模具设计与制造专业毕业论文--杯形件落料、拉深、冲孔、复合模设计

模具设计与制造专业毕业论文-杯形件落料、拉深、冲孔、复合模设计 杯形件落料、拉深、冲孔、复合模冲压件结构工艺性分析 此工件有落料、拉深、冲孔三个工序。材料为Q235钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。工件结构相对简单,有3个?20mm的孔、2个?5mm的孔、2个?3mm的孔、还有一个不规则的孔,孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为3mm(?20mm的孔与杯形件内壁之间的壁厚)。工件属于典型圆筒形件拉深,形状基本对称,对工件厚度变化也没有作要求,但是零件图上已经给出了孔心距的公差,由公差可以查得公差等级应为IT12级,尺寸精度较低,而工件总高度尺寸32mm可在拉深后采用修边达到要求,普通冲裁完全能满足要求。2.冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序,可有以下三种工艺方案:方案一:先落料、再拉深、最后冲孔,采用单工序模生产。方案二:冲孔、拉深、落料级进冲压,采用级进模生产。方案三:落料-拉深-冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案一模具结构简单,但需要三道工序三副模具,成本高而生产效率低,难以满足中批量的生产要求。方案二需要一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求,但是由于工件的尺寸相对较大,采用级进模生产需要较大的冲裁力,模具的尺寸相对较大,对资源产生较大的浪费,对成本的要求也较高,结构比较复杂,不易冲裁。方案三也只需一副模具,工件的精度及生产效率也较高,消除了方案二的弊端,模具制造也不困难,工件的最小壁厚也能满足要求,且冲压件质量较高,成本也较低。通过对上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案三为佳。 根据表面积相等原则,用解析法求该零件的毛坯直径D,又因为工件是规则的形状,所以可以根据表4.3.3的公式计算毛坯直径D,具体计算见表一。 设计复合模,首先要设计条料的排样图,杯形件的形状具有对称的特点。没有必要直对排,直对排时材料的利用率也较低,应采用有废料直排,如图二所示的排样方法,可显著地减少废料。搭边值取1.0mm和1.2mm,条料宽度为105.8mm,步距为103.4mm,一个步距的材料利用率为59%(相关计算见表一)。查板材标准,宜选1000mm1000mm的钢板,每张钢板可剪裁为9张条料(105mm 1000mm),每张条料可冲9个工件,故每张钢板的材料利用率为52%。图3-1:排样图 该工件为简单的杯形件,求出h/d34/790.43,根据毛坯相对厚度t/D1.5/102.41.5,查表4.4.3发现h/d小于表中数值h/d0.840.65,能一次拉深成形,所以采用落料拉深复合冲压,因为t/D1.5查表4.4.4可用可不用压料装置, 用压料装置,这样可选择较小拉深系数,所以用压料装置。修边余量的选择,当零件相对高度h/d很小,并且高度尺寸要求不高时,也可以不用切边工序,考虑到工件的精度,还是考虑采用切边。 该模具采用正装复合模,固定卸料与顶件,采用落料、拉深、冲孔三个工序复合,冲压工艺总力的计算相对比较复杂,冲裁力已经包括了拉深中的落料力,因此在计算的时候要特别的注意,不要做重复的计算,不然就会造成不必要的资源浪费,具体冲压力的计算见表一,根据冲压工艺总力计算,计算结果并结合工件高度,初选J23-63压力机。 表一:主要设计计算项目分类项目公式结果备注毛坯毛坯直径102.4mmh2mm ; 查表2.5.2得最小搭边值a1.2mm,a11.0mm;采用无侧压装置, 条料与导料板间隙Cmin1mm;n159%冲压力冲裁力b375336N641.6mm , b300mPa拉深力b74418 N查表4.4.6的0.50 , b400 mPa压边力7058.7N初定5.5mm ,查表4.4.5得2.3 mPa冲压工艺总力498099.7 N弹性卸料,上出件3.5压力中心的确定及相关计算 计算压力中心时,先画出凹模型口图,如图三所示,在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L11共11组基本线段,用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标(0.15,8.54)。有关计算如表二所示。 图3-2:凹模型口图 表二:压力中心数据表基本要素长度L/mm各基本要素压力中心的坐标值xyL162.8-17.53L262.8025L362.817.53L415.712.515L515.7-12.515L6250-10L725020L815.720-23L915.7-2023L109.422423L119.42-29-16 由以上计算结果可以看出,该工件冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点O较小,为了便于模具的加工和装配,模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-63 冲床,C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内,满足要求。 落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸计算见表 所示,该工件要求不高,为简单方便,实际生产中直接按工件尺寸作拉深凸、凹模固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证零件各个孔的同轴度,使装配工作简化,因此,工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算,具体计算见下表表三:工作部分尺寸计算尺寸及分类凸、凹模间双面间隙尺寸偏差与磨损系数计算公式结果备注X0.75DAD- X+A模具制造公差是查表2.4.1 所得,满足A+T(Z- Zmin)DTDA- Zmin-T拉深?79查表4.8.2得Z3.3mm+A模具制造公差是查表4.8.3所得。当零件尺寸标注在外形时,以凹模为基准DTDA- Z-T表四:工作部分尺寸计算尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注冲孔?3dTdA- Zmin/2dAdmin+ XdTdA查表2.3.3得,冲裁双面间隙Z 0.240Zmin0.132 ;磨损系数X0.75 ,模具按IT6级、IT7级制造。校核满足A+T(Z- Zmin)5dTdA?10dTdA?20dTdA孔心距8LAL/8 LA18LA20LA24LA35LA49LA 卸料弹簧的设计计算见表四。选用的8根弹簧的高度务必一致,而且型号完全相同,不然会造成受力不均匀,运动产生歪斜,影响模具的正常工作。由弹簧的相关规格工具书查的,初选弹簧规格为60mm10mm20mm。具体参数是:弹簧中径D60mm,材料直径d10mm,节距t20mm,FJ4180N,HJ27.1mm, 自由高度H075mm,n3, L848mm。表五:卸料弹簧的设计计算项目公式结果备注卸料板工作行程h工h工 h1+t+h24.5mmh1为凸模凹进卸料板的高度1mm,h2为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm弹簧的工作行程H工H工h工+h修8.5mmh修为凸模修磨量,取4mm弹簧自由高度H075mm由弹簧的型号及凸模的工作行程综合考虑的弹簧的预压缩量H预15.2mmHJ为弹簧工作极限负荷下的变形量,FJ为工作极限负荷。为每个弹簧的预压力每个弹簧承受的载荷2345.9N选用8个标准的弹簧,由卸料力计算得到校核弹簧的实际总压缩量H + h工+HJ满足要求H弹簧实际总压缩量弹簧的安装高度H安H安H0-H预60mm4模具总体设计 由冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为复合模。 因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用导料板,无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距,导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量,可以靠操作工目测来定。 4.3卸料、出料方式的选择 因为工件料厚为1.5mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹性卸料。 又因为是复合模生产,所以采用上出件比较便于操作与提高生产效率。4.4导向方式的选择 为了提高模具的寿命和工件质量,方便安装调整,该复合模采用中间导柱的导向方式。5主要零部件的设计 由于工件形状简单对称,所以模具的工作零件均采用整体结构,拉深凸模、落料凹模和凸凹模、冲孔凸模的结构如图 所示。 为了实现先落料,次拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端面比落料端面低,所以图所示拉深凸模,其长度L1可按下式计算: L1H固+H凹-H低20+40-555mm式中H固-凸模固定板的厚度,H固20mm H凹?凹模的厚度,H凹40mm H低?装配后,拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度,根据板厚大小决定H低5mm 图三所示,凸凹模因为型孔较多,为了防止淬火变形,除了采用工作部分局部淬火(硬度58-62HRC)外,材料也用淬火变形小的CrwMn模具钢。 图5-1:凸、凹模 因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于需要特别保护的小凸模(一般指孔径小于被冲板料的厚度或直径d1mm的圆孔和面积A1mm2的异形孔所以冲孔凸模采用台阶式,一方面加工简单,另一方面便于装配与更换,又因为采用的是复合模冲裁,冲孔凸模相对比较细长,因此,必须对它的强度进行校核,采用阶梯凸模可以在相同冲压力的条件下,加长了凸模的长度,冲?3 ?5 ?20的孔的凸模结构如零件图所示 冲孔凸模强度校核: 由于凸模形状为圆形,采用有导向的结构,所以根据以下公式校核弯曲应力,校核压应力。弯曲应力校核 L-凸模允许的最大自由长度(mm)d-凸模最小直径(mm)A-凸模最小断面(mm2)F-冲裁力(N)压应力校核t-冲压材料厚度(mm)-冲压材料抗剪强度Mpa -凸模材料的许用压应力Mpa,碳素工具钢淬火后的许用压应力一般为淬火前的1.53倍 根据以上公式的特点,弯曲应力主要受到凸模最小直径d的影响,其他的条件我们无法决定,例如:b K-常数,t-材料厚度,b-冲压材料抗剪强度,因此,只要,最小的直径能满足要求,其他的都不用在校核了。 通过计算,直径为3mm的凸模的最大长度为32.75mm,因此,必须采用阶梯形凸模才能满足要求。 压应力主要受到凸模材料的制约,因此,必须根据-凸模材料的许用压应力选择相应的材料,根据公式计算得到,凸模材料的许用压应力600 Mpa,根据有关材料,凸模材料应选用T10A。 凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合,又因为冲孔凹模型孔是开在拉深凸模上,这样拉深凸模的强度受到影响,因此,在进行冲孔是必须对冲孔的凹模进行强度校核,以及最小壁厚的核实,让它尽可能的满足使用要求,又冲孔凹模厚度HKb55mm,由表2.9.5查得K0.020.35,b35b-凹模刃口的最大尺寸,最小壁厚为3mm(由工艺性分析可知) 凹模校核公式:d-凹模型口直径(mm) d0-凹模垫板孔直径(mm) F-冲裁力(N) -许用弯曲应力 通过计算得到,30mm,为了使凹模能满足要求,我们取凹模的厚度为h60mm.起粗定距的活动挡料销、弹簧、和螺塞选用标准件,规格为816。 导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙取1mm,这样就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度按表2.9.7选择。因为料厚为t1.5mm,固定导料销,因此选取H7mm的导料板,导料板采用45钢制作,热处理硬度为40-45HRC,用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。 因为冲裁板料较厚(大于0.5mm)卸料力较大,采用固定卸料板,当固定卸料板兼起导料作用时,一般按H7/h6配合制造,但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹模之间的冲裁间隙,以保证凸、凹模的正确配合。 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为H卸20mm。 卸料板采用45钢制造,淬火硬度为40-45HRC。 卸料板上设置8个卸料螺钉,公称直径为12mm。螺纹部分为M10 10mm。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸模端面1mm,有误差是通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。 该模具采用中间导柱模架,这种模架的导柱在模具中间位置,冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。可承受较大的冲压力,为防止装模时,上模误转180度装配,将模架中两对导柱与导套作成粗细不等,以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。 导柱d/mmL/mm分别为?50300,?55300;导套d/mmL/mmD/mm分别为?5016063,?5516063。 上模座厚度H上模取65mm,上模垫板厚度H垫取10mm,固定板厚度H固取20mm,下模座厚度H下模取80mm,那么,该模具的闭合高度: H闭H上模+H垫+L+h + H固+H垫+H下模-h2 (65+10+116+60+20+ 10+80-2)mm359mm 式中:L?冲孔凸模长度,L116mm; h-落料凹模厚度,h60 mm; h2-凸模冲裁后进入凹模的深度,h22mm 可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-63B的最大装模高度(360mm),可以使用。6.模架总装图 通过以上设计,可得到如图所示的模具总装图,模具上模部位主要有上模板、垫板、凸模(8个)、凸模固定板、落料凹模等组成,卸料方式采用弹性卸料,以弹簧为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、卸料板、落料凹模等组成。冲孔废料由漏料孔漏出。 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的端面低5mm 模具工作工程:将条料送入刚性卸料板下长方形槽中,平放在凹模面上,并靠槽的一侧,压力机滑块带着上模下行,凸、凹模下表面首先接触条料,并与凸模一起压住条料,先落料,后拉深,拉深结束后,继续下行冲孔,冲孔完成后,上模回程,落料后的条料由刚性卸料板从凸凹模卸下,拉深成形后的工件,在完成冲孔后,卡在小凸模上,由于小凸模的回程,拉深成形的工件在弹簧及凸凹模作用下,由凸、凹模卸下,用手工将工件取走后,将条料往前送进一个步距,进行下一个工件生产。 图6-1:总装图7.冲压设备的选定通过校核。选择J23-63开式可倾压力机能满足使用要求。其主要技术参数如下:公称压力:630KN滑块行程:120mm最大闭合高度:360mm连杆调节长度:90mm工作台尺寸(厚度孔径):90230 mm模柄孔尺寸:?50mm70mm最大倾斜角度:300 发生公称压力时滑块距下死点距离: 8mm 行程次数 /次?min-1: 70 滑块中心到床身距离: 260mm立柱间距离:340mm垫板厚度:80mm 本副模具零件加工的关键工作零件是旋转体,形状比较简单,加工主要采用车削。固定板以及卸料板,采用线切割加工技术,这些零件变得相对简单。 零件的加工工艺卡片见附表 根据复合模装配要点,本副模具的装配选凸、凹模为基准件,先装上模,再装下模,装配后,应保证间隙均匀,落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作面5mm,并调整间隙、试冲、返修。具体装配见表。 表六:杯形件复合模的装配 序号工序工艺说明1凸、凹模预配装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔,是否符合图纸要求尺寸精度、形状。将各凸模分别与相应的凹模孔相配,检查其间隙是否加工均匀。不适合者应重新修磨或更换2凸模装配以凹模孔定位,将各凸模分别压入凸模固定板的形孔中,并挤紧牢固3装配下模在下模座上划中心线,按中心预装凹模、导料板;在下模座、导料板上,用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置,并分别钻孔,攻丝;将下模座、导料板、凹模装在一起,并用螺钉紧固,打入销钉4装配上模在已装好的下模上放等高垫铁,再在凹模中放入0.12mm的纸片,然后将凸模与固定板组合装入凹模;预装上模座,划出与凸模固定板相应螺孔、销孔位置并钻铰螺孔、销孔;用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起,但不要拧紧;将卸料板套装在已装入固定板的凸模上,装上弹簧和卸料螺钉,并调节弹簧的预压量,使卸料板高出凸模下端约1mm;复查凸、凹模间隙并调整合适后,紧固螺钉;安装导正销、承料板;切纸检查,合适后打入销钉。5试冲与调整装机试冲并根据试冲结果作相应调整 设计总结 通过这次毕业设计使我从新系统的复习了所学的专业知识同时也巩固了先前学到的知识,同时感触最深的是,所学知识只有在应用中才能在更深刻理解和长时间记忆。对一些原来一知半解的理论也有了清楚的认识。特别是原来所学的一些专业基础课:如机械制图、模具材料、公差配合与技术测量、塑料模具设计与制造等有了更深刻的理解,使制造的模具既能满足使用要求有不浪费材料,保证了工件的经济性,设计的合理性。通过塑料模手册、模具制造简明手册、模具标准应用手册等了解到许多原来未知的知识。由于能力有限,设计中难免有疏漏之处,恳请老师给予指正。我在此衷心谢谢原老师的大力帮助与指导。 此模具为简单的拉深模,此模具结构简单、安装方便,采用了刚性卸料,且此模具生产成本低,生产效率高,适用于大中小型企业及大批量生产。本次设计我查阅了大量的资料,特别是有关冷冲模方面的。这无疑拓宽了我在这方面的知识,对今后的发展将会起到一定的帮助,通过翻阅大量的模具书籍,使我对模具设计有了近一步的了解,在其方法上有了深刻的体会,由于本设计设及模具的安装、调试等知识,在查阅过程中又从新对它们进行了一遍系统的复习,进一步加强了所学知识。使它们系统化和结构化。限于水平和经验,本设计的缺点和不足之处在所难免,希望老师和同学提出批评和建议。总之,通过这次毕业设计使我认识到学与用之间还差很多。对于论文中存在的缺点和错误敬请老师批评指正。参考文献1、刘建超 张宝忠 主编。冲压模具设计与制造。高等教育出版社2、翟德梅 主编。模具制造技术3、薛翔 主编。冲压模具与制造化学工业出版社。4、许发樾 主编 模具标准应用手册 机械工业出版社5、冯炳尧 朝泰荣 蒋文森 主编 模具设计与制造简明手册,(第二版)。上海科学技术出版社,19986、陈锡栋 主编。实用模具技术手册。 7、许发樾 主编。实用模具设计与制造手册。机械工业出版社,20028、史铁梁 主编。冷冲模设计指导机械工业出版社 19969、王树勋 主编。模具实用技术综合手册。华南理工大学出版社,10、徐起贺 孟玲琴 刘静香 主编。现代机械原理。陕西科学技术出版社,200411、刘明保 李宏德 王志伟 等编著。吉林科学技术出版社,200312、肖祥芷 主编 中国模具设计大典江西科学技术出版社14、马正元、韩启 主编冲压工艺与模具设计机械工业出版社