轮辐侧孔的冷冲压工艺及模具设计.docx
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轮辐侧孔的冷冲压工艺及模具设计
京江学院
JINGJIANGCOLLEGEOFJIANGSUUNIVERSITY
本科毕业论文
Q235钢制轮辐侧孔冲压模具设计
ThePunchingDieDesignofQ235SteelWheelSpokeSideHole
学生学号:
(四号宋体)
学生姓名:
(四号宋体)
专业班级:
(四号宋体)
指导教师姓名:
(四号宋体)
指导教师职称:
(四号宋体)
年月
Q235钢制轮辐侧孔冲压模具设计
专业班级:
XXX姓名:
XX
指导教师:
XXX职称:
XX
摘要:
本设计为一Q235钢制轮辐的冷冲压模具设计,根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求,首先分析零件的工艺性,确定冲裁工艺方案及模具结构方案,然后通过工艺设计计算,确定排样和裁板,计算冲压力和压力中心,初选压力机,计算凸、凹模刃口尺寸和公差,最后设计选用零、部件,对压力机进行校核,绘制模具总装草图,以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。
其中在结构设计中,主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计,对于部分零部件选用的是标准件,就没深入设计,并且在结构设计的同时,对部分零部件进行了加工工艺分析,最终才完成这篇毕业设计。
关键词:
模具冲裁件凸模凹模凸凹模
Q235steelwheelspokesideholepunchingdiedesign
Author
Abstract:
Thedesignforaplateofcoldstampingdiedesign,accordingtothesizeofthedesigncomponents,materials,massproduction,etc.,thefirstpartoftheprocessofanalysistodeterminetheblankingprocessplanninganddiestructureoftheprogram,andthenthroughtheprocessdesigncalculations,determinethenestingandcuttingboard,calculatethepressureandpressurewashedcenters,primarypresses,computingconvexandconcaveDieCuttingEdgedimensionsandtolerances,thefinaldesignselectionofpartsandcomponents,topressforchecking,drawingdieassemblydrawings,aswellasMoldprocessingtechnologyofthemainpartstothepreparationprocedures.Inwhichthestructuraldesign,primarilytothepunchanddie,punchanddie,positioningparts,unloadingandoutofpiecesofequipment,mold,pressingequipment,fasteners,etc.hasbeendesigned,fortheselectionofsomecomponentsarestandardparts,thereisnoin-depthdesign,andstructuraldesign,whilesomepartsfortheprocessingprocessanalysisandultimatelytocompletethisgraduationproject.
Keywords:
moldstampingpartspunchdiepunchanddie
第1章绪言
目前,我国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺,模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命,效率、加工精度、生产周期等方面与发达国家的模具相比差距相当大。
例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型,精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一,更加体现出其特有的优越性。
在现代工业生产中,由于市场竞争日益激烈,产品性能和质量要求越来越高,更新换代的速度越来越快,冲压产品正朝着复杂化,多样化高、性能、高质量方向发展,模具也正朝着复杂化,高效率、高精度、长寿命方向发展。
随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计,依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计(CAD),数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)
技术转变。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD,并陆续开始使用UG、Pro/E、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件,个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件,并且成功应用于冲压模的设计中。
未来冲压模具的发展趋势:
模具行业在今后的发展中,首先要更加关注其产品结构的战略性调整,使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。
我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。
没有产品的需求、产品的更新换代,就没有模具行业的技术进步,也就没有模具产品的上规模、上档次。
如汽车生产中90%以上的零部件,都要依赖模具成型,在电子产品中,冲压件约占80%~85%;在汽车,农业机械产品中,冲压件约占75%~80%;在轻工产品中,冲压件约占90%以上。
此外,在航空及航天工业生产中,冲压件也占有很大的比例。
在珠三角和长三角,为汽车行业配套的模具产值增长达40%左右。
而模具技术水平的高低,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
其次,要积极推进中西部地区模具产业的发展,努力缩小发达地区和不发达地区的差距。
中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。
如陕西、四川、河北等模具生产有了很大的发展,河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓;四川宜宾普什模具有限公司凭借强有力的资金投入,将在未来写下新的篇章。
第三,要积极推进模具企业特别是国有企业的体制的创新,转换经营机制,大力发展混合所有制经济,明确产权和完善法人治理结构。
充分发掘企业发展的内在动力。
要积极推进中、西部地区工业基础较好地区的制造业大中型企业主辅分离,使其模具车间、分厂在不太长的时间里,采用多种有效实现形式,转换机制,大力发展产权明晰、独立自主经营,适应市场运作和模具生产快速反应的现代专业模具企业,培养能代表行业水平的“龙头”企业,带动地区产业链的发展。
1.1材料的工艺分析
冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程。
工件名称:
Q235钢制轮辐工件简图:
如图1.1所示生产批量:
大批量材料:
Q235厚度:
4mm工件精度:
IT14
图1.1工件简图
1.2材料选择
根据表1.1,Q235为碳素结构钢,具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性,主要用于工程结构和受力较小的机械零件。
综合评比均适合冲裁加工。
1.3工件结构形状
工件结构形状相对简单,属轴对称结构,除有一个孔,其余皆为直线,孔与边缘之间的距离也满足要求,可以冲裁。
零件图上所注公差经查标准公差表1.2为IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析:
该零件冲裁工艺性较好,适宜冲裁加工。
查公差表得各尺寸公差:
零件内形:
50
mm
表1.1黑色金属的力学性能
材料名称
材料牌号
材料状态
极限强度
伸长率
屈服强度
弹性模量E/MPa
抗剪
抗拉
碳素结构钢
Q235
已退火的
216-304
275-383
32
177
08
255-353
324-441
32
196
186000
10F
216-333
275-412
30
186
10
255-333
294-432
29
206
194000
15F
245-363
314-451
28
15
265-373
333-471
26
225
198000
20F
275-383
333-471
26
225
196000
2O
275-392
353-500
25
245
206000
25
314-432
329-539
24
275
198000
30
353-471
441-588
22
294
197000
35
392-511
490-637
20
314
197000
40
412-530
511-657
18
333
209000
45
432-549
539-686
16
353
200000
50
432-569
539-716
14
373
216000
表1.2部分标准公差值(GB/T1800.3—1998)
公差等级
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm/mm
>3~6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
>6~10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
>10~18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
>18~30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
>30~50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
>50~80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
>80~120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
从表1.1中查出Q235
抗拉强度:
σ=275~383Mpa
抗剪强度:
τ=216~304Mpa
伸长率:
δ=32%
分析其力学性能较好,故选择Q235材料。
第2章冲裁工艺方案的确定
该零件的材料为Q235钢,较软的碳素钢,强度硬度很低,而韧性较高,有好的深冲、弯曲等冷加工性能性能。
且该零件形状简单,弯曲半径大于材料允许的最小弯曲半径,可以考虑采用复合冲压的形式。
该零件尺寸较小,因此加工精度较高,但一般冲压都能满足其尺寸精度的要求。
综合以上分析,得出的结论是:
该零件工艺性能较好,适于冲压。
方案:
落料拉深——冲¢214mm中心孔,冲8个¢32的底孔——冲8个¢50的侧孔
该方案工序合理,步骤符合工件形状要求,生产效率不高,模具的操作复杂
通过对工件的工艺分析,确定工作的重点主要集中在模具工作部分零件的设计(例凸模,凹模,凸凹模),各种固定板的设计和相关尺寸的计算和校核。
设计前后工序的关联性以及模具的关联性,合理安排工序,尽量使模具的结构更紧密,同时在模具的设计过程中还要考虑到所设计的零件的课加工性,要尽量多的选用标准件,达到规范化设计的要求成为此毕业设计的难点。
第3章模具总体设计
3.1模具类型的选择
经分析,工件尺寸精度要求不高,形状较简单,但工件产量较大,根据材料厚度,为保证冲模有较高的生产率,通过比较,决定实行工序集中的工艺方案,弹性卸料装置的倒装复合模具结构方式。
3.2操作与定位方式
一、操作方式
零件的生产批量较大,但合理安排生产可用手工送料方式,提高经济效益。
二、定位方式
因为导料销和挡料销结构简单,制造方便。
且该模具采用的是条料,根据模具具体结构兼顾经济效益,控制条料的送进方向采用导料销,控制送料步距采用固定挡料销。
3.3卸料、出件方式
一、卸料方式
刚性卸料与弹性卸料的比较:
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大,单边间隙取(0.2~0.5)t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用,主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用,冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择(0.1~0.2)t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时,二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模。
工件平直度较高,料厚为4mm,卸料力不大,由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便,操作者可以看见条料在模具中的送进动态,且弹性卸料板对工件施加的是柔性力,不会损伤工件表面,故可采用弹性卸料。
二、出件方式
因采用倒装复合模生产,故采用弹性上出件。
3.4确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机,采用横向送料方式,即由右向左送料。
3.5确定导向方式
采用后侧导柱模架。
由于前面和左右不受限制,送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧,工作时,偏心距会造成导套导柱单边磨损,严重影响模具使用寿命,且不能使用浮动模柄。
第4章模具工艺参数确定
一、计算冲压件面积、周长
因为该工件图由多段圆弧组成,计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度,计算面积也需要准确的找到切点,诸多因素采用人工计算时计算量较大,因此采用三维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长(如图5.3)。
第5章计算冲压力与压力机的初选
计算冲裁力是为了选择合适的压力机,设计模具和检验模具的强度,压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适宜冲裁的要求,普通平刃冲裁模,其冲裁力
一般可以按下式计算:
Fp=KpLtτ=Lt(6.1)
式中τ——材料抗剪强度(MPa);
L——冲裁周边总长(mm);
t——材料厚度(mm);
系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损,凸模与凹模间隙之波动,取Kp=1.3。
5.1冲裁力Fp的计算
据图5.3可得一个零件内外周边之和L=3.14X50mm。
查碳素结构钢的力学性能表知:
Q235的抗剪强度τ取350Mpa,制件厚度t=4mm,则
根据公式(6.1):
Fp=KpLtτ
≈285.88(KN)
5.2卸料力Fq1的计算
Fq1=KxFp(6.2)
式中Kx——卸料力系数,查表6.1取Kx=0.05。
根据公式(6.2):
Fq1=KxFp
=0.05×59.5(KN)
≈2.975(KN)
表6.1卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
kt
Kd
钢
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
>6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
5.3顶件力Fq2的计算
Fq2=KdFp(6.3)
式中Kd——顶件力系数。
查表6.1得Kd=0.06.
根据公式(6.3):
Fq2=KdFp
=0.06×59.5(KN)
≈3.57(KN)
5.4总的冲压力F的计算
根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2
=59.5+2.975+3.57
=66.045(KN)
选用的压力机公称压力P≥(1.1~1.3)F,取系数为1.3,则:
P≥1.3F=1.3x66.045(KN)=85.86(KN)。
5.5压力机的初选
冲裁时,压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
冲压设备属锻压机械。
常见的冷冲压设备有机械压力机。
表6.2部分常用开式压力机的主要技术参数
技术参数
单位
型号
J23-4
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-63
J23-100
滑块公称压力
KN
40
63
100
160
250
630
1000
滑块行程次数
次/mm
200
160
135
115
100
70
70
最大闭合高度
mm
160
170
180
220
250
360
360
闭合高度调节量
mm
35
40
50
60
70
90
90
立柱间距
mm
100
150
180
220
260
250
250
滑块地面尺寸
左右
mm
100
140
170
200
300
300
前后
mm
90
120
150
180
340
340
模柄孔尺寸
直径
mm
30
50
深度
mm
50
70
垫块厚度
mm
35
40
50
60
70
80
90
最大倾斜角
°
45
35
30
工作台尺寸
左右
mm
280
315
360
450
560
630
710
前后
mm
180
200
240
300
360
420
480
根据冲压力的计算和压力中心的计算,选择开式压力机的型号为J23-10。
第6章模具压力中心的确定
模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置,为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
否则,会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大磨损,模具导向零件加速磨损,降低了模具和压力机的使用寿命。
模具的压力中心,可按以下原则来确定:
1.对称零件的单个冲裁件,冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
2.工件形状相同且分布对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3.各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力作用点的坐标位置0,0(x=0,y=0),即为所求模具的压力中心。
其中
、
、
………
分别为各冲裁周边长度。
图7.1压力中心
按比例画出零件形状,选定坐标系XOY。
计算出零件压力中心为(0,0)
第7章冲裁模间隙的确定
7.1冲裁间隙Z
指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸DT的差值(如图8.1),是设计模具的重要工艺参数。
图8.1冲裁间隙
7.2冲裁间隙分析
一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值,差值越小,则精度越高,这个差值包括两方面的偏差,一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差,二是模具本身的制造偏差。
二、间隙值的确定
凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。
设计模具时一定要选择合理的间隙,以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求,所需冲裁力小、模具寿命高,但分别从质量,冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值,只是彼此接近。
考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙,只要间隙在这个范围内,就可以冲出良好的制件,这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin,最大值称为最大合理间隙Zmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大,故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。
对于尺寸精度,断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值,对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件,应以降冲裁力、提高模具寿命为主,可采用较大的间隙值。
由于理论法在生产中使用不方便,所以常采用查表法来确定间隙值。
根据间隙表8.1查得材料Q235的最小双面间隙Zmin=0.880mm,最大双面间隙Zmax=0.640mm
表8.1部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙
材料厚度
08、10、35、09Mn2、Q235
40、50
16Mn
65Mn
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
小于0.5
较小间隙
0.5
0.04
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
1.0
0.100
0.140
0.100
0.140
0.100
0.140
0.90
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
2.5
0.360
0.500
0.380
0.540
0.380
0.540
3.0
0.460
0.640
0.480
0.660
0.480
0.660
4.0
0.640
0.880
注:
08钢冲裁皮革、石棉和纸板时,取间隙的25%。
第8章凹、凸模刃口尺寸的计算
8.1刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度,模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。
正确确定模具刃口尺寸及制造公差,是设计冲裁模关键环节。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则:
1.落料件尺寸由凹模尺寸决定,冲孔尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时,以凹模为基准,间隙取在凸模上;设计冲孔模时,以凸模尺寸为基准,间隙取在凹模上。
2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损,设计落料凹模时,凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸;设计冲孔模时,凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。
3.确定冲
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