模具專業(yè)畢業(yè)論文冷沖壓壓圈復(fù)合設(shè)計
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1、 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 冷沖壓壓圈復(fù)合設(shè)計 院 (系): 機械工程系 專 業(yè): 模具設(shè)計與制造 屆 別: 2009級 學(xué) 號: 姓 名: 指導(dǎo)老師: 完成時間: 2012-4-10
2、 泉州信息學(xué)院教務(wù)處印制 摘要 冷沖壓也稱板料沖壓,是塑料加工的一種基本方法,一般以金屬板料為原料,利用壓力機上的模具作往復(fù)運動,在常溫下對金屬施加壓力,使板料產(chǎn)生塑性變形已達到預(yù)定的形狀尺寸。 本課程設(shè)計對一個簡單沖壓件工藝進行了分析,并設(shè)計了單工序落料模具及主要零部件,在這個課程設(shè)計中詳細(xì)介紹了沖裁件從排樣到模具結(jié)構(gòu)設(shè)計,再到裝配的整個過程,通過這一簡單的例子讓我們知道了什么是冷沖壓工藝。 關(guān)鍵詞:沖壓件;排樣設(shè)計;模具結(jié)構(gòu);裝配 目錄 第一章 緒論…………………………………………………………… 5 1.1沖壓工
3、藝概述…………………………………………… 5 1.1.1沖壓工藝的簡介………………………………………… 5 1.1.2沖壓工藝的發(fā)展………………………………………… 5 1.2工藝方法的確定………………………………………… 6 1.2.1沖裁件的結(jié)構(gòu)尺寸……………………………………… 6 1.2.2沖裁件的精度…………………………………………… 7 1.2.3材料分析………………………………………………… 7
4、 1.2.4確定沖裁件工藝方案及模具形式……………………… 7 1.2.5方案比較………………………………………………… 7 1.2.6有關(guān)設(shè)計………………………………………………… 7 第二章 復(fù)合沖壓模具設(shè)計與制造………………………… 7 2.1沖裁件的工藝設(shè)計……………………………………… 7 2.1.1 凹凸模間隙的選擇……………………………………… 7 2.1.2沖裁間隙分類…………………………………………… 8 2.1.
5、3沖裁間隙對沖裁件的影響……………………………… 8 2.1.4間隙對尺寸精度的影響………………………………… 8 2.1.5間隙對沖裁件的影響…………………………………… 8 2.1.6間隙對模具壽命的影響………………………………… 8 2.1.7確定合理間隙的理論依據(jù)……………………………… 8 2.1.8合理間隙的選擇………………………………………… 9 2.2凹凸模制造方法及刃口尺寸計算………………… 9
6、 2.2.1凹凸模的制造方法……………………………………… 9 2.2.2凹凸模刃口尺寸的計算………………………………… 9 2.3排樣…………………………………………………………… 11 2.3.1排樣的意義……………………………………………… 11 2.3.2排樣的方法……………………………………………… 12 2.3.3搭邊、進距計算………………………………………… 12 2.4沖壓力的計算及選擇壓力機……………………… 14
7、 2.4.1沖壓力的計算…………………………………………… 14 2.4.2卸料力與推件…………………………………………… 14 2.4.3壓力中心的確定………………………………………… 15 2.5沖裁模主要零件的設(shè)計…………………………… 17 2.5.1凹模設(shè)計……………………………………………… 17 2.5.2凸模設(shè)計……………………………………………… 19 2.5.3凸凹模設(shè)計……………………
8、……………………… 21 2.5.4定位零件的確定………………………………………… 22 2.5.5卸料與腿料裝置………………………………………… 24 2.5.6模座、導(dǎo)向零件………………………………………… 26 2.5.7鏈接與固定零件………………………………………… 30 2.6沖裁模主要零件加工工藝過程…………………… 33 2.7總裝圖…………………………………………………………37 致謝語……………………………………………………………………… 41
9、 參考文獻…………………………………………………………………… 42 第一章 緒論 1.1沖壓工藝概述 1.1.1沖壓工藝簡介 沖壓是塑性加工的一種基本方法之一,它是利用安裝在壓力機上的模具,在室溫下對材料施加壓力使其產(chǎn)生變形或分離,從而獲得具有一定形狀,尺寸和精度的制件的一種壓力加工方法。因為它主要用于加工板料制件,所以也稱板料沖壓。在機械加工中是一種高效率的加工方式。 沖壓廣泛用于金屬制品各行業(yè)中,尤其在汽車、儀表、軍工、家用電器等行業(yè)中占有極其重要的地位。 沖壓工藝有如下特點 1. 能沖出其它加工難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的零件,比如,從儀器儀表小零件到汽車覆
10、蓋件、縱梁等大型零件,均有沖壓加工完成 2. 沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定,尺寸精度高。由于沖壓工藝是有模具成型,模具制造精度高,使用壽命長,故沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定,制品互換性好,尺寸精度一般可打到T10 ~T14級,最高可達到T16級,有的制件不需要安裝,便可滿足裝配和使用要求。 3. 沖壓件具有重量輕、強度高、剛性好、表面粗糙度小等特點。 4. 沖壓加工生產(chǎn)效率極高,沒有其它任何一種機械加工方法能與之相比。比如,汽車覆蓋件這樣的大型沖壓件的生產(chǎn)效率,可達每分鐘數(shù)件;高速沖壓小型制件,可達每分鐘上千件。 5. 材料利用率高,一般為70%~80%,因此沖壓件能實現(xiàn)少廢料或無廢料生產(chǎn),在某種情況下,邊角余
11、量也可以充分利用 6. 操作簡單,便于組織生產(chǎn),易于實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)。對操作人員的素質(zhì)要求不高,新工人經(jīng)短期培訓(xùn)就便能上崗操作。 7. 沖壓的特點是模具制造時間長、制造成本高,故不適于單件小批量生產(chǎn),另外,沖壓生產(chǎn)多采用機械壓力機,由于滑塊往復(fù)運動快,手工操作時;勞動強度大,易發(fā)生事故,故必須特別重視安全生產(chǎn)、安全管理以及采取必要的安全技術(shù)措施。 8. 沖壓模設(shè)計需要很強的想象力和與創(chuàng)造力,對于模具的設(shè)計者和制造者無論在理論、經(jīng)驗、創(chuàng)造力方面都有很高的要求。 1.1.2沖壓模具的發(fā)展 近年來,我國沖壓模具水平已有很大的提高,大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達50多噸的模具,為中檔轎
12、車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了,精度達到1~2Um,壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙達到Ra小于1.5UM的精沖模,大尺寸精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當(dāng)高的水平。 1. 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年的歷史,由原華中學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中學(xué)院和北京模具廠等與1986共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代以來,國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計制造中開始采用CAD/CAM技
13、術(shù)。國家科委863計劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠,由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位,開發(fā)汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。 2模具設(shè)計與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確領(lǐng)導(dǎo)下,經(jīng)過幾十年努力,現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計和制造能力已達到較高的水平,包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用 雖然如此,我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需求、要與國際先進水平相比能有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車的覆蓋件模具和搞精度沖模方面,無論在設(shè)計還是加工工藝和能力方面,都有較大的差距。轎車覆蓋件模具,具有設(shè)計和制造難度
14、大質(zhì)量和精度要求高的特點,可代表覆蓋件的水平。雖然在設(shè)計制造方法和手段方面基本達到了國際水平,模具結(jié)構(gòu)周期等方面,與國外相比還存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷的提高和完善,高精度,高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛,高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用越來越多。NC、DNC的技術(shù)使用越來越成熟,可以進行傾角加工超精加工,這些都提高了模具面加工精度,提高了模具的質(zhì)量,縮短了模具的制造周期。 1.2沖裁件工藝分析 1.2.1沖裁件的結(jié)構(gòu)尺寸 壓圈 沖裁件的工藝性,是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性。在一般
15、情況下,對沖裁件工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、形位公差及技術(shù)要求等。沖裁件的工藝性合理與否,影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具壽命、材料消耗、生產(chǎn)率等。 壓圈形狀簡單、外形結(jié)構(gòu)對稱。在沖裁是零件的孔與孔之間,孔與邊之間均受模具強度和沖裁質(zhì)量的制約,為了避免沖孔是凸模受水平推力而不被拆斷,所以該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證,其生產(chǎn)批量等情況。也均符合沖裁的工藝要求,故壓圈也符合沖裁的工藝要求。 1.2.2沖裁件的精度分析 從設(shè)計課程要求看公差等級要達到IT11級。所以經(jīng)濟精度可以用沖裁得到,該零件的斷面粗糙沒有特別要求。零件的厚度為0.2mm,可采用普通沖裁(斷面粗糙可
16、達到3.2um-12.5um)就可以達到圖紙要求。 1.2.3材料分析 QSn4-4-2.5經(jīng)退火處理后,其抗剪強度為125~550MPa,其抗拉強度為294~490MPa,其伸長率為5%~35%適合于做壓材料。 1.2.4確定沖裁工藝發(fā)案及模具形式 綜上所述,該精度要求不高,尺寸不大,形狀不復(fù)雜,生產(chǎn)量為大批量生產(chǎn),材料厚度為,t=0.2mm,且尺寸精度無要求,采用手工送料,剛性卸料,自動漏料,導(dǎo)料銷導(dǎo)料的沖孔漏料復(fù)合沖裁模具結(jié)構(gòu)形式。、 1.2.5方案比較 方法一:沖孔—落料 方法二:落料,沖孔(復(fù)合) 方法三:落料,沖孔(連續(xù)) 方案一:單工序模,先沖孔在落料保
17、證一定的精度,但主要適用于生產(chǎn)量較小或單件生產(chǎn),生存率較低,且多了一模具,生產(chǎn)周期長。 方案二:避免了多次定位的結(jié)構(gòu),并在沖裁過程中可以壓料,工件較平整,較單序??s短生存周期。 方案三:根據(jù)生產(chǎn)量,模具可以采用連續(xù)模,但是連續(xù)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對制造精度的要求高,連續(xù)模比較生產(chǎn)周期長,成本高,維護也困難。 經(jīng)過比較分析壓圈的沖壓模具設(shè)計采用方案二。 1.2.6有關(guān)設(shè)計 壓圈由落料沖孔單工步成型,只需設(shè)計落料沖孔復(fù)合模,壓圈生產(chǎn)過程由于結(jié)構(gòu)廢料較多,原材料的利用率較低,而模具費用的份額比例較大,這樣要求模具的結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)率高,落料沖孔復(fù)合模設(shè)計成一模一腔。復(fù)合模采用倒裝結(jié)構(gòu),沖孔廢料直接
18、由沖孔凸模從凸凹模內(nèi)孔推下,卸料可靠,操作安全方便,生產(chǎn)效率高,并為機械化出件提供有利條件,應(yīng)用十分廣泛 第二章 復(fù)合沖壓模具設(shè)計與計算 2.1沖裁件的工藝設(shè)計 2.1.1凹凸模間隙的選擇 沖裁間隙指凹凸刃口間隙的距離。沖裁間隙是沖壓工藝和模具設(shè)計中的重要參數(shù),它是直接影響沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和力能的消耗,應(yīng)根據(jù)實際情況和需要合理的選用。沖裁間隙有單面間隙和雙面間隙之分。 2.1.2沖裁間隙分類 隙分為I類間隙(小間隙)、II類間隙(中等間隙)、III類間隙(大間隙根據(jù)沖裁尺寸精度、剪切質(zhì)量、模具壽命和力能消耗等主要因素,將金屬材料沖裁間)。 2.1.3沖裁間隙對沖裁件的
19、影響 1、間隙過小時,由凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋在繼續(xù)加壓的情況下將產(chǎn)生二次剪切,繼而被擠入凹模。這樣,制件端面中部留下撕裂面,而兩頭出現(xiàn)光亮帶,在端面出現(xiàn)擠長的毛刺。雖毛刺長但易去除,只要中間裂紋不是很深,仍可用。 2、間隙過大時,材料的彎曲和拉伸增大,拉伸應(yīng)力增大,材料容易被撕裂,使制件的光亮帶減小,圓角與斷裂都增大,毛刺大而厚,難去除。所以隨著間隙的增大,制件的斷裂面的傾斜度的增大,毛刺增高。 2.1.4間隙對尺寸精度的影響 當(dāng)凹、凸模間隙過大時,材料所受拉伸作用增大。沖裁完后,材料的彈性恢復(fù)使落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔孔徑大于凸模直徑。此時穹彎的彈性恢復(fù)方向與其相反,鼓薄板
20、沖裁時制件尺寸偏差減小。在間隙較小時,由材料受凹。凸模擠壓力大,故沖裁完后,材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大,沖孔孔徑減小。 2.1.5間隙對沖裁力的影響 隨著間隙的增大,材料所受的拉力也增大,材料容易斷裂,因此沖裁力減小。但是繼續(xù)增大間隙時,會因此凹、凸模刃口處產(chǎn)生的裂紋不重合,沖裁力減小。 由于沖裁間隙過大時,會使沖裁件的光亮面減小,落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔尺寸大于凸模尺寸,因而使卸料力、推件力或頂件力也隨之減小。但是,間隙繼續(xù)增大時,因為 毛刺增大,引起卸料力、頂件力也隨之增大。 2.1.6間隙對模具壽命的影響 沖裁模具的壽命通常以保證獲得合格產(chǎn)品時的沖裁次數(shù)來表
21、示。沖裁過程中模具的失效形式一般有:磨損、變形、崩刃和凹模刃口漲裂四種。 間隙增大時可使沖裁力、卸料力等減小,因而模具的磨損也減小;但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時,卸料力增大,又影響磨具磨損,一般間隙為(10%-15%t)時磨損最小模具壽命較高。間隙小時,落料間梗塞在凹模洞口的漲裂力也大。 2.1.7確定合理間隙的理論依據(jù) 由以上所述可見,凸、凹模對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大影響。因此,在設(shè)計和制造模具有個合理間隙值,以保證沖裁件的斷面質(zhì)量好,尺寸精度高,所需沖裁力小,模具壽命高,生產(chǎn)中長選用一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin,最大值
22、稱為最大合理間隙Zmax。設(shè)計與制造新模具時采用最小合理間隙值。 確定合理間隙的理論根據(jù)是以凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋相重合為依據(jù)??梢杂嬎愕玫胶侠黹g隙值,計算公式如下: Z=2t(1-ho/t)tanB 由上式可看出,間隙z與材料厚度t、相對切入深度ho/t及破裂角B有關(guān)。對硬而脆的材料,ho/t有較小值時,則合理間隙值較大。對軟而韌的材料,ho/t有較大值時,則合理間隙較小。板厚越大,合理間隙越大。 由于理論計算生產(chǎn)中不便使用,故目前廣泛使用的是經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 2.1.8合理間隙的選擇 表2-1常
23、用金屬材料的沖裁初始間隙(雙面) 材料 厚度 低碳鋼,銅,紫銅 中碳鋼,杜拉銅 高碳鋼,不銹鋼 最小值 ΔΖ 最小值 ΔΖ 最小值 ΔΖ 0.2 0.010 +0.010 0.012 +0.010 0.014 +0.010 0.3 0.015 0.018 0.021 0.4 0.020 0.024 0.028 0.5 0.025 0.035 0.6 0.030 +0.020 0.036 +0.020 0.042 +0.020 0.7 0.035
24、0.042 0.049 Zmax=Zmin+Δz,由表可知,此復(fù)合模的最小雙面間隙為Zmin=0.010mm,最大雙面間隙為Zmax=0.020mm 2.2凹凸模制造方法及刃口尺寸計算 2.2.1凹凸模的制造方法 凸、凹模的加工方法有兩種:凸、凹模分開加工和凸、凹模配合加工方法。 當(dāng)凸、凹模分開加工時,模具具有互換性,便于模具成批量生產(chǎn),但精度要求高,制造困難,相應(yīng)的會增加加工成本。凸、凹模配合加工適合于較復(fù)雜的、非圓形的模具,制造簡單,成本低。 鑒于上述分析,就零件圖所需的凸、凹模宜采用凸、凹模配合加工、 2.2.2凹凸模刃口尺寸的計算 模
25、具刃口尺寸精度等級是影響沖裁件尺寸精度等級的主要因素,模具的合理間隙值也是靠模具刃口尺寸及其精度來保證的。因此,在確定凹、凸模工件部分尺寸及其制造精度時,必須考慮到?jīng)_裁變形規(guī)律、沖裁件精度等級、模具磨損和制造特點等。 (1) 落料時,先確定凹模工作部分,其大小應(yīng)取接近于或等于工件的最小極限尺寸,以保證磨損到一定尺寸范圍內(nèi),仍能沖出合格工件。凸模公稱尺寸比凹模公稱尺寸小一個合理間隙值。 (2) 沖孔時,先確定凸模工作范圍內(nèi),仍能沖出合格工件。凹模公稱尺寸應(yīng)比凸模公稱尺寸大一個合理間隙值。 (3) 對于落料件,一般標(biāo)準(zhǔn)單向負(fù)公差。假定工件的尺寸為D,工件公差為Δ,則工件尺寸就是D 。沖孔件的
26、工差一般為單向正公差,假定沖孔件的公稱尺寸為d,工件公差為Δ,則沖孔件公差為d。若工件尺寸標(biāo)注有正負(fù)公差,則應(yīng)將正負(fù)偏差換成上述要求的等價的正負(fù)公差,若沒有工件沒有標(biāo)注公差,則工件公差按國家標(biāo)注非配合尺寸IT14級來處理。 凹凸模配合加工,是指先加工凸模(或凹模),然后根據(jù)制好的凸模(或凹模)的實際尺寸,配合凹模(或凸模),在凹模(或凸模)上修出最小合理間隙值。其方法是把先加工出的凸模(或凹模)做為基準(zhǔn)件,它的工作部分的尺寸作為基準(zhǔn)尺寸,而與它配做凹模(或凸模),只需要在圖紙上標(biāo)明相應(yīng)部分的凸模公稱尺寸(或凹模公稱尺寸),說明“XX尺寸按凸模(或凹模)配做,每邊保證間隙XX”。這樣
27、基準(zhǔn)件的制造公差δp(或δd)的大小就不在受凸、凹模間隙大小的限制,是模具制造容易。一般基準(zhǔn)件的制造公差δp(或δd)=Δ/4。 1. 落料時應(yīng)以凹模為基準(zhǔn),在后配合做凸模。落料凹模磨損后,刃口尺寸的變化有增大、減小、不變?nèi)N情況。 凹模磨損后增尺寸增大時,凹模尺寸按公式Dd=(D﹣χΔ)計算,其中系數(shù)X按照IT11精度等級取值x=0.75。 尺寸φ55在磨損后增大,Δ=0.19mm,化為55.059 Dd=(D﹣χΔ)=(55.095-0.750.19) =54.9525 尺寸R10在磨損后增大,Δ=0.09mm,化為10.045 Err
28、or! No bookmark name given.Error! Reference source not found. Dd=(D﹣χΔ) =(10.045-0.750.09) =9.9775 2. 沖孔 落料時應(yīng)以凸模為基準(zhǔn),在后配合做凹模。落料凸模磨損后,刃口尺寸的變化有增大、減小、不變?nèi)N情況。 凸模磨損后尺寸減小時,凸模尺寸按公式計算,其中系數(shù)X按精度IT11精度等級取值x=0.75。 尺寸35在磨損后減少,=0.16,化為 =(34.92+0.750.16)
29、 = 尺寸φ8在磨損后減少,Δ=0.09mm,化為 尺寸φ6在磨損后減少,Δ=0.09mm,化為 尺寸φ2在磨損后減少,Δ=0.06mm,化為 凸模磨損后尺寸不變的有70,按=L 或=L計算 =70=700.0238 2.3排樣 2.3.1排樣的意義 在大量和大批生產(chǎn)時
30、,原始毛坯材料在沖壓零件的成本中占60%以上,因此節(jié)約材料和減少廢料(既材料的經(jīng)濟利用率)具有很重要的意義。 沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否影響材料的經(jīng)濟利用,還會影響到模具結(jié)構(gòu)與壽命、生產(chǎn)公差等級、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此,排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計中很重要的工作。 2.3.2排樣的方法 同一個工件,可以有幾種不同的排樣方法。采用最佳排樣方法,應(yīng)使工藝廢料最少。材料利用率高。根據(jù)零件外形特征,排樣的形式可分為直排、斜排、對排、混合排、多排及沖裁搭邊等。 根據(jù)零件的形狀特點,選用如下的排樣方式,每次沖壓過程沖出一個零件。 排樣方式與零件在板料上的排布如下圖
31、: 圖2-1零件排布圖 2.3.3搭邊、進距計算 1.搭邊 排樣時工件與工件之間及工件與條料之間留下的余料稱為搭邊及側(cè)搭邊。搭邊使工作沿整個周邊封閉沖裁時補償送料的誤差,并將其在模具上定位,以保證沖裁出完整的工件。搭邊還可以保持條料有一定的剛度和強度,便于送進模具內(nèi)。 搭邊值要合理確定。搭邊值過大,材料利用率低。搭邊值過小,在沖裁中將會被拉斷,造成送料困難,且使工件生產(chǎn)毛刺,有時還會拉入凸模和凹模間隙中,損壞模具刃口,降低模具壽命。 表2-2 搭邊值的經(jīng)驗值 卸料板形式 條料厚度
32、 搭邊值 a A1 彈 性 卸 料 板 >0.25 1.5~2.5 1.8~2.6 >0.25~0.5 1.2~2.2 1.5~2.5 >0.5~1.0 1.5~2.5 1.8~2.6 >1.0~1.5 1..8~2.8 2.2~3.2 >1.5~2.0 2.0~3.0 2.4~3.4 固 定 卸 料 板 0~0.25 2.2~3.2 >0.25~0.5 2.0~3.0 >0.5~1.0 1.5~2.5 >1.0~1.5 1.8~2.8 >1.5~2.0 2.0~3.0 搭邊值一般由經(jīng)驗確定,如表2-2所示。 根據(jù)表
33、,可取a=1.8mm a1=2.5mm。 排樣方式與搭邊值決定后,條料的寬度與進距也可以決定。 條料寬度的確定與模具是否采用側(cè)壓裝置或側(cè)刃有關(guān)。 本設(shè)計采用無側(cè)壓裝置,其條料寬度的確定;條料在送進過程中可能沿導(dǎo)料板的一側(cè),也可能沿另一側(cè);條料導(dǎo)向面的變化將使側(cè)搭邊值減小,為保證最小側(cè)搭邊值,條料寬度應(yīng)加大些: 條料的寬度的計算: B—條料的公稱寬度,mm D—垂直于送料方向尺寸,mm a1—側(cè)搭邊,mm
34、 bo—條料與導(dǎo)料板間的間隙,見表2-3 △ —條料寬度的公差,見表2-3 表2-3剪切條料公差及導(dǎo)料板與條料間的間隙值(mm) 條料的寬度的公稱尺寸為B=60.5mm 2.進距 進距是每次將條料送入模具進行沖裁的距離,進距的計算與排樣方式有關(guān),進距是決定擋料銷位置的依據(jù)。 此工序為落料沖孔復(fù)合模,零件的進距A的計算公式為: A=B+a 式中 B—平行與送料方向工件的寬度; A沖裁之間的搭邊值。 進距 A=B+a=62.87+1.8 =64.67mm
35、 2.4沖壓力的計算及選擇壓力機 2.4.1沖壓力的計算 計算沖壓力的目的是為了選用適合的壓力機、設(shè)計模具和檢驗?zāi)>邚姸取毫C的噸位必須大于沖裁力。 一般平刃口模具沖裁時,沖裁力可按下式計算: P=KFζ=KLTζ 式中 P——沖裁力,N; F——沖切斷面積,mm2; L——沖裁周邊長度,mm; t——材料厚度,mm; ζ——材料抗剪強度,MPa;08鋼的抗剪強度為216~304MPa; k——安全系數(shù),一般K=1.3,考慮到模具刃口的磨損,凸凹
36、模間隙的波動,材料機械性能的變化,材料厚度和偏差等因素。 在沖裁高強度或厚度大、周邊長的工件時,所需的沖裁力較大,如果超過現(xiàn)有壓力機噸位,就必須采取措施降低沖裁力,主要有協(xié)刃模具沖裁、階梯模具沖裁和加熱模具沖裁幾種方法。 1) 計算P落料 P落料=KLtζ=1.3X(30.13X4+55/2X∏/3X2)X0.2X400 =18521.36N 2) 計算P落料 P沖孔=KLtζ=1.3(6+2X2+35/2X340/360+∏X8X2)X0.2X400
37、 =7983.85N P= P落料+P沖孔=18521.36+7983.85 =26505.21N=27KN 2.4.2 卸料力與推件力的計算 沖裁結(jié)束后,由于彈性變形的恢復(fù),會使工件卡緊早凸?;虬寄I?,必須施加外力,將其取下。 卸料力:將緊箍在凸模上的料卸下所需的力 推件力:將卡在凹模中的工件推出所需的力 表2-4卸料力、推件力的因數(shù) 沖裁材料 K卸 K推 K頂 紫銅黃銅 0.02~0.06 0.03~0.09 鋁、鋁合金 0.025~
38、0.03~0.07 鋼 材厚度 料mm ~0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 0.06~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.10 0.065 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 卸料力和推件力是由壓力機和模具的卸料和推件裝置獲得的。在選擇壓力機噸位和設(shè)計模具時要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來考慮卸料力、推件力與頂件力的大小,并作必要的計算。影響這些力的因素較多,生產(chǎn)中,常用下列經(jīng)驗公式計算:
39、 P卸=K卸P P推=K推nP K卸、P推——卸料因素、推件因素(其值見表2-4) P——沖裁力,N; n——卡在凹??變?nèi)的工件數(shù),n=h/t(h為凹模刃口直高度,t為工件材料厚度)。 卸料力 P卸=K卸P=0.04X27=1.08KN 推件力 P推=K推nP=0
40、.05X210.35KN 2.4.3.壓力中心的確定 沖裁力合力的作用點稱為沖模壓力中心。 沖模壓力中心的確定過程如下; 1) 按比例繪出凸模工作部分外形; 2) 0任意選定坐標(biāo)軸X-Y。坐標(biāo)軸的選定應(yīng)使計算簡便; 3) 計算各圖形輪廓周長:L1、L2、L3、L4…Ln(代替沖裁力),以及各圖形重心坐標(biāo);(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4)…(xn,yn); 4) 根據(jù)‘合力對某軸的力矩等于各分力對同軸力矩的和’的力學(xué)原理,得到?jīng)_模壓力中心坐標(biāo)計算公式為: L1x1+l2x2+L3x3+L4x4+…
41、+Lnxn X0= L1+L2+L3+L4+…+Ln YO=L1y1+L2y2+L3y3+L4y4+…Lnxn L1+L2+L3+L4+…Ln 此外還可以利用CAD,PRO/E等繪圖軟件分析壓力中心,經(jīng)CAD分析可知,壓力中心如圖所示 4.沖裁功的計算 A≈0.5Pt 式中 A——成形過程的功,Nm
42、 P——成形工藝力輔助工藝力之和,KN T——-沖裁料厚度,mm P=P沖+P卸+P推=27+1.04+1.35=29.39KN≈30KN 沖裁功 A=0.5Pt=0.5X30X0.2=3Nm 2選擇壓力機 沖壓設(shè)備的正確選擇及合理使用將決定沖壓生產(chǎn)能否順利進行,并與產(chǎn)品、模具壽命、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品成本等密切相關(guān)。 1. 壓力機的選擇原理 沖壓社設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的形狀、尺寸及精度要求等因素來決定的。沖壓生產(chǎn)中常用的設(shè)備種類很多,選用設(shè)備時主要考慮下述因素: (1
43、).沖壓設(shè)備的類型和工作形式是否適用于應(yīng)完成的工序,是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求。 (2).沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成任務(wù)工序的要求。 (3).沖壓設(shè)備裝模高度、工作臺尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序收使用的模具。 (4).沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。 2.選擇壓力機 一般情況下所選壓力機的標(biāo)稱壓力大于或等于成型工藝力和輔助工藝力總和的1.3倍,對于工作行程小于標(biāo)稱壓力行程的工序也可直按壓力的標(biāo)稱壓力選擇設(shè)備。 因此壓力機的標(biāo)準(zhǔn)壓力必須大于沖載力p=27KN。根據(jù)以上參數(shù)選用J23-6.3型開式壓力機。其的部分技術(shù)參數(shù)如下表所示:
44、 表2-5J23-6.3型開式壓力機部分技術(shù)參數(shù) 公稱壓力/KN 滑塊行程/mm 行程次數(shù)/(次/min) 最大閉合高度/mm 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 63 35 170 170 40 工作臺尺寸/mm 模柄孔尺寸/mm 電動機功率/KW 前后 左右 直徑 深度 0.75 200 310 ∮30 55 由壓力機的參數(shù)可知壓力機的封閉高度 Hmax=170mm
45、 Hmin=130 模具的封閉高度: (Hmax-5)mm≥H≥(Hmin+10)mm (170-5)≥H≥(130+10) 165≥H≥140 2.5沖裁模主要零件的設(shè)計 2.5.1 凹模設(shè)計 1.凹模的刃口形式 凹模的刃口形式有直壁刃口凹模(如圖2-3a,b)和錐形刃口凹模(如圖2-3c,d) a) 型一般適用于非圓形工件。 b) 型適于圓形工件,需將工件或廢料頂出的模具
46、或復(fù)合沖裁模。 錐形刃口凹模刃口強度較低,刃口尺寸在修磨后有所增大,但一般對工件尺寸和凹模的壽命影響不大。工件或廢料很容易從凹??變?nèi)落下,孔內(nèi)不易積聚工件或廢料,孔壁所受的摩擦力及障裂力小,所以凹模的磨損及每次修磨量小。錐形刃口凹模適用于形狀簡單,公差等級要求不要,材料較薄的工件。 沖孔落料復(fù)合模凹模采用直壁刃口形式(b)。 圖中凹??仔蛥?shù)如下表所示: 材料厚度t/mm 主要參數(shù) h/mm <0.5 ≥4 15 2 0.5~1 ≥5 1.0~2.5 ≥6 2.凹模輪廓尺寸 凹模的輪廓尺寸應(yīng)保證有足夠的強度和剛度。凹模的輪廓尺寸,因其結(jié)構(gòu)形式
47、不一,受力狀態(tài)比較復(fù)雜,目前還不能用理論計算方法確定。在實際生產(chǎn)中,一般根據(jù)沖裁材料的厚度,按經(jīng)驗公式作概略的計算。一般情況凹模的輪廓尺寸可按如下得經(jīng)驗公式確定。 凹模厚度: H=kb (須≥15mm) 凹模壁厚: C≥(1.5~2.0)H(須≥30~40mm) 凹模刃口線為直線時,取C 為尖端狀或具有復(fù)雜形狀時,取C≥2.0H 式中 b——沖裁件的最大外形尺寸,mm K——系數(shù),查表2-7
48、 表2-7系數(shù)k值 b/mm 0.5 1 2 3 >3 50~100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 100~200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 板料的厚度t=0.2mm,取k=0.2,則凹模厚度: H=Kb=0.280.62=16.124mm 取H=17mm 凹模壁厚 C≥(1.5~2.0)H=25.5~35mm 取c=35mm 則模具的外形尺寸為
49、 B1=2C+b1=70+55=125mm B2=2C+b2=70+80.62=150.62mm 取B2=160mm 選取沖壓模具尺寸為:160mm125mm17mm 凹模固定螺釘?shù)拇笮∪缦卤硭荆? 表2-8凹模厚度與螺釘?shù)拇笮? 凹模厚度/mm ≤13 >13~19 >19~25 >25~32 >32 螺孔大小/mm M4、M5 M5、M6 M6、M10 M8、M10 M10、M12 根據(jù)表2-8選用M10內(nèi)六角螺釘。
50、 落料凹模 2.5.2 凸模設(shè)計 凸模固定端與模座直接接觸時,當(dāng)單位壓力超過模座材料的許用壓力時,模座表面就會損傷,為此應(yīng)在凸模頂端與模座之間加一粹硬墊板。通常凸模固定端面的壓力超過80—90MPa時(模座材料采用鑄鐵)或壓力超過80—120MPa(模座材料為Q235)時需要加墊板。 沖壓過程中的凹凸模最小壁厚為a=5mm,查表2-10可知最小壁厚為3.8mm 料厚/mm 0.4 0.6 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 最小壁厚a/mm 1.4 1.8 2.3 2.5 2.7 3.2 3.8
51、最小直徑D/mm 15 18 21 1.凸模的長度 L≤H1+H2+H3+h H1——凹模的高度,mm H2——凸模固定板的高度,mm; H3——增加長度,mm; h ——附加長度,mm L=14+30+2+16=62mm 2.凸模強度的校核 一般情況下,凸模的強度是足夠的,所以沒必要作強度校驗。又因本設(shè)計的凸模直徑而長度短,故凸模強度不再校驗。 非圓形凸模 2.
52、5.3凸凹模設(shè)計 2.5.4定位零件的確定 定位零件(裝置)的作用是保證坯料的正確送進及在沖模中的正確位置。 使用條料時,保證條料送進導(dǎo)向的零件有導(dǎo)料板,導(dǎo)料銷等。導(dǎo)料銷一般用兩個,壓裝在凹模上的固定式,在卸料板上的為活動式。導(dǎo)料銷多用于單工序模和復(fù)合模。 擋料銷是用來限制條料送進步距,抵住條料的搭邊或工件輪廓的零件,起定位作用。擋料銷分固定擋料銷和活動擋料銷。 為保證導(dǎo)料銷與凹模刃口間的距離,導(dǎo)料銷選用擋料銷的形式。 活動擋料銷的結(jié)構(gòu)尺寸 導(dǎo)正銷
53、2.5.5卸料與腿料裝置 1. 卸料裝置 卸料裝置的主要作用是把材料有凸模上卸下,有時也可作壓料板,以防止材料變形,并能幫助送料導(dǎo)向和保護凸模。卸料裝置有剛性和彈性卸料和廢料切刀等形式。固定卸料板結(jié)構(gòu)簡單,但卸料力大,卸料可靠,但沖壓時坯料得不到壓緊。彈性卸料板卸料力小,但沖壓時可兼起壓料作用,一般用于材料厚度小于1.5mm的沖裁。故多用于沖裁料薄及平面度要求較高的沖件。 卸料半選用彈性卸料版,彈性材料選擇橡膠。卸料板的厚度與凹模度有關(guān),其值如下: 材料厚度 t/mm 卸料板寬度B/mm ≤50 >50~80 >80~125 >125~200 >200 ≤0.8 8
54、 10 12 14 16 >0.8~1.5 10 12 14 16 18 則卸料板的厚度選擇14mm。 卸料板 推件塊 2. 推件裝置與打料裝置 頂料裝置則大多采用彈性的,通常有頂料,頂件塊和裝在下模底下的彈頂件器等所組成。彈頂器的頂件力有彈簧或橡皮所產(chǎn)生,這種結(jié)構(gòu)的頂件力容易調(diào)節(jié),工作可靠,沖裁件的平直度高。但在操作中,彈簧或橡皮受到經(jīng)常變化的壓力,產(chǎn)生疲倦,彈性容易減弱。 頂件裝置采用彈簧頂件裝置,頂件器在自由狀態(tài)下高出凹模面0.2—0.5mm。 打料裝置有打,打板等組成,留在凹凸模中的沖孔廢料由打桿推出。 打桿 2.5.
55、6模座,導(dǎo)向零件 1.模座 模座選用后側(cè)導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模座,上模座厚度H1=35mm,下模模座厚度H2=40mm。 2導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件是指上,下模的導(dǎo)向裝置零件。對于生產(chǎn)量大要求模具壽命長,工件精度高的沖裁模,一般采用導(dǎo)向模具,以保證上,下模的精確導(dǎo)向。 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)有滑動導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)和滾動導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)?;瑒訉?dǎo)柱結(jié)構(gòu)是常用的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)加工方便,易于標(biāo)注化,但承受側(cè)壓力的能力差?;瑒訉?dǎo)柱結(jié)構(gòu)四角,后側(cè),中間,對角導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)。 后側(cè)導(dǎo)柱模架可用于沖裁寬度大的條料,送料和操作比較方便,但由于導(dǎo)柱裝在一側(cè),沖壓是容易產(chǎn)生偏心力矩,影響模具壽命和工件質(zhì)量,適
56、用于中等程度及公差等級要求一般的中,小型工件。中間和對角導(dǎo)柱模架不會引起偏斜,有利于延長模具是,壽命和改善質(zhì)量。但條料寬度受導(dǎo)柱距離的限制,因此常在復(fù)合或工件公差等級要求較高是采用。對角導(dǎo)柱模架長用連續(xù)模。四導(dǎo)柱模架用于公差等級要求高的工件。導(dǎo)套,導(dǎo)柱采用H7/r6。 導(dǎo)套與導(dǎo)柱 2.5.7鏈接與固定零件 1. 模柄 中小型沖模通過模柄將上模柄固定在壓力機的滑塊上,常用的形式有壓入式,凸緣模柄,通用模柄,浮動模柄。 壓入式:與上模座孔位過渡配合:加銷釘防止轉(zhuǎn)動。 凸緣模柄:3—4個螺釘固定在上模做的窩孔內(nèi),多用于大型模具,有A,B,C三種型號。 通用模柄:凸模直接裝入
57、模柄孔中,有螺釘壓緊,便于更換凸模。 浮動模柄:允許模柄少許傾斜,可以減少滑塊誤差對模具導(dǎo)向精度的影響 采用凸緣模柄,與模座的配合H9/js10過渡配合, JB/T7646.1 2. 凸模墊板與固定板 (1).固定板 凸模固定板將凸模固定在上模座上,其輪廓尺寸要考慮凸模安裝孔,螺釘和銷釘孔的裝置。用固定板將凸模固定在模座上,固定板孔與凸模采用過渡配合H7/m6. 壓裝后其端面磨平,以保證沖模的垂直度。 墊板 凸凹模固定板:160*125*20 沖孔凸模固定板:160*125*14 (2).螺釘與銷釘 螺釘與銷釘用于安裝時的固定與定位。銷釘一般用兩個,螺
58、釘?shù)拇笮「鶕?jù)凹模厚度進行選擇。 卸料螺釘 2.6沖裁模主要零件加工工藝過程 凸模加工工藝 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 將毛坯鍛成70mm*Φ50mm,70mm*Φ22mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃刃口輪廓尺寸及孔位置尺寸 6 鉗工 加工好凹模,配作落料凸模達要求 7 熱處理 淬火,回火,保證HRC60~64 8 鉗工 磨各配合面達要求 9 檢驗
59、 凹模加工工藝 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 將毛坯制成170mmX135mmX35mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線 6 鉗工 加工好凸模,配作沖孔凹模達要求 7 銑 銑漏料孔達要求 銑床 8 鉗工 鉆鉸4*M8,鉆Φ55.5,Φ10.25 鉆床 9 熱處理 淬火,回火,保證HRC60~64 10 平磨 磨厚
60、度及基面見光 平面磨床 11 線切割 按圖切割各型孔,留0.005~0,01單邊研量 線切割機床 12 鉗工 研光各型孔達要求 13 檢驗 卸料板加工工藝 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 將毛坯制成170mmX135mmX20mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔,保證雙面間隙0.5mm 線切割機床
61、7 鉗工 鉆鉸4XM8 鉆床 8 平磨 磨厚度及基面見光 平面磨床 9 鉗工 研光各型孔達要求 10 檢驗 凸凹模固定板加工工藝 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 將毛坯制成170mmX135mmX25mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔,保證配合尺寸 線切割機床 7 平磨 磨厚度及基面見光
62、 平面磨床 8 鉗工 研光各型孔達要求 9 檢驗 凸模固定板加工工藝 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 將毛坯鍛成170mmX135mmX20mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸,磨側(cè)基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔,保證配合尺寸 線切割機床 7 鉗工 鉆鉸2Xφ15,鉆攻4XM12 鉆床 8 鉗工 鉚接處倒角 9 平磨 磨厚度
63、及基面見光 平面磨床 10 鉗工 研光各型孔達要求 11 檢驗 上模座加工工藝 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 取標(biāo)準(zhǔn)上模座 2 熱處理 退火 3 平磨 平磨上下平面達要求 平面磨床 4 鉗工 劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線 5 線切割 按圖切割各型孔,保證配合尺寸 線切割機床 6 鉗工 鉆鉸5XΦ9,鉆攻4XM8,配鉆模柄防轉(zhuǎn)孔 鉆床 7 鉗工 研光各型孔達要求 8 檢驗 下模座加工工藝 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料
64、 取標(biāo)準(zhǔn)上模座 2 熱處理 退火 4 平磨 平磨上下平面達要求 平面磨床 5 鉗工 劃螺孔,銷孔位置劃模柄孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔 線切割機床 7 鉗工 鉆鉸4XM10鉆沉孔 鉆床 8 鉗工 研光各型孔達要求 9 檢驗 2.7總裝圖 22 定位銷 2 45 43-48HRC 21 卸料螺釘 4 45,Q235 43~48 HRC 20 彈簧 4 65Mn,60Si2Mn 19 凸凹模固定板 1 45,Q235,Q275 18
65、凸凹模 1 T8A 58~62HRC 17 落料凹模 1 T10A 58-62HRC 16 沖孔凸模 1 T8A 43~48 HRC 15 墊板 1 T8A,45 43~48 HRC 14 沖孔凸模 1 T8A 43~48 HRC 13 模柄 1 45,Q235,Q275 12 打桿 1 45 43~48 HRC 11 推板 1 45 43-48HRC 10 連接推桿 2 45 43-48HRC 9 推件塊 1 45 43-48HRC 8 凸模固定板 1 45,Q235,Q275 7
66、 上模座 1 HT200~HT400 時效、調(diào)質(zhì)處理20~32HRC 6 導(dǎo)套 2 GCr15 60~62 HRC 5 活動擋料銷 3 45 43~48 HRC 4 卸料板 1 45,Q235,Q275 43~48 HRC 3 彈簧 3 65Mn,60Si2Mn 43~48 HRC 2 導(dǎo)柱 2 45 43-48HRC 1 下模座 1 HT200~HT400 時效、調(diào)質(zhì)處理20~32HRC 序號 零件名稱 數(shù)量 材料 備注 壓圈 共 張 1 比例 2:1 數(shù)量 1 圖號 制圖 郭小陽 4月1日 泉州信息學(xué)院 審核 致謝 我的本次課程設(shè)計在老師的指導(dǎo)下完成! 本次課程設(shè)計我主要參與了《冷沖壓工藝與模具設(shè)計》書上的步驟?,F(xiàn)在對于上面的步驟每一步我都已經(jīng)理解并掌握,已經(jīng)可以獨立設(shè)計一副簡單的沖裁模具。 如何設(shè)計,怎樣確認(rèn)設(shè)計的步驟和方法,這是關(guān)鍵。我在設(shè)計過程中很好的解決了這些問題,在設(shè)計過程中雖
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