模具设计毕业论文36072612.docx
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模具设计毕业论文36072612
目录
前言0
第一节冲裁工艺方案分析1
1.1设计任务1
1.2工艺性分析1
1.3工艺方案2
第二节模具结构设计5
2.1排样方式5
2.2定位方式6
2.3卸料、顶件方式6
2.4模架及模柄7
2.5送料方式8
第三节工艺计算及结构设计9
3.1排样9
3.2冲压力9
3.3冲压中心10
3.4凸、凹模刃口尺寸计算11
3.5凸模固定板13
3.6卸料板13
3.7凸模14
3.8凹模17
3.9侧刃20
3.10导正销21
3.11上、下模座22
3.12模柄23
致谢24
参考文献25
1.1设计任务
零件尺寸如下图1.1:
图1.1为厚0.5mm的硅钢片。
主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。
这次设计的任务是设计该零件的模具。
1.2工艺性分析
1.零件材料
硅钢片是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为0.5~4.5%。
加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗(铁损)和磁时效。
其力学性能如下表1.1:
硅钢片
D12
抗剪强度
抗拉强度
伸长率
MPa
26%
190
230
2.工件结构
该零件形状较为复杂,特别是左端犹如“爪”的结构,尺寸较为细小,且6个8mm的小孔与落料边缘靠得很近,局部凸模、凹模壁会很薄,如果一次冲压成型,其强度会成问题。
故可以考虑采用级进模,分步冲裁,也分散了应力集中,提高模具寿命。
3.尺寸精度
图1.1上所用尺寸公差都在IT11~IT14级,外形尺寸精度要求较高,孔的位置要求高于其外形尺寸,但一般冲压均能满足其尺寸精度要求。
1.3工艺方案
按工序性质可分为:
切断模、落料模、冲孔模、切口模、切边模等等。
按工序的组合程度可分为:
1.单工序冲裁模在压力机一次行程内只完成一个冲压工序,而此零件既要冲孔又要落料,显然不合适。
2.级进模是一种工位多、效率高的冲模。
整个冲件的成形是在连续过程中完成的。
连续成形是工序集中的工艺方法,可使切边、切口、切槽、冲孔、塑性成形等多种工序在一副模具上完成。
根据冲压件的实际需要,按一定顺序安排了多个冲压工序(在级进模中称为位)进行连续冲压。
它不但可以完成冲裁工序,还可以完成成形工序,甚至装配工序,许多需要多工序冲压的复杂冲压件可以在一副模具上完全成形,为高速自动冲压提供了有利条件。
由于级进模结构相对简单,成本低,还可适应自动化生产,在现代化生产中广泛使用。
因此,选用级进模。
3.复合模是一种多工序的冲模。
是在压力机的一次工作行程中,在模具同一部位置时完成数道分离工序的模具。
复合模的设计难点是如何在同一工位上合理地布置几对凸、凹模。
它在结构上的主要特征是有一个既是落料凸模有冲孔凹模的凸凹模。
复合模的特点是生产率高,冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高,板料的定位精度要求比级进模低。
但复合模结构复杂,制造精度要求高,成本高。
另外还有按有无导向装置及导向方法、送料方式、卸料方式等进行分类。
一般组合冲裁工序比单工序生产效率高,加工的精度等级高。
冲裁工序的组合方式可根据下列因素确定:
1.根据生产批量来确定,一般来说,小批量和试制生产采用单工序模,中、大批量生产复合模或级进模,生产批量与模具类型的关系见表1.2。
表1.2
项目
生产批量
单件
小批
中批
大批
大量
大型件
中型件
小型件
<1
1-2
1-5
1-10
>2-20
>5-50
>10-100
>300
>1000
>5000
模具类型
单工序模
组合模
简易模
单工序模
组合模
简易模
单工序模
级进模、复合模
半自动模
单工序模
级进模、复合模
自动模
硬质合金级进模、复合模、
设备形式
通用压机
通用压机
高速压机
自动和半自动
通用压机
机械化高速压机
自动机
专用压机与自动机
2.根据冲裁件尺寸和精度等级来确定,复合冲裁得到的冲裁件尺寸精度等级高,避免了多次单工序冲裁的定位误差,并且在冲裁过程中可以进行压料,冲裁件较平整。
级进冲裁比复合冲裁精度等级低。
3.根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定,冲裁件的尺寸较小时,考虑到单工序送料不方便和生产效率低,常采用复合冲裁或级进冲裁。
对于尺寸中等的冲裁件,由于制造多副单工序模具的费用比复合模昂贵,则采用复合冲裁;当冲裁件上的孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小,不宜采用复合冲裁或单工序冲裁,宜采用级进冲裁。
所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件,且可冲裁的材料厚度比复合模时要大,但级进模受压力机工作台面尺寸与工序数的限制,冲裁件尺寸不宜太大,见表1.3。
表1.3
模具种类
单工序模
级进模
复合模
比较项目
无导向
有导向
零件公差等级
低
一般
可达IT13-IT10级
可达IT10-IT8级
零件特点
尺寸不受限制
厚度不限
中、小型尺寸
厚度较厚
小型件,t=0.2-6可加工复杂零件,如宽度极小的异形件、特殊形状零件
形状与尺寸受模具结构与强度的限制,尺寸可以较大,厚度可达3
零件平面度
差
一般
中、小型件不平直,高质量工件需校平
由于压料冲裁的同时得到了校平,冲件平直且有较好的剪切断面
生产效率
低
较低
工序间自动送料,可以自动排除冲件,生产效率高
冲件被顶到模具工作面上必须用手工或机械排除,生产效率稍低
使用高速自动冲床的可能性
不能使用
可以使用
可以在行程次数为每分钟400次或更多的高速压力机上工作
操作时出件困难,可能损坏弹簧缓冲机构,不作推荐
安全性
不安全,需采取安全措施
比较安全
不安全,需采取安全措施
多排冲压法的应用
广泛用于尺寸较小的冲件
很少采用
模具制造工作量和成本
低
比无导向的稍高
冲裁较简单的零件时,比复合模低
冲裁复杂零件时,比级进模低
4.根据模具制造安装调试的难易和成本的高低来确定,对复杂形状的冲裁件来说,采用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜,因为模具制造安装调整比较容易,且成本较低。
综上所述,选用级进模,先冲孔再落料。
第二节模具结构设计
2.1排样方式
1.保证冲压件的尺寸精度
如图1.1所示冲压件,材料为硅钢片,料厚0.5mm,公差尺寸精度等级属一般冲裁模能达到的公差等级,不需采用精冲或整修等特殊冲裁方式。
该冲压件的尺度精度等级决定了应采用有废料排样法。
2.考虑冲压件的生产批量
该冲压件的月生产批量为3000件,属于中等批量的生产类型,因此不考虑多排、或一模多件的方案(该方案较适宜大批量生产,约几十万件以上);也不考虑采用简易冲裁模常用的单、直排方案,根据成批生产的特点,再结合该冲压的形状特点,以单直排、一模一件、级进排样方案为宜。
3.提高原材料利用率
在绘制排样图的过程中,应注意提高冲压原材料的利用率。
但提高原材料的利用率,不能以大幅提高冲裁模结构的复杂程度为代价。
如果单纯为了提高原材料的利用率而采用三排或三排以上、一模多件的冲裁方案,虽然确实有助于提高原材料的利用率,但模具制造成本却随之大幅提高,其结果往往得不偿失。
排样图上搭边值设计是否合理,直接影响到原材料的利用率和模具制造的难易程度。
除使用卷料进行冲压外,一般搭边值均应在[amin]的基础上圆整(料宽尺寸也须圆整),以降低模具制造难度。
排样时冲裁件之间以及条料侧边之间应留下的工艺废料,搭边的作用一是补偿定位误差,确保冲出合格零件;二是增加条料刚度,方便条料送进,提高劳动生产效率;同时,搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙,从而提高模具寿命。
搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大影响,因此一定要合理的确定搭边数值。
搭边过小时,搭边的强度和刚度不够,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲裁件毛刺,有时甚至单边拉入模具间隙,冲裁力不均匀,损坏模具刃口。
根据生产的统计,正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50%以上。
2.2定位方式
定位方式:
侧刃+导正销定距
用侧刃定距时,使侧刃的实际长度和凹模型孔间步距一致,可提高送料精度。
但采用侧刃定距时,送料操作时的人为因素,会产生送料精度不稳定的现象。
对于工位较多的级进模,送料的累积误差,会使送料精度降低,对尺寸精度要求高、形状复杂的冲件尤为明显,因此,在侧刃定距的同时增设导正销的方式,在多工位级进模中得到广泛的应用。
侧刃+导正销的定距方式是将侧刃做粗定位,导正销做精定位。
用于导正的导正孔,可以是冲件上的孔,也可在条料上冲出辅助工艺孔。
为保证送料精度,一般应设置两个导正孔,并在第一工位上冲出。
1、侧刃+导正销定距方式时,侧刃、侧刃当块、侧导板和导正销的装配与调整方法,与单独装侧刃、导料销基本相同。
2、侧刃+导正销定距方式中,侧刃长度c`与凹模型孔间隙步距c的关系应为:
c`=c+(0.1~0.2)mm。
侧刃长度c`增大(0.1~0.2)mm,是为了补偿导正销插入型孔时,条料可向后移动的补偿量。
2.3卸料、顶件方式
卸料装置分固定卸料装置、弹性卸料装置。
卸料板用与卸料卡在凸模或凸、凹模上的冲裁件或废料。
当卸料板仅起卸料作用时,凸模与卸料板的双边间隙取决与板料厚度,一般在0.2~0.5mm之间,卸料薄时取小值:
板料厚时取大值。
当固定板兼起导板作用时,一般按H7)进料口,常用于侧刃定距的级进模。
簧片式和弹簧压块式使用时,一般设置2—3个。
第三节工艺计算及结构设计
3.1排样
1、条料宽度B
因t=0.5取a1=2.2a=2.5
条料宽度:
B=(Dmax+2a)=86+2*2.5=91mm
2、导料板间距离B′
在条料宽度的基础上放0.5mm的间隙既B′=91.5mm
级进模的步距S=工位数*(零件宽度+搭边值)=35.2+2.2=37.4mm
3.2冲压力
F=Ltb
=230×0.5×(86+35.2×2+25.2×4+13+20+4.05×6×
=115(86+70.4+100.8+13+20+76.032)
=115×366.232
=42116.68N≈4.2T
卸料力Fx=KxF=0.055×4.2=0.23T
推件力Ft=KtF=0.63×42.=2.65T
顶件力Fd=KdF=0.08×4.2=0.34T
采用弹性卸料下出料方式Fz=F+Fx+Ft=4.2+0.23+2.65=7.08T
表3.1
公称压力KN
63
160
400
630
达到公称压力时滑块离下死点的距离mm
3.5
5
7
8
滑块行程(次min)
50
70
110
120
行程次数
160
115
80
70
最大封闭高度mm
固定式和可倾式
170
220
300
360
活动台位置
最低
300
300
400
460
最高
160
160
200
220
封闭高度调节量mm
40
60
80
90
滑块中心到床身的距离mm
110
160
220
260
工作台尺寸mm
左右
315
450
630
710
前后
200
300
420
480
工作台孔尺寸mm
左右
150
220
300
340
前后
70
110
150
180
直径
110
160
200
230
立柱间距离(mm)
150
220
300
340
模柄孔尺寸(直径×深度)(mm)
30×50
50×70
工作台板厚度(mm)
40
60
80
90
倾角(可倾式工作台压力机)(°)
30
30
30
30
根据总的冲裁力,160KN的固定式曲柄滑块冲压机比较合适。
闭合高度最大300mm,最小160mm,模柄尺寸30×50mm。
3.3冲压中心
模具的冲压中心就是冲压力合力的作用点。
为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。
否则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块道轨和模具导向部分不正常磨损,还会使合理间隙得不到保证,从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。
在实际生产中,可能会出现由于冲件的形状特殊或样件特殊,从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线相重合,这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选压力机允许的范围。
冲裁的板料为等厚度的同种材料,计算冲裁模压力中』L`将转化为求解冲裁线的重心位置(与冲裁线所围图形的重心不一定重合),冲模的压力中』F1+F2+F3=17028.24366.232=46.5
由于是对称件,所以Y方向在中心线上,即Y=45.5
3.4凸、凹模刃口尺寸计算
在冲裁模设计中,其凸模、凹模刃口尺寸和公差的确定是一个重要环节。
它不仅影响到冲裁件的加工精度、断面质量和模具使用寿命,而且还关系到模具的加工方法。
模具的合理间隙值也是靠凸模、凹模刃口尺寸及公差保证。
一般当刃口的形状复杂且尺寸精度要求较高时,多采用配制加工方法制造凸模、凹模。
按理论方法来设计凸模、凹模刃口尺寸时,如果是落料工序,应该以凹模作为基准件先制造,凸模作为非基准件按凹模实际尺寸和最小合理间隙配制。
而对于冲孔工序,凸模则作为基准件先制造,凹模作为非基准件按凸模实际尺寸和最小合理间隙配制。
(1)落料
设工件的尺寸为D,根据计算原则,落料时以凹模为基准。
首先确定凹模尺寸,使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸;将凹模尺寸减去最小合理间隙值既得到凸模尺寸。
落料:
DA=(Dmax-XΔ)+δΑ0=86.08-1×0.16=85.92
=78.48-1×0.16=78.32
=64.48-1×0.16=64.32
=60.20-0.75×0.2=60.05
=35.20-1×0.1=35.10
=27.30-0.75×0.2=27.15
=2.12-0.5×0.12=2.04
=1.66-0.75×0.06=1.62
凸模尺寸根据落料凹模单边放0.03mm的间隙配做
(2)冲孔
设冲孔尺寸为d,根据计算原则,冲孔时以凸模为设计基准。
首先确定凸模尺寸,使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大尺寸;将凸模尺寸增大最小合理间隙值得到凹模尺寸。
冲孔:
dT=(dmin+XΔ)0-δΤ=(4+1×0.04)=4.04
冲孔凹模尺寸根据凸模尺寸单边放0.03mm的间隙配做
(3)孔心距
孔心距属于磨损后基本不变的尺寸。
在同一工步中,在工件上冲出孔距为L±Δ2两孔时,其凹模型孔中心距Ld可按下式确定。
Ld=L±18Δ=73±0.125×2×0.008=73±0.01mm
垫板的作用是直接承受和分散凸模传递的压力,以降低模座所受的单位压力,保护模座不被凸模端面压陷。
图3.1垫板
3.5凸模固定板
凸模固定板一般有圆形和矩形两种,其厚度可按下列经验公式计算:
H=(0.6~0.8)H凹
式中H凹——凹模厚度
凸模固定板孔与凸模采用H7m6配合。
图3.2凸模固定板
3.6卸料板
卸料板在凸模冲压前要先压平条料,即要让开导料板,所以卸料板在设计时两边应下沉,并与导料板留有一定的间隙,这样才能保证卸料板于条料的充分接触,从而冲出平整的工件。
图3.3卸料板
3.7凸模
3.7.1.凸模的结构形式
凸模结构通常分为两大类。
一类是镶拼式,图3.4.a,另一类为整体式3.4.b。
整体式中,根据加工方法的不同,又分为直通式和台阶式。
直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样,这类凸模一般采用线切割方法进行加工。
而台阶式凸模一般采用机械加工,当形状复杂时,成形部分常采用成型磨削,单件生产成本比较高。
对于圆形凸模,GB2863—81的冷冲模标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格。
设计时可按国标选择。
图3.4.a镶拼式凸模图3.4.b整体式凸模
3.7.2.凸模长度的确定(图3.5)
凸模长度应根据模具结构的需要来确定。
若采用固定卸料板和导料板结构时,凸模的长度应该为:
L=
式中:
,其尺寸增大0.0017mm)。
凹模锥角α、后角β和洞口高度。
综上所述,锥形刃口强度较差,修磨后刃口尺寸略有增大,由于冲简单零件。
直筒形刃口,强度高,修磨后刃口尺寸不变,用于冲形状比较复杂、精度要求较高的零件。
所以采用直筒式比较合适,刃口高度为5mm。
3.8.2.凹模外形尺寸
(1)高度尺寸H
方法一:
.按经验公式计算:
凹模厚度H=Kb(mm)
式中K——系数,可查表7但H不应小于15-20mm
凹模外形尺寸,方法二.也可查表3.3来确定
表3.3
b
料厚
0.5
1
2
3
>3
<50
0.3
0.35
0.42
0.50
0.60
>50-100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
>200
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
方法二:
来确定凹模厚度,查表3.4。
表3.4
冲件最大外形尺寸
料厚
≤0.8
>0.8-1.5
>1.5-3
>3-5
>5-8
>8-12
C
H
C
H
C
H
C
H
C
H
C
H
<50
50-70
26
20
30
22
34
25
40
28
47
30
55
35
>75-150
32
22
36
25
40
28
46
32
55
35
65
40
38
25
42
28
46
32
52
36
60
40
75
45
>200
44
28
48
30
52
35
60
40
68
45
85
50
方法三:
根据总的冲裁力计算
H=0.1P=0.1*7.26圆整为20mm
(2)长度方向
根据零件尺寸查表,凹模壁厚32mmL=86+32+32=150mm
B=35.2*2+32+32=134.4mm圆整130mm
3.8.2凹模的固定方法和主要技术要求
凹模一般采用螺钉和销钉固定。
螺钉和销钉的数量、规格及它们的位置应可根据凹模的大小,可在标准的典型组合中查得。
位置可根据结构需要作适当调整。
螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸,应满足有关要求。
凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直,上下平面应保持平行。
型孔的表面有粗糙度的要求Ra=0.8~0.4μm。
凹模材料选择与凸模一样,但热处理后的硬度应略高于凸模。
图3.8凹模
3.9侧刃
在级进模中,常采用侧刃控制送料步距,从而达到准确定位的目的。
侧刃实质是一裁切边料凸模,有用的刃口只是其中两侧。
通过这两侧刃口切去条料边缘部分材料,形成一台阶。
条料切去部分边料后,宽度能够继续送入凹模,送进的距离为切去的长度(送料步距),当料送到切料后形成的台阶时,侧刃挡块阻止了材料继续送进。
只有通过模具下一次的工作,新的送料步长又形成。
上述两类侧刃又可根据断面形状分为多种,其中A、B、C均为标准型(GB28651—81),A型断面为矩形,称矩形侧刃,其结构简单,制造方便。
但侧刃角部因制造或磨损原因,使切出的条料台肩角部出现圆角和毛刺,所以送料时不能使台肩直边紧靠侧刃挡块,致使条料不能准确到位因此,矩形侧刃定距的定位误差△较大。
出现的毛刺,也使送料工作不够畅通。
矩形侧刃常用于料厚为15mm以下且要求不高的一般制件冲裁的定位。
用侧刃定位可显著提高生产效率,并保证一定的定位精度,而且有助于冲床自动化。
侧刃一般用于级进模冲制狭长工件或薄料冲裁。
长方形侧刃制造简单,但当侧刃刃部模钝后,使条料边缘出现毛刺,影响正常送料。
成型侧刃可克服上述缺点,但制造较复杂。
如果用线切割,制造难度则能降低。
侧刃断面长度:
L=S+(0.05~0.10)mm=37.4+0.1=37.5mm
侧刃制造公差,取步距公差的14
侧刃断面宽度M=6~10mm
侧刃孔按侧刃配做留单边间隙,侧刃切下料边近似等于材料宽度
图3.13侧刃
3.10导正销
导正销主要用于级进模中,以保证冲压件内孔与外形相对位置的精度。
它装在第二工位以后的凸模上,冲裁时它先插进已冲好的孔中,使孔与外形的相对位置对准,然后落料。
这就消除了送料步距的误差,起精定位作用。
导正销通常与侧刃配合使用在级进模中,以减小定位误差,保证孔与外形的相对位置尺寸要求。
当零件上有适宜于导正销导正用的孔时,导正销固定在落料凸模上。
按其固定方法可分为如图3.14所示的六种。
图a)、b)、c)用于直径小于10mm的孔导正;图d)用于直径为10~30mm的孔;图e)用于直径为20~50mm的孔。
为了便于装卸,对小的导正销也可采用图f所示的结构,其更换十分方便。
图3.14导正销在凸模上的固定形式
当零件上没有适宜于导正销导正用的孔时,对于工步数较多、零件精度要求较高的级进模,应在条料两侧的空位处设置工艺孔,以供导正销导正条料用。
此时,导正销固定在凸模固定板上或弹压卸料板上,图3.15所示。
1.上模座;2.凸模固定板;3.卸料板;4.导正销;5.弹簧;6.螺塞;7.顶销
图3.15固定在凸模固定板上的导正销
3.11上、下模座
模座分带导柱和不带导柱两种,按其形状有圆形、正方形和长方形等。
按标准选择模座时,根据生产性质和产品要求确定是否采用带导柱的模座,然后根据凹模或凸模,卸料和定位装置等的平面布置选择模座的形状与尺寸。
其尺寸一般应在如下范围:
圆形模座外径D模=D凹+(30~70)矩形模座长度L模=L凹+(40~70)
矩形模座宽度取稍大于凹模宽度,但应注意,下模座外形尺寸每边应超过冲床台面孔边40~50。
模座厚度H=(1.0~1.5)H凹
上、下模座已有国家标准,尽可能按标准选取。
3.12模柄
中、小型冲模通过模柄将上模固定在冲床滑块上,常用的模柄的形式有:
整体式、压入式、旋入式、螺钉固定式、浮动式。
根据本模具的特点,采用压入式。
参考文献
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