ZL50裝載機總體及工作裝置設計
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鎮(zhèn) 江 高 專
ZHENJIANG GAOZHUAN
畢 業(yè) 設 計 (論 文)
冷沖壓設計—彎曲沖孔落料連續(xù)模
Cold Stamping Design-bending modulus material Pierce
系 名： 機械工程系
專業(yè)班級：計算機輔助設計與制造（CAD）
學生姓名： 章麗黎
學 號： 04012117
指導教師姓名： 劉波
指導教師職稱： 講師
2007年 3 月
目錄
引言
一.設計說明書………………………………………………………………………1
1.工藝分析………………………………………………………………………5
2.工藝方案確定…………………………………………………………………5
3.模具結構形式的確立…………………………………………………………6
4.工藝分析………………………………………………………………………6
(1) 計算毛坯尺寸………………………………………………………………6
(2) 排樣圖………………………………………………………………………7
(3) 材料利用率…………………………………………………………………8
(4) 計算沖壓力…………………………………………………………………8
(5) 壓力機選定…………………………………………………………………9
(6) 壓力中心計算………………………………………………………………9
(7) 凸凹模計算…………………………………………………………………10
(8) 凹模各孔口位置尺寸………………………………………………………11
(9) 卸料板各孔尺寸………………………………………………………………12
5.填寫沖壓工藝卡………………………………………………………………12
6.模具結構設計…………………………………………………………………12
7.畫裝配于和零件圖
8.校核壓力機安裝尺寸
9.編寫技術文件…………………………………………………………………13
結論…………………………………………………………………………………13
致謝…………………………………………………………………………………13
參考文獻……………………………………………………………………………13
冷沖壓(彎曲零件)
專業(yè)班級：計算機輔助設計與制造(CAD)學生姓名：章麗黎
指導教師：劉波 職稱：講師
摘要: 本設計完成的是冷沖壓彎曲零件，使典型的沖孔彎曲落料連續(xù)模具。材料為45鋼，料厚1.3mm
模具工序主要包括沖孔，壓凸，彎曲及落料。
關鍵詞: 沖孔 彎曲
Abstract : The design is completed by bending parts cold stamping, bending down so typical of continuous punching die. 45 steel materials, material thickness of coated mold processes including punching, pressure convex, bending and blanking. Keywords : Bending Punch
引 言
模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。我國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產業(yè)。直到20世紀80年代后期，我國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近二十年來，模具產業(yè)的產值以每年15%的速度遞增。2000年我國模具工業(yè)的總產值達到280億元人民幣。在模具工業(yè)的總產值里，沖壓模具占到50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其他各類模具約占11%。
冷沖壓工藝與其他加工相比，有以下特點：
1） 用冷沖壓可以得到形狀復雜、用其他加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。冷沖壓件的尺寸精度是由模具保證，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。
2） 材料利用率高、工件重量輕、剛性好、強度高、沖壓過程耗能少。
3） 操作簡單，勞動強度低、易于實現機械化和自動化、生產效率高。
4） 沖壓加工所用的模具結構一般比較復雜，生產周期較長、成本較高。
由于冷沖壓有許多的優(yōu)點，因此，在機械制造、電子、電器等各行各業(yè)中，都得到了廣泛的應用。
這次設計中的冷沖壓彎曲件要求精度高，形狀復雜，要求表面平整，毛刺高度不得大于0.08mm。若采用鑄造工藝生產很難保證產品質量，而且使用該工藝將消耗大量的能量，不利于節(jié)能降耗，需要增加環(huán)境保護上的投入，最終會增加企業(yè)的生產成本。若是采用冷沖壓工藝生產，這樣既有利于保證加工出來的產品能達到設計要求，又有利于保證生產的產品的有很高的一致性，方便日后維修更換。此外采用冷沖壓的工藝有利于進一步降低勞動者的勞動強度，體現了“以人為本”的生產理念。再者采用冷沖壓的工藝可以提高材料的利用率，降低企業(yè)生產成本，并且節(jié)約了金屬材料。而且目前國際上沖壓生產成為生產優(yōu)質機電產品的重要手段，采用冷沖壓工藝可以跟上先進生產工藝的發(fā)展潮流，有利于提高企業(yè)的競爭力。
因此該冷沖壓彎曲件宜采用冷沖壓工藝生產，由于彎曲件的質量要求高，故生產該冷沖壓彎曲件可以采用高精度的沖裁模生產。連續(xù)模沖壓在提高生產率、降低成本、提高質量和實現沖壓自動化方面有重要作用。在現代沖壓技術中，發(fā)展連續(xù)模占有重要地位。
制件如圖所示,材料為45鋼,料厚1.3mm,制件為大批量生產。
1. 工藝分析
該制件形狀簡單,尺寸中等,厚度適中,大批量生產,屬于普通沖壓件,但應注意:
1)5×R2mm的孔壁間距足夠,但 為了保證模具的壽命安全應分開沖壓。
2)考慮制件取料,從安全方便采取適當方法。
3)因大批量生產,應重視模具材料和結構選擇,保證模具壽命。
2. 工藝方案的確定
根據制件工藝性分析,其基本工序有落料,沖孔,彎曲三種。按先后順序組合得五種方案,如下:
(1)落料—彎曲—沖孔--壓凸，單工序沖壓。
(2)落料—沖孔--壓凸—彎曲, 單工序沖壓。
(3)沖孔—壓凸--切口—彎曲—落料,單件復合沖壓。
(4)沖孔—壓凸--切口—彎曲—切斷--落料,兩件連沖復合。
(5)沖孔--壓凸--切口—彎曲—切斷,兩件連沖級進沖壓。
方案1）2）屬于單工序沖壓。由于制件生產批量較大，尺寸一般，這兩種方案生產率低，操作也不安全，故不宜采用。
方案3）4）屬于復合式沖壓。由于制件較小，壁厚小，采用復合模裝配較困難，強度也會受影響，壽命不高。又因沖孔在前，落料在后，以凸模插入材料和凹模內進行落料，必然受到材料的切向流動壓力，有可能使φ4mm凸?？v向變形，因此采用復合沖壓，除解決了操作安全性和生產率等問題外，又有了新難題，因此使用價值不高，也不宜采用。
方案5）屬于級進沖壓，既解決了1）2）方案的問題，又不存在3）4）方案的難點，故為最合理的方案
模具結構形式的確定
為方便操作和取件,選用雙柱可傾壓力機,縱向送料。因制件彎曲要求精度高不移動,可采用有側刃定位,生產率高,材料消耗也不大。
3. 工藝設計
(1) 計算毛坯尺寸 相對彎曲半徑為
R/t=2/1.3=1.54>0.5
式中R---彎曲半徑(mm)
t----料厚(mm)
可見,制作屬于圓角半徑較大的彎曲件,應先求中性層曲率半徑ρ(mm)由參考文獻[2]中心層位置計算公式
ρ=R+Xt
式中X---由實驗測定的應變中性層位移系數。
由參考文獻[1]表格5-5,查出X=0.36
ρ=R+Xt=(2+0.36×1.3)=2.468
由參考文獻[2]圓角半徑較大(R>0.5t)的彎曲件毛料長度計算公式,
L0=ΣL直+ΣL彎；L彎=2×(180°-α)πρ/ 180°
式中L0---彎曲毛料展開長度(mm)
ΣL直---彎曲件各直線段長度(mm)
ΣL彎---彎曲件各彎曲部分中性層展開長度總和(mm)
由(圖1)可知
L彎=2×(180°-α)πρ/ 180
=2×(180°-90°)×3.141592×2.468/180°
=7.75mm
L直=21+26.2+30.8-2×7.75=62.5mm
L0= L彎+L直=70.25mm≈71mm
(2)畫排樣圖
由文獻[2]表2-9,切斷工序中工藝廢料帶的標準值,表2-10,切口工序中工藝廢料的標準值。表2-13中廢料寬度公差△,表2-14,側刃裁切的條料的切口寬F,得F=1.5mm；S=3.5mm； △=0.7 mm；C=5mm
由文獻[2]采用側刃條料寬度尺寸B (mm)的確定公式
B=(2 L0+2F+1.5a+C)0-△ = (71×2+5+1.5×2+1.5×2 )0-0.7mm = 1530-0.7mm
步距 A=D+S=20+3.5=23.5mm
如圖所示,畫排樣圖
(3) 計算材料利用率η 由文獻[2]材料利用率通用計算公式
η=A0/A×100％
式中A0---得到制件的總面積(mm2)
A---一個步距的條料面積(L×B)(mm×mm)
得η=71×20×2/(23.5×153)=79%
(4) 計算沖壓力 完成制件所需的沖壓力由沖裁力、彎曲力及卸料力、推料力組成,不需計算彎曲時的頂料力和壓料力。
1) 沖裁力 F沖---由沖孔力、切口力、切斷力和側刃沖壓力四部分組成。
由文獻[1]沖裁力F(N)的計算公式
F沖=KLtτ0或F沖=Ltσb
式中K---系數,K=1.3；
L---沖裁周邊長度(mm)
τ0---材料抗剪強度(Mpa)
σb---材料抗拉強度(Mpa)
由文獻[1]4-12得
σb=600Mpa
F沖=2×600×1.3[5×4×3.14+2(2.5+78)+3.14×7.85+2×7.95+2(22.5+1.5)]
=2×780[62.8+390+24.649+15.9+48]
=2×416129N=844504N=844.5KN
2) 壓凸力F凸
壓凸即平板毛坯的局部壓凹坑,由文獻[3]查得
F=ARt2
式中 A---成形面積(mm2)
R---系數,鋼料R=200～300N/mm4
由(圖4)可知
F凸=ARt2=0.5×3.14×1.42×300×1.3×1.3
=1560.1N=1.6KN
3) 彎曲力F彎---45鋼可以采用自由彎曲力
由文獻[1]得,U形件彎曲力:
F彎=0.7Kbt2σb/(r+t)
式中F彎---沖壓結束時的自由彎曲力(N)
K---安全系數,一般取K=1.3；
b---彎曲件寬度(mm)
r---彎曲件的內彎曲半徑(mm)
F彎=2×0.7Kbt2σb/(r+t)=2×0.7×1.3×153×1.3×1.3×600/3.3
=2×42781.58N=85.6KN
4) 卸料力F卸和推料力F推
F卸=K卸F沖=0.06×844.5KN=50.7K
F推=K推F沖n=0.05×844.5KN=42.225KN
F=F沖+F凸+F彎+F卸+F推
=844.5+1.6+85.6+50.7+42.225
=1024.625KN≈1025KN
(5) 初選壓力機,查文獻[3]表8-10開式雙柱可傾壓力機部分參數
選壓力機型號為J23-125
(6) 計算壓力中心,本模具圖形規(guī)則對稱,兩件對排,左右對稱,故采用解析法求壓力中心比較方便。建立坐標系(如圖3)
因為左右對稱
所以XG=0,只需求YG.
根據合力矩定理有
YG= Y1F1+Y2F 2+ Y3F3+ Y4F4 +Y5F5+ Y6F6+ Y7F7+ Y8F8+ Y9F9+ Y10F10+ Y11F11
=2×[10×4×3.14+15.2×4×3.14+4.8×4×3.14+10(7.85×3.14+2×7.95)
+11.75×(6+23.5)+33.5×4×3.14+33.5×2.8×3.14+68.75(3.5+2×71)
+ 104×(2×20+2×28.2)]+129.25×(2×5+2×23.5)
=51834.05/824≈63mm
(7) 計算凸凹刃口尺寸 本制件采用單配法加工刃口,這樣加工的尺寸更精確。
該制件以沖孔落料為主,只要計算落料凹模尺寸及制造公差,由文獻[1]表3-3查得,Zmin=0.132mm Zmax=0.180mm
采用單配法加工凹凸模尺寸，根據文獻[3]表2-14，具體模具具體配制
1)沖孔凸模1
工件尺寸:直徑為φ4mm的圓, 文獻[3]表2-15得△=0.10mm
查文獻[3]表2-13得X=0.75
根據文獻[3]表2-14,Bp=(B+X△)-0.25δ。
則 BP=(4+0.75×0.10)0-0.25△=4.0750-0.025mm
2)沖孔凸模2
工件尺寸:長邊:7.95mm, 短邊：φ7.85mm
查文獻[3]表2-13得X=0.75；△=0.09mm
則 BP1=（7.95+0.75×0.09）0-0.25△=8.010-0.0225
BP2=（7.85+0.75×0.09）0-0.25△=7.910-0.0225
3）壓凸凸模
工件尺寸：φ1.2mm和φ2.8mm的圓
查文獻[3]表2-13得X=0.75；根據表2-15,查到△=0.1mm
則 BP1=(1.2+0.75×0.10) 0-0.25△=1.280-0.025mm
BP2=(2.8+0.75×0.10) 0-0.25△=2.880-0.025mm
凸模8安裝在凹模板上
4) 切口凸模
工件尺寸：長71mm寬3.5mm
根據文獻[3]表2-16,△=0.130mm；查表2-13得X=0.75
則 BP1=(71+0.75×0.130)0-0.25△=71.090-0.0325mm
BP2=(3.5+0.75×0.130) 0-0.25△=3.590-0.0325mm
5）彎曲模
工件尺寸：成型部分 長112mm，寬20mm，總體尺寸 長147mm,寬20mm
彎曲模相當于落料模,以落凹模尺寸配制凸模
查文獻[3]表2-13得X=0.75；根據表2-16,查到公差分別為△=0.16mm
則成型部分
Ad1=(112-0.75×0.16) 0-0.25△=111.280-0.04mm
Ad2=(20-0.75×0.160) 0-0.25△=19.840-0.04mm
6）切口與切斷刃口尺寸:由于在切口與切斷工序中,凸凹模均只在三個方向與板料作用并使之分離,并由排樣圖可知,尺寸C和S既不是沖孔尺寸也不是落料尺寸,要正確控制C和S兩個尺寸才能間接保證制件外形尺寸,為使方便計算,直接取C和S值為凸模基本尺寸,間隙取在凹模上。
切邊凸模
工件尺寸: 長23.5mm,寬10mm
根據文獻[3]表2-16,△=0.19mm；
則 BP1=100-0.048mm
BP2=23.50-0.048mm
切斷凸模
工件尺寸:長23.5mm寬5mm
查表文獻[3]2-16, △=0.13
則 Bp1=23.50-0.033 mm
Bp2=50-0.033 mm
7）側刃尺寸:側刃為標準件,根據送料步距和修邊值查側刃值表,按標準取側刃尺寸。
由文獻[2]表2-11側面切口尺寸得:
側刃寬度B=10mm 側刃長度L=23.5mm
(8) 凹模各孔口位置尺寸 本制件尺寸較多,包括兩側刃孔位置尺寸、5個小孔尺寸、槽形尺寸、兩切口模孔位置及切斷孔口位置尺寸。其基本尺寸可按排樣圖確定其制造公差按文獻[2]表2-2沖裁件精度應為IT12級。但本制件送進工步較多,累積誤差過大,會造成凸凹模間隙不均,影響沖裁質量和模具壽命,故應將模具制造精度提高?？紤]到加工經濟性,送料方向尺寸按IT11制造,其他位置按IT11∽IT12級制造,凸模固定板與凹模配制。尺寸參見(圖4)
(9)卸料板各孔尺寸 卸料板各型孔尺寸應與凸模保持0.5Zmin間隙,這樣有利于保護凸凹模刃口不被啃傷,根據此原則確定具體尺寸,如(圖10)
⒌模具結構設計
(1) 凹模設計 因制件形狀簡單,雖然六個工步,但制件有沖裁和彎曲兩種模。沖裁模采用Cr12MoV為凹模材料,而彎曲模也可采用同種材料。因為Cr12MoV具有高耐磨的作用。
1) 確定凹模厚度H值:由文獻[2]凹模厚度計算公式
H=3√F沖×10-1=3√84450≈43.874mm≈44mm
2)確定凹模周界尺寸L×B:由文獻[2]凹?？妆诤竦拇_定公式,
凹?？卓谳喞€為直線時:W2=1.5H.由(圖5)和文獻[2]圖3-13得
W2=1.5H=1.5×44=66mm
L=280～290mm B=270～280mm
由文獻[4]表5-43矩形凹模標準可查到較為靠近的凹模周界尺寸為
315mm×250mm×45mm據此值查文獻[4]表5-2,可得典型組合315×250×215～250mm
而由此典型組合標準,即可方便地確定其他沖模零件的數量、尺寸及主要參數。
(2) 選擇模架及確定其他沖模零件尺寸 由凹模周界尺寸及模架閉合高度在215～250之
查文獻[4]表5-7選用對角標記為315×250×215～250mmI并可根據此標準畫出標準模架圖.類似也可查出其他零件尺寸參數,此時即可轉入畫裝配圖。
6.畫裝配圖和零件圖
7.校核壓力機安裝尺寸
模座外形尺寸為445mm×330mm,閉合高度為250mm,由文獻[3]表8-10,JB23-125型壓力機工作臺尺寸為710mm×1080mm,最大閉合高度為480mm,連桿調節(jié)長度為38故在工作臺上加一100mm墊板即可安裝.模柄孔尺寸也一致。
8.編寫技術文件
填寫沖模零件機械加工工藝過程卡。
結 論
通過畢業(yè)設計的準備工作，使我進一步提高了獨立調研能力以及專業(yè)業(yè)務素質。并通過文獻查閱，現場收集資料等工作，鍛煉了解決模具專業(yè)工程技術問題的能力。鞏固深化擴充了專業(yè)知識，并通過對畢業(yè)設計中涉及到的問題的研究，提出了自己的觀點，完成了設計任務。經歷了一次嚴格的綜合的工程訓練。
經過將近2個月的畢業(yè)設計，使我把這三年所學的書本知識得到了全面運用。在這2個月的時間里，我們集體到常州戚墅堰機車車輛廠進行了參觀了解，然后在老師的指導下，我們認真的查閱了有關的資料書籍，翻閱了以前的課本資料。在老師和同學的幫助下盡量把問題搞懂，搞清楚。
通過這次的畢業(yè)設計，使我對模具有了更深的了解。模具具有設計和制造周期短、投資少，生產率高，對工人的技術水平要求不高等優(yōu)點。這使得模具在現代機械制造工業(yè)中得到廣泛的運用。
通過此設計，學會運用標準，規(guī)范，手冊，圖冊有關技術資料等，培養(yǎng)模具的設計的基本技能。培養(yǎng)了我們的設計能力，獨立思考，嚴肅認真，精益求精的基本技能。
2個多月的時間轉眼即過。但整個設計把我這三年的知識做了一次系統(tǒng)的復習和鞏固，也是理論和時間相結合的一次大的運用過程，為我們即將走上工作崗位，走上社會提供了一次鍛煉的機會。在設計中，不免存在失誤之處，望老師給予批評，指正。
總之,這次畢業(yè)設計讓我收獲頗豐,不僅鍛煉了我的能力,也為以后踏上工作崗位奠定了良好的基礎.因此,我很感謝學校在畢業(yè)前給我這么一次好的機會和所有輔助我的指導老師.
致 謝
光陰似箭，大學生活瞬間即逝。在做畢業(yè)設計的過程中，得到老師的耐心指導加上自己的不懈努力終于完成了畢業(yè)設計。在這次畢業(yè)設計中，將書本上所學到的相關的知識都運用到設計里面，又一次的鞏固了所學內容，。在完成這一設計的過程中，我遇到了許多困難。面對它們，我并沒有退縮，而是查資料、尋找各種幫助。在老師的指導和同學的幫助下，這些問題終于迎刃而解！在這里，對幫助自己完成這次畢業(yè)設計的同學表示真誠的謝意。在此特別感謝劉波老師以及三年來所有教過我的老師，沒有你們耐心的教導，自己不可能相有關知識與技能的積累也就不可能完成這次畢業(yè)設計。在兩個月的時間里劉波老師在百忙之中不斷的指導我、幫助我，使我通過這次畢業(yè)設計中拓寬了知識面完善了知識結構，受益非淺！對于我不懂的問題，只要提出他就毫不吝嗇的、不厭其煩地幫我解決，劉波師這兩個月來付出了辛勤汗水，換來了我的這次設計！我會謹記老師的教誨，為社會貢獻一份自己的力量。總之，沒有你們的幫助，我很難完成這次設計，再一次表示我對你們最真誠的謝意。
參考文獻
[1]丁松聚.冷沖模設計
[2]趙孟棟.冷沖模設計
[3]王芳.冷沖壓模具設計指導
[4]史鐵梁.模具設計指導
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