毕业设计论文方孔扳手冲压模具设计.docx
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毕业设计论文方孔扳手冲压模具设计
毕业设计
方孔扳手冲压模具设计
系部现代制造工程系
专业名称模具设计与制造
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5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
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指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
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二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
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2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
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3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
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建议成绩:
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(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
方孔扳手冲压模具设计
摘要
本套模具是方孔扳手,材料为Q235钢,厚度t=2mm。
采用倒装复合模来加工零件。
此种模具结构简单紧凑,工作过程相对单工序模具更安全可靠。
而后在具体的设计过程中,需要依次计算毛坯尺寸,计算出冲裁时的冲压力、卸料力、推件力,然后确定模具的压力中心,根据前面所计算出的内容选择压力机和确定冲模的闭合高度,再确定模具的凸、凹模形状和尺寸,最后设计出挡料销、卸料板、推件装置、弹性元件、导柱、导套和模柄等模具的主要零部件,同时画出详细的零件图及装配图,从而完成整套模具的设计工作。
关键词:
方孔扳手;冲压;模具设计
1绪论
1.1模具发展的现状及趋势
在当下的现代化生产中,模具已经发展成为了我国的重要基础工业之一,其成型具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点。
模具制造工艺是一门严谨的需要技术的课程。
任何模具零件的工艺路线和所采用的工艺方法生产条件密切相关,在处理工艺技术问题时一定要理论联系实际。
对于同一个加工零件,在不同的生产条件下可能采用不同的工艺路线和工艺方法达到工作的技术要求。
CAD/CAE/CAM的广泛应用,显示了用信息技术带动和提升模具行业的优越性。
在CAD的应用反面,已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段,应用这些软件不仅可完成2D设计,同时可获得3D模型,为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。
1.2相关模具制造
(1)模具的制造:
指在相应的制造装备工艺和条件下,直接对模具构件的材料(一般为金属材料)进行加工,以改变其尺寸、相对位置和形状;使之成为符合要求的构件,再将这些构件经配合、定位并固定装配成模具的过程。
这一过程,是通过按照各种工艺和工艺过程管理、工艺顺序进行加工、装配来实现的。
(2)模具制造技术:
就是运用各类生产工艺装备和加工技术,生产出各种特定形状和加工作用的模具,并使其应用于实际生产中和一系列工程应用技术。
它包括:
产品零件的分析技术、模具的设计、制造技术、模具的质量检测技术、模具的装配、调试技术和模具的使用、维护技术等。
(3)模具的制造过程:
模具制造过程可分为模具与制造工艺设计,生产准备和加工,装配、试模三个阶段。
生产管理部门,车间进行。
2材料分析和模具结构的确定
图2-1零件图
工件名称:
方孔扳手
生产批量:
大批生产
材料:
Q235
材料厚度:
2mm
2.1工艺分析
该零件是长方形的轴对称工件,总体上结构简单。
冲裁件为Q235钢板,是优质碳素结构钢,具有良好的可冲压性能,冲裁件结构简单,但内外有尖锐角;零件图上尺寸均未标注偏差,属未注公差尺寸,可按IT4精度等级确定工件尺寸的公差:
670-0.74、8+0.360、870-0.87、φ200-0.52、φ250-0.52。
2.2工艺方案的确定
在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上,根据冲裁件的特点确定工艺方案。
工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。
方案一:
采用单工序模具,即先落料后冲孔,需两套模具;
方案二:
采用复合模具,即一次完成落料冲孔工序,只需要一套模具;
方案三:
采用级进模具,即先冲孔再落料,只需要一套模具。
三种方案的比较见表2-1所示:
表2-1三种方案的比较
模具种类
比较项目
单工序模
复合模
级进模
冲件精度
较低
高
一般
生产效率
较低
较高
高
生产批量
适合大、中、小批量
适合大批量
适合大批量
模具复杂程度
较易
较复杂
复杂
模具成本
较低
较高
高
模具制作精度
较低
较高
高
模具制造周期
较快
较长
长
模具外形尺寸
较小
中等
较大
冲压设备能力
较小
中等
较大
工作条件
一般
较好
好
由于这样一个工件按单工序模具来加工,则需两个工序,即需要两套模具,两台设备,模具制造费用大,生产效率低,且不容易保证尺寸精度,操作不便,也不够安全。
所以方案一不合理。
若采用模具级进则模具制造难度加大,工件的尺寸也不容易保证,生产效率也不高,所以方案三也不合理。
而采用复合模制冲件时,由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称,复合模的成本不是太高,制造的难度也不大,容易保证尺寸的精度,操作也方便,安全性好,生产效率高。
综上分析,冲裁件尺寸精度不高,尺寸不大,形状不复杂,定位要求不高。
根据材料厚度(2mm)特点:
冲模有较高的生产率,生产批量大,冲裁件的平直度要求不高,所以综合考虑,对以上三种模具特点的比较后,方案二比较合理。
所以采用方案二的复合模。
2.3毛坯形状,尺寸和下料方式的确定
由于该工件是不规则图形,最大尺寸是落料的长度,且生产批量大,所以为了送料方便快速,坯料可以用条料,宽度应比工件的最大宽度大两个单边搭边值,两冲裁件也应留一个最小的搭边值,以保证冲裁出完整的工件,避免残缺工件的产生。
提高坯料的利用率,提高生产效率和工件质量。
条料宽度的尺寸计算与条料送进时模具上有无侧压装置及是否有侧刃有关,本套模具中没有侧压和侧刃装置,则条料宽度的计算按下式:
(2-1)
式中:
-条料的宽度(mm);
-工件的最大宽度
=87mm;
-冲裁时留的最小搭边值
=2mm;
则:
b=87mm+2×2mm=91mm
条料的送料步距按下式:
(2-2)
式中:
-送料步距(mm);
-最小搭边值(mm)
=2mm;
则:
h=25mm+2mm=27mm
2.4排样和材料的利用率
排样的方法有:
有废料排样,少废料排样和无废料排样三种,一般冲裁时产生的废料分两种,一种是冲孔的废料和材料尾部余料,这种废料的产生与排样无关,而只与零件的结构有关,称之为结构废料;另一种是料头、前、中、侧面的搭边,与搭边选用及工艺方法有关,称之为工艺废料。
所以要提高材料的利用率就要合理排样,尽可能地减少工艺废料。
工件的排样如下图2-2所示:
图2-2排样图
由于工件的形状和结构的限制这里采用有废料排样的方法,排样时为保证工件的质量要求而留有搭边值,其值在前面已经查出。
那么材料的利用率按式:
=
(2-3)
式中:
-条料的材料利用率;
n-条料上冲件总数,此取n=37;
F1-工件实际面积(mm);
A-条料长度(mm)此取A=1000mm;
B-条料宽度(mm)B=91mm。
则:
=37×1691/1000×91×100%=72.4%
2.5冲模结构的确定
首先从上面我们已经确定这是一套复合模,分析这个冲件可知,它是一个不规则图形形且是轴向对称的冲件,而且最大尺寸可直接通过落料得到,内孔的冲裁又会产生废料,所以总体上应将落料的凹模固定在上模座上,而冲孔的凹模固定在下模座上,这样先完成落料,再随着模具的继续动作完成冲孔,而冲孔产生的废料可以通过与冲孔凹模相通的通孔直接排出模具外。
又由于条料只有2mm,较薄,而且冲压件较小,质量要求一般,属于普通冲裁,所以可以用弹性卸料装置进行卸料,同时可以利用弹性装置来实现冲裁前凸凹模与卸料板的压力来完成压料动作,以保证工件的平整度。
又由于毛坯以条料的形式送进模具,生产量又大,所以可用两个导料销和一个挡料销来完成条料送进时的正确定位和均匀正确的送料步距,同时由于冲件结构较简单,冲件又小,所以用手动送料即可。
在上下模座的导向方式上,考虑到冲件的结构较简单,尺寸精度要求较一般,而且是大量的生产,应尽量能提高模具的使用寿命,可以用导柱和导套配合的形式来完成上下模正确的冲裁定位。
再根据下面的倒、顺装复合模的比较,最后确定,整套模具采用倒装的形式。
具体特点的比较如下表2-2:
表2-2倒、顺装复合模的比较
比较项目
倒装复合模
顺装复合模
工作零件
装配位置
凸模
在上模部分
在下模部分
凹模
在上模部分
在下模部分
凸凹模
在下模部分
在上模部分
出件方式
采用顶杆、顶杆自上模(凹模)内推出,下落到模具工作面上
采用弹顶器自下模(凹模)内顶出至模具工作面上
冲裁件的平整度
较差
较好
废料排除
废料凸模内积聚到一定程度后,便从下模部分的漏料孔或排出槽排出
废料不在凸凹模积聚。
压力机回程时及从凸凹模内推出
凸凹模的强度和寿命
凸凹模承受的涨力太大,凸凹模的最小壁厚应严格控制,否则会涨裂
受力情况比倒装复合模好,但
凸凹模的内形尺寸易磨损增大,壁厚可比倒装的薄
生产操作
废料自漏料孔中排出,有利于清理模具的工作面,生产操作较安全
废料自上而下击落,和工件一起汇聚在模具工作面上,对生产操作不利
适应性
冲裁件平整要求不高,凸凹模强度足够时采用。
凸凹模尺寸较大时,可直接固定要下模上,不用固定板
适用于薄料的生产,平整度要求较高,以及壁厚较小,强度较差的凸凹模
3主要数据的计算
3.1各部分工艺力计算
由于本工件的材料较薄,且工件的尺寸较小,所需的冲裁力不大,一般冲裁设备即可满足所用的力,不需要采取降低冲裁力的措施,采用平刃冲裁即可。
以下冲裁力的计算按平刃冲裁时的式子进行计算。
3.1.1落料力的计算
落料力计算:
(3-1)
式中:
F落-落料力(N);
L-工件外轮廓周长L=392mm;
T-材料厚度t=2mm;
τ-材料抗剪强度查表得:
。
则:
F=1.3×199×2×392=203KN
3.1.2卸料力计算
(3-2)
式中:
-卸料力因数,
=0.05。
则:
F=0.05×(203+33)=11.8KN
3.1.3推件力的计算
推件力:
按式3-3:
(3-3)
式中:
-推件力因数,其值由书中查得
=0.55;
N-工件在凹模内的个数,取n=1;
则:
F推=3×0.055×(203+33)=39KN
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:
(3-4)
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:
(3-5)
用倒装复合模冲裁时,
与落料有关,
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或上模刚性推料的正装复合模等)时:
(3-6)
此时,
与落料有关,单工序模的
与落料力有关,正装复合模中与冲孔力及落料力都有关。
而本零件则采用弹性卸料和下出件的模具,则采用式3-6。
故由上数值计算得总的冲裁力:
=287KN
3.2工作部分尺寸计算
3.2.1落料刃口尺寸计算
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度,凸模与凹模刃口尺寸和公差,直接影响冲裁件的尺寸精度,模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。
正确确定模具刃口尺寸及其制造公差,是设计冲裁模主要任务之一。
图3-1凹模刃口图
落料模设计时,以落料凹模刃口尺寸与冲件尺寸基本一致,作为设计基准尺寸,凸、凹模间隙靠减小凸模刃口尺寸得到。
由于模具在冲裁过程中不断被磨损,致使凹模刃口尺寸逐渐增大,故设计时,应选用接近或等于工件的最小极限尺寸作为凹模刃口尺寸。
在选择凸、凹模刃口尺寸公差时,应依照冲件的精度要求,以经济合理为原则。
一般模具精度应比冲件精度要求至少高两个级别。
按书中表得冲裁模刃口双面间隙,Zmin=0.246,Zmax=0.360。
工件的未注公差尺寸按IT14级
凹模磨损后变大的尺寸:
A1A3A4
刃口尺寸计算公式:
AA=(AMAX-XΔ)+ΨA0
式中:
AA-相应的凹模刃口尺寸;
AMAX-工件的最大极限尺寸;
Δ-工件公差;
查表得:
X1=X2=X4=0.5
A1A=(87-0.5×0.87)1/4×0.87=86.565+0.2175mm
A3A=(25-0.5×0.52)1/4×0.52=24.74+0.13mm
A4A=(20-0.5×0.5)1/4×0.52=19.74+0.13mm
凹模磨损后不变化的尺寸:
A2A
刃口尺寸计算公式:
CA=(C-0.5Δ)+-0.5ΨA
CA2=(67-0.5×0.74)+-0.5×0.74×1/4mm
=66.63+-0.0925mm
查表得:
Zmin=0.246mmZmax=0.360mm
凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制,保证双面间(0.246~0.360)mm。
3.2.2冲孔凸模与凹模刃口尺寸的计算:
凸模与凹模刃口尺寸和公差,直接影响冲裁件的尺寸精度,模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。
因此确定凸凹模刃口尺寸及公差,是冲裁模设计中的一项重要工作。
冲四方孔用的凹模刃口尺寸应根据凸模的实际尺寸及最小合理间隙Zmin配制.故在凹模上只标注基本尺寸,不标注偏差,同时在图样技术要求上注明:
凹模刃口尺寸按凸模实际尺寸配制,保证双面间隙值为Zmin-Zmax。
图3-2凸模刃口图
凸模磨损后变小的尺寸:
8mm
刃口尺寸计算公式:
bT=(bmin+X△)0-ΨT
式中:
bT-相应的凸模刃口尺寸;
bmin-工件孔的最小极限尺寸;
△-工件公差
查表得:
X=0.75bT=(8+0.75×0.36)0-1/4×0.36mm
=8.270-0.90mm
查表得:
Zmin=0.246mm;Zmax=0.360mm
凹模刃口尺寸按凸模实际尺寸配制,保证双面间隙(0.246~0.360)mm
3.3凸模凹模主要尺寸的计算
(1)冲孔凸模:
因为所冲的孔为方孔,而且都不属于需要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换.
凸模长度按下公式计算:
L=h1+h2+h3
式中:
h1-凸模固定板的长度h1=26mm;
h2-落料凹模板的厚度h2=28mm;
h3-增加长度,即凸模的修磨量h3=mm;
L=26+28+6=60mm
凸模如图3-3所示:
图3-3冲孔凸模
(2)凹模重要尺寸的计算:
该零件属于无特殊要求的冲孔、落料件。
外轮廓由落料获得,孔由冲孔获得。
凹模的外形一般有矩形和圆形两种。
凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。
凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。
凹模厚度:
H=kb=0.28×87=24.36mm
式中:
b-凹模刃口的最大尺寸
K-系数,可查表的k=0.28
凹模壁厚:
c=(1.5-2),H=(60-80)mm
取凹模厚度:
H=28mm,凹模壁厚c=40mm
凹模宽度:
B=b+2c=25+2×40=105mm
凹模长度:
L=b+2c=87+2×4=167mm,L取200mm(垂直送料方向)
凹模轮廓尺寸为:
200mm×105mm×28mm
结构如图3-4所示:
图3-4落料凹模
(3)凸凹模的计算:
凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定。
凸凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量,一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的,与落料凹模配合确定,其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定。
凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。
表3-1凸凹模的最小壁厚
材料厚度t/mm
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.5
最小壁厚mm
1.4
1.8
2.3
2.7
3.2
3.6
4.0
4.4
4.9
5.2
5.8
材料厚t/mm
2.8
3.0
3.2
3.5
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
最小壁厚mm
6.4
6.7
7.1
7.6
8.1
8.5
8.8
9.1
9.4
9.7
10
凸凹模内外刃口间壁厚校核:
根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为4.9mm,该壁厚为4.9mm即可,本设计中凸凹模的壁厚为6mm,故该凸凹模的侧壁强度要求足够。
在这里所说的凸凹模是指落料凸模和冲孔凹模,其尺寸可根据冲孔凸模和落料凹模的一些尺寸来进行确定,具体尺寸见下图3-5所示:
图3-5凸凹模
3.4凸模强度的校核
3.4.1凸模承压能力的效核:
要使凸模正常工作,必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力,按下式3-11计算:
对于圆形凸模:
(3-11)
式中:
-凸模
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- 毕业设计 论文 扳手 冲压 模具设计