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韩相威引出环反拉深模
新乡学院
2009届毕业设计
引出环反拉深模
论文作者姓名:
__韩相威__
所在院系:
__机电工程学院_____
所学专业:
机械制造与自动化
指导老师:
_张国智_
论文完成时间:
_2009年5月10日___
目录
内容摘要…………………………………………………………………3
关键词……………………………………………………………………3
Abstract…………………………………………………………………..3
Keyword…………………………………………………………………3
1前言……………………………………………………………………1
1.1国内发展趋势……………………………………………….2
1.2国外发展趋势…………………………………………………………3
2工艺分析和工艺方案的确定…………………………………………4
2.1工艺分析…………………………………………..4
2.2工艺方案的确定……………………………………………..4
3工艺设计与计算………………………………………………………5
3.1预翻孔直径的计算及成型次数的判断.........................5
3.2凸凹模间隙大小及凸凹模的工作尺寸及公差.............6
3.3压边力、翻孔力以及压力性能参数的计算.................7
3.4模具结构原理与主要零部件的设计与选择.................8
3.4.1模具结构原理……………………………………………..8
3.4.2主要零部件的设计与选择……………………………….8
3.4.3凸模和凹模的工艺设计与加工…………………………10
3.5模具设计过程辅助工序...............................................14
4模具总体结构与工作原理…………………………………………..15
4.1模具总体结构………………………………………………….15
4.2模具工作原理………………………………………………….16
参考文献………………………………………………………………..17
致谢……………………………………………………………………..18
内容摘要:
,本文介绍了引出环反拉深模的设计。
根据已有的零件图,综合考虑影响生产顺利进行的各方面因素,合理安排零件的生产工序,优化确定各工艺参数的大小和变化范围,合理设计模具结构,正确选择模具加工方法,选用机床设备等,使零件的整个生产达到优质、高产、低耗、安全。
!
关键词:
反拉深、模具设计与制造、冲压方案
Abstract:
Thispaperintroducesthedesignofdrawingdieforleadingring.Onthebasisoftheexistingpartsdiagram,consideringtheimpactofthesmoothconductoftheproductionofvariousfactors,thereasonablearrangementofpartsoftheproductionprocess,optimizingtheprocessparametersofthesizeandrange,reasonablestructureofthemolddesign,correctchoiceofmoldprocessingmethods,selectionofmachinetoolsandotherequipment,sothatpartsofthewholeproductiontoachievehighquality,highyield,lowconsumption,safety.!
Keyword:
Reversedrawing,molddesignandmanufacturing,stampingscheme
前言
板料冲压是金属加工的一种基本方法,他用以生产各种板料零件,具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低并易于实现机械化和自动化等特点。
在现代汽车、拖拉机、电器电机、电子仪表、日用生活用品、航空航天以及国防工业等各个工业部门中均占有越来越重要的地位。
冲压加工与其他加工方法相比,无论在技术方面还是在经济方面都具有许多独特的优点,其生产出来的工件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点,是其他加工方法所不能比拟的。
但需要指出的是,由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具,而模具是技术密集新产品,其制造是单间小批量生产,具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。
所以只有在冲压零件生产批量大的情况下,冲压成型加工的优点才能充分体现,从而获得好的经济效益。
由于冲压加工具有上市突出的有点,因此在批量生产中得到了广泛应用,在现代工业生产中占有十分重要的地位,是国防工业机敏用工业生产中比不得少的加工方法。
冲压工序根据材料的变形特点可分为分离工序好变形工序两类。
分离工序是指坯料再冲压力作用下,变形部分的应力达到强度极限以后,使坯料发生断裂而产生分离。
分离工序包括:
切断、落料、冲孔、切口、切边、剖边等。
成型工序是指坯料在冲压力作用下,变形部分的应力达到屈服极限,但未达到强度极限,是坯料发生塑性变形,成为居于有定形状尺寸与精度制件的加工工序。
成型包括:
弯曲、拉深、翻边、旋转、校平、压花等。
1.1国内发展趋势
目前,我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。
随着工业产品质量的不断提高,冲压产品生产正呈现多品种、少批量,复杂、大型、精密,更新换代速度快的变化特点,冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。
为适应市场变化,随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计(CAD)、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术转变。
至今,我国模具制造行业的产值已经超过机床工业。
有关板料冲压技术方面的问题愈来愈为人们所关注,相应的冲压工艺理论的研究及冲压加工机理的探讨也随之不断深化,如何从冲压工序基本应力与变形状态的分析着手,改善冲件的质量精度,并提高模具的使用寿命也就显得愈为重要
1.2国外模具发展趋势:
1.模具设计技术:
(1)工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计,并普及了计算机绘图。
据有差资料介绍,美国和日本75的模具厂已使用了技术,香港的模具厂也开始采用这项技术。
(2)在注塑模具设计中,已开始普及应用计算机辅助工程分析软件,对塑料的流动,填充,冷却情况及模具的浇口配置,浇道大小,冷却加热系统和模具的刚度,强度等进行科学的分析和计算,从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍。
(3)国外的注塑模具中,多型腔,多层,大型精密模具已占50%,不仅提高了生产效率,而且节省了大量塑料原料。
2.模具加工技术
(1)国外已大量使用数控机床,应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具,特别是对具有复杂型腔(三维曲面)的模具进行加工,使模具的质量和附加值大为提高。
模具的加工周期减少6以上,成本降低3以上,生产效率提高60以上为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求,国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进了实用阶段。
3.模具标准化程度日益提高,模具标准模架及模具标准件的应用日益普及,已实现商品化。
4.模具结构更多地采用新技术,如注塑模具的热流道技术等。
5.针对不同制品的要求,开发出适用于各种不同模具的专用模具钢,并实现商品化。
6.根据模具生产的特点,模具企业向小而专的方向发展。
2工艺分析与工艺方案的确定
2.1工艺分析
Φ凸缘由冲压毛坯圆孔内孔翻边而成,此工序前为冲孔。
在此模具设计过程中,注意零件凸缘厚度和翻空前厚度的不同,因而模具设计时考虑凸凹模的间隙,还需注意零件过渡处圆弧过渡(与毛坯材料厚度有关)。
另外该制件较小,,设计模具时,考虑退模出料的安全与方便,加工该零件为一次成型,故模具的结构不宜复杂化,应优化合理,考虑经济效益。
2.2工艺方案的确定
由于该制件较简单,且毛坯为冲压成型件,根据其工艺性分析,可确定该零件的冲压方案为:
落料---合模翻孔---退模卸料。
在毛坯落料过程中还要注意毛坯的导向定位等因素。
3工艺设计与计算
3.1预翻孔直径的计算及成型次数的判断
由图可知:
D(翻孔直径)=14H(凸缘高度)=3.5
r(过度圆弧半径)δ(毛坯厚度)=1
由零件图我们可知过度圆弧未知,由于零件过度圆弧与凹模配合,故凹模的过渡圆弧与零件的过度圆弧半径相同。
凹模的过渡圆弧大小与零件厚度有关,当S≤2mm时,r=(2,4)δ,当S≥2mm时,r=(1,2)δ.故由题可知r=(2,4)δ,取r=2mm
根据弯曲展开的原则,可由下列式粗略算得预翻孔直径Do
Do=D-(H-0.43r-0.72δ)
=14-2×(3.5-0.86-0.72)
=10.16mm
则预翻孔相对直径Do/δ=10.16,查表4-1可得Q235钢的极限变形系数K翻=0.65.
由公式:
H极=D(1-K翻)/2+0.43r+0.72δ
=7+0.86+0.72=8.58mm
由H=5 表4-1低碳钢极限变形系数 3.2凸凹模间隙大小及凸凹模的工作尺寸及公差 (1)由于翻孔时,由于毛坯料孔壁由厚变薄,同时还要保证翻孔凸缘挺直,故凸模与凹模之间的单边间隙S应小于材料厚度δ,查表4-2可得取凸凹模单边 S=0.85mm 表4-2翻孔时凸、凹模单边间隙(mm) 坯料厚度 0.3 0.5 0.7 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 毛坯上 翻孔 0.25 0.45 0.6 0.7 0.85 1.0 1.3 1.7 拉伸后 翻孔 — — — 0.6 0.75 0.9 1.1 1.5 (2)凸凹模的工作尺寸及公差[1,2] 查资料可得凸凹模的制造公差: δd=0.07δp=0.040 由凸、凹模工作部分尺寸计算公式: dp=(dmin+0.4△)0-0.040 dd=(dmin+0.4△+2S)+0.070 由前面零件图可得: 翻孔件的公差: △=0.1mmdmin=40mm 由此可计算出: dp=40.040-0.040mmdd=41.74+0.070mm (3)凸模通气孔: 根据凸模直径大小,取通气孔直径为5mm。 3.3压边力、翻孔力以及压力性能参数的计算 (1)模具设计时,压边力可用下列经验公式计算 Fr=AP注: A: 压边圈下坯料的投影面积P: 材料单边压边力 P的经验公式: P=48(Z-1.1)Dσb×10-5/t Z=1/K翻=D/D0≈1.31t=1 D= ≈34.1mm σb=375~460取σb=400Mpa 计算可得P≈0.003×400=1.3Mpa F=AP =π(50×50-36.58×36.58)P/4 ≈1185.8N 翻孔力计算: F=1.1πδσs(D-Do) 式中: σs: 坯料屈服极限δ: 材料厚度 D: 翻孔后空的直径Do: 坯料预翻孔直径 查表可的Q235服极限σs=235Mpa,故可得: F=1.1πδσs(D-Do) =1.1×3.14×1×235×(40-36.58) ≈2776N 压力机公称压力由Fz=F+Fy,对于翻孔,可归类于浅拉伸,取P≥1.8Fz Fz=1.8×(2776+1185.8)≈7.13kN 故压力机公称压力Fz≥7.13kN 3.4模具结构原理与主要零部件的设计与选择 3.4.1模具结构原理 (1)模具类型: 根据零件工艺方案分析,该零件较简单,仅需一个工序即可完成,故采用单工序模。 (2)操作与定位方案: 为降低模具成本,且该模具较简单,零件尺寸较小,厚度较薄,故可采用手工送料装置,采用挡料销和凹模配合定位。 (3)卸料与出件方式: 考虑到零件的厚度较薄,可采用弹顶器顶出方式卸料。 3.4.2主要零部件的设计与选择 (1)确定凸、凹模工作部分的尺寸时,应考虑模具的磨损,在本次设计的模具中,根据零件要求的精度,凹模,凸模的尺寸公差要求前面计算已得出。 另外还应保证凸凹模工作表面的粗糙度,凸凹模的设计由零件尺寸以及前的工艺计算得出,其具体结构如图4.1,图4.2所示[3,4]。 图4.1凸模 图4.2凹模 (2)模架: 模架是由上下模座以及导柱导套等构成,它是模具的基本骨架,根据国标选取中间导柱式模架作为本次设计的基本模架,由凸凹模尺寸,以及前面工艺方面的计算,根据GB/T2855.11和GB/T2855.12分别选取上下模座。 导向零件对上下模座进行导向,提高模具的精度以及延长模具的寿命,标准导柱和导套的选取根据所选用的模座采用国标选取。 (3)定位元件: 定位元件使坯料在模具的凸凹模上有正确的位置。 此模具的毛坯定位装置采用下底座凸模自定位和挡料销共同完成,挡料销的选取采用JB/T7649.5-1994标准。 (4)卸料与出件装置: 卸料和出件装置将冲模完成一次冲压所得的零件从模具零件上卸下来的装置,此模具的卸料和出件装置选用弹性卸料装置和打杆顶件块共同作用完成,其具体结构和工作原理见模具结构原理设计章节。 (5)紧固件: 设计中用到的螺钉和销钉采用标准件,螺钉使用内六角螺钉,紧固牢靠,螺钉头不外漏,销钉常用圆柱销。 3.4.3凸模和凹模的工艺设计与加工 翻孔凸模和翻孔凹模的加工工艺过程分别见表4-3和表4-4[5]。 表4-3翻孔凸模加工工艺过程表 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 备料 将毛坯锻成Φ50×50mm圆料,材质T10A。 — 2 热处理 退火 — 3 车 车端面保证粗糙度,车凸模外形轮廓(圆弧、锥面),钻Φ5mm轴向通气孔(深28mm),保证凸模主要工作面的尺寸和位置公差。 切断(保证长度尺寸)。 数控 车床 4 钳 钻Φ5mm径向通气孔(深20mm) 钻床 4 热处理 淬火、回火,保证58-62HRC — 5 磨平面 磨凸模切断面见光(安装面) 磨床 6 检验 ———— — 表4-4翻孔凹模加工工艺过程表 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 备料 将毛坯锻成Φ95×80mm圆料,材质T10A。 —— 3 钳 钻Φ40mm孔(深75mm) 钻床 4 车 车端面,镗Φ40mm孔,保证尺寸公差41.74+0.070mm(保证r2圆弧光洁度)车削外缘轮廓,保证凸模工作表面粗糙度、尺寸和位置公差,切断。 数控车床 5 热处理 淬火、回火,保证60-64HRC — 6 平磨 磨零件上、下面见光,保证平行度公差要求。 磨床 7 检验 ———— — 选择数控车床加工凸模和凹模保证了凸凹模的尺寸公差和形位公差,使加工过程大大简化,提高效率。 翻孔凸凹模机加工工艺及程序编制过程如下: 凸模: 毛坯尺寸为Φ50*50mm,工件材质为T10A。 凹模: 毛坯尺寸Φ92*80 工件材质为T10A。 (1)零件图分析及工件坐标系的建立 根据对零件图的结构和尺寸标注分析,确定工件坐标系原点位于工件右面的中心点。 (2)加工工艺路线设计 凸模: 1.沿Z轴线进刀,粗车外轮廓 2.精车外轮廓(补偿刀尖半径) 3.钻轴向通气孔(深28mm) 4.切断 凹模: 1.沿工件中轴线(Z轴)钻Φ40mm孔,深75mm。 2.加工工件外轮廓。 3.沿轴线精镗内轮廓 4.切断 (3)刀具以及切削参数选择 凸模加工刀具参数如表4-5所示。 外圆粗车采用T01,切削速度: 600r/min,切削深度2mm,进给速度0.2mm/r; 外圆精车采用T02,切削速度: 800r/min,切削深度0.5mm,进给速度0.1mm/r; 切断采用T03,切削速度300r/min,切削速度0.05mm/r。 表4-5凸模加工刀具参数 刀位 刀具名称 刀补号 备注 1 外圆粗车刀 01 主偏角93° 2 外圆精车刀 02 主偏角93° 3 切断刀 03 刃宽4mm 尾座 Φ5mm钻头 —— —— 凹模加工刀具参数如表4-6所示。 表4-6凹模加工刀具参数 刀位 刀具名称 刀补号 备注 1 外圆车刀 01 主偏角93° 2 内镗刀 02 —— 3 切断刀 03 刃宽4mm 尾座 Φ40mm钻头 —— —— 外圆车刀选用T01,切削速度800r/min,进给速度0.1mm/r; 内镗刀选用T02,切削速度800r/min,进给速度0.05mm/r; 切断采用T03,切削速度300r/min,切削速度0.05mm/r。 凸模加工程序如下: %0001 N1T0101G95M03S600F0.2一号粗车刀以600r/min转动,进给速度0.2mm/r N2G00X60Z50快速移动到换刀点(x60,z50) N3G00X60Z0快速移动到程序起点(x60,z0) N4G71U2R1P7Q14X0.5Z0.2粗车循环开始 N5GOOX60Z50快速移动到换到点 N6T0202G95M03S800F0.1换二号精车刀,以800r/min转动,进给0.2mm/r N7G00G42X60Z0添加刀补,快速移动到程序起点,精加工开始 N8G01X30直线插补到点(x30,z0) N9G01X36.58R2直线插补到点(x36.58,z0)后倒r2圆弧 N10G01Z-12直线插补到点(x36.58,z-12) N11G01X40.04Z-15车锥面 N12G01Z-35直线插补到点(x40.04,z-35) N13G01X46 N14G01Z-43 N15G00X60Z50回到换刀点 N16M30程序停止,刀具返回 凹模加工程序的编制(轮廓外形,内工作面) %0002 N1T0101G95M03S800F0.15N2G00X100Z50 N3G00X100Z0N4G71U1R1P6Q11X0.2Z0.2 N5G00X100Z50N6G00X100Z0 N7G01X50N8G01X80C2尾部倒角 N9G01Z-60N10G01X90 N11G01Z-73N12G00X100Z50 N13T0202G95M03S800F0.05N14G00X0Z10 N15G01X0Z0N16G01X50 N17G01X45.74R2N18G01Z-75 N19G00Z30N20GOOX100Z50 N21M30 (注: 设备选用华中数控HNC-21T型数控车床加工,对于切断,此处未编写程序,在加工过程中,考虑刀具磨损,应根据测量参数输入刀具磨损)[5]。 3.5模具设计过程辅助工序 翻孔工艺的辅助工序: 为保证翻孔过程的顺利进行和提高零件的质量和模具的寿命,需安排一些必要的辅助工序[6]。 1.润滑: 翻孔过程中,毛坯与零件表面之间会产生很大的摩擦,它不仅使翻孔系数和翻孔力增加,而且还会损伤模具和零件表面,翻孔时使用润滑剂可以减少材料与模具之间的摩擦,降低毛坯变形阻力,冷却工作表面,并可以保护零件表面不被损伤以及提高零件的表面质量。 翻空时,润滑剂只涂在坯料与凹模相接触的一面,不能涂在与凸模借助的一面,这样会使材料与凸模之间产生滑动从而使材料变薄。 查阅资料可以选取L-AN5润滑剂(锭子油43%、鱼肝油8%、石墨15%、油酸8%、硫磺5%、肥皂水21%)作为翻孔模具的润滑剂。 2.热处理: 在翻孔过程中,和其它冷作变形一样,金属会产生硬化,使金属的变形抗力和强度增加,而塑性降低。 对于本次设计的模具所加工的零件,若出现加工硬化的现象,应进行退火处理,增加其塑性。 4模具总体结构与工作原理 4.1模具总体结构 图5.1引出环反拉深模磨具 1、7: 垫板2: 衬板3: 模套4、固定板5: 顶杆6: 弹顶器8: 凸模9: 凹模10: 凸凹模11: 顶板12: 打杆 技术标准: (1)装配后的模架,其上下模座沿导柱上下移动应平稳无滞住现象。 (2)模架的各零件工作表面不允许有裂纹和影响使用的机械损伤等缺陷。 沙眼、缩孔、机械损伤等缺陷。 (3)铸件的非加工表面需清砂处理,表面应光滑平整,无明显凸凹缺陷。 (4)模座上的螺孔基本尺寸按GB/T196选取,公差按GB/T197选取。 (5)未注铸造表面圆角半径为2-3mm (6)未注倒角C2 4.2模具工作原理 引出环反拉深模的总体设计及总装结构图如图5.1所示。 本模具工作时,是将前次拉深的毛胚件用件凹模的外形定位,冲压时,凸凹模与凹模压住毛胚件,凸模进入凸凹模中孔中,将工件反响拉伸成形,工件由顶板、打杆推出。 参考文献 [1]曾霞文.模具设计.西安: 西安电子科技大学出版社,2006: 73~81. [2]陈宇萍.互换性与测量技术.北京: 高等教育出版社,2005: 37~45. [3]刘力.机械制图.北京: 高等教育出版社,2004: 197~208. [4]曾令宜.AutoCAD2006工程绘图教程.北京: 高等教育出版社, 2006: 100~110. [5]姬清华.数控原理与应用.北京: 北京理工大学出版社,2007: 170~180. [6]曹立文.新编实用冲压模具设计手册.北京: 人民邮电出版社, 2007: 236~243. 致谢 本论文是在指导张国智老师的悉心教诲指导下完成的,在整个毕业设计期间,得到了导师的认真指导和帮助,张老师严谨求实的治学态度,踏实坚韧的工作精神,将使我终生受益。 在此对张老师表示诚挚的敬意和由衷的感谢。 同时要感谢机电学院领导和老师对我们毕业设计的重视,使得我们在设计过程中再一次将自己大学三年学习的知识贯穿了一遍,此次毕业设计也可以说是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。 从最初的选题,开题到计算、绘图直到完成设计。 其间,查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 在设计过程中,还得到寝室室友们的积极帮助,在此一并表示感谢。 感谢在百忙中评阅论文和参加答辩的各位领导和老师,由于首次作整套模具从零开始的设计,错误、漏洞一定不少,望各位老师不吝赐教。 大学三年的生活即将随着论文的完成划上句号。 最后,我感谢大学三年以来给过我帮助和关注的所有人,更加感谢给过我挫折的所有人。 你们用不同的方式给了我成长,也是你们促使我在走过的大学时光里一直努力,终可以在毕业的那一天无愧的说一声: 青春无悔! 最后感谢母校给与本人深造的机会!
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