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冲孔模说明书
第一组冲孔模具方案设计
小组成员:
李志宏张传辉
任耀冯加豹
1引言
我国的模具工业的发展,日益受到人们的重视和关注在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中,6O%一8O%的零部件都要依靠模具成形(型)。
用模具生产制件所具备的高精度,高复杂程度高一致性、高生产率和代消耗,是其它加工制造方法所不能比拟的。
近几年我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展,2003年,我国模具总产值超过400亿元人民币。
现代模具行业是技术、资金密集的行业。
它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时,也直接为高新技术产业服务。
模具是工业生产中使用广泛的基础工艺装备。
有人说,现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。
模具技术水平的高低,在很大的程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力,因此已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
我国模具工业作为一个独立、新型的工业,正处于飞速发展阶段,已经成为国民经济的基础工业之一,其发展前景是十分广阔的。
模具的CAD/CAE/CAM涉及面广、及多种学科与工业技术于一体,是综合型、技术密集型产品。
随着计算机软件的发展和进步,CAD/CAE/CAM技术也日益成熟,在现代模具中的应用将越来越广泛。
可以预料不久的将来,模具制造业将从机械制造业中分离出来.而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业.与此同时.也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。
本设计是u型零件,材料是Q235,本次设计采用AUTOCAD辅助设计,大大缩短了模具设计过程的工作周期,提高了模具设计的效率。
由于本人所学模具知识水平有限,视野狭小,在设计中还存在这样那样的问题和错误,敬请老师批评指正。
零件冲孔设计
1零件工艺性分析
材料:
45号刚
材料厚度:
1.6mm
制造精度:
IT9
生产批量:
大批量
零件简图:
如图2.1所示
图2.1零件图
工件厚度t=1.6mm,孔的边缘线距弯曲线的距离L<2t。
弯曲时,孔会变形。
因此在工艺安排上应该先落料,再弯曲,最后冲孔便可以达到图纸要求。
根据以上分析,该工件宜先落料,再弯曲最后冲孔达到图纸要求。
2零件冲裁模设计
2.1零件冲裁工艺性分析
1)制造精度
工件尺寸公差按IT10/IT12级制造。
查标准公差表,各尺寸公差如图2.2所示。
无其他特殊要求。
查有关手册可知,利用普通冲裁方式可以达到零件图纸要求。
2)结构与尺寸
工件结构简单,外形对称。
孔的直径(相对厚度)大,孔壁>1.5t,这些结构因素均宜冲裁。
3)材料
表2.1常用冲压材料的性能和规格
碳素结构钢Q235,抗拉强度σb=380~470MPa,抗剪强度τ=310~380MPa,断后伸长率δ10=21~25%。
此材料具有较高的弹性和良好的塑性,其冲裁加工性能比较好。
根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。
2.2确定冲裁工艺方案
方案1单工序方案,优点:
零件容易制造,缺点:
产品精度低,生产效率低
方案2复合模设计,优点:
产品精度高,生产效率高;缺点:
零件不易制造。
综合我校情况及我们小组情况,选择方案2
由此确定工序如下:
下料——落料——弯曲——冲孔——检验。
2.3确定模具总体结构方案
1)模具类型
根据零件的冲裁工艺方案,采用导柱式单工序冲裁模。
2)操作与定位方式
虽然零件的生产批量较大,但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求,而且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。
考虑零件尺寸以及厚度,为了便于操作和保证零件的精度,宜采用导料板导向、固定挡料销定距的定位方式。
3)卸料与出件方式
采用刚性卸料方式,手动取出产品。
4)模架类型与精度
由于零件厚度较薄,冲裁间隙较小,因此采用受力平衡、导向平稳的对角导柱模架。
考虑零件精度以及冲裁间隙,采用Ⅰ级模架精度。
2.2.4工艺与设计计算
1)冲裁件总长
130.3
3)冲裁力计算
冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。
计算冲压力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。
选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力,所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力,以适应冲裁的要求。
冲裁力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。
(1)冲裁力计算及压力机的选择
冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。
一般对于普通平刃口的冲裁,其冲裁力F可按下式计算:
Fc=L·t·Rm(2-3)
式中:
F——冲裁力,N;
L——冲裁件的冲裁长度,mm;
t——板料厚度,mm;
Rm——材料的抗拉强度,Mpa;
Fc圆=3.14*5*1.6*500=12560N
Fc非圆=(3.14*5.8+(80.2-5.8)*2)*1.6*500=13360N
Fc=12560+13360=25900
2)卸料力、推件力和顶出力
从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力;把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力;
卸料力和推件力通常采用经验公式进行计算,见式(2-4)。
卸料力:
F卸=Kx*Fc
推件力:
F推=n·KT·FC(2-4)
式中:
KX、Kt——分别为卸料力、推件力系数,其值见表(2—4);
N=h/t;
表2.4推件力、顶件力、卸料力系数
料厚/(mm)
Kt
K顶
Kx
钢
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.1
0.063
0.055
0.045
0.14
0.08
0.06
0.05
卸料力:
F卸=Kx·Fc=0.04×25.9KN=1.036KN
推件力:
F推=n·Kt·Fc圆=6/1.6×0.055×25.9KN
=5.341875KN
由于采用刚性卸料所以
F=Fc+F推
=25.9+5.341875KN
=31.241875KN
4)压力中心的计算
图2.7冲孔落料压力中心图
选定坐标系xoy如图2.7所示。
计算并取整得
X1=60X2=6Y=0
5)计算凸、凹模刃口尺寸及公差
模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度,因而,正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差,是冲模设计的重要环节。
1)凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则
实践证明,冲孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。
冲孔时取凸模作为设计的基准件。
计算凸模和凹模尺寸时应遵循的原则如下:
(1)冲孔时,先确定凸模刃口尺寸。
凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大极限尺寸,以保证凸模磨损在一定范围内也可使用。
而凹模的基本尺寸则按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小间隙值。
(2)在确定模具刃口制造公差时,既要能保证工件的精度要求,又能保证合理的间隙数值。
一般模具制造精度比工件精度高3~4级。
对冲孔
5mm、槽型,采用凸、凹模分开加工的方法,其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下:
根据材料厚度,查手册可得:
Zmax=0.27mm
Zmin=0.23mm
Zmax-Zmin=0.04mm
查手册得,凸、凹模制造公差:
图2.9冲孔时各部分尺寸公差的分配位置
δ凸=δp=0.016mm
冲孔应先确定凸模刃口尺寸,间隙取在凹模上。
设工件孔的尺寸为d+△,其计算公式
d凸=(d﹢xΔ)
(2-6)
式中d凸、d凹——冲孔凸、凹模基本尺寸,mm;
Δ——工件制造公差,mm;
X——因数,x=0.75;
冲孔
5mm
d凸20=(d1+xΔ)
=(5+0.75×0.048)-00.016
=5.036-00.016=
mm
d凹20=(d凸1+Zmin)=(
+0.23)=
mm
冲孔槽型孔
取x=1
d凸宽=(d2+xΔ)
=(5.8+1×0.03)-00.016mm
=5.83-00.016=
mm
d凹宽=(d凸宽+Zmin)=
+0.23=
mm
d凹长=(L+xΔ)
=(80.2+1*0.087)-00.016=
mm
d凹长=(d凹长+Zmin)=
+0.23=
mm
2.2.5模具零、部件设计选用
1)凹模设计
凹模结构
整体式:
其优点是模具简单,强度好,制造精度高。
缺点是非工作部分也用模具刚制造,制造成本较高;若刃口损坏,需整体更换。
主要适用于中小型及尺寸精度要求高的制件
组合式:
其凹模工作部分采用模具钢制造,非工件部分采用普通材料制造,制造成本低,维修方便。
缺点是结构稍复杂,制造精度比整体式有所降低。
主要适用于大中型及精度要求不太高的制件。
镶拼式:
凹模型腔由两个或两个以上的零件组成。
这种结构使零件加工方便,降低了复杂模具的加工难道,易损部分易更换,维修费用低。
缺点是制件的精度低,装配要求高。
主要适用于形状复杂的制件
根据以上分析选用整体式结构
因冲件的批量较大,考虑凹模的磨损和保证冲件的质量,凹模刃口采用直刃壁结构,刃壁高度取6mm,凹模轮廓尺寸计算如下:
凹模厚度可根据经验公式:
Ha=
=14.6188(h≥15mm)
C=(1.3——2.0)*Ha=(26~30)(且c>30——40)
式中h——凹模厚度,[h]为mm;
C——凹模壁厚指最小壁厚
F——指冲裁力,N
凹模厚度为
查手册得:
Ha=20mm
根据算得的凹模轮廓尺寸,根据GB/T2851.8-81选取标准凹模板轮廓尺寸为L*B*H=200mm×100mm×20mm。
主要尺寸如图
其具体零件图2-10如下:
图2.10凹模零件图
3)凸模设计
凸模结构
整体式:
凸模的工作部分和固定部分做出一体,按其按装固定部分的情况又可分为直通式和台阶式直通式凸模工作部分和固定部分的形状与尺寸一致,轮廓为曲面或比较复杂,机械加工教困难;台阶式凸模工作部分和固定部分的形状与尺寸不一致,一般采用机械加工,当形状复杂时,成型部分常采用成型磨削加工。
镶拼式凸模:
是将凸模分成若干分体零件加工,然后用圆注销连成一体,安装在凸模固定板上,这样可降低凸模的加工难度。
组合式凸模:
由基体部分和工作部分组合而成,工作部分使用模具刚制造,基体部分可采用普通钢材来制造,从而节约了优质钢材,降低模具成不。
此种型式适合于大型制件的凸模
结合我校情况及时间安排此次采用整体式结构中的台阶式来固定凸模其基本尺寸如下图
圆形凸模
采用台肩式凸模,广泛采用台肩式结构,以防止卸料时从凸模固定板中拉出。
由于凸模形状简单,材料可以选用T10A,热处理硬度58~62HRC。
H=h1+h2+h3+A=20+15+10+15=60h1——凸模固定板厚度
h2——固定卸料板厚度
h3——导料板厚度A——自由尺寸
槽型部分凸模
(1)凸模固定板200*100*20
(2)凸模垫板
200*100*20
4)模架的选用
为了保证模架有足够的强度、刚度和精度以使冲裁的工件达到应有的质量,选用应用最广泛的用导柱和导套作为导向装置的模架。
本设计选用对角导柱模架导柱,导套分别装在上,下模架的后侧,凹模面积是导套前的有效区域,可用于冲压较宽条料,且可用边角料。
送料及操作方便,可纵向,横向送料。
此类模架适用于大批量生产。
根据冷冲模标准,如图2-10,选用:
模架200×100×(160~190)ⅠGB/T2851.1-1990
技术条件:
按JB/T8050-1999的规定
⑸模柄
根据冷冲模标准,选用:
A50*95GB2862.2——81.A3
材料:
45
技术条件:
按JB/T77653-1994的规定
5)卸料装置设计
本设计采用的是用于刚型卸料装置,包括卸料板。
卸料板
根据凸凹模尺寸,卸料板轮廓尺寸定为100mm×28mm×15mm。
其他尺寸根据卸料装置和安装固定要求确定。
材料可以选用45钢。
6)导料板设计
固定挡料销
材料:
45
热处理硬度43~48HRC
技术条件:
按JB/T7653-1994的规定
⑸螺钉
根据冷冲模标准,如表2.20选用适当尺寸的螺钉:
凸模固定螺钉M8*60GB/T70.16个
凹模固定螺钉M8*40GB/T70.16个
导料板固定螺钉M6*25GB/T70.14个
表2.20圆柱头六角螺钉JB/T70.1-2000
⑹销
根据冷冲模标准,选用适当尺寸的销:
表2.21
凹模定位销d=8*50GB/T119.12个
凸模定位销d=8*70GB/T119.12个
导料板定位销d=6*20GB/T119.14个
附录
(1)基轴制常用优先配合
(2)基孔制常用优先配合
(3)冲压模零件配合关系测绘表
参考文献
[1].许发樾.模具标准应用手册. 机械工业出版社, 1994.11
[2].王孝培.实用冲压技术手册. 机械工业出版社,1988.2
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[4].许发樾.实用模具设计与制造手册. 机械工业出版社, 2003.2
[5].Wilson,F.W.DiedesignhandbookMcGraw.1990.6
[6].薛启翔.冲压模具设计制造难点与窍门. 机械工业出版社, 2002.9
[7].丁松聚.冷冲模设计.机械工业出版社,2001.10
[8].陈锡栋,靖颖怡. 冲模设计应用实例. 机械工业出版社, 2003.4
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[14].中国纺织大学工程图学教研室等.画法几何及工程制图.上海科学技术出版社,2001.3
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