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無(wú)凸緣圓筒形件的落料——拉深復(fù)合模具設(shè)計(jì)
緒論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上,所設(shè)置的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目的就是為了運(yùn)用我們所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí),進(jìn)行一次模具設(shè)計(jì)的實(shí)際訓(xùn)練,從而培養(yǎng)和提高我們獨(dú)立工作的能力。沖壓模具設(shè)計(jì)通過(guò)收集資料、工藝分析、工藝計(jì)算、確定沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)、繪制模具總裝配圖、零件圖,最后完善和書寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書,終于完成整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程。
目前,我國(guó)沖壓技術(shù)與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距,主要原因是我國(guó)在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距。導(dǎo)致我國(guó)模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重要的生產(chǎn)手段之一,更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求越來(lái)越高,更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快,沖壓產(chǎn)品正朝著復(fù)雜化、多樣化、高性能、高質(zhì)量方向發(fā)展,模具也正朝著復(fù)雜化、高效率、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。
一、 沖壓成形理論及沖壓工藝
加強(qiáng)沖壓變形基礎(chǔ)理論的研究,以提供更加準(zhǔn)確、實(shí)用、方便的計(jì)算方法,正確地確定沖壓工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀和尺寸,解決沖壓變形中出現(xiàn)的各種實(shí)際問(wèn)題,進(jìn)一步提高沖壓件的質(zhì)量。
研究和推廣采用新工藝,如精沖工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝、超塑性成形工藝以及其他高效經(jīng)濟(jì)的成形工藝等,進(jìn)一步提高沖壓技術(shù)水平。
二、 模具先進(jìn)制造工藝及設(shè)備
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合,形成先進(jìn)制造技術(shù)。模具先進(jìn)制造技術(shù)主要體現(xiàn)如下方面:
1.高速銑削加工 普通銑削加工采用低的進(jìn)給速度和大的切削參數(shù),而高速銑削加工則采用高的進(jìn)給速度和小的切削參數(shù)。高速銑削加工相對(duì)于普通銑削加工具有高效、高精度、高的表面質(zhì)量、可加工高硬材料等特點(diǎn)。由此可見,高速銑削加工是模具制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。
2.電火花銑削加工 電火花銑削加工是電火花加工技術(shù)的重大發(fā)展,這是一種替代傳統(tǒng)用成形電極加工模具型腔的新技術(shù)。像數(shù)控銑削加工一樣,電火花銑削加工采用高速旋轉(zhuǎn)的桿狀電極對(duì)工件進(jìn)行二維或三維輪廓加工,無(wú)需制造復(fù)雜、昂貴的成形電極。
3.慢走絲線切割技術(shù) 目前,數(shù)控慢走絲線切割技術(shù)發(fā)展水平已相當(dāng)高,功能相當(dāng)完善,自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度。其加工工藝水平也令人稱道,最大切割速度已達(dá)到300㎜/min,加工精度可達(dá)到±1.5um,加工表面粗糙度R0.1~0.2um。
4.精密磨削以拋光技術(shù) 精密磨削以拋光加工由于精度高、表面質(zhì)量好、表面粗糙度值小等特點(diǎn),在精密模具加工中廣泛應(yīng)用。目前,精密模具制造已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光機(jī)等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)。
5.數(shù)控測(cè)量 伴隨模具制造技術(shù)的進(jìn)步,模具加工過(guò)程的檢測(cè)手段也取得了很大進(jìn)展。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已在模具加工中使用,現(xiàn)代三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗震保護(hù)能力、嚴(yán)密的防塵措施以及簡(jiǎn)便的操作步驟,使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能。
三、模具CAD/CAM技術(shù)
計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的迅速發(fā)展和有機(jī)結(jié)合,形成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有計(jì)算機(jī)輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)。
CAD/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù),它以計(jì)算機(jī)軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具,使工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具CAD/CAM能顯著縮短模具設(shè)計(jì)及制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為人們的共識(shí)。
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1 工藝設(shè)計(jì)
1.1 工藝分析
該工件為無(wú)凸緣圓筒形工件,要求內(nèi)形尺寸,形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱,對(duì)零件的厚度變化也沒有要求。圓筒形件的毛坯為圓形板料,可以通過(guò)落料獲得。工件的形狀滿足拉深的工藝要求,可用落料獲得的圓形板料進(jìn)行拉深,拉深成為內(nèi)徑為72.7㎜、內(nèi)圓角r?yàn)?㎜的無(wú)凸緣圓筒,工件總高度尺寸29.5㎜可在最后進(jìn)行一道修邊工序達(dá)到要求。
工件底部圓角半徑r=8㎜,大于拉深凸模圓角半徑r=4~6㎜(見表4-3,首次拉深凹模的圓角半徑r=6t=6㎜,而r=(0.6~1)r=4~6㎜,r>r,滿足首次拉深對(duì)圓角半徑的要求。尺寸72.7㎜,按公差表查的為IT14級(jí),滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃?jí)的要求。
綜上所述,該工件的精度及結(jié)構(gòu)尺寸都能滿足沖壓工藝要求,工件的拉深工藝性較好。該工件在滿足沖壓工藝性要求的前提下,采用的沖壓基本工序是落料、拉深。
1.2 沖壓工藝方案的確定
該工件包括落料、拉深兩個(gè)基本工序,根據(jù)分析,沖壓該工件可以有以下三種方案:
方案一:先落料,后拉深。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二:落料—拉深復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三:拉深級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但需兩道工序兩副模具,生產(chǎn)效率低,難以滿足該工件大批量生產(chǎn)的要求。方案二只需一副模具,生產(chǎn)效率高,盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜,但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱,模具制造并不困難。方案三也只需一副模具,生產(chǎn)效率高,但模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,送進(jìn)操作不方便。通過(guò)對(duì)上述方案的分析比較,該件若能一次拉深,則其沖壓采用方案二為佳。
2 模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在設(shè)計(jì)模具時(shí),由于拉深工藝的特殊要求,除了應(yīng)考慮到與其他模具一樣的設(shè)計(jì)方法與步驟外,還需要考慮到如下特點(diǎn):
1)拉深圓筒形件時(shí),應(yīng)考慮到料厚、材料、模具圓角半徑r 、r等情況,根據(jù)合理的拉深系數(shù)確定拉深工序。拉深工藝的計(jì)算要求有較高的準(zhǔn)確性,從而拉深凸模長(zhǎng)度的確定必須滿足工件拉深高度的要求,且在拉深凸模上必須有一定尺寸要求的通氣孔。
2)要分析成形件的形狀,尺寸有沒有超過(guò)加工極限的部分。
拉深凸模長(zhǎng)度比較長(zhǎng)時(shí),選用凸模材料必須考慮熱處理時(shí)的彎曲變形,同時(shí)需注意凸模在固定板上的定位,緊固的可靠性。
3)設(shè)計(jì)落料—拉深復(fù)合模時(shí),由于落料凹模的磨損比拉深凸模的磨損要來(lái)的快,所以落料凹模上應(yīng)預(yù)先加大磨損余量。普通落料凹模應(yīng)高出拉深凸模約2~6㎜。
4)因回彈、扭曲、局部變形等的缺陷所產(chǎn)生的彈性變形難于保證零件形狀的精度,此時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。
5)對(duì)于形狀復(fù)雜的零件,很難計(jì)算出準(zhǔn)確的毛坯形狀和尺寸。因此,在設(shè)計(jì)模具時(shí),往往先做拉深模,經(jīng)試壓確定合適的毛坯形狀和尺寸再制作落料模,并在拉深模上定形的毛坯安裝定位裝置,同時(shí)要預(yù)先考慮到使后面工序定位穩(wěn)定的措施。
3 主要工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 毛坯尺寸計(jì)算
按中性層計(jì)算尺寸,h=(29.5-0.5)㎜=29㎜,d=(72.7+0.35+1)㎜=74㎜。工件的相對(duì)高度h∕d=29㎜∕74㎜=0.4。根據(jù)相對(duì)高度從表4-3中查的修邊余量△h=2㎜。
查得無(wú)凸緣圓筒形件拉深工件的毛坯尺寸計(jì)算公式為:
D=
將d=74㎜,H=h+△h=(29+2) ㎜=31㎜,r=(8+0.5) ㎜=8.5㎜代入上式,即得毛坯的直徑為:
D=㎜=116㎜
3.2 判斷拉深次數(shù)
工件總的拉深因數(shù)m=d/D=74㎜/116㎜=0.64㎜。毛坯的相對(duì)厚度t/D=1㎜/116㎜=0.0086。
用式(4-33)判斷拉深是否需要壓邊。因0.045(1-m)=0.045×(1-0.64)=0.0162,而t/D=0.0086<0.045(1-m)=0.0162,采用壓邊圈并加以合理的壓邊力對(duì)拉深有利,可以減小m。故需加壓邊圈。
由相對(duì)厚度可以從表4-2中查得首次拉深的極限拉深因數(shù)m=0.54。
因m>m,故工件只需一次拉深。
3.3 排樣及相關(guān)計(jì)算
采用有廢料直排的排樣方式,查板材標(biāo)準(zhǔn),宜選750×1000㎜的鋼材,每張鋼板可剪裁為6張條料(125mm×1000mm),每張條料可沖8個(gè)工件,故每張鋼板的材料利用率為67.6%。
3.3.1 排樣的計(jì)算
[1]沖裁件面積的計(jì)算
A﹦π×/4﹦3.14×116/4﹦10562.96㎜
[2]條料寬度
查得無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度計(jì)算公式為:
B=D+2a+C
查表2.5.2的最小搭邊值a=0.8㎜,a=1㎜;條料與導(dǎo)料板間隙C=0.5㎜;
B=116+2×0.8+0.5=118.1㎜
[3]步距
S=D+a=116+1=117㎜
[4]一個(gè)步進(jìn)距的材料利用率
考慮到料頭、料尾和邊余料的材料消耗,一張板料上總的材料利用率為:
=﹪
式中,A﹦10562.96㎜,n=1, B=118.1㎜, S=117㎜代入式中:
==76﹪
3.3.2 沖壓力的計(jì)算
[1]落料力的計(jì)算
落料力是沖裁過(guò)程中凸模對(duì)板料施加的壓力,它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的重要依據(jù)之一.
查公式2.6.1,確定落料力的計(jì)算公式為:
F=KLt
式中,k—系數(shù),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,板料的力學(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k﹦1.3。
—材料抗剪強(qiáng)度; 查表1.3.6,?。?00MPa。
L—沖裁周邊長(zhǎng)度;L﹦πD﹦3.14×421.27﹦1322.79㎜,料厚t﹦1㎜。
所以,落料力為:
F=1.3×364.24×1×300=142053.6N
[2]壓邊力的計(jì)算
由表4-15確定壓邊力的計(jì)算公式為:
F﹦π[D-(d+2 r)]p/4
式中,r =r=8㎜,D=116㎜,d=74㎜,由表4-16查得p=2.7 MPa 。
把各已知數(shù)據(jù)代入上式,壓邊力為:
F=㎜×2.7MPa=11350N
[3]拉深力的計(jì)算
用式4-35計(jì)算拉深力:
F﹦πdtσb k
拉深系數(shù)m﹦0.64,可查表4-18得:K﹦0.75,08鋼的強(qiáng)度極限σb﹦440 MPa。將K﹦0.75,d﹦74㎜,t﹦1㎜,σb﹦440 MPa代入上式,即:
F﹦(0.75×3.14×74×1×440)N=76700N
[4]沖壓工藝總力
F﹦F+F+F
=142053.6N+11350N+76700N
=230103.6N
3.4 模具工作部分尺寸的計(jì)算
3.4.1 拉深模的間隙
拉深模的凸、凹模之間間隙對(duì)拉深力、零件質(zhì)量、模具壽命等都有影響。間隙小,拉深力大、模具磨損大,過(guò)小的間隙會(huì)使零件嚴(yán)重變薄甚至拉裂;但間隙小, 沖件回彈小,精度高。間隙過(guò)大,坯料容易起皺,沖件錐度大,精度差。因此,生產(chǎn)者中應(yīng)根據(jù)板料厚度及公差、拉深過(guò)程板料的增厚情況、拉深次數(shù)、零件的形狀及精度 要求等到,正確確定拉深模間隙。
由表4-12查的拉深模的半邊間隙為:
Z/2=1.1t=1.1mm
則拉深模的間隙Z=2×1.1 mm =2.2mm
3.4.2 拉深模的圓角半徑
凹模的圓角半徑r按表4-13選取r=8t=8mm,凹模的圓角半徑r等于工件的內(nèi)圓角半徑,即
r= r= r=8 mm
3.4.3 凸、凹模工作部分的尺寸和公差
[1]落料凸、凹模工作部分的尺寸和公差
根據(jù)設(shè)計(jì)原則,落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸,凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸;將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸。
由式2.4.1確定落料凹模的尺寸:
D=(D-x)
查表2.3.3得Z=0.18 mm,Z=0.12 mm;查表2.4.1得,=0.035 mm,=0.025 mm;116 mm為IT14級(jí),取x=0.5;
D=(116-0.5×0.87) mm=115.57 mm
由式2.4.2確定落料凸模的尺寸:
D=(D-Z)
D=(11.57-0.100) mm=115.45 mm
校核:∣∣+∣∣≤Z-Z
0.035 mm+0.025 mm≤0.18 mm-0.12 mm
0.06 mm=0.06 mm (滿足間隙公差要求)
[2]拉深凸、凹模工作部分的尺寸和公差
由于工件要求內(nèi)形尺寸,則以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。凸模尺寸的計(jì)算見式4-26:
D=(d+0.4)
將模具公差按IT10級(jí)選取,則=0.12 mm。
把d=72.7 mm,=0.7 mm,=0.12 mm代入上式,則凸模尺寸為:
D=(72.7+0.4×0.7) mm=72.98 mm
間隙取在凹模上,則凹模的尺寸按式(4-27)計(jì)算,即:
D=(d+0.4+Z)
把d=72.7 mm,=0.7 mm,=0.12 mm代入上式,則凹模尺寸為:
D=(72.7+0.4×0.7+2.2)mm=75.18mm
3.5 凸模通氣孔的設(shè)計(jì)
當(dāng)拉深后的沖件從凸模上脫下來(lái),由于受空氣的壓力而緊緊包在凸模上,致使不易脫下。對(duì)于材料厚度較薄的拉深件,甚至?xí)沽慵T。因此,通常需要在凸模上留有通氣孔,通氣孔的開口高度h應(yīng)大于沖件的高度H,一般?。?H+(5~10)。
通氣孔的直徑不宜過(guò)小,否則容易被潤(rùn)滑劑堵塞氣孔,或因通氣量不夠而使氣孔不起作用。
圓形凸模通氣孔尺寸由表5-16選用直徑為6.5㎜。
通氣孔的開口高度h=31+10=41㎜
圖 3.5.1 通氣孔的結(jié)構(gòu)示意圖
4 模具的總體設(shè)計(jì)
4.1 模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知,采用復(fù)合沖壓,所以模具類型為落料-拉深復(fù)合模。
4.2 定位方式的選擇
擋料裝置的作用是保證毛壞送進(jìn)時(shí)有準(zhǔn)確的定位,保證拉深件輪廓的完整。當(dāng)送進(jìn)材料與擋料裝置的定位面接觸時(shí),即停止送進(jìn)。因?yàn)樵撃>呤褂玫氖菞l料,所以導(dǎo)料采用導(dǎo)料板(本副模具固定卸料板與導(dǎo)料板一體),送進(jìn)步距控制采用擋料銷,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便。
4.3 卸料、出件方式的選擇
模具采用固定卸料,剛性打件,并利用裝在壓力機(jī)工作臺(tái)下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力。
4.4 導(dǎo)向方式的選擇
為了提高模具壽命和工件質(zhì)量,方便安裝調(diào)整,該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
5主要零部件設(shè)計(jì)
5.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
它是直接完成工作要求的一定變形或造成材料分離的零件。本設(shè)計(jì)由于工件形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱,所以模具的工作零件均采用整體結(jié)構(gòu),拉深凸模、落料凹模和凸凹模的結(jié)構(gòu)如圖所示。
為了實(shí)現(xiàn)先落料后拉深,模具裝配后,應(yīng)使拉深凸模的端面比落料凹模端面低。拉深凸模,其長(zhǎng)度L可按下式計(jì)算:
L﹦H+H-H﹦20㎜+65㎜-3㎜=82㎜
式中:H— 凸模固定板的厚度,?。醛?0㎜;
H— 落料凹模的厚度,?。醛?5㎜;
H— 裝配后,拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度,根據(jù)板料厚度大小,決定H﹦3㎜。
材料:T10A 熱處理:56~60HRC
圖5.1.1 拉深凸模
材料:GrWMn 熱處理:工作部分局部淬火,硬度60~64HRC
材料:GrWMn 熱處理:58~64HRC
圖 5.1.3 凸、凹模
凸、凹模因?yàn)樾涂纵^多,為了防止淬火變形,除了采用工作部分局部淬火(硬度58~62HRC)外,材料也用淬火變形小的CrWMn模具鋼。
5.2 定位零件的設(shè)計(jì)
它是用以確定加工材料和毛坯正確位置的零件。
5.2.1 擋料銷的設(shè)計(jì)
直徑D﹦12㎜,d﹦6㎜,高度h﹦2㎜的A型固定擋料銷
擋料銷 A12×6×2 GB2866.11—81
5.2.2 壓邊圈的設(shè)計(jì)
為防止毛坯凸緣在拉深過(guò)程中起皺,通常使用的拉深模應(yīng)帶有壓邊裝置。該設(shè)計(jì)計(jì)算得到t/D=0.0086<0.045(1-m)=0.0162,必須采用壓邊裝置。
5.2.2.1 壓邊裝置的類型 壓邊裝置一般采用壓邊圈
5.2.2.2 壓邊圈結(jié)構(gòu)形式 壓邊圈的形式根據(jù)拉深次數(shù),凹模結(jié)構(gòu)形式,材料厚度的不同而不同,首次拉深一般采用平面壓邊裝置。
5.2.2.3 壓邊圈尺寸及技術(shù)要求
壓邊圈主要是壓邊防皺,與凸模的間隙不能大。根據(jù)材料厚度不同,般壓邊圈與凸模的單邊間隙在0.2~0.5㎜范圍內(nèi)。工件料厚t﹦1㎜,間隙取小值0.2㎜。壓邊圈的外形尺寸與內(nèi)形輪廓尺寸之間的關(guān)系可采用H10∕c10間隙配合。
壓邊圈的工作表面不允許開螺孔,應(yīng)具有足夠的剛度。在工作過(guò)程中能平穩(wěn)的移動(dòng)。壓邊圈與毛坯接觸的一面,要保證毛坯順利流入筒壁。除進(jìn)行車、銑之外,還要在熱處理后進(jìn)行磨削加工。應(yīng)保證粗糙度達(dá)到R0.8um。其余工作表面達(dá)到R06.3~3.2um即可。
首次拉深壓邊圈的內(nèi)孔D,比凸模直徑D大千分之一,即
D=1.001D
將D=72.98㎜代入上式中,可得:
D=1.001×72.98=73.05㎜
壓邊圈的厚度H取20㎜。
得到壓邊圈的結(jié)構(gòu)示意圖如下:
圖5.2.2.1 壓邊圈的結(jié)構(gòu)形式
5.3 卸料、推料及壓料零件的設(shè)計(jì)
它用于夾持毛坯或在沖壓完成后進(jìn)行推料及卸料的零件。在某些情況下,也能起到限位、校整和幫助提高沖件精度的作用。
5.3.1 導(dǎo)料板(固定卸料板)的設(shè)計(jì)
長(zhǎng)度 L﹦160㎜,寬度B﹦40㎜,厚度H﹦16㎜
導(dǎo)料板 160×40×16 JB∕T 7648.5
材料:45
熱處理:調(diào)質(zhì) 28~32HRC
5.3.2 頂桿的設(shè)計(jì)
直徑d﹦16㎜,長(zhǎng)度L﹦125㎜的頂桿
頂桿 16×125 GB2867.3—81
材料:45 GB699—88
熱處理硬度:HRC43~48
為了將工件順利的頂出凸模,需設(shè)計(jì)3~4根頂桿,至少2根。該副模具設(shè)計(jì)4根,以保證工件順利頂出。
5.3.3 打桿的設(shè)計(jì)
直徑d﹦10㎜,長(zhǎng)度L﹦160㎜的A型打桿
打桿 A10×160 GB 2967.1—81
材料:45 GB699—88
熱處理硬度:HRC43~48
5.3.4 推件塊的設(shè)計(jì)
圖5.3.4.1 推件塊的結(jié)構(gòu)示意圖
5.4 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)
它是作為上模在工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向,保證模具上、下部分正確的相對(duì)位置的零件。
為防止裝模時(shí),上模誤轉(zhuǎn)180°裝配,將模架中兩對(duì)導(dǎo)柱與導(dǎo)套作成粗細(xì)不等;
導(dǎo)柱 d∕㎜×L∕㎜分別為35×210,40×210;
導(dǎo)套 d∕㎜×L∕㎜×D∕㎜分別為35×115×43,40×115×43。
5.5 固定零件的設(shè)計(jì)
5.5.1 模柄的設(shè)計(jì)
選用直徑d=30㎜,高度H=88㎜,材料為Q235的B型壓入式模柄。
模柄 B30×88 GB2862-81
5.5.2 上模墊板的設(shè)計(jì)
圖 5.2.2.1 上模墊板的結(jié)構(gòu)示意圖
5.5.3 下模墊板的設(shè)計(jì)
直徑 D﹦200㎜,厚度H﹦10㎜,材料為45鋼的圓形板
墊板 200×10 JB∕T 7643.6
5.5.4 下固定板的設(shè)計(jì)
直徑 D﹦200㎜,厚度H﹦20㎜,材料為45鋼的圓形固定板
墊板 200×20 JB∕T 7643.5
5.6 緊固及其他零件的設(shè)計(jì)
5.6.1 內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)
5.6.1.1 用于固定凸、凹模和上模墊板在模架上保持其固定的位置,選取數(shù)量為4個(gè)
螺釘規(guī)格 公稱長(zhǎng)度 l= 52㎜,性能等級(jí)為8.8級(jí)。
螺釘 GB∕T 70.1 M12×52
5.6.1.2 用于固定導(dǎo)料板(固定卸料板),選用數(shù)量為4個(gè)。
螺釘 GB∕T 70.1 M8×25
5.6.1.3 用于固定凹模、凸模固定板、凸模墊板于下模座,初選用數(shù)量為4個(gè)。
螺釘 GB∕T 70.1 M12×130
5.6.2 圓柱銷的設(shè)計(jì)
5.6.2.1 用于凹模、凸模固定板、凸模墊板、下模座準(zhǔn)確定位,圓柱銷孔裝配時(shí)配作。初選用數(shù)量為2個(gè)。
公稱直徑 d﹦10㎜,公差為m6,公稱長(zhǎng)度l= 95㎜,材料為鋼
銷 GB∕T 119.1 10m10×95
5.6.2.2 用于上模座,上模墊板,凸、凹模準(zhǔn)確定位,圓柱銷孔裝配時(shí)配作。初選數(shù)量為2個(gè)。
銷 GB∕T 119.1 10m10×70
5.7 模架的及其它零部件的選用
5.7.1 模架的設(shè)計(jì)
模具采用中間導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架,可承受較大的沖壓力。
凹模周界:D=250㎜
閉合高度:240~280㎜
上模座的尺寸:250×250×45㎜
下模座的尺寸:250×250×55㎜
5.7.2 模架的技術(shù)要求
5.7.2.1 組成模架的各零件的材料、尺寸、精度、表面粗糙度和熱處理等均需要符合零件的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)要求的規(guī)定。
5.7.2.2 裝入模架的每對(duì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套裝配前需經(jīng)選擇配合,其配合要求應(yīng)符合配合H7∕h6,配合后的間隙為0.007~0.022㎜的規(guī)定.
5.7.2.3 裝配后的模架,其導(dǎo)柱固定端的端面應(yīng)低于下模座底面0.5~1㎜.
5.7.2.4 裝配后的模架,其上模應(yīng)沿導(dǎo)柱上、下移動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)和無(wú)滯住現(xiàn)象.
5.7.2.5 模架的各零件工作表面不允許有影響使用的劃痕、凹痕、浮銹、毛刺、飛邊和微小砂眼、縮孔等缺陷。
5.7.2.6 在保證使用質(zhì)量的情況下,允許用新工藝方法固定導(dǎo)套。
5.7.2.7 模柄的裝配應(yīng)符合如下規(guī)定:
[1]壓入式模柄的公差配合為H7∕m6。
[2]除浮動(dòng)式模柄外,其他模柄裝入上模座后,模柄的軸心線對(duì)上模座上平面的垂直度公差,在全長(zhǎng)范圍內(nèi)不大于0.05㎜。
5.7.3 其它零部件的選用
上模座厚度取45㎜,即H=45㎜
上模墊板厚度取20㎜,即H=20㎜
固定卸料板厚度取20㎜,即H=16㎜
下固定板厚度取20㎜,即H=20㎜
下模墊板厚度取10㎜,即H=10㎜
下模座厚度取55㎜,即H=55㎜
由于此落料—拉深模為非標(biāo)準(zhǔn)形式,需計(jì)算模具閉合高度。其中各模板的尺寸需取國(guó)標(biāo)。所以模具的閉合高度:
H﹦H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H
=(45+20+67+65+20+10+55-34)
= 248㎜
式中:H — 凸、凹,模的高度,H﹦67㎜;
H — 凹模的厚度,H ﹦65㎜;
H — 凹模與下模座的配合長(zhǎng)度,H﹦34㎜。
可見模具的閉合高度小于所選開式雙柱固定壓力機(jī)JA21-35的最大裝模高度280㎜,可以使用。
6 沖壓設(shè)備的選定
設(shè)備工作行程需要考慮工件成形和方便起件,因此,工作行程S≥2.5h=2.5×31.5=78㎜。根據(jù)沖壓工藝總力計(jì)算結(jié)果F=230103.6N并結(jié)合工作行程,初選開式雙柱固定壓力機(jī)JA21-35。
其主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱壓力∕KN 350
滑塊行程∕mm 130
行程次數(shù)∕(次∕min) 50
最大閉合高度∕mm 280
閉合高度調(diào)節(jié)量∕mm 60
滑塊中心線至床身距離∕mm 205
立柱距離∕mm 428
工作臺(tái)尺寸(前后×左右)∕mm 380×610
工作臺(tái)孔尺寸(前后×左右)∕mm 200×290
墊板尺寸(厚度×直徑)∕mm 60×22.5
模柄孔尺寸 (直徑×深度)∕mm 50×70
滑塊底面尺寸(前后×左右)∕mm 210×270
7 模具總裝圖
由以上設(shè)計(jì),可以得到模具總裝圖。為了實(shí)現(xiàn)先落料,后拉深,應(yīng)保證模具裝配后,拉深凸模的端面比落料凹模端面低3㎜。
模具的工作過(guò)程:將條料送入剛性卸料板下的長(zhǎng)條形槽中,平放在凹模面上,并靠槽的一側(cè),壓力機(jī)滑塊帶著上模下行,凸、凹模下表面首先接觸條料,并與頂件塊一起壓住條料,先落料,后拉深;當(dāng)拉深結(jié)束后,上模回程,落料后的條料由剛性卸料板從凸凹模上卸下,拉深成形的工件由壓力機(jī)上的活動(dòng)橫梁通過(guò)推件塊從凸凹模中剛性打下,用手將工件取走后,將條料往前送進(jìn)一個(gè)步距,進(jìn)行下一個(gè)工件的生產(chǎn)。
圖7.1模具的裝配圖
1—上 模 座 2—螺 栓 3—模 柄 4—打桿 5—止轉(zhuǎn)銷
6—上模墊板 7—定位銷 8—導(dǎo)柱 9—導(dǎo)套 10—凸凹模
11—推 件 塊 12—導(dǎo) 料 板 13—螺 釘 14—壓 邊 圈
15—落料凹模 16—下模墊板 17—頂桿 18—凸模 19—螺 釘
8 工作零件的加工工藝
本副模具工作零件都是旋轉(zhuǎn)體,形狀比較簡(jiǎn)單,加工主要采用車削。
8.1 凸模
8.1.1 毛坯的選定
根據(jù)凸模的工作要求,凸模材質(zhì)應(yīng)具有高硬度、高耐磨性,由于工件的尺寸比較大,需要有高淬透性、熱處理變形小的材料,毛坯選用T10A,熱處理后的硬度為56~60HRC。
8.1.2 確定基準(zhǔn)
凸模的工作部分對(duì)裝合部分的同軸度誤差,不得超過(guò)工作部分公差的一半,凸模的端面應(yīng)與中心線垂直,凸模中心線和機(jī)床主軸中心重合,使被加工外圓和孔,端面相對(duì)于中心線而獲得正確位置,則選中心線為定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
8.1.3 擬定加工路線
下料 — 鍛造 — 熱處理 — 車削 — 熱處理 — 磨端面 — 車削 —熱處理—磨削— 鉗工精修 — 檢驗(yàn)
8.1.4 機(jī)械加工工藝過(guò)程
由于回彈等因素在設(shè)計(jì)時(shí)難以準(zhǔn)確考慮,導(dǎo)致凸模尺寸的計(jì)算值與實(shí)際要求值往往存在誤差。因此凸模工作部分的形狀和尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合理,要留有試模后的修模余地。
凸模機(jī)械加工工藝過(guò)程卡見附錄
8.2 凹模
8.2.1 毛坯的選定
根據(jù)凹模的工作要求,凹模材質(zhì)應(yīng)具有高硬度、高耐磨性、高淬透性、熱處理變形小,毛坯選用CrWMn,熱處理后的硬度為58~62HRC。
8.2.2 確定基準(zhǔn)
凹模中心線和機(jī)床主軸中心重合,使被加工外圓和孔,端面相對(duì)于中心線而獲得正確位置,則選中心線為定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
8.2.3 擬定加工路線
下料 — 鍛造 — 熱處理 — 車削 — 熱處理 — 磨端面 — 鉗工劃線 —加工孔 —車削— 熱處理 —磨削— 鉗工精修 — 檢驗(yàn)
8.2.4 機(jī)械加工工藝過(guò)程
由于回彈等因素在設(shè)計(jì)時(shí)難以準(zhǔn)確考慮,導(dǎo)致凸、凹模尺寸的計(jì)算值與實(shí)際要求值往往存在誤差。因此凸、凹模工作部分的形狀和尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合理,要留有試模后的修模余地。
凹模機(jī)械加工工藝過(guò)程卡見附錄
8.3 凸、凹模
8.3.1 毛坯的選定
根據(jù)凸、凹模的工作要求,凸、凹模材質(zhì)應(yīng)具有高硬度、高耐磨性、高淬透性、熱處理變形小,毛坯選用CrWMn,工作部分要求局部淬火,熱處理后的硬度為60~64HRC。
8.3.2 確定基準(zhǔn)
凸、凹模中心線和機(jī)床主軸中心重合,使被加工外圓和孔,端面相對(duì)于中心線而獲得正確位置,則選中心線為定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
8.3.3 擬定加工路線
下料 — 鍛造 — 熱處理 — 車削 — 熱處理 — 磨端面 — 鉗工劃線 —加工孔 —車削— 熱處理 —磨削— 鉗工精修 — 檢驗(yàn)
8.3.4 機(jī)械加工工藝過(guò)程
凸、凹模機(jī)械加工工藝過(guò)程卡見附錄。
9 模具的裝配
9.1 主要組件的裝配
9.1.1 模柄的裝配
因?yàn)檫@副模具的模柄是從上模座的下面向上壓入的,所以在安裝凸模固定板和墊板之前,應(yīng)先把模柄安裝好。
模柄與上模座的配合是H7∕m6,先在壓力機(jī)上將模柄壓入,再加工定位銷孔與螺釘孔,然后把模柄端面突出部分銼平或磨平。安裝好模柄后,用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂直度。
9.1.2 凸模的安裝
凸模與固定板的配合要求是H7∕m6。裝配時(shí),先在壓力機(jī)上將凸模壓入固定板內(nèi),檢查凸模與固定板的垂直度,然后將固定板的下平面與凸模尾部一齊磨平。
9.2 總裝配
模具的主要組件裝配完畢后開始進(jìn)行總裝配。為了使凸模和凹模易于對(duì)中,總裝配必須考慮上、下模的裝配次序,否則,可能出現(xiàn)無(wú)法裝配的情況。
本模具的裝配選凸凹模為基準(zhǔn)件,先裝下模,再裝上模。裝配后應(yīng)保證間隙均勻,落料凹模刃口面應(yīng)高出拉深凸模工作端面3mm,頂件塊上端面應(yīng)高出落料凹模刃口面0.5 mm,以實(shí)現(xiàn)落料前先壓料,落料后再拉深
本模具的落料凹模是裝在下模的,為了便于操作,先裝下模。其裝配過(guò)程如下:
(1)把下模墊板放在下模座上,然后把裝有凸模的下固定板放在下模墊板上,找正其位置后,先在下模座上投窩,加工螺紋孔,然后加工銷釘孔。
(2)在凸模上安裝壓邊圈。
(3)把凹模放在凸模固定板上,找正與下模座對(duì)中的螺釘銷釘過(guò)孔,然后投窩,加工螺釘銷釘孔,裝入螺釘銷釘,擰緊螺釘。
(4)把固定卸料板放在落料凹模上,找正其位置后,加工螺紋孔,然后裝入螺釘并擰緊。
(5)把凸凹模插入固定卸料板內(nèi),固定卸料板與凸凹模之間墊上適當(dāng)高度的平行墊鐵,再把安裝好模柄的上模座放在凸凹模上,將上模座與凸凹模夾緊,并在上模座投緊固螺釘孔和銷釘過(guò)孔窩,拆開后鉆孔。然后放入上模墊板,擰上緊固螺釘。
(6)調(diào)整凸、凹模的間隙,用手錘輕輕敲擊上模墊板的側(cè)面,使凸凹模的位置改變,以得到均勻的間隙。
(7)調(diào)好間隙后加工銷釘孔,裝入銷釘。
(8)安裝其他零件。
(9)試沖與調(diào)整。
(10)打標(biāo)記交付生產(chǎn)使用
9.3 沖裁試沖的缺陷與調(diào)整
模具裝配以后,必須在生產(chǎn)條件下進(jìn)行試沖。沖出的工件按沖壓零件產(chǎn)品圖或試樣進(jìn)行檢查驗(yàn)收。在檢查過(guò)程中,如發(fā)現(xiàn)各種缺陷,則要仔細(xì)分析,找出原因,并對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修理,然后在試沖,知道模具正常工作并得到合格的沖件為止。表9.3.1是沖裁模試沖時(shí)常見的缺陷、產(chǎn)生的原因及調(diào)整的方法。
表9.3.1沖裁模試沖時(shí)的缺陷和調(diào)整
沖模試沖時(shí)的缺陷
產(chǎn)生原因
調(diào)整方法
送料不暢通或調(diào)料被卡死
1、 兩導(dǎo)料板之間的尺寸過(guò)小或有斜度
2、 凸模與卸料板之間的間隙過(guò)大,使搭邊翻扭
根據(jù)情況銼修或重裝導(dǎo)料板
減小凸模與卸料板之間的間隙
刃口相交
1、 導(dǎo)套與導(dǎo)柱配合間隙過(guò)大使導(dǎo)向不準(zhǔn)
2、 導(dǎo)柱、導(dǎo)套等零件的安裝不準(zhǔn)
重裝凸?;?qū)е?
更換導(dǎo)套與導(dǎo)柱
卸料不正常
1、 橡膠的彈力不足
2、 凹模有倒錐度造成工件堵塞
更換橡膠
修整凹模
沖裁件質(zhì)量不好
1、 有毛刺
2、 沖件不平
1、 刃口不鋒利或淬火硬度過(guò)低
2、 配合間隙過(guò)大或過(guò)小
合理調(diào)整凸模和凹模的間隙及修工作不份尺寸
1、凹模有倒錐度
2、頂料桿和工件接觸面過(guò)小
修整凹模
更換頂料桿
9.4 模具的調(diào)試
9.4.1模具調(diào)試的目的
模具試沖、調(diào)整簡(jiǎn)稱調(diào)試,調(diào)試的目的在于:
1、鑒定模具的質(zhì)量。驗(yàn)證該模具生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量是否符合要求,確定該模具能否交付生產(chǎn)使用。
2、幫助確定成形條件和工藝規(guī)程。
3、幫助確定成形毛坯形狀、尺寸及用料標(biāo)準(zhǔn)。
4、幫助確定工藝和模具設(shè)計(jì)中的某些尺寸。
5、通過(guò)調(diào)試,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,解決問(wèn)題,積累經(jīng)驗(yàn),有助于進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)和制造水平。
由此可見,模具調(diào)試過(guò)程十分重要,是必不可少的。但調(diào)試的市價(jià)和試沖次數(shù)應(yīng)盡可能少,這就要求模具設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量過(guò)硬,最好一次調(diào)試成功。在調(diào)試過(guò)程中,合格沖壓件數(shù)的取樣一般應(yīng)在20~1000件之間。
9.4.2沖模的調(diào)試
模具調(diào)試,因模具的類型不同、結(jié)構(gòu)不同,可能出現(xiàn)的問(wèn)題也不同,調(diào)試的內(nèi)容也隨之變化。
沖裁模的調(diào)試要點(diǎn):
1、模具閉合高度的調(diào)試。模具應(yīng)與沖壓設(shè)備配合好,保證模具應(yīng)由的閉合高度和開啟高度。
2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的調(diào)試。導(dǎo)柱、導(dǎo)套要有良好的配合精度,保證模具運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、可靠。
3、凸、凹模刃口的及間隙的調(diào)試。刃口鋒利,間隙均勻。
4、定位裝置的調(diào)試。定位準(zhǔn)確、可靠。
5、卸料及出件裝置的調(diào)試。卸料及出件要暢通,不能出現(xiàn)卡住現(xiàn)象。
設(shè)計(jì)小結(jié)
近年來(lái),由于模具技術(shù)的迅速發(fā)展,模具設(shè)計(jì)已成為一個(gè)行業(yè)越來(lái)越引起人們的重視。畢業(yè)設(shè)計(jì)是為了模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上,所設(shè)置的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目的就是為了運(yùn)用我們所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí),進(jìn)行一次模具設(shè)計(jì)的實(shí)際訓(xùn)練,從而培養(yǎng)和提高我們獨(dú)立工作的能力。其次鞏固與擴(kuò)充《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》等課程所學(xué)的內(nèi)容,掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟。最后也掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本技能,如計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè),熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
沖壓模具設(shè)計(jì)通過(guò)收集資料、工藝分析、工藝計(jì)算、確定沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)、繪制模具總裝配圖、零件圖,最后完善和書寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書,終于完成整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅僅是對(duì)所學(xué)課本理論知識(shí)的總結(jié),相對(duì)的也鍛煉了我的耐心、認(rèn)真態(tài)度以及與同學(xué)和老師的合作精神??墒窃谠O(shè)計(jì)中間也或多或少出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤,畢竟老師上課講的都是理論的東西,在實(shí)際設(shè)計(jì)中還有許多模糊不懂的地方。正因?yàn)槿绱?,在設(shè)計(jì)中的收獲還是挺大的,使我更深刻、更系統(tǒng)的對(duì)沖壓模具的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí),這對(duì)以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來(lái)參加工作做了鋪墊,可謂是為將來(lái)的實(shí)際工作打了個(gè)先鋒。
致謝
本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)期間,得到指導(dǎo)老師——材料工程系模具教研室原紅玲老師的悉心教誨。長(zhǎng)期以來(lái)曾多次得到原紅玲老師的熱忱指導(dǎo)和幫助。在此謹(jǐn)致以誠(chéng)摯的謝意。
本人才疏學(xué)淺、缺乏經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)中一定有不少錯(cuò)誤和不當(dāng)之處。懇請(qǐng)廣大的老師、同學(xué)不吝賜教,誠(chéng)摯希望得到大家的批評(píng)指正。
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[3]方昆凡主編.公差與配合技術(shù)手冊(cè).北京出版社,1998
[4]鄭家賢主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2005
[5]許發(fā)樾主編.模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1994
[6]全國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編.中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1998
[7]馮丙堯、韓泰榮主編.模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè).上??茖W(xué)技術(shù)出版社,
[8]王孝培主編.沖壓手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.2000
[9]肖祥芷、王孝培主編.中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典.江西科學(xué)技術(shù)出版社.
[10]王上游、孫力生主編.模具制造.模具制造雜志社.2006
[11]阮雪榆主編.模具技術(shù).上海報(bào)刊發(fā)行局.2006
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