法兰落料冲孔翻边复合模综述.docx
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法兰落料冲孔翻边复合模综述
法兰冲模设计
目录
任务书3
第1章冲压件的工艺分析4
1.1冲裁工艺性4
1.2翻边工艺性4
1.3判断能否一次性翻边成功5
第2章确定工艺方案5
2.1初步确定加工方案6
2.2冲压方案的制定6
第3章排样及材料利用率的计算8
3.1计算预冲孔的大小8
3.2确定排样方式9
3.3计算材料利用率10
第4章冲压设备的确定12
4.1冲裁力的计算12
4.2计算压力中心14
4.3冲压设备的确定14
第5章模具主要工作部分尺寸的确定14
5.1落料刃口尺寸14
5.2冲孔刃口尺寸15
5.3翻边刃口尺寸16
第6章模具结构和主要零部件设计17
6.1模架的选择17
6.2主要零部件设计18
6.3冲压模具装配图19
参考文献21
致谢22
第1章冲压件的工艺分析
该法兰为落冲孔翻边件,材料为08F钢,材料厚度1mm,生产批量为大批量。
工艺性分析内容如下:
图1—1
1.1冲裁工艺性
08F钢为普通碳素结构钢,具有较好的冲裁成形性能,和良好的塑形成型能力。
由零件简图2-1可见,该工件的加工涉及到落料、冲孔、翻边或拉深等工序成形。
该零件的外径为Φ90mm,属于小制件,形状简单且对称,适于冲裁加工。
查《冷冲压模具设计与制造》表2.3冲压件内、外形所能达到的经济精度,因制件形状简单、对称,冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12-IT13。
90-0.5+0.52.250+15-0.5+1
由以上分析可知,该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。
1.2翻边工艺性
1.翻边工件边缘与平面的圆角半径r=(2~3)t
2.翻边的高度h=5≥1.5r=1.5
3.翻边的相对厚度d/t=9.38>(1.7~2),所以翻边后有良好的圆筒壁
4.冲孔毛刺面与翻边方向相反,翻边后工件质量没大影响。
5.查《中国模具设计大典》第3卷,第35页,K.W.I扩孔实验,预加工孔Φ9.38可扩孔到Φ35左右,而制件为Φ18,即满足翻边性能。
总体看来:
该制件均满足冲裁工艺性和翻边工艺性,适于冲裁加工。
1.3判断能否一次性翻边成功
由预冲孔公式可以得到翻边高度H的表达式:
H=
+0.43r+0.72t(2-1)
或H=
(1-
)+0.43r+0.72t
=
+0.43r+0.72t
若将Kmin带入上式,则可得到许可的最大翻边高度Hmax
Hmax=
(1-Kmin)+0.43r+0.72t
其中D—翻边后的中经(mm)
Kmin—极限翻边系数
r—翻边圆角半径(mm)
t—材料厚度(mm)
查《冷冲模设计》,表7-1低碳钢圆孔极限翻边系数
这里凸模采用圆柱形平底型式孔的加工方式为冲孔
因相对厚度d/t=9.38得Kmin=0.55
于是Hmax=
(1-0.55)+0.43×2+0.72×1
=5.53(mm)
因工件高度H 第2章确定工艺方案 2.1初步确定加工方案 根据工件形状,初步确定采用落料、冲孔和翻边等工序,现确定以下方案: 方案一: 一套落料、冲孔、翻边复合模 方案二: 一套落料、冲孔、翻边单工序模 方案三: 一套落料、冲孔、翻边连续模 2.2冲压方案的确定 单工序模、连续模和复合模的相互比较见表2-2 表2-1单工序模、连续模和复合模的性能比较 项目 单工序模 连续模 复合模 工作情况 尺寸精度 精度较高 可达IT13~10级 可达IT9~8级 工件形状 易加工简单件 可加工复杂零件,如宽度极小的异形件、特殊形件 形状与尺寸要受模具结构与强度的限制 孔与外形的位置精度 较高 较差 较高 工件平整性 推板上落料,平整 较差,易弯曲 推板上落料,平整 工件尺寸 一般不受限制 宜较小零件 可加工较大零件 工件料厚 一般不受限制 0.6~6mm 0.05~3mm 工艺性能 操作性能 方便 方便 不方便,要手动进行卸料 安全性 比较安全 比较安全 不太安全 生产率 低,压力机一次行程只能完成一道工序,但在多工位压力机使用多副模具时,生产率高 高,压力机一次行程内可完成多道工序 较高,压力机一次行程内能完成两道以上工序 条料宽度 要求不严格 要求严格 要求不严格 模具制造 结构简单,制造周期短 结构复杂,制造和调整难度大 结构复杂,制造难度大 总的看来: 方案一: 生产效率高,因为滑块下行一次既完成落料、冲孔和翻边等工序,不存在定位误差,同轴度高,因此冲压出来的制件精度也较高;但模具结构较复杂,因此模具制造难度大。 方案二: 生产效率不高,由于要多机床或多道工序完成,致使生产效率和经济效益都降低;但模具制造周期短。 方案三: 生产效率较高,完成落料、冲孔的连续模生产效率较高,和方案二一样,由于第二道翻边单工序的存在,降低了生产效率不说,精度也难保证。 因此综合考虑采用方案一,再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。 正装复合模和倒装复合模的比较见下表2-3 序号 正装 倒装 1 对于薄冲件能达到平整要求 不能达到平整要求 2 操作不方便,不安全,孔的废料由打棒打出 操作方便,能装自动拔料装置,能提高生产效率又能保证安全生产,孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉 3 废料不会在凸凹模孔内积聚,每次由打棒打出,可减少孔内废料的胀力,有利于凸凹模减少最小壁厚 废料在凸凹模孔内积聚,凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度 4 装凹模的面积较大,有利于复杂制件拼快结构 如凸凹模较大,可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板 表2-2正装复合模和倒装复合模的比较 从表2-2中可以看出: 正装对于薄冲件能达到平整要求,且废料不会在凸凹模孔内积聚,有利于凸凹模减少最小壁厚。 而倒装不能达到平整要求,而且废料在凸凹模孔内积聚,凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度。 从保证冲裁件质量、经济性和安全性前提下,综合考虑采用正装复合模,即模具结构为落料、冲孔、翻边正装复合模。 第3章排样及计算材料利用率 3.1计算预冲孔大小 图3-1零件图 该制件是在冲孔后的平板毛坯上翻边成形,在翻边时,同心圆之间的距离变化不显著,预制孔直径可以用弯曲展开的方法近似计算: 查《冷冲模设计》第215页 预冲孔直径公式d=D1-2[ (3-1) 因D1=D+t+2rh=H-r-t代入上式,并简化得: d=D-2(H-0.43r-0.72t) 式中D—翻边后的中经(mm)H—翻边高度(mm) r—翻边圆角半径(mm) t—材料厚度(mm) 这里D=16mmH=5mmr=2.25mmt=1mm 所以d=16-2(5-0.43×2.25-0.72×1) =9.38mm 同可得: 相对厚度d/t=9.38/1=9.38 翻边系数d/D=9.38/16=0.59 3.2确定排样方式 采用有废料和少废料排样,排样图分别如图3-2和图3-3 图3-2有废料排样 图3-3无废料排样 少废料排样虽然材料利用率有所提高,但由于条料本身的宽度公差,以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低,也降低了模具寿命,结合各自的优缺点,综合考虑采用有废料排样法。 3.3计算材料利用率 1.计算制件的面积A 制件面积A的计算公式: A= (D2-d2)(3-2) = (902-9.382) =6289.4322(mm2) 式中D—毛坯外径(mm) d—冲孔直径(mm) 2.确定搭边a与a1的值 查《冷冲模设计》表3-10搭边a与a1数值 取a=1.5mma1=2mm 于是条料宽度: b=90+2a1=94mm 进距: l=90+a=91.5mm 3.材料利用率计算 查《中国模具设计大典》第3卷冲压模具设计。 表18.3-24轧制薄钢板的尺寸(GB/T708-1988) 板料规格选用1.0mm×750mm×1500mm(tmm×Bmm×Lmm) 1)若采用纵裁: 裁板条数n1=B/b=750/94=8条余0mm 每条个数n2= = =16个余34.5mm 每板总个数n总=n1×n2 =8×16 =128(个) 材料利用率η总= ×100%(3-3) = ×100% =71.56% 2)若采用横裁: 裁板条数n1=L/b=1500/94=15条余90mm 每条个数n2= = =8个余16.5mm 每板总个数n总=n1×n2 =15×8 =120(个) 材料利用率η总= ×100%(3-4) = ×100% =67.1% 显然纵裁的材料利用率要高些,因此选用纵裁。 4.计算零件的净重G G=F.t.ρ(3-5) 式中G—工件重量(g) F—工件面积(cm2) t—材料厚度(cm) ρ—材料密度(g/cm3) 08F钢属于低炭钢,在这里密度取ρ=7.85g/cm3 则G=F.t.ρ =6289.4322×10-2×1.0×10-1×7.85 =49.37g 第4章冲裁力及压力中心计算 4.1冲裁力的计算 4.1.1落料力F落 查《冷冲模设计》第54页,落料力F落公式为 F落=KLtτ(4-1)式中F落—落料力(N) L—冲裁件周长(mm) t—材料厚度(mm) τ—材料的抗剪强度(MPa) K—系数,常取K=1.3 这里L=π×90mmt=1mm取τ=300MPa 则F落=1.3×π×90×1×300 =82293.12(N) 4.1.2卸料力F卸 查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数 取K卸=0.05 F卸=K卸.F落(4-2) =0.05×82293.12 =4114.656(N) 4.1.3冲孔力F冲 查《冷冲模设计》第54页,落料力F冲公式为 F冲=KLtτ(4-3) 式中F冲—落料力(N) L—冲裁件周长(mm) t—材料厚度(mm) τ—材料的抗剪强度(MPa) K—系数,常取K=1.3 这里L=π×9.38mmt=1mm取τ=300MPa 于是F冲=1.3×π×9.38×1×300 =11486.75(N) 4.1.4顶件力F顶 查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数 取K顶=0.06 F顶=K顶.F冲(4-4) =0.06×33064.2 =1983.852(N) 4.1.5翻边力F翻 查《冷冲模设计》,第216页,翻边力公式为 F翻=1.1π(D-d)tσs(4-5) 其中F翻—翻边力(N) D—翻边后中经(mm) d—翻边预冲孔直径(mm) t—材料厚度(mm) σs—材料的屈服点(MPa) 这里D=16mm,d=9.38mm,t=1mm,σs=206MPa 于是F翻=1.1×3.14(16-9.38)×1×206 =4286.08(N) 4.1.6总冲压力F总 F总=F落+F冲+F卸+F顶+F翻(4-6) =82293.12+11486.75+4114.656+1983.852+4286.08 =104164.426(N) 4.2计算压力中心 计算压力中心的目的是使模柄轴线和压力机滑块的中心线重合,避免滑块受偏心载荷的影响而导致滑块轨道和模具的不正常磨损,降低模具寿命甚至损坏模具。 从制件的形状可以看出,该制件是回转体结构,形状对称,故模具压力中心就在圆心部位,即无须再来计算了。 4.3冲压设备的确定 因为F总=104164.426(N) 所以可以选择公称压力为160KN的开式压力机 第5章主要工作部分尺寸计算 5.1落料刃口尺寸 查《冷冲模设计》表3-3冲裁模初始双面间隙Z 取Zmin=0.1mmZmax=0.14mm 对零件图中未注公差的尺寸,冲压件一般保证精度IT14,因制件形状简单且对称,在这里保证精度IT13。 查《互换性与测量技术基础》表3-6简单形状冲裁时凸凹模的制造偏差 δ凹=+0.03mmδ凸=-0.02mm 因此: |δ凹|+|δ凸|=0.03+0.02mm =0.05mm Zmax-Zmin=0.14-0.1mm =0.04mm |δ凹|+|δ凸|>Zmax–Zmin 因此在这里采用单配方法加工。 对于落料,先做凹模,并以它作为基准配做凸模 查《互换性与测量技术基础》表2-4查出其极限偏差为: mm 查《冷冲模设计》表3-5磨损系数取X=0.5 D凹= (5-1) = mm = mm 落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制,其双面间隙为0.10~0.14mm 5.2冲孔刃口尺寸 冲孔部分: δ凹=+0.02mmδ凸=-0.02mm |δ凹|+|δ凸|=0.02+0.02mm =0.04mm |δ凹|+|δ凸|=Zmax–Zmin 对于采用分别加工时,应保证下述关系: |δ凹|+|δ凸|≤Zmax–Zmin(5-2) 但对于形状复杂或料薄的工件,为了保证凸、凹模间一定的隙值,必须采用配合加工。 因此在这里采用还是采用单配方法加工 对于冲孔,先做凸模,并以它作为基准配做凹模 查《互换性与测量技术基础》表2-4查出其极限偏差为: mm 查《冷冲模设计》表3-5磨损系数取X=0.5 则d凸= (5-3) = = mm 冲孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制,其双面间隙为0.10~0.14mm 5.3翻边工作刃口尺寸 5.3.1翻边间隙 如图5-1,由于在翻边过程中,材料沿切向伸长,因此其端面的材料变薄非常严重,根据材料的统一变形情况,翻边凹模与翻边凸模之间的间隙应小于原来的材料厚度。 图5-1翻边间隙 查《冷冲压模具设计与制造》,表5-5平板毛坯翻边时凸凹模之间的间隙得Z/2=0.85mm 5.3.2翻边刃口尺寸 1.翻边凸模的刃口尺寸计算 查《互换性与测量技术基础》表2-4查出其极限偏差为: mm 查《冷冲模设计》表3-5磨损系数取X=0.5 则d凸= (5-4) 2.翻边凹模的刃口尺寸计算 根据翻边间隙和翻边凸模的刃口尺寸来确定翻边凹模的刃口尺寸 D凹= (5-5) = = mm 第6章主要零部件及模具结构的设计 6.1模架的选择 查《中国模具设计大典》第3卷,表22.4-30后侧导柱模架(GB/T2851.3-1990) 根据凹模周界尺寸选择选择模架160mm×160mm 名称 尺寸 材料 热处理 上模板 下模板 导柱 导套 凸缘模柄 160mm×160mm×40mm 160mm×160mm×50mm φ28mm×150mm φ28mm×90mm×38mm φ32mm×59mm HT200 HT200 20 20 Q235 渗碳58~62HRC 渗碳58~62HRC 6.2、其他模具零件的结构设计 6.2.1.落料凹模(图5—1): 内外尺寸和厚度已定; 需要六个螺纹孔与上模座固定; 有两个与下模板同时配做的销钉孔; 图6—2冲孔凸模 图6—1落料凹模 6.2.2.冲孔凸模(图5—2): 设计内外形尺寸(工作部分尺寸已定); 标注尺寸、精度、形位公差和粗糙度; 6.2.3.弹性卸料板(图5—3): 内形与凸凹模间隙配合,外观视橡皮的数量大小而定; 需要有六个螺纹孔与卸料螺钉配合; 加工出定位挡料钉孔; 图6—3弹性卸料板 6.3.4.其他零件 查国标进行具体结构设计,内容从略。 6.3冲压模具的装配图 由以上设计计算,并绘图设计,该外壳零件的落料冲孔倒装式复合模装配图如下: 参考文献 1王秀凤、万良辉《冲压模具设计与制造》北京航空航天大学出版社 2杨占尧《冲压模具图册》高等教育出版社 3肖景容《冲压工艺学》机械工业出版社 4梁炳文《冷冲压工艺手册》北京航空航天大学出版社 5王孝培《冲压设计资料》 致谢 本次课程设计是在胡金华老师和张涛老师的悉心指导和帮助下完成的。 在课程设计的选题、资料的搜集以及整个设计过程中,处处凝聚着两位老师的智慧和心血。 两位老师的治学态度、精益求精的工作作风,时刻激励和影响着我。 使我在短期内不仅学识水平有了较大提高,而且更重要的是从老师那里学到了从事研究工作的方法和态度,这必将使我受益终生。 正是老师的无私帮助与热忱鼓励,我的课程能够得以顺利完成,在课设完成之际,特向两位老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。 感谢所有关心和帮助过我的同学们,他们热心的帮助,使我感到了来自兄弟姐妹的情谊,谢谢你们。 由于时间和水平有限,设计过程中难免有不足之处,恳请各位老师和同学提出宝贵的意见和批评,在此我深表谢意。
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