无凸缘圆筒形件落料拉深复合模具设计文档格式.docx
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圆筒形件的毛坯为圆形板料,可以通过落料获得。
工件的形状满足拉深的工艺要求,可用落料获得的圆形板料进行拉深,拉深成为内径为①72.7泸mm、内圆角r为8mm的无凸缘圆筒,工件总高度尺寸29.5mm可在最后进行一道修边工序达到要求。
自
匚件底部圆角半径r=8mm,大丁•拉深凸模圆角半径r凸二4~6mm(见
表4-3,首次拉深凹模的圆角半径r凹=6t=6mm,而r凸=(0.6〜l)i•凹=4〜
+07
6mm,r>
r凸,满足首次拉深对圆角半径的要求。
尺寸①72.7«
mm,按公差表查的为IT14级,满足拉深工序对工件公差等级的要求。
⑷⑶
综上所述,该工件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺要求,工件的拉深工艺性较好。
该工件在满足冲压工艺性要求的前提下,采用的冲压基本工序是落料、拉深。
1.2冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、拉深两个基本工序,根据分析,冲压该工件可以有以下三种方案:
方案一:
先落料,后拉深。
采用单工序模生产。
方案二:
落料一拉深复合冲压。
采用复合模生产。
方案三:
拉深级进冲压。
采用级进模生产。
方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生产的要求。
方案二只需一副模具,生产效率高,尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。
方案三也只需一副模具,生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作不方便。
通过对上述方案的分析比较,该件若能一次拉深,则其冲压采用方案二为佳。
山
2模具的设计要点
在设计模具时,由于拉深工艺的特殊要求,除了应考虑到及其他模具一样的设计方法及步骤外,还需要考虑到如下特点:
1)拉深圆筒形件时,应考虑到料厚、材料、模具圆角半径r凹、
r凸等情况,根据合理的拉深系数确定拉深工序。
拉深工艺的计算要求有较高的准确性,从而拉深凸模长度的确定必须满足工件拉深高度的要求,且在拉深凸模上必须有一定尺寸要求的通气孔。
2)要分析成形件的形状,尺寸有没有超过加工极限的部分。
拉深凸模长度比较长时,选用凸模材料必须考虑热处理时的弯曲变形,同时需注意凸模在固定板上的定位,紧固的可靠性。
3)设计落料一拉深复合模时,由于落料凹模的磨损比拉深凸模的磨损要来的快,所以落料凹模上应预先加大磨损余量。
普通落料凹模应高出拉深凸模约2~6mm。
4)因回弹、扭曲、局部变形等的缺陷所产生的弹性变形难于保证零件形状的精度,此时应采取相应的改进措施。
5)对于形状复杂的零件,很难计算出准确的毛坯形状和尺寸。
因此,在设计模具时,往往先做拉深模,经试压确定合适的毛坯形状和尺寸再制作落料模,并在拉深模上定形的毛坯安装定位装置,同时要预先考虑到使后面工序定位稳定的措施。
3主要工艺参数的设计计算
3.1毛坯尺寸计算
按中性层计算尺寸,h=(29.5-0.5)mm二29mm,d二(72.7+0.35+1)mm=74mm0工件的相对高度h/d=29mm/74mm=0.4。
根据相对高度从表4-3中查的修边余量厶h=2mmo
查得无凸缘圆筒形件拉深工件的毛坯尺寸计算公式为:
D=如+4加一1.72加-0.56厂2
将d=74mm,H=h+Ah=(29+2)mm=31mm,r=(8+0.5)mm=8.5mm代入上式,即得毛坯的直径为:
D=7742+4x74x31-1.72x8.5x74-0.56x8.52mm=116mm
3.2判断拉深次数⑷
匚件总的拉深因数m=d/D=74mm/116mm=0.64mmo毛坯的相对厚度t/D=1mm/116mm=0.0086。
用式(4-33)判断拉深是否需要压边。
因0.045(1-m)=0.045X(1-0.64)=0.0162,而t/D=0.0086<
0.045(1—m)=0.0162,采用压边圈并加以合理的压边力对拉深有利,可以减小m。
故需加压边圈。
由相对厚度可以从表4-2中查得首次拉深的极限拉深因数n^=
0.54o
因mJ&
>
m1,故工件只需一次拉深。
3.3排样及相关计算
采用有废料直排的排样方式,查板材标准,宜选750X1000mm的钢材,每张钢板可剪裁为6张条料(125mmX1000mm),每张条料可冲8个工件,故每张钢板的材料利用率为67.6%o
3.3.1排样的计算
[1]冲裁件面积的计算
A=JiXD2/4=3.14X1162/4=10562.96mm2
[2]条料宽度
查得无侧压装置时条料的宽度计算公式为:
B=D+2a+C,l)
查表2.5.2的最小搭边值a=0.8mm,a】=1mm;
条料及导料板间隙Cmin=0.5mm;
1*1
B=116+2X0.8+0.5=118.1mm
[3]步距
S=D+ai=l16+1=117mm111
[4]一个步进距的材料利用率
考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗,一张板料上总的材料利用率〃总
为:
7严齐100別
式中,A=10562.96mm2,n=1,B=118.1mm,S=117mm代入式中:
1x10562.96
%=118.1x117=76%
3.3.2冲压力的计算
[1]落料力的计算
落料力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力,它是选用压力机和设
计模具的重要依据之一.
查公式2.6.1,确定落料力的计算公式为:
F=KLtJ
式中,k—系数,是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀,刃口的磨损,板料的力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。
一般取1.3o
6—材料抗剪强度;
查表1-3.6,取兔=300MPa。
⑴
L—冲裁周边长度;
L=JiD=3.14X421.27=1322.79mm,料厚t=1mmo
所以,落料力为:
F落料=1.3X364.24X1X300=142053.6N
[2]压边力的计算
由表4-15确定压边力的计算公式为:
F$=开[D~—(d+2r凹)'
]P/4
式中,=r,,=8mm,D=116mm,d=74mm,由表4T6查得p=2.7MPao
把各已知数据代入上式,压边力为:
Fr=l^[ii62-(74+2x8)2]mm2X2.7MPa=U350N
[3]拉深力的计算
用式4-35计算拉深力:
F=开dtobk
拉深系数m=0.64,可查表4-18得:
K=0.75,08钢的强度极限ob=440MPa。
将K=0.75,d=74mm,t=1mm,ob=440N'
lPa代入上式,即:
F=(0.75X3.14X74X1X440)N=76700N
[4]冲压工艺总力
F落料+Fy+F
=142053.6N+11350N+76700N
7/30
=230103.6N
3.4模具工作部分尺寸的计算
3.4.1拉深模的间隙
拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、零件质量、模具寿命等都有影响。
间隙小,拉深力大、模具磨损大,过小的间隙会使零件严重变薄甚至拉裂;
但间隙小,冲件回弹小,精度高。
间隙过大,坯料容易起皱,冲件锥度大,精度差。
因此,生产者中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的增厚情况、拉深次数、零件的形状及精度要求等到,正确确定拉深模间隙。
由表4-12查的拉深模的半边间隙为:
Z/2=l.lt=l.1mm121
则拉深模的间隙Z=2X1.1mm=2.2mm
3.4.2拉深模的圆角半径
凹模的圆角半径rpg按表4一13选取r凹=8t=8mm,凹模的圆角半
径r凸等于工件的内圆角半径,即
r卄—r„=r—8mm
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
根据设计原则,落料时以凹模为设计基准。
首先确定凹模尺寸,凹模的基木尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸;
将凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。
由式2.4.1确定落料凹模的尺寸:
查表2.3.3得Zmax=0.18mm,Zmm=0.12mm;
查表2.4.1得,
JA=0.035mm,=0.025mm;
116mm为IT14级,取x=0.5;
D(116-0.5X0.87)^035mm=115.57^035mm
由式2.4.2确定落料凸模的尺寸:
D尸(Da—ZQ型
D丁=(11.57—0.100)%025mm=115.45:
)()25mm
校核:
丨&
丨+丨6丨WZ叭—ZJ
0.035mm+0.025mmWO.18mm—0.12mm
0.06mm=0.06mm(满足间隙公差要求)
[2]拉深凸、凹模工作部分的尺寸和公差
由于工件要求内形尺寸,则以凸模为设计基准。
凸模尺寸的计算见式
4-26:
D=(dmii+0.4a):
121
IminOy
将模具公差按IT10级选取,则q=0.12mmo
把dmm=72.7mm,A=0.7mm,d=0.12mm代入上式,则凸模尺寸为:
Dt=(72.7+0.4X0.7)红门mm=72.98鴛?
mm
间隙取在凹模上,则凹模的尺寸按式(4-27)计算,即:
D产(dmm+0.4A+Z)汐2】
把dmin=72.7mm,A=0.7mm,dA=0.12mm代入上式,则凹模尺寸为:
D\=(72.7+0.4X0.7+2.2)^,2nim=75.18;
012mni
3.5凸模通气孔的设计
当拉深后的冲件从凸模上脱下来,由于受空气的压力而紧紧包在凸模上,致使不易脱下。
对于材料厚度较薄的拉深件,甚至会使零件拉瘪。
因此,通常需要在凸模上留有通气孔,通气孔的开口高度X应大于冲件的高度H,一般取h,=H+(5〜10)。
叫
通气孔的直径不宜过小,否则容易被润滑剂堵塞气孔或因通气量不够而使气孔不起作用。
圆形凸模通气孔尺寸由表5-16选用直径为6.5mmo141
通气孔的开口高度h]=31+10=41mm
图3.5.1通气孔的结构示意图
4模具的总体设计
4.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为落料-拉深复合模。
4.2定位方式的选择
挡料装置的作用是保证毛坏送进时有准确的定位,保证拉深件轮廓的完整。
当送进材料及挡料装置的定位而接触时,即停止送进。
因为该模具使用的是条料,所以导料采用导料板(本副模具固定卸料板及导料板一体),送进步距控制采用挡料销,结构简单,使用方便。
4.3卸料、出件方式的选择
模具采用固定卸料,刚性打件,并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。
4.4导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该复合模采用中间导柱的导向方式。
5主要零部件设计
5.1工作零件的结构设计
它是直接完成工作要求的一定变形或造成材料分离的零件。
木设计由于工件形状简单对称,所以模具的工作零件均采用整体结构,拉深凸模、落料凹模和凸凹模的结构如图所示。
为了实现先落料后拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端而比落料凹模端面低。
拉深凸模,其长度L可按下式计算:
L=II同+II卜|—II(=20mm+65mm—3mm=82mm
式中:
I%—凸模固定板的厚度,取II[fil=20mm;
II凹一落料凹模的厚度,取IIH=65mm;
II低一装配后,拉深凸模的端而低于落料凹模端而的高度,根据
板料厚度大小,决定II低=3mmo
O
CU
07匚錚
•
OO
079
材料:
T10A热处理:
56〜60HRC
图5.1.1拉深凸模
GrWMn热处理:
工作部分局部淬火,硬度60〜64HRC
58〜64HRC
图5.1.3凸、凹模
凸、凹模因为型孔较多,为了防止淬火变形,除了采用工作部分局部淬火(硬度58〜62HRC)夕卜,材料也用淬火变形小的"
WMn模具钢。
5.2定位零件的设计
它是用以确定加工材料和毛坯正确位置的零件。
5.2.1挡料销的设计⑻
直径D=12mm,d=6mm,高度h=2mm的A型固定挡料销挡料销A12X6X2GB2866.11—81
5.2.2压边圈的设计
为防止毛坯凸缘在拉深过程中起皱,通常使用的拉深模应带有压边装置。
该设计计算得到t/D=0.0086<
0.045(1-m)=0.0162,必须采用压边装置。
5.2.2.1压边装置的类型压边装置一般采用压边圈
5.2.2.2压边圈结构形式压边圈的形式根据拉深次数,凹模结构形式,材料厚度的不同而不同,首次拉深一般采用平面压边装置。
5.2.2.3压边圈尺寸及技术要求
压边圈主要是压边防皱,及凸模的间隙不能大。
根据材料厚度不同,般压边圈及凸模的单边间隙在0.2〜0.5mm范围内。
工件料厚t=lmm,间隙取小值0.2mm。
压边圈的外形尺寸及内形轮廓尺寸之间的关系可采用H10/cl0间隙配合。
压边圈的工作表面不允许开螺孔,应具有足够的刚度。
在工作过程中能平稳的移动。
压边圈及毛坯接触的一而,要保证毛坯顺利流入筒壁。
除进行车、铳之外,还要在热处理后进行磨削加工。
应保证粗糙度达到Rfl0.8umo其余工作表而达到Rfl06.3〜3.2um即可。
首次拉深压边圈的内孔久,比凸模直径D卩大千分之一,即
Dr=1.001Dr
将D产72.98mm代入上式中,可得:
Dr=l.001X72.98=73.05mm
压边圈的厚度H「取20mm。
得到压边圈的结构示意图如下:
0二〔『:
/'
0.8/
073,05
V
(1
图5.2.2.1压边圈的结构形式
5.3卸料、推料及压料零件的设计
它用于夹持毛坯或在冲压完成后进行推料及卸料的零件。
在某些情况下,也能起到限位、校整和帮助提高冲件精度的作用。
长度L=160mm,宽度B=40mm,厚度II=16mm
导料板160X40X16JB/T7648.5材料:
45
热处理:
调质28〜3211RC
5.3.2顶杆的设计
直径d=16mm,长度L=125mm的顶杆
顶杆16X125GB2867.3—81
45GB699—88
热处理硬度:
IIRC43〜48
为了将工件顺利的顶出凸模,需设计3〜4根顶杆,至少2根。
该副模具设计4根,以保证工件顺利顶出。
5.3.3打杆的设计
直径d=10mm,长度L=160mm的A型打杆
打杆A10X160GB2967.1—81
IIRC43〜48
5.3.4推件块的设计
0"
7
•|
ID
nj
-C.1P
-CH8
5.4导向零件的设计
它是作为上模在工作时的运动方向,保证模具上、下部分正确的相对位置的零件。
为防止装模时,上模误转180°
装配,将模架中两对导柱及导套作成粗细不等;
导柱d/mmXL/mm分别为①35X210,①40X210;
⑹
导套d/mmXL/mmXD/mm分别为①35X115X43,①40X115X43。
5.5固定零件的设计
5.5.1模柄的设计
选用直径d二30mm,高度H二88mm,材料为Q235的B型压入式模柄。
模柄B30X88GB2862-81
5.5.2±
模垫板的设计
5.5.3下模垫板的设计
直径D=200mm,厚度11=10mm,材料为45钢的圆形板
垫板200X10JB/T7643.6
5.5.4下固定板的设计
直径D=200mm,厚度II=20mm,材料为45钢的圆形固定板
垫板200X20JB/T7643.5
5.6紧固及其他零件的设计
5.6.1内六角圆柱头螺钉的设计
5.6.1.1用于固定凸、凹模和上模垫板在模架上保持其固定的位置,选取数量为4个
螺钉规格公称长度1=52mm,性能等级为8.8级。
螺钉GB/T70.1M12X52
5.6.1.2用于固定导料板(固定卸料板),选用数量为4个。
螺钉GB/T70.1M8X25
5.6.1.3用于固定凹模、凸模固定板、凸模垫板于下模座,初选用数量为4个。
螺钉GB/T70.1M12X130
5.6.2圆柱销的设计
5.6.2.1用于凹模、凸模固定板、凸模垫板、下模座准确定位,圆柱销孔装配时配作。
初选用数量为2个。
公称直径d=10mm,公差为m6,公称长度1二95mm,材料为钢
销GB/T119.110ml0X95
5.6.2.2用于上模座,上模垫板,凸、凹模准确定位,圆柱销孔装配时配作。
初选数量为2个。
销GB/T119.110ml0X70
5.7模架的及其它零部件的选用
模具采用中间导柱标准模架,可承受较大的冲压力。
凹模周界:
Do=250mm
闭合高度:
240—280mm
上模座的尺寸:
250X250X45mm⑹
下模座的尺寸:
250X250X55mm⑹
5.7.2模架的技术要求
5.7.2.1组成模架的各零件的材料、尺寸、精度、表面粗糙度和热处理等均需要符合零件的标准要求和技术要求的规定。
5.7.2.2装入模架的每对导柱和导套装配前需经选择配合,其配合要求应符合配合H7/h6,配合后的间隙为0.007〜0.022nrn的规定.
5.7.2.3装配后的模架,其导柱固定端的端面应低于下模座底而0.5〜1mm.
5.7.2.4装配后的模架,其上模应沿导柱上、下移动应平稳和无滞住现象.
5.7.2.5模架的各零件工作表面不允许有影响使用的划痕、凹痕、浮锈、毛刺、飞边和微小砂眼、缩孔等缺陷。
5.7.2.6在保证使用质量的情况下,允许用新工艺方法固定导套。
5.7.2.7模柄的装配应符合如下规定:
[1]压入式模柄的公差配合为H7/m6o
[2]除浮动式模柄外,其他模柄装入上模座后,模柄的轴心线对上模座上平面的垂直度公差,在全长范围内不大于0.05mm。
5.7.3其它零部件的选用
上模座厚度取45mm,即H飞二45mm
上模垫板厚度取20mm,
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