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容易实现生产的自动化特点。
设计出正确合理的模具不仅能提高产品质量、生产率、使用寿命,还可以提高产品经济效益。
在进行模具设计时,必须清楚零件的加工工艺,设计出的零件要能加工、易加工。
充分了解模具各部分作用是设计者进行模具设计的前提,新的设计思路必然带来新的模具结构。
1,冲裁件工艺性分析
工件名称:
圆形垫圈
工件简图:
如图1-1所示
生产批量:
大批量
材料:
45钢
材料厚度:
1.5mm
1.1材料
查表得之:
45钢为普通碳素结构钢,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。
1.2工件结构形状
工件结构形状相对简单,成中心对称,只有一个的孔,孔与边缘的距离也满足要求,可以冲裁。
2,冲裁工艺方案的确定
方案一:
先冲孔,后落料。
单工序模生产。
方案二:
冲孔——落料复合冲压。
复合模生产。
方案三:
冲孔——落料级进冲压。
级进模生产。
分析各工序有:
方案一模具结构简单,制造周期短,制造简单,但需要两副模具,成本高而生产效率低,冲压精度低,难以满足大批量生产的要求。
方案二制造精度和生产效率较高,但是定位精度低于方案三。
方案三只需要一套模具,提高了生产率,有利于实现生产的自动化,模具轮廓尺寸较大,制造复杂,成本较高,但是模具使用寿命长,有利于大批量生产。
通过对上述三种方案的综合比较,选用方案三为该工件的冲压生产方案。
3,模具的总体设计
3.1模具类型的选择
经分析决定采用连续模进行生产。
3.2操作与定位方式
3.2.1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。
3.2.2定位方式
因为导料销和固定挡料销结构简单,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
3.3.1卸料方式
3.3.2出件方式
因采用倒装复合模生产,故采用下出件为佳。
3.4确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机,采用纵向送料方式,即由前向后送料。
3.5确定导向方式
方案一:
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二:
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。
方案三:
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件,以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四:
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上,导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式,为提高模具寿命和工件质量,采用后侧导柱的导向方式,即方案一最佳。
4模具设计计算
4.1排样计算条料宽度、确定步距、计算材料利用率
4.1.1排样方式的选择
有废料排样沿冲件外形冲裁,在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证,因此冲件精度高,模具寿命高,但材料利用率低。
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响,冲件质量差,模具寿命较方案一低,但材料利用率稍高,冲模结构简单。
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些,但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较,综合考虑模具寿命和冲件质量,该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
4.1.2计算条料宽度
搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,以保证零件质量和送料方便。
搭边过大,浪费材料。
搭边过小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值通常由经验确定,根据零件形状,工件之间搭边值a=2mm,工件与侧边之间搭边值a1=1.5mm,条料是有板料裁剪下料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,小偏差为负值—△
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;
a—冲裁件之间的搭边值;
△—板料剪裁下的偏差;
所以条料宽度在33.5~34mm。
4.1.3确定步距
送料步距S:
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距,每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关,是决定挡料销位置的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是,最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值;
最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料,并有一定的间隙。
送料步距S
S=15mm+15mm+1.5mm
=31.5(mm)
4.1.4计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率,它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
η=A/BS×
100%
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积;
B—条了宽度;
S—步距;
4.2冲压力的计算
4.2.1冲裁力的计算
用平刃冲裁时,其冲裁力F一般按下式计算:
F=KLtτb(公式5-3)
式中 F—冲裁力;
L—冲裁周边长度;
t—材料厚度;
τb—材料抗剪强度;
K—系数,系数K是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀,刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数,一般取K=1.3。
查表取τb=350Mpa
所以
F=KLtτb
=1.3*3.14*(15+30)*350*1.5
=96.5KN
4.2.2卸料力、推料力的计算
卸料力FX
FX=KXF(公式5-5)
推料力FT
FT=nKTF(公式5-6)
n~梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t);
h~直刃口部分的高(mm);
t~材料厚度(mm)
FX=KXF
=0.045*96.5=4.34KN
(KX、KT为卸料力、推件力系数,其值查表可得)
FT=nKTF
=4×
0.055×
96.5
=21.23KN
所以总冲压力
FZ=F+FX+FT=96.5+4.34+21.23
=122.07KN
根据冲压力计算结果拟选压力机规格为J23—16。
4.3模具压力中心的确定
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
为了确保压力机和模具正常工作,应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合,否则,会使冲模和力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨之间产生过大的摩擦,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。
该零件为中心对称图形,其几何中心即为压力中心。
4.4工作零件刃口尺寸计算
4.4.1冲裁间隙分析
1)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。
2)间隙对模具寿命的影响
模具寿命受各种因素的综合影响,间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一,冲裁过程中,凸模与被冲的孔之间,凹模与落料件之间均有摩擦,而且间隙越小,模具作用的压应力越大,摩擦也越严重,所以过小的间隙对模具寿命极为不利。
而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小,并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制,出现间隙不均匀的不利影响,从而提高模具寿命。
3)间隙对冲裁工艺力的影响
随着间隙的增大,材料所受的拉应力增大,材料容易断裂分离,因此冲裁力减小。
通常冲裁力的降低并不显著,当单边间隙在材料厚度的5~20%左右时,冲裁力的降低不超过5~10%。
间隙对卸料力推料力的影响比较显著。
间隙增大后,从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的15~25%左右时的卸料力几乎为零。
但间隙继续增大,因为毛刺增大,又将引起卸料力、顶件力迅速增大。
4)间隙值的确定
由以上分析可见,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。
因此,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Cmin,最大值称为最大合理间隙Cmax。
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Cmin。
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。
根据近年的研究与使用的经验,在确定间隙值时要按要求分类选用。
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。
经验公式;
软材料:
t<1mm,C=(3%~4%)t
t=1~3mm,C=(5%~8%)t
t=3~5mm,C=(8%~1%)t
硬材料:
t<1mm,C=(4%~5%)t
t=1~3mm,C=(6%~8%)t
t=3~8mm,C=(8%~13%)t
4.4.2落料凹、凸模刃口尺寸计算
该制件外形为一正六边形,相对较复杂,适合采用凸凹模配作加工。
配作法加工的特点是模具的间隙由配做保证,工艺比较简单,无需较核[δT+δA]≤Zmax—Zmin的条件,并且还可以放大基准件的制造公差,使制造容易,所以采用配作法加工。
落料凹模刃口磨损后,刃口尺寸只有一种变化,全部变大。
其刃口尺寸一般按下式计算。
AA=(Amax-x△)0+0.25△
式中Amax—垂直于送料方向的凹模刃口间的最大距离;
x—凹模磨损系数;
△—刃口制造公差;
1)凹模刃口尺寸计算
基本尺寸30、15,按IT12级将其转化为300-0.25、150-0.25。
查表得x=0.4。
A1=(30-0.4×
0.25)0+0.25×
0.25
=29.90+0.06(mm)
将A1、A2转化为整数尺寸:
2)落料凸模刃口尺寸计算
制件精度不高,为IT12级,确定刃口间隙时主要考虑模具寿命,故应该取较大间隙。
查表得:
Zmax=0.360mmZmin=0.246mm
Z=Zmax=0.360mm
落料凸模刃口尺寸
B1=300-0.3
4.4.3冲孔凸模、凹模尺寸计算
该制件只有一个圆形的孔,适宜采用凸、凹模分开加工。
其尺寸计算公式:
dT=(dmin+x△)0-δT(式5-8)
dA=(dT+Zmin)+δA0(式5-9)
查表5-4、5-5得:
δA=0.020mmδT=0.02
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