门把手冲孔落料复合模说明书讲解.docx
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门把手冲孔落料复合模说明书讲解
江阴职业技术学院
冷冲模综合技能训练
设计说明书
课题:
门把手冲孔落料模具设计
专业模具设计与制造
学生姓名池洋
班级10模具1班
学号10020218
指导教师沈杏林
完成日期2012年9月28日
摘要Ⅰ
abstractⅡ
·
通风罩端盖冲孔落料切口歪曲模具设计
摘要
剪切是金属板材最经常使用的方法。
而用剪切方法的切痕通常是不能达到预期的质量的。
矩形是最优质量切割边缘的方法,而且毛刺越少越好。
显示判断的标准是优质的削割边缘同提高叠加运动的力度与振动一致。
通过不同的测试影响振动对剪切过程进行的调查。
本文报道的拉伸和摩擦测试,取得了钣金与振动叠加,高速切削试验和测试一个新的一系列设计工具,它允许钣金冲压,也可以与一个振动的叠加。
该试验显示,振动,可以有一个作用,对拉伸强度,摩擦和加工硬化的金属板材其切削力和切缘质量有一定的影响。
关键词:
机械工具;剪切;振动
Hoodendcapspunchingincisiondistortionofmolddesign
Abstract
Shearsheetmetalisthemostfrequentlyusedmethod.Andbytheshearmethodisusuallycan'tcutmarkstoachievetheanticipatedquality.Rectangularismostqualitycuttingedgemethod,andburraslittleaspossible.Showthejudgmentstandardisthequalityofcuttingedgecutwithimprovingthestrengthofsuperpositionmovementandvibrationareconsistent.Throughthedifferenteffectsofvibrationtesttoshearprocesssurveys.
Thispaperreportsthestretchingandfrictiontest,hasobtainedthesheetmetalandvibrationstack,highspeedcuttingtestandtestanewseriesofdesigntools,itallowssheetmetalstamping,andcanalsoavibrationofsuperposition.
Thetestshowsthat,vibration,canhaveaneffect,onthetensionstrength,frictionandprocessingthehardeningofthesheetmetalcuttingforceandthecutedgequalitytoacertainextent.
Keywords:
mechanicaltools;Shear;vibration
第1章绪论
1.1课题研究目的和意义
通过对此课题的研究主要掌握机械工艺装备设计的一般方法及基本工序。
巩固模具设计和模具制造工艺等专业理论知识在生产中的应用;并灵活运用CAD绘图技术来进行模具设计,了解CAE技术在预防冲压件缺陷中的应用;懂得如何获得资料、查阅手册。
培养自己综合运用理论知识去解决分析实际问题的能力,提高自己的创造力。
一般通风罩的冲压过程是比较典型的,对于该零件又需要在成形的通风罩上进行冲孔及整形,加大了成形的难度,对于该零件从工序角度分析:
该零件可采用落料、冲孔切边及切口弯曲多副双工序分别在多台冲床上冲制而成,由于这些多工序是连续进行冲压成形,再加上各工序间的对应定位误差较大,经常会产生各种成形缺陷,还有冲床台数、模具数量和操作人员较多,造成生产率低及成本高等缺点。
为此,必需进行工艺更新,经研究分析及计算,采用落料一冲孔切边—切口弯曲三套模具来完成。
它既能提高制件质量及生产率,又可减少设备投资和模具费用及降低制件成本。
1.2冲压模具行业发展现状及技术趋势
1.2.1国内冲压模具发展概况
1)我国模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统[1]。
一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统,并在模具设计制造中实际应用,取得了显著效益。
1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。
21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及,现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术[2],其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。
国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。
多数企业已经向三维过渡,总图生产逐步代替零件图生产,且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域[3]。
在冲压成型CAE软件方面,除了引进的软件外,华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件,并已在生产实践中得到成功应用,产生了良好的效益[4]。
快速原型与传统的快速经济模具相结合,围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近
年来也涌现出一些新的快速成型方法,例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术[5]。
它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。
2)模具设计与制造能力状况
现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距[6]。
轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具国产化进程中前进了一大步,但在制造质量、精度、制造周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。
汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善,高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。
高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多[7]。
1.2.2国外模具发展概况
1)国外模具技术状况
在国际上,美国福特汽车公司在CAD/CAM技术方面处于领先地位。
早在80年代初,福特公司就着手CAD/CAM系统的规划,建成了以工作站为主体的环形网络系统[8];1985年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现[9];1986年新开发的TAURUS和SABLE轿车,大约70%的外板件采用CAD/CAM;90年代初全面实行产品开发的CAD/CAM,应用率可达100%[10]。
福特公司1990年工作站已达2000台,以FGS工作站(约占70%)和CV工作台(约占18%)为主,其应用软件主要为自行开发的PDGS和CAD/CAM[11]。
1993年以后,福特汽车公司对从设计到制作的各项工程踏踏实实地进行了改革,至今,已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型开发的完整的CAD/CAE/CAM系统[12]。
法国雷诺汽车公司应用Euclid软件作为CAD/CAM的主导软件[13],目前已有95%的设计工作量用该软件完成,并开发出很多适合汽车工业需求的模块,如用于干涉检查的Megavision,用于钣金成形分析的OPTRIS等[14]。
德国各大汽车公司普遍采用CATIA作为其CAD/CAM系统的主导软件[13]。
1994年,德国大众集团决定用CATIA和Pro/Engineer作为其将来开发新车型的主导CAD系统[15]。
2)模具制造能力状况
随着高新技术的发展,国外涌现出大量的制造工艺技术,
(1)多轴连动加工;
(2)精密电火花加工;
(3)快速制模;
(4)高速铣削加工。
采用此技术不仅可以提高切削加工效率,还可以提高模具加工质量。
其转数在10000r/min以上,该技术已经在发达国家的模具制造中得到普遍应用了[16]。
(5)研磨抛光最近开发出通过磁力和磁性磨粒子对模具表面进行技工的磁研磨技术,在实现抛光技术自动化方面迈出了一大步[17]。
1.3CAD软件介绍
计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术是近年来工程技术领域中发展最迅速、最引人注目的一项高级技术,它已成为工业生产现代化的重要标志。
它对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。
它的应用及发展正引起一场产品工程设计与制造深刻的技术革命,
并对产品结构、产业结构、企业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构方面带来巨大影响[18]。
本次毕业设计主要应用了AutoCAD和Pro/Engineer软件。
主要应用AutoCAD进行模具装配图和零件图的绘制,用Pro/Engineer对零件实体建模。
AutoCAD系列软件是美国Autodesk公司开发的系列图形设计软件,在机械图形设计领域应用非常广泛,也是最早进入国内市场的CAD软件之一,从最早的2.0版到以后的R13、R14、2000直到如今的2007版,AutoCAD的产品在国内的市场上走过了十几年的历程了,从最早期的DOS操作命令到现在的Windows窗口式的操作界面,是大家所最熟悉的CAD软件[19]。
AutoCAD软件最早是针对二维设计绘图而开发的,随着其产品的日益成熟,在二维绘图领域该软件已经比较的完善,而且随着产品设计的发展需要,越来越多的产品设计已经不在停留在二维的设计领域,正在越来越多的朝着三维的产品设计发展,因此在AutoCADR12,R13的版本中已经加入了三维设计的部分,而且随着版本的不断更新三维设计的部分也在越来越多的发展,由于该软件开发中的自身原因,使的该软件存在一些不足之处,比如,该软件在二维设计中无法做到参数化的全相关的尺寸处理;三维设计中的实体造型能力不足。
但是由于该软件进入国内市场较早,价格较便宜,对使用的微机要求较低,使用比较简单,因此使用者还是比较多,该软件为中国的CAD软件发展还是起到了一定的贡献[20]。
1.4课题研究的主要内容
冲压模具的设计在其生产、加工以及使用过程中尤为重要。
特别是它的结构设计对加工、装配、工期、成本乃至冲压产品的质量及生产效率产生极大的影响。
所以,此课题主要考虑以下几个方面的内容:
◆广泛收集关于冲压模具设计的有关知识和先进技术,对收集的资料进行结构性的对比,选择合理的设计方案。
◆熟悉冲压件(通风罩端盖)的图样和技术条件。
◆分析冲压件(通风罩端盖)的工艺性,计算冲裁力和拉深力,为进行设计计算打好基础。
◆合理的选择冲压设备,确定压力机参数。
◆确定模具的具体结构以及模架的参数,绘制模具草图。
◆绘制复合模具的装配图及主要零件图。
◆零件图标注尺寸、公差及技术条件,并进行必要的强度校核。
◆根据课题研究过程,撰写毕业设计说明书。
第2章门把手的工艺设计
2.1对门把手的工艺分析
该零件的材料为Q235A,厚度为1mm,零件的精度是IT14,大批量生产。
该零件简单,尺寸较小,厚度不厚,属于冲压生产,冲压生产成本较低。
应该注意以下几点:
(1)生产的批量较大,选模具的材料要注意。
(2)由于工件的厚度不厚,在冲压后应选取适当的取件方式。
2.2确定冲压工艺的方案
该工件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序,可以采用以下三种工艺方案:
方案1:
落料—冲孔—弯曲单工序冲压
方案2:
冲孔—落料连续冲压—弯曲级进模冲压
方案3:
落料和冲孔复合—弯曲复合模冲压
方案1模具简单,但是需要两套模具来生产,生产的效率就较低,难以满足工件大批量生产的要求。
方案2只需一套模具,生产效率较高,但是零件的冲压精度较复合模而言,就比较低了,欲保证该工件的形位精度,需要在模具上设置导正销,所以该模具有一定的复杂。
方案3只需要一套模具,冲压件的形位精度和尺寸精度易得到保证,且生产效率也高,尽管模具结构复杂些,但是工件的几何图形对称,模具制造不难。
经上比较,对该零件应选方案3较好。
2.2.1毛坯的尺寸
1)毛坯展开后的尺寸
长度方向L=30mm
宽度方向B=109.06mm
工件的展开面积S=1520.33mm2
由文献
(1)中查表得,工件间a1=1.2mm,侧面a=1.5mm,
B=D+2a+Δ
式中B―――条料宽度的公称尺寸
D―――制件在宽度方向的尺寸
a―――侧搭边的最小值
Δ―――条料宽度的单向公差
B=109.06+2×1.5+0.7=112.76mm
1)取矩形坯料,计算材料利用率/的由文献[1]材料利用率通过计算公式:
(2-1)
式中:
——得到制件的总面积(mm2)
——一个步距的条料面积(L
B)(mm)
η=1520.33/3514.992=43.25%
2.2.2冲裁力的计算
1)对于普通平刃刃口冲裁,由文献《1》得其冲裁力F可按下式计算:
F=KLtτ0
式中:
K——系数,K=1.3;
L——冲裁周边长度(mm);
——材料的抗剪强度(Mpa)
为了计算方便,也可以用下面的公式计算:
F=Ltσb 式中 σb―――材料的抗拉强度(MPa)
F落料冲裁力=KLtτ0=1.3×318.12×1×350=114.74kN
F冲孔冲裁力=KLtτ0=1.3×4π×4×1×350=22.87kN
2)卸料力F卸和推料力F推——由文献[1]卸料力、推料力的计算公式:
F卸=K1F冲(2-3)
式中:
P——冲裁力,N;
K1——推出系数,由文献[1]表2.32查得:
卸料力、推料力和顶料力系数K=0.02—0.06在这里取0.05。
卸料力:
F卸=0.05F1=802.5Kgf
3)推料力计算公式:
F推=nK2F冲(2-4)
式中:
P——冲裁力
n——同时卡在凹模中的工件(或废料)数目卸料力,F3=K1×F1=0.05×114.74=5.737KN
推件力F4=nknF=4×0.055×22.87=5.0314KN
F冲裁力=F落料冲裁力+F冲孔冲裁力+F3+F4=148.38KN
第3章冲孔落料复合模设计
3.1压力中心的确定
一副模具的压力中心就是这幅冲模各个压力的合力作用点,一般都指平面投影。
冲模的压力中心,应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上。
否则冲压时会产生偏心载荷,导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损,这不仅降低模具和压力机的使用寿命,而且也影响冲压件的质量,因此必须计算其压力中心。
对于对称形状的压力中心就是其几何中心,对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具,其压力机中心的计算,是采用平行力系合力作用线的求解方法,即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。
本次设计由于零件为规则的几何形状,所以其压力中心在其几何中心处。
3.3.2凹凸模的设计
由于凸、凹模之间存在着间隙,所以冲裁件断面都带有锥度。
但在冲裁件尺寸的测量和使用中,则是以光亮带的尺寸为基准。
落料件的光亮带处于大端尺寸,其光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的,且落料件的大端(光面)尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的光亮带处于小端尺寸,其光亮带是凸模刃口挤切材料产生的,且冲孔件的小端(光面)尺寸等于凸模尺寸。
冲裁过程中,凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦,凸模轮廓越磨越小,凹模轮廓越磨越大,结果使间隙越用越大。
因此,确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔工序,并遵循如下原则:
1)设计落料模先确定凹模刃口尺寸。
以凹模为基准,间隙取在凸模上,即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。
设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。
以凸模为基准,间隙取在凹模上,冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。
2)根据冲模在使用过程中的磨损规律,设计落料模时,凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸;设计冲孔模时,凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。
这样,凸、凹在磨损到一定程度时,仍能冲出合格的零件。
模具磨损预留量与工件制造精度有关。
用x、Δ表示,其中Δ为工件的公差值,x为磨损系数,其值在0.5~1之间,根据工件制造精度进行选取:
工件精度IT10以上X=1
工件精度IT11~IT13X=0.75
工件精度IT14X=0.5
3)不管落料还是冲孔,冲裁间隙一般选用最小合理间隙值(ZmaxZmin)。
4)选择模具刃口制造公差时,要考虑工件精度与模具精度的关系,即要保证工件的精度要求,又要保证有合理的间隙值。
一般冲模精度较工件精度高2~4级。
对于形状简单的圆形、方形刃口,其制造偏差值可按IT6~IT7级来选取;对于形状复杂的刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取;对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8。
5)工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差,所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。
但对于磨损后无变化的尺寸,一般标注双向偏差。
3.3.3凸凹模的间隙
1) 冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口之间的空隙。
凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙,用Z/2表示;两侧间隙之和称为双面间隙,用Z表示。
如无特殊说明,冲裁间隙是指双边间隙。
冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值,如式3-2所示。
(3-1)
式中:
—凹模刃口尺寸;
—凸模刃口尺寸。
在冲压实际生产中,为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力和保证模具有一定的寿命,我们给间隙值规定一个范围,这个间隙范围就称为合理间隙,这个范围的最小值称为最小合理间隙(Zmin),最大值称为最大合理间隙(Zmax)。
考虑到冲模在使用过程中会逐渐磨损,间隙会增大,故在设计和制造新模具时,应采用最小合理间隙。
确定合理间隙的方法有理论确定法和经验确定法两种。
我所用的是经验确定法,经验确定法是根据经验数据来确定间隙值。
有关间隙值的经验数值,可在一般冲压手册中查到,选用时结合冲裁件的质量要求和实际生产条件考虑。
按材料的性能和厚度来选择该零件冲裁间隙,则:
=0.100
=0.140
3.3.3凸凹刃口尺寸的确定
(1)落料凸、凹模刃口尺寸确定:
冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸及公差,模具的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。
因此,正确确定凸、凹模刃口尺寸及公差,是冲裁模设计中的一项重要工作。
凸模与凹模分开加工这种加工方法适用于圆形或简单规则形状的冲裁件。
按凸模与凹模图样分别加工法,为了保证可能的初始间隙不超过
即:
|δt|+|δa|≦Zmax-Zmin
计算凸、凹模刃口尺寸:
本制件形状简单,可按分别加工计算法计算刃口尺寸。
由文献[1]材料抗剪强度与间隙值的关系和规则形状(圆形、方形)冲裁凸、凹模的制造公差:
Zmin=0.100Zmax=0.140
公称尺寸(mm)δtδa
≦18-0.020+0.020
>18~30-0.020+0.025
>30~80-0.020+0.030
>80~120-0.025+0.035
|δt|+|δa|≧Zmax-Zmin
所以用配合加工。
2)外形落料尺寸计算由于落料时凹模为基准件,因此先计算凹模刃口尺寸。
有图可知:
109.0661030都为A类尺寸,尺寸85.06为B类尺寸,尺寸18为C类尺寸。
它们的公差为IT14级
由文献
(1)A类尺寸=(制件的最大极限尺寸—xΔ)0+1/4Δ
B类尺寸=(制件的最小极限尺寸+xΔ)-1/4Δ0
C类尺寸=制件的中间尺寸±(1/8)Δ
①A1=(109.06—0.5*0.87)0+1/4*0.87=108.6250+0.2175
A2=(6—0.75*0.3)0+1/4*0.3=5.7750+0.075
A3=(10—0.5*0.36)0+1/4*0.36=9.820+0.09
A4=(30—0.5*0.52)0+1/4*0.52=29.740+0.13
②B1=(85.06+0.5*0.87)-1/4*0.870=85.495-0.21750
③C1=18±(1/8)*0.87=18±0.10875
落料凸模按凹模实际尺寸配合,保证最小间隙0.100mm
④冲孔dt=(4+0.5*0.3)-1/4*0.30=4.15-0.0750
冲孔凹模按凸模实际尺寸配合,保证最小间隙0.100mm
3.3.4凸凹模结构设计
1)落料凸、凹模
凸模的结构形式与固定方法,由于冲件的形状和尺寸不同,生产中使用的凸模结构形式太多:
按整体结构分有整体式(包括阶梯式和直通式)护套式和镶拼式;按截面形状分,有圆形和非圆形;按刃口形状分,有平刃和斜刃等。
但不管凸模的结构形状如何,其基本结构均由两部分组成;一是工作部分,用以成形冲件;二是安装部分,用来是凸模正确地固定在模座上。
对刃口尺寸不大的小凸模,从增加刚度等因素考虑,可在这两部分之间增加过渡段。
该工序中凸模采用阶梯式结构形式,固定方法是台肩固定。
\
台阶式的凸模强度刚性较好,装配修磨方便,其工作部分的尺寸由计算而得;与凸模固定板配合部分按过渡配合(H7/m6或H7/n6)制造;最大直径的作用是形成台肩,以便固定,保证工作时凸模不被拉出。
凹模设计因制件形状简单,虽然由4个工步,但总体尺寸并不大,选用整体式矩形凹模较为合理。
因生产批量大,由文献[2]选用Cr12MoV为凹模材料。
(2)确定凹模厚度H值:
由文献[1]凹模厚度计算公式
凹模厚度H=Kb(≧15mm)
凹模壁厚c=(1.5~2.0)H(≧30~40mm)
式中 H—凹模厚度
K-系数,考虑坯料厚度的影响
b—冲裁件最大外形尺寸
C—凹模壁厚
由文献(1)可K=0.18
H=0.18*109.06=19.6308
C=(1.5~2)H=29.4462~39.2616
B=L+2C=167.9524~187.5832
H1=Kb1=0.18*30=5.4
C1=(1.5~2)H=(1.5~2)15=22.5~30
B1=L1+2C1=52.5~60
3.4定位零件的设计
定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸凹模有正确的位置,定位零件基本上都已标准化,可根据坯料或工序件形状,尺寸,精度及模具的结构形式与生产率要求等选用相应的标准。
本次设计主要用到挡料销。
挡料销主要用于条料和带料送进时的定位,我采用的是固定挡料销中的台肩型式。
安装在凹模上,其优点是制造方便,工作部分与固定部分直径相差很大,挡料销压入凹模后不会消弱凹模强度。
3.5卸料和压料零件
(1)推件块
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