异形缺口U形件冲压模具设计(落料冲孔+弯曲复合模)(含20张CAD图纸)
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译文: 现代快速经济制造模具技术 随着全球经济的发展,新的技术革命不断取得新的进展和突破,技术的飞跃 发展已经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展,促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展,为了保持和加强产品在市场上的竞争力,产品的开发周期、生产周期越来越短,于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻。一方面企业为追求规模效益,使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展;另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要,要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展,使得快速经济制模技术如虎添翼,应用范围不断扩大,类型不断增多,创造的经济效益和社会效益越来越显著。快速经济制模技术与传统的机械加工相比,具有制模周期短、成本低、精度与寿命又能满足生产上的使用要求,是综合经济效益比较显著的一类制造模具的技术,概括起来,有以下几种类别。 1快速原型制造技术快速原型制造技术简称RPM,是80年代后期发展起来的一种新型制造技术。美国、日本、英国、以色列、德国、中国都推出了自己的商业化产品,并逐渐形成了新型产业。RPM是电脑、激光、光学扫描、先进的新型材料、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助加工(CAM)、数控(CNC)综合应用的高新技术。在成型概念上以平面离散、堆积为指导,在控制上以计算机和数控为基础,以最大柔性为总体目标。它摒弃了传统的机械加工方法,对制造业的变革是一个重大的突破,利用RPM技术可以直接或间接地快速制模,该技术已被汽车、航空、家电、船舶、医疗、模具等行业广泛应用。 2表面成型制模技术表面成型制模技术,主要是利用喷涂、电铸、化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术,实际应用中包括以下几种类型。电弧喷涂成型制模技术电弧喷涂成型技术的原理是:利用2根通电的金属丝之间产生电弧的热量将金属丝熔化,依靠高压气体将其充分雾化,并给予一定的动能,高速喷射在样模表面,层层镶嵌,形成一金属壳体,即型腔的内表面,再用充填基体材料(一般为金属粉粒与树脂的复合材料)加以支撑加固,提高其强度和刚性,连同金属模架组合成模具。这种制模技术工艺简单、成本低,制造周期非常短,型腔表面的成型仅需几个小时,节省能源和金属材料,一般型腔表面仅2-3mm厚,仿真性极强,花纹精度可达到0.5m。目前该技术被广泛地用于飞机、汽车的内饰件模具、家电、家俱、制鞋、美术工艺品等表面形状复杂及花纹精细的各种聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU发泡及各类注射成型模具中。 电铸成型技术电铸成型技术的原理同电镀一样,是依样模(现成制品或按制品图纸制成的母模)为基准(阴极),置放在电铸液中(阳极),使电铸液中的金属离子还原后一层一层地沉积在样模上,形成金属壳体,将其剥离后,与样模接触的表面即为模具的型腔内表面。该技术主要特点是节省材料、模具制造周期短,电铸层硬度可达40HRC,提高了耐磨性和寿命,粗糙度、尺寸精度与样模完全一致,适用于注射、吸塑、吹塑、搪塑、胶木模、玻璃模、压铸模等模具型腔及电火花成型电极的制造。型腔表面精细花纹成型的蚀刻技术蚀刻技术是光学、化学、机加工综合应用的一种技术,它的基本原理是先把花纹图案制成胶片,再把胶片上的花纹图案复制在已涂上光敏材料的模具型腔表面上,经过化学处理,模具型腔表面形成不被蚀刻部分的保护层,再根据模具材质,选择相应蚀刻工艺,将花纹图案蚀刻在模具内表面上。该技术的主要特点是时间短、费用低,修补破损花纹图案可做到天衣无缝。3浇铸成型制模技术浇铸成型制模技术的共同特点是依样件为基准,浇铸出凸、凹模,型腔表面不需要机械加工。4挤压成型技术利用铍铜合金的良好的导热性和稳定性,经固熔时效处理后,采用冷挤压制造模具凹模型腔。其特点是制造周期短,型腔精度高(IT7级),表面粗糙度Ra=0.025m,强度高,寿命可达50万次,无环境污染。该技术是利用金属材料在细化晶粒、一定成型温度、低变形速率条件下,材料具有最佳超塑性时,将事先制作好的凸模,用较小的力便可挤压出凹模的一种快速经济制模技术。超塑成型材料的典型代表是Zn-22%AL。 5无模多点成形技术无模多点快速成形技术是以CAD/CAM/CAT技术为主要手段,利用计算机控制高度可调基本体群形成上下成形面,代替传统模具对板料进行三维曲面成形的又一现代先进制造技术。此项技术可以随意改变变形路径与受力状态,提高材料的成形极限,可反复成形,以此消除材料内部的残余应力,实现无回弹成形。 6凯维朗(KEVRON)钢带冲裁落料制模技术新型钢带冲裁落料制模技术是一种不同于一般具有凸、凹模结构的钢带模,它是由单刃钢带与特制垫板组成的新型快速经济制模技术。这种模具重量轻,一般只有200kg,加工精度为0.35-0.50mm,可适合各种黑色和有色金属的0.5-0.65mm厚的板料加工。寿命可达到5-25万次,制造成本低。 7模具毛坯的快速制造技术实型铸造由于大量的模具是属于单件或小批量生产,模具毛坯的制造质量和周期及成本对最终的模具质量和周期及成本的影响是至关重要的。现代模具毛坯已广泛地采用子实型铸造技术,所谓实型铸造就是利用泡沫塑料制作代替传统的木模或金属模,造型后不需取出模型,便可以浇铸,泡沫塑料模型的高温液体金属作用下,迅速燃烧气化而消失,金属液取代原来泡沫塑料模型所占有的位置,冷凝后形成铸件。 8其它方面技术为了简化模具的结构设计,降低模具成本,缩短模具制造周期,在国内外也先后出现了一些其它方面新技术的应用,如快换模架、冲压单元、刃口堆焊、镶块铸造、氮气弹簧等。 氮气弹簧在模具上的应用氮气弹簧是一种新型弹性功能部件,用它代替弹簧、橡胶、聚氨酯或者气垫,它能够准确地提供压边力,在较小空间便可产生较大初始弹压力,不需预紧,在模具整个工作过程中弹压力基本恒定。弹压力大小及受力点位置可随时、准确、方便地调整,简化模具拉伸、压边、卸料等结构,简化模具设计,缩短制模周期,调试模具方便,缩短更换模具时间,提高生产效率。 快速换模技术由于产品品种的增多,使模具在生产中更换变得十分频繁,于是如何缩短冲压设备的停机时间,提高生产效率,快速换模技术受到了人们的关注。目前发达工业国家的一些大公司换模速度达到了惊人的程度,是否具有快速换模技术已成为企业技术进步的一项标志。总的趋势就是减少模具在设备上安装、固定、调整的时间,这既要在设备结构设计上予以考虑,又要在模具的结构设计、标准化方面予以考虑,将机上的作业尽可能地放在机下做。 冲压单元组合技术冲压单元组合技术是将常规的冲模分解为一个个简单的单元冲模,根据工序件的要求,排列组合,在同一次冲程内完成多种冲压工序的新型工艺装备,工作时冲压单元不与冲床滑块联接,只需滑块打击即可完成冲压工作。单独使用时它就是1副完整模具。它可以用来加工板料或型材的冲孔、落料、切角、切槽、切断及浅拉伸等。具有组装快捷、使用方便、通用性强、经济性好等特点,特别适合多品种、中小批量生产。 可加工塑料在模具制造中的应用可加工塑料在发达的工业国家应用较普遍,特别是在汽车、飞机等制造业中,主要代替木材或金属制作汽车车身主模型、靠模、检具和铸造模型等。可加工塑料的主要特点是兼备木材和金属的优良加工性能,制作工艺简捷(可采用模塑、浇注、拼粘、雕塑等方法)、尺寸稳定性好、不变形、耐潮湿、耐腐蚀、易修复、易改型、重量轻、制作周期短、成本低。快速经济制模技术种类很多,其所具有的特点、应用范围各不相同,本文仅能概括地做一些简单介绍,每种技术在具体应用和实施过程中尚有许多具体的工艺过程、工艺参数及其技术特性。模具是基础工业之一,在全球化市场经济和各种高新技术的迅猛发展形势下,快速经济模具赋予了新的使命和全新的内涵,分类不断增加,快速经济制模材料向着多品种系列化迈进,工艺不断有新的创新和突破,与之配套设备相继问世,服务领域在不断地拓宽,创造的经济效益越来越显著。随着商品经济的发展,激烈的市场竞争,产品更新换代的加速,对快速经济制模技术在缩短周期、降低成本,提高精度和延长寿命方面的要求势必会越来越高。由于它能使企业赢得市场,创造显著的经济效益,越来越受到企业家的青睐和有关领导部门的极大关注与政策资金的支持。各种快速经济制模技术在推广应用过程中也会不断完善成熟和发展,由于高新技术的发展,各种技术的复合与渗透,为适应生产中的不同需求,今后必定会形成一些新型、节约能源、节约材料的快速制模技术。5异形缺口U形件冲压模具设计-落料冲孔-弯曲复合模摘 要本设计是冲孔落料复合模的设计,运用冲压成型工艺及模具设计的基础知识,对给定的模具产品图进行冲压模工艺分析、尺寸计算、查阅资料,从而设计出模具。一般的冷冲压模具设计是根据设计组件的大小、材料,大规模生产等过程一步步分析来确定程序的冲裁工艺设计和模具结构,然后通过工艺设计计算,计算冲压力和压力中心,初选压力机以及标准模架。本次设计介绍了模具设计中的排样与送料方式和卸料与导向方式,计算出凸、凹模刃口尺寸和公差,最后设计选用零部件,检查并绘制模具装配图。而一些组件是按标准选择,并没有深入的设计。此次设计经过处理过程的分析,在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度和精确度等诸多因素的基础上最终完成。关键词:复合模 冲孔 落料冲裁工艺IIABSTRACTThis design General of cold stamping die design,according to the size of the design components, materials,mass production process,such as the first part of the analysis to determine the blanking process design and die structure, and then through the process design and calculation,calculation of impact force and pressure center, primary press,convex and concave die cutting edge dimension and tolerance calculation, and finally chooses parts design, inspection,draw the mold assembly drawing, as well as the main part of the preparation process of mould processing technology. Structural design, Mainly is the punch and die, punch and die, locate parts, unloading and equipment, tooling , stamping equipment, fasteners, such as design, selection of some components are standard parts, no in-depth design, structural design, part of the process analysis, finally complete the graduation design.Keywords: Composite Molding,Punching and Die, Blanking, 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III前 言1绪 论2第1章 冲压工艺性分析41.1零件形状及其一般要求41.2零件工艺性分析4第2章 工艺方案及模具结构的确定62.1工艺方案的确定62.2模具结构的确定7第3章 冲裁力计算及压力机的选用93.1毛坯尺寸的计算93.2冲裁力的计算113.3弯曲力的计算123.4压力机的选用133.5冲裁模压力中心的确定13第4章 工作零件的设计144.1工作零件的结构设计144.1.1凸凹模144.1.2落料凹模144.1.3冲孔凸模174.2冲裁模刃口尺寸的计算174.3弯曲模具主要尺寸的确定20第5章 模具其它零部件结构尺寸215.1弹性元件橡胶的设计215.2卸料板的设计225.3垫板设计235.4固定板设计245.5模架的选用245.5.1上、下模座245.5.2导柱、导套255.6 其它标准零件的选用265.6.1模柄的选用265.6.2导料销265.6.3卸料螺钉的选用265.6.4定位零件27第6章 冲压设备的校核286.1压力机的参数286.2压力机的校核28第7章 模具装配图30结 论32参 考 文 献33致 谢34VII前 言模具是现代化的生产重要工艺装备,在国民经济的各个部门都越来越多地依模具来进行生产加工,越来越引起人们的重视,模具也趋向标准化。随着模具的迅速发展,在现代工业生产中,模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺设备.这次毕业设计是在学习完所有机械课程的基础上进行的,是对我综合能力的考核,是对我所学知识的综合运用,也是对我所学知识的回顾与检查。本次设计是在老师认真、耐心的指导下,对模具的经济性、模具的寿命、生产周期、及生产成本等指标下进行全面、仔细的分析下而进行设计的.在此, 我表示衷心的感谢他们对我的教诲。冲模是模具设计与制造专业的主要专业课程之一.它具有很强的实践性和综合性,通过学习这门课程,使我对冲裁模具有了新的认识,从中也学到了不少知识,激发了我对冲裁模具的爱好。但因本人经验有限,因此很难避免的存在一些不合理之处,望各位老师批评和指正,以使我的毕业设计做到合理,同时也为我走出校门步入社会打下坚实的基础。绪 论模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具.在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具.例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是:能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品.以模具使用的角度,要求高效率、自动化操作简便;从模具制造的角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量.首先,模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响.其次,在加工过程中,模具结构对操作难以程度影响很大.在大批量生产塑料制品时,应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动,为此,常采用自动开合模自动顶出机构,在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落.另外模具对制品的成本也有影响.当批量不大时,模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大,这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具,以降低成本。现代生产中,合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素,尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用.高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用,产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的.由于制件品种和产量需求很大,对模具也提出了越来越高的要求.因此促进模具的不断向前发展。近年来,模具增长十分迅速,高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大.从模具设计和制造角度来看,模具的发展趋势可分为以下几个方面。(1)加深理论研究在模具设计中,对工艺原理的研究越来越深入,模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展,使得产品的产量和质量都得到很大的提高。(2)高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构.高速自动化的成型机械配合以先进的模具,对提高产品质量,提高生产率,降低成本起了很大的作用。(3)大型、超小型及高精度由于产品应用的扩大,于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具,为了满足这些要求,研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。(4)革新模具制造工艺在模具制造工艺上,为缩短模具的制造周期,减少钳工的工作量,在模具加工工艺上作了很大的改进,特别是异形型腔的加工,采用了各种先进的机床,这不仅大大提高了机械加工的比重,而且提高了加工精度。(5)标准化开展标准化工作,不仅大大提高了生产模具的效率,而且改善了质量,降低了成本。通过对模具专业的学习,掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求,各种模具的结构特点及设计计算的方法,以达到能够独立设计一般模具的要求.在模具制造方面,掌握一般机械加工的知识,金属材料的选择和热处理,了解模具结构的特点,根据不同情况选用模具加工新工艺。毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用,综合检验大学期间所学的知识。第1章 冲压工艺性分析1.1零件形状及其一般要求制件如图1.1所示,材料为20钢,材料厚度为2mm,制件尺寸精度按图纸要求,大批量生产。图1.1 异形缺口U形件1.2零件工艺性分析产品工艺分析包括技术和经济两方面的内容.在技术方面,根据产品图纸,主要分析冲压件的形状特点,尺寸大小,精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求;在经济方面,主要根据冲压件的生产批量,分析产品成本,阐明采用冲压生产可以取得的经济效益.因此,中压件的工艺分析,主要讨论在不影响零件使用的前提下,能否以最简单最经济的方法冲压出来,能够做到的,表示该冲压件的工艺性好,反之,工艺性差。影响冲压件工艺性的因素主要有零件的形状特点,尺寸大小,设计基准,公差等级和形状位置误差要求,材料的厚度及成形后允许的变薄量,材料的机械性能和冲压性能,在冲压过程中产生的回弹,翘曲的可能性,毛刺大小和方向要求等.这些因素对确定冲压工序的性质,数量和顺序,对模具的结构形式及制造精度要求等都有很大关系,因此,在制定冲压工艺过程中必须根据零件图认真加以分析,尤其应该注意分析零件在冲压加工中的难点所在.良好的冲压工艺性表现在材料消耗少,冲压成形时不必采用特殊的控制措施,工艺过程简单而且寿命长,产品质量稳定,操作方便等.如果发现零件的工艺性差,则应该在不影响使用要求的前提下,对零件的形状,尺寸及其它要求作必要的修改。本制件形状简单、尺寸、厚度适中,大批量生产,属于普通冲压件,但在设计冷冲压模具时要注意以下几点:1.制件的外形轮廓、结构都算简单,但是要考虑孔的加工,孔的位置要求高。2.此制件的加工难点主要在孔的中心距的定位。3.由于孔的直径都较小,并且有一定的批量,在设计时要重视模具的材料和结构的选择,保证一定的模具寿命。第2章 工艺方案及模具结构的确定2.1工艺方案的确定根据产品图纸进行必要的工艺计算,然后分析冲压件的冲压性质,冲压次数,冲压顺序和工序组合方式,提出各种可能的冲压工艺方案.通过对产品质量,生产效率,设备条件,模具制造和寿命,操作安全以及经济效益等方面的综合分析和比较,确定出一种适合于本单位生产的最佳工艺方案。1冲压性质剪裁,落料,冲孔,是常见的冲压工艺各冲压工序有其不同的性质,特点和用途.编制冲压工艺时,可以根据产品图和生产批量等要求,合理地选择这些工序。2.冲压次数冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数.对于拉深件,可根据它的形状和尺寸,以及板料许可的变形程度,计算出拉深次数.弯曲件或冲裁件的冲压次数也是根据具体形状和尺寸及极限变形程度来决定。3冲压顺序:冲压件各工序的先后顺序,主要依据工序的变形特点和质量要求等安排的,一般按列原则进行:(1)对于带孔的或有缺口的冲裁件,如果选用简单模,一般先落料,再冲孔或切口.使用连续模时,则应先冲孔或切口,后落料。(2)对于带孔的弯曲件,孔边与弯曲线的间距较大时,可以先冲孔,后弯曲.如果孔边在弯曲线附近,必须在零件压弯后再冲也.孔与基准面的间距有严格要求时,也应先压弯后冲孔。(3)对于带孔的拉深件,一般来说,都是先拉深,后冲孔,但是孔的位置在零件底部,且孔径尺寸要求不高时 ,也可以先在毛坯上冲孔,后拉深。(4)多角弯曲件,应从材料变形和弯曲时材料流动两方面安排弯曲的先后顺序.一般情况下,先弯外角,再弯内角。(5)对于形状复杂的拉深件,为了便于材料变形和流动,应先成形内部形状,再拉深外部形状。(6)整形或校平工序,应在冲压件基本成形以后进行。4组合方式:工序的组合方式可以选用复合模和连续模,主要取决于冲压件的生产批量,尺寸大小和精度等因素.一般按下列原则进行:(1)对于多孔的冲裁件,当孔之间的间距, 孔与材料边的距离大于允许值时,最好落料与冲孔在一道复合工序中完成。(2)当弯曲件的平直高度大于10mm时,弯曲工序一般与冲裁工序分开单独进行。对于形状复杂的弯曲件,为简化模具设计过程,降低模具制造成本,一般安排由两道划两道以上的工序来完成;而形状较简单的弯曲件(如V形,U形,Z形等),应尽量采用一道工序弯曲成形。根据制件的工艺的分析,其基本工序有落料、冲孔、弯曲三种.按其先后顺序组合以及合理的加工方案有以下几种:(1)落料-冲孔-弯曲,单工序冲压。(2)落料-弯曲-冲孔,单工序冲压。(3)落料冲孔-弯曲,复合冲压。方案(1)为单工序冲压模具.由于此制件有一定的生产批量,过多的工序,降低产品的精度,而且此方案生产效率底,不宜批量生产,故不宜采用此方案。方案(2)也为单工序冲压模具.它除有方案1的毛病外,还有孔的位置精度难以保证,并且在弯曲时也缺少定位精度难保证,故不宜采用此方案。方案(3)复合冲压模具。由于制件的结构,材料的厚度较薄,冲孔与落料一次冲压完成.故最宜采用此方案 。2.2模具结构的确定在冲压工艺分析的基础上,冲压复合模落料冲孔弯曲成形。1.落料冲孔模结构的分析与说明本道模具主要用来完成落料,目的明确简单,为了保证在弯曲后的精度,所以要在本工序中做到的精度。本制件厚度为2mm,为了保证制件有较高的平直度,故采用倒装式复合模.制件制造时还要考虑到制件的定位,根据制件的特征,为了保证凹模的强度,故采用挡料销和定位销。2.弯曲模具结构的分析与说明弯曲模具的结构设计是在弯曲工序确定后的基础上进行的,设计时应考虑弯曲件的形状要求、材料性能以及生产批量等因素。本制件为U形弯曲,为了便于加工、降低成本,将凹模做成一体式. 这样的结构可以适用于批量生产,即使坏了也可以再制造一个新的重新加工,这大大缩短了工作周期,提高了生产率,而且卸料方便.给生产厂家带来了更好的经济利益。第3章 冲裁力计算及压力机的选用3.1毛坯尺寸的计算1.外形尺寸的长度计算零件相对弯曲半径为: R/t=1/2=0.5 式(3.1)式中:R弯曲半径; T料厚.可见,制件属于圆角半径较小的弯曲件所以制件长度为: Lz=36+28+28+0.6*2 =93.2mm图3.1零件的展开图2.排样尺寸的计算 (1)条料宽度的计算 在设计模具是为了方便,采用无侧压装置送料方式条料宽度计算公式如下: B= 0- 式(3.2)式中:B为条料宽度的基本尺寸; D为条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸 a侧面搭边 c条料与导板间的间隙 条料下料剪切公差搭边距a可查课本p46表3.14查得a=2.2mm;间隙c、剪切公差查课本p46表2.5.3查得c=0.7mm、=1.1mm由上面公式计算得 B=97.60-1.1mm (2)步距的计算 由制件的展开图所生成的横向有效尺寸为Ls=93.2mm,步间距计算公式为: L=Ls+a1 式(3.3)式中:L为步间距Ls为横向有效尺寸a1搭边距 L=93.2+2.2 =95.4mm由此可得模具排样图3.23.2零件的排样图(3)计算材料利用率根据模具设计指导。 式(3.4) 式中:一个步距内冲裁的实际面积(); 条料宽度(mm); 步距(mm);3.2冲裁力的计算用平刃口模具冲裁时,其冲裁力F一般按下式计算: F=KLtTb 式(3.5) =1.3(93.22+602)2300 =238992N式中:F 冲裁力L冲裁力周边长度;T材料厚度Tb材料抗剪强度K系数式中查冲压模具设计手册表(1-2)为255353MPa,取值为300Mpa。系数K是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数,一般取K=1.3。落料卸料力、推件力及顶件力的计算在冲裁结束时,由于材料的弹性回复(包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复)及摩擦的存在,将使冲落部分的材料梗塞在凹模内,而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上.为使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上的料卸下,将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力;将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力;逆冲裁方向从凹模内顶出所需要的力称顶件力。 F卸K卸*F落 式(3.6)式中:K卸卸料力因数,查得K卸0.05 F卸=0.05*238992=11949N推件力计算按2式2-11: F推=nK推 F冲 式(3.7) 式中:K推推件力因数,其值由2表2-15查得推0.065; n卡在凹内的工件数,n=2。推件力则为: F推20.055239=26.29KN顶件力: Fd=Kd*F=0.06*239=14.34KN3.3弯曲力的计算弯曲力是选择压力机和设计模具的重要依据之一。由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响,很难用理论分析的方法进行准确计算,所以在生产中常采用经验公式来计算。1.U形件的弯曲力 式(3.8)式中 自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力 B弯曲件的宽度 弯曲件的厚度 弯曲件的内弯曲半径 材料的抗拉强度 安全系数,一般取K=1.3本制品是U形弯曲,且内半径为1,厚度为2mm,宽度为36mm, =400代入得弯曲力为: 式(3.9)=17472N2. 顶料力和压料力的计算 =(0.3-0.8)x17472 =3474.3N9264.8N3.4压力机的选用压力机的公称压力必须大于或等于冲压力.冲裁时的冲压力F有冲裁力、卸料力、推件力及顶件力组成.这力在选择压力机时哪些要考虑进去,应根据不同的模具结构分别对待,即采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时F1=F+F2+F3采用弹性卸料装置和上出料装置的冲裁模时F=F+F2+F4采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时F=F+F2+F5压力机的公称压力必须大于或等于冲压力FzF总采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时Fz=F+Fx+Ft=239+26.29+14.34=279.63依据上面的计算结果,选择型号为J23-3的开式压力机,其参数如下:公称压力:300KN滑块块行程:100mm最大封闭高度:270mm连杆调节量:55mm滑块底面尺寸:左右 250 前后 220工作台尺寸:1345X950mm模柄孔尺寸:40X60mm工作台板厚度:50mm最大大角度:303.5冲裁模压力中心的确定零件较小,基本对称,这里按对称零件设计冲压模,省略压力中心的计算过程。第4章 工作零件的设计4.1工作零件的结构设计4.1.1凸凹模零件外形相对简单,根据实际情况并考虑加工,为了满足凸凹模强度和刚性,将凸凹模设计成阶梯式,使装配修模方便。采用成形铣、成形磨削加工。凸凹模总长L: 式(4.1)式中:凸凹模固定板厚度,本模具中20mm;橡胶安装高度,本模具中19mm;弹性卸料板厚度,本模具中10mm;凸凹模凹进弹性卸料板厚度,本模具中10mm。所以,本模具中的凸凹模厚度L39mm,其结构图如图4.1所示:图4.1凸凹模4.1.2落料凹模(1)凹模结构形式凹模的结构形式也较多,按外形可分为标准圆凹模和板状凹模 ,按结构分为整体式、镶拼式和组合式。按刃口形式也有平刃和斜刃。一般用多采用整体式及镶拼式,根据零件为多种几何形状,整体式适用于小型凸、凹模,镶拼组合式主要用于较大的凸、凹模。根据以上分析应采用整体式,各种凹模的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。根据实际生产需要,使用外形为矩形的板状凹模。(2)凹模尺寸计算凹模具采用整体凹模,轮廓全部采用数控线切割机床即可一次成型,安装凹模在模架上的位置时,要依据压力中心的数据,尽量保证压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸的计算如下:凹模厚度 Hkb 式(4.2)凹模壁厚 C(1.52)H 式(4.3)式中 b凹模刃口的最大尺寸(mm);K凹模厚度系数,考虑板料厚度的影响 。查表5.1得,k0.40,b35,则H0.43514mm;C(1.52)14(2128)mm。根据H15mm,C3040mm。取凹模厚度 H20,壁厚 C30mm。凹模宽度 Bb2C1023070mm凹模长度 La2C3523095mm表4.1 凹模厚度系数Kb()材料厚度t(mm)11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22根据工件图样,在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下,取凹模长度为100。宽度为90mm,所以轮廓尺寸为100mm90mm30mm。为了保证螺孔间、螺孔与销钉孔之间的强度和模具的寿命,一般开的孔与孔之间的距离不应小于5mm,螺纹孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔径值。凹模结构图如图4.2。图4.2落料凹模(3)凹模的固定方式凹模的固定方式有三种:第一种是热套和冷压;第二种是低熔点合金,环氧树脂浇注及无机粘接;第三种是螺钉紧固,销钉定位。采用第一种时不易装拆,主要用于冷挤压预应力凹模。用第二种时,其紧固力较小,不易装拆。采用第三种时,紧固力大,定位可靠,通用性较强,装拆方便,适用于各种类型的模具采用,要保证螺孔间、螺孔与销孔间及螺孔或销孔与凹模刃口间的距离不能太近,否则会影响模具的寿命。根据以上分析应采用螺钉紧固,销钉定位。凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉、销钉与上模座固定的固定方式。因冲件为中批量生产,考虑凹模的磨损和保证冲件的质量,凹模刃口采用直筒形刃口,该形式刃口强度较高,修磨后刃口的尺寸不变,用于冲裁形状或精度要求高的零件。4.1.3冲孔凸模.凸模的长度计算凸模的长度根据模具的具体结构确定,长度根据磨损量及固定板、卸料板厚度等来决定的即:L = H1 + H2 + H + t 式(4.4)式中 H1凸模固定板厚度;得H1=0.8H=0.830=24mm。H2卸料板厚度查表取8mm; t材料的厚度; H冲裁件厚度和凸模进入凸凹模一般410mm。L =24+8+7.5+0.5=40mm. 凸模结构图如图4.3图4.34.2冲裁模刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口尺寸精度,模具的合理间隙值也主要靠刃口尺寸及制造精度来保证.正确决定模具刃口尺寸及制造公差,是设计冲裁模具的主要任务之一。在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下列原则:1.落料件尺寸由凹模尺寸决定.故设计落料精度时,以凹模为基准,间隙取在凸模上.。2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损,设计时,凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸;设计冲孔时,凸模基本尺寸则应取工件尺寸公差范围的较大尺寸.这样,在凸、凹磨损到一定的程度的情况下,仍能冲出合格的制件.凸凹模间隙则取最小合理间隙值。3.确定冲模刃口制造公差时,应考虑制件的公差要求.如果对刃口尺寸精度要求过高(即制造公差过小),会使模具制造困难,增加成本,延长生产周期;如果对刃口尺寸精度要求过低(即制造精度公差过大),则生产出来的制件可能不合格,会使模具的寿命降低.若制件没有标注公差,则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理,冲模则可按IT11级制造;对于圆形件,一般可按IT7IT6级制造模具.冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差,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。模具刃口尺寸计算的方法可分为两种: 1、凸模与凹模分开加工 2、凸模与凹模配合加工对于形状复杂或薄的工件,为了保证凸凹模间一定的间隙值,心须采用配合加工。 式(4.5) 式(4.6)式中:落料凸模最大直径(mm) 落料凹模最大直径(mm) D 工件允许最大尺寸(mm) 冲裁工件要求的公差 X 系数,为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸,此处可取X=0.5。(1)冲孔部分冲孔12+0.430查表得:Zmax=0.360 mm Zmin=0.246 mmT=0.02mm A=0.02mm x=0.5校核间隙: Zmax-Zmin=0.114mm |T|+|A|=0.02+0.02=0.04rmin,然后增加一道整形工序,使整形模圆角半径rt=r0本制件厚度为2mm,根据资料查的最小弯曲半径rmin=0.5t,既rmin=1mm,由于制件不需要整形,选凸模圆角半径为1mm。凹模入口处的圆角半径的大小对弯曲力以及弯曲件的质量均有影响.过小的凹模圆角半径会使弯距的弯曲力臂减小,毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增大,弯曲力增加,并容易使工件表面擦伤甚至出现压痕。在生产中,通常根据材料的厚度选择凹模圆角半径。当t2mm时,ra=(36)t当t24mm时,ra(23)t;当t4mm时,ra2t.本制件凹模圆角半径应取ra=2.5mm。2.弯曲凸凹模的间隙行件的弯曲时必须合理 确定凸、凹之间的间隙,间隙过大则回弹,工件形状和尺寸误差增大.间隙过小会增加弯曲力,使工件厚度减薄,增加摩擦,擦伤工件并降低模具的寿命.形件的凸凹模具的单面间隙值一般可按下式计算: 式(4.7)式中:Z弯曲凸、凹模单边间隙;t工件材料厚度(基本尺寸)材料厚度的正偏差;C间隙系数(本制件取0.05).本制件材料的厚度公差为mm.第5章 模具其它零部件结构尺寸5.1弹性元件橡胶的设计1.橡胶的形状及数量由于橡胶允许承受的载荷较大,安装灵活方便,因而是冲裁模中常见的弹性元件。冲裁中用于卸料的橡胶有聚氨脂橡胶和合成橡胶,其中聚氨脂橡胶性能比合成橡胶优异,所以采用聚氨脂橡胶,形状为圆筒形橡胶,设定数量为n=4个。2.确定橡胶的自由高度 式(5.1)式中:卸料板工作行程; 凸凹模凹进卸料板的深度,取1mm; 凸凹模冲裁后进入凹模的深度1mm; t材料厚度1mm。所以,110.52.5mm。 所以,橡胶的工作行程为: 式(5.2)式中:橡胶工作行程; 凸凹模修磨量,取3mm。所以,3(35)2.535.5mm。所以,mm,取为的25%。3.确定橡胶的预压缩量 式(5.3)4.每个橡胶承受的载荷,选用四个圆筒形橡胶所以 5.橡胶的外径D 式(5.4) 式中:d圆筒形橡胶的内径,假如选用直径为8mm的卸料螺钉,取橡胶上螺钉过孔的直径d=10mm。A圆筒形橡胶截面面积,即F/P,P=4MPa。所以D=18.23mm。 为了保证足够的卸料力,可取D=19mm。根据GB2867.9-81得 :H=25mm,d=10.5mm,D1=29mm,F=0.3H=0.325=7.5mm。6.校核橡胶的自由高度橡胶垫的高径比在之间,所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为:5.2卸料板的设计设计卸料零件的目的,是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉,常用的卸料方式有:刚性卸料、弹压卸料板。本设计采用弹压卸料装置,其基本零件是卸料板、卸料螺钉和弹性元件(弹簧或橡胶)组成,弹性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸,厚度取凹模厚度的0.30.5倍。卸料板与凸模的双边间隙根据冲件的厚度确定,一般取0.10.3mm。此外,为便于可靠卸料,在模具开启状态时,卸料板工作平面应高出凸凹模刃口端面0.51。弹性卸料装置依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料,卸较力不太大,但冲压时可兼起压料的作用。卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸,厚度取凹模厚度的0.60.8倍,即H=10mm,卸料板与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定取0.15mm,其轮廓尺寸为=100mm90mm10mm。其结构如图5.1所示:图5.1卸料板5.3垫板设计垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力,以防止模座被压挤损伤,是否需要垫板,可按下式校核: 式(5.5)式中:凸模端面的压应力,单位为MPa;模座材料的许用应力;垫板的形状与凸模固定板和凹模板相同,一般为圆形或矩形,垫板厚度一般为mm。垫板材料常用45号钢(热处理硬度为)或T8A(热处理硬度为)。MPa 式(5.6)式中:F冲裁力; A凸模最大端面积。而模座材料选用铸铁HT200,MPa,则,所以需要加垫板。垫板厚度可以取412mm。销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5mm,螺纹孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔径值,孔与孔之间的距离不能太近,这样会影响模具的寿命,并影响其刚度和强度。安装垫板的时候要考虑孔与孔之间的刃口配合,所以垫板的规格为:100mm90mm6mm。5.4固定板设计固定板的作用是将凸模(凸凹模)固定在模座正确位置上,固定板为矩形或圆形板件,固定板与凸模(凸凹模)为H7/h6配合,安装后应将凸模(凸凹模)端面 与固定板一起磨平。其结构如图5.2所示:图5.2凸凹模固定板5.5模架的选用5.5.1上、下模座上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件,并分别与压力机的滑块和工作台连接,以传递压力。因此,上、下模座的强度和刚度是主要考虑的问题。模座因强度不足会产生破坏,如果刚度不足,工作时会产生较大的弹性变形,导致模具工作零件和导向零件迅速磨损。在选用和设计时应该注意如下几点:(1)尽量选用标准模架,对于圆形的模座,其直径比凹模板的直径大mm对于矩形模座,其长度应比凹模长度大,而宽度可以等于或大于凹模板的宽度,但应考虑有足够的安装导柱、导套的位置。模座的厚度取凹模的倍,考虑受力情况,上模座厚度可以比下模座的厚度小。(2)所选用或者设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应,并进行必要的校核,下模座的最小轮廓尺寸应比压力机工作台上漏料孔的尺寸每边至少要大mm。(3)模座材料一般选用HT200、HT250,也可以选用Q235、Q255结构钢,对于大型精密模具的模座选用铸钢ZG35、ZG45。(4)模座的上、下表面的平行度应达到要求,平行度公差一般为4级。(5)上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致,精度一般要求在mm以下;模座的导柱,导套安装孔的轴线应与模座的上、下平面垂直,安装滑动式导柱和导套时,垂直度公差一般为4级。(6)模座的上、下模表面粗糙度Ra值为,在保证平行度的前提下,可允许Ra值降低为。孔距公差要求在mm,模座的材料选用HT250。根据以上几点,查阅标准模架参数表(冲压手册),选择合适的模架,其中导柱、导套以及上、下模座、结构如图样所示。5.5.2导柱、导套导柱与导套的结构、尺寸一般都是直接由标准中选取,在选用时导柱的长度应保证冲模在最底工作位置时,导柱上端面与上模座顶面的距离不小于(1015)mm。在最高工作位置时,导柱上端面与导套的下端面的距离不小于(1020)mm,导柱和导套的配合精度由表查出选择II级。导柱d/mmL/mm为25mm150mm导套d/mmL/mmD/mm为25mm85mm33mm表5.1导柱、导套配合间隙配合形式导柱直径模架精度等级配合后的过盈量I级II级配合间隙值滑动配合180.0100.01518300.0110.01730500.0140.02150800.0160.025滚动配合18350.010.025.6 其它标准零件的选用5.6.1模柄的选用中小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上的。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是:一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合,安装可靠;二要与上模正确而可靠连接。选择模柄时,先根据模具大小上模结构模架类型及精度等确定模柄的结构类型,在根据压力机滑块上模柄孔尺寸确定模柄的尺寸规格。一般模柄直径应与模柄孔直径相等,模柄长度应比模柄孔深度小5mm10mm。本模具采用凸缘式柄。按照国家标准选取,标准件号为B40X85 GB2862.3-1981,材料为Cr12,热处理为5062HRC。5.6.2导料销两个导料销设在同侧,条料沿着两个导料销确定的直线送进,从右向左送料时,导料销装在后侧;从前向后送料时,导料销装在左侧。由挡料销控制送料步距,在上模设置对应的导正孔,固定在凹模板中。5.6.3卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉,公称直径为10mm,螺纹部分为M88mm。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间,卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸模端面1mm,有误差时通过螺钉与卸料板之间的安装垫片来调整。5.6.4定位零件1.挡料销的选用采用一颗挡料销安装在凹模上。查标准JB/T7649.10-1994,选取半径为4mm的始用挡料销,这种挡料销的固定部分和工作部分的直径差别很大,不至于削弱凹模的强度,并且制造简单,使用方便。2.由凹模周界160mm125mm选用M8的内六角螺钉,根据模具各零件的具体情况,在上模座、下模座选用内六角螺钉固定。第6章 冲压设备的校核6.1压力机的参数根据模具的闭合高度,选择了J23-3压力机。使得模具闭合高度小于所选压力机的闭合高度。查表(附录1)选择开式可倾压力机J23-4主要技术参数如下:公称压力:300KN滑块块行程:100mm最大封闭高度:270mm连杆调节量:55mm滑块底面尺寸:左右 250 前后 220工作台尺寸:1345X950mm模柄孔尺寸:40X60mm工作台板厚度:50mm最大大角度:30电动机功率:2.2KW6.2压力机的校核1.公称压力根据公称压力的选取压力机型号为J23-4,它的压力30KN23.1485KN,所以压力得以校核。2.滑块行程次数滑块的行程次数为170/min。因为零件的生产批量为大批量,又是手工操作送料,速度不能太快。因此,滑块行程次数得以校核。3.工作台面的尺寸根据下模座LB100mm90mm,且每边留出mm,即L1B1200mm190mm,而压力机的工作台面L2B21345950mm,冲压件和废料从下模漏出,故符合要求,得以校核。4.滑块模柄孔尺寸滑块上模柄孔的直径为40mm,模柄孔深度为60mm,而所选的模柄符合要求,则得以校核。5.闭合高度由压力机型号可知道M30mm、30mm、160mmmm(M为闭合高度调节量/mm,为垫块厚度/mm)模具的闭高度为:上模座厚度H上取30mm,下模座厚度H下取35mm,上垫板厚度H垫取6mm,则该模具的闭合高度H闭为:H闭H上H下H垫L凸H凸凹h3035639205 125mm由公式:,得(160-30)5125(13030)10即 125mm125mm110mm,所选压力机合适,则压力机得以校核。第7章 模具装配图1.落料冲孔复合模装配图如图7.1图7.1落料总装图1.下模座;2.螺钉;3.导柱;4.凸凹模固定板;5.聚氨酯橡胶;6.凹模;7.凹模;8推件块;9.凸模固定板;10.导套;11.上垫板;12.销钉;13.上模座;14.模柄;15.打杆;16.螺钉;17.推杆;18凸凹模;19卸料版;20挡料销;21定位销;22推板;23.螺钉 7.2弯曲模装配图如图7.27.2弯曲模装配图1.下模座;2.螺钉;3.导柱;4.侧压块;5.推板;6.导套;7.上模座;8.打杆;9.模柄;10.螺钉;11.压料块;12.螺钉;13.定位板;14.螺钉;15.螺钉;16.聚氨酯橡胶;17.螺钉 结 论到今天为止,三个多月的毕业设计终于可以画上一个句号。在自己努力和指导老师的指导下,我比较好地完成了这次毕业设计的任务,通过这次毕业设计,我对机械设计过程有了一定了解,学到了很好有用的本领。毕业设计不仅是对前面扬学知识检验,而且也是对自己能力提高。由模具的结构组成及工作原理,总结出本次设计的几个要点:(1)工作零件是进行冲裁工作的零件,它是冲裁模的主要零件,比如凸模与凹模就是主要的工作零件,此零件要求的刚度和强度要求很高,设计时要考虑其材料的问题,以及零件与固定零件的间隙要适当而且要分布均匀,这是保证冲裁件质量的关键。(2)支承与固定零件是固定凸模与凹模,并使之与冲床连接的零件。如上模部分的凸模固定板,垫板等等,这些零件的设计要考虑开的孔是螺纹孔还是销钉孔还是光孔以及开孔之间的间隙及配合问题。(3)定位零件是确定条料在冲模中正确位置的零件,在冲孔模和落料模中保证被冲部分在工件中的正确位置的零件。(4)导向零件,它是保证了模具各部分相对运动的运动状态良好的零件。在本设计采用的导柱和导套作为导向零件,起到导向作用。(5)卸料与出件零部件,本次设计采用弹性卸料装置,有利于保证冲件的平直度等。根据工件的要求、生产批量及市场的行情不断改进模具的结构,采用经济的、合理的,符合市场发展的模具结构,为了适应市场的激烈竞争,对产品质量的要求越来越高,且其更新换代的周期缩短。冲压生产为适应这一新的要求,开发了多种适合不同批量的生产的工艺、设备和模具等等。经过本次设计,从中学到很多先前没有学到的知识,今后要更加努力学好知识,为将来的就业和工作打下坚实的基础。参 考 文 献1王芳.冷冲模具指导书M.北京:机械工业出版社,19982王以真.实用扬器技术手册M.北京:国防工业出版社,20033王新华,袁联富.冲模结构图册M.北京:机械工业出版社,20034廖念钉,古莹奄等.互换性与技术测量M.北京:中国计量出版社,20015陈锦昌,刘就女等.计算机工程制图M.广州:华南理工大学出版社,19996刘鸿文.材料力学M.北京:高等教育出版社,1999 7王焕庭,李茅华、徐善国.工机械工程材料M.大连:大连理工大学出版社,2002 8党根茂,骆志斌等.模具设计与制造M.西安:西安电子科技大学出版社,20019黄毅宏,李明辉.模具制造工艺M.北京:机械工业出版社,199910王孝培冲压手册M机械工业出版社,200411高锦张,贾俐俐塑性成形工艺与模具设计M机械工业出版社,200612杨占尧冲压模具图册M高等教育出版社,2004 13K.F. Pun, I.K. Hui, W.G. Lewis, H.C.W. Lau, A multiple-criteriaenvi- ronmental impact assessment for t he plastic injection moldingprocess: a methodology, J. Cleaner Prod. 11 (2002) 41. 14A.T. Bozdana, O . Eyercog lu, Development of an Expert System for the Determination of Injection Moulding Parameters of Thermoplastic Materials: EX-PIMM, J. Mater. Process. Technol. 128 (2002) 113.致 谢经过三个月的查资料、整理材料、计算、设计,本次毕业设计已经接近尾声了,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方。本次毕业设计能顺利完成,我首先向关心帮助和指导我的指导老师XXXX老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意。在设计过程中,遇到了很多困惑,一直得到XXXX老师的亲切关怀和悉心指导,使我论文进展的很顺利,老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我
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