排气管法兰冲模结构及加工工艺设计毕业设计说明书论文 精品.docx
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排气管法兰冲模结构及加工工艺设计毕业设计说明书论文 精品.docx
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排气管法兰冲模结构及加工工艺设计毕业设计说明书论文精品
河北工业大学
毕业设计说明书(论文)
作者:
刘建学学号:
101890
学院:
材料科学与工程学院
专业:
材料科学与工程学院
专业方向:
模具设计及制造
题目:
排气管法兰冲模结构及加工工艺设计
指导者:
谷春瑞老师副教授
(姓名)(专业技术职务)
评阅者:
韩广利老师副教授
(姓名)(专业技术职务)
2014年6月2日
毕业设计(论文)中文摘要
题目:
排气管法兰冲模结构及加工工艺设计
摘要:
本设计选取制件为排气管法兰,材料为Q235,精度为IT11。
本设计选用生产方案为使用落料冲孔复合模具进行加工。
根据制件结构特点对冲压模具具体结构进行设计:
首先分析了制件结构工艺性,选用有废料排样并做出横向送料斜排排样图,根据冲裁力选用压力机,确定了旋入式模柄、对角导柱模架、矩形垫板、矩形固定板、卸料板、空心垫板、矩形凹模板和橡胶的具体尺寸,选用刚性卸料装置利用气源将制件顶出,选用弹性卸料装置将条料卸下,选用刚性卸料装置使用带肩推杆将冲孔废料从孔中推出。
本设计使用AutoCAD绘制装配图和各零件图,使用UG对主要零件进行三维造型,最终得到一张装配图和六张零件图。
关键词:
冲压模具加工工艺模具结构AutoCAD排气管法兰
毕业设计(论文)外文摘要
TitleTheDesignofStructureandManufacturingTechniqueofStampingDieforExhaustPipeFlange
Abstract
ThepartdesignedisexhaustpipeflangewhosematerialisQ235andit’saccuracyisIT11.Theproductionplanchosenusedblankingandpunchingcompounddietoproduce.Thepapercarriedoutthestructuraldesignofstampingdiewasaccordingtostructureofthepart.Firstly,thestructureofthepartwasanalysized,andtheblanklayoutwasdesignedinwhichtheblankwaslateral.Thepresswaschosenaccordingtotheblankingforce.Then,thespecificcomponentsweredeterminedsuchasthedieshank,thediagonal-pillardieset,therectangularbolsterplate,therectangulardieandpunchplate,thestripperplate,thehollowbolsterplateandtherubber.Fixedstripperdevicewasselectedtoejectthepartejectionusinggassource.Springstripperdevicewaschosentoremovethestockwhiletheejectiondeviceusingrigidshoulderejectorwouldejectthepunchingwastefromthehole.ThisdesignusedthesoftwareAutoCADtodrawtheassemblydrawingandthepartdrawings.
Thethree-dimensionalmodelingforthemainpartswasdonebythesoftwareUG,whilethetwo-dimensionaldrawingwasdonebythesoftwareAutoCAD.Andultimately,anassemblydiagramandsixpartdrawingsweregot.
Keywords:
StampingdieManufacturingtechniqueMoldstructure
AutoCADExhaustpipeflange
目次
1引言(或绪论)
模具发展至今,应用极为普遍,在成型中用来塑造材料外形而得得到产品的工艺装备,包括冲压模具、塑料模具、锻造模具、铸造模具、粉末冶金模具、橡胶模具、拉丝模具、无机材料成型模具及其他模具,几乎深入到国民生活中的每一个角落[1]。
近年以来,国际模具行业发展极为迅猛,不断涌现的各种尖端科技随即更新应用于实际模具加工生产之中。
到目前为止,蓬勃发展的国内模具产业在“十二五规划”的指导下,也在极力追随世界顶尖技术的脚步,接连创造性地研制出多种新型加工模具,三维打印崛地而起,然而,仍然有很多亟待改进的地方[1]。
本设计采用冷冲压加工方法,这种方法是在常温下,以压力机为动力,以冲压模具对毛坯施加作用力,迫使材料断裂或者改造其外在形貌,最终得到具有相当程度的形状精度、尺寸精度,达到一定的性能的零件。
冷冲压加工得到的产品成千上万,各不相同,其加工方法总体来讲可以大致划分为两种——一种是分离工序;另外一种是变形工序[1]。
又可以划分为下几种基本工序:
冲裁、弯曲、拉深、成形和体积冲压。
本设计选择制件为排气管法兰,用以连接两个管道、管材等,使用极其普遍。
制件材料为Q235。
用简单的冲压模具生产此制件,有利于降低成本,得到更高的生产率,从而达到更高的经济效益。
2明确课题所给出的制件的公差
参考表 2-3 标准公差值(摘自国家标准 GB/T1800.3-1998)[1],根据入体原则可知公差如下图所示:
图2-1制件公差图
3制件结构工艺性分析
3.1 结构工艺特殊性
冲压件的外形大小可谓千差万别,因而对于不同的制件根据其自身性质有着不同的工艺要求。
本设计所选制件外形特别简单,且呈现中心对称的特点:
由四段小圆弧、两个小圆、一个大圆、和相连接的切线组成了它的基本形貌,没有对工艺要求较高的形状,所有圆角都满足R>0.5t(R为圆角半径,t为制件厚度)。
这样的特点使得模具制造起来比较容易且易于获得较高的寿命。
所冲小孔要求尺寸范围为D≥1.3t(D为小孔直径,t为制件厚度),本设计所选制件孔的尺寸为D1=8mm,D2=18mm,均符合工艺要求。
孔边距不得小于料厚,本设计所选制件的孔边距为e1=3mm,e2=7mm,作比较易得e1>t,e2>t,可知满足工艺要求。
本设计所选制件仅涉及冲裁工艺,无需拉深、弯曲等其他工序,比较简单。
3.2分析本设计所选制件的材质
查表1-1-36碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢带[3]可知本设计所选制件采用材料为Q235,抗拉强度为376MPa,屈服强度不小于235MPa。
查表1-1-98各种类型冲压件对材料的要求[3]可知冲裁工艺对材料要求为抗拉强度不高于650MPa,伸长率为1%~5%,硬度值范围为84HRB~96HRB。
易知Q235材料满足冲裁件加工要求。
3.3分析本设计所选制件的精度要求
冲裁可分为两大类——普通冲裁和精密冲裁,前者所得冲裁件精度一般在IT9级以下,而后者则可达到IT8~IT6级,因而应当采用普通冲裁即可[1、3]。
4确定冲压工艺方案
本设计所选制件为管道法兰,生产量大,冲压加工能够取得较明显的经济效益。
方案一:
采用单工序模——落料→冲孔;
方案二:
采用级进模——冲孔→落料;
方案三:
采用复合模——落料冲孔同时进行。
分析方案一[1]:
一般来讲,单工序模适用于中小批量生产,大批量时多选用连续模,以提高生产率,从而降低模具生产成本。
由此看来,不选此方案。
分析方案二[1]:
级进模一次行程完成以后,由冲床送料机器按照设定的步距将条料向前平移,由此在一套模具上就可以实现多道工序同时加工。
但是,级进模工作时需要多次定位,其定位精度难以提高,因而不选此方案。
分析方案三[1]:
复合模——在一次运动中即可一次性达到数次加工效果的工艺装备。
所得冲裁件同轴度高,表面平整,尺寸精度也很高;另外不会受到毛坯外形的精度限制,费角料也可加以生产。
工作中无需多次定位,一次即可,因而可采用方案三。
返观本设计所选制件,要得到精度IT11,两侧孔的位置精度较高,因此应当采用方案三,使用复合模生产。
进一步设计方案三[5]:
查表8-9凹凸模的最小壁厚(之一)[5]得到装模生产本制件最小壁厚为4.9mm,由本设计所选制件的几何形貌可得其最小壁厚为3mm,为减少孔内废料的胀力,减小最小壁厚,并参考表8-2复合模正装和倒装比较[5]应当选取正装复合模具进行生产。
5计算相关的工艺参数
5.1排样设计与计算
本设计所选制件精度要求IT11,比较高,因而采用有废料排样的方法。
5.1.1直排
a)直排方案一:
排样如图5-1,查表2-11搭边a和a1的数值(低碳钢)[1]得工件间距a1=2mm;搭边值a=2.5mm;计算得条料宽B=79mm;步距为A=32mm+2mm=34mm;
工件利用率为η=A0÷A×100%[1]
计算得η=1239.6mm²÷2686mm²×100%=46.15%
图5-1直排方案一
b)直排方案二:
排样如图5-2,得a1=2mm;a=2.5mm;B=37mm;A=74mm+2mm=76mm;
η=1239.6mm²÷2812mm²×100%=44.08%
图5-2直排方案二
5.1.1斜排
a)斜排方案一:
排样如图5-3所示,a1=2mm;a=2.5mm;B=76.24mm;A=32+2=34mm
η=1239.6÷(76.24×34)×100%=47.82%
图5-3斜排方案一
b)斜排方案二:
排样如图5-4,a1=2.5mm;a=3mm;B=38mm;A=60.6mm
η=1239.6÷(38×60.6)×100%=53.82%
图5-4斜排方案二
c)斜排方案三:
排样如图5-5所示,a1=2mm;a=2.5mm;B=37mm;A=66mm。
η=1239.6÷(37×60.6)×100%=50.76%
图5-5斜排方案三
综上可知应当采用斜排方案二,工件对角线与条料间角度为17°,查表2-14条料宽度偏差Δ[5]得Δ=-0.7mm,则B=390-0.7mm,A=60.6mm,利用率53.82%。
5.2计算冲压力,初步选择压力机
5.2.1计算冲压力
平刃口冲裁时,冲裁力
F冲裁=1.3Ltτb≈Ltσb[5]
本设计所选制件的周长L=2π×9+2π×4×2+2π×7×145°÷360°×2
+2π×16×35°÷360°×2+4×28.68
=276.51mm
落料周长L1=2π×7×145°÷360°×2+2π×16×35°
÷360°×2+4×28.68
=169.70mm
冲孔周长L2=2π×9+2π×4×2=34π=106.81mm
抗拉强度σb=370MPa~500MPa[3]
计算得到F冲裁=237.80kN,F落料=145.94kN,F冲孔=91.86kN。
查表2-9卸料力、推件力和顶件力系数[5]得K卸料=0.03~0.04,K顶件=0.045
卸料力F卸料=K卸料F冲孔[3]
F卸料=2.76kN
推件力F顶件=nK顶件F落料[3]
F顶件=6.57kN
总冲裁力F总=F冲裁+F卸料+F顶件
F总=247.13kN
5.2.2初步选择压力机
查表1-2开式固定台压力机(部分)参数[4]选择压力机型号为J23-25,标示压力为250kN,滑块行程65mm,连杆调节长度55mm,最大装模高度270mm,模柄孔半径为25mm,深70mm。
选压力机J23-25装模高度为215~270mm,
根据Hmin+10≤H模具≤Hmax-5[4]
即,225mm≤H模具≤265mm。
5.3计算压力中心
本设计所选制件完全中心对称,其对称中心即为该制件的几何形状的中心。
5.4凸凹模刃口尺寸计算
5.4.1确定间隙值
查表2-2-2冲裁模初始双面间隙z(电器、仪表行业)[4]得:
zmin=0.100mm,zmax=0.140mm。
5.4.2刃口尺寸计算
制造模具的方式大致可以分为两种:
一、分别加工;二、配合加工。
本制件外形较为复杂,要求得到的精度TI11,采用后者。
此时,可先加工出凸模和凹模,再配合加工制造凸凹模。
查表2-31磨损系数x[5]可得本设计所选制件的磨损系数均为0.75
加工凹模时,有磨损以后变大的尺寸即A类:
A1凹=(7-0.75×0.090)0+0.090×1/4=6.93+0.020mm
A2凹=(16-0.75×0.110)0+0.110×1/4=15.92+0.030mm
加工凸模时,有磨损以后变小的尺寸即B类:
B1凸=(8+0.75×0.090)0-0.090×1/4=8.070-0.02mm
B2凸=(18+0.75×0.130)0-0.130×1/4=18.100-0.03mm
定位两个凸模时有磨损以后不变的尺寸,即C类:
C1=60±0.190×1/8=60±0.02mm
C2=57.38±0.190×1/8=57.38±0.02mm(按加工方向放置时两侧小孔中心距)
该制件凸模、凹模按上述尺寸制造,凸凹模各部分尺寸按照上述凸模、凹模相应部分尺寸配合加工制造,保证双面间隙值zmin~zmax=0.100~0.140mm。
6模具各部分设计
6.1模具各部分结构形式
6.1.1模架及导向形式
参考表6-3-1模架的具体形式及用途[3]可得对比如下:
上模座、下模座和导柱、导套构成了一个整体即模架。
由此对模架加以讨论。
模具可分为钢板模架和铸铁模架两大类。
其中,前者有着强度大、加工工艺性优异等优点,加工精度好,制造成本较高,因而本设计不选取此种模架。
铸铁模架应用更为普遍,足以达到本设计要求,本次最终选取铸铁模架。
模架又分为两大类——滚动导向的、滑动导向的。
其中,前者在导柱和导套之间加入了小钢球,小球的运动连接上下运动;其优点十分明显——导向精度非常好,运行时刚性优异;多用于精度要求高的模具结构。
本设计要求较低,故而不采用此种形式,而选定滑动导向模架。
滑动模架又分为好多类,其中后侧导柱模架不适用于大型冲压模具,并且由于存在弯曲力矩,运行过程中上模座不平稳,本设计要使制件达到IT11级,精度较高,最大尺寸可达74mm,故不采用后侧导柱模架;其中,四导柱模架受力比较均匀,导向精度也比较高,适用于大型制件、精度很高的冲压模具和生产量很大的自动冲压生产线,故本制件不选取此种模架;中间导柱模架运行较为稳定,但是考虑到本设计需要横向送料,不能选择这种模架,而要选择对角导柱模架。
另外,分析凸凹模间隙大小,参考表7-42导柱导套配合间隙(或过盈量)[6]可得本设计中模架应当采用Ⅱ级精度。
6.1.2制件定位及导向形式
常用来定位的零件有:
定位板、导正销、挡料销、侧刃和导料尺等[3]。
本设计最终选定固定挡料销进行定位,具体见表14-95固定挡料销(摘自JB/T7649.10--2008)[5]。
据上图所示表格,选择固定挡料销A10JB/T7649.10--2008。
6.1.3设计卸料和出件部分
卸料装置有固定卸料装置和弹压卸料装置。
前者卸料力较大,但冲裁时坯料无法压紧,适于较硬较厚并且没有高精度要求的冲裁制件。
而后者则对板料有压平作用,所得制件表面平整光洁,广泛应用于复合模具中。
本设计采用后者进行卸料。
卸料板与凸模间隙值也有要求,其单边间隙值在板料厚度的0.1~0.2倍之间[3]。
顶件装置有刚性顶件装置和弹性顶件装置,参考表3-1-29推件装置的形式及应用示例[3]可知根据本设计所选正装复合模具的特点应当选择弹性顶件装置。
可根据表3-6-3复合模推件装置的结构形式与特点,选定刚性推件形式。
出件时,车间如果备有气源装置,可以充分加以利用[3]。
6.2具体设计各部分的参数并选取标准件
6.2.1计算落料凹模的具体数据
凹模外形可以设计成长方形或者圆形,本设计考虑材料的利用而选择长方形。
凹模厚度H=Kb(≥15mm)[4]
式中:
H——凹模厚度;
b——制件最大外形尺寸,本制件b=71.22mm
K——系数,查表4-3系数K值[5]可得K=0.28
计算得H=19.94mm
凹模壁厚c=(1.5~2)H(≥30~40mm)[4]
取定c=32mm
计算得到凹模的长L=2c+71.22mm=135.22mm;宽B=2c+32mm=96mm。
以模架尺寸为准,凹模尺寸校正值为长L=160mm,宽B=160mm,厚H=22mm。
计算设计各螺钉、销钉排布位置后得到凹模二维设计图及三维图纸见图6-1、图6-2如下:
图6-1凹模三维图
图6-2凹模
6.2.2选定模架模柄
在此计算基础上,查表14-5对角导柱模架(摘自GB/T2851--2008)[5]最终选定模架L=160,B=100,装模高度H=190~225mm,上模座尺寸(GB/T2855.1--2008):
160×100×40,下模座尺寸(GB/T2855.2--2008):
160×100×50,导柱(GB/T2861.1--2008):
25×180,28×180,导套(GB/T2861.3--2008):
25×90×38和28×90×38。
由此进一步查表确定上模座、下模座、导柱、导套具体数据。
上模座查表14-17对角导柱上模座(GB/T2855.1--2008)[5]选择:
对角导柱上模座160×100×40GB/T2855.1—2008。
下模座查表14-18对角导柱下模座(GB/T2855.2--2008)[5]选择:
对角导柱下模座160×100×50GB/T2855.2—2008。
由压力机模柄孔尺寸φ50×70mm,根据表14-64旋入式模柄(摘自JB/T7646.2--2008)选择旋入式模柄B:
旋入式模柄B50JB/T7646.2—2008。
由模柄尺寸选定紧定螺钉:
M8×10。
导套查表14-52A型导套(摘自JB/T2861.3--2008)[5]选滑动导向导套A25×90×38GB/T2861.3—2008和滑动导向导套A28×90×38GB/T2861.3—2008。
导柱查表14-50B型导柱(摘自JB/T2861.1--2008)[5]选滑动导向导柱B25×180GB/T2861.1—2008和滑动导向导柱B28×180GB/T2861.1—2008。
由导柱导套可知:
导套和上模座之间结合选压入式,取过盈配合:
H7/r6;模架精度为Ⅱ级:
导套和导柱间选取间隙配合:
H7/h6;导柱和下模座取过盈配合——H7/r6。
6.2.3选定各板具体尺寸
以凹模尺寸为准,选择垫板、固定板、空心垫板,并进一步加工制造。
查表14-115矩形垫板(摘自JB/T7643.3—2008)[5]最终确定垫板具体尺寸如下:
160×100×6、160×100×8,材料45钢或T10A。
查表14-117矩形固定板(摘自JB/T7643.2--2008)[5]最终确定固定板具体尺寸如下:
160×100×16、160×100×20,160×100×20,材料45钢,硬度28~32HRC并将160×100×20的一个固定板加工制作成空心垫板。
在设计各孔、及固定销钉的槽之后得到凸凹模固定板三维图图6-3、二维图6-4和凸模固定板图三维6-5、二维图6-6设计如所示:
图6-3凸凹模固定板三维图
图6-4凸凹模固定板
图6-5凸模固定板三维图
图6-6凸模固定板
查表14-119矩形凹模板(摘自JB/T7643.1--2008)[5]最终确定凹模板的具体尺寸如下:
160×100×22,材料可选用T10A、9Mn2V、CrWMn、Cr12或者Cr12MoV。
查表3-1-27卸料板的最小厚度[3]最终确定卸料板尺寸160×100×12。
确定卸料螺钉尺寸并考虑固定挡料销、导料销的让位孔设置,得到卸料板见图6-7、图6-8:
图6-7卸料板三维图
图6-8卸料板
由以上选择可确定闭模高度为224mm,在下模座下面加垫块即可满足压力机装模高度范围要求,垫块厚度范围为1mm~41mm。
6.2.4确定冲孔凸模有关尺寸
L凸模=h1+h2+h3[3],
式中:
h1——凸模固定板厚度,h1=16mm;
h2——空心垫板厚度,h2=20mm;
h3——凹模厚度,h3=22mm;
∴L凸模=58mm
参考表14-76圆柱头缩杆圆凸模(摘自JB/T5826--2008)[5]可得其初步具体尺寸如图6-9所示:
图6-9凸模
最终决定将凸模中间的倒角改为R=0.25mm。
在确定各标注后得到凸模设计得到二维图、三维图如下:
图6-10大凸模三维图
图6-11大凸模二维图
图6-12小凸模三维图
图6-13小凸模二维图
6.2.5确定橡胶厚度
S工作=S1+S2+1
式中:
S1——卸料板的行程,取S1=2mm;
S2——模具修模量或者调整量,一般取4~6mm,取S2=6mm;
∴S工作=9mm
H0=S工作/(0.25~0.3)
式中:
H0——橡胶自由高度,取35mm;
H装配=(0.85~0.9)H0
式中:
H装配——橡胶装配高度,取31mm;
6.2.6初定凸凹模具体尺寸
L凸凹模=h1+h2+h3+h4[3],
式中:
h1——凸凹模固定板厚度,取h1=20mm;
h2——橡胶压缩后厚度,取h2=30mm;
h3——卸料板厚度,取h3=12mm;
h4——板料厚度,取h4=2mm。
∴L凸凹模=62mm
此时,模具上半部分松弛状态时垫板以下是62mm,考虑到卸料,取L凸凹模=61mm。
由于本设计所选制件形状不规则,凸凹模加工方法选择线切割,因而将固定形式改为销钉固定,在凸凹模上打两个直径4mm的孔,其最终尺寸如图6-14,三维图见图6-14所示:
图6-14凸凹模
图6-15凸凹模三维图
6.2.7上模部分出件形式
查表10-19顶板(摘自JB/T7650.4—1994)[7]选择A型,直径D=71mm,厚度H=7mm,材料为45钢,热处理硬度43~48HRC。
查表10-20带肩推杆(摘自JB/T7650.1—1994)[7]取A型,得到:
带肩推杆A8×70JB/T7650.1—2008、带肩推杆A16×80JB/T7650.1
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