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圆形垫板的冲压成形工艺与模具设计.rar

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    圆形 垫板 冲压 成形 工艺 模具设计
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    第 1 页 共 24 页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.在我国.1998年3月在《国务院关于当前产业政策要点的决定》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.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。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。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。2 制件的工艺性分析工件名称:垫板 生产批量:大批量 材料:A3 厚度:0.5mm第 2 页 共 24 页工件简图见图 1图 1 制件图制件的总体分析工艺性:垫板属于中等尺寸零件,料厚 0.5mm,外形复杂程度一般,尺寸精度要求一图示零件材料为 A3 钢,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到这种材料,价格适中。因此零件外形可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性:φ4.5mm 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。3 工艺方案的确定垫板零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔,可拟订出以下三种工艺方案。第 3 页 共 24 页方案一:用简单模分两次加工,即先落料,后冲孔。采用单工序模生产。方案二:落料——冲孔复合模。采用复合模生产。方案三:冲孔——落料级进模。采用级进模生产。分析各方案的优缺点方案一:生产率低,工件的累计误差大,操作不方便,由于该工件为大批量生产,方案二和方案三更具有优越性。方案二:冲压生产率较高,压力机一次行程内可完成两个以上工序,实现操作机械化,自动化难,制件和废料排除较复杂,另外复合模制造的复杂性和价格较高。方案三:只需要一副模具,生产率高,压力机一次行程内可完成多个工序,实现操作机械化自动化容易,尤其适应于单机上实现自动化,冲模的制造复杂性和价格低于复合模,精度也可也得到保证。通过上述三个方案的比较,该件的冲压生产采用方案三更佳。4 主要工艺参数计算4.1 排样的设计与计算设计级进模时,首先要设计条料排样图。根据工件的形状选择有废料排样,且为直排的形式,虽然材料的利用率低于少废第 4 页 共 24 页料和无废料排样,但工件的精度高垫板零件设计为单向排列,采用直排的排样方案(如图 2 所示)图 2 排样图4.1.1 确定搭边与搭肩值搭边和搭肩值一般是由经验确定的查表而取最小搭边值为 a=1.0mm 和 b=1.2mm 4.1.2 计算送料步距和条料的宽度 条料宽度的计算:拟采用无侧压装置的送料方式,由B-0Δ= 〔D max+2a+C〕 0-Δ Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a—侧搭边值 c—导料板与最宽条料之间的间隙由表查得 C=0.5代入数据计算,取得条料宽度为 31.9mm。导料板间距离的计算:由 s=D+2(a+c1),代入数据计算得导料板间距离为 32.4mm。 4.1.3 计算材料的利用率:第 5 页 共 24 页材料利用率 的计算公式为 = %10BlnA式中 A—一个冲裁件的面积,mm 2;n—板料(或条料.带料)上冲压件的数量;B—条料(或条料.带料)宽度,mm; L—板料(或条料.带料)长度, mm若取工件 n=20 件,则料长L=20D+19b+2b=20×29+19×1+2×1=601mm所以条料规格为 601×31.9×0.5所以材料的利用率为==66%2203.14(5)10%6.94.2 冲压力的计算并初步选取压力机的吨位4.2.1 冲裁力的计算冲裁力的大小随凸模进入材料的深度(凸模行程)而变化,本模具采用普通平刃口模具冲裁,其冲裁力 F 按下式计算:F=KLtΓb冲裁力公式为 P=P 孔 +P 落式中 P—冲裁力P 孔 —冲孔冲裁力P 落 —落料冲裁力① 冲孔冲裁力 P 孔第 6 页 共 24 页P 孔 =K tτL孔式中 K—系数,查表取 K=1.3—冲孔周长,L=3.14×4.5=14.13mm孔t—材料厚度,t=0.5mmτ—材料抗剪强度,MPa,查手册 A3 钢 τ=(370~460)MPa,取 τ=400 MPa所以 P 孔 =K tτ=1.3×14.13×0.5×400=3673.8NL孔取 P 孔 =3.68KN② 落料冲裁力 P 落P 落 =K tτ落式中 —落料件外形周边尺寸L落=3.14×29-12+3.14×6=97.9mm落所以 P 落 =KLtτ=1.3×97.9×0.5×400=25454N取 P 落 =25.5KN4.2.2 卸料力、推件力及顶件力的计算:卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的,所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑,影响这些力的因素较多,主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。现在按照下面的经验公式计算:卸料力 PxPx= P 落K式中 Px—卸料力—卸料系数,查表 =0.04~0.05,取 =0.045xKxK所以 Px=0.045×25.5=1.15KN 推料力 t= P 孔 nttK第 7 页 共 24 页式中 —推料系数,查表取 =0.055tKtKn—同时卡在凹模洞孔内的件数,取 n=10所以 =0.055×3.68×10=2.024KNtP顶件力 d= (P 孔 + P 落 )K式中 —顶件力d=顶件系数,查表取 =0.06dK所以 =0.06×(3.68+25.5)=1.7508KNd4.2.3 总冲压力 P总冲裁时,压力机的压力值必须大于或者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,当采用弹性卸料装置和下出件的模具时,总的冲压力为=P+ Px+ = P 孔 +P 落 + Px+ =3.68+25.5+1.15+2.024=32.36KN总 t t4.3 压力机的公称压力的确定:初选开式可倾压力机参数压力机型号为 J23-6.3查手册选择压力机的公称压力为:63KN 滑块固定行 35mm (最大闭合高度)150 mm 闭合高度调节量 35mm (标准型)工作台尺寸(左右×前后)200×310mm (标准型)工作台孔尺寸(左右×前后) 160×140mm (标准型)立柱间距离(不小于) 150mm 模柄孔尺寸(直径×深度) Ф25×40mm 4.4 压力中心的确定第 8 页 共 24 页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和压力机滑块的中心线相重合。否则冲压时滑块会承受偏心载荷,导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损,还会使合理间隙得不到保证,从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。而本模具所冲裁的制件形状完全对称于相互垂直的 两条对称线,所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。4.5 工作部分的尺寸计算4.5.1 计算凸凹模工作部分的尺寸(冲孔)并确定其公差:该零件在弯曲前属于无特殊要求的一般冲孔落料件,外形尺寸由落料 获得,而中间的小孔尺寸则是由冲孔得到。查表而知:Zmin = 0.06max = 0.04mmZmax –Zmin = 0.02mm因为模具的精度等级为 IT14 级 取 X = 0.5设凸、凹模分别按 IT9、IT10 级精度制造,分别计算 Dt、Da 如下:冲 ø4.5mm 的孔冲孔时,间隙取在凹模上,则:凸模尺寸=(d + χ△) tdmin0 凹模尺寸=( + Zmin)adt0式中: ---冲孔凸模刃口尺寸t---冲孔凹模刃口尺寸add ---冲孔件孔的最小极限尺寸,mm, d =4.5mmmin min第 9 页 共 24 页Zmin——双面间隙,mm△——工件公差,mm,△=0.3mmx——磨损系数,查表得 IT14 级时 x=0.5δ——凸模和凹模的制造公差,mm,查表 δ=0.02mm所以 =(4.5+0.5×0.3) 0-0.02 =4.65 0-0.02 mmtd=(4.65+0.04) 0.020 mma校核:|δT|+|δA|= 0.02 mm +0.02 mm =0.04 mm>Zmax –Zmin=0.02mm不满足间隙公差条件因此只有缩小 δT,δA,提高制造精度,才能保证间隙配合在合理范围内可取 δT≤0.4(Zmax–Zmin)=0.4×0.02=0.08mmδA≤0.6(Zmax-Zmin)=0.6×0.02=0.012mm故 =4.65 mmtd08.= mma012.6944.5.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算因此落料件为复杂的制件,所以利用凸凹模配合法,这种方法有利于获得最小的合理间隙,放宽对模具的加工设备的精度要求。采用配作法,计算凹模的刃口尺寸,首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小,还是不变这三种情况,然后分别按不同的计算公式计算。a、凹模磨损后会增大的尺寸-------第一类尺寸 A第一类尺寸:A j=(Amax-x△) 0+0.25△ b、凹模磨损后会减小的尺寸-------第二类尺寸 B第 10 页 共 24 页第二类尺寸:B j=(Bmax+x△) 0-0.25△c、凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸 C第三类尺寸:C j=(Cmin+0.5△) 0.125△图 3 落料凹模刃口部图 4 落料凸模刃口部分尺寸由手册表查得:尺寸 29mm 的工件制造公差为 0.52mm
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