毕业设计论文链节零件冲孔切断弯曲级进模的设计与制造精品Word格式.docx
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因为尺寸均为未标注公差的自由尺寸,故在冲压工序中可按IT14级来确定。
查附录一①可得各零件尺寸公差为:
外形尺寸:
230-0.528.30-0.3634.60-0.62
内形尺寸:
1.8+0.250
第二章成形工艺方案确定
各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
(无导向)(有导向)
级进模
复合模
零件公差等级
低
一般
可达IT13~IT10级
可达IT10~IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.1~6mm可加工复杂零件,如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制,尺寸可以较大,厚度可达3mm
零件平面度
中小型件不平直,高质量制件需较平
由于压料冲件的同时得到了较平,制件平直度好且具有良好的剪切断面
生产效率
较低
工序间自动送料,可以自动排除制件,生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上,必须手动或机械排除,生产效率较低
安全性
不安全,需采取安全措施
比较安全
模具制造工作量和成本
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时,比复合模低
冲裁较复杂零件时,比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂,精度要求较高,平直度要求高的中小型制件的大批量生产
方案一:
冲孔—落料—卷圆—弯曲。
单工序模生产。
方案二:
冲孔—落料—卷圆、弯曲复合冲压。
复合模生产。
方案三:
冲孔—落料—卷圆、弯曲级进冲压。
级进模生产。
根据分析结合表分析:
方案一模具结构简单,制造周期短,制造简单,但需要两副模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具,制件精度和生产效率都较高,且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高,板料的定位精度比方案三低,模具轮廓尺寸较小。
方案三只需一副模具,生产效率高,操作方便,精度也能满足要求,模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。
由于产量很大,对模具寿命有很高的要求,通过对上述三种方案的分析比较,决定用方案三进行生产。
根据零件形状和级进模工艺方案设计原则确定,成形时,再冲掉废料后要完成预弯、打弯、以及整形等工序,最后落料得到整个零件。
运用Dynaform软件对零件的重要成形工位进行了仿真分析,可以帮助确定坯料的形状和尺寸,通过模拟可知(见图2),卷圆前,由于压边圈只能垂直方向压料,周围没有载体来平衡材料向产品圆弧流动的侧向不均匀阻力,最后可能导致产品两法兰边缘平面不平行(见图2箭头1、2所指)。
图2弯曲工位的数值模拟分析
据此,在设计排样时,在零件的两边增加了2条宽1.3mm的中载体,以提高成型后法兰边缘平面的平行度,同时也增加了条料的刚度,使条料送进更加平稳。
无芯卷圆是整个卷圆工序的重点,首先要预弯圆弧,然后弯曲底部圆弧,最后再进行无芯卷圆(见图3)。
图3无芯卷圆示意图
第三章排样的设计
1、坯料展开尺寸的计算
在计算复杂零件展开尺寸时,传统上是根据初算尺寸用线切割切出性形状,再反复试模修正尺寸,直到符合产品要求,不仅效率低,而且成本高。
由于该零件形状复杂,不对称,按传统方法计算展开尺寸偏差较大,现借助有限元模拟,可以帮助确定产品形状与展开尺寸。
图4为最后的坯料展开形状和主要尺寸。
图4通过模拟确定的展开尺寸
2、排样方式的选择
由链节形状可以确定级进模的主要工序有冲孔、落料、卷圆、弯曲等,而载体设计和无芯卷圆工序设计是模具设计的难点。
根据零件图,可初步拟定如图5所示的2种工艺方案。
采用横排排样,成型工艺为:
冲孔—冲废料—冲轮廓废料—撕口—预弯—打弯—打弯整形—冲孔整形—冲孔—落料(见图5
(1))
采用竖排排样,成型工艺为:
冲导正孔—冲孔—冲废料—冲废料—撕口—预弯—打弯整形—冲孔整形—冲孔—落料(见图5
(2))
(1)方案一
(2)方案二
因方案二操作不便,且料宽比方案1增加10mm,故最终选用方案一。
3、裁板方法
此链节零件冲压既有冲裁又有弯曲,因此必须遵从冲裁排样和弯曲排样的原则,最终确定的零件排样设计如图6所示。
图6排样图
1.冲孔2.冲废料3.冲轮廓废料4.撕口5.预弯
6.打弯7.打弯整形8.冲孔整形9.冲孔10.落料
4、搭边值和料宽的确定
搭边的作用是补偿定位误差,防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。
由表2-13[1]差得侧面的搭边值a1=4mm,工件间的搭边值a=5mm。
但是考虑到条料的宽度较大,为保持条料有一定的强度和刚度,保证送料顺利进行,取a=5.5mm。
一般情况下条料的宽度
B=D+2a
其中B—条料的宽度(mm)
D—工件垂直于送料方向上网最大尺寸(mm)
a1—侧搭边(mm)
故条料的宽度B=34+2×
5.5=45mm.
5、计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率,它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
η=A/BS×
100%
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积;
B—条料宽度;
S—步距;
η=1478.7÷
(45×
53)×
100%=62%
第四章冲裁力、弯曲力、压件力压力机的选择和压力中心的确定
1.冲裁力
模具共有2个冲裁区,冲裁力由下式计算。
式中:
—冲裁力(N);
—冲裁件周边长度(
);
—材料厚度(
),t=1;
—材料抗剪强度(MPa),
=500
各冲裁区只是冲裁线的长度不同,材料抗剪长度和材料厚度均相同,用上式可分别计算各冲裁区的冲裁线长度和冲裁力,见表4-1。
表4.1冲裁线长度和冲裁力
部位
第3工位
243.69
97476
第9工位
188.864
75545.6
总计
173021.6
2、弯曲力
弯曲力公式
=0.6kBtt
/(R+t)(4-14)《冲压工艺与模具设计》
式中
—自由弯曲力(
—弯曲件宽度(
),B=34.6+4.3+8.3
t—弧曲件材料厚度(
)t=0.8
—弯曲件内半径(
),R=0.1t=0.08
—材料抗拉强度,
—安全因数,
=0.6×
1.3×
(34.6+6.3+8.3)×
0.8²
×
350/(0.08+0.8)=9768.44(N)
3、卸料力
卸料力不仅是设计卸料板是的重要参数,它还是冲小孔是,影响凸模使用寿命的一个主要因素。
合理地确定卸料力可以使模具结构紧凑和保证冲裁生产过程的稳定。
生产上常以经验公式来估算卸料力F卸即
F卸=0.05×
173021.6=8651.08(N)
K卸料力系数,查《模具设计使用手册》查得K=0.05~0.08取K=0.05
4、推件力
查《模具设计使用手册》查得
(N)
K—卸料力系数,查《模具设计使用手册》查得K=0.05~0.08取K=0.05
F推=5×
0.05×
173021.6=43255.4(N)
5、压力机的选择
冲裁时,压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时各工艺力的总和F总
根据所设计的模具,选用弹压卸料装置和下出件的模具时:
F总=173021.6+9768.44+8651.08+43255.4
=634696.52(N)
根据计算冲压设备可选用800KN曲柄压力机。
6、压力中心的确定
在多工位级进模中,由于各个工位的闭合时间不同,因此压力中心是呈一种动态变化。
为了便于计算,可根据级进模工作时的极限位置来计算极限位置的压力重心。
根据排样图6可用解析法来求压力中心,直线段的重心既是该线段的中心,圆弧的长度和重心可按下式来求得:
l=2ra/57.29[4]
y=
式中l——圆弧的展开长度(mm);
R——圆弧的半径(mm);
A——中心半角(°
y——圆弧重心与圆心距离(mm)。
图7圆弧重心的位置
所以压力中心坐标(
)
=
=56.90mm
=0
第五章冲裁间隙
设计模具时一定要选择合理的间隙,以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求,所需冲裁力小、模具寿命高,但分别从质量,冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值,只是彼此接近。
考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙,只要间隙在这个范围内,就可以冲出良好的制件,这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin,最大值称为最大合理间隙Cmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大,故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。
冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响,此外,冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。
冲裁过程中,凸模与被冲的孔之间,凹模与落料件之间均有摩擦,间隙越小,模具作用的压应力越大,摩擦也越严重,而降低了模具的寿命。
较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小,并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制,虽然提高了模具寿命而,但出现间隙不均匀。
因此,冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。
用理论方法确定合理间隙值:
Z=
(3-1)《冲压工艺与模具设计》
式中t—材料厚度
—产生裂纹时凸模挤入材料深度,单位mm
—产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度
—剪切裂纹与垂线的夹角
通过计算Z=0.072mm.0
第六章模具结构形式的确定
1、模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采用级进模方式冲压,所以模具类型为级进模
2、操作方式
零件的生产批量为大批量,为提高生产效率,可用自动送料机构送料,既要满足生产要求,又可以降低生产成本,提高经济效益。
3、出件方式
采用推件出料
4、确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式,即由左向右送料。
5、确定导向方式
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于樢向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制,送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧,工作时,偏心距会造成导套导柱单边磨损,严重影响模具使用寿命,且不能使用浮动模柄。
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件,以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四:
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上,导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式,为提高模具寿命和工件质量,该级进模采用四导柱的导向方式,即方案三最佳。
模架的导向装置是指在上下模座上安装了主要由导柱、导套等零件组成的导向副,有了它们,可以使得上下模相对运动时,对应位置始终沿着一个正确的方向运动,从而达到精密冲压的目的。
这里选用滚动导向装置,即在导柱和导套之间加一层钢球保持圈,使得导柱、滚珠、导套间不但没有间隙还有0.01-0.02mm的过盈量。
同时为了控制保持圈不脱离导柱,或是将保持圈的活动量控制在一定的范围内,这时滚动式导柱结构有了一点变化,如图8所示:
图8滚动保持圈控制式导柱
1、6——轴用弹性挡圈;
2——限位帽;
3——导柱;
4——螺塞;
5——导轴;
7——钢球保持圈
第七章冲孔刃口尺寸计算
按下面关系选取。
工件精度IT10以上x=1
工件精度IT11~IT13x=0.75
工件精度IT14x=0.5
δA、0.5δA、δA——凹模制造偏差,通常取δA=△/4。
系数x选取
料厚t(mm)
非圆形
圆形
x=1
x=0.75
x=0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
>4
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
对于形状复杂或料薄的冲压件,为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值,必须彩用配合加工。
此方法是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件),然后依此为基准再按最小合隙配作另一件。
这种加工方法的特点是:
(1)模具的冲裁间隙在配制中保证,不需受到︱dP︱+︱dd︱≤2Zmax-2Zmin条件限制,加工基准件时可适当放宽公差,使工容易。
根据经验,普通冲裁模具的制造偏差dP或dd一般可取△/4(△为制件公差)。
(2)尺寸标注简单,只在基准件上标注尺寸和制造公差,配制件只标注公称基本尺寸并注明做所留的间隙值。
但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。
尺寸(凸凹模刃口尺寸)。
在计算复杂形状的凸模、凹模工作部分的尺寸时,其各部分尺寸在模具工件时磨损性质不同,一个凸模或凹模会同时存在着三类不同磨损性质的尺寸:
①第一类尺寸—凸模或凹模磨损会增大的尺寸;
②第二类尺寸—凸模或凹模磨损后会减小的尺寸;
③第三类尺寸—凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸。
根据查《冲模设计应用实例》书,表2-10落料、冲孔模刃口始用间隙:
冲裁模初始双面间隙Zmax=0.104mmZmin=0.072mm。
未标公差的毛坯尺寸按照IT14级精度计算,也可查《冲模设计应用实例》书末附录D1。
根据《冲模设计应用实例》书中的附录查得零件各尺寸公差为:
1、落料凹模的基本尺寸:
280-0.52260-0.52450-0.626.60-0.36230-0.528.30-0.3634.60-0.62
以上尺寸为第一类尺寸
280-0.52对应凹模尺寸为(28-0.5×
0.52)0+0.52/4=27.740+0.13mm
260-0.52对应凹模尺寸为(26-0.5×
0.52)0+0.52/4=25.740+0.13mm
450-0.62对应凹模尺寸为(45-0.5×
0.62)0+0.62/4=44.690+0.155mm
6.60-0.36对应凹模尺寸为(6.6-0.5×
0.36)0+0.36/4=6.420+0.09mm
230-0.52对应凹模尺寸为(23-0.5×
0.52)0+0.52/4=22.740+0.13mm
8.30-0.36对应凹模尺寸为(8.3-0.5×
0.36)0+0.36/4=8.120+0.09mm
34.60-0.62对应凹模尺寸为(34.6-0.5×
0.62)0+0.62/4=34.290+0.155mm
22.70+0.52为第二类尺寸,其对应的凹模尺寸为
(22.7+0.5×
0.52)0-0.52/4=22.960+0.13mm
16.750-0.43为第三类尺寸,其对应的凹模尺寸为
(16.75-0.43+0.5×
0.43)+-0.125×
0.43=16.535+-0.05375mm
落料凹模的基本尺寸与凸模相同,同时在技术条件中注明:
凹模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配置,保证间隙在0.072~0.104mm之间。
2、冲孔凸模的基本尺寸:
Ф1.80-0.25对应凸模尺寸为(1.8+0.5×
0.25)0-0.25/4=1.9250+0.0625mm
冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同,凹模刃口尺寸与冲孔凹模刃口实际尺寸配置,保证间隙在0.220~0.320mm之间。
第八章主要零件的设计
1、冲孔凸模
凸模材料选用Cr12MoV,凸模刃口淬火硬度为HRC58~60,尾部回火至40~50HRC。
此凸模为圆形凸模所以凸模的固定方式使用阶梯固定方式,如图所示
凸模长度计算:
模具采用固定卸料装置根据公式
L=
+h2+t+h
式中L—凸模长度
—凸模固定板厚度
—卸料板厚度
t—材料厚度
L=16+14+4+20=54mm
h为附加长度,包括凸模的修磨量,凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离,一般为15~20mm。
2、冲孔凹模
凹模的刃口形式:
查《冲压工艺与模具设计》冲孔凹模采用形刃口形式。
,
此凹模固定采用螺钉和销钉直接直接固定在支撑板上
凹模大小按照固定板和垫板的大小
冲孔凹模凹模厚度
公式H=kb
式中k—系数
b—凹模刃口最大尺寸
(查表取K=0.35)
凹模厚度系数K
S/mm
材料厚度t/mm
≤1
>1~3
>3~6
≤50
0.30~0.40
0.35~0.50
0.45~0.60
>50~100
0.20~0.30
0.22~0.35
0.30~0.45
>100~200
0.15~0.20
0.18~0.22
0.22~0.30
>200
0.10~0.15
0.12~0.18
0.15~0.22
取凹模厚度H=0.35×
45=15.75mm
凹模边壁厚:
c≥(1.5~2)H=(1.5~2)×
15.75=(23.625~31.5)mm
取H=18mmc=30mm
凹模板宽度:
B=45+2c=(45+2×
30)mm=105mm
根据排样图、螺钉、销钉及卸料螺钉的布局,可求L=53×
9+2×
4=485mm
查标准JB/T-6743.1-94:
凹模板长度:
L取500mm(送料方向)
故确定凹模板外形为:
500×
125×
20(mm)。
3、弯曲凸模、凹模的设计
1)弯曲凸凹模的圆角半径
(1)此弯曲件的相对弯曲半径较小,所以凸模的圆角半径就取弯曲件的弯曲半径0.5t
(2)
凹模圆角半径
材料厚度t
2-4
凹模圆角半径r
(3-6)t
(2-3)t
2t
因为弯曲件的相对弯曲半径较小,所以据表取凹模的园角半径为3t
2)弯曲凹模深度
弯曲U件的凹模深度
值
弯曲件变长L
材料厚度
1-2
4-6
4-10
50
15
20
25
30
35
50-75
40
75-100
100-150
150-200
45
55
65
据表,弯曲凹模深度取15
3)弯曲凸模与凹模间的间隙
式中Z——弯曲模的凸、凹模单边间隙
t——工件材料厚度
——工件材料的最大厚度
C——间隙系数(查《冲压工艺与模具设计》表4-13得0.05)
Z=0.15﹢0.05×
0.15=0.1575mm
4、定位零件的设计
(1)导正销的设计
使用导正销的目的是对已冲孔的条料在落料前导正孔位,补偿微小的送料进给误差,保证空与外形相对位置公差的要求。
导正销通常与挡料销配合使用,导正销进行精定位,固定挡料销作粗定位。
凸模固定板上设置一个导正销,借用工件上中间孔ø
5mm作导正孔。
导正销导正部分与导正孔采用
的配合。
规格为ø
5mm×
48mm。
采用T8A钢制作,热处理硬度为56~60HRC,有较高的耐磨损性。
(2)导料板的设计
导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导板与条料之间的间隙取1mm,查《冷冲压工艺及模具设计》表2-30知:
导板的厚度为8mm,采用45钢制作