毕业设计论文导柱式弹顶落料模具设计说明书.doc
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1、第一章 冲压设备1.1 冲压技术简介 冷冲压在锻压生产中占有很重要的地位,在工业中的应用十分广泛,它也是锻压专业教学的基本内容。冷冲压生产技术是多方面的,但其中最为主要的基础内容是,在充分地了解和掌握各种冲压变形规律的基础上解决冲压加工中出现的各种实际问题,确定最佳工艺参数,以最简便的方式在消耗最低的条件下实现冲压加工过程,获得高质量的冲压产品。冷冲压是塑性加工的基本方法之一,它主要用于加工板料零件,所以有时也叫板料冲压.冲压加工的范围十分广泛,不仅可以加工金属板料,而且也可以加工非金属材料。冲压加工时,板料在模具的作用下,其内部产生使之变形的内力。冷冲压生产靠模具与设备完成加工过程,所以它的
2、生产率高,而且由于操作简便,也便于实现机械化和自动化。一般的冲压加工,每分钟一台冲压设备可生产零件的数目是几件到几十件。但是,目前已有相当数量高速冲床的生产率已达每分钟数百件或数千件以上。1.2 冲床冲床用来安装与之相适应的模具。J23系列开式可倾冲床和J21S系列深喉冲床,在J21S系列深喉冲床中,快速冲床,特点是行程小,行程次数38170(次/min)。J23系列开式可倾冲床为可倾式铸造结构,倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下。它较J21S系列深喉冲床,它较偏心冲床有较大的行程,行程次数45120(次/min)。其它冲床同J23系列开式可倾冲床相似。1.3参数计算为了正确选用冲床,必须了解
3、它的一些主要数据。1.3.1额定吨位冲床铭牌上规定的吨位为冲床的额定吨位。额定吨位的大小,反映冲床的冲裁力。在我国,J23系列开式可倾冲床特点系列生产,共8级,具体型号有J23-16、JB23-20A、J23-25、JB23-35、JG23-35、JG23-40、JD21-100、JB21-160等各种冲床。选择冲床时,必须使冲床的额定吨位大于工件所需要的冲裁力。由表1.1查得Q235的=375460 Mpa,取=450 Mpa。工件所需要的冲裁力P可从模具设计手册查得: P= (1.1)式中 t圆盘的厚度(m);D圆盘的直径(m);材料的抗拉强度(MPa);K考虑弹性脱料装置的压缩力,圆盘厚
4、度公差,冲模间隙的变化,刃口变钝等因素使冲裁力增大的系数,可取K1.3. =14.04 (T) 表1.1 部分碳素结构钢力学性能牌号屈服强度/MPa伸长率/%抗拉强度/MPa Q215 1652152631335410 Q235 1852352126375460 Q225 2052551924410510 Q275 2252751520490610故应选用35吨的的J23系列开式可倾冲床,床身材料为可倾式铸造结构,倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下,采用刚性转健离合器,具有单次和连续操作规范。 使用带式制动器,滑块装有压塌式保险器,超载时保险器压塌,从而保证整机不受损坏。冲床具有通用性强、精度
5、高、性能可靠、便于操作的优点。 配备自动送料装置可实现半自动化冲压作业。具体基本参数见表1-2 JB23-35 吨开式可倾冲床使用说明书。1.3.2. 闭合高度 闭合高度是冲模设计和冲模在冲床上安装时都必须考虑的重要因素。闭合高度有两种: (1) 冲模闭合高度: 冲模闭合高度是指上、下模在最低工作位置时冲模高度。(2) 冲床闭合高度:冲床上的连杆,可以通过螺纹调节其长度调节量为M。冲床闭合高度是指冲床在M=0时从台面至下止点时滑块下平面间的距离。选择冲床时,须使冲床的闭合高度大于冲模的闭合高度,否则, 滑块在上止点时将冲模装在冲床上,冲床开动后将会使冲模损坏。取合模后固定板和卸料板之间的安全距
6、离为20毫米。在本设计中闭合高度为:上模座 垫板 凸模固定板卸料板+凹模+下模座安全距离即:=60+10+40+15+60+55+20=260(mm)所选冲床闭合高度,满足其中为最大闭合高度,最小闭合高度,为闭合高度。所以,这套模具设计的闭合高度为260毫米。1.3.3台面尺寸(长宽)和台面孔尺寸 在冲模设计和安装时,必须考虑台面尺寸和台面孔尺寸,前者应能保证模具在台面上压紧,后者应能保证冲孔的余料或工件能从台面孔落下。1.3.4模柄孔尺寸 在冲模设计和安装时, 必须考虑冲床滑块模柄孔的尺寸。通常,模柄外径和上模座孔的配合采用H7/m6。表1-2 JB23-35 吨开式冲床使用说明书序号项 目
7、数 值单位1公称压力35吨2滑块行程100毫米3滑块每分钟行程次数55次/分4封闭高度调节量80毫米5封闭高度(滑块在下死点时至台面的距离)最 大 300毫米最 小 220毫米6工作台尺寸前 后480毫米左 右710毫米8喉口深度710毫米9立柱间距离390毫米10模柄孔尺寸直径50毫米深度60毫米11滑块底面尺寸前 后320毫米前 后270毫米12外形尺寸前 后1480毫米左 右1050毫米地面上高2200毫米13机床重量45吨 第二章 冲裁力和排样2.1冲裁力计算冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃口的冲裁,其冲裁力按公式(1.1)已计算。如图2.1所示为模具所要加工的工件圆
8、盘的图,材料为Q235,厚度1mm,大批生产。 图2.1 圆盘2.1.1冲裁件工艺分析由圆盘图可见,该冲裁件外形简单,仅需一次冲裁加工即可成型。冲裁件为大批量生产,因此采用单工序、后导柱导向式冲裁模进行加工,以方便工人操作,并保证尺寸精度,由于工件尺寸较薄,故可采用固定卸料板弹性卸料和下出料的方式。 2.1.2 确定模具压力中心圆盘为对称形状制件,压力中心位于制件轮廓图形的几何中心上。2.2冲裁排样设计条料、帯料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样和选择适当的搭边值是提高材料利用率、降低成本、保证冲件质量及模具寿命的有效措施。2.2.1材料利用率排样的目的是为了在保证制件质量的前提下,合理利用
9、原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率,一个进矩的材料利用率计算见式(2.4)=F= nA = BL=(nA/BL)100% (2.4)A=式中:n一张板料(或帯料、条料)上冲件的数目A一个冲裁件的实际面积L板料长度B板料宽度r板料半径值越大材料的利用率就越高,在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上,可见材料利用率是一项很重要的经济指标。提高材料利用率的方法:冲裁所产生的废料可分为两类:一类是结构废料,是由冲件的形状特点产生的;另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边,以及料头、料尾和边余料而产生的废料,称为工艺废料。要提高材料利用率,主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料
10、的有力措施是:设计合理的排样方案,选择合适的板料规格和合理的裁板法(减少料头、料尾和边余料),或利用废料作小零件等。对一定形状的冲件,结构废料是不可避免的,但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲件的材料和厚度相同时,在尺寸允许的情况下,较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。另外,在使用条件许可下,当取得零件设计单位同意后,也可以改变零件的结构形状,提高材料利用率.2.2.2条料排样的分类根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种(1)有废料排样;(2)少废料排样;(3)无废料排样。在冲压生产实际中,由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同,不可能提供一种
11、固定不变的合理排样方案。但在决定排样方案时应遵循的原则是:保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件,同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等。从各方面权衡利弊,根据排样采用少废料排样。2.2.3搭边的确定排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差,确保冲出合格零件;二是增加条料刚度,方便条料送进,提高劳动生产率;同时,搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙,从而提高模具寿命。搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响,因此一定要合理确定搭边数值。搭边过大,材料利
12、用率低;搭边过小时,搭边的强度和刚度不够,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲裁件毛刺,有时甚至搭边拉入模具间隙,造成冲裁力不均,损坏模具刃口。根据生产的统计,正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50以上。影响搭边值的因素:(1)材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些;软材料、脆材料的搭边值要大(2)材料厚度 材料越厚,搭边值也越大。(3)冲裁件的形状与尺寸 零件外形越复杂,圆角半径越小,搭边值取大些。(4)送料及挡料方式 用手工送料,有侧压装置的搭边值可以小一些;用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。(5)卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。表2.2为最小搭边值(单行排列): 表2.2
13、最小工艺搭边值(单行排列)材料厚度t/mm工件间c/mm沿边a/mm0.50.81.01.20.81.20.81.01.21.61.01.22.2.4计算排样由表2.2取搭边值c=1.5 mm,a=2mm,条料宽度为79mm,进矩为76.5mm。第三章 模具结构设计冲裁模是冲压生产所用的主要工艺装备,冲裁模具结构的合理性和先进性,对冲裁件的质量与精度、冲裁加工的生产率与经济效益、模具的使用寿命与操作安全等都有密切的关系。模具的整个装配关系如图3.1所示。 图3.1 模具的总装图 1-上模座;2-弹簧;3-卸料螺钉;4-螺钉;5-模柄;6-止转销;7-圆柱销;8-垫板;9-凸模固定板;10-凸模
14、;11-卸料板;12-凹模;13-下模座;14-圆柱销;15-导柱;16-挡料销;17-导套 3.1 模具的组成3.1.1概述冲模的种类很多,但都包括以下几部分零件:1.工作件: 即直接参加冲裁工作的零件,如凸模、 凹模。2.定位件: 它的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确定位,如挡料销。3.脱料件: 每完成一次冲裁后,用来退出工件或余料的零件,如卸料板、弹簧和卸料螺钉组成。4.装配件:包括模具的其它零件,主要的有控制冲裁时凸模和凹模正确位置的导柱和导套的导向零件,安装和固定用的上、下模座、 凸模固定板、垫板和模柄等。在该模具设计中总装图如图2.1所示。3.2 凸模凸模又称冲头,是冲裁的关键
15、零件之一,其工作端的截面形状根据模形确定,我设计的凸模刃口是平的。凸模的材料应满足下列要求:(a) 能够承受强大的剪切力、压力、冲击力和摩擦力。因此模刃需要有很高的硬度,很高的耐磨和耐疲劳的能力以及足够的韧性;(b) 热处理以后的变形应该尽可能的小;(c) 长期使用中的变形应尽可能的小。根据上述要求,通常采用碳素工具钢和合金工具钢制造,如Cr12、Cr12Mov、9SiCr、T10A、T12A等作为制造凸模的材料。凸模尾端淬硬至5660HRC(T10A、T12A)或5862 HRC(Cr12、Cr12Mov、9SiCr)。凸模尾端淬火后回火,硬度为4348 HRC为宜。3.3 凹模 凹模刃口的
16、周边形状和凸模相同,因为要清除废料或工件,沿深度方向的尺寸不能上下一致。凹模材材可与凸模相同或优于凸模,淬火硬度可与凸模相同或略高于凸模,如可取(6064) HRC。一般也采用合金工具钢Cr12、Cr12Mov、9SiCr、T10A、T12A等制造,上下两平面之间的平行度要求不超过0.003. 凹模工作表面的粗糙度要求是,凹模刃口要锋利,强度要大,外廓棱角要倒钝等。冲裁时凹模承受冲裁力和的作用,由于凹模的结构形式不一,目前还不可能用理论计算法确定凹模尺寸,在生产中大都采用经验公式概略的计算凹模尺寸。凹模多采用机械法固定,由螺钉将其紧固在下模座上,并用圆柱销定位,或用凹模的长宽尺寸与下模座过渡配
17、合的止口代替圆柱销定位。3.4 导柱和导套在大批量生产中为了便于装模或在精度要求高的情况下,模具都采用导向装置,以保证精确的定位,提高冲件质量及模具寿命。导柱、导套都是圆柱形,加工方便,容易装配,是模具行业最广泛的导向装置。可在上、下模座上分别设置导柱、导套对凸模、凹模进行导向。导柱和导套如图3.2和3.3。 图 3.2 导柱图3.3 导套在选用时应注意在冲裁过程中导柱最好不要脱离导套的导向孔,导柱的长度应保证模具的闭合后,导柱的上端面与模座顶面的距离不小于10mm15mm,而下模座底面与导柱底面的距离应为2mm3mm。导柱和导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。当冲裁板厚在0.8mm以下的
18、间隙模具时,选用配合精度模架。当冲裁板厚为0.8mm4mm时,选用配合的精度模架。一般导柱、导套大都采用低碳钢(20钢或25钢)制造,经渗碳(渗碳层厚度为1.2mm1.5mm)和淬火,导柱硬度为58HRC62HRC,导套为56HRC60HRC,再经磨光方可使用,导柱和导套也可轴承钢制造。导柱、导套分别和下、上模座固定时,一般采用粘合剂将它们固定起来,固定的方法有以下几种:1低熔点合金浇注 低熔点合金又名冷胀合金,它具有在冷却凝固时体积膨胀的特性。这种特性可用于导柱式弹顶落料模具的紧固和导套的装配。既保证模具的定位精度,又节省大量的机钳工工时。同时模具损坏后,修理更换冲头也很方便。低熔点合金的配
19、方表3.1。各种金属的性能如下:锑-熔点为630,是一种银白略带浅蓝色的金属,性脆,可与多种金属熔合成合金。锑合金具有高的硬度和蚀性,在泠却凝固时,体积不收缩,并稍有膨胀,冷却率为0.2,因此能得到清晰,饱满的铸件。锑是低熔点合金具有泠胀特性的主要元素。铅-熔点为327,是合金中最便宜的,最容易买到的金属,质软,机械性能差,铅熔化后,挥发性大,有毒,在配制时应注意。铋-熔点为271,用以降低合金的熔点,改善流动性,在合金的配方比中数量最大。锡-熔点为232,锡可改善合金的机械性能,提高韧性,提高韧性,同时降低合金的熔点,增加流动性。采用低熔点合金浇注的最大缺点,是天热的时候,它的冷胀特性减。为
20、了克服这个缺点,可采用环氧树脂浇注和无机粘结剂浇注。低熔点合金的配方表3.1序号锑铅铋锡镉合金熔点浇注温度备注1928.54814.5_12015020025354515_1001201503_275013107090120浇注电极用2 环氧树脂浇注 环氧树脂的配方如下:6101环氧树脂:铁粉(填料);磷苯二甲酸二丁(吸湿剂);乙二胺(固化剂)。环氧树脂加热到3040,加入磷苯二甲酸二丁酯,均匀搅拌后,再加入铁粉,再搅拌均匀。在一切工作准备好的情况下,加入乙二胺,进行搅拌,在气泡完全消失后进行浇注。3 无机粘结剂浇注 无机粘结剂的成分为:氧化铜-黑色粉末,粗度要求320目左右,保持干燥;磷酸-
21、无色透明稠厚液体;氢氧化铝-白色粉末。无机粘结剂固体(氧化铜)和液体(配制好的含有氢氧化铝的磷酸)的配比对粘结性能有直接性的影响,固液配比K为固体的克数比液体的毫升数。K大则粘结强度高。但凝固快,在室温下倘使K5,粘结剂的调制工作便很难进行,往往在调制中,就已干固。反之K小,粘结时使用时间长,但粘结强度低。通常取K=5:1。配好后不断搅拌至成为棕黑色胶状体,便成为无机粘结剂,即可进行浇注。浇注后放入烘箱内,保持温度在4050烘干。3.5挡料销 模具上的挡料销的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确的定位。根据毛坯形状、尺寸及模具的结构形式,可选用不同的定位方式。挡料销的定位面抵住条料的浅搭边或工
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