铰链冲压工艺分析及模具设计洛阳理工学院毕业设计.doc
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1、洛阳理工学院毕业设计(论文)铰链冲压工艺分析及模具设计摘 要模具作为高效率的生产工具的一种,是工业生产中非常重要的工艺装备。随着我国工业和高科技产业的快速发展,冲压模具的设计与制造变得越来越重要。根据设计铰链的尺寸、材料等要求,首先分析铰链的工艺性,确定冲裁工艺方案及模具结构方案,即该铰链需要落料-冲孔复合模和弯曲模完成。然后通过工艺设计计算,确定排样方式。计算冲裁力和压力中心,初选压力机,计算刃口尺寸和公差,最后设计和选用零部件。其中在结构设计中,主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与顶件装置、冲压设备、模架、紧固件等进行了设计或选择。绘制模具总装图及零件图,最终完成模具设计。关键词:铰
2、链,模具设计,落料-冲孔,复合模 HINGE STAMPING PROCESS ANALYSIS AND MOULD DESIGNABSTRACAs a kind of efficient production tool, mould is a very important craft equipment in industrial production. With the rapid development of our country industry and high-tech industry, stamping mould design and manufacturing becom
3、es more and more important.According to the size, materials of the product, the first part is to analysis the process of the hinge, so the program of blanking process and mould structure has been confirmed. As a result, blanking-punching compound mould and bending mould are used to produce the hinge
4、. Then based on the process design calculations, the stock layout design can be ensured. It is needed to carry on the blanking force and the center of pressure computation, according to which the press can be selected. Calculating the cutting edge size and tolerance, then design and choose the parts
5、 of mould. During the structure design, it is mainly about the design of the punch, die, punch and die, positioning parts, unloading and ejecting devices, mold, pressing equipment, fasteners and so on. Then draw the drawings and assembly drawings of parts, finally the design has been completed. KEY
6、WORDS: Hinge,mould design,blanking-punching,compound die1目 录前 言1第1章 加工零件的工艺分析21.1 零件分析21.1.1 零件简图21.1.2 冲压件的工艺分析21.1.3 分析比较和确定工艺方案2第2章 落料冲孔复合模42.1 工件展开图的尺寸计算42.2 冲压模具工艺与设计计算52.2.1 排样设计52.2.2 排样计算62.3 确定模具压力中心62.4工作力的计算82.5 计算凸、凹模刃口尺寸92.5.1 落料部分凸凹模尺寸计算92.5.2 冲孔部分凸凹模尺寸计算11第3章 模具结构设计123.1 落料冲孔复合模结构形式12
7、3.2 落料凹模的结构设计123.3冲孔凸模的结构设计133.4 凸凹模的结构设计143.5 定位装置的选择153.6 顶件及卸料装置的选择153.7 模架的选择173.8 模柄选择183.9 打板的设计193.10 螺钉和销的选用193.11 退料板设计193.12 固定板设计203.11 垫板设计22第4章 总装配图及压力机的选取244.1 总装配图244.2 压力机的选取24第5章 模具的技术条件265.1 表面粗糙度及标准265.2 加工精度265.2.1 形位公差265.2.2 配合要求26结 论27谢 辞28参考文献29外文资料翻译31前 言随着工业高新技术的不断发展,冲压模的地位
8、日益重要模具作为提高生产率,减少材料和消耗,降低产品成本,提高产品质量和市场竞争力的重要手段,已越来越受到各工业部门的重视。随着工业技术不断向前发展,要求模具在更苛刻、更高速度的工作条件下,对模具的精度越来越高,使用寿命越来越长。为了满足这些要求,国内外都在模具材料的研究和开发上作了巨大的努力,也在这方面取得了不少成果。近几年来,随着工业和高科技产业的飞速发展,我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平。虽然如此,我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都存在较大差距。轿
9、车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具国产化进程中前进了一大步,但在制造质量、精度、制造周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。随着我国与国际市场接轨,市场竞争的越来越激烈。模具制造是整个发展中基础的要素之一。许多模具企业加大了用于技术的投资力度,很多国内模具企业已普及CAD,并且陆续开始使用Pro/Engineer和UG等国际通用先进软件,个别有能力的厂家还引进了DYNAFORM、C-Flow和MAGMASOFT等CAE软件,成功应用于冲压模设计之中。通过
10、本课题的研究要掌握落料冲孔复合模的工作原理和结构特点,掌握复合模的设计步骤和工作计算方法,掌握模具装配图的设计方法及主要模具零件的机械加工特点。 此次毕业设计的目的在于通过对铰链冲压工艺分析及模具设计,得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握基本的设计方法,培养基本的设计方法,并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。 第1章 加工零件的工艺分析1.1 零件分析1.1.1 零件简图如图1-1所示:图1-1零件图1.1.2 冲压件的工艺分析 铰链为Q215碳素结构钢,具有高的塑性、韧性和焊接性能,以及良好的
11、压力加工性能,强度低。主要用于工程结构和受力较小的机械零件。工件形状比较简单,是典型的冲裁件,其特点是工件尺寸不大,且左右对称,材料强度不高,由于工件尺寸没有明显角标注,故属于一般冲裁件。故可以考虑采用复合冲压工序。零件图上未注公差,属于自由公差,按IT14级确定工件尺寸的公差,一般冲压均能满足其尺寸精度要求。 根据零件的结构特点需有落料、冲孔、弯曲的过程完成冲裁。1.1.3 分析比较和确定工艺方案从零件的结构特点以及冲压变形特点来看,该零件冲压工序性质有冲孔、落料、弯曲三种其中弯曲需用两个单工序模具才能完成。根据工序性质可能的组合情况,该零件可能的冲压方案有:方案一:先落料,后冲孔,再弯曲。
12、分开逐步进行。方案二:落料-冲孔复合冲压,后弯曲。采用落料冲孔复合模和两个弯曲单工序模生产。方案一模具结构简单,但是需要三道工序四副模具,成本高并且生产效率很低,不能满足大批量的生产要求。方案二只需三副模具,将冲孔和落料工序合并在一起既保证了落料与冲孔的同轴度,又提高了工件的精度及生产效率。通过对上述两种方案的分析比较,选择方案二。第2章 落料冲孔复合模本次设计的是铰链的落料冲孔的过程,采用落料冲孔复合模。2.1 工件展开图的尺寸计算工件为铰链,有弯曲的部分,所以必须将其展开。1. 中性层计算计算中性层公式p=r+xt1 (2-1)对于R2处中性层曲率半径r1=2mm,t=4mm, r1/t=
13、0.5,查表x1=0.251得p1=2+0.25x4=3mm对于13处中性层曲率半径r2=6.5mm,t=4mm,r2/t=1.625,查表得x2=0.3641,得p2=6.5+0.364x4+7.956mm2. 长度计算弧长公式L=1 (2-2)R2处的长度L1=x=3.14mm13处的长度L2=x=31.2mm倾角处的长度L3=10.5mm 下面竖直处L4=29.5mm故铰链展开总长度 L=L1+L2+L3+L4 =3.14+31.2+10.5+29.5 =74.34mm展开铰链具体尺寸如下图图2-1制件图2.2 冲压模具工艺与设计计算2.2.1 排样设计根据材料经济利用的程度,排样方法分
14、为有废料排样、少废料排样和无废料排样。根据铰链的结构特点,采用少废料排样。这样材料的利用率高,不但有利于一个模具获得多个冲裁件,而且可以简化模具结构、降低冲裁力。无论是采用有废料活少、无废料的排样,根据冲裁件在条料上的不同布置方法,排样方法又有直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等多种排列方式。有废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间或冲裁件与条料侧边之间都有搭边的存在。冲裁沿着冲裁件的封闭轮廓进行,所以冲裁件的质量好,寿命长。少废料排样是只有在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料侧边之间留有搭边,而在冲裁件与条料侧边或冲裁件之间无搭边存在。这种排样方法的冲裁只是沿着冲裁件的部分外轮廓进行。无废
15、料排样是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间均无搭边存在。这种冲裁方式实际上是直接由切断条料获得,材料利用率很高。根据铰链展开图的特点选取有废料的排样方式。并且是直排排样方案。查表取搭边a=3.5,a1=3.21。具体排样方式如图2-2所示:图2-2排样图2.2.2 排样计算1.送料步距: 1 (2-3)根据排样图及查得搭边值=74.34+3.2=77.542.送料宽度:当条料在无侧压装置的料板之间送料时,条料宽度按下式计算:1 (2-4) B=(114.4+23.5+21.5+1)=125.43.条料利用率: 1 (2-5)100%=x100%=63.6%2.3 确定模具压力中心为了
16、保证压力机和模具正常工作,在设计模具时,要求模具的模柄中心与压力中心重合,对于要求不高或冲裁力较小间隙较大的模具,压力中心不允许超出模柄投影面积范围,否则在冲压时会使冲模与压力机滑块倾斜,引起凸凹模间隙不均或导向零件加速磨损,造成刃口和其它零件的损坏,甚至还会引起压力机导轨磨损,影响压力机精度。求解压力中心的方法选用解析法按比例画出排样图,选定坐标系。如图2-3所示:图2-3 压力中心计算图将工件分为11段,坐标轴x-x和y-y选定在L7和L9上。各段的长度为:L1=L7=64.34 L2=L6=28.6L3=L5=40.54 L4=57.2L8=L10=5 L9=94.4L11=L12=10
17、 由此可以求出各条线段的重心为:X1=42.17 Y1=114.4 X2=74.34 Y2=100.1X3=54.07 Y3=54.07 X4=33.8 Y4=57.2X5=54.7 Y5=28.6 X6=74.34 Y6=14.3X7=42.17 Y7=0 X8=10 Y8=10X9=0 Y9=57.2 X10=10 Y10=104.4X11=14.2 Y11=98.5 X12=14.2 Y12=15.9于是有:X0= =37.17 (2-6)Y0= =57.2 (2-7)所以压力中心的坐标为(37.17,57.2),由计算可以看出压力中心在模柄的中心处,故可以达到要求。2.4工作力的计算冲
18、裁一个零件的周边长度外轮廓周边长:=74.342+114.22+(74.34-33.8) 2=458.48mm孔周边长度:=102=62.8mm1. 落料力:=KLt1 (2-8)=KLt=t=458.484215=394292.8N 2.冲孔力:=KLt1 (2-9)=KLt=t=62.84215=54008N 3.推料力:=n1 (2-10)经查表得=0.045,n=50/4=12.51=n=12.50.04554008=30379.5 4.顶料力:=1 (2-11) 经查表得=0.051则有=0.05394292.8=19714.64N5.总冲压力F=+=394292.8+54008+3
19、0379.5+19714.64=449794.94N所以可选用规格为630KN压力机。2.5 计算凸、凹模刃口尺寸凸、凹模刃口尺寸精度决定的是否合理,直接影响到冲裁件的尺寸精度及合理间隙值能否保证,也关系到模具的成本多少和使用寿命的长短。1. 保证冲出零件合格;2. 保证模具有一定使用寿命;3. 考虑冲压模的制造修理方便、尽量降低成本。凹模和凸模的工作部分尺寸决定了冲裁件的尺寸和间隙大小,是模具上非常重要的尺寸。计算冲模凸、凹模刃口尺寸的原则是:1. 冲孔时, 冲孔件的尺寸由冲孔凸模决定,所以应以冲孔凸模作为设计基准。落料时,落料的尺寸有由落料凹模决定,所以应该以落料凹模作为设计基准。2. 凸
20、模和凹模之间应该有合理的间隙值。3. 凹模和凸模应考虑其磨损规律。4. 凹模和凸模的制造公差必须与冲裁件的尺寸相匹配。偏差按照入体原则标注。5. 尺寸计算应该考虑冲压模的加工制造方法。 2.5.1 落料部分凸凹模尺寸计算刃口尺寸的计算公式为:落料时:D凹=(x) 1 (2-12) D凸=(x) 冲孔时:d凸=(+x) 1 (2-13) D凹=(+x+)计算刃口尺寸如图2-4所示:图2-4 刃口尺寸计算图A尺寸 A凹=(114.4-0.750.4)=114.1A凸=(114.4-0.750.4-0.64)=113.46 B尺寸 B凹=(74.34-0.750.4)=74.04 B凸=(74.34
21、-0.750.4-0.64)=73.4 C尺寸 C凹=(28.6-0.750.28)=28.39C凸=(28.6-0.750.28-0.64)=28.39 D尺寸 D凹=(57.2-0.750.28)=40.33D凸=(57.2-0.750.28-0.64)=40.33 E尺寸 E凹=(28.6-0.750.28)=28.39E凸=(28.6-0.750.28-0.64)=28.392.5.2 冲孔部分凸凹模尺寸计算 d凸=(10+10.24)=10.24d凹=(10+10.24+0.64)=10.68第3章 模具结构设计3.1 落料冲孔复合模结构形式确定工艺方案以后,应通过分析比较,选择合理
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