皮带轮落料拉深复合模设计

课程设计说明书题 目： 皮带轮落料拉深复合模设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2008 年 2 月 29 日 目 录1目 录 .1第 一 章 零 件 的 工 艺 性 分 析 .2第 二 章 毛 坯 尺 寸 展 开 计 算 .3第 三 章 拉 深 工 序 次 数 及 拉 深 系 数 确 定 .5第 四 章 冲裁力与拉深力的计算.11第 五 章 凸 、 凹 模 的 设 计 .71、 落料凸、凹模尺寸计算. .72、 拉深凸、凹模尺寸计算. .83、 粗糙度的确定. .9第 六 章 模 具 基 本 结 构 的 确 定 .13第 七 章 模具主要零件的强度校核. .15第 八 章 冲 压 设 备 的 选 择 .161、 初 选 设 备 .162、 设 备 的 校 核 .18主 要 参 考 文 献附 录第一章 零件的工艺性分析21、零件的形状、尺寸及一般要求该零件为厚度 2mm，大筒直径为 86.8mm，小筒直径为 47mm的皮带轮，零件材料 T8，尺寸精度按图纸要求。2、工艺方案的分析及确定工件由落料、拉深、反拉深三道工序成型，工件形状较简单。根据计算可知，拉深工序需要进行多次拉深才能完成，如果完全采用连续模，则模具结构比较复杂会增加冲压件的生产成本。所以可先采用复合模进行落料和第一步拉深，然后采用连续模直至拉深完成，再采用单工序模进行反拉深。本次主要设计其第一道工序，即落料和第一步拉深。第二章 毛坯尺寸展开计算3旋转体零件采用圆形毛坯，在不变薄拉深中，材料厚度虽有变化，但其平均值与毛坯原始厚度十分接近。因此，其直径按面积相等的原则计算，即毛坯面积与拉深件面积（加上修边余量）相等。1、确定修边余量在拉深的过程中，常因材料机械性能的方向性、模具间隙不均、板厚变化、摩擦阻力不等及定位不准等影响，而使拉深件口部周边不齐，必须进行修边，故在计算毛坯尺寸时应按加上修边余量后的零件尺寸进行展开计算。修边余量的数值可查文献实用模具技术手册表 5-7.由于工件凸缘的相对直径d 凸/d = 1.1013查表可得修边余量 =3.5mm。2、毛坯尺寸计算根据工件的形状，可将其分成 F1-F8 这几个部分。则可计算出各部分的展开面积如下：4F1 =/42(4+t/2)(90.8-t)+4.56(4+t/2)=/42 588.8+4.565=222+28.5F2 =(d-t)(h-r1-r2-t)=(90.8-2)(34-4-2-2)=2308.8F3 =/42(2+t/2)(90.8-t-22-t)+8(2+t/2)=/4(2 382.8+72)=124.2+18F4 =/4(90.8-2t-22)-/4(47+2t+22)=/482.8-/4 55=957.71F5 =/42(2+t/2)(47+t)+4.56(2+t/2)=/4(2349+4.56 3)=73.5+10.26F6 =(20-2t-22)(47+t)=588F7 =/42(2+t/2)(47-22)+8(2+t/2)=/4(2343+83 )=64.5+18F8 =/4(47-22)=462.255得：/4D=222+28.5+2308.8+124.2+18+957.71+73.5+10.26+588+64.5 +18+462.25D=1936.8+17566.08=23647.632所以经计算求得毛坯直径 D=154mm3、确定是否使用压边圈由于 D-d22t,则要使用压边圈。压边力的计算：因为 k=D/d=154/(47+4)=3Fmax=dt(k-1)b=3.145122329=210.7 kN所以 F=0.11-18k/(k-1)kFmax=0.11-(183)/(3-1)3210.7=0.10.659210.7=123.4kN第三章 拉深工序次数及拉深系数确定在制定拉深件的工艺过程和设计拉深模具时，必须预先确定是否可以一道工序完成，或者是经过几道工序才能制成。在确定拉深工序次数时，必须做到使毛坯内部的应力既不超过材料的强度极限，6而且还能充分利用材料的塑性。也就是说每一次拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大可能的变形程度。制订拉深工艺时,为了减少拉深次数,希望采用小的拉深系数(大的拉伸比)。有力学分析可知，拉深系数过小，将会在危险断面产生破裂。因此，要保证拉深顺利进行，每次拉深系数应大于极限拉深系数。该零件的拉深系数，即拉深后圆筒件直径与拉深前毛坯直径的比值，为m=d/D=(47+4)/154=0.33有凸缘的圆筒件在拉深时还要考虑拉深的相对高度是否大于极限相对高度。计算可得拉深的相对高度为：h/d=20/（47+4）=0.392极限拉伸系数与板料成形性能、毛坯相对厚度、凸凹模间隙及其圆角半径有关。通过计算可得：/4dF-756.25+73.5 +10.26+588+64.5 +18+462.25=484.2 +4391.52dF=143.6所以：法兰相对直径 dF/d=143.6/（47+2）=2.93毛坯的相对厚度 t/D100=2/154100=1.3依文献冲压工艺学 ，查表 4-10，查得零件的极限拉深系数m=0.327依文献实用模具技术手册 ，查表 5-16，查得第一次拉深的最大相对高度h/d=0.18可知拉深系数大于极限拉深系数，拉深的相对高度大于极限相对高度，所以不能一次拉深成形。由于本设计只进行第一次拉深的设计，所以对以后的多次拉深不进行计算。第四章 冲裁力与拉深力的计算1、冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理地选用压床和设计模具。压床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。平刃模具冲裁时，其冲裁力 F0可按下式计算：F0=Lt式中 t 材 料 厚 度 ， t为 mm 材 料 抗 剪 强 度 ， 为 MPaL冲 裁 周 长 ， L为 mm考 虑 到 模 具 刃 口 的 磨 损 ， 凸 、 凹 模 间 隙 的 波 动 ， 材 料 机 械性 能 的 变 化 ， 材 料 厚 度 偏 差 等 因 素 ， 实 际 所 需 冲 裁 力 还 须 增 加30%， 即F=1.3F0=1.3Lt8所以冲裁力 F=1.32 154/22260=326.89 kN因为模具采用刚性卸料装置，所以不用计算卸料力。而 F 顶件力 =K2F=0.06326.89=19.62 kN(依文献冲压工艺学查表 2-10 得 K2=0.06）所以总冲裁力为：F0=326.89+19.62=346.51 kN2、拉深力的计算在确定拉伸件所需的压力机吨位时，必须先求的拉深力。在拉深带法兰的圆筒件的生产中常用如下经验公式计算：F = d1tbK式中 t料厚；d1第一次拉深半成品圆筒直径；b抗拉强度由于零件材料为 T8 钢，查得其抗拉强度为 329MPa； K系数，依文献冲压工艺学查表 4-11查得 K =1；由上求得拉深力 F = 103.3 kN ;第五章 凸、凹模设计91、落料凸、凹模尺寸计算因为落料形状为圆形，形状简单，所以采用凸、凹模分开加工的方法。查文献冲压工艺学表 2-3 可知冲裁模的双面间隙为：Z min=0.12mm, Zmax=0.16mm则凸模和凹模的制造公差分别为： p=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.16-0.12)=0.016 d=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.16-0.12)=0.024设工件尺寸为 D- 。落料时首先确定凹模尺寸，使凹模公称尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙 Zmin。则凸、凹模的尺寸计算公式如下：Dd=(D-x） +dDP=(Dd-Zmin)-p =(D-x-Z min)-p式中 D d、D P落料凹、凸模尺寸，D d与D P为 mm工件制造公差，为 mmZmin最小合理间隙（双面） ， Zmin为 mm p、 d凸、凹模的制造公差， p d为 mmx磨损量，其中系数 x 是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸查文献冲压工艺学表 2-7，可知 x=0.75.2、拉深凸、凹模尺寸计算10一 、 凹 模 圆 角 半 径 rd rd 与 毛 坯 厚 度 、 零 件 的 形 状 尺 寸 和 拉 深 方 法 有 关因 为 D-dd(凹 模 内 径 )30 时 ， 应 取 较 大 的 rd 值查 文 献 冲 压 工 艺 学 表 4-6， 可 得rd=9mm二 、 凸 模 圆 角 半 径 rp 一 般 可 取 rp =rd。 最 后 一 道 拉 深 时 rp 等 于 零 件 的 圆 角 半径 .所 以 取 rp =rd = 9mm.三 、 凸 、 凹 模 间 隙 c决 定 凸 、 凹 模 间 隙 时 ， 不 仅 要 考 虑 材 质 和 板 厚 ， 还 要 考虑 工 件 的 尺 寸 精 度 和 表 面 质 量 要 求 。由 于 该 拉 深 要 使 用 压 边 圈 ， 则C = tmax+kt ； 取 C=2mm式 中 tmax材 料 最 大 厚 度 ；k间 隙 系 数 。由 于 零 件 的 尺 寸 标 注 在 内 径 上 ， 则 依 凸 模 为 准 ， 间 隙 取在 凹 模 上 ， 即 增 大 凹 模 尺 寸 得 到 间 隙 。四 、 凸 、 凹 模 尺 寸 及 制 造 公 差最 后 一 道 拉 深 模 的 尺 寸 公 差 决 定 了 零 件 的 尺 寸 精 度 ， 故 其尺 寸 、 公 差 应 按 零 件 要 求 来 确 定 。对 于 多 次 拉 深 的 第 一 次 拉 深 和 中 间 工 序 的 毛 坯 尺 寸 公 差 没11有 必 要 限 制 ， 此 时 ， 可 取 模 具 尺 寸 等 于 毛 坯 过 渡 尺 寸 。 若 取 凸模 为 基 准 ， 则凸模尺寸 D P=D-p凹 模 尺 寸 Dd=（D+2c) +d根据拉深系数 m=0.32，即 d/154=0.32，d=50 则，D=50-2t=46凸、凹模的制造公差依文献冲压工艺学查表 4-7，依工件的厚度和拉深直径，查得 d=0.08， p=0.05则：D P=46-0.05 ; Dd=50+0.083、粗糙度的确定凸凹模的刃口部位要求较高，粗糙度选用 0.4，凸模及凹模镶块用于固定的部位选用 0.8，对于固定板上的孔，由于加工较困难，可选用 1.6，其它不太重要的部位选用 6.3。第六章 模具基本结构的确定模具的基本结构和组成如下所示：121、凸、凹模的结构形式一、落料凸模与拉深凹模采用凸缘形式，用螺栓与上模板紧固。模具结构如下图所示二、落料凹模模具结构如下图所示13三、拉深凸模采用嵌入式结构，用螺钉与下模板紧固。模具结构如下图所示：2、模具其他部分的作用与选材如下：上模座： 1上模座的作用是通过模柄与压力机相连接，将模具的上模部分安装在压力机上。材料选用 HT200。因为上模座在模具工作中只承14受冲击力，要求材料具有较好的强度和韧性。上模座尺寸选用315mm 200mm45mm上模垫板 2上模垫板在模具工作过程中，承受卸料组件、冲头传递过来的较大的冲击载荷。因此要求材料有较好的强度、硬度和一定的韧性。选用 45，调质到 HRC3843。卸料板 3本模具选用固定卸料板，用螺栓和销钉固定在下模上，能承受的卸料力较大，常用于厚板冲压件的卸料。厚度为 6mm，材料选用45 钢，调质 HRC3843。定位板 4定位板在过程中起到保证单个毛坯在拉深过程中有正确位置的作用,以保证拉深出合格的制件。通过螺钉与凹模固定板连接，以毛坯外形进行定位。厚度为 5mm,材料选用 45 钢，调质 HRC3843。拉深凸模固定板 5该固定板在模具中不仅起稳定拉深凸模的作用，还通过其与下模板之间的弹簧的作用起到压边圈的作用。在工作过程中要承受来自落料凸模的冲击，因此要求材料有较好的强度、硬度和一定的韧性。选用 45，调质到 HRC3843。下模固定板 6承受很大的冲击载荷。需要有较好的韧性和强度。选用 45 钢。下模座 715其作用与上模座相似，选用 HT200。尺寸选用 315mm 200mm55mm。2、模架选定模具的基本形式后，开始选择模架。依凹模尺寸及压力机 工作台尺寸选取。根据文献实用模具技术手册 ，选用后侧导柱模架，选用 HT200。其各尺寸参数如下：凹模周界 D=200 mmB=200mm， L=315mm闭合高度 190230mm导套 32mm160mm导柱 32mm43mm110mm其结构形式如下图：本模具采用人工送料。16第七章 模具主要零件的强度校核1、 压力中心的确定为了保证压力机和模具正常的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。本制件为圆形，压力中心在圆心。2、模具主要零件强度设计凸、凹模 1凸模长度确定以后，一般不作强度计算，且该凸模直径较大，不会造成纵向失稳或折弯，故可不进行校核。同理，凹模外形尺寸确定以后，可以保证凹模具有足够的强度和刚度，也不做强度校核。垫板 2垫板的作用是为了平均分布模板所受到的压力，可根据凸模传给的压力来决定垫板是否合格。17第八章 冲压设备的选择冲 压 设 备 的 选 择 直 接 关 系 到 设 备 的 合 理 使 用 、 安 全 、 产 品质 量 、 模 具 寿 命 、 生 产 效 率 和 成 本 等 一 系 列 问 题 。1、 初 选 设 备冲压生产中主要应用的是曲柄压力机和液压机。由于本零件的成型属于落料浅拉深，且根据其几何尺寸和精度要求，选用具有 C形床身的开式曲柄压力机。虽然开式压力机的刚度差，并且由于床身变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的寿命和制件的质量。但是，它却具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械化的附属设备和成本低廉等优点。在压力机的类型选定以后，应进一步根据变形力的大小，冲压件的尺寸和模具尺寸来确定设备的规格。由于冲裁工序与拉深工序不是同时进行，所以只需考虑两工序中所需压力较大的工序。冲裁力为 F = 346.51 kN，依冲压力的计算图与冲压设备需要负荷图对比，故可选用公称压力为 450 kN 的压力机。根据国标 JB/T 9965-1999 ，初选压力机的型号为 J21-45。依文献冲压模具简明设计手册表 13.10，可查得该压力机个技术参数如下：标称压力/kN 450标称行程/mm 3.218滑块行程/mm 120行程次数/次min -1 80最大闭合高度/mm 270封闭高度调节/mm 60滑块中心线到机身距离/mm 225工作台尺寸 左右/mm 810前后/mm 440工作台孔尺寸/mm 150模柄孔尺寸 直径/mm 50深度/mm 60电动机功率/kW 5.52、设备校核装模高度校核 1为使模具正常工作，模具闭合高度必须与压力机闭合高度相适应，应介于压力机最大和最小闭合高度之间，一般按如下关系确定：h 最大 -5mm = h 模 = h 最小 +10mm所设计模具的闭合高度为 220mm ，而压力机的闭合高度为 210mm 270mm，在可调范围之内。 滑块行程校核 2在拉深中为了便于安放毛坯和取出工件,其行程一般大于拉深件高度的 2.5 倍。工件高度为 9mm,而压力机行程为 60mm,故该压力机19行程符合规定。模具安装空间尺寸校核 3包括工作台面的大小和模柄孔尺寸。经校核比较该模具可在压力机工作上正确安装和定位。且台面上的漏料孔与所选工艺相适应。主 要 参 考 文 献主 要 参 考 文 献1 王 孝 培 ,冲 压 手 册 （ 修