支板设计.docx
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支板设计
1、支板的工艺性分析
工件名称:
支板
生产批量:
大批量
材料:
20钢
厚度:
0.8
工件图:
本次课程设计选的是第二组数据。
制件的总体分析:
该零件形状简单、左右对称,是由圆弧和直线组成的。
根据冲压设计资料的表2-19可查出,该支板内外形所能达到的经济精度为IT11,控中心与边缘距离尺寸公差为±0.5mm。
将以上精度与零件的精度要求相比较,可得到该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证,其他尺寸标注,生产批量等情况,也均符合冲裁的工艺要求。
工艺性分析:
支板属于中等尺寸零件,料后0.8mm,外形复杂程度一般,尺寸精度要求如图示,零件材料为20钢,是优质碳素结构钢,具有良好的塑性,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:
Φ7.5mm的孔,尺寸精度要求一般,可采用冲孔。
故该制件只有外形落料和冲孔两个工序。
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。
2、工艺方案的确定
支板零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔,可拟定以下三种工艺方案。
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:
冲孔-落料复合模。
采用复合模生产。
方案三:
冲孔-落料级进模。
采用级进模生产。
方案的选择:
方案一的生产率低,工件的累计误差大,操作不方便,由于该工件为大批量生产,相比方案二和方案三更具有优越性。
该零件Φ7.5的孔与外边缘的最小距离为3.75mm,大于此零件要求的最小壁厚(Lmin=2t=2×0.8=1.6mm),可采用冲孔-落料复合模或冲孔-落料级进模。
复合模的形位精度和尺寸精度容易保证,且生产效率也高,尽管模具结构较复杂,但由于零件的几何形状复杂程度一般,所以模具的制造并不太困难;级进模的生产效率也高,但零件的冲裁精度稍差,预保证冲压件的形位精度,需要在模具上设置导正销导正,故模具的制造、安装比复合模复杂。
通过对上述三种方案的分析比较,该零件的冲压生产采用方案二为佳。
3、排样的设计与计算
该零件具有T形特点,直排时材料的利用率较低,采用直对排的排样方案可以提高材料的利用率,减少废料。
此时虽然没有无废料排样的利用率高,但制件的精度可以得到保证。
综上所述,支架的排样采用有废料排样的直对排。
制件的排样图:
(1)搭边的作用与影响
作用:
1、补偿误差;2、使凸凹模双边受力;3、增加条料刚度,方便条料送进。
影响因素:
1、材料的力学性能;2、材料的厚度;3、冲裁件的形状和尺寸;4、送料及挡料方式;5、卸料方式。
搭边值一般由经验确定。
查表1取最小搭边值为a=1.8mm和a1=1.5mm
表1最小搭边值
(2)计算送料步距和条料的宽度
条料宽度的计算:
采用有测压装置的送料方式,由B0-Δ=(Dmax+2a+Δ)0-Δ,S=B+c1=D+2a+Δ+c1(详见书本P60)
查书本表2-14得c1=0.5
代入数据计算:
B0-Δ=(40.5+2×1.8+2+7.5+0.5)0-0.5mm=54.10-0.5mm
导料板间距离的计算:
S=(45+2)mm=47mm
(3)计算材料的利用率
根据一般的市场供应情况,原材料应选用600mm×2000×0.8mm的冷轧薄钢板。
一个步距内制件的实际面积,如图1:
一个步距内含两个之间,故A1=2×[45×15-0.5×2π×7.52+0.5(15.98+29.05)×18+2×0.5×7.5×2.73+140°/360°×2π×7.52]mm2=2162mm2
图1
一个步距的材料利用率:
η=2162/(54.1×47)×100%=85.03%
4、冲裁力的计算
冲裁模设计时,为了合理的设计模具和选用冲压设备,必须合理的计算冲裁工艺力。
冲裁工艺力包括冲裁力F、卸料力F1、推件力F2和顶件力F3。
压力的大小随凸模进入材料的深度(凸模行程)的变化,本模具采用普通平刃口模具冲裁,其冲裁力按下式计算:
F=KLtτb
冲裁力公式:
F=F孔+F落
冲孔冲裁力F孔
F孔=KL孔tτ(考虑冲击载荷等因素,K通常取1.3)
L孔=3.14×7.5=23.6mm
t=0.88mm
τ=440MPa(查手册)
∴F孔=KL孔tτ=1.3×23.6×0.8×440=10799.4N,取孔=10.80kN
落料冲裁力F落
F落=KL落tτ
L落为落料件外形周边尺寸,L落=145.87mm
∴F落=KL落tτ=1.3×145.87×0.8×440=66750.1N,取F落=66.75kN
卸料力F1
F1=K1F落
查表2-11取K=0.025~0.06,取K=0.05
所以F1=0.05×66.75=3.34kN
推件力
F2=K2F孔n
查表2-11得K2=0.55,
取直筒形刃口的凹模刃口形式,由表2查得,h=5mm,则n=h/t=5/0.8=6个
所以F2=0.055×10.8×6=3.56kN
表2
总冲压力F总
F总=F+F1+F2=F孔+F落+F1+F2=10.8+66.75+3.34+3.56=84.45kN
为了保证压力足够,一般冲裁时的吨位应比计算的冲裁力大30%左右,即
F总’=1.3×84.45kN=109.79kN
初选开式可倾压力机参数型号为J23—16
查手册选择压力机的主要技术参数如下:
公称压力:
160kN;滑块行程:
35mm;最大闭合高度:
220mm;闭合高度调节量:
45mm;(标准型)工作台尺寸(左右×前后):
300mm×450mm;工作台孔尺寸:
160mm×240mm×Φ210mm;立柱间距离(不小于):
220mm;模柄孔尺寸(直径×深度):
Φ40mm×60mm;床身最大可倾角(°):
35°;垫板尺寸:
40mm
5、确定模具压力中心
用解析法求模具的压力中心的坐标。
按比例画出工件尺寸,选用坐标XOY,如图2所示:
图2
将工件冲裁周边分成L1、L2、L3、···、L9基本线段,求出各线段长度及各线段的重心位置:
L1=45mmY1=0mmX1=-0.5mm
L2=7.5mmY2=3.75mmX2=22mm
L3=9.3mmY3=7.5mmX3=18mm
L4=24.15mmY4=24mmX4=11mm
L5=11.8mmY5=37.8mmX5=0mm
L6=24.15mmY6=24mmX6=-11mm
L7=9.3mmY7=7.5mmX7=-18mm
L8=7.5mmY8=3.75mmX8=-23mm
L9=23mmY9=33mmX9=0mm
代入数据得:
X0=(L1X1+L2X2+···+L9X9)/(L1+L21+···+L9)=-0.19mm
Y0=(L1Y1+L2Y2+···+L9Y9)/(L1+L21+···+L9)=16mm
6、计算凸、凹模刃口尺寸
查表2-4得间隙值:
Zmin=0.040mm,Zmax=0.056mm
(1)冲孔
查表2-7得δp=-0.02mm,δd=+0.02mm
校核:
Zmax-Zmin=(0.056-0.040)mm=0.016mm,而|δp|+|δd|=0.040mm
满足Zmax-Zmin<|δp|+|δd|,故采用凸、凹模配合加工的方法制造。
查表2-6得,磨损系数X=0.75
冲孔时以冲孔凸模为基准来配作冲孔凹模,凸模磨损后,冲裁件的尺寸将变小,则:
Ap=(A+XΔ)0-δp=(7.5+0.75×0.1)0-0.02=8.250-0.02mm
Ad=(Ap+Zmin)+0.020=(8.25+0.0040)+0.020=8.29+0.020mm
(2)落料
落料件为复杂的制件,所以利用凸凹模配做法。
以凹模为基准来配作凸模,凹模磨损后,工件的尺寸将会变大,工件图中为标注公差的尺寸,查相关资料得出其极限偏差:
7.5±0.11
查表2-6得磨损系数为:
当Δ≥0.36时,X=0.5;当0.17≤Δ≤0.35时,X=0.75,;当Δ≤0.16时,X=1.0
A45=(Amax-XΔ)+0.25×Δ0=(45-0.5×0.52)+0.25×0.520=44.74+0.130mm
A33=(Amax-XΔ)+0.25×Δ0=(33-0.5×1.0)+0.25×1.00=32.5+0.250mm
A7.5=(Amax-XΔ)+0.25×Δ0=(7.5-0.75×0.22)+0.25×0.220=7.335+0.0550mm
AR7.5=(Amax-XΔ)+0.25×Δ0=(7.5-1.0×0.1)+0.25×0.10=7.4+0.0250mm
A22=(Amax-XΔ)+0.25×Δ0=(22-0.5×0.4)+0.25×0.40=21.8+0.10mm
落料凸模的基本尺寸与凹模相同,分别是44.74mm、32.5mm、7.335mm、7.4mm、21.8mm,
必标注公差,但要在技术条件中注明:
凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制,保证最小双面合理间隙值Zmin=0.040。
7、凸模、凹模及凸凹模的结构设计
(1)凹模的设计
凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉销钉与下模座固定的固定方式。
凹模刃口采用直壁式结构。
凹模的轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L×B及厚度尺寸H,从凹模刃口至外缘的最短距离即凹模的壁厚c。
H=Kb=0.4,因为是碳素工具钢,凹模高度应再增加30%,经相关资料查得凹模刃口周长修正系数为1.25,所以H≈36
c=(1.5~2)H=1.5×36=54
凹模长度:
L=l+2c=(40.5+2×54)mm=148.5mm
凹模宽度:
B=b+2c=(45+2×54)mm=153mm
凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取(1.7~2.0)d
d为螺孔的距离,由于凹模厚度为36mm,所以根据相关资料查得螺孔选用4×M12的螺钉。
螺孔到凹模外缘的最小距离a2=1.5d=1.5×12=18mm
a3=d=12mm
螺孔到销孔的距离一般取b>2d,所以b应大于24mm
凹模采用整体式凹模,各冲裁的凹模均采用线切割加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据计算的压力中心的数据,做压力中心与模柄中心重合。
凹模的长度选取要考虑以下因素:
①保证有足够的安装弹性卸料板的位置。
②便于导尺发挥作用,保证送料粗定位精度。
选取凹模边界为200mm×160mm。
(2)冲孔凸模的设计
为了增加凸模的强度和刚度,凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级形式,又由于它的外形尺寸一般,所以选用B形与凸模。
凸模固定板的厚度取28mm。
凸模长度一般是根据结构上的需要而定的,设计该模具为冲孔落料复合模,采用刚性卸料板,其凸模长度为
L=h1+h2+h3+h=28+10+4+16=58mm
凸模强度校核要是凸模正常工作,必须使凸模最小截面的压应力不超过凸模材料的许用压应力,即
F孔/Fmin≤[σ]
F孔=10800N,Fmin=3.14d2/4=44.16mm2
[σ]为凸模材料的许用压力,本凸模选用Cr12,查手册得[σ]=(1000~1600)Mpa,取[σ]=1200Mpa
∵F孔/Fmin=10800/44.16=244.57Mpa<[σ]
∴凸模强度符合要求。
外形落料凸模、凹模各尺寸及其组件的确定和标准化(包括外形尺寸和厚度)
所以L=28+10+0.8+1+15=54.8mm
凸模固定板材料可用45钢,结构形式和尺寸规格查手册可得200mm×160mm×28mm。
(3)凸凹模的结构设计
本模具为复合冲裁模,除了冲孔凸模和落料凹模外,还有凸凹模。
根据整体模具的设计需要,凸凹模的结构简图如下图。
确定凸凹模安排在模架上的位置时,要依据计算的压力中心的数据,使得压力中心与模柄中心重合。
经校核,凸凹模的强度能满足要求。
(4)定位零件的设计
在本模具中采用的是条料,所以导料销,挡料销和使用挡料销作为定位装置,起导向定位的同时起定位的作用。
用挡料销和使用挡料销挡住搭边或冲件轮廓,以限定条料的送进距离。
在本模具中试用固定挡料销,其结构简单、制造容易,在模具中广泛应用作定距装置。
(5)固定挡料销的设计与标准化
固定挡料销的设计根据标准件,选用材料为45钢A型固定挡料销。
如下图:
(6)导料销的设计与标准化
挡料销一般有两个,设置在条料的同侧,条料沿两个导料销确定的直线送进。
从右向左送料时,挡料销装在后侧;从前向后送料时,导料销装在左侧。
固定导料销一般设计在凹模上。
活动挡料销一般设在弹压卸料板上;导料螺钉一般设在固定板或下模座平面上。
导料销的材料一般采用T7,T8,热处理硬度为46~52HRC,粗糙度在16μm以下,装配时采用H7/s6配合。
查相关资料可知,导料销的尺寸为:
Φ6mm×8mm。
(7)始用挡料销
由于该制件的排样图是直对排,需要掉头冲裁,为了可靠定位需要设计定位装置,经分析可知可以采用始用挡料销进行掉头冲的首次冲裁,以后各次使用挡料销定位。
根据条料的料尾尺寸及凹模L=200mm,t=0.8mm。
根据GB2866.1-81选取始用挡料销规格长L=70mm,厚度H=12mm的始用挡料销装置,规格为:
始用挡料销:
始用挡料块——80mm×12mmGB2866.1-81
弹簧——1.0qmm×10mm×20mmGB2089-81
弹簧芯柱——8mm×18mmJB/T7649.2-1944
材料:
块——根据资料,选取材料为45钢;弹簧芯柱——根据GB700-79为Q235.;热处理:
块——硬度43~48HRC。
(8)导向装置的设计
导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动,对于生产批量较大,零件的要求较高,寿命要求较长的模具,一般都需要采用导向装置,本模具中的应用导柱导套装置来完成导向
(9)卸料装置的设计
本模具设计为以导料销为送进导向的冲模中使用的刚性卸料装置。
弹簧的选用:
弹簧属于标准件:
①设单个弹簧所承受的负荷为F0
已知卸料力F=3.34kN=3340N
设卸料弹簧个数为n=4个
所以F0=Fx/4=3340/4=835N
②根据F0的大小,从标准中初选弹簧规格Φ60mm×6mm×70mm
L0=h1+h2+h3+t
式中L0——弹簧的最大压缩量,mm
h1——卸料板高除凸模端面的高度,一般为1mm
h2——凸模进入凹模的深度,一般为0.5~1mm
h3——凸模的总修模量,一般为4~10mm
代入数据计算得:
L0=(1+1+10+0.8)=12.8mm
计算预选的弹簧在预压力F0作用下的预压缩量ΔH0,其公式为:
ΔH0=(F0/F2)×L0
式中F0——弹簧预压力。
N;
F2——弹簧的最大工作负荷,N;
代入数据得:
ΔH0×835/1725×12.8mm=6.2mm
ΔH‘=ΔH0+ΔH’+ΔH’’
式中ΔH‘——弹簧的实际工作压缩量,mm;
ΔH0——弹簧预压缩量,mm;
ΔH’——卸料板的工作行程,一般ΔH’=t+0.5,t为板料厚度,mm
ΔH’’——凸模刃模量和调整量,可取5~10mm
代入数据得:
ΔH‘=(6.2+1.3+5)mm=12.5mm
由L0=12.8mm大于12.5mm=ΔH‘所以该弹簧满足使用要求。
(5)连接与固定装置的设计
①模柄的设计
本模具属于中小型模具,采用模柄将上模固定在压力机的滑块上。
模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。
对它的基本要求是:
一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合,安装可靠;二要与上模正确而可靠的连接。
在本模具中选用压入式模柄,通过凸缘与上模座连接并加止转销防止转动。
这种模柄可较好的保证轴线与上模座轴线垂直,适用与各种中、小型模具。
模柄材料通常采用Q235或Q275钢,在此选用Q235钢。
其支撑面应垂直于模柄的轴线(垂直度不应超过0.02:
100)。
模柄在本模具选用标准尺寸,并根据前文压力机的参数确定模柄的直径和长度。
其具体参数如下:
d=Φ40±0.050mm,L=79mm。
②固定板的设计
将凸模或凹模按一定相对的位置压入固定后,作为一个整体安装在上模座或下模座上。
在本模具中只有凸模需要由固定板来固定。
固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍,其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同,需考虑紧固螺钉及销钉的位置。
固定板的凸凹模安装孔与凸凹模采用过渡配合H7/m6、H7/n6,压装后将凸凹模端面和固定板一起磨平。
现选用标准凸模固定板尺寸为:
200mm×160mm×28mm
固定板材料一般采用Q235或45钢,本模具选用材料Q235。
③垫板的设计
垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力,以降低模座承受的单位压力,防止模座被压出凹坑,影响凸模的正常工作。
模具中最为常见的凸模垫板,模具是否加装垫板,要根据模座所受烦人压力大小进行判断,若模座所受单位压力大于模座的材料的许用压应力,则需加垫板。
据前述计算可知需要加工垫板。
垫板的外形尺寸可与固定板相同,其厚度一般取3~10mm。
垫板材料为45钢,淬火硬度为43~48JRC。
垫板上、下表面应磨平,以保证平行度要求。
为了便于模具装配,垫板上的销钉通孔直径可比销钉直径增大0.3~10.5mm。
垫板的外形尺寸和固定板相同,厚度取10mm。
所以垫板的外形尺寸为:
200mm×160mm×10mm
④螺钉与销钉的设计
模具上常用的紧固零件是螺钉和销钉,螺钉和销钉都是标准件,设计模具是按标准选用即可。
螺钉用于固定模具零件,一般选用内六角螺钉;销钉起定位作用,常用圆柱销钉,螺钉、销钉规格根据冲压力的大小、凹模厚度等确定。
所以螺钉的规格选用M8,在根据实际要求,查标准选用GB70—85M12;销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格,因此根据标准选用GB119—86A12,根据有关资料,可选取材料为45钢,根据定位方式及坯料的形状与尺寸,选用合适的标准定位零件。
⑤卸料板的设计
卸料板的边界尺寸和固定板相同,选用材料为45钢,厚度为10mm。
因此卸料板的标准尺寸为:
200mm×160mm×10mm
(6)模架及组成零件的设计
①模架的选用
本模具选用由上模座,下模座,导柱,导套组成导柱模架及其零件已经标准化,在此选用后侧导柱模架。
②模座的确定
本模具中选用标准模架,因在前述中确定了凹模尺寸为125mm×100mm×16mm;根据标准确定下模座尺寸为:
250mm×250mm×50mm;上模座尺寸为:
250mm×250mm×45mm;导柱d/mm×L/mm为Φ32mm×190mm,导套d/mm×L/mm为Φ32mm×105mm×43mm。
8、压力机有关参数的校核及模具闭合高度
(1)公称压力根据公称压力的选取压力机型号为J23—16,它的压力为160kN>109.79kN,所以压力得以校核
(2)滑块行程滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出。
这里只是材料的厚度t=0.8,凸模冲入凹模的最大深度4mm,即S1=(0.8+12+4)mm=16.8mm<S=55mm,所以得以校核。
(3)行和次数行程次数为45/min。
因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核,满足使用要求。
(4)工作台面的尺寸根据下模座L×B=250mm×160mm,且每边留出30mm~50mm,即L1×B1=290mm×200mm,而压力机的工作台面L2×B2=300mm×450mm,冲压件和废料从下模漏出,故符合要求,得以校核。
(5)滑块模柄孔尺寸滑块上模柄孔的直径为Φ40mm,模柄孔深度为60mm,而所选的模柄夹持部分直径为Φ40mm,长度为56mm故符合要求,得以校核。
(6)闭合高度模具的闭合高度:
H闭=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8代入数据计算得H=(45+6+28+36+10+17+50+10)mm=202mm
由压力机型号Hmax=220mmM=45mmH1=10mm
Hmin=Hmax-M=220-45=175mm(M为闭合高度调节量/mm.H1为垫板厚度/mm)
由式(1-24):
(Hmax-H1)-5≥H≥(Hmin-H1)+10,得
(220-10)-5≥202≥(175-10)+10即:
205mm≥202mm≥175mm,所以所选压力机合适,即压力机得以校核。
9、绘制模具总装图和非标零件工作图
(1)本模具的装配图非标零件工作图见附图
(2)本模具的工作原理
制成该工件采用的复合模具结构,根据前述分析采用复合模具的倒装结构,落料凹模,冲孔凸模装在上模,凸凹模装在下模。
根据装配图可知,条料沿两个导料销从前向后送进,采用挡料销控制送料步距。
当条料送到指定位置时,上模在压力机的作用下下行,首先推荐块接触坯料,上模部分继续下行,进行冲裁,导柱,导套对上,下模的运动起到可靠地导向,凹模上需设置相应的让位孔。
冲裁完毕,卡在凸凹模外的条料搭边废料由下模部分的弹性装置卸下,冲孔废料由下模部分的漏料孔落下,冲裁的工件卡在上模内,随上模一起回程,上行到一定位置,打杆碰到曲柄压力机上的打料横杆,打杆及推件块将工件推出模外。
然后,再开始下一个行程;掉头冲裁时靠使用挡料销进行首次定位,以后各次使用挡料销进行定位。
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