連接蓋落料沖孔
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1、湘潭大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文題 目連接蓋沖壓模具設(shè)計(jì)學(xué) 院:機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè): 材料成型及控制工程學(xué) 號:姓 名:指導(dǎo)教師:完成日期: .11第一章沖壓件工藝性分析該零件形狀簡單,尺寸精度要求不高,是由拉伸和翻邊等工序組成的復(fù)合件。工件的尺寸精度:沖裁件的精度要求,應(yīng)在經(jīng)濟(jì)精度范圍內(nèi)所謂經(jīng)濟(jì)精度是指在正常加工 條件下,采用符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級工人、不延長加工時間 所能保證的加工精度,對于普通沖裁件,其經(jīng)濟(jì)精度不高于 IT11級,沖孔比 落料件高一級。對與本次設(shè)計(jì),未標(biāo)注有尺寸精度,考慮到成本,按照一般精 度要求來加工應(yīng)該可以滿足其工作性能,本工件要求內(nèi)精度,故除特別要求工 件精度等級
2、選取IT14。沒有熱處理要求考慮到產(chǎn)品成本和零件的使用性能,選用常用材料 08F,是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu) 鋼,屈服強(qiáng)度180MPa,抗拉強(qiáng)度280390MPa,抗剪強(qiáng)度200310延伸率32%, 適宜沖壓選擇。一般情況下,對沖裁件工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、 形位公差及技術(shù)要求。沖裁件的工藝性合理與否、,影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具 壽命、材料消耗、生產(chǎn)率等,在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能提高其工藝性。沖裁件的形狀盡可能簡單、對稱、防止復(fù)雜形狀的曲線,在許可的情況下, 把沖裁件設(shè)計(jì)成少、無廢料排樣的形狀,以減少廢料。矩形孔兩端宜用圓弧連接, 以利于模具加工。沖裁件各直線或曲線的連接處,盡量防止銳角,嚴(yán)禁
3、尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu),都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連,以利于模具制造和提高模具 壽命。沖裁減凸出或凹入部分不能太窄,盡可能防止過長的懸臂和窄槽。最小寬 度b 一般 不小于1.5t,假設(shè)沖裁材料為高碳鋼時,b2t, Lmax5b,當(dāng)材料厚 度t1mm時,按t=1mm計(jì)算。沖裁件的孔徑因受孔凸模剛度和強(qiáng)度的限制,不 宜太小,否則容易折斷或壓彎,沖孔的最小尺寸取決與沖壓材料的力學(xué)性能、凸模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)。沖孔件上孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小,以防止工 件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。本次設(shè)計(jì),該零件是軸對稱件,沖裁結(jié)構(gòu)較為簡單,厚度僅為1mm,沖裁性能較好,工藝性
4、容易滿足材料。1.4翻邊工藝性分析一般情況下,圓孔翻邊時的孔緣在單向拉應(yīng)力作用下, 切向伸長變形引起的 厚度減薄最大,最容易破裂,由于材料性質(zhì)不均勻,孔緣各處允許的切向延伸率 不一樣,一旦孔緣某處的伸長變形超過了該處延允許的材料伸率, 該處就會因厚 度減薄過大而破裂。翻邊時的變形區(qū)基本上限制在凹模圓角區(qū)之內(nèi), 凸模底部材 料為只要變形區(qū),處于切向、徑向二向受拉伸的應(yīng)力狀態(tài)。切向應(yīng)力在孔邊緣最 大,徑向應(yīng)力在孔邊緣為零。圓孔翻邊時的變形程度用翻邊系數(shù) K表示:式中d毛坯上圓孔的初始直徑;D翻邊后豎邊的中徑影響圓孔翻邊成形極限的因素如下: 材料伸長率和硬化指數(shù)n大,Kl 小,成形極限大 孔緣如無毛
5、刺和無冷作硬化時, Ki較小,成形極限較大。為了改善孔緣狀況,可采用鉆孔代替沖孔,或在沖孔后進(jìn)行整修,有時還可在沖孔后退火,以消除孔 緣外表的硬化。用球形、錐形和拋物線凸模翻邊時,變形條件比平底凸模優(yōu)越,Ki較小。在平底凸模中,其相對圓角半徑rp/t越大,極限翻邊系數(shù)可越小。板材相對厚度越大,Ki越小,成形極限越大。毛坯尺寸的計(jì)算:1毛坯翻邊預(yù)制孔直徑d0d。D 2(H 0.43r 0.72t)式中 D翻邊直徑19按中線計(jì)mm;H翻邊高度mm,H=6mm ;R豎邊與凸緣的圓角半徑mm,r=1.5mm;R料厚mm,t=1mm。貝U:已知預(yù)制孔直徑為mm2毛坯的直徑D0當(dāng)零件的彎曲角為900時,則
6、毛坯的展開長度為2 2D . (d 2r) 4d(H r) 2 r(d 2r) 8r已知,d=49, r=, H=5D=57第二章沖壓工藝方案確實(shí)定考慮到需落料、沖孔、拉深、翻邊成形四道工序,可以有以下種方案: 方案一:先落料沖孔,后拉深翻邊成形,采用單工序生產(chǎn)。方案二:落料-沖孔-翻邊-拉深復(fù)合模,采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三:落料-沖孔-翻邊-拉深級進(jìn)模,采用級進(jìn)模生產(chǎn)。方案一結(jié)構(gòu)簡單,但需兩道工序、兩副模具才能完成,效率較低,且精度不 易保證。如此浪費(fèi)了人力,物力,財(cái)力。從經(jīng)濟(jì)角度考慮不妥當(dāng),難以滿足大批 量生產(chǎn)要求。方案二只需一副模具即可成型,該工藝特點(diǎn)首先進(jìn)行落料,再沖孔,翻邊, 拉深成
7、型。采用這種方法加工的工件外觀平整、毛刺小、產(chǎn)品質(zhì)量高,而且大大 的提高了生產(chǎn)效率,也解決了操作者將手放入模具內(nèi)的不安全因素,復(fù)合模能在壓力機(jī)的一次行程內(nèi),完成落料、沖孔、及拉深、翻邊數(shù)道工序。在完成這些工 序的過程中,沖件材料無須進(jìn)給移動。復(fù)合模具具有以下主要特點(diǎn):1) 沖件精度較高,不受送料誤差影響,內(nèi)外形相對位置一直性好。2) 沖件外表較為平整。3) 適宜沖薄料,也適宜沖脆性或軟質(zhì)材料。4)可從充分利用短料和邊角余料。、5)沖裁件內(nèi)孔和外緣的相對位置精度容易保證,而且板料的定位精度要求 比級進(jìn)模低6)沖模面積較小。復(fù)合模也存在一定的問題,如凸凹模內(nèi)、外形間的壁厚,或內(nèi)形與外形間 壁厚,都
8、不能過薄,以免影響強(qiáng)度。另外,沖件不能漏下,需要解決出件問題。 同時,復(fù)合模具結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。同樣用復(fù)合模生產(chǎn)可分為采用筒形料加工和板 料加工。筒形料加工工件厚度不能保證。板料加工模具結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。方案三:級進(jìn)模是在壓力機(jī)一次行程中完成多個工序的模具,它具有操作安 全的顯著特點(diǎn),模具強(qiáng)度較高,壽命較長。使用級進(jìn)模便于沖壓生產(chǎn)自動化,可 以采用高速壓力機(jī)生產(chǎn),也只需要一副模具,制造精度較高,先落料后沖孔,再 進(jìn)行拉伸翻邊成形,但是級進(jìn)模較難保證內(nèi)、外相對位置的一直性,材相對生產(chǎn) 周期長,其模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高,料的定位與送進(jìn)是級進(jìn)模設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。通過上述三種方案的分析比較,該工件的沖壓生產(chǎn)采
9、用方案二的板料加工為 佳。第三章 排樣及材料利用率的計(jì)算沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否,影響到材 料的經(jīng)濟(jì)利用率,還會影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安 全等,因此,排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的工作。沖沖壓件大批量生產(chǎn)成本中,毛坯材料費(fèi)用占 60%以上,排樣的目的就在于 合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟(jì)性、合理性的指標(biāo)是材料利用率。要提高材料利 用率,就必須減少廢料面積,沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料,可分為兩種情況。結(jié)構(gòu)廢料由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要,如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結(jié)構(gòu)廢料, 它取決于工件的形狀,一般不能夠改變。工藝廢料工件之間和工件與條
10、料邊緣 之間存在的搭邊,定位需要切去的料邊與定位孔,不可防止的料頭和料尾廢料稱 為工藝廢料,它決定于沖壓方式和排樣方式。因此,提高材料利用率要從減少工 藝廢料著手,同一個工件,可以有幾種不同的排樣方法。根據(jù)材料的利用情況,排樣的方法可以有三種:1有廢料排樣沿工件的全部外形沖裁,工件與工件之間,工件與條料側(cè)邊之間都有工藝余 料搭邊存在,沖裁后搭邊成為廢料,如圖 a所示。2少廢料排樣沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁,只在工件之間或是工件與條料側(cè)邊之間有搭邊存在,如圖b所示。3無廢料排樣工件與工件之間。工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在,條料沿直線或曲線切 斷而得工件。如圖c所示。A圖3-1排樣方法a)有
11、廢料排樣 b)少廢料排樣 c)無廢料排樣有廢料的排樣法材料利用率較低,但制件的質(zhì)量和沖模壽命較高,常用于工 件形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的排樣。少、無廢料排樣法的材料利用率較高,在無廢料排樣時只有料頭、料尾損失, 材料利用率可達(dá)85%95%,少廢料排樣法也可達(dá)70%90%。少、無廢料排樣 法有利于一次沖裁多個工件,可以提高生產(chǎn)率。由于這種排樣法沖切周邊減少, 所以還可以簡化模具結(jié)構(gòu),降低沖裁力。但是,少、無廢料排樣的應(yīng)用范圍有一 定的局限性,受到工件形狀結(jié)構(gòu)的限制,且由于條料本身的寬度公差,條料導(dǎo)向 與定位所產(chǎn)生的誤差,會直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。 在幾個工件的 匯合點(diǎn)容易產(chǎn)生毛刺。
12、由于采用單邊剪切,也會加快模具磨損而降低沖模壽命, 并直接影響工件的斷面質(zhì)量,所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排 樣。1 有廢料、少廢料或無廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為 直排、斜排、對排、混合排、多排和裁搭邊等考慮到造作方便及模具結(jié)構(gòu)簡單,故采用單排排樣設(shè)計(jì)。搭邊值要合理確定。 搭邊值過大,材料利用率低。搭邊值小,材料利用率雖高,但過小時就不能發(fā)揮 搭邊的作用,在沖裁過程中會被拉斷,造成送料困難,使工件產(chǎn)生毛刺,有時候 還會被拉入凸模和凹模間隙,損壞模具刃口,降低模具壽命。搭邊值過小,會使 作用在凸模側(cè)外表上的法向應(yīng)力沿著落料毛坯周長的分布不均勻,引起模具刃口 的磨
13、損。影響搭邊值的因素主要有以下幾點(diǎn):1材料的力學(xué)性能 塑性好的材料,搭邊值要大一些,硬度高與強(qiáng)度大的材 料,搭邊值可小些。2. 材料的厚度材料越厚,搭邊值也越大。3. 工件的形狀和尺寸 工件外形越復(fù)雜,圓角半徑越小,搭邊值越大。4. 排樣的形式 對排的搭邊值大雨直排的搭邊。5. 送料及擋料的方式 用手工送料,有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可小一些。查得搭邊值 a=1.5mm,a1=2.1mm0條料送進(jìn)步距h=57+=58.5mm材料利用率的計(jì)算一個步距內(nèi)的材料利用率皿 100%Bh式中 A沖裁件面積包括沖出的小孔在內(nèi)mm2個步距內(nèi)的沖件數(shù)目;n取1B條料寬度mm;h進(jìn)距mmX 57/2 X 57/2=2
14、550 mm2B=,nA100%Bh第四章各部分工藝力的計(jì)算沖裁力計(jì)算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計(jì)算。沖裁力是凸模與凹模相對運(yùn)動使工件與板料別離的力,其大小主要與材料力 學(xué)性能、厚度及沖裁件別離的輪廓長度等參數(shù)有關(guān)。沖裁力是設(shè)計(jì)模具、選擇壓 力機(jī)的重要參數(shù)。計(jì)算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。選用沖壓設(shè)備的標(biāo)稱壓力必須大于所計(jì)算的沖裁力, 所設(shè)計(jì)的模具必須能傳遞和承 受所計(jì)算的沖裁力,以適應(yīng)沖裁的要求。Eb_rA凸模疔程S4-17中栽力-a模行程曲線在沖裁過程中,沖裁力的大小是不段變化的,圖4-1為沖裁時沖裁力-凸模 行程曲線。圖中AB段相當(dāng)于沖裁的彈性階段,凸模進(jìn)入
15、材料后,載荷急劇上升, 但當(dāng)凸模刃口一旦擠入材料,即進(jìn)入塑性變形階段,載荷的上升就緩慢下來,女口 BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小,但只要材 料加工硬化的影響超過受剪切面積小的影響, 沖裁力就繼續(xù)上升,當(dāng)兩者到達(dá)相 當(dāng)?shù)挠绊懙乃查g,沖裁力達(dá)最大值,即圖中 C點(diǎn)。此后,受剪面積的減少超過硬 化的影響,于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓,材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)張, 沖裁力急劇下降,如圖中CD段所示,此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是 克服摩擦阻力,推出已別離的料。沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件別離的輪廓長度有關(guān)???慮到成本和沖裁件的質(zhì)量要求,此用平刃口模
16、具沖裁,沖裁力FN:F KLT4-1 :式中L沖裁件周邊長度mrt 材料厚度mr;t材料抗剪強(qiáng)度MPa;K系數(shù)??紤]到模具刃口的磨損,模具間隙的波動,材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素,一般取系數(shù)K=1.3沖裁件周邊長度x mm取179mm材料的抗剪強(qiáng)度MPa,取t b=310MPa一般情況下,材料的(T bT,故沖裁力F NF仁LTt b=179X 1 x 310=55490NF卸 X NF推 X NF1=55490+N式中t b材料的抗拉強(qiáng)度MPa。在沖裁高強(qiáng)度材料或厚度大、周邊長時,所需的沖裁力較大。如果超過現(xiàn)有 壓力機(jī)噸位,就有必須采取措施降低沖裁力,主要有以下幾種方法:一階梯凸模
17、沖裁在多凸模沖裁模具中,為防止各凸模沖裁力的最大值同時出現(xiàn),可根據(jù)凸 模尺寸的大小,做成不同高度,形成階梯布置,從而減少沖裁力。這種模具的缺 點(diǎn)是長凸模插入凹模較深,容易磨損,修磨刃口也比較麻煩。二斜刃口沖裁在用平刃口模具沖裁時,整個刃口同時與沖裁件周邊接觸,同時切斷,所 需沖裁力大。假設(shè)采用斜刃口模具沖裁,也就是將凸模或凹模刃口做成有一 定斜度的斜刃,沖裁時刃口就不是同時切入,而是逐步切入材料,逐步切斷,這 樣,所需的沖裁力可以減小,并能減小沖擊、振動和噪聲,對于大型沖壓件,斜 刃沖裁用的比較廣泛。斜刃沖裁降低了沖裁力,使壓力機(jī)性能在比較柔和、平穩(wěn)的條件下工作。 但模具制造與修磨比較復(fù)雜,增
18、加了困難,刃口容易磨損,工件不夠平整,一般 只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。除上述兩種方法外,將材料加熱沖裁也是一種行之有效的降低沖裁力的方 法,因?yàn)椴牧显诩訜釥顟B(tài)的抗剪強(qiáng)度有明顯下降。 但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮,且 因?yàn)橐訜?,勞動條件差。另外,在保證沖裁件斷面質(zhì)量的前提下,也可適當(dāng)增 大沖裁間隙等方法來降低沖裁力。F 沖 KLt式中L沖裁件周邊長度mmt材料厚度mm材料抗剪強(qiáng)度MPaK系數(shù),考慮到模具刃口的磨損,模具間隙的波動,材料力學(xué)性能 的變化及材料厚度偏差等因素,一般取 K=1.3。所以,一般情況下,上式也可以寫成F沖 1.3LtL=3.14 X 9.7=30.5mm=310MPa則 F
19、沖 1.3Lt XX 1X N推件力:F推nK推F沖式中K推推件力因素,查得 K推=0.063;n工件卡的凹模內(nèi)的個數(shù),取 n=1。則F推nK推F沖3XNF2=12291.5+NF翻 1.1 (dm-d 0) t 0 s式中 dm翻邊后豎邊的中徑mm,dm=21mm;d0圓孔初始直徑預(yù)制孔mmd0mm;10毛坯厚度mmt0 =1mm;s 材料屈服點(diǎn)MPa=180MPa 則F3= F翻 1.1 (dm-d。)t。s X 3.14 : X 1X NF拉 K dt b式中d拉深件的直徑mmd=49mm;b 材料抗拉強(qiáng)度MPa,得b =390MPat材料厚度mmt=1mmK修正系數(shù),取 K=0.8。
20、則卩4=尸拉 K dt b xx 49x 1X因此,總的沖裁力為:F總=F1+F2+F3+F4=6120.5+=N沖裁時的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn), 稱為模具壓力 中心。如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致, 沖壓時會產(chǎn)生偏載,導(dǎo)致模 具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損,降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。通常利用求平行 力系合力作用點(diǎn)的方法解析法或圖解法確定模具的壓力中心。本模具由于制件為軸對稱零件,所以其壓力中心及為零件的幾何中心第五章沖壓設(shè)備的選擇沖壓設(shè)備的選擇是工藝設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,它直接關(guān)系到設(shè)備的合理 使用、安全、產(chǎn)品制造、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列重要的問題。對于
21、 中小型沖裁件、彎曲件或淺拉深件多用具有C形床身的開式曲柄壓力機(jī)。雖然開式壓力機(jī)的剛度差,并且由于床身的變形而破壞了沖模的間隙分布,降低了沖 模的壽命和沖裁件的質(zhì)量。但是,它卻具有操作空間三面敞開,操作方便,容易 安裝機(jī)械話的附屬設(shè)備和成本低廉等優(yōu)點(diǎn),目前仍是中小件生產(chǎn)的主要設(shè)備。確定設(shè)備的規(guī)格時應(yīng)注意以下幾個問題:1壓力機(jī)的行程大小,應(yīng)能保證成形零件的取出與毛坯的放進(jìn),例如拉深所 用壓力機(jī)的行程,至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。2壓力機(jī)工作臺面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸,且還需要留有安裝固定的余地,但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模時,工作臺的受力條件也是不利的。3所選壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與
22、沖模的封閉高度相適應(yīng)。模具的閉合高度Ho是指上模在最低的工作位置時,下模板的底面到上模板的 頂面的距離。壓力機(jī)的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)時,工作臺面到滑塊下端面的距離。大 多數(shù)壓力機(jī)的連桿長短能調(diào)節(jié),也既壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整, 故壓力機(jī)有最 大閉合爆肚 Hmax 和最小閉合高度 Hmin。設(shè)計(jì)模具時,模具閉合高度 Ho的數(shù)值應(yīng)滿足下式:Hmax 5mmHo Hmin 10mm4沖壓力與壓力機(jī)力能的配合關(guān)系: 當(dāng)進(jìn)行沖裁等沖壓加工時,由于其施力 行程較小,近于板材的厚度,所以可按沖壓過程中作用于壓力機(jī)滑塊上所有力的 總和F總選取壓力機(jī)。根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓家的幾
23、何尺寸和精 度要求等來選定設(shè)備類型。由于復(fù)合模的特點(diǎn),為防止設(shè)備超載,可按公稱壓力 F壓(1.6 s 1.8 ) F總選擇壓力 機(jī)。選 取公稱壓力為 350kN的開式壓力機(jī) JC23-35。其與模具設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)為:公稱壓力:350kN滑塊行程:80 mm、最大閉合高度:280mm圭寸閉高度調(diào)節(jié)量:60 mm工作臺孔徑:380mm 610mm模柄孔尺寸:50mm 70mm第六章主要工作部分尺寸計(jì)算沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。 沖裁間隙分單邊間隙和 雙邊間隙,單邊間隙用 C表示,雙邊間隙用Z表示。間隙值的大小對沖裁件質(zhì) 量、模具壽命、沖裁力大小的影響很大,是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中
24、的一個極其重 要的工藝參數(shù)。沖裁件的質(zhì)量主要是指斷面質(zhì)量、尺寸精度和形狀誤差。斷面應(yīng)平直、光滑;圓角??;無裂紋、撕裂、夾層和毛刺等缺陷。零件外表應(yīng)盡可能平整 尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定公差范圍之內(nèi)影響沖裁件質(zhì)量的因素有:凸、凹模間隙值 的大小及其分布的均勻性,模具刃口鋒利狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度,材料 性能等,其中間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與標(biāo)稱尺寸的差值。差值越小,精度越高。這個差值包括兩方面的偏差,一是沖裁件相對凸?;虬寄3?寸的偏差,二是模具本身的制造偏差。沖裁件相對凸模或凹模尺寸的偏差,主要是由于沖裁過程中,材料受拉 伸、擠壓、彎曲等作用引起的變形,
25、在加工結(jié)束后工件脫離模具時,會產(chǎn)生 彈性恢復(fù)而造成。偏差值可能是正的,也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因 素主要是凸、凹模的間隙。間隙大小對沖裁件尺寸偏差的影響規(guī)律可見圖 6-1。當(dāng)間隙較大時,材料所受拉伸作用增大,沖裁完畢后,因材料的彈性恢 復(fù),沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮,使落料件尺寸小于凹模尺寸,而沖孔件的 孔徑則大于凸模尺寸。當(dāng)間隙較小時,凸模壓入板料接近于擠壓狀態(tài),材料 手凸、凹模擠壓力大。沖裁完畢后,材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增打發(fā), 而沖孔件的孔徑則變小。沖裁模具的壽命以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來衡量,分兩次刃磨間的壽 命與全部磨損后總的壽命,沖裁過程中,模具的損壞有磨損、崩刃、折斷、
26、啃壞等多種式。影響模具壽命的因素很多,有模具間隙;模具制造材料和精度、外表粗 糙度;被加工材料特性;沖裁件輪廓形狀和潤滑條件等。模具間隙是其中的 一個重要因素。因?yàn)闆_裁過程中,模具端面受到很大的垂直壓力與側(cè)壓力,而模具外表 與材料的接觸面僅局限在刃口附近的狹小區(qū)域,這就以為著即使整個模具在 許用壓應(yīng)力下工作,但在模具刃口處所受的壓力也非常大。這種高的壓力會 使沖裁模具和板材的接觸面之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn)象,當(dāng)接觸面發(fā)生相對滑動 時,附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損附著磨損。其磨損量與接觸壓力、 相對滑動距離成正比,與材料屈服強(qiáng)度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要 形式。當(dāng)模具間隙減小時,接觸壓力垂直力、
27、側(cè)壓力、摩擦力會隨之增 大,摩擦距離隨這增長,因此模具磨損加劇,甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘 結(jié)現(xiàn)象。因此適當(dāng)增大模具間隙,可使凸、凹模側(cè)面與材料見摩擦減小,并 減緩間隙不均勻的不利因素,從而提高模具壽命。但間隙過大時,半了的彎 曲拉伸相應(yīng)增大,使模具刃口端面上的正壓力增大,容易產(chǎn)生崩刃或產(chǎn)生塑 性變形使磨損加劇,降低模具壽命,同時,間隙過大卸料力會隨之增大,也 會增加模具的磨損,所以間隙是影響模具壽命的一個重要因素。沖裁間隙對沖裁力及卸料力的影響當(dāng)間隙減小時,凸模壓入板材的情況接近于擠壓狀態(tài),材料所受拉應(yīng)力減小, 壓應(yīng)力增大,板料的易產(chǎn)生裂紋,因此最大沖裁力增大。當(dāng)間隙增大時,材料所 受拉應(yīng)力
28、增大,材料容易產(chǎn)生裂紋,因此沖裁力減小,繼續(xù)增大間隙值,凸、凹 模刃口產(chǎn)生的裂紋不相重合,會發(fā)生二次斷裂,沖裁力下降變緩。當(dāng)間隙增大時沖裁件光亮帶窄,落料件尺寸偏差為負(fù),沖孔見尺寸偏差為正, 因而使卸料力、推件力或頂件力減小。間隙繼續(xù)增大時,制件毛刺增大,卸料力、 頂件力迅速增大。6.2沖孔刃口尺寸計(jì)算計(jì)算原則由于凸、凹模之間存在間隙,所以沖裁件斷面都是帶有錐度的, 且落料 見的大端尺寸等于凹模尺寸,沖孔見的小斷尺寸等與凸模尺寸,在測量與使用中, 落料件都是以大端尺寸為基準(zhǔn),沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。沖裁過程中, 凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦,凸模越磨越小,凹模越磨越大,結(jié)果使 間隙
29、越來越大,因此,在確定凸、凹模刃口尺寸時,必須遵循以下原則:1落料模先確定凹模r刃口尺寸,其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等與制件的最小極 限尺寸,以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi), 也能沖出合格制件,凸模刃口的標(biāo) 稱尺寸比凹模小一個最小合理間隙。2沖孔模先確定凸模刃口尺寸,其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等于之間的最大極限 尺寸,以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi), 也能沖出合格的空。凹模人口的標(biāo)稱 尺寸應(yīng)比凸模大個億最小合理間隙。3選擇模具刃口制造公差時,要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系,即要保證 工件的精度要求,又要保證有合理的間隙值,一般沖模精度較工件精度高23級。假設(shè)零件沒有標(biāo)注公差,則對于非圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)非配合
30、尺寸的IT14級精度來處理,圓形件可按IT10級精度要求來處理,工件尺寸公差應(yīng)按“入體” 原則標(biāo)注為單向公差。所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時應(yīng)向材料尸體 方向單向標(biāo)注,即:落料件正公差為零,只標(biāo)注負(fù)公差;沖孔見負(fù)公差為零,只 標(biāo)注正公差。模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算方法與加工方法有關(guān),基本上可分為兩類。1.凸模與凹模分開加工凸、凹模分開加工,是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸。此種方法適用于圓形或形狀簡單的工件,為了保證凸、凹模間隙小于最大合理間隙Zmax,不僅凸、凹模分別標(biāo)注公差凸模 p,凹模d,而且要求有較高的制造精度,以滿足如下條件p 04 (Zmaxd 6(Zmax也就是說,Z
31、)minZ)min新制造的模具應(yīng)該是d p Zmin Zmax。否則制造的模具間隙或取dp Zmax Zmin已超過允許的變動范圍Zmin Zmax ,影響模具的使用壽命。2.凸模與凹模配合加工對于沖制件形狀復(fù)雜或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模或凹模作為基準(zhǔn)件,然后根據(jù)此基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸,配作凹?;蛲鼓#顾麄儽3忠欢ň嚯x。因此, 只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注尺寸及公差,另一件只標(biāo)注標(biāo)稱尺寸,并注明“XX尺寸按 凸模或凹模配作,保證雙面間隙”。這樣。可放大基準(zhǔn)件的制造公差。其公 差不再受凸、凹模間隙大小的限制,制造容易,并容易保證凸、凹模間的間隙。 由于復(fù)雜形狀工
32、件各部分尺寸性質(zhì)不同,凸模和凹模磨損后,尺寸變化趨勢不同, 所以基準(zhǔn)件的刃口尺寸計(jì)算方法也不相同查得沖裁刃口雙面間隙 Zmin=0.08mm,Zmax=0.12mm。未注公差的零件尺寸 按IT14級精度計(jì)算,查得x=0.5。沖孔凸、凹模的制造公差可由下表查出:從上表可知:凸 0.020,凹 0.025,基本尺寸凸模偏差凹模偏差 181830308080120120180180260260360360500500表6-2規(guī)則形狀圓形、方形沖裁時凸模、凹模的制造偏差 mm校核:凹 0.045mmZmax-Z min 0.005mm因此,凸、凹模采用配合加工方法。 則凸模刃口尺寸由下式計(jì)算:d=mm
33、凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制,保證其雙間隙為0.080.12mmB時,則采用橫向送料方式;L=B時,縱向或橫向均可。就本模具而言,L=B其送料方式應(yīng)采用橫向送 料。由于該模具采用的是條料,控制條料送進(jìn)方向采用導(dǎo)料柱和擋料銷協(xié)調(diào)作用。控制條料送進(jìn)步距采用擋料銷。而第一件工件的沖壓位置因?yàn)闂l料長度有一 定余量,可以靠操作工目測來定。7.4卸料、出件方式的選擇模具是采用彈壓卸料板,還是采用固定卸料板,取決于卸料力的大小,其中 材料料厚是主要考慮因素。由于彈壓卸料模具操作時比固定卸料模具方便, 操作 者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動作,且彈壓卸料板卸料時對條料施加的是柔性 力,不會損傷工件外表,因此實(shí)際設(shè)
34、計(jì)中盡量采彈壓卸料板,而只有在彈壓卸料 板卸料力不足時,才改用固定卸料板。如采用縱向送料方式,適宜采用中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架也 可;橫向送料適宜采用對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架: 而后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架有利于送料縱 橫向均可且送料較順暢,但工作時受力均衡性和對稱性比中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架及 對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架差一些;四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具; 而精密模具還 須采用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。本模具采用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架,因?yàn)橄驒M向送料方式較適 合。第八章沖模主要零件設(shè)計(jì)一模具材料的選擇是否正確不僅影響到模具使用壽命,也影響著制件的生產(chǎn) 質(zhì)量。應(yīng)該根據(jù)模具制造條件、模具工作條件、模具材料的基本性能等相關(guān)因素, 來選擇
35、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、適用的模具材料。選材時必須兼顧模具使用性能要求。對于 冷沖模應(yīng)主要考慮鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。強(qiáng)度與韌性以及韌性與耐磨性之間 往往此消彼長。當(dāng)模具的主要失效方式是脆性開裂時可考慮選擇強(qiáng)度較低但韌性 更好的材料或制訂合理的熱處理工藝以改善鋼的韌性,亦可根據(jù)實(shí)際情況選擇同 時具有高強(qiáng)度與高韌性的高級合金鋼。從兼顧韌性和耐磨性的角度除了整體合理 選材外,亦可考慮在保證韌性的同時,采用合理的外表處理以改善模具的耐磨性。 塑料模具鋼選用時要兼顧其在塑料成形溫度下的強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性,同時還應(yīng)考慮其加工性能和鏡面度。熱處理不當(dāng)是導(dǎo)致模具早期失效的重要因素。熱處理對模具壽命的影響主要 反映在熱
36、處理技術(shù)要求不合理和熱處理質(zhì)量不良兩個方面。統(tǒng)計(jì)資料說明,由于選材和熱處理不當(dāng),致使模具早期失效的約占 70%。8.1.2 Cri2鋼的性能Cri2 鋼 C含量 0.9%1.05%,Mn含量 0.8%1.1%,Si 含量 0.15%0.35%, Cr 含量0.9%1.2%,淬火溫度820840C, HRC不低于62,回火溫度140160C, HRC664。具有高淬透性、高硬度和耐磨性,淬火尺寸穩(wěn)定性好,變形小,并 有效好的韌性。由于鎢形成碳化物,這種鋼在淬火和低溫回火后具有比鉻鋼和 9SiCr鋼更 多的過剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。 此外,鎢還有助于保存細(xì)小晶粒,從而 使鋼獲得較好的韌性。所
37、以由Cr12鋼制成的刃具,崩刃現(xiàn)象較少,并能較好地保 持刀刃形狀和尺寸。但是,Cr12鋼對形成碳化物網(wǎng)比較敏感,這種網(wǎng)的存在,就使工具刃部有 剝落的危險(xiǎn),從而使工具的使用壽命縮短,因此,有碳化物網(wǎng)的鋼,必須根據(jù)其 嚴(yán)重程度進(jìn)行鍛壓和正火。這種鋼用來制造在工作時切削刃口不劇烈變熱的工具 和淬火時要求不變形的量具和刃具,例如制作刀、長沖裁模的工作零件對材料性 能特殊要求,沖裁模的刃口在工作時受到強(qiáng)烈的摩擦和沖擊,所以其模具材料應(yīng)該具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。由于該模具是用來沖裁復(fù)雜形狀的工件,采用材料Cri2,熱處理HRC5&60凸模、凹模的固定形式如圖8 1所示、圖a、b、g、h
38、是直接固定在模板上的,其中圖 b、h 一 般用于小型和大列零件,圖a、s常用于沖壓數(shù)量較少的簡單模;圖 c、i所示 凸模(凹模)與固走板用H7/m6配合.上面留有臺階,這種形式多在零件形狀簡 單、板材較厚時采用;固d所示是采用鉚接,凸模上無臺階,全部長度尺寸形 狀相同,裝配時上面鉚開然后磨平。這種形式適用于形狀較復(fù)雜的零件,加工 凸模時便于全長一起磨削,圖J所示是僅靠H7/r6配合固緊,一般只在沖壓小 件時使用;圖e、f、k所示是快速更換凸模(凹模)的固定形式。對多凸模(凹模) 沖模,其中個別凸模(凹模)特別易壞需經(jīng)常更換,此時采用這種形式更換易 損凸模(凹模)較方便。圖8-1凸模、凹模的固定
39、形式本設(shè)計(jì)采用圖(h)凹模刃口通常有如圖8-2所示的幾種形式b)J7里一fl圖8-2凹模的刃口形式圖a的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度較好該刃口形式的特點(diǎn)是刃邊強(qiáng)度較好,刃磨后工作部分尺寸不變,但洞口易積存廢料或制件,推件力大且磨損撒,刃磨時磨去的 尺寸較多。一般刃磨后工作部分尺寸不變,但洞口積存廢料或制件,推件力大 且磨損大,刃磨時磨去的尺寸較多。一般用于形狀復(fù)雜和精度要求較高的制件, 對向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。圖b的特點(diǎn)不易積存廢料或制件,對洞口磨損及壓力很小,但刃邊強(qiáng)度差。且刃磨后尺寸稍有增大,不過由于它的磨損小,這種增大不會影響模具壽命。一 般適用于形狀較簡單、沖裁制件精度要求不高、制件
40、或廢料向下落的情況。圖c、d與圖b相似,圖c適用于沖裁較復(fù)雜的零件;圖d適用于沖裁薄料 和凹模厚度較薄的情況。圖e與圖a相似,適用于上出件或上出料的模具。圖f適用于沖裁0.5mm以下的薄料,且凹模不淬火或淬火硬度不高35 40HR0,采用這種形式可用手錘打斜面以調(diào)整間隙, 直到試出滿意的沖裁件為止。第九章標(biāo)準(zhǔn)件的選擇1990取凹模周界Do=16Omm*25Omm,始用最小閉合高度180mm,最大閉 合高度225mm。上模板厚H=45mm,下模板厚H=55mm,材料HT200。根據(jù)凸模的形式及卸料的要求,根據(jù) JB/T7646.3選擇凸緣模柄??紤]P小于料厚,所以根據(jù)JB71-85選擇M10 X
41、 80選用材料為45號鋼。B8X 1109.4導(dǎo)柱,導(dǎo)套的選擇根據(jù)選擇的模架來選擇導(dǎo)柱,導(dǎo)套。導(dǎo)柱,導(dǎo)套為配合選擇模柄的選擇根據(jù)所選擇的壓力機(jī)來選擇模柄 GB2862.8-81連接推桿的選擇推桿的作用是實(shí)現(xiàn)推板和頂出器的傳動,根據(jù)模具總壓力考慮選擇GB2867.3-81 選用材料 Q235。第十章繪制模具總圖及裝配圖1下模架2,導(dǎo)柱3,導(dǎo)套4,上模架5,彈簧6,墊板7,螺釘8,模柄9,螺釘10, 打料銷11,打料板12,打桿13,沖孔凸模14,卸料器15,翻邊凸模16,拉深凸模17, 落料拉深凸凹模 18,落料凹模19,頂料銷20,壓板21,橡膠22,推桿23,螺釘24, 限位螺釘25,卸料板26,卸料螺釘
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