前灯反光碗的冲压工艺及模具设计Word格式.docx
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因此,开发快速经济模具越来越引起人们的重视。
例如,研制各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具;
中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。
快换模架、快换冲头等也将日益发展。
另外,采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。
1.3模具标准化应用日益广泛
使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,而且能提高模具质量和降低模具制造成本。
因此,模具标准件的应用必将日渐广泛。
为此,首先要制订统一的国家标准,并严格按标准生产;
其次要逐步形成规模生产,提高标准件质量、降低成本;
再次是要进一步增加标准件规格品种,发展和完善联销网,保证供货迅速。
随着国际交往的增多、进口模具国产化工作的发展以及三资企业对其配套模具的国际标准要求的提出,一方面在标准制订方面注意了尽量采纳国际标准或国外先进国家标准,包括采纳先进企业的标准;
另一方面许多模具标准件生产企业根据市场需要,除按中国标准生产模具标准件外,同时也按国外先进企业的标准生产模具标准件。
例如日本“富特巴”、美国“DME”、德国“哈斯考”等公司的标准已在中国广为流行。
由于中国模具标准化工作起步较晚,模具标准件生产、销售、推广和应用工作也比较落后,因此,模具标准件品种规格少、供应不及时、配套性差等问题长期存在,从而使模具标准件使用覆盖率一直较低。
近年来虽然由于外资企业的介入,比例已有较大提高,但总的来说还很低。
1.4CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造方面应用越来越广泛
(1)模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
现在,全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。
由于模具CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,特别是微机的普及应用,更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。
随着微机软件的发展和进步,技术培训工作也日趋简化。
在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中,应抓住机遇,重点扶持国产模具软件的开发和应用。
(2)加大技术培训和技术服务的力度。
应进一步扩大CAE技术的应用范围。
对于已普及了模具CAD/CAM技术的一批以家电行业代表的企业来说,应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作,即开展企业信息化工程,可从CAPP,PDM,CIMS,VR逐步深化和提高。
(3)随着我国低成本人力资源难以为继和科学技术水平的不断发展,自动化和智能化制造必然要成为现代制造业的重要发展方向,智能模具也必将随之快速发展。
用智能模具生产产品可使产品质量和生产效率进一步提高,更加节材、实现自动化生产和绿色制造。
因此,智能模具虽然目前总量还不多,但却代表着模具技术新的发展方向,在行业产品结构调整和发展方式转变方面将会起到越来越重要的作用。
2反光碗冲压工艺方案设计
前灯灯反光碗,是在夜间行车时,将前车灯汇聚的光线反射出去的装置,呈抛物面状,集中光线反射可以使光线更亮,照射的距离更远,这些功能都是通过反光碗来实现的。
数据:
依照下图给出的零件图纸参数。
材料:
紫铜;
板厚:
0.3mm
2.1冲裁件的工艺分析
工件的工艺性是指工件对冲压加工工艺的适应性,它是从冲压加工角度对产品设计提出的工艺要求。
工艺分析就是要判断产品在技术上能否保质,保量地稳定生产,在经济上是否有效益。
因此,冲压工艺就是对产品的冲压工艺方案进行技术和经济的可行性分析。
良好的工艺性体现在材料消耗少,工序数目少,模具结构简单而寿命长,产品质量稳定,操作简单方便。
紫铜具有良好的延伸性,适合冲压和拉深,可以进行批量生产。
尺寸精度:
零件图上口径Ф750.4-0.0,口径尺寸完全可以由模具的尺寸公差和选择合理的间隙值来保证。
高度尺寸6和高度尺寸220.0-0.3为关联尺寸可以在翻边时加以适
当调整来保证高度公差。
其他的尺寸Ф20和Ф70未标注尺寸偏差,为自由尺寸,IT14级处理,查阅《互换性与测量技术》公差表得到:
Ф200-0.25,Ф700.740.00
工件的结构形状分析:
根据所给的零件图可以大体确定,此零件的完成需要经过落料、拉深、冲孔、翻边四道,表面质量要求不高,前道工序须为后工序留足够的余量,本方案材料为紫铜厚度0.3mm,较薄,拉深高度为19.12mm,属于浅拉深,可以一次性拉深成型。
翻边(孔)的主要变形是变形区内材料受切向和径向拉伸,愈接近预冲孔边缘变形愈大,因此翻孔的失败往往是边缘拉裂,但拉裂与否取决于拉深变形的大小,翻孔的变形程度,一般用坯料的预冲孔直径d0与翻孔后的平均直径D的比值K,称为翻孔系数
K=d0/D(2-Ⅰ)
平板预冲孔直径d,可以近似地按照弯曲展开尺寸计算
预冲孔直径
d0=D-2(h-0.43r-0.72δ)(2-Ⅱ)
根据零件图的几何计算翻孔高度h=2.87mm,D=20mm
则d0=所以K=2O-2(2.78-0.43×
1-0.72×
0.3)=15.55mm
K=15.55/20=0.78
表(1-1)金属材料的极限翻边系数
经退火的毛毛坯材料
极限翻边系数
Kt
Klmin
白铁皮
0.70
0.65
黄铜H62,t=0.5-0.6mm
0.68
0.62
铝t=0.5-5
0.70
0.64
硬铝合金
0.89
0.80
翻孔示意如图1-1
图(2-1)
查金属材料的极限翻边系数表Kt=0.68,0.78>0.68,所以可以进行翻边,翻孔时不会出现拉裂现象
另外翻边高度不高,翻边后端面不会因材料轧制方向性而产生凸耳,只有微小的凸耳,并且高度未标注尺寸IT14=0.36,可以达到此精度。
拉深是将板料拉深成带有筒状的零件的过程,由于板料的各向异性和模具间隙的不均匀性等因素的影响,拉深后的零件边缘不整齐,甚至出现凸耳,需在拉深后进行修边。
拉深最常见的缺陷就是拉裂,即在拉深过程中板料变薄的最激烈处。
若径向力大于板料的抗拉强度δb,便会在此处产生拉裂。
能否进行拉深成形的影响因素是拉深系数,在拉伸系数大于极限拉伸系数时不会出现拉裂现象。
对于零件中要求的抛物面与一般的拉深不同,可根据相对深度进行判断能否一次拉深成形,相对深度
H=h/t×
100(2-Ⅲ)
h-拉深高度
t-材料厚度
所以H=(22-6-2.87)/70=0.27
当相对深度<0.5-0.6时,成形与球面件相似,可以进行一次性拉深成形,为了使毛坯中部紧贴凸模而不起皱,需加大压边力,将此拉深视为宽凸缘锥形拉深件。
工艺分析:
根据零件图,确定四道工序落料、拉深、冲孔、翻边,可能的组合方案有以下几种:
(1)落料——拉深——冲孔——翻边单工序模冲压
(2)落料——冲孔——拉深——翻边单工序模冲压
(3)落料冲孔——拉深——翻边复合工序模与单工序模组合冲压
(4)落料拉深——冲孔翻边复合工序模冲压
方案
(1)、
(2)单工序模冲裁工序模指在压力机的一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。
反光碗属于大批量生产,而且尺寸不是太小,用但工序模生产效率低,操作不安全,劳动强度大,而且多次定位产生的定位误差会加大,故不宜采用。
方案(3)冲孔在拉深之前,孔径的尺寸不能保证,而且冲孔之后再拉深容易使孔的边缘拉裂,即使不会拉裂,由于受到径向的拉应力,后道工序的翻边再加上相同方向的作用力,会影响零件的使用寿命。
方案(4)落料拉深为一套复合模,冲孔翻边为一套复合模,这样的两套复合模结构不是很复杂,加工出的制件业不会因为受到内应力而影响使用寿命,而且复合模具只需要两次定位,产生的误差也不会很大。
故可以采用此方案
根据以上分析可以看出方案(4)是最佳方案
方案示意图如下:
排样
落料拉深件
冲孔翻边
图(2-2)
2.2模具的设计工艺与计算
根据以确定的加工工艺,计算毛坯尺寸,冲压力的总体计算,压力机的选用,材料的排样,利用率的计算,模具凸凹模尺寸,主要工作零件的设计以及模具的总体结构结构设计
2.2.1计算毛坯尺寸
(1)拉深与翻边可以看做无法兰的拉深件,根据零件图计算拉深高度为19.12mm确定修边余量。
(2-1)圆筒件的拉深修边余量△h(mm)
零件高度
修边余量
10~50
1~4
50~100
2~6
100~200
3~10
200~300
5~12
查表格选择修边余量为△h=1.2mm
2.2.1.1翻边毛坯尺寸
以上已经计算出预冲孔直径d0=15.55mm,由几何关系得到翻边圆角高度h1=
-
=1.02mm
材料的厚度只有0.3mm,可以直接按照零件的表面尺寸进行计算,与按照中径计算相差不大,面积可以分成三部分(图1-3):
A翻沿高度B半边圆角
C冲孔部分
图(2-3)
SA=π(h-h1)=3.14×
20(2.87-1.02)=116.18mm
SB=4dl-8rh=(4×
22×
3.14×
1×
77.58)-8×
1.02=100.94
SC=π(d20/2)=3.14(15.552/4)=189.81mm
2.2.1.2冲孔毛坯尺寸
d=1.13×
(2-Ⅳ)
=1.13×
=1.13
=23.07mm
2.2.1.3拉深毛坯尺寸
拉深部分的面积分成四部分,如图(2-4)
AB
CD
图(2-4)
SA=(h+△h)×
πd=7.2×
75=695.6mm2
SB=π「2π×
1(75-2)+8×
1」=366.16mm2
SC+D=8hr=8×
(48.82-29.7-6)×
50=5248mm2
总的拉深毛坯直径
D=1.13
(2-Ⅴ)
=
=99.32mm落料的总面积∑S=7726.69mm2
2.2.2排样、计算板料宽度与步矩
(1)搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。
搭边的作用是补偿定位误差,保证冲出合格的零件,搭边还可以使条料具有一定的刚度,便于送料。
理论上搭边值越小越好,但搭边值小于一定的数值之后,对模具寿命和剪切表面质量不利。
搭边值过小,作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均
搭边值与材料的机械性能,工件的形状与尺寸,材料的厚度,送料及挡料方式有关,一般根据经验值确定,其值如下表(2-2):
表(2-2)冲裁搭边值
工件及圆角半径r>2t的
材料厚度t/mm
工件间a1
沿边a
0.25~0.50
1.2
1.5
对于紫铜需要乘以系数1.2
所以a1=1.2×
1.2=1.44,a1=1.5×
1.2=1.8
(2)板料宽度的宽度的确定
有侧压装置的模具,使板料始终沿着倒料板进
带宽公式:
B=(Dmax+2a)0-Δ(2-1)
D为毛坯直径
a为搭边值
Δ为条料宽度的单向偏差,查《冷冲压成形工艺与模具设计制造》P73表4-20,Δ=0.6
B=(99.32+2×
1.8)0-0.6=102.920-0.6mm
(2)导板间距的确定
导板间距公式:
A=B+Z(2-2)
Z导料板与板料之间的最小间隙,如下表(2-3)
B板宽
表(2-3)导料板与条料之间的最小间隙值(mm)
料厚
有侧压装置
条料宽度B/mm
100以下
100以上
~0.5
5
8
Z取8,则A=102.92+8=110.92mm
(3)排样
排样的方法有三种:
1、有废料排样2、少废料排样3、无废料排样。
采用少或者无废料排样,对节约材料有重要意义。
本方案中的料厚为0.3,而且落料拉深为一套复合模,所以不宜采用少废料和无废料方案。
板料规格为:
710×
1500
送料步矩h=D+a1
=99.32+1.44=100.76mm
先将带横裁
N1=1500/B=1500/102.92=14.57≈14
每条的件数为
N2=(710-a)/h=(710-1.44)/100.76=7.04≈7件
板料可裁件数:
n=N1×
N2=7×
14=98
材料的利用率为:
η=nA/710×
150﹪
=98×
(99.32/2)2/710×
1500﹪=72﹪
纵裁时条料数为
N1=710/102.92=6.89≈6条
每条件数为
N2=1500-1.44/100.76=14.87≈14
板料可冲的总件数为:
n=N1×
N2=14×
6=84
η=nA/710×
150﹪=64×
3.14(99.32/2)2/710×
1500﹪=61﹪
2.2.3冲裁间隙的确定
冲裁模的凸模横断面,一般都小于凹模孔,凸模与凹模之间有适当空隙称为间隙。
选择合理的间隙以保证冲裁件的断面质量,,尺寸精度。
查《冲压手册》表3-5落料冲孔横刃口始用间隙2c
t=0.3,2cmin=0.04,2cmax=0.06
2cmin为最小双面始用间隙,2cmax为最大双面始用间隙
凸凹模分开加工时:
δp+δd≤Zmax-Zmin(2-3)
δp、δd凸、凹模的制造的制造公差,值如下表(2-4)
表(2-4)规则形状冲裁时凸、凹模制造公差
基本尺寸/mm
凸模偏差
凹模偏差
>80~120
0.025
0.035
0.025+0.035=0.06>
0.06-0.02=0.04,所以不能分开加工,只能配合加工模具
2.2.4冲裁力的计算
为了合理设计模具和正确选用压力机,就必须计算冲裁力。
冲裁力公式:
P0=τ×
L×
t(2-4)
P0冲裁力N
τ材料的抗剪切强度MPaτ=0.7σb(查《冲压手册》P817,σb=300MPa)
L冲裁周长
t材料厚度
所以冲裁力P0=3.14×
99.32×
0.3×
300×
0.7=19647N
2.2.5卸料力及推件力、顶件力的计算
一般情况下,冲裁件从板料上切下来之后,经常弹性变形而扩张,板料上的孔则会弹性收缩,会使落料梗塞在凹模中,冲裁后剩下的板料箍紧在凸模上。
所以要对落料件和冲裁件进行推卸。
推件力F1=nk1F(n一般取1)
顶件力F2=k2F
卸料力F3=k3F
系数k1、k2、k3值如表(2-5)
表(2-5)推件力系数、顶件力系数及卸料力系数
材料
k1
k2
k3
铝、铝合金
0.03~0.07
0.025~0.08
紫铜、黄铜
0.03~0.09
0.02~0.06
k1=0.05
k2=0.05
k3=0.04
推件力F1=1×
0.05×
19647=982N
顶件力F2=0.05×
卸料力F3=0.04×
19647=786N
2.2.6压料力的计算
在拉深过程中施加压料力防止起皱
坯料的相对厚度100δ/d0=100×
0.3/99.32=0.3<
1.5,查《冲模技术》P213表5-17,压料的近似范围,当100δ/d0<
1.5时需要压料。
压料力计算公式:
Fy=f×
p(2-5)
f压料面积
p单位面积的压料力
查《冲压手册》P185图5-9单位面积压料力p=3,压料面积f=3.14(99.32-75)
/4=464.3
Fy=1392N
2.2.7拉深力的计算
拉深力计算公式
FL=LtσbK(2-6)
K为修正系数,查《冲压工艺能与模具射进》P49修正系数为K=0.7
LA拉深件周长
t料厚
则FL=3.14×
75×
0.7=14836.5N
拉深功计算公式
A=λFLh/1000(2-7)
λ为修正系数,查《冲压工艺能与模具射进》P49修正系数为λ=0.72
h拉深高度,h=19.12mm
则拉深功A=0.72×
14836.5×
19.12/1000=202.96Nmm
2.2.8翻边力的计算
翻边力计算公式
FF=1.1π(D-d0)δσs(2-8)
d0预冲孔直径
D翻边后的直径
σs材料的屈服强度,紫铜的屈服强度为200MpaGB/T14953-1994
带入数据得FF=2515.14N
2.2.9压力机的选择
采用弹性卸料和下料的方式总的冲裁力
F0=F1+F2+F3+F+FF+FL+Fy(2-9)
带入以上计算数据得到F0=41140.64N
初选压力机的型号为:
JA21-35A,开式双柱固定台压力机
压力机的各项参数如下:
表(2-6)
模具闭合高度:
模具处于闭合状态时,上模板的上平面至下模板的下平面的高度。
根据模具装配图上设计的个零件的尺寸得到:
H=45+8+12+12+6103+8+50+14=248
冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应,通常应满足下列关系:
(H
-5)
H
+10)(2-10)
-压力机的最大闭合高度
-压力机的最小闭合高度
-模具的闭合高度
所选压力机的H
=280,H
=220.
所以模具的闭合高度满足压力机的行程。
2.3模具压力中心与计算
模具的.9压力中心是指工件内外周边上冲裁力的合力中心,应尽可能使模具的压力中心与压力机的滑块压力中心一致,否则会产生附加力矩。
本方案零件为规则形状零件,几何中心与压力中心重合。
3落料拉伸模刃口尺寸计算与工作部分尺寸计算
3.1落料拉深模的刃口尺寸计算
3.1.1落料刃口尺寸计算
凸凹模的尺寸和公差的决定,直接影响冲裁生产的技术经济效果,是冲裁模设计的重要环节。
综合考虑各种因素,遵循以下原则:
(1)设计落料时,应以凹模的尺寸为基准,间隙落在凸模上,靠增大尺寸获得。
(2)根据模具的磨损规律,凹模的磨损使落料件耳朵尺寸增大,一次设计落料时,凹模的尺寸应等于或者接近零件的下极限尺寸,凸模尺寸应等于或者接近零件的上极限尺寸。
(3)落料冲孔模,必须选择最小合理间隙
落料时:
凹模尺寸
Dd=(D-XΔ)+δd0(3-1)
凸模尺寸
Dp=(D-XΔ-2Cmin)0–δp(3-2)
查《冲模设计手册》P49表3-5落料冲孔刃口始用间隙,2Cm
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