玻璃升降器外壳的设计.doc
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1、目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1模具行业的发展11.2 模具发展趋势21.2.1 现代模具设计与制造已步入信息化时代21.2.2 现代模具设计的CAD/CAE技术的应用31.2.3 模具CAD/CAE/CAM技术的发展趋势31.3 本文的研究路线及研究内容4第2章 升降器外壳的设计62.1 玻璃升降器外壳的功用分析62.2 冲压件的工艺性分析62.3 优化选择工艺方案及模具形式72.3.1 计算毛坯尺寸72.3.2 计算拉深次数82.4 中间工序9第3章 升降器外壳模具的工艺设计113.1 确定工艺方案及模具形式113.2 材料的排样和毛坯计算133.2.1 修边余量的确定
2、133.2.2 毛坯尺寸展开计算143.2.3 排样与裁板方案的确定143.3 部分工序参数的计算153.3.1 初步计算拉深直径153.3.2 选取凸凹模的圆角半径153.3.3 计算各次拉深直径153.4 各工序冲压力的计算153.5 模具的压力中心18第4章 模具主要零件的设计与计算194.1模具结构的确定194.1.1 模具的形式194.1.2 辅助装置194.1.3 导向零件194.1.4 模架194.2 模具零件的结构设计204.2.1 工作零件204.2.2 定位零件244.2.3 卸料、推件零件244.2.4 导向零件284.2.5 固定零件29第5章 模具的装配与仿真32结论
3、34参考文献35致谢36附录 137附录 238第2章 升降器外壳的设计2.1 玻璃升降器外壳的功用分析该冲压件是玻璃升降器的外壳,采用1.5mm的钢板冲压而成,可保证足够的刚度与强度(零件图2.1)。该冲压件工作时受力不大,对其强度和刚度的要求不太高。该冲压件,产量属于中批量生产,外形较为复杂但分布对称,这次涉及的材料为优质碳素结构钢板08钢,采用冲压加工经济型良好。冲压件的材料力学性能如下表2.1:表2-1 冲压件的材料力学性能材料牌号材料状态抗剪强度抗拉强度b/MPa伸长率屈服强度优质碳素结构钢08已退火26036033045032200图2-1 零件图2.2 冲压件的工艺性分析外壳内强
4、的主要配合尺寸16.5mm、22.3mm、16mm为IT11-IT12级。为确保在铆合固定后,其承托部位与轴套的同轴度,三个3.2mm小孔与16.5mm间的相对位置要准确。小孔中心园直径420.1mm为IT10级。此零件为旋转体,其形状特征表明,是一个带凸缘的圆筒形件。其主要的形状、尺寸可以由拉深、翻边、冲孔等冲压工序获得。作为拉伸成型尺寸,拉伸工艺较好。22.3mm、16mm的公差要求偏高,拉伸件底部及口部的圆角半径R1.5mm也偏小,故应在拉伸之后,另加工整形工序,并用制造精度较高、间隙较小的模具来达到。三个小孔3.2mm的中心圆直径420.1mm的精度要求较高,按冲裁见工艺性分析,应以2
5、2.3mm的内经定位,用高精度(IT7级以上)冲模在一道工序中同时冲出。外壳的形状表明,零件为拉伸件,所以拉伸为基本工序。凸缘上三小口由冲口工序完成。该零件16.5mm部分的成形,可以有三种方法:一种可以采用阶梯拉伸后车去底部;另一种可以采用阶梯拉伸后冲去底部;第三种可以采用拉伸后冲低孔,再翻边的方法(图2-2)第一种方法车底的质量较高,但生产绿地且废料,该零件底部要求不高,一般不采用。第二种方法较第一种方法效率高,但在冲去底部之前,要求底部圆角半径接近于零,因此需要增加一道整形工序,而且质量不易保证。第三种方法生产效率高,且省料,翻边的端部质量虽不及前俩种好,但由于该零件对这一部分的高度和孔
6、口端部质量要求不高,而高度21mm和R1俩个尺寸正好是用翻边可以保证的。经过比较,第三种方法较为合理。a)车切; b)冲切; c)冲孔翻边图 2-2 外壳底部的成型方案 因此,该外壳零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有:落料、拉伸(可能多次)、冲三个小孔、冲低孔、翻边、切边和整形等。用这些工序的组合可以提出多种不同的工艺方案。2.3 优化选择工艺方案及模具形式通过对汽车玻璃升降器外壳零件的工艺性分析,结合具体生产条件,优化选择该零件的工艺方案及模具形式,使其尽量满足工艺行合理、经济性合算的原则。具体内容如下:2.3.1 计算毛坯尺寸在计算毛坯尺寸以前需要先确定翻边前的半成品形状和尺寸。翻边
7、前是否也需要拉成阶梯零件,这样核算翻边的变形程度。零件16.5mm处的高度尺寸为:H=21-16=55mm。根据翻边公式,翻遍高度H为: H= 0.5d1(1-k)+0.43Rd+0.72t (21)K:翻边系数;Rd:翻遍处圆角半径;t :坯料厚度。经变换后,有:K=1-2/d(H-0.43Rd-0.72t)=1-2/18(5-0.431-0.721.5)=0.61即翻边处高度H=5mm;翻边系数达K=0.61.由此可知其预加工小孔孔径:d0=d1K=180.61=11mm (22)d1:翻边孔直径。由d0/t0=11/1.5=7.3,查冲压模具设计大典表19.5-1,当用圆柱形凸模,预加工
8、小孔为冲制时,其极限翻边Kfr=0.50k=0.61,即一次能翻出竖边H=5mm的高度。故翻边前,该外壳半成品可部位阶梯形,其翻边前的半成品形状与尺寸如图2-3所示。图中法兰边直径54mm是根据工作法兰边直径50mm、加上拉伸时的修边余量取为4mm而确定的,于是,该零件的坯料直径D0可按模具设计大典第三卷 表19.44中公式计算:D0 = = (23) 图2-3 翻边前的半成品图2.3.2 计算拉深次数Df/d3=2.42,属宽凸缘筒形件。 零件拉伸系数:mf=d/D0=0.37 , t/D0100=100=2.3 (24)D :第三次拉伸凸圆筒形件内径,单位mm。D0:毛坯直径,单位mm。由
9、此查模具设计大典得,mc=0.42.如果采用二次拉伸,若取m1=0.45,由d1=m1d0=0.4565mm29mm,则m2=d3/d1=0.768 (25)d1:第一次拉伸零件内径,单位mm。d3:第三次拉伸凸圆筒形件内径,单位mm。查模具设计大典有m2=0.7680.5,故能由冲孔后直接翻边获得H=0.5mm的高度。翻边前的拉深件形状与尺寸如图3-5所示。 图3-5 翻边前的拉伸件3.2.2 毛坯尺寸展开计算 实际凸缘直径d凸=d凸+2=(50+3.5)mm54mm。毛坯直径D引入公式(23)计算:D=65mm 3.2.3 排样与裁板方案的确定1、制件的毛坯为简单的圆柱形,而且尺寸比较小,
10、考虑到操作方便,宜采用单排。t=1.5mm,查模具设计大典轧制薄钢板拟选用规格为:1.5mm750mm1420mm的板料。2、 排样设计 图3-6 排样图 确定搭边值 俩工件间的横搭边a1=1.2mm; 俩工件间的纵搭边A=1.0mm; 布距S=D+a=65+1=66mm; 条料宽度B=(D+2a1+)-0=67.55-0.150; 故一个布距内的材料利用率为:=A/BS*100%=(D/2)2100%=74.4% (32) 由于直板材料选取1.57501420故每板料可裁剪1121=231个工件,故每块板料(1.57501420)的利用率为:=nA/LB100%=231(D/2)2/(750
11、1420)100%=71.9%3.3 部分工序参数的计算3.3.1 初步计算拉深直径由于该工件需要三次拉深,查冲压模具设计与制造技术,首次拉深系数m1、二次拉深系数m2、二次拉深系数m3:初步计算各次拉深直径为:d1=m1D=0.566536.4mm (3-3)d2=m2d1=0.80536.429.12mmd3=m3d2=0.81229.1223.8mm3.3.2 选取凸凹模的圆角半径首次拉深凹模圆角半径rd1,根据冲压模具设计与制造技术可知:rd1=0.8=0.85.36mm,取rd1=5.5mm 又有公式 rdn=(0.60.08)rdn-1 (34)计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径,分
12、别为:rd1=5.5mm rp1= 4mmrd2= 4mm rp2=2.5mmrd3= 3mm rp3=1.5mm3.3.3 计算各次拉深直径根据冲压模具设计与制造技术式 Hn=(D2-dtn2+3.44rndn)/4dn (35) 计算各次拉深高度如下:H1=(D2-dt12+3.44r1d1)/4d1=(652-542+3.444.7536.4)/436.413mmH2=(D2-dt22+3.44r2d2)/4d2=(652-542+3.443.2529.12)/429.1214mmH3=(D2-dt32+3.44r3d3)/4d3=(652-542+3.442.2523.8)/423.8
13、16mm 3.4 各工序冲压力的计算工序一: 由1郝滨海编著冲压模具简明设计手册第19页公式2.72.10可得:一般平刃口冲裁时,其冲裁力F落料可按下式计算:即 F落料=1.3Lt (36)式中 t 材料厚度,mm; L 冲裁周长,mm; 材料的抗剪强度,MPa。见表2.1。卸料力Fxi可按下式计算:即 Fxi=kxiF落料 (37)式中 F落料冲裁力,N; kxi卸料力,N; Kd推出系数,见表3.1。表3-1 卸料力、推件力系数料厚/mmkxikd钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.1
14、0.0630.0550.0450.025铝、铝合金0.0250.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09 由郝滨海编著。冲压模具简明设计手册第147页表4.35可得:筒形件由压边拉深的首次拉深力P计算公式: F1=d1tbK1 (38)式中 F1首次拉深力,N; d1 首次拉深直径,mm; t 材料厚度,mm; b板料抗拉强度,MPa;见表2.1 K1 修正系数,按表3.2选取。首次后的各次拉深力P计算公式: P=dntbK2 (39)式中 P首次后的各次拉深力,N; dn第n次拉深直径,mm; t 材料厚度,mm; b板料抗拉强度,MPa;见表2.1; K2 修正系数,
15、按表3.3选取。表 3-2 修正系数 K1首次拉深系数M10.550.570.600.620.650.670.700.720.750.770.80K11.00.930.860.790.720.660.600.550.500.450.40表 3-3 修正系数 K2首次拉伸系数m10.700.720.750.770.800.850.900.95K21.000.950.900.850.800.700.600.50由郝滨海编著。冲压模具简明设计手册第150页表4.464.48可得:筒形件拉伸件首次拉深时压边计算公式: FQ1=AFq=(D2-d12)Fq (310)式中 FQ1首次拉深时的压边力,N;
16、 D 坯料直径,mm; d1 首次拉深直径,mm; q 单位压边力,MPa;见表3.4. 表 3-4 各种材料拉深时的单位压边在单动压力机上拉深时的单位压边力材料q/MPa铝0.81.2紫铜1.21.8黄铜1.52.0压轧青铜2.02.520钢、08钢、镀锡钢板2.53软化耐热钢2.83.5高合金钢、高锰钢、不锈钢34.5落料力:由公式(3.4)F落料=1.32651.5325=129.34KN卸料力:由公式(3.5)Fxi=KxiF落料=0.05129.34=6.47KN拉深力:由公式(3.6)F1=d1tbK1=36.41.52350.96=53.49N压边力:由公式(3.8)FQ1=AF
17、q=(D2-d12)Fq =5.01KN所以,总压力 F总冲压力1=F落料+Fxi+Fd+F1+FQ1=174.4KN初选压力机:故初选压力机公称压力为250KN,型号为J23-25.工序二:拉深力:由公式(3.7)F2=d2tbK2=29.121.52350.8=25.79KN压边力:由公式(3.8)FQ2=A2Fq=(D2-d12)Fq=36.42-29.1222.2=0.82KN总压力:F总冲压力2=FQ2+F2=36.48KN故初选压力机公称压力为63KN,型号为J23-6.3。工序三:拉深力:由公式(3.7)F3=d3tbK3=23.81.52352=52.69KN压边力:由公式(3
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