烟灰缸盖的冲压工艺及模具设计.docx
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烟灰缸盖的冲压工艺及模具设计
目录
摘要……………………………………………………………………………………1
关键词………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………1
2烟灰缸盖的工艺性分析…………………………………………………………3
2.1冲压工艺方案的分析与比较…………………………………………………3
2.2确定排版、裁板方案…………………………………………………………4
3 落料拉深复合模工序设计计……………………………………………………5
3.1冲压件工艺分析………………………………………………………………5
3.1.1计算毛坯直径D……………………………………………………………5
3.1.2 判断拉深次数………………………………………………………………6
3.2 落料拉深的相关计算…………………………………………………………6
3.2.1 确定工艺方案………………………………………………………………6
3.2.2进行必要的计算……………………………………………………………6
3.2.3 确定凸模的通气孔………………………………………………………10
3.2.4 落料凸、凹模工作部分的尺寸和公差……………………………………11
3.2.5 拉深模具的总体设计……………………………………………………12
4 冲孔翻边符合模工序设计计算………………………………………………15
4.1翻边件的工艺分析…………………………………………………………15
4.2 工艺计算……………………………………………………………………15
4.2.1计算预冲孔………………………………………………………………16
4.2.2计算翻边系数……………………………………………………………16
4.2.3计算翻边力、冲裁力………………………………………………………16
4.2.4 冲孔翻边复合工序压力机的选择………………………………………16
4.2.5冲孔翻边模具工作部分尺寸……………………………………………17
4.2.6预冲孔模具工作部分尺寸………………………………………………17
4.2.7冲孔翻边模具总体设计…………………………………………………17
5 各凸模与凸凹模校核…………………………………………………………20
5.1落料凸模的校核……………………………………………………………20
5.1.1凸模抗压强度校核………………………………………………………20
5.1.2凸模抗压失稳校核………………………………………………………21
5.2拉深凸凹模的校核…………………………………………………………21
5.2.1凸凹模抗压强度校核……………………………………………………21
5.2.2凸凹模抗压失稳校核……………………………………………………21
5.3翻边凸凹模的校核…………………………………………………………21
5.3.1凸凹模抗压强度校核……………………………………………………21
5.3.2凸凹模抗压失稳校核……………………………………………………21
5.4卸料弹簧设计………………………………………………………………21
6压力机的选择以及模具的绘制………………………………………………22
6.1冲孔翻边复合工序压力机的选择…………………………………………22
6.2模具的绘制…………………………………………………………………22
7结论……………………………………………………………………………22
参考文献…………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………24
烟灰缸盖的冲压工艺及模具设计
摘要:
本设计应用本专业所学的模具理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计,其中包括了落料拉深复合模和冲孔翻边复合模的设计,并详细地描述复合模具的结构如凸、凹模,定位零件,导向零件,卸料与推件装置,连接与固定零件等的设计过程,重要零件的工艺参数的选择与计算以及各个参数的校核。
这次模具设计的目的在于提高学生独立工作能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学内容。
关键词:
落料拉深;冲孔翻边;工艺分析
TheStampingandMoldDesignofAshtrayCover
Abstract:
Thispaperappliedtheprofessionalmouldtheoryandproductiontolearnapractical
knowledgeofcoldstampingmoulddesign,includingtheblankingdeepdrawingcompositemembraneandpunchingflangingcompositemembranedesign.Thepaperdescribesindetailthestructureofarammingmold,forexamplebulgeandconcavemold,locatingelements,guideelement,ex-denningandliftoutattachmentandsoon,choiceandcomputetechnologicalparameterofimportantcomponentsandexaminuteeachparameter.Themoulddesignpurposewastoimprovestudents'abilitytowork
independently,consolidateandexpandcoldstampingmoulddesignlessonscontent.
Keyword:
blankingdrawing;punchingflanging;processanalysis
1前言
随着科学技术的发展需要,模具已成为现代化不可缺少的工艺设备,模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,而且模具是工业生产中的基础工艺装备,是一种高附加值的高技术密集型产品,也是高新技术产业的重要领域,其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。
冲压成型作为现在工业中一种十分重要的加工方法,用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势,其成型件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点,是一种其他加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术,在制造业中具有很强的竞争力,被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。
在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后,已经形成了冲压学科的成形基本理论[1]。
以冲压产品为龙头,以模具为中心,结合现代先进技术的应用,在产品的巨大市场需求刺激和推动下,冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。
据中国模具工业协会发布的统计材料,2006年我国模具总产值约为710亿元,出口10.41亿元,进口10.49亿元。
我国模具行业经济活动总还有以下几个特点:
(1)总产值中2/3为自用,1/3为商品销售;
(2)制造模具的比重为冲压模占50%,塑料模占33%,压铸模占6%,其他占11%;(3)进口模具的比重为塑料模大于冲压模;(4)模具进口依次为日本,台湾地区,韩国,香港地区,欧美各国[2]。
本设计应用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容,掌握冷冲压模具设计的方法和步棸,掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能,并懂得了怎么样分析零件的工艺性,怎么样确定工艺方案,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了规范和标准,同时各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。
采用落料拉深复合模,能较好地实现落料及落料件的修边,模具设计制造也简便易行。
落料拉深效果好,能极大地提高生产效率,但落料拉深凹模的设计较为重要,设计中应充分考虑其落料拉深模口形状,否则易影响落料拉深件的形状。
主要工序包括:
a落料拉深复合模加工,b冲孔翻边复合模加工,c成型。
本设计分别论述了产品工艺分析,冲压方案的确定,工艺计算,模板及零件设计,模具组立等问题。
本设计的内容是确定复合模内型和结构形式以及工艺性,绘制模具总图和非标准件零件图。
这次毕业设计的目的有两个:
一是让学生掌握了查询资料和手册的能力,并能够很好的理解课程上所学习的知识。
二是掌握了模具设计的方法和步棸,了解了模具加工的工艺过程。
2烟灰缸盖的工艺性分析
图1零件外形图
Fig1Appearancepictureofthepart
如图所示,该工件为轴对称拉深件,在圆周方向上的变形也是均匀的,模具的加工也比较容易,但是中间有个内凹孔,这就不得不用翻边来完成工件的加工。
(1)从工件形状上看,属于圆筒形拉深件,其主要问题是考虑圆筒形件是否可以一次拉成。
(2)由于中间有内凹孔,所以也要判断是否可以一次翻边成功。
(3)由于该工件精度要求不高,不需要扩孔跟出毛坯等提高加工精度的步棸[3]。
2.1冲压工艺方案的分析和比较
(1)方案1
先落料拉深采用连续模,再冲孔,最后翻边
(2)方案2
先落料拉深复合,再冲孔,最后翻边
(3)方案3
先落料拉深复合,再冲孔翻边复合
方案的比较就是冲压件的工艺路线的比较,主要包括冲压工序数,工序的组合和顺序的比较等。
确定合理的冲裁工艺方案应在不同的工艺方面进行全面的分析与研究,比较其综合的经济技术效果,选择一个合理的冲压工艺方案。
方案1虽然考虑到零件拉深工艺的复杂性,减少了产品的冲压成型时间,但是模具结构复杂且精度要求高,制造周期长,制模成本高,加工也不方便。
而方案二虽然用落料拉深复合模相应地提高了成型的速度,但是后面2个工序却增加了制造的周期。
相比之下方案三由于采用落料拉深复合模和冲孔翻边复合模就大大地提高了成型的速度,使得模具制造周期短,制造低廉,工人操作安全,方便可靠。
2.2确定排版、裁板方案
在冲压生产中,节约金属和减少废料具有非常重要的意义,特别是在大批量生产中,合理的排样和选择适当的搭边值是降低成本、保证工件质量及延长模具寿命的有效措施。
此冲裁件为圆形,采用无废料排样不可能,而采用少废料排样影响了工件的质量和精度,同时还会缩短模具的寿命,所以采用直排的方式来确定排样方案[4]。
排样方式如图所示:
图2排样图
Fig2Layoutdrawing
按表1查得最小搭边值:
a=1.5mm,a1=1.5mm
条料宽度:
b=138+2a=141mm
进距:
h=138+a1=139.5mm
一个进距的材料利用率η
η=n×A/bh×100%=76%
(1)
式中:
A-冲裁件面积,
n-一个进距冲裁件数目;
b-条料宽度,mm;
h-进距,mm。
表1冲裁金属材料的搭边值
Table1Punchingmetalstructuresonthevalueside
料厚圆形非圆形往复送料自动送料aa1aa1aa1aa1
~11.51.521.532--
>1~221.52.523.52.532
>2~32.5232.543.5--
>3~432.53.535443
>4~543546554
>5~654657665
>6~865768776
>876879887
3落料拉深复合模工序设计计算
3.1冲压件的工艺分析
此工件为无凸缘圆筒形件,要求内形尺寸,没有厚度不变的要求。
工件底部圆角半径rt=8mm,大于拉深凸模圆角半径rp=4~6mm(查表4.31的首次拉深凹模圆角半径rd,而rp=(06~1)rd=4~6mm),满足要求。
最后按公差表查得工件为IT14级,满足拉深工序对工件公差等级的要求。
3.1.1计算毛坯直径D
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣:
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该论文已经通过答辩
表3无凸缘圆筒形工件的多次拉深
Table3Nolugscylindricalworkpiecesrepeatedlydeepdrawing
拉深因数毛坯的相对厚度t/D*100
2~1.5<1.5~1.0<1.0~0.5<0.6~0.3<0.3~0.15
m10.48~0.500.50~0.530.53~0.550.55~0.580.58~0.60
m20.73~0.750.75~0.760.76~0.780.78~0.790.79~0.80
m30.76~0.780.78~0.790.79~0.800.80~0.810.81~0.82
m40.78~0.800.80~0.810.81~0.820.82~0.830.83~0.85
m50.80~0.820.82~0.830.83~0.850.85~0.860.86~0.87
3.2落料拉深的相关计算
3.2.1确定工艺方案
本工件首先需要落料制成D=138mm的圆片,然后以D=138mm的圆板料为毛坯进行拉深,拉深成外径为1000-0.87mm、内圆角R为8mm的无凸缘圆筒,最后按h=25.5mm进行修边。
3.2.2进行必要的计算
(1)计算落料力、压边力、拉深力
落料力是选择压力机的主要依据,也是设计模具所必需的数据。
一般包括弹性变形阶段,塑性变形阶段,分离阶段三部分。
弹性变形阶段
当凸模对板料施压,是材料产生弹性变形。
板料稍微挤入凹模口。
板料与凸凹模接触处成很小的圆角。
由于凸凹模之间存在间隙,板料同时受到弯曲和拉伸的作用,凸模下的板料产生弯曲,凹模上的板料开始上翘。
塑性变形阶段
当凹模继续压到一定深度时,材料内部应力达到屈服点,板料开始在与凸模、凹模的刃口接触处产生塑性变形。
随着冲压过程的继续,应力不断增加,材料的变形程度便不断增加,变形区向板材的深度方向扩展,直至凸、凹模刃口处达到极限应力和应变值,材料即产生微小变形。
分离阶段
裂纹产生后,随凸模继续压入,凸凹模刃口附近产生的微裂纹沿最大剪应变速度方向不断向板材内部扩展。
若间隙合适,上、下裂纹则相遇重合,板料上下部分离。
落料力F=KLtτ[6]
式中:
F---冲裁力;
L---冲裁件的周长;
t---材料的厚度;
τ---材料的抗剪强度;
K---安全系数,取K=1.3。
在一般情况下材料的强度极限
≈1.3τ,为方便计算,则冲裁力F可由下式计算:
F=Lt
取10钢的强度极限
=430MPa,t=1mm,L=433mm代入数值计算:
F=Lt
=186327N(4)
卸料力F卸=K卸F查表2.10得K卸=0.05,则
F卸=9316.35N(5)
顶出力F顶=K顶F查表2.10得K顶=0.06,则
F顶=11179.62N(6)
推件力F推=nK推F查表2.10得K推=0.055,则
F推=10247.985N(7)
选择冲床时的总冲压力:
F总=F+F卸+F顶+F推=217070.96N(8)
拉伸所用的模具主要由凸模、凹模和压边圈组成。
与冲裁不同的是,凸模、凹模工作部分没有锋利的刃口,而是有一定的圆角半径,并且其间隙较稍大于板料的厚度。
在凸模的压力下、直径为D、厚度而为t的圆形板料逐渐被拉入凹模洞口,得到外径为d、高度为H的开口圆形工件。
由表4确定压边力的计算公式为
(9)
式中,
单边压边力
;
平板毛坯直径
;
第1~n次拉深直径
;
r凹--拉深凹模圆角半径
;
式中rd=rp=8mm,D=116mm,d1=74,由相关资料查得p=2.7MPa
代入上式,得压力为FQ=13225N
表4压边力的计算公式
Table4Putpressureonoursideoftheformula
拉深情况公式
拉深任何形状的工件FQ=Ap
圆筒形件的第一次拉深(用平板毛坯)FQ=π/4[D²-(d1+2rd)²]p
圆筒形件以后各次拉深(用筒形毛坯)FQ=π/4(dn-1²-dn²)p
查表5计算拉深力为
(10)
式中,
拉深件的直径
;
材料厚度
;
——材料的强度极限
;
拉深力
;
系数;
已知m=0.7,由表5查得K1=0.52,10钢的强度极限
=430MPa
式中d=99mm,t=1mm,得出F=69544N
表5计算拉深力的使用公式
Table5Usingformulacalculationofdrawingforce
拉深件型式拉深工序公式查系数k的表格编号
无凸缘圆筒形件第1次FL=k1πd1tδb查表8
第2次及以后FL=k2πd2tδb查表9
查相关资料,压力机的公称压力为F压≥1.4(FQ+F)=114627N
故选用的压力机公称压力要大于125KN。
考虑到压力机的使用安全,选择压力机的吨位时,总工艺力FΣ一般不应超过压力机额定吨位的80%。
压力机选用J23-35开式可倾压力机公称压力为350KN
(2)模具工作部分尺寸的计算
拉深模的间隙
拉深间隙是指凸凹模横向尺寸的差值,双边间隙用Z表示。
间隙过小,工件质量较好,但拉深力大工件容易拉断,模具磨损严重,寿命低。
间隙过大,拉深力小,模具寿命提高了,但工件易起皱变厚,侧壁不直,口部边线不齐,有回弹,质量不能保证。
因此,确定间隙的原则是:
既要考虑到板料公差的影响,又要考虑毛坯口部增厚现象,故间隙值一般应比毛坯厚度略大一些,其值按下式计算;
单面间隙:
式中,
板料的最大厚度,
;
板料的厚度;
板料的正偏差;
间隙系数,考虑到板料增厚现象;
由表6可知有压边圈拉深时,拉深模的单边间隙为:
Z/2=1.1mm:
表6有压边圈拉深时的单边间隙值
Table6Unilateralclearanceoftheblankholderdrawingvalue
总拉深次数拉深工序单边间隙Z/2
1一次拉深(1~1.1)t
2第一次拉深1.1t
第二次拉深(1~1.05)t
拉深模圆角半径
圆角半径对拉深过程的影响
拉深力是通过凸模圆角传递到被拉深工件上的,位于凸模圆角处的工件材料是最容易破裂的,“危险断面”凸模圆角半径r增大,则该处拉深件材料因厚度变薄量减小而强度增大,所传递的极限拉深力F也增大,因而可以减小拉深系数m。
拉深模的凹模圆角半径要取得适当,如果增大凹模圆角半径ra则材料拉入凹模时的阻力减小,拉深系数m也减小,但当如果当ra取得过大,则有更多的材料未被压料圈压住,而容易起皱。
在拉深工件时,对于变形量较大处,就需要用较大的ra,由于在矩形件拉深时,角部的变形量最大,为了使金属的流动性较为均匀,角部的凹模圆角半径应比直边处的凹模圆角半径大。
圆角半径数值
凹模的圆角半径rd按表7选取,rd=8t=8mm。
凸模的圆角半径r等于工件的内圆角半径,即rp=r=8mm。
表7首次拉深凹模的圆角半径
Table7Deepdrawingdieforthefirsttimethefilletradius
拉深件形式毛坯的相对厚度t/D*100
2.0~1.01.0~0.3<0.3~0.1
有凸缘(4~6)t(6~8)t(8~12)t
无凸缘(8~12)t(12~15)t(15~20)t
拉深凸、凹模工作部分的尺寸和公差。
由于工件要求外形尺寸,则以凹模为设计基准。
已知Δ=0.87,将模具公差按IT11级选取,则δp=0.22
凸模的尺寸按表8计算,即
Dp=(Dmax-0.75Δ-Z)+δP0=97.15+0.220(11)
凹模尺寸的计算见表8得
Dd=(Dmax-0.75Δ)+δd0=99.350-0.22(12)
式中,Dmax---为工件外形的最大尺寸;
-工件的公差;
凸凹模的制造公差;
表8拉深模径向尺寸计算公式
Table8Radialsizedrawingdieformula
尺寸标准方式凹模尺寸凸模尺寸
标注内形尺寸中间拉深dd=(dmin+Z)+δd0中间拉深dp=dmin0-δp
末次拉深末次拉深
dd=(dmin+0.4Δ+Z)+δd0dp=(dmin+0.4Δ)0-δp
标注外形尺寸中间拉深Dd=Dmax+δd0中间拉深Dp=(Dmax-Z)0-δp
末次拉深末次拉深
Dd=(Dmax-0.75Δ)+δd0Dp=(Dmax-Z-0.75Δ)0-δp
3.2.3确定凸模的通气孔
由表9查得,凸模的通气孔直径为8mm。
表9拉深凸模出气孔尺寸
Table9Drawingaporesizeofthepunch
凸模直径dp/mm<50>50~100>100~200>200
出气孔直径d/mm56.589.5
数量按圆周直径Φ50~Φ60均步4~7个成一组
3.2.4落料凸、凹模工作部分的尺寸和公差
查表10的间隙值Zmin=0.13mm,Zmax=0.16mm。
表10落料、冲孔模刃口始用间隙
Table10Blanking,piercingbeginswithcuttingedgegap
材4510、15、20Q215、Q235钢板H62、H68(软)、酚醛环氧层压钢纸板、
料T7、T8(退火)30钢板0.8、10.15钢板防锈刚玻璃布板云母板
名
称
力学性能》600MPa>400~600>300~400MPa《300MPa
厚度t初始间隙Z
ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax
0.10.0150.0350.010.03--------
0.20.0250.0450.0150.0350.010.03------
0.30.040.060.030.050.020.040.010.03----
0.50.080.100.06
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