汽車發(fā)動機渦輪增壓器墊片復合模具設計【沖孔落料復合?!?/h1>
汽車發(fā)動機渦輪增壓器墊片復合模具設計【沖孔落料復合模】,沖孔落料復合模,汽車發(fā)動機,渦輪,增壓,墊片,復合,模具設計,沖孔
畢業(yè)設計(論文)題 目汽車發(fā)動機渦輪增壓器墊片復合模設計姓 名 學 號 系 部 機電工程系 專 業(yè) 模具設計與制造 指導教師 職 稱 摘 要本設計為一汽車發(fā)動機渦輪增壓器的冷沖壓模具設計,根據(jù)設計零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求,首先分析零件的工藝性,確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案,然后通過工藝設計計算,確定排樣和裁板,計算沖壓力和壓力中心,初選壓力機,計算凸、凹模刃口尺寸和公差,最后設計選用零、部件,對壓力機進行校核,繪制模具總裝草圖,以及對模具主要零件的加工工藝規(guī)程進行編制。其中在結(jié)構(gòu)設計中,主要對凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設備、緊固件等進行了設計,對于部分零部件選用的是標準件,深入設計,并且在結(jié)構(gòu)設計的同時,最終才完成這篇畢業(yè)設計。關鍵詞:模具 沖裁件 凸模 凹模 凸凹模AbstractThe design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project.KEY WORD: mold stamping parts punch die punch and die目錄第1章 前言11.1 中國模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀11.2 中國模具行業(yè)發(fā)展11.3 沖壓工藝介紹21.4 沖壓工藝的種類21.5 沖壓行業(yè)遇到的問題和解決方法3第2章 緒言62.1 材料的工藝分析62.2 材料選擇72.3 工件結(jié)構(gòu)形狀72.4 尺寸精度7第3章 沖裁工藝方案的確定9第4章 模具總體設計104.1 模具類型的選擇104.2 操作與定位方式104.3 卸料、出件方式104.4 確定送料方式114.5 確定導向方式11第5章 模具工藝參數(shù)確定125.1 排樣設計與計算125.2 搭邊值的確定125.3 進距與條料寬度計算13第四節(jié) 材料利用率的計算16第6章 計算沖壓力與壓力機的初選186.1 沖裁力Fp的計算186.2 卸料力Fq1的計算186.3 頂件力Fq2的計算196.4 總的沖壓力F的計算196.5 壓力機的初選19第7章 模具壓力中心的確定21第8章 沖裁模間隙的確定228.1 沖裁間隙Z228.2 沖裁間隙分析22第9章 凹、凸模刃口尺寸的計算249.1 刃口尺寸計算的基本原則249.2 刃口尺寸的計算24第10章 主要零部件的設計2710.1 工作零件的設計與計算2710.2 橡膠的選用3310.3 模架及其零件的設計34第11章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù)3611.1 閉合高度的計算3611.2 沖壓設備的選定36第12章 模具總裝圖與凸、凹模零件圖37結(jié)論38致謝39參考文獻40第1章 前言1.1 中國模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀鑒于模具作為包括機床工具、汽車制造、食品包裝等在內(nèi)的機械行業(yè)中機械基礎件產(chǎn)業(yè),以及電工電器、電子及信息行業(yè)的支持產(chǎn)業(yè),在發(fā)展先進生產(chǎn)力當中,處于非常關鍵并服務全行業(yè)的地位,其發(fā)展對產(chǎn)業(yè)配套能力的提升和促進產(chǎn)業(yè)聚集優(yōu)勢的形成將起到重要作用。改革開放以來,中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化。除了國有專業(yè)模具廠外,其他所有制形式的模具廠家,包括集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨資企業(yè)和私營企業(yè),都得到了快速發(fā)展,集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。目前,國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達2微米的精密多工位級進模,工位數(shù)最多已達160個,壽命12億次。在大型塑料模具方面,現(xiàn)在已能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、6.5K大容量洗衣機的塑料模具,以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面,國內(nèi)已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面,國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。在汽車模具方面,現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。其他類型的模具,例如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等,也都達到了較高的水平,并可替代進口模具。1.2 中國模具行業(yè)發(fā)展 前景巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。 汽車、摩托車行業(yè)的模具需求將占國內(nèi)模具市場的一半左右。2008年,國內(nèi)汽車年產(chǎn)量為583萬輛,。保有量為2500萬輛,預計到2011年汽車年產(chǎn)量將達800萬輛。汽車、摩托車行業(yè)的發(fā)展將會大大推動模具工業(yè)的高速增長,特別是汽車覆蓋件模具、塑料模具和壓鑄模具的發(fā)展。例如,到2008年汽車行業(yè)將需要各種塑料件136萬噸,而目前的生產(chǎn)能力僅為90多萬噸,因此發(fā)展空間十分廣闊。家用電器,如彩電、冰箱、洗衣機、空調(diào)等,在國內(nèi)的市場很大。目前,我國的彩電的年產(chǎn)量已超過3200萬臺,電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過了1000萬臺。家用電器行業(yè)的發(fā)展對模具的需求量也將會很大。 其他發(fā)展較快的行業(yè),如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對模具的需求,都將對中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。 1.3 沖壓工藝介紹 沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產(chǎn)生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工),合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。 全世界的鋼材中,有6070%是板材,其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片,鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中,也有大量沖壓件。 沖壓件與鑄件、鍛件相比,具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件,以提高其剛性。由于采用精密模具,工件精度可達微米級,且重復精度高、規(guī)格一致,可以沖壓出孔、凸臺等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工,或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件,但仍優(yōu)于鑄件、鍛件,切削加工量少。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法,采用復合模,尤其是多工位級進模,可在一臺壓力機上完成多道沖壓工序,實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高,勞動條件好,生產(chǎn)成本低,一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 1.4 沖壓工藝的種類 沖壓主要是按工藝分類,可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁,其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離,同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形,制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大,要求沖壓材料厚度精確、均勻;表面光潔,無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等;屈服強度均勻,無明顯方向性;均勻延伸率高;屈強比低;加工硬化性低。 1.5 沖壓行業(yè)遇到的問題和解決方法 阻力一:機械化、自動化程度低 美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機,日本國內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機,而這種代表當今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應用卻為數(shù)不多;中小企業(yè)設備普遍較落后,耗能耗材高,環(huán)境污染嚴重;封頭成形設備簡陋,手工操作比重大;精沖機價格昂貴,是普通壓力機的510倍,多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術在我國的推廣應用;液壓成形,尤其是內(nèi)高壓成形,設備投資大,國內(nèi)難以起。 突破點:加速技術改造 要改變當前大部分還是手工上下料的落后局面,結(jié)合具體情況,采取新工藝,提高機械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應向單機連線自動化、機器人沖壓生產(chǎn)線,特別是大型多工位壓力機方向發(fā)展。爭取加大投資力度,加速沖壓生產(chǎn)線的技術改造,使盡早達到當今國際水平。而隨著微電子技術和通訊技術的發(fā)展使板材成形裝備自動化、柔性化有了技術基礎。應加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術、液壓成形技術、高精度復合化成形技術以及適應新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術及相關設備。同時改造國內(nèi)舊設備,使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。 阻力二:生產(chǎn)集中度低 許多汽車集團大而全,形成封閉內(nèi)部配套,導致各企業(yè)的沖壓件種類多,生產(chǎn)集中度低,規(guī)模小,易造成低水平的重復建設,難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn),市場競爭力弱;摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭,處于“優(yōu)而不勝,劣而不汰”的狀態(tài);封頭制造企業(yè)小而散,集中度僅39.2% 突破點:走專業(yè)化道路 迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局,盡快從汽車集團中把沖壓零部件分離出來,按沖壓件的大、中、小分門別類,成立幾個大型的沖壓零部件制造供應中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路,才能把沖壓零部件做大做強,成為國際上有競爭實力的沖壓零部件供應商。阻力三:沖壓板材自給率不足,品種規(guī)格不配套目前,我國汽車薄板只能滿足60%左右,而高檔轎車用鋼板,如高強度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm以上)等都依賴進口。 突破點:所用的材料應與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展 汽車用鋼板的品種應更趨向合理,朝著高強、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料,擴大應用已勢在必行。 阻力四:科技成果轉(zhuǎn)化慢先進工藝推廣慢 在我國,許多沖壓新技術起步并不晚,有些還達到了國際先進水平,但常常很難形成生產(chǎn)力。先進沖壓工藝應用不多,有的僅處于試用階段,吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術開發(fā)費用投入少,導致企業(yè)對先進技術的掌握應用慢,開發(fā)創(chuàng)新能力不足,中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前,國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術,對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術缺少研究與技術儲備。 突破點:走產(chǎn)、學、研聯(lián)合之路 我國與歐、美、日等相比,存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學研聯(lián)合體,科研難以做大,成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目,以高校和科研單位為技術支持,企業(yè)為應用基地,形成產(chǎn)品、設備、材料、技術的企業(yè)聯(lián)合實體,形成既能開發(fā)創(chuàng)新,又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。阻力五:大、精模具依賴進口 當前,沖壓模具的材料、設計、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要,而且標準化程度尚低,大約為40%45%,而國際上一般在70%左右。 突破點:提升信息化、標準化水平 必須用信息化技術改造模具企業(yè),發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術,特別是成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術(CAE)。加速我國模具標準化進程,提高精度和互換率。力爭2005年模具標準件使用覆蓋率達到60%,2010年達到70%以上基本滿足市場需求。 阻力六:專業(yè)人才缺乏業(yè)內(nèi)掌握先進設計分析技術和數(shù)字化技術的高素質(zhì)人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要,尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外,眾多合資公司由外方進行工程設計,掌握設計權、投資權,我方?jīng)_壓技術人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。 突破點:提高行業(yè)人員素質(zhì)這是一項迫在眉睫的任務,又是一項長期而系統(tǒng)的任務。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才,大批熟悉國內(nèi)外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家,大批掌握先進技術、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣,有計劃、分層次地培養(yǎng).42第2章 緒言2.1 材料的工藝分析沖壓是利用安裝在沖壓設備(主要是壓力機)上的模具對材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需零件(俗稱沖壓或沖壓件)的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行變形加工,且主要采用板料來加工成所需零件,所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一,隸屬于材料成型工程。工件名稱:汽車發(fā)動機渦輪增壓器 工件簡圖:如圖1.1所示工件精度:IT14圖1.1工件簡圖2.2 材料選擇根據(jù)表1.1,20鋼為碳素結(jié)構(gòu)鋼,具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性,主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機械零件。綜合評比均適合沖裁加工。2.3 工件結(jié)構(gòu)形狀工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單,屬軸對稱結(jié)構(gòu),除有一個孔,其余皆為直線,孔與邊緣之間的距離也滿足要求,可以沖裁。2.4 尺寸精度零件圖上所注公差經(jīng)查標準公差表1.2為IT14級,尺寸精度較低,普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析:該零件沖裁工藝性較好,適宜沖裁加工。表1.1黑色金屬的力學性能材料名稱材料牌號材料狀態(tài)極限強度伸長率屈服強度彈性模量E/MPa抗剪抗拉碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼已退火的216-304275-3833217708255-353324-4413219618600010F216-333275-4123018610255-333294-4322920619400015F245-363314-4512815265-373333-4712622519800020F275-383333-471262251960002O275-392353-5002524520600025314-432329-5392427519800030353-471441-5882229419700035392-511490-6372031419700040412-530511-6571833320900045432-549539-6861635320000050432-569539-71614373216000表1.2部分標準公差值(GB/T1800.31998)公差等級IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14IT15基本尺寸/m /mm36812183048750.120.180.300.48610915223658900.150.220.360.58101811182743701100.180.270.430.70183013213352841300.210.330.520.843050162539621001600.250.390.621.005080193046741201900.300.460.741.2080120223554871402200.350.540.871.40從表1.1中查出20鋼抗拉強度:=275383Mpa抗剪強度:=216304Mpa伸長率: =32%分析其力學性能較好,故選擇20鋼材料。第3章 沖裁工藝方案的確定該制件的沖裁工序包括落料和沖孔,其沖裁加工有以下三種方案:方案一:先沖孔,后落料。單工序模生產(chǎn)。方案二:沖孔落料復合沖壓。復合模生產(chǎn)。方案三:沖孔落料級進沖壓。級進模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡單,投資少,且每次沖裁所需的沖裁力較小,可以解決沖壓設備噸位不夠的問題。其缺點在于零件的精度難于保證,并且零件比較小,在第二次沖孔時,準確定位不宜,容易使人受傷,生產(chǎn)率低。方案二也只需2副模具,制件精度和生產(chǎn)效率都較高,且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚,模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高,板料的定位精度比方案三低,模具輪廓尺寸較小,制造比方案三簡單。方案三只需一副模具,生產(chǎn)效率高,操作方便,精度也能滿足要求,但模具輪廓尺寸較大,制造復雜,成本較高。通過對上述三種方案的分析比較,采用方案二復合模是比較合理的。第4章 模具總體設計4.1 模具類型的選擇經(jīng)分析,工件尺寸精度要求不高,形狀較簡單,但工件產(chǎn)量較大,根據(jù)材料厚度,為保證沖模有較高的生產(chǎn)率,通過比較,決定實行工序集中的工藝方案,彈性卸料裝置的倒裝復合模具結(jié)構(gòu)方式。4.2 操作與定位方式一、操作方式零件的生產(chǎn)批量較大,但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式,提高經(jīng)濟效益。二、定位方式因為導料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)簡單,制造方便。且該模具采用的是條料,根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟效益,控制條料的送進方向采用導料銷,控制送料步距采用固定擋料銷。4.3 卸料、出件方式一、卸料方式剛性卸料與彈性卸料的比較:剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大,單邊間隙?。?.20.5)t。當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸料板與凸模的配合間隙應該小于沖裁間隙。此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用,主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用,沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇(0.10.2)t,若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時,二者的配合間隙應小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。工件平直度較高,料厚為1mm,卸料力不大,由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便,操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài),且彈性卸料板對工件施加的是柔性力,不會損傷工件表面,故可采用彈性卸料。二、出件方式因采用倒裝復合模生產(chǎn),故采用彈性上出件。4.4 確定送料方式因選用的沖壓設備為開式壓力機,采用橫向送料方式,即由右向左送料。4.5 確定導向方式采用后側(cè)導柱模架。由于前面和左右不受限制,送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側(cè),工作時,偏心距會造成導套導柱單邊磨損,嚴重影響模具使用壽命,且不能使用浮動模柄。第5章 模具工藝參數(shù)確定5.1 排樣設計與計算沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小材料消耗、提高生產(chǎn)率和延長模具壽命,排樣是否合理將影響到材料的合理利用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。根據(jù)材料經(jīng)濟利用程度,排樣方法可以分為有搭邊、少搭邊和無搭邊排樣三種,根據(jù)制件在條料上的布置形式,排樣有可以分為直排、斜排、對排、混合排、多排等多重形式。因此有下列三種方案:方案一:有搭邊排樣 沿沖件外形沖裁,在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證,因此沖件精度高,模具壽命高,但材料利用率低。方案二:少搭邊排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響,沖件質(zhì)量差,模具壽命較方案一低,但材料利用率稍高,沖模結(jié)構(gòu)簡單。方案三:無搭邊排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些,但材料利用率最高。通過上述三種方案的分析比較,綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量,該沖件的排樣方式選擇方案一為佳??紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳(如圖5.1所示)。5.2 搭邊值的確定排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料,稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位誤差,保持條料有一定的剛度,保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大,浪費材料。搭邊過小,沖裁時容易翹曲或被拉斷,不僅會增大沖件毛刺,有時還會拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口,降低模具壽命?;蛴绊懰土瞎ぷ?。搭邊值是廢料,所以應盡量取小,但過小的搭邊值容易擠進凹模,增加刃口磨損。根據(jù)制件厚度與制件的排樣方法查表5.1得:兩制件之間搭邊值a1=1.5mm側(cè)搭邊值a=2mm表5.1搭邊值和側(cè)邊值材料厚度t手動送料自動送料圓形非圓形往復送料aa1aa1aa1aa11以下1.51.521.5321221.52.523.52.532232.5232.543.53432.53.5354434543546554565465762.055.3 進距與條料寬度計算一、送料進距A條料在模具上每次送進的距離稱為送料進距,每個進距可沖出一個或多個零件。A=D+a1 (5.1)式中D平行于送料方向的沖裁件寬度a1沖裁件之間搭邊值模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式,還是采用從右往左的橫向送料方式,這主要取決于凹模的周界尺寸。就本模具而言,采用縱向送料方式。圖5.1排樣圖二、條料寬度B計算排樣方式和搭邊值確定以后,條料的寬度也就可以設計出。計算條料寬度有三種情況需要考慮:1.有側(cè)壓裝置時條料的寬度。2.無側(cè)壓裝置時條料的寬度。3.有定距側(cè)刃時條料的寬度。有側(cè)壓裝置的模具,能使條料始終沿著導料板送進。圖5.2有側(cè)壓裝置時條料的寬度確定本設計采用的是有側(cè)壓裝置的模具。所謂條料寬度,是指工件最大極限尺寸加上側(cè)搭邊值。因條料是由板料剪裁下料而得,為保證送料順利,規(guī)定其上偏差為零,下偏差為負值。其計算公式如下:B=D+2a (5.2)式中B條料寬度基本尺寸;D條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸;a側(cè)搭邊值,查表5.1;條料下料剪切公差;表5.2剪切公差及條料與導料板之間隙C(mm)條料厚度(mm)條料寬度(mm)1122335CCCC500.40.10.50.20.70.40.90.6501000.50.10.60.20.80.41.00.61001500.0.20.70.30.90.51.10.71502200.70.20.80.31.00.51.20.7根據(jù)零件圖查表5.2確定剪料公差及條料與導板之間的間隙=0.6。根據(jù)公式(5.2): B=D+2a+c =(40+22)=44第四節(jié) 材料利用率的計算一、計算沖壓件面積、周長因為該工件圖由多段圓弧組成,計算周長需要準確的找到各段圓弧的長度,計算面積也需要準確的找到切點,諸多因素采用人工計算時計算量較大,因此采用三維輔助軟件可快速準確的計算出面積、周長(如圖5.3)。圖5.3沖壓件的周長和面積取F=1046.90mm2L=323.42mm二、計算材料利用率沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率。 材料利用率通常以一個進距內(nèi)制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率表示:=(nF/AB)100% (5.3)式中材料利用率(%);n沖裁件的數(shù)目;F沖裁件的實際面積(mm2);包括工件面積與廢料面積;B板料寬度(mm);A送料進距;根據(jù)公式(5.3): =(1046.90/41.544)100%45%由此可之,值越大,材料的利用率就越高,廢料越少。因此,要提高材料利用率,就要合理排樣,減少工藝廢料。第6章 計算沖壓力與壓力機的初選計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機,設計模具和檢驗模具的強度,壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力,以適宜沖裁的要求,普通平刃沖裁模,其沖裁力一般可以按下式計算:Fp=Kp Lt =Lt (6.1)式中材料抗剪強度(MPa);L沖裁周邊總長(mm);t材料厚度(mm);系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損,凸模與凹模間隙之波動,取Kp =1.3。6.1 沖裁力Fp的計算據(jù)圖5.3可得一個零件內(nèi)外周邊之和L=323.42mm。查碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學性能表知:20鋼的抗剪強度=216Mpa304Mpa,取260Mpa,制件厚度t=1mm,則根據(jù)公式(6.1): Fp= Kp Lt=1.31323.42260=53390.5(N)53.4(KN)6.2 卸料力Fq1的計算Fq1=KxFp (6.2)式中Kx卸料力系數(shù),查表6.1取Kx0.05。根據(jù)公式(6.2): Fq1= KxFp=0.0553.4(KN)2.67(KN)表6.1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚t/mmKxktKd鋼0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.036.3 頂件力Fq2的計算Fq2= KdFp (6.3)式中Kd頂件力系數(shù)。查表6.1得Kd0.06.根據(jù)公式(6.3): Fq2= KdFp =0.0653.4(KN)3.204(KN)6.4 總的沖壓力F的計算根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力F=FP+Fq1+Fq2=53.4+2.67+3.204=61.944(KN)選用的壓力機公稱壓力P(1.11.3)F,取系數(shù)為1.3,則: P1.3F=1.3x61.944(KN)=80.5272(KN)。6.5 壓力機的初選沖裁時,壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。沖壓設備屬鍛壓機械。常見的冷沖壓設備有機械壓力機。表6.2部分常用開式壓力機的主要技術參數(shù)技術參數(shù)單位型號J23-4J23-6.3J23-10J23-16J23-25J23-63J23-100滑塊公稱壓力KN40631001602506301000滑塊行程次數(shù)次/mm2001601351151007070最大閉合高度mm160170180220250360360閉合高度調(diào)節(jié)量mm35405060709090立柱間距mm100150180220260250250滑塊地面尺寸左右mm100140170200300300前后mm90120150180340340模柄孔尺寸直徑mm3050深度mm5070墊塊厚度mm35405060708090最大傾斜角453530工作臺尺寸左右mm280315360450560630710前后mm180200240300360420480根據(jù)沖壓力的計算和壓力中心的計算,選擇開式壓力機的型號為J23-10。第7章 模具壓力中心的確定模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置,為了確保壓力機和模具正常工作,應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則,會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷,使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大磨損,模具導向零件加速磨損,降低了模具和壓力機的使用壽命。模具的壓力中心,可按以下原則來確定:1.對稱零件的單個沖裁件,沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。2.工件形狀相同且分布對稱時,沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。3.各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的 力矩。求出合力作用點的坐標位置0,0(x=0,y=0),即為所求模具的壓力中心。其中、分別為各沖裁周邊長度。圖7.1壓力中心按比例畫出零件形狀,選定坐標系XOY。計算出零件壓力中心為(0,0)第8章 沖裁模間隙的確定8.1 沖裁間隙Z指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸DT的差值(如圖8.1),是設計模具的重要工藝參數(shù)。圖8.1沖裁間隙8.2 沖裁間隙分析一、間隙對沖裁件尺寸精度的影響沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值,差值越小,則精度越高,這個差值包括兩方面的偏差,一是沖裁件相對于凸模或凹模的偏差,二是模具本身的制造偏差。二、間隙值的確定凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。設計模具時一定要選擇合理的間隙,以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求,所需沖裁力小、模具壽命高,但分別從質(zhì)量,沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值,只是彼此接近??紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙,只要間隙在這個范圍內(nèi),就可以沖出良好的制件,這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin,最大值稱為最大合理間隙Zmax??紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大,故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Zmin。確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。對于尺寸精度,斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值,對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件,應以降沖裁力、提高模具壽命為主,可采用較大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便,所以常采用查表法來確定間隙值。根據(jù)間隙表8.1查得材料20鋼的最小雙面間隙Zmin=0.100mm,最大雙面間隙Zmax=0.140mm表8.1部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙材料厚度08、10、35、09Mn2、20鋼40、5016Mn65MnZ最小Z最大Z最小Z最大Z最小Z最大Z最小Z最大小于0.5較小間隙0.50.040.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0921.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2402.00.2460.3600.2600.3800.2600.3802.50.3600.5000.3800.5400.3800.5403.00.4600.6400.4800.6600.4800.6604.00.6400.880注:08鋼沖裁皮革、石棉和紙板時,取間隙的25%。第9章 凹、凸模刃口尺寸的計算9.1 刃口尺寸計算的基本原則沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度,模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差,是設計沖裁模關鍵環(huán)節(jié)。由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則:1.落料件尺寸由凹模尺寸決定,沖孔尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模時,以凹模為基準,間隙取在凸模上;設計沖孔模時,以凸模尺寸為基準,間隙取在凹模上。2.考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損,設計落料凹模時,凹?;境叽鐟〕叽绻罘秶妮^小尺寸;設計沖孔模時,凹?;境叽鐟」ぜ壮叽绻罘秶妮^大尺寸。3.確定沖模刃口制造公差時。如果對刃口精度要求過高,增加成本,如果對刃口精度要求過低,會使模具的壽命降低。若工件沒有標注公差,則對于非圓形工件按國家“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理,沖模可按IT11級制造;對于圓形工件按IT6IT7級制造。沖壓件的尺寸公差應按“入體”原則標注單項公差,落料件上偏差為零,下偏差為負;沖孔件上偏差為正,下偏差為零。9.2 刃口尺寸的計算根據(jù)模具的加工方法不同,凸、凹模刃口尺寸的計算方法分為兩種情況。凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對于該制件應該選用凸模與凹模分開加工方法。凸模與凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸。要分別標注凸模與凹模刃口尺寸與制造公差。為了保證初始間隙值小于最大合理間隙Zmax必須滿足下列條件:或者、沖孔凸、凹模計算設沖孔尺寸為根據(jù)以上原則,沖孔時以凸模設計為基準,首先確定凸模刃口尺寸,使凸?;境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸,再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙Zmin。凸模制造偏差取負偏差,凹模取正偏差。其計算公式為:凸模 dp=(dx)0- p 凹模 dd=(Zmin)0+ d(dXZmin) 0+ d式中dd沖孔凹模基本尺寸(mm); dp沖孔凸模基本尺寸(mm); d沖孔件孔的最小極限尺寸(mm); Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm); Lmin制件孔距最小極限尺寸(mm); 沖孔件孔徑公差(mm); Zmin凸、凹模最小初始雙面間隙(mm);X磨損系數(shù),是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸,與工件制造精度有關,可查表9.1取值:當工件精度IT10以上,取x=1;當工件精度IT11IT13,取x=0.75;當工件精度IT14,則取x=0.5。表9.1磨損系數(shù)X料厚t(mm)非圓形圓形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.1200.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.3200.420.500.2000.1200.200.240.300.1200.200.240.30根據(jù)圖1.1和表9.1查得磨損系數(shù)X取0.5,即X=0.75設凸、凹模分別按IT20和IT7級加工制造,所以凸模: dp =(d+X) 0- p=(20+0.750.21)=20.120凹模: dd=( dp +Zmin)=(20.120+0.10)=20.220二、落料凸、凹模計算凹模: Dd=(DX)凸模: Dp=( DdZmin)(DXZmin)式中Dd落料凹?;境叽?mm);Dp落料凸模基本尺寸(mm);D落料件最大極限尺寸(mm);r落料件外徑公差(mm);Zmin凸、凹模最小初始雙面間隙(mm);X磨損系數(shù),是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸,與工件制造精度有關。表9.1取X=0.5。由公差表(1.2)查得:設凸、凹模分別按IT20和IT7級加工。所以凹模 40:Dd2=(D2-X)=(40-0.50.62)0+0.025 =39.690+0.025mm凸模 40:Dp2=(Dd2- Zmin)=(39.69-0.10)=39.59 mm式中,由已知條件4040矩形墊片為非圓形,材料的厚度是1mm,以及4040矩形墊片的公差大于0.42mm,查詢冷沖壓模具設計表2-9磨損系數(shù)X5得X=0.5,制件精度為IT14級時查詢沖壓模具畢業(yè)設計指導與范例。第10章 主要零部件的設計10.1 工作零件的設計與計算一、凹模的結(jié)構(gòu)設計和外形尺寸計算1.凹模的結(jié)構(gòu)設計凹模:在沖壓過程中與凸模配合直接對沖壓制件進行分離或成形的工作零件。凹模洞口的類型如圖10.1所示,其中a、b、c型為直筒式刃口凹模,其特點是制造方便,刃口強度高,本設計選用c型筒口。圖10.1凹模類型2.外形尺寸計算凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩大類,本設計凹模采用整體式凹模。凹模厚度: H=Kb(15mm) (10.1)凹模壁厚: C=(1.52)H(30mm) (10.2)凹模外形尺寸: B=b+2C (10.3)式中b沖裁件的最大外形尺寸;(mm);K系數(shù),考慮板料厚度的影響(見表10.1);H凹模厚度;C凹模壁厚;B凹模外形最大尺寸。表10.1系數(shù)K的數(shù)值b/mm厚度t/mm0.51233500.30.350.420.50.650-1000.20.220.280.350.42100-2000.150.180.20.240.32000.10.120.150.180.22根據(jù)圖1.1查表10.1,取K=0.25,又b=75mm,則由公式10.1和公式10.2得:凹模厚度: H=Kb=0.25107=26.75mm;凹模壁厚: C=(1.52)H=(1.52)26.75=40.12553.5mm根據(jù)表10.2取凹模厚度:H=30mm;取凹模壁厚C=45mm。根據(jù)公式(10.2): B=b+2C=107+245=197mmL=b+2C=30+245=120mm查表10.2,選取凹模外形尺寸LB=80mm80mm。表10.2矩形和圓形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994)矩形凹模的長度和寬度LB矩形和圓形凹模厚度H6350、636310、12、14、16、18、208063、8080、10063、10080、100100、1258012、14、16、18、20、22125100、125125、14080、1408014、16、18、20、22、25140125、140140、160100、160125、160140、200100、20012516、18、20、22、25、28160160、200140、200160、250125、25014016、20、22、25、28、32凹模輪廓尺寸為80mm80mm14mm。二、沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設計和外形尺寸計算1.凸模的結(jié)構(gòu)設計因為零件異行,采用線切割方法進行加工,所以采用整體直通式凸模(如圖10.3),與凸模固定板采用H7/m6配合,按凸模的標準結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格選取。2.凸模外形尺寸計算凸模長度尺寸應根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定,因為該模具采用的是倒裝式復合模,采用的是彈壓卸料上出件方式,其總長按相關公式計算:L = H1 + H2 + H + t式中H1凸模固定板厚度;得H1=0.8H凹=0.840=32mm。H2卸料板厚度查表10.4;t材料的厚度;H沖裁件厚度和凸模進入凸凹模一般410mm。則:L =32+20+6.5+1.5=60mm凸模強度校核:該凸模不屬于細長桿,強度足夠。圖10.3沖孔凸模尺寸3.凸模材料的選用模具刃口要求有較高的耐磨性,并能承受沖裁時的沖擊力,因此應有高的硬度與適當?shù)捻g性。形狀復雜且壽命要求較高的凸模選用Cr12、Cr12MoV等制造。該凸模材料應選Cr12MoV,熱處理5862HRC。三、凸凹模的設計和外形尺寸計算1.凸凹模的結(jié)構(gòu)設計凸凹模是復合沖裁中的主要零件。他的內(nèi)外邊緣均為刃口,內(nèi)外邊緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強度方面考慮,其壁厚應受最小限制。當模具為正裝結(jié)構(gòu)時,內(nèi)孔不積存廢料,脹力小,最小壁厚可以小些;當模具為倒裝結(jié)構(gòu)時,若內(nèi)孔為直筒形刃口形式,且采用下出料方式,則內(nèi)孔積存廢料,脹力大,故最小壁厚應大些。凸凹模的最小壁厚值,倒裝復合模的凸凹模最小壁厚見表10.3。表10.3倒裝復合模凸凹模的最小壁厚材料厚度mm1.01.21.41.61.82.02.22.5最小壁厚a2.73.23.64.04.44.95.25.8由于選用的是倒裝式復合模,所以查表得:最小壁厚a=3.8。2.凸凹模的外形尺寸計算其長度可按下式計算:L = h1+h2+h (10.4)式中h1凸凹模固定板厚度;得h1=0.6H凹=0.640=24mm。h2卸料板厚度;查表10.4取15mm。h附加長度(包括凸模進入凹模深度,彈性元件安裝高度);根據(jù)公式(10.4): L = h1+h2+h=24+15+10=49mm表10.4卸料板厚度沖件厚度tmm卸料板寬度505080801251252002000.866810120.81.5681012141.53810121416四、工作零件材料的選用由于沖模為冷沖模,所以材料要有良好的耐磨性、高強度、足夠的韌性、良好的抗疲勞性、良好的抗粘結(jié)能力、可段性、可切削性、可磨削性、熱處理工藝性等。由上要求在該模具中沖孔凸模、凸凹模和凹模板的材料選用Cr12MoV鋼。Cr12MoV剛具有較好的淬透性,很高的耐磨性,有較高的沖擊韌度。淬火、回火工藝見表10.5。表10.5 Cr12MoV鋼的淬火、回火工藝鋼號低淬低回工藝中淬中回工藝高淬高回工藝淬火溫度/淬火硬度HRC回火溫度/淬火溫度/淬火硬度HRC回火溫度/淬火溫度/淬火硬度HRC回火溫度/Cr12MOV9501000626420010306364400108011004060500520五、卸料部分的設計設計卸料零件的目的,是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料卸掉,常用的卸料方式有:剛性卸料、彈壓卸料板。本設計采用彈壓卸料裝置,采用彈壓卸料裝置有一定的裝配要求:在模具開啟狀態(tài),卸料板應高出模具工作零件刃口0.3mm0.5mm,以便順利卸料。本模具的卸料板僅有卸料作用,卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同,取250mm140mm,卸料板的厚度按表10-4選擇,卸料板厚度為20mm。卸料板采用45鋼制造,熱處理淬火硬度4348HRC。卸料板上設置4個卸料螺釘,公稱直徑為10mm,螺紋部分為M8.510mm,卸料螺釘尾部應留有足夠的行程空間,以保證卸料的正常運動。六、定位零件的設計沖模的定位裝置零件是用來保證材料的進料正確及在沖模中保持位置的正確性。定位零件的種類很多,主要有導料板、導料銷、擋料銷、側(cè)刃、導