单耳垫片单耳止动垫圈的冲孔落料模具设计Word格式.docx
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第1章绪论
1、冲压成型的特点
冲压成形是指在压力机上通过模具对板料金属(或非金属)加压,使其产生分离或塑性变形,从而得到具有一定形状、尺寸和性能要求的零件的加工方法,它属于塑性成形的加工方法之一,见图1.1。
这种加工方法又称冷冲压或板料冲压,所使用的成形工具为冷冲压模具,简称冲模。
冲模设计是实现冷冲工艺的核心,一个冲压零件往往需要几个工序甚至几副模具才能加工成形。
冲压成形是一种先进的金属加工方法,和其他的加工方法(如机械加工)相比具有以下特点:
1.可以获得其他加工方法不能或难以加工的形状复杂的零件,如汽车覆盖件、车门等
2.由于尺寸精度主要有模具来保证,所以加工出的零件质量稳定、一致性好,具有“一模一样”的特征。
3.材料利用率高,属少、无切屑加工。
4.可以利用金属板料的塑性变形提高工件的强度、刚度。
5.
生产率高、操作简便,易于实现自动化。
图0.1冲压原理结构简图
2、冲压工序的分类
冲压工序按变形性质可分为分离工序和成形工序两大类。
1.分离工序
被加工材料在外力作用下因剪切而发生分离,从而形成具有一定形状和一定尺寸的零件,如剪切、冲孔、落料、切边等。
2.成形工序
被加工材料在外力作用下,发生塑性变形,从而得到具有一定形状和尺寸的零件,如弯曲、拉伸、翻边等。
3、模具发展的现状及趋势
标志冲模技术先进水平的多工位级进模,是我国重点发展的精密模具品种。
复合模能够在一副模具的一次冲压完成复杂零件的冲裁,弯曲,拉深,立体成型以及装配等复杂工艺,具有生产效率高,操作安全可靠,可以加工复杂零件等特点而受到普遍的重视,应用也日益广泛。
有代表性的是电机的转子、定子叠片复合模,已达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。
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重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。
精度达到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Ra1.5μm的精冲模,大尺寸(Φ300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项:
1.全面推广CAD/CAM/CAE技术
2.高速铣削加工
3.模具扫描及数字化系统
4.电火花铣削加工
5.提高模具标准化程度
6.优质材料及先进表面处理技术
第2章零件的分析
2.1零件的工艺性分析
零件图及相关尺寸见图
2.1.1材料
垫片零件材质为:
Q235-A,厚度为1mm;
属于普通碳素纲,具有良好的冲压性能。
由资料[1]查表得抗拉强度
=375~500Mpa,屈服极限
=235MPa,弹性模数E=
MP,伸长率
=25%,抗剪强度为τ=310~380Mpa。
2.1.2结构形状
该零件的结构相对有些复杂,但其属于薄板件,对称结构,比较规则,结构相对而言不算太大,适合冲压加工。
2.1.3尺寸精度
由于本零件给定的尺寸精度一般,所以未标注公差的尺寸都按生产所需经济精度要求的IT12级查[2]得各尺寸的公差
结论:
该冲裁件的材料Q235-A,是普通碳素结构钢,具有较好的冲压性能,年生产10万件,为大批量生产,故比较适合冲裁加工。
2.2工艺方案分析
2.2.1方案的确定
该零件包括冲孔、落料两个基本工序,可以采用以下四种工艺方案:
方案一:
直接落料获得产品,采用单工序模生产。
方案二:
先冲孔,再落料,采用单工序复合模生产。
方案三:
采用形状倒置的复合模具获得落料产品。
方案四:
采用先冲孔,再落料的级进模。
2.2.2方案比较
方案一:
模具结构相对而言比较简单,经济性高,但相对精度较低,不能很好的保证产品的允许公差尺寸。
方案二:
先采用冲孔来定位工件毛坯料,然后再落下成品。
既能很好的保证工件有一定的定位精度,又能减少一次冲压的合力,并且保证机构能在相对小的载荷下工作。
采用此种生产方式可以大大的提高工作效率,而且可以提高毛坯料的利用效率,但是该种方式会大大增加压力机的吨位,在实际生产中还得考虑减噪、安全、灵活等。
况且该零件垫片本来就已经属于尺寸较大的工件了,采用一次落两个会使模具的体积扩大,不便于装卸等。
供需相对分散,两次冲裁对精度具有一定的影响,且同样具有方案三的问题,且不适合实际生产,工作效率也没有什么实质性的提高,而且模具规模也大大加大,同时模具的结构相对较复杂。
综上所述以及实际生产的相关条件和要求,我决定选择第二种方案。
第3章模具间隙和凸凹模尺寸的确定
3.1模具间隙的确定
在模具设计时确定一个合理的间隙值,能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。
因此在冲压实际生产中,主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命的三个因素综合考虑,给间隙规定一个合理的范围值。
只要间隙在这个范围内,就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。
这个间隙范围就称为合理间隙,这个范围的最小值称为最小合理间隙,最大值称为最大合理间隙。
考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大,故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙。
确定合理间隙值有理论法和经验法两种。
1、理论确定法
主要是根据凸、凹模刃口产生的裂纹相互重合进行计算。
查[1]得凸、凹模的合理间隙:
Z=2(t-b)tanβ(2.1)
=2t(t-t/b)tanβ
式中:
Z——双面间隙值(mm);
t——材料厚度(mm);
b——产生裂纹时凸模挤入的材料深度(mm);
b/t——产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度;
β——剪切裂纹与垂线间的夹角。
由上式可见,影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。
材料厚度越大,塑性越低的硬脆材料,所需间隙Z值就越大;
材料厚度越薄,塑性越好的材料,所需间隙Z值就越小。
由于理论计算法在生产中计算不方便,故目前广泛采用的是经验法确定间隙。
2、经验确定法
根据研究与实际生产经验,间隙值可按要求分类查表确定。
对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值,这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。
对于对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件,在满足冲裁件要求都前提下,应以降低冲裁力,提高模具寿命为主,选用较大的双面间隙值。
查[2]得表2.1。
表2.1冲裁模初始用间隙2cmm
材料厚度
t(mm)
65Mn、45、T7
30、硅钢片
08、10、15、
H62、Q235
H62、H68、LF21
2Cmin
2Cmax
Cmax
0.2
0.008
0.012
0.01
0.014
0.016
0.018
0.3
0.015
0.021
0.024
0.027
0.4
0.02
0.028
0.032
0.036
注:
当模具采用线切割加工,若直接从凹模中制取凸模,此时凸凹模间隙决定于电极丝直径,放电间隙和研磨量,但其总和不能超过最大单面初始间隙值。
本设计选用经验确定法,零件厚度为1mm,材料型号为Q235-A.故查表2.1得:
2Cmin=0.012mm
2Cmax=0.016mm
3.2凸凹模尺寸
凸模与凹模刃口尺寸的确定
凸模与凹模刃口尺寸和公差,直接影响冲裁件的尺寸精度。
模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。
因此正确确定凸凹模刃口尺寸和公差,是冲裁模设计中的一项重要工作。
冲裁时凸、凹模的制造公差由[2]得表2.2,如下:
表2.2凸、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
0.020
>180~260
0.030
0.045
>18~30
0.025
>260~360
0.050
>30~80
>360~500
0.040
0.060
>80~120
0.035
>500
0.070
>120~180
零件的冲孔基本尺寸为≤18之间,故取凸模偏差为0.020mm,凹模偏差为0.020mm。
凸、凹模刃口尺寸确定的原则
由于凸凹模之间存在间隙,所以冲裁件断面都带有锥度,而在冲裁件尺寸的测量和使用中,都以光亮带的尺寸为基准。
落料件的光亮带处于大端尺寸,冲孔件的光亮带处于小端尺寸。
落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料而产生的,而冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。
冲裁过程中,凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦,凹模轮廓越磨越小,凹模轮廓越磨越大,结果使间隙越用越大,因此确定凸凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔,并遵循如下原则:
1、根据冲孔落料的特点落料件的尺寸取决于凹模的尺寸,故落料模以凹模为设计基准,先确定凹模的尺寸,再按照间隙值确定凸模刃口尺寸;
冲孔时孔径的尺寸取决于凸模的尺寸,故冲孔模以凸模为设计基准。
2、先考虑凹、凸模的磨损凹、凸模在冲裁过程中有磨损,凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小,凹模尺寸磨损使落料尺寸增大。
为了保证冲裁件的尺寸精度要求,并尽可能提高模具使用寿命,设计落料模时,凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸;
设计冲孔模时,凸模刃口的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
3、刃口制造精度与工件精度的关系凹、凸模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准,保证合理的凹、凸模间隙值,保证模具的一定使用寿命。
刃口尺寸的计算方法
由于冲模加工方法不同,刃口尺寸的计算方法也不同,基本上可分为两类。
冲孔:
凸模刃口尺寸:
(2.5)
凹模刃口尺寸:
(2.6)
d——冲孔件豁孔的最大极限尺寸(mm);
——冲孔凸模基本尺寸(mm);
——凸模刃口制造公差,可按IT8选用(mm);
△——制件公差(mm);
K——系数,是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸,与工件制造精度有关。
查[2]得,详见上表2.3;
——冲孔凹模基本尺寸(mm);
——最小合理间隙(mm)。
落料:
(2.7)
(2.8)
——落料件的最小极限尺寸(mm);
——落料凹模基本尺寸(mm);
—落料凸模基本尺寸(mm)。
凸模与凹模配作法
采用凸凹模分开加工时,为了保证凹凸模间一定的间隙值,必须严格限制冲模制造公差。
因此,造成冲裁制造困难。
为了保证凹、凸模间一定的合理间隙,必须满足关系式
,这对于
、
差值很小时,将使凹、凸模刃口尺寸公差值更小,给凹、凸模的制造带来困难。
这种情况必须采用配合加工
配合加工就是先按设计尺寸制造一个基准件,然后再根据基准件的实际尺寸,按要求的间隙值配制另一件。
对于冲制薄材料的冲裁,或冲制复杂形状的工件的冲模,或单件生产的冲模,常常采用凸模与凹模配作的方法加工。
落料时应以凹模为基准件,根据凹模的实际尺寸按最小合理间隙配置凸模。
冲孔时应以凸模为基准件配制凹模。
第4章冲载力和压力中心的计算
4.1冲压力的计算
4.1.1冲裁力的计算
冲孔力
由[2]得冲裁力的计算公式
F冲孔孔=KLtτ(3.1)
K—系数,K=1.3;
L—冲裁周边长度(mm);
t—冲裁件的厚度(mm);
τ—材料的抗剪强度(MPa)。
F冲孔孔=KLtτ
=1.3×
59.69×
350×
1
=27.15895(kN)
落料力
=KLtτ(3.2)
=KLtτ
166.8×
=75.894(kN)
4.1.2卸料力的计算
由[2]得卸料力的计算公式
F卸料=K卸料F落料(3.3)
K卸料—卸料力系数,查表3.1。
F卸料=K卸料F落料
=0.034×
75.894
=2.58(kN)
4.1.3推件力的计算
由[2]中推件力的计算公式
F推件=nK推件F冲孔(3.4)
K推件—推件力系数,查表3.1。
n—同时梗塞在凹模内的工件数(废料数);
F推件=nK推件F冲孔
=1×
0.045×
27.15895
=1.222(kN)
4.1.4总冲压力
F=F落料+F卸料+F推件(3.6)
=27.15895+75.894+2.58+1.222
=106.85(kN)
4.2压力中心的计算
因为该零件是对称图形,并按照如下式进行计算得:
(3.8)
(3.9)
冲裁边:
(3.10)
(4.11)
——冲孔时指各种孔的中心位置;
冲裁边时指各线段中心坐标;
——冲各孔时所用压力;
——各线段长度;
——压力中心坐标。
4.3设备的选择
计算得总冲压力是106.85KN,压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力。
所以选用公称压力为100吨的压力机。
压力机主要参数经查[2]、[10]、[14]得表3.2。
表3.2压力机参数
序号
项目
数值
单位
冲压设备型号
J23-100
2
公称压力
100
吨
3
滑块行程
130
毫米
4
滑块每分钟行程次数
38
次
5
最大闭合高度
480
6
闭合高度调节量
400
7
滑块中心线至床身距离
380
8
立柱距离
530
9
工作台尺寸
前后
710
左右
1080
10
工作台孔尺寸
560
直径
500
11
垫板尺寸
厚度
—
12
模柄孔尺寸
φ60
深度
75
13
滑块底面尺寸
360
430
14
机床最大可倾角
30
度
第5章排样设计
根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种
(1)有废料排样。
沿冲件全部外形冲裁,冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。
冲件尺寸完全由冲模来保证,因此精度高,模具寿命也高,但材料利用率低。
(2)少废料排样。
沿冲件部分外形切断或冲裁,只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。
因受剪裁条料质量和定位误差的影响,其冲件质量稍差,同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命,但材料利用率较高,冲模结构简单。
(3)无废料排样。
冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边,沿直线或曲线切断条料而获得冲件。
冲件的质量和模具寿命更差一些,但材料利用率最高。
另外,当送进步距为两倍零件宽度时,一次切断便能获得两个冲件,有利于提高劳动生产率。
采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构,减小冲裁力,提高材料利用率。
但是,因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响,冲裁件公差等级低。
由于零件为大批量生产,为了提高模具的寿命,所以选用少废料排样。
排样图如图4.1所示。
图4.1排样图
5.2确定搭边和条料宽度
5.2.1搭边
搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差,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。
搭边通常有经验确定,由参考文献[1]根据材料的性能、厚度和形状可确定搭边值
5.2.2条料宽度的确定
由于上节确定的a值已经考虑了剪料公差所引起的减小值,所以条料宽度的计算一般采用下列的简化公式。
(1)有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离
有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进,故按下式计算:
条料宽度:
(4.1)
导料板间距:
(4.2)
b——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;
a——侧搭边值;
——条料宽度的单向(负向)偏差;
Z——导料板与最宽条料之间的间隙;
(2)无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离
侧压装置的模具,应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。
为了补偿侧面搭边的减少,条料宽度应增加一个条料可能的摆动量,应按下式计算:
(4.3)
(4.4)
a——侧搭边值;
由于模具设计时有冲孔凸模起定位作用,落料尺寸要求不高,所以选用无侧压装置。
同时用无测压装置公式(4.3、4.4)来计算。
5.3材料的经济利用率
参考文献[1]中公式
η=
×
100%(4.5)
=1740/(64×
40)
=68%
η——材料利用率
n——张板料(或帯料、条料)上冲件的数目
A——整个冲裁件的实际面积
L——板料长度
B——板料宽度
第6章模具总体设计
6.1垫板的设计
在设计冲模时,由模板所承受压力的大小来判断是否加装垫板。
因为模板承受的压应力大于模板材料所承受压力大小,所以使用垫板。
在冲压凸模固定
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