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总结14
参考文献15
第1章绪论
1.1冲压的概念
靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。
冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压。
冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。
全世界的钢材中,有60~70%是板材,其中大部分经过冲压制成成品。
汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包,容器的壳体,电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。
仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压件。
1.2冲压的优势
与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。
主要表现如下。
(1)冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。
这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。
(4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。
由于冲压具有如此优越性,冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。
例如,在宇航,航空,军工,机械,农机,电子,信息,铁道,邮电,交通,化工,医疗器具,日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。
不但整个产业界都用到它,而且每个人都直接与冲压产品发生联系。
像飞机,火车,汽车,拖拉机上就有许多大,中,小型冲压件。
小轿车的车身,车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。
据有关调查统计,自行车,缝纫机,手表里有80%是冲压件;
电视机,收录机,摄像机里有90%是冲压件;
还有食品金属罐壳,钢精锅炉,搪瓷盆碗及不锈钢餐具,全都是使用模具的冲压加工产品;
就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。
但是,冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技术要求高,是技术密集形产品。
所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下,冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益的。
1.3冲压的问题和缺点
当然,冲压加工也存在着一些问题和缺点。
主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害,而且操作者的安全事故时有发生。
不过,这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的,而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。
随着科学技术的进步,特别是计算机技术的发展,随着机电一体化技术的进步,这些问题一定会尽快而完善的得到解决
第2章零件的工艺性分析及冲压模具总体结构设计
2.1零件工艺分析
零件名称:
垫片
材料:
Q195
外形尺寸:
如图2-1所示
厚度:
1.5mm
大批量生产图2-1零件图
此工件只有冲孔和落料两个工序,材料为Q195,具有良好的冲压性,工件结构简单而且对称,工件尺寸全部为自由公差。
2.2拟定冲压工艺方案
该工件包括冲孔、落料两个基本工序,可以有以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,再冲孔。
采用单工序模生产。
方案二:
冲孔一落料复合冲压。
采用复合模生产。
方案三:
先冲孔,后落料。
采用级进模生产。
方案一,模具结构简单,但是有两道工序,则需要两套模具,成本高且效率低,难以满足大批量生产。
方案二,只需要一套模具,生产效率高,不过精度要求也高,制造难度大,且成品件容易留在模具上,即是使用推出机构把成品推出,也需要人手把成品移走,影响生产速度。
方案三,同样需要一套模具,生产效率也高,操作方便,成品和废料都自动落下,减少了人工的操作。
根据以上的分析和比较,要满足大批量生产,仅有方案三满足,所以采用级进模。
2.3冲压模具总体结构设计
1模具类型
根据零件的冲裁工艺方案,采用级进冲裁模。
2操作与定位方式
零件大批量生产,安排手工送料可以达到要求且降低模具成本,因此采用手工送料方式。
而定位方式就采用导料板导向、导正销导正,挡料销定位。
3卸料和出件方式
因为零件料厚1.5mm,可采用刚性卸料,冲件和废料都采用直接从凹模洞口推下的出方式,这样便可提高生产效率。
4导向方式
采用导向平稳的中间导柱模架,考虑零件精度要求不是很高,冲裁间隙较小,因此采用Ⅰ级模架精度。
第3章设计计算
3.1排样设计与计算
该冲裁件形状对称且简单,因此排样如图3-1所示:
图3-1排样图
查表所得,a=1.2mm,a1=1mm
条料宽度偏差Δ=0.5mm
条料与导料板之间的间隙b0=0.5mm
当条料在无侧压装置的导料板之间送料时,条料宽度B按下式计算:
(3-1)
式中B──条料宽度,单位mm;
L──冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸,单位mm;
a──冲裁件与条料侧边之间的搭边,单位mm;
△──条料下料时的下偏差值,单位mm;
b0──条料与导料板之间的间隙,单位mm。
根据公式3-1,条料的宽度为:
导板间距为B0=B+b0=20.9+0.5=21.4mm
模具每冲裁一次,条料在模具上前进的距离称为送料进距或步距。
当单个进距内只冲裁一个零件时,送料进距的大小等于条料上两个零件对应点之间的距离。
A=D+al(3-2)
式中A──送料进距,单位mm;
D──平行于送料方向的冲裁件宽度,单位mm;
a1──冲裁件之间的搭边值,单位mm。
根据式3-2,送料进距A=18+1=19mm
材料利用率计算公式:
(3-3)
式中S1──一个进距内冲裁件的实际面积,单位mm2;
S0──一个进距内所需毛坯面积,单位mm2;
A──送料进距,单位mm;
B──条料宽度,单位mm。
根据式3-3,
材料利用率
3.2设计冲压力与压力中心,初选压力机
3.2.1冲压力
1.冲裁力
F=KLtτ(3-4)
式中F──冲裁力,单位N;
L──冲裁件周边长度,单位mm;
K──系数,取K=1.3;
τ──材料抗剪强度,单位MPa;
t──材料厚度,单位mm。
在一般情况下,材料σb=1.3τ,为计算方便,也可以用下式计算冲裁力
F=Ltσb(3-5)
式中σb──材料的抗拉强度,单位MPa
取σb=350Mpa,根据式3-5得:
2.卸料力、推料力、顶料力的计算
(1)卸料力是将箍在凸模上的材料卸下时所需的力;
(2)推料力是将落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出时所需的力;
F缷=K卸F(3-6)
F推=nK推F(3-7)
式中K卸──卸料力系数;
K推──推料力系数;
n──同时卡在凹模口内的冲裁件
卸料力、推料力系数,其值如表3.1所示
表3.1卸料力、推料力和顶料力系数表
查表3.1得,K卸=0.045,K推=0.05,n取5
卸料力F缷=K卸F=0.045×
42861=1929N
推件力F推=nK推F=5×
0.05×
42861=10715N
3.2.2压力机选择
由于采用固定卸料和下出件方式,所以F∑=F+F推=42861+10715=53576N
因此可选压力机型号为JD23-25,参数如表3.2所示。
表3.2压力机参数
型号:
JD23-25
公称压力KN:
250
滑块行程mm:
65
最大封闭高度mm:
270
最大装模高度mm:
220
连杆调节长度mm:
55
工作台尺寸(前后×
左右)mm:
370×
560
垫板尺寸(厚度×
直径)mm:
50×
200
模柄孔尺寸(直径/深度)mm:
40/60
最大倾斜角度:
30度
3.2.3压力中心计算
通过压力中心计算公式可得压力中心处于O点,如图3-2所示
图3-2压力中心位置图
第4章凹凸模设计计算
4.1凸凹模刃口尺寸及公差
由于工件是圆形等简单规则形状,因此选用互换加工。
刃口尺寸计算按分开加工的方法计算。
φ18和φ8按IT14级选取,
查标准公差数值表可将数据转化为
(1)落料
(4-1)
(4-2)
(2)冲孔
(4-3)
(4-4)
式中Dp、Dd──落料凸、凹模刃口尺寸,单位mm;
dp、dd──冲孔凸、凹模刃口尺寸,单位mm;
Δ──工件公差,单位mm;
δp、δd──凸、凹模制造公差,单位mm;
x──磨损系数。
查表得知:
Zmax=0.15,Zmin=0.19,x=0.5
根据式4-1~4-4,得:
(3)孔中心距
由于
,
所以满足要求。
4.2凹模机构设计
由于零件形状简单,故采用整体式凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工。
安排凹模具在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,使压力中心尽量与模柄的中心线靠近。
其轮廓尺寸如下:
查表得模具的高度和壁厚分别为H=22mmC=35mm
凹模的宽度B=D+2C=18+70=88,故取B=100mm
沿进料方向凹模长度L=R+r+L+2C=9+4+19+70=102,故取L=105mm
凹模的结构示意图如图4-1所示,
图4-1凹模零件图
4.3凸模机构设计
4.3.1冲孔凸模设计
因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用圆柱头直杆圆凸模,加工简单,便于安装与更换。
其计算如下:
凸模长度L=h1+h2+h3+h4+h(4-5)
式中h1一一凸模固定板厚度,单位mm;
h2一一卸料板厚度,单位mm;
h3一一导板厚度,单位mm;
h4一一凸模进入凹模厚度,单位mm;
h一一根据安全因素增加的长度,单位mm。
取h1=20mm,h2=14mm,h3=5mm,h4=1mm,h=15mm
根据式4-5可得L=h1+h2+h3+h4+h=20+14+5+1+15=55mm
冲孔凸模结构如图4-2所示,
图4-2冲孔凸模零件图
4.3.2落料凸模设计
结合工件外形并考虑加工,讲落料凸模设计成台阶式,采用线切割机床加工,与凸模固定板的配合按H7/m6,落料凸模长度与冲孔凸模长度相同,均为55mm。
落料凸模结构如图4-3所示,
图4-3落料凸模零件图
4.4其他零件设计
4.4.1导正销设计
落料凸模下部设置一个导正销,借用工件直径8mm的孔作为导正孔,导正销与落料凸模端面的配合选用H7/n6。
导正销导正部分直径尺寸应略小于制件冲孔直径,则:
d=d孔-2a=8-0.12=7.88mm(4-6)
式中d一一导正销的直径,单位mm;
d孔一一孔的直径,单位mm;
a一一导正销和孔间的空隙,查表得为0.06,单位mm。
查表得,导正高度h=1mm
导正销结构如图4-4所示,
图4-4导正销零件图
4.4.2挡料销设计
导正销安装在落料凸模的工作端面上,落料前导正销先插入已冲好的孔中,确定内孔与外形的相对位置,消除送料和导向中产生的误差。
挡料销的位置,应保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能。
则:
e=A-D/2+d/2+0.1mm(4-7)
式中A──送料进距;
D──落料凸模直径;
d──挡料销头部直径;
0.1──导正销往前推的活动余量。
根据式4-7得,L=19-18/2+6/2+0.1=13.1mm
为了方便第一次冲孔时定位,在导料板上增加一个活动挡料销。
4.4.3导料板设计
导料板内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间间隙取0.5mm,这样就可以确定了导料板的宽度为,导料板厚度取5mm,采用45钢制作,热处理硬度为40-45HRC,用螺钉固定在凹模上。
4.4.4卸料板设计
卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度取8mm。
采用45钢制造,淬火硬度为40-45HRC。
结构如图4-5所示,
图4-5卸料版零件图
4.4.5模架与其他零部件设计
该模具采用中间导柱模座,模柄选标准模柄A40×
100,导柱选φ28×
130,导套选φ28×
φ42×
85。
上模座厚度为30mm,上垫板厚度为10mm,固定板厚度为20mm,材料选用45钢制造,调质处理,固定板结构如图4-6所示,下模座厚度为35mm,那么该模具的闭合高度:
H闭=H上+H垫+L+H+H下-h(4-8)
式中:
h一一凸模冲裁后进入凹模的深度,h=1mm;
L一一凸模长度,L=55mm;
H一一凹模厚度,H=22mm。
根据式4-8得,H闭=30+10+55+22+35-1=151mm。
可见该模具闭合高度小于所选压力机的最大装模高度(220mm),可以使用。
图4-6固定板零件图
4.5φ8×
φ18垫圈级进模装配图
φ8×
φ18垫圈级进模主视图如图4-7所示,B-B剖面图如图4-8所示,A-A剖面图如图4-9所示。
图4-7主视图
1-上模架;
2-导套;
3-导柱;
4-模柄;
5-上垫板;
6-固定板;
20-活动挡料销;
21-导料板1;
22-导料板2
图4-8B-B剖面图
图4-9A-A剖面图
7-内六角圆柱头螺钉M8×
45;
8-圆柱销φ6×
55;
9-圆柱销φ6×
12;
10-冲孔凸模;
11-落料凸模;
12-卸料板;
13-导正销;
14-挡料销;
15-凹模;
16-下模架;
17-圆柱销φ8×
70;
18-内六角圆柱头螺钉M8×
40;
19—内六角圆柱头螺钉M8×
16
第5章总结
毕业设计是大学最后的一个课程,也是对大学生活所学习的知识的概括。
在这里冲压模具设计中,我综合运用了本专业所学的课程的理论进行了一次冷冲压模具设计,为以后设计模具奠定了基础。
通过这次毕业设计,我明白到一项设计不是想象那么简单,即是是垫圈这么简单的零件,设计中也有很多需要注意的细节。
从一开始不知道如何入手,接着到借鉴别人的设计,到后来加入自己的设想,最后从有经验的人士中学到一些未接触过的知识。
一步一步地走来,从中提高了我的独立工作能力,巩固和扩充了模具的知识,熟悉了模具的基本结构,熟悉了模具规范和便准,提高了计算能力和绘图能力,我明白到设计要依靠很多学科的知识和现实的经验。
虽然这次设计勉强完成了,但是我模具设计的知识依然欠缺,需要在以后继续阅读资料,吸取经验。
要想成为一名合格的模具设计人员,就需要不断虚心学习,不断专研,这样才能更上一个新台阶。
此外,我还得出一个结论:
知识必须通过应用才能实现其价值。
有些东西以为学会了,但是真正到用的时候才发现是两回事,所以只有能真正会用的时候才是真的学会了。
参考文献:
【1】李建军、李德群.模具设计基础及模具CAD.北京:
机械设计工业出版社,2005.7
【2】薛啟翔.冲压模具设计和加工计算速查手册.北京:
化学工业出版社2007.10
【3】陈剑鹤.模具设计基础.北京:
机械设计工业出版社2003.2
【4】王秀凤万良辉.冷冲压模具设计与制造.北京:
北京航空航天大学出版社,2005.4
【5】张如华.冲压工艺与模具设计.北京:
清华大学出版社,2006.1
致谢
本毕业设计是在老师的亲切关怀和耐心指导下完成的,从课题的选择到论文的最终完成,老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。
老师强调图纸的格式规范;
在画图时,我的问题,老师都是有问必答,而且耐心地解析每个细节;
初稿完成后,老师又不辞劳苦地帮我一遍又一遍地检查图纸,接着又指点我如何修改。
老师已经无数遍地阅读了我的说明书和图纸,在老师一次又一次地指导下,我的设计终于完成了。
老师宅心仁厚,不慕荣利,在他的身上,我们可以感受到一个学者的严谨和务实,这些都让我们获益菲浅,并且将终生受用无穷。
毕竟“经师易得,人师难求”,希望借此机会向老师表示最衷心的感谢!
此外,本文最终得以顺利完成,也是与班上的所有同学的帮助分不开的,他们帮我查阅资料,画图时指出错误,在编辑说明书时,不会的功能都是他们教我的。
同时,能走到今天,所有的任教老师都是功不可没的,没有他们的教导,我也不可能完成。
因此,真诚地感谢各位老师,谢谢你们的言传身教熏陶了我。
我会永远地记住你们!