最新版机械专业毕业论文6133150.docx
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最新版机械专业毕业论文6133150
郑州航空工业管理大学
毕业设计
题目
紫铜垫片倒装复合模设计
系别
机电系
专业
机械设计及其自动化
班级
机电0805班
姓名
111
学号
222
指导教师
333
日期
2010年12月
设计任务书
设计题目:
紫铜垫片倒装复合模设计
设计要求
1.选择合理的冲裁工艺。
2.确定正确的冲裁方案。
3.计算相关的零件尺寸。
4.完成合理的装配方案及冲压调试。
设计进度要求
第一周搜集模具相关资料及前期准备工作
第二周模具基本类型与工作部分零件尺寸计算
第三周模具整体设计和绘制装配图
第四周模具主要零件图的绘制
第五周毕业论文的校核、修改
第六周打印装订,准备答辩
第七周答辩
指导教师(签名):
摘要
模具生产的工艺水平及科技含量的高低,已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力,决定着一个国家制造业的国际竞争力。
当今社会的进步和发展,使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求,然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。
因此,模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。
我们利用模具加工各种的工件,以便来满足人们的需要,模具的发展给我们带来了新的生活,新的时代。
因此这次我们的毕业设计要求设计一个模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。
由于产品的材料和工艺特性不同,生产用的设备也各异,模具种类繁多,但用的最为广泛的大约有以下几种:
冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建材用模等。
其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。
在这次设计中根据所给题目的要求,我首先对冲压件进行了分析,分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求,再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看,选择了冲孔落料的方案。
根据对零件的综合分析,在本人这次设计中我设计的模具是倒装冲孔落料复合模,主要介绍的是模具的冲孔落料,冲压生产中应用最广泛的工序之一。
由于材料和厚度的原因,我采用的加工方法为:
采用复合工序冲孔落料模进行加工。
关键词:
紫铜垫片、冲孔、落料、复合模
目录
摘要II
1工件的工艺性分析1
1.1冲压件的工艺性分析1
1.2冲裁工艺方案的确定1
2主要数据的计算3
2.1排样方案的确定及计算3
2.2冲压力的计算5
2.3模具压力中心的确定8
2.4冲模刃口尺寸及公差的计算8
3模具结构及模具零件的设计13
3.1模具类型的选择13
3.2定位方式的选择13
3.3卸料装置与推件装置的选取14
3.4导向方式的选择16
3.5工作零件的设计16
4闭模高度的计算23
5模具总装图24
6模具材料的选用25
7模具的装配与检测26
7.1模具的装配26
7.2模具检测26
结论30
致谢31
1工件的工艺性分析
零件简图:
如图1.1所示
工件名称:
紫铜垫片
生产批量:
大批量
材料:
紫铜
厚度:
0.5
图1.1零件图
1.1冲压件的工艺性分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。
在一般情况下,对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。
良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。
此工件只有冲孔和落料两个基本工序,材料为紫铜,紫铜有较好的塑性,很容易进行冷热加工,适合冲裁。
工件结构比较复杂,尺寸全部为自由尺寸,作为普通冲裁,其经济精度一般在IT12~IT14级,取落料精度为IT14级,冲孔精度为IT13级。
1.2冲裁工艺方案的确定
该工件包括冲孔、落料两个基本工序,可以有以下三种方案:
方案一:
先落料,后冲孔,需要两套模具,采用单工序模生产;
方案二:
落料—冲孔复合冲压,采用复合模生产,需要一套模具;
方案三:
冲孔—落料级进模,需要一套模具。
三种方案比较见表1.1
表1.1三种方案的比较
模具种类
比较项目
单工序模
复合模
连续模
冲件精度
较低
高
一般
生产效率
较低
较高
高
生产批量
适合大、中、小批量
适合大批量
适合大批量
模具复杂程度
较易
较复杂
复杂
模具成本
较低
较高
高
模具制作精度
较低
较高
高
模具制造周期
较快
较长
长
模具外形尺寸
较小
中等
较大
冲压设备能力
较小
中等
较大
工作条件
一般
较好
好
由于这样一个工件按单工序模具来加工,则需两个工序,即需要两套模具,两台设备,模具制造费用大,生产效率低,且不容易保证尺寸精度,操作不便,也不够安全。
所以方案一不合理。
若采用模具级进则模具制造难度加大,工件的尺寸也不容易保证。
生产效率也不高,所以方案三也不合理。
而采用复合模制冲件时,由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称,复合模的成本不是太高,制造的难度也不大,容易保证尺寸的精度,操作也方便,安全性好,生产效率高。
所以综合考虑,对以上三种模具特点的比较后,方案二比较合理。
所以采用方案二的复合模。
2主要数据的计算
2.1排样方案的确定及计算
在冲压生产中,节约和减少废料具有重要的意义,在模具设计中,排样设计是一项极为重要的、技术性很强的设计工作,排样的合理与否直接影响到材料的利用率、制件质量、生产率与成本以及模具寿命等,所以排样工作的好坏是左右冲裁经济效益的重要因素之一。
冲裁所产生的废料分为两种,一是工件的各种内孔产生的废料,它取决于工件的形状,一般不能改变,称为设计废料;二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料,它取决于冲压方式和排样方式,称为工艺废料。
提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小,另外在满足工件使用要求的前提下,适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。
排样时,工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边,搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度,以保证冲压件质量和送料方便。
搭边太宽,浪费材料;搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲,可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断,有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口,从而影响模具寿命。
搭边值的大小与下列因素有关:
材料的力学性能。
硬材料可小些,软材料的搭边可要大些。
工件的形状与尺寸。
尺寸大或有尖突的复杂的形状时,搭边要取得大值。
材料厚度。
薄材料的搭边值应取的大一些。
送料方式及挡料方式。
用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。
常用的排样方法有三种:
有废料排样:
指沿工件全部外形冲裁,工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边,此种排样的缺点是材料利用率低,但有了搭边就能保证冲裁件的质量,模具寿命也高。
少废料排样:
指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁,只有局部搭边的存在。
无废料排样:
指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在,模具刃口沿条料顺序切下,直接获得工件。
少废料、无废料排样的缺点是工件质量差,模具寿命不高,但这两种排样可以节省材料,还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。
并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。
上述三类排样方法,按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。
总上所述排样如图2.1所示。
表2.1搭边值表
料厚
手送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
~1
1.5
1.5
2
1.5
3
2
>1~2
2
1.5
2.5
2
3..5
2.5
3
2
>2~3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
>3~4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
由表2.1确定搭边值表
根据零件形状两式件间按矩形取搭边值=1.5,侧边取搭边值=1.2。
条料的送料步距按下式:
(2-1)
式中——送料步距();
——最小搭边值();
则步距:
=63.79+1.5≈65
条料宽度按下式:
﹙2-2﹚
其中为冲裁件宽度方向的最大尺寸;
为导料板与最宽条料之间的间隙查表取。
表2.2导料板与最宽条料之间的间隙表
条料厚度
无侧压装置
条料宽度
100以下
100~200
~0.5
0.5
0.5
0.5~1
0.5
0.5
2~3
0.5
0.5
3~4
0.5
1
4~5
0.5
1
导料板间的距离为44。
`
图2.1排样图
2.2冲压力的计算
2.2.1落料力
材料的抗剪强度=240
﹙2-3﹚
其中——冲裁力
——冲裁周边长度
——材料厚度
——材料抗剪强度
——系数
2.2.2冲孔力
中心孔:
2个小孔:
2.2.3冲裁时的推件力和卸料力及压力机的选择
表2.3卸料力、推件力及顶件力系数
冲裁材料
纯铜、黄铜
0.02~0.06
0.03~0.09
铝、铝合金
0.025~0.08
0.03~0.07
钢
材料厚度
~0.1
0.06~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0055
0.065
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.050
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.040
0.05
>6.5
0.02~0.03
0.025
0.03
查表2.3
序号1的凹模刃口形式,,则个
故
(2-4)
=673.608
为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现,且考虑到凸模相距很近时避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断故把三冲孔凸模设计成阶梯凸模如图2.2。
图2.2阶梯凸模
其凸模间的高度差与板料厚度有关即>3=,>3时=0.5.因此高度差=0.5。
则最大冲压力:
﹙2-5﹚
查表选取国产63开式压力机
其最大装模高度为170
最小装模高度为130
模柄孔尺寸为直径30,深度为50
工作台尺寸左右为315、前后200,厚度40
工作台孔尺寸:
左右150、前后70、直径110
立柱间距离:
150
倾斜角300
2.3模具压力中心的确定
对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模,必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。
模具的压力中心应与模柄的轴线重合,否则会影响模具及压力机的精度和寿命。
一切对称冲裁件的压力中心,均位于其轮廓图形的几何中心点上。
对于该工件,由工件形状可知压力中心位于圆心上。
如上图1.1根据图形分析,因为工件图形对称,所以该工件的压力中心为该工件的中心。
2.4冲模刃口尺寸及公差的计算
因冲模加工方法不同,刃口尺寸的计算方法也不同,基本上可分为两类:
(1)按凸模与凹模图样分别加工法:
它主要用于圆形或简单规则形状的工作,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单,精度容易保证,所以采用分别加工。
(2)按凸模与凹模配作法加工:
常用于冲制复杂形状的冲模。
这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证,工艺比较简单,不必校核的条件,并且还可以
放大基准件的制造公差,使制造容易。
表2.4初始双面间隙、
材料厚度
08、10、35
09M2、Q235
Q345
40、50
65
小于0.5
极小间隙
0.5
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.6
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.7
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
0.9
0.090
0.116
0.090
0.126
0.090
0.126
0.090
0.126
1.0
0.180
0.120
0.100
0.140
0.100
0.140
0.090
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
1.75
0.220
0.320
0.220
0.320
0.220
0.320
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
由表2.4确定初始双面间隙、的值:
设凸、凹模的制造偏差值分别按公式:
(2-6)
(2-7)
其中T、A——分别是凸、凹模的制造公差。
2.4.1冲孔部分
取=0.004;
=0.006.
①冲两小孔
对于冲小孔转换为
利用公式(2-8)
(2-9)
其中——磨损系数的选取查下表2.5
△——是工件的公差值
表2.5磨损系数表
工件精度IT10以上
=1
工件精度IT11~IT13
=0.75
工件精度IT14
=0.5
因孔的公差等级为IT13级,所以查上表得=0.75
则 =
==
②冲中心孔
对于冲中心孔转换为采用第二中方法加工即配合加工。
设以凸模为设计基准件,属于类第二类尺寸磨损后将会减小的尺寸按公式
(2-10)
其中——模具基准尺寸();
——工件极限尺寸();
△——工件公差();
则冲部分:
对于
对于
凹模与凸模尺寸基本相同分别是20.2475、4.135、10.165不必标注公差,但要保证最小双面合理间隙值。
2.4.2落料部分
对外轮廓的落料,由于形状较复杂,故采用配合加工方法
当以凹模为基准件时,凹模磨损后刃口部分尺寸都增大,因此均属于A类尺寸第一类尺寸。
它的基本尺寸及制造公差的确定方法按公式
(2-11)
其中——模具基准尺寸()
——工件极限尺寸()
△——工件公差()
其落料精度为IT14级,查公差表将尺寸、、40、80分别转化为、、、,查表2.5取x=0.5
则
该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制,保证最小双面间隙值为0.025。
2.4.3孔心距
孔心距60查公差表将尺寸转化为,磨损后尺寸基本不变,不必考虑磨损的影响,可直接按公式计算:
其中——工件孔心距;(2-12)
——凹模孔心距的公称尺寸;
△——工件制造公差。
则计算结果如下:
3模具结构及模具零件的设计
3.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知采用复合冲压,但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模,其各自的特点如下表
表3.1正装复合模与倒装复合模的比较
序号
正装
倒装
1
对于薄冲件能达到平整要求
不能达到平整要求
2
操作不方便、不安全,孔的废料又打棒打出
操作方法能装自动拨料装置即能提高生产效率又能保证安全生产。
孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉
3
装凹模的面积较大,有利于复杂重建用拼块结构
如凸凹模较大,可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板
4
废料不会在凸凹模孔内积聚,每次又打棒打出,可减少孔内废料的涨力,又利于凸凹模减小最小壁厚
废料在凸凹模孔内积聚,凸凹模要求又较大的壁厚以增加强度。
该冲件属于普通冲裁,精度要求不高又属于大批量生产,采用倒装比正装操作方便简单,生产效率较高,因此选用倒装复合模。
3.2定位方式的选择
定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置,条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位:
一是在与条料方向垂直方向上的限位,保证条料沿正确的方向送进成为送进导向;二是在送料方向的限位,控制条料一次送进的距离(步距)。
①属于送料导向的定位零件又导料销,导料板、侧压板等。
导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。
导料销则多用于复合模和单工序模中。
因此选导料销做为导向且位于条料的同侧,从右向左送料时导料销装在后侧。
②属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等,导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。
挡料销则多用于复合模和单工序模中。
选取挡料销做定距定位零件。
在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式弹顶挡料销。
其挡料销的高度h查表得h=3
表3.2挡料销高度
0.3~2
3
2~3
4
3.3卸料装置与推件装置的选取
常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。
前者式刚性结构主要起卸料作用,卸料力大,适用于冲材料厚度大于0.8的模具,后者是柔性结构,兼有压料和卸料两个作用。
其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。
主要用于冲制薄料和要求制件平整的充模中,长用在倒装复合模中,因此选取弹压卸料板。
弹压卸料板与凸模配合间隙值查表的=0.1
表3.3弹压卸料板与凸模配合间隙值
材料厚度
>0.5
>0.5~1
<1
单面间隙
0.05
0.1
0.15
在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.3~0.5。
卸料板的厚度查表3.4。
表3.4卸料板的厚度
材料厚度
卸料板宽度
≤50
>50~80
>80~125
ho
H0
ho
H0
ho
H0
~0.8
6
8
6
10
8
13
>0.8~1.5
6
10
8
12
10
14
>1.5~3
6
--
10
--
12
--
查上表得卸料板厚度
卸料弹簧选取4个圆钢丝弹簧,其规格为外径,截面,自由高度,工作高度,节距。
该弹簧的材料为65,淬硬43~48.它的安装结构是套在卸料螺钉外面,卸料螺钉的直径按公式(3-1)
﹙2~3﹚(3-1)
其中为弹簧的内径
图3.1卸料螺钉
计算得。
其卸料螺钉的结构形式如图3.1
推件装置选取刚性推件装置,它有打杆、推板、连接推杆和推件块组成。
3.4导向方式的选择
为了工作方便,安装调整简单,该复合模采用后侧导柱。
3.5工作零件的设计
3.5.1凹模外形尺寸的确定
凹模厚度的确定:
(3-2)
——为系数
——为凹模刃口的最大尺寸()
查表3.5选取系数=0.30
表3.5凹模系数
条料宽度
材料厚度
≤1
>1~3
>3~6
≤50
0.30~0.40
0.35~0.50
0.45~0.60
>50~100
0.20~0.30
0.22~0.35
0.30~0.45
>100~200
0.15~0.20
0.18~0.22
0.22~0.30
。
凹模壁厚
;凹模外形尺寸为。
凹模的刃口形式选用直筒式刃口。
该凹模的厚度的全部为有效刃口高度,刃壁无斜度,刃磨后刃口尺寸不变,适用于制件或废料逆冲压方向推出的冲裁模如复合模、薄料落料模。
其形状如图3.2
图3.2凹模刃口
3.5.2凹模结构形式的选择
凹模的结构形式有整体式和组体式两种,两种结构形式的比较如下表3.6。
表3.6凹模两种结构形式的比较
结构形式
制作方法
固定方法
特点
整体式凹模
其外形按毛坯和工件的形状制作
采用螺钉和销钉直接固定在模板上
制造简单,但工作部分与非工作部分都由优质钢制造,损坏后全部更换,浪费材料,成本高
组合式凹模
凹模工作部分与非工作部分开制造,非工作部分用普通钢制造,凹模以过渡配合压装在凹模固定板内
采用螺钉和销钉把凹模固定板紧固在模板上
节约贵重的模具材料,且当凹模损坏后是易维修更换,适用于冲制大、中型工件上的小孔
由于工件是大批量的生产,而且整体尺寸较小,则根据上面的比较表可选用整体式的凹模结构。
3.5.3冲孔凹模选用
凹模的刃口形式有直壁形、锥形和凸台式三种,这几种形式比较如表3.7。
表3.7凹模刃口形式的比较
刃口形式
优点
缺点
直壁形
刃口强度高且刃磨后孔中尺寸不随修磨而变化,制造方便
孔内易积工件或废料,增大了凹模的胀力,推件力,孔壁易磨损
锥形
凹模加工容易,不易积存工件或废料,对孔壁摩擦力和压力小
刃口强度较差且刃磨以后孔口尺寸随修磨变大
凸台式
可以用锤敲打凸台斜面以调整模具间隙,直到试出满意的冲件
仅适用于冲0.3mm以下的软金属与非金属材料,凹模的硬度一般不高于HRC35~38
在本套复合模中,采用的是倒装的形式,而且凹模内有推件块,所以凹模内不会积存工件,而锥形的又不利于工件的推出和间化模具的结构,则根据上面的比较表选用直壁形的刃口形式,刃口无斜度有一定的高度,刃磨后刃口尺寸不变,但刃口后端漏料部分设计成带有一定斜度,凹模工作部分强度较好。
如图3.3
图3.3冲孔凹模刃口
为刃口高度,为斜角,查表2.11得=5,=2°
表3.8凹模刃口高度
材料厚度t
<0.5
2
≥4
0.5~1
2
≥5
1~2.5
2
≥6
2.5~6
3
≥8
>6
3
≥10
3.5.4凸模固定形式的选择
凸模的固定形式有:
采用凸模固定板固定、与上模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种,各自的特点的比较如下表。
表3.9固定形式的特点比较
固定形式
固定方法
特点
凸模固定板固定
一般采用H7p6过渡配合,圆形凸模则采用凸肩固定
定位精度高,牢靠,但固定孔精度高,加工困难
与上模板直接连接
采用螺钉,销钉直接把凸模固定在上模板上
适用于大型凸模的固定
低熔点合金浇注固定
或
环氧树脂浇注固定
使低熔点合金或氧树脂溶化,像粘结剂一样固定在凸模上
适用于冲裁0.3~2的板料
由于本工件是大批量的生产,且内孔有一定的精度要求,模具采用的是复合模,则从上表的比较中可选用凸模固定板固定的形式固定凸模,而这里的固定板又是与落料凹模一体的,即凸模的凸肩与落料凹模的上端以H7p6过渡配合。
3.5.5凸模结构尺寸
①小孔凸模为圆形,采取台阶式凸模,它的强度刚性较好,装皮修磨方便,与凸模固定板配合部分按过渡配合(H7m6或H7n7)制造,最大直径的作用是形式台肩,以便固定,保证工作时凸模不配拉出,材料选取,热处理硬度为58~62。
其凸模长度计算公式:
(3-3)
其中1—凸模固定板厚度(0.6~0.8)=
—材料厚度0.5
—卸料板厚度8
—增加长度,一般选取10~20
凸模的结构形式如图3.4
图3.4凸模结构图
②冲中心孔
中心孔为非圆形凸模,采用台肩固定法,对于该凸模凸起的部分可以采用嵌入式的镶拼结构,把凸起部分与凸模拼合后嵌入到固定板凹槽内,为了防止凸模转动需要在
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