异形垫片冲压工艺及模具设计【含CAD图纸、说明书】
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压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘要在本次的毕业设计中,需要设计完成一套以落料冲孔为一体的复合冲压模具。根据阅读过的文献资料,在设计过程中,首先,对零件的工艺进行分析,同时,结合落料、冲孔工序;其次,对冲压过程中所涉及到的冲裁力、推件力和卸料力等冲压工艺中相关力的计算,用以确定压力机类型;再次,模具类型根据设计所需进行选择;最后,根据冲压模具的结构需要,确定其他所需标准、非标准零件。在整篇说明书中,通过六章对整套的冲压模具进行阐述。在第一章中,主要论述了冲压模的发展前景和现状;在第二章中,对冲裁件进行工艺分析和工艺方案的确定;在第三章中,对冲裁零件的排样、材料利用率、冲压力和冲压中心、压力设备和冲裁零件刃口尺寸进行计算;在第四章中,则是对冲压模具相关的标准件的选择和非标准件的计算和设计;在第五章中,则是对弹性卸料元件的选择;在第六章中,则是对冲压模具有关的二维、三维零件图的例述。本次设计中,论述了落料冲孔复合模具的结构设计。经过一直以来努力,本人将在校四年中所学的专业知识进行综合和深化,同时,取得了较好的成果,并达到了预期的设计目标。关键词:冲压;复合模具;冲孔;异型垫片IIABSTRACTIn this graduation design,the purpose of is to design a set of blanking, punching as oneof the compound stamping die. According to read the literature, the design process, first of all, analyze the parts of process,at the same time,combined with blanking and punching process; Second,involved in the process of punching blanking force and unloading force such as stamping process related force calculation,to determent the type of press;Once again,choose type of press according to the design;Eventually,according to the requirements of thestamping die structure,determine other required standard and non-standard parts.In the whole instruction,through six chapters of a complete set of stamping die.In the first chapter,mainly discusses the prospects of the development of stamping die and the status;In the second chapter,hedge cutting process analysis and determination of process scheme; In the third chapter,hedge cutting parts layout,material utilization,burst pressure and stamping center,pressure equipment and blanking parts edge size calculation;In the fourth chapter,it is for stamping die related tagging and labeling parts size calculation and selection;In the fifth chapter,is the choice of elastic discharging device;In the sixth chapter,it is for stamping die about 2 d and 3 d part drawing.In this design ,this paper discusses the blanking punching compound die structure design.After long efforts ,make oneself will be learned in the school four years professional knowledge comprehensively and deepen,at the same time, good results have been achieved,and achieve the expected design goal.Key Words:Stamping;Composite mould;Punching ;Aline gasket目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 冲压的概念、基本工序和特点11.2 冲压技术研究的意义和应用价值21.3 冲压工艺目前研究的概况和发展趋势21.4 设计任务书42 冲压件异型垫片的工艺性分析52.1 异型垫片材料分析52.2 异型垫片的结构分析62.3 异型垫片工艺方案的确定63 冲压模具中的工艺计算93.1 排样设计93.2 材料利用率123.3 冲压力和冲压中心的计算133.4 压力设备的选择163.5 刃口尺寸计算174 模具主要零部件的设计和选择234.1 标准模架的选取234.2上模254.3下模324.4紧固连接件365 弹性卸料元件的选择385.1 弹性卸料元件的类型395.2 弹性卸料元件的确定与选择416 相关零件图、装配图456.1 三维装配图456.2 二维主要零件图477结论49参考文献50附录 1:外文翻译51附录 2:外文原文57致谢641 绪论1.1 冲压的概念、基本工序和特点1.1.1 冲压的概念冲压是指在室温下,利用安装在压力机上的模具对板料施加压力,从而使其发生分离或塑形变形,以获得所需零件的一种压力加工方法,也称为冲压或冲压件。冲压是一种冷变形加工工艺,即在常温下对材料进行加工,材料的种类主要为板料,也被称为冷冲压(或板料冲压)。将材料批量加工成为所需冲件的专用工具被称为冲模,其中,材料既包括金属也包括非金属。冲压所使用的模具被称为冲压模具,简称为冲模。在整个冲压过程中,最为重要的就是冲模,要得到能够批量加工生产的冲件,就必须有符合要求的冲模。因此, 在冲压中追求更为先进的冲模以实现冲压工艺的完美实现。冲压加工的三要素有冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料,上述三要素的完美结合才得出最优秀的冲压件。1.1.2 冲压的基本工序冲压的基本工序分为分离工序和变形工序。分离工序为冲裁(落料、冲孔、切断、切边、剖切);变形工序分为弯曲(切舌、弯曲、卷边),拉伸,成形(翻遍、缩口、胀形、起伏成型、整型、旋压),立体压制(冷挤压、顶墩)。在上述工序中,较为常用的有冲裁、弯曲、拉伸、成形。1.1.3 冲压的优点本次设计零件的加工方式为板料冲压,所以,板料冲压加工工艺的优点如下:(1) 生产效率高,操作简便,易于实现自动化和机械化;(2) 冲压加工零件的尺寸精度是由模具保证的,一般不需要再进行机械切削加工, 所以质量稳定,具有较高的尺寸精度;(3) 冲压工艺能制造出其他金属加工方法所不能或难以加工出的、形状复杂的零件;(4) 冲压加工一般不需要加热毛坯,也不想切削加工那样需要切除大量金属,所以它不但节能,而且材料利用率高;(5) 冲压所用原材料多为轧制板料或带料,在冲压过程中材料表面一般不会被破坏,所以表面质量较好,为后续表面处理工序提供了方便条件。(6) 冲压件有较好的互换性。1.2 冲压技术研究的意义和应用价值本次论文设计的主要内容是设计出一套完整的模具,以得到材料为 Q235-A,厚度t=2mm 的异形垫片,用于大批量生产。所以,在本次的论文设计及冲压模具设计过程9中,我们需要涉及到多门学科的相关知识。其中,冲压工艺和冲压模具的相关知识、模具设计的过程与步骤、材料力学的计、机械原理及设计和互换性与公差的相关知识、以及 CAD/CAE/CAM 和 Proe 等计算机绘图软件应用技术。因此,在本次设计中我们除了要学会本次设计的相关知识,还要熟练的对各个相关知识之间的串联应用融会贯通。在整个设计过程中,我们就会了解到模具设计的研究意义就是其在国民经济中的地位。由于我国模具行业的整体水平依旧偏低,所以我国模具行业的发展前景同样也是非常可观的。同时,我国模具行业的发展空间也是十分广阔、前景光明的。我们必须坚信在未来不久的时间内,我国模具行业必能迎来新生,成为世界模具行业发展强国位列前茅。1.3 冲压工艺目前研究的概况和发展趋势1.3.1 冲压技术以及冲压模具目前的发展概况冲压是在室温下,利用安装在压力机上的模具对板材、带材、管材及型材等材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得到所需形状和尺寸的加工方法。冲压按工艺分类主要可以分为分离(冲裁)工序和成形工序。从广义来说,冲裁是分离工序的总称,它包括切断、落料、冲孔、修边、切口等多种工序;成形则是使材料在不被破坏的条件下发生塑性变形,从而达到所需形状和尺寸的工件的工序。冲压是现代工艺中较为常见和常用的一种加工方法,主要是用来生产各种板料零 件,具有很大的竞争优势,它的生产产品具有自重轻、刚度大、互换性好、强度高、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等特点,因此拥有了其它的加工方法所不能代替的显著优势。所以在近几年来,被广泛的运用于各种生产制造前线,例如, 汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产制造之中。模具工业,在美国工业界,被誉为“美国工业的基石”;日本则称其为“进入富裕社会的原动力”;德国则为其冠以“金属加工工业中的帝王”的称号;“模具就是黄金” 是欧盟一些国家对模具工业的赞誉;而我国模具权威则称“模具是印钞机”。由此则不难看出模具工业在世界各国经济发展所占有的重要地位,模具技术也亦然成为衡量一个国家产品制造水平的重要指标之一。旋压成形、软模具成形、高能率成形等是近几十年来冲压技术飞速发展的应用,由此可以看出,人们对冲压技术的认知与掌握的程度有了质的飞跃。传统模具生产方式由于模具 CAD/CAE/CAM 的广泛使用而改变,成为模具生产方式的关键技术手段,作为一项高科技、高效益的系统工程被应用于生产前线。它以计算机软件的形式,为企业提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。在实际生产中,模具 CAD/CAE/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。我国从上世纪 90 年代开始,华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模 CAD/CAM 系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在Auto CAD 软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM 系统HMJC,包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程 5 个模块。1.3.2 冲压技术以及冲压模具未来的发展趋势在 21 世纪经济发展的大背景下,由于我国拥有丰厚廉价的人力资源、庞大的市场需求力以及其他优异条件,渐渐成为发达国家转移模具生产基地的选择。模具产品具有“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的特点,所以为了适应模具技术的发展在未来十年我国冲压模具技术发展趋势应如下:(1) 要全面推广 CAD/CAM/CAE 技术;(2) 模具扫描及数字化系统;(3) 提高模具标准化程度;(4) 开发优质模具材料;(5) 自主创新能力模具工程师的培养;(6) 加强表面处理技术的应用;(7) 模具结构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高。1.4 设计任务书1.4.1 异型垫片的主要参数零件名称为异型垫片,材料为 Q235-A,材料料厚为 2mm,生产方式为大批量生产。零件二维图如图 1.1 所示,零件三维图如图 1.2 所示。图 1.1异型垫片(二维)图 1.2异型垫片(三维)1.4.2 设计任务与要求(1) 原材料性能工艺分析,确定总体工艺方案。(2) 对必要的数据进行计算:搭边计算;材料利用率的计算;力的计算(冲裁工艺中力的计算、确定压力中心);各模具部件的设计计算(凸模的设计、凹模的设计和凸凹模的设计等);弹性元件的选择和计算。(3) 压力机类型的选取。(4) 模架类型的选取。(5) 模具中各种标准、非标准件的选取与部分零件的绘制。(6) 凸模、凹模和凸凹模的绘制。(7) 撰写完整的设计说明书。2 冲压件异型垫片的工艺性分析2.1 异型垫片材料分析在整个冲压过程中,冲压件的材料费用就占整个冲压成本的 60%80%,材料的选择直接影响着整个冲裁工艺设计、冲压件质量、使用寿命和成本等三个方面。要生产出优秀的冲压件,则必须完善和择优选择上述三方面的因素。这也对冲压材料提出了如下的基本要求2:(1) 满足产品应用要求由于产品的使用用途不同,则对材料的力学和物理性能的要求也不同。(2) 冲压性能良好材料对各种冲压加工方法的适应能力被称为冲压性能。影响冲压性能的因素包括三个方面,即材料塑形、材料抗压失稳起皱能力和材料表面质量等。塑性任何材料都存在成形极限,在冲压过程中当变形超过材料成形极限时,就会引起冲压件破裂。抗压失稳起皱能力在冲压过程中,如直壁零件的拉深、缩口及外凸曲线翻边等是材料主要受压应力作用的情况,这时材料压缩变形且厚度增加,易引起失稳起皱。表面质量材料表面光洁、平整和无锈等是材料良好表面质量的要求。本次冲裁件的材料设定为 Q235-A,普通碳素钢,是 Q235 根据不同的冲击温度划分的等级,该材料具有较好的冲裁成形性能,详细参数如表 2.1 所示。表 2.1冲压常见钢材的力学性能2.2 异型垫片的结构分析冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸、基准等是否符合冲裁加工的工艺要求即为冲裁件的工艺性,也是冲裁件对冲压工艺的适应性。产品零件结构简单对称并且无尖角才对冲裁加工更为有利。2.3 异型垫片工艺方案的确定2.3.1 模具种类和特点(1) 简单模定义:压力机一次冲压只能完成一个冲裁工序的模具,称为单工序模或简单模11。种类:无导向简单冲裁模、导板式简单冲裁模、导柱式简单冲裁模。特点:无导向简单冲裁模的特点有结构简单,重量较轻,尺寸较小,模具制造简单, 成本低廉;模具依靠压机滑块导向,使用时安装调整麻烦,模具寿命低,冲裁件精度差; 操作也不安全。无导向简单模适用于精度要求不高、形状简单、批量小或试制的冲裁件。导板式简单冲裁模的特点:具有精度高、寿命长、使用安装容易、操作安全,但制造比较复杂。一般适用于形状较简单尺寸不大的冲裁件。导柱式简单冲裁模的特点:虽然导柱会加大模具轮廓尺寸,使模具笨重、制造工艺复杂、增加模具成本,但是用导柱导向比导板可靠、精度高寿命长,使用安装方便,所以在大量和成批生产中广泛采用导柱式冲裁模。(2) 连续模(或级进模)定义:压力机一次行程中,在模具的不同部位上同时完成数道工序的模具称为连续模。连续模所完成的冲压工序均布在坯料的送进方向上11。特点:连续模可以把两道工序合并,用一套模具完成。所以使用连续模可以减少模具和设备的数量,提高生产效率,而且容易实现生产自动化。但是,比简单模制造麻烦而且成本更高。用连续模冲制零件,必须解决条料的准确定位问题,才有可能保证制件的质量。根据定位零件的特征,常见的典型连续模结构有这几种形式,如有固定挡料销及导正销的连续模、有侧刀的连续模、有自动挡料销的连续模。(3) 复合模定义:压力机一次行程中,在模具的同一部位上同时完成数道冲压工序的模具称为复合模。连续模和复合模都是多工序模11。特点:内外形相对位置及零件尺寸的一致性非常好,生产零件表面平整,并且精度高; 模具结构紧凑,对压力机的平台要求不高;可以充分利用短料和余料;适合冲裁簿料和脆性或软性材料。复合模结构上的特点是具有即是落料凸模又是冲孔凹模的所谓凸凹模。2.3.2 冲压工艺方案的确定该零件包括落料、冲孔两道加工工序,因此根据模具的种类设定如下几种方案: 方案一:先落料,后冲孔。采用两套简单(单工序)模具生产加工。方案二:冲孔落料连续(级进)冲压。采用连续(级进)模具生产。方案三:冲孔落料复合冲压。采用复合(多工序)模具生产。方案一,模具结构虽然简单,但是必须经过两道工序、两副简单模具才能得到所需零件,成本高而且生产率低,同时生产出来的冲裁件形位精度低,很难达到图纸要求。方案二,模具应用为连续(级进)模具,生产效率有所提高,但是产品的形位精度则得不到保证,连续模同样也使得生产的成本提高。方案三,只需一副模具即复合模(多工序模),复合模的应用使生产效率提高、工件形位精度得以保证,仅一套模具的使用使生产成本大大提高。该零件形状简单、对称,零件精度要求不高,采用冲裁加工能得到保证。综上所述分析,确定零件的工艺方案为方案三,采用冲孔落料复合冲压。3 冲压模具中的工艺计算3.1 排样设计3.1.1 排样方法排样方法可以分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种2。(1) 有废料排样 该排样形式如图 3.1(a)所示,冲裁件尺寸完全是由冲模决定的。优点为冲件质量良好,模具使用寿命高;缺点为材料利用率较高。用于冲裁件形状结构较复杂并且尺寸精度要求也较高的情况。(2) 少废料排样该排样形式如图 3.1(b)所示,冲裁件质量稍差,冲模寿命因为边缘毛刺易被凸模带入到间隙而缩减。优点为冲模的结构简单,材料利用率也叫高。常用于形状较规则、某些尺寸的尺寸精度要求不高的冲件。(3) 无废料排样 该排样形式如图 3.1(c)、(d)所示,此类排样的冲模,冲裁件质量和寿命更差一些。优点为材料的利用率最高,进距则是冲裁件宽度的两倍,一次切断就能获得两个冲件,提高了生产效率。用于形状规则对称、尺寸精度不高,冲裁件材料为较贵重金属材料。图 3.1排样方法除了上述的 3 种排样方法除外,还可以根据冲裁件在条料上的不同的排列方式,分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多排及冲裁搭边等。综上所述,根据零件形状和考虑材料利用率确定排样方法为斜排,倾斜角度为 40。3.1.2 搭边和条料宽度的确定排样时冲件之间以及冲件与条料边缘之间留下的工艺废料被称为搭边。搭边的作用如下:补偿定位和送料的误差,能保证冲出合格的零件;条料刚度增加,便于条料的送进和提高生产效率;冲裁时条料边缘的毛刺也不易被拉入模具间隙,提高了模具的使用寿命。在设计搭边的过程中,搭边值的大小选择要合理,否则,过大的搭边值会使材料利用率偏低,过小的搭边值会使冲裁工艺达不到要求。材料的机械性能、冲件的形状与尺寸、材料的厚度、送料及挡料和卸料方式。搭边值一般根据经验来确定,具体数值如表3.1 所示。表 3.1常见搭边值的选用卸 料 板形式条料厚度t(mm)搭边值(mm)用于图(a)、(b),R 2t用于图(c)、(d),L 50用于图(c)、(d), L 50aa1aa1aa1弹性卸料板0.251.21.01.51.21.82.61.52.50.250.51.00.81.21.01.52.51.22.20.51.01.82.61.52.21.01.51.31.01.51.22.23.21.82.81.52.01.51.21.81.52.43.42.03.22.02.51.91.52.21.82.73.72.23.22.53.02.21.82.42.03.04.02.53.53.03.52.52.02.72.23.34.32.83.83.54.02.72.23.02.53.54.53.04.04.04.53.02.53.53.04.05.03.54.54.5120.6t0.5t0.7t0.6t(0.81)t(0.70.9)t根据零件的排样方式和上述表格所述,采用直边冲件,其长度 L 在 50100mm 内,1用于图(c)、(d),冲裁件的料厚t = 2mm ,取a = 2.5mm , a = 2mm 。为节省加工成本,确定排样为斜排,排样图如图 3.2 所示。图 3.2排样图在确定条料宽度和导板间距时,应该考虑冲模的送料定位方式,同时也要根据不同的结构分别进行计算。本次设计中,选择有侧压装置,即在送进时条料在测压装置作用下紧靠导料板,如图 3.3 所示。图 3.3条料宽度计算19可按如下公式进行计算:B-D-D条料宽度0= (Dmax+ 2a)0(3.1)导料板间距离B = B + Z = D+ 2a + Z(3.2)max0式中Dmax 条料宽度方向冲件的最大尺寸, mm ;a 侧搭边值, mm ,可以参考表 3.1;D 条料宽度的单向(负向)偏差, mm ,见表 3.2;Z 导料板与最宽条料之间的间隙, mm ,其数值参考表 3.3。表 3.2条料宽度偏差值D(mm)条料宽度 B材料厚度 t0.50.51122335约 200.050.080.1020300.080.100.1530500.100.150.20约 500.40.50.70.9501000.50.60.81.01001500.60.70.91.11502000.70.81.01.22003000.80.91.11.3-D根据图 3.2 可知, B = 61.82mm 62mm 。根据表 3.2 可知, D = 0.6mm 。-D综上所述,条料宽度 B0= (Dmax+ 2a)00= 62-0.6mm 。表 3.3导料板与条料之间的最小间隙 Zmin (mm)材料厚度 t无侧压装置有侧压装置条料宽度 B条料宽度 B100100200200300100100约 10.50.5158150.51158min根据表 3.3 可知, Z= 5mm 。综上所述,导板间距离 B0= B + Z = D+ 2a + Z = 62 + 5mm = 67mm 。max3.2 材料利用率一个进距内的材料利用率h为(如图 3.4 所示)h= A Bs100%(3.3)图 3.4材料利用率计算式中A 1 个冲裁件的面积(包括冲出的小孔在内), mm ; B 条料宽度, mm ;s 进距, mm 。根据软件计算得出废料面积 A0 ,如图 3.5 所示。图 3.5材料利用率根据零件排样和材料利用率公式可知,0A = Bs - A = 62 50 -1467.43mm2= 1632.57mm2综上所述,得出材料利用率h如下,h= A Bs100% = 1632.57 100%62 50= 52.7%3.3 冲压力和冲压中心的计算3.3.1 冲压力的计算采用弹性卸料和下出料方式 。冲压力包括冲裁力、卸料力、推件力和顶件力。冲压力是选择压力机、设计冲裁模具和校核模具强度的重要依据。(1)冲裁力选择冲压设备吨位和检验模具强度主要是有冲裁力来决定。平刃冲模的冲裁力为bF = kLtt式中F 冲裁力(N ) ;L 为冲裁周边长度(mm);t 材料厚度(mm);bt 材料抗剪强度(MPa) ;k 系数(一般取k = 1.3)。(3.4)上式中抗剪强度t ,为便于计算可取t = 0.8s ,故冲裁力又可以用下列公式表bbb达bF = Lts(3.5)b式中s 被冲材料的抗拉强度(MPa) 。材料Q235 - A的抗拉强度为380MPa 。冲孔力l = pf = 14p 43.98(mm)11F = l ts = 43.98 2 380 = 33424.8(N )11bL = 320 pf + 40 p 2R + 2 R -f3 2360320236040248 落料力= 360 p 48 + 360 p 2 35 + 235 - 2 = 180.48(mm)F = L ts = 180.48 2 380 = 137161.681(N )22b(2)推件力、顶件力和卸料力卸料力F = K F(3.6)xx推件力F = nK F(3.7)tt顶件力F = K F(3.8)dd式中, Fx 、Ft 、Fd 分别是卸料力、推件力和顶件力( kN ); Kx 、Kt 、Kd 分别是卸料力、推件力和顶件力的系数,其值可查; F 为冲裁力( kN );n 为同时卡在凹模内的工件数。n = h ,h 为凹模直壁洞口的高度( mm ),t 为板材厚度( mm )。t冲孔时的推件力1ttF = n K F6查相关资料得 Ktn = 3(个)。2= 0.055 ,凹模刃口深度取6mm ,则卡在凹模洞口的工件数目为代入Ft落料部分的卸料力= 3 0.055 33424.8 = 5515.092(N )2xx查相关资料得 Kx= 0.05 。F = K F代入Fx = 0.05137161.681 = 6858.08(N )选择冲床时的总压力为:12txF = F + F + F + F= 182959.653(N ) = 183(kN )3.3.2 压力中心的计算选定坐标系 xOy 如图 3.6 所示,因冲件对称于 x 轴,所以 yc图 3.6压力中心计算= 0 。L = 320p 48 = 134.04(mm) ; x= 24sin(320o / 2)= 2.9(mm) ;13602L = 4036012p 70 = 24.43(mm) ; x = -320 240 p180p= -34.29(mm) ;2180L = 2 (35 - 24) = 22(mm) ; x = - 24 + 35 cos 20 = -27.72(mm);33244L =p14 = 43.98(mm); x = 0L x + L x + L x + L x2341x = 1 12 23 34 4= -4.65L3.4 压力设备的选择L + L+ L + L3.4.1 压力机公称压力的确定在冲裁工序中,压力机的公称压力是大于或等于冲裁时总压力的 1.11.3 倍,即P (1.1 1.3)F式中P 压力机的公称压力, N ;F 冲裁时的总冲压力, N 。根据上述公式,计算得出201255 .6( N ) 3.4.2 压力机类型的确认P 237847 .5( N ) 。(3.9)根据201255 .6( N ) P 237847 .5( N ) ,即201(kN ) P 238 (kN ) ,选定压力机类型为开式双柱可倾式压力机 J 23 - 25 ,具体参数如表 3.4 所示。表 3.4开式双柱可倾式压力机 J 23 - 25标称压力250 kN滑块行程65 mm行程次数55 次mm最大闭合高度270 mm闭合高度调节量55 mm滑块中心线到床身距离200 mm工作台尺寸左右 560mm前后 370mm工作台孔尺寸左右 290 mm前后 200mm直径 260mm模柄孔尺寸40 mm60 mm床身最大可倾角()303.5 刃口尺寸计算3.5.1 刃口尺寸相关概念在冲压模具设计中,零件的精度主要依赖于凸、凹模刃口的尺寸。其中,凸模、凹模的刃口尺寸也决定着冲裁件的尺寸和冲模间隙。所以,冲裁模刃口尺寸及公差的正确与否是冲模设计中的一项重要指标。冲裁件的断面具有明显的区域性特征。断面上可以分为四个区,即光亮带、剪裂带、塌角和毛刺,光亮带的尺寸决定着冲孔直径和落料件外形尺寸。其中,落料件的尺寸接近于凹模刃口的尺寸,凸模刃口的尺寸则接近于冲孔的尺寸。在设计过程中,冲孔时应取凸模为基准件,落料时取凹模作为设计基准件。首先,确定基准件的刃口尺寸;然后, 根据间隙确定另一件的刃口尺寸。也就是说,冲孔时先按选定的间隙用以确定凸模的刃口尺寸,再按选定的间隙确定凹模的刃口尺寸;落料时则是先按落料件确定凹模刃口尺寸,再按选定的间隙确定凸模的刃口尺寸。落料与冲孔时冲模刃口与零件尺寸及其公差的关系如图 3.7 所示。图 3.7冲模刃口尺寸的确定在冲裁过程中,冲模在使用过程中都会有磨损,所以冲孔的尺寸在加工过程中随着凸模的磨损而减少,落料件的尺寸则会在加工过程中随着凹模刃口的磨损而增大。冲孔时凸模刃口尺寸取靠近孔的公差范围内的最大尺寸,落料时凹模刃口的尺寸取接近落料件公差范围内的最小尺寸。在落料和冲孔的过程中,冲模间隙都要采用合理间隙范围内的最小值。3.5.2 落料刃口尺寸计算根据异型垫片的尺寸要求,可以得出落料件的尺寸为f48 、 R35;根据异型垫片的加工要求,可以得出公差等级为IT14 级,查询相关书籍,得出公差均为D = 0.62mm ,-0.62根据入体原则可知落料尺寸分别为f4800R35、-0.62。所以,采用普通冲裁,凸、凹= (D0模则分别按着 IT6、IT7 级加工制造。落料尺寸计算公式如下:落料凹模Ddmax- xD)+dd(3.10)落料凸模D = (D- Zmin0)-dp(3.11)dp式中Dd 落料凹模刃口的名义尺寸(mm); Dp 落料凸模刃口的名义尺寸(mm);D 冲裁件公差(mm);Zmin 最小双边合理间隙(mm),查表 3.5;x 磨损系数,为了避免多数冲裁件尺寸都偏向极限尺寸(落料偏向最小尺寸,冲孔偏向最大尺寸),可取系数值 x = 0.75 0.5;或者按制件公差在 IT10 以上时,取 x = 1;当制件公差在 IT11IT13 时,取 x = 0.75 ;当制件公差在 IT14 下时,取 x = 0.5;d 、d 分别为凸模和凹模的制造公差,一般情况下取零件公差D 的dp1 4 1 6 ,也可以根据凸模按 IT6 级、凹模按 IT7 级查询。上述计算完成后,用下列公式进行校核:dpd+ d Zmax- Zmin(3.12)若满足则按计算所得数值为刃口尺寸。若不满足,则取d 0.4(Zdpd 0.6(Zmaxmaxmin- Z- Z)min(3.13)(3.14)根据校核所得数值,得出刃口尺寸。表 3.5 冲裁模初始双面间隙 Z (mm)材料厚度 t08、10、35、09Mn2、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1260.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2401.750.2200.3200.2200.3200.2200.3202.00.02460.3600.2600.3800.2600.380-0.62(1)f480落料尺寸计算Zmax根据计算需要可知,D = 0.62mm ;Z根据表 3.4 可知,取Z= 0.246mm ,dminmin= 0.360mm ;x = 0.5;查得 IT 6 = 0.016 、IT 7 = 0.025 ,得出d = 0.025,dp= 0.016 。(= D综上所述,根据公式 3.10、3.11 进行刃口尺寸计算:落料凹模Ddmax- xD)+dd= (48 - 0.5 0.62)+0.025000dp= 47.69+0.025落料凸模D = (D- Zmin0)-dp= (47.69 - 0.246)0-0.016-0.016= 47.4440根据公式 3.12 进行尺寸校核:dpd+ d = 0.025 + 0.016 = 0.041Z- Zmaxmin= 0.360 - 0.246 = 0.114dp满足d + d Zmax- Zmin所以,落料凹模 Dd= 47.69+0.025 mm ;落料凸模 D= 47.4440mm 。0-0.016-0.62p(2) R350落料尺寸计算Zmax根据计算需要可知,D = 0.62mm ;Z根据表 3.5 可知,取Z= 0.246mm ,dminmin= 0.360mm ;x = 0.5;查得 IT 6 = 0.016 、IT 7 = 0.025 ,得出d = 0.025,dp= 0.016 。(= D综上所述,根据公式 3.10、3.11 进行刃口尺寸计算:落料凹模Ddmax- xD)+dd= (35 - 0.5 0.62)+0.025000dp= 34.69+0.025落料凸模D = (D- Zmin0)-dp= (34.69 - 0.246)0-0.016-0.016= 34.4440根据公式 3.12 进行尺寸校核:dpd+ d = 0.025 + 0.016 = 0.04129Z- Zmaxmin= 0.360 - 0.246 = 0.114dp满足d + d Zmax- Zmin所以,落料凹模 Dd= 34.69+0.025 mm ;落料凸模 D= 34.4440mm 。0-0.016p3.3.3冲孔刃口尺寸计算0根据异型垫片的尺寸要求,可以得出冲孔件的尺寸为f14 ;根据异型垫片的加工要求,可以得出公差等级为 IT14 级,查询相关书籍,得出公差均为D = 0.43mm ,根据入体原则可知冲孔尺寸为f14+0.43 。所以,采用普通冲裁,凸、凹模则分别按着 IT6、IT7 级加工制造。冲孔尺寸计算公式如下:冲孔凸模d= (dmin+ xD)0(3.15)-dpp冲孔凹模d = (d+ Zmin+dd)0(3.16)dp式中dp 冲孔凸模刃口的名义尺寸(mm);dd 冲孔凹模刃口的名义尺寸(mm);D 冲裁件公差(mm);Zmin 最小双边合理间隙(mm),查表 3.5;x 磨损系数,为了避免多数冲裁件尺寸都偏向极限尺寸(落料偏向最小尺寸,冲孔偏向最大尺寸),可取系数值 x = 0.75 0.5 ;或者按制件公差在IT10 以上时,取 x = 1;当制件公差在 IT11IT13 时,取 x = 0.75 ;当制件公差在 IT14 下时,取 x = 0.5;d 、d 分别为凸模和凹模的制造公差,一般情况下取零件公差D 的dp1 4 1 6 ,也可以根据凸模按 IT6 级、凹模按 IT7 级查询。上述计算完成后,校核方式和落料校核方式相同。0f14+0.43 冲孔尺寸计算minmin根据计算需要可知,D = 0.62mm ;Z根据表 3.5 可知,取Z= 0.246mm ,Zmax= 0.360mm ;x = 0.5;查得 IT 6 = 0.011、IT 7 = 0.018 ,得出d = 0.018,ddp= 0.011 。综上所述,根据公式进行公式 3.15、3.16 进行刃口尺寸计算:-dpp冲孔凸模d= (dmin+ xD)0= (14 + 0.5 0.43)0-0.011-0.011= 14.2150dp冲孔凹模d = (d+ Zmin+dd)0= (14.215 + 0.246)+0.01800= 14.461+0.018根据公式 3.12 进行尺寸校核:dpd+ d = 0.011 + 0.018 = 0.039Z- Zmaxmin= 0.360 - 0.246 = 0.114dp满足d + d Zmax-0.0110- Zmin所以,冲孔凸模dp= 14.2150mm ,冲孔凹模dd= 14.461+0.018 mm 。4 模具主要零部件的设计和选择一套完整的冲模零部件包括工艺结构零件和辅助结构零件。直接参与完成工艺过程、坯料直接发生作用的零件被称为是工艺结构零件。它又包括工作零件(直接对毛坯进行加工的零件:凸模、凹模、凸凹模),定位零件(确定加工毛坯正确位置的零件:挡料销和导正销、导尺、定位销/板、侧压板、侧刀),压料、卸料及出件零件(下料板、压边圈、顶件器、推件器)。不直接参与完成工艺过程、也不和坯料直接发生作用的零件被称为是辅助结构零件,它只对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用。其中,它包括导向零件(用以保证模具上、下部分正确的相对位置:导柱、导套、导板、导筒),固定零件(用以承装模具零件或将模具安装固定到压机上:上/下模板、模柄、凸/凹模固定板、垫板、限制器),紧固及其他零件(用以联接紧固工艺零件与辅助零件:螺钉、钉、键、其他)。模具整体结构可以分为上模和下模。4.1 标准模架的选取对于整套模架而言,包括四部分,即上模座、下模座、导柱和导套。在冲压过程中, 为了降低成本和缩短模架的制造周期,我国制定了一套标准的模架。模架的导向是根据导柱和导套间的配合得来的,模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。模架类型主要有后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。根据凹模的轮廓尺寸和模具的闭合高度选择模架。在本次设计中,根据零件的需求, 设计凹模形状为矩形结构,它的主要尺寸为f48mm 和 R35mm 。根据公式计算出凹模的尺寸,如图 4.1 所示。图 4.1凹模尺寸的确定凹模高度H = Kl ( 15mm)(4.1)凹模壁厚(或刃口到外边缘的距离)c = (1.5 2)H ( 30 40mm)式中l 冲裁件最大外形尺寸, mm ;K 系数,考虑毛坯厚度的影响,其值可查表 4.1。表 4.1系数 K 值(4.2)bt0.512332000.10.120.150.180.22根据零件的具体尺寸可知, b = 59mm , K = 0.28。计算可知,凹模高度H = Kb = 0.28 59 = 16.52 17本次设计中,弹性元件的选择设定为卸料橡胶,同时考虑到凹模型腔中需要安放卸料橡胶,所以凹模厚度即凹模高度应适当的增加,实际取 H 凹模壁厚= 30mm 。c = (1.5 2)H确定凹模壁厚c = 50mm 。= 42 56根据 H 、c 、图 4.1 和排样设计,确定 L 和 B 的尺寸即凹模的外形尺寸: 长度、宽度和高度为160 160 30 。min模具的闭合高度 H 应介于压力机的最大装模高度之间,一般取H max与最小装模高度H minmaxH- 5 H H+10(4.3)即270 - 50 - 5 H 270 - 50 - 55 +10得出175 H 215根据凹模的外形尺寸和模具的闭合高度,选定模架的类型为后侧导柱模具,规格为级精度的后侧导柱模架:模架160 160 180 220I ,GB / T 2851.3。模架各部分的主要参数如下表 4.2 所示。表 4.2模架各部件主要参数名称规格(mm)材料标准代号上模座16016040HT200GB/T2855.5下模座16016045HT200GB/T2855.6导柱28170HT200GB/T2861.1导套2810038HT200GB/T2861.8工作台:1601604.2 上模4.2.1 凹模根据常见的凹模孔口形式,选择凹模孔口型式如图 4.1 所示,即直筒型刃口;根据常见的凹模固定方式,选择凹模固定方式选择为整体式或组合式,用螺钉、销钉直接紧固凹模。凹模的常用材料有T10 A 、9Mn2V 、Cr12 、Cr6WV ,本次设计凹模材料选用为Cr12 。图 4.2凹模孔口型式图 4.3凹模尺寸的确定根据模架选择要求可知,凹模的外形尺寸为长度、宽度和高度为160 160 30 。4.2.2 凸模固定板凸模固定板的作用是将凸模联接固定在模板上的正确位置,还要保证定位销钉和紧固螺钉的正
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