毕业设计论文汽车车门扇形齿板精冲模具设计.docx
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毕业设计论文汽车车门扇形齿板精冲模具设计
南京农业大学工学院
课程设计
课程名称:
冲压模课程设计
题目名称:
扇形齿板冲压模课程设计
专业班级:
材控03班
学号:
19310111
学生姓名:
许水波
指导导师:
聂信天夏荣霞史立新徐秀英
2013年10月28日--2013年11月8日
1.课题分析········································2
1.1.课题来源·······························2
1.2.设计内容························2
1.3.工作步骤的拟定··················2
2.制件分析···························3
2.1.工艺分析·······················3
2.2.方案制定························3
2.3.工艺尺寸计算····················4
3、精冲工艺的力能参数························4
4、模具的结构设计·····························7
4.1凸模、凹模和凹凸模结构的设计················7
4.2确定模具的结构形式·····················7
4.3卸料与出料装置·······················8
5、模具零件的选用与设计···················9
6、模具的校核························13
7、总结·····························16
8、参考文献···························16
1课题分析
1.1课题来源
加工件是一扇形齿板,如图1所示,它是汽车车门玻璃升降器的重要传动零件,它的齿形精度、断面质量和平面度,对玻璃升降器的传动精度、传动平稳性和耐用度等都有很大影响。
由于使用普通冲孔落料技术冲压出来的产品有精度低、断面质量差的问题,所以进行技术改进,设计精冲方案进行生产。
该板材料45号钢,厚度2mm,齿板外形尺寸精度为IT10级。
图1-1加工件零件图
1.2设计内容
根据零件图的要求,设计出加工该零件的精冲复合模具,该模具需要完成外形和孔的精冲并满足精度要求。
该设计需要运用冲裁模具设计和精密冲裁的知识,合理运用。
具体要求如下:
(1)设计出生产该扇形齿板的冲裁模具;
(2)按照国家标准用AutoCAD软件绘制模具装配图以及非标准零件图;
(3)撰写说明书,用图片和文字结合说明,并注明计算公式的出处;
1.3工作步骤的拟定
通过对课题的研究和查找相关的资料,笔者拟定了整个设计过程中模具设计部分的设计方案,设计步骤如下:
(1)凹模、凸模和凹凸模结构的设计;
(2)计算凸模和凹模的刃口尺寸;
(3)选择模具的正倒装结构;
(4)确定卸料和出件方式;
(5)选择标准模架;
(6)对凸模进行校核;
2制件分析
2.1工艺分析
从产品的使用要求来看,扇形齿板的外形主要是要保证齿形部分的精度和光洁度,因为它是直接影响传动精度的。
在扇形齿板的四个孔中,主要是要保证φ13孔和φ2.25孔的位置精度,因为他们对装配精度有影响。
精冲工艺不用于普通冲压工艺。
精冲需要三重动作和压力,除主冲裁力外,还需要有齿圈压板压力和反压板压力,从而使变形区内外,上下形成三向压应力,并在近似于纯剪切状态下成形。
本文论述了采用通用压力机与液压模架、精冲模具组合的方式来实现精冲工件的目的,即靠压力机提供主冲裁力,通过液压模架上的两个液压缸获得齿圈压板压力和反压板压力,从而达到精冲的三重动作和压应力的要求,完成图1中所示扇形齿板的精密冲裁。
2.2方案制定
零件需要加工外形(齿板)和4个孔,用精密冲裁满足要求。
初拟的几个方案如下:
方案一:
先落料,再冲孔,采用单工序模进行生产。
方案二:
落料—冲孔复合冲压,采用复合模进行生产。
方案三:
冲孔—落料连续冲压,采用级进模进行生产。
方案一模具结构简单,但需要两道工序,两套模具,生产效率低,且两次定位难以满足精度要求,生产效率低。
方案三使用级进模,级进模的结构复杂,制造精度高,成本高,且同样有多次定位误差,不太合适。
个人比较倾向于方案二,用复合模进行生产可以提高生产效率,该零件精度要求较高,用复合模也可以满足要求。
2.3工艺尺寸计算
2.3.1毛坯尺寸
根据图1计算,得长度方向为164mm,宽度为95mm,厚度为2mm。
φ164.5扇形弧长:
L=π×d×θ/360=π×164.5×158/360=226.70mm
φ13孔周长:
L1=π×d=π×13=40.82mm
φ15孔周长:
L2=π×d=π×15=47.1mm
φ2.25孔周长:
L3=π×d=π×2.25=7.07mm
扇形边缘边长:
L4=85.48mm
2.3.2排样
排样搭边确定,采用直排。
根据参考文献[1]表11-1得x=4.5,y=5.5。
(x表示侧边距,y表示相邻两工件间距。
)
3精冲工艺的力能参数
3.1精冲工艺力的计算
精冲工艺过程是在压边力,反压力和冲裁力三者同时作用下进行的,这三个力对模具设计和保证工件质量以及提高模具寿命具有重要意义。
根据参考文献[1]p91~95的内容,分别计算冲裁力,压边力,反压力,总压力以及卸料力和顶件力。
3.1.1冲裁力
冲裁力P1大小取决于冲裁内外周边的总长度,材料的厚度和抗拉强度。
可按参考文献[1]p92由Timmerbeil提出的经验公式计算:
P1=f1Lttσb(2-1)
式中f1—系数,取决与材料的屈强比
Lt—内外周边的总长(mm)
t—材料厚度(mm)
σb—材料的抗拉强度(N/mm2)
其中Lt=L+L1+L2+L3+2×L4=775.35mm
t=2mm
σb=550N/mm2
考虑到精冲时由于模具的间隙小,刃口有圆角,材料处于三向受压的应力状态和一般冲裁相比提高了变形抗力,因此f1根据参考文献[1]图6-2取0.9。
故冲裁力为:
P1=0.9×775.35×2×550=1150KN(大约115T)
3.1.2压边力
V型环压边力的作用有三:
防止剪切区以外的材料在剪切过程中随凸模流动;
夹持材料,在精冲过程中是材料始终和冲裁方向垂直而不翘起;
在变形区建立三向受压的应力状态。
因此压边力对于保证工件剪切面质量,降低动力小号和提高模具的使用寿命有密切关系。
可以按照参考文献[1]p93经验公式计算:
P2=f2Le×2hσb(2-2)
式中f2—系数,取决于σb;
Le—工件外周边长度(mm);
h—V形齿高(mm);
σb—材料的抗拉强度(N/mm2)
其中Le=624mm;
h=0.8mm;
σb=550N/mm2
f2根据参考文献[1]表6-1查得取1.8。
故压边力为:
P2=1.8×624×0.8×550=494KN(大约49T)
3.1.3反压力
反压板的反压力也是影响精冲件质量的重要因素,它主要影响工件的尺寸精度,平面度,塌角和孔的剪切面质量。
反压力可以根据参考文献[1]p93经验公式计算:
P3=20%P1(2-3)
故反压力为:
P3=20%×1150=230KN(大约23T)
3.1.4总压力
工件完成精冲所需的总压力Pt是选用压力机的主要依据,根据参考文献[1]p94
PT=P1+P2'+P3(2-4)
式中P1—冲裁力(N);
P2'—保压压边力(N);
P3—反压力(N)
由于在实践过程中发现V形环压边圈压入材料所需的压边力P2,远远大于精冲过程中为了保证工件剪切面质量要求V形环压边圈保持的压力P2',一般P2'只有P2的30%~50%。
故保压压边力:
P2'=(30%~50%)P2=200KN(大约20T)
故总压力为:
PT=P1+P2'+P3=1150+200+230=1580KN(大约158T)
3.1.5卸料力和顶件力
精冲完毕,在滑块回程过程中不同步的完成卸料和顶件。
压边圈将废料从凸模上卸下,反压板蒋工件从凹模中顶出。
卸料力P4和顶件力P5可以按参考文献[1]p95经验公式计算:
P4=5%~10%P1=115KN(大约11.5T)(2-5)
P5=5%~10%P1=115KN(大约11.5T)(2-6)
4模具的结构设计
4.1凸模、凹模和凹凸模结构的设计
4.1.1凸模的结构形式
根据参考文献[3]p83表2-43选择凸模的结构形式,在经过比较之后,选择刚度好,便于装配,固定方便的圆形凸模B,如图4-1所示
图4-1凸模结构图
4.1.2凹模的结构形式
该凹模的作用是与凹凸模一起,冲裁出该扇形齿板的外形。
结构如图4-2所示。
图4-2凹模结构图
4.1.3凹凸模结构
凹凸模需要同时与凸模以及凹模配合工作,来完成对齿板外形的冲裁和内部孔的冲裁。
4.2确定模具的结构形式
因为制件的生产批量较大,选择复合模具和级进模都可以完成,但考虑到加工要求和设计的难度,所以采用复合模。
根据制件的尺寸和精度要求,齿板外形精度为IT10级,表面粗糙度值为Ra0.6微米,外形尺寸精度和表面质量要求都比较高,且整个零件表面要求平整光滑,断面质量要求良好。
这种条件下,复合模是最合适的加工方法,其他的加工方式都难免会有不足之处。
精冲模具的结构,有固定凸模式和活动凸模式两种。
对于在普通压力机上加液压模架的精冲,一般选择固定凸模式结构,即凹模和凸模装在下底板上。
这种结构受力平衡,但因精冲后制件,条料和冲孔废料都留在了模子上,操作不便。
因此,根据产品的使用个要求,决定只对外形精冲,对孔做一般冲孔来处理。
这样可以将固定凸模式结构倒过来装,冲孔废料可以从下面漏出,操作方便又安全,如图4-4所示。
倒装模具结构的优点:
(1)采用弹压卸料装置,使冲制出的工件平整,表面质量好。
(2)采用打料杆将制件或者废料冲凹模孔中打下,因而制件或废料不在凹模孔内积聚,可以减少制件或废料对孔的涨力。
从而可以减少凹模壁厚,使凹模的外形尺寸缩小,节省模具的材料。
(3)制件或废料不在凹模孔内积聚,可以减少制件或废料对刃口的磨损,减少凹模的刃磨次数,从而提高了凹模的使用寿命。
(4)制件或者废料不再凹模内积聚,因此也就没有必要加工凹模的反面孔(出料孔)。
可以缩短模具的制作周期,降低模具的加工费用。
由于所选用的倒装结构是将凹凸模装在下模座上,所以不用考虑落料的废
料如何排出的问题,只需要考虑如何将制件和冲孔废料如何从凸模和凹凸模上卸下的问题。
这些问题已经通过精冲模具的常用方式解决。
4.3卸料与出料装置
精冲完成后,上模上行,下液压缸通过托杆,齿圈压板将条料从凹凸模上退出,上液压缸通过推杆和反压板将制件从凸模和凹模中顶出。
废料从凹凸模的孔中通过下模板的废料槽排出。
5模具零件的选用与设计
5.1模具零件的选用与设计
根据工件的加工特点,有冲孔φ13,冲孔2-φ15,冲孔φ2.25和齿板外形的精冲。
5.1.1固定板
上模固定板选用参考文献[3]p116~117表2-65矩形固定板,选取JB/T7643.2中的标准模版,有关数据315×250×28。
下模固定板选用参考文献[3]p116~117表2-65矩形固定板,选取JB/T7643.2中的标准模版,有关数据2
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- 毕业设计 论文 汽车 车门 扇形 齿板精冲 模具设计