U形件冲孔落料弯曲级进模设计.docx
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U形件冲孔落料弯曲级进模设计
常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)
作者:
学号:
系部:
模具技术系
专业:
模具设计与制造
题目:
U形件冲孔、落料、弯曲级进模设计
指导者:
评阅者:
2011年4月
毕业设计(论文)中文摘要
该文阐述了U形件冲孔、不完全落料、弯曲、完全落料的冲压模具设计过程。
通过对制件进行冲压工艺性分析,综合考虑了产品质量要求和生产实际,确定了最佳工艺方案为冲孔-不完全落料-弯曲-完全落料,并对模具总体结构进行设计和分析论证。
对工艺参数进行精确详细的计算,正确的选择了压力设备,并对冲模零件进行设计。
设计过程中有效利用了冷冲模国家标准和典型组合,提高了模具设计效率,适应了当代模具设计要求;最后对主要模具零件的加工工艺过程及装配工艺也进行了介绍。
整个过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配图和零件图,然后利用UG软件进行冲压模具设计,设计全部模具零件,完成装配。
关键词:
级进模多工位AutoCAD装配
1引言………………………………………………………………………………1
2工艺分析…………………………………………………………………………2
2.1精度分析……………………………………………………………………3
2.2材料分析……………………………………………………………………3
2.3结构分析……………………………………………………………………3
3工艺方案的确定…………………………………………………………………3
4冲孔落料工作部分工艺设计
4.1毛坯展开尺寸计算…………………………………………………………4
4.2排样………………………………………………………………………4
4.3材料的利用率………………………………………………………………6
4.4计算冲压力…………………………………………………………………7
4.5计算压力中心………………………………………………………………7
4.6压力机的初选择…………………………………………………………8
4.7凸凹模刃口尺寸计算………………………………………………………8
5弯曲模工作部分工艺计算
5.1凸模圆角半径………………………………………………………………10
5.2凹模的圆角半径……………………………………………………………10
5.3凹模深度……………………………………………………………………10
5.4凸、凹模间隙………………………………………………………………10
5.5凸凹模横向尺寸及公差……………………………………………………11
5.6模架的选择…………………………………………………………………12
5.7其他主要零部件的设计
参考文献……………………………………………………………………………12
引言
改革开放以来,随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。
近年来,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD,并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
导柱式冲裁模的导向比导板模的准确可靠,并能保证冲裁间隙的均匀,冲裁的工件精度较高、模具使用寿命长,而且在冲床上安装使用方便,因此导柱式冲裁模是应用最广泛的一种冲模,适合大批量生产。
尤其是在我国加入WTO之后,在全球化经济竞争的市场的环境下,为生产符合“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”等要求服务的模具产品,研究、开发、改进模具生产设备与模具设计方式更具有深远的现实意义和紧迫性。
2工艺性分析
工件图
材料:
08钢厚:
1.5㎜
2.1精度分析
2.1.1尺寸精度
①完全由弯曲工序得到的尺寸有30、60、80,都未注尺寸公差,属于未注公差尺寸,精度很容易达到要求。
②由冲裁工序得到的尺寸有φ15,尺寸为自由公差,精度很容易达到要求,但可能会受弯曲工序的影响。
2.1.2角度精度
角度也未标注公差,属于未注公差尺寸,所以该零件的角度精度要求不高,很容易达到要求。
2.2材料分析
该材料采用08钢,具有良好的冲压成形性能。
因此,该工件可用冷冲压加工成形。
2.3结构分析
零件外形结构简单对称,对冲裁加工较为有利。
该零件的最小弯曲半径为3.5㎜,而08钢冷作硬化状态的最小的圆角半径为0.4t=0.4×3.5=1.4,因此,该零件弯曲半径,所以弯曲时不会有裂纹,弯曲后也不用整形。
3确定工艺方案
制成该零件所需的基本工序为冲孔、落料和弯曲。
零件上的孔,尽量在毛坯上冲出,以简化模具结构,便于操作。
而零件上的φ15孔的边缘到弯曲中心的距离为17.5㎜,大于1.0t(3.5㎜),弯曲时不会引起孔变形,因此φ15孔可在压弯前冲出,冲出的φ15孔可以做后续工序定位孔用。
因此完成该零件的弯曲成形,可能的工艺方案有以下几种。
方案一:
冲φ15孔→落料与弯曲复合级进模
方案二:
冲孔→落料(不完全)→弯曲→落料(完全)级进模
方案三:
冲φ15孔→落料与弯曲复合两副模具
方案四:
冲孔与落料复合→弯曲两副模具
方案五:
冲孔→落料→弯曲三套模具
在上述列举的方案中,各方案的优、缺点如下:
方案一优点:
只需一副模具,工序集中,生产效率高,工件的回弹易于控制,第二道工序可靠第一道工序中的φ15定位,尺寸和形状准确,表面质量高。
缺点:
模具结构复杂,安装、调试、维修困难,制造周期长。
方案二优点:
只需一副模具,生产效率高,模具寿命长。
缺点:
模具安装、调试、维修困难,精度稍低。
方案三优点:
工序集中,由一副模具完成所有工序,生产效率高。
缺点:
模具结构复杂,制造周期长。
方案四优点:
模具结构简单。
缺点:
需两套模具,生产效率低,零件精度稍差,难以满足零件年产量的要求。
方案五优点:
模具结构简单,制造简单,寿命长。
缺点:
需三套模具,工序分散,生产效率低。
综上所述,考虑到零件较简单,为保证各项技术要求与精度要求,采用方案二。
其工序如下:
冲孔→落料(不完全)→弯曲→落料(完全)级进模
4冲孔落料工作部分工艺设计
4.1毛坯展开尺寸计算
r=3.50.5t=0.5×1.5=7.5r<0.5t弯曲变形时不仅制件的圆角变形区产生严重的变薄,而且与其相邻的直边部分也产生变薄,故应按变形前后体积不变条件确定坯料长度。
U形件的坯料展开尺寸为LZ=l1+l2+l3+0.6t=57+28.5+28.5+0.6×1.5=114.9
4.2排样
模具采用导料板导料,查表得工件与工件之间的搭边值为1.8㎜,工件与侧边之间的搭边值为2㎜,根据零件形状,采用直排的方式,零件可能的排样方式有如下所示两种。
(a)
(b)
现选用1500㎜×1000㎜的钢板,则需计算采用不同裁剪方式时,每张板能裁出的零件总个数。
1)裁成宽84㎜、长1000㎜的条料,则一张板能出的零件总个数为
[
]×[
]=17×8=136
2)裁成宽84㎜、长1500㎜的条料,则一张板能出的零件总个数为
[
]×[
]=11×12=132
3)裁成宽118.9㎜、长1000㎜的条料,则一张板能出的零件总个数为
[
]×[
]=12×12=144
4)裁成宽118.9㎜、长1500㎜的条料,则一张板能出的零件总个数为
[
]×[
]=8×18=144
显然,第三、四两种裁剪方案的利用率高,采用第三种裁剪方案,即裁剪成宽118.9㎜、长1000㎜的条料。
具体排样图如下:
为了简化模具结构,提前把板裁成114.9㎜宽,整体考虑模具结构,具体排样如下:
4.3计算材料的利用率
一个步距内的材料利用率为
η1=
×100%=91%
整张板料的材料利用率为
η2=
×100%=86.55%
4.4冲压力的计算
完成该零件所需的冲压力由冲裁力、弯曲力及卸料力、推件力组成。
1)冲裁力的计算公式为
F冲=KLtτ
式中K——系数,K=1.3
L——冲裁周边长度(㎜)
τ——材料的抗剪强度(Mpa)
由模具设计指导书上的表4-12查得τ=300Mpa,零件的落料周长为[(114.9+80+3+114.9)×2]㎜=625.6㎜,冲孔周长为2πr=(2×3.14×7.5)㎜=47.1㎜,厚度t为1.5㎜,则所需冲裁力为
F落=1.3×625.6×1.5×300N≈844.56kN
F孔=1.3×47.1×1.5×300N≈28kN
F冲=872.56kN
2)弯曲力的计算,采用校正弯曲
由文献[2]校正弯曲力F弯的计算公式为
F弯=Ap
式中A——变形区投影面积(㎜2)
P——单位校正力(Mpa),查文献[2]表4-13单位校正力p值取80Mpa。
F弯=2×5×80×80N=64kN
3)卸料力F卸和推件力F推——由文献[2]卸料力、推件力的计算公式
F卸=K卸F冲
F推=nK推F冲
式中K推、K卸——系数,由冷冲压技术教材表3-19卸料力、推件力和顶料力的系数,得K推=0.055K卸=0.05
n为卡在凹模直壁洞口内的制件数,一般卡3~5件,该例取n=5。
F卸=0.05×256kN=12.8kN
F推=5×0.055×256kN=70.4kN
F=F冲+F弯+F卸+F推=(872.56+64+12.8+70.4)kN=1019.76kN
4.5初选压力机
查文献[2]表1-8开式双柱可顷压力机部分参数,初选压力机型号规格为J23-125。
主要技术参数如下:
公称压力1250kN
滑块行程140㎜
行程次数50/min
封闭高度调节度120㎜
滑块中心到床身的距离120㎜
工作台尺寸970(前后)650(左右)
工作台孔尺寸460(前后)250(左右)340(直径)
立柱间距离460㎜
模柄孔尺寸φ30×95
工作台板厚度120㎜
4.6计算压力中心
该零件图形规则,上下、左右对称,根据作图法求压力中心,建立如下图所示指教坐标系。
很显然,该零件的压力中心为(201.5,57.45)。
4.7凸、凹模刃口尺寸的计算
根据零件形状特点,刃口尺寸计算采用分开制造法。
零件尺寸全委自由公差,按IT14来计算
由教材《公差与测量》查得各尺寸的上下偏差为
800-0.74
、114.90-0.87、φ15+0.430、30-0.25、34.750-0.62、400-0.62
落料件尺寸的基本计算公式为
DA=(Dmax-XΔ)+δA0(2-1)
DT=(DA-Zmin)0-δT(2-2)
尺寸800-0.74㎜,由教材《冷冲压技术》查得该零件凸、凹模最小间隙Zmin=0.132㎜,最大间隙Zmax=0.240㎜;凸模制造公差δT=0.020㎜,凹模制造公差δA=0.030㎜。
将以上各值代入δT+δA≤Zmax-Zmin校验是否成立。
经校验,不等式成立,所以可代入式(2-1)和式(2-2)计算工作零件刃口尺寸。
由《冷冲压技术》表3-7查得系数X为0.5。
DA1=(80-0.5×0.74)+0.0300㎜=79.63+0.0300㎜
DT1=(79.63-0.132)0-0.020㎜=79.498-0-0.020㎜
尺寸114.90-0.87㎜,查得Zmin=0.132Zmax=0.240δT=0.025δA=0.035X=0.5,经校核,满足要求。
DA2=(114.9-0.5×0.87)+0.0350=114.465+0.0350
DT2=(114.465-0.132)0-0.025㎜=114.3330-0.025㎜
尺寸30-0.25㎜,查得x=0.75,δT=0.02,δA=0.02,Zmin=0.132
DA3=(3-0.75×0.25)+0.020㎜=2.8125+0.020㎜
DT3=(2.8125-0.132)0-0.020㎜=2.68050-0.020㎜
尺寸37.450-0.62㎜,查得x=0.5,δT=0.02,δA=0.03,Zmin=0.132
DA4=(37.45-0.5×0.62)+0.030㎜=37.44+0.030㎜
DT4=(37.44-0.132)0-0.020㎜=37.3080-0.020㎜
尺寸400-0.62㎜,查得x=0.5,δT=0.02,δA=0.03,Zmin=0.132
DA5=(40-0.5×0.62)+0.030㎜=39.69+0.030㎜
DT5=(39.69-0.132)0-0.020㎜=39.5580-0.020㎜
冲孔件的基本公式为
dT=(dmin+XΔ)0-δT
dA=(dmin+Zmin)+δA0
尺寸φ15+0.430查得Zmin=0.132Zmax=0.240δT=0.020δA=0.020X=0.5,经校核,满足要求。
dT=(15+0.5×0.43)0-0.020=15.2150-0.020
dA=(15.215+0.132)+0.0200=15.347+0.0200
5弯曲部分的设计与计算
5.1凸模圆角半径
当工件的相对弯曲半径r/t较小时,凸模圆角半径rT取等于工件的弯曲半径,但不应小于《冷冲压技术》表4-2所列的最小弯曲半径值。
当r/t>10时,则应考虑回弹,将凸模圆角半径加以修正。
本题中r/t=2.3<10,所以rT取3.5。
5.2凹模圆角半径
凹模圆角半径不能过小,以免擦伤工件表面,影响冲模寿命。
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。
rA值通常根据材料厚度取为
t≤2㎜时rA=(3~6)t
本题中t=1.5<2则rA=(4.5~9)㎜,取6㎜。
5.3凹模深度
凹模的工件深度将决定板料的进模深度,对于常见的弯曲件,弯曲时不需全部直边进入凹模内。
只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时,才使直边全部进入凹模内,凹模深度过大,不仅增加模具的消耗,而且将增加压力机的工作进程,使最大弯曲力提前出现。
中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工,最大弯曲力提前出现,对压力机是很不利的。
凹模深度过小,可能造成弯曲件直边不平直,降低其精度。
因此,凹模深度要适当。
本题中弯曲件的弯曲高度较大,而且平直度要求不高,由《冷冲压技术》表4-12查得,l0=20㎜。
5.4凸凹模间隙
对于U形件弯曲模,应选择适当的间隙。
间隙过小,会使工件弯边厚度变薄,降低凹模寿命,增大弯曲力;间隙过大,则回弹大,降低工件的精度。
U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般按下式计算:
Z=tmax+Ct=t+Δ+Ct
式中Z——弯曲模凸凹模单边间隙
t——工件材料厚度
Δ——材料厚度的正偏差
C——间隙系数,可查《冷冲压技术》表4-14,得C=0.10。
Z=1.5+0.1+0.10×1.5=1.75
取单边间隙为1.75㎜
5.5凸凹模横向尺寸及公差
弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。
一般原则是:
当工件标注外形尺寸时,应以凹模为基准件,间隙取在凸模上,当工件标注内行尺寸时,应以凸模为基准件,间隙取在凹模上
尺寸标注在外形上的弯曲件计算公式为
凹模尺寸为
LA=(Lmax-0.75Δ)+δA0=(60-0.75×0.74)+0.0460=59.445+0.0460
凸模尺寸为
LT=(LA-2Z)0-δT=(59.445-2×1.75)0-0.030=55.9450-0.030
式中LA、LT——凸凹模横向尺寸
Lmax——弯曲件横向的最大极限尺寸
Δ——弯曲件横向尺寸的公差,按IT14
δA、δT——凸凹模的制造偏差,可采用IT7~IT9,本题中凸模取IT7凹模取IT8。
5.6模架的选择
标准模架选用的依据为凹模的外形尺寸,所以应首先计算凹模周界的大小。
由凹模高度和壁厚的计算公式得,凹模高度H=Kb=0.2×114.9㎜=22.98㎜≈23㎜,凹模壁厚C=(1.5~2)H=34.5~46㎜,取40㎜。
所以,凹模的总长L=232㎜+2×40㎜=312㎜,取315㎜,凹模的宽度B=80㎜+2×40㎜=160㎜,取180
模具采用后置导柱模架,根据以上结果,可查得模架规格为:
上模座315㎜×180㎜×45㎜,下模座315㎜×180㎜×55㎜,导柱35㎜×280㎜,导套35㎜×115㎜×43㎜。
5.7其他主要零部件的设计
凸模由凸模固定板固定,凹模采用整体式凹模,模柄采用压入式模柄,规格为A30×95
参考文献
1.《冷冲压技术》翁其金
2.《模具设计指导》史铁梁
3.《机械制图》柴建国路春玲
4.《模具材料及表面处理》陈勇
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