原稿新图框!!YB174-自行车灯架冷冲模设计【冲孔落料 弯曲】【冲压模具设计稿】
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江阴职业技术学院 毕业设计(论文) 题 目 自行车灯架冲压模具设计 姓 名 学 号 系 部 机电工程系 专 业 模具设计与制造 指导教师 职 称 副教授 2014 年 12 月 10 日 摘 要 本设计为一自行车灯架的冷冲压模具设计,本次毕业设计课题是加工自行车 灯架冲孔落料复合模和弯曲模的设计,它要求我们能充分运用冷冲模设计和大 部分专业课的知识,并结合生产实践中学到的实践知识,独立地分析和解决工 艺问题。 这次设计目的能使我们初步具备设计加工一个中等复杂程度零件的冷冲压 模具的能力,拟定设计方案,完成结构设计,也是熟悉和运用有关手册、图表 等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会,为以后走上工作岗位 从事好工作打下良好的基础。 关键词:自行车灯架 模具 冲裁件 凸模 凹模 凸凹模 Abstract The design for the cold stamping die design for a bicycle lamp bracket, the graduation design topic is processing the bicycle lamp bracket design of blanking punching compound die and bending die, it requires us to make full use of cold stamping die design and the most professional knowledge, combined with the production practice of the middle school to practice knowledge, independent analysis and solve the process issues. The ability of cold stamping die design purpose can make us have a preliminary design and processing of medium complexity of parts, draws up the design proposal, complete the structure design, a chance to practice basic skills are also familiar with and use of the manual, charts and other technical data and technical file etc, for the future work on doing good work lay a good foundation. KEY WORD: bicycle lamp bracket die blanking punch die punch die 目录 第一章 绪言 .1 第一节 材料的工艺分析 .1 第二节 材料选择 .2 第三节 工件结构形状 .2 第四节 尺寸精度 .3 第二章 冲裁工艺方案的确定 .5 第三章 具总体设计 .6 第一节 模具类型的选择 .6 第二节 操作与定位方式 .6 第三节 卸料、出件方式 .6 第四节 确定送料方式 .7 第五节 确定导向方式 .7 第四章 模具工艺参数确定 .8 第一节 排样设计与计算 .8 第二节 搭边值的确定 .8 第三节 进距与条料宽度计算 .9 第四节 材料利用率的计算 .12 第五章 计算冲压力与压力机的初选 .13 第一节 冲裁力 Fp的计算 .13 第二节 卸料力 Fq1的计算 .14 第三节 顶件力 Fq2的计算 .14 第四节 总的冲压力 F 的计算 .14 第五节 压力机的初选 .15 第六章 模具压力中心的确定 .16 第七章 冲裁模间隙的确定 .17 第一节 冲裁间隙 Z .17 第二节 冲裁间隙分析 .18 第八章 凹、凸模刃口尺寸的计算 .20 第一节 刃口尺寸计算的基本原则 .20 第二节 刃口尺寸的计算 .20 第九章 主要零部件的设计 .25 第一节 工作零件的设计与计算 .25 第三节 模架及其零件的设计 .31 第十章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 .33 第一节 闭合高度的计算 .33 第二节 冲压设备的选定 .33 结论 .34 致谢 .35 参考资料 .36 1 第一章 绪言 毕业设计是在完成三年专业课程学习完以后的一个重要的设计环节。这次设计能 使我们能综合运用各种基本理论知识,并结合生产实习中学到的实践知识,培养独 立分析、解决各种问题的能力。 本次毕业设计课题是加工自行车灯架设计,它要求我们能充分运用冷冲模设计和大部分专 业课的知识,并结合生产实践中学到的实践知识,独立地分析和解决工艺问题。这次设计目的 能使我们初步具备设计加工一个中等复杂程度零件的冷冲压模具的能力,拟定设计方案,完成 结构设计,也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践 机会,为以后走上工作岗位从事好工作打下良好的基础。 设计过程中有许多不足之处,希望各位老师在审阅过程中多加指正。 第一节 材料的工艺分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下,对冲裁件工艺 性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲裁工艺性应能满足材料 较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及半产品质量稳定等要 求。 工件名称:自行车灯架 工件简图:如图 1.1 所示 生产批量:大批量 材料: Q235 工件厚度:3mm 工件精度:IT14 2 图 1.1 工件简图 第二节 材料选择 根据表 1.1,Q235 为碳素结构钢,具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性, 主要用于工程结构和受力较小的机械零件。综合评比均适合冲裁加工。 第三节 工件结构形状 工件结构形状相对简单,属轴对称结构,除有一个直径为 26 的孔,其余皆为直 线,孔与边缘之间的距离也满足要求,可以冲裁。 2.3 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, 经过计算 L1=107.1,宽度 D=60 此尺寸目前是待定,在实际生产时需调节。 产品展开后是正方形,四个角是尖角,为防止模具破裂,减少模具应力集 中,应将四个尖角改成 R 角,如图,展开图纸如下图所示: 3 第四节 尺寸精度 零件图上所注公差经查标准公差表 1.2 为 IT14 级,尺寸精度较低,普通冲裁完 全可以满足要求。 根据以上分析:该零件冲裁工艺性较好,适宜冲裁加工。查公差表得各尺寸公 差: 零件外形:88 mm、60 mm、45 mm、20 mm、107.1 mm074.074.062.052.087. 零件内形:25 mm、26 mm、 12 mm525243 表 1.1 黑色金属的力学性能 极限强度 材料名 称 材料牌 号 材料状 态 抗剪 MPa/抗拉 ab/ 伸长率 %/屈服强度 MPas/ 弹性模 量 E/MPa Q235 216-304 275-383 32 177 08 255-353 324-441 32 196 186000 碳素结 构钢 10F 已退火 的 216-333 275-412 30 186 4 10 255-333 294-432 29 206 194000 15F 245-363 314-451 28 15 265-373 333-471 26 225 198000 20F 275-383 333-471 26 225 196000 2O 275-392 353-500 25 245 206000 25 314-432 329-539 24 275 198000 30 353-471 441-588 22 294 197000 35 392-511 490-637 20 314 197000 40 412-530 511-657 18 333 209000 45 432-549 539-686 16 353 200000 50 432-569 539-716 14 373 216000 表 1.2 部分标准公差值(GB/T1800.31998) 公差等级 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 基本尺寸 /m /mm 36 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 610 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 1018 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1830 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 3050 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 5080 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 80120 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 从表 1.1 中查出 Q235 抗拉强度:=275383Mpa 抗剪强度:=216304Mpa 伸长率: =32% 分析其力学性能较好,故选择 Q235 材料。 5 第二章 冲裁工艺方案的确定 该制件的冲裁工序包括落料和冲孔,其冲裁加工有以下三种方案: 方案一:先冲孔,后落料,然后弯曲。单工序模生产。 方案二:冲孔落料复合冲压然后弯曲。复合模生产。 方案三:冲孔落料弯曲级进冲压。级进模生产。 方案一模具结构简单,投资少,且每次冲裁所需的冲裁力较小,可以解决冲压 设备吨位不够的问题。其缺点在于零件的精度难于保证,并且零件比较小,在第二 次冲孔时,准确定位不宜,容易使人受伤,生产率低。 方案二也只需 2 副模具,制件精度和生产效率都较高,且工件最小壁厚大于凸 凹模许用最小壁厚,模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度 较高,板料的定位精度比方案三低,模具轮廓尺寸较小,制造比方案三简单。 方案三只需一副模具,生产效率高,操作方便,精度也能满足要求,但模具轮 廓尺寸较大,制造复杂,成本较高。 通过对上述三种方案的分析比较,采用方案二复合模是比较合理的。 6 第三章 具总体设计 第一节 模具类型的选择 经分析,工件尺寸精度要求不高,形状较简单,但工件产量较大,根据材料厚 度,为保证冲模有较高的生产率,通过比较,决定实行工序集中的工艺方案,弹性 卸料装置的倒装复合模具结构方式。 第二节 操作与定位方式 一、操作方式 零件的生产批量较大,但合理安排生产可用手工送料方式,提高经济效益。 二、定位方式 因为导料销和挡料销结构简单,制造方便。且该模具采用的是条料,根据模具 具体结构兼顾经济效益,控制条料的送进方向采用导料销,控制送料步距采用固定 挡料销。 第三节 卸料、出件方式 一、卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较: 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲 裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大,单边 间隙取(0.20.5)t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的 配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于 卸料力较大、材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合。 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用,主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料 由于有压料作用,冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择(0.10.2)t,若 弹压卸料板还要起对凸模导向作用时,二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落 料模、冲孔模。 工件平直度较高,料厚为 3mm,卸料力不大,由于弹压卸料模具比刚性卸料模 7 具方便,操作者可以看见条料在模具中的送进动态,且弹性卸料板对工件施加的是 柔性力,不会损伤工件表面,故可采用弹性卸料。 二、出件方式 因采用倒装复合模生产,故采用弹性上出件。 第四节 确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机,采用横向送料方式,即由右向左送料。 第五节 确定导向方式 采用后侧导柱模架。由于前面和左右不受限制,送料和操作比较方便。因为导 柱安装在后侧,工作时,偏心距会造成导套导柱单边磨损,严重影响模具使用寿命, 且不能使用浮动模柄。 8 第四章 模具工艺参数确定 第一节 排样设计与计算 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料 消耗、提高生产率和延长模具寿命,排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件 质量、生产率、模具结构与寿命。 根据材料经济利用程度,排样方法可以分为有搭边、少搭边和无搭边排样三种, 根据制件在条料上的布置形式,排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排 等多重形式。 因此有下列三种方案: 方案一:有搭边排样 沿冲件外形冲裁,在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完 全由冲模来保证,因此冲件精度高,模具寿命高,但材料利用率低。 方案二:少搭边排样 因受剪切条料和定位误差的影响,冲件质量差,模具寿 命较方案一低,但材料利用率稍高,冲模结构简单。 方案三:无搭边排样 冲件的质量和模具寿命更低一些,但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较,综合考虑模具寿命和冲件质量,该冲件的排样 方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最 佳(如图 5.1 所示)。 第二节 搭边值的确定 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料,称为搭边。 搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,保证零件质量和送料方 便。搭边过大,浪费材料。搭边过小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件 毛刺,有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命。或影响送料工 作。搭边值是废料,所以应尽量取小,但过小的搭边值容易挤进凹模,增加刃口磨 损。根据制件厚度与制件的排样方法查表 5.1 得: 两制件之间搭边值 a1=2.5mm 9 侧搭边值 a=3mm 表 5.1 搭边值和侧边值 手动送料 圆形 非圆形 往复送料 自动送料材料厚 度 t a a1 a a1 a a1 a a1 1 以下 1.5 1.5 2 1.5 3 2 12 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 23 2.5 2 3 2.5 4 3.5 34 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 45 4 3 5 4 6 5 5 4 56 5 4 6 5 7 6 2.0 5 第三节 进距与条料宽度计算 一、送料进距 A 条料在模具上每次送进的距离称为送料进距,每个进距可冲出一个或多个零件。 A=D+a1 (5.1) 式中 D平行于送料方向的冲裁件宽度 a1冲裁件之间搭边值 模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向送料 方式,这主要取决于凹模的周界尺寸。就本模具而言,采用纵向送料方式。 10 图 5.1 排样图 二、条料宽度 B 计算 排样方式和搭边值确定以后,条料的宽度也就可以设计出。计算条料宽度有三 种情况需要考虑: 1.有侧压装置时条料的宽度。 2.无侧压装置时条料的宽度。 11 3.有定距侧刃时条料的宽度。 有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进。 图 5.2 有侧压装置时条料的宽度确定 本设计采用的是有侧压装置的模具。 所谓条料宽度,是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。因条料是由板料剪裁下 料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,下偏差为负值 。其计算公式如 下: B=D+2a (5.2) 0 - 式中 B条料宽度基本尺寸; D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸; a侧搭边值,查表 5.1; 条料下料剪切公差; 表 5.2 剪切公差及条料与导料板之间隙 C(mm) 条料宽度(mm) 1 12 23 35条料厚度(mm) C C C C 50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 50100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 100150 0. 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 150220 0.7 0.2 0.8 0.3 1.0 0.5 1.2 0.7 根据零件图查表 5.2 确定剪料公差及条料与导板之间的间隙=0.6。 根据公式(5.2): B=D+2a+c 0 - 12 =(107.1+23) 06. =113.1 06. 第四节 材料利用率的计算 一、计算冲压件面积、周长 因为该工件图由多段圆弧组成,计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度,计 算面积也需要准确的找到切点,诸多因素采用人工计算时计算量较大,因此采用三 维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长(如图 5.3)。 图 5.3 冲压件的周长和面积 取 F=2401.65mm2 L=539.23mm 二、计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。 材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率 表示: =(nF/AB)100% (5.3) 式中 材料利用率(%); 13 n冲裁件的数目; F冲裁件的实际面积(mm2);包括工件面积与废料面积; B板料宽度(mm); A送料进距; 根据公式(5.3): =(22401.65/95113.1)100% 44.7% 由此可之, 值越大,材料的利用率就越高,废料越少。因此,要提高材料利 用率,就要合理排样,减少工艺废料。 第五章 计算冲压力与压力机的初选 计算冲裁力是为了选择合适的压力机,设计模具和检验模具的强度,压力机的 吨位必须大于所计算的冲裁力,以适宜冲裁的要求,普通平刃冲裁模,其冲裁力 一般可以按下式计算:PF Fp=Kp Lt =Lt (6.1) 式中 材料抗剪强度(MPa); L冲裁周边总长(mm); t材料厚度(mm); 系数 Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损,凸模与凹模间隙之波动,取 Kp =1.3。 第一节 冲裁力 Fp的计算 据图 5.3 可得一个零件内外周边之和 L=474.81mm。 查碳素结构钢的力学性能表知:Q235 的抗剪强度 =216Mpa304Mpa,取 260Mpa,制件厚度 t=4mm,则 根据公式(6.1): F p= Kp Lt =1.33539.23260 =546779.22(N) 14 546.8(KN) 第二节 卸料力 Fq1的计算 Fq1=KxFp (6.2) 式中 Kx卸料力系数,查表 6.1 取 Kx0.05。 根据公式(6.2): F q1= KxFp =0.05546.8(KN) 27.34(KN) 表 6.1 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mm Kx kt Kd 钢 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 第三节 顶件力 Fq2的计算 Fq2= KdFp (6.3) 式中 Kd顶件力系数。 查表 6.1 得 Kd0.06. 根据公式(6.3): F q2= KdFp =0.06546.8(KN) 32.808(KN) 15 第四节 总的冲压力 F 的计算 根据模具结构总的冲压力 F=FP+Fq1+Fq2 =546.8+27.34+32.808 =606.948(KN) 选用的压力机公称压力 P(1.11.3)F,取系数为 1.3,则: P1.3F=1.3x606.948 (KN)=789.0324(KN)。 4.3 弯曲力的计算 本产品属于 V 形弯曲,由于弯曲虽然是一副模具,定位做成可调接的,所以 在计算弯曲力时,需要计算 1 次,V 形弯曲的计算公式如下 ,弯曲力计算 F=0.6KBtt/(R+t) (4-1) F=0.61.3603600/(0.5+3)=24068N =2.4KN 式中 F弯曲力(N) ; B产品的弯曲的宽度(mm) ; 材料抗拉强度(MPa) ;(550-700 MPa) t材料厚度;(mm) K系数,通常 K=1.3; 第五节 压力机的初选 冲裁时,压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。 冲压设备属锻压机械。常见的冷冲压设备有机械压力机。 表 6.2 部分常用开式压力机的主要技术参数 型号技术参数 单 位 J23-4 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-63 J23-100 滑块公称压 力 KN 40 63 100 160 250 630 1000 滑块行程次 数 次 /mm 200 160 135 115 100 70 70 16 最大闭合高 度 mm 160 170 180 220 250 360 360 闭合高度调 节量 mm 35 40 50 60 70 90 90 立柱间距 mm 100 150 180 220 260 250 250 左 右 mm 100 140 170 200 300 300滑块 地面 尺寸 前后 mm 90 120 150 180 340 340 直 径 mm 30 50模柄孔尺 寸 深度 mm 50 70 垫块厚度 mm 35 40 50 60 70 80 90 最大倾斜角 45 35 30 左 右 mm 280 315 360 450 560 630 710工作台尺 寸 前后 mm 180 200 240 300 360 420 480 根据冲压力的计算和压力中心的计算,选择开式压力机的型号为 J23-100。 第六章 模具压力中心的确定 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置,为了确保压力机和模具正常工作, 应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则,会使冲模和压力机滑块产 生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大磨损,模具导向零件加速磨损,降低了模具 和压力机的使用寿命。 模具的压力中心,可按以下原则来确定: 1.对称零件的单个冲裁件,冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。 2.工件形状相同且分布对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 3.各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的 力矩。求出合力 作用点的坐标位置 0,0(x=0,y=0),即为所求模具的压力中心。 17 其中 、 、 分别为各冲裁周边长度。1L23NL 图 7.1 压力中心 按比例画出零件形状,选定坐标系 XOY。计算出零件压力中心为(0,-34.34) 第七章 冲裁模间隙的确定 第一节 冲裁间隙 Z 指冲裁模中凹模刃口横向尺寸 DA与凸模刃口横向尺寸 DT的差值(如图 8.1), 是设计模具的重要工艺参数。 18 图 8.1 冲裁间隙 第二节 冲裁间隙分析 一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值,差值越小,则精 度越高,这个差值包括两方面的偏差,一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差,二是 模具本身的制造偏差。 二、间隙值的确定 凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。设计模 具时一定要选择合理的间隙,以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求, 所需冲裁力小、模具寿命高,但分别从质量,冲裁力、模具寿命等方面的要求确定 的合理间隙并不是同一个数值,只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中 的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙,只要间隙在这个范围内, 就可以冲出良好的制件,这个范围的最小值称为最小合理间隙 Zmin,最大值称为最 大合理间隙 Zmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大,故设计与制造新模 具时要采用最小合理间隙值 Zmin。 确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 对于尺寸精度,断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值,对于垂直度与 尺寸精度要求不高的制件,应以降冲裁力、提高模具寿命为主,可采用较大的间隙 值。由于理论法在生产中使用不方便,所以常采用查表法来确定间隙值。 根据间隙表 8.1 查得材料 Q235 的最小双面间隙 Zmin=0.460mm,最大双面间隙 Zmax=0.640mm 19 表 8.1 部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙 08、10、35、0 9Mn2、Q235 40、50 16Mn 65Mn材料厚 度 m Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 小于 0.5 较小间隙 0.5 0.04 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.90 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 4.0 0.640 0.880 注:08 钢冲裁皮革、石棉和纸板时,取间隙的 25%。 20 第八章 凹、凸模刃口尺寸的计算 第一节 刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度,模具的合理间隙也要靠 模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差,是设计冲裁 模关键环节。 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则: 1.落料件尺寸由凹模尺寸决定,冲孔尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时, 以凹模为基准,间隙取在凸模上;设计冲孔模时,以凸模尺寸为基准,间隙取在凹 模上。 2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损,设计落料凹模时,凹模基本尺寸应取尺寸公 差范围的较小尺寸;设计冲孔模时,凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大 尺寸。 3.确定冲模刃口制造公差时。如果对刃口精度要求过高,增加成本,如果对刃 口精度要求过低,会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差,则对于非圆形工件 按国家“非配合尺寸的公差数值”IT14 级处理,冲模可按 IT11 级制造;对于圆形 工件按 IT6IT7 级制造。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注单项公差,落料 件上偏差为零,下偏差为负;冲孔件上偏差为正,下偏差为零。 第二节 刃口尺寸的计算 根据模具的加工方法不同,凸、凹模刃口尺寸的计算方法分为两种情况。凸模 与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工 方法。 凸模与凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。要分别标注凸模 21 与凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙 Zmax必须满足 下列条件: minmaxpd Z 或者 、inmaxd6.0 minax4.0 一、冲孔凸、凹模计算 设冲孔尺寸为 根据以上原则,冲孔时以凸模设计为基准,首先确定凸模刃 0 口尺寸,使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸,再增大凹模尺寸以保 证最小合理间隙 Zmin。凸模制造偏差取负偏差,凹模取正偏差。其计算公式为: 凸模 d p=(dx) 0- p 凹模 d d=( Z min)0+ d (dXZ min) 0+ d 在同一工步中冲出制件两个以上孔时,凹模型孔中心距 Ld按下式确定: Ld=(Lmin0.5)0.125 式中 dd冲孔凹模基本尺寸(mm); dp冲孔凸模基本尺寸(mm); d冲孔件孔的最小极限尺寸(mm); Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm); Lmin制件孔距最小极限尺寸(mm); 冲孔件孔径公差(mm); Zmin凸、凹模最小初始双面间隙(mm); X磨损系数,是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间 尺寸,与工件制造精度有关,可查表 9.1 取值:当工件精度 IT10 以上,取 x=1;当 工件精度 IT11IT13,取 x=0.75;当工件精度 IT14,则取 x=0.5。 表 9.1 磨损系数 X 非圆形 圆形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 料厚 t(mm) 工件公差/mm 22 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 根据图 1.1 和表 9.1 查得磨损系数 X 取 0.5,即 X=0.5 设凸、凹模分别按 IT6 和 IT7 级加工制造,所以 凸模: d p =(d+X) 0- p =(12+0.50.43) 01. =12.215 01. 凹模: d d=( dp +Zmin) d =(12.215+0.132) 018. =12.347 018. 校核: p d=0.011+0.018=0.029mm ZmaxZ min=0.24-0.132=0.108mm(Zmax、Z min是凸、凹模最大初始双面间隙,查表 8.1 得 Zmax =0.88;Z min =0.64)。 p dZ maxZ min 所以冲孔凸、凹模刃口尺寸 dp=12.2150-0.011mm,d d=12.3470+0.018mm 二、落料凸、凹模计算 凹模: D d=(DX) d0 凸模: D p=( DdZ min) (DXZ min)P0P 式中 Dd落料凹模基本尺寸(mm); Dp落料凸模基本尺寸(mm); D落料件最大极限尺寸(mm); 落料件外径公差(mm); Zmin凸、凹模最小初始双面间隙(mm); X磨损系数,是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间 尺寸,与工件制造精度有关。表 9.1 取 X=0.5。 由公差表(1.2)查得:88 mm、60 mm、45 mm、20 mm 设凸、凹074.074.062.052. 模分别按 IT6 和 IT7 级加工。 23 所以凹模 880-0.740:Dd4=(D4-X ) d0 =(88-0.50.74) 03. =87.63 mm 03. 600-0.740:Dd4=(D4-X ) d0 =(60-0.50.74) 03. =59.63 mm 03. 凸模 88 0-0.740:Dp4=(Dd4- Zmin) 0P =(87.63-0.132) 019. =87.498 mm 019. 260-0.52:Dp2=(Dd2- Zmin) 0P =(26.74-0.132) 13. =25.608 mm 013. 600-0.740:Dp4=(Dd4- Zmin) P =(59.63-0.132) 019. =73.498 mm 019. 校核因为 =0.018+0.011=0.029mm1p2d =0.013+0.021=0.034mm2 =0.016+0.025=0.041mm3p3d =0.019+0.030=0.049mm44 ZmaxZ min =0.24-0.132=0.108mm(Zmax、Z min是凸、凹模最大初始双面间隙,查 表 8-1 得 Zmax =0.24、Z min =0.132)满足 Z maxZ min。pd 6.3.3 弯曲凸模,凹模设计计算 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, 24 因径向拉力增大,易使拉伸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。 弯曲模间隙是单面间隙,即凹模和凸模直径之差的一半。 本次设计的模具结构比较简单,在选择间隙时可以直接查表,所以查表可 知间隙为(1-1.1t),t 为材料厚度。由于产品圆角较大,所以间隙不能大,否 则产品有锥度,精度差,不符合要求,间隙太小,模具寿命短,所以取间隙为 t。 凸、凹模工作部分尺寸的确定,主要考虑模具的磨损和产品的回弹。 1) 、制件标注外形尺寸 凹模尺寸为 L d=(Lmax 0.75) 凸模尺寸为 L p=(Ld0.75Z) (2) 、制件标注内尺寸 凸模尺寸为 L p=(Lmin +0.4) 凹模尺寸为 L d=(Lp+0.4+Z) 其中 L产品件的外形或内尺寸 产品件的尺寸偏差 L d产品凹模的基本尺寸 L p产品凸模的基本尺寸 Z凸凹模双面间隙 具体计算如下,制件标注内尺寸,按此公式计算 弯曲凸模尺寸为 L p1=(Lmin +0.4) =0.5 凹模尺寸为 L d1=(Lp1+0.4+Z) =1.5 25 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。 第九章 主要零部件的设计 第一节 工作零件的设计与计算 一、凹模的结构设计和外形尺寸计算 1.凹模的结构设计 凹模:在冲压过程中与凸模配合直接对冲压制件进行分离或成形的工作零件。 凹模洞口的类型如图 10.1 所示,其中 a、b、c 型为直筒式刃口凹模,其特点是 制造方便,刃口强度高,本设计选用 c 型筒口。 图 10.1 凹模类型 2.外形尺寸计算 凹模结构分为整体式和镶拼式两大类,本设计凹模采用整体式凹模。 凹模厚度: H=Kb(15mm) (10.1) 凹模壁厚: C=(1.52)H(30mm) (10.2) 凹模外形尺寸: B=b+2C (10.3) 式中 b冲裁件的最大外形尺寸;(mm); K系数,考虑板料厚度的影响(见表 10.1); H凹模厚度; C凹模壁厚; 26 B凹模外形最大尺寸。 表 10.1 系数 K 的数值 厚度 t/mm b/mm 0.5 1 2 3 3 50 0.3 0.35 0.42 0.5 0.6 50-100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 100-200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22 根据图 1.1 查表 10.1,取 K=0.25,又 b=75mm,则由公式 10.1 和公式 10.2 得: 凹模厚度: H=Kb=0.25107=26.75mm; 凹模壁厚: C=(1.52)H=(1.52) 26.75=40.12553.5mm 根据表 10.2 取凹模厚度:H=30mm;取凹模壁厚 C=45mm。 根据公式(10.2): B=b+2C =107+245 =197mm L=b+2C =30+245 =120mm 查表 10.2,选取凹模外形尺寸 LB=200mm125mm。 表 10.2 矩形和圆形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994) 矩形凹模的长度和宽度 LB 矩形和圆形凹模厚度 H 6350、6363 10、12、14、16、18、20 8063、8080、10063、10080、100 100、12580 12、14、16、18、20、22 125100、125125、14080、14080 14、16、18、20、22、25 140125、140140、160100、160125 16、18、20、22、25、28 27 、160140、200100、200125 160160、200140、200160、250125 、250140 16、20、22、25、28、32 凹模轮廓尺寸为 200mm125mm40mm。 二、冲孔凸模的结构设计和外形尺寸计算 1.凸模的结构设计 因为零件异行,采用线切割方法进行加工,所以采用整体直通式凸模(如图 10.3),与凸模固定板采用 H7/m6 配合,按凸模的标准结构形式与尺寸规格选取。 2.凸模外形尺寸计算 凸模长度尺寸应根据模具的具体结构确定,因为该模具采用的是倒装式复合模, 采用的是弹压卸料上出件方式,其总长按相关公式计算: L = H1 + H2 + H + t 式中 H1凸模固定板厚度;得 H1=0.8H 凹=0.840=32mm。 H2卸料板厚度查表 10.4; t材料的厚度; H冲裁件厚度和凸模进入凸凹模一般 410mm。则: L =32+20+6.5+1.5=60mm 凸模强度校核:该凸模不属于细长杆,强度足够。 图 10.3 冲孔凸模尺寸 3.凸模材料的选用 模具刃口要求有较高的耐磨性,并能承受冲裁时的冲击力,因此应有高的硬度 与适当的韧性。形状复杂且寿命要求较高的凸模选用 Cr12、Cr12MoV 等制造。 该凸模材料应选 Cr12MoV,热处理 5862HRC。 三、凸凹模的设计和外形尺寸计算 28 1.凸凹模的结构设计 凸凹模是复合冲裁中的主要零件。他的内外边缘均为刃口,内外边缘之间的壁 厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑,其壁厚应受最小限制。当模具为正装结 构时,内孔不积存废料,胀力小,最小壁厚可以小些;当模具为倒装结构时,若内 孔为直筒形刃口形式,
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