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U形弯曲件模具设计
U形弯曲件模具设计
1零件工艺性分析
内容如下:
图15弯曲工件图
1.1材料分析
45钢为优质碳素结构钢,具有良好的弯曲成形性能。
1.2结构分析
零件结构简单,左右对称,对弯曲成形较为有利。
可查得此材料所允许的最小弯曲半径rmin=0.5t=1.5mm,而零件弯曲半径r=2mm1.5mm,故不会弯裂。
另外,零件上的孔位于弯曲变形区之外,所以弯曲时孔不会变形,可以先冲孔后弯曲。
计算零件相对弯曲半径r/t=0.67:
:
:
5,卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑,而弯曲中心角发生了变化,采用校正弯曲来控制角度回弹。
1.3.精度分析
零件上只有1个尺寸有公差要求,由公差表查得其公差要求属于IT14,其
余未注公差尺寸也均按IT14选取,所以普通弯曲和冲裁即可满足零件的精度要
求。
4.结论:
由以上分析可知,该零件冲压工艺性良好,可以冲裁和弯曲。
2工艺方案的确定
零件为U形弯曲件,该零件的生产包括落料、冲孔和弯曲三个基本工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,后冲孔,再弯曲。
采用三套单工序模生产。
方案二:
落料一冲孔复合冲压,再弯曲。
采用复合模和单工序弯曲模生产。
方案三:
冲孔一落料连续冲压,再弯曲。
采用连续模和单工序弯曲模生产。
方案一模具结构简单,但需三道工序三副模具,生产效率较低。
方案二需两副模具,且用复合模生产的冲压件形位精度和尺寸精度易保证,生产效率较高。
但由于该零件的孔边距为4.75mm,小于凸凹模允许的最小壁厚6.7mm,故不宜采用复合冲压工序。
方案三也需两副模具,生产效率也很高,但零件的冲压精度稍差。
欲保证冲压件的形位精度,需在模具上设置导正销导正,故其模具制造、安装较复合模略复杂。
通过对上述三种方案的综合分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。
3零件工艺计算
3.1.弯曲工艺计算
3.1.1毛坯尺寸计算
对于r0.5t有圆角半径的弯曲件,由于变薄不严重,按中性层展开的原理,
坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和,可查得中性层位移系数
x=0.28,所以坯料展开长度为
图16坯料展开图
nx90
Lz=(169-5)2(25-10)2[(20.283)]=63.9:
64mm
180
由于零件宽度尺寸为18mm,故毛坯尺寸应为64mM18mm。
弯曲件平面展开图见图16,两孔中心距为46mm。
3.1.2弯曲力计算
弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据。
该零件是校正弯曲,校正弯
曲时的弯曲力F校和顶件力FD为
F校=Ap=2518120=54kN
Fd=(0.3~0.8)F自
=0.3
2
0.7KBt二b
rt
=0.3
2
0.71.3183550
2+3
=5kN
对于校正弯曲,由于校正弯曲力比顶件力大得多,故一般Fd可以忽略,即
生产中为安全,取F压力机>1.8F校=1.854=97.2kN,根据压弯力大小,初
选设备为JH23—25。
32冲孔落料连续模工艺计算
3.2.1刃口尺寸计算
由图3-2可知,该零件属于一般冲孔、落料件。
根据零件形状特点,冲裁模的凸、凹模采用分开加工方法制造。
尺寸18mm、R9mm由落料获得,2X©8.5mm和46土0.31mm由冲孔同时获得。
查得凸、凹模最小间隙Zmin=0.48mm,最大
间隙Zmax=0.66mm,所以Zmax-Zmin=0.66-0.48=0.18mm。
按照模具制造精度高于冲裁件精度3〜4级的原则,设凸、凹模按IT8制造,落料尺寸180^.43mm,凸、凹模制造公差%=6=0.027mm,磨损系数X取0.75。
冲孔尺寸85°0.36mm,凸、凹模制造公差、丁二-0.022mm,磨损系数X取0.5。
根据冲裁凸、凹模刃口尺寸计算公式进行如下计算:
落料尺寸18:
.43mm,
校核不等式r : 0.18。 说明所取的r与A合适,考虑零件要求和模具制造情况,可适当放大制造公差 为: 'T=0.40.18mm=0.072mm,、A=0.60.18mm=0.108mm。 将已知和查表的数据代入公式得 LA=(Lmax-X•讥A=(18-0.750.43)0°.027mm=17.67800.027mm Lt=(La-乙皿鳥0“=(17.678-0.48)00.027mm=17.198^027mm 故落料凸模和凹模最终刃口尺寸为: LA=17.67800.108mm, Lt=17.198_q.072mm。 落料R9mm,属于半边磨损尺寸。 由于是圆弧曲线,应该与落料尺寸18mm 相切,所以其凸、凹模刃口尺寸取为 RA=117.678。 0.108/2mm=8.83900.054mm 2 1 RT=—x17.198^072/2mm=8.599纭036mm 2.. 冲孔: 8.50^.36mm 校核A乞Zmax-Zmin,代入数据得: 0.0220.022二0.044: : 0.18。 说明 所取的: T与A合适,考虑零件要求和模具制造情况,可适当放大制造公差为: 、T=0.40.18mm=0.072mm,、A=060.18mm=0.108mm。 将已知和查表的数据代入公式得 d^=(dmi^^)°^=(8.^0.^0.36)°0,022m^=8.68°0.022mm dA=(dTZmin)o「A=(8.680.48)。 0.022mm=9.16。 0.022口口 故冲孔凸模和凹模最终刃口尺寸为: d^8.6800.072mm,dA=9.1600.108mm。 孔心距46土0.31mm 因为两个孔同时冲出,所以凹模型孔中心距为 La'=L_: /8=46_0.62/8=46_0.078mm 322排样计算 分析零件形状应采用单直排的排样方式,零件可能的排样方式有如图17所 示两种。 比较方案a和方案b,方案a是少废料排样,显然材料利用率高,但因条料本身的剪板公差以及条料的定位误差影响,工件精度不易保证,且模具寿命低,操作不便,排样不适合连续模,所以选择方案b。 同时,考虑凹模刃口强度,其 中间还需留一空工位。 现选用规格为3mmx1000mmx1500mm的钢板,则需计算采用不同的裁剪方式时,每张板料能出的零件总个数。 经查得零件之间的搭边值a^3.2mm,零件与条料侧边之间的搭边值 图17可能的排样方式 a二3.5mm,条料与导料板之间的间隙值C=0.5mm,则条料宽度为 B=(Dmax+2a+C)\=(64+2疋3.5+0.5几.8mm二了仆: 卫口口 步距S=Dai=183.2=21.2mm 由于弯曲件裁板时应考虑纤维方向,所以只能采用横裁。 即裁成宽71.5mm、长1000mm的条料,则一张板材能出的零件总个数为 輕1000亠.2047=940个IL71.5.IL21.2 计算每个零件的面积S1824618-28.5^968.9mm2,则材料 44 利用率为L旦100%=940968.9100%=60.7%。 排样图如图18所示。 Lb汇Bb1500^000 3.3.冲裁力计算 此例中零件的落料周长为148.52mm,冲孔周长为26.69mm,材料厚度3mm, 45钢的抗剪强度取500MPa,冲裁力基本计算公式F二KLt•。 则冲裁该零件所 需落料力 图18零件的排样图 £=1.3148.523500-289614N: 289.6kN 冲孔力F2=21.326.693500=104091N: 104.1kN 模具结构采用刚性卸料和下出件方式,所以所需推件力Ft为 Ft二NKt(F「F2)=90.045(289.6104.1)kN: 53kN 3 计算零件所需总冲压力F总二FiF2Ft=(289.6104.153)kN=446.7kN 初选设备为JC23—633.4.压力中心计算 零件为一对称件,所以压力中心就是冲裁轮廓图形的几何中心,但由于采用级进模设计,因此需计算模具的压力中心。 排样时零件前后对称,所以只需计算压力中心横坐标,如图19所示建立坐标系。 设模具压力中心横坐标为X。 (计算时取代 图19压力中心的计算数值),则有 F1(42.4-■X。 )=F2Xo 即289.6(42.4-x0)=104.1x0, 解得x0=31.2mm所以模具压力中心坐标点为(-31.2,0) 4冲压设备的选用 4.1.冲孔落料连续模设备的选用 根据冲压力的大小,选取开式双柱可倾台压力机JC23—63,其主要技术参 数如下: 公称压力: 630kN 滑块行程: 120mm 最大闭合高度: 360mm 闭合高度调节量: 80mm 滑块中心线到床身距离: 260mm 工作台尺寸: 480mmX710mm 工作台孔尺寸: ©250mm 模柄孔尺寸: ©50mmX80mm 垫板厚度: 90mm4.2弯曲模设备的选用 根据弯曲力的大小,选取开式双柱可倾台压力机JH23—25,其主要技术参 数如下: 公称压力: 250kN 滑块行程: 75mm 最大闭合高度: 260mm 闭合高度调节量: 55mm 滑块中心线到床身距离: 200mm 工作台尺寸: 370mmX560mm 工作台孔尺寸: ©260mm 模柄孔尺寸: ©40mmX60mm 垫板厚度: 50mm 5模具零部件结构的确定 5.1冲孔落料连续模零部件设计5.1.1标准模架的选用 标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸,所以应首先计算凹模周界的大小。 根据凹模高度和壁厚的计算公式得 凹模高度H=Kb二0.3564mm: 25mm 凹模壁厚C=(1.5~2)H=1.825mm: 46mm 所以,凹模的总长^56246=148mm,为了保证凹模结构对称并有足够的强度,将其长度增大到163mm。 凹模的宽度64246=156mm。 模具采用后侧导柱模架,根据以上计算结果,查得模架规格为: 上模座200mm X200mmX45mm,下模座200mmX200mmX50mm,导柱32mmX160mm,导套32mmX105mmX43mm。 5.1.2其它零部件结构 凸模固定板与凸模采用过渡配合关系,厚度取凹模厚度的0.8倍,即20mm,平面尺寸与凹模外形尺寸相同。 @11 图20凸模结构图 卸料板的厚度与卸料力大小、模具结构等因素有关,取其值为14mm。 导料板高度查表取12mm,挡料销高度取4mm。 模具是否需要采用垫板,以承压面较小的凸模进行计算,冲孔凸模承压面的尺寸如图20所示。 则其承受的压应 力为 =334MPa _F(527)kN A応22 152mm2 4 查得铸铁模板的[二p]为90〜140MPa,故二•[匚p]。 因此需采用垫板,垫板 厚度取8mm。 模具采用压入式模柄,根据设备的模柄孔尺寸,应选用规格为A50X105的 模柄。 5.2.弯曲模主要零部件设计 根据工件的材料、形状和精度要求等,弯曲模采用非标准模架。 下模座的轮 廓尺寸为255mmX110mm。 5.2.1工作部分结构尺寸设计 1)凸模圆角半径 在保证不小于最小弯曲半径值的前提下,当零件的相对圆角半径r/t较小 时,凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径,即r^2mm。 2)凹模圆角半径 凹模圆角半径不应过小,以免擦伤零件表面,影响冲模的寿命,凹模两边的圆角半径应一致,否则在弯曲时坯料会发生偏移。 根据材料厚度取rA=(2~3)t=2.53mm: 8mm。 3)凹模深度 凹模深度过小,则坯料两端未受压部分太多, 零件回弹大且不平直,影响其质量;深度过大,则浪费模具钢材,且需压力机有较大的工作行程。 该零件为弯边高度不大且两边要求平直的U形弯曲件,则凹 模深度应大于零件的高度,且高出值ho=5mm,如图21所示。 4)凸、凹模间隙 根据U形件弯曲模凸、凹模单边间隙的计算公式得 Z二tmaxCt=t亠'亠Ct=(30.180.043)mm二3.3mm 5)U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差 零件标注内形尺寸时,应以凸模为基准,间隙取在凹模上。 而凸、凹模的横 向尺寸及公差则应根据零件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。 因 此,凸、凹模的横向尺寸分别为 Lt=(Lmin0.75J0_「(18.50.750.5)^^m^18.875^^mm La-(Lt2Z)0A=(18.87523.3)00.052mm=25.47500.052mm 522弹顶装置中弹性元件的计算 由于该零件在成型过程中需压料和顶件,所以模具采用弹性顶件装置,弹性 元件选用橡胶,其尺寸计算如下 1)确定橡胶垫的自由高度H。 H。 (3.5~4)H工 认为自由状态时,顶件板与凹模平齐,所以 H工二rAh0h=(8525)mm二38mm 由上两个公式取H0=140mm。 2)确定橡胶垫的横截面积A A=Fd/p 查得圆筒形橡胶垫在预压量为10%~15%时的单位压力为0.5MPa,所以 50002 A10000mm2 0.5 3)确定橡胶垫的平面尺寸 根据零件的形状特点,橡胶垫应为圆筒形,中间开有圆孔以避让螺杆。 结合 零件的具体尺寸,橡胶垫中间的避让孔尺寸为©17mm,则其直径D为 D=jA汇一=」10000況一R;113mm \\31 4)校核橡胶垫的自由高度H。 H0140 D-113 橡胶垫的高径比在0.5T.5之间,所以选用的橡胶垫规格合理。 橡胶的装模高度约为0.85X140=120mm。 6冲孔落料连续模装配图 有了上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案,便可以对模具进行总体设 计并画出冲裁装配图如图22所示。 模具闭合高度H模=45+8+20+15+14+12+25+50=189mm。 7弯曲模具装配图 由上述各步计算所得的数据,对弯曲模具进行总体设计并画出装配图如图 23所示。 模具闭合高度H模=40+20+4+103=167mm。 UBOJ 板下2座凹1模2落料凸撼钉133模导柱14图防料销中孔落垫料级进帳凸模固定板5、218销钉孔凸-导正繕卸料
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