对接环毛坯的自动化型落料模设计.docx
- 文档编号:29792992
- 上传时间:2023-07-27
- 格式:DOCX
- 页数:44
- 大小:434.76KB
对接环毛坯的自动化型落料模设计.docx
《对接环毛坯的自动化型落料模设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《对接环毛坯的自动化型落料模设计.docx(44页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
对接环毛坯的自动化型落料模设计
对接环毛坯的自动化型落料模设计
【内容摘要】冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法。
冲模是冲压生产必不可少的工艺装备,决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
冲模的功能和作用、冲模设计与制造方法和手段,决定了冲模是技术密集、高附加值型产品。
所以在当今社会,冲压生产被广泛使用。
随着科学技术的发展,高速、安全、自动化已成为当今冲压机械设计及冲压模具设计的主题。
而老式的曲柄压力机不管是速度还是安全都是最差的,很多人因为从事这一门行业而失去了自己的手指,甚至是生命。
我们知道冲压设备是由压力机及模具组成的。
虽然压力机的安全性不高,但我们可以巧妙地设计冲模使其安全化、自动化。
但愿在生产第一线的员工们安全、幸福。
【关键词】冲压加工模具安全自动化
【Abstract】Theprocessofpressisaveryusefulmethodinthemanufacturingindustry.ThedieisaessentialProductintheproduceofpressmanufacturing.Itisdecidetheproduct’squantity,performanceoftheproductandthedevelopmentabilityofthenewproducts.Thefunction,designandmanufacturingmethodaboutthedieofstampingdecidethedieisatechniqueintensiveandhighadditionalproductofvalue.Soatsocialofnowadays,peopleusetheproduceofstampingextensively.
Alongwiththetechnicaldevelopmentofscience,thehighspeed,safety,automationbecometoamaintopicalofthepunchpressdesignandthedie’sdesignnowadays.Theoldestofpunchpressistooworstaboutspeedandsafeties,manypeoplelostownfingerbecausebeengagedinthisjob,evenlostlife.Weknowtheequipmentsofstampingincludethepunchpressanddie.Althoughthesafetyofthepunchpressisnothigh,wecandesignthedietomakeitssafetyandautomatically.Bestwishestopeoplethattheyproduceproducts,wishestheirfamilysafetyandhappiness.
【Keywords】TheprocessofpressmanufacturingDieSafetyAutomation
前言
现在采用冲压加工方法制造的产品被广泛的使用。
这种现象并不是偶然产生的,冲压生产是生产加工中必不可少的一种生产工艺,也是其它加工方法不可替代的。
比如汽车的外壳不可能用压铸的方法铸造,也不可能采用车、铣、刨、钻、磨等方式加工成形。
假若用压铸的方法加工汽车外壳,那么就是说黑色金属的使用将被限制,而采用有色金属加工。
但是在实际的加工生产中还没有这么简单,这样做不但会使得压铸件铸壁非常的厚,而且在铸件中会有许多气孔、气泡、浇不足且表面也不会太光洁。
更何况也不会有这么大的压铸机来进行加工。
如果采用机加工,那么要加工这么大的覆盖件比如说一辆客车,它的切削量就差不多达到99%以上,这将会耗废多少材料及能量,更何况这种机加工方法不可能加工出如此的薄壁零件。
由此可见在现代生产中少不了冲压加工,采用冲压的方法制造的产品以经进入了我们生活的各个方方面面。
所以冲压加工被广泛使用是必然的,是其它加工方法所不可替代的。
在上一段我论证了冲压加工的重要性及不可替代性。
在这一段我将向大家阐述自动化安全生产在当今生产中的重要性。
可以预言:
“生产自动化将成为我国21世纪生产的主导,安全问题将会被放在生产问题中的首要位置。
”江泽民总书记的“三个代表”重要指示中就有“一个代表”是“代表最广大人民的利益”;另一个是“代表最先进的生产力”。
这两个代表结合起来就是我国在生产第一线的广大劳动人民的安全利益将会得到改善,而这个改善只有依靠科技的不断提高才能够实现。
为什么要提高科技呢?
因为高科技可以带来附加值的提高,高附加值就意味着高的回报,人民可以过上更富裕的生活。
人民富裕了行吗?
当然不够,还得保障人民群众安全呀,安全是多方面的在这里主要是生产安全。
所以自动化与安全也自然成为了本论文的主题。
自动化的控制核心是计算机控制,首先由传感器向计算机输送信号,然后经计算机程序处理后,由计算机并口发出信号经电子电路对信号放大,进而驱动送料电机及气动开关以实现送料,冲压,卸料的循环控制。
由于采用了自动化的生产,所以人手不会被冲压模具压到,也就实现了安全生产。
由于采用了计算机控制,加上网络也就可以实现CIMS。
CIMS(柔性制造技术)在当今得到了日新月异的发展,从主控计算机发布信息至生产计算机,生产计算机再负责实际生产。
也就是我们可以采用一台总控制电脑控制分部于车间的各台计算机,这些计算机拥有控制具体生产的功能。
因此本人的设计也是CIMS的一部分。
本次设计的产品是对接环,对接环与铁环组成部件锁定环,在武器系统中属于功能件。
当系统处于闭合状态时,把导引头装入发射筒中,锁定环将导引头锁定在指定位置,避免在运输或行军中导引头发生转动影响系统的工作,同时还杜绝了外届系统的干拢,起到了机械锁的作用。
该部件在使用中不仅起到了限位作用,还起到了系统在闭合状态下的保护作用,因此对该零件的尺寸精度,形位公差要求比较高。
零件的特点:
该零件采用了10#钢板,。
工艺要求冲裁后的零件平面度为0.1mm。
4-5.6筋90度相对位置比较严,零件宽度与长度之比大于1:
10属于细长件。
工艺路线的确定:
根据生产的批量,工厂现有的加工手段,零件尺寸精度的要求,定为冲压(落料)、钳(钻孔)、车(内孔)、钳(校形,锪沉孔)。
由于本人的设计主要是是该零件毛坯的自动落料模设计,所以钳与车这些工艺不在本论文的讨论之列。
计算机的程序控制语言由TC2.0编写,操作系统采用WIN98、WIN95或是DOS,首先说明一点不可以采用win2000、winXP、winNT、win2003操作系统,因为后边的操作系统出于安全性考虑,TC2.0所携带的并口驱动的头文件不能在后者的操作系统中使用。
另外工业生产控制主要是看操作的稳定性,DOS虽然可操控性差,但是其稳定性比win98及win95要好,对硬件的要求也比较低因此见意使用纯DOS进行程式控制。
其它的控制方法还有许多,比如可以采用PLC控制,单片机控制。
但是由于PLC价格在千元以上,单片机须配备的电路复杂且可观测性不好,我又比较熟悉计算机语言所以在这种情况下本人才采用计算机控制。
由于计算机内部电路集成度高,抵抗电流冲击的能力小,所以在电子电路设计部分将采用的方法是使用光电耦合器把计算机与外部控制电路连接起来,这样可以有效地保护计算机电路。
经光电耦合器传来的计算机信号由三极管将其信号放大,放大的信号进而控制继电器,继电器控制电气开关以及送料电机,电气开关打开则气缸下行推动压力机的脚踏板进行冲压。
冲压完成后复位。
随着汽车和家用电器等的飞跃发展,许多先进的工业国家对冷冲压技术给予了高度的重视。
例如美、日两国的模具产值已经超过了机床工业的产值。
在当今社会,从地上跑的,到水中漂的,再到天上飞的到处都大量使用冲压零件,在模具制造中冷冲压模占的比例很大,因此不管是我们国家,还是我们的工厂都应当重视冷冲压技术,改进生产技术提高生产效率。
更重要的是改变我国冲压生产的粗放型经济增长模式转而代替的是集约型经济增长模式,最终达到生产附加值高,产品效益好的冲压零件。
冲压生产过程是一个非常系统的生产过程,在这个过程中我们应当有效利用工厂现有生产设备进行组织生产,严格控制生产成本,把好生产质量关、效益关、安全关,实行最优化生产,力求创新、高效、安全。
冲压成形适宜于批量生产,没有形成批量的我们一般不进行冲压加工。
冲压产品主要由厂方制订,产品要求见图1。
在设计过程中我们要进行冲裁力、卸料力、顶件力及压力中心的计算、冲压设备的选择、间隙的计算、凸凹模刃口尺寸计算、模具材料的选择、冲裁排样设计、创新自动控制电路及气动装置的设计、程序控制语言。
由于设计篇幅过大冲压工艺卡片的编制在这里不进行讨论。
本论文主要完成冲压模具的设计。
下边是冲压成形的加工特点以及冲压产品生产流程的一个概述。
冲压成形加工特点是:
1低耗、高效、低成本;
2质量稳定、高一致性;
3可加工薄壁、复杂零件;
4板材有良好的冲压成形性能;
5模具成本高。
冲压产品生产流程:
在本论文中主要讨论的是冲压模具的设计以及如何使用电子设备和气动设备来实现普通曲柄压力机的全自动控制最终达到安全生产高效生产的目的。
第一章冲裁力、卸料力、推件力、顶件力及压力中心的计算
1.冲裁力的计算
产品图的具体情况见图一,其材料为10号热轧钢板。
产品的冲裁力F0可按下式计算:
[1]
产品的厚度t为1.5mm。
由产品零件的外形,大致得到冲裁周长L的如下计算:
L≈2πR+8h=3.14×66+8×(124-66)/2=207.24+232=439.24mm
取L=440mm。
查表1-24[2]得τ为255~333MPa,取中间值τ=294MPa。
从而得到:
F0=1.5×440×294=194040N≈194KN
根据红云厂的实际情况,我们选择了曲柄压力机。
我们知道曲柄压力机在运行时,其各个时段的压力以及速度都是不同的。
下边引入一个公称压力的概念,滑块下滑到距下极点某一特定的距离Sp或曲柄旋转到距下极点某一特定角度α时,所产生的冲击力称为压力机的公称压力。
如下图:
压力机的许用压力曲线:
1─压力机许用压力曲线
2─冲裁工艺冲裁力实际变化曲线
3─拉深工艺拉深力实际变化曲线
由于实际冲压力曲线与与压力机许用压力曲线不同步,根据实际生产经验得冲裁、弯曲时压力机的吨位应比计算的冲压力大30%左右。
拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大60%~100%。
从而得到:
实际冲裁力F=1.3F0=1.3×194KN=252.2KN
2.卸料力、顶件力的计算
一般情况下,冲裁件从板料切下后。
径向因弹性变形而扩张,板料上的孔则沿径向发生弹性收缩。
同时,冲下的零件与余料还要力图恢复弹性穹弯。
这两种弹性恢复的结果会使落料梗塞在凹模内,而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。
从凸模上将零件或废料卸下来所需要的力称为卸料力。
从凹模内顺着冲裁方向把零件或废料从凹模腔顶出的力称为推件力。
逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力叫顶件力。
我在设计这个落料模时,主要考虑将零件从凹模内向上顶出,即逆冲裁方向将料从凹模内顶出,所以这一落料模不考虑推件力。
故这一落料模又称为采用弹性卸料装置和上出料方式的落料模。
顶件力
卸料力
是顶件力系数和卸料力系数。
它的确定参看表2-10[3]
从而得:
总冲裁力
3.压力中心的计算
为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。
模具的压力中心即冲压力合力的作用点。
有如下三点确定方法:
1)对称冲件的压力中心,位于冲件轮廓图形的几何中心上。
2)冲裁直线段时,其压力中心位于直线段的中心。
3)冲裁圆弧线段时,其压力中心的位置,按下式计算:
对于简单几何图形压力中心的位置一般都很好确定。
看下面的冲压零件毛坯图:
不难看出此零件为中心对称,压力中心,位于冲件轮廓图形的几何中心上。
第二章冲压设备的选择
冲压设备主要有机械压力机、液压机及数控冲床。
其中机械压力机包含有摩擦压力机及曲柄压力机;液压机包括油压机和水压机。
下表是冲压设备的对比。
常用冷冲压设备的工作原理和特点
类型
设备名称
工作原理
特点
机械压力机
摩擦压力机
利用摩擦盘与飞轮之间相互接触并传递动力,借助螺杆与螺母相对运动原理而工作。
结构简单,当超负荷时,只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动,而不致损坏机件。
但飞轮轮缘磨损大,生产率低。
适用于中小型件的冲压加工,对于校正、压印和成形等冲压工序尤为适宜。
曲柄压力机
利用曲柄连杆机构进行工作,电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动,经连杆使滑块作直线往复运动。
曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机,二者区别主要在主轴,前者主轴是偏心轴,后者主轴是曲轴。
偏心压力机一般是开式压力机,而曲轴压力机有开式和闭式之分。
偏心压力机和曲轴压力机的传动系统。
生产率高,适用于各类冲压加工
高速
冲床
工作原理与曲柄压力机相同,但其刚度、精度、行程次数都比较高,一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。
生产率很高,适用于大批量生产,模具一般采用多工位级进模。
液压机
油压机水压机
利用帕斯卡原理,以水或油为工作介质,采用静压力传递进行工作,使滑块上、下往复运动。
压力大,而且是静压力,但生产率低。
适用于拉深、挤压等成形工序。
但是在实际的生产活动中,不可能说你想选什么压力机你就可以有什么压力机来加工,相反我们在设计时就要先由压力机来制约着我们的设计。
任何厂家都不可能有完完整整,一步到位的加工设备。
根据第一章节的计算压力机的总冲裁力为280KN,以及航天公司的现有设备,我们选择了曲柄压力机——开式可顷压力机JG23-40A,公称压力为400KN且符合我们的要求。
在选用压力机设备并不是公称压力越大的越好,公称压力小的压力机标准行程次数高,能耗损失小。
即在满足公称压力的情况小尽量选取小吨位的冲床这样不但能提高生产速度,而且能减少能耗损失。
JG23-40开式可顷压力机模柄尺寸为φ50×70,最大封闭高度300mm
第三章间隙的计算
模具间隙指凸、凹模刃口间缝隙的距离。
冲裁件质量的好坏与模具间隙有很大的关系。
下图是冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况,其中a)是冲孔件,b)是落料件。
由此应力图可以看出冲裁总是会有圆角与毛刺的,这是永远不可避免的。
只是说合理的间隙圆角与毛刺都会很小。
间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命影响很大,是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。
因此我们在确定间隙时,务必要把其设计得合适、合理这样才能体现一副模具的经济效益。
首先说明一下,冲压板材为10号钢,碳C:
0.07%~0.14%。
间隙计算有三种方法:
理论确定法、经验确定法及查手册确定法。
1.理论法确定法
查表2-2得:
[4]
2.经验确定法:
此模具主要考虑产品精度高一点因此取较小值
3.查表确定法:
查表2-3得:
[5]
下边来校核一下三种方法所得值为五类间隙情况下剪切断面的哪一种情况。
对比表2-4[6]
1.理论法确定法的Z=0.158
所以
对比结果与第IV种的值相近
2.经验确定法的Z=0.150
所以
对比结果与第IV种的值相近
3.查表确定法的Z=0.090
所以
对比结果与第V种的值相近
查看表2-4断面状态及适用场合:
第IV种情况:
圆角半径很小,断面斜度很小,中等挤压毛刺。
光亮带占料厚2/3。
断面上有光亮点。
适用于要再加工的冲裁件。
我国过去采用的间隙值是以尺寸精度为主要依据选用的,经使用表明一般偏小,这种间隙制造的模具易出现双光亮带,且具有毛刺,模具寿命也不长。
所以我决定使用理论计算值,定Z=0.160mm。
第四章凸凹模刃口尺寸计算
模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素,模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证,以模具刃口尺寸的计算与设计是模具制造的一个重要环节。
从生产实践中可以发现:
1)间隙的存在使落料件以及冲孔件都是带有锥度的,落料件大端尺寸等于凹模尺寸,冲孔件小端尺寸等于凸模尺寸。
2)在测量与使用中落料件以大端尺寸为基准,冲孔件以小端尺寸为基准。
3)冲裁时凸凹模由于磨擦,使得凸模越磨越小,凹模越模越大,结果使间隙越用越大。
根据上述三点基本现象,我们在设计凸凹模刃口尺寸时须考虑下述原则:
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。
模具磨损预留量与工件制造精度有关。
3)冲裁(设计)间隙一般选用最小合理间隙值(Zmin)。
这样可以最大限度的延长模具寿命。
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。
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。
但对于磨损后无变化的尺寸,一般标注双向偏差。
根据这些原则,我们可以确定合理的刃口尺寸,用于提高冲裁件和尺寸精度,以及模具的使用寿命,根据这五点有则设计,有利于提高经济效益。
凸凹模刃口尺寸计算基本上可以分为两类:
1.分开加工
具有互换性、制造周期短,Zmin不易保证,需提高加工精度,增加制造难度。
2.配合加工
Zmin易保证,无互换性、制造周期长。
由于此对接环批量不是非常的大,所设计的模具件数也比较少,所以我选取了第二种加工方法——凸模与凹模配合加工。
对于形状复杂或料薄的工件,为了保证凸、凹模间一定的间隙值,必须采用配合加工。
此方法是必须先做好其中一件(凸模或凹模)作为基准件,然后以此基准件为标准来加工另一件,使它们之间保持一定的间隙。
因此,只在基准上标注尺寸和制造公差,另一件只标注基本尺寸并注明配做所留间隙值(图纸中的*号尺寸就是配做所留间隙值)。
凸凹模的制造公差根据经验一般可取:
这种方法不仅容易保证凸、凹模间隙很小,而且还可放大基准件和制造公差,使制造容易,所以目前一般工厂都采用此种方法。
由于复杂形状工件,其各部分尺寸性质不同,凸模与凹模磨损情况也不相同,所以基准件和刃口尺寸需要按不同方法计算。
对接环为一落料件,所以应以凹模为基准件,凹模磨损情况可分为三类:
1)磨损后变大的尺寸,采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。
(a,b,c)
2)磨损后变小的尺寸,采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。
(d)
3)磨损后不变的尺寸,采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。
(e)
根据上述分析,我们来看下下对接环毛坯是属于三种情况中的那一种情况,还是具备其中的多种情况。
看图:
由图可见,对接环毛坯只具备第一种凹模磨损后增大尺寸的这一种情况,随着磨损的增加,A1、A2、A3的尺寸都有不同程度的增加。
计算公式:
[7]
已知A1、A2、A3尺寸及制造公差△如下图:
查表得x1=0.75、x2=1、x3=0.75。
该零件凸模刃口各部分尺寸按图纸中带*号,本设计中的计算值0.160配制。
第五章模具材料的选择
冲压模具是否经济与模具材料的选择息息相关,选取模具材料的一般原则是:
[8]
1)生产批量:
大批大量生产适合选择凸、凹模洛氏硬度相对于对接环毛坯硬度比较高的模具材料,其多为质量好、耐磨性高的模具钢,并选择耐磨性较好的导向机构。
在少量生产时可采用成本较低、耐磨性较差的材料。
2)被冲压材料性能、工序性质和凸凹模工作条件:
当被冲材料较硬或变形抗力较大时,其凸、凹模应选择耐磨性好、强度高的材料。
对于工作条件较差的冷挤模,应选取足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢,同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度。
3)应考虑模具材料的冷、热加工性能和工厂现有条件。
4)应考虑我国模具钢的生产和使用情况。
下表列出了根据经验所选取的各种零件对应的各种材料:
第六章冲裁排样设计
冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法被称为排样。
在冲压零件的成本中,材料的费用占60%以上,所以合理的排样可以提高材料利用率、降低成本,保证冲件质量及模具寿命的有效措施。
排样方案是模具结构设计的依据之一。
材料利用率:
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比,它是衡量合理利用材料的经济性指标。
一个步距内的材料利用率公式:
提高材料利用率的方法:
冲裁所产生的废料:
一类是结构废料;另一类是工艺废料。
如下图:
减少工艺废料的有力措施是:
1.设计合理的排样方案;
2.选择合适的板料规格和合理的裁板法(减少料头、料尾和边余料);
3.利用废料作小零件(如表2.5.1中的混合排样)等。
根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种:
1.有废料排样(a)
2.少废料排样(b)
3.无废料排样(c、d)
搭边:
排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。
搭边的作用:
一是补偿定位误差和剪板误差,确保冲出合格零件;
二是增加条料刚度,方便条料送进,提高劳动生产率;
搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙,从而提高模具寿命。
影响搭边值的因素:
(1)材料的力学性能硬材料的搭边值可小一些;软材料、脆材料的搭边值要大一些。
(2)材料厚度材料越厚,搭边值也越大。
(3)冲裁件的形状与尺寸零件外形越复杂,圆角半径越小,搭边值取大些。
(4)送料及挡料方式用手工送料,有侧压装置的搭边值可以小一些;用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。
(5)卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。
根据上述可以算出对接环毛坯的材料利用率与及搭边值的大小。
搭边值的大小可以查表得到。
下图是对接环毛坯的排样图:
材料利用率的计算:
第七章自动控制电路、电气动装置及控制程序的设计
在本章节,我将使用计算机控制压力机进行自动化生产。
它由控制电路、气动装置及控制程序三部分组成。
这一部分与上面的部分是单独独立开来的,上边的设计已经可以进行人工生产,这里主要是加上自动化副件,使其脱立人工生产并达到安全的作用。
模具与自动化控制元件分开制造的好处是可以使每次更换模具时都不用更换电路系统及程序。
只用手动调节一下就可以了。
我在前言里曾提及安全的问题。
安全的关键是人在生产的非安全范围内时绝对保证气缸不推动脚踏板。
这里我分别从程序安全保护、电路安全保护、及气路安全保护出发,来保证安全生产的。
下边的设计是按照控制部分设计总流程图来进行的。
(见图纸)
电路部分采用三级管放大电路对计算机输出高电平信号进行放大。
计算机从并行端口输出信号,经光电耦合器对内外部电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 对接 毛坯 自动化 型落料模 设计