江理工散热片课程设计说课材料.docx
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江理工散热片课程设计说课材料
JIANGSUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY
冲压模具课程设计说明书
学院名称:
材料工程学院
专业:
模具设计与制造
班级:
10模具2Z
学号:
10341228
姓名:
张明
指导教师姓名:
王泽
指导教师职称:
讲师
二〇一三年六月
第一章序言...............................................1
第二章工艺分析与设计.....................................2
2.1工艺分析.......................................................2
2.2工艺计算.......................................................3
第三章模具零部件及结构设计................................8
3.1零部件设计.....................................................8
3.2模具的安装与调试..............................................15
参考文献………………………………………………………17
第一章序言
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。
世界模具市场总体上供不应求,市场需求量维持在700亿至850亿美元,同时,我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。
近几年,我国模具产业总产值保持15%的年增长率(据不完全统计,2005年国内模具进口总值达到700多亿,同时,有近250个亿的出口),到2007年模具产值预计为700亿元,模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。
单就汽车产业而言,一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元,而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。
2005年我国汽车产销量均突破550万辆,预计2007年产销量各突破700万辆,轿车产量将达到300万辆。
另外,电子和通讯产品对模具的需求也非常大,在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。
目前,中国17000多个模具生产厂点,从业人数约50多万。
1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。
工业总产值中企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分一。
在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其它各类模具约占11%。
近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套量
达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。
精度1~2μm,寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模,大尺寸(φ≥300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
本次课程设计的课题是:
散热片成型与模具设计。
此冲压件体积较小,形状简单,在设计过程中,本人经过查阅资料,了解冲压成形的特点以及主要生产类别,包括主要零件的结构、应用范围,材料选择等。
第二章工艺分析与设计
2.1工件工艺性分析与方案确定
2.1.1冲裁件工艺性分析
工件名称:
散热片
工件简图:
如图1所示
生产批量:
大批量
材料:
T2
材料厚度:
2mm
图1散热片
2.1.2冲裁工艺方案的确定
该零件形状简单,对称,是由圆弧和直线组成的,冲裁件内外形所能达到经济精度为IT11~IT14,孔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,可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证,其他未注尺寸,生产批量等情况也均符合冲裁的工艺要求,故可采用冲压方式进行加工。
外形落料的工艺性:
散热片属于中等尺寸零件,料厚2mm,外形复杂程度一般,尺寸精度要求一般,因此可采用落料工艺获得。
冲孔的工艺性:
内孔尺寸精度要求一般,可采用冲孔。
该零件所需要的冲压工序为落料和冲孔,可拟定出以下三种工艺方案:
方案一:
用简单模分两次加工,即落料——冲孔
方案二:
冲孔,落料复合模
方案三:
冲孔,落料级进模
分析各工序:
方案一,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,方案二和方案三更具有优越性。
散热片零件的外轮廓及内孔之间的最小距离为8mm,大于此零件要求的最小壁厚(4.9mm),可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模。
复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证,且生产率高,尽管模具结构比较复杂,级进模生产率也高,但零件的冲裁精度稍差,与保证冲压件的形位精度,需要在模具上设置导正销导正,故模具制造,安装较复合模并不复杂。
通过对上述三种方案的分析比较,散热片的冲压生产采用方案二冲孔落料复合模更为合理。
2.2工艺计算
2.2.1条料宽度
搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,以保证零件质量和送料方便。
搭边过大,浪费材料。
搭边过小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命或影响送料工作。
查文献[1]中表2.9工件之间搭边值搭边值a=2.0mm,侧面a1=2.2mm,条料是有板料裁剪下料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,小偏差为负值—△,如式2-1所示:
(2-1)
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;
a—冲裁件之间的搭边值;
△—板料剪裁下的偏差
经计算得出:
条料宽度:
B=(54+2×2)-0.40=58-0.40mm
条料宽度的范围是58.6~58mm,取58mm
2.2.2确定步距
送料步距S:
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距,每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关,是决定挡料销位置的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是,最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值;最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料,并有一定的间隙。
送料步距S如式2-2所示:
S=D+a1(2-2)
S=42+2.2=44.2mm
2.2.3排样设计
方案一:
有废料排样沿冲件外形冲裁,在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证,因此冲件精度高,模具寿命高,但材料利用率低。
方案二:
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响,冲件质量差,模具寿命较方案一低,但材料利用率稍高,冲模结构简单。
方案三:
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些,但材料利用率最高
通过上述三种方案的分析比较,设计复合模时,首先要设计条料排样图,由于散热片零件外形矩形,形状较复杂,可采用直排排样的方法,可提高生产率。
如下图2为零件的排样图。
图2排样图
2.2.4计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率,它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
*100%
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积;
B—条了宽度;
S—步距;
计算冲压件毛坯的面积:
A=42×54-4×(6×10+4×6)-12×2×6=1788mm2
一个步距的材料利用率:
*100%=1788/(58.4×44.2)×100%=69.27%
2.2.5计算冲压力
由工件结构和前面所定的冲压方案可知,本工件的冲裁力包括以下部分:
冲φ4mm孔的力P冲,落外轮廓料的力P落,向下推出φ4mm冲孔废料的力P卸,向下推出工件的力P推。
由于刚性卸料板卸条料的废料的力不是压力机提供的,故不用计算在内
1)用平刃冲裁时,其冲裁力F一般按下式计算:
P=KLtτb(2-4)
式中 P—冲裁力;
L—冲裁周边长度;
t—材料厚度;
τb—材料抗剪强度;
K—系数,系数K是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀,刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数,一般取K=1.3。
故冲裁力表达式又可表示为:
P=1.3Ltτ≈Ltσbσb—被冲材料抗拉强度(MPa)
查查文献[2]中P89得T2钢的σb=300Mpa
p冲=3×12.56×2×300=22.608kN
p落=336×2×300=201.6kN
2)卸料力计算如式2-5所示:
P卸=nK卸P(2-5)
P卸=9×0.05×22.608=10.17kN
P推=1×0.05×201.6=10.08kN
查查文献[2]P91得:
K卸=0.05,n=h/t,h=6mm,故n=3,又由于模具同时冲三个孔,即n=3×3=9。
工序总力:
P总=P冲+P落+P卸+P推=22.608+201.6+10.17+10.08=244.458kN
从满足冲压工艺的要求看,查文献[4]中P106表4-33,可选用JJ23-25和JC23-35,见表一。
表一所选择压力机的相关参数
滑块
最大
滑块底
可倾
封闭高
公称压
封闭
工作台
型号
行程
面尺寸
斜角
度调节
力/kN
高度
尺寸/mm
/mm
/mm
/·
量/mm
/mm
J23-25
250
65
270
370×560
30
55
JC23-35
350
80
280
380×610
190×210
20
60
比较两种类型的压力机,选择压力机型号为JC23-35,可满足冲压要求。
2.2.6压力中心的确定
模具的压力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的中心滑块中心线重合。
否则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损,还会使合理的间隙得不着保证,从而影响制件的质量和降低模具的寿命,甚至损坏模具。
由于压圈为中心对称图形,故压力中心为压圈的中心,不需要详细计算。
2.2.7工作零件刃口尺寸计算
1)冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算:
由于制件结构简单精度要求不高,所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。
这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。
冲孔时,间隙取在凹模上,则:
凸模尺寸:
dT=(dmin+x△)-δt0
凹模尺寸:
dA=(dT+Zmin)0+δa
式中dAdT——冲孔凹模和凸模的刃口尺寸,mm
x——磨损系数,查表得:
IT14级时x=0.5
Zmin——双面间隙,mm
△——工件公差,mm
δ——凸模和凹模的制造公差,mm
冲裁φ4mm孔凸模、凹模刃口尺寸的计算
凸模尺寸
由表查得△=0.36
dT=(dmin+x△)-δt0=(4+0.5×0.36)0-0.004=4.180-0.004
凹模尺寸
由表查得Zmin=0.04
dA=(dT+Zmin)0+δa=(4.18+0.04)0+0.006=4.220+0.006
校核:
|δt|+|δa|=0.01,Zmax-Zmin=0.02
|δt|+|δa|≤Zmax-Zmin满足间隙公差条件。
2)外形落料凹模刃口尺寸的计算
因为落料件为复杂的制件,且尺寸较多,所以利用凸凹模配合法,这种方法有利于获得最小的合理间隙,放宽对模具的加工设备的精度要求。
采用配作法,计算凹模的刃口尺寸,首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小,还是不变这三种情况,然后分别按不同的计算公式计算。
a、凹模磨损后会增大的尺寸-------
第一类尺寸A
第一类尺寸:
Aj=(Amax-x△)0+0.25△
b、凹模磨损后会减小的尺寸-------
第二类尺寸B
第二类尺寸:
Bj=(Bmax+x△)-0.25△
c、凹模磨损后会保持不变的尺寸
第三类尺寸C
第三类尺寸:
Cj=(Cmin+0.5△)60.125△
其落料凹模的基本尺寸计算如下
图3落料凹模刃口部分尺寸
第一类尺寸:
磨损后增大的尺寸:
A1=(Amax-x△)0+0.25△=(2-0.5×0.74)0+0.25×0.74=2.630+0.185
第二类尺寸:
磨损后增大的尺寸:
B1=(Bmax+x△)0+0.05△=(54+0.5×0.52)0+0.25×0.52=54.260+0.13
B2=(Bmax+x△)0+0.25△=(34+0.5×0.30)0+0.25×0.30=34.150+0.075
B3=(Bmax+x△)0+0.25△=(42+0.5×0.30)0+0.25×0.30=42.150+0.075
B4=(Bmax+x△)0+0.05△=(6+0.5×0.52)0+0.25×0.52=6.260+0.13
B5=(Bmax+x△)0+0.25△=(30+0.5×0.30)0+0.25×0.30=30.150+0.075
B6=(Bmax+x△)0+0.25△=(22+0.5×0.30)0+0.25×0.30=22.150+0.075
第三类尺寸:
磨损后保持不变的尺寸:
C1=C+0.125△=5+0.125△=5+0.125×0.25=5+0.03125
C2=C+0.125△=12+0.125△=12+0.125×0.25=12+0.03125
C3=C+0.125△=14+0.125△=14+0.125×0.25=14+0.03125
落料凸模的基本尺寸与凹模相同,分别是2.63mm,54.26mm,34.15mm,42.15mm,6.26mm,30.15mm,22.15mm,不必标注公差,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Zmin=0.04。
第3章模具零部件及结构设计
3.1零部件设计
3.1.1冲孔凸模的设计与标准化
1)冲孔凸模的设计
冲φ4mm内孔的凸模,为了增加凸模的强度与刚度,凸模非工作部
分直径应作成逐渐增大的多级形式如图四所示:
图4冲孔凸模的结构形式
凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的,由于采用弹性卸料板,其凸模长度用下列公式计算:
L=h1+h2+t+h
式中L—凸模长度,mm
h1—凸模固定板高度,mm
h2—凹模高度,mm
t—材料厚度,mm
h—附加高度,一般取15~20mm
L=12+16+2+20=50mm
模具刃口要有高耐磨性,高硬度与适当的韧性。
凸模形状简单,选用T10A材料制造。
凸模热处理的硬度为58~62HRC。
凸模强度刚度的校核,目的是检查其凸模的危险断面尺寸和自由长度是否满足要求,以防止凸模纵向失稳和折断。
凸模校核采用以下公式:
dmin≥4tt/[s]
式中dmin—凸模最小截面直径,mm
t—冲裁材料厚度,mm
t—冲裁材料的抗剪强度,MPa
[s]—凸模材料许用强度,取(1.0~1.6)×103MPa
dmin≥4tt=4*2*240=1.92mm
[s]1.0*103
因为dmin=4mm≥1.92mm所以承压能力足够。
抗纵向弯曲力校核:
对于凸模(无导向装置的圆形凸模)
Lmax≤90d2/
F
式中Lmax—允许的凸模最大自由长度,mm
F-冲模力,KN
d-凸模最小截面的直径,mm
Lmax≤90d2/
F=90×42/
7536=16mm
所以长度适宜。
凸模固定端面的压力
q=F<[s]
A
式中q—凸模固定端面的压力,MPa
F—落料或冲孔的冲裁力,N
[s]—模座材料许用压应力,MPa
q=7536´103=200MPa
3´3.14´4
凸模固定板端面压力已超过80~90MPa,为此必须在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板,防止冲裁过程中,凸模在上模座上压出凹坑,使模具在轴线方向上产生松动。
2)落料凸、凹模的结构设计:
在落料凹模内部,由于要设置推件块,所以凹模刃口应采用直筒形刃口,并查文献[1]中表2.21取得刃口高度h=6mm。
该凹模的结构简单,宜采用整体式。
查表2.22得:
K=0.22
即凹模高度H=KB=0.22×140=30.8mm
凹模壁厚C=1.5H=1.5×30.8=46.2mm
凹模的外形尺寸的确定:
凹模外形长度L=(140+2×46.2)=232.4mm
凹模外形宽度B=(55+2×46.2)=147.4mm
凹模整体尺寸标准化,取为250mm×160mm×36mm
表2.21凸模、凹模的制造公差
基本尺寸(mm)
凸模偏差δΡ
凹模偏差δd
≤18
-0.020
+0.020
>19-30
-0.020
+0.025
﹥30-80
-0.020
+0.030
﹥80-120
-0.025
+0.035
﹥120-180
-0.030
+0.040
表2.22磨损系数k
材料厚度t
(mm)
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
零件公差Δ(mm)
≤1
<0.16
0.17-0.35
≥0.36
<0.16
≥0.16
1-2
<0.20
0.21-0.41
≥0.42
<0.20
≥0.20
2-4
<0.24
0.25-0.49
≥0.50
<0.24
≥0.24
>4
<0.30
0.31-0.59
≥0.60
<0.30
≥0.30
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,还有一个凸凹模。
用垫板固定在下模座上。
根据整体模具的结构设计需要,凸凹模的结构简图应如图五所示,确定凸凹模安装在模架上的位置时,要依据计算的压力中心的数据,是压力中心与模柄中心重合。
校核凸凹的强度:
查表得凸凹模的最小壁厚为4.9mm,而实际最小壁厚为12.49mm,故符合强度要求。
凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制,并保证双面间隙为0.246mm~0.36mm。
图5凸凹模的结构
3.1.2定位装置的设计与标准化
1)活动挡料销的设计与标准化
活动挡料销结构简单,制造容易,广泛用于冲制中、小型冲裁件的挡料定距,如图所示的活动挡料销常用于复合模中。
图6活动挡料销的设计
2)导料销的设计与标准化
导料销一般有两个,设在料条的同侧,条料沿着两个导料销确定的直线送进,从右往左送进时,导料销装在后侧,固定导料销一般设置在凹模面上。
经查表分析得导料销高度H=6mm。
3.1.3连接与固定零件
本模具采用螺钉固定,销钉定位。
采用内六角螺钉和圆柱销钉,它们的规格选用如下:
内六角螺钉标记:
35钢M8365GB70—85
螺钉标记:
35钢M8330GB68—76
圆柱销钉标记:
35钢f6365GB119—86
3.1.4卸料装置的设计与标准化
在前面已经确定了采用弹性卸料板,设计卸料板为一整体板。
本模具的卸料板不仅有卸料作用,还具有外形凸模的导向作用,并能对小凸模起保护作用。
卸料板的边界尺寸经查参考书书得:
卸料板长度L=200mm,宽度B=160mm,厚度h0=14mm
此模具中,卸料板对冲孔落料凸模起导向作用,卸料板和凸模按H7/h6配合制造。
3.1.5推件装置的设计与标准化
推件装置基本零件有:
推杆,推板,连接推杆和推件块,推件装置装在上模部分,在冲压结束后上模回程时,利用压力机上的打料横杆,撞击上模内的推杆,推杆传给推件板,将凹模内的工件推出,其推件力大而可靠。
推杆长短要一致,分布要均匀,推板有足够的刚度,一般装在上模的孔内。
3.1.6弹簧的选用与计算
在冲压模具的卸料装置中常用的弹簧是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧,本模具中卸料装置选用的弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧。
弹簧的选用与计算如下:
根据模具结构初选6根弹簧,每根弹簧的预压力为:
F0≥F卸/n=10170/6=1695N
根据预压力和模具结构尺寸,初选序号为73~77的弹簧,其最大工作负荷F1=2100N>1663.3N,虽然弹簧的最大工作负荷符合要求,但弹簧的长度太长,会使弹簧的高度增加,所以选用最大工作负荷为2750N范围内的弹簧。
试选78~83号中的79号弹簧,校验弹簧最大许可压缩量Lmax>弹簧实际总压缩量L总。
79号弹簧的具体参数是:
弹簧的外径D=55mm,材料直径d=9mm,自由高度H0=120mm,节距t=14.5mm,F1=2750N,极限载荷时弹簧高度H1=88.4mm。
弹簧最大许可压缩量Lmax=(120-88.4)mm=31.6mm
弹簧预压缩量L2=F0/F1×Lmax=1663.3/2750×31.6=19.11mm
校核:
卸料板工作行程t+h1+h2=2+1+0.5=3.5mm
凸模刃磨量和调节量h3=6mm
弹簧实际总压缩量:
L总=L2+t+h1+h2+h3=19.11+3.5+6=28.61mm
由于31.6>28.61,即Lmax>L总,所以所选弹簧是合适的。
79号弹簧的规格为:
外径:
D=55mm
钢丝直径:
d=9.0mm
自由高度:
H0=120mm
装配高度:
h2=h0-L2=120-19.11=100.89mm
弹簧的窝座深度:
h=H0-Lmax+h卸料板+t+1-h凸凹模-h修模
=120-31.6+16+2+1-77-6=24.4mm
弹簧的外露高度:
H3=H2-h-h卸料板窝深=98.57-24.4-7=67.17mm
3.1.7支承零件的设计与标准化
1)模座
上模座的作用用来固定上模部分零件,并通过模柄或螺栓,压板把上模固定到压力机滑块上,同时又起传递并承受冲裁力的作用。
下模座用来固定下模部分零件,通过螺栓,压板将下模座固定在压力机工作台面上,同时起着承受并分散冲裁力的作用。
模座的形状选择矩形模座,矩形模座的长度应比凹模板长度大40~70mm,宽度可以略大于或等于凹模板的宽度,模座的厚度一般为凹模板厚度的1.0~1.5倍。
模座材料选用HT200.
2)模柄
模柄的作用是使模具的中心线与压力机的中心线重合,并把冲压模具上模部分零件固定在压力机滑块上。
模柄材料选用Q235钢,其支撑面应垂直于模柄的轴线,模柄压入上模座后应将底面磨平。
模柄的结构形式如下图所示:
图7模柄的结构形式
3)模架
模架是由上,下模座,模柄及导向装置组成。
模架选择导柱,导套为导向装置的模架,选
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