范文一:有凸缘圆筒形件的拉深
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三、有凸缘圆筒形件的拉深
(一) 一次成形拉深极限
,首先要讨论的问题:如何判断有凸缘筒形
件能否一次拉出, ,在拉深有凸缘筒形件时,采用相同毛坯直
径和相同工件直径时,可拉深出不同凸Dd1
缘直径d和不同高度h的工件。显然,工件t
高度和凸缘直径都影响着实际变形程度,
当工件凸缘直径越小,高度越大,其变形
程度也越大。因此用一般的m=d/D不能表11 达在拉深不同的d和h时的实际变形程度。 t
,
,筒形件第一次拉深的许可变形程
度可用相应于d/d不同比值的最t1
大相对高度h/d来表示(表4-9)。 11
当工件的相对拉深
高度h/d>h1/d1时,
则该工件就不能用
一道工序拉深出来,
需要两次或多次才能
拉出。
(二)窄凸缘圆筒形件拉深
,d/d=1.1~1.4 t
,其拉深系数确定、拉深工艺计算与无凸缘的圆
筒形件相同。
,因凸缘很小,可以当作一般圆筒形件进行拉
深,只在倒数第二道工序时才拉出凸缘或拉成锥形凸缘,最后校正成水平凸缘。
,若 h/d?1时,则第一次即可拉成口部具有锥形凸缘的圆筒形,最后校正凸缘即可。
(三)宽凸缘圆筒形件的多次拉深
, 宽凸缘件的拉深原则:凸缘不能减小,一次成型。 第 页
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, 假若零件的拉深系数大于表4-10所给的第一次拉深系数极限值, 则该零件可一次拉
成。
,
,或者零件的相对高度小于表4-9所给的第一次拉深的最大相对高度值,则该零件可一次
拉成。
宽凸缘件多次拉深工艺通常有两种情况:中小型零件( d <200mm):>200mm):>
减小圆筒形直径并增加其高度,r和r基本不变。 pd
制成的零件,表面质量较差,容易在筒壁部分和凸缘上残留有中间工序 中形成的圆角部分弯曲和厚度的局部变化的痕迹,所以最后要加一道整 形工序
大型零件( dt ,200mm),厚料
改变圆角半径r和r并减小圆筒形直径,高度基本不变。 pd
制成的零件表面光滑平整,而且厚度均匀,不存在中间拉深工序中
圆角部分的弯曲和局部变薄的痕迹。 但是这种方法只能用于毛坯相对厚度大圆角的曲面形状时不致起 皱。
当毛坯的相对厚度小,且第一次拉深成曲面形状有起皱危险时,
则应采用图a所示方法
保证在第一次拉深成在形成凸缘直径d之后的各次拉深中,凸缘尺寸的微小减小都t 会引起很大的变形抗力,而使底部危险断面处被拉裂。为此,这就要求正确计算拉深高 度和严格控制凸模进入凹模的深度。一般要求首次拉入凹模的材料应比零件最后拉深部 分实际所需材料多3~10%。 ,各次拉深高度
,第一次拉深高度( r和r均按零件中性层计算) pd
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0.250.142222,,h,,,D,d,r,r,,,r,r0.43tpdpd1 dd11
,以后各次拉深高度( r和r均按零件中性层计算) pndn (四)宽凸缘圆筒型件拉深工序计算步骤 ,选取修边余量 ,初算毛坯直径 ,确定能否一次拉出 ,计算拉深次数和各次拉深直径 ,计算各次半成品件的圆角半径 ,计算第一次拉深高度 ,校核第一次拉深高度 ,计算以后各次拉深高度 ,画出工序图
(5)实例分析
(1)选修边余量
表4-4 有凸缘零件修边余量
Dt(76) Dt/d(76/28=2.7)
2.5~3 75~100 2.2
故实际外径Dt=76+2.2x2=80.4?80
(2)初算毛坯直径
22222 D,(d,6.28rd,8r,4dh,6.28rd,4.56r),(d,d) 112112143
,7630,5104,113
(3)确定能否一次拉出 h/d=60/28=2.14 dt/d=80/28=2.86 t/D=2/113=1.77% 故拉深不出.
(4)计算拉深次数及各次拉深直径---逼近法选取实际拉深系数稍大于极限拉深系数
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假设d1=53.N=dt/d1=80/53=1.5,t/D=1.77,极限[m1]查表=0.47 实际的m1 (=d1/D)=53/113=0.47 m=[m]一般不采用极限系数拉深,选取稍大的系数拉深
(6)计算第一次拉深高度
第一次拉入凹模材料比实际所需材料多3%~10%, 取多拉入5%
毛坯直径实际修正为
D,7630,1.05,5104,115
(7)校核第一次拉深相对高度:
查表4-9 当dt/d=80/56=1.43 t/D=2/115=1.74% 许用[h1/d1]=0.70
h1/d1=38.1/56=0.68 安全
(8)计算以后各次拉深高度
设第二次拉入凹模材料比实际所需材料多3%(其余2%返回到凸缘上).
对应的毛坯直径应为: D,7630,1.03,5104,1142
拉深高度h2 0.250.14 2222h,D,d,0.43r,r,r,r dd ntpndnpndn,,,,,, nn0.250.14 2222h,D,d,0.43r,r,r,r
22222dd,,,,,, tpdpd 22 0.250.142222 ,114,80,0.437,7.5,7,7.5,,,,,, 43d 2 ,44.8
设第三次拉入凹模材料比实际所需材料多1.5%(其余1.5%返回到凸缘上).
对应的毛坯直径应为D3=113.5
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拉深高度h3=52.3 h4=60(工件) (9)画工序图
四、阶梯形零件的拉深
,阶梯形零件能否一次拉出的近似判断方法: 求出工件的高度与最小直径之比h/d,n 该比值若小于圆筒形件一次拉深成形的最大相对高度,可一次拉出。
,多次拉深的阶梯形零件的拉深方法
,若任意两相邻阶梯直径的比值 d/d都不小于相应的圆筒形件的极限拉深系数时拉nn-1
深方法:由大阶梯到小阶梯依次拉出,而其拉深次数则等于阶梯数目,即各阶梯拉深 次数之和。 , 若某相邻两阶梯直径比值d/d小于相应圆筒形件的极限拉深系数时,其拉深顺序由nn-1
小阶梯到大阶梯依次拉深。
, 因d/d小于相应的圆筒形件极限拉深系数,故在 d先拉出以后,再用工序V拉出 d 。 2121
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,浅阶梯形零件不能一次拉出时,可首先拉成球面形状或大圆角的圆筒形件,然后再用整形工序得到零件。
, 大、小直径差值大,阶梯部分带锥形
拉深出大直径,再在拉深小直径的过程中拉出侧壁锥形部分。
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范文二:带凸缘圆筒形件拉深模设计
摘 要
随着中国工业不断地发展,模具行业也显得越来越重要。本文针对带凸缘圆筒形零件的拉伸工艺性及拉伸工序过程,列举其中一次拉深并完成模具设计。介绍了筒形零件冷冲压成形过程,经过对筒形零件的批量生产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究,按照不降低使用性能为前提,将其确定为冲压件,用冲压方法完成零件的加工,且简要分析了坯料形状、尺寸,排样、裁板方案,拉深次数,冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算,并设计出模具。同时具体分析了模具的主要零部件的设计,冲压设备的选用,凸、凹模间隙调整。列出了模具所需零件的详细清单,并给出了合理的装配图。
关键词 冲压件/带凸缘圆筒形拉伸件/拉伸工艺/拉深模设计
WITH FLANGE CYLINDRICAL DEEP
DRAWING DIE DESIGN
ABSTRACT
As China's industrial development unceasingly, the mold industry also appears more and more important. This paper belt of flange cylindrical parts stretching manufacturability and stretching process process, list one time deep drawing and complete the mold design. Cold stamping process of cylindrical parts is introduced, after mass production of the cylindrical parts, parts quality, parts structure, and use requirement analysis, research, according to not reduce the usability for the premise, to identify it for stamping parts, complete parts processing, with stamping method and the brief analysis of the blank shape, size, layout, cutting board, deep drawing, stamping process in nature, the determination of number and order. The technology force, pressure center, mold working parts dimension and tolerance of calculation, and design the mold. At the same time, concrete analysis of main components of the mold design, the selection of stamping equipment, convex and concave die clearance adjustment. Lists the mould needs a detailed list of spare parts, and gives the reasonable assembly drawing.
KEYWORDS stamping parts, flange cylindrical stretching, stretching, deep drawing die
design process
目 录
1 前言 . .......................................................................................................................................... 1
1.1 模具的概论 ................................................................................................................. 1
1.1.1 冲压与冲模 . .......................................................................................................... 1
1.1.2 我国冲压现状与发展方向 . .................................................................................. 2
1.1.3 国外模具发展趋势及行业特点 . .......................................................................... 2
1.1.4 模具设计及加工技术的现状 . .............................................................................. 3
1.1.5 冲模分类 . .............................................................................................................. 4
1.1.6 冲模的零部件 . ...................................................................................................... 4
1.2 冲压件工艺分析 . ....................................................................................................... 5
1.2.1 冲压加工的经济性分析 . ...................................................................................... 5
1.2.2 冲压件的工艺性分析 . .......................................................................................... 5
1.3 本设计要求 ................................................................................................................. 6 2 工艺方案 . ................................................................................................................................. 7
2.1 工艺性分析 ................................................................................................................. 7
2.1.1 拉深件的结构与尺寸 . .......................................................................................... 7
2.1.3拉深件材料 . ........................................................................................................... 7
2.2 设计方案的确定 . ....................................................................................................... 7 3 主要工艺参数计算 . .............................................................................................................. 8
3.1 确定排样、裁板方案 . .............................................................................................. 8
3.1.1 工艺分析 . .............................................................................................................. 8
3.1.2 确定修边余量 . ...................................................................................................... 8
3.1.3 坯料直径 . .............................................................................................................. 8
3.1.4 排样 . ...................................................................................................................... 9
3.1.5 压力中心的确定 . ................................................................................................ 10
3.2 拉深工艺的计算 . ..................................................................................................... 10
3.2.1 压边 . .................................................................................................................... 10
3.2.2 总拉深系数 . ........................................................................................................ 10
3.2.3 预算拉深次数 . .................................................................................................... 10
3.2.4 确定首次拉深工序件尺寸 . ................................................................................ 11
3.2.5 确定拉深次数及以后各次拉深的工序件尺寸 . ................................................ 12
3.2.6 第二次拉深直径和高度 . ...................................................................................... 13
3.2.7 第三次拉深直径和高度 . ...................................................................................... 13
3.2.8 修边 . ...................................................................................................................... 14
3.2.9 拉深速度 . .............................................................................................................. 14
3.3 工艺力计算 ............................................................................................................... 14
3.3.1 拉深力 . .................................................................................................................. 14
3.3.2 压料力 . .................................................................................................................. 15
3.3.3 压力机公称压力 . .................................................................................................. 15
3.4 压力机的选择 . .......................................................................................................... 16
3.4.1 初选压力机 . .......................................................................................................... 16
3.4.2拉深功 . ................................................................................................................... 16
3.4.3压力机电动机功率 . ............................................................................................... 16
3.4.4功率校核 . ............................................................................................................... 17 4 拉深模设计 . .......................................................................................................................... 17
4.1拉深模具结构设计 .................................................................................................. 17
4.2模具工作部分尺寸计算 ......................................................................................... 17
4.2.1 凸凹模间隙 . .......................................................................................................... 17
4.2.2 凸凹模圆角半径 . ................................................................................................ 17
4.2.3凸凹模工作尺寸及公差 . ....................................................................................... 17
4.3标准件的选取 . ........................................................................................................... 18
4.3.1 模 架 . .................................................................................................................... 18
4.3.2下模座 . ................................................................................................................... 19
4.3.3上模座 . ................................................................................................................... 19
4.3.4 导柱、导套 . .......................................................................................................... 19
4.3.5 销钉 . ...................................................................................................................... 19
4.3.6 螺钉 . ...................................................................................................................... 20
4.3.7 模柄 . ...................................................................................................................... 20
4.3.8带螺纹推杆(顶杆) . ........................................................................................... 20
4.3.9 打杆 . ...................................................................................................................... 20
4.3.10 打杆螺母 . ............................................................................................................ 21
4.3.11 橡胶的选取 ......................................................................................................... 21
4.3.12 橡胶螺杆 . ............................................................................................................ 22
4.3.13 ;螺杆螺母 . ........................................................................................................ 22
4.3.14 模柄紧固螺钉 . .................................................................................................... 22
4.4模具非标准件的设计 . ............................................................................................. 22
4.4.1 拉深凸模的设计 . .................................................................................................. 22
4.4.2拉深凹模的设计 . ................................................................................................... 23
4.4.3 凸模固定板设计 . .................................................................................................. 24
4.4.4压料圈的设计 . ....................................................................................................... 24
4.4.5推件块的设计 . ....................................................................................................... 24
4.4.6 托板的设计 . .......................................................................................................... 25 5 压力机的校核 ...................................................................................................................... 25 6 模具装配图 . .......................................................................................................................... 26 结束语 . ........................................................................................................................................ 27 致 谢 . ........................................................................................................................................ 28 参考文献 .................................................................................................................................... 29
1 前言
板料冲压是金属加工的一种基本方法,他用以生产各种板料零件,具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低并易于实现机械化和自动化等特点。在现代汽车、拖拉机、电器电机、电子仪表、日用生活用品、航空航天以及国防工业等各个工业部门中均占有越来越重要的地位。
冲压加工与其他加工方法相比,无论在技术方面还是在经济方面都具有许多独特的优点,其生产出来的工件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点,是其他加工方法所不能比拟的。但需要指出的是,由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具,而模具是技术密集新产品,其制造是单间小批量生产,具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。所以只有在冲压零件生产批量大的情况下,冲压成型加工的优点才能充分体现,从而获得好的经济效益。
由于冲压加工具有上市突出的有点,因此在批量生产中得到了广泛应用,在现代工业生产中占有十分重要的地位,是国防工业机敏用工业生产中比不得少的加工方法。
冲压工序根据材料的变形特点可分为分离工序好变形工序两类。
分离工序是指坯料再冲压力作用下,变形部分的应力达到强度极限以后,使坯料发生断裂而产生分离。分离工序包括:切断、落料、冲孔、切口、切边、剖边等。
成型工序是指坯料在冲压力作用下,变形部分的应力达到屈服极限,但未达到强度极限,是坯料发生塑性变形,成为居于有定形状尺寸与精度制件的加工工序。成型包括:弯曲、拉深、翻边、旋转、校平、压花等。
1.1 模具的概论
模具是用来成型物品的工具,这种工具有各种零件构成,不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。
1.1.1 冲压与冲模
冲压是在室温下,利用安装在压力机上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种加工方法。
在冲压加工中,将材料(金属或非金属)加工成零件(或半成品)的一种
特殊工艺装备,称为冲压模具。冲模在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备,与冲压件是―一模一样‖上午关系,若没有符合要求的冲模,就不能生产出合格的冲压件;没有先进的冲模,先进的冲压成形工艺就无法实现。在冲压零件的生产中,合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。
冲压加工与其他加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优点。生产的制件所表现出来的高精度,高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。但需要指出的是,由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具,而模具是技术密集型产品,其制造属单位小批量生产,具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。所以,只有在冲压零件生产批量大的情况下,冲压成形加工的优点才能充分体现,从而获得好的经济效益。
由于冲压加工具有上述突出特点,因此在批量生产中得到了广泛的应用,在现代工业生产中占有十分重要的地位,是国防工业及民用工业中必不可少的加工方法。
1.1.2 我国冲压现状与发展方向
目前,我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后,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、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。
随着工业产品质量的不断提高,冲压产品生产正呈现多品种、少批量,复杂、大型、精密,更新换代速度快的变化特点,冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化,随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计(CAD )、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术转变。
至今,我国模具制造行业的产值已经超过机床工业。有关板料冲压技术方面的问题愈来愈为人们所关注,相应的冲压工艺理论的研究及冲压加工机理的探讨也随之不断深化,如何从冲压工序基本应力与变形状态的分析着手,改善冲件的质量精度,并提高模具的使用寿命也就显得愈为重要。
1.1.3 国外模具发展趋势及行业特点
1. 国外模具发展趋势:
1988年美国日本, 西德的模具产值分别达到62亿美元,83亿美元, 4亿美元,
比1957年增长了约100倍, 并超过了这些国家机床工业的产值。据有关资料介绍, 工业发达国家的工业产品生产中。对模具的需求量日益增多, 美国, 日本约有4050的工业产品的生产需用模具国际市场中模具的贸易量十分可观. 近年来, 由于工业发达国家的工费用增加, 模具生产有向东南亚国家转移的趋势。日本的生产以高, 精模具为主, 需要人工劳动量大的模具则依靠进口解决. 以模具出口大国日本为例, 其1980年模具进口额为24.98亿日元, 至1989年已上升到132.32亿11元。十年间提高了5.3倍由此可见, 中低档模具的国际市场潜力十分巨大, 只要我国模具的质量能有提高, 交货期能有保证, 模具出口的前景是十分乐观的. 此外, 国际市场对塑料模具模架及模具标准件的需求量也很大, 目前我国只有塑料模具模架有少量出口。
2. 模具行业特点:
(1).随着科学技术的发展, 模具行业已由劳动密集型逐步3转化为技术劳动密集型。
(2).尽管模具行业已应用了先进的数控设备, 检验仪器和计算机辅助设计/分析/制造软件, 但仍然需要高技艺的劳动。所以, 模具行业又是高技术和高技艺紧密结合的一十行业。
(3).为适应不同制品的需要, 模具的种类繁多, 从设计, 制造工艺, 装备以至原材料都各不相同所以企业生产的模具宜专而不宜全, 规模宜小而不宜大。
(4).模具基本上是单件生产。即使是生产专业化的模具企业, 在生产同一类模具时, 也会由于不同模具的精度要求, 复杂程度, 加工难度等的不同而需要变化设备的配置和工程的安排。因此, 模具企业还应在专业化的基础上实现生产的素性化三, 市场分析据国际生产协会预测, 到2009年工业品零件粗加工的75%,精加工的5%将由模具成型, 可见模具在工业生产中的作用将日益重要. 工业发达国家的模具行业在近四十年来取得了异常迅速的发展, 已摆脱了属地位而成为独立的行业, 并成为基础工业的重要组成部分。
1.1.4 模具设计及加工技术的现状
1. 模具设计技术:
(1)工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计, 并普及了计算机绘图。据有差资料介绍, 美国和日本75的模具厂已使用了技术, 香港的模具厂也开始采用这项技术。
(2)在注塑模具设计中, 已开始普及应用计算机辅助工程分析软件, 对塑料的流动, 填充, 冷却情况及模具的浇口配置, 浇道大小, 冷却加热系统和模具的刚度, 强度等进行科学的分析和计算, 从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍。
(3)国外的注塑模具中, 多型腔, 多层, 大型精密模具已占50%,不仅提高了生产效率, 而且节省了大量塑料原料。
2. 模具加工技术
(1)国外已大量使用数控机床, 应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具, 特别是对具有复杂型腔(三维曲面) 的模具进行加工, 使模具的质量和附加值大为提高。模具的加工周期减少6以上, 成本降低3以上, 生产效率提高60以上为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求, 国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进了实用阶段。
(3)模具标准化程度日益提高, 模具标准模架及模具标准件的应用日益普及, 已实现商品化。
(4)模具结构更多地采用新技术, 如注塑模具的热流道技术等。
(5)针对不同制品的要求, 开发出适用于各种不同模具的专用模具钢, 并实现商品化。
(6)根据模具生产的特点, 模具企业向小而专的方向发展。如日本现有11656家模具企业, 小厂有11142家, 占总数的95.5%, 百人以上的仅有65家。占总数的54%韩国有1570家模具企业仅占总数的9%;新加坡有460家模具企业仅占总数的3香港有6500家模具企业也占总数的0.46%。
1.1.5 冲模分类
根据工艺性质可分为:冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模。冲裁模是指沿封闭或长空的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等;弯曲模是指板料毛坯或其他坯料沿着直线或弯曲线产生弯曲变形,从而获得一定角度或形状的工件的磨具;拉深模是把板料毛坯制成开口空心件进一步改变形状和尺寸的模具;成型模具是指将毛坯或半成品工件按凸凹模的形状直接复制成形,而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。
根据工序组合成都分,可分为单工序模、复合模、和级进模。单工序模是指在压力机的一次行程中,只完成一道冲压工序的模具,复合模是指只有一个工位,在压力机的一次行程中,在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具;级进模又称连续模,是指在毛坯的送进方向上,具有两个或更多的工位,在压力机的一次行程中,在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。
1.1.6 冲模的零部件
通常模具由两类零件组成,一类是公益零件,这类零件直接参与工艺过程
的完成并和坯料有直接接触,包括工作零件、定位零件、卸料与压料零件等;另一类是结构零件,这类零件不直接参与完成工艺过程,也不和坯料直接接触,只对模具完成工艺过程起保证作用,或对模具功能起完善作用,包括导向零件、紧固零件、标准件及其他零件等。
1.2 冲压件工艺分析
产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据,设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图人手。分析零件图包括技术和经济两个方面:
1.2.1 冲压加工的经济性分析
冲压加工方法是一种先进的工艺方法,因其生产率高,材料利用率高,操作简单等一系列优点而广泛使用。由于模具费用高,生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用,批量越大,冲压加工的单件成本就越低,批量小时,冲压加工的优越性就不明显,这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。例如在零件上加工孔,批量小时采用钻孔比冲孔要经济;有些旋转体零件,采用旋压比拉深会有更好的经济效果。所以,要根据冲压件的生产纲领,分析产品成本,阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。
1.2.2 冲压件的工艺性分析
冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。在技术方面,主要分析该零件的形状特点,尺寸大小,精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。良好的工艺性应保证材料消耗少,工序数目少,模具结构简单,且寿命长,产品质量稳定,操作简单,方便等。在一般情况下,对冲压件工艺性影响最大的是冲压件结构尺寸和精度要求,如果发现零件工艺性不好,则应在不影响产品使用要求的前提下,向设计部门提出修改意见,对零件图作出适合冲压工艺性的修改。
另外,分析零件图还要明确冲压该零件的难点所在,对于零件图上的极限尺寸,设计基准以及变薄量,翘曲,回弹,毛刺大小和方向要求等要特别注意,因为这些因素对所需工序的性质,数量和顺序的确定,对工件定位方法,模具制造精度和模具结构形式的选择,都有较大影响。
冲压工艺设计是针对具体的冲压零件,首先从其生产批量、形状结构、尺寸精度、材料等方面入手,进行冲压工艺性审查,必要时提出修改意见;然后根据具体的生产条件,并综合分析研究各方面的影响因素,制定出技术经济性好的
冲压工艺方案。其设计流程主要包括冲压件的工艺分析和冲压工艺方案制定两大方面的内容。
在综合方析,研究零件成形性的基础上,以材料的极限变形参数,各种变形性质的复合程度及趋向性,当前的生产条件和零件的产量质量要求为依据,提出各种可能的零件成形总体工艺方案。根据技术上可靠,经济上合理的原则对各种方案进行对比,分析,从而选出最佳工艺方案(包括成形工序和各辅助工序的性质,内容,复合程度,工序顺序等),并尽可能进行优化。
1.3 本设计要求
本论文设计带凸缘筒形零件拉伸模具,尺寸如图1-1所示:
图 1-1
材料:10
料厚:1.5mm
生产纲领:大批量生产
技术要求:
1、 毛刺小于0.1mm ;
2、 表面平整;
完成以下工作内容:
1、 冲压工艺性分析;
2、 确定合理的冲压工艺方案;
3、 进行必要的工艺计算;
4、 确定模具结构形式,进行模具总装设计,完成模具图;
2 工艺方案
2.1 工艺性分析
2.1. 1 拉深件的结构与尺寸
(1). 此拉深件为带凸缘圆筒形拉伸件,应拉深部分结构简单对称。
(2)拉深件凸缘上孔到侧壁的距离a 1=9. 5mm ,满足凸缘孔孔边到侧
壁的距离要求,
即: a 1>a =R +0. 5t =5+0. 5?1. 5=5. 75mm
底部上孔到侧壁的距离a 2=19. 75mm ,满足底部孔孔边到侧壁的距离要求,
即: a 2>a =r +0. 5t =5+0. 5?1. 5=5. 75mm
(3)拉深件底与壁、凸缘与壁的圆角半径:
r=5mm R=5mm 符合r >t、R>2t的要求,可不加整形工序
2.1.2拉深件的精度
查【1】表1-1及零件图可知:
尺寸 1.5 φ116 φ88 φ11 R5 r5 φ18.5
均为自有公差。
其中: 45±0. 6 低于IT15级精度
Φ550
-0. 1 低于IT14级精度
故:拉伸件尺寸精度符合一般要求。
2.1.3拉深件材料
此拉深材料为10钢,查【2】表1-3,查得10钢屈服比
σs /σb =206/350=0. 59<0.>0.>
其数值较小,拉伸性能较好,易于成型。
2.2 设计方案的确定
由于该工件外形尺寸中凸缘孔所标尺寸为外形尺寸,所以要最后对凸缘进行冲孔。该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序,可有以下两种工艺方案:
方案一:先落料,再拉深,再冲孔,采用单工序模生产;
方案二:落料、拉深复合,再冲孔,采用复合模+单工序模生产。
方案一模具结构简单,但三道工序需要三副模具,成本高而且生产效率低,难以满足大批量生产要求;方案二中虽说需要两副模具,但模具生产利用率高,第二幅冲孔模结构简单,便于设计,且生产效率高,也便于保证精度。通过对上述二种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案二为佳。
3 主要工艺参数计算
3.1 确定排样、裁板方案
3.1.1 工艺分析
材料料厚t=1.5,故计算时所需尺寸按中性层尺寸。
拉深件材料:10钢;料厚t=1.5mm;凸缘外径为d 0=116mm ;圆筒件的中径
圆筒件的外径d 2=58mm ;凸缘及底部圆角半径R=5mm;筒高d 1=56. 5mm ;
H 0=45mm ;中高H=60mm。
3.1.2 确定修边余量
选取修边余量:查【3】表4.8,
当 d 01=116. 5=2. 05 时,选取修边余量?h =1. 8mm ,
则实际外径为: d t =116+2?1.8=119.6mm
3.1.3 坯料直径
按【3】表4.14序号20提供的公式,出算坯料直径D 1为: D 1=d 2+4d 1H 1-3. 44d 1r g =. 62+4?56. 5?45-3. 44?56. 5?5
=153.3mm
按第一次拉入凹模材料比零件最后拉深部分实际所需材料多5%来计算,坯料直径应修正为:
D =D 12?105%=. 32?1. 05=157mm
3.1.4 排样
考虑到操作方便,排样采用单排。查【2】表3-18可得:
搭边值:条料两边a=1.2mm,进距方向a 1=1mm
进距 h=D+a 1 =157+1=158mm
条料宽度 b=D+2a =157+2×1.2=159.4mm
选用板料规格:1.5×500×1000
若纵排:条数 n 1=B/b =500/159.4=3条 余21.8mm
每条个数 n 2=A-a 1/h =1000-1/158=6个 余51mm
每板总个数 n 总=n 1n 2 =3×6=18个
材料利用率 η总=18×3.14×(157/2)2/500×1000×100%
=69.66%
若横排: 条数 n 1=A/b =1000/159.4=6个 余43.6mm
每条个数 n 2=B-a 1/h =500-1/158=3个 余25mm
没板总个数 n 总=n 1n 2=3×6=18个
材料利用率 η总=18×3.14×(157/2)2/500×1000×100%
=69.66%
由此可见,无论横裁还是纵裁,两种方案的材料利用率都是69.66%,且该零件没有纤维方向性的考虑,故可随意采用横裁或者纵裁。
排样图(简易)如图3-1:
图3-1
3.1.5 压力中心的确定
由于是圆形工件,凸缘孔呈圆周分布,且两两夹角1200,底部孔圆心与坯料圆心重合,故该工件压力中心为坯料圆心,简易图如图3-2所示。
图 3-2
3.2 拉深工艺的计算
3.2.1 压边
坯料相对厚度?100=0. 955<1.>1.>
3.2.2 总拉深系数
m z =d 2=58/157=0.369
3.2.3 预算拉深次数
由【3】表4.29,及=119. . 5=2. 12、
1
t/D×100=1.5/157×100=0.955
范文三:凸缘圆筒形工件的拉深设计要点
凸缘圆筒形工件的拉深设计要点:设计确定拉深模具结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度,
凸缘圆筒形工件拉深设计注意点:拉深高度应计算准确,且在模具结构上要留有安全余量,以便工件稍高时仍能适应拉深凸模上必须设有出气孔,并注意出气孔不能被 工件抱住面而失去作用
3)有凸缘拉深件的高度取决于上模行程,模具中药设计限程器,以便于模具调整
4)对于形状复杂,须经多次拉深的零件,需先做拉深模,经试压确定合适的毛坯形状和尺寸再做落料模,并在拉深模上按已定形的毛坯,设计安装定位装置。
5)弹性压料设备必须有限位器,防止压料力过大
6)模具结构及材料要和制件批量适应
7)模架和模具零件,要尽量是使用标准化
8)放入和取出制件必须方便安全
2、有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算
有凸缘筒形件的拉深原理与一般圆筒形件是相同的,但由于带有凸缘,其拉深方法及计算与一般筒形件有一定差别。
1) 有凸缘拉深件可以看成是一般筒形件在拉深未结束时的半成品,即只将毛坯外径拉深到等于法兰边直径d 时的拉深过程就结束。因此其变形力的压力状态和变形特点与筒形件相同。
2) 根据凸缘的相对直径有凸缘筒形件可分为:窄凸缘筒形件和宽凸缘筒形件
3、宽凸缘筒形件的工艺计算要点
1)毛坯尺寸的技术,毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行,其中要考虑修边余量:
根据拉深系数的定义,宽凸缘件总拉深系数仍可表示为:
2) 判断工件是否一次拉成,这只须比较工件实际所需的总拉深系数和h/d与凸缘件第一次拉深系数和极限拉深系数的相对高度即可。M 总>M1,当h/d
4、拉深凸模和凹模的间隙
拉深模间隙是指单面间隙,间隙的大小对拉深力,拉深件的质量,拉深模的寿命都有影响,若c 值大时,凸缘区变厚的材料通过间隙时,校正和变形的阻力增加,与模具表面的摩擦,磨损严重,使拉深力增加,零件变薄,甚至拉破,模具寿命降低。间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑,质量好,精度较高。
间隙过大时,对毛坯的校直和挤压作用减小,拉深力降低,模具的寿命提高,但零件的质量变差,冲出的零件侧壁不直。
因此,拉深模的间隙值也应合适,确定c 时要考虑压边状况,拉深次数和工件的精度。其原则是:既要考虑材料本身的公差,又要考虑板料的增厚现象,间隙一般比毛坯厚度略大一些。不用压边圈时,考虑到起皱的可能性取间隙值为:C=(1~1.1)Tmax。有压边圈时,工件的拉深间隙可取,C=1.1t
5、拉深凸模和凹模的尺寸及公差
工件的尺寸精度由末次拉深的凸。凹模的尺寸及公差决定,因此除最后一道拉深模的尺寸公差需要考虑外,首次及中间各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差没有必要做严格限制。模具的尺寸只取等于毛坯的过渡尺寸即可。此工件
内形尺寸公差有要求,故以凸模为基准,先定凸模尺寸考虑到凸模基本不磨损,以及工件的回弹情况,其值为:
6、凹模圆角半径
拉深时材料在经过凹模圆角时不仅因为发生弯曲变形需要克服弯曲阻力,还要克服因相对流动引起的摩擦阻力,所以凹模圆角半径的大小对拉深工件的影响非常大。主要影响有以下:
1) 拉深力的大小;2)拉深件的质量;3)拉深模的寿命。
所以凹模圆角半径小时材料对凹模的压力增加,摩擦力增加,磨损加剧,使模具的寿命降低。在生产上一般应尽量避免采用过小圆角半径,在保证工件质量的前提下尽量取大值,以满足模具寿命要求。
通常可按经验公式计算: 式中D 为毛坯直径或上道工序拉深件直径;d 为本道拉深后的直径,rd 应大于或等于2t ,若其值小于2t ,一般很难拉出,只能靠拉深后整形得到所需零件,故所给值符合要求。
7、凸模圆角半径
凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大,但其值也必须合格,一般首次拉深时凹模圆角半径为rp=(0.7~1.0)rd ,故所给值符合要求。
三、 冲裁工艺及冲裁模具的设计
1、 凸模与凹模刃口尺寸的计算
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度。模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差,是设计冲裁模的主要任务之一。从生产实践课发现:由于凸凹模之间存在间隙,使落下的料或伸出的孔带有锥度,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。在测量或使用中,落料件以大端尺寸为基准,在冲孔件以小端尺寸为基准。
落料
根据计算原则,落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸,凹模的基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸,再减小凹模尺寸以保证最小合理间隙值2Cmin 。
凹模洞的类型 有多种……
(凸)凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度,刚度和修模量,凹模的外形尺寸一般是根据被冲裁材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。
四、模具的其他零件
1、模架 模架的种类很多,要根据模具的精度要求,模具的类别,模具的大小选择。
根据查阅的内容及分析,此复合模可选用后侧导柱模架,导柱安装在后侧,有偏心载荷时容易歪斜,滑动,不够平稳,但可从三个方向送料,操作比较方便。常用于一般要求的小型工件的冲裁和拉深模。
2、模柄 模柄有多种形式,要根据模具的结构特点,选择合适的模柄,它的直径根据所选压力机的模柄孔确定。中间有孔可安装打料杆,以进行打料。
3、卸料板 它的主要作用是将冲压的料从凸、凹模上推下来,此外在比较复杂的的模具中,卸料板还具有保护小凸模的作用。
4、弹顶和推出装置 弹顶装置有弹簧元件组成装于模具的下面通过顶杆起到推料的作用,弹顶装置通常在压力机的工作台孔中,结构形式为:
5、导向装置(导柱 导套) H7/h6
6、固定零件 (固定板 垫板)
垫板的作用是承受凸模和凹模的压力,防止过大的冲压在上下模座上压出凹坑,影响模具的正常工作,垫板的厚度根据压力机的大小选择,一般取5~12mm,外形与固定板相同,材料45钢,热处理后硬度为45~48HRC。
固定板的作用起固定图、凹模,防止其在冲压过程中松动,造成模具的损坏,固定板的形状要根据凸凹模而定,外形尺寸与垫板相似。
7、连接零件
此类零件包括螺钉、销钉等,主要作用是连接其他零部件,使之共同完成工件的制造。
五、压力机的选择
压力机的选择要考虑冲裁力、拉深力以及卸料力、推件力,压力机的总吨位应大于以上所有力之和的1.3倍,普通刃冲裁,其冲裁力一般可按下式计算,Fp=KptLT。
拉深力
六、主要组件的装配
1、模柄 先安装2、凸模的装配3、弹压卸料板的装配4、模架的技术要求及装配
范文四:带凸缘圆筒形件—玻璃升降器的外壳
提目 录
摘 要 . ..................................................................... 2 前 言 . ..................................................................... 3 1 工件的工艺性分析 . ......................................................... 4
1.1 工艺分析.............................................................................................................................. 4 1.2 确定工艺方案....................................................................................................................... 4
2 有凸缘筒形件的确定 . ....................................................... 7
2.1 工艺计算.............................................................................................................................. 7 2.2 排样设计.............................................................................................................................10
3 计算冲压力、选择压力机 . .................................................. 15
3.1 计算冲压力 .........................................................................................................................15
3.3 冲模的闭合高度 ..................................................................................................................18
4 拉深力和压边力的计算 . .................................................... 19
4.1 拉深力的计算......................................................................................................................19
4.2 压边力的计算......................................................................................................................20
5 凸、凹模尺寸的确定 . ...................................................... 22
5.1 凸、凹模配合加工时工作部分的尺寸...................................................................................22
6 凹模设计 . ................................................................ 25
6.1 凹模的选择 .........................................................................................................................25 6.2 模架的选取 .........................................................................................................................26
6.3 凹模的主要技术要求 ...........................................................................................................26
7 主要零部件的结构设计 . .................................................... 29
7.1 定位零件.............................................................................................................................29
7.2 卸料与推件零件 ..................................................................................................................29 7.3 导柱与导套 .........................................................................................................................31 7.4 模柄....................................................................................................................................31
8 模具的总装图 . ............................................................ 32 结束语 . .................................................................... 33 致 谢 . ..................................................................... 34 参 考 文 献 . ............................................................... 35
摘 要
我本次设计的零件为带凸缘圆筒形件—玻璃升降器的外壳。外壳采用的材料08钢及
1. 5mm
厚度保证了足够的强度和刚度, 该零件外形简单对称, 利于合理排样、减小废料,直线、
曲线的连接处为圆角过渡。材料为一般用钢, 采用冲压加工经济性良好。
首先对零件进行了工艺性分析,然后选复合模作为该副模具的工艺生产方案,经过计算分析完成该模具的主要设计计算,凸、凹模工作部分的设计计算,还有主要零部件的结构设计,选择合适的模具材料。
进行冲压设计就是根据已有的生产条件,综合考虑影响生产过程顺利进行的各方面因素,合理安排零件的生产工序,最优地选用,确定各工艺参数的大小和变化范围,设计模具,选用设备等,以使零件的整个生产过程达到优质,高产,低耗,安全的目的
关键词:模具 落料 拉深 设计
前 言
模具可保证冲压产品的尺寸精度,是产品质量稳定,而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零件可以采用冶金厂大量生产的廉价的扎制钢板或钢带为坯料,且在生产中不需要加热,具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点,是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平的提高,很大程度取决于模具工业的发展。
90年代到21世纪初我国有计划经济转向市场经济过渡,也初步建立了经济体制的时期,国际分工不断深化,科技技术突飞猛进发展的时期。在经济和科技技术、市场等各个 方面我们不断与世界接轨。我们抓住机遇,迎接挑战坚决贯彻“以科技为先导,以质量主体”的方针,进一步推动企业的振兴。而要实现振兴就必须不断提高企业的产品自主开发能力和制造水平。
随着经济总量和工业产品技术的不断发展,各行各业对模具的需求量越来越大,技术要求也越来越高。由于模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此,一些重要的模具标准件也必须重点发展,而且其发展速度应快于模具的发展速度,这样才能不断提高我国的模具标准化水平,从而提高模具质量,缩短模具生产周期及降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势,因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。而且应该在目前已有一定基础,有条件、有可能发展起来的产品。
模具生产的工艺水平及科技含量的高低,已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力,决定着一个国家制造业的国际竞争力。
冲压工艺规程是模具设计的依据,而良好的模具结构设计,又是实现工艺过程的可靠保证,若冲压工艺有改动,往往会造成模具的返工,甚至报废。冲制同样的零件,通常可以采用几种不同方法工艺过程设计的中心就是依据技术上先进,经济上合理,生产上高效,使用上安全可靠的原则,使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下,达到最佳的技术效果和经济效益冲压件工艺过程的制定和模具设计是冷冲压设计的主要内容。
1 工件的工艺性分析
1.1 工艺分析
拉深件的工艺性是指拉深件对拉深工艺的适应性。在一般情况下,对拉深件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的拉深工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。该零件为玻璃器外壳。属于大批量生产,且其形状简单、对称、有利于合理排样、减小废料,直线、曲线的连接处为圆角过渡。且选用08钢,厚度为1.5mm, 其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径,且工件精度要求不高,不需要校形,此工件的形状满足拉深工件的要求,可用拉深工序加工。 1. 拉深时的工艺性分析
拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺的难易程度。良好的工艺性是指坯料消耗少、工序少,模具结构简单、加工容易,产品质量稳定、废料少和操作简单方便等。在设计拉深零件时,应根据材料拉深时的变形特点和规律,提出满足工艺性的要求。
对拉深材料的要求:拉深件的材料应具有良好的塑性、低的强度比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。
对拉深零件形状和尺寸的要求:(1)拉深件的高度尽可能小,以便能通过1—2次拉深工序成形,(2)拉深件的形状尽可能简单、对称,以保证变形均匀。对于半敞开的非对称件,可成双拉深后在剖成两件(3)有凸缘的拉深件,最好满足d 凸≥d+12t,而求外轮廓与直壁断面最好形状相似,否则,拉深困难,切边余量大。(4)为了使拉深件顺利进行,凸缘圆角半径r ≥2t 。当r 0.45)
(这里是0.28≤0.48~0.58)
h d ≤h 1d 1=0. 26≤0. 48~0. 58
根据以上所算符合m 总>m 1, h d ≤h 1d 1。 所以此工件可一次拉成。
表1—15带凸缘筒形件第一次拉深时最大相对高度
h 1d 1
2.2 排样设计
2.2.1 排样原则
1) 提高材料利用率n ,对冲裁件来说,由于产量大,冲压的生产率高,所以材料费用常会占冲件总成本的60%以上,材料利用率是一项很重要的经济指标。要提高材料利用率,就必须减少废料面积。冲裁过程中所产生的废料可分为结构废料与工艺废料两种。结构废料是工件的形状决定的,而工艺废料则是由冲压方式或与排样方式所决定的。
2) 使工人操作方便、安全、减轻工人的劳动强度. 条料在冲裁过程中翻动要少, 在材料利用率相同或相近时应尽可能选条料宽、进距小的排样方法。
3) 使模具结构简单、模具寿命较长。
4) 排样应保证冲裁件的质量、对于弯曲件的落料, 在排料时还应考虑板料的纤维方向。
1. 排样和材板方式的经济性分析
1) 排样:排样是指冲件在条料, 带料或板料上布置的方法。排样方法可分为有废料排样法和少, 无废料排样法。
2) 根据零件的外形与尺寸来看, 本零件最适合的排样方法为有废料排样发中的直排。 3) 搭边:排样时, 冲件之间以及冲件与条料册边之间留下的余料叫搭边, 它的作用是补偿定位误差, 保证冲出合格的冲件, 以及保证条料有一定刚度, 便于送材。
搭边数字取决与以下因素:冲件的尺寸和形状;材料的硬度和厚度排样的形式;条料的送料方法(是否由于侧压板) ;挡料装置的形式(包括挡料销, 导料销和定距侧刃等形式) 。
查表1—16得:文献[1]
工件间距a =1. 0mm ,侧边距a 1=1. 0mm 因材料为中等硬度钢,则应将查得数值乘以系数0. 9,则工件间距a =0. 9mm 。侧边距a 1=1. 08mm
4)送料步距及条料宽度计算:
(1)送料步距A (mm ) 。每次只冲一件,其步距的计算公式为: A =D +a 文献[4]
A =D +a =65+0. 9=65. 9(mm )
式中 D ---冲裁见平行于送料方向上的宽度,单位为mm D 有问题(A=D+a=62+0.9=62.9)
a ---冲裁件之间的搭边值,单位为mm
若一模出两件,其送料步距则是工件宽度的两倍。
(2)条料宽度B (mm ) ,当导料板之间(或两个单边导料销)时,条料宽度计算按下式计算:
B =(D +2a 1+?) 0 -?文献[4]
式中 D ---冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸,单位为mm a 1---冲裁件与条料侧边之间的搭边,单位为mm ?---板料剪裁时的下偏差,单位为mm
当条料在无侧压装置的导料板之间送料时,条料宽度按下式计算: B =(D +2a 1+2?+b 0) 0-?
D 有问题
式中 b 0---条料与导料板之间的间隙。 又因为所选模具无侧压装置,所以条料宽度为:
B =(D +2a 1+2?+b 0) -?
=(65+2?1. 08+2?0. 5+0. 5) -0. 5
=65.66
=68. 66-0. 5(mm )
D 有问题(62+2*1.08+2*0.5+0.5)
5)条料大多由板料剪裁而得,条料宽度一经决定,就不可以裁板。板料一般都是长方形的,所以就有纵裁(沿长边裁,也就是沿展制纤维方向裁)和横裁(沿短边裁)两种方法。因为纵裁裁板次数少,冲压时调换条料次数少,工人操作方便,生产率高,所以在通常情况下应尽可能纵裁。
板料尺寸,选用1800mm ?900mm ?1. 5mm 标准钢板,比较纵裁和横裁两种方案,选用其中材料利用率高的一种。
纵裁时,每张板料裁成条料数:文献[4]
n 1=
90068. 66
=13(个)(余
7. 42mm )
每块条料冲裁的制件数:
n 2=
1800-165. 9
=27(个)(余20. 7mm )
每张板料冲制制件数:
n =n 1n 2=13?27=351(个)
材料利用率:
351?
π
η=
4900?1800
?65
2
?100%=71. 9%
横裁时,每张板料裁成条料数:
n 1=
'
180068. 66
=26(个)(余14. 84mm )
每块条料冲裁的制件数:
n 2=
'
900-165. 9
=13(个)(余43. 3mm )
每张板料冲制制件数:
n =n 1n 2=26?13=338(个)
'
'
'
材料利用率:
338?
π
η=
900?1800
?65
2
?100%=69. 2%
经计算, 采用纵裁法时, 材料利用率为η=71. 9%, 采用横裁法时, 材料利用率η=69. 2%由此可见, 应采用材料利用率高的纵裁。
6)材料的利用率η的计算
材料的利用率通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示:
η=
S 1S 0
?100%=
S 1AB
?100%文献[4]
式中 S 1---一个步距内零件的实际面积
S 0---一个步距内所需毛坯面积 A ---送料步距 B ---条料宽度
准确的利用率,还应考虑料头、料尾以至裁板时边料消耗情况,此时可用条料的总利用率η0来表示:
η0=
nS 2LB
?100%
式中 n ---条料(或整个板料)上实际冲裁的零件数; L ---条料(或板料)的长度; B ---条料(或板料)的宽度; S 2---一个零件的实际面积。
2.2.2 排样图
排样图是排样设计最终的表达形式,排样图是编制冲压工艺与设计模具的重要工艺文件。一张完整的模具装配图,在其右上角应画出冲裁件图及其公差,送料步距及搭边a , a 1值。
采用斜排方法排样时,还应注明倾斜角的大小,必要时,还可用双点划线画出条料在送料时定位元件的位置。对有纤维方向要求的排样图,则应用箭头表示条料的级向。
10~13页,查表计算尺寸问题不大,只是式中有出现D 的计算结果会错
工
材料:08钢
厚1.5
图1.2
图尺寸有误,直径为50
3 计算冲压力、选择压力机
3.1 计算冲压力
在冲压过程中,压力机除了要克服冲裁力外,往往还需要克服卸料力、推件力、顶件力等压力。
普通平刃的冲裁模,其冲裁力一般按下式计算:
F 落料=1. 3πDt τ
=1. 3?3. 14?65?1. 5?294
N ) =11701(1
D 有问题, 结果影响以下各力的计算
(1.3*3.14*62*1.5*294=117011N)
式中 F ---落料力,单位为N D ---毛坯直径,单位为mm t ---板料厚度,单位为mm τ---板料的抗剪强度,单位为Mpa
则本零件的冲裁力为:
卸料力F 卸、推件力F 推、顶件力F 顶,在实际生产中常用以下经验公式计算:
F 卸=K 卸F 1
F 推=nK
推
F
F 顶=K 顶F 3
文献[1]
式中 F 卸、F 推、F 顶---分别为卸料力、推件力、顶件力系数(0.04、0.05、0.06)其值查表1—17
表1—17卸料力、推件力及顶件力系数
F 1, F 2, F 3---冲裁力
n ---梗塞在凹模内的冲裁件或废料的数目n =
口的高度,t 为厚度)。
F 卸
h t
,(h 为凹模直壁洞
和F 推是选择卸料装置和顶件装置的弹性元件的依据。
在计算冲裁所需要的总冲压力时,应根据模具结构的具体情况去考虑F 卸、F 推的影响。
F 卸=4680N
F 顶=7020. 66 F 推=5850. 55
当采用刚性卸料和下出件的模具(如刚性卸料的单工序模或级进模等)时: F 总=F +F 推
当采用弹压卸料和下出件的模具(如弹压卸料的单工序模、级进模或上模刚性推料的倒装复合模等)时:
F 总=F +F 推+F 卸
用倒装复合模冲裁时,F 卸与落料有关,F 推与冲孔有关。
当采用弹压卸料和上出件的模具(如上模弹压卸料、下模弹顶出件的单工序模或上模刚性推料的正装复合模等)时: F 总=F +F 顶+F 卸
此时,F 卸与落料有关,单工序模的F 顶与落料力有关,正装复合模中与冲孔力及落料力都有关。
而本零件则采用弹压卸料和上出件的模具,所以:
F 总=F 落料+F 顶+F 卸
=117011+7020. 66+4680
=128711. 66(N )
≈128. 7(KN )
3.2 选择压力机
对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模,必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。模具的压力中心应与模柄的轴线重合,否则会影响模具及压力机的精度和寿命。
一切对称冲裁件的压力中心,均位于其轮廓图形的几何中心点上。对于该零件,由图形可知压力中心位于圆心上。
首先以冲裁所需的总冲压力初步选择压力机,压力机的公称压力必须大于所计算的总冲压力。
在确定了模具结构及尺寸以后,还需对所选的压力机的其它技术参数进行校核,最后才能确定所需的压力机。
表1—18开式双柱可倾压力机技术规格
由表1—18可得,压力机的型号为J23-25
公称压力(KN ) :250 滑块行程(mm ) :65 滑块行程次数(次/min) :55 最大封闭高度
(mm ) :180(mm ) :270
封闭高度调节量(mm ) :60 滑块中心线至床身距离(mm ) :200 立柱距离 工作台尺寸(mm ) 前后370 左右560 工作台孔尺寸(mm ) 前后:200左右:290
直径:260 垫板尺寸(mm ) :50 模柄孔尺寸(mm ) 直径:40 深度:60 床身最大可倾角30?C
3.3 冲模的闭合高度
冲模的闭合高度是指:滑块在下死点,即模具在最低工作位置时,上模座上平面与下模座下平面之间的距离H 。冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时,滑块下端面至垫板上平面间的距离。当连杆调至最短时为压力机的最大装模高度H max ,连杆调至最长时为最小装模高度H min
冲模的闭合高度H 应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间,其大小关系为:
H max -5mm ≥H ≥H min +10mm
如果冲模的闭合高度大于压力机的最大装模高度时,冲模不能在该压力机上使用。反之,小于压力机最小装模高度时,可加减经过磨平的垫板。
冲模的其它外形结构尺寸也必须和压力机相适应,如模具外形轮廓平面尺寸与压力机垫板、滑块底面尺寸,模柄与模柄孔尺寸,下模缓冲器平面尺寸与压力机正整板孔尺寸等都必须相适应,以便模具能正确安装和正常使用。
所以加工该零件的模具闭合高度应为:
180mm -5mm ≥H ≥110mm +10mm
+凸凹模高
高度差
H 闭=上模座厚+下模座厚+落料凹模厚
-首次拉深工件高-料厚-落料凹模与凸模的刃面
文献[8]
=35+40+44+62-13. 8-1. 5-1=164. 72
175mm ≥H ≥120mm 所以H 取164. 7mm
4 拉深力和压边力的计算
4.1 拉深力的计算
由于影响拉深力的因素比较复杂,按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是比较困难的,所以,实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据。
计算拉深力的目的是为了合理的选用压力机和设计拉深模具。总的冲压力为拉深力与压边力之和。采用经验公式计算拉深力,对于圆筒形件: F L =πd 1t σb k 3 文献[2] 式中 F L ---拉深力(N )
d 1---筒形件的工序直径,根据料厚中线计算mm d1 尺寸不对 t ---材料厚度 σb ---材料抗拉强度
k 3---系数,与拉深系数有关见表1—19
表1—19筒形件第一次拉深时的系数k 3值(08、10、15钢)
由上式可算出该零件的拉深力:其中σb 为392Mpa
F L =πd 1t σb k 3 d1 尺寸不对,具体是什么,没找着
=3. 14?36. 5?1. 5?392?0. 75=50543(N )
4.2 压边力的计算
在拉深过程中,压边圈的作用是用来防止工件边壁或凸缘起皱的。随着拉深深度的增加而需要的压边力应减少。 则该零件的压边力为: F y =
π
4
[D
2
-(d 1+2r d 1)P
2
]
文献[8]
式中 F Y ---压边力(N )
D ---毛坯直径mm (该零件毛坯直径为65mm ) 尺寸有误(D为62) d ---拉深件直径mm 尺寸有误(应该是50吧) r d 1---凹模圆角半径mm
P ---单位压边力Mpa (P 值可由表1—20查得)
表1—20在双动压力机上拉深时单位压边力的数值
4.2.1 计算圆角半径
一般来说,r d 尽可能大些,大的r d 可以降低极限拉深系数,而且还可以提高拉深件的质量。但r d 太大会削弱压边圈的作用,可能引起起皱现象,因此r d 大小要适当。
筒形件首次拉深时的凹模圆角半径可由下式确定: r d 1=r p 1=r +t 2 文献[8] =5+1. 5/2 =5. 75mm
式中 r ---工件底部的圆角半径
t ---材料的厚度
凸模圆角半径过大,会使不与模具表面接触的毛坯宽度加大,使这部分毛坯容易起皱;
如果过小时,会使毛坯沿压边圈的滑动阻力增大,对拉深不利,又因本工件为一次拉深成形,所以凸模圆角半径与零件底部圆角半径的数值相等。即:R 凸=5mm
所以: F y =
=
π
4
[D
2
-(d 1+2r d 1)P
2
]
2
3. 14?65
[
2
-(36. 5+2?5. 75)?2. 5
]
4
=3772(N )
所以总力为:
F =F 总+F 压边力(F r )
=128711. 66+3772
=132433. 66(N )
≈132(KN )
D 尺寸错误(这里d1还是不清楚)
5 凸、凹模尺寸的确定
冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之间,如无特殊说明,冲裁间隙一般是指双边间隙。冲裁间隙对冲裁过程有很大的影响,对模具寿命也有较大影响。
合理间隙值有一个相当大的变动范围,约为(5%~25%)t 左右。取较小的间隙有利于提高冲件的质量取较大的间隙有利于提高模具的寿命。因此,在保证冲件质量的前提下,应采用较大间隙。
冲裁间隙的合理数值应在设计凸模与凹模工作部分尺寸时给予保证,同时在模具装配时必须保证间隙,沿封闭轮廓线的分布均匀,这样才能保证取得满意的效果。
表1—21冲裁模初始双边间隙
查表1—21得:z 0. 132 文献[2]
5.1 凸、凹模配合加工时工作部分的尺寸
冲裁件的尺寸精度主要决定于凸凹刃口尺寸及公差,模具的合理间隙值也是靠凸凹刃口尺寸及其公差来保证。因此,正确确定凸凹刃口尺寸及公差,是冲裁件模设计中的一项重要工作。
凸凹刃口尺寸计算原则:
(1)落料件的尺寸取决于凹模,因此落料模先决定凹模尺寸,用减小凸模尺寸来保
证合理间隙。
(2)刃口磨损后冲件尺寸减小,取接近或等于冲件的最大极限尺寸。
(3)在选择模具制造公差时,既要保证冲件的精度要求,又要保证有合理的间隙一般冲
模精度较冲件精度高2~3级。
复合模中落料部分刃口尺寸计算,圆形落料凹模和凸凹模中的凸模部分可采用分别加工法制造,拉深前的坯料直径取自由公差,可取其直径为φ650(IT 14) ,落料凹模及凸-0. 74模的凸凹刃口尺寸计算如下:
落料凹模刃口尺寸:
+δd
D d =(D max -x ?) 0
文献[1]
+0. 030
=(65-0. 5?0. 74) 0=64. 63
+0. 0300
(mm )
凸凹模中落料凸模刃口尺寸为:
D p =(D max -x ?-Z min ) -δp
=(65-0. 5?0. 74-0. 132) =64. 50-0. 020(mm )
0-0. 020
D 尺寸(这里是(62-0.5*0.74-0.132=62.50)
式中 D d 、D p ---落料凸、凹模刃口尺寸mm D max ---落料件的最大极限尺寸mm
?---工件的制造公差,(mm , 为自由公差, 可按IT14级精度处理) x ---磨损系数。当冲裁件精度为14级时,x =0. 5 Z min ---最小合理间隙
δp 、δd ---凸、凹模制造公差, 可有表1—22查得
表1—22冲裁时凸、凹模的制造公差
5.1.1拉深凸、凹模的间隙
拉深模的间隙是指单边间隙, 间隙过小增加摩擦阻力,使拉深件容易破裂,且易擦伤零
件表面,降低模具寿命;间隙过大,则拉深时对毛坯的校直作用小,影响零件尺寸精度。因此,拉深模的间隙单面一般比毛坯厚度略大一些。筒形件拉深时,间隙z 可按下面方法确定:
单面间隙:Z =t max +ct 文献[2] =1. 5+0. 2?1. 5 =1. 8mm 式中 t max ---板料最大厚度
c ---间隙系数, 第一次拉深为0.2 t ---材料厚度
该拉深工序件为内形尺寸可取自由公差,故拉深件尺寸为φ35+0. 62
作部分尺寸的计算公式可得:
凸模工作部分尺寸:
d p =(d 0m
i n
+0. 4?) -
δp
凹
文献[1]
凸凹模中拉深凹模工作部分尺寸:
d +δd
d =(d m i n +0. 4?+2Z ) 0
工件内径,单位mm ,本工件为32mm
d 0
p =(35+0. 4?0. 62) -0. 03
=35. 250
-0. 03mm
d (35+0. 4?0. 62+3. 6) 0. 06
d =0
=38. 850. 06
mm
式中 d p `d d ---冲孔凸凹模的刃口尺寸(mm) d m i n ---冲孔件孔的最小极限尺寸(mm) ?---工件的制造公差(mm)
δp `δd ---凸凹模制造公差
(IT 14) , 由拉深模工
6 凹模设计
6.1 凹模的选择
直壁式的孔壁垂直于顶面,刃口尺寸不随修磨刃口增大。故冲件精度较高,刃口强度较高,刃口强度也较好。直壁式刃口冲裁时磨损大,洞口磨损后会形成倒锥形,因此没修磨的刃磨量大,总寿命低。
如图1.3所示的洞口形状适用于冲件形状简单,材料较薄的复合模,所以本模具选用此形状的洞口形状。
一般有矩形和圆形两种, 凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度和刚度。凹模的厚度还应考虑修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据冲件材料的厚度和冲裁的最大外形尺寸来确定的。
凹模的厚度: H =Kb (≥15mm ) 文献[4] 凹模的壁厚: c =(1. 5~2)H (≥30~40mm ) 式中 b ---冲裁件的最大外形尺寸
k ---系数,考虑板料厚度的影响,本模具的系数取k =0. 24 则凹模厚度 H =Kb
=0. 24?65mm =15. 6mm
则 H =15mm c =2H =2?15mm =30mm 凹模外形尺寸的长与宽可根据凹模壁厚由下图可算出:
则凹模的外形尺寸的长与宽为:
L =B =b +2c =6mm +2?30mm =125mm 文献[1]
6.2 模架的选取
模架是由上、下模座、模柄及导向装置(最常用的是导柱、导套)组成。
模架是整副模具的骨架,模具的全部零件都固定在它的上面,并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连,下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置,以引导凸模的运动,保证冲裁过程中间隙均匀。后侧导柱模架送料方便,可以纵向、横向送料。所以本模具选取I 级精度的后侧导柱模架。
所以:文献[1]
后侧导柱模架:160mm ?125mm ?(160mm ~190mm ) 上模座:160mm ?125mm ?35mm HT300 下模座:160mm ?125mm ?40mm HT300 导 柱:25?150mm 20钢 导 套:25?85mm ?33mm 20钢
(I GB /T 2851. 3—90)
6.3 凹模的主要技术要求
凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直。凹模的底面与顶面应保持平行。
为了提高模具寿命与冲裁件精度,凹模的底面和型孔的孔壁光滑,表面粗糙度为,底面与销孔的为。
凹模的材料与凸模一样,其热处理硬度应略高于凸模,达到60~64HRC 。 根据模具的结构要求,确定了落料凹模的壁厚和厚度,实际尺寸如图1.5所示
图中为什么有六个圆,原图只有3个,
尺寸也存在问题 图1.5 落料凹模零件图 材料:CrWMn 热处理:60~64HRC
按凸凹模的工作要求及结构特点,确定拉深凸模和凸凹模的实际尺寸如图1.6、图1.7所示:
图1.6 拉深凸模零件图 材料:T10A 热处理:58~
62HRC
图1.7凸凹模零件图
材料:CrWMn 热处理:58~62HRC
7 主要零部件的结构设计
7.1 定位零件
7.1.1 条料方向的控制
条料的送料方向一般都是靠着导料板或导料销一侧导向送料,以免送偏。用导料销控制送料方向时,一般要用两个。由于本冲压模具采用手工送料,为此,可以省去侧压装置。手工直接送料进入凸模刃口。
7.1.2 挡料销的选择
固定挡料销分为圆形与钩形两种。一般装在凹模上,活动挡料销,其常用于倒装复合模中,装于卸料板上可以伸缩。由于本模具装置要求简单,所以可以采用圆形挡料销,因为其结构简单,制造加工方便。
7.2 卸料与推件零件
7.2.1 弹性卸料装置
弹性卸料装置一般由卸料板、弹性元件(弹簧或橡皮)和卸料螺钉组成。常用于冲裁厚度小于1.5mm 的板料,由于有压料作用,冲裁件平整。广泛用于复合模中。卸料板与凸模之间的单边间隙取(0.1~0.2)t 。
7.2.2 刚性推件装置
常用于倒装复合模中的推件装置,装于上模部分。将冲出的工件或落料从上模的凹模型孔内向下推出使用的装置称为推件装置。刚性推料装置推件力大,工件可靠,便于维修。
7.2.3 弹簧的选用
在选用时必须同时满足冲裁工艺(包括力和行程)和冲模结构的要求,圆柱螺旋压缩弹簧已经标准化了,每个型号弹簧的主要技术参数是能承受的工作极限负荷F j 与其相对应的工作极限符合下的变形量L j 。设计模具时,根据所需的卸料力或推件力以及所需的最大压缩行程L O 来计算F j 与L j ,然后在标准中选用相应规格的弹簧。
选用步骤如下:
1) 根据模具结构与尺寸,确定可装置弹簧的数目n ,本模具安装A 个弹簧。 2) 计算每个弹簧的卸料或顶件载荷F ‘=卸
F 卸n
’
。F 卸也就是卸料或顶料装置中每个弹簧
’
所受的预压力。则本模具中弹簧的卸料载荷F 卸=
4680N 8
=585N
3) 计算卸料或顶件时所需的最大压缩行程L o
L O =h 1+t +h 2+h 3
文献[4]
式中 h 1---卸料板高出凸模端面的高度,一般为1mm
h 2---凸模进入凹模的深度,一般为0.5~1mm
h 3---凸模的总修磨量,一般为4~10mm
t ---冲裁件厚度mm
所以本模具卸料时所需的最大压缩行程L o 为: L O =h 1+t +h 2+h 3
=1mm +1. 5mm +0. 5mm +7mm =10mm
1> 计算所需弹簧的工作极限负荷下的变形量L j 由虎克定律:
F Q L
' '
=
F j L j
L ' +L O ≤L j
令L ' =KL ,一般取K 为60%左右,对于冲裁模,K 可取大些,对于拉深或弯曲模,K 要取小些。
则:
F 卸KL
j '
=
F j L j
‘
于是 F j =
F 卸K
由 L j =L ' +L O =KL j +L O
于是 L j =L O 1-K
由上述两式和已知F Q ' 与L O ,求出F j 与L j 。
则本模具为:
F j =L j =585N 0. 610mm 1-0. 6=975N =25mm
2> 根据求出F j 与L j 从标准中选择弹簧型号。
则应选弹簧为:5?25?55 GB2089—80 文献[1]
7.3 导柱与导套
在选用时应注意导柱的长度,应保证冲模在最低工作位置时,导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10~15mm。而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5~1mm。
导柱与导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。当冲裁板厚在0.8mm 以下的模具时,选用H6/h5配合的I 级精度模架,当冲裁板厚为0.8mm~4mm时,选用H7/h6配合的Ⅱ级精度模架。
7.4 模柄
中小型模具都是通过模柄固定在压力机滑块上的,直接将上模座固定在滑块上。本模具属于小形冲模, 选压入式模柄, 它与上模座采用H 7m 6过度配合, 并加销钉防转, 模柄规
格:A 50mm ?95mm , GB 2862. 1-1981. Q 235。利用A 45mm ?100mm 的模柄, 配以模柄套
10(φ50mm ?70mm ) 。文献[1]
8 模具的总装图
由以上设计,可得到如图1.8所示的模具总装图。
为了实现先落料,后拉深,应保证模具装配后,拉深凸模的端面比落料凹模端面低3mm . 。
图1.8模具的总装图
1-定位销 2-卸料板 3-挡料销 4-弹簧 5-推件块 6-圆柱销 7-上模座 8-模柄 9-推杆 10-模柄套 11-螺钉 12-凸凹模 13-卸料螺钉 14-导套 15-导柱 16-螺母 17-下模座 18-
凹模 19-压边圈 20-顶杆 21-凸模 22-圆柱销
结束语
通过这次的毕业设计, 使我初步掌握了冲压成形的基本原理; 掌握了冲压工艺过程和冲压模具设计的基本方法; 具有拟订一般复杂程度冲压件的工艺过程和设计一般复杂程度冲压模具的能力; 通过这次的设计使我已经能够运用所学基本知识, 分析和解决生产中常见的冲压工艺及模具方面的问题.
这次设计我也遇到了许多困难, 如在排样设计这一块, 它的利用率不知道该如何来解决, 最后查阅多方面的资料和同学的帮助, 最终克服了这个困难. 冲裁间隙与拉深凸、凹模间隙两者之间有许多不同, 刚开始我总认为凸凹模刃口尺寸计算和拉深工作部分尺寸计算用的都是同一个间隙值, 其实一个是双边间隙一个是单边间隙. 还有模架的选取, 压力机的选择等方面都遇到了一些困难, 最后通过查资料和运用平时积累的知识解决了这些问题.
所以,在以后的工作中,需要继续学习和加深。因水平有限,设计中必然有所许多不足之处,还望老师批评指正。总之,本次设计让我受益非浅,各方面的能力都有了提高。但由于本人设计能力有限,再加上实践能力和经验不足,设计中难免有不足之处。但不管怎么样通过设计使我各方面的能力都得到了提高,为今后工作和学习奠定了坚实的基础,我认为这才是最重要的。
致 谢
首先,非常感谢xxx 老师在这次设计过程中给予我的悉心的指导与帮助。
从接受课题到现在完成毕业设计论文,我得到了xxx 老师精心的指导和无微的帮助,尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中,导师提出了许许多多宝贵的设计意见,在最后的论证修改过程中李老师还在百忙之中,抽出时间为我们提供了必要的指导和帮助。老师他渊博的学术知识、严谨的治学态度、勤勉的工作作风、敏锐的思路和实事求是的工作作风,对我的严格要求使我受益匪浅、享用终生。在此,对李老师表示我最真诚的尊敬和最诚挚的感谢。
完成此次设计使我明白, 设计一样东西并不是单一的依靠一门学科, 某种东西, 它可能需要多方面的东西,是通过各个方面的知识积累以及动手实践做出来, 而绝非凭空想出来的, 它是实实在在不掺一点水儿的, 只有自己掌握了各方面的知识才能更好的去制造去设计, 使我更加明白不论做什么都要认真, 一点一滴去积累, 踏踏实实去做才能慢慢走向成功.
由于我的学识水平、时间和精力有限,文中肯定有许多不尽人意和不完善之处,我将在以后的工作、学习中不断以思考和完善其次,要向给予此次毕业设计帮助的老师们,以及同学们以诚挚的谢意,在整个设计过程中,他们也给我很多帮助和无私的关怀,更重要的是为我提供了不少的资料,在此感谢他们,没有这些资料就不是一个完整的论文。
总之,我的设计是老师和同学共同完成的结果,在设计的这些日子里,我们合作的非常愉快,教会了我许多道理,是我人生的一笔财富,我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢!
参 考 文 献
[1] 王芳. 冷冲压模具设计指导. 机械工业出版社1982.
[2] 徐政坤. 冷压模具及设备. 机械工业出版社 2005
[3] 成虹. 冲压工艺与模具设计. 高等教育出版社 2006
[4] 丁松聚 .冷冲模设计. 机械工业出版社 2003.
[5] 杨占尧. 冲压模具图册. 高等教育出版社
[6] 马正元 .冲压工艺与模具设计. 机械工业出版社 1998
[7] 模具实用技术从书编委会. 冲模设计与应用实例.1986
[8] 孙锡红. 模具制造工. 中国劳动社会保障出版社 2004
范文五:圆筒形件拉深模具设计前言目录
前言1. 冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。 (1)冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。 (2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量而模具的寿命一般较长所以冲压的质量稳定互换性好具有“一模一样”的特征。 (3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。 (4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。 但是,冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技术要求高,是技术密集形产品。所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下, 冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益。 冲压在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件,如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。 在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当的大, 少则 60以上,多则 90以上。不少过去用锻造铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说,如果生产中不谅采用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现 的。2. 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压——在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压——在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的
不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可看成是由上模和下模两部分 组成,上模被固定在压力机工作台或垫板上,是冲模的固定部分。工作时,坯料在下模面上通过定位零件定位,压力机滑块带动上模下压,在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形,从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时,模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来,以便进行下一次冲压循环。3. 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现,因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。 (1)冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前,国内外对冲压成形理论的研究非常重视,在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。 特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善,近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术,即利用有限元(FEM)等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程,根据分析结果,设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题,并通过在计算机上选择修改相关参数,可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用,也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺,也是冲压技术的发展方向之一。目前,国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中,精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法,它扩大了冲压加工范围,目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25mm,精度可达 IT1617 级;用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺,能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件,在特定生产条件下具有明显的经济效果;采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件,具有很重要的实用意义;利用金属材料的超塑性进行超塑成形,可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序,这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性;无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术, 我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备,解决了多点压机成形法,从而可随意改变变形路径与受力状态,提高了材料的成形极限,同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力,实现无回弹成形。无模多点成形系统以 CAD/CAM/CAE 技术为主要手段,能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。 (2)冲模是实现冲压生产的基本条件 在冲模的设计制造上目前正朝着以下两方面发展:一方面为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 CAD/CAM 技术也在迅速发展;另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 精密、高效的
多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前,50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米,多功能级进模不仅可以完成冲压全过程,还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达 25 微米,进距精度 23 微米,总寿命达 1 亿次。我国主要汽车模具企业,已能生产成套轿车覆盖件模具,在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平,但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平,模具结构、功能方面也接近国际水平,但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。 高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量(主轴转速一般为 1500040000r/min)加工精度一般可达 10 微米,最好的表面粗糙度 Ra?1 微米)而且与传统切削加工相比具有温升低 , (工件只升高 3 摄氏度)、切削力小,因而可加工热敏材料和刚性差的零件,合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料(60HRC)加工;电火花铣削加工(又称电火花创成加工)是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样) ,因此不再需要制造昂贵的成形电极,如日本三菱公司生产的 EDSCAN8E 电火花铣削加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM 集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花加工机床的技术水平;慢走丝线切割技术的发展水平已相当高,功能也相当完善,自动化程度已达到无人看管运行的程度,目前切割速度已达到 300mm 2 /min加工精度可达?1.5 微米,表面粗糙度达 Ra010.2 微米精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、 数控光学曲线磨床、 数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤,使得现场自动化检测成为可能。此外,激光快速成形技术(RPM)与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 RPM 技术快速成形三维原型后,通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-?型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺(分层实体制造 SSM 和熔融挤压成形 MEM)的系统,它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造, 具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM加工的主模型为基础, 采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。 (3)冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件,高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要,目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展,加之机械乃至机器人的大量使用,使冲压生产效率得到大幅度提高,各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板?厦 骱螅 诩扑慊 绦蚩刂葡卤憧梢来瓮瓿伤谋咄淝 佣 蠓 忍岣呔 群蜕 剩辉诟咚僮远 沽 铣逖沟缁 ㄗ 映迤
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呒甘 叮 牧侠 寐矢叽?97;公称压力为 250KN 的高速压力机的滑块行程次数已达 2000 次/min 以上。在多功能压力机方面,日本田公司生产的 2000KN“冲压中心”采用 CNC 控制,只需 5min 时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作;美国惠特尼公司生产的 CNC 金属板材加工中心,在相同的时间内,加工冲压件的数量为普通压力机的 410 倍,并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 近年来,为了适应市场的激烈竞争,对产品质量的要求越来越高,且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求,开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中,无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元(FMC)和冲压柔性制造系统(FMS)代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲压设备为主体,包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统,生产过程完全由计算机控制,车间实现 24 小时无人控制生产。同时,根据不同使用要求,可以完成各种冲压工序,甚至焊接、装配等工序,更换新产品方便迅速,冲压件精度也高。 设计任务书正装复合模模具设计 产品的平面图见下图技术要求: 1. 材料:8 钢 2. 生产批量:中批量设计要求: 1. 绘制模具总装图; 2. 绘制该模具主要零件(凸、凹模等)的零件图; 编写设计说明书(A4 纸打印)。 目录第 1 章 工艺分析..............................................................错误~未定义书签。第 2 章 工艺方案及模具结构类型....................................................................1 2.1 工艺方案分析 ...........................................................................................1 2.2 主要工艺参数的计算 .............................................错误~未定义书签。 2.2.1 确定修边余量.....................................................................................1 2.2.2 计算毛坯直径.....................................................................................1 2.2.3 确定拉深次数.....................................................................................2 2.2.4 确定拉深深度.....................................................................................2 2.2.5 凸凹模间隙c .......................................................................................3 2.2.6 拉深高度的计算.................................................................................3第 3 章 确定排样图和裁板方案........................................................................3第 4 章 计算工艺力、压力中心以及初选压力机............................................4 4.1 工艺力的计
算 ...........................................................................................4 4.1.1 落料力F 落料 的计算 ..............................................................................4 4.1.2 推件力F 1 、顶件力F 2 及卸料力F 3 的计算 .......错误~未定义书签。 4.1.3 压边力的计
算......................................................................................4 4.1.4 拉深力的计算......................................................................................4 4.1.5 总冲压力的计算..................................................................................5 4.2 压力中心的计算 .......................................................................................5 4.3 压力机的选择 ...........................................................................................5第 5 章 刃口尺寸的计算....................................................................................6 5.1 落料刃口尺寸的计算 ...............................................................................6 5.2 拉深刃口尺寸的计算 ...............................................................................6第 6 章 零件结构尺寸和公差的确定................................................................7 6.1 零件结构尺寸的设计计
算 .......................................................................7 6.1.1 凸凹模的设计计算.............................................................................7 6.1.2 落料凹模的设计计算.........................................................................7 6.1.3 凸模的设计计算.................................................................................8 6.1.4 卸料板的设计计算.............................................................................9 6.1.5 凸凹模固定板的设计计算.................................................................9 6.2 模架的选
择 .............................................................................................10 6.3 弹性元件的设计计算 .............................................................................10第 7 章 辅助工序..............................................................................................10 7.1 润滑 .........................................................................................................10 7.2 退火 ......................................................................................................... 11 7.3 酸洗 ......................................................................................................... 11设计总结............................................................................................................12参考文献............................................................................................................13
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