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冲裁模
摘要
随着国民经济的高速发展,对模具工业提出了越来越高的要求,促使模具技术迅速发展,作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备,模具已发展成为一门产业。
冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。
本论文在分析典型的冲压工艺的基础上,确定了单工序模的模具设计方案。
通过计算油门拉线支架模具中的毛坯尺寸、冲压过程中的各个工艺力等主要工艺参数和落料刃口等主要工作部分尺寸,设计出主要零件结构和实体模型。
通过各部分工艺力的计算,选择了公称压力为1250KN的压力机,并绘制了模具的装配图及主要凸、凹模的零件图,分析了模具的动作过程及加工制造方法。
通过本设计,可以对冲裁模及注塑模具有一个初步的认识,注意到设计中的某些细节问题,了解模具结构及工作原理;通过对PROGRAM的学习,可以建立较简单零件的零件库,从而有效的提高工作效率。
关键词:
冲压,冷变形加工,单工序模
ThrottleFarrowedStentsGraduationDesign
Abstract
Withthehigh-speeddevelopmentofnationaleconomy,mouldindustryputforwardmoreandmorehighdemand,promptingmouldtechnologyrapiddevelopment,asaproductionvariousindustrialproductsandtheimportanttechnologicalequipmentcivilproducts,mouldhasbecomeanindustry.
Stampingisusinginstalledinstampingequipment(mainlypress)pressureofmaterialsmoulds,makeitsproduceseparationorplasticdeformation,thusobtainingrequiredparts(knownasstampingorstamping)ofapressureprocessingmethod.Stampingisusuallyformaterialsatroomtemperaturedeformationprocessing,andcoldsheetmetalprocessingmainlybyintotheparts,soalsocalledcoldstampingorsheetmetalstamping.Stampingismaterialprocessingorplasticprocessingpressureoneofthemainmethods,belongingtomaterialmoldingengineeringresection.
Thisthesisontheanalysisofthetypicalofthestampingprocessbasedonasingleprocess,determinethemoulddesign.DieThroughcalculatingtheleverconnectionplatesize,stampingmouldbilletprocessineachprocesssuchmaintechnologicalparametersandforceofsuchmainbladeblankingworkingpartsofsize,designoutthemajorpartsstructureandsolidmodel,paintedmouldassemblydrawingsandmainconvex,concavedie.Throughthecalculationoftheforceofsomeprocess,chose1250KNnominalpressureforthepress,thepartsdrawingofthemouldareanalyzedactionprocessofmanufacturingandprocessingmethod.
Throughthedesign,canhedgecuttingmouldandinjectionmoldhasapreliminaryunderstanding,noticeddetailsinthedesignofdiestructure,workingprincipleandunderstanding;Basedonthestudy,canbuild-asimplepartslibrary,effectivelyimprovetheworkefficiency.
Keywords:
stamping,colddeformationprocessing,singleproceduremold
目录
摘要I
AbstractII
第一章冲裁件工艺性分析1
1.1零件图1
1.2材料分析1
第二章冲裁的最佳工艺制造方案及模具结构形式3
2.1排样方式3
2.2搭边和条料宽度的确定3
2.2.1搭边值的确定4
2.2.2条料宽度的确定4
2.3计算压力中心5
2.4各部分工艺力的计算6
2.4.1落料力计算6
2.4.2卸料力及顶件力的计算7
2.5选择冲压设备7
第三章主要工作部分尺寸计算10
3.1确定冲裁间隙10
3.1.1落料模具刃口尺寸计算10
3.2凹模结构的设计及轮廓尺寸计算13
3.3凸模结构的设计及长度计算14
3.4冲裁模具闭合高度的计算14
3.5弹性元件尺寸的计算15
3.5.1橡胶横截面积尺寸15
3.5.2橡胶高度尺寸16
第四章模具的总体设计17
4.1模具的总体结构17
4.1.1回位弹簧支架整体结构17
4.1.2模具工作过程18
4.2模具结构设计分析18
4.2.1模架结构18
4.2.2导向零件18
4.2.3工作零件18
4.2.4定位零件18
4.2.5压料、出料零件19
4.2.6支承零件19
4.2.7紧固件19
第五章冲裁模试冲与调整21
5.1冲裁模试冲与调整的目的21
5.2冲裁模试冲21
5.3冲裁模调整21
第六章结论22
参考文献23
致谢24
第一章冲裁件工艺性分析
1.1零件图
冲裁件的工艺分析首先要分析零件的结构和外形,根据工艺要求和冲裁件基本信息进行设计,良好的工艺性能使材料消耗少、工序少、模具结构简单、容易制造、寿命长和操作简单[1]。
在模具设计时,首先要根据产品图样审核其工艺性,在使用许可的情况下,尽量采用形状简单、对称、有利于提高材料的利用率、有利于排样的设计。
冲裁件的零件图及基本尺寸如图1.1所示:
图1.1油门拉线支架零件图
1.2材料分析
该冲裁件的制造材料选用Q235钢,冲裁件精度:
零件图上均为标注尺寸偏差,属自由尺寸,按IT14级确定工件尺寸的偏差,以外形尺寸按基轴制、定位尺寸取其中间偏差,各尺寸偏差为:
185.5±1.15mm,98±0.87mm,75±0.74mm,75±0.74mm,50.8±0.74mm,40±0.62mm,32±0.62mm,22±0.52mm,19.5±0.52mm,19±0.52mm,15±0.43mm,40.2±0.62mm,11.2±0.43mm,R9±0.36mm,R15±0.43mm
总结以上特点,得出结论:
该制件适合冲裁。
第二章冲裁的最佳工艺制造方案及模具结构形式
该冲裁件结构简单,只需一次落料一种工序,故采用单工序冲裁模。
冲件数量为中批量生产,宜选择有导向冲裁;冲件厚度为4.5mm,属于较厚工件材料,可采用固定卸料下出件结构;为方便前后送料,选择典型组合为标准中间型导柱形式模架。
综上,本次冲裁模具结构为导柱式单工序冲裁模,导柱式冲裁模的导向可靠,精度高,寿命长,使用安装方便。
2.1排样方式
根据材料经济利用程度,排样方法可分为有废料、少废料和无废料排样三种,根据制件在条料上的布置形式,排样又可分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多种形式。
排样合理与否不但影响材料的经济利用,还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。
因此,排样时应考虑如下原则:
提高材料利用率(不影响制件使用性能前提下,还可适当改变制件形状)。
1)排样方法使应操作方便,劳动强度小且安全。
2)模具结构简单、寿命高。
3)保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
本设计采用直排少废料排样方法,排样合理,材料利用率高[2]。
2.2搭边和条料宽度的确定
对于回位弹簧支架,现有如下两种排样方式,这两种方式都采用反复送料,且排样方法都合理,但为了提高材料的利用率,先计算并分析。
排样图如图2.1所示:
图2.1排样图
计算以上两种排样方法的材料利用率,确定排样方案。
求一个步距内的材料利用率,公式如下:
其中A=(6978.4×2)mm2,S1=385X65=25025mm,S2=195.5×124=24242mm
计算得:
η1=55.70%<η2=57.57%
两种排样方法都较节省材料,但方法二的材料利用率更加高一些,所以选择第二种排样方法。
2.2.1搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料,称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,以保证零件质量和送料方便[3]。
由于此设计中冲裁件为非圆形件且为了设计为往复送料,查参考文献[4]可得出搭边值为a=5,a1=4。
2.2.2条料宽度的确定
排样方式和搭边值确定后,条料的宽度和进距也就可设计出。
进距是每次将条料送入模具进行冲裁的距离。
进距与排样方式有关,是决定挡料销位置的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
确定的原则是,最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值;最大条料宽度能在冲裁时顺利地在导料板之间送进条料,并有一定的间隙。
条料宽度[3]:
B_△0=(Dmax+2a)-△0(2.1)
式中Dmax为条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a为侧搭边值;△为条料宽度的单向(负向)偏差;Z为导料板与最宽条料之间的间隙。
a、△值可查参考书[1]。
计算得:
Dmax=180mm,查得a=5mm,△=1.15mm,所以得条料宽度为B=194mm。
2.3计算压力中心
为了保证压力机和模具正常的工作,必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合,否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜,引起凸凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损,造成刃口和其它零件的损坏,甚至还回引起压力机导轨磨损,影响压力机精度。
形状简单而对称的工件,冲裁时的压力中心与工件的中心重合。
该冲裁件形状复杂且不对称,根据理论力学,对于平行力系,合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和,而冲裁力F与冲裁的周边度L成正比,由此可得压力中心坐标(x0,y0)。
冲裁件压力中心计算草图如图2.2所示:
图2.2冲裁件压力中心计算草图
各线段信息如下表2.1所示:
表2.1冲裁件线段信息表
线段名称
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
L8
L9
长度
55mm
18.69mm
28.1mm
40.2mm
31mm
14.14mm
13.9mm
61.56mm
35.8mm
中点坐标
(0,27.5)
(5.95,49.05)
(11.9,29.05)
(32,15)
(52.1,30.05)
(56.6,50.5)
(68.05,55)
(104.85,47.5)
(152.6,40)
线段名称
L10
L11
L12
L13
L14
L15
L16
长度
23.56mm
25mm
13.4mm
19.5mm
17.59mm
19.5mm
160.9mm
中点坐标
(178,32.5)
(185.512.5)
(178.8,0)
(172.1,9.75)
(166.5,23.1)
(160.9,9.75)
(80.45,0)
将上表中的相关数据代入公式进行计算,得到压力中心坐标值为(87.5,22)。
2.4各部分工艺力的计算
2.4.1落料力计算
卸料力、推件力及顶件力的系数如表2.2所示:
表2.2卸料力、推件力及顶件力的系数
料厚
K卸
K推
K顶
钢
<0.1
0.065~0.075
0.1
0.14
》0.1~0.5
0.045~0.055
0.063
0.08
》0.5~2.5
0.04~0.05
0.055
0.06
》2.5~6.5
0.03~0.04
0.045
0.05
此零件厚度为5mm,查下表及计算得计算公式[4]:
F=KLtτb(2.2)
式中:
F——冲裁力(N);
L——冲裁周边长度(mm);
t——材料厚度(mm);
τb——材料抗剪强度(MPa);
K——系数,一般取1.3抗剪强度为τb=235MPa。
则落料力F=1.3L
τb=1.3×577.84mm×4.5×235Mpa=794.39KN
2.4.2卸料力及顶件力的计算
从凸模上卸下箍着的料锁需要的力称为卸料力(Fx)[4],
Fx=KxF(2.3)
将梗塞在凹模内的料逆冲裁方向推出所需要的力称顶件力(FD)[5]:
FD=KDF(2.4)
式中:
F——冲裁力(N);
Fx——卸料力系数;
KD——顶件力系数;
查表得:
取Fx=0.04KD=0.05
所以得:
FX=KxF=0.04×794.39KN=31.7756KN
FD=KDF=0.05×794.39KN=39.72KN
2.5选择冲压设备
在实际生产中,为了防止设备的超载,压力机的公称压力必须大于或等于冲压力的1.6~1.8倍。
并且根据不同模具结构分别对待,由于采用刚性卸料装置和下出料方式,所以总冲压力:
F+FD=794.39+39.72≈834KN
开式压力机的主要技术参数如表2.3所示:
表2.3开式压力机的主要技术参数
标称压力/KN
630
1250
1600
达到公称压力时滑块离下止点的距离/mm
8
10
12
滑块行程/mm
120
140
160
行程次数/(次/min)
70
50
40
固定台式和可倾式的最大闭合高度/mm
360
430
450
活动台最低位置
460
活动台最高位置
220
封闭高度调节量/mm
90
120
130
滑块中心到床身的距离/mm
260
350
380
工作台左右尺寸/mm
710
970
1120
工作台前后尺寸/mm
480
650
710
工作台孔左右尺寸/mm
340
460
530
工作台孔前后尺寸/mm
180
250
300
工作台孔直径尺寸/mm
230
340
400
立柱间的距离/mm
340
460
530
模柄孔尺寸(直径/mmX深度/mm)
Φ50X70
Φ60X75
Φ70X80
工作台厚度/mm
90
120
130
根据参考文献[1],选用公称压力为1250KN的开式压力机,其型号为J21-125,该压力机与模具设计的有关注意参数及规格[10]如下:
公称压力:
1250KN
滑块行程:
140mm
最大闭合高度:
430mm
封闭高度调节量:
120mm
滑块到床身的距离:
350mm
工作台尺寸:
555×310(mm×mm)
模柄孔尺寸:
Φ60×75(mm×mm)
工作台板厚度:
120mm
第三章主要工作部分尺寸计算
3.1确定冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差,其双面间隙用Z表示,单面间隙用C,冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量,冲裁力和模具寿命等影响很大,所以冲裁间隙时冲裁模具设计中的一个非常重要的工艺参数。
查参考文献[6]得冲裁模的合理双面间隙值为Zmax=1.00mm,Zmin=0.72mm。
3.1.1落料模具刃口尺寸计算
凸模和凹模得刃口尺寸和公差,直接影响冲裁件的尺寸精度。
模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。
因此,正确确定凸、凹模人口尺寸和公差,是冲裁模设计中的一项重要工作。
在冲裁件的测量和使用中,都是以光面的尺寸为基准。
落料件的光面是凹模刃口挤切材料产生的,而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。
故计算刃口尺寸时,应按落料和冲孔两种情况分别进行。
此次设计只有落料一个工序,其计算原则如下:
落料件光面尺寸与凹模尺寸相等(或基本一致),故应以凹模尺寸为基准。
又因落料凹模尺寸会随凹模刃口的磨损而增大,为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件,故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
而落料凸模基本尺寸,则按凹模基本尺寸减最小初始间隙。
油门拉线支架落料凹模具刃口的轮廓图如图3.1所示:
图3.1油门拉线支架落料凹模具刃口的轮廓图
上图为油门拉线支架落料凹模具刃口的轮廓图,虚线表示刃口磨损后的尺寸变化。
落料时一凹模配作凸模,由图知磨损后有变大由变小两种情况:
(1)凹模磨损后刃口尺寸有变大的尺寸有185.5,98,75,55,50.8,40,32,22,19.5,19,15,9,按一般落料凹模尺寸公式计算[7]:
Ad=(Amax-x△)-△/4(3.1)
(2)凹模磨损后刃口尺寸有变小的尺寸有40.2,11.2,按冲孔凸模尺寸公式计算,因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸[8],即:
Bd=(Bmin+x△)0+△/4(3.2)
式中:
Ad、Bd——相应的凹模刃口尺寸;
Amax——工件的最大极限尺寸;
Bmin——工件的最小极限尺寸
△——工件公差。
凹模的A类尺寸将转换为凸模的B类尺寸,配作凸模时在保证Zmin的前提下,凸模刃口尺寸应在于之间变化。
故换算后的凸模刃口尺寸应以为基本尺寸,标注负偏差。
即可得落料凹模刃口的A类尺寸换算为凸模刃口B类尺寸的计算公式[8]:
bp=(Ad+△/4-Zmin)-△/40(3.3)
落料用的凸模刃口尺寸,按凹模实际尺寸配置,并保证最小间隙Zmin。
故在凸模上只标注基本尺寸,不标注偏差,同时在图样技术要求在上标注“凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制,保证双面间隙值为Zmin~Zmax。
”查参考文献[9]得冲裁模的合理双面间隙值为Zmax=1.00mm,Zmin=0.72mm。
以上是落料凹模刃口尺寸的计算方法。
所需数据及计算结果如下表3.1所示:
表3.1凹模尺寸变化
尺寸名称
尺寸大小
D(mm)
凹模磨损后的变化
公差△(mm)
系数x
对应凹模尺寸(mm)
对应凸模尺寸(mm)
A1
185.5
变大
1.15
0.5
186.0750+0.288
按照凹
模配作
A2
98
变大
0.87
0.5
98.4350+0.2175
A3
75
变大
0.74
0.5
75.370+0.185
A4
55
变大
0.74
0.5
51.170+0.185
A5
50.8
变大
0.74
0.5
40.310+0.155
A6
40
变大
0.62
0.5
32.310+0.155
A7
32
变大
0.62
0.5
22.260+0.13
A8
22
变大
0.52
0.5
19.760+0.13
A9
19.5
变大
0.52
0.5
26.010+0.13
A10
19
变大
0.52
0.5
19.260+0.13
A11
15
变大
0.43
0.5
15.180+0.1075
A12
9
变大
0.36
0.5
9.0180+0.09
A13
15
变大
0.43
0.5
15.180+0.1075
B1
40.2
变小
0.62
0.5
39.890+0.155
B2
11.2
变小
0.43
0.5
10.9850+0.1075
3.2凹模结构的设计及轮廓尺寸计算
凹模按结构可分为整体式凹模和组合式凹模(镶拼结构),在油门拉线支架冲裁模具设计中,选用整体式凹模。
整体式凹模广泛应用于冲裁中小型冲压件的模具及尺寸精度要求比较高的模具中。
广泛应用于冲裁形状复杂或要求较高的冲裁加工中,它的特点是:
凹模工作刃口强度较高,由于制件厚度达到4.5mm,属于较厚工件,因此选用选用下出料方式出料。
凹模用螺钉和销钉固定在下模座上,这样的好处是安装和拆卸简便,稳定性好。
整体式凹模轮廓尺寸的确定:
冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用。
通常根据冲裁的板料厚度冲件的轮廓尺寸,或凹模孔口刃壁间距离,按经验公式来确定。
凹模厚(高)度[10]:
H=ks(3.4)
式中:
s——垂直送料方向的凹模凹模刃壁间最大距离(mm);
k——系数,考虑板料厚度的影响,其值可查下表:
已知s=185.5mm,查参考文献[1]得k=0.20~0.24,取k=0.20,代入公式,得:
H=0.20×185.5≈37mm,H取值45mm。
则垂直于送料方向的凹模宽度B=S+(2.5-4.0)H,带入数值得B=185.5+2.5×37=278mm,取B=280mm
送料方向凹模长度[11]:
L=S1+2S2(3.5)
式中:
S1——送料方向的凹模刃壁间最大距离(mm);
S2——送料方向凹模刃壁至凹模边缘的最小距离(mm),其值可查表:
已知S1=55mm,查参考文献[1]得S2=55mm,代入公式计算得:
L=180mm
综合各方面因素,考虑到安装、送料的便利,综合各方面因素,取凹模周界B×L=280mm×180mm×45mm。
3.3凸模结构的设计及长度计算
凸模高度主要根据模具结构,并考虑修磨、操作安全、装配等的需要来确定。
当按冲模典型组合标准选用时,则可取标准长度,否则应该进行计算。
凸模计算示图如图3.2所示:
图3.2凸模计算示图
凸模计算公式如下[12]:
H=h1+h2+h(3.6)
式中:
h1——凸模固定板的厚度(mm);
h2——固定卸料板厚度(mm);
h——增加长度
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