铰链落料冲孔复合模具设计【说明书+CAD】
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冲压模具设计中侧壁起皱的分析F.-k. Chen and Y.-C. Liao台湾 台北市国立台湾大学机械工程部门在冲压过程中,起皱一般发生在有锥度的方形杯子和带有阶梯的矩形杯子成形时。这两种起皱类型的共同特征是起皱都发生在相对没有支撑的侧壁。在冲压一个有锥度的方形杯子时,当发生起皱时,比如冲模间隙和冲压毛坏的压力大小等参数的影响通过有限元模拟方法被检查到。模拟结果显示冲模间隙越大,起皱的就越明显,而且起皱不能通过增加冲压力来被抑制。在研究带有阶梯的矩形杯子冲压过程的起皱时,发现了一个有相似几何类型的实际部分。在侧壁被发现的起皱是因为介于冲头和阶梯边缘的金属板料不平衡伸展造成的。为减少起皱,一个最适宜的冲模设计方法就是利用有限元分析法。在无起皱产品中介于模拟结果和实测结果的好协议使有限元分析法生效,而且证实了利用有限元分析法去设计冲模的优势。关键词:侧壁起皱;冲模;阶梯的矩形杯子;带有锥度的主形杯子1 介绍起皱是在金属板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和视察的原因,在产品中起皱往往不能被接受。在金属板料成形过程中,有三种形式的起皱频繁的发生:边缘起皱,侧壁起皱和由于残余的弹性压力引起的未变形区域的弹性弯曲。在冲压一个复杂形状零件的操作时,侧壁起皱意味着冲模腔中的起皱。由于侧壁区域的金属板料相对于其它区域的金属板料不被工具所保征质量,侧壁起皱的消除比边缘起皱的抑制更难。很明显,在未被加固的侧壁区域中的金属材料的额外拉伸可能防止起皱,而且在实际操作中也可以通过增加冲压力来防止起皱,但是过度的拉力会通过裂痕导致失败。因此,冲压力必须处于一个狭小的范围,一方面,要高于抑制起皱的力,另一方面,要低于产生破裂的力。冲压力的狭小范围很难计算。对于冲压一个复杂形状的零件,当起皱发生在中心区域时,有意义的冲压力范围甚至不存在。 为了检查起皱的形成结构,Yoshida et al.发明了一种测试,在这种测试里,一块薄板料不是均匀的沿着它的斜度被拉伸。他们也计划一个近似的理论模型,在这种模型里面,起皱的开始取决于在压力不均匀区域中有压缩的侧部力的弹性湾曲。Yu et al.从实验性和分析性上研究起皱问题,通过理论分析,他发现带有两个圆周波的起皱可能发生,然而,实验结果显示是四到六个。当通过一个有锥度的模具画出金属板料时,Narayanasamy和sowerby用平底的冲头和半球状的冲头检查金属板料的起皱。他们也试图去把可以抑制起皱的道具分类。 那些努力都被聚中于和简单形状零件关联的起皱问题上,例如:一个圆形的杯子。在90年代早期,金属板料成形中三维动态软件和有限元方法的成功运用使得分析包括在冲压一个复杂形状零件的起皱问题成为可能。在当前的研究中,三维有限元分析法被用来分析在冲压一个带有阶梯的矩形部分的过程中,产生起皱的金属流动制造参数上。 一个带有阶梯的方形杯子,在杯子的每一边都有一个倾斜的侧壁,在带有锥度的杯子也相应的存在倾斜的侧壁。在冲压过程中,侧壁上的金属板料相对没被支撑,因此,这个部位更容易起皱。在当前的研究中,起皱过程中的各种不同的制造参数的影响都在被研究。在冲压一个带有阶梯的方形杯子时,就像图1B显示的一样,可以观测到另一种形式的起皱。为了评估分析的效力,在当前的研究中,一个确切阶梯几何形状的物体被检测。通过使用有限元分析法和用适宜的模具设计来减少起皱,起皱的原因被确定。在观测一个实际产品成形时,通过有限元分析法得到的模具设计方法得到证实。图1带有锥度方形杯子的拉伸(a)和带有阶梯的矩形杯子的拉伸(b)2有限元模型包括冲头、模具和毛坏固定器等工具几何学是用CAD或PRO/E软件来设计的。同样用CAD软件,三节点和四节点的外形元素被采用用来为以上工具生产网眼系统。对于有限元模拟来说,工具被认为是刚硬的,而且对应的网眼被用来定义工具几何学而不是压力分析。同样CAD软件使用四节点外形元素来为板形坏料构造网眼。图2显示工具的完整布置的网眼系统和用来冲压带有阶梯方形杯子的板形坏料。由于对称条件,方形杯子的四分之一被分析。在模拟中,板形坏料放在压力机上,冲模向下移动,逆着压力机夹紧板形坏料。然后冲模上升使得板形坏料按着模腔成形。图2 有限元网眼 为了表演一个精确的有限元分析法,金属板料的真实应力应变曲线被要求是输入数据的一部分。在当前的研究中,拉深成形的金属板料也被用来模拟。为在飞机上切割下的样本测试被进行,它们依次从0度的旋转方向到45度的旋转方向,再到90度的旋转方向进行着。平均的流动力,计算方程为=(0+245+90)/4,因为每一个方法真实应变通常用来模拟带锥度方形杯子和带阶梯矩形的冲压,就如图3显示的那样。 当前研究中所有的模拟利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。为了完成模似所需输入数据的设置,冲头的速度一般设置在10m/s,库仑摩擦系数设置在0.1。图3 金属板料的应力应变关系3 锥度方形杯中的起皱 正像图1a显示的那样,草图暗示着一些有关锥度方形杯子的尺寸,方形冲头每一面的长度(2WP)、模腔的尺寸(2Wd)和高度(H)被认为是影响起皱的至关重要尺寸。在当前研究中,模腔尺寸和冲头尺寸的差距的一半称作冲模间隙(记作G),G= Wd- WP。相关的在侧壁没被支撑的金属板料的宽度取决于冲模间隙,起皱假想通过增加冲压力来被抑制。相对于冲压一个锥度方形杯子,冲模间隙和冲压力两方面的影响在接下来的部分被研究。3.1冲模间隙的影响为了检查冲模间隙对起皱的影响,在冲压一个锥度方形杯子时,分别用20mm,30mm,50mm大小的冲模间隙进行模拟冲压。在每次模拟冲压中,模腔的尺寸都是固定在200mm,而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模拟中使用的金属板料都是380X380的方形尺寸,厚度也都是0.7mm,金属的应力应变曲线如图3所示。图4 G=50mm的带有锥度的方形杯子 模拟结果显示三次模拟中都发生起皱现象,冲模间隙为50mm冲压出来的杯子模拟形状如图4。从图4中可以看出,起皱分布在侧壁,侧壁拐角尤其明显。这就说明在冲压过程中,起皱是由于在侧壁有大面积区域不被支撑,同样,由于冲模间隙不一样,冲头各边的长度和模腔尺寸也不一样。由于横向压力的存大,在冲头和模腔中拉深成形的金属板料越来越不牢固。在压缩下,侧壁金属板料不受限制的拉伸是起皱的主要原因。为了比较三种不同间隙冲压出来的产品,两个主要的应变比率被介绍,=min/max,这里的min和max分别是主要的和次要的应变。Hosford和Caddell已经展示了的实际值比的评论值大,假设当起皱发生时,的实际值越大,起皱的可能性就越大。 在三个冲模间隙不同的冲压中,同一侧壁高度,沿着横截面M-N的值在图4中标记出,在图5中画出。图5中说明严重的起皱一般发生在拐角处,而对三个冲模间隙不同的冲压,在侧壁中心很少发生起皱。还说明了冲模间隙越大,的实际值就越大。因此,增加冲模间隙将增加在锥度方形杯子侧壁处发生起皱的可能性。3.2冲压力的影响众所周知,在冲压过程中,增加冲压力可以帮助排除起皱。为了研究增加冲压力的影响,冲模间隙为50mm与起皱是有关联的,用冲模间隙为50mm的模具冲压带有锥度方形杯子被用不同的冲压力来模拟了。冲压从100KN增加到600KN,这两个力分别产生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分,剩下的模拟条件与给定的是一样的。处于中间的300KN也被用来模拟。模拟结果显示冲压力的增加并没有帮助消除发生在侧壁的起皱。在图4中已标出沿着横截面M-N的值与冲压力为100KN和600KN的值作比较。模拟结果指出两种情况下,沿着横截面M-N的值是一样的。为了检查两种不同冲压力的起皱形状,正如图4和图6标出的那样,侧壁上从底部向上有五处不同位置的横截面。从图6可以看出,两个外壳的波浪形横截面是相似的。这就说明在冲压带有锥度的方形杯子时,冲压力不影响起皱的发生,这是因为起皱的原因主要是由于在有横向压力存在的侧壁处有大面积区域不被支撑。冲压力对冲头和模腔之间材料不稳定的模式并没有影响。图5 沿着横截面M-N不同冲模间隙的值4阶梯矩形杯子在冲压一个阶梯矩形杯子时,起皱发生在侧壁即使冲模间隙并不是那么重要。轮廓1显示冲压阶梯矩形杯子的冲头草图,在这张草图中,侧壁C沿台阶D-E而行。在近期的研究中,在一个实际的产品中检查到了这种几何形状。这种产品使用的原材料的厚度是0.7mm,从拉力测试中获得的应力应变关系如图3所示。这种冲压部分产品的程序包括通过清理焊缝的深拉。在这种深拉过程中,没有焊缝被用在冲模表面来帮助帮助金属的流动。但是,由于冲头拐角处的半径过小和其复杂的几何形状,如图7显示的那样,在冲头边缘上部经常发生拉裂,在真实产品的侧壁处经常发生起皱。从图7中可以看出,皱纹发分布在侧壁上,但是在阶梯边缘拐角处最为严重,就像图1(b)中A-D,B-E显示的那样。在冲头的上部边缘,金属往往被拉裂,就像图7所示。为了进一步的了解冲压过程中板料的变形,诞生了一种有限元的方法。这种有限元模拟方法被在最初的设计中。部分的模拟形状如图8所示。从图8中可以看出,零件上部边缘的网眼被拉深,皱纹分布在侧壁上,类似真实零件中的那样。图6 从图a的100KN到图b的600KN不同侧壁高度的横截面线条图7 产品零件中的拉裂和起皱图8 产品拉裂和起皱的模拟形状如图1(b)就像A-B边缘半径和冲孔拐角处A的半径一样,冲孔的半径也很小,这被认为是拉裂的最主要原因。但是,根据有限元分析的结果,拉裂可以通过增加以半径来避免。这种理念在现实产品中通过增加半径得到证实。个别的尝试也被用来消除起皱。第一,冲压力加到原来的2倍。但是,就像在拉深带有锥度的杯子中得到的结果一样,冲压力对消除起皱现象没有起有很大的效果。通过增加摩擦和毛坯尺寸也得到同样的结论。于是我们推测,这种起皱不能通过增加冲压力来得到抑制。由于在金属屈服于过大压力的区域,往往会因为大量的金属流动而起皱,一种通过在起皱区域增加挂钩用于消除起皱的简单方法被用来吸收多余的材料。为了多余的金属能有效的被吸收,挂钩应该平衡的加在起皱位置。基于这种理念,两个挂钩被加在邻近在壁上吸收多余的材料,如图9如示。模拟结果显示,阶梯拐角处的起皱正如想象的那样被吸收,但是,一些起皱仍然没被吸收。这说明在侧壁处需要更多的挂钩来吸收所有过量的材料,但是这在模具设计中是不允许的。利用有限元分析法分析冲压工序的一个优势是冲压过程中板料的变形形状可以被监测,而这在真实的产品冲压过程中是不可能的。对冲压过程中金属流动的精密监测显示板料最开始通过冲头的力按模腔的形状成形,直到板料接触到如图1(b)阶梯D-E边缘才形成起皱。起皱的形状如图9 加到侧壁的起皱图10显示的那样。这就为模具设计的改进提供了有价值的信息。图10 当板料接触台阶边缘的起皱形成图11 切除了的台阶拐角对于起皱的发生,最初的一个猜想是冲头拐角处范围A和阶梯拐角处范围D之间的金属板料处于不平坦的拉深,就如图1(b)所示。阶梯拐角处被切主要是为了改善拉深条件,这样就允许通过增加阶梯边缘有更多的拉伸被应用到如图11所示,从而使得模具设计的改进得到发展。但是,杯子侧壁处仍然有起皱,这就意味着起皱是因为整个冲头边缘和整个阶梯边缘的不平坦引起的,不仅仅是冲头拐角处和阶梯拐角处之间的不平坦。为了证实这种说法,两种改进过了的模具设计被用来实验:为了描述想象中的形状用两种拉深操作,一种是切去整个阶梯,而另一种是增加更多的拉深操作。前一个方法的模拟形状所图12所示。自从更低的阶梯被切去后,拉深工序与图12中的矩形杯子拉深工序性很相似。从图12中可以看出起皱现象已被消除。在这两种操作的拉深工序中,板料最初是被拉到很深的阶梯处,如图13(a)所示,然后,较低的阶梯在第二步拉深操作中成形,同是,如图13(b)所示的想象形状也得到了。从图13(b)可以清晰的看出,通过两步拉深工序可以造出没有起皱的阶梯矩形杯子,同时也说明在两步拉深工序中,如果相应的顺序被应用,则更低一些的阶梯处的成形是伴随更深阶梯处成形和最深阶梯边缘处成形的最早成形,如图1(b)中的A-B,因为金属不容易通过较低的阶梯进入模具型腔。图12改善模具设计的模拟形状图13 两个操作步骤中的a第一步操作 b第二步操作有限元分析法说明用简单的拉深操作来设计理想产品的冲压模具设计是很难完成的。但是,由于额外的模具费用和操作费用,两个操作的制造费用是很高的。为了保持较低的制造费用,零件的设计师对形状做出了合适的改变,而且通过有限元模拟分析法结果去切除较低的台阶来改善模具设计,如图12所示。随着设计方法的改进,产品真实的冲压模具被制造出来,而且零件还没有起皱,如图14所示。通过有限元模拟分析法得到的零件也没有起皱。为了进一步验证有限元模拟分析法的结果,有限元模拟分析法得到的沿横截面G-H的厚度分布如图14所示,这与产品的尺寸做了比较,比较的结果显示在图15。从图15可以看出有限元模拟分析法得到的预想的厚度分布和产品得到的厚度分布是相符合的。这种吻合证实了有限元模拟分析法的效率。图14 无缺陷产品零件图15 G-H处模拟和测量厚度5概要和结束语通过有限元模拟分析法研究了两种在冲压过程中的起皱,而且还检查了其起皱的原因和消除起皱的方法。第一种形式的起皱发生在冲压带有锥度的方形杯子的侧壁上,这种起皱的原因是因为冲模间隙过大(冲模间隙就是模腔的尺寸和冲头的尺寸的差距)。当金属被拉至模腔中,在冲头和型腔中有一有害的拉深时,大的冲模间隙导致金属板料的大面积区域不被支撑,因此大面积区域不被支撑导致起皱。有限元模拟分析法显示这种起皱不能通过增加冲压力的方法来得到抑制。另一种形式的起皱发生在有阶梯矩形的几何形状物体冲压过程中。起皱往往发生在台阶以上的侧壁,甚至冲模的间隙不是足够的大。通过有限元模拟法得知,这种起皱主要是由于在冲头和台阶边缘存在不平坦的拉伸。在模具设计过程中,通过有限元模拟分析法单独的尝试被用来消除起皱,切除了台阶的模具被建立。通过无缺陷的零件证实了这种模具设计方法对消除起皱的作用。有限元模拟分析法得到的结果和真实产品中看到的结果相吻合说明了有限元模拟分析法的准确性,还证实了用有限元分析法代替真实的模具制造方法的效力。感谢作者希望感谢中国人民共和国民族科学委员会授于NSC-86-2212-E002-028编号才使得这个项目得到发展。他们也希望感谢KYM提供了产品零件。参考文献1. K. Yoshida, H. Hayashi, K. Miyauchi, Y. Yamato, K. Abe, M. Usuda, R. Ishida and Y. Oike,在金属板料,皱纹机械工具的效果取决于不均匀的拉深2. T.X.Yu,W.Johnson 和 W.J.Stronge, “圆形碟子在半球形模具中的冲压成形”,机械学杂志,26,pp.131-148,19843. W.J.stronge,M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu,在冲压期间,圆形碟子的塑性起皱。实验的技巧,pp.345-353,1986.4. R.Narayanasamy和R.Sowerby,“当用一种圆锥形的冲模成形时的金属板料起皱”,材料处理技术杂志,41,pp.275-290,1994.5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell,金属成形:机械和冶金,1993年第二季。常州工学院成人(继续)教育学院毕业设计(论文)任务书系: 专业: 班级:学生姓名指导教师职称课题名称铰链落料冲孔复合模具设计课题工作内容主要是对铰链落料冲孔复合模具的加工工艺规程以及工艺装备进行设计指标目标要求对零件进行工艺分析,拟订零件的工艺路线,计算各工序的工序内容, 设计指定工序的零件图,总装图,绘制出图纸(不少于两张A0),完成设计说明书进程安排3月1日到3月9日对所加工的零件进行工艺分析3月10日到3月18日拟定工艺路线及确定工序内容3月19日到4月20日完成说明书以及图纸4月21日给老师检查并且修改好所有的设计4月25日把所有的设计交给老师4月29日答辩主要参与文献1.成虹冲压工艺与模具设计 北京 高等教育出版社 20022 王芳冷冲压模具设计指导 北京 机械工业出版社 19993 王之栎机械设计综合课程设计北京 机械工业出版社 2003 4 李培根机械工程基础北京 机械工业出版社 20025 胡荆生公差配合与技术测量基础(第二版) 北京 中国劳动社会保障出版社 20006 陈于萍高晓康编著,互换性与测量技术北京 高等教育出版社 20027 吴宗泽机械零件设计手册北京 机械工业出版社 20038 许发樾实用模具设计与制造手册北京 机械工业出版社 1992地点无锡技师学院起止日期自2007年3月1日至2007年4月25日系主任: 指导教师:年 月 日 年 月 日摘 要此次我的毕业设计题目是铰链冷冲压模具设计,经过对这个题目的分析与研究,最终确定了以复合模冲孔落料(落料与冲8.4孔)冲10.4孔预弯卷圆弯曲的工序组合来完成这副模具的设计。此课题主要详细介绍了在铰链冷冲压模具设计过程中,对各个工序的设计构想及具体实施方案,并且主要讲述模具设计工艺方案及工艺过程。由于工作量大,所以此套模具由多人完成,而我设计的课题是铰链落料冲孔复合模具设计,在对冲压件工艺分析后我进行了方案比较与确定,然后以我自己的课题估算了模具各主要零件(凹模、凸模固定板、垫板,凸模)的外形尺寸,并确定标准模架以及卸料橡胶或弹簧的自由高度等。我设计的这副落料冲孔模的特点及原则是:首先得保证产品质量节约原材料,降低劳动强度,降低成本,提高劳动生产率,最后达到产品的要求。 关键词 冷冲模 复合模 设计目 录第一章 概述11.1课题的来源与选题依据11.1.1课题的意义1第二章 冲压工艺过程设计12.1冲压件的工艺分析22.1.1根据零件的使用条件和技术要求进行工艺分析22.1.2根据零件的形状、尺寸精度和材料进行工艺分析22.1.3材料分析32.2冲压件工艺方案的确定42.2.1冲压工序类型和工序数量的确定42.2.2工序组合及方案比较42.2.3各工序模具结构形式的确定42.2.4计算并确定每个工序的形状和尺寸并绘制各工序图42.2.5 计算各工序的冲压力,初选压力机9第三章 冲压模具设计123.1 模具结构形式的确定123.2 计算模具压力中心,确定模具受力中心的位置123.3 计算或估算模具各主要零件123.4 确定凸、凹模的间隙,计算凸凹模工作部分尺寸143.5 校核压力机14结论16致谢17参考文献18附录19铰链落料冲孔复合模具设计第一章 概述1.1 课题的来源与选题依据1.课题来源:企业开发研制产品需要。选题依据:根据学生所学专业及教学大纲要求,结合相关企业实际生产需要及设计模式,促使学生将所学专业基础知识及专业知识具体应用到实践中,培养其理论联系实际的能力。 1.1.1 课题的意义及目的随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,冲压及模具技术也在不断革新与发展,主要表现在以下几个方面:1)工艺分析计算方法现代化近几年来,国外开始采用有限变形的弹塑性有限方法,对复杂成型件的成型过程进行应力,应变分析的计算机模拟,只预测某一工艺方案对零件成型的可能性和会发生的问题,将结果显示在图形的终端上,供设计人员进行修改和选择。2)模具设计制造现代化为了加快产品的更新换代,缩短模具设计周期,工业发达国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造的研究,并已在生产中运用。3)冷冲压生产机械化与自动化为了大量生产的需要,冲压设备由低速压力机发展到高速自动压力机。4)发展新的成型工艺为了满足产品更新换代和小批量生产的需要,发展了一些新的成型工艺,简易模具,数控冲压设备和冲压柔性制造技术等。5)不断改进板料的冲压性能目前世界各先进工业国不断研制出冲压性能良好的板料,只提高冲压成型能力和使用效果。设计目的:1)掌握冷冲压模具的设计方法,要求我们将理论与实际密切联系起来力求所学知识更完备。2)培养综合运用所学知识,独立解决实际问题的能力,并提高模具的设计与制造水平。3)熟悉查阅有关资料的手册的方法,了解成型模具的工艺要求及结构特点。4)为了使我们为以后的工作打下良好的基础。第二章 冲压工艺过程设计2.1 冲压件的工艺分析2.1.1 根据零件的使用条件和技术要求进行工艺分析该零件(铰链)主要用于电信设备上零部件的安装固定以及用于其它地方,可以说用途甚为广泛。有两个该零件通过销一样的东西将其结合就形成了铰链,但问题的关键是要注意卷圆部分以及八字孔,而其它部分要求并不是十分严格,只要能达到产品使用目的就可以。2.1.2 根据零件的形状、尺寸精度和材料进行工艺分析1 冲裁件的形状和尺寸a.该冲裁件形状简单、对称、可采用少废料直排,提高材料利用率,并且该冲裁件的外形4处交角处采用了圆角过渡,而八字形孔要保证其尖角不允许圆角过渡,但卷圆端部的两个90尖角不符合冲裁工艺要求,故需要设工艺圆角,其圆角值可查冲压工艺与模具设计 表2.6.1 Rmin=0.35t=0.352.5=0.875mm,取Rmin=1mm。b.因该冲裁件本身就没有悬臂与狭槽,故不需考虑其最小宽度b。c.因受模具强度和零件质量的限制,冲裁件中孔与孔之间以及孔与零件边缘之间的壁厚值不能太小,若是太小零件质量不易保证。查书冲压工艺与模具设计图2.6.2 知必须满足ct ,即c2.5,而该冲裁件上Cmin=9-5.2=3.8c 故满足要求。d.冲裁件的孔径由于受冲孔凸模强度和刚度的限制而不宜太小,否则凸模易折断和压弯。该冲裁件的材料为SS400 , =400510Mpa,查书冲压工艺与模具设计表2.6.2知自由凸模最小冲孔孔径d1.3t=1.32.5=3.25mm,而该零件的最小孔径d=8.43.25mm 故满足要求。e.该零件上尺寸90、70,20、40等都是自由公差按IT14取,尺寸趋近IT14级,而尺寸8.50.3、10.40.2、8.40.2均在IT14级以下,普通冲裁加工可获得的零件尺寸公差等级可以查冷冲压模具设计指导表8-19,当t=2.5mm时,内孔、孔中心距和孔边距高于IT14,故该冲裁件可以用普通冲裁完成。2 弯曲工艺性分析a.弯曲件的最大弯曲圆角半径可以不加限制,只要措施得当控制其回弹量即可,查书冲压工艺与模具设计表3.3.1 最小相对弯曲半径Rmin/t的实验数值:当弯曲线与板料轧纹方向垂直时Rmin=0.62.5=1.5mm;当弯曲线与板料轧纹方向水平时Rmin=1.22.5=3mm;而R=5Rmin 故满足要求。b.由后面尺寸展开计算知直边L2=18.42mm, 即H=L2=18.42mm2t=22.5=5mm,故弯曲件的直边高度也满足要求。c.孔边至弯曲半径中心的距离L 查冲压工艺与模具设计P120 图3.3.14知 L2t 而L=26.44-9-8.5-4.2=4.742t=22.5=5mm。故不能满足要求,应先弯曲后冲孔。但尺寸相差不大,且考虑该八字形孔是固定螺栓让孔,形状和尺寸要求并不是很高,允许有少量的变形,如果重新做模具其成本大大增加,所以综合考虑仍然采用冲孔落料复合模。2.1.3 材料分析SS400材料分析宝钢钢铁股份有限公司厂标国家标准Q/BQB 321-2003GB912-89/GB 3274-88(GB710-91/GB711-88)SS400Q235、Q245化学成分牌号公称厚度化学成分SS40022.0CSiMnPS0.210.301.400.0350.035力学性能牌号下屈服强度/MPa()抗拉强度/Mpa()断后伸长率180弯曲试验V型冲击试验Lo=50mmLo=20mmb=25mmB=40mmb35弯心直径公称厚度/mm公称厚度/mm温度试验冲击功率16165516162452354005102117213a注: a.拉伸试验取横向试样;屈服现象不明显,采用Rpa2;对拉伸试验取Lo=50mm,b=25mm的试样,即为GB/T228中P14试样。b.弯曲试验取横向试样。冲裁试验时试验宽度为35mm。c.冲击试验取纵向试样,冲击试验仅适用于厚度不小于12.0mm的产品。d.WEL-TENS90RE的拉伸试样取Lo=50mm,b=25mm。根据材料分析SS400韧性较好,塑性较好,弹性模量较大(E=206GPa)适宜冷冲压成形加工。2.2 确定工艺方案2.2.1 冲压工序类型和工序数量的确定该零件为电信设备上零部件的安装固定,故该零件为中批量生产,工艺性较好,可以从零件图上直观确定该冲裁件所需的基本工序有:落料、冲孔、预弯、卷圆、弯曲。2.2.2 工序组合及方案比较方案一:落料冲8.4孔冲10.4孔预弯卷圆弯曲。方案二:复合模冲孔落料(落料与冲8.4孔)冲10.4孔预弯卷圆弯曲。方案三:落料与冲8字形孔的级进模预弯卷圆弯曲。方案比较:方案一:此方案需要6副模具,工作量较大,较烦琐,成本较高,生产率低。方案二:虽然此方案要5副模具才能完成,但相对方案一6套模具来说已经减轻工作量,并且每副模具都较简单,而且加工质量比较好,成本也较低。方案三:虽然此方案只需要4副模具,但第一副模具是涉及级进模,此副模具结构较复杂,而且制造成本较高,同时冲孔时冲孔的质量比较差,没有方案二的冲孔质量好;八字孔一次成型,孔与孔连接处应力较集中,影响模具强度。综合考虑:采用方案二2.2.3 各工序模具结构形式的确定工序 冲孔落料复合模,采用倒装式。工序 冲孔模,采用顺装,镶套式凹模,下漏料。工序 弯曲预弯R圆角,顺装,带顶板校正弯曲。工序 弯曲模卷圆R圆角,立式卷圆模。工序 弯曲模成形弯曲,顺装,带顶板校正弯曲。2.2.4 计算并确定每个工序的形状和尺寸,绘制各工序图、排样图,并且计算材料利用率1.复合模(冲外形及2-8.40.2孔)1) 计算弯曲件毛坯展开尺寸该零件圆角半径为R=5mm查书冲压工艺与模具设计知道 R=50.5t=0.50.25=1.25mm故选单向弯曲件的毛坯展开长度计算公式为:因查书冲压工艺与模具设计表3.3.3知道 x=0.38 因r / t =4.25/2.5 =1.7查书冲压工艺与模具设计表3.3.5知道 k=0.61则卷圆部分 图2-1-1 毛坯弯曲图 图2-1-2 弯曲角度可得L1=26.44mm L2=18.42mm所以毛坯展开尺寸为L=L1+L2+L3+L4=26.44+18.42+4.67+30.24=79.77mm因零件弯曲成形时材料伸长趋势影响故取L=79.8mm。 图2-2 毛坯展开图2) 确定排样方案搭边和条料宽度的确定查书冲压工艺与模具设计表2.5.2因工件材料t=2.5mm且为矩形工件 L50mm,知a1=2.5,a2=2.8考虑补偿定位误差,保持条料有一定的刚度可取 a1=3mm ,a=3mm 条料宽度的确定。、c查表2.5.3知 =0.8 c=0.4此处为无侧压装置则取。按制件在材料上的排列来看排样方案取为直排,详见排样图 图2-3 排样图3)计算材料利用率2.冲孔模(工序图)3.预弯(工序图)由前面尺寸展开计算知L1=26.44mm,L2=19.42mm,L3=4.67mm设L5(225圆弧长),查书冲压工艺与模具设计表3.3.5知道 k=0.614卷圆(工序图)5.零件图2.2.5 计算各工序的冲压力,初选压力机1)复合模冲孔落料冲裁力计算 该零件材料为SS400 取落料 查书冲压模具设计指导表2-20知 =0.04 =F落料=89775+3591=93366冲8.4孔 查书冲压模具设计指导表2-20知=0.04 =初选压力机 J23-162)冲10.4孔查书冲压模具设计指导表2-20知=0.04 =初选压力机 J23-103)预弯按校正弯曲时的弯曲力计算查书冲压模具设计指导表3.3.6知 q=4060 MPa取q=60MPaA6.2563=393.75(弯曲件被校正部分的投影面积)=qA=60393.75=23625N初选压力机 J23-104)卷圆按自由弯曲时的V形弯曲件弯曲力计算查书冲压模具设计指导(3.3.14)知k=1.3=20475N式中b为弯曲件的宽度(mm);t为弯曲件的厚度(mm);r为内圆弯曲半径(mm);为弯曲件的抗拉强度(MPa);K为安全系数,一般取1.3。初选压力机 J23-105)弯曲按校正弯曲时的弯曲力计算查书冲压模具设计指导表3.3.6知 q=4060 MPa取q=60MPaA4.3663=274.68N(弯曲件被校正部分的投影面积)=qA=60274.68=16480.8N初选压力机 J23-10冲压工艺过程卡见附录第三章 冲压模具设计3.1 模具结构形式的确定我所设计的是铰链落料冲孔(8.4)复合模具,经分析:我采用倒装复合模,它的定位方式可以采用一个固定挡料钉做步挡钉定距,两个活动挡料钉做侧挡钉导料,卸料方式可以采用弹压卸料,刚性打料推件,详情见模具工装设计图。3.2 计算模具压力中心,确定模具受力中心的位置落料工序图中考虑到倒圆角,由于计算较复杂且要求并不是太严格,所以我们将其近似看成是直线,以直线计算较方便,图见工序图 图3-1 零件图各点坐标:A(0,22.5)B(13.015,0)C(32.78,38.25)D(60.29,31.5)E(79.8,15.75)零件关于X轴对称 所以模具的压力中心为 (33.8 , 0)该零件左右对称中心坐标为(39.9,0)与(33.8 , 0)相差不大,在模柄范围内,为使模具结构对称,降低模具材料成本,选模具的压力中心为(39.9,0)。3.3 计算或估算模具各主要零件(凹模、凸模固定板、垫板,凸模)的外形尺寸,并确定标准模架以及卸料橡胶或弹簧的自由高度等。1设计凹模的外形尺寸查书冲压工艺与模具设计表2.8.2知系数k=0.35凹模外形尺寸综合考虑并查冷冲模国家标准 取 即凹模尺寸 ()凹模材料可以选用W6Mo5Cr4V2。2设计主要零部件外形尺寸1)垫板垫板的作用是承受凸模或凹模的压力,防止过大的冲压力在上、下模座上压出凹坑,影响模具正常工作,垫板厚度根据压力机大小选择,一般取。而此副模具上垫板需考虑打板活动量,故取 而下垫板可按冷冲模国家标准查取 ,而垫板的外形尺寸与凹模轮廓尺寸基本一致 则,材料为45钢,热处理后硬度为。则 上垫板尺寸下垫板尺寸 ()2)固定板固定板主要用于小型凸模或凸凹模等工作零件的固定,固定板的外形与凹模轮廓尺寸一致,厚度取即 取,材料可选Q235或45钢。则上、下固定板尺寸 ()3)卸料板卸料板外形尺寸考虑安装条料纵向送料的挡料钉,宽度尺寸需放大,并且根据排样图上挡料钉位置尺寸取其宽度 ,长度仍与凹模一致,即 , 厚度按冷冲模国家标准取 ,则卸料板的尺寸4)卸料橡皮的自由高度根据工件材料厚度,冲裁时凸模进入凹模深度取2mm考虑模具维修时刃磨量再考虑开启时卸料板高出凸模,则总的工作行程,取,模具在组装时橡皮的预压量为 取5)模架的选择查中华人民共和国国家标准GB28512875-81冷冲模.1984-01-01实施.国家标准总局 批准选冷冲模滑动导向模架中间导柱模架 250200220265 GB2851.5-813.4 确定凸、凹模的间隙,计算凸凹模工作部分尺寸1)查书冲压工艺与模具设计表2.2.3知 冲裁件精度在IT14时 也可以查书冲压工艺与模具设计表2.3.1设凸、凹模分别按IT6,IT7级加工制造,则落料 展开尺寸试模修正冲孔孔距尺寸 =落料凸凹模的基本尺寸与凹模相同,分别是62.7mm,89.6mm,79.8mm,8.4mm,不必标注公差,但要注明以0.360.5mm的双面间隙与落料凹模配做。3.5 校核压力机初选压力机型号为J23-16,该压力机最大闭合高度为220mm,而模具的总闭合高度为250mm,由这一条就可以说明:初选型号为 J23-16的压力机不能满足要求,故改选型号为 JH21-60的压力机。该压力机的主要技术规格公称压力/KN 600公称压力行程/mm 4滑块行程/mm 140行程次数/次 70最大闭合高度/mm 300闭合高度调节量/mm 70滑块中心线到机身距离/mm 270工作台尺寸/mm 870520 (左右前后)工作台孔尺寸/mm 150模柄孔尺寸/mm 5060 (直径深度)电机功率/kw 5.51.是否满足1.模具总闭合高度由压力机 JH21-60 知道 由知所以满足要求2.公称压力是否大于冲压计算的总压力,即所以满足要求3.滑块行程是否满足冲压件的成形要求所选压力机滑块行程为140mm而冲裁此零件的行程只需约6mm远远小于140mm所以满足要求4.工作台尺寸是否大于模具尺寸所选压力机工作台尺寸/mm 870520 (左右前后)而模具为 480280所以工作台尺寸每边肯定大于70mm,并且工作台垫板孔能保证废料漏下。因此满足要求根据上面计算综合考虑课题设计(复合模落料、冲孔)等条件以及其他因素压力机选 JH21系列开式固定台压力机选压力机型号为 JH21-60结 论时光匆匆而逝,我的多年学习生活也即将结束,为了更好的适应以后的工作,培养我们能运用所学的专业知识独立解决实际生产问题的能力,以及巩固和扩大课堂教学内容提高工艺计算机械制图的各科设计资料的能力,为今后工作岗位从事专业工作拟定出更为经济合理的制造工艺及设计模具打下良好的基础,在此基础上我们进行了两个月的毕业设计。通过此次冷冲模设计是我知道:冷冲模是建立在金属塑性变形的基础上,在常温下利用安装在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一定形状、尺寸和性能的零件的一种压力加工方法。并且,通过这次冷冲模设计,使我重新温习了以前所学过的有关机械方面的知识,并且通过查阅资料了解了一些新的知识,使我对模具设计有了初步的了解。致 谢时间过的真快,转眼几个星期过去了,我的毕业设计也将结束,仍清楚记得拿到毕业设计课题时,不知如何下手的尴尬场景。在此,我首先要感谢这么多年来能让我认真学习的母校无锡技师学院,要感谢我的指导老师柴俊在毕业设计选题以及研究方法上给予的悉心指导,老师的学识令我受益匪浅。同时也要感谢蔡昀老师对我毕业设计的帮助。最后再次感谢柴俊、蔡昀老师。参考文献1 成虹冲压工艺与模具设计 北京 高等教育出版社 20022 王芳冷冲压模具设计指导 北京 机械工业出版社 19993 王之栎机械设计综合课程设计北京 机械工业出版社 2003 4 李培根机械工程基础北京 机械工业出版社 20025 胡荆生公差配合与技术测量基础(第二版) 北京 中国劳动社会保障出版社 20006 陈于萍高晓康编著,互换性与测量技术北京 高等教育出版社 20027 吴宗泽机械零件设计手册北京 机械工业出版社 20038 许发樾实用模具设计与制造手册北京 机械工业出版社 19929 朱传礼 林蒲生高等学校毕业设计论文指导手册机械卷北京 高等教育出版社 199810 中华人民共和国国家标准GB28512875-81冷冲模1984-01-01实施 国家标准总局 批准17
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