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8.5.1最小弯曲半径…………………………………………………………21
8.5.2弯曲部分工作尺寸的计算……………………………………………22
9模具总的结构设计………………………………………………………………25
9.1模具类型的选择…………………………………………………………….25
9.2定位方式的选择…………………………………………………………….25
9.3卸料方式的选择…………………………………………………………….25
9.4导向方式的选择…………………………………………………………….25
10主要零部件的设计……………………………………………………………..26
10.1工作零件的设计…………………………………………………………...26
10.1.1凹模的设计…………………………………………………………26
10.1.2凸凹模的设计………………………………………………………27
10.1.3外形凸模的设计…………………………………………………..27
10.1.4内孔凸模的设计……………………………………………………28
10.1.5弯曲凸模的设计……………………………………………………28
10.2卸料部分的设计…………………………………………………………...29
10.2.1卸料板的设计……………………………………………………..29
10.2.2卸料弹簧的设计…………………………………………………....29
10.3定位零件的设计…………………………………………………………...31
10.4模架及其他零部件的设计………………………………………………...31
10.4.1上下模座…………………………………………………………....31
10.4.2模柄………………………………………………………………....32
10.4.3模具的闭合高度…………………………………………………....32
11模具总装图……………………………………………………………………..32
12压力机的选择…………………………………………………………………32
结论…………………………………………………………………………………..33
参考文献…………………………………………………………………………….34
致谢.............................................................................................................................35
1绪论
改革开放以来,随着国民经济的高速发展,工业产品的品种和数量的不断增加,更新换代的不断加快,在现代制造业中,企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展,加快换型,采用柔性化加工,以适应不同用户的需要;
另一方面朝着大批量,高效率生产的方向发展,以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益,生产上采取专用设备生产的方式。
模具,做为高效率的生产工具的一种,是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件,具有生产效率高,可实现高速大批量的生产;
节约原材料,实现无切屑加工;
产品质量稳定,具有良好的互换性;
操作简单,对操作人员没有很高的技术要求;
利用模具批量生产的零件加工费用低;
所加工出的零件与制件可以一次成形,不需进行再加工;
能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品;
容易实现生产的自动化的特点。
2冲裁弯曲件的工艺分析
2.1零件图
如图2.1所示零件图。
生产批量:
大批量;
材料:
Q235;
工艺分析:
该材料,不具有较高的强度、硬度,适合做中等强度的零件。
尺寸精度:
零件图上的尺寸除了两个孔的定位尺寸标有偏差外,其他的形状尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可安IT14级确定工件的公差。
经查公差表,各尺寸公差为:
130.80+0。
30
四个孔的位置公差为:
48±
0.1235±
0.211±
0.2
工件结构形状:
制件需要进行落料、冲孔、弯曲三道基本工序,尺寸较小。
结论:
该制件可以进行冲裁
制件为大批量生产,应重视模具材料和结构的选择,保证磨具的复杂程度和模具的寿命。
3确定工艺方案及模具的结构形式
根据制件的工艺分析,其基本工序有落料、冲孔、弯曲三道基本工序,按其先后顺序组合,可得如下几种方案;
(1)落料——弯曲——冲孔;
单工序模冲压
(2)落料——冲孔——弯曲;
单工序模冲压。
(3)冲孔——落料——弯曲;
级进模冲压。
方案
(1)
(2)属于单工序模冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内
完成一个冲压工序的冲裁模。
由于此制件生产批量大,尺寸又较这两种方案生产效率较低,操作也不安全,劳动强度大,故不宜采用。
方案(3)属于连续模,是指压力机在一次行程中,依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。
于制件的结构尺寸小,厚度小,连续模结构虽然复杂,但是效率高,因此,采用该方案。
根据分析采用方案(3)级进模冲裁。
4模具设计工艺计算
4.1计算毛坯尺寸
相对弯曲半径为:
R/t=3.8/1.2=2.17>
0.5
式中:
R——弯曲半径(mm)
t——材料厚度(mm)
由于相对弯曲半径大于0.5,可见制件属于圆角半径较大的弯曲件,应该先
求变形区中性层曲率半径β(mm)。
β=r0+kt公式(4—1)
r0——内弯曲半径
t——材料厚度
k——中性层系数
表4.1板料弯曲中性层系数
r0/t
0.1
0.25
0.3
0.4
0.6
0.8
1.O
K1(V)
0.30
0.33
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
0.41
0.42
K2(U)
0.23
0.29
0.31
0.32
0.40
K3(O)
—
0.72
0.70
0.67
0.63
1.2
1.5
1.8
2
3
4
5
6
8
0.43
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
0.50
0.44
0.56
0.52
查表4.1,K=0.37
4.1计算展开尺寸示意图
根据零件图上得知,圆角半径较大(R>
0.5t),弯曲件毛坯的长度
公式为:
LO=∑L直+∑L弯公式(4—2)
LO——弯曲件毛坯张开长度(mm)
∑L直——弯曲件各直线部分的长度(mm)
∑L弯——弯曲件各弯曲部分中性层长度之和(mm)
根据计算得:
工件的展开尺寸为131.4×
21(mm),如图4—2所示。
图4.2尺寸展开图
4.2排样、计算条料宽度及步距的确定
4.2.1搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料,称为搭边。
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。
搭边值通常由经验确定,表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
表4.2搭边a和a1数值
材料厚度
圆件及r>2t的工件
矩形工件边长L<50mm
矩形工件边长L>50mm
或r<2t的工件
工件间a1
沿边a
<0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.0
2.2
2.5
3.0
0.6t
2.0
2.8
3.5
0.7t
3.2
4.0
0.8t
4.5
0.9t
搭边值是废料,所以应尽量取小,但过小的搭边值容易挤进凹模,增加刃口磨损表4—2给出了钢(WC0.05%~0.25%)的搭边值。
对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数:
钢(WC0.3%~0.45%)0.9
钢(WC0.5%~0.65%)0.8
硬黄铜1~1.1
硬铝1~1.2
软黄铜,纯铜1.2
该制件是矩形工件,根据尺寸从表4—2中查出:
两制件之间的搭边值a1=1.2(mm),侧搭边值a=1.5(mm)。
由于该制件采用的是级进模,所以两制件之间的搭边值为:
a1=4(mm)
侧搭边值a=4mm
4.2.2条料宽度的确定
计算条料宽度有三种情况需要考虑;
有侧压装置时条料的宽度。
无侧压装置时条料的宽度。
有定距侧刃时条料的宽度。
有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进。
条料宽度公式:
B=(D+2a)
公式(4—2)其中条料宽度偏差上偏差为0,下偏差为—△,见表4—3条料宽度偏差。
D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。
a——侧搭边值。
查表4—3条料宽度偏差为0.15
根据公式4—1B=(D+2a)
=139.4.80-0.15
表4.3条料宽度公差(mm)
条料宽度
B/mm
材料厚度t/mm
~0.5
>
0.5~1
1~2
~20
0.05
0.08
0.10
20~30
0.15
30~50
0.20
4.2.3导板间间距的确定
导料板间距离公式:
A=B+Z公式(4—2)
Z——导料板与条料之间的最小间隙(mm);
查表4.3—3得Z=5mm
根据公式4—2A=B+Z
=139.4+4
=143.4(mm)
表4.4导料板与条料之间的最小间隙Zmin(mm)
有侧压装置
条料宽度B/mm
100以下
100以上
~0.5
0.5~1
1~2
2~3
3~4
4~5
4.2.4排样
根据材料经济利用程度,排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种,根据制件在条料上的布置形式,排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。
采用少、无废料排样法,材料利用率高,不但有利于一次冲程获得多个制件,而且可以简化模具结构,降低冲裁力,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的影响,所以模具冲裁件的公差等级较低。
同时,因模具单面受力(单边切断时),不但会加剧模具的磨损,降低模具的寿命,而且也直接影响到冲裁件的断面质量。
由于设计的零件是矩形零件,且四个孔均有位置公差要求,所以采用有费料直排法。
4.2.5材料利用率的计算:
冲裁零件的面积为:
F=长×
宽=2379.6(mm2)
毛坯规格为:
500×
1000(mm)。
送料步距为:
h=D+a1=21+4=25
一个步距内的材料利用率为:
n11=(nF/Bh)×
100%
n为一个步距内冲件的个数。
=(1×
800/28×
33.2)×
=81.96%
横裁时的条料数为:
n1=1000/B
=1000/28
=34.01可冲34条,
每条件数为:
n2=(500-a)/h
=(500-1.5)/33.2
=15.024可冲15件,
板料可冲总件数为:
n=n1×
n2=34×
15=510(件)
板料利用率为:
n12=(nF/500×
1000)
=(510×
800/500×
1000)×
=81.6%
纵裁时的条料数为:
n1=500/B
=500/28
=17.006可冲17条,
n2=(1000-a)/h
=(1000-1.5)/33.5
=30.084可冲30件,
n2=17×
30=510(件)
板料的利用率为:
=81.6%
横裁和纵裁的材料利用率一样,该零件采用横裁法。
图5.3排样图
5冲裁力的计算
5.1计算冲裁力的公式
计算冲裁力是为了选择合适的压力机,设计模具和检验模具的强度,压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适宜冲裁的要求,普通平刃冲裁模,其冲裁力Fp一般可以按下式计算:
Fp=KptLτ公式(5—1)
式中τ——材料抗剪强度,见附表(MPa);
L——冲裁周边总长(mm);
t——材料厚度(mm);
系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损,凸模与凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均),润滑情况,材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp,一般取1~3。
当查不到抗剪强度r时,可以用抗拉强度σb代替τ,而取Kp=1的近似计算法计算。
根据常用金属冲压材料的力学性能查出LY21—Y的抗剪强度为280~310(MPa),
取τ=300(MPa)
5.2总冲裁力、卸料力、推料力、顶件力、弯曲力和总冲压力
由于冲裁模具采用弹压卸料装置和自然落料方式。
总的冲裁力包括
F——总冲压力。
Fp——总冲裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——顶件力
FC——弯曲力
根据常用金属冲压材料的力学性能查出LY21—Y的抗剪强度为280~310(MPa)
5.2.1总冲裁力:
Fp=F1+F2公式(5—1)
F1——落料时的冲裁力。
F2——冲孔时的冲裁力.
落料时的周边长度为:
L1=689(mm)
根据公式5—1F1=KptLτ
=1.3×
1×
689×
300
=268.7(KN)
冲孔时的周边长度为:
L2=4πd=25(mm)
F2=KptLτ
1.×
25×
=9.75(KN)
总冲裁力:
Fp=F1+F2=268.7+9.75=278.45(KN)
表5.5卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
钢
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~0.25
>2.5~6.5
>6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.06
0.03
铝、铝合金
纯铜,黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
对于表中的数据,后的材料取小直,薄材料取值。
5.2.2卸料力FQ的计算
FQ=KxFp公式(5—2)
K——卸料力系数。
查表5—5得KX=0.025~0.08,取KX=0.08
根据公式5—2 FQ=KXFp
=0.08×
268.7
=21.5(KN)
5.2.3推料力FQ1的计算
FQ1=KtFp公式(5—3)
Kt——推料力系数。
查表6—5得Kt=0.03~0.07,取Kt=0.07
根据公式6—3FQ1=KtFp
=0.07×
278.45
≈19.5(KN)
5.2.4顶件力FQ2的计算
FQ2=KdFp公式(5—4)
Kd——顶件力系数。
查表5—5得Kd=0.03~0.07,取Kt=0.07
根据公式5—4FQ2=KdFp
≈19.5KN)
5.2.5弯曲力FC的计算
影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量;
弯曲件的形状和尺寸;
模具结构及凸凹模间隙;
弯曲方式等,因此很难用理论的分析法进行准确的计算。
实际中常用经验公式进行慨略计算,以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。
Ư形弯曲件的经验公式为:
Fu=0.7KBt2σb/γ+t公式(5—5)
Fu——冲压行程结束时不校正时的弯曲力。
B——γ弯曲件的宽度(mm)。
t——弯曲件的厚度(mm)。
γ——内弯曲半径(等于凸模圆角半径)(mm)。
σb——弯曲拆料的抗拉强度(MPa)(查机械手册σb=400(MPa)。
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