圓形落料模具設(shè)計說明書.doc
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序言 落料模具可以制成圓形、長方形、多邊形、和其他不規(guī)則形狀的薄型零件,如果和其他沖壓成形工藝配合,還可以制造形狀極為復(fù)雜的零件。用落料方法來制造薄型件,生產(chǎn)效率高,節(jié)省材料,零件的強(qiáng)度和剛度好,精度較高,其應(yīng)用范圍非常廣泛。因此,拉深在汽車、航空航天、國防、電器和電子等工業(yè)部門以及日用品生產(chǎn)中,都占據(jù)相當(dāng)重要的地位。 本說明書在設(shè)計圓形落料件的模具方面,通過分析和計算,詳細(xì)的敘述了零件的加工工藝流程,通過選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件和壓力機(jī),完成落料模的實體設(shè)計,并且對零件的技術(shù)適用性和經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)行分析,較為全面的展現(xiàn)出圓形落料件模具的特點和優(yōu)點。 本設(shè)計中圓形落料件的加工簡單,技術(shù)要求較低,從而降低了生產(chǎn)成本,能夠在實際應(yīng)用中有很高的經(jīng)濟(jì)效益,因此也成為落料件中應(yīng)用最廣泛的零件之一。 本產(chǎn)品的主要用途:可以制件進(jìn)行小加工,即可變成玩具。 具體加工為人工加工,沿著上圖所示黑色直線剪裁,剪裁寬度為0.5mm。 加工完以后,磨掉零件的毛刺就可以了。完成后就是小朋友可以玩的拼裝玩具。直徑30.28mm夠大,厚度0.5mm。這樣很安全,小朋友不會吞下去,也不會太鋒利刮傷手 。1、 零件工藝性分析 1.1 零件圖的分析 落料零件的結(jié)構(gòu)圖見以下圖1-1: 圖1-1 落料件結(jié)構(gòu)簡圖 該零件為標(biāo)準(zhǔn)圓形落料件,其結(jié)構(gòu)簡單,沖裁時沖裁變形區(qū)形成較正常的紡錘形,因此適合沖裁加工。 零件的圓外形直徑d=30.28mm,厚度t=0.5mm,其厚度較小,可以考慮采取一次拉深成形的工藝進(jìn)行加工。拉深件圓角半徑為R=2mm,相對于厚度t=0.5mm而言,圓角半徑較大,有利于零件的成形,并且免去了整形工序。 沖裁件的內(nèi)外形尺寸的經(jīng)濟(jì)公差精度一般在IT11級以下,落料件公差等級最好低于IT10級,當(dāng)沖裁厚度小于2mm的金屬板料,其斷面粗糙度Ra一般可達(dá)12.5到3.2um 2、 零件工藝方案的確定 2.1 排樣方案的比較 基于工件的基本功能和結(jié)構(gòu)特征可知加工工序為落料。其加工為沖裁加工。 由于此圓形片為批量生產(chǎn),應(yīng)選擇效率較高的級進(jìn)模,但考慮到級進(jìn)模復(fù)合模制造成本高且復(fù)雜,而圓形片所需加工不是特別復(fù)雜,又是一個簡單的落料模具,我認(rèn)為采取單工序模也是可行的。根據(jù)以上基本工序的性質(zhì)與數(shù)量,進(jìn)行工序組合與排列,可以確定采用簡單的單工序落料模。 在沖壓生產(chǎn)中,節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義,較好的確定工件形狀尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。 此圓形片只一個簡單落料工序,材料為Q235,初步擬定如下的排樣方法 這種方案為有廢料的直排,此方案對模具要求比較低,一般精度的 模具即可滿足要求,適合本例。故本例采用此方案 2.2 排樣圖的設(shè)計及材料利用率的計算 由2.1排樣方案的比較得:選用有廢料的直排的排樣方法。如圖2-2所示的排樣方法。 此圓形片只有落料工序,,材料為Q235鋼,確定為直排有廢料排樣。查表2-18(冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)))可確定搭邊a=1.2和a1=1.5,再根據(jù)所加工零件外形尺寸可確定鋼帶的寬度應(yīng)為33.98mm。 通過放樣的方法,從中選擇如下圖2-3最為合理的排樣方案。(具體的搭邊值見A3圖紙) *計算材料的利用率 查[1](3-16 P50) 衡量材料的經(jīng)濟(jì)利用的指標(biāo)是材料的利用率。 η= A/BL100% 設(shè)計廢料+工藝廢料=廢料 =消耗材料面積—實用材料面積 一張板料上總的材料利用率 = 100% 式中 A——沖裁體面積 ——一張板料上所沖工件總數(shù)目 LB——板料長寬( ) 計算可知A= 2159 ,由排樣圖可知 =1,LB=10034=3400 ,則η= 0.635100%=63.5%。 3、 模具設(shè)計 3.1 模具類型及結(jié)構(gòu)形式的確定 圖3-1 落料模結(jié)構(gòu)圖 1 6、上下模座 2 12、導(dǎo)柱 3、導(dǎo)料板 4 10、導(dǎo)套 5、凸模固定板 7壓入模柄 8、防轉(zhuǎn)銷 9 14、螺釘 11、墊板 13、卸料板 15、凹模 16、擋料銷 17、凸模 如圖3-1所示的落料模,由于毛坯為30.28mm的圓件,故采用標(biāo)準(zhǔn)圓形凸模來沖裁板料;模具采取標(biāo)準(zhǔn)的中間導(dǎo)柱模架,導(dǎo)套導(dǎo)柱左右不相等,可以保證沖裁的精度,和模具壽命。 本設(shè)計的最大亮點在于采用了可替換的圓形凹模,此凹模不僅結(jié)構(gòu)簡單,強(qiáng)度可靠而且可拿出來,進(jìn)行磨刃,或著替換新的凹模,這樣一來可以,節(jié)約制造新模具的時間,又可保證模具的長時間利用,配合可替換的凸模,可以說是絕配,如圖3-2. 圖3-2 落料模下半部分 3.2 模具工作部分刃口尺寸及公差 落料模的工作部分零件主要包括:凸模、凹模。它們的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計,對落料件的尺寸精度和粗糙度都有很大的影響。 一、凹模直徑及公差 查[1](3-2 P43) 落料件尺寸標(biāo)注在外形,根據(jù)公式3-2計算凹模直徑: 3-2 式中 ———凹模的基本尺寸; ———拉深件外徑最大極限尺寸; ———落料件的公差; ———凹模的制造公差。 根據(jù)相關(guān)資料和已知條件可知,落料件的直徑尺寸精度可取IT13級,由已知=30.28mm,=0.1mm,=+0.025,故 = mm 二、凸模直徑及公差 查[1](3-3 P43) 根據(jù)公式(3-1)計算結(jié)果,按照下式計算凸模直徑及公差: 3-3 其中,為凸模制造公差,根據(jù)相關(guān)資料,選取=0.02,則 = mm 因此,凸模直徑為mm,凹模直徑為mm 3.3 模具主要零件的設(shè)計與選用 一、工作零件的選擇 1、凸模 查[1](3-32 a P71) 凸模選用標(biāo)準(zhǔn)圓凸模,結(jié)構(gòu)形式如圖3-4所示,其固定端按m6級制造 圖3-4 凸模設(shè)計簡圖 凸模的直徑設(shè)計為30.2mm,長度設(shè)計為L=60mm,與凸模固定板配合高度為3mm。凸模材料選用Cr12,由于凸模截面尺寸足夠大,落料件的厚度較小,因此能夠保證足夠的強(qiáng)度和剛度。 2、 凹模 查[1](3-46 P76) 凹模選擇標(biāo)準(zhǔn)圓形凹模,凹模的厚度H按照以下經(jīng)驗公式來確定: H=ks(不小于8) (3-5) 式中 s———凹模刃壁間最大的距離(mm); k———系數(shù),考慮板料厚度的影響。 但是本設(shè)計不經(jīng)過這個計算,而是采用行業(yè)通用的“沖模設(shè)計手冊軟件版vr1.0”里面的標(biāo)準(zhǔn)圓凹模進(jìn)行設(shè)計 凹模厚度L(20到40mm) 本次選用20mm厚度。 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-5所示: 圖3-5 凹模設(shè)計簡圖 二、卸料零件 1、卸料裝置 該落料模有設(shè)計普通的卸料裝置: 此卸料板厚度為16 根據(jù)h=0.8到1 乘于凹模厚度,即200.8=16mm 三、模架及零件 1、模架 本設(shè)計中拉深模采用后側(cè)導(dǎo)柱模架,導(dǎo)柱分布在模座的中間,且直徑不相同。其優(yōu)點是受力平衡、結(jié)構(gòu)簡單適用于小型件加工。由凹模周界100mm100mm、估計閉合高度來確定模架。其具體設(shè)計簡圖見圖3-9: 圖3-9 中間導(dǎo)柱模架 2、導(dǎo)向裝置 鄭添義老師幫忙指導(dǎo) 模架采用導(dǎo)柱導(dǎo)套式導(dǎo)向裝置,如圖3-9所示,導(dǎo)柱導(dǎo)套以F7/h6間隙配合,導(dǎo)柱導(dǎo)套與模具為R7/h6和H7/r6過盈配合。為了保證使用中的安全性與可靠性,當(dāng)模具處于閉合位置時,設(shè)計中選用以下設(shè)計基準(zhǔn): 導(dǎo)柱上端面與上模座的上平面留10-15mm的距離;導(dǎo)柱下端面與下模座留2-5mm的距離;導(dǎo)套與上模座上平面留不小于3mm的距離,同時上模座開橫槽,以便排氣和出油。 3、上、下模座 上、下模座直接或間接地安裝模具的所有零件,分別與壓力機(jī)滑塊和工作臺連接并傳遞壓力,因此,其材料選擇采用HT210以保證足夠的強(qiáng)度和剛度。 本設(shè)計中采用了標(biāo)準(zhǔn)模架,上模座為20512025,下模座為20512030(單位mm)。 四、其他支撐零件 1、模柄 查[1](97) 選擇壓入式模柄,通過模柄將拉深模的上模固定在壓力機(jī)滑塊上。固定端與上模座孔采用H7/m6的過渡配合,并加上防轉(zhuǎn)銷616防止轉(zhuǎn)動(如圖3-10)。 圖3-10 模柄的設(shè)計簡圖 2、凸模固定板 選擇單凸模固定板,并且固定板與凸模為過渡配合(本設(shè)計采用H7/m6),板寬選擇100mm100mm,厚度選擇30mm,壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平。 3、墊板 墊板的平面形狀尺寸與固定板相同,厚度選擇5mm,材料選擇T8A。墊板可以通過淬硬,從而避免硬度較低的模座因局部受凸模較大的沖擊力而出現(xiàn)凹陷,致使凸模松動的現(xiàn)象 3.4 模具的零件詳細(xì)清單 以下是一些零件的詳細(xì)參數(shù) ,由于排幅有限難以一一贅述。下表一些零件都是本人親自查閱得來的,甚至有一部分是參考【沖模設(shè)計手冊軟件版VR1.0】。 落料模具零件明細(xì)表 序號 零件名稱 數(shù)量 材料 備注 1 下模座 1 HT210 20512030 2 左導(dǎo)柱 1 20鋼 A20h6100 GB/T 3 導(dǎo)料板 1 T8A 1001004 4 左導(dǎo)套 1 20鋼 A20H76523 GB/T 5 凸模固定板 1 45鋼 10010030 6 上模座 1 HT210 20512025 7 壓入式模柄 1 Q235 4020JB/T 7644.1 8 防轉(zhuǎn)銷 1 35鋼 GB/T 616 9 上模內(nèi)六方螺釘 4 35鋼 M850 10 右導(dǎo)套 1 20鋼 A22H76523 11 墊板 1 T8A 1001005 12 右導(dǎo)柱 1 20鋼 A22h6100 GB/T 13 卸料板 1 T8A 10010016 14 下模內(nèi)六方螺釘 4 35鋼 M840 15 圓形凹模 1 Gr12 16 擋料銷 1 T8A 17 標(biāo)準(zhǔn)圓凸模 1 Gr12 3.5 模具的裝配方法 首先先裝下模部分,拿出下模座。 裝入標(biāo)準(zhǔn)圓形凹模,使有擋料銷孔的一端朝前,用錘子把凹模錘進(jìn)去。 然后裝入擋料銷、然后裝入左、右2個導(dǎo)柱。 接著從底部裝入4顆螺釘 導(dǎo)料板的孔從螺釘穿進(jìn)去。 接著合上卸料板,螺釘各個慢慢鎖緊。 接下來就是上模部分的安裝。 第一步,拿出上模座,再拿出模柄,用錘子敲入上模座。 第二步,拿出凸模固定板,再拿出凸模,用錘子把凸模敲入凸模固定板。 然后把上模座、凸模固定板、墊板用螺釘鎖緊 把左、右導(dǎo)套分別裝入上模座 接下來就是總裝配 把裝好的上模部分、下模部分通過導(dǎo)柱和導(dǎo)套裝配起來。 3.6模具沖裁力和壓力中心的計算 一、沖裁力的計算 查[1](3-25 P56) 平刃口沖裁模的沖裁力F一般按下式計算: F=Lt F———沖裁力(N) L———沖裁周邊長度(mm) t———材料厚度 ———材料抗拉強(qiáng)度(MPa) 根據(jù)材料為Q235,未退火,抗拉強(qiáng)度為380到470兆帕 查[2](1-4 P9) F=Lt=PI*(30.2810-3)(0.510-3)400106=19016N 2、 卸料力、推件力的計算 一般用下列經(jīng)驗公式計算: 查[2](3-27 3-28 P56) 卸料力 FX=KXF 推件力 FT=nKTF F———沖裁力 n———同時梗塞在凹模內(nèi)的工件數(shù) n=h/t h———凹模洞口的直壁高度 t———材料厚度 查[1](3-11 P57) 可知KX=0.07 KT=0.055 卸料力FX=1331.1N 推件力FT=12610N 3、 壓力機(jī)公稱壓力的確定 查[1](3-31 P57) FZ=F+FT=19016+12610=31626N 4、 沖模壓力中心的確定 沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。模具的壓力中心應(yīng)該通過壓力機(jī)滑塊的中心線,否則沖壓時滑塊就會承受偏心載荷,導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常的磨損,還會使合理間隙得不到保證,從而影響制件質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。 而本落料模很特殊,本制件是最規(guī)則的圓形。壓力中心就在圓心,無需計算。 4. 壓力機(jī)的選用 根據(jù)第三章已知條件,模具閉合高度近似為H=120mm,壓力機(jī)滑塊行程L=30mm。 壓力機(jī)的行程要保證配料能夠放入,沖模的封閉高度應(yīng)該在壓力機(jī)的最大裝模高度和最小裝模高度之間;工作臺臺面尺寸應(yīng)能滿足模具的正確安裝。按照上述要求,結(jié)合工廠實際生產(chǎn)條件,可選用開式壓力機(jī)。所選開式壓力機(jī)參數(shù)[2]: 查 [5](P101)選用開式雙柱可傾壓力機(jī),J21-4 公稱壓力:40KN 滑塊行程:30mm 閉合高度調(diào)節(jié)量:40mm 工作臺尺寸(前后左右):150250 墊板尺寸(厚度):30 模柄尺寸(直徑深度):2540 最大傾斜角度: 5、產(chǎn)品的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)特點 從第一章的產(chǎn)品分析來看,圓形落料件是所有落料件中最簡單、實用的零件,由于其本身的完全規(guī)則結(jié)構(gòu)易于加工制造,因此在生產(chǎn)過程中對專業(yè)技術(shù)的要求不會太高,有利于降低生產(chǎn)成本,創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價值。 單從技術(shù)方面來看,圓形落料件在沖裁過程中,圓形落料件的外形受到均勻的切向力,因此能夠保證較好的零件尺寸精度和表面質(zhì)量,這樣大大簡化了零件校形、零件加工處理的步驟;而且模具的壓力中心就在圓心,從而可以保證模具的安全性和耐用度。 從經(jīng)濟(jì)方面來看,圓形落料件因形狀簡單,降低了加工成本;而其自身形狀的廣泛適用性也使得這樣的制件能夠以年產(chǎn)量8萬件進(jìn)行批量生產(chǎn),從中廠家能夠獲得可觀的利潤,因此,其經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢與其他形狀的落料件相比尤為顯著。 致謝語 圓形落料件模具是模具中較為簡單實用的一種,但是,在設(shè)計的初始階段,編者出現(xiàn)了很多錯誤和不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,例如在選擇標(biāo)準(zhǔn)模架的過程中,就出現(xiàn)過“能采用標(biāo)準(zhǔn)件而不采用”的失誤;結(jié)構(gòu)上疏忽了導(dǎo)向裝置,有可能造成實際加工過程中導(dǎo)向不精確、甚至撞模的現(xiàn)象;在設(shè)計結(jié)構(gòu)的緊湊性上不合理,造成材料的浪費,這些在實際加工中是不允許的,否則必將人為提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)價格,降低經(jīng)濟(jì)效益。 機(jī)械是一門很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科,不少同學(xué)在這次設(shè)計中反復(fù)修改才達(dá)到了比較合理的結(jié)果同時也浪費了不少圖紙,不過也才能夠?qū)C(jī)械行業(yè)有更深體會,機(jī)械其實沒什么創(chuàng)新可言,機(jī)械需要的是扎實的理論知識和深入的動手實踐。 因此,特此向本設(shè)計指導(dǎo)教師XXX以及在設(shè)計及過程中給過我建議和提出意見的同學(xué)、老師們致以感謝,在大家的合力幫助下,成功的完成了這次課程設(shè)計,更重要的是完善了設(shè)計的結(jié)構(gòu)和提高了加工合理性,從而使得該設(shè)計在實際應(yīng)用中能夠進(jìn)行生產(chǎn)制造。 若有不足之處,歡迎批評指正。 編 者 2010年1月20日 參考文獻(xiàn) [1] 翁其金,徐新成. 沖壓工藝及沖模設(shè)計[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.7 [2] 林玉瓊 許華昌等 冷沖壓模具設(shè)計 華南理工大學(xué)出版社 2005.7 [3] 鄧明. 實用模具設(shè)計簡明手冊[M]. 北京: 機(jī)械工藝出版社,2006.1 [4] 王新華. 沖壓設(shè)計與制造實用計算手冊[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.3 [5] 簡明冷沖壓工手冊編寫組. 簡明冷沖壓工手冊[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.3 [6] 李紹林,馬長福. 實用模具技術(shù)手冊[M]. 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