落料模液压模翻边模和卷边模冲压模具毕业论文.doc

摘 要 随着科学技术的发展 对压铸件产品的安全性和造型美观的要求不断提高 根据使用的不同 对零件的质量评价有所不同 如何生产出高质量的零件 对 节约材料 能源和提高经济效益都有很大的意义 分析了灯罩这种形状复杂 壁薄零件的结构特点 针对压铸中易形成裂纹 拉伸不足等缺陷的工艺特性 在根据理论分析的要求和数据的基础上运用Sol idworks软件进行三维实体造型 并对未知的尺寸进行规定 然后利用这个三维 实体计算零件的质量 在Solidworks软件中根据零件的质量来设计出的预定厚 度的圆形坯料板材直径 根据所得的直径来确定原始坯料的一些尺寸 为后续 的设计和研究提供一定的依据 同时利用Solidworks软件或其它三维软件对冲 压模型可行性进行分析和设计 利用软件进行灯罩成型模的相关模具设计 通过运用Solidworks软件 同时结合逆向造型的方法来设计相对应的模具 为了实现零件的成型 本人利用Solidworks软件设计四副模具 分别设计落料 模 液压模 翻边模和卷边模 使原材坯料经过以上四副模具的加工来得到所 要求的零件 研究成果是得到四副模具三维模型和相对应的二维CAD图尺寸图 结论是得 到所设计的零件的四副模具的相关数据 如果在实际生产中 可能运用的话 再添加其它相关的数据 可以成批生产 最后 对本次的模具设计进行总结 关键词 落料 液压 翻边 卷边 Abstract With the development of science and technology Die casting products for safety and aesthetic shapes rising According to different use Evaluation of the quality of parts are different How to produce high quality parts to save materials energy and increase economic efficiency has great significance Analysis of the complexity of the shade of such a shape thin walled parts of the structural characteristics Easy for die casting in the formation of cracks lack of defects in the tensile properties of the process and in accordance with the requirements of theoretical analysis and data based on the use of Solidworks 3D solid modeling software and the provisions of unknown size Then calculated using the three dimensional entities the quality of parts in accordance with Solidworks software to design parts of the quality of the target plate thickness the diameter of the circular blank According to the original blank diameter to determine the number of dimensions for the design and follow up to provide a basis for research At the same time the use of Solidworks software or other three dimensional software model of the stamping feasibility analysis and design use of software related to shade Mold mold design Through the use of Solidworks software combined with the method of reverse modeling of the corresponding mold design molding parts in order to achieve I use Solidworks Mold Design four molds respectively blanking die design hydraulic mold flanging and crimping die mold so that the original material for more than four blank mold after processing to get the required parts Research results are three dimensional models of four molds and the corresponding size chart diagram of two dimensional CAD Conclusion is designed by four mold parts of the relevant data if in the actual production may be used then add other relevant data can be mass produced Finally the die design of this summary Keywords Blanking Hydraulic flanging Crimping 目 录 摘 要 Abstract 第一章 绪论 1 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 2 铝挤压材工业的发展现状 1 1 3 该行业的其它相关零件的研究 2 1 3 1 薄壁深锥零件的拉伸成形方面的研究 2 1 3 2 铝锅冷挤压工艺及模具等类似产品的设计 2 1 4 本论文研究的基本内容及拟解决的主要问题 3 第二章 总体方案的设计 5 2 1 设计要求 5 2 2 设计分析和流程 5 2 3 对模具结构和机构工作原理的解说 8 2 3 1 对冲裁落料模工作过程和原理的解释说明 8 2 3 2 对液压模工作过程和原理的解释说明 8 2 3 3 对翻边模工作过程和原理的解释说明 9 2 3 4 对卷边模工作过程和原理的解释说明 9 第三章 落料模的设计 10 3 1 工艺分析计算 10 3 1 1 工件的排样方案 10 3 1 2 工艺力计算和压力机选择 12 3 1 3 对模具工作部分尺寸计算 13 3 2 模具零部件的设计计算 14 3 2 1 凹模的设计计算 14 3 2 2 选择标准模架 15 3 2 3 凹模和下模座的关联设计 15 第四章 液压模的设计 25 4 1 设计拉深件时应遵循的原则 25 4 2 设计拉深件时 对拉深件厚度不均匀现象的考虑 26 4 3 确定拉深件的尺寸精度 27 4 4 利用 SOLIDWORKS对于其它相关尺寸的确定 28 4 5 液压拉深成形 29 4 6 用 SOLIDWORKS设计液压成型模 31 4 6 1 工艺分析计算并选择模具结构形式 31 4 6 2 模具零部件的设计计算 33 4 7 装配图模型 36 第五章 翻边模的设计 37 5 1 工艺分析计算并选择模具结构形式 38 5 1 1 计算毛坯 38 5 1 2 验算拉深系数 39 5 1 3 计算成型力并选用压力机 39 5 1 4 对于模具的关键运作部分的设计说明 41 5 2 模具零部件的设计计算 41 5 2 1 翻边凹模的设计 41 5 2 2 凹模套环的设计 42 5 2 3 凸模的设计 42 5 2 4 模具的其它零部件的设计 43 5 3 模具组装 43 第六章 卷边模的设计 44 6 1 工艺分析计算并选择模具结构形式 44 6 1 1 计算毛坯 45 6 1 2 弯曲力的计算 46 6 1 3 计算成型力并选用压力机 46 6 1 4 对于模具的关键运作部分的设计说明 48 6 2 模具零部件的设计计算 49 6 2 1 卷边凹模的设计 49 6 2 2 凹模套环的设计 50 6 2 3 凸模的设计 51 6 2 4 模具的其它零部件的关联设计 52 6 3 模具组装 54 第七章 总结和展望 55 参考文献 56 致 谢 57 附 录 58 第一章 绪论 1 1 课题研究的目的和意义 全国数家家具企业在灯罩的加工中还是采用传统的以塑料位原材料的工艺 进行生产 存在着 三低 材料利用率低 设备效率低及生产率低 和 二高 劳动强度高及制品成本高 等严重缺点 人们逐渐走上了健康 快乐 充满新 意的现代化室内装潢 铝制灯罩代替塑料灯罩明显不断扩大 与塑料灯罩相比 铝制灯罩不仅是使用寿命长 还具有自身重量轻及外形色泽美观等特点 在我国已加入世界贸易组织的形势下 各种型号铝制灯罩的产量及价格不 能满足灯具行业中剧烈竞争的要求 为了改革工艺 提高制品质量及生产效率 改善工人的劳动条件及降低制品成本 经研究表明 铝制灯罩采用冷挤压方法 是一种行之有效的 具有高质量 高精度 高产量 低消耗 低投资及低成本 等优点 该冷挤压技术的出现 对灯具行业的大批量生产是一场革命 冷挤压技术是一项少 无切屑的金属塑性成形工艺 生产实践表明 采用 冷挤压工艺代替其它加工方法 可以明显提高制件的表面质量 在机加工时节 约材料 大大提高了生产率 达到降低制品成本的目的 1 目前 中国铝挤压工业中小的挤压企业还是多了些 单位企业的生产能力 比大多数工业发达国家的小得多 还有相当大的调整空间 尽管国外铝挤压生 产能力大量过剩 但中国铝挤压材还是有相当大的国外市场待开发 如果在出 口中材料性能的均匀性与稳定性差一些 交货期就不能完全得到保证 运输过 程中破损率也会大一些 使高附加值产品比例较小 2 可见铝材板料拉伸成型行业还有很大的提升和发展空间 需要更多的科学 技术和实践试验 对此方面的课题研究是相当有意义的 越来越多的生活用品 考虑到使用铝板冲压成形 铝制用品也受到人们的喜好 可见灯罩选用铝材冲 压成型是很好的选择 这样更加具有经济性 1 2 铝挤压材工业的发展现状 中国已跨过铝挤压强国门槛 自2001年成为挤压材净出口国以来 2005年 的净出口量324 56 kt 铝挤压工业的地区结构合理 与经济发展相适应 全球 21个工业发达国家2004年的平均工业材与建筑材之比为54 46 没有一个国家工 业材的比例达65 以上 中国2005年工业材的比例占34 2012年的这个比例可 达45 截止到2006年底中国拥有16台大挤压机 总挤压力1170 MN 总生产能 力约140 kt a 不是生产能力与产量不够 而是在品质方面存在诸多不尽如人 意 大挤压工业型材面临的最大挑战是市场与技术 是自主创新力量薄弱 中 国还需要增建200 MN与150 MN的工业材挤压机各1台 2 可见 铝制板料冲压技术需要更加广泛的应用于工业生产 薄型板料拉伸 冲压具有广泛的市场前景 中国在这方面的企业将会越来越多 对这方面的研 究将更加具有意义 1 3 该行业的其它相关零件的研究 根据本人的资料搜所 找到类似零件模型的加工成型研究 在此举几个例 子 1 3 1 薄壁深锥零件的拉伸成形方面的研究 锥形零件如图1 1所示 图图1 11 1 锥形零件锥形零件 锥形件拉伸成形的难易程度与其几何形状 坯料的相对厚度 材料的冲压 性能值 r值等有关 此薄壁深锥零件需要经过多工序拉伸使零件逐渐成形 其 加工方法有阶梯过渡法 曲面过渡法 圆筒过渡法等多种方法 3 1 3 2 铝锅冷挤压工艺及模具等类似产品的设计 铝锅的形状及尺寸如图1 2所示 其加工方法 按无凸缘的直接反挤压 其 工艺过程如图1 3所示 冷挤压后 还要进行端部翻边工序 1 图图1 21 2 铝锅的形状及尺寸铝锅的形状及尺寸 图图1 31 3 零件加工零件加工 a 下料 b一一反挤压 c 翻边 1 4 本论文研究的基本内容及拟解决的主要问题 用铝材板料拉深成型的灯罩模型 考虑到用复合模实现此加工的话 其卷 边的工序需要另外加工 而且模具的结构比较复杂 因此本人直接通过单步工 序来实现此模具的加工 主要实现落料 拉深 翻边 卷边四个过程来加工出 零件 基本内容及拟解决的主要问题 1 设计落料模具 2 设计液压拉深模具 3 设计翻边模具 4 设计卷边模具 落料模具的设计主要是为了得到圆形板料的设计 根据逆向设计和理论要 求 确定圆形板料的尺寸 根据圆形板料的尺寸来设计落料模具 在落料模设 计的过程中 对板料的利用率进行计算 使其符合经济实用的要求 4 在对落 料模的设计中 根据其它相关类似模具的设计 落料模设计成通用的落料模结 构 同时对落料冲压力进行计算来选择相对应的压力机 根据设计的数据 利 用 Solidworks 软件画出三维模型 液压模具的设计主要是为了得到旋转突起零件的设计 具体结构可见模型 根据逆向设计和理论要求 确定所要设计零件的尺寸 根据所确定尺寸数据来 设计液压模具 在液压模设计的过程中 同时要考虑凹模内槽的液体压力 使 橡胶模处于一个平衡的要求 其液体通过外部连通器保持要求的压力 这部分 数据在生产实践中调节 本课题不做考虑 对液压模所需压力进行计算 同时 分析设计的可行性 从而来选择相对应的压力机 根据设计的数据 利用 Solidworks 软件画出三维模型 翻边模具的设计主要是为了得到零件的边缘向凸起的方向翻起的设计 考 虑到翻边成型的功能不能在液压模具中实现 因此需要设计翻边模具来实现 在翻边模具设计的过程中 结合所要得到的零件外形和翻边受力状况来设计其 它部件 同时对翻边模具所须的力进行计算来选择相对应的压力机 根据设计 的数据 利用 Solidworks 软件画出三维模型 卷边模具的设计主要是为了得到零件的翻起边缘向内卷起的设计 考虑到 卷边成型的功能不能在翻边模具中实现 因此需要设计卷边模具来实现 在卷 边模具设计的过程中 结合所要得到的零件外形和卷边受力状况来设计其它部 件 同时对卷边模具所须的力进行计算来选择相对应的压力机 根据设计的数 据 利用 Solidworks 软件画出三维模型 本论文的最终目的是为了设计出灯罩零件 根据以上的方案 依次通过四 种模具的使用来做出产品零件 在理论上是可行的 第二章 总体方案的设计 2 1 设计要求 灯罩零件尺寸示意图如图 2 1 所示 图图 2 12 1 灯罩零件尺寸示意图灯罩零件尺寸示意图 模具要求 1 此模具属于灯罩成型模 要求是液压成型模 2 模具必须具有一般成型模具的典型结构 包括材料定位 送进 卸料 导向等装置 3 模具制造精度高 表面光洁度好 4 模具适合材料是纯铝材料 5 材料厚度为0 8mm的板材 2 2 设计分析和流程 设计方案的比较和选择 根据图 2 1 的零件尺寸 可以考虑用其它机构来实 现加工出灯罩零件 因为此零件选用铝材 故其的可塑形比较好 而且零件是 旋转体薄件 传统方法是可以采用旋压机来加工 根据灯罩的外形 可以设计 得出沿灯罩外形走动的成型路线轨迹 不过灯罩的边缘部分是向外卷 而且半 径较小 利用旋压机来一次加工具有一定的难度 而且旋压机的价格比一般的 压力机贵 在批量生产中 利用旋压机来加工的经济性不如采用模具来加工成 型 对于图 2 1 中零件形状和尺寸要求 考虑到零件的卷边部分 采用复合模 具加工成形具有一定的难度 而且这种模具的造价比较高 结合课题的要求 本人采用多副模具分工序分别加工零件来完成设计 这些模具的结构简单 造 价便宜 对于零件的批量加工非常使用 可见 选用多副模具分工序加工这个 方案来对于批量生产零件产品是非常经济实用的 为了得到以上零件的三维模型 本人设计的此零件需要通过四个主要工序 来逐步实现零件的成型 首先在一般的铝料板料中冲压出所要求尺寸的圆形铝 板 之后 圆形铝板要进行拉深 翻边 卷边 这些主要通过设计的模具和压 力机等设备来实现 落料模的设计 该模具可以实现冲压得到圆形的坯料 结合设计尺寸要求 其内部大概结构可见图 2 2 图图 2 2 落料模内部结构简图落料模内部结构简图 液压拉深模的设计 该模具可以实现冲压得到旋转突起零件的拉深成型 结合设计尺寸要求 其内部大概结构可见图 2 3 图图 2 3 液压模内部结构简图液压模内部结构简图 翻边模的设计 该模具可以实现冲压得到旋转突起零件边缘的翻边成型 结合设计尺寸要求 其内部大概结构可见图 2 4 图图 2 4 翻边模内部结构简图翻边模内部结构简图 卷边模的设计 该模具可以实现冲压得到旋转突起零件边缘的卷边成型 结合设计尺寸要求 其内部大概结构可见图 2 5 图图 2 5 卷边模内部结构简图卷边模内部结构简图 2 3 对模具结构和机构工作原理的解说 2 3 1 对冲裁落料模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时 模具处于开模状态 在模具的一边自动的间歇性的送入板 料 在送入板料的过程中 由三个挡料销来实现导向定位的作用 每当板料进 给到一定的距离 落料模开始合模冲压板料 首先卸料板压紧板料 然后凸模 冲压板料 冲出圆形铝板 然后进行开模 考虑到凸模冲压板料后 板料可能 会卡在凸模上 故在模具中添加卸料装置 该卸料装置由卸料板 卸料橡皮和 卸料螺钉三部分组成 在合模时卸料橡皮处于压缩状态 开模后其恢复原形 故卸料橡皮的弹性恢复力和卸料装置的重力使得卸料板下移来带动板料 让卡 在凸模上的板料脱落 而被冲落下来的圆形板料会沿着下模座和凹模的中心通 孔掉落 以上这样就完成了整个冲压过成了 下一个过成就从复以上的描述过 程 2 3 2 对液压模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时 模具处于开模状态 在模具的一边通过人工或机械手送入 圆形板料 在送入板料的过程中 由竖起的两个圆柱销来实现定位的作用 同 时橡胶压板的锥形孔有利于圆形板料的滑入 使之中心定位 模具在合模的过 程中 先由压边环向下与橡胶压板的内锥形孔压紧 并没有压紧工件 只留有 一部分的间隙以便于零件拉深成型时的金属流通 5 之后 凸模下压拉深工件 而凹模装置中 在液体压力的作用下 使工件包向凸模 逐渐性成凸模的形状 由于凹模处采用软性材料的橡胶模 在拉深成型的过程中 不会压紧半径较小 的变形面 此橡胶模起到保护零件的作用 由于利用这种模具的液压拉深成型 可以防止产生尖角和较小半径弧面的裂开 故零件在加工中不需要整形 当零 件成型后 凹模零件内液体压力调小 液压模开始开模 凸模开始离开零件 而压边环依然压紧着零件边缘 当其上的弹簧处于松弛状态后 等上模上升到 一定程度后使螺钉带动压边环 之后 整个上模将离开下模 当上模离开到一 定距离后 凹模槽内的液体通过外部的联通器冲压 使橡胶模恢复到原来的形 状 同时把成型零件顶出 之后 通过人工或机械手把成型零件取出 完成整 个工作过程 下一个过成就从复以上的描述过程 2 3 3 对翻边模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时 模具处于开模状态 在模具的一边通过人工或机械手送入 液压成型后的零件 在送入零件的过程中 通过下模定位板的锥形孔有利于零 件的滑入 使之中心定位 模具在合模的过程中 先由下模的大型推杆件推动 翻边凸模 使翻边凸模上升到一定的高度 以便与上模下压过程中 凹模和凸 模把零件夹在中间 然后继续下移 当零件下移到碰到下模定位板的锥形孔的 沉头面时 零件的边缘开始拉深成型 此时 凹模套环和夹紧卸料环同步下移 工件的外边缘开始拉深变形 直到上模下降到规定的高度 翻边模的成型过程 就完成了 之后是开模过程 此时上模架 凸模和夹紧卸料环同时上升 当夹 紧卸料环的上表面上升到与下模定位板的锥形孔的沉头面等高时 凸模和夹紧 卸料环停止上升 而上模依然上升留出一定的空间以便于零件的取出和放入 上模架上升停止后 通过人工或机械手把成型零件取出 完成整个工作过程 下一个过成就从复以上的描述过程 2 3 4 对卷边模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时 模具处于开模状态 在模具的一边通过人工或机械手送入 经过反边处理过的零件 因为凸模的突出外形使零件中心定位 模具在合模的 过程中 先由卷边凹模的下表面接触压向凸模套环的上表面 同时夹紧装置中 的定位夹紧模开始压紧零件 防止在卷边过成中因为卷边而使零件的内部发生 变形 当上模架和凸模套环下降到一定程度时 凹模的内弧形面对零件的边缘 进行卷边变形 直到卷边成型完成 之后 上模架开始上升 在此同时上模架 和凸模套环同步上升直到弹簧恢复到平衡状态 上摩架继续上升 直到夹紧定 位装置中的螺钉带动压环上升时 整个上模架全部离开下模架 当开模到一定 程度 以便于零件取出和放入时 上模架上升停止后 通过人工或机械手把成 型零件取出 完成整个工作过程 下一个过成就从复以上的描述过程 第三章 落料模的设计 中等批量冲压生产如图 3 1 所示圆形铝板零件 材料为 1060 牌号的纯铝 材料 直径 190mm 料厚 t 0 8mm 尺寸公差 0 3 Dd坯 图图 3 1 所需圆形铝板零件所需圆形铝板零件 3 1 工艺分析计算 该工件属典型的落料件 形状简单 尺寸精度较低 只需一套简单的冲裁 模即可 3 1 1 工件的排样方案 根据本人的设计 查手册得知工件与板料边缘的搭边值 3mm 工件间的a 搭边值 3mm 1 a 采用单排方式 此时条料宽度可裁为 21902 3196 mmbDa 冲裁时送进步距为 1 1903193 mmpDa 选用条料尺寸为 该条料是窄卷裁展开所得 冲裁前1000mm 196mm 0 8mm 后坯料形状分别见图 3 2 和图 3 3 所示 1 首先建立冲裁后的板材零件 1 根据以上尺寸先建立窄卷材的展开模型 图图 3 3 2 2 窄卷材的展开模型窄卷材的展开模型 2 根据拉伸切除和阵列特征得到最终板料形状 图图 3 3 3 3 窄卷材冲压完后的模型窄卷材冲压完后的模型 2 使用测量功能测量完成冲裁前后的板料的面积 在 Solidworks 中利用测量功能测量完成冲裁前后的板料的面积 在测量冲 裁前的板料面积对话框中显示出所选面的面积为 196000 此为冲裁前板料 2 mm 的表面积 所选面的周长为 2392mm 在测量冲裁后的板料面积对话框中显示出 所选面的面积为 54235 63 此为冲裁后板料的表面积 利用上面所得到的 2 mm 两个面积就可以得到材料的利用率了 材料的利用率为 19600054235 63 196000 100 72 33 3 1 2 工艺力计算和压力机选择 在此选用退火后的 106O 纯铝材料 其力学性能 抗剪强度为 80MPa 抗拉强度为 屈服强度为 伸长率为 100MPa b 80MPa s 25 3 14 190596 6 mm Ld 坯 式中 圆周率 一般取 3 14 坯料直径 由已知得 190 mm d坯 d坯 冲裁件周长 mm L 3 1 1 3 0 8 596 6 8049637 N FKtL 落料 式中 落料力 N F落料 板料厚度 mm t 冲裁件周长 mm L 修正安全系数 一般取 K 1 3K 材料的抗剪强度 MPa 查手册此材料的卸料力系数为 0 025 0 08 在此取上限为 0 08 则落料的卸料K卸 力为 3 2 0 08 496373971 N FK F 卸卸落料 式中 冲裁所需卸料力 N F卸 查手册根据材料厚度取凹模刃口高度 5mm 故在凹模口内同时存有落料件的 1 h 个数为 3 3 1 5 6 0 8 h n t 查手册此材料推件力系数为 0 03 0 07 在此取上限为 0 07 则推件力为K推 3 4 6 0 07 4963720848 NFnK F 推推落料 式中 推件力大小 N F推 卡在凹模中工件及废料个数 n 这工序的最大总压力为 3 5 4963739712084874456 NFFFF 落总落料卸推 设备吨位大小的选择 首先要以冲压工艺所需要的变形力为前提 要求设 备的名义压力要大于所许要的变形力 而且还要有一定的力量储备 以防万一 例如 某道冲压工序的工艺变形力为 那么 选择的设备吨位一般为 max F 从提高设备的工作刚度 冲压件的精度及延长设备的寿命观点出发 max 1 3F 要求设备容量有较大剩余 最新观点是使设备留有 40 30 的余量 即使用设 备容量的 60 70 还有的建议只使用设备容量的 50 即取设备的吨位为工 艺变形力的 2 倍 对本人的课题设计 设备的名义压力可取工艺变形力的 1 3 倍 即 1 3 7445696792 8 N 根据上述工艺力的计算值 可选用压力机 其主要参数为 最大封160KN 闭高度 封闭高度调节量 最小封闭高度 max 220mmH 60mmH 调 工作台孔直径 模柄孔尺寸 直径 深度 为 min 160mmH 160mmD 台 30mm 50mm 3 1 3 对模具工作部分尺寸计算 对圆形凸模和凹模 可采用分开加工方式 凸模和凹模之间的间隙也必须 在一个合理的范围内 如果间隙过大或过小 不仅难以冲出合格的制件 还会 影响模具的寿命 这个范围的最小值称为最小合理间隙 最大值称为最大 min Z 合理间隙 查设计手册得知该材料的冲裁模最大双面间隙 max Z max 0 104mmZ 最小双面间隙 min 0 072mmZ 3 6 maxmin 0 1040 0720 032mmZZ 查手册得 落料部分凹模和凸模的制造偏差分别为 0 045mm 凹 0 030mm 凸 3 7 0 0450 0300 075 mm 凹凸 经验算不满足的条件 因此减小 的值 按下面的 maxmin ZZ 凹凸 凹 凸 公式取值 即 3 maxmin 0 60 6 0 0320 0192 mmZZ 凹 8 3 maxmin 0 40 4 0 0320 0128 mmZZ 凸 9 查手册得模具磨损系数 此零件的普通冲裁件的外形及孔内公差为0 75X 则磨损量 0 30mm 0 75 0 300 225mmX 对落料件 应该先根据工件确定凹模尺寸 得落料模凹模和凸模工件直径分别 为 3 0 0192 0 0192 0 00 1900 225189 775mmDDX 凹 凹 10 3 0 min 00 0 min0 0128 0 0128 189 7750 072189 703mm DDXZ DZ 凸 凸 凸 凹 11 3 2 模具零部件的设计计算 3 2 1 凹模的设计计算 1 选定孔口形式 因为工件生产批量较大且材料较薄 所以选用刃口强度 高 修模后孔口尺寸不变的圆柱形孔口凹模 2 刃口直筒高度 如前述的材料厚度所取凹模刃口高度为 5 mm 1 h 3 刃口直筒直径 高度为的刃口直筒的直径即为前面求得的凹模工作直 1 h 径 名义尺寸为 189 775mm 为了便于出料 直筒下部的宽孔直径比直筒D凹 直径大 1 2mm 在这里为了便于设计取 1 225mm 因此直筒下部的宽孔直径取 1 225mm189 775mm1 225mm191mmDD 凹凹宽 4 凹宽的外形尺寸确定 凹模的高度和壁厚查手册获得 根据板料厚度 及凹模尺寸 得推荐的凹模的高度 取0 8mmt 189 775mmD 凹 25mmH 凹 调整到符合标准 取凹模的外径尺寸为 38mmC 250mm 5 在 SolidWorks 环境中进行凹模的初步造型 其模型如图 3 4 所示 图图 3 43 4 凹模的初步造型凹模的初步造型 3 2 2 选择标准模架 1 确定模具封闭高度 根据所选压力机的最大封闭高度和最小封闭 max H 高度 一般按下列关系选择冲模的闭合高度 min HH模 3 maxmin 5mm10mmHHH 模 12 即 215mm170mmH 模 2 根据凹模的轮廓尺寸以及闭合高度的尺寸范围 参照手册 并250mm 根据国家标准 选择 2851 390GB T 凹模 Z 周界为为 LB 250mm250mm 后侧滑动导向铸铁模架为 250 250 190 230 上模座为 下模座为 导250 250 452855 5GB T 250 250 552855 6GB T 柱为 导套为等零件 35 1802861 1GB T 35 115 432861 6GB T 3 2 3 凹模和下模座的关联设计 1 紧固螺钉的选择及螺钉孔的计算 凹模与下模座之间使用螺钉紧固 此处采用 4 个均布的 M10 内六角圆柱螺 钉 根据下模座的厚度 55mm 选择长度为 60mm 的内六10 607085MGB 角圆柱螺钉 下模座的沉头孔直径为 16 5mm 下模座的螺钉孔采用通孔的形式 其通孔的直径为 11 5mm 下模座的沉头孔的深度等于螺钉直径加上 1mm 所 以下模座的沉头孔的深度为 11mm 凹模的螺纹孔的深度应大于如下值 螺钉长 下模座厚度 沉头孔深度 60 55 11 16 mm 考虑凹模的高度 凹模的螺纹孔的深度取 20mm 一般来说 M10 的螺纹 孔与凹模边缘的距离要大于 11mm 与凹模刃口的距离要大于 17mm 所以凹模 中螺纹孔可以分布在直径为 之间 223 775mm 189 775mm17mm2 228mm 250mm 11mm2 在这里取 225mm 的圆周作为凹模螺纹孔的分布圆周 2 销钉的选择以及凹模和下模座的销钉孔尺寸计算 下模座与凹模之间使用螺钉紧固 为了不使两者发生相互移动 须用两个 销钉进行定位 选择直径为 10mm 的圆柱销标准件 柱销配合长度为柱销直径 的两倍 根据下模座厚度与销钉直径两倍和 55mm 20mm 选择长度为 70 75 5 的销钉 因此 可采用型普通圆柱销 10 7011986GBB 两个销钉沿凹模轴线对称分布 销钉孔直径为 10mm 与凹模边缘之间的距 离一般不小于 8mm 所以可与螺纹孔分布在同一圆周上 该圆直径为 225mm 3 落料孔计算 由于此冲裁采用正装式 凹模装在下模座上 冲下的工件从凹模的落料孔 漏下 所以应在下模座中开一个落料孔 工件经下模座的落料孔以及冲床工作 台面的落料孔落下 通常 下模座的落料孔的直径比凹模下部的宽孔直径大 0 5 2mm 在此取 2mm 因此 下模座的落料孔直径为 2mm1912193 mm D 凹 4 用软件设计凹模和下模座的装配体 1 挡料销的选择 根据材料的厚度 0 8mm 查手册可选 固定挡料销 其基本尺寸为 由此可以87649 10A JB T 1 8 4 2 10ddhL 得到凹模上与挡料销相配的孔的直径为 4mm 固定挡料销的数量选用 3 个 其 中的一个挡料销用来保证条料的送进步距 其位置位于凹模孔沿送料方向的中 心线上 另外两个用于条料侧面的定位 2 用软件进行挡料销的零件造型 如图 3 5 所示 图图 3 53 5 挡料销的零件挡料销的零件 3 凹模上与挡料销相配合的孔位置的确定 为保证准确的送料步距 挡 料销孔与凹模中心的距离可以通过下面的方式计算 1 s 3 11 228 23 190 2102 mmsdaD 13 用于侧挡料的挡料销孔与沿送料方向的中心线的距离可以用下面的方式 2 s 计算得出 3 2 228 23 190 2102 mmsdaD 14 结合凹模孔的尺寸 用于侧挡料的两个挡料销孔之间的距离取 100mm 4 为凹模添加挡料销孔 如图 3 6 所示 图图 3 63 6 加挡料销孔加挡料销孔 5 向下模装配体中插入挡料销及紧固件并完成下模设计 如图 3 7 所示 图图 3 73 7 下模装配体下模装配体 6 弹性卸料装置的设计计算 卸料橡皮的选择 选择圆筒形橡皮 根据凸模尺寸 并考虑橡皮压缩时 产生的鼓形 取橡皮圆筒的内径 查手册得知橡皮压2 10210mmdD 凸内 缩 20 时的单位压力 查手册得橡皮圆筒的外径为 0 7MPap 取 230mm 3 22 1 272101 27 3971 0 7227mmddFp 外内卸 15 根据经验 卸料橡皮的自由高度一般应满足关系 H自由0 51 5Hd 外自由 故可取 其总压缩量达到 20 时 便能够满足卸料力0 369mmHd 外自由 的要求 此时橡皮的高度为 55 2mm 另外 一般要求卸料橡皮工作时的最F卸 大压缩量不大于 45 卸料板尺寸 根据橡皮和凸模尺寸及其布置 取卸料板的外径 250mm 卸料板厚度取 12mm 弹性卸料板与凸模之间的单面间隙可取H卸料板 显然卸料板的内径为 1 0 15mmC 1 2189 72 0 15190 mm DC 凸 在 Solidworks 中进行卸料板的造型 如图 3 8 所示 图图 3 83 8 卸料板卸料板 7 凸模与垫板的设计计算 选用垫板 为了增加铸铁模座的抗压能力 应采用垫板 参照卸料板的 外形尺寸 垫板外形尺寸也取 高度取 垫板材料选用250mm 250mm 10mm 45 钢 即选用的钢垫板 7643 6JB T250 1045 在 Solidworks 中进行垫板零件的造型 如图 3 9 所示 图图 3 93 9 垫板零件垫板零件 凸模的设计 该模具比较简单 凸模和垫板可通过螺钉和销钉直接固定 在上模座上 凸模直径已在计算刃口尺寸时求出 凸模高度应考虑卸料D凸H凸 板厚度及橡皮压缩后的高度等 为使卸料彻底 应使卸料板底端与凸模平H卸 齐时橡皮的压缩量不低于 20 取此时橡皮高度 对冲裁而言 55 2mmH 压缩 模具工作行程约为 其 t 值很小 所以卸料橡皮工作时的压缩量远远低1mmt 于 45 的上限值 凸模高度及所选择的橡皮能够满足工作要求 在此凸模高度可近似取 3 155 2 12 168 2 mmHHH 凸卸料板压缩 16 在 Solidworks 中进行凸模零件的造型 如图 3 10 所示 图图 3 103 10 凸模零件凸模零件 8 卸料螺钉的设计 选择卸料螺钉 按标准初选圆柱头卸料螺钉7650 5 1994JB T M8 80 4 个 每个螺钉所程受的力为 由 冲压工艺 湖43972 4992 75 N F 卸 南省机械工程学会锻压分会编 湖南科学技术出版社 1984 5 中表 3 17 知 M8 螺钉允许负荷 4300N 故卸料螺钉强度能够满足工作要求 卸料螺钉窝深由下式求得 h窝 上模座厚度 垫板厚度 凸模高度 卸料板厚度 卸料螺钉长度 3 h窝 17 45 10 68 2 12 80 31 2 mm 同时还需要满足下面的条件 螺栓头部高度 刃口修磨量 入模量 3 18 h窝 3 5 6 5 1 3 15 mm 刃口修磨量一般为 入模量为 1mm 其值小于上模座厚度 故所选5 6mm 螺钉的长度也能满足工作要求 四个卸料螺钉采用均布方式 其分布位置可以参考下模座上螺钉的分布位 置 也取在直径 130mm 的圆周上 在 Solidworks 中进行卸料螺钉的造型 如图 3 11 所示 图图 3 113 11 卸料螺钉卸料螺钉 9 选择模柄形式 选择模柄 模具较小 可选择压入式模柄 由于模柄长度不得大于压力 机滑块里模柄孔的深度 查手册可采用的 A 型模柄 即30mm 85mm 模柄 模具往压力机上安装时 模柄外采用套筒 30 857646 1AJB T 在 Solidworks 中进行模柄零件的造型 如图 3 12 所示 图图 3 123 12 模柄零件模柄零件 10 在装配体环境中关联设计上模座 垫板 凸模 橡皮和卸料板 为上模插入紧固螺钉孔和销钉孔 上模座 垫板和凸模之间采用螺钉紧 固 使用销钉定位 为了减少加工次数和统一规格 采用 M8 的螺钉和两个直径 为 8mm 的销钉 采用均匀分布即可 根据所选用的螺钉尺寸 上模座的沉头孔 的直径和深度分别取 13 5mm 和 9mm 其通孔直径为 9mm 根据凸模的尺寸 螺 钉孔和销钉孔分布在直径为 225mm 的圆周上 为上模插入卸料螺钉孔 卸料螺钉穿过上模座 垫板 卸料橡皮以及卸 料板 所以卸料螺钉孔是一个贯穿上模的通孔 在上模装配环境中生成卸料螺 钉孔 11 往上模装配体中插入螺钉和销钉并初步完成上模设计 采用自底向上的装配方式 向上模装配体中依此插入两个定位销钉 三个 紧固螺钉以及四个卸料螺钉 可见图 3 13 图图 3 133 13 上模装配体上模装配体 12 生成冲裁模装配体 如图 3 14 所示 图图 3 143 14 冲裁模装配体冲裁模装配体 使用 Solidworks 的 测量 功能 测得摩具的闭合高度为 202 2mm 也可 以使用公式计算 上模座厚度 垫板厚度 凸模厚度 凹模厚度 下模厚度 3 H 19 45 10 68 2 25 55 1 202 2mm 所选压力机最大及最小封闭高度分别为 max 220mmH minmax 22060160mmHHH 调 冲裁模高度符合设计要求 minmax 105HHH 13 检查并完善模具装配体 使用 干涉检查 功能 检查 冲裁模 装配体 发现下模的挡料销与上 模的卸料板间存在干涉现象 故卸料板上还需要钻三个与挡料销相配合的孔 14 插入工件和板料得到最终的冲裁模装配体和冲裁模可见图 3 15 和图 3 16 图图 3 153 15 冲裁模装配体冲裁模装配体 图图 3 163 16 冲裁模冲裁模 1 板料 2 下模座 3 卸料板 4 内六角螺钉 5 凸模 6 工件 7 挡料销 8 橡胶环 9 导柱 10 导套 11 上模座 12 卸料螺钉 13 内六角螺钉 14 模柄 15 定位销 16 垫板 第四章 液压模的设计 4 1 设计拉深件时应遵循的原则 在将平板坯料通过拉深方法变成各种形状的空心件的拉深工艺过程中 材 料本身要发生流动 其流动的难易程度直接决定工件拉深的可能性和拉深次数 的多少 为了有利于拉深的正常进行及减少不必要的废品产生 在设计中 得 考虑以下几方面 1 在使用条件允许的情况下 拉深件应尽可能采用轴对称回转体件 且形 状力求简化 2 在工件的平面部分 尤其是在距离边缘较远的位置上 应尽量避免有凸 起和凹坑现象 即使产品上要求其局部有凹坑及凸起 则高度也不能过 大 3 设计曲面空心件时 应尽量避免有尖底形状 4 拉深件各部分尺寸比例要适当 应尽量避免设计有宽凸缘和深度较大的 拉深件 图 2 1 所示的带凸缘的拉深件 其凸缘直径应控制在如下范 围内 4 2512dtddt 凸 1 式中 凸缘直径 mm d凸 d 拉深件直径 mm t 拉深件厚度 mm 拉深件的拉深深度 一般应控制在如下范围内 2hd 式中 h 拉深件的最大拉深深度 mm 一般来说 拉深件的圆角半径越大越好 如图 4 1 所示 其拉深件底与壁 之间的圆角半径和凸缘的圆角半径及矩形件的四壁间的圆角半径应满足 1 r 2 r 3 r 下列关系 即最好使 1 rt 1 3 5rt 即最好使 2 2rt 2 5 10rt 为了尽量减少拉深次数 应使 3 3rt 3 1 5 rH 式中 H 矩形盒件的高度 mm 假如矩形盒件各圆角半径要求较小 则可考虑增加一道整形工序 根据以 上的尺寸要求 考虑到与矩形盒件的相似之处 可大概确定灯罩的尺寸 如图 4 2 所示 图图 4 4 1 1 矩形盒件尺寸示意图矩形盒件尺寸示意图 图图 4 24 2 灯罩尺寸图灯罩尺寸图 4 2 设计拉深件时 对拉深件厚度不均匀现象的考虑 在拉深件时 拉深件由于各处变形不均匀 所以拉深过程中材料厚度要发 生变化 一般情况下 拉深件的底部中心拉深后保持原材料厚度 底部圆角处 材料变薄 上部和凸缘处变厚 在拉深矩形件时 其矩形四角处材料变薄 在 不变拉深中 拉深件厚度不均匀现象严重时 其上下壁厚变化可达 t 为板料厚度 即根据以上条件上下壁厚的的变化为0 6 1 2tt 0 48 0 96mm 在多次拉深时 零件内外壁上或带凸缘拉深件的凸缘表面应允许有拉深过 程中产生的印痕 若有特殊要求时 可最后采用整形工序消除这些印痕 4 3 确定拉深件的尺寸精度 设计拉深件时 由于影响拉深件尺寸精度因素很多 所以在保证拉深件使 用的情况下 不要对其有过高的要求 其断面精度一般可取 IT12 IT14 级 查 使用手册 得表 4 1 和表 4 2 表 4 1 拉深件内形或外形的直径公差 单位 mm 拉深件直径 d材料厚度 50 50 100 100 300 18 30 30 50 50 80 80 120 材料厚度 不带 凸缘 带凸 缘的 不带 凸缘 带凸 缘的 不带 凸缘 带凸 缘的 不带 凸缘 带凸 缘的 不带 凸缘 带凸 缘的 1 0 5 0 3 0 6 0 4 0 7 0 5 0 8 0 6 1 1 0 7 根据上表中的数据要求 本人所设计的零件尺寸精度为如图 4 3 所示 图图 4 34 3 零件尺寸零件尺寸 对于拉深件 弹性变形作用比弯曲件小 但在 t 为材料厚度 d 为筒t d 直径 小于时 零件从模中卸下后 直径则往往稍有加大 在材料0 02 0 03 厚度不一致的情况下 顶端也可能发生椭圆 所以设计拉深件时 为保持拉深 出合格的产品 从工艺性来考虑 设计者可以在保持拉深件的一定形状情况下 可以在周边或底部加上加强筋或设计成有一定宽度的凸缘及卷边形状 根据上述信息 得 4 1 0 8 44 80 2 0 3t d 2 4 3 2 0 8 124 10 2 0 3t d 因此 在本人的这课题设计中 在最后的工序中零件本身的的卷边形状在 一定程度上减弱了零件拉深后的弯曲回弹 同时在实际生产和使用中 对灯罩 的尺寸精度要求不需要很高 4 4 利用 SolidWorks 对于其它相关尺寸的确定 用 SolidWorks 来计算和确定零件内凹面的值 用 SolidWorks 对于原来 4 r 的圆形毛坯件的单面面积和整体质量进行测量估算 测得圆形毛坯的单面面积 为 毛坯的质量为 2 28352 87mm61 24g 根据以上情况和原来所确定的零件尺寸 在 SolidWorks 中进行实体造型 确定如图 4 4 中的尺寸 图图 4 44 4 零件的尺寸图零件的尺寸图 根据以上的步骤 用 SolidWorks 测得成型件的上表面面积为 2 28442 93mm 零件的质量为 以上测得圆形毛坯的单面面积为 毛坯的60 46g 2 28352 87mm 质量为 可见从毛坯到成型件的质量和单面面积的数据变化不大 理论61 24g 上推断上图所示的零件尺寸符合设计要求 在 SolidWorks 中设计的零件尺寸中 确定 其中所对应的角度约 然而 在实际生产中 零件的弯 4 43mmr 4 r81 曲和拉伸部分的壁厚是不均匀的 影响零件成型后的尺寸的因素很多 因此以 上的数据仅供参考 本人的课题设计就按以上的理论数据进行设计和计算 为 了方便建模 本人采用 SolidWorks 中的零件尺寸进行液压成型模的设计 4 5 液压拉深