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河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
1 緒 論
目前,我國(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜螅饕蚴俏覈?guó)在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距,導(dǎo)致我國(guó)模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國(guó)模具近年來(lái)發(fā)展很快,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2003年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬(wàn)多家,從業(yè)人員約50多萬(wàn)人,2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭,模具企業(yè)總體上訂單充足,任務(wù)飽滿,2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億?美元,出口模具4.91億美元,分別比2003年增長(zhǎng)18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1,進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元,為凈進(jìn)口量較大的國(guó)家。
在2萬(wàn)多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中,有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中,產(chǎn)值過(guò)億元的模具企業(yè)只有20多家,中型企業(yè)幾十家,其余都是小型企業(yè)。?近年來(lái),?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快,主要表現(xiàn)為:大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品;專(zhuān)業(yè)模具廠數(shù)量增加,能力提高較快;"三資"及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速;國(guó)企股份制改造步伐加快等。
雖然說(shuō)我國(guó)模具業(yè)發(fā)展迅速,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)尚存在以下幾方面的不足:
第一,體制不順,基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用,私營(yíng)企業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快,國(guó)企改革也在進(jìn)行之中,但總體來(lái)看,體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì),再加上國(guó)內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,因此,行業(yè)發(fā)展還不盡如人意,特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
??? 第二,開(kāi)發(fā)能力較差,經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國(guó)模具企業(yè)技術(shù)人員比例低,水平較低,且不重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā),在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國(guó)每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元,國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多是15~20萬(wàn)美元,有的高達(dá)25~30萬(wàn)美元,與之相對(duì)的是我國(guó)相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過(guò)去作坊式管理,真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
?? 第三,工藝裝備水平低,且配套性不好,利用率低.雖然國(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備,但總的來(lái)看裝備水平仍比國(guó)外企業(yè)落后許多,特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國(guó)外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因,引進(jìn)設(shè)備不配套,設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍,設(shè)備利用率低的問(wèn)題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低,帶來(lái)中國(guó)模具企業(yè)鉗工比例過(guò)高等問(wèn)題。
? 第四,專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差. 由于長(zhǎng)期以來(lái)受“大而全”“小而全”影響,許多模具企業(yè)觀念落后,模具企業(yè)專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)水平低,專(zhuān)業(yè)化分工不細(xì),商品化程度也低。目前國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)的模具,商品模具只占45%左右,其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好,難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù),與國(guó)際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低,標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響,對(duì)模具制造周期影響尤甚。
第五,模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后.模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本,國(guó)產(chǎn)模具鋼與國(guó)外進(jìn)口鋼相比,無(wú)論是質(zhì)量還是品種規(guī)格,都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差,也直接影響模具水平的提高。
1.1.2 國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)
巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展,但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距,尚不能完全滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來(lái)的十年,中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
1) 模具日趨大型化;???
? 2)在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù);??
? 3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng);???
? 4)在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù);?
?? 5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率;???
6)發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù);???
7)模具的精度將越來(lái)越高;?
? 8)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化;??
?? 9)研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程;??
10)開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備,在電子、建材、汽車(chē)、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性,是其他加工制造方法所無(wú)法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志,并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。近幾年,全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面,世界模具市場(chǎng)年交易總額為600~650億美元左右。美國(guó)、日本、法國(guó)、瑞士等國(guó)家年出口模具量約占本國(guó)模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國(guó)外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例占到50%以上;國(guó)外模具企業(yè)的組織形式是"大而專(zhuān)"、"大而精"。2004年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪問(wèn)時(shí),從德國(guó)工、模具行業(yè)組織--德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)(VDMA)工模具協(xié)會(huì)了解到,德國(guó)有模具企業(yè)約5000家。2003年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中(VDMA)會(huì)員模具企業(yè)有90家,這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國(guó)模具產(chǎn)值的90%,可見(jiàn)其規(guī)模效益。
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展,國(guó)外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)鉗工及企業(yè)管理人才,他們的技術(shù)水平比較高.故人均產(chǎn)值也較高.我國(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元左右,而國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多15~20萬(wàn)美元,有的達(dá)到 25~30萬(wàn)美元。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上,而我國(guó)才達(dá)到45%.
1.3 限位板落料級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)與制造方面
1.3.1 限位板沖孔落料級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路
沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一,它是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。它包括落料、沖孔、切邊、修邊、切舌、剖切等工序,其中落料和沖孔是最常見(jiàn)的兩種工序。沖裁在沖壓加工中應(yīng)用極廣。它既可直接沖出成品零件,還可以對(duì)已成形的工件進(jìn)行再加工。普通沖裁加工出來(lái)的制件的精度不高,一般情況下,沖裁件的尺寸精度應(yīng)在IT12級(jí)以下,不宜高于IT10級(jí)。
只有加強(qiáng)沖裁變形基礎(chǔ)理論的研究,才能提供更加準(zhǔn)確、實(shí)用、方便的計(jì)算方法,才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸,解決沖裁變形中出現(xiàn)的各種實(shí)際問(wèn)題,從而,進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。
限位板是典型的沖壓件,該模具工作過(guò)程很簡(jiǎn)單就是沖孔和落料,根據(jù)零件圖的結(jié)構(gòu)和尺寸精度以及材料的性能確定完成該沖件所需要的模具類(lèi)型.因此,綜合考慮各種因素后采用復(fù)合模。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架,判斷此次沖裁能不能采用標(biāo)準(zhǔn)的模架。為了保證制件的順利加工和順利取件,模具必須有足夠高度。要改變模具的高度,只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度,改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度的同時(shí),還要注意保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的強(qiáng)度. 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)沖裁凸凹模與落料凹模工作配合長(zhǎng)度決定.設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤差,應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。
1.3.2 限位板模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度
1.了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀,所用時(shí)間10天;
2.確定加工方案,所用時(shí)間5天;
3.模具的設(shè)計(jì),所用時(shí)間30天;
4.模具的調(diào)試.所用時(shí)間5天
2 沖壓件工藝分析
設(shè)計(jì)內(nèi)容:
工件名稱(chēng):限位板
生產(chǎn)批量:大批量
材料:A3
厚度:6mm
圖(1)制件圖
工件簡(jiǎn)圖:如下圖圖(1)所示
A3鋼是普通質(zhì)量碳鋼,在生產(chǎn)過(guò)程中不需要特別控制質(zhì)量要求,并且具有良好的沖壓性能,因此適合限位板的大量生產(chǎn)。
圖示零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形狀對(duì)稱(chēng),是由圓、圓弧和直線段組成的。根據(jù)沖裁件尺寸查有關(guān)數(shù)據(jù),得出其外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT11—IT13,中間孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm。將以上精度與零件的精度要求相比較,可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證,其他尺寸標(biāo)注,生產(chǎn)批量等情況也均符合沖裁的工藝要求,故決定采用沖壓方式進(jìn)行加工。
該沖裁件拐角處的圓角半徑為R4,沖裁件所要求的最小圓角半徑為
,故沖裁半徑能夠滿足要求。
3 工藝方案的確定
3.1 方案的擬定
該零件的生產(chǎn)工序落料、沖孔,完成此工序可由一下三種方案:
方案一:采用單工序模分兩次加工,先進(jìn)行沖孔,然后落料完成零件的生產(chǎn)過(guò)程。
方案二:采用沖孔、落料復(fù)合模具。
方案三:采用沖孔、落料級(jí)進(jìn)模具。
3.2 方案比較
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,但應(yīng)用于生產(chǎn)時(shí)需要兩道工序、兩副模具完成降低了生產(chǎn)效率。并且生產(chǎn)出的工件累計(jì)誤差較大,操作時(shí)不方便。由于該零件為大批量生產(chǎn),相比較而言,方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
查有關(guān)數(shù)據(jù),零件所要求的最小模具壁厚大于10mm,由零件圖可知,沖孔部分的孔中心與外緣之間的最小距離是7mm,小于復(fù)合模具的最小壁厚,模具的強(qiáng)度不能達(dá)到要求;并且沖壓后成品件留在模具上,在清理模具上的物料時(shí)會(huì)影響沖壓速度,操作不方便,因此不可以采用沖孔、落料復(fù)合模。從中考慮沖孔、落料級(jí)進(jìn)模具,級(jí)進(jìn)模是由單副模具完成沖孔、落料生產(chǎn),生產(chǎn)效率高,操作方便,但欲保證沖壓件的形位精度,需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷(xiāo)進(jìn)行導(dǎo)正。
3.3 方案選定
通過(guò)對(duì)上述三種方案的綜合分析比較,該零件的沖壓生產(chǎn)工藝采用方案方案三級(jí)進(jìn)模具為最佳。
4 必要的工藝計(jì)算
4.1 排樣設(shè)計(jì)
4.1.1 排樣方案擬定
考慮到生產(chǎn)成本等因素,在設(shè)計(jì)復(fù)合模具之前,首先要設(shè)計(jì)板料的排樣圖。由零件圖可知,該零件的外形具有T形特點(diǎn),排樣設(shè)計(jì)可以為直排、直對(duì)排的排樣方案。
4.1.2 排樣方案比較
根據(jù)市場(chǎng)上提供的材料,原材料選用6×1000×2000的A3鋼板。
根據(jù)沖裁件的外型尺寸查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.9得:搭邊值為2mm和1.5mm。
直排時(shí)材料的利用率:
直排時(shí)的排樣圖如圖(2)所示
圖(2)排樣一
條料的寬度:
B= 75 + 2×5 = 85(mm)
計(jì)算步距:
S =74 + 4 = 78(mm)
材料利用率的計(jì)算:
根據(jù)一般市場(chǎng)供應(yīng)情況,為提高材料利用率選擇適當(dāng)規(guī)格的原材料。
一個(gè)步距的材料利用率:
計(jì)算沖壓件毛坯面積
計(jì)算時(shí)可以將沖裁件分為三部分如圖(3)所示 :
圖(3)面積劃分
其中沖裁件中的圓孔沖下的廢料屬于結(jié)構(gòu)廢料,在生產(chǎn)中不可以避免,計(jì)算時(shí)應(yīng)包括在沖裁件總面積之內(nèi)。
分別計(jì)算三部分的面積:
沖裁件的總面積為:
利用公式計(jì)算一個(gè)步距材料利用率
式中n——一個(gè)步局里沖裁件的個(gè)數(shù);
A——沖裁件毛坯面積();
B——條料寬度(mm);
S——排樣步距(mm)。
直對(duì)排材料利用率:
直對(duì)排時(shí)的排樣圖如圖(4)所示:
為了提高材料利用率,排樣圖中限位板頂部與限位板底部間距設(shè)計(jì)為2mm即可滿足沖裁搭邊要求。
圖(4)排樣二
計(jì)算步距:S =2×44 + 2×4 = 96 (mm)
條料寬度:B =75 + 2×5 + 2 + 18 = 105 (mm)
沖壓件的毛坯面積為:3585
一個(gè)步距材料利用率:
(其中n = 2)
4.1.3、方案選定
在考慮綜合因素情況下,選擇適當(dāng)?shù)牟牧弦?guī)格,減少在材料下料時(shí)的浪費(fèi),通過(guò)上面的計(jì)算比較直排與直對(duì)排單個(gè)步距的利用率,選擇直對(duì)排為沖裁時(shí)的排樣方案。
4.2 計(jì)算凸、凹模工作部分的尺寸
凸、凹模工作部分的尺寸影響到模具的間隙,而模具的間隙有直接影響的沖裁件的質(zhì)量,合理的模具間隙不僅能夠得到良好質(zhì)量的沖裁件,而且能夠延長(zhǎng)模具的壽命。因此,凸、凹模工作部分尺寸的計(jì)算是非常重要的。
該沖裁件所用的材料是A3,板料的厚度是6mm,由此查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.4得到模具初始時(shí)的雙面間隙:
=1.44mm =1.08mm
4.2.1 沖孔凸、凹刃口尺寸的計(jì)算
由于沖裁件中的孔在圖形上的精度相對(duì)要求較高,采用配作法制作凸、凹模。其刃口尺寸計(jì)算如下:
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.6得沖孔時(shí)的磨損系數(shù):x=0.75
按照公式計(jì)算
式中A——凸模最大尺寸(mm);
X——沖孔時(shí)磨損系數(shù);
——沖裁件的磨損系數(shù);
——凸模制造偏差(mm),一般取=/4。
沖孔凹模尺寸與凸模的基本尺寸相同為30.15mm,不必標(biāo)注公差。但在技術(shù)要求里需注明,凹模實(shí)際刃口尺寸與凸模配制,保證最小雙面合理間隙值=1.08mm。
4.2.2 外形落料凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
按照IT14級(jí)査取沖裁件中未標(biāo)注的尺寸公差:
查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.6得磨損系數(shù)為:
當(dāng)≥0.50時(shí),x= 0.5;
當(dāng)<0.50時(shí),x= 0.75.
落料時(shí)凸、凹模計(jì)算公式為:
落料時(shí)以落料凹模為基模,所以應(yīng)為凹模尺寸。
將數(shù)據(jù)代入以上公式得:
落料凸模尺寸與凹模相配作,基本尺寸相同分別為21.68、52.63、17.68、55.63、3.78,不必標(biāo)注公差。在落料凸模的零件圖中技術(shù)要求要注明,凸模的實(shí)際尺寸與落料凹模配制,保證最小雙面間隙值為=1.08mm。
4.3 沖壓力的計(jì)算
4.3.1沖孔力、落料力的計(jì)算
落料力和沖孔力計(jì)算公式如下:
式中 L——沖裁周邊長(zhǎng)度;
t——材料厚度;
——材料的抗拉強(qiáng)度。
查有關(guān)數(shù)據(jù),A3的抗拉強(qiáng)度為450MPa。
落料力的計(jì)算:
落料件的外形是由三個(gè)半圓與若干直線段組成,其周邊長(zhǎng)度為:
=260.2(mm)
沖裁件的板料厚度為6mm。
所以
沖孔力的計(jì)算:
所以
4.3.2沖孔、落料時(shí)的推件力、卸料力計(jì)算
沖孔時(shí),由于沖下的廢料卡在凹模洞中,將廢料順著沖裁方向從凹模洞中推出,需要壓力機(jī)為其傳遞一定大小的力,計(jì)算公式如下:
式中n——同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件個(gè)數(shù),;
——推件力系數(shù);
——沖孔力。
沖孔凹模壁取直筒形凹模刃口形式,由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.21查得,h=12mm,則。
查表2.7得=0.045。
所以
落料時(shí)可以將落料凹模設(shè)計(jì)成斜壁式凹模,不必計(jì)算落料時(shí)的卸料力。
4.3.3 總的沖壓力計(jì)算:
沖裁時(shí),總的沖壓力為
以上計(jì)算已經(jīng)得出各個(gè)力的大小,將數(shù)據(jù)帶入上面公式得,
979.9(KN)
一般在沖裁工作中,為了保證壓力機(jī)能夠提供足夠的壓力,通常所選用的壓力機(jī)的噸位要比實(shí)際計(jì)算出的沖壓力要大30%左右,即:
=979.9×1.3=1273.9(KN)
4.4 壓力中心的計(jì)算
由于沖壓件外形不是中心對(duì)稱(chēng)圖形,所以需要找出其壓力中心,并在沖裁時(shí)候使模柄軸線與壓力機(jī)滑塊中心線保持重合,這樣才能保證滑塊不會(huì)承受偏心載荷;否則,會(huì)導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常磨損,還會(huì)使合理間隙得不到保證,從而影響之間質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。
采用解析法求模具的壓力中心坐標(biāo)。
按照一定的比例畫(huà)出工件圖形,如圖(5)所示。以限位板底邊上中點(diǎn)為原點(diǎn),建立xoy坐標(biāo)系,如圖中所示。
圖(5) 壓力中心坐標(biāo)系
沖裁件的外形是由圓、圓弧和直線段組成,將其周邊分成、、、
、、、七個(gè)基本線段,如圖中所示。
圖中尺寸為圖(1)中所給出的數(shù)據(jù)。
求各個(gè)線段的中心位置:
從工件圖形中可以看出,工件為左右對(duì)稱(chēng)圖形。所以,壓力中心在x方向的坐標(biāo)為:
=0;
在y軸方向上,沖裁件左右對(duì)稱(chēng),求算線段壓力中心坐標(biāo)時(shí)主要是求出圓弧、、的坐標(biāo)、、,利用公式:
計(jì)算
式中R——圓弧半徑(mm);
——圓弧中心角的一半;
b——圓弧對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)(mm);
L——弧長(zhǎng)(mm)。
將相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入上面公式,得:
=5.73 =3.6 =69
最終求得各個(gè)基本線段長(zhǎng)度和重心在y軸方向上的坐標(biāo)為:
=56mm =0;
=56.55mm =-0.174;
=4mm =10.8;
=12.56mm =12;
=62mm =10.8。
=69.12mm =69
=94.25mm =55
壓力中心在y軸方向上的坐標(biāo)利用下面的公式計(jì)算得出:
;
將以上數(shù)據(jù)代入公式得:
=29
即如圖建立的坐標(biāo)系,工件的壓力中心坐標(biāo)為(0,29)。
5 模具的總體設(shè)計(jì)
通過(guò)以上的分析,此零件的沖壓包括沖孔和落料兩個(gè)工序,選用級(jí)進(jìn)模具,為方便小孔廢料和成形工件的落下,采用正裝結(jié)構(gòu),即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。
因是大批量生產(chǎn),但工件簡(jiǎn)單,所以采用手動(dòng)從右往左送料方式比較好,能夠使模具制造簡(jiǎn)單。
本工件在生產(chǎn)過(guò)程中是大批量生產(chǎn),沖時(shí)第一個(gè)工位采用始用擋料銷(xiāo)定位,第二個(gè)工位采用固定擋料銷(xiāo)定位。送料時(shí)始用擋料銷(xiāo)與固定擋料銷(xiāo)作為粗定距,為保證沖裁件的尺寸精度,需要在凸模上安裝一個(gè)導(dǎo)正銷(xiāo),利用條料上先沖下的φ30mm的孔做導(dǎo)正銷(xiāo)孔進(jìn)行導(dǎo)正,依此作為條料送進(jìn)的精確定距。
由于板料厚度較厚,不需要采用壓料裝置。
模具采用正裝結(jié)構(gòu),沖孔廢料和工件留在凹??锥粗?,為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu),可以在下模座中開(kāi)有通槽,使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為6 mm,料厚比較厚,為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)和達(dá)到可靠的卸料力,選用剛性卸料板來(lái)卸下條料廢料。
為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性,選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)向,由于該零件導(dǎo)向尺寸較小,且精度要求不是太高,所以宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
模具的動(dòng)作過(guò)程如下:
模具工作時(shí),條料由導(dǎo)料板導(dǎo)向,人工送入工作臺(tái)面,采用始用擋料銷(xiāo)手動(dòng)進(jìn)行首次定位。上模部分隨壓力機(jī)滑塊下行,進(jìn)行沖裁,導(dǎo)柱、導(dǎo)套對(duì)上下模的運(yùn)動(dòng)起到可靠的導(dǎo)向,完成φ30mm的沖孔動(dòng)作,落料凸模進(jìn)行一次空行程。始用擋料銷(xiāo)在彈簧作用下回到原來(lái)位置,上?;爻?,等待下一次沖裁。
上?;爻毯?,條料由導(dǎo)料板導(dǎo)向繼續(xù)送進(jìn),固定擋料銷(xiāo)對(duì)條料進(jìn)行初定位。上模下行,第一次沖出的φ30mm的孔作為導(dǎo)正孔與導(dǎo)正銷(xiāo)配合對(duì)板料進(jìn)行精確定位。沖孔凸模與落料凸模同時(shí)完成沖裁,沖裁件與沖孔廢料分別從落料凹模沖孔凹模的凹模洞中落下,落料件的廢料由固定卸料板卸下。上?;爻蹋瑴?zhǔn)備下一次的沖裁。
在沖裁過(guò)程中,始用擋料銷(xiāo)只在首次沖裁時(shí)使用,以后各次沖裁時(shí)都由固定擋料銷(xiāo)控制送料步距作為初定位,導(dǎo)正銷(xiāo)進(jìn)行精確定位進(jìn)行沖裁。
6 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 凸模、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1.1沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
沖裁件中的孔為圓形結(jié)構(gòu),為了方便凸模的加工和工作過(guò)程中的凸模替換,將凸模設(shè)計(jì)成階梯形狀,根據(jù)JB/T5826標(biāo)準(zhǔn)選擇凸模。沖孔凸模的結(jié)構(gòu)與尺寸如圖(6)所示:
圖(6)沖孔凸模
6.1.2 落料凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
落料件外形較沖孔復(fù)雜,是一個(gè)不規(guī)則的輪廓,考慮選用直通式凸模,但由于直通式凸模不便于固定,在凸模的端面加工時(shí)留出一個(gè)高為5mm的凸臺(tái)用于凸模的固定。模具工作時(shí),沖孔凸模與落料凸模同時(shí)進(jìn)行沖裁,將它們?cè)O(shè)計(jì)為同等長(zhǎng)度。該凸模要與導(dǎo)正銷(xiāo)配合對(duì)板料精確定位,因此在凸模R22mm圓弧中心處鉆出一個(gè)φ26mm的通孔。由于落料時(shí)是以凹模為基刃,凸模的尺寸按照落料凹模尺寸進(jìn)行配作,要求的不是過(guò)于嚴(yán)格,其結(jié)構(gòu)如圖(7)所示:
圖(7)落料凸模
6.1.3 凹模板的設(shè)計(jì)
如將沖孔凹模與落料凹模分別設(shè)計(jì)制造,在滿足最小壁厚的前提下,會(huì)使模具結(jié)構(gòu)尺寸大大增加,制造不方便,并且增加了模具制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)成本。所以考慮將兩個(gè)凹模設(shè)計(jì)在同一個(gè)板料上作為一個(gè)整體。落料凹模刃口處加工成斜壁式,沖孔凹模刃口處為直臂式。
計(jì)算凹模板的外形尺寸,以便后面的模架選擇。
根據(jù)沖裁件的排樣圖查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.22得,凹模板的厚度系數(shù)為:k=0.35
所以,凹模板的高度H= k×b =0.35×75 = 26.25(mm)
凹模板的厚度C= 1.5H =1.5×26.25 = 39.4(mm)
凹模板外形尺寸的確定:
凹模外形長(zhǎng)度L=96+37+15+2×39.4 = 226.8(mm)
凹模外形寬度B=75+2×39.4 = 153.8(mm)
依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù),將凹模整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)化315×200×28
凹模結(jié)構(gòu)及尺寸如圖(8)所示:
圖(8)凹模板
6.1.4 導(dǎo)正銷(xiāo)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)正銷(xiāo)能夠在標(biāo)準(zhǔn)件中查詢得到,但從沖裁件尺寸標(biāo)注可以看出,第一次沖下的孔邊沿到落料件邊緣距離為7mm。如選用標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)正銷(xiāo),其尾部直徑尺寸過(guò)大,落料凸模上也應(yīng)鉆出相同尺寸的孔與之配合從而會(huì)導(dǎo)致落料凸模的強(qiáng)度不夠,因此導(dǎo)正銷(xiāo)在設(shè)計(jì)過(guò)程中單獨(dú)制造出來(lái)。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與尺寸如圖(9)所示:
圖(9)倒正銷(xiāo)
6.1.5固定擋料銷(xiāo)位置的確定
選用固定擋料銷(xiāo)來(lái)對(duì)板料進(jìn)行初定位,必須確定擋料銷(xiāo)在模具上正確位置,擋料銷(xiāo)位置如圖(10)其確定如下:
圖(10)固定擋料銷(xiāo)位置
由圖形(2)和圖形(10)中可以得出:
擋料銷(xiāo)與沖裁件的直邊部分接觸進(jìn)行初定位,有幾何關(guān)系得:
條料每前進(jìn)一個(gè)步距,等于直邊到擋料銷(xiāo)的距離。
即
L=74mm
所以固定擋料銷(xiāo)應(yīng)在距落料件中心74mm處。
6.1.6 導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)
導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸,外側(cè)與凹模平齊,導(dǎo)料板與條料之間的間隙取1mm,這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度,導(dǎo)料板的厚度查表取8~10mm。導(dǎo)料板采用Q235鋼制作,熱處理硬度為40~48HRC,用螺釘和銷(xiāo)釘固定在凹模上。
經(jīng)查表分析得,導(dǎo)料板長(zhǎng)度L=315mm,寬度B=45.5mm ,厚度h=10mm
6.1.7卸料板的設(shè)計(jì)
卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同,厚度為20mm。在前面已
確定了采用剛性卸料板,設(shè)計(jì)卸料板為一整體板。
卸料板采用45鋼制造,淬火硬度為40~48HRC。
6.1.8始用擋料銷(xiāo)位置確定
根據(jù)步距要求,模具上需要兩個(gè)始用擋料銷(xiāo)。其位置確定如圖(11):
圖(11)始用擋料銷(xiāo)位置
根據(jù)選擇的板料尺寸,與搭邊值大小,
6.2 模架的選擇
根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求,所選擇模架尺寸如下:
上模座:315×200×45
下模座:315×200×55
導(dǎo)柱:35×180
導(dǎo)套:35×115×43
墊板:315×200×10
卸料板:315×200×20
凸模固定板:315×200×32
6.3模具的閉合高度
選擇模架時(shí),選用兩塊315×45.5×10的導(dǎo)料板;模柄選用旋入式模柄,螺紋部分的尺寸為M36×2.5,與壓力機(jī)配合部分的高度為73mm。所以模具閉合高度可以根據(jù)裝配關(guān)系計(jì)算為:
H
=45+10+73+28+(100-1)+55=310(mm)
7 沖壓設(shè)備的選擇
選擇型號(hào)為JA21-160的開(kāi)式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)能夠滿足使用要求。型號(hào)為JA21-160的壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下:
公稱(chēng)壓力:1600KN
滑塊行程:160mm
最大閉合高度:450mm
封閉高度調(diào)節(jié)量:130mm
工作臺(tái)尺寸:(前后×左右)710mm×1120mm
工作臺(tái)板厚度:130mm
模柄孔尺寸:70×80mm
8 模具總裝圖的繪制
圖(12)裝配圖
1-下模座 2-緊固螺釘3-凹模板 4-導(dǎo)料銷(xiāo) 5-固定擋料銷(xiāo) 6-導(dǎo)正銷(xiāo) 7-落料凸模 8-凸模固定板 9-墊板 10-上模座 11-定位銷(xiāo) 12-模柄
13-止動(dòng)銷(xiāo) 14-沖孔凸模15-緊固螺釘 16-導(dǎo)柱 17-卸料板
18-導(dǎo)套 19-托料板 20-螺釘21-定位銷(xiāo)
模具總裝圖如上圖(12)所示。
9 設(shè)計(jì)總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我進(jìn)行完了三年的模具設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)課程后的一次綜合性學(xué)習(xí)檢測(cè),它是對(duì)我們?nèi)陙?lái)所學(xué)課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)踐的訓(xùn)練。
本次模具設(shè)計(jì)工件是限位板,限位板屬于典型的沖裁件,分析其工藝性,并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸,然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計(jì),需要計(jì)算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸,然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè),分析了制件在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷,采取了相應(yīng)的工藝措施。因此,模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。
限位板沖孔落料模具的設(shè)計(jì),是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合,更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到,要想做為一名合格的模具設(shè)計(jì)人員,必須要有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ),并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù),樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的觀念,把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去,并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神,大膽創(chuàng)新,突破新技術(shù),為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致 謝
本人交上的這份畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然進(jìn)了我最大努力,但并不能稱(chēng)之為完整或者完美。但在我學(xué)習(xí)過(guò)程中老師和同學(xué)的幫助堪稱(chēng)完美!
首先感謝本人的導(dǎo)師原紅玲老師,她幫我仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。原老師在模具行業(yè)里學(xué)識(shí)淵博,為人熱情,一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪,在她的指導(dǎo)下使我受益匪淺,在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,特別是遇到困難時(shí),她給了我鼓勵(lì)和幫助,在這里我向她表示真誠(chéng)的感謝!同時(shí),我還要感謝材料工程系模具專(zhuān)業(yè)的所有老師,有了他們的敬業(yè)教導(dǎo),才有了我專(zhuān)業(yè)知識(shí)的積累和進(jìn)步。
感謝母校——河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校的辛勤培育之恩!感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境,使我學(xué)到了許多新的知識(shí),掌握了一定的操作技能。
最后,感謝我的同窗學(xué)友,因?yàn)槲覀冇泄餐睦硐肱c追求。在論文即將完成之際,我的心情無(wú)法平靜,從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成,有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助,在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!雖然此文歷經(jīng)幾次修改,但由于筆者水平有限,文中仍會(huì)存在許多不足和缺陷,敬請(qǐng)諸位老師和學(xué)友不吝批評(píng)指正,以使我更加深入地研究和提高!
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