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題 目 房門鎖扣板套件沖壓模具設(shè)計(jì)
姓 名
學(xué) 號
年級與專業(yè)
指導(dǎo)教師
目 錄
引言…………………………………………………………………………………….........1
1 沖裁件工藝性分析…………………………………………………………….....................2
1.1材料……………………………………………………………………….......................3
1.2工件結(jié)構(gòu)形狀…………………………………………………………………...............3
1.3尺寸精度………………………………………………………………….......................3
2 沖裁工藝方案的確定……………………………………………………….........................5
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定……………………………………………………………….............7
4 模具總體設(shè)計(jì)……………………………………………………………….........................7
4.1模具類型的選擇………………………………………………………………...............7
4.2操作與定位方式…………………………………………………...............……………7
4.2.1操作方式…………………………………………...........…………………………......7
4.2.2定位方式………………………………...................…………………………...……...7
4.3卸料與出件方式……………………...................……………………………………....8
4.3.1卸料方式………………...............………....…………………………………………..8
4.3.2出件方式……………………..............................……………………………………...9
4.4送料方式…………………………...........................……………………………………9
4.5導(dǎo)向方式……………………………...........................…………………………………9
5 模具設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………...........................……………………………..9
5.1排樣、計(jì)算條料寬度、確定步距、計(jì)算材料利用率……………...............................10
5.1.1排樣方式的選擇……………..............................................…...............…..............…..10
5.1.2計(jì)算條料寬度……………........................................……………………...…………..10
5.1.3確定步距……………………….......................................…………………………….12
5.1.4計(jì)算材料…………………………………...............................……………………….13
5.2沖壓力的計(jì)算…………………………………................................………………….14
5.2.1沖裁力的計(jì)算………………………………………………............................……….15
5.2.2卸料力、頂件力的計(jì)算……………………………………................................……...15
5.3模具壓力中心的確定…………………….....................…………………………….....17
5.4模具刃口尺寸的計(jì)算……….........................……………………………………..…...19
5.4.1沖裁間隙的分析…..........................…………………………………………………...19
5.4.2落料刃口尺寸計(jì)算…………………..............................……………………………....21
5.4.3沖孔刃口尺寸計(jì)算……………..............................…………………………………....22
5.5卸料橡膠的設(shè)計(jì)與選用………………………….................………………………….23
5.5.1卸料板工作行程………………......................................……………………………...23
5.5.2卸料橡膠工作行程………………..........................……………………………….…...24
5.5.3卸料橡膠自由高度………...............................………………………………………...24
5.5.4卸料橡膠的預(yù)壓縮量…………………………............................……………………..24
5.5.5每個橡膠所承受的載荷…………………………………………..….............................24
5.5.6卸料橡膠的外徑……………………………………………………….........................25
5.5.7較核橡膠的自由高度………………………………....................................…………..25
5.5.5卸料橡膠安裝高度……………………………...............................…………………..25
6 主要零部件設(shè)計(jì)………………………………..........................……………………….…25
6.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………......................…………...25
6.1.1凸凹模設(shè)計(jì)……………………………………......................…………….………….25
6.1.2落料凹模設(shè)計(jì)………………………………......................……………………….….26
6.1.3沖孔凸模設(shè)計(jì)…………………………..............................…………………………..28
6.2卸料部件的設(shè)計(jì)……………………………………………..............………………...28
6.2.1卸料板的設(shè)計(jì)……………………………………………………….......................…..28
6.2.2卸料螺釘?shù)倪x用…………………………………………………………….................28
6.3模架及其他零部件的選用.............................................................................................29
7 較核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù)…………………………………………...............29
7.1校核模具閉合高度.........................................................................................................29
7.2沖壓設(shè)備的選定.............................................................................................................30
8 設(shè)計(jì)并繪制模具裝配圖、選取標(biāo)準(zhǔn)件……………………………………….…..............31
9 繪制非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖……………………………………………………….…..................31
結(jié)束語…………………………………………………………………………...................31
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………...............................33
摘要
通過對房門鎖扣板套件沖裁工藝性的正確分析,設(shè)計(jì)了一副正裝式復(fù)合沖裁模。詳細(xì)的敘述了模具的整個設(shè)計(jì)過程包括零件工藝性分析、沖裁工藝方案的確定、模具結(jié)構(gòu)形式的確定、模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算等,并繪制出模具裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖。
關(guān)鍵詞:零件分析 ;裝配圖;模具設(shè)計(jì)
- 34 -
引言
沖壓模具在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中,工人生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度大、勞動量大,嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率的提高。隨著當(dāng)今科技的發(fā)展,?工業(yè)生產(chǎn)中模具的使用已經(jīng)越來越引起人們的重視,而被大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中來。沖壓模具的自動送料技術(shù)也投入到實(shí)際的生產(chǎn)中,沖壓模具可以大大的提高勞動生產(chǎn)效率,減輕工人負(fù)擔(dān),具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義和經(jīng)濟(jì)價值。
模具,做為高效率的生產(chǎn)工具的一種,是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件,具有生產(chǎn)效率高,可實(shí)現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn);節(jié)約原材料,實(shí)現(xiàn)無切屑加工;產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,具有良好的互換性;操作簡單,對操作人員沒有很高的技術(shù)要求;利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低;所加工出的零件與制件可以一次成形,不需進(jìn)行再加工;能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品;容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化的特點(diǎn)。
研究和發(fā)展模具技術(shù),對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義,模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造技術(shù)的重要標(biāo)志之一,隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高,并在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮越來越大的作用。
設(shè)計(jì)出正確合理的模具不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、具使用壽命,還可以提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時,必須清楚零件的加工工藝,設(shè)計(jì)出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是設(shè)計(jì)者進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的前提,新的設(shè)計(jì)思路必然帶來新的模具結(jié)構(gòu)。
1 沖材件工藝性分析
工件名稱:房門鎖扣板套件
工件簡圖:如下圖1所示
生產(chǎn)批量:大批量
材料:Q235-A鋼
材料厚度:2mm
圖1
1.1材料
由表1、表2分析知:Q235-A鋼為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼,具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性,主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機(jī)械零件。綜合評比均適合沖裁加工。
1.2工件結(jié)構(gòu)形狀
工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單,有兩個矩形孔,孔與邊緣之間的距離也滿足要求,最小壁厚為5mm滿足許用壁厚要求(兩矩形孔之間、孔與邊緣之間的壁厚),可以沖裁。
1.3尺寸精度
根據(jù)零件圖上所注尺寸公差,經(jīng)查公差表,內(nèi)孔和外形都為IT12級,尺寸精度均較低,普通沖裁完全可以滿足要求。
根據(jù)以上分析:該零件沖裁工藝性較好,適宜沖裁加工。
表1 碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、性能及用途
牌號
等級
化學(xué)成分
σS/MPa
δ5/%
σb/MPa
用途舉例
鋼材厚度和型材直徑≤16mm
ωc/%
不小于
Q195
—
0.06~0.12
195
33
315~390
用來制造薄鋼板、鋼絲、管鋼、鋼釘、螺釘、地腳螺栓等
Q215
A
0.09~0.15
215
31
335~410
B
Q235
A
0.14~0.22
235
26
375~460
用來制造拉釘、螺栓、螺母、軸、銷子、螺紋鋼、角鋼、槽鋼、鋼板等
B
0.12~0.20
C
≤0.18
D
≤0.17
Q255
A
0.18~0.28
255
24
410~510
用來 制造各種型條鋼和鋼板
B
Q275
—
0.28~0.38
275
20
490~610
?相當(dāng)于35~40鋼
表2 部分碳素鋼抗剪性能
材料名稱
牌號
材料狀態(tài)
抗剪強(qiáng)度(Mpa)
普通碳素鋼
Q195
未退火
260---320
Q235
310---380
Q275
400---500
2 沖裁工藝方案的確定
方案一:先沖孔,后落料。單工序模生產(chǎn)。
方案二:沖孔—落料復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三:沖孔—落料級進(jìn)沖壓。級進(jìn)模生產(chǎn)。
表3 各類模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較
模具種類比較項(xiàng)目
單工序模
(無導(dǎo)向)(有導(dǎo)向)
級進(jìn)模
復(fù)合模
零件公差等級
低
一般
可達(dá)IT13~I(xiàn)T10級
可達(dá)IT10~I(xiàn)T8級
零件特點(diǎn)
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度較厚
小零件厚度0.2~6mm可加工復(fù)雜零件,如寬度極小的異形件
形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度限制,尺寸可以較大,厚度可達(dá)3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直,高質(zhì)量制件需較平
由于壓料沖件的同時得到了較平,制件平直度好且具有良好的剪切斷面
生產(chǎn)效率
低
較低
工序間自動送料,可以自動排除制件,生產(chǎn)效率高
沖件被頂?shù)侥>吖ぷ鞅砻嫔?,必須手動或機(jī)械排除,生產(chǎn)效率較低
安全性
不安全,需采取安全措施
比較安全
不安全,需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比無導(dǎo)向的稍高
沖裁簡單的零件時,比復(fù)合模低
沖裁較復(fù)雜零件時,比級進(jìn)模低
適用場合
料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn)
大批量小型沖壓件的生產(chǎn)
形狀復(fù)雜,精度要求較高,平直度要求高的中小型制件的大批量生產(chǎn)
根據(jù)分析結(jié)合表3分析:
方案一模具結(jié)構(gòu)簡單,制造周期短,制造簡單,但需要兩副模具,成本高而生產(chǎn)效率低,難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。
方案三只需一副模具,生產(chǎn)效率高,操作方便,精度也能滿足要求,但模具輪廓尺寸較大,制造復(fù)雜,成本較高。
方案二也只需一副模具,制件精度和生產(chǎn)效率都較高,且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高,板料的定位精度比方案三低,模具輪廓尺寸較小,制造比方案三簡單。
通過對上述三種方案的分析比較,該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
正裝式復(fù)合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較:
正裝式復(fù)合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件,還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。
倒裝式復(fù)合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件,但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡單,又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件卸件可靠,便于操作,并為機(jī)械化出件提供了有利條件,所以應(yīng)用十分廣泛。
制件的平直度要求較高,孔邊距較小,工件最小壁厚為5mm接近倒裝式復(fù)合模最小許用壁厚4.9mm,不能使用倒裝是復(fù)合模生產(chǎn)。由以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用正裝式復(fù)合模具生產(chǎn)。
4 模具總體設(shè)計(jì)
4.1模具類型的選擇
由沖壓工藝分析可知,采用復(fù)合模沖壓,所以模具類型為正裝式復(fù)合模。
4.2操作與定位方式
4.2.1操作方式
零件的生產(chǎn)批量較大,但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式,也能滿足生產(chǎn)要求,這樣就可以降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。
4.2.2定位方式
因?yàn)閷?dǎo)料銷和固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡單,制造方便。且該模具采用的是條料,根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟(jì)效益,控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷,控制送料步距采用固定擋料銷。
4.3卸料、出件方式
4.3.1卸料方式
剛性卸料與彈性卸料的比較:
剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大,單邊間隙?。?.2~0.5)t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板與 凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用,主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用,沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇(0.1~0.2)t,若彈壓卸料板還要起對凸模導(dǎo)向作用時,二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模、正裝復(fù)合模的卸料裝置。
工件平直度較高,料厚為2mm相對較薄,卸料力不大,由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便,操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動態(tài),且彈性卸料板對工件施加的是柔性力,不會損傷工件表面,故可采用彈性卸料。
4.3.2出件方式
因采用正裝式復(fù)合模生產(chǎn),故采用上出件為佳。
4.4確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)且垂直于送料方向的凹模寬度B大于送料方向的凹模長度L故采用縱向送料方式,即由前向后送料。
4.5確定導(dǎo)向方式
方案一:采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上,所以上模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進(jìn)?;蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。
方案二:采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左、右不受限制,送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè),工作時,偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損,嚴(yán)重影響模具使用壽命,且不能使用浮動模柄。
方案三:四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件,以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。
方案四:中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上,導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。單只能一個方向送料。
根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式,為提高模具壽命和工件質(zhì)量,該復(fù)合模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式,即方案四最佳。
5 模具設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1排樣 計(jì)算條料寬度、確定步距、計(jì)算材料利用率
5.1.1排樣方式的選擇
方案一:有廢料排樣 沿沖件外形沖裁,在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證,因此沖件精度高,模具壽命高,但材料利用率低。
方案二:少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響,沖件質(zhì)量差,模具壽命較方案一低,但材料利用率稍高,沖模結(jié)構(gòu)簡單。
方案三:無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些,但材料利用率最高。
通過上述三種方案的分析比較,綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量,該沖件的排樣方式選擇方案一為佳??紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。
5.1.2計(jì)算條料寬度
搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差,保持條料有一定的剛度,以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大,浪費(fèi)材料。搭邊過小,沖裁時容易翹曲或被拉斷,不僅會增大沖件毛刺,有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口,降低模具壽命?;蛴绊懰土瞎ぷ?。
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定,表4所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
根據(jù)零件形狀,查表4工件之間搭邊值a=2.0mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=2.2mm, 條料是有板料裁剪下料而得,為保證送料順利,規(guī)定其上偏差為零,小偏差為負(fù)值—△
B=(Dmax+2a)0△ (公式1)
式中 Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸;
a— 沖裁件之間的搭邊值;
△—板料剪裁下的偏差;(其值查表5)
B=120+2×2.2
=124.40-0.7mm
故條料寬度在123.~124.4mm之間
表4 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值
材料厚度t(mm)
圓件及r>2t圓角
矩形邊長l≤50
矩形邊長l>50或圓角 r≤2
工件間a1
側(cè)邊a
工件間a
側(cè)邊a1
工件間a1
側(cè)邊a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25~0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5~0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8~1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2~1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6~2.0
1.2
1.5
2.0
2.2
2.0
2.2
表5 剪裁下的下偏差△(mm)
條料厚度t(mm)
條料寬度b(mm)
≤50
>50~100
>100~200
>200
≤1
0.5
0.5
0.7
1.0
>1~3
0.5
1.0
1.0
1.0
>3~4
1.0
1.0
1.0
1.5
>4~6
1.0
1.0
1.0
2.0
5.1.3確定步距
送料步距S:條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距,每個步距可沖一個或多個零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān),是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
進(jìn)距確定的原則是,最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值;最大條料寬度能在沖裁時順利的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料,并有一定的間隙。
復(fù)合模送料步距S
S=12+26+2
=40mm
排樣圖如圖2所示。
圖2
5.1.4計(jì)算材料利用率
沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率,它是衡量合理利用材料的重要指標(biāo)。
一個步距內(nèi)的材料利用率
η=A/BS×100% (公式2)
式中 A—一個步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積;
B—條了寬度;
S—步距;
由此可之,η值越大,材料的利用率就越高,廢料越少。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料,結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的,一般是固定不變的,工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小,也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此,要提高材料利用率,就要合理排樣,減少工藝廢料。
排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)和利用,還影響到制件的質(zhì)量、模具的的結(jié)構(gòu)和壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此,排樣時應(yīng)考慮如下原則:
1、 提高材料利用率(不影響制件使用性能的前提下,還可以適當(dāng)改變制件的形狀)。
2、 排樣方法使應(yīng)操作方便,勞動強(qiáng)度小且安全。
3、 模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。
4、 保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求。
一個步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積
A=20×24+(40+50)×7
=3510mm2
所以一個步距內(nèi)的材料利用率
η=A/BS×100%
=3510/4984.8×124×40.2×100%
=70.4%
考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗,一張板材上的總利用率η總為
η總= nA1/LB×100% (公式3)
式中 n—一張板料上沖裁件的總數(shù)目;
A1—一個沖裁件的實(shí)際面積;
L—板料長度;
B—板料寬度。
查板材標(biāo)準(zhǔn)(見附錄1),宜選用650mm×1300mm的鋼板,每張鋼板可剪裁為5張條料(124.4mm×1300mm),每張條料可以沖32個工件,所以每張鋼板的材料利用率
η總 = nA1/LB×100%
=32×(3510-664)/124.4×1300×100%
=62.4%
根據(jù)計(jì)算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)62.4%,滿足要求。
5.2沖壓力的計(jì)算
5.2.1沖裁力的計(jì)算
在沖裁過程中,沖裁力是隨凸模進(jìn)入凹模材料的深度而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值,它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具重要依據(jù)之一。
用平刃沖裁時,其沖裁力F一般按下式計(jì)算:
F=KLtτb( 公式4)
式中 F—沖裁力;
L—沖裁周邊長度;
t—材料厚度;
τb—材料抗剪強(qiáng)度;
?。恕禂?shù);
L=120+2×24+50+20+40+2×15+2×26+2×14+2×10+2×30
=468mm
系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中,模具間隙值的波動和不均勻,刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù),一般?。?1.3。
τb的值查表2為310~380Mpa,取τb=380Mpa
所以
F=KLtτb
=1.3×468×2×380
=462384N
5.2.2卸料力、頂件力的計(jì)算
在沖裁結(jié)束時,由于材料的彈性回復(fù)(包括徑向回復(fù)和彈性翹曲回復(fù))及摩擦的存在,將使沖落的材料梗塞在凹模內(nèi),而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行,必須將緊箍在凸模上的料卸下,將梗塞在凹模內(nèi)的材料推出。從凸模上卸下箍著的料稱卸料力;逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱為頂件力。一般按以下公式計(jì)算:
卸料力
F X=KXF (公式5)
頂件力
FD=KDF (公式6)
FX=KXF
=0.05×462384N=23119.2N
(KX為卸料力系數(shù),其值查表6可得)
FD=KDF
=0.06×462384N=27743.88N
所以總沖壓力
FZ=F+FX+FD
=462384N+23119.2N+27743.88N
=513247.08N
壓力機(jī)公稱壓力應(yīng)大于或等于沖壓力,根據(jù)沖壓力計(jì)算結(jié)果擬選壓力機(jī)為J23—63。
表6 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
KX
KT
KD
鋼
≤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
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋁合金
純銅,黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
5.3模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作,應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合,否則,會使沖模和力機(jī)滑塊產(chǎn)
生偏心載荷,使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦,模具導(dǎo)向零件加速磨損,降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心,可以按下述原則來確定:
1.對稱形狀的單個沖裁件,沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
2.工件形狀相同且分布位置對稱時,沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3.形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級進(jìn)模的壓力中心可以用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。
X0=(L1x1+L2x2+…Lnxn)/(L1+L2+…Ln) (公式7)
Y0=(L1y1+L2y2+……Lnyn )/(L1+L2+…+Ln) (公式8)
用解析法計(jì)算壓力中心時,先畫出凹模形口圖,如圖3所示。在圖中將XOY坐標(biāo)系建立在建立在圖示對稱中心線上,將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1~L10共10組基本線段,用解析法求得該模具壓力中心的坐標(biāo)。有關(guān)計(jì)算如表7所示。
由以上計(jì)算結(jié)果可以看出,該工件沖裁力不大,壓力中心偏移坐標(biāo)原點(diǎn)O較小,為了便于模具的加工和裝配,模具壓力中心依然選在坐標(biāo)原點(diǎn)。
表7 壓力中心的計(jì)算
基本要素長度L/mm
基本要素壓力中心的坐標(biāo)值(mm)
X
Y
L1=40
15
26
L2=15
7.5
19
L3=50
35
12
L4=24
60
0
L5=120
0
-12
L6=20
-50
12
L7=80
-15
0
L8=80
30
0
L9=15
-37.5
19
L10=24
-60
0
合計(jì)468
4.5
0.84
5.4模具刃口尺寸的計(jì)算
5.4.1沖裁間隙分析
根據(jù)JB/Z271——86規(guī)定,沖裁間隙是指凸,凹模刃口間隙的距離,用符號C表示,其值可為正也可為負(fù),在普通沖裁模中均為正值。它對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響,此外,沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。因此,沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個非常重要的工藝參數(shù)。
1、間隙對沖裁件尺寸精度的影響
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值,差值越小,則精度越高,這個差值包括兩方面的偏差,一是沖裁件相對于凸?;虬寄5钠?,二是模具本身的制造偏差。
2、間隙對模具壽命的影響
模具壽命受各種因素的綜合影響,間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一,沖裁過程中,凸模與被沖的孔之間,凹模與落料件之間均有摩擦,而且間隙越小,模具作用的壓應(yīng)力越大,摩擦也越嚴(yán)重,所以過小的間隙對模具壽命極為不利。而較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小,并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制,出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響,從而提高模具壽命。
3、間隙對沖裁工藝力的影響
隨著間隙的增大,材料所受的拉應(yīng)力增大,材料容易斷裂分離,因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著,當(dāng)單邊間隙在材料厚度的5~20%左右時,沖裁力的降低不超過5~10%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后,從凸模里卸料和從凹模里推料都省力當(dāng)當(dāng)單邊間隙達(dá)到材料厚度的15~25%左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大,因?yàn)槊淘龃螅謱⒁鹦读狭?、頂件力迅速增大?
4、間隙值的確定
由以上分析可見,凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此,設(shè)計(jì)模具時一定要選擇合理的間隙,以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求,所需沖裁力小、模具壽命高,但分別從質(zhì)量,沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值,只是彼此接近??紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙,只要間隙在這個范圍內(nèi),就可以沖出良好的制件,這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Cmin,最大值稱為最大合理間隙Cmax??紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大,故設(shè)計(jì)與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。
確定合理間隙的方法有經(jīng)驗(yàn)法、理論確定法和查表法。
根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗(yàn),在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度,斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值,對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件,應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主,可采用較大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便,所以常采用查表法來確定間隙值。
經(jīng)驗(yàn)公式;
軟材料: t<1mm,C=(3%~4%)t
t=1~3mm,C=(5%~8%)t
t=3~5mm,C=(8%~1%)t
硬材料: t<1mm,C=(4%~5%)t
t=1~3mm,C=(6%~8%)t
t=3~8mm,C=(8%~13%)t
根據(jù)分析沖裁模間隙采用查表法確定,查沖裁模初使用間隙(見附錄2)得Zmax=0.360mm,Zmin=0.246mm。
工件形狀較復(fù)雜,采用配作法加工凹、凸模。配作法加工的特點(diǎn)是模具的間隙由配做保證,工藝比較簡單,無需較核[δT+δA]≤Zmax—Zmin的條件,并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差,使制造容易,所以采用配作法加工。
5.4.2落料
落料時應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件來配作凸模。凹模磨損后變的尺寸有:1200-0.21、240-0.25、380-0.25、400-0.25、5000.25、120-0.15、300-0.21,各刃口尺寸具體計(jì)算見表8。
表8 落料凹模刃口尺寸計(jì)算
尺寸
公式
結(jié)果
備注
1200-0.21
A=(Amax+x△)0+δA
A1=119.740+0.08
查表8:
x1=x2=x3=x4=x5=x6=0.75,x7=1,取δA=△/4
240-0.25
A2=23.840+0.05
380-0.25
A3=37.810+0.06
400-0.25
A4=39.810+0.06
5000.25
A5=49.810+0.06
120-0.15
A6=29.810+0.06
300-0.21
A7=11.850+0.04
凸模刃口尺寸按凹模實(shí)際刃口尺寸配制,保證雙面間隙值(0.246~0.360)mm。
5.4.3沖孔
沖孔時應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件來配作凹模。凹模磨損后變小的尺寸有:260+0.21、140+0.18、300+0.21、100+0.15。凹模磨損后不變的尺寸有:45±0.12各刃口尺寸具體計(jì)算見表9。
表9 落料凸模刃口尺寸計(jì)算
尺寸
公式
結(jié)果
備注
260+0.21
b=(bmin+x△)0δT
b1=21.160-0.05
查表8:X1=X3=0.75,X2=X4=1,δT=△/4
140+0.18
b2=14.180-0.04
300+0.21
b3=30.160-0.05
100+0.15
b4=10.150-0.03
45±0.1
C=c±δT
C=45±0.03
凹模刃口尺寸按凸模實(shí)際刃口尺寸配制,保證雙面間隙值(0.246~0.360)mm
表10 系數(shù)X
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
>4
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
5.5卸料橡膠的設(shè)計(jì)
5.5.1卸料板工作行程h
h=h1+h2+t
=1+3+2
=6mm
h1為凸凹模凹進(jìn)卸料板的深度1mm,h2為凸凹模沖裁后進(jìn)入凹模的深度3mm,t為材料厚度2mm。
5.5.2卸料橡膠工作行程H
H=h1+h0
=6+5=11mm
h0為凸凹模修磨量,取5mm
5.5.3卸料橡膠自由高度H0
H0=4H
=4×11=44mm
取H為H0的25%
5.5.4卸料橡膠的預(yù)壓縮量H1
H1=15%H0
=0.15×44
=6.6mm
(一般取H1=10%~15%H0)
5.5.5每個橡膠所承受的載荷F1
根據(jù)模具安裝位置和模具結(jié)構(gòu),選取4個卸料橡膠。
F1=Fx/4
=3960/4
=990N
5.5.6卸料橡膠的外徑D
D2=d2+1.27F1/P
=1444mm
所以
D=38mm
(取P=1,d=13)
5.5.7較核卸料橡膠自由高度H0
X=H0/D
=44/3
=1.16
0.5<H0<1.5 ,滿足要求。
5.5.8卸料橡膠安裝高度H2
H2=H0-H1
=44-6.6
=37.4mm
6 主要部零件設(shè)計(jì)
6.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1.1凸凹模
零件外形相對復(fù)雜,根據(jù)實(shí)際情況并考慮加工,為了滿足凸凹模強(qiáng)度和剛性,將凸凹模設(shè)計(jì)成階梯式,使裝配修磨方便。采用成形銑、成形磨削加工。凸凹??傞LL:
L=H1+H2+H3-H4
=20+37.4+15-1
=71.4mm
H1為凸凹模固定板厚度,H2為橡膠安裝高度,H3為彈壓卸料板厚度,H4為凸凹模凹進(jìn)彈壓卸料板的深度。
6.1.2落料凹模
落料凹模采用整體凹模,采用線切割機(jī)床加工,安排凹模在模架上的位置時,要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù),將壓力中心與模柄中心重合。其外形尺寸按相關(guān)公式計(jì)算:
凹模厚度
H=KS (公式9)
=0.2×120
=24mm
(查表11取K=0.2)
取凹模厚度H=30mm
凹模寬度
B=S+(2.5~4.0)H (公式10)
=120+(2.5~4.0)×30
=195~240mm
取凹模寬度B=220mm
凹模長度
L=S1+2S2 (公式11)
=38+2×52=142mm
(其中S為垂直于送料凹模刃壁間最大距離,S1為送料方向刃壁間最大距離,S2為凹模刃壁至邊緣的最小距離,K為系數(shù)查相關(guān)圖表可得。)
凹模整體輪廓尺寸L×B×H=142mm×220mm×30mm
表11 凹模厚度系數(shù)K
S/mm
材料厚度t/mm
≤1
>1~3
>3~6
≤50
0.30~0.40
0.35~0.50
0.45~0.60
>50~100
0.20~0.30
0.22~0.35
0.30~0.45
>100~200
0.15~0.20
0.18~0.22
0.22~0.30
>200
0.10~0.15
0.12~0.18
0.15~0.22
表12 凹??妆谥吝吘壍木嚯xS2
材料寬度B/mm
材料厚度t/mm
≤0.8
>0.80~0.15
>1.5~3.0
>3.0~5.0
≤40
20
22
28
32
>40~50
22
25
30
35
>50~70
28
30
36
40
>70~90
34
36
42
46
>90~120
38
42
48
52
>120~150
40
45
25
55
6.1.3沖孔凸模
所沖孔為矩形孔,為方便裝配和滿足凸模強(qiáng)度將沖孔凸孔凸模設(shè)計(jì)成階梯式,采用數(shù)控銑削床加工。其總長按相關(guān)公式計(jì)算:
L=h1+h2+h3
=20+20+30
=70mm
(其中h1為凸模固定板厚度,h2為凹模墊板厚度,h3為凹模厚度。)
6.2卸料部件的設(shè)計(jì)
6.2.1卸料板的設(shè)計(jì)
卸料板采用45鋼制造,淬火硬度40~45HRC,卸料板輪廓尺寸與落料凹模輪廓尺寸相同,厚度為15mm。
6.2.2卸料螺釘?shù)倪x用
卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘,公稱直徑為10mm,螺紋部分為M8×10mm,卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間,以保證卸料的正常運(yùn)動。卸料螺釘擰緊后,應(yīng)使卸料螺板超出凸凹模端面1mm,有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。
6.3模架及其他零部件的選用
該模具采用中間導(dǎo)柱模架,這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置,沖壓時可防止由于偏心力矩引起的模具歪斜,以凹模輪廓尺寸為依據(jù),選擇模架規(guī)格。導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為Φ30mm×220mm,Φ32mm×220mm;導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm分別為Φ30mm×120mm ×40mm, Φ32mm×120mm×42mm。
上模座厚度H1取45mm,凸凹模墊板厚度H2取10mm,凸凹模固定板厚度H3取20mm,卸料板厚度H4取15mm。
下模坐厚度H5取50mm,凸模墊板厚度H6取10mm,凸模固定板厚度H7取20mm,凹模墊塊厚度H8取20mm。
模具閉合高度H
H=H1+H2+H5+H6+H凸+H凸凹-h(huán)
=45mm+10mm+50mm+10mm+