体重秤连接板冲压工艺与模具设计文档格式.docx
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该零件为体重秤的连接板,材料较薄,其主要作用是起连接作用。
零件外形不对称,无尖角或其他形状突变,为典型的板材冲压件。
零件外形除底面有平面度要求外其他均无公差要求,并且所用材料为卷料。
通过上述工艺分析,可以看出该零件为普通的薄板冲压成型件,尺寸精度要求不高,主要是轮廓成形问题,又属大量生产,因此可以用冲压成方法生产。
同时,如果工序顺序不同则定位等随之发生变化,最终使设备的外形变化。
综上所述,虽然工件尺寸不大,但是为了加工过程简单,要对零件的加工工序进行必要的最优方案分析。
在进行工艺方案分析之前,首先要考虑解决好工艺与模具设计中几个重要问题:
(1)模具主要工作部分的强度和耐磨性应适应冲压材料强度的特点;
(2)模具设计的功用性、实用性、经济性、寿命等方面的考虑。
(3)工艺方案和模具结构应保证能达到冲压件要求的精度、外形。
图2.2零件图
2.1对冲压件的工艺分析
对中间不规则方孔的弯曲、零件上舌形、斜度为17°
弯曲成形要认真考虑,因为如果加工顺序不同,定位不同,加工过程中可能发生干涉,最终使零件加工出现不可修复的破坏。
2.2确定工艺方案
2.2.1冲压工序性质和工序次数
(a)落料;
(b)冲的孔一个;
(c)冲Φ7.5的孔一个;
(d)中间宽14.1mm、长33.1mm不规则方孔;
(e)冲两个7.9×
3.2的方孔;
(f)冲一个15.9×
3.7的方孔;
(g)斜冲圆与方孔的组合;
(h)对120.5×
48.9的板材翻边;
(i)对中间不规则方孔翻边;
(j)弯曲成向视图C(如图2.2);
(k)压筋;
(l)冲压12.8×
2。
2.2.2选择最优方案
根据以上工序,可以作出下列各种组合方案:
方案
(1):
落料—冲的孔、冲不规则方孔、冲7.9×
3.2、15.9×
3.7的方孔—对中间不规则方孔弯曲、120.5×
48.9的板材翻边—弯曲成向视图C(图2)—压筋、冲压12.8×
2、舌形成形。
方案
(2):
落料—冲Ф6.1、Ф7.5的孔—冲不规则方孔—对中间不规则方孔翻边—冲7.9×
3.7的方孔—对120.5×
48.9的板材弯曲—压筋、冲压12.8×
2、舌形成形—弯曲成向视图C(图2.2)。
方案(3):
落料和冲零件上所有孔—对中间不规则方孔翻边—对120.5×
48.9的板材弯曲—弯曲成向视图C(图2.2)—压筋、冲压12.8×
对以上方案进行分析:
方案
(1)从生产效率上看,模具结构和寿命方面考虑,将各种孔组合到一起进行冲压,有助于提高生产效率,并且成形放在最后,则第四道工序和第五道工序中的舌形成形不会发生干涉,有助于定位,操作比较简单。
方案
(2),从模具结构和寿命方面考虑,将各道工序分开有助于降低冲裁力和提高模具寿命,同时模具结构比较简单,操作比较方便,但生产效率比较低。
同时把弯曲成C向视图(图2),定位比较困难,加工不方便。
参考文献[3]P14~18
(a)落料
(b)冲孔
(c)弯曲翻边
(d)弯曲
(e)压筋、冲压12.8×
2、舌形成形
图2.3工序图
方案(3),落料和零件上的孔采用复合模组合,优点是节省了工序和设备,可以提高生产效率,但模具结构复杂,冲裁力也比较大,模壁强度较差,模具容易磨损或破坏,因此不宜采用。
综上所述,从生产效率、模具结构、寿命方面以及冲压后零件精度等各方面考虑,方案一是比较合理的。
确定了工艺方案以后,就可以进行该方案的模具结构形式的确定,各工序的冲压力计算和冲压设备的选用。
所定的工艺方案如下:
(1)落料;
(2)冲的孔、冲不规则方孔、冲7.9×
(3)对中间不规则方孔弯曲、120.5×
(4)弯曲成向视图C(如图2.2);
(5)压筋、冲压12.8×
确定了工艺方案之后,就可以进行各道工序中模具结构形式的设计和计算,模具材料选用,冲压设备的选用等。
3落料模设计
冲裁是利用模具是板料产生分离的冲压工序,包括落料、冲孔、切口、切边等。
用它可以制作零件或者微弯曲、拉伸、成形等工序准备毛坯。
从板料上冲下所需形状(毛坯)叫落料。
单工序模又叫简单模,是指在压力机的一次行程内,只完成一道工序的模具,如落料模。
3.1毛坯尺寸计算
在进行模具设计之前,要先对零件进行尺寸估算、选材,以便模具设计和零件的加工。
3.1.1毛坯尺寸的计算
根据老师所给实物的测量得出其各部分的尺寸,然后对零件的展开毛坯进行尺寸计算。
由于零件不是规则的盒形或回转体,并且其毛坯外形尺寸主要是通过翻边和弯曲公式得到。
该零件是经过压缩类翻边,在压缩类平面翻边时,除了靠近竖边根部缘角半径附近的金属变形外,其余部分处于切向压应力和径向拉应力的作用下,产生的企鹅想变性和径向伸长变形,可见压缩类平面翻边的应力状态和变形特点和拉伸基本相同,则可按拉深对毛坯进行计算。
图3.1毛坯
此为一次拉深成形不封闭矩形盒,其毛坯尺寸计算如下:
先将直边按弯曲计算,
圆角部分按0.25圆筒拉深计算,于是得出毛坯外形,然后再进行修正,则得毛坯外形。
按弯曲展开的直线部分的长度为
=h+0.57
(3.1)
式中h—矩形盒高度;
—矩形盒底部圆角。
圆角部分按0.25圆筒拉深计算,得
R=
(3.2)
由上得毛坯的尺寸(如图3.1)。
3.1.2选材
连接板根据所用场合、受力大小的不同,其所用材料不尽相同。
在选取连接板的材料时起受力直接决定材料性质。
而体重秤连接板主要是连接弹簧,其受力不大,则所用材料为Q235[4]。
由于体重秤连接板属于简单的五金件,对精度要求不高,无形位公差等,其经过冲压加工成形后并不需要额外的热处理。
冷冲压所用材料一般为小于4mm的板料、条料、带料等。
板料按厚度分可分为薄板、中板、厚板、特厚板;
按生产方法可分为热轧钢板、冷轧钢板。
板料冲压,它是利用冲模使板料产生变形或分离,而获得具有一定形状和尺寸的锻压件的工艺方法。
本零件可选用板料或者卷料(卷料即紧紧地卷绕成圆柱状的连续的带料),而综合考虑生产经济性等,最终选定卷料。
3.1.3排样
在冲压零件的成本中,材料费用占60%以上,因此材料的经济的利用是一个重要问题。
冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。
排样方法主要分为有废料排样、少废料排样、无废料排样。
有废料排样即有一定的搭边。
搭边是工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。
搭边能够补偿定位误差,从而得到合格的产品[1]。
此外,搭边还可以使条料获得一定刚度,有助于送料。
搭边值的大小主要与材料的机械性能、工件的形状和尺寸、材料的厚度以及送料与挡料方式有关。
由表2-11[1]查得沿送进方向的搭边a=1.8mm,侧向搭边
=1.5mm,有两种排样方式(a)、(b),由材料利用率公式:
%(3.3)
式中:
—材料利用率;
—工件的实际面积,[
]为
;
—所用的材料面积,包括工件面积和材料面积。
得两种单排方式的材料利用率分别为88.7﹪、87.6﹪。
图3.2(a)所示排样方式材料利用率高,则选用此种排样方式。
(a)
(b)
图3.2排样方式
3.2模具结构形式的确定
在工艺方案分析和比较中已选用了模具种类,选用模具是一般有落料模,冲孔模,弯曲翻边复合模,弯曲模,成形模。
在选择合适的模具结构,使它尽可能满足下列要求:
(1)能冲出符合要求的零件的模具;
(2)能提高生产率;
(3)模具制造和修模方便;
(4)模具有足够的寿命;
(5)模具易于安装调整,且操作方便、安全。
所冲裁的板料较薄,但由于所需零件的精度不高,因此所选模具并不是高精度模具。
此外,零件为大批量生产。
由于零件成形所需力并不大,并且大部分为小变形成形,因此在选用模具时,可通过计算、经验、查表确定凸模、凹模、上模座及固定板、垫板等零件的尺寸。
设计制造时应注意以下几点:
(1)应使凸模长度不能过长,使其工作时不易折断;
(2)要合理的选用间隙,从而保证零件制品断面质量、提高模具寿命、降低冲裁力;
(3)为了防止过大的冲压力在上下模板上压出凹坑,影响模具正常工作,一般要安装垫板,承受凸模压力;
(4)选用导柱式模具,导柱导套为圆形,加工比较方便凸凹模间隙易于保证,且不会改变。
总体而言,导柱式模具有冲压件精度高,模具寿命长,安装方便。
但是由于冲压零件并不是高精度零件,则可选用A型导柱导套。
3.2.1凸凹模配置位置
可以凸模在上、凹模在下,也可以选择完全相反的布置。
分析比较二者的优缺点可以明显地发现,前者的布置方式便于落料件的取出,不用设计额外的顶杆之类的卸料装置。
3.3落料模具的具体设计
3.3.1冲模的压力中心
一副冲模的压力中心就是这副冲模各个压力的合力作用点,一般指平面投影。
冲模的压力中心,应尽可能和压力机滑块的中心在同一垂直线上。
绝大多数的冲裁件,沿冲裁轮廓的断面厚度不变。
轮廓各部分的冲裁力,与轮廓的长度成正比,同时冲裁力沿轮廓分布。
因此,求轮廓的压力中心,击球轮廓线的重心位置。
可有参考文献[2]P707所给公式求得重心位置,即压力中心。
3.3.2凸凹模间隙
冲裁模间隙是直接关系到冲件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要参数。
所取冲裁间隙数值,应保证冲件断面质量和尺寸的前提下,使模具寿命最长。
由参考文献[1]P14页表2-3查得:
(3.4)
3.3.3凸凹模工作部分尺寸和公差
对于单工序模来说,工作部分包括凸模、凹模两个零件。
在确定落料模的凸模和凹模工作部分尺寸时,必须遵守以下几个原则:
(1)对于落料件的尺寸取决于凹模的尺寸,因此以凹模为基准,间隙置于凸模上。
。
(2)考虑到冲裁件中凸凹模磨损,设计落料模时,凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下,人能冲出合格的零件。
凸凹模间隙则取最小合理间隙值。
(3)考虑工件精度与模具精度间关系,在选择模具刃口制造公差时,既要保证刃口制造公差要求,又要保证合理间隙数值,一般冲模精度较工件精度高2-3级。
根据上述原则,进行落料凸凹模尺寸的计算。
按工件成形后精度为IT10级来计算尺寸,并查表2-3[1]可得冲裁模初始双面间隙Z。
对于材料厚度为1mm的中等硬度钢材,
,
由于模具加工与测量方法不同,凹模与凸模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注不同,可分为凸模与凹模分开加工、凸模与凹模配合加工。
计算时按凸模与凹模分开加工。
采用这种加工方法,要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差,它是用于圆形或简单形状的工件。
为了保证间隙值,必须满足下列条件:
(3.5)
或取:
(3.6)
(3.7)
由表2-6[1]查处凸凹模制造公差,
由上式计算得,
由于凸凹模不是规则的圆形,可参照圆形的计算过程,得出凸凹模的长宽,
3.3.4冲裁力的计算
计算冲裁力的目的是为了合理地选择压床和设计模具。
压床的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适应冲裁的要求。
(a)考虑到模具刃口磨损,凸凹模间隙的波动,材料机械性能的变化,材料厚度偏差等因素,落料力按下式计算:
(3.8)
通过对毛坯的计算得其周长
,厚度t=1mm,以及由表D-22[2]可查得
材料的抗剪强度
=303Mpa代入上式,得
=84018.87(N)(3.9)
(b)冲裁件从板料上切下以后,板料上的孔会发生弹性收缩,从凸模上将零件或废料卸下来所需得力称为卸料力。
影响卸料力的因素很多,主要有材料的机械性能、材料厚度、模具间隙、零件形状尺寸以及润滑情况等,比较难计算,则用经验公式如下:
(3.10)
式中F—冲裁力,[F]为N;
—卸料力系数,其值见表2-10[1]。
通过上式计算得
=3360N。
采用弹性卸料装置的总冲裁力为:
=87378N(3.11)
3.3.5压力的选用及模具的相关参数
压力机的种类很多,,按驱动滑块的力可分为机械压力机、液压压力机、气动压力机等;
按机架形式可分为开式压力机、闭式压力机等。
由于机械压力机加工速度比液压机快的多,高的生产效率等绝对的优势,因此选用机械压力机。
曲柄机构的运动曲线,可适合于弯曲、拉深等几乎所有的冲压加工,则选用曲柄式的压力机。
通过进一步考虑冲裁力的大小,冲压零件尺寸和模具尺寸来确定设备规格。
(1)各种工序所需压力
由上3.3.4的计算可知
=87.378(kN);
所选压力机的公称压力应是所需压力的1.3倍以上。
=1.3×
87.378=113.59(kN)(3.12)
由此可选压力机JH21-25,其滑块行程长度80mm。
(2)闭合高度
冲模的闭合高度
是模具在最低的工作位置时,下模座的底面之上模座的顶面的距离。
在设计模具时,它应与压力机的闭合高度相协调。
综合考虑各方面因素,可得出冲压模具的闭合高度为207mm。
3.3.6凹模设计
(1)凹模壁厚
凹模壁厚是指凹模刃口和外缘的的距离,如参考文献[2]P628图14-14所示。
凹模壁厚可按表14-5[1]选择为45mm。
刃口与刃口之间距离,其最小值和冲件材料的强度与厚度有关。
增大刃口之间的距离显然能提高模具的强度和寿命。
(2)凹模厚度
凹模厚度h可根据冲裁力从参考文献[2]P629图14-15选择,最终得凹模厚度为20mm。
(3)刃壁高度
垂直于凹模平面的刃壁,其高度h可按下列规则计算:
冲件材料厚度t≦3mm,h=3mm;
冲件厚度t>3mm,h=t。
当凹模需要更长寿命时,刃壁高度可以比上述增加,但应该带有斜度,以利于工件或废料漏下。
综上所述,通过查表14-6[2]得矩形凹模的长度和宽度为250×
140。
3.3.7凸模设计
根据零件加工外形的需要,要选择凸模的结构形状。
(1)凸模长度L
凸模长度一般要根据结构上的需要而确定。
初步确定凸模长度L=70mm。
(2)由于凸模固定板是用于凸模的固定,二者采用H7/r6配合。
(3)核算异形凸模的强度,可按凸模工作端面宽度B大于冲件材料厚度t,按式14-7[2]核算刃口接触应力
,因为此时接触应力
大于平均压应力
(14-7)
式中L—冲件轮廓周长(mm);
t—冲件材料厚度(mm);
—冲件材料抗剪强度(Mpa);
—接触面积(
),取接触宽度为t/2;
—凸模刃口接触应力(MPa);
[
]—凸模材料许用压应力,对于合金模具钢,可取1800~2200(MPa)。
通过计算可得
=6.3MPa满足条件。
3.3.8卸料装置设计
模具的卸料装置主要分为固定卸料板、弹性卸料板,固定卸料板有一定的厚度,用螺栓和销钉固定在下模座,能承受的卸料力比较大,常用于厚板冲压件的卸料。
而弹性卸料板受橡胶等零件的限制,卸料力较小,主要用于板厚在1.5mm以下的薄板的卸料工作。
综上分析,本零件1mm厚的薄板,不宜采用固定卸料板,则选用弹性卸料板,并且卸料板的厚度取10mm。
3.3.9导向装置设计
模具导向有导板、导柱、导套等几种方式,最常见的是导柱和导套导向。
导柱导套都是圆柱形,加工方便,加工方便,容易装配,并且由于此冲压零件的精度不高,选用A型。
此外,导柱和导套为间隙配合,要求配合表面坚硬和耐磨,并且有一定的韧性,常用20号钢制作,表面经过渗碳淬火,硬度为HRC58~62,渗碳层深度0.8~1.2mm。
由于工作精度要求不高,而且材料不是太厚,模具间隙较小,故采用中间导柱式模架。
3.3.10定位零件
模具上定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确定位。
根据毛坯形状,尺寸以及模具的结构型式,可以选用不同的定位方式。
原材料为卷料,则本套模具选用的是挡料销。
挡料销主要应用于条料或带料送进时定位,可分为固定式和活动式,选用的是M8固定挡料销。
由于此种挡料销的固定部分和工作部分的直径差别较大,不至于削弱凹模或卸料板的强度,并且制造简单,使用方便。
此卸料板安装在凹模上。
综上所述,这套落料模的结构要点如下:
(1)凸模在上模座,凹模在下模座,这样有助于落料后,便于毛坯的取出,有利于安全操作,有助于保护模架刃口。
(2)上模采用弹性卸料装置。
弹簧的压力通过卸料板使废料从凸模上脱落;
并且使用卸料螺钉,保证卸料板的运动精度。
(3)在装配上导套和上模座采用H7/r6[5]过盈配合,导柱与下模座采用H7/h6的间隙配合。
(4)采用中间导柱模架导向。
图4落料模
1.下模座2.导柱3.定位销4.凹模5.内六角圆柱头螺钉M106.挡料销7.卸料板8.橡胶9.圆柱头内六角卸料螺钉M1010导套11.上模座12.固定板13.垫板14.开槽盘头螺钉M1015.模柄16.凸模
3.4模具材料的选用
凸模和凹模是在强压、连续使用和很大冲击的条件下工作,并伴有温度的的升高,工作条件极其恶劣的情况。
所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性,耐冲击性,淬透性和切削性。
硬度较大,热处理变形小,而且价格要低廉。
选用模具材料的原则,做到在满足使用条件下成本最低:
(1)根据冲压零件生产批量的大小;
(2)根据冲压材料的性质,工序中种类冲模零件的工作条件和作用;
(3)考虑模具材料的生产和供应情况。
结合上述原则,查参考文献[4],得:
a.凸模、凹模均采用3Cr2W8V;
b.导柱、导套采用20钢;
c.挡料销、螺钉、垫板、凸模固定板采用45钢;
d.卸料板采用Q235钢;
e.上下模座采用HT200。
部分模具材料要进行热处理,目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度,以利于修磨。
模具装配图的绘制参考文献[6][7][8][9][10]。
4冲孔模具设计
冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序。
冲孔同落料一样都属于落料,其模具设计与落料模具设计有许多相似之处。
由于所冲孔比较多,并且各孔形状不不一致,所以凸凹模形状,选用组合模还是整体模是必须要考虑的问题。
冲孔模的结构与一般落料模结构相似,但是冲孔模,特别是冲小孔模具要仔细考虑。
冲孔模具设计时,必须考虑凸模强度,以防止凸模折断或破裂;
还应考虑凸模能快速更换以及凸精确导向,提高冲模精度等问题。
4.1凸凹模配置位置
由于此为单工序模,为了便于废料的排出,凸模在上、凹模在下。
由于冲孔后零件发生弹性收缩会会随凸模回程时移动,所以用弹性卸料板将工件卸下。
这样操作比较方便而且安全,能保证较高的生产效率。
4.2凸模和凹模工作部分尺寸的计算
冲孔零件尺寸由凸模刃口尺寸决定,在生产过程中,凸、凹模刃口尺寸又因磨损而发生变化。
凸模越磨越小,凹模越磨越,大结果使间隙越来越大。
因此,当设计和制造模具时,取最小合理间隙。
在决定凸模和凹模工作部分尺寸时,必须遵循以下几个原则:
(1)冲孔时,应先确定工作部分尺寸,其大小或等于孔的最大极限尺寸,以保证凸模磨损到一定尺寸范围内,能冲出合理的孔件。
凹模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。
(2)冲孔件的公差一般为单向正公差,假定冲孔件的公称尺寸为d,工件公差为△,则冲孔件尺寸为
由表2-3[1]查出
、
由于工件为简单形状,并且凸模和凹模分开加工,所以要分开标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差。
为了保证间隙值,必须满足以下条件:
(4.1)
(4.2)
(4.4)
由表2-6[1]查出凸模、凹模制造公差△,由表2-7[1]查出系数x的值,根据计算公式:
(4.5)
(4.6)
可计算出凸模和凹模的尺寸。
4.3冲裁力的计算
(1)冲孔时,除了冲孔所用的力,工件从凸模上取出得力即卸料力要考虑到。
根据冲裁力的计算公式:
(a)平刃口模具冲压Ф7.5孔,冲孔力为:
(b)冲压Ф6.1孔,冲孔力为:
(c)冲不规则方孔,冲孔力:
(d)冲7.9×
3.2的方孔:
(e)冲15.9×
3.7的方孔:
把上面的力都整合到一起,则得,
(2)冲裁工作完成后,从工件上冲裁出的孔则沿着径向发生弹性收缩,会紧箍在凸模上。
为了将紧箍在凸模上的料卸下,则需一定的卸料力
按下列经验公式计算,即
(4.7)
通过上式计算得,
为4670N。
(4)卸料力、冲裁力在选择压力机是要根据不同情况