支撐板沖壓成形工藝及模具研究設(shè)計(jì)
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1、 1、緒論 1. 1模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景 現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場(chǎng)總體上供不應(yīng)求,市場(chǎng)需求量維持在600億至650億美元,同時(shí),我國(guó)的模具產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年,我國(guó)模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長(zhǎng)率(據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2004年國(guó)內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億,同時(shí),有近200個(gè)億的出口),到2005年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為600億元,模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2005年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言,一個(gè)型號(hào)的汽車所需模具達(dá)幾千副,價(jià)值上億元,而當(dāng)汽車更換車型
2、時(shí)約有80%的模具需要更換。2003年我國(guó)汽車產(chǎn)銷量均突破400萬(wàn)輛,預(yù)計(jì)2004年產(chǎn)銷量各突破500萬(wàn)輛,轎車產(chǎn)量將達(dá)到260萬(wàn)輛。另外,電子和通訊產(chǎn)品對(duì)模具的需求也非常大,在發(fā)達(dá)國(guó)家往往占到模具市場(chǎng)總量的20%之多。目前,中國(guó)17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn),從業(yè)人數(shù)約50多萬(wàn)。1999年中國(guó)模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工 業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二,作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中,沖壓模具約占50%,塑料模具約占33%,壓鑄模具約占6%,其它各類模具約占11%。 1. 2 沖壓工藝介紹
3、 沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產(chǎn)生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件) 的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工),合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。由于這里不能上傳 完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)(完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書、相關(guān)圖紙 CAD/P ROE、中英文文獻(xiàn)及翻譯等),此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容(目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容)如需要其他資料的朋友,請(qǐng)加叩扣:貳二壹伍八玖壹壹五一全世界的鋼材中,有 60~ 70%是板材,其中大部分是經(jīng)過(guò)沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片,鍋爐的汽包、容器的殼體
4、、電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機(jī)械、 生活器皿等產(chǎn)品中,也有大量沖壓件。 沖壓件與鑄件、鍛件相比,具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件,以提高其剛性。由于采用精密模具,工件精度可達(dá)微米級(jí),且重復(fù)精度高、規(guī)格一致,可以沖壓出孔、凸臺(tái)等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工,或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件,但仍優(yōu)于鑄件、鍛件,切削加工量少。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法,采用復(fù)合模,尤其是多工位級(jí)進(jìn)模,可在一臺(tái)壓力
5、機(jī)上完成多道沖壓工序,實(shí)現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高,勞動(dòng)條件好,生產(chǎn)成本低,一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 1. 3沖壓工藝的種類 沖壓主要是按工藝分類,可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁,其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離,同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形,制成所需形狀和尺寸的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 在實(shí)際生產(chǎn)中,常用與沖壓過(guò)程近似的工藝性試驗(yàn),如拉
6、深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能,以保證成品質(zhì)量和高的合格率。 模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時(shí)間,這就延長(zhǎng)了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。 模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡(jiǎn)易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級(jí)進(jìn)模(供大量生產(chǎn)),以及研制快速換模裝置,可減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間,能使適用于減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間,能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓 技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。 沖壓設(shè)備除了厚板
7、用水壓機(jī)成形外,一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心,配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫(kù)和快速換模裝置,并利用計(jì)算機(jī)程序控制,可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下,在短暫時(shí)間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序,常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此,沖壓中的安全生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。 1. 4沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一:機(jī)械化、自動(dòng)化程度低 美國(guó) 680條沖壓線中有 70%為多工位壓力機(jī),日本國(guó)內(nèi) 250條生產(chǎn)線有 32%為多工位壓力機(jī),而這種代表當(dāng)今國(guó)際水
8、平的大型多工位壓力機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用卻為數(shù)不多;中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后,耗能耗材高,環(huán)境污染嚴(yán)重;封頭成形設(shè)備簡(jiǎn)陋,手工操作比重大;精沖機(jī)價(jià)格昂貴,是普通壓力機(jī)的 5~10 倍,多數(shù)企業(yè)無(wú)力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用;液壓成形,尤其是內(nèi)高壓成形,設(shè)備投資大,國(guó)內(nèi)難以起步。 突破點(diǎn):加速技術(shù)改造 要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面,結(jié)合具體情況,采取新工藝,提高機(jī)械化、自動(dòng)化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動(dòng)化、機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線,特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭(zhēng)取加大投資力度,加速?zèng)_壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造,使盡早達(dá)到當(dāng)今國(guó)際水平。。應(yīng)加速發(fā)展
9、數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時(shí)改造國(guó)內(nèi)舊設(shè)備,使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。 阻力二:生產(chǎn)集中度低 許多汽車集團(tuán)大而全,形成封閉內(nèi)部配套,導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓 件種類多,生產(chǎn)集中度低,規(guī)模小,易造成低水平的重復(fù)建設(shè),難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱;摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),處于“優(yōu)而不勝,劣而不汰”的狀態(tài);封頭制造企業(yè)小而散,集中度僅 39.2%。 突破點(diǎn):走專業(yè)化道路 迅速改變目前“大而全”、“散
10、亂差”的格局,盡快從汽車集團(tuán)中把沖壓零部件分離出來(lái),按沖壓件的大、中、小分門別類,成立幾個(gè)大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個(gè)小而專的零部件工廠。通過(guò)專業(yè)化道路,才能把沖壓零部件做大做強(qiáng),成為國(guó)際上有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的沖壓零部件供應(yīng)商。 阻力三:沖壓板材自給率不足,品種規(guī)格不配套 目前,我國(guó)汽車薄板只能滿足 60%左右,而高檔轎車用鋼板,如高 強(qiáng) 度 板 、 合 金 化 鍍 鋅 板 、 超 寬 板 ( 16 50 mm 以 上 ) 等 都 依 賴 進(jìn) 口 。 突破點(diǎn):所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展 汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理,朝著高強(qiáng)、高耐蝕和各種規(guī)格的薄
11、鋼板方向發(fā)展,并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料,擴(kuò)大應(yīng)用已勢(shì)在必行。 阻力四:科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)工藝推廣慢 在我國(guó),許多沖壓新技術(shù)起步并不晚,有些還達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多,有的僅處于試用階段,吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費(fèi)用投入少,導(dǎo)致企業(yè)對(duì)先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢,開發(fā)創(chuàng)新能力不足,中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前,國(guó)內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù),對(duì)下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲(chǔ)備 。 突破點(diǎn):走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路 我國(guó)與歐、美、日等
12、相比,存在的最大的差距就是還沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體,科研難以做大,成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,以高校和科研單位為技術(shù)支持, 企業(yè)為應(yīng)用基地,形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實(shí)體,形成既能開發(fā)創(chuàng)新,又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。 阻力五:大、精模具依賴進(jìn)口 當(dāng)前,沖壓模具的材料、設(shè)計(jì)、制作均滿足不了國(guó)內(nèi)汽車發(fā)展的需要,而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低,大約為 40%~45%,而國(guó)際上一般在70%左右 。 突破點(diǎn):提升信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平 必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè),發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/C
13、AM/CAE一體化技術(shù),特別是成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程,提高精度和互換率。力爭(zhēng) 2005 年模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)到 60%,2010年達(dá)到 70%以上基本滿足市場(chǎng)需求。 阻力六:專業(yè)人才缺乏 業(yè)內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要,尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識(shí)和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外,眾多合資公司由外方進(jìn)行工程設(shè)計(jì),掌握設(shè)計(jì)權(quán)、投資權(quán),我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。 突破點(diǎn):提高行業(yè)人員素質(zhì) 隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)
14、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%這是一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù),又是一項(xiàng)長(zhǎng)期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國(guó)沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才,大批熟悉國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)、具有現(xiàn)代管理知識(shí)和能力的企業(yè)家,大批掌握先進(jìn)技術(shù)、工藝的高級(jí)技能人才。要舍得花大力氣,有計(jì)劃、分層次地培養(yǎng)。
15、 2、支撐板工藝分析 零件名稱:支撐板 生產(chǎn)批量:大批量 材料:35 料 厚 : 2mm 零件圖:見(jiàn)圖 零 件 圖 2. 1工藝分析 此彎曲件為 V 型彎曲,零件圖如圖所示。圖中的尺寸公差為未注公差,在處理這類零件公差等級(jí)時(shí)均按 IT14級(jí)要求
16、。彎曲圓角半 徑 r =2 ,均 大 于 最 小 彎 曲 半 徑 :( rmin 0.8 0.8 2 1.6 )故此件形狀, t mm 尺寸,精度均滿足彎曲工藝的要求,可用彎曲工藝進(jìn)行加工。彎曲后再采用落料、沖孔。沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為 IT11— I T1 4 , 孔 中 心 與 邊 緣 距 離 尺 寸 公 差 為 ± 0. 5 mm, 將 以 上 精 度 與 零 件 的精度要求相比較,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。 2. 2工藝方案的確
17、定 該零件所需的沖壓工序?yàn)閺澢?、沖孔好落料??蓴M定以下三種方 案 : 方案一:采用簡(jiǎn)單模分三次加工,即彎曲—落料—沖孔。 方案二:彎曲、落料、沖孔復(fù)合模。 采用方案一,模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工,生產(chǎn)效率較低,難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求.由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,為提高生產(chǎn)效率,主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁或級(jí)進(jìn)沖裁方式,方案二和方案三更具優(yōu)越性。 采用方案二,需要一套模具,沖壓件的形位精度和尺寸易于保證,且生產(chǎn)效率也高。 盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜,單零件的幾何尺寸相對(duì)簡(jiǎn)單,模具制造并
18、不困難。 通過(guò)對(duì)兩種方案的分析比較,該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案二的復(fù)合膜為佳。 2. 3彎曲工藝計(jì)算 彎曲件展開長(zhǎng)度的計(jì)算 當(dāng) 彎 曲 圓 角 半 徑 較 小 ( r < 0. 5t ) 時(shí) , 根 據(jù) 毛 坯 與 制 件 等 體 積 法計(jì) 算 , 當(dāng) 彎 曲 圓 角 半 徑 較 大 ( r > 0. 5 t ) 時(shí) , 根 據(jù) 中 性 層 長(zhǎng) 度 不 變 原 理 計(jì) 算 。 因?yàn)?R=2>0. 5×2,屬于圓角半徑較大的彎曲件。所以彎曲件的展開長(zhǎng)度按直邊區(qū)與圓角
19、 區(qū)分段進(jìn)行計(jì)算。視直邊區(qū)在彎曲前后長(zhǎng)度不變,圓角區(qū)展開按彎曲前后中性層長(zhǎng)度不變條件進(jìn)行計(jì)算。 由 于 R/ t = 2/ 2= 1 , 查 表 (《 沖 壓 工 藝 與 模 具 設(shè) 計(jì) 》 P97 表 3. 4 ) 得 位 移 系 數(shù) x =0. 4 2 變形區(qū)中性層曲率半徑按(《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P97表 3. 7) 公式計(jì)算 r kt 得 : r kt 2 0.42 2 2.84mm 毛坯尺寸(中性層長(zhǎng)度) L z l A 1 8 0 其 中 A 1 8 0 1
20、80 A 1 180 = 180 110 180 = 70 3.14 180 = 3. 4 68mm (中性層圓角部分的長(zhǎng)度) 2.84 180 130 A 2 180 = 50 3.14 2.84 180 =2. 47 7mm 該零件的展開長(zhǎng)度為 L z 55 36 26 46 33 3.468 2 2.477 2 207.85mm 以 上 各 式
21、 中 ― ― ― 中 性 層 曲 率 半 徑 , mm; k ― ― ― 中 性 層 位 置 系 數(shù) , 查 表 得 k =0. 4 2, mm; A― ― ― 中 性 層 圓 角 部 分 的 長(zhǎng) 度 , mm; t ― ― ― 材 料 彎 曲 厚 度 , mm; L z ― ― ― 彎 曲 件 的 展 開 長(zhǎng) 度 , mm; β ― ― ― 彎 角 , ( ° ) 。 2. 4彎曲工作部分尺寸計(jì)算 2. 4. 1凸模圓角半徑計(jì)算 ① 當(dāng) 彎 曲 件 r >1 0 時(shí) , 凸 模 圓 角 半
22、 徑 rt 為 rt r sr 1 3 Et ② 當(dāng) 彎 曲 件 r 較 小 時(shí) , 凸 模 圓 角 半 徑 為 rt r ( 但 ) rtrm i n 此工件的彎曲圓角半徑較小但不小于工件材料所允許的最小彎曲 半 徑 rmin 0.6t 0.6 2 1.2mm ,故 凸 模 圓 角 半 徑 ra 可 取 彎 曲 件 的 內(nèi) 彎 曲 半 徑 r =2mm。 2. 4. 2凹模圓角半角計(jì)算 凹模圓角半徑不能過(guò)小,以免增加彎曲力,擦傷工
23、件表面。凹 模 圓 角 半 徑 ra 一 般 按 材 料 的 厚 度 來(lái) 取 。 t 2mmra ( 3 ~ 6 ) t t ( 2 ~ 4 ) mmra ( 2 ~ 3) t t 4 mmra 2t 該 工 件 厚 度 為 2 mm, 故 凹 模 半 徑 ra 2t 2 2 4 mm 2. 4. 3凹模工作部分深度的設(shè)計(jì)計(jì)算。 凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度,同時(shí)也影響到彎曲件直邊的平直度,對(duì)工件的尺寸精度造
24、成一定的影響,查表 3. 12 得 凹 模 的 底 部 最 小 厚 度 h 0 4mm 因 此 , 凹 模 工 作 部 分 深 度 h =3 8 +2 +4 =4 4mm 2. 4. 4凸凹模間隙的確定 彎曲模的凸凹模間隙是指單邊間隙 Z/2,V型件彎曲時(shí),凸凹模的間隙時(shí)是靠調(diào)整壓力機(jī)的閉合高度來(lái)控制的,不需要在設(shè)計(jì),制造模具時(shí)確定。在模具設(shè)計(jì)中,必須考慮到模具閉合時(shí),模具工作部分與工件能緊密貼合,以保證彎曲質(zhì)量。 ① 一 般 情 況 下 , Z/ 2 =t + 1 + Ct ② 工 件 精 度 要 求 較 高 時(shí) , Z/ 2
25、= t 以 上 各 式 中 t ― ― 工 件 材 料 厚 度 , mm; C―― 間隙系數(shù); 1 ― ― 材 料 厚 度 的 正 偏 差 , mm。 2. 5彎曲件回彈值的計(jì)算 小 變 形 程 度 ( r / t ≥ 1 0 ) 時(shí) , 回 彈 大 , 先 計(jì) 算 凸 模 圓 角 半 徑 , 再計(jì) 算 凸 模 角 度 ; 大 變 形 程 度 ( r / t < 5) 時(shí) , 卸 載 后 圓 角 半 徑 小 , 僅 考慮 彎 曲 中 心 角 的 回 彈 變 化 。 彎 曲 時(shí) , 彎 曲 中 心 角 為 110 o , 查 相
26、關(guān) 手冊(cè) , 取 回 彈 角 為 3 o ; 彎 曲 中 心 角 為 130 o , 查 相 手 冊(cè) , 取 回 彈 角 4 o 。 2. 6彎曲力計(jì)算 V形件彎曲力 0.6K bt2 b F自 t r = 0.6 1.3 30 2 2 (490 - 637) 2 2 =( 11466 ~ 14905. 8) N 校正彎曲的彎曲力 P校 Ap =1 6 0×30×70 =3 3 6
27、000 N (無(wú)論工件形狀如何) F自――沖壓行程結(jié)束時(shí)自由彎曲的彎曲力(N); K――系數(shù),一般取 1. 3; b ― ― 彎 曲 件 寬 度 ( mm) ; t ― ― 彎 曲 件 材 料 寬 度 ( mm); b ― ― 彎 曲 件 材 料 的 抗 拉 強(qiáng) 度 ( MP); r ― ― 彎 曲 件 的 內(nèi) 彎 曲 半 徑 ( mm); F校――校正彎曲力(N); A― ― 校 正 部 分 投 影 面 積 ( mm 2 ); p ― ― 單 位 面 積 校 正 力 ( MP), 查
28、表 得 。 2. 7 沖 孔 Φ 10 mm 凸 、 凹 刃 口 尺 寸 的 計(jì) 算 由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,精度要求不高,所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下: 查表 2. 5得凸、凹模制造公差: 凸 0.020mm 凹 0.020 mm 校核查表 2. 5得凸、凹模制造公差 Z max Z min 0.114mm 而 凸 凹 0.045mm 滿 足 Z m a x Z m i n 凸 凹的條件 查 表 2. 6得:IT
29、14 級(jí) 時(shí) 磨 損 系 數(shù) x= 0. 5 ,0.2 d凸 d minx 0 凸 = ( 1 0+0. 5×0. 2) 0 0.02 =10. 1 0 0 .02 mm d凹 d凸 Z min 凹 0 = ( 1 0. 1+ 0. 2 46 ) 0 0.02 = 10. 346 0 0.02 mm 2. 8外形落料凸、凹刃口尺寸的計(jì)算 由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,精度要求不高,所以采用凸模和凹模分開加工的方
30、法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸計(jì)算如下: 查表 2. 5得凸、凹模制造公差: 凸 0.020mm 凹 0.020 mm 校核查表 2. 5得凸、凹模制造公差 Z max Z min 0.114mm 而 凸 凹 0.045mm 滿 足 Z m a x Z m i n 凸 凹的條件 查表 2. 6得:I T14 級(jí) 時(shí) 磨 損 系 數(shù) x= 0. 5 ,0.2 D 凹 D maxx 凹 0 = ( 166. 4- 0. 5×0. 2) 00.02 = 16 6. 3 00.
31、02 mm D 凸 D 凹 Z min 0 凸 =( 1 66. 3- 0. 24 6 ) 00.02 =1 6 6. 054 0 0. 02 mm 2. 9沖壓力計(jì)算 落 料 力 F落 Lt b 60 2 500 60000N 沖 孔 力 F沖 Lt b 10 3.14 2 500 31400N 沖孔時(shí)的推件力 F推 nK 推 F沖 取直筒形刃口的凹模刃口形式,由表 2. 2 1 查 得 h= 6mm, 則
32、n= h / t =3 , 查表2.7 得,K推 0.05 F推 nK 推 F沖 3 0.05 31400 4710N 落料時(shí)的卸料力 查表2.7 取 K 卸 0.03 F卸 K 卸F落 0.03 60000 1800N 2. 10 壓力中心的計(jì)算 由于該件都對(duì)稱,故選其幾何中心為壓力中心 2. 11 橡皮的選擇 橡皮允許承受的負(fù)荷較彈簧大,且安裝調(diào)試方便,在沖裁模中廣泛應(yīng)用。 ①橡皮的平面尺寸 平面尺寸按其所產(chǎn)生的壓力
33、 F計(jì)算 F=Sq 所 以 F 12000 S 11320 q 1.06 橡皮壓縮量 10 15 20 2 5 3 0 35 / % 單位壓力/ 0.26 0.50 0.70 1.06 1.52 2.10 MPa R S 11320 60mm π 3.14 R――橡皮半徑; S―― 橡皮的橫截面子; q ― ― 與 橡 皮 的 壓 縮 量 有 關(guān) 單 位 壓 力 , 按 橡 皮 的 壓 縮 特 性 曲
34、 線選 用 。 ② 橡皮的高度 橡皮的高度必須滿足工藝要求與模具結(jié)構(gòu)空間要求,并考慮橡皮的壽命。 ⑴橡皮最大壓縮量不宜超過(guò)自由高度 H的 35%~45%。 ⑵橡皮裝在模具上,一般應(yīng)預(yù)先壓縮(10%~15%)H,使預(yù)壓的壓力達(dá)到所需要的卸料力。 ⑶壓縮工作行程為 H工作 (25%~30%)H 橡皮的自由高度為 H= H 工作 / ( 0. 2 5 ~ 0. 3 0) =20/ ( 0. 25 ~ 0. 3 0) = ( 6 6. 7 ~ 8 0) mm 取 H=7 0 mm
35、 式中 H工作――橡皮壓縮工作行程,根據(jù)模具結(jié)構(gòu)可知; H――橡皮的自由高度。 上式中的高度校核: 高度校核:H=0. 65D 3、模架與壓力機(jī)的選用 3. 1模架的選擇 根據(jù)上述分析,本零件的沖壓包括彎曲、沖孔和落料兩三個(gè)工序,可采用復(fù)合模具,利用彈性卸料裝置,卸料可靠,便于操作。工件留在落料凹??锥粗?,利用彈性卸料裝置卸料,落料廢料在落料凸凹模外側(cè)自由落下;而沖孔廢料則可以在下模座中開設(shè)通槽,使廢料從孔洞中落下。由于在該模具中是先彎曲后
36、落料和沖孔的。 所以彈性元件還應(yīng)具有壓料的作用,應(yīng)選用彈性卸料板來(lái)卸下工件。 因是大批量生產(chǎn),采用手動(dòng)送料方式,從前向后送料。 因采用的是復(fù)合模,所以直接用擋料銷和導(dǎo)料銷即可。 為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性,故選用導(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 。 選擇模架,選擇后側(cè)導(dǎo)柱模架,315 × 250 閉合高度 300~350上模座 315×200×30 下模座 315×250×50。 模具閉合高度 H閉合 h 上模座 h 墊板 h凸模固定板 h橡皮
37、 h 彎曲凸模 h凸凹模 h下模座 =35+30+38+60+72+55+50 =3 4 0mm 3. 2壓力機(jī)的選擇 選擇型號(hào)為 JB23-63 的開式雙柱可傾壓力機(jī)滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下: 公稱壓力: 630KN 滑 塊 行 程 :
38、 10 0mm 滑 塊 行 程 次 數(shù) ( 次 / mi n ): 4 0 最大閉合高度: 5 00mm 封閉高度調(diào)節(jié)量: 80mm 工作臺(tái)尺寸: 570×860 墊塊尺寸: 80 模柄孔尺寸: Φ 50×85 最大傾斜角度: 25 3. 3壓力機(jī)的校核 1. 模具閉合高度是指模具工作行程終了時(shí),上模座上平面至下模座下平面之間的距離。 H= 34 0mm< H max - H 1 = 500 - 8 0= 42 0mm 滿足要求。 2. F總 F沖 F落 F自 F
39、校 = 3140 0+6 0000 +14 90 5+33 600 0 = 4423 05 N F壓力 600000N (1.2 1.3)F總 (1.2 1.3) 442305 530766N 574996N 滿足使用要求 3. 工作臺(tái)尺寸: 570×860 模具尺寸:315×250 4. 模柄孔尺寸: Φ50×85 模柄安裝尺寸:Φ45×55 4、模具主要零部件的設(shè)計(jì)。 4. 1沖孔Φ10凸模設(shè)計(jì)。 由于凸模較長(zhǎng),為了增加凸模的強(qiáng)度
40、與剛度,凸模非工作部分應(yīng) 制 成 逐 漸 增 大 的 多 級(jí) 形 式 , 凸 模 固 定 板 厚 度 去 3 8mm, 凸 模 結(jié) 構(gòu) 根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要來(lái)確定。 L h凸模固定板 h 橡皮 h彎曲凸模 26 = 38 +60 +1 10- 26 = 19 2 mm ① 承壓應(yīng)力校核 沖裁時(shí)凸模承受的壓應(yīng)力 p , 必 須 小 于 凸 模 材 料 強(qiáng) 度 所 允 許 的 壓 應(yīng) 力 p F p A p 對(duì)于圓形凸模,由上式可得 d 4
41、 即 4 t t dmin p p dmin 4 450 2 1200 3.6 mm 凸模淬火到 58~62HRC時(shí) p ( 10 0 0 ~ 16 00 ) MPa ②失穩(wěn)彎曲應(yīng)力檢驗(yàn) 圓形凸模 L max 270 d 2 100 270 152.5mm F 31400 滿足設(shè)計(jì)要求 4. 2落料凹模的設(shè)計(jì) 落料凹模內(nèi)部有彈性卸料裝置,
42、所以凹模刃口應(yīng)采用直臂形刃口 , 查 表 得 ,取 刃 口 高 度 h =6 mm,由 于 該 模 具 選 用 組 合 式 凹 模 。 根 據(jù)模具結(jié)構(gòu)選用一組對(duì)稱的。沖裁時(shí)凹模承受沖裁力合側(cè)向擠壓力的作用。由于凹模的結(jié)構(gòu)形式方法眾多,受力情況又比較復(fù)雜,目前還不能用理論方法精確地把凹模外輪廓尺寸算出來(lái)。在 實(shí)際生產(chǎn)中,通常根據(jù)沖件的料厚度和沖件的輪廓尺寸,把凹模刃壁至外形邊的距離,按經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。 4. 3凸凹模的設(shè)計(jì) 再?gòu)?fù)合模中,至少有一個(gè)凸凹模。凸凹模的外緣均為刃口,內(nèi)外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸,從強(qiáng)度考慮,壁厚受最小值限制。對(duì)于
43、倒裝復(fù)合膜,因孔內(nèi)會(huì)積存廢料,所以最小壁厚要厚一些。凸凹模的最小壁厚一般由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)決定。 4. 4凸模固定板的設(shè)計(jì) 凸模固定板的作用是用來(lái)固定凸模的,由于該模具的主要作用是固定用的,因此該零件不需要太高的硬度,故選用經(jīng)常用的 45鋼來(lái)加工該零件,在設(shè)計(jì)該零件時(shí),要保證上下兩面的平行度要求,且需要保證
44、凸??椎木纫?。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的 0. 6-0. 8 倍,其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同,固定 板 的 凸 模 安 裝 孔 與 凸 模 采 用 過(guò) 渡 配 合 H7/ m6 、 H7/ n 6, 壓 裝 后 將 凸 模斷面與固定板一起磨平。 4. 5墊板的設(shè)計(jì) 墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力,以降低模座所受的單位壓力,防止模座被壓出凹坑,影響凸模的正常工作。模具中最為常見(jiàn)的是凸模墊板,模具是否加裝墊板要根據(jù)模座所受壓力的大小進(jìn)行判斷,若模座所受單位壓力大于模座材料的需用壓應(yīng)力,則 需 加
45、墊 板 。墊 板 外 形 尺 寸 可 與 固 定 板 相 同 ,其 厚 度 一 般 取 3 - 10 mm。墊板材料為 45 鋼,淬火硬度為 43-48HRC。墊 板上下表面應(yīng)磨平,以保證平行度要求。為了便于模具裝配,墊板上銷釘通過(guò)孔直徑可比銷 釘 直 徑 增 大 0. 3 - 0. 5mm。 4. 6模座的設(shè)計(jì) 上模座用來(lái)固定上模部分零件,并同過(guò)模柄或螺栓、壓板把上模固定到壓力機(jī)滑塊上,同時(shí)又起到傳遞并承受沖裁力的作用。下模座用來(lái)固定下模部分零件,并通過(guò)螺栓,壓板將下模座固定在壓力機(jī)工作臺(tái)面上,同時(shí)起著承受并分散沖裁力的作用。設(shè)計(jì)模座時(shí)
46、一般按照國(guó)標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模架設(shè)計(jì),自行設(shè)計(jì)時(shí),圓形模座的直徑應(yīng) 比 凹 模 板 直 徑 大 30 - 7 0mm, 矩 形 模 座 的 長(zhǎng) 度 應(yīng) 比 凹 模 板 長(zhǎng) 度 大 4 0- 70 mm。 寬 度 可 以 略 大 于 或 等 于 凹 模 板 的 寬 度 , 模 座 的 厚 度 可 以 參照標(biāo)準(zhǔn)模座,一般為凹模板厚度的 1.0-1. 5 倍。模座材料一般選用鑄鐵,也可以用 Q235、Q255 結(jié)構(gòu)鋼,沖裁力大時(shí)也可以選用鑄鋼 ZG3 5 ZG4 5. 4. 7模柄的設(shè)計(jì) 模柄的作用是使模具的中心線與壓力機(jī)的中心線重合,并把沖壓模具零件部
47、分固定在壓力機(jī)的滑塊上,常用于 1000KN以下的壓力機(jī)上的中、小模具的安裝。此套模具選用壓入式模柄,他與模座孔采用過(guò)渡配合,加銷釘以防止轉(zhuǎn)動(dòng),模柄有較高的垂直度和同軸度。 4. 8導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇 對(duì)于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命高的模具,一般采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套來(lái)保證上、下模的導(dǎo)向精度。導(dǎo)柱、導(dǎo)套在模具中
48、主要起導(dǎo)向作用。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、沖壓的精度及材料厚度等的不同,其配合間隙也稍微不同。因?yàn)楸局萍暮穸?為 0. 6 mm, 所 以 采 用 H7/ h6 。 5、繪制模具總裝配圖
49、 這是一個(gè)后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)向的復(fù)合模,橡皮的作用是提供彎曲時(shí)所需的壓力,為后來(lái)的沖孔落料提供必要的空間,同時(shí)也起到了壓料與卸料作 用。由于限位螺釘?shù)淖饔?,凸模被限制在一定的活?dòng)范圍內(nèi),不會(huì)因自重而落下,由于沖孔凸模采用階梯結(jié)構(gòu),有效地保證了凸模的剛度。落料凸模與彎曲凹模做在一起,彎曲后在進(jìn)行落料,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,同樣保證了落料凸模與彎曲凹模強(qiáng)度,故不再考慮由于制件的不對(duì)稱,而產(chǎn)生的偏移現(xiàn)象。 6、結(jié)束語(yǔ) 大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束,畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)
50、,是對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí),我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí),對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解,達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題,我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過(guò)在新飛電器有限公司、洛陽(yáng)中國(guó)一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí),我對(duì)于模具特別是塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí),豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過(guò)程方面的知識(shí),而對(duì)于模具的制造工藝更是實(shí)現(xiàn)了零的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下,同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)查閱了很多相關(guān)資料并親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體,明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊(cè)和書籍,設(shè)計(jì)中,將充分利用和查閱各種資料,并與同學(xué)進(jìn)行充分討論,盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,將有一定的困難,但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力,相信會(huì)完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限,而且缺乏經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免,肯請(qǐng)各位老師指正。
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