弯管垫片模具设计.doc
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1、济源职业技术学院毕 业 设 计题目 弯管垫片的模具设计 系别 专业 班级 姓名 学号 指导教师 日期 设计任务书设计题目:弯管垫片模具的设计设计要求:1.冲裁、翻边工艺性分析的确定。2.有关计算及模具设计。3.节约材料及零件的精确度。4.提高加工零件的效率及模具使用寿命。设计进度:11月23日11月30日 查阅、收集资料 12月1日12月7日 主要设计计算12月8日12月14日 结构设计12月15日12月22日 模具的整体设计12月23日12月25日 校核、修改、提交论文 指导教师(签名): 目 录摘要1前言21 工艺性分析和方案确定31.1工艺的分析31.2工艺的确定31.3毛胚形状,尺寸和
2、下料方式的确定41.4工件的排样设计51.5排样和材料的利用率51.6冲模结构的确定52 各部分工艺力的计算72.1工艺力的计算72.2闭模高度:92.3冲裁设备的选择92.4压力机容许偏心载荷103 工件的尺寸计算123.1主工作部分尺寸计算123.2落料刃口尺寸计算123.3切边刃口尺寸计算134 翻边尺寸计算154.1翻边的工作部分尺寸计算154.2凸模承压能力的效核154.3抗纵向弯曲应力的效核165 弹性元件的计算206 主要零件的设计226.1定位零件的设计226.2卸料装置的设计226.3推件装置的设计247 导柱导套及模柄的选用277.1导柱导套的选用277.2模柄的选用277
3、.3模架选择及模具的动作过程27结论28致谢29参考文献30摘要随着模具工业的迅猛的发展,模具设计与制造以成为一个行业,工业生产中普遍采用模具成型工艺方法,有效地保证了产品的生产率和质量,使操作技术简化,还能省料、节能,获得显著的经济效益。由于产品的材料和工艺特性不同,生产用的设备也各异,模具种类繁多,但用的最为广泛的大约有以下几种:冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建材用模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。我设计的弯管垫片模具,材料为黄铜H68,厚度t=1mm。传统的加工方法为落料、冲孔、翻边、修整。我的加
4、工方法比较特别。由于材料和厚度的原因,我采用的加工方法为:落料、省去预制孔直接翻边、再利用翻边凸模与翻边凹模的间隙进行挤切修边。从而完成工件的加工。关键词:落料、冲孔、翻边、修边前言通过在洛拖一周和兴华模具厂六周的实习,使我认识到模具发展的广阔前景,由于模具技术的迅速发展,模具设计与制造已成为一个行业越来越引起人们的重视。我国模具行业发展比较落晚、技术比较落后。随着经济总量和工业产品技术的不断发展,各行各业对模具的需求量越来越大、技术要求也越来越高。我国大部分模具是需要国外进口的,一些发达国家对我国技术的封锁,但是随着我国不断的改革开放和模具工业不断的发展,模具工业已成为工业发展的基础,许多新
5、产品的开发和生产产品在很大程度上依赖于模具生产,特别是国防、汽车、轻工、电子、航工等行业尤为突出。例如,汽车的覆盖件:发动机、底部、构成驾驶室和薄板冲压成形的表面零件和内部零件。我国在模具产品开发设计方法手段落后、规模比较小以及管理的落后。从总体上看,自产自用占主导、商品化模具仅为13左右,国内模具生产仍供不应求,特别是精密、大型、复杂、长寿命模具。仍需依赖进口。 1 工艺性分析和方案确定1.1工艺的分析工件名称 :弯管垫片生产批量 : 大批量材 料 :黄铜H68 厚度1mm图1 弯管垫片简图该零件是圆形的轴对称工件,总体上结构简单,主要尺寸是内径,外径,精度要求一般,无特别的尺寸要求,可取为
6、IT11级。材料厚度,翻边的高度为2mm,其工件的加工工艺性较好,即冲裁性较好,1.2工艺的确定方案一:采用单工序模具,即先落料后冲孔,再翻边,需两套模具。方案二:采用复合模具,即一次安成落料冲孔翻边工序,只需要一套模具。方案三:采用级进模具,即先冲孔落料在翻边,只需要一套模具。表1 三种模具特点比较 模具种类比较项目单工序模复合模连续模冲件精度较低高一般生产效率较低较高高生产批量适合大、中、小批量适合大批量适合大批量模具复杂程度较易较复杂复杂模具成本较低较高高模具制作精度较低较高高模具制造周期较快较长长模具外形尺寸较小中等较大冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好由于这样一个工艺按单工序
7、模具来加工,则需两个工序,即需要两套模具。两台设备,模具制造费用大,生产效率低,且不容易保证尺寸精度,操作不便,也不够安全,所以方案一不合理。若采用模具级进则模具制造难度加大。工件的尺寸也不容易保证。生产效率也不高,所以方案三也不合理。而采用复合模制冲件时,由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称,复合模的成本不是太高,制造的难度也不大,容易保证尺寸的精度,操作也方便,安全性好,生产效率高,所以综合考虑,方案一比较合理。1.3毛胚形状,尺寸和下料方式的确定由于该工件是圆形的垫片,最大外径是落料的直径,且生产批量大,所以为了送料方便快速,坯料可以用条料,宽度应比工件的最大直径大两个单边搭边值,两冲裁
8、件也应留一个最小的搭边值,以保证冲裁出完整的工件,避免残缺工件的产生。提高坯料的利用率,提高生产效率和工件质量。由于工件只须内孔翻边,则落料件的尺寸与工件的外径相等,查最小搭边值得出则调料宽度的尺寸计算还与条料送进时模具上有无侧压装置及是否有侧刃有关,本套模具中没有侧压和侧刃装置,则条料宽度的计算公式为: 条料宽度: 送进步距:1.4工件的排样设计图2 排样图 1.5排样和材料的利用率在冲压生产中,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,较好地确定冲件形状尺寸和合理排样是年降低成本的有效措施之一。一般的冲裁时产生的废料分两种,一种是训孔的废料和材料尾部余料,这种废料的产生与
9、排样无关,而只与零件的结构有关,称之为结构废料;另一种是料头、前、中、侧面的搭边,与搭边选用及工艺方法有关,称之为工艺废料。所以要提高材料的利用率就要合理排样,尽可能地减少工艺废料。由于工件的形状和结构的限制这里采用有废料排样的方法,排样时留有搭边值,其值在前面已经查出。那么材料的利用率按式: (1-1) -条料的材料利用率; n- 条料上冲件总数,此取n40; F1- 工件实际面积(mm); A- 条料长度(mm)此取A1021.5 mm; B- 条料宽度 (mm)此取B27 mm; 则: 1.6冲模结构的确定首先从上面我们已经确定这是一套复合模,分析这个冲件可知,它是一个简单的圆形且是轴向
10、对称的冲件,而且最大直径可直接通过落料得到,内部需要同心冲孔和翻边,而内孔的冲裁又会产生废料,所以总体上应将落料的凹模固定在上模座上,而冲孔的凹模固定在下模座上,这样先完成落料,再随着模具的继续动作完成冲孔和翻边,而冲孔和翻边产生的废料可以通过与冲孔凹模相通的通孔直接排出模具外。又由于条料只有1mm,较薄,而且冲压件较小,质量要求一般,属于普通冲裁,所以可以用弹性卸料装置进行卸料,同时可以利用弹性装置来实现冲裁前凸凹模与卸料板的压力来完成压料动作,以保证工件的平整度。又由于毛坯以条料的形式送进模具,生产量又大,所以可用两个导料销和一个挡料销来完成条料送进时的正确定位和均匀正确的送料步距,同时由
11、于冲件结构较简单,冲件又小,所以用手动送料即可。在上下模座的导向方式上,考虑到冲件的结构较简单,尺寸精度要求较一般,而且是大量的生产,应尽右能提高模具的使用寿命,可以用导柱和导套配合的形式来完成上下模正确的冲裁定位。表2 倒、顺装复合模的比较比较项目倒装复合模顺装复合模工作零件装配位置凸模在上模部分在下模部分凹模在上模部分在下模部分凸凹模在下模部分在上模部分出件方式采用顶杆、顶杆自上模(凹模)内推出,下落到模具工作面上采用弹顶器自下模(凹模)内顶出至模具工作面上冲裁件的平整度较差较好废料排除废料凸模内积聚到一定程度后,便从下模部分的漏料孔或排出槽排出废料不在凸凹模积聚。压力机回程时及从凸凹模内
12、推出凸凹模的强度和寿命凸凹模承受的涨力太大,凸凹模的最小壁厚应严格控制,否则会涨裂受力情况比倒装复合模好,但凸凹模的内形尺寸易磨损增大,壁厚可比倒装的薄生产操作废料自漏料孔中排出,有利于清理模具的工作面,生产操作较安全废料自上而下击落,和工件一起汇聚在模具工作面上,对生产操作不利适应性冲裁件平整要求不高,凸凹模强度足够时采用。凸凹模尺寸较大时,可直接固定要下模上,不用固定板适用于薄料的生产,平整度要求较高,以及壁厚较小,强度较差的凸凹模2 各部分工艺力的计算2.1工艺力的计算(1)、落料力计算 按式(2-1): (2-1) 式中 F落落料力(N); L工件外轮廓周长(mm); T材料厚度(mm
13、),t=1mm; 材料抗剪强度(MPa)。由查表,。 则 (2)、卸料力 按式(2-2): (2-2) 式中 K卸卸料力因数,其值由表2-15查得,。 则 (3)、翻边力 此模具翻边凸模的工作部分为圆锥形,且翻边时无预制孔。因此F=1.3F翻。 按式(2-3)翻边力为: (2-3)式中 翻边力; s材料的屈服强度,查表得,; D翻边直径(按中线计),; 毛坯预制孔直径 t材料厚度(mm)。无预制孔的翻边力比有预制孔的翻边力大倍,此处取1.3,则 (4)、切边力 按式(2-4): (2-4) 式中 F切切边力(N); L工件外轮廓周长(mm); T材料厚度(mm),t=1mm; 材料抗剪强度(M
14、Pa)。由查表,=240MPa。 则 (5)、卸料力 按式(2-5): (2-5) 式中K卸-卸料力因数,其值由表2-15查得,K卸=0.02。则 (6)、推件力 按式(2-6): (2-6) 式中 K推推件力因数,其值由表2-15查得; N工件在凹模内的个数,取。则 当采用刚性卸料和下出件的模具(如刚性卸料的单工序模或级进模等)时: 当采用弹压卸料和下出件的模具(如弹压卸料的单工序模、级进模或上模刚性推料的倒装复合模等)时: 用倒装复合模冲裁时,与落料有关,与冲孔有关。当采用弹压卸料和上出件的模具(如上模弹压卸料、下模弹顶出件的单工序模或上模刚性推料的正装复合模等)时: 此时,与落料有关,单
15、工序模的与落料力有关,正装复合模中与冲孔力及落料力都有关。而本零件则采用弹压卸料和上出件的模具,所以: 故总的冲裁力2.2闭模高度:式中 H冲模的闭模高度最大装模高度最小装模高度2.3冲裁设备的选择压力机的精度低,会造成模具寿命低,工件精度低等不良后果。压力机的精度分子负荷状态的静精度和负荷状态下的动精度两种。对冲压加工来说,实际需要的是动精度。平行度不好,弯曲加工时造成弯曲角的波动,拉深加工时造成压边力不均匀和凸、凹模间隙不均匀等后果。垂直度不好,需要长加工距离的弯曲拉深加工,在加工行程的各点造成凸、凹模中心错移。综合间隙过大会助长过冲现象发生,因此希望其为必要的最小限度。为安全起见,防止设
16、备超载,可按公称压力的原则选取压力机。由于该工件属于小件,冲裁精度一般而且是大批量生产,在考虑压力机是应以机械压力机为主,而机械压力机加工速度比液压压力机快的多,高的生产效率是其绝对的优势,所以确定在机械压力机内选择。而冲裁的行程又比较短,所以又以曲柄结构有利。参照附录,可选取公称压力为100kN的单曲柄压力机J23-10,其技术参数为: 公称压力:250kN 滑块行程:65mm 最大封闭高度:270mm最大装模高度:220mm连杆调节长度:55mm滑块中心线至床身距离:200mm电动机功率:2.2KW最大倾斜角度:30工作台尺寸:前后370;左右560封闭高度调节量:55mm 工作台孔径:
17、模柄孔尺寸: 机床总质量: 2.4压力机容许偏心载荷压力机受偏心载荷时,不仅影响模具上下模正确的相对运动,降低模具的寿命,影响工件的质量。同时也对压力机的导向部件、曲柄强度等都有影响。因此,压力机在使用过程中,限定一定的偏心载荷和一定的偏心距,以保证压力机和模具的正常工作。压力机承受偏心载荷时,其受力状态对单曲柄和双曲柄结构是不同的。对于单曲柄,由于偏心载荷在滑块上形成旋转力矩,从而在导轨内产生支反力。 支反力: (2-7) 式中 F支反力 p偏心载荷(kN); e偏心距(mm); s二支反力间距离(mm);显然,其偏心载荷的容许值由导向部位的结构和强度等决定冲裁功的验算为了使压力机的每次行程
18、功不超过额定数值,从而保证压力机飞轮的转速及保证电动机不超载,必须进行冲裁功的验算:分析工件的结构及要求用途可知,易采用平刃冲裁:即 (2-8) A平刃冲裁功 (Nm); P平刃冲裁时的总冲裁力 (N); t材料厚度 (mm); m系数,一般取值m=0.63则 防止电动机过载按下式计算: (2-9) N压力机电动机的额定功率 (kW); K电动机运行系数,通过查表可知k=1.5; A冲裁功(Nm); 压力机总效率; T压力机实际工作周期时间 (s);则 所以可以有效防止电动机过载3 工件的尺寸计算3.1主工作部分尺寸计算模具的主要工作部分落料凹模、凸凹模、翻边凸模的总装图。3.2落料刃口尺寸计
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