落料冲孔复合模具设计1.docx
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落料冲孔复合模具设计1
落料冲孔复合模具设计
【摘要】模具是现代工业生产中重要的工艺装备之一。
在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷等生产行业中得到广泛应用。
某些发达国家的模具总产值以超过机床工业的总产值在这些国家模具工业已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业。
近年来,我国的模具工业也有了较大的发展,模具制造工艺和生产装备智能化程度越来越高,极大地提高了模具制造的精度、质量和生产率。
本模具的主要作用就是落料和冲孔,该模具在设计时不仅要根据冲裁件的材料选择模具的材料,还要根据冲裁件的形状、尺寸和精度来确定模具的类型和冲裁的工艺方案。
确定合理的冲裁间隙是本模具的重中之重,它不仅影响冲裁件的形状、尺寸和精度,还影响模具的使用寿命。
在模具材料的选择时应注意材料的性能和强度。
应尽量选择模具的标准件,这样不仅可以提高模具的寿命还可以缩短模具的制造周期。
在模具设计时不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求,还要保证它的使用寿命。
在本次设计中主要是考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务,模架采用后侧导柱模架,凹模采用洞口形状凹模,这样可以一次完成全部的工序加工,在设计中要考虑到很多关于我所设计零件的知识,包括它的使用场合,外观等。
通过这次的设计使我深深的体会到怎样才能把所学的东西更好的运用到实践中,设计过程中应注意的问题,使自己在冲压模方面有了更深更多的了解。
模具的精度比较高在使用的过程中要合理的保养,发现问题要及时的修复,这样才能保证产品的质量,提高模具寿命。
【关键词】垫片,落料,冲孔,复合模
1零件工艺性的分析
此件是一个半圆形的简单冲孔落料件,内孔为圆孔,小孔为¢8mm,与边缘间距为6mm,均满足最小壁厚要求,满足工艺要求。
零件的精度为IT14,普通冲裁的精度一般为IT11级以下所以精度能够保证。
零件的材料为10钢其抗拉剪度τ=255-333Mpa,抗拉强度бb=294-432Mpa具有良好的冲压性能,满足冲压工艺要求。
2零件工艺方案的确定
该零件为大批量生产,单工序模具生产效率低,不宜采用,级进模具,由于内孔外圆两道工序冲裁,需使用挡料销、导正销、侧刃定位,模具结构复杂,制造成本高,不宜采用;落料冲孔复合模,内外圆一次冲压成型,制件质量高,模具结构不太复杂,由于零件要求外观平整,无毛刺,所以宜用顺装复合模,其结构示意图为图1-1所示。
3、冲裁工艺设计计算
3.1冲裁力的计算
冲裁力的选择压力机的主要依据,也是设计模具的必须的数据。
对于普通平刃口的冲裁,其冲裁力F可按下式计算:
F=KLtτ
式中:
F—冲裁力(N)
L—冲裁件周长(mm)
T—板料厚度(mm)
τ—材料的抗剪强度(Mpa)
3.2卸料力,推件力和顶件力的计算
冲裁时材料在分离前存在着弹性变形。
在一般冲裁条件下,冲裁后材料的弹性恢复使落料或冲孔废料梗塞在凹模内,而板料则紧箍在凸模上,为了使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上的板料卸下。
将梗塞在凹模内的工件或废料向下推出或向上顶出。
从凸模上卸下板料所需的力称卸料力F卸;从凹模内向下推出工件或废料所需的力称为推件力F推;从凹模内向上顶出工件或废料所需的力称为顶件力F顶。
F卸,F顶,F推和冲件轮廓的形状,冲裁间隙,材料种类和厚度,润滑情况,凹模洞口形状等因素有关。
在实际生产中常用以下经验公式计算:
F卸=K卸FF顶=K顶FF推=nK推F
式中:
F—冲裁力
K卸—卸料力系数
K推—推件力系数
K顶—顶件力系数
n—梗塞在凹模内的冲件数
当冲裁件形状复杂,冲裁间隙较小,润滑较差,材料强度高时应取较大的值,反之则应取较小的值则取冲裁系数为Kp1.3。
K卸,K顶是选择卸料装置与弹顶器的橡皮或弹簧的依据,在计算冲裁所需的总冲压力时,应该根据模具结构的具体情况考虑K卸,K推,K顶的影响。
如下:
冲裁力F落=Kpltτ=294×1.3×2×(60+10π)N=69866.16N
F孔=Kpltτ=1.3×294×2×6π=19201.78N
卸料力F=K卸F=69866.16×0.06N=4191.97N
顶件力F=K顶F=69866.16×0.04=2794.65N
3.3计算压力总和
压力机所需总压力F总=69866.16+4191.97+2794.65+19201.78=96.06KN
3.4初选压力机
3.4.1冲压结构简单,属小型零件,精度要求不高,故选开式机械压力机。
3.4.2压力机规格的选择
(1)压力机的公称压力P0
P0>Fp总=76.853KN可初选P0=100KN型号为J23-10的双柱曲柄压力机
(2)行程次数
J23-10型压力机的行程次数为145次/min.满足冲压件的生产效率要求
(3)滑块行程s
要保证坯料的放进和工件的取出,应使滑块的行程大于工件高度的两倍以上,J23-10型压力机的滑块行程为45mm远大于工件的厚度两倍以上,所以满足冲压件的冲裁行程
(4)闭合高度
a压力机的闭合高度
J23-10型压力机的最大闭合高度Hmax=180mm连杆调节量为35mm.所以压力机的最小闭合高度Hmin=145mm
b模具的闭合高度H模
C压力机工作台面上不加垫板,则压力机的闭合高度和模具的闭合高度应满足:
Hmax-5≥H模≥Hmin+10
将Hmax.Hmin代入此式可知模具闭合高度的范围,即图1-1中的模具闭合高度H模.H模值由后面的主要零部件的计算得到H模值
d工作台面尺寸
压力机的工作台面尺寸应该大于下模周界的50-70
J23-10型压力机的工作台面尺寸为240㎜×370㎜模具下模尺寸为130㎜×200㎜满足要求
e模柄孔尺寸(直径×深度)为30㎜×55㎜设计的模具模柄为xx×xx满足要求
3.5压力中心的计算
模具的压力中心是指冲压时各冲压力合力的作用点位子。
为了确保压力机和模具正常工作,应该使冲模的压力中心与压力机滑块中心相重合。
冲压件为轴对称,模具刃口的压力中心在对称轴X上。
㎜
㎜
3.6凸凹模、凸模、凹模刃口尺寸的计算
此类零件属于一般冲裁件:
2Cmin=0.246
2Cmax=0.36
2Cmax—2Cmin=0.36-0.24=0.12㎜
由公差表差得:
φ8IT14
设凸凹模分别按IT6与IT7级加工制造
(1)冲孔(φ8+0.360)
(2)冲孔凸模
冲孔凹模
校核|δp|+|δd|≤2max-2min
0.009+0.015≤0.36-0.246
(3)落料
①、
校核|δp|+|δd|≤2max-2min
0.021-0.013≤0.36-0.246
②、
校核|δp|+|δd|≤2max-2min
0.02-0.025≤0.36-0.246
③、
校核|δp|+|δd|≤2max-2min
0.02-0.02≤0.36-0.246
4、冲孔落料复合模主要零部件的设计计算
4.1凹模的设计计算
4.1.1凹模孔口的设计
(1)凹模孔口的形式,选用直壁刃口凹模见图4-1所示
图4-1
(2)凹模的孔口高度h。
当t=(0.5~5)㎜时h=(5~10)㎜冲压件料厚t=2㎜所以取凹模的孔口宽度h=7㎜
4.1.2凹模外形结构设计见图4-2所示
图4-2
4.1.3凹模外形尺寸的计算
(1)凹模厚度H的计算H=K6≥15㎜则取20㎜
(2)凹模壁厚C的计算C=(1.5—2)H≥(30—40㎜)取2×40=20=100㎜
(3)凹模周界尺寸的计算
a:
凹模刃口为平滑曲线时W1=1.2H
b:
凹模刃口为直线时W2=1.5H
宽:
20+20×1.5×2=80㎜
长:
30+20×1.2+20×1.5=84㎜
4.1.4凹模的固定方式
固定方式:
螺栓固定如图4.3
(图4.3)
4.2固定板的设计计算
4.2.1凹模固定板的设计
(1)凹模固定板的外形尺寸与凹模一致取84㎜×80㎜
(2)凹模固定板的厚度为凹模厚的0.6—0.8倍取18㎜
4.2.2凸模(凹凸模)固定板的设计
(1)凸模(凹凸模)固定板的尺寸和凹模固定板的外形尺寸一致取84㎜×80㎜
(2)凸模(凹凸模)固定板的厚度为Ht
Ht=(0.6×0.8)Ha
则Ht=18㎜
备注:
复合模的凹凸模落料模的凸模
4.3卸料板的设计计算
4.3.1卸料板的类型
因为零件有平整度要求,所以采用弹压卸料板。
弹压卸料板与凹凸模的单边间隙一般取(0.1—0.2)t㎜
取0.4㎜
4.3.2卸料板的尺寸
(1)卸料板的外形与凹模一致84㎜×80㎜
(2)厚度取Hx=12㎜
(3)成型孔基本尺寸与凸凹模刃口一致
4.4定位零件的设计计算
4.5.1导料销
模具采用2个固定导料销压装在凹模固定板上材料45钢热处理后硬度45HRC
4.5.2挡料销
模具采用圆形挡料销
4.5弹性元件的设计计算
模具采用的弹性元件是橡胶
4.5.1卸料橡胶的自由高度h自由
根据零件材料的厚度2㎜冲裁时凸凹模进入凹模的深度取1㎜考虑到模具维修时的刃磨留量2㎜,在考虑到开启时的卸料板的厚度高出凸模1㎜则总的工作行程h工件=料厚+1㎜+2㎜+1㎜
=料厚+4㎜
=2㎜+4㎜
=6㎜
所以橡胶的自由高度h自由=h工件/(0.25—0.30)=6/0.3=20㎜取20㎜
模具在组装时橡胶的预压量h预=(10%~15%)h自由=20×10%=2㎜
由此可以算出模具中安装橡胶的空间尺寸为h自由-h预=20㎜-2㎜=18㎜
4.5.2橡胶的直径
A=FQ/p而A=
πD2/4
πD2/4=FP/p
D=
=
FQ―橡胶压力即卸料力N
A―橡胶的横截面积
P―与橡胶压缩量有关的单位压力取1.06Mpa
D―橡胶直径
选着D
4.6凸凹模(凸模)的设计计算
4.6.1凸凹模(凸模)的结构设计
①凸凹模(凸模)的刃口采用和零件一致的凹凸模或凸模,为改善凹凸模和凸模的强度和刚度,在中部增加一个过渡段。
②凹凸模和凸模的固定形式
凹凸模和凸模均以台肩与固定板固定其配合采用过渡配合(H7/M6)如图4.6图4.7
(图4.6凹凸模固定形式)
(图4.6凸模固定形式)
4.6.2凹凸模或凸模的厚度计算
Lt―凹凸模或凸模的厚度㎜
Ht-凸凹模或凸模的固定板厚度㎜
H自-卸料橡胶的自由高度㎜
Hx-卸料板厚度,取12㎜
t-板料厚度
1-凸凹模(或凸模)进入凹模洞口的厚度㎜
L凸凹=Ht+H自由+Hx+t+1(㎜)
=12+20+12+18
=62㎜
L凸=H凹+Ht+t+1
=18+20+1
=39㎜
5、落料复合模其他零件的设计计算
5.1模座的设计
5.1.1采用矩形模座,长度比凹模长度大40~70㎜,宽度和凹模的宽度相同或稍宽一些
则长度84+50=134㎜
宽80㎜
5.1.2模座的厚度
模座的厚度由凹模厚度来确定。
取Hs=Hx=(1~1.5)Ha
Hs-上模座的厚度㎜Hx-下模座的厚度㎜Hs=Hx=20×1.5=30㎜
5.2模柄的设计
模柄直径与压力机的模柄孔直径要一致,长度比压力机模柄长度的短。
模柄与上模座的连接,采用过渡配合(H7/H6)。
冲模的工作端为非圆型时,需在模柄与上模座的接缝处加防转销。
(如图5.1)
(图5.1模柄)
模柄:
Q235A型压入式模柄A30×73GB2862.1-81.Q235
5.3模架的设计
根据凹模的周界尺寸,选取后侧导柱窄型模架。
模架:
导柱、GB/T2861.1
导套、GB/2861.6
5.4垫板的设计
垫板的形状与凸凹模固定板(或凸模固定板)。
凹模固定板一致,厚度取LD=12mm材料45钢热处理后为45HRC
6.落料复合模闭合高度的计算
模具的闭合高度为:
H模=Hs+Hx+Lt+2Ld+H凹-1=164㎜
式中:
Hs―上模座的厚度㎜
Hx-下模座的厚度㎜
Lt-凹凸模的厚度㎜
Ld-垫板的厚度㎜
Ha-凹模的厚度㎜
1-凹凸模进入凹模的深度㎜
7、压力机的选择
前面初选压力机J23-10的双柱式曲柄压力机,该机的最大闭合高度Hmax=180㎜
最小闭合高度Hmin=145㎜满足
Hmax-5≥H模≥Hmin+10的要求
【参考文献】
[1]王芳:
《冷冲压模具设计指导》,北京:
机械工业出版社,1999.10版
[2]成虹:
《冲压工艺与模具设计》,北京:
高等教育出版社,2006.7版
[3]冲模设计手册编写组:
冲模设计手册,北京:
机械工业出版社,1998版
[4]徐茂功:
《公差配合与技术测量》,北京:
机械工业出版社,2009.1版
[5]杨老记、马英:
《机械制图》,北京:
机械工业出版社,2008,5版
致谢
在大学三年的努力和学习,在老师的指导下,我完成了大学期间最具规模的一次作业——毕业设计。
以前,我们在校模具车间进行了实训和在校外的企业进行实习,为后来的模具设计打下了坚实的基础。
尽管如此,我在设计的过程中仍然遇到了一系列问题例如模具材料的选择、弹性材料的选择、定位距离,孔距等等的问题。
幸好在老师的指导和帮助下,才能把上述的问题都基本解决,顺利的完成了毕业设计。
通过这次毕业设计,它让我知道了一种做事的章程,知道了一项计划实现的规划与过程。
更重要的与是它让我学会了如何查阅资料,如何将理论实际相结合。
在这里,我再次感谢所有教过我、帮助过我的老师和同学!
在大学的三年里,我得到了一种做事的风格,得到了学习的方法,得到了你们传授的知识。
祝愿你们在以后的日子里,生活美满,事业顺心。
此致
敬礼
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