压盖级进模设计及模具设计汇编.docx
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压盖级进模设计及模具设计汇编
摘要
本次设计的主要内容是压盖的排样方案及模具设计,原排样方案为多工位级进模的纵向单排,因为纵向单排排样时材料会造成大量的浪费,为了增大材料的利用率,本文主要设计了倾斜双排排样方案和倾斜三排排样方案并与纵向单排排样方案的比较,比较得出,纵向单排排列模具最简单,材料轻易加工,但其材料利用率为51%,快要一半的材料华侈掉了,很是的不合理,材料容易加工,但其材料利用率为51%,将近一半的材料浪费掉了,非常的不合理。
纵向双排排样模具结构虽然复杂,但其材料利用率达到了76%,材料得到了比较充分的利用,而且制件速度提高了纵向单排排列的二倍,非常适用该厂的现有条件。
倾斜三排排列的材料利用率约为78%,其模具结构复杂,模具体积庞大,虽然其利用率是三种排样方案中最大的,但该厂其对冲制设备的要求不能达到标准要求。
通过以上三种排样方案的比较,从模具的复杂程度,材料的利用率及原企业的设备条件状况等多方面考虑,选用倾斜双排排列的方案最为合理,不仅符合该厂现有的设备要求,而且材料利用率大大提高,生产成本降低了。
关键字:
材料利用率;多工位级进模;倾斜排列
Abstract
Themaincontentofthisdesignisthelayoutplanofthegland,theoriginallayoutschemeformultipleworkpositionprogressivedieofverticalsinglerow,duetotheverticalsinglevolleysofsamplematerialwillcausealotofwaste,inordertoimprovetheutilizationrateofmaterials,thispaperdesignedthetiltdoubleliningsamplesolutionsandthreevolleysofsampletiltandcomparedwiththeverticalsinglevolleysofsamplesolution,isconcluded,thesimplest,verticalin-linearrangementmouldmaterialstoprocessing,butthematerialutilizationrateis51%,nearlyhalfofthewastematerial,veryunreasonable.Verticaldoubleliningsamplemouldstructurecomplex,butitsmaterialutilizationratereached76%,materialsgotmorefullyutilized,andraisedlongitudinalstampingspeedsinglepermutationtwice,veryapplicabletotheplant'sexistingconditions.Tiltingthreearrangethematerialutilizationofabout78%,itsmoldstructureiscomplex,themouldbulky,althoughitsutilizationisthebiggestofthethreekindsoflayoutscheme,buttheplantitsclaimtohedgesystemequipmentcannotmeetthestandardrequirements.Throughtheabovethreekindsoflayoutschemecomparison,fromthecomplexityofthemould,theutilizationrateofmaterialandtheconditionsofequipmentandotheraspectstoconsider,selecttiltdoublerowarrangementschemeisthemostreasonable,notonlycanmeetthedemandsoftheplantoftheexistingequipment,andgreatlyimprovethematerialutilizationratio,reducetheproductioncost.
Keywords:
materialutilization;Multi-stationprogressivedie.Tiltingarrangement
1绪论
多工位级进模是在同一套模具里可以连续完成冲孔,拉深,落料等冲压工序的一套模具,也就是说,被加工材料通过自动送料进入级进模,然后一个工序冲压一次,可以制成一个复杂的制件,只要在一个模具里就可以冲压制成。
这就是级进模的最大优点。
级进模加工速度快,加工过程容易,质量好,提高了工厂的经济效益,一般适于大批量生产的零件,是一副效率高,精密度高,寿命高的高效模具
随着科技的发展,模具已经成为各个国家必不可少的工具,我国的大量精密模具都是从国外进口的,可以看出模具的重要性。
本次设计是完成压盖的排样设计,及制作压盖的级进模具设计,设计的重点有有级进模的排样方法,排样方法有多种,如单排排列,双排排列,三排排列,直排排列,斜排排列等方法,一个工件排列方法的不同,可以影响一套模具的生产效益,毕竟生产总成本中,材料的费用占相当一部分。
所以,本次设计中主要针对材料利用率进行排样,主要方案有多排,斜排等,多排主要通过材料利用率及工厂现有的设备进行分析,选出最合适的排数;斜排主要研究制件排列的角度,角度的不同,可以影响材料利用率的大小,所以,设计出最合理的角度至关重要,本文中主要通过比较得出最适合的角度。
最后进行模具设计,一套完整的级进模具不仅要考虑它的制件精度,还要考虑它的使用年限。
设计中的关键技术问题是,各个构件之间的相互配合,各个构件之间的最适合的配合尺寸,配合方式,使各个构件不发生碰撞,方便灵活,操作平稳。
2工艺性分析
该压盖零件为一冲压件,如图1冲压件工程图所示,其结构比较简单,料厚0.7mm,
外形为菱形的椭圆。
中间经浅拉深成型,压印,及冲圆形孔,圆孔直径为6.4mm,同心度为ϕ0.5mm,两端各有一个冲腰圆孔,孔心距52.4±0.5mm。
实物图如图2-2,材料为10号碳素结构钢,使用于一般结构和工程金属构件,塑性好,有一定的强度,冲裁性较好,适用于普通冲裁加工。
生产批量为大批量生产。
由上可知,主要的冲压工艺有:
冲导正孔,冲裁废料,压印,浅拉深成形,冲孔及落料。
一般落料公差等级最后低于IT10级,冲压件公差等级最后低于IT9级
图2-1冲压件工程图
制造一个工件,其工序包括拉深,冲压,落料,压印,切边等工序,首先要确定的是其排样图,排样图有很多种,根据材料的利用率,模具寿命等多方面的的因素,选出最合理的排样图,一般排样图根据以下条件确定:
a合理确定工位数
b材料利用率。
c保证送料步距精度。
d使模具简单,寿命高。
e保证冲裁件质量。
图2-2冲压件实物图
根据材料的利用,排样可分为有废料排样法,少废料排样法,无废料排样法。
其中,无废料排样法可以提供材料的利用率,但用这种方法制成的零件精度不好,零件大多不合格,本次设计的零件为小型零件,为了保证其精度,可以选用有废料排样法。
3工艺设计
3.1纵排单排排列设计
3.1.1工位的确定
确定工位的方法有好多,冲压件,拉深件等其第一工位一般是冲导正孔,然后是冲孔,之后拉深如图3-1所示,共分五个工位完成。
图3-1纵排单排排列
第一工位:
冲导正孔。
第二工位:
冲裁废料。
第三工位:
压印。
第四工位:
浅拉深成形。
第五工位:
冲孔及落料。
3.1.2搭边
工件与工件之间及工件与条料侧边之间的余料叫做搭边。
搭边的目的是为了冲出精度更高的制件,保证冲出合格件。
根据送料步距与条料宽度比a=S/W确定搭边值。
a=38.6+(3-2)/60.5+(2-4)<1.5
考虑到冲头的强度,每个工件之间的搭边值b=4.2mm;a=2.22mm。
3.1.3步距与条料宽度
(1)步距指条料在模具上每次送进的距离。
步距S=A+M即S=A+b
S=38.6+4.2=42.8mm
(2)条料宽度
由于保证导料板的顺利送料,使条料宽度的公差带下偏差为(-e)。
条料宽度B=(D+2a+e)-0e
B=(60.5+2*2.22+0.5)=(65.44)-00.5
3.1.4材料利用率的计算
材料的成本大概占总成本的百分之六十几,所以,材料的合理利用起关键性作用。
计算公式由得:
n=F/bh*100%
F冲裁件面积;
b条料宽度;
h步距。
由cad计算该冲压件面积F=1450mm²
所以,单排排列的材料利用率n=1450/(65.44*42.8)*100%=51%
3.2倾斜双排排样设计
3.2.1倾斜排样角度的确定
在倾斜排样时,倾角a的变化引起排样步距b的变化和条宽h的变化。
因此,材料的利用率仅仅和倾角a有关。
如图3-2。
图3-2倾斜双排排样模型
材料利用率计算公式如式(3-1)
(3-1)
其中n一个步距内冲件的个数,n=2;
A冲压件的面积,由cad得出A=1420mm²
b条料宽度,b=43.22mm;
h送料步距,h==84.70mm。
通过式子(3-1)可以看出,在一个步距内条料的宽度b,冲裁件的数量n,以及步距h和冲裁件的面积F都是a的函数,随着a的改变,各个参数都发生变化,使得毛坯的排样变得极其复杂。
所以,可以根据a给定值来计算材料的最大利用。
(1)搭边
根据送料步距与条料宽度比a=S/W确定搭边值。
a值的确定,如图3-4,不考虑倾角a的情况下,送料步距s最大为60.5+(3-2),条料宽度最小取77.2,所以a值最大计算如下:
a<60.5/77.2<1.5
查表3-1得:
a≧2.5;b≧2.5;考虑到冲头强度,暂时先取取a=b=2.5mm。
(2)步距与条料宽度
A步距的计算
如图3-4,步距S=2R/cos(90-36-a)+a/cos(90-36-a)
=41.1/cos(54-a)
B条宽的计算。
几何图如图3-3所示,
由于保证导料板的顺利送料,使条料宽度的公差带下偏差为(—e)。
B=2Ssinacosa+2(R+a)
=Ssin(2a)+2(r+a)
=Ssin(2a)+43.6
由材料利用率的公式可以看出,条宽B与步距S的乘积越小,材料的利用率就越高,因此,根据a角度的变化,求出B*S的最小值即可。
图3-3条料宽度
由表3-1可以看出,当a=36时,B*S值最小,图3-3为a<36时的排样图,当a>36时,上面条宽的式子不适用,所以下面计算当a>36时B*S的值。
图3-4条料宽度
条宽B=2Ssinacosa+2(R+a)+2[2S*cosa*sina-a-2R]
=Ssin(2a)+2(r+a)+2[2S*cosa*sina-a-2R]
=Ssin(2a)+43.6+2[2S*cosa*sina-a-2R]
条料的宽度B=L+1.5a+nb
=79.7+1.5*2.5+2*1.5
=86.45mm
步距不变S=2R/cos(90-36-a)+a/cos(90-36-a)
=41.1/cos(54-a)
则当a=37时,B*S=3667.48>3660.73
所以,最后确定a的角度为36度.
3.2.2导正孔
导正孔为精定位。
工位一一般安排导正孔,工位二可以设置导正销,后面各个工位可以每隔一到两个工位来设置一个导正销。
用来对条料导正,可以控制条料进料的相对位置。
导正孔一般设置在条料的载体上或者在最后的废料处,也可以在冲件无精度要求的圆孔,(多工位级进模标准教程(p134)根据材料厚度t>0.5mm时,导正孔直径d≧4t,
则d≧2.8mm取d=3.0mm
如图3-5所示,导正孔圆心取在条料边界1.5mm处与椭圆形腰部与椭圆形头部切线的几何中心处,导正孔半径R=1.5m,中心几何尺寸见图3-6.
图3-5导正孔的位置
3.2.3工位的确定
图3-6倾斜双排工位图
与纵排单排排列相比,为了便于冲压件的缺口成形,增加了一道切口工位,减少了一道冲裁废料工位。
有冲孔时,应该先拉深,后冲孔。
如图3-6,孔离边缘距离比较大,所以应该冲孔在前,落料在后。
所以工位安排如下:
第一工位:
冲导正孔和切口。
第二工位:
浅拉深成形。
第三工位:
冲中间孔和二端腰圆孔。
第四工位:
压印的同时给第五工位让步。
第五工位:
落料。
3.2.4材料利用率的计算
材料利用率的计算公式(3-1)
则材料利用率n=2*1420/43.22*84.70*100%=76%。
3.3倾斜三排排样设计
3.3.1排样角度的确定
倾斜三排排列时冲压件倾斜角度a与倾斜双排时角度一样,取a=36。
3.3.2搭边的确定
查表3-1得知,当料厚<1.5mm时,条料宽度在75-150mm之间时,搭边的最小值为2.5mm,而倾斜三排排列时料宽b明显小于150mm,所以,搭边值a取2.5mm,即a=2.5mm。
3.3.3条料宽度和步距的确定
由于三排时冲压件倾角与双排时一样,搭边值也相等,所以送料步距S也与双排时相等,即S=43.22mm
根据双排排列条料的宽度B=L+1.5a+nb(冲压工艺与模具设计3-13p87)则条料的宽度
B=L+1.5a+nb
=120.8+1.5*2.5+2*1.5
=127.55mm
3.3.4导正孔
侧刃和导正孔与双排时一样。
3.3.5工位的确定
图3-7倾斜三排排列工位图
第一工位:
冲导正孔及切口。
第二工位:
浅拉深成形。
第三工位:
冲中心孔和两端腰圆孔。
第四工位:
压印的同时给第五工位让步。
第五工位:
落料。
3.3.6材料利用率的计算
由cad得出A=1420≧mm²;
条料宽度,b=43.22mm;
送料步距,h=127.55mm。
则材料利用率n=3*1420/43.22*127.55*100%=78%。
3.4最优方案的选择
纵排单排排列材料利用率n=51.0%;
倾斜双排排列材料利用率n=76.01%;
倾斜三排排列材料利用率n=78%。
可以看出,倾斜三排排列时材料利用率最大,其次双排排列,但从冲压生产设备的要求和模具结构制造的难度以及对等诸多问题的考虑!
斜排增大了模具制造的难度!
而且三排排样增大了模具体积!
冲制设备的要求已经超出了该厂现有的设备,"而且该产品是大批量生产的!
用料经济也是一个非常重要的考核因素!
采用斜排在经济上来说还是合算的,
经过上面的综合分析!
决定采用倾斜双排排列进行排样。
3.5冲压力与压力中心的计算与压力机的选择
3.5.1冲压件受力计算
冲孔冲裁力的计算。
计算公式(3-2)
(3-2)
P平刃口冲裁力;
L冲裁周长L=6.4*3.14+3.6*3.14*2+4*(5.3-3.6)mm=49.50mm;
t材料厚度t=0.7mm
材料抗拉强度10号钢的抗拉强度约是295-430MPa;
K安全系数,一般取K=1.3;
则P1=49.5*0.7*400=13860N;
落料冲裁力的计算
L=148.25(由CAD得出);
P2=148.25*0.7*400=41510N
切口力的计算
P(切)=k*P2;k=(0.2-0.3);
则P(切)=k*P2=0.3*41510=12453N
冲导孔力的计算
L=3*3.14*=9.42mm
P(冲)=1.3*9.42*0.7*400=3428.88N
卸料力的计算
Px=Kx*(P1+P冲+P2)=0.05*58790=2940N;Kx=0.05。
推件力的计算
Pt=Kt*(P1+P冲)n=0.055*19135.2*3=3157.32N;Kt=0.055。
拉深力的计算如式(3-3)
(3-3)
其中,K为修正因数,可取0.5-0.8
L横截面周边长度,L1=29.3*3.14=92.00mm;L2=17.4*3.14=54.64mm。
则P(拉)1=0.8*92*0.7*400=20608.45N;
P(拉)2=0.8*54.64*0.7*400=12238.46N。
压印力的计算
Py=Aq
其中A压印面垂直投影面积;A=(5/2)*(5/2)*3.14=19.5mm²。
q单位面积上的校正力;q=3000MPa。
则Py=19.5*3000=58500N
则P(总)=2*(P1+P2+P(切)+P(冲)+Px+Pt+P(拉)+Py)=373260N
3.5.2压力中心的计算
x0=P1x1+P2x2+.。
。
。
+Pnxn/P1+P2+Pn
y0=P1y1+P2y2+.。
。
。
+Pnyn/P1+P2+Pn
如图3-8所示,xn为各孔中心距y轴的距离,yn为各孔中心离x轴的距离,数值如下。
计算得x0=54621602/373260=146mm
y0≈42.35mm+2.1mm=44.45mm
图3-8各压力点的坐标
3.6压力机的选择
次工件的拉深为浅拉深,所以,压力机的公称压力应该比冲压件的在压力大1.1倍左右即可,根据标准压力机的公称压力得,P=400kN
根据以上数据可知,压力机选择J23-40。
4模具设计
4.1冲裁凹凸模刃口尺寸
设计刃口尺寸时分为落料和冲孔两种来分别设计,设计根据如下。
(1)模具的刃口尺寸公差由零件尺寸公差确定。
(2)以落料凹模尺寸为基准或以冲孔凸模尺寸为基准,并且分别取其冲压件尺寸最小值与最大值。
(3)凹凸模刃的刃口的尺寸为了保证其精度,主要靠冲压件的公差来确定。
要做到即实用又可靠。
4.2凹凸模刃口尺寸的计算方法
当凹凸模分别加工时要计算出凹凸模各自的刃口尺寸及公差,而且还要在凹凸模的设计图样上进行标注。
根据以上计算原则,如式(4-1)可得
落料时(p67)
(4-1)
Dd凹模的刃口尺寸,mm;
Dp凸模的刃口尺寸,mm;
Dmax最大极限尺寸,mm;
△冲件的制造公差,mm(若工件为自由尺寸,公差可按IT14级精处理);
Zmin最小合理间隙;可查表4-4;
δd,δp凹凸模的制造制造公差,mm,按“入体”原则标注,可按1/4△-1/6△取值。
X磨损系数,取0.5-1之间,与冲件精度有关,查表4-3可得。
零件尺寸60.5模具尺寸Dd1=(60.5-0.5*0.5)+00.125=60.25+00.125mm;
零件尺寸19.3模具尺寸Dd2=(19.3-0.5*0.5)+00.125=19.05+00.125mm;
零件尺寸3.5模具尺寸Dd3=(3.5-0.5*0.5)+00.125=3.25+00.125mm;
零件尺寸60.5模具尺寸Dp1=(60.5-0.049)-00.125=60.45-00.125mm;
零件尺寸19.3模具尺寸Dp2=(19.3-0.049)-00.125=19.25-00.125mm;
零件尺寸3.5模具尺寸Dp3=(3.5-0.049)-00.125=3.45-00.125mm;
冲孔时如式(4-2)
(4-2)
dd冲孔时凹模的刃口尺寸,mm;
dp冲孔时凸模的刃口尺寸,mm;
dmin冲孔件最小极限尺寸,mm;
零件尺寸6.4模具尺寸dd1=(6.4+0.5*0.5+0.049)+00.25mm=6.70+00.25mm;
零件尺寸3.6模具尺寸dd2=(3.6+0.5*0.5+0.049)+00.25mm=3.90+00.25mm;
零件尺寸3.0模具尺寸dd3=(3+0.5*0.5+0.049)+00.25mm=3.30+00.25mm;
零件尺寸6.4模具尺寸dp1=(6.4+0.5*0.5)-00.25mm=6.65-00.25mm;
零件尺寸3.6模具尺寸dp2=(3.6+0.5*0.5)-00.25mm=3.85-00.25mm;
零件尺寸3.0模具尺寸dp3=(3+0.5*0.5)-00.25mm=3.25-00.25mm;
4.3拉深模
拉深模主要是将坯料用拉深模加工为自己需要的空心制品。
锥形,圆筒形,球形,盒形等薄壁零件都可以用拉深工艺制成。
和其他模配合可以加工出各种零件。
所以,在各国的生产制造中,拉深工艺是不可小觑的。
圆筒形拉深件是拉深里最简单拉深件,在拉深过程中会出现许多的问题,主要有起皱和拉裂。
在拉深过程中,因为凸缘受切应力的作用,并且材料相对厚度t/D较小时,或者压应力太大时,会使材料起皱。
在本次设计中,用压边圈来克服以上工艺缺陷。
拉深件的精度主要有两方面,沿深度方向的精度和直径方向的精度两方面。
在一般情况下,拉深件的精度在IT13级以下。
4.3.1坯料尺寸的确定
毛坯直径计算如(4-3)
(4-3)
式中:
A拉深件表面积,mm.
由工艺设计中CAD得出,工件的表面积Ao=1656mm²
则D≈46mm
因为本次制作的零件拉深部分为阶梯形拉深,所以先确定拉深的次数,阶梯形拉深件用式(4-4)计算拉深系数值
..
(4-4)
式中hn——各级阶梯的高度,mm;
dn——个阶梯的直径,由大到小,mm;
D——毛坯直径,mm。
如果通过上面计算拉深系数等于或大于同样毛坯一次拉深圆筒形各级(取最小直径)要求的拉深系数,这种阶梯零件可以一次拉深成形,小于的话需要多次拉深。
mj=[(3.6/1.5)*(29.3/46)+6.4/46]/(3.6/1.4+1)=0.48
m1=17.4/46=0.38
因为mj>m1
所以,该阶梯形零件可以一次拉深成形。
4.3.2凸凹模结构的确定
(1)凹凸模圆角半径的确定
本次浅拉深采用压边圈,由于料厚很小的浅拉深,所以确定凹凸模圆角半径都为0.3mm
(2)凹凸模间隙
凸凹模之间的单边间隙称为拉深模间隙。
如果间隙过小,就会增大摩擦力,毛坯受到极大的阻力,破坏拉深件,并且模具寿命会降低。
如果间隙越开,拉深件会起皱量。
有压料装置
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