本科毕业设计论文多工位级进模设计Word下载.docx
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送料误差和不能及时从凸模上卸料,是造成冲模损坏的主要原因,为保证冲压工作顺利进行,模具不被破坏,它还是需要具有高精度的误差检测装置,如果没有检测装置,出现工作误差又不能使冲床快速刹车停止冲压工作,后果就很难想象了。
多工位级进模对冲床的要求高,要求冲床的运动精度高、刚性好、震动小、热变形小、自动刹车快、防止冲床的弹性变形、热变形及运动精度差带来不良误差,造成恶劣后果。
总的来说,多工位级进模有以下特点:
1)适用于制件的大批量生产。
2)冲制件质量可靠、稳定,即制件尺寸的一致性好。
3)由于自动送料和自动出件等装置,尤其是多工位级进模,适合于高速冲床上进行自动化冲制。
也最适宜卷、带料供料。
4)级进模可以完成冲裁、弯曲、拉深、成形等多道工序,效率比复合模更高,且在级进模上工序可以分散,任意留出空位,故不存在符合模的最小壁厚问题,因而保证了模具的强度,延长了模具的使用寿命。
5)模具的主要零件具有互换性,使模具维修方便,更换迅速、可靠。
6)多工位级进模结构复杂,制造精度高,调试、维修困难,价格昂贵。
7)多工位级进模对冲压设备、板料要求高。
多工位级进模在我们国家的发展现状
由于种种历史原因,我国模具工业与当前工业发展还很不适应,无论是在设计制造技术和生产能力方面,还是在管理水平方面,模具工业均远远不能满足需求,它严重影响了工业产品的品种、质量和生产周期,削弱了其在国际市场上的竞争能力。
近年来,我国模具进口幅度呈大幅度下降之势,并有超亿元出口额。
大型、复杂、精密、高效和长寿命模具也逐年上新的台阶,体现高水平制造技术的多工位级进模也越来越多,冲压自动线、自动冲压技术也得到了广泛应用。
我国模具行技术水平迅速提高,模具国产化已经取得了十分可喜的成绩,这将对我国在国际市场的竞争能力和综合国力的提高起到有力的促进作用。
第二章产品工艺性分析
2.1产品工艺性分析
该任务中设计的零件是相机胶卷的压簧。
压簧是相机上的一个用来定位胶卷在相机中位置的零件,材料为不锈钢1Cr13(已退火的马氏体不锈钢),板料厚度为0.8mm。
零件结构复杂,弯曲次数多,侧边有孔,要保证其同心度,成形困难,生产批量又大。
从技术要求和使用条件来看,零件要求具有较高的刚度和强度。
因为零件未标注尺寸,取其公差为IT10级。
外形最大尺寸为95.96,属于中型零件。
零件三维造型如图2-1所示
图2-1相机胶卷压簧Pro/E三维造型
2.2材料成型性能分析
本设计中所采用材料为不锈钢1Cr13。
含碳量为C%=0.08-0.15%,Cr%=12-14%。
该材料抗剪强度为τ=32-38㎏/c㎡,取为35㎏/m㎡;
屈服强度为σs=42㎏/m㎡,弹性模量为E=21000㎏/m㎡,抗拉强度为σb=40-47㎏/m㎡,取为45㎏/m㎡。
一般该材料用来制作能抗弱腐蚀性介质,能承受一定的冲击载荷的零件,如汽轮机的叶片,水压机阀,结构架,螺栓,螺帽等,具有良好的机械性能。
在本设计中用来制作弹簧元件,一般要进行热处理工艺为1000-1050℃油淬或水淬,然后进行700-790℃中温回火。
第三章冲模工艺计算
3.1毛坯展开尺寸计算
图3-1毛坯展开尺寸计算示意图
如图3-1所示,箭头表示材料在模具中的进料方向。
毛坯的展开尺寸计算分成两个方向:
材料的进料方向:
L1=l1+l2+l3+0.4t+0.4t
其中:
l1,l2,l3分别为进料方向上三个直边的长度;
t为板料的厚度;
进料方向展开尺寸的计算按照两个直角分别弯处计算
按公式计算可得:
L1=60+10+10+0.8*0.8=80.64mm
与进料方向垂直的方向:
L2=2*l4+2*l5+l6+0.6t+0.6t
l4,l5,l6分别为该方向上三个直边的长度;
t为材料的厚度;
与进料方向垂直的方向上展开尺寸的计算按照两边同时弯出计算;
根据公式计算可得:
L2=2*3+2*21+47+1.2*0.8=95.96mm。
搭边值:
查阅资料,对于料厚度t≤1,自动送料方式的情况,取进料方向与垂直方向的搭边值分别为a1=2mm,a=2.5mm。
故料宽B=95.96+2*a=95.96+5=100.96mm
步距为h=L1+a1=80.64+2=82.64mm
3.2凸、凹模间隙值的确定
该材料为不锈钢1Cr13,属于软钢(0.08-0.2%C)
料厚0.8mm,查资料取冲裁模初始双面间隙z=(5-7%)t=0.040-0.056mm
3.3冲裁力计算
按照公式
σb为材料的屈服强度
t为板材的厚度
L为冲裁边的总周长
σb=45kg/mm2
t=0.8mm
L≈919.15mm
计算可得
查表可得材料的卸料力系数
=0.045
推料力系数
=0.055
=
*
=0.045*324276=14592N
n=h/t=5/0.8=6
=
*
*n=0.055*324276*6=107010N
+
=324276+14592+107010=445878N
3.4弯曲力计算
弯曲力的计算采用公式
其中C——与弯曲有关的系数,对于U形件,C取0.7
K——安装系数,一般取1.3
B——料宽
t为板料的厚度
r为弯曲半径
σb——材料强度极限
4558N
3.5冲压设备的选用
根据以上计算可知,本设计中所需要的总的压力为F=445878+4558=450436N
查阅压力机的规格,可知选用J31-630(闭式单点压力机)压力机即可满足要求,该压力机的公称压力为630顿,满足要求。
3.6压力中心的确定
冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点,称为模具压力中心。
如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致的话,在冲压过程中就会产生偏载,导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损,降低模具和压力机的使用寿命。
通常利用求平行力系合力作用点的方法(解析法或图解法)确定模具的压力中心。
本设计中采用解析法。
如图3-2所示。
以第一工位的中心孔作为参考坐标系。
图3-2模具压力中心计算示意图
根据公式:
(y方向计算方法相同)
计算可得:
≈392mm,
≈0(相对于模具整体尺寸可以忽略为0)
模具的压力作用范围为869,压力中心与模具中心的误差为(869-392*2)/869=9.78%
符合模具压力中心与模具中心误差不超过1/6的要求。
第四章模具结构设计及选用
4.1条料排样图
设计多工位级进模时,首先要设计条料排样图,这是设计多工位级进模的重要依据。
条料排样图一旦确定,也就确定了以下几方面:
1)被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序;
2)模具的工位数,及其作业内容;
3)确定了被冲零件排列式样(单排、双排、多排),方位(正排、斜排)等。
并反应出材料利用的高低;
4)确定了模具步距的公称尺寸和定距方式;
5)条料的宽度,条料纹向与送料方向的关系;
6)条料载体的设计形式;
7)基本上确定了模具的结构。
多工位级进模条料排样图设计得好坏,对模具设计的影响是很大的。
排样图设计错误,会导致制造出来的模具无法冲制零件。
一般在设计多工位级进模条料排样图时,要拿出多种排样方案,加以比较、归纳、综合,最后得出一个最佳方案。
多工位级进模条料排样图设计是否最佳方案,首先要看工位分布是否合理;
条料能否在连续冲压过程中通畅无阻;
是否便于使用、制造、维修和刃磨;
是否经济合理。
4.1.1排样图的设计
条料排样图直接关系到级进模设计,因此在设计排样图时,主要需考虑到以下几个因素。
1)送料方式:
高速冲压的多工位级进模,用自动送料机构送料,用导正钉精确定距;
手工送料则多用侧刃粗定距,用导正钉进确定距。
2)冲压零件形状分析:
每一个冲压零件都有它的一些特点,因而在设计条料排样时,必须对这些特点加以分析、研究。
3)模具的具体结构和加工工艺性:
在设计条料排样图的同时,必须考虑模距的具体结构,要把每一个环节,每一个具体部分的装配关系,装配顺序,以至对每部分的加工方案等都要考虑全面。
这样,设计出来的条料排样图才能够指导模具设计。
4)被加工材料:
多工位级进模对被加工材料的要求都是很严格的。
在设计排样图时,对材料的供料状态、被加工材料的机械性能、材料厚度、条料宽度与材料纹向、材料利用率等都要给予全面考虑。
5)正确安排侧刃孔与导正钉孔:
导正钉孔与导正钉的位置的安排对于多工位级进模的精确定位时很关键的。
6)分段切除过程零件形状连接方式的选择:
多工位级进模的分段切除的排样图,其连接方式基本上可以分为三种:
即搭接、平接和切接。
搭接最有利于保证冲件的连接质量,因此在分段切除过程中绝大部分都采用搭接连接方式。
7)载体:
条料载体是条料在送进过程中,经过不断地冲切余料,条料内连接冲压零件运载前进的这部分材料称为条料载体。
条料载体分为:
双侧载体、单侧载体和中间载体三个基本形式。
8)工位的确定与空位工位:
在划分工位时,对零件要求精度比较高的部位,应尽量集中在一个工位一次冲压完成为好,以避免步距误差影响精度要求。
对于一个零件的两个弯曲部分有尺寸精度要求时,则弯曲部分也应当在同一工位一次加工成形。
这样不仅保证了尺寸精度,并且能够准确地保持成批零件加工后的一致性。
在排样图中,增设空位工位的目的是为了保证模具有足够的强度,确保模具的使用寿命,或是为了便于模具设置特殊结构。
9)各种冲压工序在条料排样图设计中的顺序原则:
在一般冷冲模设计中,各种冲压工序之间的顺序关系已形成一定规律。
但是在多工位级进模连续冲压时,常有一些不同之处,如果在设计条料排样图时,没有很好地掌握这些特点和内在关系,会使模具的设计与制造走弯路,甚至影响模具顺利冲制和冲压零件的质量。
在本设计属于冲裁弯曲多工位级进模,应先冲切掉孔和弯曲部分的外形余料,再进行弯曲。
10)冲裁力的平衡:
力求压力中心与模具中心重合,其最大偏移量不超过模具长度的1/6(或宽度的1/6);
同时要分析多工位级进模在冲压过程中可能产生的侧向力的部位,大小和方向,力求抵消侧向力。
4.1.2排样图的具体设计方案与比较
1)绘制零件展开图
零件展开图示意图如图4-1所示
图4-1零件展开图
2)条料排样图方案比较
绘制过程:
①首先根据已绘制的零件图,零件展开图的形状、特点采用单排。
②按估计的工位数,以排样基准线为准划一排零件的展开形状图,
初步预计每两个零件的间距为82.64mm。
③按零件图的形状,考虑对弯曲、成形部分分解加工工序。
④综合考虑产品各内孔外形和各分解加工成新的内容,共分多少工
位,以及各工位加工内容。
初始的条料排样图如图4-2所示
图4-2条料排样图初步设计
第1工位:
冲导正孔
第2工位:
冲孔
第3工位:
第4工位:
第5工位:
第6工位:
冲中间材料及周边废料
第7工位:
第8工位:
第9工位:
空位
第10工位:
向下弯曲成型
第11工位:
向上弯曲成型
第12工位:
载体切断,落料
该条料排样图基本可以完成工艺要求,但是在最后的向上弯曲的工位无法设置导正钉与杠杆机构,故对该条料排样图做了修改,中间部位的废料在前序工位中切除,这样就可以在后续的弯曲部位中有比较大的空间来设置杠杆机构。
修改后的条料排样图如图4-3所示
图4-3修改后的条料排样图
该方案就较好的解决了在最后的向上弯曲部位,杠杆机构与板料之间的可能产生的干涉问题。
在最后的工位只是进行载体的切断进行落料。
同时在一定程度上也对整体的冲裁力的平衡问题进行了改善。
4.2步距和步距精度
级进模的步距是确定条料在模具中每送进一次,所需要向前移动的固定距离。
步距的精度直接影响冲件的精度。
4.2.1步距基本尺寸的确定
对于单排的排样步距,基本尺寸为:
S=B+M
图4-4步距基本尺寸简明示意图
根据该式得到S=82.64mm。
4.2.2步距精度
由于步距的误差,不仅影响分段切除余料,导致外形尺寸的误差,还影响冲件内、外形的相对位置。
也就是说,步距精度愈高,冲件精度也愈高,但步距精度过高,模具制造也就愈困难。
所以步距精度的确定必须根据冲件的具体情况而定。
影响步距精度的因素很多,但归纳起来主要有:
冲件的精度等级、形状复杂程度、冲件材质和厚度;
模具的工位数;
冲制时条料的送进方式和定距形式等。
根据多年来的实践,总结归纳出多工位级进模步距精度的经验公式为:
δ——多工位级进模步距对称偏差值;
β——冲件沿条料送进方向最大轮廓基本尺寸(指展开后)精度提高三级后的实际公差值;
n——模具设计的工位数;
k——修正系数
表4-1
冲裁间隙z(双面)/mm
K值
0.01-0.03
0.85
>
0.12-0.15
1.03
0.03-0.05
0.90
0.15-0.18
1.06
0.05-0.08
0.95
0.18-0.22
1.10
0.08-0.12
1.00
说明:
1)修整系数k主要考虑料厚和材质因素,并将其反应到冲裁间隙上去。
2)多工位级进模因工位的步距累积误差,所以标注模具每步尺寸时,应由第一工位至其他工位直接标注其长度,无论这长度多大,其步距公差均为δ。
在本设计中如图所示的工件,展开后验送料方向的最大轮廓尺寸是82.64毫米,在图排样图中共分12个工位。
尺寸82.64的IT7级公差值为0.035毫米。
模具的双面冲裁间隙为0.048毫米。
β=0.035毫米n=12Z=0.048,查表得k=0.90
则这副多工位级进模的步距公差为
毫米。
图4-5多工位级进模步距尺寸公差
4.3定距方式与导正钉
级进模的钉距方式有定位钉定距,侧刃定距,导正钉定距和自动送料机构定距等四种。
这四种定距方式各有优缺点,各有不同的使用场合。
它们可以单独使用,也可以互相配合使用。
相互配合使用定距效果更好。
定位钉定距多适用于后料加工手工送料的普通级进模,侧刃定距适用于手工送料,也可采用自动或半自动送料。
自动送料机构一般都是设置在模具外的独立机构,配合冲床冲程运动,时条料作定时、定量地送进。
导正钉定距是级进模极为普通采用的定距形式。
特别是形状十分复杂的冲件,所用的级进模一般采用这种方式定距。
本设计所用原料是卷料用自动送料机构送料。
对于各种定距方式的适用场合综合考虑,本设计采用自动送料机构送料作粗定距,采用导正钉作精定距,以实现连续自动作业。
在使用导正钉定距的方式下,导正钉孔应大于或等于4倍料厚(d≥4t)。
多工位级进模冲制件多属于薄料,当t≤0.5毫米时,导正钉孔应不小于φ2毫米,本设计中料厚为0.8mm。
导正钉使用φ5毫米的导正钉。
因此,符合设计要求。
4.4模具的结构设计
4.4.1凸模、凹模结构设计
凸模和凹模直接担负着冲压工作。
由于加工性质的不同,凸模与凹模的形状、结构也不同。
多工位级进模一般都含有两种或两种以上的冲压工艺,凸模和凹模数量之多是可想而知的。
要使之能够适应高速连续冲压,必须满足各种特定的技术条件,而决不能用设计一般凸模、凹模的方法进行设计。
凸凹模的设计要遵循以下原则:
1)凸凹模要有足够的强度和刚度。
设计凸凹模应选择强度较好的材料,选择合理的热处理工艺和规范;
在条件许可时可减少凸模长度,增加凹模厚度,在结构上增加他们的强度和刚度。
2)凸凹模必须安装牢固,便于维修和更换。
3)多工位自动级进模的凸凹模要有统一的标准,这样既便于加工,又不会出现位置上的误差。
4)余料排除方便及时。
为了避免损坏模具,应采取及时的措施来清除余料,一般在凸模上设置余料顶针,凹模上设置高压气孔等措施。
4.4.1.1凸模结构设计
在凸模安装结构中,在1,2,3,4工位上,考虑到凸模需要便于更换及力求结构的简单的原则,采用了直接插入式的固定安装结构如图4-6,是靠凸模与固定板的摩擦力固定,一般采用
或
。
这两种安装结构只适合冲制薄料和卸料力很小的情况。
本设计中的材料为不锈钢0.3mm,属于薄料在冲压过程中卸料力也很小。
综上分析,使用该凸模安装结构可满足实际要求。
图4-6圆形凸模安装结构示意图
在5、6、7、8工位中,凸模形状比较大,又是直通式异形凸模,本设计使用了在多工位级进模中常用的一种异形凸模安装结构。
如图4-7。
直通式非圆形凸模又称等截面凸模,生产中常用成型磨、坐标磨或线切割加工而成。
在自动化多工位级进模中应用十分广泛。
凸模与凸模固定板的配合一般选用H7/m6,H6/h6或H6/m5,H6/h5配合。
图4-7直通式异形凸模安装结构示意图
4.4.1.2凹模的结构设计
多工位级进模的凹模设计是比较复杂的。
要考虑各工位工作形孔的形状、精度、又要考虑各形孔的相对位置,确定各形孔的基准和相互间的坐标关系;
又要考虑加工方便和使用寿命等因素,所以多工位级进模凹模机构的种类较多。
凹模的分类:
整体凹模、镶套式凹模、拼合形孔凹模、分段拼合凹模
分析各凹模的使用场合及优缺点:
1)整体凹模:
对于多工位级进模,不论其凹模的形孔多少,复杂程度如何,凹模设计为一个整体的称为整体凹模。
对于多工位级进模,整体凹模缺点较多。
2)镶套式凹模:
在多工位级进模中,对于某些销的工作形孔为了加工方便,容易更换和刃模,是一种在整体凹模或其他形式凹模的局部形孔位置镶一个套装凹模(圆套、方套或异形套)。
3)拼合形孔凹模:
该结构可满足凹模形孔加工精度高这一要求,对某些不易于加工的凹模形孔,常采用拼合形孔这种结构。
4)分段拼合凹模:
在多工位级进模中,为了解决各工位形孔间的间距精度,经常采用分段拼合凹模的设计方法,就是将模具的凹模分成若干段,每段中的形孔数不一,然后将这几段凹模的结合面研合镶入凹模外套(或围框)内,构成一个整体凹模。
综合分析下来,采用了分段拼合凹模,该结构最大的特点是克服了整体凹模的缺点。
它是把每段凹模的工作形孔加工完了,再以内孔为基准加工外形尺寸。
一般以磨削余最终研磨加工来控制孔到坐标基准的距离,凹模形孔距离能控制在0.01毫米之内。
在本设计中,分段镶拼式凹模形式如图所示,如图4-8
图4-8凹模镶块拼图
4.4.2卸料装置结构的设计
卸料装置是起卸料作用,在多工位级进模工作前,弹压卸料装置把条料压住,防止条料在冲压过程产生位移和塑性变形;
卸料装置必须对各凸模起导向和保护作用。
对于不同的冲压工序卸料装置有不同的作用:
在冲裁工序中,他起卸料与压料作用,在弯曲工序中,它不仅是卸料,也可以起到局部成型的作用;
在拉深工序中还要起到压边圈的作用。
4.4.2.1卸料装置设计的注意事项
形孔拼块可以分为若干段,充分利用成型磨削来保证拼块最后的精度与光洁度。
卸料装置设计的注意事项:
在级进模中,弹压卸料板都要设计成反凸台形。
冲压时,突出部分正好进入两导料板之间。
凸台与导板之间应有适当的间隙。
1)卸料板各工作形孔应当与凹模形孔同心。
这种要求要从模具设计及工艺上加以保证。
另外,卸料板的各形孔与对应凸模的配合间隙只有凸模与凹模冲裁间隙的1/3~1/4,这样才能起到对凸模的导向和保护作用。
而且间隙越小,导向效果越好,模具的寿命也越高,然而制造的难度就越大。
2)卸料板各工作形孔应有良好的粗糙度,应适应高速冲压导向和保护作用。
卸料板各工作形孔的粗糙度应控制在Ra0.1-Ra0.4μm。
卸料板的粗糙度与冲压速度有关,速度越高,光洁度要求也越高。
同时还需要注意润滑。
3)多工位级进模的卸料板应具有耐磨性能。
高速冲压的多工位级进模卸料板的工作部分往往是采用拼镶结构,采用高速刚或合金工具钢制造,淬火硬度HRC56~58。
对于冲压速度不高的卸料板可选用中碳钢以上或碳素工具刚材料制作,淬火硬度HRC40~45。
4)卸料板对凸模要有一定的导向高度,越是细小凸模其导向高度也越高,可利用导向套对细小凸模进行导向和保护。
其导向套的高度可以高于卸料板。