压盖多孔冲孔模设计.docx
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压盖多孔冲孔模设计
多孔盖板冲孔模设计
摘要
本课题为多孔盖板零件冲孔模设计,待冲零件为有一定深度的盖板件,底部要冲8个孔,故采用垂直冲孔模。
根据零件的具体形状,决定用弹簧卸料板卸料,卸料版在冲裁时还起到导向和预压的作用。
工件厚度2mm,所需冲裁力不大,因此一次性完成盖板零件的冲孔。
模具类型应为单工序的冲裁模。
工件尺寸公差未注,选IT14级。
工件为大批量生产,为降低成本,除凸模、凸模固定板、弹性卸料版、定位板、和凹模自行设计外,其余零件均采用标准件。
零件需要冲直径为4个5mm的小孔,3个直径18mm,一个异型孔,冲裁凸模设计成阶梯型来提高凸模的抗弯和抗压性,并进行凸模的强度校核。
考虑到模具结构和成本,凹模设计成整体式。
本次设计的主要内容:
工件工艺性分析;冲压工艺方案选定;模具凸凹模刃口尺寸计算;模具模架的选用;压力机选用;模具总体结构设计和模具总装图绘制;主要零部件设计和绘制;设计说明书撰写。
关键词:
多孔盖板零件,冲孔模,模架,校核
Abstract
Thistopicforporousplatepunchingmoldpartsdesign,tobebluntpartsforacertaindepthofacover,andthebottomofeightholes,sousingverticalpunchingdie.Accordingtothespecificshape,decidedtousespringstripperplateunloading,inthestripperplatecuttingalsoplayswhenorientationandthepreloadingrole.The2mmthickness,thecuttingforceisnotlarge,sothecompletionatcoverplatepunchingparts.Moldtypesshouldberundiesingleprocess.Thedimensiontolerancenotnote,chooseIT14level.Workpieceaslargebatchproduction,inordertoreducethecost,inadditiontothepunch,thepunchfixedboard,elasticstripperplate,positioningboardandconcavediedesignbyoutside,therestarechosenstandard.Partsneedtobluntforfour5mmholesandhecuttingthepunchintoladdertoimprovethedesignofthepunchandbendingstrengthofresistance,andtheintensityofthepunch.Consideringthemoldstructureandcost,concavediedesignintointegral.hemaincontentofthisdesign:
theprocessanalysis;Stampingprocessprogramselected;Dieandpunchmoldbladesizecalculation;Moldformworkchoose;Presschoose;Thestructuraldesignanddiemoldassemblychartdrawing;Thedesignofthekeypartsanddraw;Thedesignspecificationwriting.
Keywords:
porouscoverplatepart,punchingdie,formwork,check
绪论
1.1中国模具的发展和现状
模具是由各种零件构成的用来成型物品的工具,它主要通过改变材料的物理状态来实现物品外形的加工。
模具对现代化工业生产起着举足轻重的作用,国民经济的许多工业生产部门都需要用模具来实现生产加工。
模具的应用非常广泛,如各种几点产品、汽车部件、兵器、仪表、电器和日常用品等。
模具是上述行业中钣金件、铸件、锻件、粉末冶金件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件等工件生产的重要工艺装备。
采用模具来加工零件,相比于其他加工形式具有材料利用率高、能耗低、产品质量好、生产效率高、成本低廉等特点。
工业发达国家,模具工业的产值早已超过机床行业。
模具的发展水平已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志之一。
我国的模具工业起步较晚,50年代前期,长春第一汽车制造厂首次建立冲模车间并于1958年开始制造汽车覆盖件,60年代我国才开始生产精冲模具。
随着改革和开放和加入WTO,我国经济高速、连续增长,促进了模具工业的发展,越来越多的人投身于模具业,这使我国模具设计制造水平有了长足的进步。
自1999年以来,我国模具工业总产值呈逐年递增的趋势,年增长率12%以上,目前已形成了1300多亿元的年产值。
其中,冲压模具占的比例最高约50%,塑料模具约33%,压铸模具约占6%,其他模具约11%。
但我们主要生产的是中低档简单模具,一些大型、精密、复杂、长寿命的模具仍需要大量进口。
我国模具行业相比于国外先进工业国家,整体水平不高,高端产品供应不足,低端市场竞争激烈,这也制约着中国工业的大发展。
所以说中国目前只是模具生产大国,还称不上强国。
就拿汽车行业来说,在汽车生产中,车身外形、发动机、内部装饰等90%的零部件需要用模具制造。
生产一辆轿车需要约1000套冲压模、200多套内饰模,其中绝大多数模具需要进口。
模具研发能力不足是制约中国汽车发展的瓶颈,因此要想提高模具行业的整体水平,需要体制转变和技术创新就势在必行了。
2008全国金融危机的爆发给世界模具行业带来了不小的冲击,同时也创造了新的机遇。
中国作为世界工厂,应该抓住机遇大力优化模具行业结构,进一步提升模具研发制造能力,缩短与世界先进水平的差距。
1.2模具的分类
由于产品的材料和加工工艺不同,还有设备的差异,使模具种类繁多,按不同的分类方式又可以细分为很多种。
按工件材料,加工金属工件的模具有冷冲压模、锻造模具、粉末冶金模具、金属压铸模具等;加工非金属工件的模具有注塑模具、玻璃成型模具等。
按模具结构形式分,如单工序模具、复合模、级进模。
按工艺分,如拉伸模、冲裁模、锻模等。
下面主要介绍一下冷冲模具:
1.2.1冷冲压模具的概念
冷冲压模具是安装在压力机上对置于其内的板料在常温下施加变形力使之产生形变来获得一定尺寸、形状和性质的产品零件的特殊工具。
1.2.2冷冲压模具的分类
1.根据工艺性质分类:
冲裁模、弯曲模、拉伸模、成型模。
2.根据加工工序分类:
单工序模、复合模、级进模、传递模。
3.根据产品的加工方法分类:
冲剪模、弯曲模、抽制模、成型模、压缩模。
4.按使用的通用程度分类:
专用模具、组合模具、通用模具。
5.按凹、凸模材料分类:
钢制冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡胶冲模和聚酯橡胶冲模等。
1.2.3冲压工序分类
冲压加工因产品的外形、尺寸和精度不同,采用的工序也不相同。
根据材料形变特点冲压工序可分为分离工序和成型工序。
分离工序:
毛坯在冲压力作用下,形变部分达到材料屈服极限后,发生断裂而分离。
该工序主要包括:
落料、冲孔、切断、切口、切边、剖切等。
成型工序:
毛坯在冲压力作用下,形变达到材料屈服极限,但未达到极限强度,形变部分发生塑料变形但未分离。
从而成为具有一定形状、尺寸和精度的制件的工序。
该工序主要包括:
弯曲、翻边、翻孔、扩孔、滚弯、起伏、拉伸、卷边、膨胀、整形、校平、压花等。
1.2.4冲压加工的优缺点
冷冲压加工优点:
采用冷冲压,再简单冲压下,可获得形状复杂、用其他方法难以加工的工件;冷冲压的工件尺寸精度是靠模具保证,零件加工可以一步到位,直接装配,且加工出的工件具有良好的互换性;冷冲压的工件成本低廉,相比于其他加工方式,其材料利用率高;操作简单,工人劳动强度低;生产效率高,具有一次成型的特点,冲压速度快、批量可调。
冷冲压加工缺点:
模具设计制造复杂、周期长且费用高,不适宜在小批量生产中运用。
由于产品的精度直接由模具决定,所以若零件对精度要求过高,则无法满足。
1.2.5冷冲压模具的应用
冷冲压模具的应用:
冷冲压模具应用十分广泛,它不仅可以冲制各种金属,还可以冲压塑料板、纸板、皮革制品等。
可以冲压的尺寸也很广,大到汽车的车体覆盖件,小到钟表内部零件。
总之,冷冲压在现代工业生产中占有十分重要的地位。
1.3冲压模具的发展趋势
(1)模具标准化
若专门设计制造一套模具的所有零件,周期太长,费用太高。
所以为了批量生产模具、缩短周期和降低成本,可以采用标准件直接组装,这样不但有助于提高模具的制造数量,而且标准化生产还能降低制造风险。
目前,标准化模架已得到广泛应用。
(2)模具产品大型化、精密化
由于模具成型的零件逐渐大型化和要求高生产效率,所以模具业向大型化发展。
另外,现在微型化零件加工需求日益增加,导致精密模具需求增加,模具精度已由5微米提高到2~3微米,今后还将向更加精密的方向发展。
(3)快速经济模具
现在很多产品使用周期短、更新快,据估计,21世纪多品种、小批量的生产方式将占工业生产比例的75%左右。
模具的设计制造要跟上产品的更新步伐,就需要开发快速经济模具。
例如,开发各种中低熔点合金模具、快速电铸模具、陶瓷模具、叠成模具等。
(4)优质材料及先进的表面处理技术
使用优质材料可以提高模具的使用寿命和提高所加工零件的质量,如粉末高速钢与普通高速钢相比,其碳化物细微、均匀,没有材料的方向性,所以它的韧性、磨削性、使用稳定性有了很大提高。
特别是针对形状复杂的工件和高速冲压的情况,其性能更加突出。
模具的表面处理技术对于模具的性能影响至关重要。
常用的表面处理方法有:
渗碳、渗氮、渗钒、渗硼等,今后的发展方向为:
气相沉积、等离子喷涂等。
(5)多功能复合模的进一步发展
新型的多功能复合模具是基于多工位级进模发展起来的。
其功能有了很大提升,除了冲压成型零件外,还可用来铆接、锁紧、叠压等,使生产效率有了很大提高。
(6)模具CAD/CAM/CAE技术和智能化
模具CAD/CAM/CAE技术和智能化大大地提高了模具设计的效率,缩短了设计时间,减少了设计师和工人的工作量。
是今后模具设计制造的发展趋势。
(7)高速铣削加工
高速铣削加工可以大幅度提高加工效率,并可获得很高的表面光洁度。
此外,高速铣削还可以加工高硬度模块,还有温度低、变形小等特点。
高速铣削加工目前广泛用于汽车制造、家电行业中的大型型腔模具制造,而且已向敏捷化、智能化、集成化的方向发展。
(8)模具扫描和数字化系统
模具扫描系统能够实现从模型或实物扫描然后加工出相应模具的功能,大大地缩短了模具的设计制造周期。
模具扫描系统还可以安装在加工中心上,快速实现数据采集、自动生成加工程序,可广泛用于模具行业的“逆向工程”中。
(9)模具自动加工系统的发展
这是模具行业发展的长远目标。
模具自动加工系统是将很多台机床组合在一起,配有随行的定位夹具,有完整的夹具、刀具库、柔性同步系统和质量检测系统等。
1.4本课题的主要内容和设计意义
设计的主要内容:
本课题为多孔盖板零件冲孔模设计,由于待冲零件为盖板,底部要冲多个孔,故采用垂直冲孔模,用弹簧卸料版卸料,一次性完成盖板零件的冲孔,模具类型应为单工序的冲裁模。
课题涉及的计算较多,许多零件的尺寸需要通过计算获得,例如:
压力机、上下模座、凸模、凹模、导柱、导套、固定板、模柄、弹簧卸料板、卸料弹簧、定位板等。
其中凹模、凸模、弹簧卸料板、定位板不是标准件,需要自行设计。
由于待冲零件为盖板,本身有一定的高度,又需要冲压时取送方便安全,模架的闭合高度自然会增大,这样就不能选择标准模架,而是选择相应的上、下模座,再配合较长的导柱和导套以达到所需的模架闭合高度。
此外,零件需要冲直径5mm的小孔,所以冲裁凸模应设计成阶梯型来提高凸模的抗弯和抗压性,并进行凸模的强度校核。
(盖板零件材料为08F钢,它的强度、硬度很低,韧性、塑性极高,具有很好的冷变形性,主要又来制造冷冲压件)
设计意义:
通过此次模具设计的实践,把自己大学四年所学的专业知识很好的整合在一起,综合运用所学过的理论、知识和技能设计出一个有价值的产品。
培养自己分析和解决模具设计的一般性问题的能力,拓宽了自己的知识面;使自己树立了正确的设计思想,设计构思,掌握了模具设计的一般程序和方法;提升我在查找技术资料、国家标准手册、运算、数据处理和便携文件等方面的能力,这对即将迈入社会的我是一次不错的锻炼。
2零件的工艺性分析
2.1材料性能
材料为08F钢,它的强度、硬度很低,韧性、塑性极高,具有很好的冷变形性,适于冲裁。
抗拉强度≥295Mpa,屈服强度≥175Mpa,抗剪强度≥220Mpa,未热处理时硬度:
HB≤131。
2.2冲裁件的尺寸和精度
待冲零件为盖板零件,厚度2mm,深度16mm,盖板直径Φ80mm,圆角R2,底部分布有4×Φ5、3×Φ18和一个异型孔,需要冲的孔较多。
零件尺寸公差未标注,为自由公差,按IT14精度选取,模具则按IT9精度制造。
冲裁断面表面粗糙度未标注,查表可知一般冲裁件剪切面粗糙度为6.3微米。
2.3冲裁工艺方案的确定
该工件为大批量生产,只有冲孔一道工序,可有一下两种方案。
方案一:
一次性完成所有孔的冲裁
方案二:
阶梯冲裁,即将凸模做成不同高度,采用阶梯布置,这样可以使各凸模的冲裁力最大值出现时间分开,从而降低冲裁力。
考虑到待冲零件厚度只有2mm,所需冲裁力不大,所以采用方案一。
3模具的结构形式
3.1模具类型
根据零件的工艺分析,决定采用单工序冲孔模。
3.2模具导向和零件定位方式
模具导向形式:
滑动导柱导套导向。
零件定位方式:
根据盖板件的形状,决定采用圆形定位板对零件进行整体定位。
3.3卸料和出件方式
卸料方式:
采用弹簧卸料板卸料
出件方式:
手动取出。
3.4模架类型和精度
根据待冲零件具体形状和操作的安全性考虑,采用后导柱模架,由于待冲零件精度较低,对模具精度要求不高,所以选用Ⅱ级精度。
3.5模具工作过程
第一步:
将盖板零件放到冲孔凹模上,用圆形定位板定位;
第二步:
上模下行,卸料版在弹簧作用下压住零件底部,上模继续继续下行,冲孔凸、凹模完成冲孔工序,废料从漏料孔排出;
第三步:
完成冲裁后,上模上行,凸模和零件脱离接触,卸料版在弹簧作用下完成卸料工序;
第四步:
将冲好的盖板件取出。
4冲压模具工艺与设计计算
4.1冲裁力的计算
对于普通平刃冲裁,冲裁力F可按下式计算。
F=KLtτ
(4-1)
式中F-冲裁力,N;L-冲裁轮廓线长,mm;t-板料厚度,mm;τ材料抗剪强度,Mpa(08F钢取300Mpa);K-考虑刃口磨损,冲裁间隙不均匀等因素,常取K=1.3。
计算冲裁轮廓线长度L:
L=3×3.14×18+4×3.14×5+3.14×10+25×2=313.76mm(4-2)
所以冲裁力F=KLtτ=1.3×313.76×2×300=244732.8N
4.2卸料力、推料力和总冲压力的计算
卸料力:
F卸=K卸×F(4-3)
式中K卸—脱卸系数,查文献【10】表3-43,取K卸为0.045;
F—计算的冲裁力。
所以F卸=K卸×F=0.045×244732.8=11013.0N
推料力:
F推=n×K推×F(4-4)
式中n—凹模内含有工件或者废料的个数(8个);
K推—推出系数,查文献【10】表3-43,取K推为0.055;
F—计算的冲裁力。
所以F推=n×K推×F=8×0.055×244732.8=107682.4N
总冲压力F0=F+F卸+F推=244732.8+11013.0+107682.4=363428.2N(4-5)
根据总压力选择压力机,要使压力机公称压力F公>F0,因此选择压力机型号为J23-40,技术参数如下图
4.3压力中心计算
冲裁力合力的作用点称为冲模的压力中心。
设计冲裁模时,应该使冲裁模的压力中心和压力机滑块的中心重合,即冲裁模的模柄中心应该与冲裁模的压力中心一致,以保证冲裁模在压力机上正常、平衡地进行冲制工作。
若无法使压力中心与滑块中心线完全重合,则应在设计中考虑采取平衡偏心载荷的措施,但偏载力要控制在尽可能小的范围内,且偏心距离不应该超过冲裁的模柄尺寸。
对于冲裁任何对称形状工件,其压力中心就是工件的几何中心。
复杂形状的工件冲裁时,其压力中心可根据合力对某轴的力矩等于各个分力对同轴的力矩之和的原理来求得。
多凸模冲裁时,其压力中心求法同上。
L1=3.14×18=56.52mmX1=0Y1=25
L2=3.14×5=15.70mmX2=-20Y2=23
L3=3.14×18=56.52mmX3=-17.5Y3=3
L4=3.14×5=15.70mmX4=-29Y4=-16
L5=3.14×10+25×2=81.4mmX5=0Y5=-15
L6=3.14×5=15.70mmX6=20Y6=-23
L7=3.14×18=56.52mmX7=17.5Y7=3
L8=3.14×5=15.70mmX8=24Y8=23
=
=(4-6)
=
=(4-7)
所以压力中心坐标为(-1.5,1)
式中L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8为各凸模的周长;
X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8为各凸模压力中心横坐标;
Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8为各凸模压力中心纵坐标。
4.4冲孔凸模和凹模刃口尺寸计算
4.4.1冲制4×Φ5mm小孔
根据刃口尺寸计算原则,以凸模为基准,备磨量为Δx,查公差等级表,基本尺寸5mm,精度等级为IT14,得Δ=0.3mm,查文献【15】表2-5,系数X=0.5。
查文献【15】表2-4,08F钢为硬钢,料厚t=2mm,得C=0.08~0.12。
根据经验公式法,得Zmax=0.48mm,Zmin=0.32mm。
查文献【10】表3-40,当公称尺寸≤18mm时,凸模下极限偏差-δ凸=-0.02mm,凹模上极限偏差+δ凹=+0.02mm。
根据文献【15】公式(2-5)、(2-6)得:
工件尺寸:
d+Δ=5+0.3mm;
凸模尺寸:
;(4-8)
凹模尺寸:
(4-9)
校核:
δ凸+δ凹=0.04≤Zmax-Zmin=0.16成立。
(4-10)
式中d—制件孔的公称尺寸;
Δ—冲件公差;
d凸,d凹—冲孔凸、凹模刃口尺寸;
Zmin—最小冲裁间隙;
Zmax—最大冲裁间隙;
X—磨损系数;
δ凸,δ凹—凸、凹模制造公差。
4.4.2冲制3×Φ18小孔
根据刃口尺寸计算原则,以凸模为基准,备模量为Δx,工件公差查公差等级表,基本尺寸为18mm,精度等级为IT14,得Δ=0.43mm,查文献【15】表2-5,当料厚2mm时,X=0.5。
查文献【15】表2-4,08F钢为硬钢,C=0.08~0.12。
根据经验公式法,得Zmax=0.48mm,Zmin=0.32mm。
查文献【10】表3-40,当公称尺寸≤18mm时,凸模下极限偏差-δ凸=-0.02mm,凹模上极限偏差+δ凹=+0.02mm。
根据文献【15】公式(2-5)、(2-6)得:
工件尺寸:
d+Δ=18+0.43mm;
凸模尺寸:
;(4-8)
凹模尺寸:
(4-9)
校核:
δ凸+δ凹=0.04≤Zmax-Zmin=0.16成立。
(4-10)
式中d—制件孔的公称尺寸;
Δ—冲件公差;
d凸,d凹—冲孔凸、凹模刃口尺寸;
Zmin—最小冲裁间隙;
Zmax—最大冲裁间隙;
X—磨损系数;
δ凸,δ凹—凸、凹模制造公差。
4.4.3冲制异型孔
根据刃口尺寸计算原则,以凸模为基准,冲孔凸模磨损后,刃口减小的为R5,冲孔凸模刃口尺寸不变的为两半圆圆心距25mm。
备磨量为Δx,工件公差GB1800-79,精度等级为IT14,得Δ=0.36mm,查文献【15】表2-5,当料厚2mm时,X=0.5。
查文献【15】表2-4,08F钢为硬钢,C=0.08~0.12。
根据经验公式法,得Zmax=0.48mm,Zmin=0.32mm。
查文献【10】表3-40,当公称尺寸>18~30mm时,凸模下极限偏差-δ凸=-0.02mm,凹模上极限偏差+δ凹=+0.025mm。
根据文献【15】公式(2-5)、(2-6)得:
凸模尺寸:
;(4-11)
;(4-12)
凹模尺寸:
mm;(4-13)
;(4-14)
校核:
δ凸+δ凹=0.045≤Zmax-Zmin=0.16成立。
(4-15)
式中Δ—冲件公差;
d凸,d凹,l凸,l凹—冲孔凸、凹模刃口尺寸;
Zmin—最小冲裁间隙;
Zmax—最大冲裁间隙;
X—磨损系数;
δ凸,δ凹—凸、凹模制造公差。
5冲压模具总体结构及主要零部件设计
5.1冲压模具凸模设计
5.1.1凸模的形式和固定方法
凸模的形式从形状来说,圆形和异形用的最多;从结构特点说,用于冲裁的凸模较多,小凸模较多。
固定方法主要是机械固定法和物理固定法,但机械固定法用的较多,常用的固定方法有:
带台式、铆接式、叠装式、垫键式、插入式、浇注式、挤压式等。
本设计中采用圆形和一种两端半圆的异形凸模,固定方式如下图所示:
圆形凸模采用带台式,以过渡配合(n6)固定在凸模固定板上,顶端的台肩用来保证凸模工作时不被拉出。
异形凸模,采用铆接式,凸模安装部分上端加工出1.5mm×45°斜面的铆头,并做局部退火处理,凸模同样以过度配合(n6)固定在凸模固定板上。
凸模材料选用T10A钢,淬火硬度为HRC56~60,尾部回火HRC45~5.技术条件:
按JB/T7653—1994的规定。
5.1.2凸模长度确定
凸模的工作部分长度根据模具具体结构确定。
长度过长会使凸模工作时因纵向弯曲而失稳,导致冲件质量和精度降低,甚至造成凸模折断。
根据模具设计结构具体形式,凸模的长度为
L=H1+H2+A+t+Y
式中L—凸模长度(mm);
H1—凸模固定板厚度(mm);它取决于冲件的厚度,当t=1.5~2.5mm时,取20~25mm,这里取25mm;
H2—卸料板厚度(mm)取45mm;
A—凸模固定板和弹簧卸料板间距,取15mm;
t—料厚,2mm;
Y—附加长度,包括修模余量(6~12mm),这里取6mm,凸模进入凹模的深度取1mm。
将数据代入得:
凸模长度L=H1+H2+A+t+Y=25+45+15+2+7=94mm
5.1.3凸模强度校核
冲压工作时,凸模承受压力,在卸料时又受
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