模具圆筒件翻边冲孔模设计.docx
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模具圆筒件翻边冲孔模设计
毕业设计(论文)
题 目:
圆筒件翻边、冲孔模设计
年级专业:
模具设计与制造
学生姓名:
指导教师:
2010年8月26日
摘要…………………………………………………………………………………3
绪论…………………………………………………………………………………5
一、冲压工艺性分析………………………………………………………………7
二、冲压工艺方案的确定…………………………………………………………8
1.方案种类…………………………………………………………………………8
2.方案的比较………………………………………………………………………8
3.方案的确定………………………………………………………………………8
三、模具结构形式的确定…………………………………………………………9
四、设计工艺计算…………………………………………………………………10
1.基本尺寸与计算…………………………………………………………………10
2.冲裁压力的计算…………………………………………………………………12
3.压力机公称压力的确定…………………………………………………………12
4.冲裁压力中心的确定……………………………………………………………13
5.工作零件刃口尺寸的计算………………………………………………………15
五、模具总体结构设计……………………………………………………………19
六、主要零部件的设计……………………………………………………………20
1.工作零件的结构设计……………………………………………………………20
2.定位零件的设计…………………………………………………………………22
3.卸料部件的设计…………………………………………………………………23
4.导柱、导套位置的确定…………………………………………………………23
5.模架及其他零部件的设计………………………………………………………24
七、模具总装图……………………………………………………………………24
八、填写冲压工艺卡片……………………………………………………………27
九、填写模具零件加工工艺卡……………………………………………………29
十一、结束语………………………………………………………………………34
致 谢……………………………………………………………………………35
主要参考文献…………………………………………………………………………………36
摘要
论文是由翻边设计、冲孔模设计组成,冲压模具主要是将板料分离或成形而得到制件的加工方法。
因为模具的生产主要是大批量的生产,而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量,模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足工件的工艺性设计,能否加工出合格的零件,以及后来的维修和存放是否合理等。
在本次设计中的取暖器主机连接座中,不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求,还要保证它的使用寿命。
其次设计中还要考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务,两套模具的模架分别采用后置和中间形式,凹模采用整体凹模,这样可以采用线切割等数控设备来一次完成全部的工序加工,在设计中我要考虑到很多关于我所设计模具的知识,包括它的使用场合、外观要求等,从这里可以知道模具设计是一项很复杂的工作,所以在设计要不断的改进直到符合要求。
关键词:
翻边 冲孔 工艺性
Abstract
Paperisdesignedbytheflanging,punchingmoulddesign,sheetmetalstampingismainlywillgetseparatedorformingpartsprocessingmethods.Becausethemoldproductionmainlymassproduction,andmouldcanensuretheprecisionstampingproductsandproductquality,themolddesignandmanufactureofthemainconsiderationofmoulddesigncanmeetthedesign,canprocessingmanufaturabilityqualifiedparts,andthenrepairandstoragewhetherreasonable,etc.Inthedesignofthemainbuilding,connectheatertomakethepartscansatisfytherequirements,italsoensuresthatitsservicelife.
Seconddesigntoconsideritsactualworkingenvironmentandmustcompletethetask,twosetsofmoulddesignofformworkusedrespectively,andtheformofdies.theusingintegraldies.the,socanusingsuchequipmenttoalinearcontrolalltheprocessinthedesign,Iwillconsideralotaboutmyknowledgeofmoulddesign,includingtheuseofitsappearance,etc,fromherecanknowmolddesignisaverycomplicatedwork,sointhedesigntocontinuousimprovementuntilmeetstherequirement.
Keywords:
flanging punching process
绪论
(1)课题来源及要求
本次模具毕业设计的课题属于零件设计类,来源于生产实际问题,是一个圆孔类取暖器主机连接座,该零件需通过
落料--
拉伸--
落料冲孔--
平面翻边--
内孔翻边--
冲侧面孔六道工序完成。
我的课题任务是设计两套模具来完成该零件的最后两道工序。
(2)设计内容
a分析零件的成形工艺性,进行制品的基本参数的计算、冲压模的设计计算,选用压力机,确定模具类型及结构;
b模具和成型机械关系的校核;
c模具零件的必要计算;
d使用AutoCAD绘制模具装配图一张,绘制凸模、凹模、及重要零部件零件图共五张;
e编写设计说明书;
f严格执行相关国家标准;
g上交电子文档和打印文档并存档;
(3)介绍的内容与意义
此次毕业设计说明书涉及的知识面广、衔接紧密、结构整合或综合性强、实用性强。
本说明书介绍了冲裁件的工艺性分析、冲压工艺方案的确定、模具结构形式的确定、设计工艺计算、模具总体结构设计、主要零部件设计、冲压设备的选取、填写冲压工艺卡及模具零件加工工艺卡等。
本说明书对冲压模具设计的基本流程介绍相对比较全面,理论联系实际,同时也培养了个人的较强实践动手能力和对模具设计专业知识的系统化、完整化,以及对于工程技术的严谨性。
(4)设计过程
为缩短本次设计的时间,让模具设计充分理解其设计意图,在模具各部分设计中采用了计算机辅助设计(AutoCAD)系统,以及利用Pro/E对其尺寸进行分析,让模具各部分的结构明确的展现在我们面前,提高效率。
1,材料为Q235,厚度为1.2mm:
工件简图:
零件1-1
一、冲压件工艺性分析
1.1零件材料分析
该零件材料为Q195冷板材料,厚度t=1.5mm。
Q195属于普通碳素钢,力学性能 抗剪强度255-314τ/MPa 抗拉强度314-392τ/Mpa具有良好的冲压成形性能,为一般冲压用钢,适合冲裁。
1.2零件形状
从零件的形状分析,该零件属于圆孔类零件,壁厚为1.5mm,需把内孔翻边成一个Ф56.50-0.2通孔,和在圆筒侧面上冲四个Ф5.1的小孔。
1.3尺寸分析
该工件尺寸有标注公差,查公差表,可按GB1800-79IT112级精度确定,尺寸精度较低,普通冲裁(经济精度为IT11)完全能满足要求。
以凹模为基准件凸模根据凹模尺寸进行配制加工。
1.4要求
零件表面不允许有划痕
1.5结论
综上所述,该零件的冲裁工艺性较好,冲裁加工能够达到设计要求。
二、冲压工艺方案的确定
2.1方案种类
从零件的结构特征可以看出,冲压所需的基本工序包括翻边、冲孔。
由于零件的完成的工序不在体同一个平面上,而且定位方式也不相同,只能分两次完成。
根据零件底部成型方式,可能有如下3种冲成型方案:
方案一:
通过机械且学的方式,如车削除去底部,再冲侧孔。
方案二:
采用冲切的方式除去底部,再冲侧孔。
方案三:
采用翻边成型,再冲侧孔。
图1-2方案成型流程
2.2方案的比较
方案一:
采用车削底部的方法,再冲侧孔。
无疑零件的断面质量高,但生产效率低,不适用批量生产,在零件底部要求不高的情况下不宜采用。
方案二:
采用冲切的方式,再冲侧孔。
则要求零件底部的远角半径在冲切前必须冲压成接近清角(即R≈0),因此在冲切前先要增加一道整形工序,并且清角的技术质量要求不易保证。
较难加工。
方案三:
采用翻边形式,再冲侧孔。
生产效率高并且节省材料,翻边的孔口虽然没有以上两种的好,但零件的高度尺寸29.5mm可以看做IT12级的未注公差,翻边方式可以满足零件技术要求。
因此从零件的底部成形方式来考虑采用第三种方式,即翻边---冲侧孔。
2.3方案的确定
综合上述分析:
对于一个工件可以得出多种工艺方案,经比较,综合冲裁件的质量、经济性、安全性所以决定采用方案三。
三、模具结构形式的确定
(a) (b)
图1-3单工序模具方案—各工序模具工作部分原理图
(c) (d)
图1-4单工序模具方案二各工序模具工作部分原理图
方案一和方案二的后一个工序模具是一致的,两个的主要不同在前道工序模具结构上。
方案一种模具结构为正装单工序模具,方案二为倒装单工序模具
正装式单工序模具和倒装式单工序模具结构比较:
正装式单工序模具适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件,还可以冲制孔边距较小的冲裁件。
倒装式单工序模具不宜冲制孔边距较小的冲裁件,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,便于操作,并为机械化出件提供了有利条件,所以应用十分广泛。
而且从本次零件的卸料回弹上考虑的话,比方案一容易控制。
因此形状和尺寸精度比方案一更加的高。
根据零件分析,制件的精度不高,为了提高经济效益和简化模具结构,宜采用方案二,即倒装式单工序模具结构。
四、设计工艺计算
4.1基本尺寸计算
4.1.1、因为加工工件需分为几个不同的工序,所以从上一道工序得到的尺寸是,预冲孔直径是Ф43高度为22mm 冲孔的直径是Ф5.1mm
4.2各工序冲压力的计算即压力机的选取
1、翻边工序
翻边力计算
计算翻边力的目的是为了合理地选用冲压设备、设计模具和检验模具的强度。
压力机的吨位必须大于所计算的翻边力,以适应冲裁的需求。
查“模具设计与制造简明手册(第二版).pdf”P92、表1-119
其中翻边力F可按下式进行计算:
F=1.1π(D-d)tσs
有上次工序设计可以知道D=55mm d=43mm查附表1,Q195的屈服强度为195/MPa。
P=1.1×3.14×(55-43)×1.5×195≈12162N
式中:
σs—材料抗剪强度(MPa);
D、d—翻空前孔径、翻孔后孔径(mm);
t—零件厚度。
顶件力取翻边力的10%
F顶=0.1×12162=1216N
整形力
F整=AP=1/4π(53.5-43)×80=659N
式中:
A—整形零件的面积(mm2);
P—整形单位面积压力,可查表课本冷冲压模具设计P223、表5-6(P/MPa)。
推料力
F推=K推F翻=0.04×12162=486N
卸料力
F卸=nK卸F翻=1×0.055×12162=669N
式中:
K推—推料力系数,其值为0.03~0.07(薄料取大值,厚料取小值);
K卸—卸料力系数,其值为0.02~0.06(薄料取大值,厚料取小值);
n—梗塞在凹模内制件或废料数量(n=h/t),其中h为刃口部分的高(mm),t为材料厚度(mm)。
翻边力最大,并且整行力是该工序达到要求的主要成形力,因此按翻边力选择压力机,这里选择250KN压力机。
2、冲侧4个Ф5.1的侧孔
冲孔力
查“模具设计与制造简明手册(第二版).pdf”P93、附表1,Q195的抗剪强度为255~314/MPa,取中间值284/MPa。
F冲=1.3πτdt=1.3×3.14×284×5.1×1.5=8869N
式中:
τ—材料抗剪强度(N/mm2)
d、t—孔周边长、料厚(mm)
推料力
F推=K推F翻=0.04×8869=355N
卸料力
F卸=nK卸F翻=1×0.055×8869=488N
式中:
K推=0.005,见<<冷冲压模具设计>>公式2-17
冲压总压力:
F总=F冲+F卸+F推=8869+355+488=9712N
选用10KN的压力机
需要说明的是,以上选用的压力机,只是初步根据冲压力条件来选取,还需要根据现有设备状况、模具的闭合高度、模具的外形与安装配合尺寸、零件加工的工艺流程、设备使用的负荷情况等因素,进一步合理安排。
所以综合上述要求,最终决定:
工序1初选设备为J23-40。
表一:
J23-40型压力机主要技术参数
公称压力/t
40
滑块行程/mm
80
行程次数/(次/min)
45/90
最大闭合高度/mm
330
连杆调节长度/mm
65
滑块中心线至床身的距离/mm
250
工作台尺寸/mm
前后
460
左右
700
滑块底面尺寸/mm
前后
260
左右
300
垫板尺寸/mm
厚度
65
孔径
/
立柱间距离/mm
340
模柄孔尺寸(直径/mm
深度/mm)
Φ50
70
床身最大可倾斜角
30°
工序2初选设备同样为J23-40。
表一:
J23-40型压力机主要技术参数
公称压力/t
40
滑块行程/mm
80
行程次数/(次/min)
45/90
最大闭合高度/mm
330
连杆调节长度/mm
65
滑块中心线至床身的距离/mm
250
工作台尺寸/mm
前后
460
左右
700
滑块底面尺寸/mm
前后
260
左右
300
垫板尺寸/mm
厚度
65
孔径
/
立柱间距离/mm
340
模柄孔尺寸(直径/mm
深度/mm)
Φ50
70
最大倾斜角
30°
4.3冲裁压力中心的确定
模具的压力中心就是冲压力合力的作用点,为了使模具的正常的工作,在设计模具时,应使压力中心与模柄中心线重合,若不重合冲压时产生偏力矩,使模具的导柱或冲床的滑块单面受力,引起模具和压力机导轨的过早损坏,使刃口很快变钝,甚至有嘴刀口或造成设备人生事故。
由于该零件时规则的对称的圆筒件,所以工序1和工序2的冲裁压力中心都在孔的圆心上。
图1-5
图1-6
4.4工作零件刃口尺寸计算
设计计算凸、凹模刃口尺寸的基本原则是:
1、翻边
以凹模为设计基准件,并根据工件尺寸和公差以及凹模的磨损规律,先计算凹模的刃口尺寸,间隙取在凸模上。
2、冲孔
以凸模为设计基准件,并根据工件尺寸和公差以及凸模的磨损规律,先计算凸模的刃口尺寸,间隙取在凹模上。
尺寸的计算方法
在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前,首先要考虑工作零件的加工方
法。
结合模具结构及工件生产批量,使用采用配合加工落料凸模、凹模、凸凹
模及固定班、卸料板,使制造成本最低,装配工作简化。
因此工作零件刃口尺
寸计算就按配合加工的方法计算。
第一类尺寸——凸模或凹模磨损后会增大的尺寸
落料凹模或冲孔凸模磨损后将会增大的尺寸,相当于简单形状的落料凹模
尺寸,所以它的基本尺寸及制造公差公式为:
Aj=(Amax-x△)+△/4 0
第二类尺寸——凸模或凹模磨损后会减小的尺寸
冲孔凸模或落料凹模磨损后将会减小的尺寸,相当于简单形状的冲孔凸模
尺寸,所以它的基本尺寸及制造公差公式为:
Bj=(Bmax+x△)0 -△/4
第三类尺寸——凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸
凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸,不必考虑磨损的影响,相当于简单
形状的孔心距尺寸,所以它的基本尺寸及制造公差公式为:
Cj=(Cmin+1/2△)±1/8△
式中Aj、Bj、Cj——基准模基本尺寸;
Amax、Bmin、Cmin——工件极限尺寸;
●——工件公差。
图1-7
为了使凸凹模制造容易,采用配合加工法加工凸模、凹模,公差由零件图可查出公差为IT11,
工序1具体计算如下:
由工件尺寸可知,工件要求外形尺寸,故以凹模具进行计算。
凹模尺寸:
D凹=(D-0.75△)+δ 0
56.5凹=(56.5-0.75×0.19)+0.10 0mm=56.36+0.10 0mm
δ凹的取值可有冷冲压模具设计表4-22查的δ=+0.10。
凸模尺寸:
D凸=(D-0.75△-2Z) 0 -δ
56.5凸=(56.5-0.75×0.19-2×1.5)0-0.070mm=53.360 -0.070mm
δ凸的取值可有冷冲压模具设计表4-22查的δ=-0.070。
Z的取值可有冷冲压模具设计表4-21查的Z=1t
查表冷冲压工艺与模具设计书表2—4得
=0.132、
=0.240,查表冷冲压工艺与模具设计书表2-5如下,得X=0.75
由工件尺寸可知,工序2的尺寸为未注公差,尺寸要求不高,所以以凸、凹模分别以IT9和IT10计算
工序2具体计算如下:
凸模尺寸:
dT=(dmin+x△) 0 -δ
5.1=(5.1+0.75×0)0-0.03mm=5.850-0.03mm
δT的取值可有冷冲压模具设计表4-22查的δ=+0.03。
凹模尺寸:
dA=(dmin+X△+Zmin)+δ 0
5.1=(5.1+0.75×0+0.132)+0.48 0mm=5.682+0.0480mm
δT的取值可有冷冲压模具设计表4-22查的δ=+0.048。
校核 ∣δ∣+∣δ∣≤
-
0.03+0.048≤0.240-0.132(满足间隙配合条件)
孔心距:
Ld=L±1/8△
Ld=16.5±0.125×0.043
=16.5±005375
五、模具总体结构设计
5.1模具类形的选择
由冲压工艺分析可知,两道工序是单独在两套不同模具上完成,所以模具类型属于单工序模。
六、主要零部件的设计
6.1工作零件的结构设计
6.1.1凸模结构的设计
冲裁时凸模承受了相当大的压应力,同时在卸料时又承受了拉应力,交变反复作用。
所以必须充分考虑其强度。
冲小圆孔凸模:
为了增加凸模的强度与刚度,凸模非工作部分直径应做成逐渐增大的多级型式。
凸模结构形式是由冲裁件的形状、尺寸、冲模的加工工艺以及装配工艺等实际条件决定的。
其结构有:
镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等;其截面形状有圆形和非圆形。
凸模的固定方式有台肩固定、铆接固定、直接用螺纹和销钉固定、黏结剂浇注法固定等。
根据零件结构分析,该零件为翻边圆孔和冲圆形孔,故采用圆形凸模。
孔的直径分别为Φ53.5,Φ5.1。
Φ5.1为小孔,属于需要特别保护的小凸模,所以在冲孔凸模台阶上安装个弹件,而Φ53.5不是小孔,不属于需要特别保护的凸模,同样采用台阶式凸模。
根据GB2863.2-81,得出凸模如图4(a)和(b)。
图1-8
图1-9
6.1.2凹模结构的设计
凹模采用整体凹模,均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,将凹模中心与模柄中心重合,其轮廓尺寸可查冷冲压工艺与模具设计书按公司(2—42)、(2—43)、(2—44)(2—11)计算:
工序1
凹模厚度:
H=Kb=0.29×100=29mm
凹模宽度:
B=
+(2.5~4)H=100+3×20=160mm
凹模长度:
=
+2C=100+2×30=160mm
根据以上计算,查冷冲模国家标准手册取标准凹模,得凹模轮廓尺寸为160mm×160mm×29mm,结构如图:
图1-10
工序2
由于工序2加工面不是一个平面,而是一个曲面,所以不好定凹模的尺寸,只能是配合零件设计,经过多次修改,凹模轮廓尺寸为100mm×91.5mm×100mm,结构如图:
图1-11
5.2定位方式的选择
确定合适的定距、定位方式不仅有利于提高冲压件的质量,而且便于操作和确保冲压安全。
定位的方式较多,可利用外形或内孔定位。
按定位精度可分为粗定位和精确定位。
因本零件是规则零件,而且是圆孔型零件,可以直接采用凸、凹模来定位。
5.3卸料、出件方式的选择
用卸料板卸料是最常见的卸料方式。
带导向的弹压卸料板由于运动平稳,并能对细小的凸模工作起到保护作用,在小孔冲模以及复杂的模具中得到很好的应用。
两个模具分别采用弹压卸料板卸料和自动落料如下图。
图C式冲孔废料由下模出料。
图D式弹零件被推料板推出。
我采用的卸料材料是聚酯橡,它的伸缩率为25%,因为卸料高度需30mm,故聚酯橡的直径为Φ120mm。
图C 图D
5.4导柱、导套位置的确定
根据导柱的位置可分为中间、后侧和对角,以及四导柱模架。
中间导柱模架。
中间导柱模架限制了左右方向送料。
后侧模架导柱偏向一侧,受到载荷时滑动不够平稳。
对角模架对各类模具适应性效好。
四导柱模架滑动平稳、导向准确可靠。
根据工件的精度要求和模具的经济选用导柱、导套在后侧模架。
此次设计是按规格模架设计的,所以导柱、导套都是标准的。
工序1和工序2的导柱、导套规格都是200×28mm 28×43×100mm
6.4模架及其他零部件的设计
6.4.1模架的选择
根据标准规定,导柱式模架是由上模座、下模座、导柱及导套组成。
模
架及其组成零件已经标准化,故尽量选取标准模架。
模架的选取应根据凹模的周界尺寸,前面已计算出工序1的凹模的周界尺寸为160mm×160mm,模具采用中间式滑动导向模架。
查GB-T2851.5-90可查得模架规格为上模座160mm×1600mm×45mm,下模座160mm×160mm×55mm,
由于工序2零件的固定方式特殊,所以不能按照凹模的周界尺寸来确定模架,从闭合高度方面考虑。
H模=下模座
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