毕业设计(论文)-短臂件冲压模具设计 (2).doc
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1、成人高等教育毕业设计题 目:短臂件冲压模具设计学院(函授站):潍坊工商职业学院社会培训处 年级专业:2008级机械设计制造及其自动化 层 次: 本科 学 号: 姓 名: 指导教师: 起止时间:2010年 7月1日10月2日IV山东理工大学成人高等教育函授本科论文摘 要近十多年来,随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识,冲压成形技术取得了前所未有的进展。本论文应用所学专业理论课程和生产实际知识进行了冷冲压模具设计工作的实际训练,从而培养和提高学生独立工作能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容。通过本次设计,掌握冷冲压模具设计的方法和步骤,掌握冷冲压模具设计的基本技能,懂得了怎
2、样分析零件的工艺性,怎样确定工艺方案,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,同时对相关的课程进行了全面的复习。本设计采用落料冲孔复合模,模具设计制造简便易行。考虑到冲压技术在当今制造业的地位及发展前景,因此,值得进一步学习和研究。关键词:先进制造 冲压 模具 设计目 录摘 要I目 录II前 言1第一章 冷冲压模具基本知识21.2冲压工艺的特点及应用 2第二章 零件工艺分析及设计方案确定42.1工件零件42.2零件工艺分析42.3确定工艺方案模具结构62.3.1定位装置82.3.2卸料装置8第三章 冲孔落料模模具结构设计93.2排样及计算条料宽度及确定步距93.3材料利用率的计算103
3、.4总冲压力的计算123.5冲压设备的选用133.6压力中心的计算14第四章 冲孔落料模的主要零部件设计164.1凹凸模工作部分尺寸计算原则164.2凹模的尺寸及制造精度164.3凸模的尺寸及制造精度174.4、凹模间隙194.5模的结构形式194.6凸模的设计20第五章 冲孔落料模辅助零件设计235.1挡料销235.2导料板235.3卸料板245.4导向零件245.5连接与固定零件255.5.1上、下模座255.5.2模柄255.5.3螺钉与销钉26第六章 压筋切舌模设计计算276.1弯曲力的计算276.2凸、凹模圆角半径276.3凸、凹模间隙286.4弯曲模零件总体尺寸的确定286.5模具
4、自制零件的材料及热处理要求296.6压筋切舌模压力机的选择29总结30致谢31参考文献32附件 模具的安装调试33A.1 冲孔落料模的安装调试33A.1.1确定装配方法和装配顺序33A.1.2装配要点33A.2压筋切舌模的安装调试3434前 言随着科学技术的发展需要,模具已成为现代化不可缺少的工艺设备,模具设计是模具专业一个重要教学环节,是一门实践性很强的学科,是我们对所学知识的综合运用,通过对专业知识的综合运用,使学生对模具从设计到制造的过程有了一个基本的了解和认识,为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。毕业设计的主要目的有两个:一是让学生掌握查阅资料手册的能力,能够熟练地运用工程软
5、件进行模具设计。二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。本设计主要工序包括:冲孔和落料。本设计分别论述了产品工艺分析、冲压方案的确定、工艺计算、模板及主要零件设计、模具装配等问题。论文对压力机的选择、压筋切舌模的设计及模具的安装调试也做了详细分析。文中还附有必要的插图和数据说明,做到了对此短臂件冲压的明了、精确、系统的设计。本设计的内容是确定复合模内型和结构形式以及工艺性,绘制模具总图和非标准件零件图。 第一章 冷冲压模具基本知识 冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力,使其产生分离或变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法1.1冷冲压工序的分类。它是压力加工方
6、法的一种,是机械制造中先进的加工方法之一。 由于冷冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等不同,其冲压方法可分为分离工序和变形工序两大类。冷冲压可分为五个基本工序:(1)冲裁 使板料实现分离的冲压工序。(2)弯曲 将金属材料沿玩曲线弯成一定的角度和形状的冲压工序。(3)拉伸 将平面板料变成各种开口空心件,或者把空心件的尺寸作进一步改变的冲压工序。(4)成形 用各种不同性质的局部变形来改变毛坯或冲压件形状的冲压工序。(5)立体压制(体积冲压)将金属材料体积重新分布的冲压工序。1.2冲压工艺的特点及应用冷冲压工艺与其它加工方法相比,有以下特点:(1)用冷冲压加工方法可得到形状复杂
7、、用其它加工方法难以加工的工件,如薄壳零件等,冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的,因此,尺寸稳定,互换性好。(2)材料利用率高、工件重量轻、刚性好、强度高、冲压过冲耗能少。因此,工件的成本较低。(3)操作简单、劳动强度低、易于实现自动化、生产率高。(4)冷冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂,生产周期较长、成本较高,因此,多用于成批、大量生产。由于冷冲压有许多突出的优点,因此,在机械制造、电子、电器等各行各业中都得到了广泛的应用。在许多先进的工业国家里,冲压生产和模具工业得到高度的重视,模具工业成为重要的产业部门,而冲压生产则成为生产优质先进机电产品的重要手段。 第二章 零件工艺分析及设计方案确
8、定2.1工件零件对下图一冲压件进行设计,材料为Q235,厚度为2mm。批量1000件,精度要求不高,可用公差等级为IT14级。零件图如图2.1所示:图2.1工件图2.2零件工艺分析冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一般来讲,在满足工件使用要求的条件下,能以最简单最经济的方法将工件冲制出来,就说明该件的冲压工艺性好,否则,该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的,它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定冲压件的结构,形状,尺寸等是确定冲裁件工艺实应性的主要因素。此工件形状比较复杂,但精度要求不高只有IT14级,主要工序有冲孔、落料、压筋、切舌,冲孔尺
9、寸有:46;落料尺寸有:70 、35、50 、60、37、75、30; 压筋尺寸有:25;定位尺寸有:380.2;切舌尺寸有:15、15;定位尺寸有:150.2;Q235是普通碳素钢;材料状态:未淬火;抗剪强度=304373MPa;抗拉强度b=432461MPa;屈服点s=235MPa;伸长率10=1923%。从它的力学性能可知它的冲裁性较好。冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。主要用于加工板料零件。冲压加工时,板料在模具的作用下,于其内部产生使之变形的内力,当内力的作用达到一定程度时,板料就会产生与内力的作用性质相对应的变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。综上分析,要选取在满足工件质
10、量与生产率的要求下,模具制造成本低、寿命长、操作方便又安全的工艺方案。其具体要求为:对冲裁件形状与尺寸的要求1、冲裁件的形状应尽可能简单、对称,最好采用圆形、矩形等规则的几何形状或由这些基本形状所组成。在许可的情况下,把冲裁件设计成少、无废料排样的形状。2、冲裁件的外形或内孔的转角处,应尽量避免有过尖的锐角,宜采用圆角连接。3、冲裁件的孔径太小时,凸模易折断或压弯。冲孔的最小尺寸取决于材料的机械性能、凸模强度和模具结构。冲小孔的凸模宜采用保护套。 4、冲裁件上局部凸出或凹入部分应避免有窄长的切口和狭长的槽,否则会降低模具寿命和工件质量。5、冲裁件上孔与孔之间,孔至边缘之间的距离不宜过小,否则会
11、产生孔与孔间材料的扭曲或使边缘材料变形。也会影响冲模的强度及工件的质量都不易保证。冲裁件对尺寸精度的要求一般普通冲裁所得到冲裁件的尺寸精度在IT10IT11级以内。本工件材料为Q235,厚度为2mm。具有良好的冲压性能,且冲裁件结构形状简单,所以精度按照IT14级制造。取磨损系数X=0.5。结论(1)材料:Q235钢板是普通碳素结构钢,具有良好的可冲压性能。(2)工件结构形状:冲裁件内、外形应尽量避免有尖锐清角,为提高模具寿命,建议将所有90清角改为R1的圆角。(3)尺寸精度:零件图上所有尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差。经查公差表,各尺寸公差为:、500.620
12、、。2.3确定工艺方案模具结构因该工件属大批量生产,根据零件的生产批量、尺寸精度和材料种类与厚度,选择模具的导向方式与精度,定距方式及卸料方式等,现有如下两种模具结构方案:方案一:采用复合冲裁模结构。即:在压力机滑块一次行程中、在模具同一工位同时完成冲孔和落料。方案二:采用级进冲裁模结构。即:在压力机滑块的一次行程、在模具不同工位分别进行工件的内形和外形冲裁,而在最后工位才制成工件。级进模与复合模特点比较如表2.1:表2.1 级进模与复合模具特点比较项目级进模复合模工作情况尺寸精度可达到IT13IT10级可达IT9IT8级工件形状可加工复杂零件,如果宽度极小形状与尺寸要受模具孔与外形得位置精度
13、得异型件,特殊型件结构与强度得限制工件得平整性较差较高工件尺寸较差,易弯曲推板上落料,平整工件厚度宜较小零件0.66mm可较大零件0.053mm工艺性能操作性能安全性生产率方便比较安全可采用高生产率高速压机不方便,要手动卸料不太安全不宜高速冲裁条料宽度要求严格要求不严格模具制造形状简单的工件比复合模容易形状复杂工件比连续模容易该工件材料为Q235,厚度为2mm。大批量生产,精度要求不高,IT14级即可,对比以上两种方案决定采用级进模冲裁结构。通过到工厂的调研,了解到其工件包括下料、落料、冲孔、压筋、切舌几个工序。经过研究可采用以下几个方案来实施:1、下料压筋冲孔切舌落料2、下料冲孔切舌压筋落料
14、3、下料冲孔切舌落料压筋4、下料冲孔切舌落料压筋5、下料冲孔落料切舌压筋6、下料压筋冲孔切舌落料前三种方案主要是用来小批量生产,生产效率不高,模具设计比较简单。第四种方案是把落料、切舌和冲孔有一副连续模来做。采用此方案则要求设计的模具精度比较高,成本较大。第六种方案把落料、冲孔、压筋和切舌分成两副模具,可以满足大批量生产的要求,同时也可以节省模具成本,对模具的要求不是很高。设计的模具的结构比较简单。第五种方案相对第六种方案来说,主要考虑模具和工件的定位和压一般成形规律,与尺寸精度的影响。通过和老师讨论第五种方案较好。2.3.1定位装置为了使条料送料时有准确的位置,保证冲出合格的制件,同时考虑到
15、零件生产批量不多,且要求模具结构尽量简单,所以采用定位销定位。因为板料厚度t=2mm,属于较厚的板材,且制件尺寸不大,固采用侧面两个始用挡料销定位导向,在送料方向由于受凸模和凹模的影响,为了不至于削弱模具的强度,在送给方向采用一个固定挡料销。2.3.2卸料装置连续模冲裁时,条料将卡在凸凹模外缘,因此需要在下模设置卸料装置。在下模的卸料装置一般有三种形式:第一种刚性卸料,常用于较硬、较厚且精度要求不太高的工件冲裁。第二种弹性卸料,常用于冲裁厚度少于1.5mm的板料,由于有压料作用,冲裁件平整。第三种废料切刀卸料,主要用于大中型零件冲裁或成形见切边。由于该零件的条料较厚,故采用第一种刚性卸料结构。
16、第三章 冲孔落料模模具结构设计3.1工件展开图 工件展开图如图3.1所示:图3.1工件展开图3.2排样及计算条料宽度及确定步距在冲压生产中,节约金属和减少废料具有非常重要的意义,特别是在大批量生产中,较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。冲件的合理布置(即材料的经济利用),与冲件的外形有很大关系。根据不同几何形状的冲件,可得出与其相适应的排样类型,而根据排样的类型,又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。无废料排样是指工件与工件之间、工件与条料侧边之间均无废料。少废料排样是指沿工件的部分外形切断或冲裁。排样时工件与工件之间
17、及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边及侧搭边。搭边值的合理确定关系到工件的质量及模具的寿命。少排样法的废料只有冲裁刃之间的搭边或侧搭边,无废料排样是全部沿工件外形冲裁,在冲裁刃之间,工件与条料之间均无搭边。根据以上叙述可见,采用少,无废料排样要求工件的相应无搭边部分公差等级于板材一致或根本上无公差要求。鉴于图示工件的尺寸、外形及公差等级,采用少、无废料排样均不能满足要求,因此选用有废料排样,且为直排法。根据零件形状,两工件间按圆弧取搭边值b=2.5mm,侧边按圆形取搭边值a=2.2mm,条料与导料板间的间隙mm,垂直于送料方向的工件尺寸为 D=121mm。连续模进料步距为32.5mm。条料宽
18、度按相应的公式计算:B=(D+2a+);查表=1;B=(121+2.22+1) =124.4.mm3.3材料利用率的计算一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数称为材料利用率。 材料利用率是衡量材料经济利用的指标。一个步距内的材料利用率为=S/(AB)100 式中: S冲裁件面积(包括冲出小孔在内)(mm);A送料步距(mm);B条料宽度(mm);A=3307.29(mm);=3307.29/(32.5124.4)100%= 82.8%。画出排样图如图3.2所示:图3.2排样图3.4总冲压力的计算(1)冲裁力冲裁力是选择压力机的主要依据,也是设计模所必须的数据,因此要计算最大冲压力
19、。在冲裁过程中冲裁力的大小是不断变化的,如右图3.3所示,图中AB段为弹性变形阶段,板料上的冲裁力随 图3.3 冲裁力变化图 凸的下压直线增加。BC段为塑性变形阶段,C点为冲裁力的最大值。凸模再下压,材料内部产生裂纹并迅速扩展,冲裁力下降,所以CD是断裂阶段。到达D点,上下裂纹重合,板料已经分离。DE所用的压力,仅是克服摩擦的阻力,推出已分离的料。冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃口的冲裁,冲裁力F=KLt式中 F 冲裁力(N); L冲裁件周长(mm); t材料的抗剪强度(MPa); K系数。是考虑到刃口钝化间隙不均匀,材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数,常取K=1.
20、3。冲裁件的周长L=298mm,板料厚度t=2mm,查附表41,抗剪强度=340MPa,F=1.32982340=263432N(2)卸料力与推件力冲裁时,材料在分离前存在着弹性变形,在一般冲裁条件下,冲裁后材料的弹性恢复,使落料与冲孔废料梗塞在凹模内,而板料紧箍在凸模上,为了使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上的板料卸下,将梗塞在凹模内的工件或废料向下推出或向上顶出。卸料力 F卸=K卸F推件力 F推=nK推F式中 F冲裁力; K卸卸料力系数; K推推件力系数;由表查得 K卸=0.04,K推=0.045, F卸=0.04263432N=10537N F推=30.045263432N=35563
21、N压力机所需总冲压力:F总=F+F卸+F推 =263432+10537+35563N =309532N =309.54KN3.5冲压设备的选用压力机对模具寿命的影响也不容被忽视。压力机在不加载状态下的精度称为静精度,加载状态下的精度称为动精度。当压力机的动精度不好时,就等于用精度不好的压力机进行冲压加工。压力机的选用是制定冲压工艺和制定模具设计方案的一项重要内容。它直接关系到设备的合理使用,冲压工艺的的顺利实现、提高模具寿命、方便操作以及提高生产效率等一系列重要问题。选用压力机,主要是根据冲压工艺的性质,冲压件批量的大小,模具的尺寸和精度,变形力的大小等。压力机的选用包括选择压力机的类型和确定
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