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叉形件课设说明书
目录
一、工艺分析……………………………………………………………………2
二、零件排样方案的确定………………………………………………………3
三、冲裁力的计算………………………………………………………………5
四、主要工作零件尺寸的计算…………………………………………………6
五、主要工作零件材料及强度刚度的校核……………………………………7
六、其它模具零件结构尺寸……………………………………………………10
七、小结…………………………………………………………………………11
八、参考文献……………………………………………………………………12
一、工艺分析
如图1所示是一个叉形连接板,材料为2mm厚的Q235钢。
该零件外形比较简单,无尖锐的圆角,整个外形光滑、圆整,尺寸精度要求不高,零件图形为简单的落料冲孔工序,属于大批量生产,整个零件的加工工艺性好。
该零件包括落料、冲孔两个工序,可以采用以下三种工艺方案:
(1)先落料再冲孔,采用单工序模生产;
(2)落料——冲孔复合冲压,采用复合模生产;
(3)冲孔——落料连续冲压,采用级进模生产。
方案
(1)模具结构简单,但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工,生产效率较低,难以满足零件的大批量生产的需要。
由于零件结构简单,为提高生产效率,主要应采用复合模冲裁或者级进模冲裁方式。
在保证产品尺寸公差等级的前提下,应尽量简化模具的结构,降低模具的制造费用,图所示的多孔片因外形比较简单,且壁厚较大,所以采用复合模冲裁比采用级进模冲裁的方案好。
级进模主要适用于冲裁精度要求较高,冲裁件孔与孔、孔与边缘尺寸较小时使用,综合考虑,选择复合模冲裁。
而在复合模中又有正装复合模和倒装复合模之分,考虑到出料的简单性,选择倒装复合模,而且倒装复合模的结构比正装复合模的结构更简单,所以优先考虑采用倒装复合模。
图1零件图
二、零件排样方案的确定
根据【1】表1-22选择长×宽×厚为2000mm×1200mm×2mm规格的钢板。
<1>零件的面积A
A≈2(0.5∏×24×24-∏×10×10+32×24+0.5×40×72+24×72-0.25∏×28×28+36×24+0.25∏×24×24-∏×12.5×12.5)=9148m㎡
<2>确定搭边值
当t=2mm时,由【2】表2-7可确定沿边搭边值a=1.5mm,工件间搭边值a1=1.2mm。
采用有侧压板的冲压,条料的宽度B=(D+2a)-&mm,其中D为料宽方向工件的最大尺寸,a为沿边搭边,&为条料下料剪切公差。
采用滚剪机剪切,由【4】表2.5.4查得&=0.2mm。
<3>排样方案的比较
方案一、直排,如图2
条料宽度B=(D+2a)-0.2=(136+2×1.2)-0.2mm=(138.4)-0.2mm
送料进距S=D’+a1=105.2mm
1横裁钢板时的条料数N1=2000/138.4=14.5,可裁14条
每条件数N2=(1200-a1)/S=(1200-1.2)/105.2=11.4可冲11件
横裁时板料可冲总件数N=N1×N2=14×11=154件
故板料的利用率=NA/(2000×1200)=(154×9148)/(2000×1200)=58.7%
2纵裁钢板时的条料数N1=1200/138.4=8.8,可裁8条
每条件数N2=(2000-a1)/S=(2000-1.2)/105.2=19,可冲19件
纵裁时板料可冲总件数N=N1×N2=8×19=152件
故板料的利用率=NA/(2000×1000)=(152×9148)/(2000×1200)=57.9%
可见,直排时横裁板料比纵裁板料时材料利用率更高,故采用直排横裁板料进行排样。
图2排样图
方案二、对排,如图3
条料宽度B=(D+2a)-0.1=(184+2×1.5)-0.2mm=(187)-0.2mm
送料进距S=D’+a1=136+1.2=137.2mm
①横裁钢板时的条料数N1=2000/187=10.7,可裁10条
每条件数N2=(1200-a1)/S=(1000-1.2/137.2=7.3,可裁7条
横裁时板料可冲总件数N=N1×N2=10×7=70件
故板料的利用率=NA/(2000×1000)=(70×9148)/(2000×1200)=26.7%
②纵裁钢板时的条料数N1=1200/187=6.4,可裁6条
每条件数N2=(2000-a1)/S=(2000-1.2)/137.2=14.6,可冲14件
纵裁时板料可冲总件数N=N1×N2=6×14=84件
故板料的利用率=NA/(2000×1200)=(84×9148)/(2000×1200)=32%
图3对排排样图
可见,对排时纵裁比横裁钢板的利用率更高。
将以上结果整理列表如下。
可以看出:
采用直排横裁的方式,可以获得较高的材料利用率,每张板料可冲零件数最多。
综上所述:
选择直排横裁的排样方式,排样图见图2。
排样方式
横裁板料利用率
横裁可冲件数
纵裁可冲件数
纵裁板料利用率
直排
58.7%
154
152
57.9%
对排
26.7%
70
84
32%
三、冲裁力的计算
由【3】附录F4可知,Q235钢的抗拉强度M为440~470MPa,取它的抗拉强度M为450MPa
冲裁件的周长L=2(24∏+32+76+36+0.5∏×24+0.5∏×28+20∏+12.5∏)=742mm
根据公式可确定冲裁力F=L×t×M=742×2×450=667800N
其中:
L——冲裁件的周长(mm)
t——板厚(mm)
M——材料的抗拉强度
根据公式可确定卸料力F3=K3×F
其中:
F是冲裁力
由【2】表2-5,可知K3=0.04~0.05
故F3=(0.04~0.05)×F=(26712~33390)N,取F3=26712N
推件力F1=N×k1×F,其中N=H/t
H——凹模高度
t——板厚
凹模高度H=Kb
其中:
b——冲裁件最大外形尺寸
由【2】表2-9可知,K=0.2
所以凹模高度H=Kb=0.2×184=36.8mm,取H=37mm
N=H/t=37/2=18件
由【2】表2-5可确定K1=0.055
所以推件力F3=18×0.055×667800=661122N
采用弹性卸料装置和下出件方式时的总冲裁力
F0=F+F1+F3=667800+26712+661122=1355634N
由【4】附录A可选择压力机的型号为JA31-160B闭式单点压力机
其公称压力为1600KN
滑块行程160mm
压力行程8.16mm
行程次数32次/min
最大闭合高度为480mm,
最大装模高度为375mm
立柱间距离为750mm
导轨间距离为590mm
电动机功率为4Kw。
四、主要工作零件尺寸的计算
如图1零件图,凸模与凹模刃口尺寸计算方法有分开加工计算和配作加工计算两种方法。
分开加工计算方法适用于圆形、方形等形状简单的冲件,直接分别计算凸模与凹模人口尺寸,分别加工来保证凸、凹模间的冲裁间隙。
由于采用分开加工计算方法时,必须满足凸、凹模的制造公差之和小于等于冲裁模初始双面间隙的最大值减最小值。
这对于料厚较薄的冲裁件来说,要大大提高凸模和凹模的制造精度来满足冲裁间隙范围的要求。
这对于冲裁件尺寸精度要求不高的冲裁件来说是不经济的。
配合加工的方法是先按计算的尺寸制造凸模或者凹模中的一件作为基准见,然后按照基准见实际尺寸配作另一件。
这样可以降低基准件的加工精度要求,也无需满足冲裁间隙的要求,同时可以大大降低模具加工的成本。
此零件可以采取配作法来加工主要的工作零件。
1、落料凹模尺寸的计算
工件图尺寸精度为IT14级,查【5】附表12,尺寸极限偏差数值如下:
尺寸136→(136)-1.00mm为磨损后增大尺寸
尺寸184→(184)-1.15mm为磨损后增大尺寸
尺寸56→56±0.37mm为磨损后不变尺寸
尺寸108→108±0.435mm为磨损后不变尺寸
尺寸36→36±0.31mm为磨损后不变尺寸
选择凹模作基准见,按【5】附表16查当精度为IT14时,磨损系数X=0.5,取&=1/4△
尺寸(136)-1.00mm,A1凹=(A1-X△)=(136-0.5×1.00)+1/4×1.00=(135.5)+0.25mm
尺寸(184)-1.15mm,A2凹=(A1-X△)=(184-0.5×1.15)+1/4×1.15=(183.425)+0.575mm
尺寸56±0.37mm,A3凹=A3±△/8=56±0.74/8=56±0.0925mm
尺寸108±0.435mm,A4凹=A4±△/8=108±0.87/8=108±0.11mm
尺寸36±0.31mm,A5凹=A5±△/8=36±0.62/8=36±0.0775mm
落料凸模尺寸按凹模尺寸配作,列出工件尺寸、凹模尺寸和凸模尺寸见下表
工件尺寸
凹模尺寸
凸模尺寸
(136)-1.00
(135.5)+0.25
136
(184)-1.15
(183.425)+0.575
184
56±0.37
56±0.0925
56
108±0.435
108±0.11
108
36±0.31
36±0.0775
36
凹模的零件图如图4所示
图4凹模零件图
2、冲孔凸模尺寸的计算
尺寸2-Φ20H9→2-Φ20±0.026mm为磨损后尺寸不变尺寸
尺寸Φ25H8→Φ25±0.0165mm为磨损后尺寸不变尺寸
尺寸28.3→28.3±0.36mm为磨损后尺寸不变尺寸
选择凸模作为基准件
尺寸2-Φ20±0.026mm,A1凸=A1±△/8=2-Φ20±0.052/8=2-Φ20±0.0065mm
尺寸Φ25±0.0165mm,A2凸=A2±△/8=Φ25±0.033/8=Φ25±0.004125mm
尺寸28.3±0.36mm,A3凸=A3±△/8=28.3±0.72/8=28.3±0.09mm
尺寸8±0.018mm,A3凸=A4±△/8=8±0.036/8=8±0.045mm
冲孔凸模尺寸按凸模尺寸配作,列出工件尺寸、凸模尺寸和凹模尺寸见下表
工件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
2-Φ20±0.026
2-Φ20±0.0065
Φ20
Φ25±0.0165
Φ25±0.004125
Φ25
28.3±0.36
28.3±0.09
28.3
8±0.018
8±0.045
8
冲孔凸模的结构图如图5、图6所示
图5圆形孔凸模结构图图6异形孔凸模结构图
五、主要工作零件材料及强度刚度的校核
1、凸凹模
凸凹模的材料选用Cr12MoV,淬硬处理,硬度为HRC58~62,采用数控线切割机床加工凸凹模,以保证凸凹模的形状精度要求。
由【2】表2-10可确定凸凹模的最小壁厚a=4.9mm,最小直径D=21mm
凸凹模长度L=h1+h2+h=26+10+24=60mm
其中:
h1——凸凹模固定板厚度
h2——弹性卸料板厚度
h——附加长度,一般取(15~20)mm
凸凹模的结构图如图4所示
图4 凸凹模结构图
2、冲孔凸模强度及刚度的校核
(1)方心孔凸模强度及刚度的校核
凸模的材料选用T10A,其抗拉强度为750~1200MPa,取其抗拉强度为800Mpa,淬硬处理,硬度为HRC58~62,【M】=2000~3000Mpa
方形孔的周长L=2∏×12.5=78.5mm
F冲=L×t×M=78.5×2×800=125600N
凸模的最小断面面积A=∏(12.5×12.5)=490m㎡
故凸模承受的压力F=F冲/A=125600/490=256N/m㎡≦【M】
所以凸模满足强度要求。
选择有导板导向的装置,一般凸模不会发生失稳弯曲,即凸模的刚度满足要求。
凸模的长度L=H1+H2+H3+(15~20),其中H1为固定板厚度,约为(0.6~0.8)H凹;H2为卸料板厚度(10~20),H3为导料板厚度(3~4)t
所以凸模的长度L=26+10+6+20=62mm,故凸模的刚度满足要求。
(2)圆形孔凸模强度及刚度的校核
圆形孔的周长L=2∏×R=2∏×10=62.8mm
F冲=L×t×M=62.8×2×800=100530N
凸模的最小断面面积A=∏×R×R=∏×10×10=314m㎡
故凸模承受的压力=F冲/A=100530/314=320N/m㎡≦【M】
所以凸模满足强度要求。
对于有导板导向的圆形凸模不发生失稳弯曲的长度为L≦270D2/√F=281.3mm
凸模的长度L=H1+H2+H3+(15~20),其中H1为固定板厚度,约为(0.6~0.8)H凹;H2为卸料板厚度(10~20),H3为导料板厚度(3~4)t
所以凸模的长度L=26+10+6+20=62mm﹤281.3mm,故凸模的刚度满足要求。
3、落料凹模的尺寸确定
凹模的材料选用T10A,其抗拉强度为750~1200Mpa,取其抗拉强度为800Mpa,淬硬处理,硬度为HRC58~62,【M】=2000~3000Mpa
凹模的厚度H=Kb=0.2×184=36.8mm
凹模壁厚C=(1.5~2.0)H(≧(30~40mm)=(55.2~73.6),取C=56mm
凹模板边长L=b+2c=184+2×56=296mm
凹模宽度B=工件宽+2C
故凹模宽度B=136+2×560=248mm
故可确定凹模板的外形尺寸为296mm×248mm×37mm
凹模的结构图如图6所示
图6凹模结构图
六、其它模具零件结构尺寸
根据凹模外形尺寸,查【1】表4-7选择
上模座尺寸315mm×250mm×50mm,下模座尺寸315mm×250mm×60mm
垫板尺寸315mm×250mm×8mm,凸模固定板尺寸315mm×250mm×26mm
卸料板尺寸315mm×250mm×8mm,凸凹模固定板尺寸315mm×250mm×26mm
其它模具零件结构尺寸列表如下:
名称
长×宽×厚(mm)
材料
上模座
315mm×250mm×50mm
T10A
下模座
315mm×250mm×60mm
T10A
垫板
315mm×250mm×8mm
45钢
凸模固定板
315mm×250mm×26mm
45钢
卸料板
315mm×250mm×8mm
45钢
凸凹模固定板
315mm×250mm×26mm
45钢
导柱
40mm×200mm
20钢
导套
40mm×125mm×48mm
20钢
导柱与导套的配合选用H7/h6
导柱、导套与上、下模座间的配合关系如下表所示
配合元件
导套
上模座
下模座
导柱
H7/h6
——
R6/h5
导套
——
H7/r6
——
七、课设小结
这次课设的做了很长时间,但在做课设期间也让我对模具设计与制造有了一个新的认识。
由于是大四,上《模具设计与制造》这门课时,心态没有放正,导致很多时候都没有认真听讲,对老师讲的知识点只是全盘吸收却没有进行自我消化,课设让我重新对冲压模有了更深度的认识和理解。
从课设的前期准备到计算再到画图,这个过程让我充分了解并掌握了冲压模的知识,包括从模具的排样,到模具尺寸的计算,到根据模具尺寸查国标选择标注模架,参与了所有过程让我对冲压模设计的实质也有了了解。
在课设期间,我也得到了很多老师、同学的帮助,没有他们我没办法这么顺利的做完课设,在此对给以我帮助的赵明娟老师、蔡龙辉同学表示衷心的感谢!
八、参考文献:
【1】薛啟翔.冲压模具设计和加工计算速查手册.北京:
化学工业出版社,2007.
【2】党根茂,骆志斌,李集仁.模具设计与制造.西安:
西安电子科技大学出版社,1994.
【3】王新华.模具设计与制造实用计算手册.北京:
机械工业出版社.2002.
【4】成虹.冲压工艺与模具设计.北京:
高等教育出版社.2001.
【5】薛啟翔.冲压工艺与模具设计实例分析.北京:
机械工业出版社.2008.
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