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1、U形彎曲件模具設(shè)計(jì)
(一)零件工藝性分析
工件圖為圖15所示活接叉彎曲件,材料45鋼,料厚3mm。其工藝性分析內(nèi)容如下:
1.材料分析
45鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,具有良好的彎曲成形性能。
圖15 彎曲工件圖
2.結(jié)構(gòu)分析
零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,左右對(duì)稱,對(duì)彎曲成形較為有利。可查得此材料所允許的最小彎曲半徑,而零件彎曲半徑,故不會(huì)彎裂。另外,零件上的孔位于彎曲變形區(qū)之外,所以彎曲時(shí)孔不會(huì)變形,可以先沖孔后彎曲。計(jì)算零件相對(duì)彎曲半徑,卸載后彎曲件圓角半徑的變化可以不予考慮,而彎曲中心角發(fā)生了變化,采用校正彎曲來(lái)控制角度回彈。
3.精度分析
零件上只有1個(gè)尺寸有公差要求,由公差表查得其公差
2、要求屬于IT14,其余未注公差尺寸也均按IT14選取,所以普通彎曲和沖裁即可滿足零件的精度要求。
4.結(jié)論:由以上分析可知,該零件沖壓工藝性良好,可以沖裁和彎曲。
(二)工藝方案的確定
零件為U形彎曲件,該零件的生產(chǎn)包括落料、沖孔和彎曲三個(gè)基本工序,可有以下三種工藝方案:
方案一:先落料,后沖孔,再?gòu)澢?。采用三套單工序模生產(chǎn)。
方案二:落料—沖孔復(fù)合沖壓,再?gòu)澢2捎脧?fù)合模和單工序彎曲模生產(chǎn)。
方案三:沖孔—落料連續(xù)沖壓,再?gòu)澢?。采用連續(xù)模和單工序彎曲模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但需三道工序三副模具,生產(chǎn)效率較低。
方案二需兩副模具,且用復(fù)合模生產(chǎn)的沖壓件形位精度和尺寸精度易
3、保證,生產(chǎn)效率較高。但由于該零件的孔邊距為4.75mm,小于凸凹模允許的最小壁厚6.7mm,故不宜采用復(fù)合沖壓工序。
方案三也需兩副模具,生產(chǎn)效率也很高,但零件的沖壓精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度,需在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正,故其模具制造、安裝較復(fù)合模略復(fù)雜。
通過(guò)對(duì)上述三種方案的綜合分析比較,該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。
(三)零件工藝計(jì)算
1.彎曲工藝計(jì)算
(1)毛坯尺寸計(jì)算
圖16 坯料展開圖
對(duì)于有圓角半徑的彎曲件,由于變薄不嚴(yán)重,按中性層展開的原理,坯料總長(zhǎng)度應(yīng)等于彎曲件直線部分和圓弧部分長(zhǎng)度之和,可查得中性層位移系數(shù),所以坯料展開長(zhǎng)度為
由于零件寬度尺寸為18
4、mm,故毛坯尺寸應(yīng)為64mm18mm。彎曲件平面展開圖見(jiàn)圖16,兩孔中心距為46mm。
(2)彎曲力計(jì)算
彎曲力是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力機(jī)的重要依據(jù)。該零件是校正彎曲,校正彎曲時(shí)的彎曲力和頂件力為
對(duì)于校正彎曲,由于校正彎曲力比頂件力大得多,故一般可以忽略,即
≥
生產(chǎn)中為安全,取≥,根據(jù)壓彎力大小,初選設(shè)備為JH23—25。
2.沖孔落料連續(xù)模工藝計(jì)算
(1)刃口尺寸計(jì)算
由圖3-2可知,該零件屬于一般沖孔、落料件。根據(jù)零件形狀特點(diǎn),沖裁模的凸、凹模采用分開加工方法制造。尺寸18mm、R9mm由落料獲得,2φ8.5mm
5、和460.31mm由沖孔同時(shí)獲得。查得凸、凹模最小間隙,最大間隙,所以。
按照模具制造精度高于沖裁件精度3~4級(jí)的原則,設(shè)凸、凹模按IT8制造,落料尺寸,凸、凹模制造公差,磨損系數(shù)取0.75。沖孔尺寸,凸、凹模制造公差,磨損系數(shù)取0.5。根據(jù)沖裁凸、凹模刃口尺寸計(jì)算公式進(jìn)行如下計(jì)算:
落料尺寸,
校核不等式≤,代入數(shù)據(jù)得。說(shuō)明所取的與合適,考慮零件要求和模具制造情況,可適當(dāng)放大制造公差為: , 。
將已知和查表的數(shù)據(jù)代入公式得
故落料凸模和凹模最終刃口尺寸為:,。
落料R9mm,屬于半邊磨損尺寸。由于是圓弧曲線,應(yīng)該與落料尺寸18mm相切
6、,所以其凸、凹模刃口尺寸取為
沖孔:
校核,代入數(shù)據(jù)得:。說(shuō)明所取的與合適,考慮零件要求和模具制造情況,可適當(dāng)放大制造公差為:, 。
將已知和查表的數(shù)據(jù)代入公式得
故沖孔凸模和凹模最終刃口尺寸為:,。
孔心距460.31mm
因?yàn)閮蓚€(gè)孔同時(shí)沖出,所以凹模型孔中心距為
(2)排樣計(jì)算
分析零件形狀應(yīng)采用單直排的排樣方式,零件可能的排樣方式有如圖17所示兩種。
圖17 可能的排樣方式
比較方案a和方案b,方案a是少?gòu)U料排樣,顯然材料利用率高,但因條料本身的剪板公差以及條料的定位誤差影響,工件精度不易保證,且模具壽命低,操作不便,排樣不適合連續(xù)模,所以選擇方案
7、b。同時(shí),考慮凹模刃口強(qiáng)度,其中間還需留一空工位?,F(xiàn)選用規(guī)格為3mm1000mm1500mm的鋼板,則需計(jì)算采用不同的裁剪方式時(shí),每張板料能出的零件總個(gè)數(shù)。
經(jīng)查得零件之間的搭邊值,零件與條料側(cè)邊之間的搭邊值,條料與導(dǎo)料板之間的間隙值,則條料寬度為
步距
由于彎曲件裁板時(shí)應(yīng)考慮纖維方向,所以只能采用橫裁。即裁成寬71.5mm、長(zhǎng)1000mm的條料,則一張板材能出的零件總個(gè)數(shù)為
計(jì)算每個(gè)零件的面積,則材料利用率為。排樣圖如圖18所示。
圖18 零件的排樣圖
3.沖裁力計(jì)算
此例中零件的落料周長(zhǎng)為148.52mm,沖孔周長(zhǎng)為26.69mm,材料厚度3mm,45鋼的抗剪強(qiáng)
8、度取500MPa,沖裁力基本計(jì)算公式。則沖裁該零件所需落料力
沖孔力
模具結(jié)構(gòu)采用剛性卸料和下出件方式,所以所需推件力為
計(jì)算零件所需總沖壓力
初選設(shè)備為JC23—63。
4.壓力中心計(jì)算
圖19 壓力中心的計(jì)算
零件為一對(duì)稱件,所以壓力中心就是沖裁輪廓圖形的幾何中心,但由于采用級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì),因此需計(jì)算模具的壓力中心。排樣時(shí)零件前后對(duì)稱,所以只需計(jì)算壓力中心橫坐標(biāo),如圖19所示建立坐標(biāo)系。設(shè)模具壓力中心橫坐標(biāo)為(計(jì)算時(shí)取代數(shù)值),則有
即 ,
解得
所以模具壓力中心坐標(biāo)點(diǎn)為(-31.2 , 0)。
(四)沖壓設(shè)備的選用
9、1. 沖孔落料連續(xù)模設(shè)備的選用
根據(jù)沖壓力的大小,選取開式雙柱可傾臺(tái)壓力機(jī)JC23—63,其主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱壓力:630kN
滑塊行程:120mm
最大閉合高度:360 mm
閉合高度調(diào)節(jié)量:80 mm
滑塊中心線到床身距離:260mm
工作臺(tái)尺寸:480 mm710 mm
工作臺(tái)孔尺寸:φ250mm
模柄孔尺寸:φ50 mm80 mm
墊板厚度:90 mm
2.彎曲模設(shè)備的選用
根據(jù)彎曲力的大小,選取開式雙柱可傾臺(tái)壓力機(jī)JH23—25,其主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱壓力:250kN
滑塊行程:75mm
最大閉合高度:260 mm
閉合高度調(diào)節(jié)量:55mm
10、
滑塊中心線到床身距離:200mm
工作臺(tái)尺寸:370 mm560mm
工作臺(tái)孔尺寸:φ260mm
模柄孔尺寸:φ40 mm60mm
墊板厚度:50 mm
(五)模具零部件結(jié)構(gòu)的確定
1.沖孔落料連續(xù)模零部件設(shè)計(jì)
(1)標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
標(biāo)準(zhǔn)模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸,所以應(yīng)首先計(jì)算凹模周界的大小。根據(jù)凹模高度和壁厚的計(jì)算公式得
凹模高度
凹模壁厚
所以,凹模的總長(zhǎng),為了保證凹模結(jié)構(gòu)對(duì)稱并有足夠的強(qiáng)度,將其長(zhǎng)度增大到163mm。凹模的寬度。
模具采用后側(cè)導(dǎo)柱模架,根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,查得模架規(guī)格為:上模座200mm
11、200mm45mm,下模座200mm200mm50mm,導(dǎo)柱32mm160mm,導(dǎo)套32mm105mm43mm。
(2)其它零部件結(jié)構(gòu)
凸模固定板與凸模采用過(guò)渡配合關(guān)系,厚度取凹模厚度的0.8倍,即20mm,平面尺寸與凹模外形尺寸相同。
卸料板的厚度與卸料力大小、模具結(jié)構(gòu)等因素有關(guān),取其值為14mm。
導(dǎo)料板高度查表取12mm,擋料銷高度取4mm。
圖20 凸模結(jié)構(gòu)圖
模具是否需要采用墊板,以承壓面較小的凸模進(jìn)行計(jì)算,沖孔凸模承壓面的尺寸如圖20所示。則其承受的壓應(yīng)力為
查得鑄鐵模板的為90~140MPa,故 。因此需采用墊板,墊板厚度取8mm。
模具采用壓入式模柄,根據(jù)設(shè)
12、備的模柄孔尺寸,應(yīng)選用規(guī)格為A50105的模柄。
2.彎曲模主要零部件設(shè)計(jì)
根據(jù)工件的材料、形狀和精度要求等,彎曲模采用非標(biāo)準(zhǔn)模架。下模座的輪廓尺寸為255mm110mm。
(1)工作部分結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
1)凸模圓角半徑
在保證不小于最小彎曲半徑值的前提下,當(dāng)零件的相對(duì)圓角半徑較小時(shí),凸模圓角半徑取等于零件的彎曲半徑,即。
2)凹模圓角半徑
凹模圓角半徑不應(yīng)過(guò)小,以免擦傷零件表面,影響沖模的壽命,凹模兩邊的圓角半徑應(yīng)一致,否則在彎曲時(shí)坯料會(huì)發(fā)生偏移。根據(jù)材料厚度取。
3)凹模深度
圖21 凹模結(jié)構(gòu)圖
凹模深度過(guò)小,則坯料兩端未受壓部分太多,零件回彈大且不平直,影響其質(zhì)量;深度
13、過(guò)大,則浪費(fèi)模具鋼材,且需壓力機(jī)有較大的工作行程。該零件為彎邊高度不大且兩邊要求平直的U形彎曲件,則凹模深度應(yīng)大于零件的高度,且高出值,如圖21所示。
4)凸、凹模間隙
根據(jù)U形件彎曲模凸、凹模單邊間隙的計(jì)算公式得
5)U形件彎曲凸、凹模橫向尺寸及公差
零件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí),應(yīng)以凸模為基準(zhǔn),間隙取在凹模上。而凸、凹模的橫向尺寸及公差則應(yīng)根據(jù)零件的尺寸、公差、回彈情況以及模具磨損規(guī)律而定。因此,凸、凹模的橫向尺寸分別為
(2)彈頂裝置中彈性元件的計(jì)算
由于該零件在成型過(guò)程中需壓料和頂件,所以模具采用彈性頂件裝置,彈性元件選用橡膠,其尺寸計(jì)算如下
1)確定橡膠墊的自由高度
14、
認(rèn)為自由狀態(tài)時(shí),頂件板與凹模平齊,所以
由上兩個(gè)公式取。
2)確定橡膠墊的橫截面積
查得圓筒形橡膠墊在預(yù)壓量為10%~15%時(shí)的單位壓力為0.5MPa,所以
3)確定橡膠墊的平面尺寸
根據(jù)零件的形狀特點(diǎn),橡膠墊應(yīng)為圓筒形,中間開有圓孔以避讓螺桿。結(jié)合零件的具體尺寸,橡膠墊中間的避讓孔尺寸為φ17mm,則其直徑D為
4)校核橡膠墊的自由高度
橡膠墊的高徑比在0.5~1.5之間,所以選用的橡膠墊規(guī)格合理。橡膠的裝模高度約為0.85140=120mm。
(六)沖孔落料連續(xù)模裝配圖
有了上述各步計(jì)算
15、所得的數(shù)據(jù)及確定的工藝方案,便可以對(duì)模具進(jìn)行總體設(shè)計(jì)并畫出沖裁裝配圖如圖22所示。
模具閉合高度H模=45+8+20+15+14+12+25+50=189mm。
(七)彎曲模具裝配圖
由上述各步計(jì)算所得的數(shù)據(jù),對(duì)彎曲模具進(jìn)行總體設(shè)計(jì)并畫出裝配圖如圖23所示。
模具閉合高度H模=40+20+4+103=167 mm。
圖22 沖孔落料級(jí)進(jìn)模
1-下模座 2、4、11-螺釘 3-導(dǎo)柱 5-擋料銷 6-導(dǎo)料板 7-導(dǎo)套 8、15、21-銷釘 9-導(dǎo)正銷 10-上模座 12-落料凸模 13-模柄 14-防轉(zhuǎn)銷 16-墊板 17-凸模固定板 18-沖孔凸模 19-卸料板 20-凹模