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弹簧片冲压模具设计说明书

扬州市职业大学

模具设计与制造综合实训

 

课程设计题目弹簧片冲压模具设计

 

院系机械工程学院

专业班级09模具

(2)

姓名徐亚

学号**********

指导教师孙庆东

 

2011年12月08日

 

摘要

随着冲压模具行业的不断发展,各种产品的设计和产品的最终形成越来越与之密切相关。

本文针对弹簧片冲压模具设计的应用进行阐述。

该模具设计首先对弹簧片零件结构进行工艺分析和工艺方案的优化选择,然后进行模具结构形式的确定,排样图设计,总的冲压力计算(计算了冲压过程中所需要的各种冲压工艺力,包括落料力、卸料力、压边力、弯曲力、顶料力等,并对压力机进行了合理的吨位初选)及压力中心计算,刃口尺寸计算,弹簧、橡胶件的计算和选用,凸模、凹模或凸凹模结构设计以及其他冲模零件的结构设计,绘制模具装配图和工作零件图。

该零件的制造采用级进模具分步进行,通过下料、冲孔(冲Φ6孔)、切边(先切左边后弯后切右边)、弯曲(先预弯再弯曲)、落料、检验对弹簧片零件进行加工。

这几部工艺用一种模具对同一工件进行生产,减轻模具的复杂度和模具设计的经济成本。

关键词:

弹簧片;级进模;工艺分析

 

引言(绪论)

一、冲裁件工艺性分析8

二、确定冲压工艺方案9

三、确定模具结构形式9

四、工艺计算9

1.计算毛坯尺寸9

2.排样图设计10

3.计算材料利用率η11

4.冲压力计算12

5.初选压力机13

6.计算压力中心15

7.步距精度计算15

8.凸、凹模刃口尺寸计算17

9.卸料板孔口尺寸计算18

10.凸模固定板孔口尺寸计算20

五、填写冲压工艺卡21

六、模具结构设计21

1.凹模设计 21

2选择模架及其他冲模零件尺寸设计 22

七、模具总装配图及零件图22

八、校核压力机安装尺寸22

九、编写技术条件22

十、凹模零件加工工艺设计22

1.工艺性分析22

2.模具材料及热处理分析23

3.重要技术条件要求23

4.拟定工艺路线23

5.选择毛坯的制造方式24

6.制定凹模零件的工艺规程24

7.漏料孔的加工24

8.锻件毛坯下料尺寸与锻压路线确定25

小结25

致谢 26

参考文献26

绪论

本次实训设计的零件是弹簧片,弹簧片是主要用于机械工业和汽车工业中的附属零件。

该冲件外形为矩形冲压弯曲件,内形状有一孔,冲制件的主要特点主要是尺寸精度一次性要求好,冲件弯曲不应有回弹。

另外该冲制件生产批量大,因此,本设计为了达到冲制件高的技术要求和大批量生产的目的,采用精密多工位级进模在精密高速冲床上进行冲制。

精密多工位级进模具有冲制精度高、生产效率高、模具使用寿命长的特点。

实训课题紧密结合企业生产发展的需要。

通过本次实训应达到以下目的:

掌握一般多工位级进模的设计步骤;基本掌握一般多工位级进模排样图设计方法;掌握一般多工位级进模常用的结构特点;基本掌握一般多工位级进模主要零件设计方法;基本了解多工位级进模主要零件加工方法;能独立解决在设计中遇到的一般技术问题。

通过本次实训达到训练的目标有:

AutoCAD设计绘图能力的训练;多工位级进模设计能力的训练;查阅模具标准件资料能力的训练。

并通过翻译一篇与模具设计内容有关的英文资料,了解国外模具的发展趋势。

目前,我国一些厂家自己通过摸索制造出了冲压超薄料的级进模,促进了产品向小型化,多功能化,多方向的发展。

目前,美国、西欧、日本等世界发达国家,生产片式钽电容载带因其设计制造模具的结构工艺不同,而代表着两种发展趋势。

以美国为代表的西欧国家,模具结构采用整体拼装,制造工艺简单,且他们的加工精度较高,制造周期短,但模具维修费用高,寿命低。

以日本为代表的亚洲国家和地区,模具结构采用分体嵌拼,制造工艺复杂,尤其是微型零件的精细加工技术,因而模具成本高,但模具维修简便、寿命高。

在国内,用现代冲压技术冲制零件的加工方法正在逐步发展起来。

用现代冲压技术来冲制零件与原来用普通模具及设备冲制零件相比较,具有冲制零件自动化程度高,尺寸精度高,模具使用寿命长等特点,适合于冲制的大批量生产。

由于多工位级进模是集众多加工工序与一副模具上的冲制。

现在国内外精密冲压设备是向高速度,精密化,长寿命方向发展,特别是近年来精密高速冲床发展很快,在提高冲制件生产效率方面发挥重大的作用。

高速精密冲床在设计方面比较先进,制造精度又高,适合与多工位硬质合金级进模的高速冲压,可以大大提高级进模的使用寿命。

本实训的工作内容是多工位级进模的排样图设计;总装图设计;工作零件设计;卸料板、导料装置以及主要工作零件和板料零件的制造工艺编制。

在充分分析本件结构和了解多工位级进模常用机构及工作原理的基础上,合理并完成本件的精密多工位级进模设计。

级进模是在一副模具内按所加工的零件分为若干个等距离工位,在每个工位上设置一定的冲压工序,完成冲压零件的某部分加工。

被加工材料(条料或带料)在送进机构的控制下,经逐个工位冲制后,便得到一个完整的冲压零件或半成品。

这样,一个比较复杂的冲压零件,用一副多工位级进模即可冲制完成。

在一副多工位级进模中,可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成型、等工序。

一般地说,无论冲压零件的形状怎样复杂,冲压工序怎样多,均可用一副多工位级进模冲制完成。

它是精密、高效、多工位的模具,其结构比较复杂,设计与制造周期也比较长,因此对其使用也有较高的要求。

冲裁级进模相对于其它的冲压模具,如单冲模、复合模等具有生产率高,精度高的特点。

同时构成级进模的零件数量多、结构复杂,凸模位置、凹模孔等位置精度要求高。

因此一般应采用导向机构。

它的结构及工艺都比较复杂。

级进模,尤其是多工位级进模,配合高速冲床,实现高速自动化作业,能使冲压生产效率大幅度提高。

多工位级进模按设计方法分类。

可以分为封闭形孔连续式级进模和分断切除多段式级进模。

按级进模包含的冲压工序性质分类,多工位级进模中有冲裁、弯曲、拉深、成型几种工序,而冲裁是最基本的加工内容,冲裁多工位级进模是多工位级进模的基本形式。

由冲裁分别包含弯曲、拉深多工位级进模、冲裁成形多工位级进模。

由于冲裁分别包含弯曲、拉深成形某两面种工序,则有冲裁弯曲拉深多工位级进模、冲裁弯曲成形多工位级进模、冲裁拉深成形多工位级进模。

由几种冲压工艺交全在一起则有,冲裁、弯曲、拉深、成形多工位级进模。

多工位级进模有很多优点。

然结构相当复杂,制造精度比一般模具要求高得多。

为此一个零件是否要采用多工位级进模应考虑以下条件:

一、对机床设备和技术力量的要求。

1、要有能够对多工位级进模进行维修、刃磨的技术力量。

2、冲压应当具有能够承爱多工位级进模连续作业的足够的刚性、功率和精度。

要有较大的工作台面,以及良好可靠的制动系统。

二、要有质量稳定的被加工材料。

由于多工位级进模的被加工零件有弯曲、拉深、成形等加工内容,所以选定的被加工材料牌号应当适宜。

其机械性能必须相对稳定。

对于材料厚度为A_B级精度。

其所用材料为带料。

必须提出材料宽度公差和料边平直度,因为它们将直接影响冲制效果和条料的条件。

三.冲件应具有适用于多工位级进模冲制的条件。

1、被加工零件的产量和批量足够在。

2、多工位级进模在材料利用率这一因素上比其它模具都要低,由于送料精度和名工步之间和累积误差,不至使零件精度降低。

3、零件的形状异常复杂,经过冲制后有便于再单独重新定位的零件。

4.对于某些形状特殊的零件,在使用简易冲模或复合模都无法设计模具或制造模具的情况下,采用我工位级进模却能解决问题。

5、同一产品上的两个冲压零件,其某些尺寸间有相互关系,甚至有一定配合关系,在材质料厚完全相同的情况下,多数采用多工位级进模。

因此在设计多工位级进模时要注意以下方面。

1、要合理地确定工步数:

连续模的工步数等于分解的单工序之和,如冲孔—落料连续模的工步数,通常是等于冲孔与落料两个单工序之和。

但为了增加冲模的强度和便于凸模的安装,有时可根据内孔的数量分几步完成。

其工步数的确定原则,主要是在不影响凹模强度的原则下,其工步数选用得越少越好,工步数越少,累积误差越小,则所冲出的工件尺寸精度越高。

    2、在冲孔与落料工序次序安排时,应把冲孔工序放在前面,这样不但可以确保带料的直接送进,而且又可借助冲好的孔来作为导正定位孔,以提高工件的精度。

但在与某些弯曲后的尺寸或某突出部分位置成关联尺寸时,就要根据实际确定冲孔的位置。

    3、在没有圆形孔的工件中,为了提高送料步距的精度,可以在凹模的首次步序中设计有工艺孔,以使此工艺孔作为导正定位,提高冲件精度。

但作为现在的模具设计中,我们对一些精密件的冲压已经逐步或全部采用了外框式的导料带。

这样有利于保证复杂工件的加工精度。

    4、同一尺寸基准的精度要求较高的不同孔,在不影响凹模强度的情况下,应安排同一工步成形。

    5、尺寸精度要求较高的工步,应尽量安排在最后一工序,而精度要求不太高的工步,则最好安排在较前一工序,这是因为工步越靠前,其积累误差越大。

    6、在多工步的连续模具中,台冲孔、切口、切槽、弯曲、成形、切断等工步的安排次序,一般应把分离工序如冲孔、切口、切槽安排在前面,接着可安排弯曲、拉深成形工序,最后再安排切断及落料工序。

    7、冲不同形状及尺寸的多孔工序时,尽量不要把大孔与小孔同时放在同一工步上,以便修模时能确保孔距精度。

    8、在设计时,若成形及冲裁在同一冲模上完成,则成形凸模与冲裁凸模应分别固定,面不要固定在同一固定板上。

尽量把成形凸模固定在脱板上面。

后面加装背板。

    9、在设计时,要使各工步已成形部分不受破坏,使带料保持在同一送料线上。

    10、对于工序步数很多且带有较多弯曲工步的模具,其凹模刃口应尽量采用入块结构,可实现快速更换和修磨。

    11、针对凸模的固定方式,在实现连续冲压时,要采用挂台和反压块的固定方式,以保证在连续冲压中不会发生凸模掉下而损坏模具的事项。

    12、在模具结构强度和位置允许的情况下。

多工步的模具要尽量采用浮动导料销。

    13、切边的接口形式。

在连续模中,最好采用半圆切口

14、在产品是基准孔的圆孔,一般情况下应在与导正孔同一工步冲切。

如果圆孔边距比较小的时候而孔尺寸有要求,应先切外形,再冲孔

一.工艺分析

制件如图所示,材料为45钢,料厚1.5mm,制件尺寸精度为自由公差,年产量为一般批量。

弹簧片

t=1.5mm

材料:

45钢

未注倒角:

0.5mm

该制件形状简单,尺寸较小,厚度适中,大批量生产,属于普通冲压件,但应注意几点:

1).φ6孔壁距仅为3mm,在设计模具时应加以注意。

2).制件两边有圆形的非对称弯曲,控制回弹是关键。

3).制件不大,从安全考虑,要采取适当的取件方式。

4).有一定的批量,应重视模具材料和结构的选择,保证一定的模具寿命,防止模具在使用过程中成型部分和其他结构部分过早的失效。

 

二.工艺方案的确定

根据制件工艺性分析,其基本工序有落料、冲孔和弯曲三种。

按其先后顺序组合,可得如下5种工艺方案:

(1).落料——弯曲——冲孔,单工序冲压。

(2).落料——冲孔——弯曲,单工序冲压。

(3).冲孔——切边——弯曲——落料,单件复合冲压。

(4).冲孔——切边——弯曲——落料,单件连续冲压。

方案

(1)

(2)属于单工序冲压。

由此制件生产批量较大,尺寸又相对较小,这两种方案生产率较低,操作也不安全,故不宜采用。

方案(3)属于复合冲压,由于制件结构尺寸较小,壁厚小,复合模装配较困难,强度也会受影响,寿命不高;又因冲孔在前落料在后,以凸模插入材料和凹模内进行落料,必然会受到材料的切向流动压力,有可能使φ6纵向变形,因此采用复合冲压,除解决了操作安全性和生产率问题外,又有新的难题,因此使用价值不高,也不宜采用。

方案(4)属于连续冲压,既解决了方案

(1)、

(2)问题,又不存在方案(3)的难点,所以此方案最为适宜。

见图所示。

三.模具结构形式的确定

因制件材料相对较薄,为保证制件平整,采用弹压卸料板。

它还可以对冲头起导向作用和保护作用。

为了方便送料和操作,选用双柱可倾压力机,纵向送料。

因该制件有弯曲部分,具有立体结构,所以采用弹性导料销,步距由自动送料机构来确定,所以还要增加引导针进行精确定位。

综上所述,由查表得到选用弹性卸料纵向送料典型组合结构形式,后侧导柱滑动导向模架。

四.工艺设计

1、计算毛坯尺寸

相对弯曲半径为

R1/t=7/1.5=4.67>0.5

R2/t=(5-1.5)/1.5=2.3>0.5

R3/t=1/1.5=0.67>0.5

式中R1——弯曲半径=7(mm)

R2——弯曲半径=3.5(mm)

t——料厚(mm)

可见,制件属于圆角半径较大的弯曲件,应先求弯曲变形区中性层曲率半径ρ(mm)。

由冲压模具设计与制造一书中中性层的位置计算公式

ρ=R+Xt

式中X---由实验测定的应变中性层位移系数。

坯料展开的长度公式为L直=Lab+Lbc+Lcd+Lde+Lef+Lfg

查冲压模具设计与制造一书中表3.4.1,当r/t=4.67,X=0.44,当r/t=0.67,X=0.28,当x/t=2.3,X=0.39。

LAB=π×130°/180°×(R1+Xt)=3.14×130°/180°×(7+0.44×1.5)=17.366

LBC=LDE=π×90°/180°×(R3+Xt)=3.14×0.5×(1+0.28×1.5)=2.23

LFG=π×(R2+Xt)=3.14×(3.5+0.39×1.5)=12.827

L直=LAB+LBC+LCD+LDE+LEF+LFG=17.366+2.23+24.83+2.23+2.5+12.827=61.983

≈62(mm)

2、排样图的设计

排样图的设计是设计多任务位级工进模的重要依据,条料排样图一旦确定,也就确定了以下几个方面:

(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)、确定了被冲制零件排列式样方位,并反映也材料利用率的高低。

]

(4)、决定了模具步距的公称尺寸和定距方式。

(5)、条料的宽度、纹向及送料方向的关系。

(6)、基本上确定了模具的结构等。

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。

在设计排样图时应有多种排样方案加以比较、归纳、综合,最后得出一个最佳方案。

是否为最佳方案,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,是否结合模具使用和制造单位的实际情况,是否便于使用、制造、维修和刃磨,是否经济合理。

1)、影响排样的因素

条料排样图直接关系到级进模设计。

因此在下面排样图的设计过程中,综合考虑了以下几个因素。

1、生产能力和生产批量。

在设计时国求使之平衡。

因此采用了双排排样,提高了生产效率和材料利用率。

2、送料方式。

因为采用了高速冲订冲制零件,所以选用自动适料方式。

3、冲压力的平衡。

在设计时考虑到冲压力的平衡,使冲压加工的压力中心和模具中心一致。

4、模具的具体结构和加工工艺性。

在设计排样图时,要考虑到模具的具体结构。

还要考虑到每一个环节,每一个具体部分的装配关系及装配顺序以至每部分的加工方案等。

5、被加工材料。

多工位级进模对被加工材料的要求很严格,在设计排样图时,材料的机械性能,材料厚度,条料宽度和材料纹向,材料利用率都要给予全面的考虑。

材料供料为成卷的带料供料可以进行连续、自动、高速冲压。

6、冲件的毛刺方向,

后极板零件的毛刺方向是一致的。

7、正确安排导正销孔。

导正销孔与导正销的位置安排对于我工位级进模的精确定位是很关键的。

多工位级进模在采用自动送料机构送料时,必须在条料排样图的第一工位冲出工艺性导正销孔,在第二工位及在以后每隔二至四个工位的相应位置设置导正销。

8、凹模应有足够的强度。

形孔之间的最小间隙应适当。

如下文排样图所示。

同时克服形孔薄弱环节。

在设计排样图时应避免形孔有尖的凸角狭糟细腰等薄弱环节,以保证凸模的强度。

也便于制造。

9、工位的确定与空位工位。

在条料排样图设计中,首先考虑被加工的零件在全部冲压过程中共分几个加工工位,是否设有空位,以及各工位的加工内容和各工位主要加工尺寸与精度。

①工位的确定。

应保证冲件精度要求和零件几何形状的正确。

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。

②空位工位于。

当条料每送到这个工位不作任何加工随着条料送进,以进入下一工位。

这样的工位称为空位工位。

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。

2)、弹簧片排样图的设计步骤

1、绘制成比例的零件图。

2、绘制条料排样图。

①首先根据已绘制的零件图的形状特点和已确定的排样方案单排、双排或多排,正排或斜排。

定出排样基准线

②按估计的工位数,以排样基准线为准划一排零件图,初步预计步距。

力求各段之间以搭接方式连接。

3、综合考虑产品各内孔外形和各分解加工成形内容,共分多少工位,以及各工位的具体加工内容。

4、按工位分布内容,绘出各工位形孔图,并考虑必要的空位工位。

5、在上述考虑的同时,应考虑条料载体形式,导正销孔的数量,与直径及其在条料上的位置,侧刃位置与数量,比而确定条料宽度。

6、在绘制好的条料排样图上应标注必要的尺寸,如条料宽度,步距公称尺寸,导正销直径等。

并且标注出工位序号或有效工位代号。

7、按上述方法得到几种不同方案,进行综合比较归纳得出一个最佳方案,作为多工位级进模的条料排样图。

3)、根据以上排样原则,设计排样图

因两端需要有切边工序,同时冲出时,容易出现压塌现象,所以两切边工序分为两个工步,故该制件需要有6个工步完成。

采用有侧压装置时条料的宽度和导料销之间的距离:

有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料销送进,按下式计算:

条料宽度B0-Δ=(Dmax+2a)0-Δ

导料销间距离A=B+C=Dmax+2a+C

式中Dmax——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;

a——侧搭边值,可参考冲压模具设计与制造表2.5.2;

Δ——条料的单向(负)向偏差,见冲压模具设计与制造表2.5.3、2.5.4;

C——导料销与最宽条料之间的间隙,其最小值见冲压模具设计制造表2.5.5。

确定排样方案后,Dmax=62(mm),查表得a=2,a1=1.8

B=62+2×2+2×2=70(mm)

所以查表得Δ=0.5。

B=700-0.5

查表得C=0.2,A=B+C=48+0.2=70.2(mm)

如图所示,画排样图。

查模具设计指导4-6,选板料规格2000mm×1000mm×1.5mm,每块可剪500mm×70mm规格条料57条,材料剪裁利用率达99.75%。

3、计算材料利用率η

文献【2】材料利用率通用公式:

η=A0/A×100%

式中A0——得到制件的总面积(mm²)

A——一个步距的条料面积(L×B)(mm×mm)

得η=﹙62×12-π×3²﹚/﹙17.8×70﹚=57.4%

4、计算冲压力

完成本制件所需要的冲压力由冲裁力、弯曲力及卸料力、推料力组成,不需要计算弯曲时的顶料力和压料力。

1)、冲裁力F冲——由冲孔力、切口力、切断力三部分组成。

由模具设计与制造冲裁力(N)的计算公式

F冲=KLtτ0或F冲=Ltσb

式中K——系数,K=1.3

L——冲裁周边长度(mm)

τ0——材料的抗剪强度(MPa)

σb——材料的抗拉强度(MPa)

由模具设计指导书4-12得σb取中间值600MPa。

(为计算方便)

F冲=600×1.5×[6×π+(62-7)×2+6×2]

=140.8KN

2).弯曲力F弯——为有效控制回弹,采用校正弯曲。

由文献[2]校正弯曲力F弯(N)的计算公式

F弯=Ap

式中A——变形区的投影面积(mm²)

P——单位校正力(MPa),查文献[2]表4-3单位校正力p值取p=60MPa

变形区投影面积A=51.98×62=623.76(mm²)

F弯=623.76×60=37.4(KN)

3).卸料力F卸和推料力F推——由文献【2】卸料力和推料力的计算公式

F卸=K卸F冲

F推=K推F冲n

式中K卸、K推——系数,查文献【2】表2-16卸料力、推料力的系数,得K卸=0.05,K推=0.055。

式中n是卡在凹模内的冲裁件(或废料)数,一般取3-5件,该设计取n=4件。

F卸=0.05×140.8=7.08(KN)

F推=4×0.055×140.8=30.98(KN)

所以F=F冲﹢F弯﹢F卸﹢F推

=(140.8﹢37.4﹢7.08﹢30.98)KN

=216.3(KN)

5、初选压力机

查文献【2】表1-18开式双柱可倾压力机(部分)参数,初选型号规格为J23-25。

6、计算压力中心

此设计图形相对规则,左右基本对称,采用解析法求多凸模的压力中心。

建立坐标系如图所示。

因为左右基本对称

所以XG=0,只需要求YG。

根据合力矩定理有

YG=﹙Y1F1+Y2F2+…+YnFn﹚/﹙F1+F2+…+Fn﹚

=﹙L1y1+L2y2+…+Lnyn﹚/﹙L1+L2+…+Ln﹚

=﹙0+(35.6+17.8﹚×[27.5×2+6+﹙27.5×2+6﹙27.5×2﹚×2+6+4+4]+89×﹙10×2+6×2﹚]﹚/﹙0+[27.5×2+27×2+6+4+4]×2+﹙10+6﹚×2

=31.56≈32﹙mm﹚

切口宽度方向尺寸可以比制件展开毛坯尺寸大0.5mm,目的是避免在切口工序时模具或条料的误差引起制件边缘毛刺的增大。

7、步距精度的计算

1)、基本步距的计算

级进模的步距是确定条料在模具中每送一次,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。

步距基本尺寸决定于冲件的外轮廓尺寸,和两冲件的搭边宽度。

弹簧片零件采用单排列,且排列方向和送料方向平行。

因此步距的基本尺寸

S=A+M(5-6)

A—工件外形尺寸

M—搭边宽度

后极板步距基本尺寸

S=12+4+1.8

=17.8(mm)

2)、步距精度的计算

步距的精度直接影响冲件的精度,由于步距的误差不仅影响分断切除余料,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。

多工位级进模步距精度经验公式

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—修正系数见模具设计指导书表3-1

弹簧片工件沿送料方向的最大轮廓尺寸是62mm。

在排样图中共分为6个工位。

原图规定工件为IT14精度,将IT14提高三级精度。

则尺寸62的IT11(级)公差值为0.016mm模具的双面冲裁间隙为0.08~0.10mm。

查模具设计指导书表3-1得k=1则后极板多工位级进模步距对称偏

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