压圈开口环冲压模具设计含全套CAD图纸.docx
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压圈开口环冲压模具设计含全套CAD图纸
摘要
本文介绍的模具实例结构简单实用,使用方便可靠。
本套冲压模具的设计不是以复杂模具的设计为主,而主要是对模具设计知识的系统学习和设计的练习,以达到掌握冲压模具设计的基本技能的目的。
首先,对零件做整体的分析。
包括:
材料的使用、精度的要求、工序的要求以及成本的要求等。
为了降低成本,对排样方式进行了合理的设计;其次,对零件整体进行工艺设计。
通过工艺目的的设计、工序的顺序设计、压力机的选择等来实现所要达到的要求;再次,想要保证制件精度的要求,就要考虑模具刃口尺寸的计算。
因为刃口是冲制工件的主要工作部分,刃口处的精度就决定了制件的精度,就必须根据公差来进行精确计算。
最后,根据计算出的模具刃口尺寸设计出相应的凸凹模,并且查找资料选择冷冲压模的标准零件,符合标准后,就把凸凹模与其它各零部件进行总体装配。
在确定了模具体闭合高度后,选出合适的压力机在调试校验后并进行试冲加工,以达到符合的标准,最终完成加工。
关键词:
冲压模具,冲压工艺,模具设计
Abstract
Thetopicisthechainplatepunchingblankingcompoundmolddesignandthemoldofarticledescribedaninstanceissimpleandpractical,easytouseandisreliable.Thismoldisnotprimarilydesignedtocomplexdesign,butmainlyonasystematicstudyofmolddesignknowledgeandpractice,inordertoachievethepurposeofmasterthebasicskillsofstampingmolddesign.
Firstofall,doathoroughanalysisfortheparts,whichincludetheusingofthematerial,therequirementofaccuracyandtherequirementofworkingprocedureandcostsandsoon.Fordeclininglowcost,proceededthereasonabledesigntotherowkindmethod.Secondly,doprocessingdesignforthewholepartsandthepurposebycraftdesigningandorderoftheworkingprocedureandbythechoiceofpunchingmachine.Thirdly,considerthecalculationofsizeofthemouldcuttingedgeinordertomeettheneedofaccuracy.Becausethecuttingedgeisthemainworkingpartofthepunchingprocessing,theaccuratecuttingedgeguaranteestheaccurateparts.Soyouneededtotolerancedoaccuratecalculation.
Finally,accordingtothecalculatedthesizeofmoldcuttingedgedesignthecorrespondingpunchandmold,andfindinformationonselectioncriteriaforcoldstampingparts,meetthestandards,putthepunchandmoldwiththeothercomponentstotheoverallassembly.Indeterminingthespecificmoldclosedheight,selecttheappropriatepressinthedebugandtestvalidationwashedafterprocessing,tomeetcompliancestandards,thefinalcompletionoftheprocessingchainplate.
Keywords:
compositemodulus,stampingprocess,molddesign,punchingblanking
摘要1
Abstract2
目录3
第1章绪论5
1.1我国模具技术的现状及发展趋势5
1.2冲压模的现状与发展趋势6
1.3外国模具工业的发展状况7
1.4课题研究的内容8
第2章工艺性分析9
2.1零件的分析9
2.1.1冲压件的尺寸精度9
2.1.2生产批量9
2.2工艺方案分析10
2.3模具间隙的确定11
2.4设备的选择12
第3章排样设计15
3.1搭边17
3.2送料进距17
3.3条料宽度17
3.4本章小结18
第4章模具总体设计19
4.1模具类型的选择19
4.2定位方式的选择19
4.3卸料﹑出件方式的选择20
第5章模具的装配和冲裁模具的试冲21
5.1模具的装配21
5.2冲裁模具的试冲22
5.3装配图25
结论与展望26
致谢27
参考文献28
全套图纸加36296518
第1章绪论
1.1我国模具技术的现状及发展趋势
我国模具工业近年来发展很快。
近年来,模具行业结构调整和体制改革步伐加快,主要表现为:
大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品;塑料模和压铸模比例增大;专业模具厂数量及其产能增加较快;“三资”及私营企业发展迅速;股份制改造步伐加快等。
从地区分布来说,以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。
目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江,这两个省的模具产值已占全国总产值的6成以上。
我国模具总产值虽然已位居世界第三,但设计制造水平在总体上要比德国、美国、日本、法国、意大利等发达国家落后许多,也要比英国、加拿大、西班牙、韩国、新加坡等落后。
落后和差距主要表现在下列5方面:
1.供不应求,国内自配率只有70%左右。
其中中低档模具供过于求,中高档模具自配率只有50%左右。
2.组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不合理。
我国模具生产厂点中多数是自产自配的工模具车间(分厂),自产自配比例高达60%左右,国外70%以上是商品模具;国内模具总产值中,大型、精密、复杂、长寿命模具所占比例不足30%,国外在50%以上。
3.产品水平和国际水平相比还有很大差距,模具生产周期比国际水平长许多。
产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度等方面。
4.能力较差,经济效益欠佳。
我国模具企业技术人员比例低,水平也较低,不重视产品开发,在市场经济中常处于被动地位。
随之而来的是我国模具企业经济效益差,大都微利,不少企业亏损,缺乏后劲。
5.技术水平相比,模具企业的管理落后更甚于技术落后。
国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式,真正实现现代化企业管理的还不多。
根据模具行业实际情况,今后发展进步的重点应放在如下方面:
1.制订法律法规,出台相应政策,引导投资方向。
建议借鉴日本在20世纪六七十年代的几个振兴法(振兴措施)及其实践经验,针对我国模具工业振兴的具体对象,制订我们的法律法规。
2.加快体制改革,努力调整产业结构。
目前模具行业产业结构不合理。
主要表现在企业组织结构、产品结构、技术结构及进出口结构等方面。
“十一五”期间应在有关政策的引导下,采取积极措施进行调整,使之逐步合理化。
3.坚持扩大开放,加强国内外企业之间的交流与合作,进一步加强吸收外资工作的力度,积极引进技术和装备。
4.在国家有关部门大力支持下,加强产学研合作,推进模具行业科技开发和技术攻关工作,组织行业内产学研重点单位,分工合作,联合作战,争取早出成果,多出成果,共同享受成果,并加速成果产业化,以迅速提高行业的技术水平。
5.用电子信息工程等高新技术和先进适用技术改造企业传统的生产模式,将先进技术转化为生产力。
6.制订和完善模具标准,组织模具标准件大批量规模化生产,搞好模具标准件的产需衔接,促进模具行业发展。
7.加强人才培训,提高人才素质。
8.努力发展优质模具钢和各种先进适用的模具加工和测试设备,以及刀具、夹具,努力改善模具行业和有关的周边配套条件。
1.2冲压模的现状与发展趋势
近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。
精度达到1~2μm,寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra<1.5μm的精冲模,大尺寸(Φ>300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
在国家产业政策的正确引导下,经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
未来冲压模具制造技术发展趋势:
1.全面推广CAD/CAE/CAM技术
2.高速铣削加工
发展的高速铣削加工,大幅度提高了加工效率,并可获得极高的表面光洁度。
高速铣削加工技术的发展,对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
3.模具扫描及数字化系统
模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的在研制制造周期。
4.电火花铣削加工
削加工技术是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造复杂的成型电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
5.提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高,目前我国模具标准件使用率已达到30%左右。
国外发达国家一般为80%左右。
6.优质材料及先进表面处理技术
优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理技术是能否充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
7.模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作,以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
8.模具自动加工系统的发展
1.3外国模具工业的发展状况
国外发达国家的模具厂大体分为独立的模具厂和隶属于一些大的集团公司的模具厂,一般规模都不大,但专业化程度高,生产效率极高。
国外模具企业一般不超过100人,多数在50人以下。
在人员结构上,设计、质量控制、营销人员超过30%,管理人员在5%以下。
我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右,而国外模具工业发达国家大多15~20万美元,有的达到25~30万美元。
国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上,而我国才达到45%。
国内模具企业中一些私营、合资企业人员结构和国外差不多。
国外模具企业对人员素质要求较高,技术人员一专多能,一般能独立完成从工艺到工装的设计;操作人员具备多种操作技能;营销人员对模具的了解和掌握很深。
国内模具企业分工较细,缺乏综合素质较高的人员。
国外模具企业CAD/CAE/CAM的技术的应用比较广泛,逆向工程、快速原型制造铸造模具的使用也比较多。
国内模具企业中一些骨干厂家在这方面和国外差距已经不大,有些已经达到国外水平。
但一些中小型模具企业与国外的差距还是很大的。
1.4课题研究的内容
1.从老师指定的零件图入手,根据零件的材料与厚度,进行工艺分析与计算。
初步确定零件的加工制造工艺。
确定模具的类型。
根据制件的形状确定加工工序。
2.要进行模具的结构设计。
本次设计还需要选择模架,尺寸规格的选择还需要进一步的计算。
本次设计先设计出排样图,计算出搭边值,这要考虑到提高原材料的利用率。
确定模具的压力中心后计算冲裁力,顶件力等,算出总力后即可根据模具设计大典选择压力机的种类及型号。
之后计算模具的刃口尺寸。
再确定模具的主要结构要素,如确定送料方式,确定卸料方式。
选择各模具零件的标准外形尺寸,有上模板、固定板、凹模、卸料板、固定板、下垫板的尺寸。
再确定一下螺钉和销钉的数量与尺寸。
3.进行模具的装配图与零件图的设计。
查找零件与装配的技术要求,以及各零件的材料、硬度和规格,最后用计算机绘制正式的装配图,再由指导教师指定零件图,用计算机绘出图纸,标明尺寸,技术要求以及形位公差、粗糙度等,经指导老师检查无误后。
撰写设计论文,最后进行修改,工作即可完成。
第2章工艺性分析
2.1零件的分析
材料:
QSN4-4-2.5;
零件简图:
如图所示
图冲裁件
QSN4-4-2.5为普通碳素钢,具有较好的冲载成型形性能。
零件结构较简单,无尖角,对冲载加工较为有利。
所以该零件的结构满足冲载要求。
2.1.1冲压件的尺寸精度
零件图上的尺寸示标注公差,冲裁件的精度按IT13确定,冲模制造精度按IT6~IT7确定。
2.1.2生产批量
生产批量:
大批量。
2.2工艺方案分析
工件为图一所示的落料冲孔件,材料为QSN4-4-2.5钢,生产批量为大批量。
图2.3冲压件
零件为满足冲孔落料件,可提出加工方案如下:
方案一:
先落料,后冲孔,采用两套单工方模生产。
方案二:
落料冲孔复合模冲压,采用复合模生产。
方案三:
冲孔落料连续冲压,采用级进模生产。
方案一模具结构简单,但需要两道工序,两幅模具,生产效率低,零件精度较差,在批量较大的情况下不适合使用。
方案二只需要一副模具,冲压件形位精度和尺寸精度易保证,且生产效率较高。
尽管模具结构较方案一复杂,但是由于零件的几何精度较为简单,模具制造并不困难。
方案三也只需要一副模具,生产效率也高,但与方案二相比零件的精度稍差。
欲保证冲压件的形状精度,需要在模具上设置导正销,模具制装配较复合模具复杂。
所以,比较三个方案,采用方案二生产。
2.3模具间隙的确定
凸模与凹模图样分别加工主要适用于圆形或简单形状的工件,设计时需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。
凸凹模分别加工方法的优点是,凸凹模具有互换性,制造周期短,便于成批制造。
其缺点是,为了保证初始间隙在合理范围内,需要采用较小的凸凹模具制造公差,所以模具制造成本相对较高。
同时,为保证一定的间隙,模具的制造公差必须满足下列条件:
(2.2)
即:
(2.3)
(2.4)
式中:
——凸模制造公差;
——凹模制造公差;
——最大合理间隙;
——最小合理间隙。
表2.3系数K
材料厚度
t(mm)
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差Δ(mm)
<1
1~2
2~4
>4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
由图1.1可知,该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料件。
外轮廓由落料获得,上下的两个冲孔由冲孔获得。
最小合理间隙2Cmin=0.012,最大合理间隙2Cmax=0.016
则:
2Cmax-2Cmin=0.016-0.012=0.004mm
2.4设备的选择
对于冲裁工序,压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总压力的1.1~1.3倍,即:
P≥(1.1~1.3)F
(3.11)
冲裁时,压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时各工艺力的总和F
。
F
=F
+F
+F
=33.5244KN+1.67622KN+2.01464KN=37.21486KN;
所以,F
=37.21486KN;
因此压力机可以选取160KN吨位的压力机;
型号:
J23-16;
在冲裁高强度材料或厚料和大尺寸冲件时,需要的冲裁力很大。
当生产现场没有足够大吨位压力计时,为了不影响生产,可采取一些有效措施降低冲裁力,以充分利用现有设备。
同时,降低冲裁力还可以减少冲击、振动和噪声,对改善冲压环境也有积极意义。
目前,降低冲裁力的方法主要有以下几种:
(1)采用阶梯凸模冲裁
在多凸模的冲模中,可根据凸模的截面尺寸的大小,将凸模设计成不同的长度,使工件端面呈阶梯型布置。
这样,各凸模冲裁力的最大值不同时出现,从而减少了冲裁力。
缺点是长凸模插入凹模较深,易磨损。
阶梯凸模不仅能降低冲裁力,在直径相差悬殊、彼此距离又较小的多孔冲裁中,还可避免小直径凸模因受材料流动挤压的作用而产生倾斜或断面现象。
这时一般将小直径凸模做短一些。
此外,各层凸模的布置尽量对称,是模具受力平衡。
阶梯凸模间的高度差H与板料厚度有关,可按如下关系确定。
料厚t﹤3mm时,H=t;
料厚t﹥3mm时,H=0.5t;
阶梯凸模冲裁的冲裁力,一般只按产生最大冲裁力的那一层阶梯进行计算。
(2)采用斜刃口冲裁
一般在使用平刃口模具冲裁时,因整个刃口面都同时切入材料,切断是沿冲裁件周边同时发生的,因此冲床的负荷是突然增加的,故所需的冲裁力很大。
采用斜刃口模具冲裁,就是将冲模的凸模或凹模制成与轴线倾斜一定角度的斜刃口,这样,冲裁时整个刃口不是全部同时切入,而是逐步将材料切断,因而能显著降低冲裁力。
斜刃口的配置形式是采用斜刃口冲裁时,会使板料产生弯曲。
斜刃口的配置原则是:
必须保证冲裁件平整,只允许废料产生弯曲变形。
为此,落料时凸模应为平刃口;冲孔时凹模应为平刃口,而将凸模做成斜刃口。
斜刃口还对称布置,以免冲裁时承受单项侧压力而发生偏移,啃伤刃口。
向一边倾斜的单边斜刃口冲模,只能用于切口或切断。
斜刃口的主要参数是斜刃角和斜刃高度H。
斜刃角越大越省力,但过大的斜刃角会降低刃口强度,并使刃口易于磨损,从而降低使用寿命。
斜刃角不能过小,过小的斜刃角起不到较少力作用。
斜刃高度H也不易过大或过小,过大的斜刃高度会使凸模进入凹模过深,加快刃口磨损,而过小的斜刃高度也起不到减力的作用。
斜刃口冲裁的主要缺点是刃口制造与刃磨比较复杂,刃口容易磨损,冲裁件也不够平整,并且省力不省功,因此一般情况下尽量不用,只用于大型、板厚冲裁件(如汽车覆盖件)的冲裁。
(3)采用加热冲裁
金属材料在加热状态下的抗剪强度会显著降低,因此采用加热冲裁能降低冲裁力。
下表为部分钢在加热状态时的抗剪强度,从表中可以看出,当钢加热至900℃时,其抗剪强度最低,冲裁最为有利,所以一般加热冲裁是把钢加热到800℃~900℃时进行的。
表4金属材料在加热状态的抗剪强度
结构
加热温度/℃
200
500
600
700
800
900
1000
Q195Q215
360
320
200
110
60
30
20
QSN4-4-2.5Q255
450
450
240
130
90
70
65
Q275
530
520
330
160
90
70
60
采用加热冲裁时,条件不能过长,搭边应适当放大,同时模具间隙适当减少,凸、凹模应选用耐热材料,刃口尺寸计算时要考虑冲裁件的冷却收缩,模具受热部分不能设置橡皮等。
由于加热冲裁工艺复杂,冲裁件精度也不高,所以只用于厚板或表面质量与精度要求都不高的冲裁件。
加热冲裁的冲裁力按平均刃口冲裁力公式计算,但材料的抗剪强度应根据冲裁温度按上表选取。
第3章排样设计
冲载件在条料或板料上的布置方式称为排样。
排样方案对材料的利用率、冲载件质量、生产率、生产成本和模具结构形式都有重要的影响。
排样图是排样设计最终的表达形式,通常应绘制在冲压工艺规程的相应卡片上和冲裁模总装图的右上角。
排样图的内容应反映出排样方法、冲裁件的冲裁方式、用侧刃定距时侧刃的形状与位置、材料利用率等。
(1)排样的设计原则:
①提高材料的利用率冲裁件生产批量大,生产效率高,材料费用一般会占总成本的60%以上,所以排样的利用率是衡量排样经济性的一项重要指标。
在不影响零件性能的前提下,应合理设计零件外形及排样,提高材料的利用率。
②改善操作性冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。
一般来说,在冲裁生产时应尽量减小条料翻动次数,在材料利用率相同或相近时,应选用条料宽度及进料小的排样方式。
③使模具结构简单合理,使用寿命高。
④保证冲载件质量。
(2)排样方式的分类按照材料的利用率,排样可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。
废料是指冲裁中除零件以外的其它板料,包括工艺废料和结构废料。
(a)(b)(c)
图2.4排样方式
①有废料排样:
有废料排样是指在冲载件与冲载件之间、冲载件与条料侧边之间均有工艺废料,冲裁是沿冲裁件中除零件以外的其他板料,包括工艺废料和结构废料,如图2.1(a)所示。
②少废料排样:
少废料排样是指只在冲裁件之间或只在冲裁件与条料侧边之间留有搭边,如图2.1(b)所示。
冲裁只沿冲裁件的部分轮廓进行,材料的利用率可达70%~90%。
③无废料排样:
无废料排样是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间均无搭边存在,冲裁件实际上是直接由切断条料获得,如图2.1(c)所示,材料的利用率可达85%~90%。
(3)排样设计:
图2.5排样图
材料利用率计算:
=
(2.1)
式中,
—材料利用率;
S—工件的实际面积;
S
—所用材料面积,包括工件面积与废料面积;
A—步距(相邻两个制件对应点的距离);
B—条料宽度;由图可知,条料宽度94mm;定步距58mm。
一个步距内的材料利用率:
η=F/F0×100%=F/AB×100%
η=3274.7/94*58
=60%
注:
《冲压模具设计指导书》206页表9-6、26页。
3.1搭边
冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间留下的工艺预料称为搭边。
搭边的作用是避免因误送发生零件缺角、搭边或尺寸超差;使凸凹模刃口受力均匀,提高模具的使用寿命及冲裁件的断面质量,此外利用搭边还可以实现模具的自动送料。
搭边的合理数值主要取决与冲裁件的板料厚度、材料性质、外廓形状及尺寸大小等。
一般来说,材料硬时,搭边值可取小些;软材料或脆性材料,搭边值可取大些;板料厚度大,需要的搭边值大;冲裁件的形状复杂,尺寸大,过度圆角半径小,需要的搭边值大;手工送料或有侧压板导料时,搭边值可取小些。
3.2送料进距
模具每冲裁一次,条料在模具上前进的距离称为送料进距或步距。
当单个进距内只冲裁一个零件时,送料进距的大小等于调料上两个对应点之间的距离。
A=D+a
(2.2)
式中:
A为送料
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