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4.6固定零件设计………………………………………………………………15
4.7卸料零件设计………………………………………………………………15
4.8定位零件设计………………………………………………………………15
4.9模架设计……………………………………………………………………16
4.10弹顶器的弹性元件的选取………………………………………………16
4.11模具的工作过程…………………………………………………………17
4.12模具装配总图……………………………………………………………18
第5设计体会和小结…………………………………………………19
参考文献…………………………………………………………………………20
设计题目:
桶形件拉伸模设计
1、冲裁件下图1所示所示。
2、未注尺寸精度等级IT11,非圆形尺寸精度等级IT13,尺寸单位为mm。
3、生产批量为:
大批量生产。
4、材料选择08钢,总裁件厚为2.0mm。
D1=400,D2=450,H=28,R=5,t=20
实物图
第一章绪论
1.1冲压设计概论
随着冲压技术的不断进步和冲压生产的迅速发展,对冲压设计工作提出了愈来愈高的要求。
冲压设计是一项技术性很强的工作,其设计过程是实质上是再创造的的劳动过程。
冲压设计质量的优劣,不仅直接影响冲压产品的质量、成本及生产效率,而且也影响着冲压生产的组织与管理。
因此,冲压设计工作不仅要求设计人员具有较好的理论基础、丰富的实践经验、熟练的设计技能和认真负责的态度,而且还要求设计人员能在不断积累总结设计经验的基础上,及时获取最新的科学技术知识,尽快掌握现代化的设计手段。
只有这样,冲压设计工作才能适应工业生产迅速发展的需要。
1.2冲压设计的基本内容
冲压设计包括工艺设计和模具设计两方面内容。
冲压工艺设计是针对给定的产品图样,根据其生产批量的大小、冲压设备的类型规格、模具制造能力及工人技术水平等具体生产条件,从对产品零件图的冲压工艺分析入手,经过必要的工艺计算,制定出合理的工艺方案,最后编写出冲压工艺卡片的综合性的分析、计算、设计过程。
冲压模具设计则是依据制定的冲压工艺规程,在认真考虑毛柸的定位、出件、废料排除诸问题以及模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素后,构思出与冲压设备相适应的模具总体结构,然后绘制出模具总体装配图和所有非标准零件图的整个绘图设计过程。
1.3冲压设计的一般工作程序
在实际生产中,冲压件的形状、尺寸及其精度要求各异,且具体生产条件也不尽相同,这常给开始从事冲压设计的人员带来一定困难。
从另一方面看,只要遵循冲压变形的基本规律,搞清楚冲压基本工序的各自变形特点,尽管冲压件的形状、尺寸及精度要求不同,冲压设计的基本原则与方法则还是大同小异的。
一般情况下按以下工作程序进行:
(1)搜集冲压设计必要的原始资料;
(2)分析产品零件图的冲压工艺性;
(3)确定冲压工艺方案;
(4)确定模具类型;
(5)选择冲压设备;
(6)编写冲压工艺过程卡;
(7)重新审查产品零件图和冲压工艺过程卡;
(8)进行模具的总体设计;
(9)进行模具的主要零部件设计;
(10)绘制模具总装配图和零件图;
(11)编写模具设计计算说明书。
第二章冲压件工艺性分析
2.1冲压件工艺分析
2.1.1冲压件结构分析
此零件材料为08钢,厚度为2.0mm,产品形状结构比较简单,h/d较小,拉伸工艺性较好,产品为圆形落料、筒形拉深件。
2.1.2冲压件尺寸精度、断面质量分析
1.尺寸精度
任务书对冲件的技术要求为制件表面不得有划伤,无其它特殊要求,故未注尺寸精度级
IT11,查表得公差为±
0.4,非圆形尺寸精度等级IT13,查表得公差为±
0.97,尺寸单位为mm。
2.冲裁件断面质量
因为一般用普通冲裁方式冲2mm的金属板料时,其断面粗糙度Ra可达12.5~3.2
,毛刺允许高度为0.05~0.1mm;
本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求,单要求孔及轮廓边缘无毛刺,所以只要模具精度达到一定要求,在冲裁后加修整工序,冲裁件断面的质量就可以保证。
3.产品材料分析
本设计的产品材料为08钢,本设计的产品材料为08钢,属优质有色金属材料,其力学性能是强度、硬度低而塑性较好,非常适合冲裁加工。
另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求,所以尽量采用国家标准的板材,其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证
经上述分析,产品的材料性能符合冷冲压加工要求。
4.产量要求
零件图中无产量要求,但考虑到此零件可能被用于标准件,故初步定为大批量生产。
适合大批量生产的冲压加工方法,最好采用复合模或连续模
第三章工艺方案的确定及工艺计算
3.1工艺方案分析
根据题目分析得,该工件包括落料落料、拉深、、切边三个基本工序,设定工艺方案如下:
方案:
落料+拉伸复合;
之后进行切边,采用复合模。
分析:
该方案需要一副复合模具,工件的制造精度和生产效率都较高,工件的精度也能满足使用要求,操作简单,成本较低。
3.2工艺方案的计算
1.切边余量的确定
根据零件尺寸查表5-8得切边余量△R=6,df=﹙450+2×
6﹚mm=462mm
2.计算毛坯直径D
D=
依图得d1=390,d2=-400,d3=410,d4=450,h=18,r=5
带入公式得
D=
≈490mm
(其中206020×
/4为该拉伸件出去凸缘平面部分的面积)
3判断能否一次拉伸成形
=
=0.07
=0.4
=1.155
m=
=0.81
依据表5-6,表5-7,图5-18都说明能一次拉伸成形,仅需要一次拉伸。
4验证拉深系数是否超出极限
查参考文献[1]表5-6得极限拉伸系数mF=0.54,所以m>
mF,拉深系数符合要求。
5落料工序
落料工序需冲裁出直径D=490mm的板料。
综合以上计算分析,工艺方案定为:
裁剪——落料——拉深——切边。
3.3排样及裁板方式的经济性分析,材料利用率计算
1.排样是模具设计的核心部分,是复合模设计的重要依据。
工件排样图的设计可以确定:
排样图设计的好坏,对模具设计影响很大,因此要设计出多种方案进行比较,以选出最合理的方案。
2.制件的毛坯为简单的圆形件,而且尺适中,考虑到操作方便,宜采用单排,t=2.0mm。
3.排样设计
由表2-17查得搭边数值a=2,b=1.5
进距S=D+b=490+1.5=491.5
条料宽度B=D+2a=490+4=494
为了获得高的材料利用率,查参考文献[4]表1-11,板料规格选择2.0mm×
1500mm×
4000mm。
用横裁,则
裁板条数n1=
=8(条),余14mm
每条零件个数n2=
=3(个),余47.8mm
零件总个数n总=n2×
n1=3×
8=24(个)
材料利用率η=
×
100%=71.56%
3.4冲压工艺力计算及设备选择
3.4.1压边力的计算
采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱,拉深时压边力必须适当,压边力过大会引起拉伸力的增加,甚至造成制件拉裂,压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱,所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D
100
由于t/D
=2/490
=0.4
拉深系数m=0.48
故:
查《冲压工艺及冲模设计》表5-9知,拉深需要采用压边装置。
材料拉深时压边力为
=π[
-(
+2
)2]p/4
=π[4902-(400+2*5)2]*2/4=113.04KN
3.4.2拉深力的计算
查的08钢的强度极限
=400MPA。
m1=0.48,查《冲压工艺及冲模设计》表5-11
得K1=0.4334
拉深时拉深力F拉=
=3.14*400*2*400*0.4334=435.4kN
3.4.3落料力的计算
F落=Ltσb=(л×
490×
2×
400)N=123kN
3.4.4冲压设备的选择
由于零件属于中小型冲压件,且需要拉深工序,所以冲压设备类型初步选为开式压力机。
下面进行规格选择:
1.压力机吨位计算
F总=F落料+F拉深+F压边
=123+435.4+113.04≈671kN
F总压力=(0.5~0.6)F压力机
因此压力机计算压力为
F压力机=
=(1118.3~1342.8)kN
根据上述计算压力,压力机的公称压力要大于F压力机。
2.滑块行程
滑块行程应能保证毛坯的顺利放进与零件取出。
在冲裁时,压力机并不需要太大的滑块行程,滑块行程只要比凹模与卸料板上板料的距离大(2~3)即可。
在进行拉深时,行程一般取拉深件高度的(2~2.5)倍。
1.装模高度
模具闭合高度的值应小于压力机连杆调节到最短距离时,由压力机垫板上表面到滑块底平面的距离,其关系为
Hmax≥Hm+5
式中Hm----模具的闭合高度(mm)。
2.工作台尺寸
由于落料件的直径为Φ450mm,同时考虑到导柱、导套、送料装置的安装空间,工作台的尺寸应大于500mm。
综合以上要求,选择的压力机型号为JA21-160开式双柱固定台式压力机,技术参数见表8-1。
表8-1JA21-160技术规范
规格
数值
公称压力/kN
1600
工作台尺寸/mm
前后
710
滑块行程/mm
160
左右
1120
滑块行程次数/min
40
工作台孔尺寸/mm
最大封闭高度/mm
450
封闭高度调节值/mm
130
垫板尺寸/mm
厚度
滑块中心至床身距离/mm
325
直径
立柱间距/mm
380
滑块底面尺寸/mm
460
深度
70
650
80
电动机功率/kW
12.5
3.4.5压力机功率的核算
在根据冲压力选择压力机后,还必须核算该项压力机的功率(攻)是否适合。
压力机一个行程所产生的有效功Wp及压缩弹顶装置所需的功之和,即
Wp≥Wb+W
(1)每道冲压工序有效冲压功
1)落料冲压功
W落料=F落料t=123×
0.002=0.24(kN·
m)
2)Φ450mm拉深功
W拉深=F拉深h=435.4×
0.028=8.7(kN·
有效冲压功Wb=W落料+W拉深=8.948(kN·
(2)弹顶装置压缩功
由上述所得,弹顶装置为气垫。
压缩拉深功为
W=F压边fh=113.04×
0.15×
0.028=0.949(kN·
式中f----压边圈与板料、拉深凹模与板料的摩擦系数,单面取0.15,双面乘2。
(3)总冲压功
总冲压功是有效冲压功与压缩功之和:
W总冲压功=Wb+W=8.948+0.949=9.897(kN·
m)<12.5kW。
冲压功满足要求。
3.5模具压力中心的计算
由于该零件完全对称于相互垂直的两条多层次线,所以模具的压力中心在几何图形的狭槽点上。
3.6拉伸模工作部分结构和尺寸设计
3.6.1凹模圆角半径rd
rd=0.8
rd=10.7
式中rd1为凹模圆角半径;
为毛坯直径;
为凹模内径;
t为板料厚度。
3.6.2凸模圆角半径
在一般情况下,凸模的圆角半径与凹模的圆角半径取相等或者略小即:
rp=(0.7-1.0)rd
根据拉伸件情况,取凸凹模圆角半径相等rp=rd=10.7
3.6.3凸模和凹模单边间隙Z
由以上分析得到,间隙值应该与板厚相当,设计时有压边装置:
Z=tmax+kt
查表得到k=0.2,tmax=2
得到Z=2.5
3.6.4凸凹模工作部分尺寸及其公差
3.6.4.1凸凹模公差确定
确定凸模和凹模工作部分尺寸时,应考虑模具的磨损和拉深件的回弹,只在最后一道工序标注公差。
圆形凸、凹模的制造公差,根据工件的材料厚度与工件直径来选定,其数值列于参考文献[2]表4-57。
凸模的制造公差δ凸=0.060mm;
凹模的制造公差δ凹=0.10mm.
3.6.4.2凸凹模工作部分尺寸确定
根据参考文献[2]表4-56
凸模尺寸d凸=
凹模尺寸D凹=
d凸=
=
mm
D凹=
=
第四章模具的结构与主要零部件尺寸
4.1模具结构选择
1、冲模结构形式。
由冲压工艺分析可知,采用复合模。
2、定位方式。
因为该模具采用的是条料,控制条料送进方向采用导料销,无侧压装置,控制条料的送进步距采用固定挡料销定距。
3、卸料、出件方式的选择。
根据零件的形状和工艺方案,工件属于比较大型的零件,需要采用顶件器顶出。
4、导向装置的选择。
选择对角式导柱模架,该模架受力比较平衡,上模座在导柱上运动平稳。
使用面宽,常用与级进模或复合模。
4.2凸模工作尺寸
拉深凸模采用台阶式,材料用T10A,热处理58~62HRC,也是采用车床加工,与凸模固定板的配合按H7/m6的配合,拉深凸模结构如下图所示。
4.3落料凹模工作尺寸
选用圆凹模,材料用T10A,热处理60~64HRC,采用车床加工,与凹模固定板的配合按H7/m6,
(1).凹模块的厚度。
整体凹模的厚度H按冲裁力的大小进行估算,有
H=K
=1.5×
=75mm
式中K----修正系数。
(2).凹模壁厚。
凹模壁厚即凹模刃口到模块外边缘的距离:
c=1.8H=1.8×
28=50.4mm.
(3).从凹模外缘到螺孔中心的尺寸。
a1=(1.7~2.0)d,根据凹模壁厚,初步选定M12的螺纹。
即d=12mm,a1取24mm。
(4).螺孔到凹模孔、圆柱销钉到螺纹孔的尺寸。
螺孔到凹模孔、圆柱销孔的标注尺寸为F>
2d=24mm,最小允许尺寸为1.13d=13.5mm。
(5).螺孔与销钉数量。
查参考文献[4],螺孔数量为5个,销钉数量为4个。
具体尺寸如图所示。
4.4落料拉深凸凹模
凸模径向尺寸上面决定,现在需校核其强度。
凸模承压能力的校核
σ=
≤[σC],即лdtτ≤
[
],凸凹模材料初步选为Cr12MoV,查表可得[
]为(981~1569)MPa,经验算可达到强度要求。
凸模极限长度l≤0.35
=0.35
=63401mm,
满足要求。
4.5压边圈设计
由于此拉深件只需一次拉深成形,由于起皱的影响,锥形凹模的选用不利于拉深成形,故需确定使用压边圈来防止起皱。
毛坯的相对厚度t/D=0.004,工件拉伸系数为m=0.54,采用普通平端面凹模拉深,(0.09~0.17)(1-mF)=0.0165~0.0246,
t/D<
0.0165~0.0246,故需要使用压边圈。
分析得到,拉深时所需的压边力,在拉深开始阶段要求较大,而随着拉深深度的加大,压边力随之减小,才会有利于拉深的进行。
因而选择气垫装置和平面形压料圈。
大吨位的压力机下部带有气垫装置,压力可以调节,工作平稳,压缩空气的压力p一般为(0.5~0.6)MPa。
F压=113.04kN,所以气缸面积A=
=0.24167
d=
=437.5mm。
d过大,因缩小气缸尺寸,拟将气压定为0.9MPa,A=
=0.124
,d=
=409.5mm=369mm,取d=360mm。
4.6固定零件
由于工作零件强度足够,所以不需要使用垫板,固定方式采用螺钉固定,不采用固定板。
4.7卸料零件
打料杆推动推板推出卡在拉深凹模里的拉深件,打杆长度根据模具结构来设计,具体长度上端比模柄上平面高(15~20)mm,见装配图。
卸料板采用弹性卸料板,卸料板厚度为30mm,导料板厚度为15mm.
4.8定位零件
根据模具的结构形式,沿送料方向的导料采用导料板的侧面定位,端面采用固定挡料定位。
4.9模架的确定
模架选择滑动导向,对角导柱模架,由于导柱安装在模具中心的对称位置,因此受力平衡,上模座在导柱上滑动平稳,无偏斜现象,有利于延长模具寿命,该模架适用于纵向或者横向送料,使用面宽,所以比较适合该设计的使用。
各零件规格如下(单位为mm):
点的模架相关参数如下:
凹模周界D0=630;
闭合高度340~380;
上模座630×
75;
下模座630×
90;
导柱55×
320,60×
320;
导套55×
170×
73,60×
73;
模具闭合高度350。
导柱与导套结构由标准中选取,尺寸由模架中
参数决定。
导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时,导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm,而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。
导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6,导柱与下模座之间的配合为R7/h5。
导柱与导套材料采用20钢,热处理硬度为(渗碳)56-62HRC。
上下模座材料采用45钢,热处理硬度为调质28-32HRC。
4.10弹顶器的弹性元件的选取
选用弹簧作为弹性元件.选用圆柱螺旋弹簧,它的主要技术参数是工作极限负荷Fj与其相对应的工作极限负荷下的变形量Lj。
根据所需要的卸料力或推件力FQ以及所需要的量大压缩行程L0,来计算Fj与Lj,然后就可以在标准中选取相应的规格弹簧。
1)确定弹簧的数目为1
2)顶件载荷FQ=压边力=113.04N
3)最大压缩行程L0=h1+h2+h3+t=1+46.8+7+0.8=55.6mm
4)计算所需的弹簧的工作极限负荷Fj与工作极限负荷下的变形量Lj,K取40%
Fj=FQ/K=113.04/0.4=282.6N
Lj=L0/(1-K)=55.6/(1-0.4)=92.67N
由上述二式查弹簧标准表得:
弹簧材料直径为10mm,弹簧中径为75mm,节距为t=26.5,工作极限负荷Fj=282.6N,变形量Lj=92.67mm,有效圈数为7.5
4.11模具工作过程
模具在冲床上安装后,先开动机床进行试运行,确认模具及机床正常工作后即可进行冲压。
将剪板机已剪裁的调料从模具正面送入,条料侧面靠着导料销,前段用落料后的直边靠紧固定挡料销进行余下零件的冲裁,冲完板料上所有的零件。
在冲裁过程中,每一次工件都落在卸料板上,需手工用夹钳(磁性钳)取下,同时要注意废料落下是否顺畅,并及时清除落下的废料,以防堵塞废料底孔,造成模具事故。
4.12模具的装配总图
第五章设计体会和总结
这个课程设计我做了3个星期,刚开始看到这个设计题目时候,我还在庆幸觉得这幅模具挺容易的,毕竟图很简单,没有什么复杂的结构,分型面很好安排,也不需拉延结构。
但是在设计的过程中还是遇到了很多问题。
俗话说“麻雀虽小,五脏俱全”。
该设计的东西还是有很多的细节需要注意。
经过这次止动垫片的模具设计,我在多方面都有所提高。
做设计需要综合运用我们这个专业所学课程的理论,尤其对于工科的学生,更需要结合生产实际。
再设计的过程中我复习了冲压模具设计等课程所学的内容,经过查阅一些有关冲压模具设计指导的书籍,初步掌握冲压模具设计的方法和步骤,巩固的经过生产实习后了解到的模具的基本结构,也熟练了Pro/E、autoCAD、抓图软件等工具,提高了绘图能力,还更加明确了;
有关的绘图规范和标准。
在最后完工的,我感到有点累,但是更多是说不出的喜悦。
这次设计我也要感谢我的一些同学,如果没有他们的帮助和指导,我可能还不能很顺利的完成本次设计。
当然,我也深知自己在模具设计方面还有很多需要补充的知识,自己以后也会再接再励,学好本专业。
参考文献
【1】中国机械工程学会,中国模具设计大典编委会。
中国模具设计大典(第3卷)。
南昌:
江西科学技术出版社,2003.
【2】陈炎嗣,多工位级进模设计与制造。
北京:
机械工业出版社,2006。
【3】冲压模具设计指导/伍先明,刘厚才,蒋海波编著。
—北京:
国防工业出版社,2011.11
【4】冲压工艺及冲模设计/翁其金.徐新成主编.—北京:
机械工业出版社,2004.7(2011.6重印)
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