0068-限位板沖壓成形工藝及沖孔落料級進模設(shè)計【全套18張CAD圖】+設(shè)計說明書
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目錄
1緒論 2
1.1沖壓模具基本概念 2
1.2沖壓模具的歷史及發(fā)展 2
2.限位板級進模設(shè)計 5
一、工藝性分析 6
二、排樣設(shè)計 6
三、工藝方案的確定 8
四、模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定 9
五、沖壓力的計算,初選壓力機 9
六、刃口尺寸的計算 12
七.主要零部件的設(shè)計 14
八、限位板沖孔落料連續(xù)??傃b圖 22
九、模具凸模加工工藝 23
參考文獻 25
1緒論
1.1沖壓模具基本概念
沖壓模具--在冷沖壓加工中,將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備,稱為冷沖壓模具(俗稱冷沖模)。沖壓--是在室溫下,利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。
? ? 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備,是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等,與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(shù)水平的高低,是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一,在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
1.2沖壓模具的歷史及發(fā)展
我國考古發(fā)現(xiàn),早在2000多年前,我國已有沖壓模具被用于制造銅器,證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領(lǐng)先。1953年,長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間,該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀(jì)60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了溫長的發(fā)展道路之后,目前我國已形成了300多億元(未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字,下同。)各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。
一、沖壓模具市場情況
我國沖壓模具無論在數(shù)量上,還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展,但與國發(fā)經(jīng)濟需求和世界先進水平相比,差距仍很大,一些大型、精度、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口,特別是中高檔轎車的覆蓋件模具,目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模,已趨供過于求,市場竟?fàn)幖ち摇?近年來,我國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。精度達到1~2μm,壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達到Ra≤1.5μm的精沖模,大尺寸(φ≥300mm)精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當(dāng)高的水平。
????21世紀(jì)開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及,現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。
模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,已成為人們的共識。在“八五”、九五“期間,已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術(shù),數(shù)控加工的使用率也越來越高,并陸續(xù)引進了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG,美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer,美國CV公司的CADSS,英國DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實現(xiàn)二維CAD,多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡,總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。
????模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應(yīng)用,與其他加工制造業(yè)所無法比擬的。從工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)看,模具是現(xiàn)代工業(yè),特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、攻關(guān)器械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備。據(jù)資料統(tǒng)計,利用模具制造的零件數(shù)量,在飛機、汽車、摩托車、拖拉機、電機、電器、儀器儀表等機電產(chǎn)品中占80%以上;在電腦、電視機、攝像機、照相機、錄像機等電子產(chǎn)品中占85%以上;在電冰箱、洗衣機、空調(diào)、電風(fēng)扇、自行車、手表等輕工業(yè)產(chǎn)品中占90%以上;兵器產(chǎn)品中占95%以上。
????目前,我國加入WTO之后,在當(dāng)代工業(yè)的迅速發(fā)展下,各行業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加,換型加快,對產(chǎn)品質(zhì)量、樣式和外觀也不斷提出新要求,使模具需求增加,對模具質(zhì)量要求也越來越高,模具技術(shù)直接影響制造業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)品更新?lián)Q代和產(chǎn)品競爭能力。因此,迅速提高模具技術(shù)水平已成為當(dāng)務(wù)之急。例如,日本汽車、計算機、電視機、手機等產(chǎn)品的品種、數(shù)量、質(zhì)量在國際市場占有優(yōu)勢地位,其重要原因之一就是日本模具技術(shù)居于世界領(lǐng)先水平。
??? 從資料獲悉,目前,美國、日本、德國等發(fā)達國家的模具總產(chǎn)值都已超過機床總產(chǎn)值。模具技術(shù)的進步極大地促進了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)發(fā)展,模具是“效益放大器”,用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值將超過自身價格的幾十倍乃至上百倍及上千倍。
????據(jù)各國報導(dǎo),模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱之“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”,如今世界模具工業(yè)的發(fā)展速度超過了新興的電子工業(yè),已實現(xiàn)了模具專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化,因而深受贊譽。美國工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”,日本稱模具工業(yè)為“進入富裕社會的原動力”,在德國,被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱號,而歐盟一些國家稱“模具就是黃金”,新加坡政府則把模具工業(yè)作為“磁力工業(yè)”,中國模具權(quán)威經(jīng)理稱為“模具是印鈔機”。可見模具工業(yè)在世界各國經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的地位。模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下,經(jīng)過幾十年努力,現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與制造能力已達到較高水平,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,我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。轎車覆蓋件模具,具有設(shè)計和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特點,可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計制造方法和手段方面基本達到了國際水平,模具結(jié)構(gòu)周期等方面,與國外相比還存在一定的差距。
標(biāo)志沖模技術(shù)先進水平的多工位級進模和多功能模具,是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具,已基本達到國際水平。 但總體上和國外多工位級進模相比,在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上,仍存在一定差距。
2.限位板級進模設(shè)計
工件名稱:限位板
生產(chǎn)批量:大批量
材料:B3
厚度:6
工件簡圖見圖
圖1
一、工藝性分析
零件名稱為限位板,材料是B3,厚度6mm。薄料,大批量生產(chǎn)。沖裁件形狀對稱,則應(yīng)力也是簡單對稱,有利于材料合理利用。精度一般。IT14級。
外形落料的工藝性:限位板的尺寸為中等尺寸,精度要求也一般,可由落料獲得。
沖孔的工藝性:沖孔主要是一個φ30的孔,無特殊要求,精度采用經(jīng)濟精度,零件圖已給公差,按按圖示要求制作。
由以上分析可知,圖示零件具有比較好的沖壓工藝性,適合沖壓生產(chǎn)。
二、排樣設(shè)計
1、確定零件的排樣方案
沖裁件在條料,板料上的布置方式叫排樣,觀察零件,零件為對稱矩形件。采用直排樣即可。
樣圖:
圖2 條料的排樣
2、條料寬度和材料利用率的計算
查表取得搭邊值為3.6mm(工件間搭邊)和4.2mm(側(cè)搭邊)。
條料寬度的計算:擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式,由
B-Δ=〔D+2a+c1〕- Δ﹝2﹞
a—側(cè)搭邊值
c1—導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙
代入數(shù)據(jù)計算,取得條料寬度為85.4mm。
材料利用率的計算:
查資料得6的B3規(guī)格有多種可以選擇,原材料選用1200 mm×1000 mm×6mm的冷軋薄鋼板。
材料利用率通用計算公式
=
式中 A—一個沖裁件的面積,mm2;
n—一個進距內(nèi)的沖裁件數(shù)量;
B—條料寬度,mm;
s—進距, mm
得
=
步距利用率是47.5%
三、工藝方案的確定
限位板零件所需的基本沖壓工序為落料和沖孔,可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一:用簡單模分2次加工,即沖孔----落料。
方案二:沖孔落料復(fù)合模。
方案三:沖孔落料級進模。
單工序模,生產(chǎn)率低,工件的累計誤差大,操作不方便,由于該工件為中批量生產(chǎn),方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
復(fù)合模,一個工作過程即可完成沖孔落料工序,生產(chǎn)效率高,形位精度高,但對模具的要求也相對提高,制造成本,工人勞動力也高。工件好、并相應(yīng)的精度要求。
級進模,滿足生產(chǎn)使用要求,且模具制作相對簡單,成本低,精度符合要求,有效的降低了成本,而且效率也高。
因此,在滿足使用要求,提高效率,降低成本的前提下,采用級進模
四、模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定
1)正倒裝結(jié)構(gòu):根據(jù)上述分析,本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序,為方便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。
2)送料方式,采用手動送料方式。
3)定位裝置:本工件在級進模中尺寸一般,大批量生產(chǎn),余料較多,第一次落料工位的落廢料刻由工人目測即可。以后可由固定擋料銷定位,在,落料凸模上安裝兩個導(dǎo)正銷,利用條料上1個φ30的孔用導(dǎo)正銷進行導(dǎo)正。
3)導(dǎo)向方式: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。,采用對角導(dǎo)柱模架。
4)卸料方式:本模具采用正裝結(jié)構(gòu),沖孔廢料和工件留在凹模孔洞中,為了簡化模具結(jié)構(gòu),可以在下模座中開有通槽,使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為6mm,料厚厚,采用剛性卸料方式。
五、沖壓力的計算,初選壓力機
1、沖裁工序總力的計算
(1) 沖裁力的計算:
沖裁力有沖孔φ30所需力P1。落料力P2。向下推出φ30廢料所需的力P3向下推出工件落料的力P4。
考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響,實際計算沖裁力時按下面公式:
P=KLtτ﹝3﹞
式中 P—沖裁力(kN)
L—沖裁件剪切周邊長度(mm)
t—沖裁件材料厚度(mm)
τ—被沖材料的抗剪強度(MPa)
K—系數(shù),一般取1.3。
上式中抗剪強度τ與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān),可在手冊中查詢。為方便計算,可取材料的τ=0.8σb,故沖裁力表達式又可表示為:P=1.3Ltτ≈Ltσb
式中 σb—被沖材料抗拉強度(MPa)。查手冊得B3鋼的σb=350MPa
P1= 1.3Ltτ≈Ltσb =41kN
P2= Ltσb =37kN
推件力 P3=nKtP1
Kt—推件力系數(shù),由手冊查得Kt=0.45
n—同時卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中
n=h/t=2
h—凹模刃部直壁洞口高度(mm),
t—料厚( mm)
查手冊表2—40可得和h=10mm,故n=2
P3= nKtP1=29kN
P4= nKtP2=63.3kN
工序總力P=P1+P2+P3+P4=178.3kN
2.初選壓力機
查文獻模具設(shè)計與制造手冊。開式可傾壓力機參數(shù)初選壓力機型號為JC23-23,見表一。
表一
公稱壓力/噸
滑塊行程/mm
滑塊行程次數(shù):次/分
最大封閉高度/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量/mm
16
70
120
220
45
3.壓力中心的計算
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作,應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機的中心滑塊中心線重合。否則,沖壓時滑塊就會承受偏心載荷,導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損,還會使合理的間隙得不著保證,從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命,甚至損壞模具。
此為多凸模模具的壓力中心,單凹模,計算時直接計算出其凹模的壓力中心就是壓力機的中心線。
計算其壓力中心的步驟如下:
按比例畫出凸模的工作部分剖面圖
在任意距離處作x-x軸y-y軸
分別計算出各線段和圓弧的重心到x-x軸的距離y1, y2, y3, y4和到y(tǒng)-y軸的距離x1, x2, x3, x4,
大凸模的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離下式確定:
到y(tǒng)-y軸的距離
x0=
=1.2mm
到x-x軸的距離
y0=40.67mm 零件為對稱零件,所以y
由于其余三個凸模為規(guī)則的凸模 ,則總的壓力中心y軸在32.5上
圖3 壓力中心的計算
六、刃口尺寸的計算
工作零部件的計算
由于制件結(jié)構(gòu)簡單精度要求不高,所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸凹模。這時需要分別計算和標(biāo)注凸模和凹模的尺寸和公差。
沖孔時,間隙取在凹模上,則:
凸模尺寸
dap=(d+x△)-δp0
凹模尺寸
dd=(d+x△+Zmin)0+δ
式中 Dd Dp——落料凹模和凸模的刃口尺寸,mm
dp dd——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸,mm
x——磨損系數(shù),由手冊查表2-30得:IT14級時x=0.5。
Zmin——雙面間隙,mm
△——工件公差,mm
δ——凸模和凹模的制造公差,mm
(1)、沖裁φ30mm孔凸模、凹模刃口尺寸的計算
凸模尺寸
由手冊表2-10查得△=0.35
dT=(d+x△)-δp0 =(30+0.75*0.13)0-0.027 =30.240-0.27
凹模尺寸
由表2-3.3得Zmin=0.04
dA=( dT +Zmin)0+δ=(30.208+1.08)0+0.022 =31.2080+0.022
(2)、外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計算
R22 的尺寸
DA=(D-x△)0+δ =21.740+0.216
DT=(DA+ Zmin)-δp0=20.660-0.144
R4的尺寸
DA=3.850+0.0.216
DT =2.770-0.144
R9的尺寸
DA =8.782 0+0.216
DT =7.702 0-0.144
七.主要零部件的設(shè)計
落料凸模
將落料凸模設(shè)計成直通式,采用線切割機床加工,兩個M8螺釘固定在墊板上,與凸模固定板的配合采用H6/m5配合,總長為46mm如右圖
凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的,其凸模長度用下列公式計算:
L=h1+h2+h3+h
式中 L—凸模長度, mm
h1—凸模固定板高度,mm
h2—卸料板高度,mm
h3—導(dǎo)尺高度,mm
h—附加高度,一般取15~20mm
圖4
圖5
圖6落料凸模結(jié)構(gòu)
整體式凹模裝于下模座上,由于下模座孔口較大因而使工作時承受彎曲力矩,若凹模高度H及模壁厚度C不足時,會使凹模產(chǎn)生較大變形,甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜,凹模高度可按經(jīng)驗公式計算,即
凹模高度H=KB
凹模壁厚C=(1.5~2)H
式中B----凹模孔的最大寬度,mm但B不小于15mm
C-----凹模壁厚,mm 指刃口至凹模外形邊緣的距離;
K=系數(shù),取0.40
凹模高度H=KB=27.6mm
按表取標(biāo)準(zhǔn)值30mm
凹模壁厚C=(1.5~2)H = 37.5~50mm
根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板200×200×30
①沖裁φ30mm孔凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化(包括外形尺寸和厚度)
小凸模長度 L=71mm
由小凸模刃口d=20.66mm
小凸模強度校核 要使凸模正常工作,必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力,即
對于圓形凸模 dmin≥
式中 dmin—圓形凸模最小截面直徑,mm
t—沖裁材料厚度,mm
—沖裁材料的抗剪強度,MPa
—凸模材料許用強度,?。?.0~1.6)×103MPa
dmin≥==0.56mm 所以承壓能力足夠。
凸模固定板材料可用45鋼,結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格見手冊表15.57可得200x200x25
(3)凹模組件的尺寸確定和示意圖
凹模采用整體式凹模,各沖裁的凹??拙捎镁€切割加工,安排凹模在模架上的位置時,要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù),使壓力中心與模柄中心重合。
凹模的長度選取要考慮以下因素:
a)保證有足夠的安裝剛性卸料板的位置。
b)便于導(dǎo)尺發(fā)揮作用,保證送料粗定位精度。選取凹模邊界為200mm×200mm。凹模材料選用Cr12制造,熱處理硬度為58~62HRC。
圖7 整體式凹模的尺寸
定位裝置的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
固定擋料銷的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
為節(jié)省板料采用初始擋料銷,具體布置如裝配圖
固定擋料銷的設(shè)計根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件,選用此擋料銷如圖8
圖8 固定擋料銷的結(jié)構(gòu)
選用直徑φ8mm,h=4mm材料為45鋼A型固定擋料銷(JB/T7649.10—94)
根據(jù)分析選用廢料孔前端定位時擋料銷位置如圖9
廢料孔前端定位時擋料銷位置(如圖9)
圖9 固定擋料銷的位置
=C-()+0.1
——擋料銷與導(dǎo)正銷的間距 mm
C——連續(xù)模的步距 mm
d——擋料銷頭部直徑 mm
=15mm
(3)導(dǎo)料板的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化
導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸,外側(cè)與凹模齊平,導(dǎo)料板與條料之間的間隙取1mm,厚度按表2.9.7取6mm。導(dǎo)料板的材料為45鋼,熱處理硬度為40~45HRC
螺釘與銷釘固定。進料端安裝有承料板。
標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
由凹模周界可以選取標(biāo)準(zhǔn)模架。
凹模周界L=200mm,B=200mm,閉合高度h=225mm
材料為ZG45(ZG310-570),0I級精度的對角導(dǎo)柱模架。如圖11。
上模座標(biāo)記:2003160345 GB/T2855.1—90
下模座標(biāo)記:2003160350 GB/T2855.2—90
模柄標(biāo)記:A503110 JB/T 7646.1
圖10
模柄與上模座的聯(lián)接采用壓入式的結(jié)構(gòu)
聯(lián)接件的選用與標(biāo)準(zhǔn)化
本模具采用螺釘固定,銷釘定位。具體講
內(nèi)六角螺釘標(biāo)記:35鋼M8365 GB70—85
螺釘標(biāo)記:35鋼M12330 GB68—76
八、限位板沖孔落料連續(xù)??傃b圖
前面各節(jié)已經(jīng)設(shè)計好了限位板限位板沖孔落料連續(xù)模各零件,根據(jù)前面的設(shè)計,限位板沖孔落料連續(xù)模的總裝圖如圖12
圖11 限位板沖孔落料連續(xù)??傃b圖
1-下模座 2-凹模 3-內(nèi)六角螺釘 4-導(dǎo)柱左 5-落料凸模 6-導(dǎo)套左 7-凸模固定板 8-墊板 9-上模座 10-內(nèi)六角螺釘 11-止動螺釘 12模柄 13-定位銷釘14-導(dǎo)套右 15-上模墊板 16-導(dǎo)柱右 17-沖孔凸模 18-卸料板 19-導(dǎo)料板A 20-定位銷 21-導(dǎo)料板B 22-定位銷釘 23始用擋料銷
九、模具凸模加工工藝
1:下料。坯鍛造成80x80x71。
2:熱處理。退火
3:刨削。削六面,互為直角,余量。
4:熱處理。調(diào)質(zhì)。
5:磨平面。磨六面,互為直角。
6:鉗工劃線。劃出個孔位置線 。
7:加工個孔及螺釘孔。按位置加工螺釘孔、銷釘及穿絲孔。
8:熱處理。淬火回火達到58~62HRC。
9:磨平面。 精磨上、下平面。
10:線切割加工。按照圖紙加工,達到圖紙要求
11:鉗工精修。全面達到要求。
12:檢驗
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