电位器接线片冲压工艺模具设计Word下载.docx
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该零件用到了冲裁、拉深,胀形,翻边,侧冲孔,弯曲,落料等工艺。
图1-1零件二维图
图1-2零件3D图
1.2零件工艺分析
如图1-2所示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸,取为IT14级。
冲裁工艺性:
零件材料为Al1060,属软铝,有良好的塑性,料厚为0.3mm属薄料,该冲压件上有个侧孔,直径为2mm,孔尺寸精度要求一般,冲压性能好。
拉深的工艺性:
该零件的材料适合拉深,图示零件包含只有一个拉深圆筒。
在拉深普通的单圆筒制件时,圆筒侧壁是依靠周围凸缘的金属不断流入侧壁而成形的,侧壁的变形条件在圆周上各处都一样,所以变形比较均匀。
因为拉深件的两侧还有料,所以拉深件需要加个凸缘,提高工件的拉深工艺性能。
1.3毛坯的确定
进行多工位级进模设计时,要根据零件图计算,并绘制出零件的产品图。
由于该零件形状虽然较为简单但需要的工步较多!
零件毛坯尺寸的求解,通过Pro/E三维造型,导出iges文件。
(图1-3和图1-4)
图1-3毛坯三维图
图1-4毛坯二维图
第2章工艺计算
2.1工艺计算
在进行多工位级进模设计时,首先要设计条料排样图,条料排样图的设计是多工位级进模设计时的重要依据。
多工位级进模条料排样图设计的好坏,对模具设计的影响是很大的,排样图设计错误,会导致制造出来的模具无法冲制零件。
条料排样图一旦确定,也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。
在本模具中,排样设计总的原则是先进行拉深,胀形,冲预制孔,翻边,侧冲孔,切边,弯曲,最后落料。
并要考虑模具的强度、刚度,结构的合理性。
带料拉深工艺计算
2.1.1切边余量的确定
有文献《1》p127表4-2,Df/d=20/9.3=1.78,得切边余量为1.6mm,放大为2mm。
故凸缘直径选用Df=20mm。
2.1.2计算毛坯直径D
由文献[1]p128式4-22得D=(df2+4dh-3.44dr)1/
D=(df2+4dh-3.44dr)1/2=(202+4×
9.3×
6-3.44×
0.5)1/2=24.669mm
所以毛坯直径选D=25mm
由文献《1》p94式3-25得L弯=1.57(r+x0t)
毛坯长L={(2-0.2)+[(23/2-9/2)-0.2-0.5]+(6-0.5-0.5)+(9/2+0.3-0.5)+[(L弯1)=0.5024+(3×
L弯2)=3×
0.9875]+(3.14×
0.5-1)}×
2=42.8698=43
所以毛坯总长=毛坯长+搭边+修边余量=43+3.5+2=48.5
毛坯宽B=D=25
2.1.3步距S的确定
由文献
(2)p33得S=L+a
S=L+a=25+1.4=26.5
2.1.4判断
(1)拉深
根据宽凸缘拉深系数的定义:
宽凸缘件总拉深系数m=d/D=9.3/20=0.465(由文献
(1)P136式4-23得)
依据文献
(1)表4-6,得dt/d=0.53>0.465,所以该拉深可以一次拉深好。
(2)冲预制孔
由文献《1》P176式5-3得
d=D1-[3.14×
(r+t0/2)+2h1]=dm-2×
(h-0.43r+0.72t0)
=3.8-2(1-0.43×
0.5-0.72×
0.3)
=2.016
所以d取2
(3)翻边
由文献《1》P176式5-6得
h=dm/2×
(1-k)0.43r+0.43r+0.57r
=3.8/2×
(1-0.53)+0.43×
0.5+0.57×
0.5
=1.3221
则h取2
而实际翻边高度h=1,所以只需要一次翻边。
2.2毛坯排样设计
2.2.1毛坯排样
毛坯在板料上可截取的方位很多,这也就决定了毛坯排样方案的多样性。
典型毛坯排样:
单排、斜排、对排、无费料排样、多排、混合排。
毛坯排样的原则:
(1)材料利用率要尽量高;
(2)满足产品零件冲裁及后工序的要求。
该零件呈圆形且外形比较规则,同时考虑到工序排样要求,毛坯采用单排方案,如图2-1所示:
图2-1毛坯排样图
2.2.2搭边
由文献《1》P43表2-6查得搭边系数c=1.4
由文献《1》P42表2-5查得
工件间搭边a=2.2
侧边搭边b=2.5
则搭边尺寸;
工件间a=2.2×
1.4=2.8
侧边b=2.5×
1.4=3.5.
步距
步距是冲压过程种条料每次向前送进的距离,其值为排样是沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。
步距可定义为:
S=L+a(由文献《2》P33式3-1得)
式中S---冲裁步距
L---沿条料送进方向,毛坯外形轮廓的最大宽度值
a----沿送进方向的搭边值
该零件的步距确定为:
S=25+2.8=27.8=28
2.2.3条料宽度
由文献《2》P33查得
条料宽度指根据排样的结果确定的毛坯所需条料的宽度方向的最小尺寸,条料宽度为:
B-∆=[D+2(a+∆)]-∆
式中B---条料宽度的理论值。
D---垂直于送料方向毛坯的最大轮廓尺寸。
a---侧搭边值。
∆---条料宽度的单向极限偏差。
该零件条料宽度的确定:
B-∆=25+2×
(3.5+0.3)=33-0.3mm
2.3冲切刃口设计
(1)刃口分解与重组应有利于简化模具结构,分解阶段应尽量少,重组后成形的凸模和凹模外形要简单、规则,要有足够的强度,要便与加工;
(2)刃口分解应保证产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求;
(3)内外形轮廓分解后各阶段间的连接应平直或圆滑;
(4)分段搭接点应尽量少,搭接点要避开产品薄弱部位和外形重要部位;
(5)有公差要求的直边和使用中有滑动配合的边应一次冲切,不宜分段;
(6)复杂外形以及有窄槽或细长的部位最好分解,复杂内形最好分解;
(7)外轮廓各段毛刺方向有不同时应分解。
2.4工序排样
在多工位级进模冲压中,工序件在级进模内随着冲床一次就向前送一个步距,到达不同的工序。
由于各工位的加工内容互不相同,因此,在级进模设计中,要确定从毛坯板料到产品零件的转化过程,既级进模各工位的所要进行的加工工序内容,这一设计过程就是工序排样。
2.4.1工序排样遵循的原则:
(1)工件排样要保证产品零件的精度和适用要求;
(2)工序应尽量的分散,以提高模具寿命,简化模具结构;
(3)合理安排各工序,使压力中心尽可能与模具几何中心接近;
(4)同一工位个冲切凸模应尽量设计为同一高度;
(5)冲孔在前,外形冲切和落料在后;
(6)为保证条料送进的步距精度,第一工位安排冲导正孔,第二工位设导正销,在其后的各工位上,优先在易窜动的工位设置导正销;
(7)设置空位,可以提高凹模,卸料板和凸模固定板的强度;
(8)工件和废料应能顺利排出;
(9)排样方案考虑模具加工设备的条件。
2.4.2空工位的设置
空工位指工序经过时,不作任何的冲切加工的工位。
在级进模设置的空工位时为了提高模具的强度,保证模具的寿命和产品的质量以及模具中特殊机构的设置等,空工位的设置非常普遍。
在该零件中,无须设置空工位。
2.4.3载体的设置
级进模由多个工位组成,冲压过程中各个工位的加工内容不同,因此,把工序件从第一工位运送到最末工位是级进模的基本条件之一。
载体要求必须由足够的强度,能平稳的将工序送进。
2.4.4侧刃设置
侧刃是级进模用得最广的定距机构。
其工作原理是在条料侧边上冲出与送进步距相等的缺口,利用侧刃挡块对条料缺口处台肩的阻挡实现定距。
用侧刃定距精度可靠,生产率高,因而,是级进模常用的定距方式。
由于它以切去条料边缘少量材料形成的台肩定位,所以增加了材料的消耗和冲压力。
一般用于生产率要求高、步距较小、材料较薄的级进模。
本设计中用第一个冲切刃,作侧刃,后带一台阶,称侧刃挡块,和侧刃一起工作,带料每送进,只能送到被侧刃切除的地方.实现对带料的X向定位。
2.4.5导料板设置
导料是工序件Y向定位机构,对条料横向(宽度方向)定位,从而使条料沿直线送进。
否则,条料摆动会影向产品精度。
该产品存在拉深浮顶,因此采用导料浮顶销进行导料。
该模具采用无侧压导料板。
导料间距和浮顶高度计算:
导料间距:
W=B+(0.05~0.2)=33+0.1=33。
1mm;
浮顶高度:
H=h(最大成型高度)+(1~5)=6+1=7mm。
2.4.6工序排样
多工位级进模的工序排样设计是多工位级进模设计的关键,是决定级进模优劣的主要因素之一。
根据该零件的要求以及上述工艺特点的分析,设计多工位连续工序排样方案。
如图2-2所示:
图2-2工序排样图
具体工位安排如下:
拉深-胀形,冲预制孔-翻边-侧冲孔-切边-弯曲-落料。
第3章级进模具设计
3.1级进模结构设计方法
级进模是用多个零件按照一定关系装配而成的有机整体,结构是模具的“形”。
模具的优劣很大程度上体现在模具结构上,因此级进模的结构对模具的工作性能、加工性、成本、周期、寿命等起着决定性作用。
3.1.1级进模结构设计原则
级进模结构设计是要遵从以下原则:
(1)尽量选用成熟的模具结构或标准结构。
(2)模具要有足够的刚性,以满足寿命和精度的要求。
(3)结构应尽量简单、实用,要具有合理的经济性。
(4)能方便的送料,操作要安全简便,出件容易。
(5)要考虑废料的处理。
(6)模具零件之间定位要准确可靠,连接要牢固。
(7)要有利于模具零件的加工。
(8)模具结构要与现有的冲压设备相协调。
(9)模具容易安装,易损件更换方便。
3.1.2结构设计内容
结构设计大体可以分为两步:
第一步根据工序排样的结果确定模具的基本结构框架,确定组成级进模的主要结构单元及形式,对模具制造和使用提出要求;
第二步确定各结构单元的组成零件及零件间的连接关系。
结构设计的结果是模具装配图和零件明细表。
3.1.3结构概要设计内容
概要设计是级进模结构设计的开始,它以工序排样图为基础,根据产品零件要求,确定级进模的基本结构框架。
结构概要设计包括:
(1)模具基本结构:
倒装关系的确定;
导向方式确定;
卸料方式确定;
(2)模具基本尺寸:
模具平面尺寸、模板厚度、模具闭合高度。
(3)模架基本结构:
模架的外形与尺寸;
导柱与导套;
模座形式;
模柄。
(4)压力机的选择:
压力机的类型;
压力机规格。
(5)模具价格与加工周期(毕业设计可以省略)。
3.2本次模具总体结构
图3-1模具图(2D)
本模具是一套7工位带料连续拉深级进模(图4-1),采用无切口的形式,完成拉深、胀形、冲孔、切边,翻边和落料;
采用手工送料,大批量生产时加上条料自动送料装。
步距28mm,模具长400mm,宽300mm。
模具结构见图C,采用滑动导套模架,凸模固定板用于安装所有拉深凸模、冲孔落料凸模和一胀形凹模;
凹模固定板用于安装所有拉深凹模、冲孔落料凹模和一胀形凸模。
卸料板两块,由六个弹簧,这种结构可以使搭边不易拉断。
各个工位都装有单独的顶件器,减小了拉深锥度的起皱趋向,建立了拉深变形的有利条件。
为便于制造和修模,拉深的凸模尽量采用标准件追加工。
凹模形状均较为简单,且拉深磨损不大,采用整体台阶式结构,方便加工,保证精度,台阶用以直接固定。
卸料板与凸模固定板之间的距离为13。
2mm,模具闭合高度为192。
5mm。
3.3模具工作过程
这里所设计的是一个冲裁拉深多工位级进模,模具的工作原理阐述如下:
合模时,条料送入后借助始用挡料装置行进首次定位,在第一个工位进拉深。
在第二工位冲出预制孔和胀形的。
冲预制孔是为下一工位的翻边做准备。
第三工位是翻边,第四工位进行侧孔的冲孔,第五工位是切边,为下一工位弯曲准备。
第六工位是弯曲,第七工位是落料!
可以依靠尾料定位销(件51)来定位。
在拉深结束后,进行整形,然后冲底孔,最后落料,成型零件与条料分离。
上模下行时,各工序同时进行。
随着上模的下行,凹模固定板抵住卸料板,这时卸料板起来压料作用,减少条料起皱的可能性。
凸模逐渐进入凹模,各工序的顶杆碰到工件,其下的弹簧被压缩,推杆下行。
在上模座下行的同时,冲裁、拉深等各工序同时完成,模具闭合时冲裁工位上板料分离,工件叠加到通一定高度通过出件槽工件将从斜面上滑下去。
开模时,上模向上运动,下模保持原位,卸料板在6个弹簧的作用下,平稳回程。
同时,卸料板将工件从凸模往下推出。
卸料板上升浮动至工件成型的最大高度5mm,卸料螺钉将限制其继续上行;
下模座中弹顶结构的弹簧在上模上行过成型最大高度5mm的时候弹簧都恢复其预压缩的高度,顶杆则处于最高位置,成型部位全部顶出。
而上模继续上行至最高位时,开模行程终了,工人将条料抬起,向前送进一个步距,进行下一次的冲裁拉深。
3.4工艺计算
工艺计算是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。
为了充分发挥压力机的潜力,避免因超载而损坏压力机,所以计算是非常必要的。
3.4.1冲裁力的计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力,它是随凸模行程而变化的。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。
平刃冲模的冲裁力可按下式计算:
F=KLtτ(由文献《1》P189式5-29得)
式中F——冲裁力(N);
L——零件剪切周长(mm);
t——材料厚度(mm);
τ——材料抗剪强度(MPa)。
K——系数,一般取K=1.3。
为简便计算,可用材料的抗拉强度来计算(MPa),按下式估算冲裁力:
F=Ltσ
已知零件材料是Al1060,取σ=110Mpa,(由文献《1》P17表1-4得),材料厚度t=0.3mm,L值由全部冲裁线即冲裁零件周长尺寸组成,通过三维造型分析计算得到各冲裁的周长分别如下:
工位2冲预制孔L=3.14×
2=6.28㎜,
工位4侧冲孔L=3.14×
2=6.28㎜,
工位5切边L=2×
(23.3+5×
2+4×
3+9.7×
2)=129.4mm
工位7落料L=57。
7mm,
冲预制孔冲裁力:
F2=Ltσ=6.28×
0.3×
110=207.24N,
侧冲孔冲裁力:
F4=Ltσ=6.28×
切边冲裁力:
F5=Ltσ=129.4×
110=4270.2N,
落料冲裁力:
F7=Ltσ=57.7×
110=1904.1N,
3.4.2拉深力的计算:
已知零件材料是Al1060,取σ=110Mpa,材料厚度t=0.3mm,各工序力计算如下:
首先,判断拉深是否需要压边圈:
t/D0×
100=0.3/25×
100=1.2>
2,故需要使用压边圈;
压边力
由文献《1》P154查表4-13得单位压边力q=1.0(p154)
Q=Aq=544×
10.=544N(文献《1》P154得)
因此选用压边圈拉深圆筒形零件所需的拉深力求解公式:
由文献《1》157公式4-38和表4-14,K1=1.0
由文献《1》P157式(4-39)得F=π×
d1×
t×
σb×
K1
拉深力:
F=π×
K1=3.14×
110×
1.0=963.666N;
式中F——拉深力(N);
t——毛坯厚度(mm);
σb——材料抗拉强度(MPa);
3.4.3胀形力的计算:
由文献《1》P189式5-29
所需要的力P=L×
σb×
K
式中P——胀形力;
t——板料厚度;
σb——材料的抗拉强度;
K——系数,与肋的宽度及深度有关,在0.7~1之间;
L——加强肋的周长。
L=3.14×
1=3.14mm
P=3.14×
0.9=93.258N
3.4.4卸料力的计算:
冲裁时,工件或者废料从凸模上取下来的力叫卸料力。
由文献《1》P47式(2-31)得
卸料力FX=KX×
F
KX—卸料力系数,
由文献《1》P48查表2-11KX=0.065-0.075,取K卸=0.07,
F—冲裁力。
Fpx=Kx×
F1=0.07×
93.258=6.52806N,
F2X=Kx×
207.24=14.5068N,
F3x=Kx×
F2=0.07×
F4x=Kx×
F3=0.07×
4270.2=298.914N,
F5x=Kx×
F4=0.07×
1904.1=133.287N,
F7x=Kx×
F6=0.07×
963.666=67.45662N
3.4.5推件力的计算:
从凹模内将工件或者废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力。
由文献《1》P47式(2-32)得
推件力FT=n×
KT×
FT—卸料力系数,
由文献《1》P48查表2-11KT=0.1,
n—同时卡在凹模里的工件数目n=h/t(h—圆柱形凹模腔口高度;
t—材料厚度);
F—冲裁力或拉深力。
F2=n×
K×
F2=(7/0.3)×
0.1×
207.24=483.56N,
F4=n×
F4=(7/0.3)×
F5=n×
F5=(7/0.3)×
4270.2=9963.8N,
F7=n×
F7=1×
1904.1=1904.1N。
3.4.6顶件力的计算:
从凹模内将工件或者材料逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。
由文献《1》P47式(2-33)
顶件力FD=KD×
FD—卸料力系数,
由文献《1》P48查表2-11KD=0.14,
F2D=KD×
F4=0.14×
207.24=29.0136N,
F4D=KD×
F5=0.14×
F5D=KD×
F6=0.14×
4270.2=589.008N,
F7D=KD×
F7=0.14×
1904.1=266.574N,
3.4.7模具压力中心的确定:
由文献《1》P76可知
冲压力合力的作用点称为压力中心。
冲模压力中心尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合,以使冲模平稳工作,减少导向件的磨损,提高模具以及压力机的寿命。
冲模压力中心的求法,采用求平行力系合力作用点的方法。
具体方法如下:
确定直角坐标系x—y;
计算出级进模各工序的力,如冲裁力、拉深力等,并求出各部分的重心位置的坐标数值(x1,y1)、(x2,y2)、…(xn,yn);
各部分中心位置的坐标分别为:
(0,0),(16,0),(32,0),(56,0),(72,0),(88,0),(104,0),
(120,0),(136,0),(152,0)。
按下列公式求冲模压力中心的坐标数值(x0,y0);
x0=(L1x1+L2x2+L3x3+L4x4+L5x5+L6x6+L7x7+L8x8+L9x9)/(F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9)
y0=(L1y1+L2y2+L3y3+L4y4+L5y5+L6y6+L7y7+L8y8+L9y9)/(F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9)
x、y—坐标数值,
L—工件轮廓,
F—各工序压力。
x0=(8304×
0+5753×
16+10414×
32+9992×
56+3412×
72+1474×
88+1008×
104+43776×
120+3699×
136+9595×
152)/(8304+5753+10414+9992+3412
+1474+1008+43776+3699+9595)
=8679680/97427
=89.09㎜,
y0=0。
3.5级进模具的零件设计
3.5.1凸模和凹模设计原则
凸模和凹模直接担负着冲压或拉深的工作。
由于加工性质的不同,凸模和凹模的形状、结构也不同。
凸模和凹模设计原则如下:
(1)凸模和凹模要有足够的刚性与强度。
由于在高速连续作业的条件下,振动极大,凸模、凹模的磨损也比一般的单工序模具大的多;
并且在级进模中许多凸模、凹模的受力状态是不均匀、不对称、不垂直的,模具的损坏可能性也较大,所以在允许的条件下,应适当增大其强度。
(2)凸模和凹模必须便于稳定安装和更换。
凸模、凹模必须要求安装后具有稳定性,这不仅能保证冲制精度,还可以提高冲压次数,从而扩大了经济效果;
对于各种不同冲压工序的凸模、凹模之间都要保持稳定的间隙,而且间隙应均匀一致。
(3)多工位级进模的凸模、凹模要有统一的基准,各种不同冲压、拉深性质的凸模、凹模必须协调一致。
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