207 鉸鏈落料沖孔復合模具設計

207 鉸鏈落料沖孔復合模具設計,鉸鏈,沖孔,復合,模具設計 鉸鏈落料沖孔復合模具設計1第一章 概述1.1 課題的來源與選題依據(jù)1.課題來源：企業(yè)開發(fā)研制產(chǎn)品需要。選題依據(jù)：根據(jù)學生所學專業(yè)及教學大綱要求，結合相關企業(yè)實際生產(chǎn)需要及設計模式，促使學生將所學專業(yè)基礎知識及專業(yè)知識具體應用到實踐中，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的能力。 1.1.1 課題的意義及目的隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓及模具技術也在不斷革新與發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）工藝分析計算方法現(xiàn)代化近幾年來，國外開始采用有限變形的彈塑性有限方法，對復雜成型件的成型過程進行應力，應變分析的計算機模擬，只預測某一工藝方案對零件成型的可能性和會發(fā)生的問題，將結果顯示在圖形的終端上，供設計人員進行修改和選擇。2）模具設計制造現(xiàn)代化為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短模具設計周期，工業(yè)發(fā)達國家正在大力開展模具計算機輔助設計和制造的研究，并已在生產(chǎn)中運用。3）冷沖壓生產(chǎn)機械化與自動化為了大量生產(chǎn)的需要，沖壓設備由低速壓力機發(fā)展到高速自動壓力機。4）發(fā)展新的成型工藝為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代和小批量生產(chǎn)的需要，發(fā)展了一些新的成型工藝，簡易模具，數(shù)控沖壓設備和沖壓柔性制造技術等。5）不斷改進板料的沖壓性能目前世界各先進工業(yè)國不斷研制出沖壓性能良好的板料，只提高沖壓成型能力和使用效果。設計目的：1）掌握冷沖壓模具的設計方法，要求我們將理論與實際密切聯(lián)系起來力求所學知識更完備。2）培養(yǎng)綜合運用所學知識，獨立解決實際問題的能力，并提高模具的設計與制造水平。3）熟悉查閱有關資料的手冊的方法，了解成型模具的工藝要求及結構特點。4）為了使我們?yōu)橐院蟮墓ぷ鞔蛳铝己玫幕A。常州工學院畢業(yè)設計說明書2第二章 沖壓工藝過程設計2.1 沖壓件的工藝分析2.1.1 根據(jù)零件的使用條件和技術要求進行工藝分析該零件(鉸鏈)主要用于電信設備上零部件的安裝固定以及用于其它地方，可以說用途甚為廣泛。有兩個該零件通過銷一樣的東西將其結合就形成了鉸鏈，但問題的關鍵是要注意卷圓部分以及八字孔，而其它部分要求并不是十分嚴格，只要能達到產(chǎn)品使用目的就可以。2.1.2 根據(jù)零件的形狀、尺寸精度和材料進行工藝分析1 沖裁件的形狀和尺寸a.該沖裁件形狀簡單、對稱、可采用少廢料直排，提高材料利用率，并且該沖裁件的外形 4 處交角處采用了圓角過渡，而八字形孔要保證其尖角不允許圓角過渡，但卷圓端部的兩個 90°尖角不符合沖裁工藝要求，故需要設工藝圓角，其圓角值可查《沖壓工藝與模具設計》 表 2.6.1 Rmin=0.35t=0.35×2.5=0.875mm，取 Rmin=1mm。b.因該沖裁件本身就沒有懸臂與狹槽，故不需考慮其最小寬度 b。c.因受模具強度和零件質量的限制，沖裁件中孔與孔之間以及孔與零件邊緣之間的壁厚值不能太小，若是太小零件質量不易保證。查書《沖壓工藝與模具設計》圖 2.6.2 知必須滿足 c≥t ，即 c≥2.5，而該沖裁件上 Cmin=9-5.2=3.8>c 故滿足要求。d.沖裁件的孔徑由于受沖孔凸模強度和剛度的限制而不宜太小，否則凸模易折斷和壓彎。該沖裁件的材料為 SS400 ，τ =400～510Mpa ，查書《沖壓工藝與模具設計》表 2.6.2知自由凸模最小沖孔孔徑 d≥1.3t=1.3×2.5=3.25mm，而該零件的最小孔徑 d=Φ8.4＞3.25mm 故滿足要求。e.該零件上尺寸 90、70，20、40 等都是自由公差按 IT14 取，尺寸 趨近 IT14 級，05.63　而尺寸 Φ8.5±0.3、Φ10.4±0.2、Φ8.4±0.2 均在 IT14 級以下，普通沖裁加工可獲得的零件尺寸公差等級可以查《冷沖壓模具設計指導》表 8-19，當 t=2.5mm 時，內(nèi)孔、孔中心距和孔邊距高于 IT14，故該沖裁件可以用普通沖裁完成。2 彎曲工藝性分析a.彎曲件的最大彎曲圓角半徑可以不加限制，只要措施得當控制其回彈量即可，查書《沖壓工藝與模具設計》表 3.3.1 最小相對彎曲半徑 Rmin/t 的實驗數(shù)值：當彎曲線與板料軋紋方向垂直時 Rmin=0.6×2.5=1.5mm；當彎曲線與板料軋紋方向水平時 Rmin=1.2×2.5=3mm；而 R=5≥Rmin 故滿足要求。b.由后面尺寸展開計算知直邊 L2=18.42mm， 即 H=L2=18.42mm＞2t=2×2.5=5mm ，故彎曲件的直邊高度也滿足要求。鉸鏈落料沖孔復合模具設計3c.孔邊至彎曲半徑中心的距離 L 查《沖壓工藝與模具設計》P120 圖 3.3.14 知 L≥2t 而 L=26.44-9-8.5-4.2=4.74≤2t=2×2.5=5mm。故不能滿足要求，應先彎曲后沖孔。但尺寸相差不大，且考慮該八字形孔是固定螺栓讓孔，形狀和尺寸要求并不是很高，允許有少量的變形，如果重新做模具其成本大大增加，所以綜合考慮仍然采用沖孔落料復合模。2.1.3 材料分析SS400 材料分析寶鋼鋼鐵股份有限公司廠標 國家標準Q/BQB 321-2003 GB912-89/GB 3274-88（GB710-91/GB711-88）SS400 Q235、Q245化學成分牌號 公稱厚度 化學成分C Si Mn P SSS400 ≤22.0≤0.21 ≤0.30 ≤1.40 ≤0.035 ≤0.035力學性能斷后伸長率Lo=50mm Lo=20mm180°彎曲試驗下屈服強度/MPa（ ）sσb=25mm B=40mm V 型沖擊試 驗公稱厚度/mm 公稱厚度/mm牌號≤16 ＞16抗拉強度/Mpa（ ）bσ≤5＞5～16＞16b≥35彎心直徑溫度試驗沖擊功率≥245 ≥235 400～510 ≥21 ≥17 ≥21 3a —— ——常州工學院畢業(yè)設計說明書4注： a.拉伸試驗取橫向試樣；屈服現(xiàn)象不明顯，采用 Rpa2；對拉伸試驗取Lo=50mm，b=25mm 的試樣，即為 GB/T228 中 P14 試樣。b.彎曲試驗取橫向試樣。沖裁試驗時試驗寬度為 35mm。c.沖擊試驗取縱向試樣，沖擊試驗僅適用于厚度不小于 12.0mm 的產(chǎn)品。d.WEL-TENS90RE 的拉伸試樣取 Lo=50mm，b=25mm。根據(jù)材料分析 SS400 韌性較好，塑性較好，彈性模量較大（E=206GPa）適宜冷沖壓成形加工。2.2 確定工藝方案2.2.1 沖壓工序類型和工序數(shù)量的確定該零件為電信設備上零部件的安裝固定，故該零件為中批量生產(chǎn)，工藝性較好，可以從零件圖上直觀確定該沖裁件所需的基本工序有：落料、沖孔、預彎、卷圓、彎曲。2.2.2 工序組合及方案比較方案一：落料→沖 Φ8.4 孔→沖 Φ10.4 孔→預彎→卷圓→彎曲。方案二：復合模沖孔落料（落料與沖 Φ8.4 孔）→沖 Φ10.4 孔→預彎→卷圓→彎曲。方案三：落料與沖 8 字形孔的級進模→預彎→卷圓→彎曲。方案比較：方案一：此方案需要 6 副模具，工作量較大，較煩瑣，成本較高，生產(chǎn)率低。方案二：雖然此方案要 5 副模具才能完成，但相對方案一 6 套模具來說已經(jīng)減輕工作量，并且每副模具都較簡單，而且加工質量比較好，成本也較低。方案三：雖然此方案只需要 4 副模具，但第一副模具是涉及級進模，此副模具結構較復雜，而且制造成本較高，同時沖孔時沖孔的質量比較差，沒有方案二的沖孔質量好；八字孔一次成型，孔與孔連接處應力較集中，影響模具強度。綜合考慮：采用方案二2.2.3 各工序模具結構形式的確定工序Ⅰ 沖孔落料復合模，采用倒裝式。工序Ⅱ 沖孔模，采用順裝，鑲套式凹模，下漏料。工序Ⅲ 彎曲預彎 R 圓角，順裝，帶頂板校正彎曲。工序Ⅳ 彎曲模卷圓 R 圓角，立式卷圓模。工序Ⅴ 彎曲模成形彎曲，順裝，帶頂板校正彎曲。2.2.4 計算并確定每個工序的形狀和尺寸，繪制各工序圖、排樣圖，并且計算材料利用率1.復合模（沖外形及 2-?8.4±0.2 孔）1) 計算彎曲件毛坯展開尺寸該零件圓角半徑為 R=5mm鉸鏈落料沖孔復合模具設計5查書《沖壓工藝與模具設計》知道 R=5＞0.5t=0.5×0.25=1.25mm故選單向彎曲件的毛坯展開長度計算公式為： °+×=180)(xtrLπα因 25.t查書《沖壓工藝與模具設計》表 3.3.3 知道 x=0.38 因 r / t =4.25/2.5 =1.7mL67.4180)53.(π43 =°×+=查書《沖壓工藝與模具設計》表 3.3.5 知道 k=0.61則卷圓部分 mxtr 24.30180)5.62.4()－5π(3)(α4 =°×+°圖 2-1-1 毛坯彎曲圖圖 2-1-2 彎曲角度mab5.97.65.2=+=　c41020d8.4sin.1°tge357.=×mL4.261.01常州工學院畢業(yè)設計說明書6m　L42.18.37145.62=+=可得 L1=26.44mm L2=18.42mm所以毛坯展開尺寸為 L=L1+L2+L3+L4=26.44+18.42+4.67+30.24=79.77mm因零件彎曲成形時材料伸長趨勢影響故取 L=79.8mm。圖 2-2 毛坯展開圖2) 確定排樣方案搭邊和條料寬度的確定查書《沖壓工藝與模具設計》表 2.5.2 因工件材料 t=2.5mm 且為矩形工件 L＞50mm,知a1=2.5,a2=2.8 考慮補償定位誤差，保持條料有一定的剛度可取 a 1=3mm ,a=3mm 條料寬度的確定。δ、c 查表 2.5.3 知 δ=0.8 c=0.4此處為無側壓裝置則 ＝ ＝0δ][　caDB+=）（ 08.]4).3(28.79[　+m08.7取 。mB　2.018=按制件在材料上的排列來看排樣方案取為直排,詳見排樣圖圖 2-3 排樣圖3）計算材料利用率 %8585.794.20.13)6(23.9%10η =×++=×BAS鉸鏈落料沖孔復合模具設計72.沖孔模（工序圖）3.預彎（工序圖）由前面尺寸展開計算知 L1=26.44mm，L 2=19.42mm，L 3=4.67mm設 L5(225°圓弧長)，查書《沖壓工藝與模具設計》表 3.3.5 知道 k=0.61 mktR 2.75180.265.4π67.49.6α180π321 =°×°++=×°++= ）（）（預 彎4．卷圓（工序圖） mLL 53.4967.2184.6321 =+=+卷 圓5.零件圖2.2.5 計算各工序的沖壓力，初選壓力機1）復合模沖孔落料沖裁力計算 該零件材料為 SS400取MPa50~4σb=Pab450σ=常州工學院畢業(yè)設計說明書10落料 NLtFb8975405.2879σ=×=查書《沖壓模具設計指導》表 2-20 知 =0.04 =卸k卸 K31.卸F 落料 =89775+3591=93366沖 Φ8.4 孔 NLtb2967450.8πσ=×查書《沖壓模具設計指導》表 2-20 知=0.04 =推k推 KnF5.1.36推F52.794.129673+沖 孔 N2.06∑=沖 孔落 料初選壓力機 J23-162）沖 Φ10.4 孔 NLtFb3678450.21πσ=×=查書《沖壓模具設計指導》表 2-20 知=0.04 =推k推 KnF12.704.推F12.45.81736+∑初選壓力機 J23-103）預彎按校正彎曲時的彎曲力計算查書《沖壓模具設計指導》表 3.3.6 知 q=40～60 MPa 取 q=60MPaA≤6.25×63=393.75（彎曲件被校正部分的投影面積）=q×A=60×393.75=23625N校F初選壓力機 J23-104）卷圓按自由彎曲時的 V 形彎曲件彎曲力計算查書《沖壓模具設計指導》 （3.3.14）知 k=1.3= = =20475N自Ftrkb+σ6.025.24063.1+×式中 b 為彎曲件的寬度（mm） ；t 為彎曲件的厚度（mm） ；r 為內(nèi)圓彎曲半徑（mm） ；鉸鏈落料沖孔復合模具設計11為彎曲件的抗拉強度（MPa） ；K 為安全系數(shù)，一般取 1.3。bσ初選壓力機 J23-105）彎曲按校正彎曲時的彎曲力計算查書《沖壓模具設計指導》表 3.3.6 知 q=40～60 MPa 取 q=60MPaA≤4.36×63=274.68N（彎曲件被校正部分的投影面積）=q×A=60×274.68=16480.8N校F初選壓力機 J23-10沖壓工藝過程卡見附錄常州工學院畢業(yè)設計說明書12第三章 沖壓模具設計3.1 模具結構形式的確定我所設計的是鉸鏈落料沖孔（Φ8.4）復合模具，經(jīng)分析：我采用倒裝復合模，它的定位方式可以采用一個固定擋料釘做步擋釘定距，兩個活動擋料釘做側擋釘導料，卸料方式可以采用彈壓卸料，剛性打料推件，詳情見模具工裝設計圖。3.2 計算模具壓力中心，確定模具受力中心的位置落料工序圖中考慮到倒圓角，由于計算較復雜且要求并不是太嚴格，所以我們將其近似看成是直線，以直線計算較方便，圖見工序圖圖 3-1 零件圖各點坐標：A（0，22.5）B（13.015 ，0）C（32.78 ，38.25）D（60.29，31.5）E（79.8，15.75）零件關于 X 軸對稱 0=Y 8.327.16)4.8π5.3127.409.13.2645( )5.487968.13.26045(0 =×++×××+=所以模具的壓力中心為 （33.8 , 0）該零件左右對稱中心坐標為（39.9，0）與（33.8 , 0）相差不大，在模柄范圍內(nèi)，為使模具結構對稱，降低模具材料成本，選模具的壓力中心為（39.9，0） 。3.3 計算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、墊板，凸模）的外形鉸鏈落料沖孔復合模具設計13尺寸，并確定標準模架以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。1．設計凹模的外形尺寸查書《沖壓工藝與模具設計》表 2.8.2 知系數(shù) k=0.35mHCbk86.593.270=×=凹模外形尺寸BA72.0186.5290.+綜合考慮并查冷沖模國家標準 取 H28=mBL205×=即凹模尺寸 （ — ）mBL05××.8G1凹模材料可以選用 W6Mo5Cr4V2。2．設計主要零部件外形尺寸1）墊板墊板的作用是承受凸?；虬寄５膲毫?，防止過大的沖壓力在上、下模座上壓出凹坑，影響模具正常工作，墊板厚度根據(jù)壓力機大小選擇，一般取 。而此副模具上墊m12~5板需考慮打板活動量，故取 而下墊板可按冷沖模國家標準查取 ，mH24= mH12=而墊板的外形尺寸與凹模輪廓尺寸基本一致 則 ，材料為 45 鋼，BL0×=熱處理后硬度為 。RC48~3則 上墊板尺寸 BL05××下墊板尺寸 （ — ）122=3.285G12）固定板固定板主要用于小型凸?；蛲拱寄５裙ぷ髁慵墓潭?，固定板的外形與凹模輪廓尺寸一致，厚度取 即 取 ，材料可凹H)8.0~6( m)4.2~8.16().0~6(=×=H2=選 Q235 或 45 鋼。則上、下固定板尺寸 HBL05×（ — ）3.285GB13）卸料板卸料板外形尺寸考慮安裝條料縱向送料的擋料釘，寬度尺寸需放大，并且根據(jù)排樣圖上擋料釘位置尺寸取其寬度 ，長度仍與凹模一致，即 ， 厚度按m230=mL250=冷沖模國家標準取 ，則卸料板的尺寸H15HBL13250××4）卸料橡皮的自由高度根據(jù)工件材料厚度 ，沖裁時凸模進入凹模深度取 2mm 考慮模具維修時刃磨t.量 再考慮開啟時卸料板高出凸模 ，則總的工作行程m21h5.72.=+工 件常州工學院畢業(yè)設計說明書14，取 ，模具在組裝時橡皮的預壓mh）（）（ 工 件自 由 30~25..073~25.0== 25hm?自 由量為 取h）（）（ 自 由預 9.6%1×.3=預5）模架的選擇查中華人民共和國國家標準 GB2851～2875-81 冷沖模 .1984-01-01 實施.國家標準總局 批準選冷沖模滑動導向模架中間導柱模架 250×200×220～265 GB2851.5-813.4 確定凸、凹模的間隙，計算凸凹模工作部分尺寸1）查書《沖壓工藝與模具設計》表 2.2.3知 mC36.02in=mCaz5.02=沖裁件精度在 IT14 時 也可以查書《沖壓工藝與模具設計》表 2.3.1X設凸、凹模分別按 IT6， IT7 級加工制造，則落料 m　xAmazd 02.125.05.02Δ25.01 764).63() ( ++×++ =z .0.087.0.02 899==展開尺寸 試模修正2.87+沖孔 01.04.25025.min 8).()Δ( 　　pxd=×==孔距尺寸 =Δ.min±+L m05.826937.0125.)37.057( ±=×±+落料凸凹模的基本尺寸與凹模相同，分別是 62.7mm，89.6mm，79.8mm,8.4mm，不必標注公差，但要注明以 0.36～0.5mm 的雙面間隙與落料凹模配做。3.5 校核壓力機初選壓力機型號為 J23-16，該壓力機最大閉合高度為 220mm，而模具的總閉合高度為250mm，由這一條就可以說明：初選型號為 J23-16 的壓力機不能滿足要求，故改選型號為 JH21-60 的壓力機。該壓力機的主要技術規(guī)格公稱壓力/KN 600公稱壓力行程/mm 4滑塊行程/mm 140行程次數(shù)/次 70最大閉合高度/mm 300鉸鏈落料沖孔復合模具設計15閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 70滑塊中心線到機身距離/mm 270工作臺尺寸/mm 870×520 (左右×前后)工作臺孔尺寸/mm 150模柄孔尺寸/mm 50×60 (直徑×深度)電機功率/kw 5.51.是否滿足 ＞ ＞m　Haz5mH10in+1.模具總閉合高度 25671240=+=閉 合由壓力機 JH21-60 知道 mHaz30230in由 ＞ ＞ 知m　Haz5in＞ ＞302130+＞ ＞94所以滿足要求2.公稱壓力 是否大于沖壓計算的總壓力 ，即 ≥gF總Fg總≥KNg60=N52.1306=總所以滿足要求3.滑塊行程是否滿足沖壓件的成形要求所選壓力機滑塊行程為 140mm而沖裁此零件的行程只需約 6mm 遠遠小于 140mm所以滿足要求4.工作臺尺寸是否大于模具尺寸所選壓力機工作臺尺寸/mm 870×520 (左右×前后)而模具為 480×280所以工作臺尺寸每邊肯定大于 70mm，并且工作臺墊板孔能保證廢料漏下。因此滿足要求根據(jù)上面計算綜合考慮課題設計（復合模落料、沖孔）等條件以及其他因素壓力機選 JH21 系列開式固定臺壓力機選壓力機型號為 JH21-60常州工學院畢業(yè)設計說明書16結 論時光匆匆而逝，我的多年學習生活也即將結束，為了更好的適應以后的工作，培養(yǎng)我們能運用所學的專業(yè)知識獨立解決實際生產(chǎn)問題的能力，以及鞏固和擴大課堂教學內(nèi)容提高工藝計算機械制圖的各科設計資料的能力，為今后工作崗位從事專業(yè)工作擬定出更為經(jīng)濟合理的制造工藝及設計模具打下良好的基礎，在此基礎上我們進行了兩個月的畢業(yè)設計。通過此次冷沖模設計是我知道：冷沖模是建立在金屬塑性變形的基礎上，在常溫下利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的一種壓力加工方法。并且，通過這次冷沖模設計，使我重新溫習了以前所學過的有關機械方面的知識，并且通過查閱資料了解了一些新的知識，使我對模具設計有了初步的了解。鉸鏈落料沖孔復合模具設計17致 謝時間過的真快，轉眼幾個星期過去了，我的畢業(yè)設計也將結束，仍清楚記得拿到畢業(yè)設計課題時，不知如何下手的尷尬場景。在此，我首先要感謝這么多年來能讓我認真學習的母?！獰o錫技師學院，要感謝我的指導老師柴俊在畢業(yè)設計選題以及研究方法上給予的悉心指導，老師的學識令我受益匪淺。同時也要感謝蔡昀老師對我畢業(yè)設計的幫助。最后再次感謝柴俊、蔡昀老師。常州工學院畢業(yè)設計說明書18參考文獻[1] 成虹《沖壓工藝與模具設計》 北京 高等教育出版社 2002[2] 王芳《冷沖壓模具設計指導》 北京 機械工業(yè)出版社 1999[3] 王之櫟《機械設計綜合課程設計》北京 機械工業(yè)出版社 2003 [4] 李培根《機械工程基礎》北京 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