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类型开槽筒形冲压件模具设计.docx

  • 上传人:kpmy5893
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    1、大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 论 文开槽筒形冲压件模具设计学 院(系): 机电信息工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化学 生 姓 名: 学 号: 2007022408 指 导 教 师: 吴 斌 评 阅 教 师: 完 成 日 期: 大连民族学院开槽筒形冲压件模具设计I摘 要本文研究的是开槽筒形冲压件的工艺分析和模具设计。模 具 是 用 来 成 型 物 品 的 工具 , 这 种 工 具 由 各 种 零 件 构 成 。 它 主 要 通 过 成 型 材 料 物 理 状 态 的 改 变 来 实 现 物 品 外形 的 加 工 。 本 研 究 中 零 件 的 传 统 加 工 工 艺

    2、是 先 经 过 落 料 , 然 后 多 次 拉 深 , 最 后 铣 槽整 形 。 工 艺 过 程 较 为 复 杂 , 所 获 得 零 件 的 合 格 率 差 。 本 文 中 通过对给定开槽筒形零件的特征分析,推算出冲裁落料的零件形状,再根据拉深面积相等原则计算得到冲裁落料零件的尺寸公差。因此改进后,零件的加工工艺过程应该先落料然后经过拉深成型。针对落料和拉深过程,设计冲裁落料模和拉深模,其中冲裁模为导板导向。拉深模由于凸模尺寸小,设计了相应的结构以提高凸模刚度。改进后的工艺过程较为简单,环节少,有利于提高零件的质量。关键词:开槽筒形件;模具设计;拉深;冲裁开槽筒形冲压件模具设计IIAbstra

    3、ctThe article is about the die design and process analysis of slotted cylindrical stamping. A mold is a tool which to make items forming. It is constituted by the various parts. It achieves the shape through the change of molding material in the physical state. In this study, the traditional process

    4、ing technology of the part is to go through blanking, and then repeated stretching, the final milling to from shape. But the process is very complex, leading to the poor passing rate of the parts. In this article, through the analysis of the given slotted cylinders on the characteristics, it is able

    5、 to design the shape of blanking part, and then baseing on the principle of equal area, the blanking parts tolerance can be calculated. Therefore, machining process will be blanking first and then after stretching to form the shape. For blanking and drawing process, blanking die and drawing die are

    6、designed. Board is the guiding device in the blanking die. In the drawing die, as the small size of the punch, the structure will be designed to improve the stiffness of punch. The process improved is relatively simple, with fewer links, it helps to enhance the quality of the parts.Key Words:slotted

    7、 tube; die design; stretching; punching开槽筒形冲压件模具设计III目录摘 要 IAbstract II1 引言 12 零件的工艺分析 22.1 零件的拉深工艺分析 .22.2 零件冲裁的工艺分析 .32.2.1 零件冲裁形状设计 .32.2.3 零件冲裁尺寸公差设计 .42.3 加工工艺方案 .63 冲压模具整体结构设计 73.1 模具类型 .73.2 操作与定位方式 .73.3 卸料与出件方式 .74 冲压模具设计计算 84.1 凸凹模刃口尺寸计算 .84.1.1 冲裁间隙的确定 .84.1.2 刃口尺寸的确定 .94.2 冲裁力和压力中心计算 .94

    8、.2.1 冲裁力计算 .94.2.2 压力机公称压力的选取 104.2.3 压力中心的确定 114.3 排样设计 114.3.1 搭边的确定 114.3.2 条料宽度的确定 125 冲压模具总装图与零件图 .13开槽筒形冲压件模具设计IV5.1 凸模设计 135.2 凹模设计 145.3 选择模架及其他零件 165.3.1 模架的选择 165.3.2 凸模固定板 165.4 模具总装图 176 拉深模具整体结构设计 .186.1 模具类型 186.2 操作与定位方式 186.3 卸件与出件方式 187 拉深模具设计计算 .197.1 凸凹模尺寸计算 197.1.1 凹模圆角半径计算 197.1

    9、.2 凸模圆角半径计算 197.1.3 凸凹模间隙计算 197.2 拉深力的计算 207.3 压力机的选择 208 拉深模具总装图与零件图 .218.1 凸模设计 218.2 凹模设计 228.3 选择模架及其他零件 228.3.1 选择模架 228.3.2 加强板 238.4 模具总装图 24结 论 .25参考文献 .26致 谢 .27开槽筒形冲压件模具设计11 引言冲压加工是利用安装在压力机上的模具,对在模具里的板料施加变形力,使板料在模具里产生变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。由于冲压加工经常在材料的冷状态下进行,也称冷冲压。冷冲压工艺是金属压力加工方法之一,是建立

    10、在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术,冲压加工的材料一般为板料或者带料,也称板料冲压。冲压工艺是指冲压加工的具体方法,和技术经验。冲压不仅可以加工金属材料,而且还可以加工非金属材料 1。冲压是机械领域中应用相当广泛的一种加工方法,但冲压加工必须制备相应的模具,而模具是技术密集型产品,其制造属单件小批量生产,具有加工周期长、技术含量和生产成本高等特点,因此冲压加工适用于零件大批量生产的情况。冲压加工的三要素是模具、压力机和冲压材料。这三个要素是决定冲压质量、精度和生产效率的关键因素。冲压加工有以下几个特点 1-3: 冲压产品壁薄、重量轻、刚性好,可以成形形状复杂的小零件。 冲压产品精度高,

    11、尺寸稳定,具有良好的互换性。 压加工是少切屑或无切屑加工的一种,零件冲压直接成形,大部分无须再加工,材料利用率高达 85%以上。 生产效率高,生产过程易实现机械化和自动化,适合与大批量生产。 操作简单,对工人技术等级要求不高,便于组织生产和管理。冲压加工的缺点是噪声和振动大;在采用机械压力机的场合,由于滑块往复运动快,需要大量手工操作,劳动强度大,易发生事故,安全生产与管理要求高,需采用必要的安全措施来保证。冲压模具的形式很多一般按以下几个主要特征分类 1-3。根据工序性质分类:冲裁模,如落料模、冲孔模、切断模、切口模等;弯曲模;拉深模;成形模。根据工序组合方式分类:单工序模;复合模;级进模。

    12、对于一般的冲裁件精度可达 IT10IT11 级,精冲件可达 IT6IT9 级。普通冲裁其表面粗糙度能够达到 Ra15.53.2m,精冲工艺其产品表面粗糙度可达到 Ra2.53.2m。开槽筒形冲压件模具设计22 零件的工艺分析2.1 零件的拉深工艺分析图 2.1 所示的零件是壁厚为 0.3mm 的开槽筒形冲压件,材料为 08F。图 2.1 开槽筒形件零件整体尺寸很小,其中内圆角为 R0.15mm,尺寸 2mm 的公差等级为 IT11 级,尺寸 5.3mm 的公差等级介于 IT13IT14 级之间。模具的制造公差应根据拉深件的公差等级来选定,当零件公差为 IT13 级以上时凹凸模的公差等级采用 I

    13、T6IT8 级;当零件公差为 IT14 级以下时,凹凸模公差等级采用 IT10 级。凸模工作圆柱面粗糙度一般要求为 Ra0.8m,圆角和端面加工为 Ra1.6m;凹模工作平面与模腔表面要求加工为 Ra0.8m,圆角表面一般要求为 Ra0.4m。零件内部圆角尺寸很小,为保证在拉深过程中零件不会被拉断,应该适当的选取凹凸模间隙值,不能太小,并且尽量选择较大的凹模的圆角尺寸,这样可以最大限度的减小材料在拉深过程中所受到的切应力。优质碳素钢 08F 退火后,抗剪强度 为 220 310MPa,抗拉强度 b 为 280 400MPa,屈服强度 s 为 180MPa。材料塑形非常好,很适合作为冲压零件的材

    14、料。相对于普通的旋转体拉深零件,本研究中零件的主要特点是有两个对称分布于圆周上的切槽,槽深度为 4.2mm,相对于总体尺寸,槽深度较大。开槽筒形零件一般是需要多个工序完成的,图 2.1 中开槽筒形零件的拉伸系数很小,需要经过多次拉伸,然后再经过切边去除余料,铣槽,最后还要整形。因此我们开槽筒形冲压件模具设计3看到按照普通方法加工经过的工序多,而零件尺寸小,精度不易保证,因此考虑到是否可以根据开槽筒形零件的形状特征,设计出其冲裁落料的形状,然后一步拉深成形,这样整个过程都是利用模具完成,零件的精度就会容易保证,工作效率也会得到提高。2.2 零件冲裁的工艺分析2.2.1 零件冲裁形状设计开槽筒形零

    15、件可以看成是由两个特征组成,即深度为 4.2mm 的槽形结构和深度为1.1mm 的筒形结构,于是把两个部分分开来进行分析。两个部分如图 2.2 所示图 2.2 开槽筒形件结构图我们知道一个圆形板料经过拉深后可以形成筒形零件,因此可以认为图 2.2 中尺寸 1.1mm 的筒形结构是由圆形板料经拉深后形成。对于尺寸 4.2mm 的槽形结构,设想将其展开,得到的应该是近似等宽的条形结构。结合两个部分的分析后得到的冲裁落料的形状如图 2.3 所示 。图 2.3 零件的冲裁落料形状图开槽筒形冲压件模具设计4对比图 2.3 与图 2.1 中的关系,C 经拉深后得到总体尺寸 5.3mm。B 经过拉深后,由两

    16、边对称的条形宽度围成圆周同时形成宽度为 0.35mm 的槽。A 则为圆形材料,经过拉深后形成槽下面的筒形拉深结构。经过实际拉深试验,设想的拉深毛坯形状可以被拉深获得成品零件的形状。毛坯件拉伸的变形部分可以认为全部在中间 A 圆的区域,拉伸系数 m=d/D=2/3.1=0.65 (2.1)相对厚度 t/D=0.3/3.1=0.097 (2.2)根据拉伸系数和相对厚度可进行一次拉伸,根据平端面凹模是否采用压边圈的条件,t/D(0.090.17)(1-m) (2.3)0.17(1-0.65)=0.0595 0.097因此确定拉伸工艺为一次无压边拉伸。2.2.3 零件冲裁尺寸公差设计在板料进行拉深时,

    17、金属材料按一定的规律流动,毛坯尺寸应满足成形后的制件要求,形状必须适应金属流动。本文中的拉深零件是不变薄拉深,因材料厚度拉深前后变化很小,拉深前毛坯的表面积等于拉深后零件的表面积,这样可以确定拉深毛坯零件中的具体尺寸和公差。图 2.4 零件拉深面积分割图开槽筒形冲压件模具设计5按照图 2.4 所示的方法,将拉深零件分成两部分进行面积计算。其中 1.1mm 的筒形面积由图 2.3 中 A 拉深形成,4.2mm 开槽部分的筒壁由图 2.3 中尺寸 L 的长度形成。计算尺寸 A1.1mm 筒形部分中,直壁部分的面积为 S1,圆角部分的面积为 S2,底部圆面积为S3,所以S1 = dh =3.1420

    18、.65 (2.4)= 4.082 mm2S2 = 2R(d-2R)+8R2 /4 (2.5)= 1.4 mm2S3 = (d-2R)2/4 (2.6)= 2.268 mm2筒形部分的面积S = S1 + S2+ S3 = 7.75mm2 (2.7)图 2.3 冲裁落料零件中 AA= = 3.14mm 取 3.1mm(2.8)公差等级与拉深零件的公差等级应一致为 IT13 级,则确定 A 为 3.10-0.14mm。计算尺寸 C图 2.3 冲裁落料零件中 L 经过拉深加工前后尺寸没有变化,所以 L 为 4.2mm,冲裁落料零件的两边的条形结构对称,这样可以得到尺寸 CC=2L+A=11.5mm(

    19、2.9)计算尺寸 B开槽筒形冲压件模具设计6在图 2.1 的拉深零件图的俯视图中,以筒壁外圆为圆周,槽的宽度为边,圆周中心为顶点,可以绘出等腰三角形,其中两个相等的边为筒壁外圆的半径,如图 2.5图 2.5 计算开槽部分周长原理图根据余弦定理可以求得 = 20.16,切槽部分筒壁外圆周长为 m,可以得到md (360220.16) 360 (2.10)5.577mmBm 22.79mm 取 2.8mm选取公差等级 IT13 级,B 的尺寸公差为 2.80-0.14mm。冲裁落料零件(拉深毛坯零件)的零件图图 2.6 零件的冲裁落料图2.3 加工工艺方案本文中,简化了开槽筒形冲压零件的传统加工工

    20、艺,简化后零件的加工工艺是先进行冲裁落料获得拉深毛坯件,然后经过一次拉深成形,直接得到合格零件。拉深零件的尺寸很小,冲裁落料和拉深成形时定位困难,而复合模和级进模对进给板料的定位精度要求非常高,所以不适合采用复合模和级进模进行加工 1-3。应该采用比较简单容易操作的单工序模,这样可以很好的保证加工零件质量的稳定。开槽筒形冲压件模具设计73 冲压模具整体结构设计3.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案,选择单工序冲裁模。模具结构为导板式冲裁模,就是将凸模与导板间选用 H7/h6 的间隙配合,该间隙小于冲裁间隙 1-3。冲裁回程时,凸模不允许离开导板,以保证导板对凸模的导向作用。导板式冲裁模精度较高

    21、,寿命长。3.2 操作与定位方式该零件是大批量生产,送料方式可以用手工进行,就是人工把冲压条料从模具前方送入模具,模具应该有固定的挡料销,直到冲裁条料的一头接触到挡料销而停止送料就可以进行冲裁操作了。为保证顺利送料和提高冲裁加工效率,采用导料板对冲裁条料进行导向和导正。3.3 卸料与出件方式该冲裁模具是单工序模,操作和工艺过程比较简单,因此模具结构也较为简单,采用导板导向的方式。在冲裁过程中凸模回程时,冲裁条料随凸模抬起,这样冲裁条料就会遇到导板阻挡而脱离凸模,这样导板就起到卸料的作用,即为导板卸料。模具进行冲裁时,冲裁所获得的零件直接被凸模顶到凹模刃口以下的位置,然后零件由下模座上的落料孔自

    22、由掉落。开槽筒形冲压件模具设计84 冲压模具设计计算4.1 凸凹模刃口尺寸计算4.1.1 冲裁间隙的确定冲裁间隙是影响模具寿命的因素中最主要的因素之一。冲裁过程中,凸模与被冲的孔之间、凹模与落料件之间均有摩擦,而且间隙越小,作用在模具上的压应力越大,磨损也越严重 1。所以过小的间隙对模具的寿命极为不利。随着冲裁间隙的增大,材料受到的拉应力增大,容易断裂分离,因此冲裁力减小。冲裁间隙对卸料力、推件力的影响比较显著,间隙增大后,从凸模上卸料和从凹模里推出零件都省力 2。但间隙继续增大,会使冲裁得到的零件毛刺增大,又将引起卸料力、顶件力迅速增大。生产中通常线则一个适当的范围作为合理间隙,间隙在这个合

    23、理范围内,就可以冲出良好的制件,这个间隙的最小值成为最小合理间隙 cmin,最大值成为最大合理间隙cmax。因为模具在使用过程中的磨损使间隙增大,所以设计模具时要采用最小合理间隙值 cmin。冲裁件的厚度为 0.3mm。表 4.1 不同材料冲裁时凹凸模间隙表 3材料名称 45、T7、T8 、 65Mn10、15、20、30、15 、H62、H68Q215、Q235、08、10H62、H68、L21LF2、LY12HBS 190 140190 70140 70力学性能 b/MPa 600 400600 300400 300厚度 t 2cmin 2cmax 2cmin 2cmax 2cmin 2c

    24、max 2cmin 2cmax0.3 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.04 0.01 0.030.5 0.08 0.10 0.06 0.08 0.04 0.06 0.25 0.0450.8 0.12 0.16 0.10 0.13 0.07 0.10 0.045 0.075开槽筒形冲压件模具设计9根据表 4.1 可以查得材料为 08F,板料厚度为 0.3mm 的冲裁模间隙的双面最小合理间隙 2cmin 是 0.02mm,双面最大合理间隙 2cmax 是 0.04mm。4.1.2 刃口尺寸的确定凸模公差为 p,凹模公差为 d,则有如下关系p0.42c max2c min0.0

    25、08mm(4.1)d0.62c max2c min0.012mm(4.2)根据计算原则,落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸,使凹模基本尺寸接近或等于之间轮廓的最小极限尺寸,再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值 2cmin。由公差表查得:3.1 0-0.14 公差等级为 IT13 级,应取 x=0.75;2.8 0-0.14 公差等级为 IT13 级,应取x=0.75;尺寸 11.5 是未注差尺寸,选择中等公差0.2,公差位于 IT13-IT14,取x=0.75。 3.10-0.14 的凹凸模尺寸公差计算DdD max x 0+0.012 3.10.750.012 0+0.0123.09 0

    26、+0.012(4.3)DpD d2c min 0-0.008 3.090.02 0-0.0083.07 0-0.008 (4.4) 2.80-0.14 的凹凸模尺寸公差计算LdL maxx 0+0.0122.80.750.14 0+0.0122.7 0+0.012(4.5)LpL d2c min 0-0.0082.70.02 0-0.0082.68 0-0.008(4.6)开槽筒形冲压件模具设计10 11.5 的凹凸模尺寸公差计算DdD max x0.2 11.70.750.4 0.211.40.2(4.7)DpD d2c min0.211.40.020.211.20.2(4.8)4.2 冲裁

    27、力和压力中心计算4.2.1 冲裁力计算计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机,设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适应冲裁工艺的需求。普通平刃冲裁模,其冲裁力 P 的计算公式 4:PK ptL N(4.9)式中, 为材料的抗剪强度(MPa);L 为冲裁周边总长(mm);系数 Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模之间的波动、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数,一般取 1.3。当查不到抗剪强度 时,可用抗拉强度b 代替 ,而取 Kp1 的近似计算发计算。由于零件尺寸很小,可将零件的周长按矩形近似计算,则L=211.5+22.8=28.6 m

    28、m(4.10)板料厚度 t 为 0.3;查表得到 08F 的抗剪强度 为 300MPa。则零件冲裁力 PPK ptL1.30.328.63003346.2 N(4.11)根据经验公式,计算卸料力、推件力和顶件力 卸料力QKP0.063346.2开槽筒形冲压件模具设计11201 N(4.12) 推件力Q1nK 1P(4.13)设凹模直刃口部分的高度为 5 mm,则 nh/t16.67,所以Q116.670.073346.23905 N 顶件力QK 2P0.083346.2(4.14)268 N上式中 P冲裁力(N);K卸料力系数,其值为 0.020.06(薄料取大值,厚料取小值);K1推料力系数

    29、,其值为 0.030.07(薄料取大值,厚料取小值);K2顶件力系数,其值为 0.040.08(薄料取大值,厚料取小值);n梗塞在凹模内的制件或废料数量。卸料力和顶件力是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。4.2.2 压力机公称压力的选取冲裁时,压力机的公称压力必须大于或者等于冲裁各工艺力的总和。本文模具设计采用导板卸料装置和下出件模具结构P PQQ 1=33462013905(4.15)7452 N根据上式结果选择合适的压力机即可。开槽筒形冲压件模具设计124.2.3 压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑

    30、块的中心相重合。否则回事冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨之间产生过大的磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。对称形状的单个冲裁件,冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。该冲裁模具的落料件属于对称形状,冲裁时为单个冲裁。压力中心是零件的几何中心。4.3 排样设计设计合理的排样方案,减少工艺废料,才能提高材料利用率。排样合理与否还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本。排样时应考虑如下原则提高材料应用率 1排样方法应使操作方便,劳动强度小且安全。 2模具结构简单、寿命高。 3保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。 44.3.1 搭边的确定排样时零件

    31、之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。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。搭边太小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还会拉入凸、凹间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命,或影响送料工作。搭边值的确定通常按经验选取。表 4.2 搭边 a 和 a1 数值 5圆形及 r2t 的工件 矩形工件边长L50mm矩形工件边长 L50 或 r2t材料厚度工件间 a1 沿边 a 工件间 a1 沿边 a 工件间 a1 沿边 a0.25 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.00.250.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2

    32、 2.50.50.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0开槽筒形冲压件模具设计13根据表 4.2 的数值,材料厚度 0.250.5,矩形工件边长小于 50mm,工件间搭边值为 1.8mm,沿边搭边值为 2.0mm。4.3.2 条料宽度的确定本冲裁模具结构比较简单,为单工序冲裁,采用无侧压装置的条料进给结构。无侧压装置的模具,其条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减小。为补偿侧面搭边的减小部分,条料宽度应增加一个条料可能的摆动量。表 4.3 剪料公差及条料与导板之间的间隙 6条料厚度 t1 12 23 35条料宽度B C C C C50 0.4 0.1 0.5 0.2

    33、0.7 0.4 0.9 0.6 50100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 100150 0.6 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7条料宽度 7B l2a 1c 0- (4.16)式中,c 为条料与导料板之间的间隙。根据表 4.3 可知 c 为 0.1, 为 0.4。B 11.521.80.1 0-0.4 14 0-0.4最后设计零件排样图如图 4.1图 4.1 零件排样图开槽筒形冲压件模具设计145 冲压模具总装图与零件图5.1 凸模设计凸模又称冲头,是冲模的关键零件之一,凸模本身按其作用分为工作部分和固定部分。a b c图 5.1 常用凸

    34、模结构形式图 5.1 所示为常用凸模结构形式 8,图中 a 所示的结构适用于冲裁 115 的小圆孔,为了增加凸模的强度与刚度,避免应力集中,凸模非工作部分做成逐渐增大的圆滑过度的阶梯形式;图中 b 所示的结构适用于 830mm 的中型圆孔,由于孔径较大,能够满足冲裁力对凸模的刚度要求,刃口到固定部分可以不通过阶梯过渡;图中 c 所示的结构适合于冲裁大型圆孔,定位方式为止口定位,采用螺钉来固定凸模,为减少凸模上精加工的面积,应适当的减小凸模外圆非工作圆柱面的直径尺寸,并且将工作端面加工成凹形。本文中冲裁模具凸模属于冲中型圆孔凸模,结构应该参照图 5.1 中 b 所示的结构,最后设计的凸模零件图如

    35、下开槽筒形冲压件模具设计15图 5.2 冲裁凸模凸模材料为 CrWMn,有优良的刚度和抗冲击韧性,能够很好的提高冲裁模具的使用寿命。26 的轴肩结构用于承受凸模再回程时的卸料力,并且限制凸模 Z 轴上的旋转自由度;20h6 部分用于固定凸模,其与凸模固定板采用 H7/h6 的间隙配合,安装后能够保证凸模在固定板中有一定的浮动量,起到保护凸模的作用;11.2 0-0.016 分为工作部分即刃口和导向部分,导向部分与导板采用 H7/h6 的间隙配合。本设计为有导向装置的冲裁凸模,凸模的抗失稳校核按照圆柱计算。带导向装置的圆形凸模 9Lmax270d 2/ (5.1)式中 Lmax 为允许的凸模最大

    36、自由长度,mm;d 为凸模最小直径,mm;F 为冲裁力,N;所以Lmax585 mm零件满足冲裁模的稳定性要求。5.2 凹模设计凹模的结构形式较多,图 5.3 列出了几种常用的平刃口形式的凹模 10a b c d图 5.3 凹模孔口形式开槽筒形冲压件模具设计16上图中 a、b、 c 所示的圆柱形孔口凹模制造方便,刃口强度高,刃口磨损后凹模工作尺寸不增大,对凸凹模冲裁间隙无明显影响,适合于冲裁形状复杂,尺寸精度要求较高的冲裁零件。上图中 d 所示的凹模属于锥形孔凹模,锥形孔凹模洞口内积料少,由此凹模孔壁所承受的来自落料零件的胀紧力和摩擦力都会大大的减小,使推件力减小。这种类型的凹模刃口强度低,刃

    37、口磨损后凹模的工作尺寸略有增大,因此适合于冲裁形状简单,尺寸精度为 IT12IT10 级、板料厚度较薄、生产批量不大的制件的凹模选用。冲裁时凹模承受冲裁力和侧向力的作用,由于受力状态比较复杂,在实际生产中大都采用经验公式概略的计算凹模尺寸:凹模厚度 11 HdKb(5.2 )凹模壁厚 12 C1.52H d(5.3 )式中:K 系数,见表 5.1;b冲裁件最大外形尺寸,mm; 表 5.1 系数 K 的数值 13t/mmb/mm0.5 1 2 3 350 0.3 0.35 0.42 0.50 0.6050100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42100200 0.15 0.18 0.

    38、20 0.24 0.30形状复杂或者之间尺寸较大时,凹模壁厚 C 应取较大值,一般凹模厚度不小于15mm。凹模多采用机械法固定,用螺钉将凹模固定在模座上,并用两个圆柱销定位,或者用凹模的长宽尺寸与模座呈过渡配合的止口代替两圆柱销定位。本文冲裁凹模采用圆柱销定位方式,将凹模固定在下模座上,并用螺钉锁紧,根据工作情况要求设计的凹模零件图如图 5.4:开槽筒形冲压件模具设计17图 5.4 凹模零件图5.3 选择模架及其他零件5.3.1 模架的选择模具为单工序冲裁模,结构设计应尽量简化。模柄采用整体式结构即模柄与上模座为一体的结构。模具导向方式为导板导向,代替了导柱导向,结构简单稳定,并且可以提高冲裁

    39、时凸模相对于凹模的运动精度。5.3.2 凸模固定板图 5.5 凸模固定板开槽筒形冲压件模具设计185.4 模具总装图经过分析计算以及对零件的冲裁工艺分析,确定的模具总体结构如图 5.5:图 5.5 模具总体结构图1-上模座 2、7- 螺钉 3-垫块 4-凸模 5-凸模固定座 6、12- 圆柱销 8-导板 9-导料板 10-凹模 11-下模座 13-挡料销模具工作时,冲裁凸模 4 先经过导板 8 的导孔再对板料进行冲裁动作。其中冲裁凸模图导板导孔为间隙配合,并且要求其配合间隙要小于冲裁间隙,以起到对凸模的导向作用。板料冲裁所得到的零件受到凸模的顶件作用,脱离凹模直刃口的工作部分后,沿卸料孔自由落

    40、件。一次冲裁动作完成,凸模回程,在此过程中凸模不允许脱离导板的导孔,应使之保持在导孔中滑动。开槽筒形冲压件模具设计196 拉深模具整体结构设计6.1 模具类型根据零件的拉深工艺方案,选择单工序拉深模。模架的结构形式采用中间导柱模架,零件安装在模具的对称线上,滑动比较平稳,导向准确可靠,纵向送料,适合用于单工序模。6.2 操作与定位方式该拉深零件是大批量生产,送料方式可以用手工进行,就是人工把拉深毛坯件送入模具定位板上,固定位置后可以进行拉深操作。拉深毛坯件定位采用定位板定位。6.3 卸件与出件方式零件的出件方式采用下顶出件方式。在下模座设计弹顶装置。拉深操作开始后,凸模下行,毛坯零件受凸模冲压

    41、随之下行并在凹模中拉深成形,同时弹顶装置被压缩。当拉深到最大深度后凸模回程,在被压缩的弹性原件的作用下成形零件被顶出凹模,最后附着于凸模上。卸件时,需要采用专用的卸件工具。开槽筒形冲压件模具设计207 拉深模具设计计算拉深模具的结构随拉深工作情况及使用设备的不同而不同。根据拉深使用的压力机类型,拉伸模可分为单动力力压机用拉伸模、双动压力机用拉伸模及三动压力机用拉伸模,它们的区别在于压边装置的不同(弹性压边和刚性压边);根据工序顺序可分为首次拉伸模和以后各次拉伸模,他们的本质区别是压边圈的结构和定位方式的差异;根据工序组合可分为单工序拉伸模、复合工序拉伸模和连续工序拉伸模;根据压料情况可分为有压

    42、边装置和无压边装置的拉伸模。本设计的拉深模具属于单工序无压边装置拉伸模。7.1 凸凹模尺寸计算凸凹模工作部分的设计包括凸模和凹模结构形式的选择、圆角半径确定、拉伸模间隙确定、工作部分的尺寸及其制造公差确定等方面的内容。拉深凸模与凹模的结构形式取决于制件的形状、尺寸及拉深方法,不同的结构形式对拉深的变形情况、变形程度的大小及产品的质量都有不同程度的影响。7.1.1 凹模圆角半径计算表 7.1 首次拉深凹模圆角半径 rd13t/mm2.01.5 1.51.0 1.00.6 0.60.3 0.30.1无凸缘 (47)t (58 )t ( 69)t (710 )t ( 813)t有凸缘 (610)t

    43、(813 )t (1016 )t (1218 )t (1522)t凹模圆角半径可以参照多次拉深的首次拉深的凹模圆角半径表查表计算,根据表 7.1选取,板料厚度为 0.3mm,无凸缘拉伸零件圆角为(710)t 。零件拉伸时油润滑,可以适当减小圆角半径,于是确定 rd=1.5mm。7.1.2 凸模圆角半径计算由于本拉伸零件为一次拉伸成型,所以凸模圆角半径 rp=0.15mm。7.1.3 凸凹模间隙计算无压边圈拉伸模具单边间隙 c=tmax=0.3mm。零件中的公差尺寸 2 0-0.06,公差等级为 IT11 级,所以凸凹模尺寸公差选择IT7,T=0.01 。开槽筒形冲压件模具设计21凹模直径 Dd

    44、=(D max - 0.75) 0+0.01 =1.96 0+0.01mm。 (7.1)凸模直径 Dp=(D d - 2c) 0-0.01 =1.36 0-0.01 mm。 (7.2)7.2 拉深力的计算根据零件首次拉伸力经验公式 14P=Kdtb (7.3)表 7.2 K 值 130.55 0.57 0.60 0.62 0.65 0.67mK 1.0 0.93 0.86 0.86 0.72 0.66上式中, t板料厚度,mm;d拉深后零件的外径,mm; b板料的强度极限,单位为 MPa;K修正系数零件的拉深系数 m0.65,查表的到 K 值为 0.72。查黑色金属的力学性能,零件的抗拉强度按

    45、 08F 选取, b=400MPa。P=0.723.1420.3400=542.592N,取 543N。7.3 压力机的选择压力机公称压力 15 P02P=1086N。 (7.4)单行程所需要拉伸功 15 A=Ph/1000=0.745.3P/1000=2.13N m (7.5)拉伸零件所需要压力机具有的功率 N=KA/(607501.36 12),其中 K 为不均衡系数,取 1.3;A 为拉伸功; 12 分别为压力机效率(0.60.8)电机效率(0.90.95)。所以,先根据公称压力选取所需要的压力机,再通过所选压力机的参数计算所需压力机的功率,然后与所选压力机的公称功率对比,小于公称功率时

    46、合理。若不合理则需要选择更大功率的压力机,再进行检验。开槽筒形冲压件模具设计228 拉深模具总装图与零件图8.1 凸模设计通过结构设计和精度计算绘制凸模的零件图如下图 8.1 凸模零件图其中 8 柱面结构用于承受凸模回程时的卸件力。本设计凸模可按照圆形凸模进行计算,圆形凸模不发生失稳弯曲的最大长度:Lmax =6.7mmPd285(8.1)所以圆形凸模的最大长度为 6mm,这样拉深加工时凸模的最大长度不能满足模具对凸模长度的要求,因此需要设计加强结构,提高凸模的抗失稳性能。按照模具整体设计的结构要求和稳定性要求,模具的长圆柱部分与加强板形成H7/h6 的间隙配合,其配合间隙小于拉深凹凸模间隙,

    47、能够起到提高稳定性的作用。开槽筒形冲压件模具设计238.2 凹模设计通过结构设计和精度计算绘制凸模的零件图如下a 成形凹模 b 整形凹模图 8.2 凹模零件图由于凹模中有槽形结构的存在,使拉深毛坯件在拉深后形成的开槽筒形零件的非槽筒形部分的圆柱面出现褶皱,因此需要对零件进行整形。如图 8.2 所示的两个凹模零件,先经过 a 成形凹模的成形作用,然后凸模继续下行将零件的非槽筒形部分压入 b整形凹模所示形状的凹模内,然后经过凹模圆孔的整形可以得到合格的零件。8.3 选择模架及其他零件8.3.1 选择模架本模具采用的是中间导柱模架,导向零件安装在模具的对称线上,滑动平稳,导向准确可靠。模具总体尺寸较小,模柄与模架采用整体式。开槽筒形冲压件模具设计24图 8.3 模架结构8.3.2 加强板为了提高凸模的工作长度而不使其超过最大长度设计了加强板图 8.4 加强板零件图安装时,凸模与加强板中间的 2 小孔形成小间隙配合。加强板把凸模的工作长度分成上下两个部分。工作时,加强板下部的凸模先把工件压入凹模,当下部分的凸模全部没入凹模后,加强板上部分凸模会沿着 2 小孔继续下行压入凹模,这样凸模就可以有足够

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