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模具设计与制造毕业设计
摘要
目前的机械厂通常通过冲压成型的工艺进行进行零件生产,以提高生产效率,因而需要设计模具来满足,复合模具就是其中一种,该冲裁的设计难点主要是如何解决好零件中的小孔冲裁、确定模具结构、如何进行模具的制造及冲裁方案选定等,本文结合支架的特点,具体解决了冲裁方案的确定、模具结构选择、压力机的选择与校核、凸、凹模刃口尺寸计算及结构设计、定位方案设计、卸料方式的设计、模架的确定等一系列的设计工作并通过CAD绘图把设计的内容变为图纸,特别是对零件当中的小孔冲裁提出了具体解决方案,这个方案解决可为类似的零件模具设计提供现实的指导意义。
目前该模具已经制造试冲完毕,交付工厂使用,效果良好,生产效率提高10倍以上,成本降低5倍以上。
关健词:
支架复合模小孔冲裁模板CAD
前言
支架零件是江苏南京熊猫机电制造有限公司某一型号机电产品中的一个支架,零件原来加工采用的是线切割,但随着该公司的产品销量扩大,线切割加工已不能满足生产需要,而且线切割加工成本较高,我第一次设计应用于生产的模具,该模具设计制造难点是如何解决好零件中的小孔冲裁,如何确定模具结构、冲裁方案,如何进行模具制造等问题,本文通过采取给小凸模加保护套、缩短凸模高度、同时采用卸料板作凸模导向等措施的解决了以往不能解决的小孔冲裁过程中小凸模易断问题;在模具结构上选用倒装复合模取代以往采用的正装复合模,这样废料不落在模具表面便于工人操作;在模具制造过程中,为了提高凸模的韧性防止在使用过程中折断,采用Cr12MnV模具钢取代常规采用的Cr12模具钢,并采用真空热处理,硬度取HRC57-59;在装配过程中为了提高凸模的稳定性,凸模与凸模固定板的装配采用厌氧胶固定等措施,这些措施较好的解决了该模具设计制造难点,我感谢南京熊猫机电制造公司为我提供这次毕业实习机会。
1、摘要………………………………………………………1
2、前言………………………………………………………2
3、目录………………………………………………………4
一、冲压工艺与模具设计……………………………………………6
1、零件冲裁工艺性分析…………………………………………6
2、确定冲压工艺方案……………………………………………6
3.模具结构的确定………………………………………………7
4.主要设计………………………………………………………7
5.冲裁间隙的确定………………………………………………7
6.压力计算………………………………………………7
7.压力中心的确定及相关计算…………………………………8
8.工作零件刃口尺寸计算………………………………………10
9.主要零件设计…………………………………………12
二、其他零件设计……………………………………………………15
1、垫板的选择……………………………………………15
2.卸料弹压装置……………………………………………16
3、导料销、挡料销设计……………………………………………16
4、推件装置设计……………………………………………………16
5、模架的确定…………………………………………………16
6、连接与固定零件…………………………………………17
7、其它模具零件尺寸………………………………………………18
8、模架及其它零部件设计…………………………………………19
9、冲压设备的选择………………………………………………19
10、闭合高度校核………………………………………………20
三、主要零件制造工艺流程编制…………………………………21
1、落料凹模加工工艺流程………………………………………23
2、冲孔凸模加工工艺流程编排……………………………………24
3、凸凹模加工工艺过程编排…………………………………25
4、空心垫板加工工艺过程编排……………………………………26
5、凸模固定板加工工艺过程…………………………………27
6、推件块加工工艺过程……………………………………………28
7、卸料板加工工艺过程……………………………………………28
8、上下模座加工工艺过程…………………………………………29
四、结束语…………………………………………………………30
五、参考资料………………………………………………………31
六、致谢…………………………………………………32
零件名称:
支架
生产批量:
大批
材料:
08F
材料厚度:
T=1.5mm
一.冲压工艺与模具设计
1、冲压件工艺分析
该冲裁件的材料08F冷压钢板具有较好的冲压性能.
零件结构:
该冲裁件结构简单比较适合冲裁.
尺寸精度:
零件图上所有未标公差的尺寸全部为自由公差尺寸可看作IT14级尺寸精度较低普通冲裁完全满足要求.
2、工艺方案及模具结构类型
该零件包括落料冲孔两个基本工序可以采用以下三种工艺方案
先落料再冲孔采用单工序模生产.
落料-冲孔复合冲压采用复合冲压生产.
冲孔----落料连续冲压采用级进模生产.
方案:
模具结构简单但需两套模具才能完成零件的加工生产效率较低难以满足零件大批量生产的需要由于零件的结构简单为提高生产效率主要采用复合冲裁或级进模冲裁为了更好地保证尺寸精度最后确定用复合模冲裁方式进行生产.
3、模具结构的确定
复合模的结构可分为倒装式与正装式复合模两个,在选择模具结构时要根据冲压件质量、生产批量、精度要求、方便操作等方面来确定。
正装式结构与倒装式结构比较:
正装式结构较适用于冲制材质比较软的或板料比较薄的平直度要求度较高的冲裁件,还可以冲裁孔边距离较小的冲裁件,便由于冲裁过程中冲片废料落在模具下模的表面,每次冲裁工人必需先清理废料操作不便,而且正装式结构需要三套卸料、顶料装置,制造装配不便。
倒装式不宜冲裁孔边距离娇小的冲裁件,但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件,卸件可靠,冲裁过程中的废料直接从模具下面被推出,便于操作,并为机械化出件提供了有利条件,故应用十分广泛。
本设计初步确定选择倒装式结构,这种结构操作、维修较方便。
4、主要设计计算
(1)确定及其计算查《冲压模具设计与制造》表2.5.2确定搭边值
两工件间的搭边a=2mm,
工件边缘搭边a1=1.8mm采用侧置条料与导料板间间隙Cmin=1mm
冲裁件面积A=105*14.5+32*8.5-[3.14*(5.5/2)2+5.5*(105-86-7)]
=1768.3mm2
条料宽度B=(D+2a1)mm=(105+2*2)mm=109mm
步距S=23+1.8=24.8mm
一个步距的材料利用率=A/BS*100%=1768.3/24.8*109=63%
5、冲裁间隙的确定
凸、凹模具之间的冲裁间隙是冲裁过程的重要工艺参数。
它对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等都有较大的影响,因此确定冲裁间隙非常重要,但严格说来,不存在一个同时满足所有理想要求的合理间隙值。
一般冲裁间隙选取根据经验值来选用。
电子、电器行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高,一般选用较小间隙值。
查表《模具设计与与制造》P70表2.3.3得
Zmax=0.132mm,Zmin=0.24mm
设计时初步选定间隙值为0.008
6、压力计算
落料力F=1.3LtIb
=1.3*[105*2+(23-14.5)*2+23*2+(105-86-7)*2]*1.5*300=173745N
冲孔力F=1.3LtIb
=1.3*3.14*5.5*1.5*300=10102.9N
卸料力F=KXF
=0.045*173745=573358.5N
推件力F=NktF
=9/1.5*0.55*173745=573358.5N
总压力F=F落+F孔+F卸+F推
=173745+10102.9+7818.5+573358.5=765025N
7、压力中心的确定及相关计算
计算压力中心时先画出凹模型口图所示在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线,图形分解成L1---L12组基本线段用解析法求得该模具的压力中心
基本要素长度L/mm
各基本要素压力中心的坐标值
x
y
105
-7.25
0
14.5
0
52.5
23.5
7.25
40.75
8.5
18.75
26.75
32
15.75
13
8.5
18.75
-3
49.5
7.25
-27.75
4.5
5
-52.5
12
2.75
-46.5
5.5
0
-40.5
12
-2.75
-46.5
4.5
-5
-52.5
合计271.5
2.17
-2.18
L总=L1+L2…L12
=105+14.5+23.5+8.5+32+8.5+49.5+4.5+12+5.5+12+4.5=271.5
x0=L1*x1+L2*x2…+L12*x12/L总
=105*(-7.25)+23.5*7.25+8.5*18.75+32*15.75+8.5*18.75+49.5*7.25+4.5*5+12*2.75-12*2.75-4.5*5/271.5=590.25/271.5=2.17
y0=L1*y1+L2*y2…+L12*x12/L总
=14.5*52.5+23.5*40.75+8.5*26.75+32*13-8.5*3-49.5*27.75-4.5*52.5-12*46.5-5.5*40.5-12*46.5-4.5*52.5/271.5=-591.475/271.5=-2.18
由以上计算可以看出该零件冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点O较小,为便于模具的加工和装配模具中心仍选在坐标原点O若选用J23-80冲床计算的压力中心仍在压力机模柄孔投影面积范围内满足要求.
8、工作零件刃口尺寸计算
落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙,配制冲孔部分以冲孔凸模为基准计算冲孔凹模按间隙值配制,既以落料凹模为基准凸凹模按间隙值配制,未标注尺寸的公差均按IT14J级确定.
零件外型:
1050-0.87mm230-0.52mm5.500.2mmR1.50-0.25mmR2.50-0.25mm14.50-0.43mm120-0.43mm320-0.62mm
零件内型:
5.5+0.120mm
查《冲压模具设计与制造》表2.2.3
得Zmin=0.132mmZmax=0.24mm
则Zmin-Zmax=(0.24-0.132)=0.008mm
由公差表得5.5±0.12mm为IT12级取x=0.5
基本尺寸及分类
冲裁间隙
磨损系数
计算公式
制造公差
计算结果
制造公差
落料凹模
Dmax0-Δ
=1050-0.87
Zmin=0.132
Zmax=0.24
Zmax-Zmin
=0.108mm
制造精度
为IT14级
故X=0.5
Dd=(Dmax-
XΔ)+Δ/40
Δ/4
Dd=104.565+0.21750相应凸模尺寸按凹模尺寸配做保证双面的间隙在0.132~0.24之间
Dmax0-Δ
=320-0.62
Dd=31.69.+0.1550
Dmax0-Δ
=1.50-0.25
Dd=1.375+0.1550
Dmax0-Δ
=2.50-0.25
Dd=2.375+0.06250
冲孔凸模
Dmin+Δ0=5.5+0.30
同上
同上
dD=(dmin+
XΔ)0-Δ/4
同上
dD=5.650-0.075
9、主要零件设计
(1)模采用整体凹模的凹模孔均采用线切割机床加工安排凹模在模架上的位置时要依据,
计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合
凹模厚度H=kb=0.2*105=21mm
查《冲压模具设计与制造》表2.9.5得K=0.2
凹模边壁厚C=(1.5~2)H(≥15mm)
=31.5~42mm
凹模边壁厚C=40mm
凹模长度=b+2c=(105+2*40)185mm
凹模宽度=23+2*40=103mm
凹模轮廓尺寸为200*125*18(mm)查《模具设计指导》表5-43
将凹模板作成薄片形式并加到空心垫板后实为:
200*125*14(mm)
(2)凸凹模尺寸:
L=h1+h2+h=(18+16+20)mm=54mm
h1----凸凹模固定板厚度
h2----卸料板厚度
h-----增加长度凸模进入凹模的深度
凸凹模内外刃口间壁厚效核:
根据冲裁件结构凸凹模内外最小壁厚为4.5mm,根据要求查《冲压模具设计与制造》表2.9.6该壁厚为3.8mm,即可故该凸凹模壁厚强度够,采用倒装复合模。
凸凹模:
它是复合冲裁中的一个特殊零件,内形刀口起冲孔凹模作用,其外形刃口起落料凸模作用,形按凸模设计,内形按凹模设计设计的关键是要保证内形与外形之间的壁厚强度。
1)凸凹模内孔按一般凹模式设计,外形按一般凸模设计。
2)如何保证内孔与外形之间壁厚的强度,厚太薄易发生开裂。
3)加强凸凹模强度方法:
(1)增加有效刃口以外的壁厚。
(2)采用正装式结构复合模,减少凸凹模模孔废料的积存数目,减少推件力。
4)凸凹模设计的关键在于保证内形与外形之间有一定的壁厚,使凸凹模有一定的深度。
5)对於不积累废料的凸凹模。
其最小壁厚m为
冲裁硬材料时m=1.5t
冲裁称材料时m=t
凸凹模最小壁厚选择
凸凹模是复合模中同时具有落料和冲孔凹模作用的工作零件。
他的内外缘均为刃口,内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。
从强度方面考虑,其壁厚应受最小值限制。
凸、凹模的最小壁厚与模具结构有关:
当模具为正装结构时,内孔不积存废料,胀力小,最小壁厚可以小些;当模具为倒装结构时,若内孔为直筒形刃口形式,且采用下出料方式,则内孔积存废料,胀力大,故最小壁厚应大些。
(3)冲孔凸模
采用台阶式凸模把小凸模设计成台阶式凸模形式,
台阶式凸模的优点:
台阶凸模强度刚性较好,装配修模方便,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/m6)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,另外这种结构冲小孔时稳定也好。
推件块兼作小凸模导向。
为了提高小凸模的稳定性,增加刚度,可以把推件块设计好,使凸模与推件块之间按H7/h6配合,当作凸模的导向,可使凸模的刚度大为增加。
适当增加小凸模与凹模之间的间隙,把间隙由0.04增加到0.05。
因客户对模具寿命要求比较高,刃磨一次冲次达15000次以上,如果间隙过小,会增加冲裁力,冲裁力增加也会使小凸模的强度受影响,为此我特意查阅了西安交通大学张娴如教授论文《冲裁合理间隙的探讨》(选自《电子工艺技术》1981),张教授认为我们设计时所采用的间隙都取自手册,而手册上间隙值一般都取得较小,因此,在把所设计的零件控制在所符合的合理范围内,可以适当的提高间隙值,这样,削除了侧面摩擦引起的附加载荷,改善了细长凸模的稳定性,同时也会成倍的提高刃磨的冲次数,大大的提高模具寿命。
对于小凸模为了提高小凸模的刚度和韧性,对小凸模的材料及热处理也作了改变,用Cr12MnV模具钢的取代传统常采用的Cr12,并采用真空热处理取代传统的普通的热处理技术,因为在硬度的相同的情况下,用Cr12MnV制造的凸模比采用Cr12制造的凸模韧性高几倍。
(《常用模具材料及热处理技术》1985,机械工业出版社)
凸模长度L凸=h1+h2+h3=(18+12+14)mm=44mm
h1----凸模固定板厚
h2----空心垫板厚
h3----凹模板厚
查《模具设计与指导》表5-27,d=5.5mm得D=8mmD1=11mmL=44mm
三、其他零件设计
1、垫板的选择
垫板的作用是直接承受凸模的压力以降低模座所承受的单位压力防止模座被局部压陷从而影响凸模的正常工作是否需要用垫板可按下式效核
P=FZ/A=10102.9/(5.5/2)2*3.14=425N
P---凸模头部端面对模座单位压力(N)
FZ---凸模承受总压力(N)
A---凸模头部端面支承面积(mm2)
查《冲压模具设计与制造》表得单位压力P大于模座材料的许用应力需要垫板如果头部端面上的单位压力p大于模座材料的许用压力时,就需要加垫板;反之则不需要加垫板,选取垫板厚度6mm,材料45钢。
2、卸料弹压装置
卸料弹压装置是由卸料板、弹性元件、卸料螺钉等零件组成。
该装置既起卸料作用又起压料作用,所得冲裁零件质量较好,平直度较高。
因此质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。
卸料橡胶设计计算
卸料板工作行程hI=h1+t+h2=(1+1.5+2)mm=4.5mm
h1----凸模凹进卸料板的高度1mm
h2----凸模凹进卸料板的深度2mm
橡胶工作行程HI=hI+h修=(4.5+5)mm=9.5mm
h修为凸模修模量取5mm
橡胶自由高度H自由=4HI=(9.5*4)mm=38mm取H自由的25%
橡胶的预压缩量H预=15%H自由=(38*15%)mm=5.7mm
一般H预=(10%---15%)H自由
H装=H自-H预=38-5.7=32.3mm
每个橡胶承受的载荷F1=F卸/4=(7818.5/4)N=1954.6N
选用4个正方形橡胶
A=F1/P=1954.6/0.5=3809.2mm2
3、导料销、挡料销设计
导料销是对条料或带料的侧向进行导向,以免送偏的定位零件,导料销一般设两个,并位于条料的同侧,从右向左送料时,导料销装在后侧;从前向后送料时,导料销装在左侧。
本设计采用固定式的导料销,并选用标准结构(GB2866.5-81)。
挡料销起定位作用,用它挡住搭边或冲件轮廓,以限定条料送进距离。
一般分为固定挡料销、活动挡料销两种,本设计采用固定挡料销。
采用国标(GB2866.11-81)中A型挡料销。
选择弹性导料销挡料销装置,挡料销比卸料板高2~4mm,卸料板为16mm所以l=18mm,查《模具设计与指导》表5-34得L=30mmd=8mmd1=7mmD=10mm
4、推件装置设计
推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种。
一般刚性的用得较多,它由打杆、推板连接推杆和推件块组成。
本套模具设计采用刚性推件装置。
其工作原理是在冲压结束后上模回程时,利用压力机滑块上的打料杆,撞击上模内的打杆与推件板,将凹模内的工件推出,其推出力大,工作可靠。
推件块设计:
推件块外径设计以落料凹模内孔尺寸为准,高度取值也略小于落料凹模。
推件块与冲孔小凸模的配合间隙以H7/h6配合,起到稳定小凸模的作用。
连接推杆需要2~4根且分布均匀、长短一致。
推板要有足够的刚度,其平面形状尺寸只要能够覆盖到连接推杆,不必设计的太大,以使安装推板的孔不至太大,推杆与推板设计参考国标。
5、模架的确定
根据标准规定,模架主要有两大类:
一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架;另一类是由弹压导板、下模座、导柱导套组成的导板模模架。
导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。
滑动导向模架的精密等级分为I级和II级。
按导柱的位置不同,又分为对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架等结构。
根据本付模具的设计精度要求及冲裁方案的设计,该模具采用滑动模架中的对角模架,精度选择为I级,这样可以更好保护小凸模的寿命,提高模具寿命。
查GB/T2851.1-90选取滑动导向对角导柱160*120*190标准模架一副。
6、连接与固定零件:
(1)模柄。
中小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑快上。
模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。
对它的基本要求是:
一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合,安装可靠;二要与上模正确而可靠连接。
凸缘模柄,用3~4个螺钉紧固于上模座,模柄的凸缘与上模座的窝孔采用H7/js6过渡配合。
多用于较大型的模具。
模柄材料通常采用Q235或Q275钢,其支撑面应垂直于模柄的轴线
根据所选模架,选取标准模柄Ф40*60mm压入式模柄一个。
配合H7/js6过渡配合。
(2)固定板。
将凸模或凹模按一定相对位置压入固定后,作为一个整体安装在上模座或下模座上。
模具中最常见的是凸模固定板,固定板分为圆形固定板和矩形固定板两种,主要用于固定小型的凸模和凹模。
凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍,其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同,但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。
固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6,压装后将凸模端面与固定板一起磨平。
固定板材料一般采用Q235或45钢。
根据以上资料分别选取凸模固定板和凸凹模固定板各一块,厚度均为20mm,材料T8A钢。
过渡配合H7/m6
(3)螺钉与销钉。
螺钉和销钉都是标准件,设计模具时按标准选用即可。
螺钉用于固定模具零件,一般选用内六角螺钉;销钉起定位作用,常用圆柱销钉。
螺钉、销钉规格应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。
根据装配所需选取内六角螺钉M8*50mm4根,M8*30mm6根,M10*100mm4根,M6*303根。
销钉Ф8*60mm2根Ф10*100mm2根,材料均为45钢。
7.其它模具零件尺寸凹模外行为200*125查《模具设计指导》表5-2
序号
名称
长*宽*高
材料
数量
1
上垫板
200*125*6
T8A
1
2
凸模固定板
200*125*18
45#
1
3
空心垫板
200*125*12
45#
1
4
卸料板
200*125*16
45#
1
5
凸凹模固定板
200*125*18
45#
1
下垫板
200*125*6
45#
1
8.模架及其它零部件设计
该模具采用后侧导柱模具凹模周界为200*125查《模具设计指导》表5-8得导柱d1mm*L/mm为25*150导套d1mm*L/MM*D/mm为25×85*33上模座厚度H上模取35mm上模垫板厚度H垫取10mm,固定板厚度H固取30mm下模座厚度H下模取40mm那么该模具的闭合高度
H闭=H上模+H上垫+H凸固+H空心+h2+H卸+H橡胶+H凸凹固+H下垫+H下模
=(35+6+18+12+14+2+16+20+18+6+40)mm=187mm
式中h2----凸模冲裁后进入凹模的深度h2=2mm
9.冲压设备的选择
通过效核选择开式双助可倾压力几J23-80能满足使用要求其主要技术参数如下
公称压力:
800KN
滑快行程:
130mm
行程次数:
60次/min
最大闭合高度:
380mm
连杆调节长度:
100mm
工作台尺寸(前后x左右)800*540
模柄孔尺寸:
60×75
最大倾角度:
300
10、闭合高度校核
压力机的闭合高度可通过调节连杆长度在一定范围内变化。
当连杆调至最短(对偏心压力机的行程应调到最小),滑块底面到工作台上平面之间的距离,为压力机的最大闭合高度;当连杆调至最长(对偏心压力机的行程应调到最大),滑块处于下止点,滑块底面到工作台上平面之间的距离,为压力机的最小闭合高度。
压力机的装模高度是指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值。
没有垫板的压力机,其装模高度等于压力机的闭合高度。
模具的闭合高度是指冲模在最低工作位置时,
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