落料冲孔复合模设计说明书
院 系:专 业:班 级:学 号:姓 名:指导老师: 机电工程学院 材料成型及控制工程 09及材控二班 20091185 李明红 周健老师
目录
1、 概论______________________________________2 2、 工艺分析方案及确定________________________2 3、 模具结构的确定____________________________4 4、 工艺计算__________________________________5 5、 主要工作零件的设计________________________9 6、 总装配图__________________________________15 7、 参考文献__________________________________16
1、 概论
模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中,60~80%的零部件,都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、模具使用寿命,还可以提高产品的经济效益。本次设计的是一套落料冲孔模,经过查阅资料,对零件进行结构和工艺分析,通过冲裁力、顶件力卸料力等力计算并确定压力机的型号。对模具各部分进行强度校核,确认其是否满足使用要求。总而言之,要通过合理的设计,能够制造出既节省原材料,又能加工出符合要求的零件的落料冲孔模。
2、 工艺方案分析及确定
2.1零件冲压工艺分析
(1)、产品结构形状分析
图2-1
材料:08F 料厚:1
生产批量:大批量生产
由图分析,零件为一落料圆形中间冲制一个星形而成。在设计时,需满足以下要求:
1、必须保证操作安全、方便。 ○
2、保证生产率和高质量件的同时,力求低成本和模具的寿命长。 ○
3、保证模具的强度和外形的美观。 ○
(2)、工艺方案的确定。
完成此工件需要冲孔落料两道工序,加工方案有三种:
结合以上分析,该工件采用第二种方案比较合理。
3、 模具结构的确定
(1)、模具形式确定
复合模又可分为正装式复合模和倒装式复合模,正装式复合模冲出的冲件平直度较高,但冲孔废料落在下模工作面上不易清楚,有可能影响操作和安全,从而影响生产率。倒装饰复合模冲孔废料直接由冲孔凸模从凹模内孔推下,无顶件装臵,结构简单。操作方便。通过以上分析,该工件采用倒装式复合模。 (2)、定位装臵
采用伸缩式挡料销纵向定位。
(3)、卸料装臵
条料卸除:采用弹性卸料版,由于是倒装复合模,弹性卸料版
安装在下模。
工件卸除:采用打料装臵将工件从落料凹模中推下,落在模具
工作表面上。
冲孔废料卸除:下模座直接由漏料孔排出 (4)、导向零件
采用滑动式导柱导套极限导向。 (5)、模架
采用中间导柱模模架,导柱分布在矩形凹模的对称中心线上,受力平衡,滑动平稳,拔模方便。
4、 工艺计算
(1)、排样设计
零件外形为圆形,可以采用单排,交叉双排或多排;考虑到工件为大批量生产,若采用双排或多排会增大模具尺寸结构,从而增加
模具的生产成本,故采用单排结构;如图所示:
图4-1:排样图
确定搭边值:根据参考文献当t=1时,a=2,b=1.5. 计算调料宽度:采用无侧压装臵,所以Z=0.1,∆=0.5
000
B0-∆=(Dmax+2a+Z)-∆ =(30+2×2+0.1) -∆=34.1-0.5㎜
导料销之间的距离A=B+Z=34.2㎜ 材料利用率计算:ή总=
nA
×100% BL
式中:n——一张板料上的冲裁件总数目; A———一个冲裁件的实际面积; B———板料的宽度; L———板料的总长度;
若取工件工件数为14,则:L=14×30+15×1.5=442.5 ㎜ 取L=443 ㎜,所以条料规格为443 ㎜×34.1㎜×1 ㎜ 利用CAD计算得一个冲裁件的面积A1=545.2083 ㎜2 ή总=
14⨯545.2083
×100%=50.585%
34.1⨯442.5
(2)、计算冲裁力
冲裁力计算公式为F=F孔+F落 式中:F——冲裁力(N) F孔——冲孔冲裁力(N) F落——落料冲裁力(N) ① 冲孔冲裁力的计算: F孔=KL孔tτb
式中: L孔——冲裁周边长度(㎜),L孔= 87.1851㎜ t——材料厚度(㎜),t=1㎜
τb——材料抗剪强度(MPa)τb≈210~400Mpa,取
τb=350 Mpa
K——系数(取K=1.3)。
所以F孔=1.3×87.1853×1×350 =39.67 KN ② 落料冲裁力的计算:
F落= KL落tτb 式中L落=94.2478㎜
所以F落=1.3×94.2478×1×350=42.89 KN 故冲裁力F=F孔+F落=39.67 KN+42.89KN=82.56 KN (3)、卸料力FX、推件力FT计算:
查表可得相应的KX、KT、KD分别为0.05、0.055。由于为倒装式复合模,故每冲孔一次,工件都会被推件板推出,故n=1. FX=KXF落=0.05×42.89KN= 2.14KN FT=nKTF落=1×0.055×42.89 KN=2.36KN (4)、总冲压力的计算
冲裁时,压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的冲压力,当采用弹性卸料装臵和下出料方式的冲裁模时: F总=F+FX+FT=(82.56+2.14+2.36) KN=87.06 KN 所以选择压力机吨位为J23-25 (5)、计算模具压力中心
由于该工件为对称工件,所以模具的压力中心为其几何中心。 (6)、计算模具刃口尺寸 ①、冲孔凸凹模尺寸计算
由基本尺寸可查的最大初始双面间隙Zman=0.140 ㎜,最小初始双面间隙Zmin=0.100 ㎜。查表得x=0.75,取 δp=0.4(Zman-Zmin)=0.4×0.040 ㎜=0.016㎜ δd=0.6(Zman-Zmin)=0.6×0.040 ㎜=0.024 ㎜ 可满
δp+δd=0.040≤Zman-Zmin的条件。
p
由计算公式得:dp=(dmin+x∆)0-δ=24.036-0.016 ㎜ +δ+0.024 dd=(dp+Zmin)0=24.1360 ㎜
d
②、落料凸凹模尺寸计算
由基本尺寸可查的最大初始双面间隙Zman=0.140 ㎜,最小初始
δd=0.024 ㎜双面间隙Zmin=0.100 ㎜。查表x=1,同样取δp=0.016㎜,
可满足使用要求。
+δ+0.024
Dd=(Dmax- x∆)0=29.900 ㎜
d
0Dp=(Dd-Zmin)0-δ =29.80-0.016 ㎜
p
5、主要工作零件的设计
(1)、落料凹模设计计算 凹模高度 H=ks
s——垂直送料方向的凹模刃壁间的最大距离(㎜) k—— 系数,考虑板厚的影响,查表得k=0.4。 所以 H=ks=0.4×30 ㎜=12 ㎜
因该工件为圆形,故可选用圆形凹模,取凹模刃壁至凹模边缘的距离S2=30 ㎜ ,故凹模总尺寸D=90㎜,凹模形状尺寸如图:
图5-1 :落料凹模
(2)、冲孔凸模长度L及校核
①、 冲孔凸模长度:L=H1+H+H垫;
H1=(0.6~0.8)H;
式中:H1——凸模固定板厚度, H1=0.7×12=8.4㎜
取H1=9㎜
H——落料凹模厚度;
H垫——垫板的厚度,取H垫=15㎜。 所以L=H1+H+H垫=(8.4+12+10) ㎜=36㎜,如图示:
图5-2:冲孔凸模
②、承压能力的校核:
凸模承压能力按下式校核:σ=
F
≤[σ]; A
式中:σ——凸模最小截面的压应力(MPa)
F——凸模纵向所承受的压力,即F孔=39.67KN ;
A——凸模最小截面积;由CAD面积查询得A=161.6501 ㎜
2
[σ]——凸模材料需用抗压强度。查表可得:[σ]≥295 MPa。 所以σ=
F
=245.406 MPa≤[σ],满足使用要求。 A
③、失稳弯曲应力的校核: 对于截面为星形的凸模有:Lmax≤1200 式中:J——凸模最小截面惯性矩。
F——凸模纵向所承受的压力,即F孔=39.67KN ; 利用CAD计算星形的惯性矩J=2822.2454㎜。 所以1200使用要求。
(3)、凸凹模长度确定,壁厚校核; 凸凹模长度L1 =H卸+H弹+H固 -0.5;
取凸凹模的固定板H固=0.8×12=9.6㎜ 故取凸凹模固定板厚度为10 ㎜。由橡胶的计算可得H弹=46㎜,取卸料版厚度H卸=10㎜。 所以L1 =H卸+H弹+H固 -0.5=10+46+10-0.5=65.5㎜。
J2822.2454
=1200×=320.07≥ Lmax=35.4
39670F
4
J
, F
㎜。满足
图5-3:凸凹模
凸凹模壁厚校核:查参考文献知倒装式凸凹模壁厚最小值hmin=2.7 本设计中n=(29.8-24.136) ㎜=5.664㎜,满足使用要求。 (4)、橡胶的选用与计算:
橡胶允许的负荷较大,安装调整灵活方便,是冲裁模中常用的弹性元件。
橡胶垫产生的力 F=AP
式中:F——橡胶所产生的压力,设计时取大于或等于卸料力。此
处取F=2.14 KN;
P——橡胶所产生的单位面积压力(N/㎜),与压缩量有关,
其值可按查资料确定。
取A=×902-302-4××9=5400.23㎜
2
π
4π4π4
22.
所以 P=
F
=0.396 MPa。 A
取压缩量为25%,预压缩量20%,工作行程t≈2.3.
2.3
=46 ㎜。
0.25-0.20
46
校核橡胶高度与直径的比值=0.51 满足使用要求。如图所示:
90
所以H弹=
图5-4:弹性橡胶
(5)、卸料版的选取
取卸料版的厚度为10㎜,其上因有导料销和挡料销,其设计如图示:
图5-5:弹性卸料版
(6)、垫板的选取
为避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷,致使凸模松动,在模座与凸模间加垫板,垫板厚度一般为6~10㎜,该设计取垫板厚度为7㎜。 (7)、压力机校核
模具的闭合高度H闭=156㎜
压力机的最大闭合高度Hmax=220㎜,Hmin=120㎜. 所以Hmax-5≥H闭≥Hmin+10.故压力机可用。
6、装配图
零件的装配图如下:
5-6:装配图
1-打杆 2-凸模固定板 3-落料凹模 4-弹压卸料版 5-弹压橡胶
6-凸凹模固定板 7-导料销 8-挡料销 9-凸凹模 10-推板 11-冲孔凸模 12-推杆 13-推板
参考文献:
【1】、林承全主编. 冲压模具课程设计指导与范例 北京:化学工业出版设
【2】、王卫卫主编 材料成型设备 机械工业出版社 【3】、张荣清主编. 模具制造工艺 北京:高等教育出版社 【4】、罗圣国、吴宗泽主编. 机械设计课程设计手册 高等教育出版社
【5】、马正元、韩启主编 冲压工艺与模具设计 北京机械工艺出版社
设计总结
本次毕业设计历时一周,在设计中我遇到了许多困难,但是在一些同学的指导、帮助与督促下,我都一一解决,在此表示衷心的感谢!通过此次课程设计,我加深了对模具的理解,对模具的基本结构和工作原理有了更深层次的了解,也能更熟练的运用CAD等机械制图软件。设计中,参考了很多的教材和资料,培养了自己查阅相关资料的能力。当然,本次设计还发现了许多的问题,主要体现在:第一,对课本上的知识掌握的不够;第二,对材料这一块没有足够的了解,导致在设计中材料的硬度、屈服极限等数据的模糊运用。
现在正处于十二五计划的关键时期,而模具制造业是中国发展潜力很大的行业,因此,想要在此行业中有所建树,就必须努力学习,不断的思考,借鉴国外高端的模具加工技术,不断创新,争取为我国的模具行业开辟一个新的天地。
落料冲孔复合模设计说明书
院 系:专 业:班 级:学 号:姓 名:指导老师: 机电工程学院 材料成型及控制工程 09及材控二班 20091185 李明红 周健老师
目录
1、 概论______________________________________2 2、 工艺分析方案及确定________________________2 3、 模具结构的确定____________________________4 4、 工艺计算__________________________________5 5、 主要工作零件的设计________________________9 6、 总装配图__________________________________15 7、 参考文献__________________________________16
1、 概论
模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中,60~80%的零部件,都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、模具使用寿命,还可以提高产品的经济效益。本次设计的是一套落料冲孔模,经过查阅资料,对零件进行结构和工艺分析,通过冲裁力、顶件力卸料力等力计算并确定压力机的型号。对模具各部分进行强度校核,确认其是否满足使用要求。总而言之,要通过合理的设计,能够制造出既节省原材料,又能加工出符合要求的零件的落料冲孔模。
2、 工艺方案分析及确定
2.1零件冲压工艺分析
(1)、产品结构形状分析
图2-1
材料:08F 料厚:1
生产批量:大批量生产
由图分析,零件为一落料圆形中间冲制一个星形而成。在设计时,需满足以下要求:
1、必须保证操作安全、方便。 ○
2、保证生产率和高质量件的同时,力求低成本和模具的寿命长。 ○
3、保证模具的强度和外形的美观。 ○
(2)、工艺方案的确定。
完成此工件需要冲孔落料两道工序,加工方案有三种:
结合以上分析,该工件采用第二种方案比较合理。
3、 模具结构的确定
(1)、模具形式确定
复合模又可分为正装式复合模和倒装式复合模,正装式复合模冲出的冲件平直度较高,但冲孔废料落在下模工作面上不易清楚,有可能影响操作和安全,从而影响生产率。倒装饰复合模冲孔废料直接由冲孔凸模从凹模内孔推下,无顶件装臵,结构简单。操作方便。通过以上分析,该工件采用倒装式复合模。 (2)、定位装臵
采用伸缩式挡料销纵向定位。
(3)、卸料装臵
条料卸除:采用弹性卸料版,由于是倒装复合模,弹性卸料版
安装在下模。
工件卸除:采用打料装臵将工件从落料凹模中推下,落在模具
工作表面上。
冲孔废料卸除:下模座直接由漏料孔排出 (4)、导向零件
采用滑动式导柱导套极限导向。 (5)、模架
采用中间导柱模模架,导柱分布在矩形凹模的对称中心线上,受力平衡,滑动平稳,拔模方便。
4、 工艺计算
(1)、排样设计
零件外形为圆形,可以采用单排,交叉双排或多排;考虑到工件为大批量生产,若采用双排或多排会增大模具尺寸结构,从而增加
模具的生产成本,故采用单排结构;如图所示:
图4-1:排样图
确定搭边值:根据参考文献当t=1时,a=2,b=1.5. 计算调料宽度:采用无侧压装臵,所以Z=0.1,∆=0.5
000
B0-∆=(Dmax+2a+Z)-∆ =(30+2×2+0.1) -∆=34.1-0.5㎜
导料销之间的距离A=B+Z=34.2㎜ 材料利用率计算:ή总=
nA
×100% BL
式中:n——一张板料上的冲裁件总数目; A———一个冲裁件的实际面积; B———板料的宽度; L———板料的总长度;
若取工件工件数为14,则:L=14×30+15×1.5=442.5 ㎜ 取L=443 ㎜,所以条料规格为443 ㎜×34.1㎜×1 ㎜ 利用CAD计算得一个冲裁件的面积A1=545.2083 ㎜2 ή总=
14⨯545.2083
×100%=50.585%
34.1⨯442.5
(2)、计算冲裁力
冲裁力计算公式为F=F孔+F落 式中:F——冲裁力(N) F孔——冲孔冲裁力(N) F落——落料冲裁力(N) ① 冲孔冲裁力的计算: F孔=KL孔tτb
式中: L孔——冲裁周边长度(㎜),L孔= 87.1851㎜ t——材料厚度(㎜),t=1㎜
τb——材料抗剪强度(MPa)τb≈210~400Mpa,取
τb=350 Mpa
K——系数(取K=1.3)。
所以F孔=1.3×87.1853×1×350 =39.67 KN ② 落料冲裁力的计算:
F落= KL落tτb 式中L落=94.2478㎜
所以F落=1.3×94.2478×1×350=42.89 KN 故冲裁力F=F孔+F落=39.67 KN+42.89KN=82.56 KN (3)、卸料力FX、推件力FT计算:
查表可得相应的KX、KT、KD分别为0.05、0.055。由于为倒装式复合模,故每冲孔一次,工件都会被推件板推出,故n=1. FX=KXF落=0.05×42.89KN= 2.14KN FT=nKTF落=1×0.055×42.89 KN=2.36KN (4)、总冲压力的计算
冲裁时,压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的冲压力,当采用弹性卸料装臵和下出料方式的冲裁模时: F总=F+FX+FT=(82.56+2.14+2.36) KN=87.06 KN 所以选择压力机吨位为J23-25 (5)、计算模具压力中心
由于该工件为对称工件,所以模具的压力中心为其几何中心。 (6)、计算模具刃口尺寸 ①、冲孔凸凹模尺寸计算
由基本尺寸可查的最大初始双面间隙Zman=0.140 ㎜,最小初始双面间隙Zmin=0.100 ㎜。查表得x=0.75,取 δp=0.4(Zman-Zmin)=0.4×0.040 ㎜=0.016㎜ δd=0.6(Zman-Zmin)=0.6×0.040 ㎜=0.024 ㎜ 可满
δp+δd=0.040≤Zman-Zmin的条件。
p
由计算公式得:dp=(dmin+x∆)0-δ=24.036-0.016 ㎜ +δ+0.024 dd=(dp+Zmin)0=24.1360 ㎜
d
②、落料凸凹模尺寸计算
由基本尺寸可查的最大初始双面间隙Zman=0.140 ㎜,最小初始
δd=0.024 ㎜双面间隙Zmin=0.100 ㎜。查表x=1,同样取δp=0.016㎜,
可满足使用要求。
+δ+0.024
Dd=(Dmax- x∆)0=29.900 ㎜
d
0Dp=(Dd-Zmin)0-δ =29.80-0.016 ㎜
p
5、主要工作零件的设计
(1)、落料凹模设计计算 凹模高度 H=ks
s——垂直送料方向的凹模刃壁间的最大距离(㎜) k—— 系数,考虑板厚的影响,查表得k=0.4。 所以 H=ks=0.4×30 ㎜=12 ㎜
因该工件为圆形,故可选用圆形凹模,取凹模刃壁至凹模边缘的距离S2=30 ㎜ ,故凹模总尺寸D=90㎜,凹模形状尺寸如图:
图5-1 :落料凹模
(2)、冲孔凸模长度L及校核
①、 冲孔凸模长度:L=H1+H+H垫;
H1=(0.6~0.8)H;
式中:H1——凸模固定板厚度, H1=0.7×12=8.4㎜
取H1=9㎜
H——落料凹模厚度;
H垫——垫板的厚度,取H垫=15㎜。 所以L=H1+H+H垫=(8.4+12+10) ㎜=36㎜,如图示:
图5-2:冲孔凸模
②、承压能力的校核:
凸模承压能力按下式校核:σ=
F
≤[σ]; A
式中:σ——凸模最小截面的压应力(MPa)
F——凸模纵向所承受的压力,即F孔=39.67KN ;
A——凸模最小截面积;由CAD面积查询得A=161.6501 ㎜
2
[σ]——凸模材料需用抗压强度。查表可得:[σ]≥295 MPa。 所以σ=
F
=245.406 MPa≤[σ],满足使用要求。 A
③、失稳弯曲应力的校核: 对于截面为星形的凸模有:Lmax≤1200 式中:J——凸模最小截面惯性矩。
F——凸模纵向所承受的压力,即F孔=39.67KN ; 利用CAD计算星形的惯性矩J=2822.2454㎜。 所以1200使用要求。
(3)、凸凹模长度确定,壁厚校核; 凸凹模长度L1 =H卸+H弹+H固 -0.5;
取凸凹模的固定板H固=0.8×12=9.6㎜ 故取凸凹模固定板厚度为10 ㎜。由橡胶的计算可得H弹=46㎜,取卸料版厚度H卸=10㎜。 所以L1 =H卸+H弹+H固 -0.5=10+46+10-0.5=65.5㎜。
J2822.2454
=1200×=320.07≥ Lmax=35.4
39670F
4
J
, F
㎜。满足
图5-3:凸凹模
凸凹模壁厚校核:查参考文献知倒装式凸凹模壁厚最小值hmin=2.7 本设计中n=(29.8-24.136) ㎜=5.664㎜,满足使用要求。 (4)、橡胶的选用与计算:
橡胶允许的负荷较大,安装调整灵活方便,是冲裁模中常用的弹性元件。
橡胶垫产生的力 F=AP
式中:F——橡胶所产生的压力,设计时取大于或等于卸料力。此
处取F=2.14 KN;
P——橡胶所产生的单位面积压力(N/㎜),与压缩量有关,
其值可按查资料确定。
取A=×902-302-4××9=5400.23㎜
2
π
4π4π4
22.
所以 P=
F
=0.396 MPa。 A
取压缩量为25%,预压缩量20%,工作行程t≈2.3.
2.3
=46 ㎜。
0.25-0.20
46
校核橡胶高度与直径的比值=0.51 满足使用要求。如图所示:
90
所以H弹=
图5-4:弹性橡胶
(5)、卸料版的选取
取卸料版的厚度为10㎜,其上因有导料销和挡料销,其设计如图示:
图5-5:弹性卸料版
(6)、垫板的选取
为避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷,致使凸模松动,在模座与凸模间加垫板,垫板厚度一般为6~10㎜,该设计取垫板厚度为7㎜。 (7)、压力机校核
模具的闭合高度H闭=156㎜
压力机的最大闭合高度Hmax=220㎜,Hmin=120㎜. 所以Hmax-5≥H闭≥Hmin+10.故压力机可用。
6、装配图
零件的装配图如下:
5-6:装配图
1-打杆 2-凸模固定板 3-落料凹模 4-弹压卸料版 5-弹压橡胶
6-凸凹模固定板 7-导料销 8-挡料销 9-凸凹模 10-推板 11-冲孔凸模 12-推杆 13-推板
参考文献:
【1】、林承全主编. 冲压模具课程设计指导与范例 北京:化学工业出版设
【2】、王卫卫主编 材料成型设备 机械工业出版社 【3】、张荣清主编. 模具制造工艺 北京:高等教育出版社 【4】、罗圣国、吴宗泽主编. 机械设计课程设计手册 高等教育出版社
【5】、马正元、韩启主编 冲压工艺与模具设计 北京机械工艺出版社
设计总结
本次毕业设计历时一周,在设计中我遇到了许多困难,但是在一些同学的指导、帮助与督促下,我都一一解决,在此表示衷心的感谢!通过此次课程设计,我加深了对模具的理解,对模具的基本结构和工作原理有了更深层次的了解,也能更熟练的运用CAD等机械制图软件。设计中,参考了很多的教材和资料,培养了自己查阅相关资料的能力。当然,本次设计还发现了许多的问题,主要体现在:第一,对课本上的知识掌握的不够;第二,对材料这一块没有足够的了解,导致在设计中材料的硬度、屈服极限等数据的模糊运用。
现在正处于十二五计划的关键时期,而模具制造业是中国发展潜力很大的行业,因此,想要在此行业中有所建树,就必须努力学习,不断的思考,借鉴国外高端的模具加工技术,不断创新,争取为我国的模具行业开辟一个新的天地。