冲压课程论文无凸缘圆筒形工件的首次拉深模Word格式文档下载.docx
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3.确定工艺方案..............................................................................................................3
4.相关力的计算.............................................................................................................4
1.计算压边力、拉深力.............................................................................................4
模具工作部分尺寸的计算.......................................................................................4
1.拉深模的间隙..........................................................................................................4
2.拉深模的圆角半径..................................................................................................4
3.凸凹模工作部分的尺寸和公差...........................................................................6
4.确定凸模的通气孔.......................................................................................................6
模具总体的初步设计..................................................................................................7
设备的选择.......................................................................................................................9
关键零件的设计............................................................................................................10
1.凸模的结构设计.........................................................................................................11
1.1凸模的尺寸设计......................................................................................................11
2.凹模的结构设计..........................................................................................................11
2.1凹模的尺寸设计......................................................................................................12
装配图..................................................................................................................................12
总结.......................................................................................................................................14
参考文献..................................................................................................................
..........15
一、设计任务
零件名称:
盖
生产批量:
大批量
材料:
Q235
材料厚度:
1mm
(一)冲压件工艺分析
此工件为无凸缘圆筒形件,要求外形尺寸,没有厚度不变要求。
此工件的形状满足拉深的工艺要求,可用拉深工序加工。
工件底部圆角半径Rt=8mm,大于拉深凸模圆角半径Rp4~6mm(首次拉深凹模圆角半径Rd=6t=6mm,而Rp=(0.6~1)Rd=4~6mm,R>Rp),满足首次拉深对圆角半径的要求。
尺寸都为IT14级,满足拉深对工件公差等级的要求。
Q235钢的拉深性能较好。
经过对制件工艺性分析,工件适合拉深成形。
故采用单工序拉深模在单动压力机上拉深。
总之,该工件的拉深工艺性较好,需进行如下的工序计算,来判断拉深次数。
1、计算毛坯直径D
如后图1所示。
h=(12.85-0.5)mm=12.35mm,d=(69.53-1)mm=68.53mm。
工件的相对高度h/d=12.35/68.53=0.209。
根据相对高度从冲压简明设计手册查得修边余量Δh=2mm。
由参考文献[1]表4.2序号1,查得无凸缘圆筒形拉深工件的毛坯尺寸计算公式为
D=
将d=68.53mm,H=h+Δh=(12.35+2)=14.35mm,r=(8+0.5)=8.5mm代入上式,即得毛坯的直径为
mm=89.889mm
取毛坯的直径为90mm。
2、判断拉深次数
工件总拉深系数m总=d/D=68.5mm/90mm=0.7611。
毛坯的相对厚度t/D=1mm/90mm=0.011
用参考文献[1]式(4.27)判断拉深时是否需要压边。
因0.045
(1-0.76)=0.01025,而t/D=0.011>0.045
(1-0.76)=0.01025,虽然如此,但仍加压边圈。
由相对厚度可以从参考文献[1]表4.8中查得首次拉深的极限拉深系数m1=0.52.
因m总>m1,故我所负责的范围内,工件只需一次拉深。
若是需要多次拉深成形,那么对每次拉深都需要重新计算拉深直径,以满足拉深次数的要求。
3、模具压力中心的确定
由于该制件的毛坯及各工序件均为轴对称图形,而且只有一个工位,因此压力中心必定与制件的几何中心重合。
图1工作步骤简图
1-毛坯;
2-第一次拉深;
3-第二次拉深;
4-最后一次拉深;
(二)确定排样裁板方案及材料利用率计算
1、排样方式的确定
由于毛坯直径比较大,采用有废料排样;
考虑操作方便,排样采用单排。
2、搭边值的确定
由参考文献[2]表19.1-18可得:
条料沿边a=1.5,工件间a1=1.5;
条料进距h=D+a1=90+1.5=91.5;
条料宽度b=D+2a=90+3=93。
3、材料利用率
由参考文献[2],板料规格选用热轧钢板1.0mm×
750mm×
1500mm。
若横裁,则
裁板的条数n1=A/b=1500/93=16(条),余12mm
每条零件个数n2=(B-a1)/h=(950-1.5)/91.5=10(个),余33.5mm
零件总个数n总=n1×
n2=16×
10=160(个)
材料利用率η=(n总πD2)/(4×
A×
B)×
100%=(160×
3.14×
90)/(4×
750×
1500)=90.432%
若用纵裁,则
n1=B/b=950/93=10(条),余20mm
n2=(A-a1)/h=(1500-1.5)/91.5=16(个),余34.5mm
n总=160个,所以横裁、纵裁的零件总数一样,横、纵裁皆可。
材料利用率为90.432%。
排样如图所示。
图2排样图
(三)确定工艺方案
本工件首先需要落料,制成直径D=90mm的圆片,然后以D=90mm的圆板料为毛坯进行拉深,拉深成内径为
、内圆角R=8mm的无凸缘圆筒,最后按h=14.84mm进行修边。
(1)采用的结构形式
拉深模结构采用带压边圈的倒装式结构,采用这种结构的优势在于可采用通用的弹顶装置(弹性压边装置)。
(2)模具工作过程
这种拉深模结构简单,使用方便,制造容易。
工作时,将坯放入压边圈5上面的定位销或定位板内上模下降,弹性压边圈先将毛坯压住,然后凸模6对毛坯进行拉深。
当拉深结束上模回升时,包在凸模上的工件被压边圈顶出,并由推件板3把工件从凹模4内推下。
这里弹性压边圈不仅起压边作用,而且还起定位和卸件作用。
凸模上需开设排气孔,以防拉伸件紧吸于凸模上而造成卸件困难。
采用倒装式结构,方便在空间位置较大的下模部分安装和调节压边装置。
图3初定上模图
(四)相关力的计算
1、计算压边力、拉深力
由参考文献[2]表4.24确定压边力的计算公式为
式中,rd=rp=8mm,D=90mm,d1=68.5mm,由表4.25查得p=2.8Mpa。
把各已知数据代入上公式,得压力为
由参考文献[2]表4.17计算拉深力
已知道m=0.76,由参考文献[2]表4.18中查得
=0.40,Q235钢的强度极限
=490Mpa。
将
=0.40,d1=68.5,t=1,
=490Mpa代入上式,即
按参考文献[2]表4.31,压力机的公称压力为
故压力机的公称压力要大于62KN。
二、模具工作部分尺寸的计算
1、拉深模的间隙
拉深间隙是指凸凹模横向尺寸的差值,双边间隙用Z表示。
间隙过小,工件质量较好,但拉深力大工件容易拉断,模具磨损严重,寿命低。
间隙过大,拉深力小模具寿命提高了,但工件易起皱变厚,侧壁不直,口部边线不齐,有回弹,质量不能保证。
在一般拉深成形中,当压边力增大时,凸缘处的摩擦阻力也增加,压边力过大可能出现拉断。
压边力的作用本来足为了防止毛坯凸缘起皱,所以只要在保证凸缘不起皱的前提下,施加最小的压边力就可以了。
因此,确定间隙的原则是:
既要考虑到板料公差的影响,又要考虑毛坯口部增厚现象,故间隙值一般应比毛坯厚度略大一些,其值按参考文献[2]表4.28查得拉深模的单边间隙为
则取拉深模的间隙
=2
1.1=2.2mm
2、拉深模的圆角半径
拉深力是通过凸模圆角传递到被拉深工件上的,位于凸模圆角处的工件材料是最容易破裂的,“危险断面”凸模圆角半径r增大,则该处拉深件材料因厚度变薄量减小而强度增大,所传递的极限拉深力F也增大,因而可以减小拉深系数m。
拉深模的凹模圆角半径要取得适当,如果增大凹模圆角半径
则材料拉入凹模时的阻力减小,拉深系数m也减小,但当如果当
取得过大,则有更多的材料未被压料圈压住,而容易起皱。
在拉深工件时,对于变形量较大处,就需要用较大的
,由于在矩形件拉深时,角部的变形量最大,为了使金属的流动性较为均匀,角部的凹模圆角半径应比直边处的凹模圆角半径大。
凹模的圆角半径ra
一般来说,大的ra可以降低拉深系数,还可以提高拉深件的质量,所以ra应尽可能取大些。
但ra过大拉深时板料过早地失去压边,有可能出现拉深后期起皱。
凹模圆角半径ra的合理值应当不小于4t(t为板料厚度)。
凸模圆角半径rt,rt对拉深变形的影响,不像ra那样影响拉深的全过程,但rt过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。
故rt的合理取值应不小于
(2~3)t.只有变形程度变小时,才允许取rt
=
2t。
按参考文献[2]表4.31查得拉深模凹模的圆角半径rd=8t=8mm,凸模的圆角半径rp等于工件的内圆角半径,即rp=r=8mm。
3、凸凹模工作部分的尺寸和公差
由于工件要求外型尺寸,以凹模为设计基准。
凹模尺寸的计算按文献[2]表4.29间隙取在凸模上。
将模具公差按IT14级选取,则
=0.05mm,
=0.08mm
式中,
为工件外形的工称尺寸;
-工件的公差;
凸凹模的制造公差;
把Dmax=70.2mm,=0.7mm,Z=2.2mm代入上式,则凸、凹模的刃口尺寸分别为
4、确定凸模的通气孔
凸模应钻通气孔,这样会使卸件容易,否则凸模与工件由于真空状态而无法卸件。
按参考文献[2]表4.32查得,凸模的通气孔直径为6.5mm。
表1拉深凸模出气孔尺寸
凸模直径
≤50
>
出气孔直径
5
6.5
8
9.5
数量
按圆周直径
三、模具总体的初步设计
拉深模具在单边压力机上拉深,压边圈采用平面式的,坯料用压边圈的凹槽定位,凹槽深度小于1mm,以便压料,压边力用弹性元件,模具采用倒装结构,出件时用卸料板顶出。
因为毛坯为圆形,所以只需要在凹模相应位置加工出毛坯直径大小的沉头即可,这种定位方法定位可靠且结构简单。
此次设计工序为一次拉深,因此选用单工序拉深模。
顶件的作用是将制件从凹模中顶出来(凹模在上)。
设计在上模的弹性顶件装置,通过凹模下压使弹性元件在冲压时储存能量,模具回程时顶件器的弹性元件释放能量,顶件块将制件从凹模中顶出。
顶件块的形状和顶杆的位置应根据被顶材料的尺寸和形状来确定。
模具采用弹性卸料。
由于此拉深模为非标准形式,需要计算模具的闭合高度。
其中各模具的尺寸需按国家标准取值。
模具的闭合高度为
H模=H上模座+H压边圈+H固定板+H下模座+25mm
式中25mm是模具闭合时,压边圈与固定板之间的距离。
取H上模=(45+8+14+30)mm=97mm,取H压边圈=20mm.H固定板=20mm,H下模座=55mm,则模具的闭合高度为:
H模=97+20+20+55+25=217mm
模具的总装简图如下图所示。
图4初定装配简图
四、设备的选择
设备的工作行程需要考虑工件成型和方便取件。
因此,工作行程2.5
h=2.5
14.8=37mm。
由前面的计算,根据压力机型号,确定选择JA21-35压力机。
技术规格如下。
表2压力机参数
规格
数值
公称压力kN
350
工作台尺寸mm
左右
380
滑块行程mm
130
前后
610
滑块行程次数r/min
50
工作台孔尺寸mm
200
最大封闭高度mm
280
290
封闭高度调节量mm
60
直径
260
滑块中心线至机身距离mm
205
模柄孔尺寸
深度
70
立柱间的距离mm
428
工作台板尺寸mm
厚度
五、关键零件的设计
1凸模的结构设计
因为该拉深件为结构形状简单的圆形件,因此采用凸模固定板来固定的形式(台肩固定)。
而凸模固定板则靠两个对称的销钉定位,同时靠三个均匀分布的螺栓来固定。
为避免精加工面太多,故在凸模与凸模固定板的接触面开退刀槽。
凸模与凸模固定板之间的配合为过渡配合。
装配图中要标。
如下图所示:
图5凸模示意图
1.1凸模的尺寸设计
凸模的长度L应根据模具的结构确定。
采用固定板,无卸料版和导尺时,固定板厚度为
(凸模固定板的厚度应取其凸模设计长度L的40%),凸模附加长度(凸模进入凹模的深度)
及模具闭合状态下凸模固定板至凹模上表面的安全距离
。
2凹模的结构设计
因为该拉深件为结构形状简单的圆形件,因此采用凹模固定板来固定的形式(台肩固定)。
而凹模固定板则靠两个对称的销钉定位,同时靠三个均匀分布的螺栓来固定。
凹模与凹模固定板之间的配合为过渡配合。
图5凹模示意图
2.1凹模外形尺寸的确定
凹模的外形尺寸是指凹模的厚度H、厚度H与外径D(圆形凹模)。
凹模板的厚度直接关系到模具的使用。
厚度过小,影响凹模的强度和刚度;
厚度过大,会使模具的体积和闭合高度增大,从而增加模具的质量。
外径D选择直接与厚度有关,同时也是选择模架外形尺寸的依据。
通过查表可知:
凹模厚度H=k*b1,查表知:
k=0.25所以H=77*0.25=19.25mm
凹模壁厚C=2*H=38.5mm
3顶件导向零件的确定
3.1顶件装置的确定
模具采用弹性卸料,刚性打件,并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。
3.2导向方式的确定
常用的模架有:
滑动式导柱导套模架、滚动式导柱导套模架。
模架有上、下模座和导向零件组成,是整副模具的骨架,模具的全部零件都固定在它的上面,并承受冲压全过程的全部载荷。
模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。
上、下模间的精度由导柱、导套的导向来实现。
主要模架形式有:
对角模架:
由于导柱安装在模具的中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳,常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
后侧导柱模架:
由于前面和左右不受限制,送料和操作比较方便,因导柱安装在后侧,工作时偏心距会造成导柱导套单边磨损,并且不能用浮动模柄结构。
中间导柱模架:
导柱安装在模具的对称线上,导向平稳,准确,但只能在一个方向送料。
四导柱模架:
具有平稳、导向准确可靠、刚性好等优点,常用于冲压尺寸较大或精度较高的冲压件。
滚动式导柱导套模架的导向精度高,使用寿命长。
主要用于高精度、高寿命的精密模具及薄材料的冲裁模具。
根据标准模架的选择,为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该单工序拉深模采用中间导柱的导向方式用GB/T2851-2008L=280mm,B=200mm,H=220~260mm,Ⅰ级精度的滑动导向中间导柱。
3.3导柱导套的选用
模具选用中间导柱标准模架,可承受较大的冲压力。
为防止装模时,上无转
装配,将模架中两对导柱与导套制作成粗细不等:
导柱
分别为
;
GB/T2861.1
导套
GB/T2861.3
六、装配图
七、总结
这次冲压设计相当充实,因为它与其他四门课程设计同时进行。
首先感谢周老师认真看我们设计的模具。
坦率的说,我是年级里少数几个自己设计的同学,由于时间紧迫,有几个好朋友复制了我的设计。
是好朋友,我不好意思拒绝。
但我可以保证,我解答了他的所有问题。
间接上帮助了他们复习知识。
个人浅薄的认为,老师今后布置多样一点的题目,别全年级只有三个题目,自己做的同学压力太大了,大量跨班的复制。
至少各班题目不同,同班数据不同。
老师的数据根上一届的题目一模一样。
回到主题,自己的设计还有很多不完善的地方,个别尺寸没有查国标。
真心体会到3D建模的优势,因为有插件,查国标方便,可节约大量时间,且导出的二维图正确无误。
今后自己会好好学习solidworks。
模具设计里面所包含的东西繁多,在设计的过程中极其需要耐心,翻手册的耐心。
而且还需相当细心。
才能确定其设计尺寸与机构。
通过在设计,我清楚的认识到自己在平时学习中的不足,特别是觉得对手册的了解远远不足,查表翻书过程中耽误了太多时间,通过这么一次彻头彻尾的课程设计,有助于巩固知识。
而且这样的实践性学习,不容易遗忘。
由于自己想考研,刚开始自己也不愿花太多时间。
但随着设计的深入,我越来越认真,越来越想看到最终陈果。
所以我得出结论:
设计是有瘾的。
最后,再次感谢周老师对我们的教导。
今天我们以是周老师学生为荣,争取明天周老师以我们为荣。
参考文献
[1]王秀凤,张永春.《冷冲压模具设计与制造》.北京航空航天出版社,2008
[2]伍先明,刘厚才.《冲压模具设计指导》.国防工业出版社,2009