冲压工艺与模具课程设计支撑圈零件冲压工艺与模具设计【全套图纸】.doc
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1、冲压工艺与模具课程设计设计说明书“支撑圈”零件冲压工艺与模具设计起止日期: 2011 年 01月 03 日 至 2011年01月 16日学生姓名班级材料071学号07405300109成绩指导教师(签字)机械工程学院 年 月 日目 录第1章 冲压件工艺分析31.1 制件介绍31.2 冲压件工艺分析计算31.2.1 翻孔工序计算31.2.1 拉深工序计算41.3 冲压件拉深工艺分析5第2章 零件冲压工艺方案的确定62.1 冲压方案62.2 各工艺方案特点分析62.3 工艺方案的确定7第3章 模具结构的确定7第4章 零件冲压工艺计算74.1 排样的设计与计算74.1.1 排样方法的确定74.1.2
2、 条料宽度的确定84.1.3 材料的利用率84.2 冲裁力、拉深力、翻孔力的计算94.2.1 落料工序94.2.2 拉深工序94.2.3 冲孔工序104.2.4 翻孔工序114.2.5 总冲压力的计算114.3 压力机的选择114.4 模具刃口尺寸的计算124.4.1 落料模刃口尺寸的计算124.4.2 拉深模刃口尺寸的计算124.4.3 冲孔模刃口尺寸的计算134.5 模具其他尺寸的计算134.5.1 落料凹模134.5.2 其他零件结构尺寸的选取144.5.3 拉深凸模154.5.4 凸凹模154.6 凸模的强度与刚度校核164.6.1 承压能力的校核164.6.2 失稳弯曲应力的校核17
3、第5章 选用标准模架175.1 模架的类型175.2 模架的尺寸18第6章 选用辅助结构零件196.1 导向装置196.2 模柄206.3 定位装置206.3.1导料板206.3.2固定挡料销216.4 推件装置和顶件装置226.4.1推件装置226.4.2顶件装置226.5 卸料装置236.6 凸模固定板236.7 凸凹模固定板246.8 垫板246.9 弹性元件25第7章 编制冲压工艺过程卡26第8章 模具总体结构28结论29参考文献30致谢30第1章 冲压件工艺分析全套图纸,加1538937061.1 制件介绍零件名称:支撑圈材料:08钢(渗碳淬火,层深0.3mm)料厚:1.5mm批量:
4、大批量零件图:如图1-1所示图1-1零件图1.2 冲压件工艺分析计算由零件图1-1可知,该零件为开口有凸缘圆筒形件,零件结构简单对称,要求外形尺寸,没有厚度不变的要求,满足拉深工艺要求。无凹陷或其他形状突变,属于典型的板料冲压件。初步确定其生产工序可按照落料冲孔翻孔切边的方案加工。但能否一次翻孔成型达到零件所要求的高度,仍需进一步校核计算。1.2.1翻孔工序计算1.2.1.1判断一次翻孔能否达到所要求的高度查文献1表6-4,可查得极限翻孔系数可取为。根据文献1公式(6-10),可求出一次翻孔的极限高度,即,而零件的总高度由此可知一次翻孔不能达到零件高度要求,需要采用先拉深,然后冲孔并翻孔的工艺
5、。1.2.1.2计算翻孔高度根据文献1公式(6-11),可求出翻孔所能达到的最大高度,即,1.2.1.3计算预孔直径根据文献1公式(6-12),可求出预孔直径,即,实际取。1.2.1.4计算翻孔前需要拉深的高度根据文献1公式(6-13),可求出拉深高度,即,取拉深高度。根据上述分析计算可画出翻孔前拉深后的半成品图,如图12所示,查文献1表5-7,可取修边余量为。图1-21.2.2拉深工序计算1.2.2.1毛坯直径的计算拉深后半成品的大经为:则毛坯的直径为1.2.2.2相对厚度的计算1.2.2.3相对直径的计算1.2.2.4相对高度的计算1.2.2.5拉深次数的确定查文献1图5-18,可知此工件
6、可通过一次拉深成形。 1.2.2.6拉深系数的确定由坯料直径D69和拉深件的中线尺寸d33.5,根据文献1公式5-17,可得拉深系数为md/D0.491.3冲压件拉深工艺分析拉深件凸缘与侧壁间的圆角半径,满足拉深对圆角半径的要求。带凸缘拉深件的直径,满足拉深对带凸缘拉深件直径的要求。零件外形上只有底面外径有公差要求,拉深件直径为,查文献1表4-6,可查得冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14,满足拉深对工件的公差等级的要求本冲压件在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求,所以只要模具精度达到一定要求,冲裁件的断面质量可以保证。对于冲裁件材料一般要求的力学性能是强度低,塑性高,表面质量和厚度公差符合
7、国家标准。本设计零件所用的材料是08钢,为优质碳素结构钢,其强度低,塑性、韧性较高,冲压性能好,焊接性能好,用于塑性好的零件。经热处理后,用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求,所以采用国家标准的板材,其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。产品生产批量为大批量生产,适于采用冲压加工的方法,最好是采用复合模或级进模,这样将很大地提高生产效率,降低生产成本。第2章 零件冲压工艺方案的确定2.1冲压方案根据零件的结构,其加工工艺方案可以有以下几种:(1) 方案一:采用落料拉深冲孔翻孔修边的单工序模。(2) 方案二:采用落料、拉深复合冲孔翻孔修边。(3) 方案
8、三:采用落料、拉深、冲孔复合翻孔、修边。(4) 方案四:采用落料、拉深复合冲孔、翻孔、修边复合。(5) 方案五:采用落料、拉深、冲孔、翻孔、修边的复合模。(6) 方案六:采用落料、拉深、冲孔、翻孔、修边的级进模。2.2各工艺方案特点分析(1) 方案一为单工序模。其特点是:模具结构简单,制造维修方便,但是要用到五道工序,需要五副模具,在成本上是比较高的,而且生产率比较低,在生产中难以保证零件的尺寸精度,一般只适用于生产小批量和精度要求低的零件。因而单工序难以满足该零件的生产要求。(2) 方案二、三、四、五为复合模。其特点是:模具结构复杂,调整和维修难度大,制造精度要求高,成本高,生产率高。复合模
9、主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。(3) 方案三为级进模。其特点是:模具轮廓尺寸较大,制造较复杂,调整维修麻烦,成本较高,生产率高,减少了模具和设备的数量,工件精度较高,便于操作和实现生产自动化。一般适用于大批量生产的小型冲压件。2.3工艺方案的确定综合以上的三个方案,根据零件的结构以及该零件是大批量生产的,因此选用复合模为最佳。但考虑到经济性因素以及我们本次设计的要求和目的,所以决定在本次设计中采用方案二,并且本次设计主要是设计落料、拉深的复合模。其工序件简图如图2-1所示。图2-1第3章 模具结构的确定本次设计决定采用正装式落料、拉深复合模。凸凹模在上模,落料凹模和拉深凸模在下模。利
10、用正装式复合模冲出的工件表面比较平直。模具的整体结构采用固定卸料装置卸料、采用导料板对条料进行横向定位、采用刚性推件装置和弹性顶件装置,并用螺钉和销钉紧固。第4章 零件冲压工艺计算4.1排样的设计与计算4.1.1排样方法的确定根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为:有废料排样、少废料排样和无废料排样。根据工件的形状,确定采用无废料排样的方法是不可能做到的,所以可采用有废料和少废料的排样方法。此工件为有规则的圆形件,所以采用直排的排样方法。查文献2表2-26,可查得两工件间搭边值,侧边取搭边值。查文献【附录-冲压常用金属材料规格】轧制薄钢板规格,选用规格为的板料。 排样图如图4-1所示。图4
11、-14.1.2条料宽度的确定查文献5表2-14和2-15,可查得条料宽度公差。取条料与导板之间的间隙。根据文献1公式(3-19),可求出条料宽度,即,根据文献1公式(3-20),可求出导料板之间的距离,即,步距4.1.3材料的利用率根据文献1公式(3-15),可求出一个步距内的材料利用率,即,由于选用板料的规格为,故每块板料可冲裁出个工件。根据文献1公式(3-16),可求出一张板料上总的材料利用率,即,4.2冲裁力、拉深力、翻孔力的计算4.2.1落料工序4.2.1.1落料力的计算查文献3表5-15,可查得08钢的抗拉强度。落料毛坯周边长度尺寸为根据文献1公式(3-25),可求出所需的落料力,即
12、4.2.1.2卸料力及顶件力的计算查文献1表3-11,可查得。根据文献1公式(3-26),可求出所需的卸料力,即根据文献1公式(3-28),可求出所需的顶件力,即4.2.1.3总落料力的计算4.2.2拉深工序4.2.2.1拉深力的计算根据相对厚度,查文献1表5-8,可知不需要使用压边圈。查文献3表5-15,可查得08钢的抗拉强度。根据文献1公式(5-30),可求出所需的拉深力,即4.2.2.2压边力的计算查文献1表5-9,可取材料的单位压边力。由于只有一次拉深,凸凹模圆角半径与拉深件相应的圆角半径应一致,故凹模圆角半径,凸模圆角半径。根据文献1公式(5-26),可求出所需压边力,即4.2.2.
13、3总拉深力的计算4.2.3冲孔工序4.2.3.1冲孔力的计算冲孔周边长度尺寸为根据文献1公式(3-25),可求出所需的冲孔力,即4.2.3.2卸料力及顶件力的计算查1表3.11,可查得。根据文献1公式(3-26),可求出所需的卸料力,即根据文献1公式(3-27),可求出所需的推件力,即根据文献1公式(3-26),可求出所需的顶件力,即4.2.3.3总冲孔力的计算4.2.4翻孔工序查文献3表5-15,可查得08钢的抗剪强度。根据文献4公式(5-23),可计算翻孔力,即, 4.2.5总冲压力的计算完成零件冲压所需的总冲压力为:完成落料拉深复合模所需的总冲压力为:4.3压力机的选择由于是圆形工件,所
14、以工件的压力中心应为圆心。计算所得冲压所需的总压力为188kN,压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力。查文献2表13.10,可初选公称压力为250kN的JH21系列开式固定台压力机,其型号为JH21-25。其主要参数如表4-1所示。表4-1 JH21-25压力机标称压力/kN250标称行程/mm2.8滑块行程/mm80行程次数/100最大封闭高度/mm250封闭高度调节量/mm50滑块中心线到机身距离/mm210工作台尺寸左右/mm700工作台孔尺寸/mm150前后/mm440模柄孔尺寸直径/mm40电动机功率/kW2.2深度/mm654.4模具刃口尺寸的计算4.4.1落料模刃口尺寸的计算查
15、文献1表3-3,可查得最大间隙为,最小间隙为。查文献1表3-5,可查得系数x=0.5。工件的公差。根据文献1公式(3-2),可求出所凹模刃口尺寸,即 根据文献1公式(3-3),可求出凸模刃口尺寸,即 4.4.2拉深模刃口尺寸的计算决定凸模和凹模单边间隙Z时,不仅要考虑了材质和板厚,还要注意工件的尺寸精度和表面质量,尺寸精度高、表面粗糙度数值低时,模具的间隙应取得小一些,间隙值应与板料厚度相当。不用压边圈拉深时,根据根据文献1公式(5-54),可求出单边间隙,即该工件要求外形尺寸,因此拉深时以凹模为基准,间隙取在凸模上。查文献1表5-19,可取凸凹模的制造公差为:根据文献1公式(5-56),可求
16、出凹模尺寸,即 根据文献1公式(5-57),可求出凸模尺寸,即 圆角处的尺寸经分析,其以凸模成形,则以凸模为基准,间隙取在凹模上。4.4.3冲孔模刃口尺寸的计算根据前面的计算可知,。查文献1表3-5,可查得系数x=0.5。根据文献1公式(3-4),可求出凸模刃口尺寸,即根据文献1公式(3-5),可求出凹模刃口尺寸,即4.5模具其它尺寸的计算4.5.1落料凹模凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强度与刚度,凹模板的厚度还应考虑修磨量。4.5.1.2凹模高度查文献1表3
17、-15,可查得系数。由前面的计算可知,落料件的直径为69mm根据文献1公式(3-46),可求出凹模高度,即,取凹模高度为28mm。4.5.1.2凹模壁厚根据文献2公式(2-17),可求出凹模壁厚,即,4.5.1.2刃壁高度根据文献2表2.40,当冲件料厚,垂直于凹模平面的刃壁,其高度,可取。4.5.1.2凹模宽度根据文献1公式(3-47),可求出凹模宽度,即,4.5.1.2凹模长度查文献1表3-14,可查得送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离。根据文献1公式(3-48),可求出凹模长度,即,查文献2表2.63,可选取凹模板的规格为。凹模的整体结构尺寸如图4-2所示。图4-24.5.2其他零件
18、结构尺寸的选取对于垫板、凸模固定板、导料板、卸料板、凸凹模固定板,其宽度与凹模外径相当,所以根据文献2,可查得这些零件的尺寸规格,如表4-1所示。表4-1名称长度宽度厚度(mm)材料数量垫板T8A1凸模固定板45钢1卸料板45钢1凸凹模固定板45钢14.5.3拉深凸模根据工件外形并考虑加工,将拉深凸模设计成台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与修模,与凸模固定板的配合按H7/m6的配合。由前面的计算可知,拉深凸模的尺寸为。凸模长度主要根据模具结构,并考虑修模、操作安全、装配等的需要来确定。其长度可由凸模固定板厚度、推件板的厚度确定。因此取凸模的长度为52mm。凸模的结构尺寸如图4-3所示
19、:图4-34.5.4凸凹模凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模。其长度应根据落料凸模的要求计算,壁厚根据落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直径计算。 此处落料凸模采用有固定卸料板的凸模,长度可按下公式计算: 式中 L凸凹模的长度,mm; 上凸模固定版的厚度,mm;查文献2表15.57,选取凸模固定 板的尺寸规格为; 固定卸料板的厚度,mm;查文献2表15.27,可取卸料板的厚 度为16mm; 导料板的厚度,mm;导料板的厚度一般取材料厚度的倍, 因此取导料板的厚度为6mm; 附加长度,mm;包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度、 凸模固定版与卸料板的安全距离。取H=36.5mm。则凸凹模的总长度为
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