三垫圈复合模具设计.docx
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三垫圈复合模具设计
冲三垫圈复合模设计
学生:
学号:
专业:
材料成型及控制工程
班级:
指导教师:
毕业设计(论文)说明书
题目冲三垫圈复合模
学生
系别
专业班级
指导教师
毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目:
冲三垫圈复合模
系:
系专业:
班级:
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学生:
指导教师:
接受任务时间
教研室主任(签名) 系主任(签名)
1.毕业设计(论文)的主要内容及基本要求
内容:
生产批量:
大批量材料:
Q235t=2㎜
要求:
(1)要有目录、设计任务书及产品图;
2.指定查阅的主要参考文献及说明
(1)中国模具标准件手册.中国模具工业协会标准委员会编.上海科学普及出版社,1989
(2)冷冲压国家标准.国家标准总局.中国标准出版社,1989
(3)冷冲压工艺与模具设计.姜奎华.机械工业出版社,2002
(4)出版
3.进度安排
设计(论文)各阶段名称
起止日期
1
收集参考资料,查阅文献,完成开题报告
2009.03.02-2009.03.20
2
方案设计、工艺计算、结构计算
2009.03.23-2009.04.17
3
毕业设计的图纸和相关毕业论文的撰写
2009.04.20-2009.05.15
4
设计说明书的撰写
2009.05.18-2009.05.29
5
论文的修改、答辩的准备
2009.06.01-2009.06.19
摘要
本论文分析比较了用三种垫圈同时冲孔---落料复合模代替单只垫圈冲孔---落料复合模,计算了落料力、冲孔力、推件力及顶件力,设计了三种垫圈同时冲孔---落料复合模的模具结构。
关键词:
垫圈;冲压工艺;冲裁力计算;模具结构
ABSTRACT
Analysisofthispapercomparesthethreewashersatthesametime---punchingdieblankinginsteadofasinglecompositegasketonlypunching---compositeblankingmode,calculatededgebl
省略点……
Keywords:
Washer;stampingprocess;blankingforce;diestructure
目录
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
第1章绪论1
1.1冷冲压模具在工业生产中的地位1
1.2冲压加工的优势2
1.3冲模的种类与选择3
1.4冷冲压基本工序及所用冲模的主体结构5
第2章冲裁工艺分析6
2.1产品结构形状分析6
2.2产品精度、粗糙度、断面质量分析6
2.3产品材料分析7
2.4产量7
第3章产品冲压工艺方案的确定8
3.1第一种方案:
采用单工序模逐步加工8
3.2第二种方案:
采用复合模加工成形8
3.3第三种方案:
采用级进冲裁模加工成形9
第4章零件冲压工艺计算10
4.1排样方式的设计与选用10
4.2冲压力的计算12
4.3压力中心的计算14
4.4初选压力机14
第5章模具结构设计16
5.1凸凹模间隙值的确定17
5.2冲孔凸、凹模刃口尺寸、公差计算18
5.3小垫圈凸凹模刃口尺寸、公差计算19
5.4中垫圈凸凹模刃口尺寸、公差计算20
5.5大垫圈凸凹模刃口尺寸、公差计算22
5.6大垫圈落料凹模刃口尺寸、公差计算23
第6章模具主要零件结构设计及校核24
6.1模具材料的选用原则24
6.2模具零件技术条件26
6.3冲压模具工作部分设计30
6.3.1大垫圈落料凹模的结构设计及校核30
6.3.2小垫圈冲孔凸模的设计及校核32
6.3.3小垫圈凸凹模的设计35
6.3.4中垫圈凸凹模的设计36
6.3.5大垫圈凸凹模的设计37
6.3.6大垫圈凸凹模固定板的设计及校核38
6.3.7大垫圈落料凹模固定板的结构设计38
6.3.8垫板的设计39
6.3.9冲压模具工作部分紧固及定位零件的选用39
6.4推件装置的设计40
6.4.1推件装置类型的选择40
6.4.2模柄的选用41
6.4.3顶杆的选用41
6.4.4推杆的选用41
6.4.5推板的选用41
6.5卸料装置的设计41
6.5.1卸料板的设计42
6.5.2弹簧的选取及校核42
6.5.3卸料螺钉的选取43
6.5.4聚氨酯橡胶弹性卸料装置设计44
6.6模架的选择44
6.7托料装置的设计45
6.8校核压力机45
第7章绘制装配总图及零件图47
第8章结论49
参考文献50
致谢51
第一章绪论
冲压是通过模具对板材施加压力或拉力,使板材塑性成形,有时对板材施加剪切力而使板材分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。
由于冲压加工经常在常温下进行,因此也称为冷冲压。
冲压加工的原材料一般为板材或带材,故也称之为板材冲压。
1)28000~90000件;高速压力机滑块行程次数高达800~2000次/min,每班产量可达360000~900000件。
2)操作简便,冲压工易于培训。
3)冲压件生产成本低。
4)更适于成批与大量生产,而且生产成本会更低。
5)由于冲压技术在技术、经济方面有上述巨大优势,故在以金属加工为主的机电与家电产品制造中,都广泛采用冲压加工技术。
冲压生产的三大要素为设备、模具、材料。
其中,模具为三者的前提。
每一种冲压零件都要至少一套或多套冲模冲制。
冲模在各类模具中占65%以上,其重要性不言而喻。
1.3冲模的种类与选择
按照冲模适用冲压零件生产性质(投产批量大小)、结构繁简及制模费用大小、冲压精度高低,可将冲模大致划分为如下几类:
制造经济的简单冲模。
适用于新产品样试与批试,需要单件、小批量生产的冲压零件所用各种简易结构,用新材料与新工艺及简易制模方法制造的经济、简易冲模。
其制模工艺简便,制模周期短,造价低,但模具的使用寿命也低。
万能通用冲模与组合冲模。
适用于中小批量、多品种生产低精度冲压零件。
万能通用冲模可以一模多用;组合冲模是被有多种工作元件,按需要随时组合成各种冲模,将冲压零件分解成多工序,加工用多套组合模冲制。
普通全钢模。
适用于成批与大量生产各类冲压零件。
是应用广泛的标准结构与非标准结构的全钢材质普通冲压用冲模。
精冲模。
用于各种精冲工艺专用的精冲模具。
大型、特种、高精度与高寿命冲模。
适用于大量生产的汽车覆盖件冲模、高精度硅钢片硬质合金模等。
表1—2按冲压零件生产性质选用冲模类型
冲压零件的类别
冲压零件的生产性质
单件小批
小批小量
成批、中批
大批
大量
常年大量
数量/件
大型件(>500mm)
<250
2500
25000
250000
2500000
>2500000
中型间(250~500㎜)
<500
5000
50000
500000
5000000
>5000000
小型件(<250㎜)
<1000
10000
100000
1000000
10000000
>10000000
推荐选用冲模
冲模类型
各种简易冲模,组合冲模
组合冲模、寿命较高的简易冲模、结构简单的敞开式冲模
单工序冲模、导板式冲模、工位不多的简单结构连续模、复合模
多工位连续模、复合模及小型半自动冲模
用多工位连续模、硬质合金及其他高寿命冲模、自动冲模
用多工位连续模、硬质合金及其他高寿命冲模、自动冲模
冲压零件的类别
冲压零件的生产性质
单件小批
小批小量
成批、中批
大批
大量
常年大量
第二章冲裁工艺分析
2.1产品结构形状分析
各种规格的垫圈是各种机械设备中的常用零件,规格多,生产规模大,年产量在数十万件以上。
旧工艺采用单只垫圈冲孔——落料复合模,该工艺存在着材料利用率低,模具及锻压设备数量多,关键的问题是生产率低,从而增加了垫圈的生产成本。
为了节
省材料及提高生产率,利用套料方法设计一副三种垫圈同时冲孔——落料复合模。
该模具在一次冲压行程中同时完成三种垫圈的冲裁工序。
这种多件同时冲孔——落料复合工艺的特点是:
材料利用率高,复合模数量减少两副,冲压设备台数相应地也减少两台,生产率高,减少工人及车间场地,从而使垫圈的生产成本大大降低。
图1—1零件图
由图1—1可知,为了采用套料方法,首先对各种规格垫圈的内径及外径要合理进行选择,即小垫圈的外径正好是中垫圈的内径,中垫圈的外径也必需正好是大垫圈的内径,只有具备这样的尺寸条件,才能充分发挥材料利用率。
大,中,小三种垫圈的形状及尺寸如图所示,满足这样的条件。
第三章产品冲压工艺方案的确定
完成此工件需要落料、冲孔、复合工序,其加工方案分为以下三种。
3.1第一种方案:
采用单工序模逐步加工
1.先冲孔后落料单工序模。
2.先落料后冲孔单工序模。
3.先冲孔后落料单工序模。
特点:
由于采用单工序模,模具制造简单,维修方便。
但是,单工序模要制造三副
图4-492×1000的板材排样
以这种方式排样,冲裁零件总数为n=21×11=231;
冲裁面积为A=π×902/4=6361.7mm2;
整张板材的材料利用率为:
=
=73.47%
排样方案二:
纵裁直排。
=69.97%
由计算可知,横裁直排式排样方法和横裁混合式排样方法的材料利用率最高,均为73.47%。
但是与横裁直排式排样相比,采用横裁混合排样方法的板料面积较大,质量较大,冲压加工时操作不便,还会增大模具面积,因此排样方式选用横裁直排式排样。
4.2冲压力的计算
由于大、中、小三种垫圈在压力机的一次行程中同时进行冲孔——落料复合工序,故冲裁力仅有大垫圈的落料力及大、中、小垫圈的冲孔力,现分别计算如下。
1.大垫圈落料力
落料力是指落料时材料对凸模的最大抵抗力。
落料力的大小,主要与材料的机械性能、厚度及冲件分离的轮廓长度有关。
落料直径为D=90mm。
零件材料为Q235钢,其机械性能见表4-1。
第五章模具结构设计
采用三种垫圈同时冲孔------落料复合工艺生产制件的好坏与模具的设计质量密切相关,合理的模具结构是加工合格制件的关键。
因此,根据具体的零件形状、尺寸及
图省略
5.1凸凹模间隙值的确定
根据生产经验可知,凸凹模间隙对制件质量、冲压力、模具寿命都有很大的影响。
因此,设计模具时一定要选择一个合理的间隙,时剩件的质量较好,所需冲压力较小、模具寿命较高、但分别从质量、精度、冲压力等方面的要求各自确定的合理间隙值并不相同,考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损,所以间隙在这个范围内,就可以冲压出良好的制件。
按材料性能及板材厚度决定,其间隙值表查得:
大垫圈外径Ф90mm落料凸模与凹模的双边间隙0.24mm。
满足条件:
(5-1)
根据表5-1查得,x=1;
表5-1系数x
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
≤0.16
0.17~0.35
≥0.36
<0.16
≥0.16
1~2
≤0.20
0.21~0.41
≥0.42
<0.20
≥0.20
2~4
≤0.24
0.25~0.49
≥0.50
<0.24
≥0.24
〉4
≤0.30
0.31~0.59
≥0.60
<0.30
≥0.30
因此,冲孔凸模刃口尺寸、公差为:
=
=
由于凹模是凸凹模一体,所以下面再分别计算三只凸凹模的尺寸:
考虑落料和冲孔的区别:
冲孔件的尺寸取决于凸模,因此冲孔模应先确定凸模尺寸,用增大凹模尺寸来保证合理间隙;落料件的尺寸取决于凹模,因此落料模应先确定凹模
=
mm
a.冲孔Φ50的凸模,查资料按下式计算:
式中
---------冲孔凸模的刃口尺寸,mm
---------冲孔件的孔径尺寸,mm
----------制件尺寸的公差,查资料得
=
-----------磨损系数,查资料取
=0.75
---------最小合理间隙,由上
=0.24mm
--------凸模的制造公差,凹模按IT10精度制造,查资料得
=0.02mm
代入上式中
=
冲裁模
模具工作刃口形状简单且尺寸小
T10A、9Mn2V、CrWMn
58~62
模具工作刃口形状复杂且尺寸较大
CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr6WV、YG15、YG20
58~62
硅钢片冲裁
Gr12MoV、12Cr4W2MoV、YG15、YG20
60~62
精密冲裁
Gr12MoV、W18Cr4V
58~62
镶块组合
T10A、9Mn2V、Gr12MoV
58~62
加热冲裁
3Cr2W8、5CrNiMo、5CrMnMo
48~52
弯曲模
成形模
板材冷压
T10A、Cr12、9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV、Cr16WV
58~62
板材加热弯曲或成形
5CrNiMo、5CrMnMo
48~52
拉深模、翻边、胀形模
板材冷压
CrWMn、Cr12MoV、Cr6WV、YG8、YG15
58~62
板材加热成形
5CrNiMo、5CrMnMo
48~52
表6-2为冲模零件的材料及热处理
表6-2冲模零件的材料及热处理
零件名称
材料
热处理
上、下模座(板)
HT20、Q235、45
调质处理28~32HRC
导柱、导套
滑动
20导柱渗碳淬火
60~64HRC
滚动
GCr15导套渗碳淬火
58~62HRC
模柄
Q235、45
固定板、卸料板、侧压板、推料板、顶板、承料板等
Q235、45
垫板
45
T8A
43~48HRC
54~58HRC
定位板
T8A
54~58HRC
顶杆、推杆、打杆、挡料板、挡料钉等
45
43~48HRC
压边圈
45、T8A、T10A
48~52HRC
侧刀、废料切刀、斜楔、滑块、导向块、导正销(导头)等
T8、T8A
T10、T10A
58~62HRC
52~56HRC
护套、衬板
Q235、20
弹簧、簧片
65Mn、60Si2Mn
43~48HRC
螺母、垫圈
Q235
销、螺钉、螺栓
45、Q235
(45)43~48HRC
7.形位公差的选取
6.2模具零件技术条件
1.零件的尺寸、精度、表面粗糙度和热处理等应符合有关零件技术标准的技术要求和本技术条件的规定。
2.零件的材料除按有关零件标准规定的材料外,允许使用代用材料,但代用材料的机械性能不得低于原定材料。
3.零件图上未注尺寸公差的极限偏差按GB1804—79规定的IT14级,孔尺寸为H14,轴尺寸为h14,长度尺寸为JS14。
4.零件图上未注明倒角尺寸,除刃口外,所有锐边和锐角均应倒角或倒圆,视零件大小,倒角尺寸为0.45×45°~2×45°,倒圆尺寸为R0.5~1。
5.零件图上未注明的铸造圆角半径尺寸为R3~R5。
6.铸件的非加工表面必须清沙处理,表面应光滑平整,无明显凹凸缺陷。
7.铸件的尺寸公差:
灰铸铁、球墨铸铁件按JB2854—80《铸铁件机械加工余量、尺寸公差和重量偏差》的规定,铸钢件按JB2580——79《铸钢件机械加工余量、尺寸公差和重量偏差》的规定。
8.锻件不应有过热、过烧的内部组织和机械加工不能去除的裂纹、夹层及凹坑。
9.铸造模座加工前应进行时效处理,要求高的铸造模座在粗加工后应再进行一次消除内应力的时效处理。
10.加工后的零件表面,不允许有影响零件使用的砂眼、缩孔、裂纹和机械损伤等缺陷。
11.热处理后的零件,不允许有影响使用的裂纹、软点和脱碳区,并清除氧化皮、脏物和油污。
12.表面渗碳淬火的零件,其要求渗碳层为成品加工后的渗碳层。
13.钢制零件的非工作表面及非配合表面,视使用要求进行发黑处理。
14.所有模座、凹模块、垫板及单凸模固定板和单凸模垫板等零件图上表明的平行度公差应符合表6—3的规定。
15.矩形凹模板、矩形凸模固定板、矩形卸料板的垂直度公差应符合表6—4的规定。
在保证垂直度公差值要求下,其粗糙度Ra允许降为1.6μm。
16.各种模柄(包括带柄上模座)的圆跳动公差应符合表6—5的规定。
17.上下模座的导柱、导套安装孔的轴心线应与基准面垂直,其垂直度公差按如下规定:
(1)安装滑动导柱或导套的模座为100:
0.01mm;
(2)安装滚动导柱或导套的模座为100:
0.005mm。
18.各种模座(包括通用模座),在保证平行度的要求下,其上、下二平面的表面粗糙度Ra允许降为1.6μm。
表6—3平行度公差(mm)
基本尺寸
公差等级
4
5
公差值
>40~63
0.008
0.012
〉63~100
0.010
0.015
〉100~160
0.012
0.020
〉160~250
0.015
0.025
〉250~400
0.020
0.030
〉400~630
0.025
0.040
〉630~1000
0.030
0.050
〉1000~1600
0.040
0.060
注:
基本尺寸是指被测表面的最大长度尺寸或最大宽度尺寸。
表6—4垂直度公差(mm)
基本尺寸
公差等级
5
公差值
〉40~63
0.012
〉63~100
0.015
〉100~160
0.020
〉160~250
0.025
注:
1.基本尺寸是指被测零件的短边长度;
2.垂直度误差是指以长边为基准对短边的垂直度最大允许值;
3.公差等级按GB1184—80《形状和位置公差未注公差的规定》。
表6—5模柄圆跳动公差(mm)
基本尺寸
公差等级
5
公差值
〉40~63
0.012
〉63~100
0.015
〉100~160
0.020
〉160~250
0.025
注:
1.基本尺寸是指模柄(包括带柄上模座)零件图上标明的被测部分的最大尺寸;
2.公差等级:
按GB1184—80《形状和位置公差未注公差的规定》。
19.模座上的起重孔为螺孔,螺孔的基本尺寸按GB196—81,公差按GB197—81。
经供需双方协议可以改为钻孔。
20.各种铸造模座(包括通用模座)的非加工表面清理后除漆。
21.导套的导入端允许有扩大的锥孔,孔直径不小于或等于Ф55mm时,在3mm长度内为0.02mm,孔直径大于Ф55mm时,在5mm长度内为0.04mm。
22.导柱和导套的端头与圆柱面的交接处R0.2mm的小圆角应在精磨后用油石修出。
23.滑动和滚动的可卸导柱与衬套的锥度配合面,其吻合长度和吻合面积均应在80%以上。
24.铆合在钢球保持圈上的钢球应在孔内自由转动而不脱落。
25.在保证使用质量的前提下,铸造模座上的压板台需否,由供需双方协定。
26.螺钉与销钉是用于模具零部件进行定位于固定的元件。
通常两者选用相同的直径。
螺钉的直径与布置间距可参考表6-6按凹模厚度选定。
螺钉选用内六角形为宜。
一般设计时,不应少于三个螺钉,拧入被连接件的深度,铸铁为2d,钢为1.5d(d为螺钉直径)。
销钉设计为2个连接件的销钉孔应同时钻、铰,销钉与孔采用H7/m6过渡配合,孔壁的表面粗糙度应达Ra1.6μm,压入连接件的深度为1.5d,压入被连接件深度为2.5d,矩形板件的销钉应取对角布置。
表6—6螺钉间距(mm)
凹模厚度
使用螺栓
最小间距
最大间距
≤13
M5
15
50
〉13~19
M6
25
70
〉19~25
M8
40
90
〉25~32
M10
60
115
〉32
M12
80
150
表6-7螺钉许用承载能力
螺钉许用承载能力
螺钉直径
不同材料的许用负载/N
45
Q275
Q235
M6
3100
2900
2300
M8
5800
5200
4300
M10
9200
8300
6900
M12
13200
11900
9900
M16
25000
22500
18700
6.3冲压模具工作部分设计
6.3.1大垫圈落料凹模的结构设计及校核
落料尺寸为Ф90.345mm,精度等级为IT10,零件制造公差为Δ=0.14mm。
由第五章计算可得,落料凸模和凹模的加工方法为分开加工,落料凹模刃口尺寸为
。
虽然刃口形状简单,但是尺寸较大,因此根据表6-1选择凹模材料为T10A,热处理标准为58~62HRC。
表6-8凸凹模最小壁厚/mm
圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准件中选用。
非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂,目前还不能用理论计算方法确定。
凹模外形尺寸有两种计算方法。
方法一:
查表
根据冲裁件的最大外形尺寸和料厚,从表6-9中直接查出凹模厚度H和壁厚C。
H=25mm
K——系数,考虑板材厚度的影响,表6—10。
查得K=0.25。
表6-10系数K值
b/mm
料厚t/mm
0.5
1
2
3
>3
<50
0.3
0.35
0.42
0.5
0.6
50~100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
100~200
0.15
0.18
0.2
0.24
0.3
>200
0.1
0.12
0.15
0.18
0.22
凹模高度H=Kb=0.28×90=25.2mm≥15mm
凹模壁厚C=1.5*25.2=37.8≥30mm。
凹模强度校核公式如下:
式中,
——凹模最小厚度(mm)
F——冲裁力(N),F=253490N。
因此,
=
=29.37mm
为方便安装,而且考虑到此模具是以倒装形式安装,将凹模设计为直接用螺钉加上固定板镶嵌固定在上模座上,为了安装方便,所以凹模的高度不能太高,并且其厚度不能过厚,否则会影响装模空间。
综合以上,
凹模刃口处厚度为9mm,
复合模的最小壁厚见表:
由于小垫圈凸凹模在频繁冲击状况下工作,因此,零件不仅应具有足够的强度和韧性,还要有高的强度、耐磨性、耐冲击性和淬火后变形小等特性。
所以冲孔凸模采用高铬合金工具钢Cr12MoV,热处理硬度为HRC58-62。
小垫圈凸凹壁厚为28.07mm-14.80mm=13.27mm。
根据表6—8可查得,料厚为
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