0033-分度盤零件沖孔落料復(fù)合模設(shè)計(jì)(倒裝復(fù)合模)【全套13張cad圖紙+文檔全套】
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1 .緒論
1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場(chǎng)總體上供不應(yīng)求,市場(chǎng)需求量維持在600億至650億美元,同時(shí),我國(guó)的模具產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年,我國(guó)模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長(zhǎng)率(據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2004年國(guó)內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億,同時(shí),有近200個(gè)億的出口),到2005年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為600億元,模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2005年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言,一個(gè)型號(hào)的汽車所需模具達(dá)幾千副,價(jià)值上億元,而當(dāng)汽車更換車型時(shí)約有80%的模具需要更換。2003年我國(guó)汽車產(chǎn)銷量均突破400萬(wàn)輛,預(yù)計(jì)2004年產(chǎn)銷量各突破500萬(wàn)輛,轎車產(chǎn)量將達(dá)到260萬(wàn)輛。另外,電子和通訊產(chǎn)品對(duì)模具的需求也非常大,在發(fā)達(dá)國(guó)家往往占到模具市場(chǎng)總量的20%之多。目前,中國(guó)17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn),從業(yè)人數(shù)約50多萬(wàn)。1999年中國(guó)模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二,作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中,沖壓模具約占50%,塑料模具約占33%,壓鑄模具約占6%,其它各類模具約占11%。
1.2 沖壓工藝介紹
沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產(chǎn)生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工),合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。
全世界的鋼材中,有60~70%是板材,其中大部分是經(jīng)過(guò)沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片,鍋爐的汽包、容器的殼體、電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機(jī)械、生活器皿等產(chǎn)品中,也有大量沖壓件。
沖壓件與鑄件、鍛件相比,具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件,以提高其剛性。由于采用精密模具,工件精度可達(dá)微米級(jí),且重復(fù)精度高、規(guī)格一致,可以沖壓出孔、凸臺(tái)等。
冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工,或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件,但仍優(yōu)于鑄件、鍛件,切削加工量少。
沖壓是高效的生產(chǎn)方法,采用復(fù)合模,尤其是多工位級(jí)進(jìn)模,可在一臺(tái)壓力機(jī)上完成多道沖壓工序,實(shí)現(xiàn)由帶料開(kāi)卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高,勞動(dòng)條件好,生產(chǎn)成本低,一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。
1.3 沖壓工藝的種類
沖壓主要是按工藝分類,可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁,其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離,同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形,制成所需形狀和尺寸的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。
沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對(duì)沖壓成品的質(zhì)量影響很大,要求沖壓材料厚度精確、均勻;表面光潔,無(wú)斑、無(wú)疤、無(wú)擦傷、無(wú)表面裂紋等;屈服強(qiáng)度均勻,無(wú)明顯方向性;均勻延伸率高;屈強(qiáng)比低;加工硬化性低。
在實(shí)際生產(chǎn)中,常用與沖壓過(guò)程近似的工藝性試驗(yàn),如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能,以保證成品質(zhì)量和高的合格率。
模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時(shí)間,這就延長(zhǎng)了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。
模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡(jiǎn)易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級(jí)進(jìn)模(供大量生產(chǎn)),以及研制快速換模裝置,可減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間,能使適用于減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間,能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。
沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外,一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心,配置開(kāi)卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫(kù)和快速換模裝置,并利用計(jì)算機(jī)程序控制,可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。
在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下,在短暫時(shí)間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序,常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此,沖壓中的安全生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。
1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破
阻力一:機(jī)械化、自動(dòng)化程度低
美國(guó)680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī),日本國(guó)內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機(jī),而這種代表當(dāng)今國(guó)際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用卻為數(shù)不多;中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后,耗能耗材高,環(huán)境污染嚴(yán)重;封頭成形設(shè)備簡(jiǎn)陋,手工操作比重大;精沖機(jī)價(jià)格昂貴,是普通壓力機(jī)的5~10倍,多數(shù)企業(yè)無(wú)力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用;液壓成形,尤其是內(nèi)高壓成形,設(shè)備投資大,國(guó)內(nèi)難以起步。
突破點(diǎn):加速技術(shù)改造
要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面,結(jié)合具體情況,采取新工藝,提高機(jī)械化、自動(dòng)化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動(dòng)化、機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線,特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭(zhēng)取加大投資力度,加速?zèng)_壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造,使盡早達(dá)到當(dāng)今國(guó)際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使板材成形裝備自動(dòng)化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時(shí)改造國(guó)內(nèi)舊設(shè)備,使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。
阻力二:生產(chǎn)集中度低
許多汽車集團(tuán)大而全,形成封閉內(nèi)部配套,導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多,生產(chǎn)集中度低,規(guī)模小,易造成低水平的重復(fù)建設(shè),難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱;摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),處于“優(yōu)而不勝,劣而不汰”的狀態(tài);封頭制造企業(yè)小而散,集中度僅39.2%。
突破點(diǎn):走專業(yè)化道路
迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局,盡快從汽車集團(tuán)中把沖壓零部件分離出來(lái),按沖壓件的大、中、小分門別類,成立幾個(gè)大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個(gè)小而專的零部件工廠。通過(guò)專業(yè)化道路,才能把沖壓零部件做大做強(qiáng),成為國(guó)際上有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的沖壓零部件供應(yīng)商。
阻力三:沖壓板材自給率不足,品種規(guī)格不配套
目前,我國(guó)汽車薄板只能滿足60%左右,而高檔轎車用鋼板,如高強(qiáng)度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm以上)等都依賴進(jìn)口。
突破點(diǎn):所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展
汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理,朝著高強(qiáng)、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展,并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料,擴(kuò)大應(yīng)用已勢(shì)在必行。
阻力四:科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)工藝推廣慢
在我國(guó),許多沖壓新技術(shù)起步并不晚,有些還達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多,有的僅處于試用階段,吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開(kāi)發(fā)費(fèi)用投入少,導(dǎo)致企業(yè)對(duì)先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢,開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力不足,中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前,國(guó)內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù),對(duì)下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲(chǔ)備。
突破點(diǎn):走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路
我國(guó)與歐、美、日等相比,存在的最大的差距就是還沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體,科研難以做大,成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,以高校和科研單位為技術(shù)支持,企業(yè)為應(yīng)用基地,形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實(shí)體,形成既能開(kāi)發(fā)創(chuàng)新,又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。
阻力五:大、精模具依賴進(jìn)口
當(dāng)前,沖壓模具的材料、設(shè)計(jì)、制作均滿足不了國(guó)內(nèi)汽車發(fā)展的需要,而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低,大約為40%~45%,而國(guó)際上一般在70%左右。
突破點(diǎn):提升信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平
必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè),發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術(shù),特別是成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,提高精度和互換率。力爭(zhēng)2005年模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)到60%,2010年達(dá)到70%以上基本滿足市場(chǎng)需求。
阻力六:專業(yè)人才缺乏
業(yè)內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要,尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識(shí)和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外,眾多合資公司由外方進(jìn)行工程設(shè)計(jì),掌握設(shè)計(jì)權(quán)、投資權(quán),我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。
突破點(diǎn):提高行業(yè)人員素質(zhì)這是一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù),又是一項(xiàng)長(zhǎng)期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國(guó)沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才,大批熟悉國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)、具有現(xiàn)代管理知識(shí)和能力的企業(yè)家,大批掌握先進(jìn)技術(shù)、工藝的高級(jí)技能人才。要舍得花大力氣,有計(jì)劃、分層次地培養(yǎng)。
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2. 分度盤沖壓工藝分析
2.1 沖壓件的工藝分析
零件名稱:分度盤
生產(chǎn)批量:大批量生產(chǎn)
材料:48
料厚:2mm
產(chǎn)品零件圖:
圖示零件材料為45鋼,能夠進(jìn)行一般的沖壓加工,市場(chǎng)上也容易得到這種材料,價(jià)格適中。
外形落料的工藝性:分度盤屬于中等尺寸零件,料厚2mm,外形簡(jiǎn)單,尺寸精度要求不高,因此可采用落料工藝獲得。
沖孔的工藝性:所沖異形孔,尺寸精度要求一般,可采用沖孔。
此工件只有外形落料和沖孔兩個(gè)工序。圖示零件尺寸均為未注公差的一般尺寸,按慣例取IT14級(jí),符合一般復(fù)合沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求零件圖上未標(biāo)注尺寸偏差,為自由尺寸,選定IT14確定尺寸的公差。經(jīng)查表得各尺寸公差: Ф60、Ф20、Ф6、22。由以上分析可知,圖示零件具有比較好的沖壓工藝性,適合沖壓生產(chǎn)。
該零件的形狀簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)對(duì)稱。是有圓弧和直線組成的。沖裁的內(nèi)外形狀所能達(dá)到的的經(jīng)濟(jì)精度為IT11~IT14,沖空中心與邊緣距離的尺寸公差為+/-0.5。將以上精度要求能夠在沖裁加工中得到保證,其他尺寸標(biāo)注,生產(chǎn)批量等情況,也均符合沖裁的工藝要求,故決定采用沖壓方式進(jìn)行加工。
該工件未標(biāo)注出沖裁件的拐角處圓角,可得到工件最小的圓角半徑R≥0.25t=0.25X2=0.5mm,因?yàn)楣ぜ](méi)有明確要求,為使模具整體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,考慮工件的尺寸問(wèn)題。本工件取R=2mm。
2.2 工藝方案的確定
(1)該零件所需要的沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔,可以擬訂出以下三種工藝方案:
方案一:用簡(jiǎn)單模分兩次加工,即落料 – 沖孔。
方案二:沖孔和落料復(fù)合模。
方案三:沖孔和落料級(jí)進(jìn)模。
(2)分析論證
采用方案一,其生產(chǎn)效率低,工件的累計(jì)誤差大,操作不方便,由于該工件為大批量生產(chǎn),方案二與方案三更具有優(yōu)越性。
該分度盤的內(nèi)孔Ф20與外圓Ф60的最大距離為20mm , 大于此零件的要求的最小壁厚2mm,可以采用方案一和方案二(沖孔落料復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模),復(fù)合模具的形位精度和尺寸精度容易保證,而且生產(chǎn)效率也高,盡管模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,但由于零件的幾何尺寸簡(jiǎn)單對(duì)稱,模具制造并不困難。方案三雖然生產(chǎn)效率也比較高,但是零件的沖裁精度稍差,為了保證沖壓件的形位精度,需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正,所以模具制造和安裝較復(fù)合模具復(fù)雜。通過(guò)上述三種工藝方案的比較,該零件的沖壓生產(chǎn)采用第二種工藝方案比較合理。
2.3 沖孔落料工藝計(jì)算
2.3.1 排樣設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)復(fù)合模具的時(shí)候,首先要設(shè)計(jì)條料的排樣圖。該零件為圓形直接采用直排,這樣可以保證材料的利用率減少?gòu)U料。
查表取搭邊值工件間為1.5mm和側(cè)面值為1.8mm。
計(jì)算條料寬度: B = (60+1.8×2)mm =63.6 mm
步距: S = (60+3)mm=63 mm
( 工件排樣圖 )
2.3.2 材料利用率計(jì)算
根據(jù)一般的市場(chǎng)供應(yīng)情況,原材料選用1000mm×2000mm×2mm的冷扎薄鋼板,每塊可以截成1000mm×63mm×2mm格可以截31塊,材料的利用率可達(dá)到99%。
計(jì)算毛坯件的面積:A = 2826 mm2
一個(gè)步距的利用率
材料利用率=1×2826/63.6×63=71%
公式中 n——板料上的實(shí)際沖裁數(shù)量
F——零件的實(shí)際面積
L——板料長(zhǎng)度
B——板料寬度
2.4 分度盤沖孔工藝計(jì)算
2.4.1 凸凹刃口尺寸計(jì)算
(1)凸凹模刃口尺寸的計(jì)算原則
①設(shè)計(jì)基準(zhǔn):落料是凹模設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),間隙取在凸模上;沖孔以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),間隙取在凹模上。
②設(shè)計(jì)時(shí)間隙一律采用最小合理間隙值Zmin 。
③刃口尺寸的制造偏差方向:?jiǎn)蜗蜃⑷雽?shí)體內(nèi)部。即磨損后,凸凹模刃口尺寸變大取 +δ;磨損后凸凹模刃口尺寸變小取 -δ。
④刃口尺寸尺寸制造偏差的大?。汉?jiǎn)單形狀,按IT6 - IT7取值;復(fù)雜形狀取0.25△;磨損后尺寸無(wú)變化,取±1/8△。
⑤加工方法:簡(jiǎn)單形狀,放別加工;復(fù)雜形狀,配合加工。
(2)凸凹刃口尺寸計(jì)算
①檢驗(yàn),由分別加工的互換性要求采用較小的模具制造公差來(lái)滿足下式
查表2.4得間隙值:
Zmax =0.380 Zmin=0.260
沖孔Ф20和Ф6的凸凹尺寸計(jì)算。由于制件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,精度要求不高,所以采用凸凹模具分別制造的方法制造凸凹模。
其中凸凹模刃口尺寸計(jì)算如下:
查表2-5得凸凹模制造公差:
Ф6孔的凸凹模制造公差為:
δ凸=0.020 δ凹=0.020
Ф20的凸凹模制造公差為:
δ凸=0.020 δ凹=0.030
Zmax- Zmin=0.380 – 0.260 = 0.120
滿足:
=0.030 + 0.020 =0.050
采用配作法,計(jì)算凹模的刃口尺寸,首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過(guò)程中是變大還是變小,還是不變這三種情況,然后分別按不同的計(jì)算公式計(jì)算。其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下:
a、凸模磨損后會(huì)增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸:A凸=(Amax-x△)0+0.25△
A凹=(A-x△-Zmin)0-0.25△
b、凸模磨損后會(huì)減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸:B凸=(Bmax+x△)0-0.25△
B凹=(B+x△+Zmin)0+0.25△
c、凸模磨損后會(huì)保持不變的尺寸-------- 第三類尺寸C
第三類尺寸: C凸=C凹=C+ 0.125△
沖孔凸模磨損后的情況如下圖所示:
采用分別制造法計(jì)算沖孔凸凹模的尺寸公差:
孔Ф6 :磨損系數(shù)為x = 0.20
=(Ф6 + 0.2×0.3)
=Ф6.6
=(Ф6.3 -0.2×0.3)
=Ф5.7
孔Ф20:磨損系數(shù)為x = 0.20
=(Ф20.52 — 0.2×0.52)
=Ф21.04
=(Ф20 + 0.2×0.52)
=Ф19.48
2.4.2外形落料凸凹模刃口尺寸計(jì)算
由于外形比較復(fù)雜,采用配作加工法,這種方法有利獲得最小合理間隙。
查相關(guān)文獻(xiàn)得出其極限偏差:
Ф56 Ф60
查表2.6得 磨損系數(shù)x為:
當(dāng)△≥0.50時(shí) x=0.5
A=(A - x△)
Ф56 = (Ф56-0.5×0.74) =Ф55.63
Ф60 = (F沖≈KLtτb =Ltσb=60 -0.5×0.74) =Ф59.63
2.4.3 沖壓力的計(jì)算
①落料力 :
F落=KLtτb =Ltσb=60×2×600N =226.08 KN
②沖孔力 :
Ф20孔 :
F沖≈KLtτb =Ltσb=20×2×600 = 75.36KN
Ф6孔 :
F沖≈KLtτb =Ltσb=6 F推= nK推F沖=2×600×12×1.3
= 271.296KN
式子中 F——沖裁力,KN;
L——沖裁件剪切周邊長(zhǎng)度,mm;
t——沖裁件材料厚度,mm;
τ——被沖材料的抗剪強(qiáng)度,Mpa;
K——系數(shù),系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中,模具間隙值的波動(dòng)和不均勻,刃口的磨損,板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù),一般取1.3
③沖孔時(shí)的推件力F推= nK推F沖
采取直筒形式刃口的凹模形式,由表2.21查:
h = 6 mm
則 n = h/t = 6/2 =3個(gè)
查表2.7得:
K推=0.05 K卸 0.025 – 0.06 K =0.06
F推= nK推F沖= 3 ×0.05×(271.296 + 75.36)= 51.998KN
式子中 F——沖裁力,KN;
K推——推件力系數(shù),查表2.7得K推=0.05;
n——同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件(或廢料)數(shù),其中n=h/t;
式子中 h——凹模洞口的直刃壁高度,mm;
t——板料厚度,mm;
④落料時(shí)的卸料力F卸= K卸F落
F卸= K卸F落=0.020×226.08=11.304KN 查表取K卸=0.020
⑤總沖壓力為:
F總=F落+F孔+F推+F卸=226.08+11.304+51.998+271.269+75.36
=636.083KN
為了保證總的沖壓力足夠,一般選沖裁力時(shí)壓力機(jī)的噸位比總沖裁力大30%。
所以:
F總′=1.3×F總=826.849KN
2.4.4 初選壓力機(jī)
壓力機(jī)的選擇主要包括兩方面的內(nèi)容:類型和規(guī)格
(1) 壓力機(jī)的類型選擇
壓力機(jī)的類型主要依據(jù)所完成的沖壓性質(zhì),生產(chǎn)批次,沖壓的尺寸及精度的要求等。而該制件屬于簡(jiǎn)單的中,小型沖裁件,大批量生產(chǎn),沖裁件的尺寸精度要求不高。故選用機(jī)械式壓力機(jī)。
(2)壓力機(jī)的規(guī)格的選擇
壓力機(jī)的規(guī)格的選擇主要依據(jù)沖壓件尺寸,變形力的大小及模具的尺寸等,初選壓力機(jī)的規(guī)格主要選擇壓力機(jī)的公稱壓力,行程次數(shù)等參數(shù),閉合高度要在模具零件完成后,進(jìn)行必要的校核確定具體的尺寸。
① 公稱壓力的選擇。沖裁時(shí)壓力機(jī)的施力較大,因此選壓力機(jī)的公稱壓力只要大于沖壓力的總和即可。
因?yàn)椋? P= 1.3 ×F總=826.849KN
所以壓力機(jī)的公稱壓力可以選為P=1600KN
② 行程次數(shù)。行程次數(shù)是指滑塊每分鐘沖擊的次數(shù),即滑塊每分鐘往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。
主要考慮一下的因素:提高生產(chǎn)效率;考慮操作方式;金屬的流動(dòng)速度;行程次數(shù)太高將縮短設(shè)備壽命。
選擇:沖裁件尺寸:Ф62 厚度:t=2mm
選擇型號(hào)為JA21—160開(kāi)式雙柱固定臺(tái)可傾斜式壓力機(jī)能滿足使用要求,其主要工作參數(shù)為:
公稱壓力: 1600KN
滑塊行程: 160mm
最大閉合高度: 450mm
最大裝模高度: 400mm
滑塊行程次數(shù): 40
工作臺(tái)孔尺寸: 460mm
工作臺(tái)尺寸: 460mm
墊板尺寸: 130mm
模柄孔尺寸: 80mm
可傾斜角/· : 30 20
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm: 55 60
3 、模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定
3.1 倒裝結(jié)構(gòu):根據(jù)以上分析,本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序,為了方便小孔廢料和成形工序的落下,采用倒裝結(jié)構(gòu),即沖孔凹模和落料凹模都安排在上模。
3.2 定位裝置:本工件在復(fù)合模中尺寸是較小的,又是大批生產(chǎn),沖裁時(shí)采用固定擋料銷和導(dǎo)料銷定位。
3.3 送料方式:因是大批生產(chǎn),所以采用自動(dòng)送料方式。
3.4 導(dǎo)向方式:為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性,選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)導(dǎo)向,由于已經(jīng)選用了自動(dòng)送料的送料方式,為了提高導(dǎo)向均勻性和開(kāi)敞性,采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。
3.5 卸料方式:以上對(duì)模具結(jié)構(gòu)采用正倒裝形式,沖孔廢料和工件留在凹??锥粗?,為了使模具結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化,可以在模座中開(kāi)有通槽,使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為2mm,料厚比較厚,在該模具中壓料是由落料凸模與卸料板一起配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以卸料板還應(yīng)具有壓料的作用,為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)和達(dá)到可靠足夠的卸料力,應(yīng)選用彈性卸料板來(lái)卸下條料廢料。卸料可靠,便于操作。
4、模具總體設(shè)計(jì)
模具總體設(shè)計(jì)根據(jù)上述分析,本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序,且孔邊距較大,可采用倒裝復(fù)合模具,可直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件;而沖孔廢料則可以在下模座中開(kāi)設(shè)通槽,使廢料從空洞中落下。由于在該模具中壓料是由落料凸模與卸料板一起配合工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以卸料板還應(yīng)該具有呀了得作用,應(yīng)選用彈性卸料板來(lái)卸下條料廢料。
因是大批量生產(chǎn),采用手動(dòng)送料方式,從右往左送料。
應(yīng)該零件制造采用的是倒裝復(fù)合模,所以直接用擋料銷和導(dǎo)料銷即可。
為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性,選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向、由于該零件導(dǎo)向尺寸較小,且精度要求不是太高,所以宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
4.1 模具主要零部件的設(shè)計(jì)
模具的工作零件,定位零件,卸料零件,連接和緊固零件,彈簧,橡膠等要首先考慮冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用,若無(wú)標(biāo)準(zhǔn),可先選用再進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于小而長(zhǎng)的沖頭,壁厚較薄的凹模等還需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)計(jì)算確定了凹模的結(jié)構(gòu)尺寸后,可根據(jù)凹模周界選用模架。模具的閉合高度,輪廓大小,壓力中心應(yīng)與選用設(shè)備相適應(yīng)。
4.2 凹模的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.2.1 凹模孔口的設(shè)計(jì)
① 凹??卓诘男问?。分度盤沖裁模選擇常用的直刃壁孔口凹模,見(jiàn)下圖:
② 凹??诟叨?( h ) 其孔口的高度不易過(guò)大,一般可按材料的厚度 t 來(lái)選取。
t < 0.5 h = 3 -- 5 mm
t =0.5 – 5 mm h = 5 – 10 mm
t = 5 – 10 mm h = 10 – 15 mm
分度盤的厚度為2mm ,去凹模的孔口高度為8 mm 。見(jiàn)下圖:
4.2.2 凹模的外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
一般圓形的刃口凹模外形結(jié)構(gòu)也為圓形
4.2.3 凹模外形尺寸的計(jì)算
① 凹模的厚度計(jì)算
H =
H = =29.916 mm
式中 :
H — 凹模厚度。
P — 沖裁力 ,一般去總的沖壓力,卸件力和推件力的總和,據(jù)前面的計(jì)算知F總=636.083KN
去H = 30mm
② 凹模周界尺寸計(jì)算。
a. 凹模刃口為輪廓為平滑曲線時(shí)。
W= 1.2 H
b. 凹模刃口輪廓為直線時(shí)。
W2?。健。?5H
c. 凹模刃口為尖角或其他形狀時(shí)。
W3 = 2.0 H
也可以通過(guò)查表來(lái)確定凹模周界的尺寸。分度盤的凹模刃口輪廓為圓形。故按下計(jì)算:
W = 1.2 H = 1.2×30 = 36 mm
⑷ 凹模的固定方法 凹模是帶肩凸臺(tái)圓形凹模,直接裝入凹模固定板裝,采用過(guò)度配合 ( H7/m6 ) 。
4.3 固定板的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.3.1凹模固定板的設(shè)計(jì)
① 凹模固定板的外形尺寸。
② 凹模固定板的厚度。與凹模一致,取30mm
4.3.2 凸模固定板的設(shè)計(jì)
①凸模固定板的外形尺寸,一般情況下,凸模固定板的外形尺寸與凹?;蛘甙寄9潭ò宓某叽缫恢?。?。?
長(zhǎng)為: 130 mm 寬為:130mm
③ 凸模固定板的厚度。在選擇典型組合后,固定板的厚度也就是基本確定,查表得:H = 18m ,也可以用經(jīng)驗(yàn)公式求得:
H=(0.6 — 0.8 )H=(0.6 — 0.8 )×30=(18 -- 24 )mm
式中 H —— 為固定板的厚度
可以取25mm 。
4.4 凸模的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.4.1 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①凸模的刃口形式。圓形凸模加工成臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。由于沖裁力較小,為了改善凸模的強(qiáng)度和剛度,在中部增加一個(gè)過(guò)渡段。
②凸模的固定形式。凸模根據(jù)沖制零件的形狀,尺寸,加工方法的不同而有多種固定形式。
該凸模以臺(tái)肩與固定板的固定,凸模與凹模固定板的配合部分,采用過(guò)渡配合(H7/m6或者H7/n6).
⑵ 凸模長(zhǎng)度的計(jì)算
L= H+H- Y =25+6+27mm =58
4.5 橡皮的選擇
橡皮允許承受的負(fù)荷較彈簧大,且安裝調(diào)試方便,在沖裁模中廣泛應(yīng)用。
① 橡皮的平面尺寸 平面尺寸按其所產(chǎn)生的壓力F計(jì)算
所以
橡皮壓縮量/%
10
15
20
25
30
35
單位壓力/MPa
0.26
0.50
0.70
1.06
1.52
2.10
―― 橡皮半徑;
―― 橡皮的橫截面子;
―― 與橡皮的壓縮量有關(guān)單位壓力,按橡皮的壓縮特性曲線選用。
②橡皮的高度 橡皮的高度必須滿足工藝要求與模具結(jié)構(gòu)空間要求,并考慮橡皮的壽命。
⑴橡皮最大壓縮量不宜超過(guò)自由高度的35%~45%。
⑵橡皮裝在模具上,一般應(yīng)預(yù)先壓縮(10%~15%),使預(yù)壓的壓力達(dá)到所需要的卸料力。
⑶壓縮工作行程為(25%~30%)
橡皮的自由高度為
取
式中―― 橡皮壓縮工作行程,根據(jù)模具結(jié)構(gòu)可知;
―― 橡皮的自由高度。
上式中的高度校核:
高度校核:
4.6 卸料螺釘?shù)倪x用
采用圓柱頭卸料螺釘45鋼,熱處理硬度35~45HRC
規(guī)格 M12×90 JB/T7650.5
4.7 件裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
本套模具的推件裝置所需推件力大,且為了推件平穩(wěn)可靠,應(yīng)采用剛性推件裝置。
4.8 推件塊的設(shè)計(jì)
本推件塊的端面外形應(yīng)跟落料凹模的刃口形狀一致,整體外形應(yīng)設(shè)計(jì)成臺(tái)階式以便與凹模配合完成推件,而在沖裁時(shí)不致與把推件塊推出滑到模外。推件塊在自由狀態(tài)下應(yīng)高出凹模面0.2~0.5mm。
推件塊和凹模的配合:由于外形件的相對(duì)尺寸較大,外形形狀相對(duì)復(fù)雜,所以推件內(nèi)形與凹模為間隙配合H8/f8,推薦外形與凹模為非配合關(guān)系,屬內(nèi)導(dǎo)向。
4.9 連接推桿的選用
為了使推件裝置推出平穩(wěn)采用3根推桿。每根推桿所承受的力為:
由手冊(cè)查取適合本裝置的推桿規(guī)格為:φ6×65mm
4.10 支撐固定零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
由凹模周界L=160mm,B=160mm,及卸料板的外形尺寸,材料選為Cr12,01級(jí)精度的后側(cè)導(dǎo)柱模架。技術(shù)要求按JB/T8070—1995的規(guī)定
4.11 卸料板的結(jié)構(gòu)形式
模具采用倒裝結(jié)構(gòu),選用手冊(cè)【6】圖7-7(b)的卸料板形式。由表7-8查得彈性卸料板厚度為12mm。裝模具時(shí)卸料板孔與凸凹模得單邊間隙為0.10mm,在模具開(kāi)啟狀態(tài),卸料板應(yīng)高出模具凸凹模工作刃口0.3~0.5mm,以便順利卸料,卸料板的工作行程為3.5mm。
4.12 擋料銷位置的確定
由模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),導(dǎo)料銷及導(dǎo)料銷都應(yīng)通過(guò)卸料板固定于模具的凸凹模上。且在模具閉合狀態(tài)下,應(yīng)高出卸料板3mm【1】。
根據(jù)分析選用廢料孔后端定位時(shí)擋料銷位置如圖6
圖6 擋料銷的位置
L=D/2+C+d/2+0.1
=[72/2+74.2+6/2+0.1]mm=113.3mm
4.13 導(dǎo)料銷位置的確定
導(dǎo)料銷位于條料的同一側(cè),采用從右向左的送料方式,送料的方向?qū)Я箱N應(yīng)裝在后側(cè)
4.14 墊板的設(shè)計(jì)
在本模具采用的彈性卸料裝置中,上模座中設(shè)有推板等零件的裝置和讓位空間,會(huì)使的其厚度變薄,影響其抗壓強(qiáng)度,所以應(yīng)設(shè)一塊墊板。其規(guī)格根據(jù)凹模外形尺寸選取130mm×130mm×12mm.
4.15 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
本組模具采用的是后側(cè)導(dǎo)柱模座只需兩對(duì)相同型號(hào)的導(dǎo)柱導(dǎo)套。本模具沖裁間隙小應(yīng)按H6/h5配合,材料選用20鋼熱處理要求滲碳深度0.8~1.2mm,硬度58~62HRC ,技術(shù)要求按JB/T8070—1995的規(guī)定。
導(dǎo)柱標(biāo)記: B20h5×100×30 GB/T2861.2
導(dǎo)套標(biāo)記: B20H6×45×23 GB/T2861.
4.16 緊固零件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
本模具采用螺釘固定,銷釘定位。其具體數(shù)據(jù)如下:
內(nèi)六角圓柱頭螺釘標(biāo)記:GB/T70.1 M10×70
螺釘標(biāo)記:GB/T5782 M12×35
銷釘標(biāo)記:GB/T11.21 8m6×80
5. 沖壓設(shè)備的正式選用
表一 開(kāi)式雙柱可傾式壓力機(jī)型號(hào)和技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
JB23-80
JB23-100
JB23-100
JB23-100A
JB23-125
公稱壓力/KN
800
1000
1000
1000
1250
滑塊行程/mm
130
130
150
16-140
145
最大閉合高度/mm
380
480
430
400
480
工作臺(tái)尺寸/mm
540*800
710*1080
710*1080
600*900
710*1080
墊板尺寸/mm
100*200
100
100*150
110
110*250
模柄孔尺寸/mm
60*80
60*75
76*76
60*80
60*80
最大傾斜角度
30
30
20
30
25
根據(jù)前面已知條件,為了安全本設(shè)計(jì)選擇型號(hào)為JB23-125的開(kāi)式雙柱式可傾壓力機(jī)能滿足使用要求。其主要數(shù)據(jù)參數(shù)如下:
公稱壓力:1250KN
滑塊行程:145mm
最大閉合高度:480mm
最大裝模高度:370mm
連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度:110mm
工作臺(tái)尺寸(前后X左右):710mmX1080mm
墊板尺寸(厚度X孔徑):100mmX250mm
模柄孔尺寸:@60mmX80mm
最大傾斜角度:25°
6.模具的調(diào)試與安裝
總裝時(shí),首先應(yīng)根據(jù)主要零件的相互依賴關(guān)系,以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來(lái)確定裝配基準(zhǔn)件,例如復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基準(zhǔn)件,級(jí)進(jìn)模以凹模作為裝配基準(zhǔn)件;其次,應(yīng)確定裝配順序,根據(jù)各個(gè)零件與裝配基準(zhǔn)件的依賴關(guān)系和遠(yuǎn)近程度確定裝配順序。裝配結(jié)束后,要進(jìn)行試沖,通過(guò)試沖發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并及時(shí)調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。
6.1 通讀設(shè)計(jì)圖樣,了解正裝式復(fù)合模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
本模具的裝配工藝要點(diǎn)是:同時(shí)保證落料和沖孔用凸凹模間隙的均勻;打料機(jī)構(gòu)工作可靠,能及時(shí)推出工件。
6.2 查對(duì)零件
查對(duì)各零件已完成裝配前的加工工序,并經(jīng)檢驗(yàn)合格。
6.3 確定裝配方法和裝配順序:
經(jīng)查對(duì)認(rèn)定模具零件已加工完成,可采用直接裝配方法。
結(jié)合模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)凸凹模、凸模先進(jìn)行分組裝配,再進(jìn)行總裝配。選用以凸凹模為基準(zhǔn)件,先裝配上模,再裝配下模及輔助零件。
6.4 裝配模柄
將模柄壓入上模座后,鉆、鉸銷孔,打入止轉(zhuǎn)銷。
6.5 裝配凸凹模
按照壓入法操作要求,將凸凹模壓入固定板中,檢查凸凹模相對(duì)固定板基準(zhǔn)面的垂直度,并刃入凸模,用工藝定位器法檢查配合間隙的均勻性。待凸凹模全部壓入,認(rèn)定間隙分布均勻后,磨平固定板支撐面和凸凹模刃口面。
6.6 裝配凸模
將凸模壓入固定板中,按壓入法裝配要領(lǐng),檢查其相對(duì)固定板基準(zhǔn)面的垂直度,認(rèn)定合格后,磨平固定板支撐面和刃口面。
6.7 裝配下模
將組裝好的凸模—固定板和下墊板,按照設(shè)計(jì)要求位置,安裝在下模座上,緊固螺釘,鉆、鉸銷孔,裝入圓柱銷。
6.8 裝配上模
將組裝好的凸凹?!潭ò搴蜕蠅|板,安裝在上模座上,緊上螺釘,用工藝定位器法控制上下模的配合間隙,使其均勻。認(rèn)定均勻后,在上模相應(yīng)部位鉆、鉸銷孔,打入圓銷。
6.9 安裝凹模
將凹模安裝在下模相應(yīng)部位,凹模和凸凹模間隙,用墊片法或直接安裝法控制其均勻性。
6.10 試切
用紙?jiān)嚊_,觀察沖切紙邊的狀況,經(jīng)調(diào)整并認(rèn)定均勻后, 鉆、鉸另一組銷孔,打入圓銷。
6.11 裝配其他零件并試模
上模安裝頂桿,頂件塊,檢查打料機(jī)構(gòu)工作的可靠性。頂件塊在最低位置時(shí),應(yīng)突出凸凹模刃口0.2-0.5mm.安裝卸料板和彈簧,安裝后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低0.2-0.5mm.在設(shè)計(jì)指定的壓力機(jī)上,裝配好的模具進(jìn)行試沖。
試模時(shí)重點(diǎn)檢查打料機(jī)構(gòu)和頂出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是否及時(shí)、可靠。每一次沖壓后,上模隨壓力機(jī)上行到上死點(diǎn)時(shí),條料和頂出的工件都應(yīng)該出現(xiàn)在下模凹模工作面上,以便及時(shí)清除。
裝配后應(yīng)保證間隙均勻,落料凹模刃口面應(yīng)高出沖孔凸模工作端面2mm.
結(jié)束語(yǔ)
分度盤屬于簡(jiǎn)單的沖裁件,分析其工藝性,并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸,然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計(jì),需要計(jì)算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸,然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè),分析了制件在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷,采取了相應(yīng)的工藝措施。因此,模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。
限位板沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,選用標(biāo)準(zhǔn)模架。模具工作零件的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,它可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。便于以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。
孔落料模具的設(shè)計(jì),是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合,更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到,要想做為一名合格的模具設(shè)計(jì)人員,必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ),并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù),樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的觀念,把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去,并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神,大膽創(chuàng)新,突破新技術(shù),為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致 謝
首先感謝本人的導(dǎo)師蘇光老師,他對(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。蘇光老師淵博的知識(shí),誠(chéng)懇的為人,他我受益匪淺,在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,特別是遇到困難時(shí),他給了我鼓勵(lì)和幫助,在這里我向他表示真誠(chéng)的感謝!
感謝母?!幽蠙C(jī)電高等??茖W(xué)校的辛勤培育之恩!感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境,使我學(xué)到了許多新的知識(shí),掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗同學(xué),和他們?cè)谝黄鹩懻?、研究使我受益非淺。
最后,我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué),并感激師友的教誨和幫助!
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