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板料
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冲孔
复合
模具设计
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工艺
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摘 要
本文阐述了冲压复合模的结构设计及工作过程,通过工艺分析,采用落料冲孔工序,通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算,确定模具类型。该模具采用后侧导柱模架,左右两边的导柱和导套采用同一型号。落料凹模采用整体结构,废料从凸凹模的开槽中卸出。本模具性能可靠,运行平稳,提高了产品质量和生产效率,降低劳动强度和生产成本。
关键字:冲压;落料冲孔;复合模;模具结构
目 录
课程设计(论文)的主要内容及基本要求 2
摘 要 3
第一章、绪 论 1
第二章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定 2
2.1.材料分析 2
2.2.冲裁件的结构工艺性 2
2.3.冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 2
2.4.冲裁方案的确定 2
第三章、排样图的设计及材料利用率的计算 4
3.1.排样的设计 4
3.2.搭边的选取 5
3.3.材料利用率的计算 6
第四章、冲裁工艺力的计算 7
4.1.冲裁力的计算 7
4.1.1.冲裁力的计算公式 7
4.2.卸料力、推件力、和顶件力的计算 7
4.3.冲压压力中心计算 8
第五章、冲压设备的选择 11
5.1.冲压设备选择 11
第六章、冲裁模工作部分设计计算 12
6.1.冲裁间隙 12
6.2.模具刃口尺寸的计算 12
6.2.1.落料部分刃口设计计算 13
6.2.2.冲孔部分刃口设计计算 14
6.2.3.孔心距的计算 14
第七章、卸料零件计算 16
7.1.卸料树脂的选择 16
第八章、主要零部件设计 17
8.1.落料凹模设计 17
8.1.1.落料凹模刃口形式 17
8.1.2.落料凹模外形和尺寸的确定 18
8.1.3.落料凹模的结构形式 18
8.2.凸凹模设计 18
8.2.1.模具的结构形式和固定方法 18
8.2.2.凸凹模长度的确定 18
8.2.3.凸凹模结构设计 19
8.3.冲孔凸模 19
8.3.1.冲孔凸模的固定形式 19
8.3.2.凸模强度校核 19
第九章、标准件的选择 20
9.1.模架及模柄的选择 20
9.2.凸模固定板及垫板的选择 20
9.3.模具闭合高度的校核 20
9.4.卸料螺钉 21
9.5.螺钉及销钉的选择 21
总 结 22
参考文献 23
第一章、绪 论
我国考古发现,早在2000多年前,我国已有冲压模具被用于制造铜器,证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年,长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间,该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后,目前我国已形成了300多亿元(未包括港、澳、台的统计数字,下同。)各类冲压模具生产能力。
改革开放以来,随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。近年来,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”;广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心;中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到1~2μm,寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模,大尺寸(φ≧300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。











- 内容简介:
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1 学 院 课 程 设 计(论 文)说 明 书 题 目 倒装 复合模设计 学 生 系 别 专 业 班 级 材料成型 及控制工程 学 号 指 导 教 师 第一章 绪论 2 课程设计 (论文)的主要内容及基本要求 内容: 如图所示的零件, ( 1)生产批量:大批量 ,年产量 ; ( 2)材 料: ( 3)材料厚度: t= 3 摘 要 本文 阐述了冲压复合模的结构设计及工作过程,通过工艺分析,采用落料冲孔工序,通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算,确定模具类型。该模具采用 后侧 导柱模架,左右两边的导柱和导套采用 同一 型号。落料凹模采用 整体 结构,废料从凸凹模的开槽中卸出。本模具性能可靠,运行平稳,提高了 产品质量和生产效率,降低劳动强度和生产成本。 关键字: 冲压;落料冲孔;复合模;模具结构 目 录 课程设计(论文)的主要内容及基本要求 . 2 摘 要 . 3 第一章、绪 论 . 1 第二章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 第三章、 排样图的设计及材料利用率的计算 . 4 . 4 . 5 . 6 第四章、冲裁工艺力的计算 . 7 . 7 . 7 件力、和顶件力的计算 . 7 . 8 第五章、冲压设备的选择 .压设备选择 .六章、冲裁模工作部分设计计算 . 12 . 12 . 12 . 13 . 14 . 14 第七章、卸料零件计算 . 16 . 16 第八章、主要零部件设计 . 17 . 17 . 17 . 18 . 18 . 18 . 18 . 18 . 19 . 19 . 19 . 19 第九章、标准件的选择 . 20 . 20 . 20 . 20 . 21 . 21 总 结 . 22 参考文献 . 23 1 第一章 、 绪 论 我国考古发现,早在 2000 多年前,我国已有冲压模具被用于制造铜器,证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。 1953年,长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间,该厂于 1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于 20世纪 60年代开始生产精冲模具。在走过了 漫 长的发展道路之后,目前我国已形成了 300多亿元(未包括港、澳、台的统计数字,下同。) 各类冲压模具生产能力。 改革开放以来,随着国民经济 的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。近年来,模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”;广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心;中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达 50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到 12 m,寿 命 2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到 m 的精冲模,大尺寸( 300冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 2 第二章 、 冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定 冲裁材料为 文献 1 :属于 普通碳素钢 ,屈服点 s=240拉强度 b=400伸率不小于 25, 抗剪强度 =310塑性好,焊接性好,适合冲裁。 冲裁件的结构形状应尽可能简单、对称、避免 复杂形状的曲线,在许可的情况下,把冲裁件设计成少、无废料排样的形状,以减少废料,矩形孔两端宜用圆弧连接,以利于模具加工。 冲裁件凸出或凹进的部分不能太窄,尽可能避免过长的悬臂和窄槽,如图 2示。最小宽度 b 一般不小于 冲裁材料为高碳钢, b 2t, 当材料厚度 铝合金 紫铜 黄铜 : 表 42。 卸料力系数 K 卸 在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 冲裁时,所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和,这些力在选择压力机时是否要考虑进去,应根据不同的模具结构区别对待。 采用刚性卸料装置和下出料的冲裁模的总压力为 F F F总 冲 推( 4 采用弹性卸料装置和下出料的总压力为 F F F F 总 冲 卸 推( 4 采用弹性卸料装置和上出料方式的的总压力为 F F F F 总 顶冲 卸( 4 式( 4( 4( 4自文献 2 因为工件厚 对较薄,卸料力也比较小,故采用弹性卸料装置上出料方式,总冲压力 F 总 =F 冲 +F 卸 +F 顶 =压压力中心 计算 冲裁时的合力作用或多工序模各工序冲压力的合力作用点,称为模具压力中心。如果模具压力中心与滑块的压力中心不一致,冲压时会产生偏载,导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损,降低模具寿命和压力机的使用寿命。 计算压力中心时,如图 4示。为了减少计算,坐标设在12此时1x=0,12y=0,可少算两个数。 将 标系建立在图示的对称中心上,将冲裁轮廓线按集合 9 图形分解为 10段基本线段 。若选用 床,模柄孔 40, 压力中心 点仍在压力机模柄孔投影面积范围内,满足要求。有关计算如表 4 其计算公式如下: 1 1 2 2 n 11 2 x l x l l l l =0 ( 4 1 1 2 2 n 11 2 y l y l l l l =0 ( 4 式 ( 4( 4自文献 2 式中 各图形冲裁力的 各图形冲裁力的 1l、2l 各图形冲裁周边长度( 由于外形两边基本对称,所以只需要单独计算冲孔在整个模具中的压力中心。 冲孔 t b,得 10 1 380=10 冲孔 t b,得 10 1 380=3 外形 t b,得 1 380=1 轴的力臂 轴的力臂 15 轴的力臂 轴的力臂 5 轴的力臂 轴的力臂 根据合力距定理: 23) /( 2+) 23) /( 2+) 轴的力臂; 轴的力臂; 所以该模具的压力中心为( 0,0)。 11 第五章 、 冲压设备的选择 考虑到制件的精度要求,参考文献 2选 力机,其主要技术参数如下: 公称压力: 400板厚度: 80块行程: 100大封闭高度: 300闭高度调节量: 100作台孔径(前后左右): 350450柄孔尺寸(直径深度): 507012 第六章 、 冲裁模工作部分设计计算 冲裁间隙是冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙单边间隙用 双边间隙用 间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大,是冲裁工艺与模具设计中一个极其重要的工艺参数。 确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。 一般直接采取查表的方法,直接明了。 本模具所冲裁的材料为 料厚度为 表得:冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度,合理的间隙的数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此,正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务之一。 (一)计算原则 由于凸、凹模之间存在间隙,所以冲裁件断面都是带有锥度的,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用过程中,落料件是以大端尺寸为 基准,冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中,凸、凹模要与冲裁零件或废料发 生摩擦,凸模越磨越小,凹模越磨越大,结果使间隙越用越大。因此,在确定凸、凹模刃口尺寸时,必须遵循下述原则: ( 1)落料模先确定凹模尺寸,其标称尺寸应取接近或者等于制件的最小极限尺寸,以保证凹模磨损到一定尺寸范围内,也能冲出合格制件,凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。 ( 2)冲 孔 模先确定凸模刃口尺寸,其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺寸,以保证凸模磨损到一定尺寸范围内,也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。 (二)计算方法 模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有 关,基本上可分为两类。 凸、凹模分开加工,是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件,为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间隙不仅凸、凹模分别标注公差(凸模p, 凹模d),而且要求有较高的制造精度, 13 以满足如下条件 m a x m i Z ( 6 或取 m a x m i 4 ( )p ( 6 m a x m i 6 ( )d 也就是说,新制造的模具应该是m i n m a Z , 如图 6示。否则制造的模具间隙已超过允许的变动范围影响模具的使用寿命。 对于冲制件形状复杂或薄板制件的模具 ,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)作为基准件,然后根据此基准件的实际尺寸,配作凹模(或凸模),使他们保持一定距离。因此,只需在基准件上标注尺寸及公差,另一件只标注标称尺寸,并注明“尺寸按凸模(或凹模)配作,保证双面间隙”。这样。可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制,制造容易,并容易保证凸、凹模间的间隙。 由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同,凸模和凹模磨损后,尺寸变化趋势不同,所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同。 应以凹模为基准件,然后配做凸模。 图示为落料件,先做凹模,凹模磨损后,(图 6刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。因此凹模尺寸应按不同情况分别计算。 凹模磨损后尺寸变大(图中 计算这类尺寸,先把工件图尺寸化为 ,再按落料凹模公式计算 : 0() x ( 6 上式引自文献 22 式中 凹模刃口尺寸( A 工件标称尺寸( 工件公差( d 凹模制造偏差( d= /4。 14 落料凹模尺寸: =; =; =; 该零件落料时凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制,保证双面间隙值7 本设计中取 落料凸模尺寸: =56 =36 = 由于冲出的孔形状简单,所以凸模与凹模分开加工。 由文献 2 文献 2模的制造公差: d=p=mm /2=( 1照 x=工件公差 = 冲孔凸模尺寸: )+ /4 =00 +孔凹模尺寸: Z)4 =10+2 15 /8 ( 6 上式引自 由文献 22。 凹模孔心距的标称尺寸( L 工件孔心距的标称尺寸( 工件孔心距的公差, = /8= 11 /8 =( 30 ) 0 16 第 七 章 、 卸料零件计算 脂 的选择 因为工件料厚为 对较薄,卸料力也比较小,故采用弹性卸料。根据卸料力 5720N 采用 4 个 弹簧 ,此时每个弹簧担负的卸料力为约 1430N。 冲裁时卸料板的工作行程 t+1=2;考虑凸模的修模余量 树脂 的预压量为 树脂 总压缩量为 H 总 =h1+h2+h3= 虑卸料的可靠性,取 树脂 在预压量为 330选 树脂 直径d=20作极限负荷 800N;自由高度 0 作极限载荷下弹簧的变形量 .3 17 第 八 章 、 主要零部件设计 凹模的设计是模具设计一项很重要的工作 。 凹模刃口通常有如图 9 图 9模的刃口形式 图 a 的特点是刃边强度较好该刃口形式的特点是刃边强度较好,刃磨后工作部分尺寸不变 ,但洞口易积存废料或制件 ,推件力大且磨损撒 ,刃磨时磨去的尺寸较多。一般刃磨后工作部分尺寸不变,但洞口积存废料或制件,推件力大且磨损大,刃磨时磨去的尺寸较多。一般用于形状复杂和精度要求较高的制件 ,对向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。 图 b 的特点不易积存废料或制件 ,对洞口磨损及压力很小 ,但刃边强度差。且刃磨后尺寸稍有增大 ,不过由于它的磨损小 ,这种增大不会影响模具寿命。一般适用于形状较简单、冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况 。 图 c、 b 相似 ,图 图 图 e 与图 适用于上出件或上出料的模具。 图 f 适用于冲裁 凹模不淬火或淬火硬度不高( 35 40 18 采用这种形式可用手锤打斜面以调整间隙,直到试出满意的冲裁件为止。 考虑到本模具的出件方式和精度要求,此落料凹模采用直刃口形式。 圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准件中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂,目前还不能用理论计算方法确定,一般按照 经验公式概略地计算,如 8 凹模高度 H= ( 15凹模壁厚 c(2)H( 30 40 式中 b 冲压件最大外形尺寸 K 系数,考虑板材厚度的影响,其值可查文献 2 上述方法适用于确定普通工具钢经过正常热处理,并在平面支撑条件下工作的凹模尺寸。冲裁件形状简单时,壁厚系数取偏小值,形状复杂时取偏大值。用于大批量生产的凹模,其高度应该在计算结构中增加总的修模量。 根据本模具情况,查得 K=模高度 H=56=15于大批量生产,考虑到总的修模量,凹模厚度 0 由于该冲模形状 简单 ,考虑到凹模内孔加工 比较简单 , 可以采用凹 模 整体的结构形式 , 这样便于成形磨削,使制造简单化, 模具的装配比较 容易 。 凸凹模是本模具中相当重要的工作零件,是完成冲压工作的主要零件。圆形凸模已趋于标准化。非圆形凸模固定部分应做成圆形或矩形,如果采用线切割或成型磨削时,固定部分应和工作部分一致。 凸、凹模的固定形式有以下几种方式:直接固定在模板上;台阶固定,螺栓压紧;铆接,凸模上台阶,装配时端面铆开然后磨平;采用紧固配合固定;粘接剂浇注法固定;螺钉、销钉固定。 由于凸凹模落料部分具有复杂外形和较大的断面积,所以模具采用 螺钉与下模板连接。 凸模上无台阶,装配时上面铆开然后磨平,这种形式适用于形状较复杂的零件,加工凸模时便于全长一起磨削。 19 凸凹模的长度一般是根据结构上的需要确定的, 凸凹模长度 L=h1+h2+t+a 式中 固定板厚 度( 卸料板厚度( t 材料厚度( ,t= a 附加长度,它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度级凸模固定板与卸料板的安全距离等。这一尺寸如无特殊要求,可取 10 25 固定板厚度 15料板厚度 15凹模长度为 L=15+15+8=50取凸凹模长度为 不需要进行强度核算以及抗弯能力和承压能力的校核。 由于凸凹模同时起到落料凸模和冲孔凹模的作用,并且也肩负着排除废料的责任 。 凸凹模的材料选择 60。由于所冲的孔 为 圆 孔 ,而且都不属于需要特别保护的小凸模 ,如此 一方面加工简单,另一方面又便于装配和更换。 由于冲孔凸模结构简单, 圆孔的冲孔凸模采用台阶式, 凸模与固定板用 H7/面留有台阶。 腰孔冲孔凸模采用 台阶固定, 过盈配合的方式,与固定板配合,过盈量为 1)一般情况下,凸模的强度是足够的,没有必要作强度校核。但对于特别细长的凸模或小凸模冲厚而硬的材料时,必须进行凸模承压能力和抗纵向弯曲能力的校验。 20 第 九 章 、 标准件的选择 参考文献 6: 择 侧 导柱模架如图。 L=250B=205用最小闭合高度 159大闭合高度 185柱孔距 S=180模板厚30模板厚 40料 按 择 120 压入式模柄。材料 45#。 图 10侧 导柱模架 考虑到模架的规格以及凸凹模的周界尺寸,参考文献 4择 6014015固定板作为凸凹模 和冲头 的固定板,材料 45#。 模具的闭合高度应为上模板、下模板、凸凹模、凹模、固定板、 上下 垫板等厚度的总和。即 0H=( 30+8+45+50+8+4079考虑凸模进 入凹模的深度。根据生产现场调整,可略有增减,以制件完全分离为准。 所先压力机的闭合高度00mm, 30000 所以不能 满足m a x 0 m i 0H m m H H m m ,调试模具时下模需要增加等高铁或者垫板。 21 按照 d=6的圆柱头卸料螺钉 65 柱长 L=60 卸料螺钉 窝深应满足 H卸料板行程 +螺钉头高度 +修模量( 5+安全间隙( 26 =+
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