多孔冲孔模设计-模具类毕业设计.doc
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1、多孔冲孔模设计目 录第一章 冲压件工艺性分析.11.1 冲裁件的工艺性.11.2 冲裁过程分析.3第二章 计算冲压力.62.1 计算冲压力,卸料力和推件力.62.2 确定模具压力中心.8第三章 模具具体尺寸计算.103.1 模具的加工工艺过程.103. 2 计算凸凹模刃口尺寸.143.3 凸模和凹模的结构设计143.4 模具总体设计及主要零部件设计17第四章 冲压设备和模具的装配194.1 冲压设备的选择.194.2 模具的装配.20设计小结.23参考文献.24第一章 冲压件工艺性分析 1.1 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性,即冲裁工艺的难易程度。良好的冲裁工艺性,是
2、指在满足冲裁件使用要求的前提下,能以最简单、最经济的冲裁方式加工出来。因此,在编制冲压工艺规程和设计模具之前,应从工艺角度分析冲件设计得是否合理,是否符合冲裁的工艺要求。冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构、尺寸、精度、断面粗糙度、材料等几个方面。(1) 冲裁件的形状力求简单、规则,有利于材料的合理利用,以便节约材料,减少工序数目,提高模具寿命,降低冲裁件成本。(2) 冲裁件的内、外形转角处要尽量避免尖角,应以圆弧过渡,以便于模具加工,减少热处理开裂,减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。(3) 尽量避免冲裁件上出现过于窄长的凸出悬臂和凹槽,否则会降低模具寿命和冲裁件质量。一般情况下,悬臂和凹槽的宽
3、度b1.5t(t为料厚,当料厚t1时,按t=1计算);当冲件材料为黄铜、铝、软钢时,b1.2t;当冲件材料为高碳钢时,b2t。悬臂和凹槽的长度l5b。(4) 冲孔时,因受凸模强度的限制,孔的尺寸不应太小。冲孔的最小尺寸取决于材料性能、凸模强度和模具结构等因素。(5)冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离,受模具强度和冲裁件质量的制约,其值不应过小,一般要求c(11.5)t,c,(1.52)t。(6)冲裁件的材料 冲压所用的材料,不仅要满足使用要求,还应满足冲压工艺要求和后续加工要求。冲压工艺对材料的基本要求有:(1)对冲压成形性能的要求 对于成形工序,为了有利于冲压变形和制件质量的提高,材料应
4、具有良好的冲压成形功能,即应有良好的抗破裂性、良好的贴模性和定形性。对于分离工序,则要求材料具有一定的塑性。(2)对表面质量的要求 材料的表面应光洁、平整,无缺陷损伤。表面质量好的材料,冲压时不易破裂,不易擦伤模具,制件的表面质量也好。(3)对材料厚度公差的要求 材料的厚度公差应符合国家标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料,材料厚度公差太大,不仅直接影响制件的质量,还将导致废品的出现。在校正弯曲、整形等工序中,有可能因厚度方向的正偏差过大而引起模具或压力机的损坏。12冲裁过程分析1.2.1冲裁是利用模板使板料产生相互分离的冲压工序。1.2.2冲裁工序的种类很多,常用的有切断、落料、冲孔
5、、切边、切口、剖切等。但一般来说,冲裁主要是指落料和冲孔。从板料上沿封闭轮廓冲下所需形状的工件或工序件叫落料;从工序件上冲出所需形状的孔(冲去部分为废料)叫冲孔。例如冲制一平面垫圈,冲其外形的工序是落料,冲其内孔的工序是冲孔。冲裁是冲压工艺中最基本的工序之一,它既可以直接冲出成品零件,又可为弯曲、拉深和成形等其它工序制备毛坯,因此在冲压加工中应用非常广泛。 1.2.3冲裁变形过程了解和掌握冲裁变形规律,有利于冲裁工艺与冲裁模设计,有利于控制冲件质量。在凸、凹模间隙正常,刃口锋利的情况下,冲裁变形过程可分为三个阶段(1) 弹性变形阶段 凸模开始接触板料并下压时,凸模与凹模刃口周围的板料产生应力集
6、中,使材料产生弹性压缩、弯曲、拉深等复杂的变形,板料约微挤入凹模洞口。此时,凸模下的材料约有弯曲,凹模上的材料则向上翘。间隙越大,弯曲和上翘越严重。随着凸模继续压入,直到材料内的应力达到弹性极限,弹性变形阶段结束。(2) 塑性变形阶段 随着凸模继续压入,板料内的应力达到屈服点,板料与凸模和凹模的接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料,板料挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于弯曲、拉伸等作用形成塌角,同时由于塑性剪切变形,在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的断面,纤维组织产生更大的弯曲和拉伸变形。随着凸模的下压,应力不断加大,直到分离变形区的应力达到抗剪强度,塑性变形阶段结束。(3) 断裂分离阶
7、段 板料的应力达到抗剪强度后,凸模再向下压,则在板料与凸模、凹模的刃口接触处分别产生裂纹,随着凸模下压,裂纹逐渐扩大并向材料内延伸。当上、下裂纹重合时,板料便被分离。凸模再下压,将已分离的材料克服摩擦阻力从板料中推出,完成冲裁过程。由上述冲裁过程的分析可知,冲裁过程的变形是很复杂的。冲裁变形区为凸、凹模刃口连线的周围材料部分,其变形性质是以塑性剪切变形为主,还伴随有拉深、弯曲与横向挤压等变形。所以冲裁件及废料的平面常有翘曲现象。(4)冲裁件断面特征 在正常的冲裁工作条件下,由凸模刃口出发的剪裂缝与由凹模刃口出发的剪裂缝是重合的。 冲裁件的断面不很整齐,仅短短的一段光亮带式柱体。若不计弹性变形的
8、影响,则板料孔的光亮柱体部分尺寸,近似等于凸模尺寸;落料的光柱体部分,近似等于凹模尺寸。对于板料孔,决定与轴类零件配合性质的是它的最小尺寸,即其光柱体部分尺寸;对于落料孔,决定于孔类零件配合性质的是它的最大尺寸,也是它的光柱体部分尺寸。本论文进行多孔冲孔模设计,工件简图:如图1所示,生产批量:大批量材料:08钢,材料厚度:2。 由工件简图可见,该工件的加工涉及到落料、拉深、冲孔三种工序内容。根据变形特点,对于带孔的拉深件,尤其是5孔到直壁的距离较近,一般应先拉深后冲孔。因此,本例所设计的模具为在落料和拉深之后使用的冲孔模。对于所冲小孔5,查表得,一般冲孔模对该种材料可以冲压的最小孔径为dt,t
9、=2,因而5孔符合工艺要求。对于孔心距350.1mm,查表得,一般精度模具可达到的两孔中心距离公差为0.1mm,因而符合尺寸精度工艺要求。由图可知,最小孔边距为:b3,b12。而零件上各孔的孔边距均大于最小孔边距。以上各项分析,均符合冲裁工艺要求,故可采用多孔冲裁模进行加工。第二章 计算冲压力在冲裁过程中,冲压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。冲压力是选择压力机、设计冲裁模和校核模具强度的重要依据。本模具采用弹性卸料板2.1计算冲压力、卸料力和推件力2.1.1 冲裁力 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力。在冲裁过程中,冲裁力是随凸模进入板料的深度(凸模行程)而变化的。影响冲裁力的主
10、要因素有材料的力学性能、厚度、冲件轮廓周长及冲裁间隙、刃口锋利程度与表面粗糙度等值等。综合考虑上述影响因素,冲压力是选择压力机的主要依据,也是设计模具所必须的数据。对于普通平刃口的冲裁,其冲裁力F可按下式计算: F=KLt 式 (1)式中 F-冲裁力(N); L-冲裁周边长度(); t-材料厚度(); -材料抗剪强度(MPa); K-考虑到刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数,一般取K=1.3.为计算方便,也可以使用材料的抗拉强度进行计算: F=Ltb 式(2)式中b-材料的抗拉强度(MPa)。对于同一种材料,抗拉强度与抗剪强度关系为 b1.3 式(3)为降低冲裁
11、力,提高模具寿命,将多凸模作阶梯形布置,小孔4-5mm做得短些,大孔3-18mm和25R5长槽做得长些。其小孔层和大孔层的高度差H=t=2。小孔层: F1Lt=622380MPa=47.7103N 大孔层: L=318+2(5+25)=251 F2=2512380MPa=191103N F=F1+F2 =238.7103N因为 F2F1所以,选择冲床时的冲裁力为F2。2.1.2 卸料力 当冲裁结束时,由于材料的弹性回复及摩擦的存在,从板料上冲压下的部分会梗塞在凹模空口内,而冲裁剩下的材料则会紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上和卡在凹模内的材料(冲件或废料)卸下而推出。 F=K
12、卸F 式(4)查表2-15,取K卸=0.05故 F卸=0.05238.7103N2.1.3 推件力 F推=nK推F 式(5)选择图2-17b的凹模刃形式,取h=6,则n=h/t=6/2=3个查表2-15,K推=0.05故F推=30.05238.7103N=35.8103N卸料力、推件力合顶件力是从压力机和模具的卸料、推件和顶件装置中获得的,所以在选择压力机的公称压力和设计冲模时,应分别予以计算。影响这些力的因素较多,主要有材料的力学性能与厚度、冲件形状与尺寸、冲模间隙与凹模孔口结构,排样时搭边的大小及润滑情况等。2.1.4 总冲压力的计算 在计算压力机所需总压力时,须加上推件力。如果采用橡皮、
13、弹簧或气动卸料器时,也须加上这些缓冲装置的压缩力。采用刚性卸料装置时: F总=F+Fx 式(6)采用弹性卸料装置时: F总=F+Fx+Ft或F总=F+Fx+Fd 式(7)选择冲床时的总冲压力: F总=F2+F卸+F推=238.7Kn2.2 确定模具压力中心2.2.1 冲裁力合力的作用点称为模具的压力中心。为保证冲模平衡的工作,冲模的压力中心必须通过模柄轴线,且和压力机滑块的中心线相重合。模具压力中心的确定,在冲裁大型复杂形状工件、多凸模冲裁及两许冲裁时尤为重要。冲裁力的压力中心和冲裁件的重心不同,它是指冲裁力合力作用中心,与冲裁力的大小及位置有关。而工件的重心则取决于工件形状及其质量分布。只有
14、当工件具备中心形状对称时,其压力中心才能与重心重合。画出工件形状,把冲裁周边分为基本线段,并选定坐标系xOy,如图2所示。 L1=5=15.7 x1=-29 y1=-16 L2=15.7 x2=20 y1=-23 L3=15.7 x3=24 y3=23 L4=15.7 x4=-20 y4=23 L5=18=56.52 x5=0 y5=25 L6=-17.5 x6=-17.5 y6=3 L7=56.52 x7=17.5 y7=7 L8=81.4 x8=0 y8=-15 Xe=l1x1+l2x2+l8x8/l1+l2+l8=-0.25mm 式(8) Yc=l1y1+l2y2+l8y8/l1+l2+
15、l8=2.04mm 式 (9 第三章 模具具体尺寸计算3.1 模具的加工工艺过程 由工件简图可见,该工件的加工涉及到落料、拉深、冲孔三种工序内容。根据变形特点,对于带孔的拉深件,尤其是5孔到直壁的距离较近,一般应先拉深后冲孔。3.1.1 拉深工艺与拉深变形过程分析(1)拉深 是指利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件或开口零件进一步改变形状尺寸的工艺。在冲压生产中,拉深是广泛使用的工序,通过拉深可获得筒形、阶梯型、锥形、球形、抛物线形等轴对称空心件。(2)拉伸件的分类 用拉深工序得到的制件一般分为三类:旋转件零件 如搪瓷脸盆、铝锅等。盒形零件 如饭盒、汽车油箱等。3.1.2 拉深件的工艺性(1)
16、拉深件的形状 拉深件的结构形状应简单、对称,尽量避免急剧的外形变化。标注尺寸时,应根据使用要求只标注内形尺寸或只标注外形尺寸,筒壁和底面连接处的圆角半径只能标注为内形尺寸,材料厚度不宜标注在筒壁或凸缘上。设计拉深件时应考虑到筒壁及凸缘厚度的不均与性与其变化规律,凸模圆角区变薄显著,最大变薄率约为材料厚度的10%-18%,而筒口或凸缘边部,材料显著曾厚,最大曾厚率约为材料厚度的10%-30%。多次拉深件的筒壁和凸缘的内、外表面应允许出现压痕。非对称的空心件应组合成对进行拉深,然后将其切成两个或多个零件。(2)拉深件的高度 拉深件的高度h对拉深成形的次数和成形质量均有重要影响,常见零件一次成形拉深
17、高度为:无凸缘筒形件 h(0.5-0.7)d(d为拉深件壁厚中径);带凸缘筒形件 (d1/d)1.5时,h(0.4-0.6)d(d为拉深件凸缘直径)。(3)拉深件的圆角半径 拉深件凸缘与壁筒件的圆角半径应取ra2t(t为材料厚度),为便于拉深顺利进行,通常取ra(4-8)t;当ra2t时,需增加整形工序。拉深件底与筒壁间的圆角半径应取rt2t,为便于拉深顺利进行,通常取rt(3-5)t;当零件要求rtt时,需曾加整形工序。(4)拉深件的尺寸精度 拉深件的径向尺寸精度可在FT1-FT10之间选择,对于精度要求较高的,则需增加校形工序。3.1.3 拉深工件毛坯尺寸的确定拉深工件毛坯的形状一般与工件
18、的横截面形状相似,如工件的横截面是圆形、椭圆形、方形则毛坯的形状基本上也是圆形、椭圆形、方形。毛坯尺寸的确定方法很多,有等质量法、等体积法、等面积法等。拉深工件的毛坯仅用理论方法确定并不十分精确,特别是一些复杂形状的拉深件,用理论方法确定十分困难。通常是在已做好的拉伸模中对已由理论分析初步确定的毛坯 来试压、修改,直到工件合格后才将毛坯形状确定下来,再做落料模。注意毛坯的轮廓周边必须制成光滑曲线,且无急剧转折。(1)修边余量h 由于金属流动条件和材料的各向异性,毛坯拉深后,工件边口不齐,一般情况拉深后都要修边,因此在计算毛坯的尺寸时,必须把修边余量计入工件。修边余量用h表示。(2)简单形状拉深
19、件毛坯计算等面积法 一般比较规则形状的拉伸工件的毛坯尺寸可用此方法。具体方法是将工件分解为若干个简单几何体,分别求出各几何体的表面积,然后对其求和,根据等面积法,求和后的表面积应等于工件的表面积,对于旋转类零件,因为毛坯形状是圆的,即可得毛坯的直径。重心法 如果拉深件是不规则的集几何体,其部分面积用表查不到或过于麻烦,重心法则较适用。重心法的原理是:任何形状的母线,绕同一平面内的轴线旋转所形成的旋转体,其表面积等于母线长度与母线的重心绕轴线旋转周长的乘积,其计算简下式: A=2RL 式(10)根据面积相等的原理: D2/4=2RL 式(11)式中 A旋转件的表面积(mm2); R母线重心到旋转
20、轴的距离(mm); L母线的长度(mm); D毛坯直径(mm)。3.1.4 拉深力(1)拉深力的计算第一次拉深 F1=d1tbK1 式(12)以后各次拉深 Fn=dntbK2 式(13)在式中 F1第一次拉深力(N); Fn以后各次拉深力(N); K1、K2修正系数; D1,、dn各次拉深后工件直径(mm); b抗拉强度(MPa); t制件的壁厚(mm)。(2)压边力 压边方式及压边力的确定。采用压边圈的条件 压边是防止起皱的一个有效方法。是否需要加压边,可用下述公式进行估算。用锥形凹模拉深时,不用加压边的条件为:首次拉深 t/D0.03(1-m)以后各次拉深 t/D0.03(1/m-1)用普
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