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轴承保持架的冲压模具设计

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轴承保持架的冲压模具设计

摘要本文所设计的模具为冲压模具,冲压成型是金属成型的一种重要方法,它主要适用于材质较软的金属成型,可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将轴承保持架作为所要设计模具的零件,将冷冲模具的相关知识作为依据,阐述冷冲模具的设计过程。如今模具都是用来大批量生产零件,市场对模具的要求也越来越高,随着要求的不断变高其所能涉入的行业也越来越多。近年来多数机械加工、铸件、压铸品及锻造品已逐渐被冲压制品所取代。本设计对指定工件进行的模具设计,利用AutoCAD软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路,确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠,保证了与其他部件的配合。并绘制了模具的装配图和零件图。本课题通过对工件的冲压模具设计,巩固和深化了所学知识,取得了比较满意的效果,达到了预期的设计意图。关键字轴承保持架,冲压模具,冲压工艺。AbstractNowadaysthemoldsareusedforlargebatchofspareproduction,andthemarketdemandformoldsisalsomoreandmorehigh.Inrecentyears,thesemethodslikemachining,casting,diecastingandforgingshavebeengraduallyreplacedbystamping.Inthispaper,themoldisthestampingdie,andstampingformingisoneoftheimportantmethodsofmetalforming.Itismainlysuitableforrelativelysoftmetal,inwhichmethod,aprecisionworkofcomplexshapecanbeformedatonce.Thissubjectistousebearingcageasthepartofmold,basedontherelatedknowledgeaboutcoldpunchingmold,todemonstratethedesignprogressofthecoldpunchingdieatlast.ThemolddesignoftheformulateartifactsusesAutoCADsoftwaretodraw.Cleardesignideas,determinetheprocessofstampingandcalculateeachspecificpartindetail.Thestructuredesignedinthiswaycanensuretheusingreliabilityofmold,andalsoensurethecoordinationwithotherparts.Themoldassemblydrawingsandpartdrawingsarealsodrawn.Throughthestampingdiedesignoftheartifacts,thissubjectconsolidatesanddeepenstheknowledgewhichhasbeenlearnedbefore,andachievessatisfactoryresultsandexpecteddesignintent.KeywordsBearingretainerstampingdiestampingprocess目录摘要......................................................错误未定义书签。Abstract...................................................................II目录....................................................................III1绪论......................................................................11.1冲压模具制造技术的现状及其发展方向.....................................11.1.1冲压模具的现状......................................................11.1.2冲压模具的发展方向.................................................11.2冲压及模具的概念、特点及应用...........................................21.2.1冲压的概念.........................................................21.2.2冲压的特点.........................................................21.2.3冲压加工的应用.....................................................21.2.4冲压常用材料及选用.................................................31.2.5模具的概念及其作用和分类...........................................41.3冲压工序分类...........................................................51.4冲压变形的理论基础.....................................................51.4.1塑性变形、塑性与变形抗力的概念.....................................51.4.2塑性变形对金属组织和性能的影响.....................................61.4.3影响金属塑性及变形抗力的因素.......................................61.5冲压模具的设计流程及要点...............................................61.6本文研究的目的及其意义.................................................72冲压模具设计基础..........................................................82.1零件的工艺分析.........................................................82.2模具的总体工艺方案和结构设计...........................................83冲压工艺设计的计算.......................................................103.1修边余量的确定........................................................103.2毛坯尺寸的计算........................................................103.3落料模排样设计........................................................113.4落料模冲裁间隙的计算..................................................123.5拉伸模拉深次数和单面间隙确定..........................................133.6凹凸模圆角半径及粗糙度的确定..........................................134落料和拉深模具设计.......................................................154.1凹凸模尺寸的确定......................................................154.2落料模装配图及其零件图................................................154.2.1落料模装配图......................................................154.2.2落料模零件的设计..................................................164.3拉深含义及计算.......................................................194.4拉深模的装配图和零件设计..............................................214.4.1装备图的确定.......................................................214.4.2零件设计...........................................................215冲压力和压力中心.........................................................255.1压力中心..............................................................255.2落料模的冲裁工序力的压力中心..........................................255.3拉深模的拉深工序力和压力中心..........................................266结论和展望...............................................................276.1结论..................................................................276.2展望..................................................................27致谢.....................................................................27参考文献...................................................................29附录.....................................................................30轴承保持架冲压模具设计11绪论1.1冲压模具制造技术的现状及其发展方向1.1.1冲压模具的现状冲压技术是目前具有悠久历史的制造技术和加工方法。根据文献记载和各种考古文物证明,中国古代的冲压加工技术是走在世界之前的,对人类早期的文明社会的进步发挥了非常重要的作用,作出了重要贡献。目前,到本世纪10年代,冲压加工技术已经从一种从属于机械加工或压力加工艺的地位,发展成为一门具有自己的理论基础的应用技术科学。俄罗斯(从前苏联时期开始)就有各类关于冲压技术的学校。日本也有冲压工学之说。中国以前也有冲工艺学、薄板成形理论方面的教材及专著等。可以认为这一学科现现在已形成了比较系统的知识结构系统了。进入八九十年代,由于世界的各国经济飞速发展和国民生活水平大大提高,人们对家用电器、汽车、住宿条件等的需求的与日俱增,促进了冲压技术的快速发展,同时也就对模具技术提出了更高的要求。且由于电子计算机技术的广泛应用,让冲压技术理论得到了充分发展,也使冲压机械、模具设计及操作的自动化程度等,都迈上了一个更高的阶段。由此我们不难看出,计算机技术在当今模具设计制造技术中起着尤为关键的作用。改革开放以来随着国民经济不断的高速发展,冷冲压技术从最初的作坊式生产到现在的专业化模具工业生产,从无到有发展非常迅速。从我国的近20年发展来看,模具及模具加工设备市场需求潜力是巨大的,发展前景也是非常广阔的,市场对模具的需求量也在不断的变大。近年来我国的模具工业每年以15左右的增长速度不断的增大。模具工业企业的一切制成分也发生了宏达的变化,除了国有专业模具厂以外、个人、合资、独资和私营企业也渐渐发展起来,随着与国际接轨的脚步日益放慢,市场竞争的日益加剧,人们对模具的各种要求也不断的加大。可以说模具制造技术是用来衡量一个国家工业发展水平的重要标志。工业发达国家对冷冲压生产工艺的发展是很重视的,很多国家(包括英、美)已经将模具工业放在第一位其重要程度已经超过机床工业31。1.1.2冲压模具的发展方向随着计算机技术的发展和普及,冲压模具也基本实现了计算机化,在计算机辅助设计方面如今国内冲模企业也几乎甩掉了传统绘图板丢弃了落后的手工绘图。其中使用最多的是cad软件。抽高压模具的计算机化也是日益发展趋势下不可避免的4。中国冲压模具产品的质量和生产工艺水平,总体上比国际先进水平低许多,而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。所以冲压模具加工工艺和装备也是非常重要的。其对提高加工效率,确保模具精度,缩短交货周期有这重要的影响。则近些年来各种多轴数控机床,激光切割机床数控雕刻机床等等纷纷面世,这些设备在提高模具的数量,规模和制造能力上的作用是不可估量的5。近些年来先进的制造技术也越来越广泛的应用于模具行业,其中快速成形技术能够快速的制造出模具模型,其是依靠计算机的控制与管理由零件实物或模型直接驱动,采用材料精确堆积成复杂三维实体的原型或零件制造技术。还有快速模具技术,其利用RP技术成型功能零件尤其是金属模具或零件的一种方法。可以克服传统模具制作过程复杂、耗无锡太湖学院学士学位论文2时长、费用高等缺点。应用RP技术制造快速经济模具成为RP技术发展的主要推动力之一。这两种技术的采用将大大的推动模具行业的发展6。我国的模具产量位居世界第三,虽然其数量甚多但其质量与美德日这些模具大国相差是非常大的,其寿命只有他们的一半。可以说一般的工业大国也是模具制造大国。所以今年来我国的模具工业会更大的倾向于加大精密加工设备在模具中的应用的比重,扩大计算机辅助在模具设计中的普及率,还有扩大先进技术的使用范围。现今,冲压加工技术已发展成为了一种先进制造技术。当然冲压技术分为分离加工和成形加工两大类无论从理论上或实践上仍会不断向前发展。1.2冲压及模具的概念、特点及应用1.2.1冲压的概念冲压成形是指在压力机上通过模具对板料(金属或非金属)加压,使其产生分离或发生塑性变形从而得到一定形状,达到尺寸和性能要求的零件加工方法。其属于塑性加工方法之一,又称之为冷冲压或者板料冲压。其模具设计是冲压工艺的核心内容。冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将其材料批量加工成所需冲件的专用工具冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模批量冲压生产就很难以进行7。1.2.2冲压的特点冲压成形那个是一种先进的加工方法,其优点有1模具使用寿命长,生产成本低。2可以获得其他加工方法所不能加工或者难以加工的形状复杂的零件。3节约材料,一般冲压成形没有切屑碎料,通常情况下材料的650k一800k都可以充分利用到生产中,甚至加工大型零件的废料还可以被用来加工某些小型制件,故其成本低。4冲压加工的生产效率高,具体操作方便,易于实现机械化与自动化,其对操作人员的技能要求不高。5生产工件的尺寸较精确,其产品还具有高刚度,轻质量和低表面粗糙度等优点。6冲压加工的能耗较低,由于冲压加工是不需要加热的所以具有节能的优点。综上所述冲压的优点其实有很多,但其也有不足之处。比如由于模具设计成本高结构复杂,周期性长不益于工件的小批量生产。其冲压加工时噪音打振动大也是属于两种公害,还有操作的安全事故也时有发生,不过这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的,而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科技的进步这些问题也将会一一解决的8。1.2.3冲压加工的应用综合冲压所具有的优越性其应用也是非常广泛的,列如汽车中、航天、航空、电子、交通、化工、医疗等等。其深入到制造业的方方面面。其范围还在伴随着越来越先进的冲压技术越来越大,几乎整个行业都可以看到其身影。在生活中我们每个人与冲压工件也是形影不离的,我们所用到手的手表里面有三分之二的都是冲压件就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。综述上一节对冲压特点的描述我们不防把冲压的应用归述为以下五点1)以拉深为主。现如今大部分主要集中在汽车厂、拖拉机厂、飞机制造厂等大型厂,独立的大型冲压拉深厂还很少见。汽车行业零部件类冲压,主要是指冲剪成形。这些企业轴承保持架冲压模具设计3有许多都在标准件厂,也有一些独立的冲压厂,目前一些汽车厂戒拖拉机厂的周围都有许多这样的小厂9。2)电器元件的加工,电器件冲压件是一个新型产业,人们对电器的需求量越来越高,电器的发展也越来越好。3)家具冲压件。主要针对一些家具用品,如门、窗的弹簧、还有合页一些等等,这些家具冲压厂未来发展趋势也越来越大。全世界的钢材中,大部分是经过冲压来制成成品的。汽车的车身、油箱、散热器片、锅炉汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是通过冲压加工而成的的。仪器仪表、电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也是有大量冲压件的。4)冷冲压件一般加工再经切削加工,仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件。5)生产应用方面,冲压主要是按工艺分类,在现实生产中常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。在实际生产中,常用不冲压过程近似的工艺性试验,如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能,以保证成品质量和高的合格率10。1.2.4冲压常用材料及选用冲压生产中最常用的材料是金属材料(包括黑色金属和有色金属),但有时也用非金属材料。非金属材料只适宜于分离工序。冲压用金属材料的供应状态一般是各种规格的板料和带料。板料的尺寸较大,可用于大型零件的冲压,也可将板料按排样尺寸剪裁成条料后用于中小型零件的冲压带料(又称卷料)有各种规格的宽度,展开长度可达几十米,成卷状供应,适应于大批量生产的自动送料。材料厚度很小时也是做成带料供应。对于厚度在4mm以下的轧制钢板,根据国家标准GB/T708一1991规定,钢板厚度的精度分为A(高级精度)、B(较高级精度)、C(普通精度)三级。对优质碳素结构冷轧薄钢板,根据国家标准GB/T710一1991规定,钢板的表面质量可分为Ⅰ(特别高级的精整表面)、Ⅱ(高级的精整表面)、Ⅲ(较高级的精整表面)、Ⅳ(普通的精整表面)四组,每组按拉深级别又分为Z(最深拉深)、S深拉深、P(普通拉深)三级。冲压材料的选用要考虑冲压件的使用要求、冲压工艺要求及经济性等。一般情况按下列要求选用。1)按冲压件的要求合理选用材料,所选择的材料至少能在压力机上能正常使用,并能有一定的寿命。这样必须依靠所要完成的冲压件的条件,使所选材料能够满足强度,产量,寿命上的要求。2)按冲压工艺要求合理的选材,对于任何一种冲压件,要选择的材料必须要满足冲压工艺的要求,能够稳定地成形出不能开裂或起皱的合格产品,这是最基本同时也是最重要的选材要求。3按经济性要求合理选材,所选材料应该在满足使用性能和冲压工艺要求的前提下,尽量使材料的价格低廉,来源要方便,经济性要好,以降低冲压件的成本。无锡太湖学院学士学位论文41.2.5模具的概念及其作用和分类一般在不知道模具这个概念时,每个人对其都有不同的概念,我们生活中接触到的不同的模具产品让我们对其非常的好奇,对模具具有一种神秘感,其实模具实质上就是一种工具,是我们生产中的一种装备工艺。模具也有简单复杂之分这主要归根于我们对产品的要求。模具制造企业中有各式各样的模具,如用于汽车变速箱的压铸模,生产塑料的注射模,生产不锈钢餐具的冲裁模,挤压模等等。在我们的电子、汽车、电机、仪器、电器、仪表、家电和通信等产品中,其中大部分的零件都是依靠模具成型的。因为其用模具生产零件所表现出来的高精度、高复杂度、高一致性、高生产率、低消耗是其他加工方法所不能比拟的。用模具生产的零件的价值,往往是模具自身价值的几十倍,甚至上百倍,其利益也是巨大的。目前世界模具产品年产值约有600亿美元,日、美、德等工业发达的国家的模具工业产值早已经超过了其机床工业的产值。由1997年开始,我国模具工业产值也超过了机床工业产值。目前模具生产水平的高低还有技术的是否成熟已经用来衡量一个国家的产品制造能力高低的重要标志之一,在很大程度上甚至决定了综合国力的发展水平。模具在现今生产中的作用,可以概括为四点。1现如今的模具早已经成为高新技术的重要主成部分。列如我们每天使用的计算机外壳还有他的许多元器件的制造必须有精密塑料模具和精密冲压模具还有我们用的电话手机等等通信设备没有紧密模具的加工也是不行的。不仅仅电子产品如此,在航空领域也离不开精密模具技术的支持。可以说,现今许多高精度模具它本身就是高新技术产业组成的一部分。生产这些模具的企业已经被命名为高新技术企业。2模具工业也是高新技术产业化的重要领域之一。模具制造技术水平和模具工业的技术的提高离不开高新技术的支持。CAD/CAM等等作图软件在模具成形中的应用和快速制造技术的应用对模具的设计成形制造技术有着重要的改革。数控精密、高效的加工设备对模具的开发和模具制造水平的提高有不可估量的作用。敏捷制造、并行工程和虚拟技术高速加工等先进制造技术在模具工业中的应用也要有电子信息等高新技术嫁接,从而这样来实现模具高新技术的产业化11。3)模具工业作为装备工业的一个组成部分也是基础工艺装备,在装备工业中自然拥有其重要的地位。因为国民经济各产业部门中需要的装备的零件有很大一部分就是用模具做出来的12。模具也用于大量电子部门,好像一个人,不仅仅要有聪明的脑袋和灵敏的系统,还要有坚强的躯干和灵巧的双手和双脚来支持其完成任务。机械工业制造的装备一旦与电子信息技术嫁接,就如虎添翼。4)模具工业地位的重要,还在于国民经济的五大支柱产业其相适应,以满足五大支柱产业快速发展的需要。机械设备、电子汽车工业需要大量的模具,特别是轿车上的各种大型零件、电子产品上的精密塑料模具和冲压模具,目前模具不管在质量还有数量上都还不能满足这些支柱产业发展的需要13。从广义上讲模具可以分为两类1)有腔型的模具,如冲裁模,注射模。其通常被叫为模具。轴承保持架冲压模具设计52)无腔型的模具,如木模,仿型模。其被叫做模型。有腔型的模具,是通过型腔制造出产品没有型腔的模具,是通过仿型复制出产品,或通过它制造出型腔然后在制造出产品。通常所讲的模具市值第一种即有型腔的模具,而把没有型腔的模具称之为模型。一个有实质使用意义的模具,其重要的标志之一,就是具有重复使用性。现实生活中,常根据模具的结构,产品的属性,生产工艺条件等等。从多方面对模具进行分类,如冲模、塑料模、压铸模等等。1.3冲压工序分类冷冲压加工的零件,由于其形状、尺寸、精度要求、生产批量、原材料性能等各不相同,因此生产中所采用的冷冲压工艺方法也是多种多样,概括起来分为两大类,即分离工序和成形工序。分离工序是指板料在压力的作用下,其压力超过材料的抗剪强度,而沿一定的轮廓断裂成制件的工序,又称为冲裁。这段工序可以直接制造平板零件,也可以将已成形的工件从板料上切割下来,修边等等。成形工序是指板料在压力的作用下,其应力超过屈服强度(未达到抗剪强度)而产生的塑性变形,从而获得一定形状和尺寸的制件的工序。其包括弯曲、拉伸、拉形、施压等环节1514。工序顺序的安排可遵循下列原则1对于带孔的或有缺口的冲裁件,如果选用单工序模冲裁,一般先落料、再冲孔或切口。使用级进模时,则应先冲孔或切口,再落料。若工件上同时存在直径不等的大小两孔,且相距又较近时,则应先冲大孔再冲小孔。2对于带孔的弯曲件,孔位于弯曲变形区以外,可以先冲孔再弯曲。孔位于弯曲变形区附近或以内,必须先弯曲再冲孔。孔间距受弯曲回弹的影响时,也应先弯曲再冲孔。3对于带孔的拉深件,一般先拉深,再冲孔。但当孔的位置在工件的底部时,且其孔径尺寸精度要求不高时,也可先冲孔再拉深。4对于多角弯曲件,主要从材料变形和材料运动两方面安排弯曲的顺序。一般先弯外角后弯内角,可同时弯曲的弯角数决定于零件的允许变薄量。5对于形状复杂的拉深件,为便于材料的变形流动,应先成形内部形状,再拉深外部形状。6所有的孔,只要其形状和尺寸不受后续工序的影响,都应该在平板坯料上冲处。1.4冲压变形的理论基础1.4.1塑性变形、塑性与变形抗力的概念塑性变形是指物体在外力作用下会产生变形,若外力去除以后,物体并不能完全恢复自己的原有形状和尺寸。塑性是指物体具有塑性变形的能力称为塑性,塑性的好坏用塑性指标来评定。塑性指标是以材料开始破坏时的变形量表示,它可借助于各种试验方法测定。变形抗力是指在一定的变形条件(加载状况、变形温度及速度)下,引起物体塑性变形的单位变形力。变形抗力反映了物体在外力作用下抵抗塑性变形的能力。无锡太湖学院学士学位论文6其中塑性和变形抗力是两个不同的概念,通常说某种材料的塑性好坏是指受力后临近破坏时的变形程度的强弱,而变形抗力是从力的角度反映塑性变形的难易大小。如奥氏不锈钢允许的塑性变形程度大,说明它的塑性好,但其变形抗力也大,说明它需要较大的外力才能产生塑性变形。1.4.2塑性变形对金属组织和性能的影响金属受外力作用产生塑性变形后,不仅形状和尺寸发生变化,而且其内部组织和性能也将发生变化,这些变化可以归纳为以下四个方面1形成了纤维组织2形成了亚组织3产生了内应力4产生了加工硬化。1.4.3影响金属塑性及变形抗力的因素金属的塑性不是固定不变的,影响因素很多,主要有以下几个方面1金属的成分和组织结构,一般来说,组成金属的元素越少如纯金属和固体、晶粒愈细小、组织分布愈均匀,则金属的塑性愈好。2变形时的应力状态,金属变形时,压应力的成分愈多,金属愈不易破坏,其可塑性也就愈好。与此相反,拉应力则易于扩展材料的裂纹与缺陷,所以拉应力的成分愈大,愈不利于金属可塑性的发挥。3变形温度,变形温度对金属的塑性有重大影响。就大多数金属而言,其总的趋势是随着温度的升高,塑性增加,变形抗力降低(金属的软化)。4变形速度,变形速度是指单位时间内应变的变化量,但在冲压生产中不便控制和计量,故以压力机滑块的移动速度来近似反映金属的变形速度。一般情况下对于小型件的冲压,一般可以不考虑速度因素,只需考虑设备的类型、标称压力和功率等对于大型复杂件,宜采用低速成形(如采用液压机或低速压力机冲压)。另外,对于加热成形工序,变形速度比较敏感的材料(如不锈钢、耐热合金、钛合金等),也宜低速成形。5尺寸因素,同一种材料,在其他条件相同的情况下,尺寸越大,塑性越差。这是因为材料尺寸越大,组织和化学成分越不一致,杂质分布越不均匀,应力分布也不均匀。例如厚板冲裁时,产生剪裂纹时凸模挤入板料的深度与板料厚度的比值称为相对挤入深度比薄板冲裁时小。1.5冲压模具的设计流程及要点(1)确定冲模类型及结构形式根据所确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、模具制造条件、操作方便及安全的要求,以及利用现有通用机械化、自动化装置的可能,选定冲模类型及结构草图。(2)选择工件定位方式1工件在模具中的定位主要考虑定位基准,上料方式,操作安全可靠等因素。2选择定位基准时应尽可能与设计基准重合,如果不重合,就需要根据尺寸链计算,重新分配公差,把设计尺寸换算成工艺尺寸。不过,这样将会使零件的加工精度要求提高。当零件是采用多工序分别在不同模具上冲压时,应尽量使各工序采用同一基准。轴承保持架冲压模具设计73为使定位可靠,应选择精度高、冲压时不发生变形和移动的表面作为定位表面。4冲压件上能够用做定位的表面随零件的形状不同而不同,平板零件最好用相距较远的两孔定位,或者一个孔和外形定位。弯曲件可用孔或形体定位。拉深件可用外形、底面或切边后的凸缘定位。(3)选择卸料方式为了冲压后卡在凸模上、凸凹模上的制件或废料卸掉。将制件从凹模中推出来(凹模在上模)或顶出来(凹模在下模),以保证下次冲压正常进行。设计模具时,必须正确选择卸料方式和设计卸料装置。在选用压料、卸料装置的形式时,应考虑操作方式,即板料送进和定位是手动操作还是自动化操作。出料方式是上出料,还是下出料。压料、卸料装置根据冲压件平整度要求或料的厚薄来决定。一般情况对于冲裁较硬、较厚且精度要求不是非常高的工件,可选择刚性卸料方式。对于冲裁料厚度在1.5mm以下,且要求冲裁件比较平整的,可选择弹性卸料方式。对于弯曲、拉深等成形零件的卸料方式选择及卸料装置的设计,应考虑既不损坏成形部位,又能满足卸料要求的卸料装置。卸料装置设计的正确与否,直接影响工件的质量、生产效率和操作安全程度。4)进行必要的模具设计计算1计算模具压力中心。2计算或估算模具各主要零件(凹模、凸模固定板、垫板、凸模)的外形尺寸,并确定标准模架以及卸料橡胶或弹簧的自由高度等。3确定凸、凹模的间隙,计算凸凹模工作部分尺寸。(5)绘制模具总图和非标准零件图根据上述分析,计算及方案论证后,绘制模具总装配图及零件图。1.6本文研究的目的及其意义综合运用和巩固机械设计相关课程的基本理论和专业知识,培养从事模具设计与机械设计的初步能力,为实际工作打下良好的基础。培养分析问题和解决问题的能力。经过该设计环节,应该能全面理解掌握冲压工艺,模具设计以及制造等相关机械设计的内容。掌握模具设计的基本方法以及步骤,还有模具零件所常用加工方法和工艺规程的编制,模具装配总工艺的制定。能够独立解决在制定冲压工艺中的规程,设计冲模的结构、编制模具零件加工工艺规程中出现的问题。会查阅技术文献和资料,以完成从事冲压技术工作的人员在模具设计与制作方面所必须具备的基本能力训练。培养认真负责、踏实细致的工作作风和严谨科学态度,强化质量意,识的时间观念,养成良好的职业习惯。工业发展水平的不断提高,工业产品更新速度加快,对模具的要求越来越高,因此我们必须意识到,对模具设计的研究的目的和意义在于能够很好的认识模具工业在国民经济中的地位的重要性。无锡太湖学院学士学位论文82冲压模具设计基础2.1零件的工艺分析冲压所用的材料,不仅要满足冲压件的使用要求,还应满足冲压工艺的要求和后续加工(如切削加工、电镀、焊接等)的要求。冲压工艺对材料的基本要求主要是1具有良好的冲压成形性能,对于成形工序,为了有利于冲压变形和冲压件质量的提高,材料应具有良好的冲压成形性能,即应具有良好的塑性。对于分离工序,只要求材料有一定的塑性,而对材料的其他成形性能指标没有严格的要求。2具有比较高的表面质量,材料的表面应光洁平整,无氧化皮、划伤、分层等缺陷。因为表面质量比较好的材料,成形时是不易破裂的,也不易擦伤模具的,冲件的质量也是不错的。3材料厚度的公差应该符合国家标准的,因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料,若材料的厚度公差太大,不仅直接影响冲件的质量,还可能导致模具或压力机的损坏。冲压模具按加工要求的不同分为冲裁,拉深,弯曲和成形模。冲裁模,也称之为冲剪,就是将板料沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。其中冲裁是冲压中最基本的冲压工艺,所有的冲压零件都要经过冲裁这一工序。而往往为了方便我们通常将冲裁工艺和其他工艺一起使用,使我们的零件一次性成型。所以冲裁模按工序组合一般可分为单工序冲裁模,连续冲裁模,复合冲裁模。如图2.1此为本论文所需要讨论其模具制造的零件。图2.1零件图如图2.1技术要求材料Q235,Rm320MPa。本文筒形轴承保持架。其结构简单,材料为Q235钢,是一种低碳钢,可塑性还好硬度不大。为了保证轴承工作时所要求的强度以及刚度,此工件需板厚为2.9mm的钢板加工而成。2.2模具的总体工艺方案和结构设计从零件的外形来看有两套方式来完成此零件的制作。如下冲裁拉深两套模具成形落料拉深复合模具一次性成形。由于考虑到此工件需要2.9mm厚的板料制造。其板料较厚对复合模具的凹凸模损害较大,会影响凹凸模的强度,又因为复合模具制造精度高,成本高,制造周期性长。这样从轴承保持架冲压模具设计9经费和生产时间考虑不适宜由复合模具完成。那么此零件便由两个单工序模具来完成,单工序模具简单,制造周期短,其也有一定的通用性,所以对于本产品的设计要求也是完全符合的。本文将会采用冲裁拉深两道工序来完成零件加工,接下来将是对这两套模具的设计。其中落料模具是后式有向导式冲裁模,其中导柱和导套连接上模座和下模座,使凹凸模的间隙不变。其中拉伸模是用无压边圈式拉深模其结构简单便于安装,制造周期也小。已知需要两套模具将对两套模具的结构进行分析(1)落料模,考虑到此零件的批量生产,要求模具的寿命要长,凹凸模之间的冲裁间隙要得到保证所以选用导柱式单工序冲裁模。该模具的上下模座通过导柱导套向导,不宜偏差。该模具的工作零件为凹、凸模定位零件为导料板卸料零件为固定卸料板导向零件为导柱导套连接固定类零件为模柄、上下模座还有凸模固定板。(2)拉伸模,考虑到板料厚度2.9mm,塑性较好在拉伸的过程中是不易起皱的。零件/tD值较小,则拉深模不采用压边装置。该模具的工作零件为凹、凸模定位零件是定位板连接固定零件时模柄、上下模、凸模固定板。对于精度落料模的毛坯为圆形,一般圆形件可按IT6、IT7级,通过查询标准公差表其凸、凹模公差为0.022、0.035。拉深模按IT10级取值。卸料方案落料模,板料的定位分为横向和纵向两种。这里选择横向,横向只需要保证条料的送进方向。所以只需要用导料板,使条料能够顺利不偏差的前进。落料模的卸料主要是出去紧箍在凸模上的条料或者制件。这里采用固定卸料板,其卸料力大,可以用于厚度较大的零件。同时本文落料的方式是向下,毛坯从凹模的型腔内落下,固采用固定卸料板。拉深模的定位主要是将落料下来的半成品地位,所以只要用一个外形定位板,把毛坯直接放进定位板上面的孔,然后凸模落下进行拉深。压力机方面压力机规格的选择主要依据冲压件尺寸、变形力大小及模具尺寸等。初选压力机时主要选择压力机的公称压力、行程次数等参数,闭合高度要在模具零件设计完成后,进行必要的校核在确定具体尺寸。一般选取所计算的1.8倍。冲压设备规格的确定1选择的压力设备的类型需要根据要完成的冲压工艺来确定以及生产批量的大小,冲压件的几何尺寸和精度要求等。一般情况中小型部裁件,采用开式机械压力机。中型冲压件生产一般采用闭式结构形式的机械压力机。2规格的确定一般根据冲压设备部的压件的尺寸模具的尺寸和冲压力来确定。一般情况所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力。压力机闭合高度应与冲模的闭合高度应该相适应,就是冲模的闭合高度应该介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度两者之间。压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸,并且要大点。无锡太湖学院学士学位论文103冲压工艺设计的计算3.1修边余量的确定由于材料的各向异性以及拉深时金属流动条件的差异,拉深后工件口部不平,通常拉深后需要切边,因此计算毛坯尺寸时应在工作高度方向上增加修边余量。考虑到拉深中要确定修边余量,这样会影响我们一开始对毛坯大小的计算所以这里应该先确定下来,修边余量可以由hd值查表确定。24.9558.20.4290.5hd(3.1)其中h为零件的整体高度d为零件的中径。由于其值小于0.5,查表则可以不需要修边余量。3.2毛坯尺寸的计算本文为直筒型拉深件,属于简单的拉深件,可以根据表面积相等的原则,可得面积为2D4A(3.2)则拉深毛坯直径为nii14a4AD(3.3)ia为各个简单形状的表面积,部分计算公式可查表。如图3.1的零件,其为简单的拉深件,可以通过表面积不变的原则计算冲裁毛坯尺寸。将零件分为三个部分来计算,如图5分段。图3.1零件分段2hd3.1458.2224020.456asmm(3.4)2r41.53.1453.862.35517441222bsdrmmπ(3.5)222r58.223.142272.13csmm(3.6)三部分的总面积26.6704mmsssAcba(3.7)轴承保持架冲压模具设计11毛坯直径mmAD93836.85404(3.8)确定毛坯直径为93mm。3.3落料模排样设计排样其实就是冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样能够提高材料利用率、降低成本,保证冲件质量及提高模具寿命。排样设计的原则1提高材料利用率,当然要在不影响性能的前提下2改善操作性。要考虑工人操作方便、安全降低劳动强度,比如减少条料翻动次数等3保证冲裁件质量。材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比,它是衡量合理利用材料的经济性指标。如图利用率公式100BSA(3.9)如3.2图所示图3.2排样示意图本文采用少量废料排样,这样不会损害凹凸模的寿命也能保证材料的利用率。冲裁件之间,冲裁件与条料侧边的工艺废料称为搭边。其值过大就浪费材料,过小就起不了作用,条料易被拉断,降低模具的寿命。其值的大小通常是由经验确定的,当然也可以由表所得。对于落料圆半径大于其厚度两倍的落料圆,根据其厚度可以查表,取工件间1a为1.8,侧边a为2.5,如下图3.4为本文所要的排样图。图3.3排样图无锡太湖学院学士学位论文123.4落料模冲裁间隙的计算凸模与凹模工作部分的尺寸之差称为间隙。冲裁模间隙都是指的双面间隙。间隙值用字母Z表示。如图3.4显示ATZDD(3.10)式中Z冲裁间隙,单位为mmAD-凹模尺寸,单位为mmTD凸模尺寸,单位为mm。图3.4单面间隙冲裁间隙对冲裁件的影响,如图3.5图3.5冲裁间隙由冲裁变形过程的分析可知,冲裁时上下裂纹不一定从两刃口同时发生。冲裁间隙值的大小对冲裁时上下裂纹的重合与否有直接的影响。模具间隙合理时,凸模与凹模处的裂纹(上下裂纹)在冲压过程中相遇并重合,此时断面如图3.5(b)所示,其塌角较小,光面所占比例较宽,对于软钢板及黄铜约占板厚的三分之一左右,毛刺较小,容易去除。断面质量较好所示,上下裂纹未重合部分的材料将受很大的拉伸作用而产生撕裂,使塌角增大,毛面增宽,光面减少,毛刺肥而长,难以去除,断面质量较差。间隙过小时,凸模与凹模刃口处的裂纹较合理间隙时向外错开一段距离。如图3.5a所示,上下裂纹中间的一部分材料,随着冲裁的进行将进行二次剪切,从而使断面上产生二个光面。并且,由于间隙的减小而使材料受挤压的成分增大,毛面及塌角都减少,毛刺变少,断面质量最好。因此,对于普通冲裁来说,确定正确的冲裁间隙是控制断面质量的一个关键。本文冲裁件板料厚度为2.9mm,所选取的零件材料为Q235,通过其厚度和材料的软硬来查询冲裁模刃口初始间隙表。经过查表minZ为0.35,maxZ为0.41。此给出的minZ为最小合理间隙,maxZ是在考虑minZ的基础上加上一个数值。同时验算是否满足minZct。(3.11)

注意事项

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