汽车发动机涡轮增压器垫片复合模具设计【冲孔落料复合模】
汽车发动机涡轮增压器垫片复合模具设计【冲孔落料复合模】,冲孔落料复合模,汽车发动机,涡轮,增压,垫片,复合,模具设计,冲孔
毕业设计(论文)题 目汽车发动机涡轮增压器垫片复合模设计姓 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 摘 要本设计为一汽车发动机涡轮增压器的冷冲压模具设计,根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求,首先分析零件的工艺性,确定冲裁工艺方案及模具结构方案,然后通过工艺设计计算,确定排样和裁板,计算冲压力和压力中心,初选压力机,计算凸、凹模刃口尺寸和公差,最后设计选用零、部件,对压力机进行校核,绘制模具总装草图,以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中,主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计,对于部分零部件选用的是标准件,深入设计,并且在结构设计的同时,最终才完成这篇毕业设计。关键词:模具 冲裁件 凸模 凹模 凸凹模AbstractThe design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project.KEY WORD: mold stamping parts punch die punch and die目录第1章 前言11.1 中国模具行业发展现状11.2 中国模具行业发展11.3 冲压工艺介绍21.4 冲压工艺的种类21.5 冲压行业遇到的问题和解决方法3第2章 绪言62.1 材料的工艺分析62.2 材料选择72.3 工件结构形状72.4 尺寸精度7第3章 冲裁工艺方案的确定9第4章 模具总体设计104.1 模具类型的选择104.2 操作与定位方式104.3 卸料、出件方式104.4 确定送料方式114.5 确定导向方式11第5章 模具工艺参数确定125.1 排样设计与计算125.2 搭边值的确定125.3 进距与条料宽度计算13第四节 材料利用率的计算16第6章 计算冲压力与压力机的初选186.1 冲裁力Fp的计算186.2 卸料力Fq1的计算186.3 顶件力Fq2的计算196.4 总的冲压力F的计算196.5 压力机的初选19第7章 模具压力中心的确定21第8章 冲裁模间隙的确定228.1 冲裁间隙Z228.2 冲裁间隙分析22第9章 凹、凸模刃口尺寸的计算249.1 刃口尺寸计算的基本原则249.2 刃口尺寸的计算24第10章 主要零部件的设计2710.1 工作零件的设计与计算2710.2 橡胶的选用3310.3 模架及其零件的设计34第11章 校核模具闭合高度及压力机有关参数3611.1 闭合高度的计算3611.2 冲压设备的选定36第12章 模具总装图与凸、凹模零件图37结论38致谢39参考文献40第1章 前言1.1 中国模具行业发展现状鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业,以及电工电器、电子及信息行业的支持产业,在发展先进生产力当中,处于非常关键并服务全行业的地位,其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。改革开放以来,中国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,其他所有制形式的模具厂家,包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业,都得到了快速发展,集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前,国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模,工位数最多已达160个,寿命12亿次。在大型塑料模具方面,现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5K大容量洗衣机的塑料模具,以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面,国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面,国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面,现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具,例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等,也都达到了较高的水平,并可替代进口模具。1.2 中国模具行业发展 前景巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。 汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。2008年,国内汽车年产量为583万辆,。保有量为2500万辆,预计到2011年汽车年产量将达800万辆。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长,特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如,到2008年汽车行业将需要各种塑料件136万吨,而目前的生产能力仅为90多万吨,因此发展空间十分广阔。家用电器,如彩电、冰箱、洗衣机、空调等,在国内的市场很大。目前,我国的彩电的年产量已超过3200万台,电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了1000万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。 其他发展较快的行业,如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求,都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。 1.3 冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中,有6070%是板材,其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比,具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件,以提高其刚性。由于采用精密模具,工件精度可达微米级,且重复精度高、规格一致,可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工,或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件,但仍优于铸件、锻件,切削加工量少。 冲压是高效的生产方法,采用复合模,尤其是多工位级进模,可在一台压力机上完成多道冲压工序,实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高,劳动条件好,生产成本低,一般每分钟可生产数百件。 1.4 冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类,可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁,其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离,同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形,制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中,常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大,要求冲压材料厚度精确、均匀;表面光洁,无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等;屈服强度均匀,无明显方向性;均匀延伸率高;屈强比低;加工硬化性低。 1.5 冲压行业遇到的问题和解决方法 阻力一:机械化、自动化程度低 美国680条冲压线中有70%为多工位压力机,日本国内250条生产线有32%为多工位压力机,而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多;中小企业设备普遍较落后,耗能耗材高,环境污染严重;封头成形设备简陋,手工操作比重大;精冲机价格昂贵,是普通压力机的510倍,多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用;液压成形,尤其是内高压成形,设备投资大,国内难以起。 突破点:加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面,结合具体情况,采取新工艺,提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线,特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度,加速冲压生产线的技术改造,使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备,使其发挥新的生产能力。 阻力二:生产集中度低 许多汽车集团大而全,形成封闭内部配套,导致各企业的冲压件种类多,生产集中度低,规模小,易造成低水平的重复建设,难以满足专业化分工生产,市场竞争力弱;摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争,处于“优而不胜,劣而不汰”的状态;封头制造企业小而散,集中度仅39.2% 突破点:走专业化道路 迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局,尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来,按冲压件的大、中、小分门别类,成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路,才能把冲压零部件做大做强,成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。阻力三:冲压板材自给率不足,品种规格不配套目前,我国汽车薄板只能满足60%左右,而高档轿车用钢板,如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm以上)等都依赖进口。 突破点:所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理,朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料,扩大应用已势在必行。 阻力四:科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国,许多冲压新技术起步并不晚,有些还达到了国际先进水平,但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多,有的仅处于试用阶段,吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少,导致企业对先进技术的掌握应用慢,开发创新能力不足,中小企业在这方面的差距更甚。目前,国内企业大部分仍采用传统冲压技术,对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。 突破点:走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比,存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体,科研难以做大,成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目,以高校和科研单位为技术支持,企业为应用基地,形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体,形成既能开发创新,又能迅速产业化的良性循环。阻力五:大、精模具依赖进口 当前,冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要,而且标准化程度尚低,大约为40%45%,而国际上一般在70%左右。 突破点:提升信息化、标准化水平 必须用信息化技术改造模具企业,发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术,特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进程,提高精度和互换率。力争2005年模具标准件使用覆盖率达到60%,2010年达到70%以上基本满足市场需求。 阻力六:专业人才缺乏业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要,尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外,众多合资公司由外方进行工程设计,掌握设计权、投资权,我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。 突破点:提高行业人员素质这是一项迫在眉睫的任务,又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才,大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家,大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气,有计划、分层次地培养.42第2章 绪言2.1 材料的工艺分析冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程。工件名称:汽车发动机涡轮增压器 工件简图:如图1.1所示工件精度:IT14图1.1工件简图2.2 材料选择根据表1.1,20钢为碳素结构钢,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。2.3 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。2.4 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。表1.1黑色金属的力学性能材料名称材料牌号材料状态极限强度伸长率屈服强度弹性模量E/MPa抗剪抗拉碳素结构钢20钢已退火的216-304275-3833217708255-353324-4413219618600010F216-333275-4123018610255-333294-4322920619400015F245-363314-4512815265-373333-4712622519800020F275-383333-471262251960002O275-392353-5002524520600025314-432329-5392427519800030353-471441-5882229419700035392-511490-6372031419700040412-530511-6571833320900045432-549539-6861635320000050432-569539-71614373216000表1.2部分标准公差值(GB/T1800.31998)公差等级IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14IT15基本尺寸/m /mm36812183048750.120.180.300.48610915223658900.150.220.360.58101811182743701100.180.270.430.70183013213352841300.210.330.520.843050162539621001600.250.390.621.005080193046741201900.300.460.741.2080120223554871402200.350.540.871.40从表1.1中查出20钢抗拉强度:=275383Mpa抗剪强度:=216304Mpa伸长率: =32%分析其力学性能较好,故选择20钢材料。第3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。单工序模生产。方案二:冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三:冲孔落料级进冲压。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。第4章 模具总体设计4.1 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。4.2 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。4.3 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1mm,卸料力不大,由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便,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。4.4 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。4.5 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。第5章 模具工艺参数确定5.1 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)。5.2 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=1.5mm侧搭边值a=2mm表5.1搭边值和侧边值材料厚度t手动送料自动送料圆形非圆形往复送料aa1aa1aa1aa11以下1.51.521.5321221.52.523.52.532232.5232.543.53432.53.5354434543546554565465762.055.3 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。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。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)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)条料厚度(mm)条料宽度(mm)1122335CCCC500.40.10.50.20.70.40.90.6501000.50.10.60.20.80.41.00.61001500.0.20.70.30.90.51.10.71502200.70.20.80.31.00.51.20.7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 =(40+22)=44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=1046.90mm2L=323.42mm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(%);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): =(1046.90/41.544)100%45%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6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: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。6.1 冲裁力Fp的计算据图5.3可得一个零件内外周边之和L=323.42mm。查碳素结构钢的力学性能表知:20钢的抗剪强度=216Mpa304Mpa,取260Mpa,制件厚度t=1mm,则根据公式(6.1): Fp= Kp Lt=1.31323.42260=53390.5(N)53.4(KN)6.2 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): Fq1= KxFp=0.0553.4(KN)2.67(KN)表6.1卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxktKd钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.036.3 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): Fq2= KdFp =0.0653.4(KN)3.204(KN)6.4 总的冲压力F的计算根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2=53.4+2.67+3.204=61.944(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=1.3x61.944(KN)=80.5272(KN)。6.5 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技术参数单位型号J23-4J23-6.3J23-10J23-16J23-25J23-63J23-100滑块公称压力KN40631001602506301000滑块行程次数次/mm2001601351151007070最大闭合高度mm160170180220250360360闭合高度调节量mm35405060709090立柱间距mm100150180220260250250滑块地面尺寸左右mm100140170200300300前后mm90120150180340340模柄孔尺寸直径mm3050深度mm5070垫块厚度mm35405060708090最大倾斜角453530工作台尺寸左右mm280315360450560630710前后mm180200240300360420480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J23-10。第7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。其中、分别为各冲裁周边长度。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(0,0)第8章 冲裁模间隙的确定8.1 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。图8.1冲裁间隙8.2 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20钢的最小双面间隙Zmin=0.100mm,最大双面间隙Zmax=0.140mm表8.1部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙材料厚度08、10、35、09Mn2、20钢40、5016Mn65MnZ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0.50.040.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0921.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2402.00.2460.3600.2600.3800.2600.3802.50.3600.5000.3800.5400.3800.5403.00.4600.6400.4800.6600.4800.6604.00.6400.880注:08钢冲裁皮革、石棉和纸板时,取间隙的25%。第9章 凹、凸模刃口尺寸的计算9.1 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。9.2 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:或者、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 dp=(dx)0- p 凹模 dd=(Zmin)0+ d(dXZmin) 0+ d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料厚t(mm)非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.1200.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.3200.420.500.2000.1200.200.240.300.1200.200.240.30根据图1.1和表9.1查得磨损系数X取0.5,即X=0.75设凸、凹模分别按IT20和IT7级加工制造,所以凸模: dp =(d+X) 0- p=(20+0.750.21)=20.120凹模: dd=( dp +Zmin)=(20.120+0.10)=20.220二、落料凸、凹模计算凹模: Dd=(DX)凸模: Dp=( DdZmin)(DXZmin)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);r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:设凸、凹模分别按IT20和IT7级加工。所以凹模 40:Dd2=(D2-X)=(40-0.50.62)0+0.025 =39.690+0.025mm凸模 40:Dp2=(Dd2- Zmin)=(39.69-0.10)=39.59 mm式中,由已知条件4040矩形垫片为非圆形,材料的厚度是1mm,以及4040矩形垫片的公差大于0.42mm,查询冷冲压模具设计表2-9磨损系数X5得X=0.5,制件精度为IT14级时查询冲压模具毕业设计指导与范例。第10章 主要零部件的设计10.1 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;B凹模外形最大尺寸。表10.1系数K的数值b/mm厚度t/mm0.51233500.30.350.420.50.650-1000.20.220.280.350.42100-2000.150.180.20.240.32000.10.120.150.180.22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=197mmL=b+2C=30+245=120mm查表10.2,选取凹模外形尺寸LB=80mm80mm。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H6350、636310、12、14、16、18、208063、8080、10063、10080、100100、1258012、14、16、18、20、22125100、125125、14080、1408014、16、18、20、22、25140125、140140、160100、160125、160140、200100、20012516、18、20、22、25、28160160、200140、200160、250125、25014016、20、22、25、28、32凹模轮廓尺寸为80mm80mm14mm。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,且采用下出料方式,则内孔积存废料,胀力大,故最小壁厚应大些。凸凹模的最小壁厚值,倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表10.3。表10.3倒装复合模凸凹模的最小壁厚材料厚度mm1.01.21.41.61.82.02.22.5最小壁厚a2.73.23.64.04.44.95.25.8由于选用的是倒装式复合模,所以查表得:最小壁厚a=3.8。2.凸凹模的外形尺寸计算其长度可按下式计算:L = h1+h2+h (10.4)式中h1凸凹模固定板厚度;得h1=0.6H凹=0.640=24mm。h2卸料板厚度;查表10.4取15mm。h附加长度(包括凸模进入凹模深度,弹性元件安装高度);根据公式(10.4): L = h1+h2+h=24+15+10=49mm表10.4卸料板厚度冲件厚度tmm卸料板宽度505080801251252002000.866810120.81.5681012141.53810121416四、工作零件材料的选用由于冲模为冷冲模,所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性、良好的抗粘结能力、可段性、可切削性、可磨削性、热处理工艺性等。由上要求在该模具中冲孔凸模、凸凹模和凹模板的材料选用Cr12MoV钢。Cr12MoV刚具有较好的淬透性,很高的耐磨性,有较高的冲击韧度。淬火、回火工艺见表10.5。表10.5 Cr12MoV钢的淬火、回火工艺钢号低淬低回工艺中淬中回工艺高淬高回工艺淬火温度/淬火硬度HRC回火温度/淬火温度/淬火硬度HRC回火温度/淬火温度/淬火硬度HRC回火温度/Cr12MOV9501000626420010306364400108011004060500520五、卸料部分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,采用弹压卸料装置有一定的装配要求:在模具开启状态,卸料板应高出模具工作零件刃口0.3mm0.5mm,以便顺利卸料。本模具的卸料板仅有卸料作用,卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同,取250mm140mm,卸料板的厚度按表10-4选择,卸料板厚度为20mm。卸料板采用45钢制造,热处理淬火硬度4348HRC。卸料板上设置4个卸料螺钉,公称直径为10mm,螺纹部分为M8.510mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间,以保证卸料的正常运动。六、定位零件的设计冲模的定位装置零件是用来保证材料的进料正确及在冲模中保持位置的正确性。定位零件的种类很多,主要有导料板、导料销、挡料销、侧刃、导
收藏