冲压成型技术课程设计.docx
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冲压成型技术课程设计
冲压模具设计
说明书
学院:
机械工程学院
指导老师:
专业班级:
学号:
学生姓名:
2011年12月16日
目录
一:
设计任务书2
二:
原始数据3
三:
工艺分析3
四:
冲裁方案确定4
1.方案种类4
2.方案的比较4
3.方案的确定4
五:
模具结构形式的确定5
六:
工艺尺寸计算5
1.排样设计5
2.冲裁力计算6
3.压力机公称压力的确定7
4.冲裁压力中心的确定7
5.刃口尺寸计算9
七:
模具总体结构设计12
1.模具的类型选择12
2.定位方式的选择12
3.出件方式的选择12
4.导柱、导套位置的确定13
八:
主要零部件的设计13
1.工作零件的结构设计13
2.定位零件的设计14
3.模架及其他零部件的设计15
九:
模具总装图16
十:
冲压设备的选取17
十一:
模具零件加工工艺17
十二:
模具的装配19
1.上模装配19
2.下模装配19
十三:
课程设计总结20
十四:
参考文献21
一:
设计任务书
材料:
20F
厚度:
0.5mm
生产量:
大批量
二:
原始数据
数据如图所示,大批量生产,材料为20F,t=0.5mm。
公差值查表9-13
三:
工艺分析
此工件有冲孔和落料两道工序。
材料为20F、t=0.5mm的钢,属于软钢系列,具有良好的冲压性能,适合冲裁,工件结构不复杂,有两个φ10圆孔。
孔与材料边缘距离满足要求。
工件落料尺寸及冲孔尺寸均按照IT12级计算。
精度要求不高,普通冲裁即可满足要求。
四:
冲裁方案确定
1.方案种类
该工件包括冲孔和落料两个基本工序,可以有以下三种工
艺方案。
方案一:
先冲孔,后落料。
采用单工序模生产。
方案二:
冲孔-落料级进冲压。
采用级进模生产。
方案三:
采用落料-冲孔同时进行的复合模生产。
2.方案的比较
各方案的特点比较:
方案一:
模具结构简单,制造方便,但需要两道工序,两副模具,成本相对较高,生产效率低,且更重要的是在第一道工序完成,进入第二道工序必然会增大误差,使工件精度、质量大打折扣,达不到所需的要求,难以满足生产需要。
故不选此方案。
方案二:
级进模是一种多工位、效率高的加工方法。
但级进模轮廓尺寸较大,制造复杂,成本较高,一般适用于大批量、小型冲压件。
而本工件尺寸轮廓较大,采用此方案,势必增大模具尺寸,使加工难度提高,因而排除此方案。
方案三:
只需一套模具,工件的精度及生产效率要求都能满足,模具轮廓尺寸较小,模具的制造成本不高。
故此方案较优。
3.方案的确定
综上所述,本套模具采用冲孔-落料复合模。
五:
模具结构形式的确定
复合模有两种结构形式,正装式复合模和倒装式复合模。
分析该工件成型后脱模方便性,正装式复合模成型后工件留在下模,徐向上推出工件,取件不方便。
倒装式复合模成型后工件留在上模,只需在上模装一副推件装置,故采用倒装式复合模。
六:
工艺尺寸计算
1.排样设计
(1)排样方法的确定根据工件的形状,确定采用无废料排样的方法不可能做到,但能采取有废料的排样。
经排样计算采用L形排法,初画图如下
(2)确定搭边值查表2-15,取工件间a1=2.0;侧面a=2.0。
考虑到工件尺寸不大,不需要设置压边值。
(3)确定条料步距由图可知步距:
52mm,宽度:
100+2。
(4)条料的利用率:
η=S工/S总=A/hB=61.0%
(5)画出排样图,即是上图。
2.冲裁力计算
(1)冲裁力F
查表9-1取材料20F的抗拉强度σb=400MP
由F≈Ltσb
已知:
L为工件形状周长,t为材料厚度
所以F=386.8×0.5×400=77.36KN
(2)卸料力Fx
由Fx=KxF,已知Kx:
0.045~0.055取0.055(查表2-17)
则:
Fx=K×F=4.25KN
(3)推件力FT
由FT=nKTF,已知n=4KT=0.063(查表2-17)
则:
FT=nKTF=19.49KN
(4)顶件力FD
由FD=kDF,已知kD=0.08(查表2-17)
则:
FD=kDF=6.19KN
3.压力机公称压力的确定
本模具采用刚性卸料装置和下出料方式,所以
FZ=F+FT≈96.85KN
根据以上计算结果,冲压设备拟选择JA21-35型压力机。
4.冲裁压力中心的确定
(1)按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置,并确定坐标系,标注各段压力中心坐标点,如下图所示:
(2)画出坐标轴x,y。
(3)分别计算出各段压力中点几各段压力中点的坐标值,并标注如下图示。
冲裁直线段时,其压力中心位于直线段的中心。
冲裁圆孔时,其压力中心位于圆心。
(4)分别计算出凸模刃口轮廓的周长。
冲裁压力中心计算数据见下表
各段
基本要素长度L/mm
各基本要素压力中心的坐标值
冲裁力F/N
备注
X
y
A
L1=44
22
0
F1=8800
冲裁力计算公式
F=Ltσb
σb为材料的抗拉强度,查表9-1得
σb=400Mpa
t为材料厚度,t=0.5mm
B
L2=12
44
6
F2=2400
C
L3=28
58
12
F3=5600
D
L4=22
72
17
F4=2000
E
L5=28
58
22
F5=5600
F
L6=22
44
32
F6=4400
G
L7=11
33
44
F7=2200
H
L8=46
22
67
F8=9200
I
L9=22
11
90
F9=4400
J
L10=90
0
45
F10=18000
K
L11=31.42
22
32
F11=6283.2
L
L12=31.42
22
12
F12=6283.2
(5)根据力学原理,分力对某轴的力矩等于各分力对同轴力矩的代数和,则可求得压力中心坐标(X0,Y0)
X0=
=23.37
Y0=
=39.09
5.刃口尺寸计算
(1)加工方法的确定。
结合模具及工件的形状特点,此模具制造宜采用配作法,落料时,选凹模为设计基准件,只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差,凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求配作;冲孔时,则只需计算凸模的刃口尺寸及制造公差,凹模刃口尺寸由凸模
实际尺寸配作;只是需要在配作时保证最小双面间隙Zmin=0.025(查表2-8)。
凸凹模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸结合完成。
尺寸分类
尺寸转换
计算公式
结果
备注
第一类尺寸
90
900-0.35
Aj=(Amax-xΔ)0+¼Δ
89.740+0.088
系数x的取值查表2-11非圆形工件公差Δ<0.16,x=1;0.17≤Δ≤0.35,x=0.75;Δ≥0.36,x=0.5圆形工件公差Δ<0.16,x=0.75;Δ≥0.16,x=0.5
44
440-0.25
43.810+0.063
72
720-0.30
71.780+0.075
44
440-0.25
43.810+0.063
10
100-0.15
9.850+0.038
第二类尺寸
10
100+0.18
Bj=(Bmin+xΔ)0-¼Δ
10.090-0.035
第三类尺寸
12
12±0.18
Cj=(Cmin+½Δ)±
11.91±0.02
20
20±0.20
19.90±0.02
(2)采用配作法,先判断模具各个尺寸在模具磨损后的变化情况,分三种情况,分别统计如下
第一类尺寸(增大):
90,44,72,44,10,22
第二类尺寸(减小):
10
第三类尺寸(不变):
12,20
(3)按入体原则查表确定冲裁件内形与内形尺寸公差,工作零件刃口尺寸计算入下表:
(4)画出落料凹模、凸凹模尺寸,如下图:
(5)卸料装置的设计。
采用下图所示的卸料装置,已知冲裁板厚
t=0.5mm,冲裁卸料力Fx=4.25KN。
根据模具安装位置拟选4个弹簧,每个弹簧的预压力
F0≥Fx/N=1.06KN
查表9-32圆柱螺旋弹压缩簧,初选弹簧规格为(使所选弹簧的工作极限负荷Fj≥F预)Fj=1200,D=25,d=5,h0=55,t=6.6,hj=11.7,f=1.57,n=7.5,其中,d为材料直径,D为弹簧大径,Fj为工作极限负荷,h0为自由高度,hj为工作极限负荷下变形量,n为有效圈数,t为节距。
弹簧的总压缩量
ΔH=
×
=5.53mm
七:
模具总体结构设计
1.模具的类型选择
由冲压工艺分析可知,采用复合模冲压,所以本套模具类型为复合模。
2.定位方式的选择
因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用导料销;控制条料的送进步距采用弹簧顶的活动挡料销来定步距。
而第一件的冲压位置因为条料有一定的余量,可以靠操作工人目测来确定。
3.出件方式的选择
根据模具冲裁的运动特点,该模具采用刚性出件方式比较方便。
因为工件形状比较复杂,弹性装置取出不太容易,不宜使用。
采用推件块,利用模具的开模力来推出工件,安全可靠。
故采用刚性装置取出工件。
结构如下图:
4.导柱、导套位置的确定
为了提高模具的寿命和工件质量,方便安装、调整、维修模具,该复合模采用后侧导柱模架。
八:
主要零部件的设计
1.工作零件的结构设计
(1)落料凹模凹模采用整体凹模,轮廓全部采用数控线切割机
床即可一次成形,安排凹模在模架上的位置时,要依据压力中心的数据,尽量保证压力中心与模柄中心重合,其轮廓尺寸计算如下:
凹模厚度:
H=kb=18mm;
凹模壁厚:
C=(1.5~2)H=27~36mm;
取凹模厚度H=30mm,壁厚C取30mm
凹模宽度:
B=b+2c=132mm;
凹模长度:
L=150mm;
根据工件图样,在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下,取凹模长度为160mm,宽度为160mm,所以凹模轮廓尺寸为160×160×30。
(2)冲孔凸模根据图样:
工件中有两个Φ10的孔,只需设计一
支凸模为了方便固定,采用阶梯式,长度为L=凹模+固定板+t=30+20+0.5=50.5mm。
(3)凸凹模当采用倒装复合模时,凸凹模尺寸计算如下:
HTA=h1+h2+t+h=12+20+0.5+8=40.5mm
式中,h1为卸料板厚度,h2为凸凹模固定板厚度;t为材料的厚度,取0.5mm;h为卸料板与固定板之间的安全高度。
因凸凹模为模具设计中的配作件,所以应保证与冲孔凸模和落料凹模的双边合理间隙Zmin=0.025mm。
2.定位零件的设计
结合本套模具的具体结构,考虑到工件的形状,设置一个Φ6的
活动挡料销和两个Φ8的固定导料销。
挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧,,在开模时,弹簧恢复弹力把挡料销顶起,使它处于工作状态,旁边的导料销也一起工作,具体结构如图7-8所示
(1)卸料板设计卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同,厚度
为12mm,材料为45号钢,淬火硬度为40~45HRC。
(2)卸料螺钉的选用卸料板采用四个M8的螺钉固定,长度L=h1+h2+a=50mm
(其中h1为弹簧的安装高度;h2为卸料板工作行程;a为凸凹模固定板厚度)。
3.模架及其他零部件的设计
该模具采用后侧导柱模架,这种模架的导柱在模具后面位置,冲压前面的操作空间比较大。
以凹模周界尺寸为依据,查表9-48选择模架规格如下。
导柱:
Φ28×150
导套:
Φ28×100×38
上模座厚度H上取40mm,下模座厚度H下取45mm,上垫板厚度H垫取10mm,则该模具的闭合高度H高为
H高=H上+H下+H垫+L+H-h=184.5mm
式中L——凸模高度,50.5mm;
H——凸凹模高度,42.5mm;
h——凸模冲裁后进入凸凹模的深度,3.5mm。
可见该模具的闭合高度小雨所选JA21-35压力机的最大装模高度280mm,因此该压力机可以满足使用要求。
九:
模具总装图
通过以上设计,可得到模具的装配图。
模具上模部分主要由上模座、垫板、冲孔凸模、冲孔凸模固定板、凹模板等组成。
下模由下模板座、固定板、卸料板等组成。
出件是由打杆、推板、连接推杆、推件块组成的刚性推件装置,利用开模力取出工件。
卸料是由在开模时,弹簧恢复弹力,推动卸料板向上运动,从而推出条料。
在这中间冲出的废料由漏料孔直接漏出。
条料送进时利用活动挡料销定步距,侧边的两个导料销来顶调料的宽度位置。
操作时完成第一步后,把条料向上抬起向前移动,移到刚冲过的料口里,再利用侧边的导料销继续下一个工件的冲裁。
重复以上动作来完成所需工件的冲裁。
十:
冲压设备的选取
通过校核,选择开式双柱固定台式压力机JA21-35能满足使用要求。
其主要技术参数如下。
公称压力:
350mm滑块行程:
130mm
滑块行程次数:
50次·min最大封闭高度:
280mm
封闭高度调节量:
60mm滑块中心线至床身距离:
205mm
立柱距离:
428mm工作台尺寸(前后左右):
200×290
垫板尺寸(厚度):
60mm模柄尺寸(直径深度):
50×70mm
滑块地面尺寸(前后左右):
210×270mm
十一:
模具零件加工工艺
模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板,若采用线切割加工技术,这些零件的加工就变得相对简单。
冲孔凸模的加工工艺如下表所示:
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
备φ50*100圆柱料
2
热处理
退火
3
粗车
粗车圆柱面,留单边余量0.5mm
4
热处理
热处理硬度达58~62HRC
5
精磨
按图纸加工并达到图纸要求
6
钳工精修
全面达到图纸要求
7
检验
落料凹模加工工艺过程。
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
320×320×70(L×B×H)
2
热处理
退火
3
刨
刨6面互为直角,留单边余量0.5mm
4
热处理
调质
5
磨平面
磨6面互为直角
6
钳工划线
划出各孔位线(销钉孔,螺钉孔及穿螺纹孔)
7
线切割
加工各孔
8
热处理
按热处理工艺,淬火硬度达到58~62HRC
9
磨平面
精磨上下面
10
线切割
按图纸切割工件轮廓至尺寸要求
11
钳工精修
全面达到图纸要求
12
检验
十二:
模具的装配
根据复合模的特点,先装上模,再装下模较为合理,并调整间隙,试冲,返修。
具体过程如下。
1.上模装配
(1)仔细检查每个将要装配零件是否符合图纸要求,并作好划线
定位等准备工作。
(2)先将凸模与凸模固定板装配,再装入推件块,后与落料凹模装配,并调整间隙。
(3)把已装配好的凸模及凹模与上模座连接,并再次检查间隙是
否合理后,拧入螺丝。
2.下模装配
(1)仔细检查将要装配的各零件是否符合图纸要求,并作好划线、
定位等准备工作。
(2)先将凸凹模放在下模座上,接着依次按顺序装入销钉、活动挡料销、导料销及卸料板,检查间隙合理后拧入卸料螺钉并配装弹簧,再拧入紧固螺钉,并再次检查调整。
(3)将经过调整的上下模按导柱、导套配合进行组装,检查间隙
及其他装配合理后进行试冲。
并根据试冲结果做出相应调整,直到生产出合格制件。
十三:
课程设计总结
两周的课程设计即将结束了,在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,还将所学知识与实践相结合,极大的加深了对冲压成型技术课程的理解。
通过这次模具设计,本人在多方面都有所提高。
通过这次模具设计,综合运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骤,掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性,怎样确定工艺方案,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。
在此感谢我们的樊老师,老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师的引导式教导和新颖的思路给予我很大的启迪;这次模具设计的每个环节,都离不开老师您的悉心指导!
同时感谢帮助过我的同学们,感谢你们对我设计过程中存在的问题的独到见解和建议,你们让我感到孤军奋战是抵不过集体的强大的!
由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正,不胜感激!
十四:
参考文献
[1]林承全.冲压模具课程设计指导与范例.北京:
化学工业出版社,2008
[2]郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术.北京:
机械工业出版社,2005
[3]薛启祥.冲压模具设计结构图册.北京:
化学工业出版社,2005
[4]郝滨海.冲压模具简明设计手册.北京:
化学工业出版社,2004
[5]谢铁邦.互换性与测量技术.武汉:
华中科技大学出版社,1998
[6]李奇涵.冲压成型工艺与模具设计.北京:
科学出版社,2007
[7]大连理工大学工程图学教研室编.机械制图.北京:
高等教育出版社,2007
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