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冲压模具设计计算
第二章冲压工艺设计和冲压力的计算
2.1冲压件(链轮)简介
链轮三维图如图2.1,材料为Q235,工件厚度3mm,模具精度:
IT13为一般精度。
图2.2零件二维图
零件图如图2.2,从零件图分析,该冲压件采用3mm的Q235钢板冲压而成,可保证足够的刚度与强度。
并可看出该零件的成形工序有落料、冲孔、拉深、翻边,其难点为该成形件的拉深和翻边。
该零件形状对称,无尖角和其它形状突变,为典型的板料冲压件。
通过计算此零件可按圆筒件拉深成形,因其尺寸精度要求不高,大批量生产,因此可以用冲压方法生产,并可一次最终成形,节约成本,降低劳动。
2.2确定冲压工艺方案
经过对冲压件的工艺分析后,结合产品图进行必要的工艺计算,并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序和工序组合方式的基础上,提出各种可能的冲压分析方案101
1)
落料、冲孔、拉深、翻边单工序模具生产。
落料、冲孔复合模,拉深、翻边复合模生产。
落料、冲孔连续进行采用级进模生产,拉深、翻边复合模生产。
落料、冲孔、拉深、翻边复合模生产。
冲压的几种方案
(1)
(2)
(3)
(4)
方案一:
方案二:
动生产率。
方案三:
方案四:
结构简单,需要四道工序,四套模具才能完成工件的加工,成本高。
加工工序减少,节省加工时间,制造精度高,成本相应减少,提高了劳在方案二的基础上加大了制造成本,既不经济又不实惠。
在方案二的基础上又减少了加工工序,又节省加工时间,制造精度高,成本相应减少,又提高了劳动生产率。
一个工件往往需要经过多道工序才能完成,编制工序方案时必须考虑两种情况:
单工序模分散冲压或工序组合采用复合模连续冲压,这主要取决于冲压件的生产批量,尺寸大小和精度等因素。
通过产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作安全以及经济效益等方面的综合分析,比较决定采用方案四。
即:
落料、冲孔、拉深、翻边-成品。
2)各加工工序次数的确定
根据工件的形状和尺寸及极限变形程度可进行以下决定:
落料、冲孔、拉深、翻边各一次。
3)加工顺序决定的原则
(1)所有的孔,只要其形状和尺寸不受后续工序的影响,都应该在平板毛坯上冲出,因为在成型后冲孔模具结构复杂,定位困难,操作也不便,冲出的孔有时不能作为后续工序的定位孔使用。
(2)凡是在位置会受到以后某工作变形影响的孔(拉深件的底部孔径要求不高和变形减轻孔除外)都应在有关的成型工序后再冲出。
(3)两孔靠近或者孔距边缘很小时,如果模具强度足够,最好同时冲出,否则应先冲大孔和一般情况孔,后冲小孔和高精度孔,或者先落料后冲孔,力求把可能产
生的畸变限制在最小范围内。
(4)整形或较平工序,应在冲压件基本成型后进行。
4)成型过程
根据加工顺序的原则,确定成型过程如下:
首先是落料、冲孔,形成精确的外形形状;其次是拉深、翻边,也就是成形过程;最后出来的是成品。
采用这种冲压方案,从模具的结构和寿命考虑,有利于降低冲裁力,提高模具的使用寿命,同时结构简单,操作方便,而且减少了不必要的工序,节省了生产资料,提高了经济效益。
适合加工厂生产,此种方案最合适。
综上所述,确定使用此方案。
2.3工件的毛坯尺寸计算
d小=64-1.0825X1=62.92mm
。
由于工件主要成型的工序是落料、冲孔、拉深和翻边,工件变形量不是很大,可以直接落下工件的实际尺寸,根据《冲压工艺学》可知毛坯大径为:
D=Jd;+4卯=Jl782+4x123x9=190.03mm
链轮要经过四道工序加工成型,按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工,
那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边,然后拉深,最后冲孔和落料。
由于链
轮的翻边高度不大,假设可一次翻边成形。
那么翻边前毛坯上圆孔的初始直径d0为
但零件的精度要求为IT13级,那么毛坯件的尺寸为:
d0=33.7800.39mm
D=190.030o.72mm
那么毛坯形状及尺寸如图2.3所示:
图2.3毛坯形状及尺寸
2.4计算拉深和翻边次数
由于链轮要经过四道工序加工成型,按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工,那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边,然后拉深,最后冲孔和落料。
根据零件的形状和尺寸,其翻边高度不大,假设可一次翻边成形。
那么翻边系数:
K备箸。
.537
h/d和dp/d所决定的点位于曲线下侧,则可一次拉深成形10
根据《冲压工艺学》查表5.5得K,=0.52,于是K>Ki,则能够一次翻边成形。
又链轮的拉深为带法兰圆筒件的拉深,那么首先得判断是否可一次拉深成形,计算得第一次拉深可能达到的值h/d和dp/d分别为0.071和1.413,根据《冲压工艺学》在图4-38中得零件的
2.5确定其搭边值
考虑到成型范围,
材料的机械性能
2)冲件的形状尺寸
应考虑以下因素:
软件、脆件搭边值取大一些,硬材料的搭边值可取小一些。
冲件的形状复杂或尺寸较大时,搭边值大一些。
3)材料的厚度厚材料的搭边值要大一些。
4)材料及挡料方式用手工送料,且有侧压装置的搭边值可以小一些,用侧刃定距的搭边值要小一些。
卸料方式弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。
综上所述,根据《冲压工艺学》确定其搭边值:
两工件间的搭边值:
a1=2.2mm
工件侧面搭边值:
a=2.5mm
条料宽度:
B=D+2a=190+:
22.5=195mm2.6确定排样图2.6.1利用率的计算
在冲压零件的成本中,材料费用占60%以上,因此材料的经济利用是一个重要问
题。
冲裁件在板料上的布置叫排样10]。
合理排样,充分利用材料具有重大的意义,排样的经济程度中材料的利用率K表示为:
(2.1)
ns
K=——x100
Ao
式中K—材料利用率(%;
n—条料上生产的冲件数;
s—每一冲件的面积(mm2;
Ao—条料面积(mm2。
a=2.5mm。
根据以上数据,确定两工件间的搭边值:
ai=2.2mm;工件侧面搭边值:
Ao=(9咒2.2+2x2.5+190咒10)x(190+2咒2.5)=375336mm2
222
s=;ir=兀咒95=28440.4mm
一块板料上冲10个,那么取n=10;则利用率:
1^28440.41
K=X100%=75.77%
375336
2.6.2确定其排样图
根据搭边值,那么排样图如图2.4所示:
图2.4排样图
2.7计算各工序冲压力
Q235板材厚度3mm
12]。
计算公式如下:
(2.2)
链轮冲压力包括落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。
材料材料的抗剪强度t=450MPa,屈服点数值为235MPa。
1)冲裁力
为了合理设计模具和正确选用压力机,就必须计算冲裁力
Po=6Lt
式中
Po
6
—冲裁力(N);
—材料抗剪强度(MPa);
—材料轮廓长度(mm);
t
本次设计中,
一般K取1.3,那么
落料力为:
冲孔力为:
拉深力为:
翻边力为:
其中
—材料厚度(mm)。
冲裁力包括:
落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。
P=1.3Lt违=1.3x596.90x3x450N=1047564.05N
Pc=1.3Lt^=1.3>M02.64x3x450N=180034.57N
PaM^dtcTbKj=兀咒123咒3X450X0.5=260830.73N
Pfb=1.1兀(Dm-dJtcTs=1.1x兀X(66-33.78)X3X235=78497.75Nd拉深毛坯的直径,mm
K――修正系数
K1――拉深系数Dm翻边后竖边的中径,mm
d0――毛坯上圆孔的初始直径,mm材料的屈服点数值,MPa
2)卸料力
(2.3)
卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。
卸料力的计算公式如下:
Px=KxP
则
3)推件力
顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力,一般叫做推件力。
推件力的计算公式如下:
R=nKtP
(2.4)
式中Pt—推件力(KN);
Kt—推件力系数,查表取0.055;
n—卡在凹模里的料的个数n=h/t,其中,h为凹模刃壁垂直部分高度
(mm);t为料厚(mm);
PT=1x0.055x1047564.05=57616.02N
4)顶料力
逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力一般叫做顶料力。
式如下:
PD=KdPc
顶料力的计算公
(2.5)
式中Pd—顶料力(KN;
Kd—顶料力系数,查表取0.06;
Pd=0.06x180034.57=10802.07N,
则根据式2.6得出,总的冲压工艺力为:
F=R+Pc+Rs+Pfb+&+冃+^^5
=1047564.05+180034.57+260830.73+78497.75+52378.20+57616.02+10802.07
=1784941.76N
=1785KN
F=1.3F=2320.42KN。
则复合模选择冲床时的总压力为
第三章落料、冲孔、拉深、翻边复合模的设计
3.1模具零件刃口尺寸计算3.1.1尺寸计算原则
刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素,模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证13]。
生产实践中存在如下问题:
1)由于凸凹模之间存在间隙,使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的,且落料大端尺寸等与凹模尺寸,冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
2)在测量与使用中,落料件是以大端尺寸为基准,冲孔孔径是以小端尺寸为基准。
3)冲裁时,凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦,凸模愈磨愈小,凹模愈磨愈大,结果使间隙愈用愈大。
4)拉深时,凸凹模工作部分的尺寸和拉深方法有关,可查设计资料确定,也可按卡契马列克经验公式计算。
5)圆孔翻边的尺寸计算采用翻边高度计算翻边圆孔的初始直径d0和翻边系数计算可以达到翻边高度。
由此,在决定模具刃口尺寸及其制造公差时,应考虑:
1)落料制件尺寸由凹模尺寸决定,冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时,以凹模为基准,间隙取在凹模上。
2)设计落料模时,凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸;设计冲
孔模时,凸模基本尺寸则应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。
这样在凸凹模磨损
到一定程度的情况下,仍能冲出合格的零件。
凸凹模间隙择取最小合理间隙值。
3)设计拉深、翻边模时,其基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸,这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下,仍能冲出合格的零件。
凸凹模间隙择取最小合理间隙值。
4)确定冲模刃口制造公差时,应考虑制件的精度要求。
根据以上原则:
落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制。
由于此工件属薄板料的冲裁件,因此采用凸凹模配合加工。
3.1.2模具间隙的选择
模具间隙是指凸凹模刃口间缝隙的距离,用C表示,俗称单面间隙。
双面间隙用Z表示。
拉深、翻边V形工件时,凸、凹模间隙是靠调整压力机闭合高度来控制的,不需要在模具结构上确定间隙15]。
以下为落料、冲孔复合模间隙的确定:
1)冲裁间隙对冲裁件质量的影响
冲裁件质量是指切断面质量,尺寸精度及形状误差。
切断面应平直、光洁,即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷。
零件表面应尽量可能平整,即穹弯小。
尺寸应保证不超过图纸规定的公差范围。
当把凸、凹模间隙值控制在一定范围内时,冲件比较平直、光洁、毛刺很小,且所需冲裁力小。
间隙过小时,在断面出现挤长的毛刺。
间隙过大时,材料的弯曲与拉深增大,材料易
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