齿轮螺栓垫片冷冲工艺与模具设计概述模板.doc
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1、绪 论大学三年学习立即结束,毕业设计是其中最终一个实践步骤,是对以前所学知识及所掌握技能综合利用和检验。伴随中国经济快速发展,采取模具生产技术得到愈来愈广泛应用。伴随工业发展,工业产品品种和数量不停增加。换型不停加紧,使模具需要不停增加,而对模具质量要求越来越高。模具技术在国民经济中作用越来越显得更为关键。模具是一个特殊模型,用来塑造(制造)产品;从工艺角度,模具是一个成型制品特殊工艺装备。模具是工业生产基础工艺装备,在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中,6080零部件全部依靠模具成形,模具质量高低决定着产品质量高低,所以,模具被称之为“工业之母”。模具又是“效益放大器”,用模具
2、生产最终产品价值,往往是模具本身价值几十倍、上百倍。 现在,中国冲压技术和工业发达国家相比还比较落后,关键原因是中国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面和工业发达国家还有相当大差距,造成中国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面和工业发达国家模具相比差距相当大。伴随国民经济总量和工业产品技术不停发展,各行各业对模具需求量越来越大,技术要求也越来越高。即使模具种类繁多,但其发展关键应该是既能满足大量需要,又有较高技术含量,尤其是现在中国尚不能自给,需大量进口模具和能代表发展方向大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具
3、行业发展有重大影响。所以,部分关键模具标准件也必需关键发展,而且其发展速度应快于模具发展速度,这么才能不停提升中国模具标准化水平,从而提升模具质量,缩短模具生产周期,降低成本。因为中国模具产品在国际市场上占有较大价格优势,所以对于出口前景好模具产品也应作为关键来发展。依据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好标准选择关键发展产品,而且所选产品必需现在已经有一定技术基础,属于有条件、有可能发展起来产品。冲压是一个优异少无切削加工方法,含有节能省材、效率高、产品质量好、重量轻、加工成本低等一系列优点,在汽车、航空航天、仪器仪表、家电、电子、通讯、军工、日常见具等产品生产中得到了广泛应用
4、.据统计,薄板成型后,制造了相当于原材料12倍附加值,在国民经济生产总值中,和其相关产品占四分之一,在现代汽车工业中,冲压件产值占总产值59%。伴随中国经济快速发展,采取模具生产技术得到愈来愈广泛应用。在完成大学三年课程学习、生产实习,我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面知识,对机械制造、加工工艺有了一个系统、全方面了解,达成了学习目标。对于模具设计这个实践性很强设计课题,我们进行了大量实习。经过生产实习,我对于冷冲模含有了一个全新认识,丰富和加深了对多种模具结构和动作过程方面知识。在指导老师细心指导下和在工厂师傅讲解下,我们对于模具设计和制造工艺有了系统而深刻认
5、识。同时在实习现场亲手拆装了部分经典模具实体并查阅了很多相关资料,经过这些实践,我们熟练掌握了模具通常工作原理、制造、加工工艺。经过在图书馆借阅相关手册和书籍,更系统而全方面了细节问题。锻炼了缜密思维并使我们初步含有了设计工作者应有素质。设计中,将充足利用和查阅多种资料,并和同学进行充足讨论,尽最大努力搞好此次毕业设计。在设计过程中,将有一定困难,但有指导老师悉心指导和自己努力,相信会完满完成毕业设计任务。因为学生水平有限,而且缺乏经验,设计中难免有不妥之处,恳请各位老师指正。设 计 者:余 正 生04月15日第一章 零件工艺性分析工件名称:齿轮螺栓垫片生产批量:大批量材 料:A3钢 厚 度:
6、1mm 图1 零件图1.1 零件总体分析该零件为齿轮螺栓垫片,材料为A3钢,即为Q235旧牌号,含有良好塑性、韧性、冷冲压性能,能够进行通常冲压加工。零件形状较为复杂,采取圆弧过渡,但零件对称分布,有冲孔、落料两个工序特征。1.1.1外形落料工艺性齿轮螺栓垫片属于中等尺寸零件,料厚1mm,外形较为复杂,采取圆弧过渡,方便于模具加工,降低热处理开裂,降低冲裁时尖角处崩刃和过快磨损,尺寸精度要求通常。1.1.2冲孔工艺性有两个11孔,尺寸精度通常。1.1.3冲裁件孔边距和孔间距为避免工件变形和确保模具强度,孔边距和孔间距不能过小。【1】其最小许可值当取:。依据工件尺寸可得 ,所以工件尺寸符合要求。
7、冲孔时因凸模强度限制孔尺寸不应太小,不然凸模易折断,查表2.7.3【1】知,工件上孔直径大于或等于0.35倍料度即。由任务书零件图易于看出工件尺寸符合要求。1.1.4尺寸精度图示零件尺寸均未注公差通常尺寸,按通例取IT14级,尺寸精度较低,符合通常冲压经济精度要求。第二章 工艺方案确实定该零件所需基础冲压工序为落料和冲孔,可拟订出以下三种工艺方案。方案一:单工序模生产。方案二:落料冲孔复合模。方案三:冲孔落料级进模。 采取方案一,生产率低,工件累计误差大,操作不方便,因为该工件为大批量生产,方案二和方案三更含有优越性。该零件11mm孔和外圆之间最小距离为4.5mm,大于此凸凹模许可最小壁厚(2
8、.7mm)(1),能够采取冲孔、落料复合模或冲孔、落料连续模。但复合模模具形位精度和尺寸精度轻易确保,且生产率也高。尽管模具结构比较复杂但因为零件几何形状简单对称,模具制造并不困难。级进模虽生产率也高,但零件冲裁精度稍差。欲确保冲压件形位精度,需要在模具上设置导正销导正,故模具制造、安装较复合模复杂。经过对上述三种方按分析比较,该零件冲压生产采取方按二复合模为佳。第三章 排样设计和计算设计复合模时,首先要设计条料排样图。依据工件形状选择有废料排样,且为直排形式,即使材料利用率低于少废料和无废料排样,但工件精度高,且易于确保工件外形圆角。3.1确定搭边和搭肩值搭边和搭肩值通常是由经验确定,查表2
9、.5.2【1】。取最小搭边值为,最小搭肩值。3.2确定零件排样方案设计模具时,条料排样很关键。分析零件形状可知,确定排样方案:条料从右至左送进,落料凸模冲压力比较均匀,零件形状精度轻易确保。条料排样图2所表示。图2 排样方案3.3计算送料步距和条料宽度按如上排样方法,并依据工件尺寸确定送料步距为搭肩值和工件宽度之和。即查表2.5.3可知条料宽度单向偏差为0.50mm,由公式计算以下:所以确定条料宽度B为导料板间距离(无侧压装置)条料宽度方向冲裁件最大尺寸。搭边值C导料板和条料之间间隙(查表2.5.5)3.4计算材料利用率依据通常市场供给情况,原材料选择冷扎薄钢板。每块可剪规格条料16条,材料剪
10、切利用率达96。材料利用率通用公式【1】式中A一个冲裁剪面积。n 一个步距内冲裁件数量。B条料宽度。S步距。材料利用率: 第四章 计算冲压力和初选压力机4.1冲裁工序总力计算由工件结构和前面所定冲压方案可知,本模具采取弹性卸料装置和下出料方法冲裁模。考虑到模具刃部被磨损、凸凹模不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等原因影响。本模具采取一般平刃口模具冲裁,其冲裁力P按下式计算:式中 P冲裁力(KN)。K系数,通常取1.3 L冲裁件剪切周围长度(mm)。t冲裁件材料厚度(mm)被冲材料抗剪强度。上式中抗剪强度和材料种类和坯料原始状态相关,可在手册中查询,为方便计算,可取材料,故冲裁力表示式又可
11、表示为:查手册【3】 取极限值查表2.6.1【1】卸料力系数卸料力推件力推件力系数,由手册查得n同时卡在凹模工件(或废料)数,其中n=h/th凹模刃部直壁洞口高度(mm),t料厚( mm) 查手册【5】表2.9.4 可得和h=6mm,故n=6/1.54工序总力4.2初选压力机压力机公称压力必需大于或等于工序总力。查手册【2】初选开式可倾压力机参数初选压力机型号为J23-16和J23-25,见表一。表一 所选择压力机相关参数型号公称压力/kN滑块行程/mm最大封闭高度/mm工作台尺寸/mm可倾斜角/。封闭高度调整量/mmJ23-16160552203004503545J23-2525065270
12、37056030554.3 确定压力中心 用解析法求模具压力中心坐标。按百分比画出零件尺寸,选择坐标系XOY。以下图3(下页)所表示。因零件左右对称,即xc0。故只需计算yc。将工件冲裁周围分成L1、L2、L3、L4、L10、L11基础线段,求出各段长度重心位置:图3 压力中心计算 L140mm Y1=27mmL29.948mm Y2=25.44mmL35.39mm Y3=20.91mm L45mm Y4=17mm L55.39mm Y5=13.09mm L63.84mm Y6=10.05mmL76.26mm Y7=3.92mmL85mm Y8=0mmL94.87mm Y9=3.38mm L1
13、028.29mm Y10=7mmL1134.54mm Y11=17mm 第五章 模具结构形式选择和确定5.1 模具类型选择由冲压工艺分析可知,采取倒装复合冲压,所以模具类型为倒装复合模。5.2定位方法选择因为该模具采取是条料,所以选择导料销和挡料销来实现对冲裁条料定位。5.3导向方法选择为了提升模具寿命和工作质量,方便安装调整,该复合模采取后侧导柱导向方法。5.4 卸料方法该模具采取倒装结构,冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下。工件厚度为1mm,料厚相对较厚,卸料力也比较小,故可采取弹性卸料。5.5 送料方法采取手动送料。第六章 模具工作零部件刃口尺寸计算该零件属于无特殊要求通常冲孔落料件
14、,外形尺寸由落料取得,小孔尺寸则由冲孔得到。查表2.3.3可知 又模具精度等级为IT14级。查表2.2【4】 取6.1冲裁孔凸、凹模刃口尺寸计算凸模尺寸凹模尺寸校核:即 满足公差间隙条件。6.2外形落料凸模、凹模刃口尺寸计算此落料件为形状较为复杂零件,所以利用凸凹模配作法,这种方法有利于取得最小合理间隙,放宽对模具加工设备精度要求。以落料凹模为基准件,由公差表查得工件个尺寸公差等,确定x采取配作法,计算凹模刃口尺寸,首先是依据凹模磨损后轮廓改变情况正确判定出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小,还是不变这三种情况,然后分别按不一样计算公式计算。a、凹模磨损后会增大尺寸-第一类尺寸A 第一
15、类尺寸: b、凹模磨损后会减小尺寸-第二类尺寸B 第二类尺寸:c、凹模磨损后会保持不变尺寸 第三类尺寸C 第三类尺寸:其落料凹模基础尺寸计算以下:第一类尺寸:磨损后增大尺寸:第三类尺寸:磨损后基础不变尺寸:图4 落料凹模刃口部分尺寸落料凸模基础尺寸和凹模相同,分别是71.63mm、16.785mm、4.775mm、19.74mm、39.69mm,无须标注公差,但要在技术条件中注明:凸模实际刃口尺寸和落料凹模配制,确保最小双面合理间隙值Zmin=0.100(落料凸模、凹模刃口部分尺寸分别见图4、5)图5 落料凸模刃口部分尺寸第七章 模具关键零部件设计7.1工作零部件结构设计7.1.1落料凹模设计
16、凹模采取整体式凹模,各冲裁凹模孔均采取线切割加工。安排凹模在模架上位置时,要依据计算压力中心数据,使压力中心和模柄中心重合。整体式凹模装于下模座上, 凹模高度可按经验公式计算,即 凹模高度H=Kb 凹模壁厚C=(1.52)H式中b-凹模孔最大宽度(但B大于15mm)C-凹模壁厚, 指刃口至凹模外形边缘距离K=系数(查表240【5】K=0.22)凹模高度H=Kb=0.2271.63=15.76mm 按表取标准值H=16mm凹模壁厚C= C=(1.52)H =24mm32mm()凹模壁厚取32mm。凹模宽度凹模上螺孔到凹模外缘距离通常取(1.72.0)d, 图6 凹模上螺孔设计和选择d为螺孔距离,
17、因为凹模厚度为16mm,所以依据表2.46【2】查得螺孔选择4M8螺钉固定在下模座。故选择图6 。 螺孔到凹模外缘最小距离【6】:a2=1.5d=1.58=12mma3=1.13d=1.1389mm凹模上螺孔到销孔距离通常取b2d,所以b应大于16。依据上述方法确定凹模外形尺寸须选择矩形凹模板16012516(JB/T7643.1)【6】7.1.2 冲孔凸模设计因为所冲孔均为圆形,而且全部不属于需要尤其保护小凸模,所以冲孔凸模采取台阶式。首先加工简单,其次便于装配和更换。查表1214【5】冲两个孔圆形凸模可选择标准件B型式。图7所表示(下页)。图7 冲孔凸模结构形式凸模长度通常是依据结构上需要
18、而确定,其凸模长度用下列公式计算: L=h1+h2+h3+h式中 L凸模长度, mm h1凸模固定板高度,mm h2卸料板高度,mm h3导料板高度,mm h附加高度,通常取1520mm冲裁11mm孔凸模尺寸及其组件确定和标准化(包含外形尺寸和厚度) 小凸模长度 L=20+14+6+18=58mm由小凸模刃口d=11.15mm查手册【2】表2.54可知 h=5mm, D1=16mm, D=15mm, L=58。小凸模强度校核 要使凸模正常工作,必需使凸模最小断面压应力不超出凸模材料许用压应力,即 对于圆形凸模 式中 圆形凸模最小截面直径,mm t冲裁材料厚度,mm 冲裁材料抗剪强度,取140M
19、pa【3】 凸模材料许用强度,取120Mpa【3】dmin=4.67mm 所以承压能力足够。抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模(有导向装置) 式中 Lmax 许可凸模最大自由长度,mm F 冲模力,N 凸模最小截面直径,mm= =631.99mm 所以长度适宜。凸模固定端面压力q =式中q凸模固定端面压力,MPa F落料或冲孔冲裁力,N 模座材料许用压应力(查表得120160Mpa【3】) q =0.91MPa凸模固定板端面压力小于120160Mpa,凸模固定板承受压力适宜。7.1.3落料凸模(凸凹模)设计结合工件外形并考虑加工,外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模,用两个M8螺钉固定在垫板上,凸模
20、按下式计算: L=h1+h2+h3+h其中: h1为固定板厚度(20 mm),h2为卸料板厚度(14mm),h3为导料板厚度(6 mm), h为附加长度,关键考虑凸模进入凹模深度(1mm)及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板间安全距离(15mm20mm)等原因。所以:L=20+14+6+1+17=58 mm凸模固定板材料可用45钢,结构形式和尺寸规格见手册【5】表15.57可得16012520。7.2定位装置设计和标准化【6】7.2.1挡料销及导料销设计和标准化由设计结构可得该套模具所用挡料销和导料销规格尺寸一样,依据手册【4】选择。型号:JB/T7649.9 625mm材料为45钢圆柱挡料销,
21、硬度4348HRC7.2.2挡料销和导料销位置确实定由模具整体结构设计,导料销及导料销全部应经过卸料板固定于模具凸凹模上。且在模具闭合状态下,应高出卸料板3mm【1】。依据分析选择废料孔后端定位时挡料销位置图8 图8 挡料销位置 L=D/2+C+d/2+0.1 =72/2+74.2+6/2+0.1mm=113.3mm 7.2.3导料销位置确实定导料销在条料同一侧,采取从右向左送料方法,送料方向导料销应装在后侧。7.3卸料装置设计及标准化【7】7.3.1弹性卸料板结构形式模具采取倒装结构,选择手册【6】图77(b)卸料板形式。由表78查得弹性卸料板厚度为12mm。装模具时卸料板孔和凸凹模得单边间
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