壓圈沖壓模具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)終極版
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1、河北工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1沖壓工藝概述 1.1.1 沖壓工藝簡(jiǎn)介 沖壓是塑性加工的基本方法之一,它是利用安裝在壓力機(jī)上的模具,在室溫下對(duì)材料施加壓力使其產(chǎn)生變形或分離,從而獲得具有一定形狀、尺寸和精度的制件的一種壓力加工方法。因?yàn)樗饕糜诩庸ぐ辶现萍?,所以也稱板料沖壓。在機(jī)械制造中是一種高效率的加工方式。 沖壓廣泛應(yīng)用于金屬制品各行業(yè)中,尤其在汽車、儀表、軍工、家用電器等工業(yè)中占有極其重要的地位。 沖壓工藝有如下特點(diǎn): 1.能沖壓出其它加工方法難以加工或無(wú)法加工的形狀復(fù)雜的零件。比如,從儀器儀表小型零件到汽車覆蓋件、縱梁等大型零件,均由沖壓加工完成。 2.沖壓
2、件質(zhì)量穩(wěn)定,尺寸精度高。由于沖壓加工是有模具成型,模具制造精度高、使用壽命長(zhǎng),故沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定,制件互換性好。尺寸精度一般可達(dá)IT10~I(xiàn)T14級(jí),最高可達(dá)到IT6級(jí),有的制件不需要在加工,便可滿足裝配和使用要求。 3.沖壓件具有重量輕、強(qiáng)度高、剛性好和表面粗糙度小等特點(diǎn)。 4.沖壓加工生產(chǎn)效率極高,沒(méi)有其它任何一種機(jī)械加工方法能與之相比。比如,汽車覆蓋件這樣的大型沖壓件的生產(chǎn)效率,可達(dá)每分鐘數(shù)件;高速?zèng)_壓小型制件,可達(dá)每分鐘上千件。 5.材料利用率高,一般為70%~85%。因此沖壓件能實(shí)現(xiàn)少?gòu)U料或無(wú)廢料生產(chǎn)。在某些情況下,邊角余料也可充分利用。 6.操作簡(jiǎn)單,便于組織生產(chǎn),易于實(shí)現(xiàn)機(jī)
3、械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。對(duì)操作工人的技術(shù)素質(zhì)要求不高,新工人經(jīng)短時(shí)培訓(xùn)便能上崗操作。 7.沖壓的特點(diǎn)是模具制造時(shí)間長(zhǎng)、制造成本高,故不適宜于單件小批量生產(chǎn)。另外,沖壓生產(chǎn)多采用機(jī)械壓力機(jī),由于滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)快,手工操作時(shí),勞動(dòng)強(qiáng)度大,易發(fā)生事故,故必須特別重視安全生產(chǎn)、安全管理以及采取必要的安全技術(shù)措施。 8.沖壓模設(shè)計(jì)需要有很強(qiáng)的想象力與創(chuàng)造力,對(duì)于模具的設(shè)計(jì)者和制造者無(wú)論在理論、經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造力方面都要有很高的要求。 1.1.2 沖壓模具的發(fā)展 近年來(lái),我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm,壽命2
4、億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模,大尺寸(φ≥300mm)精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 1. 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)自行開(kāi)發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的第一個(gè)沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代以來(lái),國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開(kāi)始采用CAD/CAM技術(shù)。國(guó)家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作
5、為CIMS應(yīng)用示范工廠,由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位,開(kāi)發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過(guò)鑒定。 2.模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下,經(jīng)過(guò)幾十年努力,現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平,包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此,我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面,無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面,都有較大差距。轎車覆蓋件模具,具有設(shè)計(jì)和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn),可代表覆蓋件
6、模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面基本達(dá)到了國(guó)際水平,模具結(jié)構(gòu)周期等方面,與國(guó)外相比還存在一定的差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美,高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來(lái)越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越成熟,可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度,提高了模具的質(zhì)量,縮短了模具的制造周期。 1.2工藝方案的確定 1.2.1 錫青銅QSn4-4-2.5的性能 QSn4-4-2.5經(jīng)退火處理后,其抗剪強(qiáng)度為125~550MPa,其抗拉強(qiáng)度為294~490 MPa,其伸長(zhǎng)率為5%~35%,適合于做沖
7、壓材料。 1.2.2 方案確定 方案一:沖孔—落料 方案二:落料,沖孔(復(fù)合) 方案三:落料,沖孔(連續(xù)) 方案一:?jiǎn)喂ば蚰?,先沖孔再落料保證一定的精度,但主要適用于生產(chǎn)量較小或單件生產(chǎn),生產(chǎn)率較低,且多了一模具,生產(chǎn)周期長(zhǎng)。 方案二:避免了多次定位的結(jié)構(gòu),并在沖裁過(guò)程中可以壓料,工件較平整,較單工序??s短生產(chǎn)周期。 方案三: 根據(jù)生產(chǎn)量,模具可以采用連續(xù)模,但是連續(xù)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)制造精度的要求高,連續(xù)模比復(fù)合模比較生產(chǎn)周期長(zhǎng),成本高,維護(hù)也困難。 經(jīng)過(guò)比較分析壓圈的沖壓模具設(shè)計(jì)采用方案二。 1.2.3 有關(guān)設(shè)計(jì) 壓
8、圈由落料沖孔單工步成型,只需設(shè)計(jì)落料沖孔復(fù)合模。壓圈生產(chǎn)過(guò)程由于結(jié)構(gòu)廢料較多,原材料的利用率較低,而模具費(fèi)用的份額比例較大,這樣要求模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,生產(chǎn)率高,落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)成一模一腔。復(fù)合模采用倒裝結(jié)構(gòu),沖孔廢料直接由沖孔凸模從凸凹模內(nèi)孔推下,卸件可靠,操作安全方便,生產(chǎn)效率高,并為機(jī)械化出件提供有利條件,應(yīng)用十分廣泛。 第2章 復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 沖裁件的工藝設(shè)計(jì) 2.1.1沖裁件的工藝性分析 沖裁件的工藝性分析是指沖裁件對(duì)沖裁的適應(yīng)性,即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸的大小及偏差等是否符合加工的工藝要求。沖裁件的工藝性是否合理對(duì)沖裁件的質(zhì)量、模具的壽命和生產(chǎn)率有很大影
9、響。 壓圈形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱,是由圓弧和直線組成的,沖裁件內(nèi)外所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT11,該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證.其生產(chǎn)批量等情況,也均符合沖裁的工藝要求,故經(jīng)壓圈符合沖裁工藝要求。 2.1.2 確定工藝方案及模具形式 綜上分析,沖裁件精度要求不高,尺寸不大,形狀不復(fù)雜生產(chǎn)量為大批量生產(chǎn),材料厚度,t=0.2mm,且孔位精度無(wú)要求,采用手工送料、剛性卸料、自動(dòng)漏料、導(dǎo)料銷導(dǎo)料的沖孔落料復(fù)合沖裁模具結(jié)構(gòu)形式。 2.2凹凸模間隙的選擇 沖裁間隙指凸、凹模刃口間隙的距離。沖裁間隙是沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),它直接影響沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和力能的消耗,應(yīng)根
10、據(jù)實(shí)際情況和需要合理的選用。沖裁間隙有單面間隙和雙面間隙之分。 2.2.1沖裁間隙的分類 根據(jù)沖裁件尺寸精度、剪切質(zhì)量、模具壽命和力能消耗等主要因素,將金屬材料沖裁間隙分成三種類型:Ⅰ類(小間隙),Ⅱ類(中等間隙),Ⅲ類(大間隙)。 2.2.2 沖裁間隙對(duì)沖裁件的影響 1、間隙過(guò)小時(shí),由凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋在繼續(xù)加壓的情況下將產(chǎn)生二次剪切,繼而被擠入凹模。這樣,制件端面中部留下撕裂面,而兩頭出現(xiàn)光亮帶,在端面出現(xiàn)擠長(zhǎng)的毛刺。毛刺雖長(zhǎng)單易去除,只要中間撕裂不是很深,仍可用。 2、間隙過(guò)大時(shí),材料的彎曲與拉伸增大,拉伸應(yīng)力增大,材料容易被撕裂,使制件的光亮代減小,圓角與斷裂都增大,毛刺大
11、而厚,難去除。所以隨著間隙的增大,制件的斷裂面的傾斜度的增大,毛刺增高。 2.2.3 間隙對(duì)尺寸精度的影響 當(dāng)凸、凹模的間隙較大時(shí),材料所受拉伸作用增大。沖裁完后,材料的彈性恢復(fù)使落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔孔徑大于凸模直徑。此時(shí)穹彎的彈性恢復(fù)方向與其相反,鼓薄板沖裁時(shí)制件尺寸偏差減小。在間隙較小時(shí),由于材料受凸、凹模擠壓力大,故沖裁完后,材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大,沖孔孔徑減小。 2.2.4 間隙對(duì)沖裁力的影響 隨著間隙的增大,材料所受的拉力增大,材料容易斷裂分離,因此沖裁力減小。但是繼續(xù)增大間隙時(shí),會(huì)因從凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋不重合,沖裁力減小。 由于間隙的增大,使沖裁件的
12、光亮面變小,落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔尺寸大于凸模尺寸,因而使卸料力、推件力或頂件力也隨之減小。但是,間隙繼續(xù)增大時(shí),因?yàn)槊淘龃?,引起卸料力、頂件力也迅速增大? 2.2.5 間隙對(duì)模具壽命的影響 沖裁模具的壽命通常以保證獲得合格產(chǎn)品時(shí)的沖裁次數(shù)來(lái)表示。沖裁過(guò)程中模具的失效形式一般有:磨損、變形、崩刃和凹模刃口漲裂四種。 間隙增大時(shí)可使沖裁力、卸料力等減小,因而模具的磨損也減??;但當(dāng)間隙繼續(xù)增大時(shí),卸料力增加,又影響模具磨損,一般間隙為(10%--15%t)時(shí)磨損最小模具壽命較高。間隙小時(shí),落料件梗塞在凹模洞口的漲裂力也大。 2.2.6 確定合理間隙的理論依據(jù) 由以上分析可見(jiàn),凸
13、、凹模對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響。因此,在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)有一個(gè)合理的間隙值,以保證沖裁件的斷面質(zhì)量好,尺寸精度高,所需沖裁力小,模具壽命高。生產(chǎn)中常選用一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。這個(gè)范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin,最大值稱為最大合理間隙Zmax。設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)采用最小合理間隙值。 確定合理間隙的理論根據(jù)是以凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋相重合為依據(jù)。可以計(jì)算得到合理間隙值,計(jì)算公式如下: Z=2t(1- )tanβ 由上式可看出,間隙z與材料厚度t、相對(duì)切入深度h0/t及破裂角β有關(guān)。對(duì)硬而脆的材料,h0/t有較小值時(shí),則合理間隙值較大。對(duì)軟而韌的材料,h0
14、/t有較大值,則合理間隙值較小。板厚越大,合理間隙越大。 由于理論計(jì)算在生產(chǎn)中不便使用,故目前廣泛使用的是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 2.2.7合理間隙的選擇 表2-1常用金屬材料的沖裁初始間隙(雙面) 材料 厚度 低碳鋼,銅,紫銅,鋁 中碳鋼,杜拉銅 高碳鋼,不銹鋼 最小值 △z 最小值 △z 最小值 △z 0.2 0.010 +0.010 0.012 +0.010 0.014 +0.010 0.3 0.015 0.018 0.021 0.4 0.020 0.024 0.028 0.5 0.025 0.030 0.035 0.6 0.0
15、30 +0.020 0.036 +0.020 0.042 +0.020 0.7 0.035 0.042 0.049 zmax=zmin+△z,由表可知,此復(fù)合模的最小雙面間隙為zmin=0.010mm,最大雙面間隙為zmax=0.020mm。 2.3凹凸模制造方法及刃口尺寸的計(jì)算 2.3.1 凹凸模的制造方法 凸、凹模的加工方法有兩種:凸、凹模分開(kāi)加工法和凸、凹模配合加工方法。 當(dāng)凸、凹模分開(kāi)加工時(shí),模具具有互換性,便于模具成批量生產(chǎn),但精度要求很高,制造困難,相應(yīng)的會(huì)增加加工成本。凸、凹模配合加工適
16、合于較復(fù)雜的、非圓形的模具,制造簡(jiǎn)單,成本低。 鑒于上述分析,就零件圖所需的凸、凹模宜采用凸、凹模配合加工。 2.3.2凹凸模刃口尺寸的計(jì)算 模具刃口尺寸精度等級(jí)是影響沖裁件尺寸精度等級(jí)的主要因素,模具的合理間隙值也是靠模具刃口尺寸及其精度來(lái)保證的。因此,在確定凹、凸模工作部分尺寸及其制造精度時(shí),必須主要考慮到?jīng)_裁變形規(guī)律、沖裁件精度等級(jí)、模具磨損和制造特點(diǎn)等。 (1)落料時(shí),先確定凹模工作部分尺寸,其大小應(yīng)取接近于或等于工件的最小極限尺寸,以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi),仍能沖出合格工件。凸模公稱尺寸應(yīng)比凹模公稱尺寸小一個(gè)合理間隙值。 (2)沖孔時(shí),先確定凸模工作部分尺寸,其大小
17、應(yīng)取接近或等于孔的最大極限尺寸,以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi),仍能沖出合格工件。凹模公稱尺寸應(yīng)比凸模公稱尺寸大一個(gè)合理間隙值。 (3)對(duì)于落料件,一般標(biāo)注單向負(fù)公差。假定工件的尺寸為D,工件公差為△,則工件尺寸就是。沖孔件的公差一般為單向正公差,假定沖孔件的公稱尺寸為d,工件公差為△,則沖孔件公差為。若工件尺寸標(biāo)注有正負(fù)公差,則應(yīng)將正負(fù)偏差換成上述要求的等價(jià)的正公差或負(fù)公差,若工件沒(méi)有標(biāo)注公差,則工件公差按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的IT14級(jí)來(lái)處理。 凹凸模配合加工,是指先加工凸模(或凹模),然后根據(jù)制好的凸模(或凹模)的實(shí)際尺寸,配做凹模(或凸模),在凹模(或凸模)上修出最小合理間隙值。其方
18、法是把先加工出的凸模(或凹模)做為基準(zhǔn)件,它的工作部分的尺寸作為基準(zhǔn)尺寸,而與它配做的凹模(或凸模),只需在圖紙上標(biāo)明相應(yīng)部分的凸模公稱尺寸(或凹模公稱尺寸),注明“尺寸按凸模(或凹模)配做,每邊保證間隙”。這樣基準(zhǔn)件的制造公差δp(或δd)的大小就不在受凸、凹模間隙大小的限制,是模具制造容易。一般基準(zhǔn)件的制造公差δp(或δd)=。 1.落料 落料時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn),在后配做凸模。落料凹模磨損后,刃口尺寸的變化有增大、減小、不變?nèi)星闆r。 凹模磨損后增尺寸增大時(shí),凹模尺寸按公式 計(jì)算,其中系數(shù)x按IT11精度等級(jí)取值x=0.75。 尺寸Φ55在磨損后增大,△=0.19mm,化為55.
19、095 = (55.095-0.750.19) = 54.9525 尺寸R10在磨損后增大,△=0.09mm,化為10.045 =(10.045-0.750.09) = 9.9775 2.沖孔 落料時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn),然后配做凹模。落料凸模磨損后,刃口尺寸的變化有增、大減、小不、變?nèi)星闆r。 凸模磨損后尺寸減小時(shí),凸模尺寸按公式計(jì)算,其中系數(shù)x 按IT11精度等級(jí)取值x=0.75。 尺寸35在磨損后減小,△=0.16mm,化為34.92 = (34.92+0.750.16) =35.04 尺寸Φ8在磨損后減小,△=0.09mm,化為7.955 =
20、(7.955+0.750.09) =8.0225 尺寸6在磨損后減小,△=0.09mm,化為5.955 =(5.955+0.750.09) =6.0225 尺寸2在磨損后減小,△=0.06mm,化為1.97 =(1.97+0.750.06) =2.015 凸模磨損后尺寸不變的有70,按計(jì)算 2.4排樣 2.4.1排樣的意義 在大量和大批生產(chǎn)時(shí),原始毛坯材料在沖壓零件的成本中占60%以上,因此節(jié)約材料和減少?gòu)U料(既材料的經(jīng)濟(jì)利用率)具有很重要的意義。 沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用,還會(huì)影響到模具結(jié)
21、構(gòu)與壽命、生產(chǎn)率、工件公差等級(jí)、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此,排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。 2.4.2排樣的方法 同一個(gè)工件,可有幾種不同的排樣方法。采用最佳排樣方法,應(yīng)使工藝廢料最少,材料利用率高。根據(jù)零件外形特征,排樣的形式可分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排及沖裁搭邊等。 根據(jù)零件的形狀特點(diǎn),選用如下的排樣方式,每次沖壓過(guò)程沖出一個(gè)零件。 排樣方式與零件在板料上的排布如下圖: 圖2-1零件排布圖 2.4.3搭邊、進(jìn)距計(jì)算 1.搭邊 排樣時(shí)工件與工件之間及工件與條料之間留下的余料稱為搭邊及側(cè)搭邊。搭邊使工件沿整個(gè)周邊封閉沖裁時(shí)補(bǔ)償送料的誤差,并將其在模具上
22、定位,以保證沖裁出完整的工件。搭邊還可以保持條料有一定的剛度和強(qiáng)度,便于送進(jìn)模具內(nèi)。 搭邊值要合理確定。塔邊值過(guò)大,材料利用率低。搭邊值過(guò)小,在沖裁中將會(huì)被拉斷,造成送料困難,且使工件產(chǎn)生毛刺,有時(shí)還會(huì)拉入凸模和凹模間隙中,損壞模具刃口,降低模具壽命。 表2-2 搭邊值的經(jīng)驗(yàn)值 卸料板形式 條料厚度 搭邊值 a a1 彈 性 卸 料 板 >0.25 1.5~2.5 1.8~2.6 >0.25~0.5 1.2~2.2 1.5~2.5 >0.5~1.0 1.5~2.5 1.8~2.6 >1.0~1.5 1.8~2.8 2.2~3.2 >
23、1.5~2.0 2.0~3.0 2.4~3.4 固 定 卸 料 板 0~0.25 2.2~3.2 >0.25~0.5 2.0~3.0 >0.5~1.0 1.01.01.0 1.5~2.5 >1.0~1.5 1.8~2.8 >1.5~2.0 2.0~3.0 搭邊值一般由經(jīng)驗(yàn)確定,如表2-2所示。 根據(jù)表,可取a=1.8mm a1=2.5mm。 排樣方式與搭邊值決定后,條料的寬度與進(jìn)距也可以決定。 條料寬度的確定與模具是否采用側(cè)壓裝置或側(cè)刃有關(guān)。 本設(shè)計(jì)采用無(wú)側(cè)壓裝置,其條料寬度的確定;條料在送進(jìn)過(guò)程中可能沿導(dǎo)料板的一側(cè),也可能沿另一側(cè),條料導(dǎo)
24、向面的變化將使側(cè)搭邊值減小,為保證最小側(cè)搭邊值,條料寬度應(yīng)加大些: 條料的寬度的計(jì)算: B= 式中 B—— 條料的公稱寬度,mm D——垂直于送料方向的工件尺寸,mm a1——側(cè)搭邊,mm b0——條料與導(dǎo)料板間的間隙,見(jiàn)表2-3 ——條料寬度的公差,見(jiàn)表2-3 表2-3剪切條料公差及導(dǎo)料板與條料間的間隙值(mm) 0~1.0 >1.0~2.0 >2.0~3.0 >3.0~5.0 Δ b0
25、 Δ b0 Δ b0 Δ b0 ~50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 >50~100 0.5 0.6 0.8 1.0 >100~150 0.6 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 >150~220 0.7 0.8 1.0 1.2 B=[D+2(a+Δ)+b0] =[55+2(2.2+0.5)+0.1] =60.5mm 條料的寬度的公稱尺寸為B=60.5mm。 2.進(jìn)距 進(jìn)距是每次將條料送入模具進(jìn)行沖裁的距離,進(jìn)距的計(jì)算與排樣方式有關(guān),進(jìn)距是決定擋料銷位置的依據(jù)。
26、 此工序?yàn)槁淞蠜_孔復(fù)合模,零件的進(jìn)距A的計(jì)算公式為: A=B + a 式中 B—平行于送料方向工件的寬度; a—沖裁件之間的搭邊值。 進(jìn)距 A=B+a=62.87+1.8 =64.67mm 2.5沖裁力的計(jì)算及選擇壓力機(jī) 2.5.1沖裁力的計(jì)算 1.計(jì)算沖裁力 計(jì)算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)>邚?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于沖裁力。 一般平刃口模具沖裁時(shí),沖裁力可按下式計(jì)算:
27、 式中 P—— 沖裁力,N; F—— 沖切斷面積,mm2; L—— 沖裁周邊長(zhǎng)度,mm; t—— 材料厚度,mm; —— 材料抗剪強(qiáng)度,MPa;08鋼的抗剪強(qiáng)度為216~304MPa,取300MPa; K—— 安全系數(shù),一般取K=1.3,考慮到模具刃口的磨損,凸凹模間隙的波動(dòng),材料機(jī)械性能的變化,材料厚度及偏差等因素。 在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長(zhǎng)的工件時(shí),所需的沖裁力較大。如果超過(guò)現(xiàn)有壓力機(jī)噸位,就必須采取措施降低沖裁力,主要有斜刃模具沖裁、階梯模具沖裁和加熱模具沖裁幾種
28、方法。 1) 計(jì)算 = = =18521.36N 2)計(jì)算 == =7983.85N P=+=18521.36+7983.85 =26505.21N27KN 2.卸料力與推件力的計(jì)算 沖裁結(jié)束后,由于彈性變形的恢復(fù),會(huì)使工件卡緊在凸?;虬寄I希仨毷┘油饬?,將其取下。 卸料力:將緊箍在凸模上的料卸下所需的力 推件力:將卡在凹模中的工件推出所需的力 表2-4 卸料力、推件力的因數(shù) 沖裁材料 K卸 K推 K頂 紫銅黃銅 0.02~0.06 0.03~0.09 鋁、鋁合金 0.025~0.08 0.03~0.07 鋼 材 料 厚 度 m
29、m ~0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 0.06~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.10 0.065 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 卸料力和推件力是由壓力機(jī)和模具的卸料與推件裝置獲得的。在選擇壓力機(jī)噸位和設(shè)計(jì)模具時(shí),要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來(lái)考慮卸料力、推件力與頂件力的大小,并作必要的計(jì)算。影響這些力的因素較多,生產(chǎn)中,常用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:
30、 、—— 卸料因數(shù)、推件因數(shù)(其值見(jiàn)表2-4); P ——沖裁力, N ; n —— 卡在凹??變?nèi)的工件數(shù),n=h/t(h為凹 模刃口直高度,t為工件材料厚度)。 卸料力 =0.0427=1.08KN 推件力 =0.0527=1.35KN 3.壓力中心的確定 沖裁力合力的作用點(diǎn)稱為沖模壓力中心。 沖模壓力中心的確定過(guò)程如下: 1)按比例繪出凸模工作部分的外形; 2)0任意選定坐標(biāo)軸X-Y。坐標(biāo)軸的選定應(yīng)使計(jì)算簡(jiǎn)便; 3)計(jì)算各圖形輪廓周長(zhǎng):L1、 L2、 L3、 L4… Ln(代替沖裁力),以及各圖形重心坐
31、標(biāo):(x1,y1)、 (x2,y2)、 (x3,y3)、 (x4,y4)… (xn,yn); 4)根據(jù)“合力對(duì)某軸的力矩等于各分力對(duì)同軸力矩的和”的力學(xué)原理,得到?jīng)_模壓力中心坐標(biāo)計(jì)算公式為: 此外還可以利用CAD,PRO/E等繪圖軟件分析壓力中心,經(jīng)CAD分析可知,壓力中心如圖2-2所示: 4.沖裁功的計(jì)算 A≈0.5Pt 式中 A---成形的過(guò)程的功,Nm P---成形工藝力和輔助工藝力之和,KN t---沖裁料厚度,mm
32、 P=P+P+=27+1.04+1.35=29.39kN30KN 沖裁功 A=0.5Pt=0.5300.2=3Nm 2.5.2選擇壓力機(jī) 沖壓設(shè)備的正確選擇及合理使用將決定沖壓生產(chǎn)能否順利進(jìn)行,并與產(chǎn)品、模具壽命、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品成本等密切相關(guān)。 1.壓力機(jī)的選擇原理 沖壓設(shè)備的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、沖壓件的形狀、尺寸及精度要求等因素來(lái)決定的。沖壓生產(chǎn)中常用的設(shè)備種類很多,選用設(shè)備時(shí)主要應(yīng)考慮下述因素: (1).沖壓設(shè)備的類型和工作形式是否適用于應(yīng)完成的工序,是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求。 (2).沖壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成任務(wù)工
33、序的要求。 (3).沖壓設(shè)備裝模高度、工作臺(tái)尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所所使用的模具。 (4).沖壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。 3.選擇壓力機(jī) 一般情況下所選壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力大于或等于成型工藝力和輔助工藝力總和的1.3倍,對(duì)于工作行程小于標(biāo)稱壓力行程的工序也可直按壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力選擇設(shè)備。 因此壓力機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)壓力必須大于沖裁力P=27KN。根據(jù)以上參數(shù)選用J23-6.3型開(kāi)式壓力機(jī),其的部分技術(shù)參數(shù)如下表所示: 表2-5J23-6.3型開(kāi)式壓力機(jī)部分技術(shù)參數(shù) 公稱壓力/KN 滑塊行程/mm 行程次數(shù)/(次/min) 最大閉合高度/mm 閉合高度調(diào)節(jié)量/mm
34、 63 35 170 170 40 工作臺(tái)尺寸/mm 模柄孔尺寸/mm 電動(dòng)機(jī)功率/kW 前后 左右 直徑 深度 0.75 200 310 φ30 55 由壓力機(jī)的參數(shù)可知壓力機(jī)的封閉高度 Hmax=170mm Hmin=130mm 模具的封閉高度: (Hmax-5)mm H (Hmin+10)mm (170-5)≥H≥(130+10) 165≥H≥140 2.6沖裁模主要零件的設(shè)計(jì) 2.6.1凹模設(shè)計(jì) 1.凹模的刃口形式 凹模的刃口形式有直壁刃口凹模(如圖2-3a、b)和錐形刃口凹模(如圖2-3c、d)。
35、 圖2-3 凹模的刃口形式 a)型一般適用于非圓形工件。 b)型適于圓形工件、需將工件或廢料頂出的模具或復(fù)合沖裁模。 錐形刃口凹模刃口強(qiáng)度較低,刃口尺寸在修磨后有所增大,但一般對(duì)工件尺寸和凹模壽命影響不大。工件或廢料很容易從凹??變?nèi)落下,孔內(nèi)不易積聚工件或廢料,孔壁所受的摩擦力及脹裂力小,所以凹模的磨損及每次修磨量小。錐形刃口凹模適用于形狀簡(jiǎn)單、公差等級(jí)要求不高
36、、材料較薄的工件。 沖孔落料復(fù)合模凹模采用直壁刃口形式(b)。 圖中凹??仔蛥?shù)如下表所示: 表2-6 凹模空口主要參數(shù) 材料厚度t/mm 主要參數(shù) h/mm α β <0.5 ≥4 15' 2 0.5~1 ≥5 1.0~2.5 ≥6 2.凹模輪廓尺寸 凹模的輪廓尺寸應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度和剛度。凹模的輪廓尺寸,因其結(jié)構(gòu)形式不一,受力狀態(tài)比較復(fù)雜,目前還不能用理論計(jì)算方法確定。在實(shí)際生產(chǎn)中,一般根據(jù)沖裁材料的厚度,按經(jīng)驗(yàn)公式作概略的計(jì)算。凹模的輪廓尺寸應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度和剛度。目前還不能用理論公式計(jì)算來(lái)確定,一般情況凹模的輪廓尺寸可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確
37、定。 凹模厚度: H=kb(須≥15mm) 凹模壁厚: C≥(1.5~2.0)H(須≥30~40mm) 凹模刃口線為直線時(shí),取C≥1.5H;若為尖端狀或具有復(fù)雜形狀時(shí),取C≥2.0H; 式中 b——沖裁件的最大外形尺寸,mm k——系數(shù),查表2-7 表2-7系數(shù)K值 b/mm 材料厚度/mm 0.5 1 2 3 >3 50~100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 100~200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 板料的厚度t=0.2mm,
38、取k=0.2,則凹模厚度: H=Kb=0.280.62=16.124mm 取H=17mm 凹模壁厚 C≥(1.5~2.0)H=25.5~35mm 取C=35mm 則模具的外形尺寸為 B=2C+b=70+55=125mm B=2C+b=70+80.62=150.62mm 取B=160mm 選取沖壓模具凹模尺寸為:160mm125mm17mm。 凹模固定螺釘?shù)拇笮∪缦卤硭荆? 表2-8凹模厚度與螺釘?shù)拇笮? 凹模厚度/mm ≤13 >13~19 >19~25 >25~32 >32 螺孔大小/mm M4、M5 M5、M
39、6 M6、M10 M8、M10 M10、M12 根據(jù)表2-8選用M10內(nèi)六角螺釘。 2.6.2 凹凸模設(shè)計(jì) 凸模固定端與模座直接接觸時(shí),當(dāng)單位壓力超過(guò)模座材料的許用壓力時(shí),模座表面 就會(huì)損傷,為此應(yīng)在凸模頂端與模座之間加一個(gè)淬硬墊板。通常凸模固定端面的壓力超過(guò)80~90MPa時(shí)(模座材料采用鑄鐵)或壓力超過(guò)(80~120MPa(模座材料為Q235)時(shí)需要加墊板。 沖壓過(guò)程中的凹凸模最小壁厚為a=5mm,查表2-10可知最小壁厚為3.8mm,a=5≥0.2mm,因此凹凸模壁厚滿足要求 表2-10凸凹模最小壁厚
40、 (mm) 料厚/mm 0.4 0.6 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 最小壁厚a/mm 1.4 1.8 2.3 2.5 2.7 3.2 3.8 最小直徑D/mm 15 18 21 2.6.3沖孔凸模的設(shè)計(jì) 1.凸模長(zhǎng)度的計(jì)算 凸模的長(zhǎng)度 L≤H1+H2+H3 H1——凹模的高度,mm; H2——凸模固定板的高度,mm; H3——增加長(zhǎng)度,mm。 L=1
41、0+17+12=39mm 2.凸模強(qiáng)度的校核 一般情況下,凸模的強(qiáng)度是足夠的,所以沒(méi)必要作強(qiáng)度校驗(yàn)。又因本設(shè)計(jì)中的凸模直徑大而長(zhǎng)度短,故凸模強(qiáng)度不再校驗(yàn)。 2.6.4定位零件的確定 定位零件(裝置)的作用是保證坯料的正確送進(jìn)及在沖模中的正確位置。 使用條料時(shí),保證條料送進(jìn)導(dǎo)向的零件有導(dǎo)料板、導(dǎo)料銷等。導(dǎo)料銷一般用兩個(gè), 壓裝在凹模上的固定式,在卸料板上的為活動(dòng)式。導(dǎo)料銷多用于單工序模和復(fù)合模。 擋料銷是用來(lái)限制條料送進(jìn)步距,抵住條料的搭邊或工件輪廓的零件,起定位作用。擋料銷分為固定擋料銷和活動(dòng)擋料銷。 為保證導(dǎo)料銷與凹模刃口間的距離,導(dǎo)料銷選用擋料銷的形式。 圖
42、2-5 固定擋料銷結(jié)構(gòu)尺寸 查相關(guān)手冊(cè),取h=3mm,D=10mm,d=4mm,L=13mm。 2.6.5卸料與推料裝置 1.卸料裝置 卸料裝置的主要作用是把材料由凸模上卸下,有時(shí)也可作壓料板,以防止材料變形,并能幫助送料導(dǎo)向和保護(hù)凸模。卸料裝置有剛性與彈性卸料板和廢料切刀等形式。固定卸料板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但卸料力大。彈性卸料板卸料力小,一般用于材料厚度小于等于1.5mm的沖裁。 卸料半選用彈性卸料板,彈性材料選擇橡膠。卸料板的厚度值與凹模寬度有關(guān),其值如下: 表2-11卸料板厚度的選擇 mm 材料厚度t/mm 卸料板寬度B/mm ≤50 >50~80 >80~12
43、5 >125~200 >200 ≤0.8 8 10 12 14 16 >0.8~1.5 10 12 14 16 18 則卸料板的厚度選擇14mm。 2.推件裝置與打料裝置 頂件裝置則大多采用彈性的,通常由頂桿、頂件塊和裝在下模底下的彈頂件器等所組成。彈頂器的頂件力有彈簧或橡皮所產(chǎn)生,這種結(jié)構(gòu)的頂件力容易調(diào)節(jié),工作可靠,沖裁件的平直度高。但在操作中,彈簧或橡皮受到經(jīng)常變化的壓力,產(chǎn)生疲倦,彈性容易減弱。 頂件裝置采用彈簧頂件裝置,頂件器在自由狀態(tài)下高出凹模面0.2~0.5mm。 打料裝置由打、打板等組成,留在凹凸模中的沖孔廢料由打桿推出。 2.6.6模
44、座、導(dǎo)向零件 1.模座 模座選用中間導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模座,上模座厚度H1=35mm,下模座厚度H2=40mm。 2.導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件是指上、下模的導(dǎo)向裝置零件。對(duì)于生產(chǎn)量大要求模具壽命長(zhǎng)、工件精度高的沖裁模,一般采用導(dǎo)向模具,以保證上、下模的精確導(dǎo)向。 導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)有滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)和滾動(dòng)導(dǎo)柱到套結(jié)構(gòu)?;瑒?dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)是常用的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)加工方便,易于標(biāo)準(zhǔn)化,但承受側(cè)壓力的能力差。滑動(dòng)導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)四角、后側(cè)、中間、對(duì)角導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)。 后側(cè)導(dǎo)柱模架可用于沖裁寬度大的條料,送料和操作比較方便,但由于導(dǎo)柱裝在一側(cè),沖壓時(shí)容易產(chǎn)生偏心力矩,影響模具壽命和工件質(zhì)量,適用于中等復(fù)雜程度及公差等級(jí)要
45、求一般的中、小型工件。中間和對(duì)角導(dǎo)柱模架不會(huì)引起偏斜,有利于延長(zhǎng)模具壽命和改善工件質(zhì)量。但條料寬度受導(dǎo)柱間距離的限制,因此常在復(fù)合或工件公差等級(jí)要求較高時(shí)采用。對(duì)角導(dǎo)柱模架長(zhǎng)用于連續(xù)模。四導(dǎo)柱模架用于公差等級(jí)要求高的工件。 2.6.7連接與固定零件 1.模柄 中小型沖模通過(guò)模柄將上模固定在壓力機(jī)的滑快上,常用的形式有壓入式、凸緣模柄、通用模柄、浮動(dòng)模柄。 壓入式:與上模座孔為過(guò)渡配合:加銷釘防止轉(zhuǎn)動(dòng)。 凸緣模柄:用3~4各螺釘固定在上模座的窩孔內(nèi),多用于大型模具,有A、B、C三種型號(hào)。 通用模柄:凸模直接裝入模柄孔中,有螺釘壓緊,便于更換凸模。 浮動(dòng)模柄:允許模柄少許傾斜,可以減
46、少滑塊誤差對(duì)模具導(dǎo)向精度的影響 采用壓入式模柄,與模座的配合過(guò)度配合,B40100 JB/T7646.1 2.凸模墊板與固定板 (1).固定板 凸模固定板將凸模固定在上模座上,其輪廓尺寸要考慮凸模安裝孔、螺釘和銷釘孔的設(shè)置。用固定板將凸模固定在模座上,固定板孔與凸模采用過(guò)渡配合。 壓裝后其端面磨平,以保證沖模的垂直度。 凸凹模固定板:1601258 沖孔凸模固定板:1601258 (2).螺釘與銷釘 螺釘與銷釘用于安裝時(shí)的固定與定位。銷釘一般用兩個(gè),螺釘?shù)拇笮「鶕?jù)凹模厚度進(jìn)行選擇。 參考文獻(xiàn) [1] 吳詩(shī)惇主編. 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 2002年. 第一版.
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48、秀英編. 典型零件模具圖冊(cè).2001年.第一版.機(jī)械工業(yè)出版社 [9] 黃毅宏, 李明輝主編.模具制造工藝.2003年第一版.機(jī)械工業(yè)出版社 [10] 周大雋主編. 沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要領(lǐng)與范例 2004年 第一版. 機(jī)械工業(yè)出版社 [11] 郝濱海主編.《沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》 2004年.第一版.化學(xué)工業(yè)出版社 致 謝 歷經(jīng)近兩周的沖壓模具課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束,在這次課程設(shè)計(jì)中通過(guò)參考、查閱各種有關(guān)模具設(shè)計(jì)方面的資料,請(qǐng)教各位老師有關(guān)方面的問(wèn)題,使我對(duì)沖壓模具設(shè)計(jì)的各種成型方法,成型零件的設(shè)計(jì),成型零件的加工工藝,主要工藝參數(shù)的計(jì)算,產(chǎn)品缺陷及其解決辦法,模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件的設(shè)計(jì)等都有了進(jìn)一步的理解和掌握。在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我學(xué)會(huì)了許多書(shū)本之外的東西,那就是遇事多動(dòng)腦,密切與其他同學(xué)的合作。并且注意學(xué)習(xí)其他人的長(zhǎng)處,吸收老師和教導(dǎo)者的經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)際過(guò)程中,遇到許多攔路虎,各種各樣的困難擺在眼前,從中煅煉自己遇到問(wèn)題時(shí)處理問(wèn)題的能力,使自己在下一次遇到新事物時(shí)能更快、更好地熟悉它。 這次設(shè)計(jì)得到鄭立允老師悉心的幫助和輔導(dǎo)。在這里,我向所有指導(dǎo)過(guò)我的鄭立允老師和幫助過(guò)我的同學(xué)們表示衷心的感謝和敬意。有了克服設(shè)計(jì)期間的種種困難和艱辛的經(jīng)歷,我想,在今后的學(xué)習(xí)和工作中一定會(huì)兢兢業(yè)業(yè),奮發(fā)向上的拼搏! 21
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