冲压工艺与模具课程设计复合倒装模文档格式.doc
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第六章模具零件制造加工 15
6.1模具零件的加工 15
6.2模具的装配 20
参考文献 21
冲压工艺与模具课程设计
摘要
本次设计的内容为冲裁模,完成落料、冲孔两道工序。
模具为倒装复合模结构,由打杆推动顶件块从而顶出制件,橡胶垫驱动的卸料板卸除条料。
排样方式为单斜排,由挡料销和导料销定位、导向。
模架为后侧导柱矩形模架,凸缘式模柄。
选择典型组合,查国家标准GB2873.1,生成装配图和相关的零件图。
关键词:
落料冲孔倒装单斜排
前言
冷冲模毕业设计是在理论教学之后进行的实践性教学环节,其目的在于巩固所学知识,让学生会用课堂学到的知识解决设计过程中出现的实际问题,培养学生综合运用冲压工艺理论知识,分析解决一般的冲压过程实际问题的能力,了解和掌握冲压模具设计的一般过程、方法、步骤及零件加工工艺,进一步熟悉冲压模具的类型及结构和零件加工方法,在熟悉相关国家标准和技术规范基础上,提高学生正确查找、判断、选择相关技术参数的能力,培养学生的标准及规范意识,归纳出与相关的冷冲模工作岗位对职业的能力要求,为以后走向工作岗位做好准备。
第一章设计任务及确定工艺方案
1.1零件设计任务
工件图:
图1工件图
材料为3A21铝合金,材料厚度1.0mm,生产批量为大批量。
1.2零件工艺性分析
(1)材料分析
3A21铝为防锈铝,具有较好的冲裁成形性能。
(2)结构分析
本设计是一个是由冲孔、落料工序制成的工件。
该工件结构简单,应用广泛薄垫片。
材料为3A21铝合金,厚度为1mm,零件结构简单对称,无尖角,对冲裁加工较为有利。
零件中有一个φ35mm的孔和2个φ10mm的孔,满足冲裁最小孔径≥的要求。
另外,经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为5mm,满足冲裁件最小孔边距≥的要求。
,所以该零件的结构满足冲裁的要求。
(3)精度分析
零件上的尺寸该制件无特殊要求公差等级,可按IT14精度等级计算,普通冲裁即可实现要求。
由以上分析可知,该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。
1.3冲裁工艺方案的确定
该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二:
落料-冲孔复合冲压。
采用复合模生产。
方案三:
冲孔-落料级进冲压。
采用级进模生产。
方案一模具结构简单,但需两道工序、两副模具,生产效率低,零件的精度较差,生产效率低,在生产批量较大的情况下不适用。
方案二只需一副模具,冲压件的形位精度和尺寸精度易保证,且生产效率高。
尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的几何形状对称简单,模具制造并不困难。
方案三也只需一副模具,生产效率也很高,但生产零件的过程中要保证冲压件的形位精度,需在模具上设置导正销导正,模具制造、装配较复合模略复杂。
根据以上分析,该零件采用复合冲裁工艺方案。
由工件尺寸可知,凸凹模壁厚大于最小壁厚,为便于操作,所以复合模采用倒装复合模及弹性卸料板和定位定方式定位。
第二章排样图设计及材料利用率分析
2.1排样设计
(1)搭边
查表确定搭边值:
两工件的搭边:
a=1.1mm;
工件边缘搭边:
a1=1.4mm;
步距51.53mm;
调料宽度B
确定后排样图如图1-2所示。
导料板的距离B0=B+Z=52.8+0.5=53.3mm
2.2材料利用率分析
该制件的外形面积和周长由CAD计算分别为2015.996mm、446.512mm。
一个步距内材料利用率η为:
A——是一个工件的面积mm2;
N——是一个进距内的工件的数量;
B——是条料宽度mm;
S——是进距mm。
选用530mm×
1000mm的钢板,每张钢板可剪裁为10条料(35mm×
1000mm),每张条料可冲19个工件,则材料总的利用率为
N——是一张板上的工件的总的个数
B——是板料的宽度
L——是板料的长度
第三章计算冲压力、压力中心和冲压设备的选用和校核
模具采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模,冲压力为冲裁力、推件力、卸料力的总和。
3.1计算冲压力
(1)冲裁力F:
基本计算公式(冲压模具设计与制造1-12)
此零件的周长由CAD求得为L=446.512mm,材料厚度1.0mm,3A21铝合金的抗拉强度查(冷冲压工艺手册表2-21,P48)取140MPa,则冲裁该零件所需冲裁力为
(2)推件力:
基本计算公式为(冲压模具设计与指导)
查表(冲压模具设计与指导2-20)取0.05,且凹模洞口直刃高度h取6mm,n=h/t=6/1.0=6,得:
(3)卸料力:
基本计算公式
(冲压模具设计与制造1-13)
查表(冲压模具设计与制造1-8)取0.04,得
=0.0462.5KN=2.5KN
(4)冲压力
F=Fc+Fx+Ft=62.5+2.5+18.75=83.75KN
3.2冲压设备的选用
(1)初选设备压力机
查(冲压模具课程设计指导与范例表9-9)根据总冲压力选择压力机的标称压力,所以初选J23-10开式双柱可倾压力机。
根据冲压力的大小,查(冲模设计应用实例,P364)选取J23-10开式双柱可倾压力机其中主要技术参数如下:
滑块行程/mm
45
工作台尺寸/mm
前后
240
左右
370
滑块行程次数/(次/min)
145
工作台孔尺寸/mm
130
直径
170
200
最大封闭高度/mm
180
垫板尺寸/mm
厚度
35
封闭高度调节量/mm
模柄孔尺寸/mm
30
深度
55
滑块中心线至床身距离
滑块底面尺寸/mm
立柱距离
床身最大可倾角/mm
35°
(2)压力中心计算
冲模对工件施加冲压力的合力的中心称冲压压力中心。
所以遵循冲压压力中心原则:
(1)对称形状的单个冲裁件,冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心;
(2)工件形状相同且分布位置对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合;
(3)形状复杂的零件,多孔冲模,级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。
零件外形为对称件,中间的异形孔虽然左右不对称,但孔的尺寸很小,左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小,所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。
因为该工件是对称形状的单个冲裁件冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
如图1-2所示:
图3-1工件几何形状
(3)压力机的校核:
由选的压力机可知:
即:
经计算
第四章刃口尺寸计算
该零件为落料冲孔两种工序,形状简单,精度低,可采用配合加工方法制造。
该零件的材料是3A21铝,厚度是1mm,该零件是属于无特殊要求,属于一般冲裁件,查课本表3—3,确定冲裁间隙为Zmin=0.04mm,Zmax=0.06mm。
零件的外形尺寸φ35、R10由落料获得,2×
φ10及φ25,而中心尺寸60,由冲孔获得。
由公差表查得,IT=10,x=1.0,,IT=10,x=1.0设计凸凹模分别按IT6,IT7级别加工制造则:
4.1落料(外形)
冲裁件外形属落料件,选凹模为设计基准件,配合加工方法,只需计算落料凹模刃口尺寸及制造公差,凸模刃口尺寸由凹模的实际按间隙需要配制。
以凹模尺寸为基准,凸模、凹模分别以IT6,IT7级加工。
凸模:
凹模:
经查表可知
x=0.75,,x=0.75
校核:
││+││≤
所以0.02+0.03=0.05>
0.02不满足间隙公差要求
只有缩小值,提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。
因此取:
所以,取
以凹模尺寸为基准,凸模、凹模分别以IT6、IT7级加工。
凹模:
0.02+0.02=0.04>
0.02
只有缩小值提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。
所以,取
4.2冲孔(内形)
冲裁件内形属冲孔件,选冲孔凸模为设计基准件,配做加工法,只需计算冲孔凸模刃口尺寸及制造公差,冲孔凹模刃口尺寸由冲孔凸模的实际按间隙需要配制。
凸模按IT6、凹模按IT7加工,
冲孔件为IT10,查表,取X=0.75
∵││+││≤
即0.009+0.015>
0.02
只有缩小值提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。
所以,取
冲孔件为IT9,查表,取X=0.75
即0.016+0.013>
只有缩小值提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。
所以,取
孔中心距尺寸:
第五章冲裁模具零件及结构的详细设计
5.1凹模设计:
①凹模厚度,H=kb(≥15mm),k查表3-15得,k=0.35
∴H=kb=0.35×
50=17.5mm
根据考虑强度,H取20
②凹模壁厚:
,取C=35mm
所以凹模宽度B和长度A分别为:
凹模宽度:
B=b+2c=50+2×
35=120mm
凹模长度A=b+2c=72.04+2×
35=142.04mm
根据查表后侧导柱模架得出国标L=160B=125H=20
故确定凹模的外形尺寸为:
160×
125×
20。
如图1-3所示
④凹模材料,因为凹模具有锋利的刃口和刃口有高的耐磨性,并能承受冲裁时的冲击力,所以凹模应有高的硬度和适应的韧性,故选Cr12M0V
因为在刃口计算是得到是2×
φ10及φ25孔的尺寸分别为:
Φ10孔
凸模直径:
凹模直径:
经过查《冲压模具简明设计手册》表2.5.4可知
取得到凸模的相关数据:
直径:
d=10.15mm,基本尺寸:
,,,l=36~55mm
冲孔凸模如图1-4所示:
图1-4冲孔凸模
凸模长度尺寸的确定。
采用弹性卸料时凸模的长度为L=h1+h2+t+A。
∴,取L=42mm
强度校核,=41.0140/1300≈0.43mm
经过校核凸模强度刚度符合要求.
Φ25孔
凹模直径:
d=25.2mm,基本尺寸:
,,,l=42mm
凸模材料,选用Cr12M0V,淬火后硬度(HRC达58~62).采用铆接固定。
5.3凸凹模计算
高度计算:
h=h1+h2+h3=21+10+10=41mm
h1——凸凹模固定板厚度;
h2——橡皮厚度;
h3——推料板厚度。
如图1-5所示:
图1-5凸凹模
5.4模座的选用及标准件的选取
5.4.1模架的选用
材料为45﹟钢,热处理淬硬,HRC43-48。
上下模座材料选用HT200钢,选用矩形模座,其长度比凹模板大40-70mm,取值200mm.厚度为凹模厚度的1~1.5倍.
选取模架:
上模座选GB/T2855.5外形尺寸为160×
40
下模座选GB/T2855.6外形尺寸为160×
50
闭合高度H=170~205mm的后侧导柱模架倒装复合模。
导柱25mm×
180mm,导套25mm×
95mm×
35mm。
(模具设计指导表5-8P130)
5.4.2凸模固定板
的外形尺寸取和凹模外形一样的尺寸,其厚度取凹模厚度的0.6~0.8倍,(0.6×
20=12)凸模固定板的外形尺寸为:
12
5.4.3卸料板
外形尺寸的确定:
材料45﹟钢,长和宽的尺寸取与凸模固定板相同的尺寸,厚度为H=15-2=13mm
5.4.4垫板的确定
材料T8A钢,长和宽的尺寸选用典型模架组合尺寸:
垫板的外形尺寸:
10
5.4.5模柄的选择
选用压入式模柄,根据压力机JG23-10的相关参数可知,模柄的外形尺寸为:
30×
5.4.6螺栓销钉的选择
上模座连接螺栓选用4-M12×
42,上模座连接销钉选用2-Φ1054下模座固定螺钉选用4-M12×
42;
下模座连接销钉选用2-Φ1063;
导料板与凹模的连接用4-M6×
15;
销钉用6×
28
5.4.7卸料装置中弹性元件的选择
模具采用弹性卸料装置,弹性元件选用弹簧,其尺寸为
第六章模具零件制造加工
6.1模具零件的加工
通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕,再进行总装。
而模具零件的加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的,要待部件组装或整模组装时修配或配钻,所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来,还要根据模具加工的装配方法而定。
若以凸模凹模为基准装配时,零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工,若以四导柱导套作型腔,凸模相对位置控制基准时,则凹模及凸模固定板的导柱孔应与凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。
使用铣床加工一个零件时,必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参数确定下来,保证加工能顺利完成,同时,设计方面也要考虑到加工的难易程度,以减少加工的困难,在加工模具零件之前要慎重考虑各种细节。
在买回来的模板里,要确定模板的加工基准,哪些面是基准面,这一般在订购模板时会标明哪几个面是经过打磨,之后就是把加工基准定下来,当然事前必须准备好零件图,根据零件图来定位加工方案,如果要用到数控编程,就必须把加工原点定出来。
定好加工方案后,就可以开始加工,先把工件装夹到虎口钳上,使用铜锤敲击以使工件被夹紧,然后打表,在打表时要非常小心,当表很靠近工件时,不能使用加速进给,否则很容易碰坏仪器,在校平行度时,最好先来回走几遍,观察大概偏向,然后要小心敲击工件,使其保持在很小的偏差范围就行了,把两个基准方向的平行度定好后,就要用分中器确定原点坐标,在设置坐标时要将分中器的半径算进去,这样才能使主轴对应工件原点,x-y平面的坐标定下来后,就要把刀具装到铣床上,使用半径范围内的夹具把刀具夹紧,装上道具后就是确定z方向上的原点,一般选择工件表面为0以方便编程。
之后就是加工,如果是选用数控加工,必须使程序和当前铣床的刀具起点相一致,否则加工位置就会错误,同时还要察看刀具路线是否会超出铣床的工作行程,防止出事故。
如果程序没错,就可以传到数控铣床运行。
不同刀具要使用不同转速,钻孔要比铣槽的转速慢,进给速度要根据观察来手动调试,加工时要时刻观察走刀情况,同时适当加冷却液及扫除铁屑,若发生事故,必须马上停止。
当程序完成后,刀具就会回原点,继续做下一工序。
凹模加工工艺过程材料:
T10A硬度:
60~64HRC
序号
工序号
工序内容
1
备料
锻件(退火状态):
150×
30㎜
2
粗铣
铣六面到尺寸155×
130×
25注意两大平面与相邻邻侧面用标准角尺测量达基本垂直
3
平面磨
磨光两大平面厚度达25㎜,并磨两相邻侧面达四面垂直。
垂直度0.02㎜/100㎜
4
钳
①划线划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸
②钻孔钻螺纹底孔,销钉底孔,凹模洞口穿线孔
③铰孔铰销钉孔到要求
④攻丝攻螺纹丝到要求
5
热处理
淬火使硬度达60~64HRC
6
磨光两大平面,使厚度达25㎜
7
线切割
割凹模洞口,并留0.01~0.02㎜研余量
8
①研磨洞口内壁侧面达0.8um②配推件块到要求
9
用垫片层保证凸凹模与凹模间隙均匀后,凹模与上模座配作销钉孔
平磨
磨凹模板上平面厚度达要求
11
总装配
凸模加工工艺过程材料:
T1OA硬度:
56~60HRC
工序名称
φ20×
70㎜
退火,硬度达180~220HB
车
①一端面,打顶尖孔。
车外圆至φ16.5㎜;
掉头车另一端面,长度至尺寸65㎜;
打孔尖孔。
②双顶尖顶,车外圆尺寸Φ12.2㎜
检验
淬火,硬度至56~60HRC。
磨削
磨削外圆尺寸φ12㎜至要求
线切削
切除工作端面顶尖孔,长度尺寸至㎜要求
磨削端面至Ra0.8um
钳工
装配(钳修并装配,保证)
凹凸模加工工艺过程材料:
65×
40×
70
铣各面见光
磨高度两平面到尺寸70.4㎜
①划线在长度方一侧线切割夹位6㎜后,分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中线
②钻孔按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔
③锪扩凹模落料沉孔到要求,钻螺纹底孔并攻丝到要求
淬火硬度达60~64HRC
磨高度到70㎜
割凸模及两凹模,并单边留0.01~0.02研磨余量
①研配研凸凹模并配入凸模固定板
②研磨各侧壁到0.8um
磨高度到要求
凸模固定板加工工艺过程材料:
45硬度:
24~28HRC
气割下料170×
25㎜
调质硬度24~28HRC
铣六面达155×
121×
21mm,并使两大平面和相邻两侧面相互基本垂直
磨光两大平面厚度达17㎜,并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02㎜/100㎜
①划线凸模固定孔中心线,销钉孔中心线,螺纹过中心线,销钉过孔中心线
②钻孔凸模固定孔穿丝线,螺纹过孔和销钉过孔到要求
割凸模安装固定孔单边留0.01~0.02㎜研余量
铣
铣凸模固定孔背面沉孔到要求
研配凸模
磨模厚度到要求
总装配用透光层使凸模,凹模间隙均匀后,与上模座板配作销孔
凸凹模固定板加工工艺过程材料:
45硬度:
35㎜
调质硬度24~28HRC
铣六面达165×
123×
30㎜,并使两大平面和相邻两侧面基本垂直
磨光两大平面,厚度达25㎜,并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02㎜/100㎜
①划线螺纹孔中心线,螺纹过孔中心线,销钉孔中心线,凸凹模固定孔轮廓线
②钻孔螺纹底孔,螺纹过孔到要求,凸凹模固定孔线切割穿线孔
③攻丝攻螺纹底丝到要求
割凸凹模安装固定孔,单边留研余量0.01~0.02㎜
研配将凸凹模配入安装固定孔
磨厚度到要求
装配与下模座配作销钉孔
6.2模具的装配
根据简单模的工作特点,先装上模,再装下模较为合理,并调整间隙、试冲、返修、具体过程如下:
(1)上模装配
①仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作;
②先将凸模与凸模固定板装配,再与凹模板装配,并调整间隙;
③把已装配好的凸模及凹模与上模座,并在次检查间隙是否合理后,打入销钉及拧入螺丝。
(2)下模装配
①仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作。
②先将凸凹模放在下模座上,再装入凸凹模固定板并调整间隙,以免发生干涉及工件损坏。
接着依次按顺序装入销钉,活动挡料销,弹顶橡胶块及卸料板,检查间隙等合理后拧入卸料螺钉,再拧入紧固螺钉,并再次检查调整。
③将经调整后的上下模按导柱,导套配合进行组装,检查间隙及其它装配合理后装机进行试冲并根据试冲结果作出相应调整,直到生产出合格制件。
参考文献
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北京理工大学出版社,2010
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机械工业出版社,2004
3冯炳尧.《模具设计与制造简明手册》.上海:
上海科学科技出版社,1999
4史铁梁.《模具设计指导》.北京:
机械工业出版社,2003
5任晓莉.《公差配合与测量实训》.北京:
机械工业出版社,2007
6王芳,《冷冲压模具设计指导》,机械工业出版社(2002)
7沈智刚、魏春雷,《冷冲模设计》,江西高校出版社(2006)
8王谟金,《机械制图》主编,清华大学出版社
20
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