压圈冲压课程方案说明书.docx
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压圈冲压课程方案说明书
冲压工艺与模具设计课程设计任务书
题目:
压圈的设计
内容:
<一)冲压件的工艺性分析
<二)确定工艺方案及模具机构形式
<三)模具设计计算
<四)模具总体设计
<五)模具主要零部件的结构设计
<六)冲压设备的选择
<七)绘制模具总装图
<八)拆画零件图
<九)设计总结
<十)参考文献
<一).冲压件的工艺性分析……………………………4
<二).确定工艺方案模具机构形式……………………4
<三).模具设计计算……………………………………5
<1)排样方式的确定及其计算
(2>计算凸.凹模刃口尺寸
<3)外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算
<4)冲压力的计算
<5)压力中心的计算
<四).模具总体设计……………………………………8
<五).模具主要零部件的结构设计……………………9
<1)落料凸、凹模的结构设计
<2)弹性元件的设计计算
<3)模架的设计
<六).冲压设备的选择…………………………………12
<七).绘制模具总装图…………………………………13
<八).拆画零件图………………………………………13
<九).参考文献…………………………………………14
冲裁模具设计
工件名称:
压圈
生产批量:
大批量
材料:
Q235
厚度:
2mm
工件简图:
如右图所示
(一>.冲压件的工艺性分析
该零件形状简单、对称,是由圆弧和直线组成的。
冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT11~IT14。
凡产品图样上没有标注公差等级或者公差的尺寸,其极限偏差数值通常按IT14级处理。
将以上精度与零件的精度要求相比较,可以为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证,其他尺寸标注、生产批量等情况,也均符合冲裁的工艺要求,故决定采用冲压方式进行加工。
经查公差表,各尺寸公差为:
φ42-00.62mmφ20+00.52mm22+00.52mm4+00.3mm
(二>.确定工艺方案及模具结构形式
该工件所需的冲压工序包括落料、冲孔两个基本工序,可以拟定出以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,后冲孔,采用单工序模分两次加工。
方案二:
落料-冲孔复合冲压,采用复合模加工。
方案三:
落料-冲孔级进冲压,采用级进模加工。
方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足顾客的要求,而且工件的累积误差大,操作不方便。
因为该工件大批量生产,所以方案二和方案三更具优越性。
·
该零件φ20mm×22mm的孔与φ42mm的最小距离为9mm,大于此零件要求的最小壁厚<4.9mm),可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模,复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证,且生产率也高,尽管模具结构比较复杂,但因为零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。
级进模虽生产率也高,但零件的冲裁精度稍差,欲保证冲压件的形位精度,需要在模具上设置导正销导正,故模具制造、安装较复合模复杂。
通过对上述三种方案的分析比较,该零件的冲压生产采用方案二的复合模为佳。
(三>.模具设计计算
<1)排样方式的确定及其计算
设计复合模时,首先要设计条料的排样图,因该零件外形为圆形,可采用有废料排样的直排比较合适。
参考《冲压工艺与模具设计》表2.8确定其排样方式为直排画出排样图
排样图
因为R=21﹥2×2查表2.9最小搭边值可知:
最小工艺搭边值a(侧面>=1.5mma1(工件间>=1.2mm分别取a=2㎜a1=2㎜
计算条料的宽度:
B=42+2×2=46mm
步距:
S=42+2=44mm
材料利用率的计算:
计算冲压件毛坯的面积:
A=π×R2=π×212=1384.74mm2
一个步距的材料利用率:
η=
=1384.74/46×44=68.4﹪
(2>计算凸、凹模刃口尺寸查《冲压工艺与模具设计》书中表2.4得间隙值Zmin=0.246mm,Zmax=0.360mm。
1)冲孔φ20mm×22mm凸、凹模刃口尺寸的计算
因为制件结构简单,精度要求不高,所以采用凹模和凸模分开加工的方法制作凸、凹模。
其凸、凹模刃口尺寸计算如下:
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.5得φ20mm凸、凹模制造公差:
δ凸=0.020mmδ凹=0.025mm
校核:
Zmax-Zmin=<0.360-0.246)㎜=0.114mm
而δ凸+δ凹=<0.020+0.025)㎜=0.045mm
满足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的条件
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.6得:
IT14级时标准公差△=0.52㎜,因为0.52>0.20所以磨损系数X=0.5,
按式<2.5)d凸=
=<20+0.5×0.52)-00.020=
mm
D凹=
=
=
mm
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.5得2.2mm×4mm的矩形凸、凹模制造公差:
δ凸=0.020mmδ凹=0.020mm
δ凸+δ凹=0.020+0.020=0.040mm
满足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的条件
(3)外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算
因为外形形状简单,精度要求不高,所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸、凹模。
其凸、凹模刃口尺寸计算如下:
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.5得凸、凹模制作公差
δ凸=0.020mmδ凹=0.030mm
校核:
Zmax-Zmin=0.360-0.246=0.114mm
而δT+δA=0.050mm
满足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的条件
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.6得:
IT14级时磨损系数X=0.5,
按式<2.5)d凸=
=42.26-00.020mm
d凹=
=42.506+00.030mm
(4>冲压力的计算
落料力F落=Ltτb=<2πR×2×450)N=118.692KN
冲孔力F冲=Ltτb=<336.9×10π/180+4+2×2.2)×2×450=60.453KN
冲孔时的推件力F推=nK推F孔
由《冲压工艺与模具设计》书中表2.21得h=6mm则n=h/t=6mm/2=3个
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.7得K推=0.05
F推=nK推F孔=3×0.05×60.453=9.068KN
落料时的卸料力F卸=K卸F落
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.7取K卸=0.04
故F卸=K卸F落=0.04×118.692=4.748KN
总冲压力为:
F总=F落+F孔+F推+F卸=<118.692+60.453+9.068+4.748)KN=192.961KN
为了保证冲压力足够,一般冲裁时压力机吨位应比计算的冲
F总′=1.3×F总=1.3×192.961=250.8KN
(5>压力中心的计算
用解读法求模具的压力中心的坐标,建立如下图所示的坐标系XOY.
由图可知工件上下对称,将工件
冲裁周边分成L1、L2、L3、L4、
L5基本线段,求出各段
长度的重心位置:
因工件相对x轴对称,所以Yc=0,
只需计算XC
L1=2πr=131.88㎜X1=0
L2=58.77mmX2=-0.68
L3=L5=2.2mmX3=X5=10.9㎜
L4=4mmX4=12㎜
将以上数据代入压力中心坐标公式
X=(L1X1+L2X2+…+L5X5>/L1+L2+…+L5
X=[131.88×0+58.77×(-0.68>+2.2×10.9+4×12+2.2×10.9]/(131.88+58.77+2.2+4+22.2>
=0.28mm
<四).模具的总体设计
根据上述分析,本零件的冲压包括冲压和落料两个工序,且孔边距较大,可采用倒装复合模,可直接利用压力机的打杆装置进行推件,卸料可靠,便于操作。
工件留在落料凹模空洞中,应在凹模孔设置推件块,卡于凸凹模上的废料可由卸料板推出;而冲孔废料则可以在下模座中开设通槽,使废料从空洞中落下。
因为在该模具中压料是由落料凸模与卸料板一起配合工作来实现的,所以卸料板还应有压料的作用,应选用弹性卸料板卸下条料。
因是大批量生产,采用手动送料方式,从前往后送料。
因该零件采用的是倒装复合模,所以直接用挡料销和导料销
即可。
为确保零件的质量及稳定性,选用导柱、导套导向。
因为该零件导向尺寸较小,且精度要求不是太高,所以宜采用后侧导柱模架。
<五).模具主要零部件的结构设计
<1)凸模、凹模、凸凹模的结构设计,包括一下几个方面:
①落料凸、凹模的结构设计
在落料凹模内部,因为要放置推件块,所以凹模刃口应采用直筒形刃口,并查《冲压工艺与模具设计》书中表2.21,取得刃口高度h=6mm,该凹模的结构简单,宜采用整体式。
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.22,得k=0.40
即凹模高度H=ks=0.40×42mm=16.8mm
凹模壁厚C=1.5H=1.5×16.8mm=25.2mm
凹模外形尺寸的确定:
凹模外形长度:
L=(42+25.2×2>㎜=92.4㎜
凹模外形宽度:
B=(42+25.2×2>㎜=92.4㎜
凹模整体尺寸标准化,取为100mm×100mm×16mm
凹模的工艺路线
工序号
工序名称
工序内容
1
下料
将毛坯锻成平行六面体。
尺寸为:
155mm×155mm×35mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各平面,厚度留磨削余量0.8mm,侧面留磨削余量0.5mm
4
磨平面
磨上下平面,留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻两侧面,保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线,固定孔及销孔线
6
型空粗加工
在仿铣床上加工型孔,留单边加工余量0.15mm
7
加工余孔
加工固定孔及小孔
8
热处理
淬火回火,保证58~62HRC
9
磨平面
磨上下面及基准面达要求
10
型孔精加工
在坐标磨床上磨型孔,留研磨余量0.01mm
11
研磨型孔
钳工研磨型孔达规定技术要求
②冲孔凸模的设计
为了增加凸模的强度与刚度,凸模固定板厚度取24mm,因凸模比较长,所以选用带肩的台阶式凸模,凸模长度根据结构上需要来确定。
L=h凸模固定板+h落料凹模=<24+16.8)mm=40.8mm(取40mm>
③凸凹模的结构设计
本模具为复合冲裁模,除了冲孔凸模和落料凹模外还有一个凸凹模。
根据整体模具的结构设计需要,
凸凹模的结构简图如下图所示:
确定凸凹模安排在模架上的位置时,要依据计算的压力中心的数据,使压力中心与模柄中心重合。
校核凸凹模的强度:
查《冲压工艺与模具设计》书中表2.23得凸凹模的最小壁厚为4.9mm,而实际最小壁厚为9mm。
故符合强度要求。
凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制,并保证双间隙为0.246mm~0.360mm.
<2)卸料弹簧的设计根据模具的结构初选6根弹簧,每根弹簧的预压力为F0≥F卸/n=(4.75×103/6>N=791.7N
根据预压力和模具结构尺寸,初选序号62~67的弹簧,其最大工作负荷F1=1120N>791.7N虽弹簧的最大工作负荷符合要求,但其弹簧太长,会使模具的高度增加,所以选用最大工作负荷为1550N范围内的弹簧。
试选68~72号中69号弹簧,校验弹簧最大许可压缩量Lmax大于弹簧实际总压缩量L总。
69号弹簧的具体参数是:
弹簧外径D=45mm,材料直径d=9mm,自由高度H0=80mm,节距t=11.5mm,F1=1550N,极限载荷时弹簧高度H1=58.2mm。
弹簧的最大的最大许可压缩量Lmax=<80-58.2)mm=21.8mm
弹簧预压缩量L/=LmaxF0/F1=791.7×21.8/1550=11.13mm
校核:
卸料板工作行程t+h1+h2=2+1+0.5=3.5mm
凸模刃磨量和调节量h3=6mm
弹簧实际总压缩量L总=L/+t+h1+h2+h3=<11.13+3.5+6)mm=20.63mm
因为21.8>20.63,即Lmax>L总,所以所选弹簧是合适的。
69号弹簧规格为:
外径:
D=45mm
钢丝直径:
d=9mm
自由高度:
H0=80mm
装配高度:
H2=H0-L/=(80-11.13>=68.87mm
弹簧的窝座深度:
h=H0-Lmax+h卸料板+t+1-h凸凹模-h修模
=<80-21.8+14+2+1-58-6)mm=11.2mm
弹簧外露高度:
H3=H2-h-h卸料板窝深=<68.87-11.2-7)mm=50.67mm
.(3>模架的设计模架各零件标记如下:
上模座:
100mm×100mm×20mm
下模座:
100mm×100mm×25mm
导柱:
B32h5×120mm×35mm
导套:
B32H6×65mm×23mm
模柄:
φ38mm×60mm
垫板厚度:
100mm×100mm×24mm
卸料板厚度:
100mm×100mm×14mm
凸模固定板厚度:
100mm×100mm×24mm
模具的闭合高度:
H闭=h上模座+h垫板+h凸模固定板+h落料凹模+t+h卸料板+h橡胶垫+h下模座
=<20+6+24+16+2+14+50+25)=157mm
<六).冲压设备的选择
通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。
其主要技术参数如下表。
公称压力/KN
250
滑块行程/mm
60
行程次数(不小于>(次/min>
100
封闭高度/mm
300
最大封闭高度调节量/mm
70
滑块中心至机身距离/mm
180
(标准型>工作台尺寸(左右×前后>/mm
500×350
(标准型>工作台孔尺寸(直径>/mm
150
(标准型>立柱间距离(不小于>/mm
240
模柄孔尺寸(直径×深度>/mm
Ф38×60
工作台板厚度/mm
55
倾斜角(不小于>(°>
20
电动机/kw
2.2
外形尺寸<前后×左右×高)/mm
1100×800×2000
总重量/公斤
1300
<七).绘制模具总装图
工作原理:
条料送进时采用固定挡料销进行定位,而有导料销保证送料沿正确的方向送进。
当条料送到指定位置时,上模在压力机的作用下下行,卸料板首先接触条料。
上模部分继续下行,即可完成冲孔落料复合工序。
当冲压完成时,在压力机的作用下上模上行回程,卡在凸凹模上的条料由弹性卸料板卸下,当模具上的打料杆碰到压力机上的打料横梁时,打料横梁给模具打料杆一个作用力,在此作用力的作用下,将冲孔废料推出来。
而制件则有下模座的推件装置推出,此时即完成一次冲裁。
然后,把条料抬起,越过挡料销,在送进一个步距的距离,即可进行下一次冲裁。
<八)拆画零件图
<九)参考文献:
【1】原红玲.冲压工艺与模具设计.机械工艺出版社,2008.8
【2】李学锋.模具设计与制造实训教程.化学工业出版社,2004.
【3】欧阳波仪.现代冷冲模技术.化学工业出版社,2006.
【4】杨占尧.冲压模具图册.高度教育出版社,2008.
【6】王小彬.冲压工艺与模具设计.电子工业出版社,2006.
【7】陈于萍.高晓康.互换性与测量技术.高度教育出版社,2005.