[优秀毕业论文]防护罩的冲压模具设计 毕业论文.doc
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1、设计任务书设计题目:防护罩的冲压模具设计设计要求:1.防护罩工艺性分析及冲裁方案的确定;2.有关计算及模具设计;3.模具制造工艺编制与装配。摘 要我本次设计的零件为防护罩。此工件采用的材料钢08F及厚度1.5mm保证了足够的强度和刚度,该零件外形复杂,工序烦琐,故设计成复合模进行冲裁。合理排样、减小废料。材料为优质碳素钢,采用冲压加工经济性良好。以电动机防护罩零件为例,结合其模具特有工艺性,进行了工艺性分析,并分析了成形过程的三种不同的冲压工艺方案, 然后选复合模作为该副模具的工艺生产方案。并对模具的各部分主要尺寸进行理论运算,以确定各冲模的尺寸,经过计算分析完成该模具的主要设计计算,凸、凹模
2、工作部分的设计计算,还有主要零部件的结构设计,。完成一系列的计算后,画出总装图、凸凹模配合图等设计模具必备的图纸。简要分析了模具关键零部件的设计及加工工艺对拉深模从设计到零部件的加工工艺以及装配工艺等进行了详细阐述,绘制了模具装配图及主要工作零件图,详细分析了模具工作过程。进行冲压设计就是根据已有的生产条件,综合考虑影响生产过程顺利进行的各方面因素,合理安排零件的生产工序,最优地选用,确定各工艺参数的大小和变化范围,设计模具,选用设备等,以使零件的整个生产过程达到优质,高产,低耗,安全的目的。关键词:落料,拉深,翻边,复合模目 录防护罩的冲压模具设计I1 冲压工艺分析11.1工件分析11.2
3、材料21.3结构形状21.4尺寸精度22 模具的技术要求及材料选用32.1模具的技术要求32.2 模具材料的选用及要求33冲压工艺方案的确定54必要的工艺尺寸计算64.1 毛坯尺寸计算64.2 排样设计与计算64.3 拉深次数的确定74.4 冲压工序力计算84.5 模具主要零件部分尺寸的计算105模具的总体设计145.1 模具类型的选择145.2定位方式的选择145.3 卸料、出件方式的选择145.4 导向方式的选择156主要零部件的设计166.1 工作零件的结构设计166.2 模架及其他零部件的选用187模具总装图208冲压设备的选定229工作零件的加工工艺239.1 拉深凸模239.2 落
4、料凹模249.3 凸、凹模2510模具的装配与调试2710.1 模具的装配2710.2冲裁模的调试29结 论30参考文献311 冲压工艺分析1.1工件分析零件简图:如图1所示生产批量:大批量材料:08F材料厚度:1.5要求: 要求确定该零件冲压成形工艺,设计冲压成形模具。即做出该零件的拉深及翻边工艺图1-1 防护罩工件简图该工件属于典型的有凸缘圆筒形拉深,要求内形尺寸,形状简单对称,该工件作为另一零件的罩,对表面粗糙度没有特殊要求。所有尺寸均为自由公差,按IT14级确定工件的公差,可用落料获得的圆形板料进行拉深,拉深成为外径为223.4,内圆角R为6的有凸缘圆筒,工件总高度尺寸75可在拉深中达
5、到要求。一般冲压均能满足其尺寸精度要求,对零件的厚度变化也没有要求。圆筒形件的毛坯为圆形板料,可以通过落料获得。08F钢是碳素结构钢,具有良好的冲压性能。综上所述,该工件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺要求,工件的拉深工艺性较好。该工件在满足冲压工艺性要求的前提下,采用的冲压基本工序是落料、拉深、翻边。1.2 材料冲压工艺对材料的基本要求主要是:(1) 对冲压成形性能的要求为了有利于冲压变形和制件质量的提高,材料应具有良好的冲压成形性能。而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关,通常要求材料应具有:良好的塑性,屈强比小,弹性模量高,板厚方向性系大,板平面方向性系数小。(2) 对材料厚度公差的要求
6、材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料,材料厚度公差太大,不仅直接影响制件的质量,还可能导致模具和冲床的损坏。对表面质量的要求材料的表面应光洁平整,无分层和机械性质的损伤,无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料,冲压时不易破裂,不易擦伤模具,工件表面质量好。(3) 常用冲压材料冲压用材料的形状有各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大,一般用于大型零件的冲压,对于中小型零件,多数是将板料剪裁成条料后使用。带料(又称卷料)有各种规格的宽度,展开长度可达几千米,适用于大批量生产的自动送料,材料厚度很小时也是做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金
7、属的冲压。 综上所述,冲压材料我选择钢08F作为冲压件的材料。钢08F为优质碳素钢,碳的质量分数很低,塑性好,有较好的冲压、弯曲性能,取抗剪强度,抗拉强度,屈服点, 断面收缩率。1.3结构形状该工件结构复杂,所要冲裁的板料厚度为1.5。1.4尺寸精度该工件未表注公差的尺寸,根据工件的使用性能,可按IT6级制造。2 模具的技术要求及材料选用2.1模具的技术要求利用模具生产制品零件,其模具质量的好坏,寿命的长短,直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益,尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热
8、处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。2.2 模具材料的选用及要求2.2.1冷冲模材料应具有的性能冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此,作为冷冲模主要材料的钢材,应具有的性能。(1)应具有较高的变形抗力:主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标,高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。(2)应具有较高的断裂抗主要抗力指标有
9、材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性,也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具,都需要有较高的韧性。(3)应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能:对于在一定条件下工作的模具钢,为了提高耐磨性,需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物 相同硬度下,提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏,如模具长期使用有刮痕凹槽等。(4)应具有较好的冷、热加工工艺性:钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等,以
10、方便模具的加工,易于成形及防止热处理后变形等。2.2.2材料的选择原则(1)要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料:要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料。(2)要针对模具失效形式选用钢材:钢材的失效是影响模具寿命的主要因素包括:1)为防模具开裂,要选用韧性好的材料2)为防磨损,应选用合金元素高的材料3)对于大型冲模应选用淬透性好的材料4)为保持钢材硬度能力,要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢5)为防热处理变形,对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高合金材料。(3)要根据制品批量大小,以最低的成本的选材原则选用:对于需冲压数量较多模具,一般采用优质合金钢,而数量少的则采用碳素
11、钢,以降低成本。(4)要根据冲模零件的作用选择:凸、凹模具应选用优质的钢材制作,对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属。而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。(5)要根据冲模精密程度选用:在制造小型精密模具而又复杂时可选用优质合金钢制作,而对于比较简单,形状、精度有要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。综上所述,此模具采用合金工具钢为模具材料。该合金钢具有较好的耐磨性,较好的淬火不变形性,较好的红硬性,较小的脱碳敏感性,较深的淬硬深度,但它的切削加工性较差,耐冲击性也较差。基本能满足此模具的冲裁。此模具的弯曲部分也采用这种材料。凸模的热处理硬度为5862HRC,凹模的
12、热处理硬度为6264HRC。3冲压工艺方案的确定该工件包括落料、拉深、翻边,切边、冲孔两个基本工序,现只做落料、拉深、翻边基本工序.经分析可以有以下三种工艺方案:方案一:先落料,后拉深翻边.采用单工序模生产。方案二:落料一拉深翻边复合冲压.采用复合模生产。方案三:拉深级进冲压,采用级进模生产。方案一模具结构简单,但需要两道工序两副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生产和客户的要求.所以此方案不可取.方案二只需要一副模具,生产效率明显要比方案一好,尽管模具结构模具结构较方案一复杂,但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难.方案三也只需要一副模具,生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作
13、不方便,加之工件尺寸偏大.通过对上述三种方案的分析比较,该零件若能一次拉深,则其冲压生产采用方案二为佳。4必要的工艺尺寸计算4.1 毛坯尺寸计算 图4-1 工件简图工件简图如上图所示,计算尺寸:d1=208.4;d2=221.9;d3=226;d4=236;r=6;R=1.5;h=64.5根据表面积相等原则,用解析法求该零件的毛坯直径D。(常用旋转体拉深件坯料直径的计算公式)。当r不等于时,毛坯直径:D=4.2 排样设计与计算冲裁件面积AA=D毛坏件直径条料宽度BB=D+2a+C=351a侧搭边值,a=1.5;a1=1.2c导料板与最宽条料之间的间隙,其最小值见表41。取c=8。表41导料板与
14、条料之间的最小间隙材料厚度t无测压装置有侧压装置条料宽度B条料宽度100以下100200200300100以下100以上0.50.51120.50.50.50.50.51111555888步距SS=D+=341.2一个步进距的材料材料率 =nA/BS100%= 其结构示意图如下:图4-2 排样示意图4.3 拉深次数的确定 4.3.1能否一次拉深成形图4-3有凸缘圆筒形件的拉深系数为 式中:有凸缘圆筒形件的拉深系数; d零件筒形部分的直径; D坯料直径拉深系数=0.66坯料相对厚度(t/D)100=0.44由上式可以看出,有凸缘圆筒形件的拉深系数取决于有关尺寸的三个相对比值即(凸缘的相对直径)、
15、h/d(零件的相对高度)、R/d(相对圆角半径).其中以影响最大,h/d次之,R/d影响最小. 和h/d越大,表示拉深时毛坯变形区的宽度大,拉深成形的难度也大.当和h/d超过一定值时,便不能一次拉深,因为叫拉深系数大于表42的极限拉深系数值,则凸缘圆筒形件可以一次拉深成形.查表表42发现小于表中数值,能一次拉深成形.所以采用落料-拉深翻边复合冲压. 表42 有凸缘的圆筒形件第一次拉深的极限拉深系数凸缘的相对直径坯料的相对厚度21.51.51.01.00.60.60.31.1以下1.31.51.80.510.490.470.450.530.510.490.460.550.530.500.470.
16、570.540.510.484.3.2 拉深类型的确定该零件属于浅拉深。4.4 冲压工序力计算该模具拟采用正装复合模,固定卸料与顶件。另外,为了解决拉深过程中的起皱问题,生产实际中的主要方法是在模具结构上采用压料装置.常用的压料装置有刚性压料装置和弹性压料装置两种.是否采用压料装置主要看拉深过程中是否可能发生起皱,在实际生产中可按表43来判断拉深过程中是否起皱和采用压料装置.因为总拉深系数0.660.6,所以可不用压料装置。表43采用或不采用压边圈的条件拉深方法第一次拉深以后各次拉深(t/D)/%m1(t/D)/%mn用压边圈1.50.6012.00.601.50.804.4.1 落料力的计算
17、落料力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力,它是随凸模进入材料的深度(凸模的行程)而变化的,通常所说的落料力是指能将达到工件所用坯料的最大冲裁力的最大值,它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 =KLt=式中:落料力; L冲裁周边长度;材料抗剪强度;系数;系数是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取1.3。4.4.2 拉深力的计算拉深力的计算是为了合理地选用压力机和设计拉深模具。F=式中:F拉深力; t板料厚度; 拉深后的工序件直径;拉深件材料的抗拉强度;修正系数,其值见表44表44修正系数0.550.570.600.6
18、20.651.00.930.860.790.724.4.3 翻边力的计算翻边力F一般不大,用圆柱形平底凸模翻边时,可按下式计算:=1.1式中:翻边后直径(按中线计算);d坯料预制孔直径;t材料厚度;材料屈服点;翻边凸模圆角半径应该尽量取大些,以便有利于翻边变形。一般应该取圆角半径大于或等于工件厚度的4倍。所以冲压工序总力=+F+4.5 模具主要零件部分尺寸的计算4.5.1 拉深模间隙计算拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、零件质量、模具寿命等都有影响。间隙小,拉深力大、模具磨损大,过小的间隙会使零件严重变薄甚至拉裂;但间隙小, 冲件回弹小,精度高。间隙过大,坯料容易起皱,冲件锥度大,精度差。因此
19、,生产者中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的增厚情况、拉深次数、零件的形状及精度 要求达到,正确确定拉深模间隙。无压料圈的拉深模,其间隙为单边间隙拉深模,Z/2=T=1.5深模的间隙Z=3 4.5.2 拉深模圆角半径拉深凹模的圆角半径R按表45选取R=6t=9,凸模圆角半径 R= R=9 表45拉深凹模圆角半径系数材料厚度拉深件直径拉深系数4.5.3 工作部分尺寸计算根据设计原则,落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸,凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸;将凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。表46冲裁模初始双边间隙材料厚度 08、10、35、09Mn、Q23516Mn4
20、0、5065Mn0.5极小间隙(或无间隙)0.91.01.21.50.0720.0900.1000.1320.1040.1260.1400.2400.0900.1000.1320.1260.1400.1800.0720.0900.1000.1040.1260.140表47规则形状(圆形、方形)冲裁时凸、凹模的制造偏差基本尺寸凸模偏差凹模偏差1802600.0300.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.070查表46得, 查表47得, =上式中:落料凹、凸尺寸;落料件的最大极限尺寸;工件的制造公差;最小合理间隙;x磨损系数;凸凹模的制造公差;
21、模具制造公差是查表47所得,满足最后一道工序的拉深模,凸凹模工作部分尺寸及公差应按零件的要求来确定。表48凸模制造公差与凹模制造公差材料厚度拉深件直径20201001000.50.020.010.030.020.51.50.040.020.050.030.080.051.50.060.040.080.050.100.06当零件尺寸标注在内形时,以凸模为基准,工作部分尺寸为:Z=3.=0.46 查表48得 = =上式中, -凹凸模的尺寸; -拉深件内径的最小极限尺寸; -零件的公差; -凹凸模制造公差; Z-拉深模间隙;.当拉深后的冲件从凸模上脱下来,由于受空气的压力而紧紧包在凸模上,致使不易脱
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