座+H垫板+H凸模+H凹模+H下模座-(2-3)=30+10+61+30+35-(1-3) =165-163Hmax-5=295 Hmin+5=225不能满足 Hmax-5Hmin-5,所以在调试模具时需要再模具下面增加等高铁。2、工作台面尺寸的校核所选压力机的工作台尺寸为:左右:450 前后:350而模具的外形尺寸为:214185根据工作台面尺寸一般应大于模具底座4070mm,工作台面尺寸满足。 滑块行程的校核滑块行程应保证方便地放入毛坯和取出零件,所选压力机滑块行程为75mm,满足。综上,所选压力机J23-40满足需要。第七章、模具的动作原理及综合分析7.1.模具零件的加工普通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕,再进行总装。而模具零件的加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的,要待部件组装或整模组装时修配或配钻,所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来,还要根据模具加工的装配方法而定。若以凸模凹模为基准装配时,零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工,若以四导柱导套作型腔,凸模相对位置控制基准时,则凹模及凸模固定板的导柱孔应与凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。使用铣床加工一个零件时,必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参数确定下来,保证加工能顺利完成,同时,设计方面也要考虑到加工的难易程度,以减少加工的困难,在加工模具零件之前要慎重考虑各种细节。在买回来的模板里,要确定模板的加工基准,哪些面是基准面,这一般在订购模板时会标明哪几个面是经过打磨,之后就是把加工基准定下来,当然事前必须准备好零件图,根据零件图来定位加工方案,如果要用到数控编程,就必须把加工原点定出来。定好加工方案后,就可以开始加工,先把工件装夹到虎口钳上,使用铜锤敲击以使工件被夹紧,然后打表,在打表时要非常小心,当表很靠近工件时,不能使用加速进给,否则很容易碰坏仪器,在校平行度时,最好先来回走几遍,观察大概偏向,然后要小心敲击工件,使其保持在很小的偏差范围就行了,把两个基准方向的平行度定好后,就要用分中器确定原点坐标,在设置坐标时要将分中器的半径算进去,这样才能使主轴对应工件原点,x-y平面的坐标定下来后,就要把刀具装到铣床上,使用半径范围内的夹具把刀具夹紧,装上道具后就是确定z方向上的原点,一般选择工件表面为0以方便编程。之后就是加工,如果是选用数控加工,必须使程序和当前铣床的刀具起点相一致,否则加工位置就会错误,同时还要察看刀具路线是否会超出铣床的工作行程,防止出事故。如果程序没错,就可以传到数控铣床运行。不同刀具要使用不同转速,钻孔要比铣槽的转速慢,进给速度要根据观察来手动调试,加工时要时刻观察走刀情况,同时适当加冷却液及扫除铁屑,若发生事故,必须马上停止。当程序完成后,刀具就会回原点,继续做
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