垫片的冲压模具设计.doc
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1、 常州信息职业技术学院模具设计与制造综合实训说明书目录摘要2第1章 冲裁件的工艺分析3第2章 冲裁工艺方案的确定4第3章 模具结构形式的确定5第4章 模具总体设计5第5章 模具设计计算7第6章 主要零部件设计15第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数17第8章 加工工艺.18设计总结23参考文献摘要近年来,我国家电工业的高速发展对模具工业,尤其是冷冲模具提出了越来越高的要求,2004年,冷冲模具在整个模具行业中所占比例已大大上升,据有关专家预测,在未来几年中,中国冷冲模具工业还将持续保持年均增长速度达到15%左右的较高速度的发展。冲压成型是金属成型的一种重要方法,它主要适用于材质较软的金属成
2、型,可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的垫片作为设计模型,将冷冲模具的相关知识作为依据,阐述冷冲模具的设计过程。本设计对垫片进行的级进模设计,利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路,确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠,保证了与其他部件的配合。并绘制了模具的装配图和零件图。本课题通过对垫片的冲压模具设计,巩固和深化了所学知识,取得了比较满意的效果,达到了预期的设计意图。 关键词:冲压模具;冲压成型;模具设计第1章 冲裁件的工艺分析图1-11.1 工件材料 由图1-
3、1分析知:10#钢为优质碳素结构钢,具有良好的塑性性、焊接性以及压力加工性,主要用于制作冲击件、紧固件,如垫片、垫圈等。适合冲裁加工。1.2 工件结构形状工件结构形状相对简单,有四个圆孔,孔与边缘之间的距离满足要求,料厚为2mm满足许用壁厚要求(孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚),可以冲裁加工。1.3 工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸,工件要求不高,尺寸精度要求较低,采用IT14级精度,普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析:该零件冲裁工艺性较好,综合评比适宜冲裁加工。第2章 冲裁工艺方案的确定方案一:先冲孔,后落料。单工序模生产。方案二:冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三:冲孔落料级进冲压。
4、级进模生产。表2-1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模(无导向)(有导向)级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件,如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制,尺寸可以较大,厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直,高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平,制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料,可以自动排除制件,生产效率高冲件被顶到模具工作表面上,必须手动或机械排除,生产效率较低安全性不安全,需采取安全措施比较安全不安全,需采
5、取安全措施模具制造 工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时,比复合模低冲裁较复杂零件时,比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂,精度要求较高,平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析:方案一模具结构简单,制造周期短,制造简单,但需要两副模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产的要求。方案二只需一副模具,制件精度和生产效率都较高,且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高,板料的定位精度比方案三低,模具轮廓尺寸较小。方案三只需一副模具,生产效率高,操作方便,精度也能满足要求,模具
6、制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。通过对上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案三为佳。 第3章 模具结构形式的确定级进模是指在条料的送料方向上,具有两个以上的工位,并在压力机的一次行程中,在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。级进模的定距方式有两种:挡料销定距和侧刃定距,本模具采用挡料销定距。第4章 模具总体设计 4.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知,采用级进模方式冲压,所以模具类型为级进模。4.2 操作方式零件的生产批量为10万件,但合理安排生产可用手动送料方式,既能满足生产要求,又可以降低生产成本,提高经济效益。4.3 卸料、出件方式4.3.1 卸
7、料方式刚性卸料与弹性卸料的比较:刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大,单边间隙取(0.20.5)t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用,主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用,冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择(0.10.2)t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时,二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作
8、落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 工件平直度较高,料厚为2mm相对较薄,卸料力不大,由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便,操作者可以看见条料在模具中的送进动态,且弹性卸料板对工件施加的是柔性力,不会损伤工件表面,故可采用弹性卸料。4.3.2 出件方式因采用级进模生产,故采用向下落料出件。4.4 确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式,即由右向左(或由左向右)送料。4.5 确定导向方式方案一:采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复
9、合模。方案二:采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制,送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧,工作时,偏心距会造成导套导柱单边磨损,严重影响模具使用寿命,且不能使用浮动模柄。方案三:四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件,以及大量生产用的自动冲压模架。方案四:中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上,导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式,为提高模具寿命和工件质量,该级进模采用中间导柱的导向方式,即方案一最佳。第5章 模具设计计算 5.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率5.1.1
10、排样方式的选择方案一:有废料排样 沿冲件外形冲裁,在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证,因此冲件精度高,模具寿命高,但材料利用率低。方案二:少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响,冲件质量差,模具寿命较方案一低,但材料利用率稍高,冲模结构简单。方案三:无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些,但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较,综合考虑模具寿命和冲件质量,该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。5.1.2 计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,以保证零件质量和送料方便。搭边过大,浪费材料。搭边过小,冲裁
11、时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命。搭边值通常由表4所列搭边值和侧搭边值确定。根据零件形状,查表4工件之间搭边值a=1.2mm, 工件与侧边之间搭边值a1=1.5mm, 条料是有板料裁剪下料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,下偏差为负值B0=(Dmax2 a12b1)0 公式(5-1)式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a1-冲裁件之间的搭边值;b1-侧刃冲切得料边定距宽度;(其值查表6)可得=2.0mm。板料剪裁下的偏差;(其值查表5)可得=0.6mm。B0=4021.5=43.00-0.60mm 故条料宽度为57.0m
12、m。表5-1 搭边值和侧边值的数值材料厚度t(mm)圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度50矩形或类似矩形制件长度50工件间a侧边a1 工件间a侧边a1工件间a侧边 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.51.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7 表5-2 普通剪床用带料宽度偏差(mm)条料厚度t(mm)条料宽度b(
13、mm)50501001002002000.40.50.60.720.50.60.70.8230.70.80.91.0350.91.01.11.2表5-3 侧刃冲切得料边定距宽度b1(mm)条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)金属材料非金属材料1.51.52.01.52.52.03.01.52.52.54.05.1.3 确定步距送料步距S:条料在模具上每次送进的距离称为送料步距,每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关,是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是,最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值;最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料,并
14、有一定的间隙。级进模送料步距 S=Dmax+a1 公式(5-2)Dmax零件横向最大尺寸,a1搭边 S24+1.225.2mm排样图如图5-1所示。图5-15.1.4 计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率,它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率/BS100% 公式(5-2)式中 A一个步距内冲裁件的实际面积;B条料宽度;S步距;由此可之,值越大,材料的利用率就越高,废料越少。废料分为工艺废料和结构废料,结构废料是由本身形状决定的,一般是固定不变的,工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小,也决定于排样的形式和冲压方式。因此,要提高材料利用率,就要合理排
15、样,减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用,还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此,排样时应考虑如下原则:1)、提高材料利用率(不影响制件使用性能的前提下,还可以适当改变制件的形状)。2) 、排样方法使应操作方便,劳动强度小且安全。3) 、 模具结构简单、寿命高。4) 、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积A =88.4*2+40*12-5*5*3.14=176.8+480-78.5=578.3mm2所以一个步距内的材料利用率 =BS100% 公式(5-2) =578.34325.2100%=53.4%考虑料头 、
16、尾料和边角余料消耗,一张板材上的总利用率总为总= nA1LB100% 公式(5-3)式中 n一张板料上冲裁件的总数目;A1一个冲裁件的实际面积;L板料长度;B板料宽度。查板材标准,宜选用650mm1300mm的钢板,每张钢板可剪裁为11张条料(57mm1300mm),每张条料可以冲25个工件,所以每张钢板的材料利用率总 = nA1/LB100% 公式(5-2)=51578.3/431300100%=52.8%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达52.8%,满足要求。5.2 冲压力的计算5.2.1 冲裁力的计算在冲裁过程中,冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最
17、大值,它是选用压力机和设计模具重要依据之一。用平刃冲裁时,其冲裁力一般按下式计算:F=KLtb 公式(5-4)式中F冲裁力; L冲裁周边长度;t材料厚度;b材料抗剪强度;系数;L=9.6*4+12*2+10*3.14+25.1*2=144mm系数是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀,刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数,一般取=1.3。b的值查表2为310380pa,取b=380Mpa所以 F=KLtb =1.31442380 =142272N5.2.2 卸料力、顶件力的计算在冲裁结束时,由于材料的弹性回复(包括径向回复和弹性翘曲回复)及摩擦的存在,将使冲落的材料
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