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冲三垫圈复合模设计.rar

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    编号:20181016172635784    类型:共享资源    大小:766.04KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    垫圈 复合 设计
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    - 0 -1 绪 论模具工业是国民经济的基础工业,是工业生产的重要工艺装备。先进国家的模具工业已摆脱从属地位,发展为独立的行业。日本工业界认为: “模具工业是其它工业的先行工业,是创造富裕社会的动力” 。美国工业界认为:“模具工业是美国工业的基石” 。在德国模具被冠以 “金属加工业中的帝王”之称。模具是工业生产的关键工艺装备,在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性,是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年,全球模具市场呈现供不应求的局面,世界模具市场年交易总额为600~650 亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上;国外模具企业的组织形式是“大而专“、“大而精“。2004 年中国模协在德国访问时,从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会(VDMA)工模具协会了解到,德国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中( VDMA)会员模具企业有 90 家,这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%,可见其规模效益。随着时代的进步和技术的发展,国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才,他们的技术水平比较高.故人均产值也较高.我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右,而国外模具工业发达国家大多 15~20 万美元,有的达到 25~ 30 万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上,而我国才达到 45%。目前,我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。冲压是一种先进的少无切削加工方法,具有节能省材,效率高,产品质量好,重量- 1 -轻,加工成本低等一系列优点,在汽车,航空航天,仪器仪表,家电,电子,通讯,军工,日用品等产品的生产中得到了广泛的应用。据统计,薄板成型后,制造了相当于原材料的 12 倍的附加值,在国民经济生产总值中,与其相关的产品占四分之一,在现代汽车工业中,冲压件的产值占总产值的 59%。随着我国经济的迅速发展,采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。我国模具业发展尚存在以下几方面的不足:第一,体制不顺,基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用,私营企业近年来发展较快,国企改革也在进行之中,但总体来看,体制和机制尚不适应市场经济,再加上国内模具工业基础薄弱,因此,行业发展还不尽如人意,特别是总体水平和高新技术方面。 第二,开发能力较差,经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例低,水平较低,且不重视产品开发,在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元,国外模具工业发达国家大多是 15~20 万美元,有的高达25~30 万美元,与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理,真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三,工艺装备水平低,且配套性不好,利用率低.虽然国内许多企业采用了先进的加工设备,但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多,特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因,引进设备不配套,设备与附配件不配套现象十分普遍,设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低,带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四,专业化、标准化、商品化的程度低、协作差. 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响,许多模具企业观念落后,模具企业专业化生产水平低,专业化分工不细,商品化程度也低。目前国内每年生产的模具,商品模具只占 45%左右,其馀为自产自用。模具企业之间协作不好,难以完成较大规模的模具成套任务,与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低,标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响,对模具制造周期影响尤甚。 第五,模具材料及模具相关技术落后.模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本,国产模具钢与国外进口钢相比,无论是质量还是品种规格,都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差,也直接影响模具水平的提高。我国模具业未来发展方向主要包括以下几方面:① 模具日趋大型化;- 2 -② 在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术;④ 模具扫描及数字化系统;⑤ 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术;⑥ 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率;⑦ 发展优质模具材料和先进的表面处理技术;⑧ 模具的精度将越来越高;⑨ 模具研磨抛光将自动化、智能化;⑩ 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程;开发新的成形工艺和模具。1998 年 3 月, 《国务院关于当前产业政策要点的决定》中模具被列为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位,把发展模具工业摆在发展国民经济的重要位置。目前,我国冲压模具在产值占模具总产值的 40%以上,处于主导地位。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习,我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识,对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解,达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题,我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、在洛阳中国一拖、中信重型矿山机械厂的生产实习,我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识,丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识,而对于模具的制造工艺更是有了全新的理解。在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下,我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识。同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料,通过这些实践,我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。通过在图书馆借阅相关手册和书籍,更系统而全面了细节问题。锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质。设计中,将充分利用和查阅各种资料,并与同学进行充分讨论,尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中,将有一定的困难,但有指导老师的悉心指导和自己的努力,相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限,而且缺乏经验,设计中难免有不妥之处,肯请各位老师指正。- 3 -第二章 工艺分析工件名称:垫圈生产批量:大批量材 料:A3厚 度:1.5mm工件简图见图 1 工 件 图设计方案:复合模一次冲压完成- 4 -第三章 工艺方案的确定该工件只需要采用冲孔和落料两道工序即可完成,材料为 A3 钢,A3 钢具有良好的冲压性能,适合冲裁。外形落料的工艺性:该垫圈料厚为 2mm,外形比较简单,尺寸精度要求一般,因此可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性:φ14.5 的孔,尺寸精度要求一般,可采用冲孔。此工件只有外形落料和冲孔两个工序。图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸,按惯例取 IT14 级,符合一般级进冲压的经济精度要求。由以上分析可知,图示零件具有比较好的冲压工艺性,适合冲压生产。该工件仅包含落料和冲孔两个基本工序,可以采用以下三种工艺方案:第一:先落料,后冲孔。采用单工序模生产。第二:落料—冲孔复合冲压。采用复合模生产。第三:冲孔—落料级进冲压。采用级进模生产。- 5 -方案一:模具结构简单,成本较低,但需要两道工序两副模具,由于两次定位使得工件的形位误差难以保证,尺寸较小,制件的质量较差,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产要求,操作也不安全,故不宜采用。方案二:只需一副模具,由于一次成形,减少了多次定位出现的定位误差,并且在模具结构中采用弹性压料装置,使其制件质量较好,工件的精度及生产效率都较高。方案三:也只需一副模具,生产效率高,操作较方便,工件精度也能满足要求,但是成本较复合模高。通过对上述三种方案分析比较,该件的冲压生产采用第二种方案进行冲裁为好。第四章 主要设计计算4.1 排样方式的确定及其毛坯尺寸计算设计复合模,首先要设计的就是排样方式,该零件形状比较规则,直排可以显著地减少废料,所以采用直排的方式排样,根据零件的结构特点需要冲孔和落料两个工序就可以完成零件的制造。工序方案如图所示。排 样 图4.2 条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算查表取得搭边值为 a1=2mm 和 a=2.2mm。条料宽度的计算:拟采用无侧压装置的送料方式,由- 6 -b-Δ =〔D+2a+c 1〕 - Δ ﹝2﹞D—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a—侧搭边值c1—导料板与最宽条料之间的间隙代入数据计算,取得条料宽度为 95.8mm。导尺间距离的计算:由 s=D+2(a+c1),代入数据计算得导尺间距离为 96.3mm。材料利用率的计算:由文献﹝2﹞ 材料利用率通用计算公式 = %10BsnA式中 A—一个冲裁件的面积,mm 2;n—一个进距内的冲裁件数量;B—条料宽度,mm; s—进距, mm得 = =70.3%%10927.56可得下表:项目 公式 结果 备注冲裁件的面积 AA=24×65-2×π(8.5/2)×(8.5/2)-(16-4π)+0.5×L×R6196.6mm条料宽度 B B=90.87+2.2×2+0.1 95.77mm步距 S S=90+2 92mm查表 2.5.2得最小搭边值 a=2.2mma1=2.0mm 采用导料销导料- 7 -材料的利用率 η总η=6196.595/95.77×92×100% 70.3%冲裁力公式为P= P 孔 +P 落由工件结构和前面所定的冲压方案可知,本工件的冲裁力包括以下部分:冲 φ14.5mm 孔的力 P1、落外型料的力 P2,向下推出 φ14.5mm 冲孔废料的力P3,向上顶出工件的力 P5。考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响,实际计算冲裁力时按下面公式:P=KLtτ ﹝3﹞式中 P—冲裁力(kN)L—冲裁件剪切周边长度(mm)t—冲裁件材料厚度(mm)τ—被冲材料的抗剪强度(MPa)K—系数,一般取 1.3。上式中抗剪强度 τ 与材料种类和坯料的原始状态有关,可在手册中查询。为方便计算,可取材料的 τ=0.8σ b,故冲裁力表达式又可表示为:P=1.3Ltτ≈Ltσ b式中 σ b—被冲材料抗拉强度(MPa)。查手册﹝1﹞表 8—7 得 A3 的 σ b=450MP(1) 冲孔冲裁力 P 孔P 孔 =L 孔 σ bt=14.5×3.14×2×450=40977.7N(2) 落料冲裁力 P 落P 落 =L 落 σ bt=(28+50+90)×3.14×450=475008.8N(3)推件力 Pt- 8 -Pt=Kt P 孔 n其中 Kt——推件系数,查表取 Kt=0.055;n——同时卡在凹模洞口内的件数,取 n=2。所以 Pt=0.055×2×40997.8=4509.8N(4)卸料力 Px。Px= P 落 Kx式中 Px——卸料力;Kx——卸料系数,查表 Kx=0.05所以 Px=0.05××40977.8=2049.9N(5)顶件力 Pd。Pd=Kd(P 落 + P 落 )式中 Pd——顶件力Kd——顶件系数,查表取 Kd=0.06所以 Pd=0.06×(40977.8+475008.8)=3096.4N(6)总冲压力 P 总 冲裁时,压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同,当采用弹压卸料装置和下出件的模具时,总的压力为P 总 = P 孔 +P 落 + Px+ Pt=40977.7+475008.8+2049.9+4509.8=522566.2N初选压力机:J23-63 所选择压力机的相关参数,见表一。表一 所选择压力机的相关参数型号 公称压 滑块行 最大封闭高度模柄 工作台尺 可倾斜角封闭高度调节- 9 -力/kN 程/mm /mm 直径/mm寸/mm /· 量/mmJG23-63 630 130 360 50 480×710 30 804.3压力中心的确定及相关尺寸的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损,还会使合理的间隙得不着保证,从而影响制件的质量和降低模具的寿命,甚至损坏模具。该磨具结构的设计与制造压力中心与模柄中心线相重合。4.4工作零件刃口尺寸的计算在确定工作零件刃口尺寸之前,首先要考虑到工作零件的加工方法和模具的装配方法,结合该模具的特点,工作零件的形状相对比较简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸凹模、凹模、凹模固定板以及卸料板等,这种加工方法可以保证这些零件各孔的同轴度,使装配工作简化,因此工作零件刃口尺寸计算就按分别加工的方法来计算。4.4.1冲孔加工工序同样也是采用自由公差为IT14级精度,单一的冲孔只冲1个Φ14.5mm的孔,还要保证孔与孔的相互位置关系均为IT14级的制造精度,凸、凹模的加工精度同样也取IT6级和IT7级进行加工制造。当冲该孔的时候,因为IT14级取x=0.5查表2.3.3可得最大、最小冲裁间隙分别为Zmax=0.360mm Zmin=0.246mm。计算如下:(mm)0456.0.456-T 713).514(d(mm).80 .80 A927=校核:|δ A| +|δ T|≤Zmax-Zmin0.114≤Zmax-Zmin
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