墊片冷沖壓模具設(shè)計(jì)【全套含有CAD圖紙三維建模】
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摘 要
本文講述的是關(guān)于墊片冷沖壓模具的設(shè)計(jì)。運(yùn)用三年所學(xué)知識(shí)對(duì)冷沖壓模具制造進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析,對(duì)比優(yōu)劣,設(shè)計(jì)出相對(duì)合理的冷沖壓模具。主要內(nèi)容是從對(duì)零件的分析到最后模具設(shè)計(jì)完成的成型過(guò)程,其中涉及了冷沖壓模具的特點(diǎn)、零件材料的選擇、材料利用率、排樣圖繪制、凸凹模的設(shè)計(jì)、模架的選擇等。繪制的模具總裝配圖和零件圖。
關(guān)鍵詞:冷沖壓;排樣圖;凹凸模
Ⅰ
目 錄
前 言 1
1 墊片零件 2
2 冷沖壓模具簡(jiǎn)介 3
2.1 冷沖壓模具概述、特點(diǎn)及應(yīng)用 3
2.1.1 冷沖壓模具概述 3
2.1.2 冷沖壓模具特點(diǎn) 3
2.1.3 冷沖壓模具應(yīng)用 3
2.2 冷沖壓模具的分類 3
2.2.1 按工序性質(zhì)可以分為 3
2.2.2 按工序組合可分為 4
3 材料 5
3.1 材料的選擇 5
3.2 材料分析 5
3.2.1 工件結(jié)構(gòu) 5
3.2.2 零件尺寸 5
3.2.3 分析結(jié)論 6
4 沖壓工藝方案的確定 7
5 工藝的計(jì)算 8
5.1 排樣方式 8
5.2沖裁排樣的設(shè)計(jì) 8
5.2.1搭邊值選取 8
5.2.2 計(jì)算料寬B和步距S 8
5.2.3 計(jì)算一個(gè)步距間的材料利用率η 9
5.2.4 沖裁間隙 9
5.2.5 板料規(guī)格 10
5.2.6 沖裁力計(jì)算 10
6 凸凹模分析 12
6.1 凸凹模 12
6.2凸凹模刃口尺寸的計(jì)算 12
6.3凸凹模尺寸計(jì)算 13
6.4凸凹模零件圖 14
7模具裝配圖 16
總 結(jié) 17
致 謝 18
附 錄 19
參考文獻(xiàn) 20
前 言
在當(dāng)今社會(huì),模具的發(fā)展是可觀的。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝設(shè)備,是制造各種金屬和非金屬零件的一種重要生產(chǎn)工具。采用模具成形工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝,可以提高生產(chǎn)效率、保證零件質(zhì)量、節(jié)約材料、降低生產(chǎn)成本,從而可以取得很高的經(jīng)濟(jì)效益。這也是模具能快速發(fā)展的重要原因。
冷沖壓模具是模具的幾大類型中的一個(gè),也是相對(duì)重要的一個(gè),廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電器、汽車等領(lǐng)域。它的設(shè)計(jì)與制造是以塑性變形理論為基礎(chǔ),綜合了材料力學(xué)、塑性力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)工藝等應(yīng)用,是一門應(yīng)用性和理論性都很強(qiáng)的課程。
學(xué)習(xí)沖壓成形及模具的核心在于對(duì)工藝原理的領(lǐng)悟和在工程實(shí)踐中把握,還要注重理論是需要結(jié)合實(shí)際的。在我們的日常生活中,大型工業(yè)中,都是需要大量的模具來(lái)支撐的,模具和我們息息相關(guān),大到我們生活中的汽車,小到我們每天刷牙的牙刷,搜離不開(kāi)模具。在我國(guó),根據(jù)權(quán)威化的模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),從1997年開(kāi)始,我國(guó)模具工業(yè)的生產(chǎn)總值已經(jīng)開(kāi)始超過(guò)了機(jī)床工業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中,有60%~90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具來(lái)加工,許多產(chǎn)品在生產(chǎn)中都是很依賴與模具的生產(chǎn),特別是汽車這種大型覆蓋件的模具、電子產(chǎn)品的精密塑料模具和沖壓模具等。
1 墊片零件
圖1-1為此次設(shè)計(jì)的零件,表1-1為此次設(shè)計(jì)零件的名稱,材料,材料的厚度,以及其生產(chǎn)方式。
圖1-1 墊片零件草圖
表1-1 墊片零件簡(jiǎn)介
零件名稱
材料
料厚
生產(chǎn)方式
墊片
10鋼
1.5mm
量產(chǎn)
2 冷沖壓模具簡(jiǎn)介
2.1 冷沖壓模具概述、特點(diǎn)及應(yīng)用
2.1.1 冷沖壓模具概述
冷沖模即冷沖壓模具,亦稱為沖壓模具或者沖模,是沖壓必不可少的工藝裝備。
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備上的模具對(duì)材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得的所需零件(沖壓件)的一種壓力加工方法。因?yàn)橥ǔJ窃诔叵逻M(jìn)行,所以又把它叫做冷沖壓。
2.1.2 冷沖壓模具特點(diǎn)
(1)材料利用率高。利用率有時(shí)達(dá)到100%,而且廢料可以再利用,提高利用率減少材料成本。
(2)生產(chǎn)效率高。沖壓設(shè)備行程次數(shù)高,可以一次完成多個(gè)沖件,而且操作簡(jiǎn)單,節(jié)省時(shí)間。
(3)產(chǎn)品互換性好。沖壓件由模具保證,完成的工件尺寸相同,模具壽命一般較長(zhǎng),因此互換性好。
(4)加工范圍廣??梢约庸そ饘佟⒎墙饘?、簡(jiǎn)單的、復(fù)雜的等多種工件。
2.1.3 冷沖壓模具應(yīng)用
應(yīng)用于汽車、儀器儀表、電子電器、航空航天工業(yè)、日常生活用品的生產(chǎn)。
2.2 冷沖壓模具的分類
2.2.1 按工序性質(zhì)可以分為
沖裁模:是材料分離,得到想要的形狀和尺寸所制作的模具,主要包括沖孔模、落料模、切邊模、半精沖模、切斷模、整修模及精沖模等。
彎曲模:將半成品或毛坯沿彎曲線彎曲成一定的形狀和角度的沖模。
成形模:使板類材料料發(fā)生局部的塑性變形,按凹模與凸模的形狀直接復(fù)制完成的沖模,如脹形模、翻邊模、縮口模等。
2.2.2 按工序組合可分為
單工序模:在壓力機(jī)上一次行程中,只完成一次沖壓基本沖壓的沖模
復(fù) 合 模:在壓力機(jī)上一次行程中,一個(gè)工位同時(shí)完成兩道及以上的基本沖壓的工序沖模。
級(jí) 進(jìn) 模:在壓力機(jī)上一次行程中,依次序在模具的不同工位上完成多道基本沖壓工序的沖模
3 材料
3.1 材料的選擇
10鋼(GB/T699-1999)——10鋼韌性和塑性是非常好的,冷熱皆可加工。具有較好的韌性和塑性(伸長(zhǎng)率δ=26%),10鋼為低碳鋼。
制造要求:受力不大、韌性高的零件,很適合做墊片零件。
3.2 材料分析
3.2.1 工件結(jié)構(gòu)
該墊片零件很簡(jiǎn)單,沒(méi)有任何復(fù)雜的形狀,10號(hào)鋼的凸模沖孔的最小尺寸為d≥1t,最小圓遠(yuǎn)大于1mm,屬于經(jīng)濟(jì)型的沖孔,沒(méi)有無(wú)細(xì)長(zhǎng)的窄槽和懸臂,可以批量生產(chǎn)。
表3-1優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼性能指標(biāo)(GB/T699-1999)
材料牌號(hào)
δb/MPa
δ1/MPa
δ5(%)
ψ(%)
交貨狀態(tài)硬度HBS≤
08
325
195
33
60
131
10
335
205
31
55
137
3.2.2 零件尺寸
零件圖上的尺寸都是自由公差,落料和沖孔可按IT7和IT8級(jí)精度來(lái)確定該墊片零件的公差。
因?yàn)橐话愕臎_裁方式?jīng)_裁1mm的金屬板時(shí),它的表面粗糙度為Ra=12.5μm到3.2μm之間,其毛刺的高度在0.01mm到0.05mm之間,該墊片零件沒(méi)有在粗糙度和毛刺的高度上沒(méi)有過(guò)多的要求,所以只要該模具設(shè)計(jì)的精度合理,能夠達(dá)到達(dá)到要求的話,該零件沖裁的斷面的質(zhì)量是可以保證的。
3.2.3 分析結(jié)論
該零件可以沖裁。
因該墊片零件的精度要求不是很高,而且10鋼的性能相對(duì)而言是比較適合的,所以此零件適合沖裁批量生產(chǎn),用普通的沖裁工藝就可實(shí)行。
4 沖壓工藝方案的確定
(1)單工序模生產(chǎn),先落料,后沖孔,需兩副模具。
(2)級(jí)進(jìn)模生產(chǎn),一模兩件。
(3)復(fù)合模生產(chǎn),一模兩件。
(4)級(jí)進(jìn)模生產(chǎn),隔位沖裁,一模一件。
(5)復(fù)合模生產(chǎn),隔位沖裁,一模一件。
方案(3)和方案(5)都是用復(fù)合模的方法生產(chǎn)的,經(jīng)有關(guān)數(shù)據(jù)的查閱,凸凹模的壁厚是滿足其要求的,但是最好用順裝的方式,這樣可以提高凸凹模的壽命和保證沖裁件的平整。然而,復(fù)合模的結(jié)構(gòu)是特別復(fù)雜的,尤其是方案(3),一模兩件,制造的成本是非常高的,同時(shí),一模兩件的生產(chǎn)的廢料和產(chǎn)品的清理都是很麻煩的。方案(1)的模具雖然簡(jiǎn)單許多,但是生產(chǎn)的效率是很低的,關(guān)于其資源的利用問(wèn)題野很不合理。因此,這三個(gè)方案我們都必須放棄。
方案(2)和方案(4)同為級(jí)進(jìn)模,生產(chǎn)效率都是比較高的,模具的設(shè)計(jì)也并不復(fù)雜,二者相比較中,方案(4)要相對(duì)好很多,效率是很高的,還有造價(jià)的問(wèn)題,兩副模具的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一副模具。故此,決定采用方案(4)。在沖裁出中間那個(gè)孔的時(shí)候,把整個(gè)零件落料下來(lái),生產(chǎn)效率也很好,比較好清理廢料。其模具的結(jié)構(gòu)和成本以及生產(chǎn)率都是很適合該墊片零件的。
5 工藝的計(jì)算
5.1 排樣方式
該零件的排樣是不需要說(shuō)的,橫排豎排都是一樣的,就是單排和雙排的問(wèn)題,根據(jù)零件的圖形,可以得到下圖的排樣圖。
圖5-1排樣圖
5.2沖裁排樣的設(shè)計(jì)
5.2.1搭邊值選取
a,a1——搭邊值:設(shè)計(jì)排樣的時(shí)候,工件之間的、工件與條形料板側(cè)邊之間留下的余料稱為搭邊。
由于料厚t=1.5,可知a1=1.0,a=1.2(查書《冷沖模具設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐》P73表2-19)
5.2.2 計(jì)算料寬B和步距S
根據(jù)這套模具的三維立體圖可以看出其是沒(méi)有側(cè)壓裝置的。
B-Δ=(Dmax+2a+Z)-Δ
Δ——條料寬度的單向偏差,如下表5-1:得0.15mm
式中Dmax——條料寬度方向沖件最大尺寸
式中a——側(cè)搭邊值
式中Z——導(dǎo)料板與最寬調(diào)料之間的間隙
B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=(Dmax+2a)-Δ=(24+2.4)-0.15=26.4-0.15
步距S=24+1=25mm
表5-1料寬度偏差Δmm
條料寬度B
材料厚度t
~0.5
>0.5~1
>1~2
~20
0.05
0.08
0.10
>20~30
0.08
0.10
0.15
>30~50
0.10
0.15
0.20
表5-2導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙Cmin
材料厚度t
無(wú)側(cè)壓裝置
有側(cè)壓裝置
條料寬度B
條料寬度B
100以下
100~200
200~300
100以下
100以上
~0.5
0.5
0.5
1
5
8
0.5~1
0.5
0.5
1
5
8
1~2
0.5
1
1
5
8
5.2.3 計(jì)算一個(gè)步距間的材料利用率η
η=A/Bs*100%
=(π*(122-32))/26.4*25)*100%
=64.2%
π取3.14
5.2.4 沖裁間隙
如下表5-3,(GB/T16743-1997)初始的雙面間隙為Zmin=0.132mm,Zmax=0.240mm
表5-3沖裁模初始雙面間隙值Z
材料厚度t/mm
0.8、10、35、0.9Mn2、Q235
Q345
40、50
65Mn
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
小于0.5
極小尺寸
0.5
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.6
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.7.
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.8
0.072
0.104
0.072
0.0104
0.072
0.104
0.064
0.092
0.9
0.090
0.126
0.090
0.126
0.090
0.126
0.090
0.126
1.0
0.100
0.140
0.100
0.140
0.100
0.140
0.090
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
1.75
0.220
0.320
0.220
0.320
0.220
0.320
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
2.1
0.260
0.380
0.280
0.400
0.280
0.400
2.5
0.360
0.500
0.380
0.540
0.380
0.540
2.75
0.400
0.640
0.420
0.600
0.420
0.600
3.0
0.460
0.740
0.480
0.660
0.480
0.660
3.5
0.540
0.880
0.580
0.780
0.580
0.780
5.2.5 板料規(guī)格
由其表格可以看出,應(yīng)該選擇1500mmX1000mm較為合理。(查書《冷沖模具設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐》P304附錄2 常用鋼板規(guī)格)
5.2.6 沖裁力計(jì)算
F=KLtτb
式中 F---沖裁力(N);
L---沖裁件周邊長(zhǎng)度(mm);
t---材料厚度(mm);
τb---材料抗剪強(qiáng)度(MPa)
K---一般取K=1.3。
L=πD=3.14×24=75.36mm
t=1.5mm
τb=360MPa
F=1.3×75.36×1.5×255=37472.76N
毛坯落料的卸料力:Fx=KxF
落料的推件力:FT=nKTF
毛坯落料的頂件力:FD=KDF
Kx---為卸料力系數(shù)
KT---推件力系數(shù)
KD---頂件力系數(shù)
F---沖裁力(N)
n---卡在凹??變?nèi)的沖件(或廢料)數(shù),n=h/t(h為凹??卓诘闹比斜诟叨龋瑃為材料厚度)。
表5-5卸料力、推件力、頂件力系數(shù)
材料厚度t(mm)
KX
KT
KD
鋼
≤0.1
0.065~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0.055
0.63
0.08
>0.5~2.5
0.04140~0.05
0.55
0.06
注:卸料力系數(shù)KX,在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜制件時(shí)取上限值。
所以Fx=KxF=0.05×37472.76=1873.63N
FT=nKTF=0.55×37472.76=20610.018N
FD=KDF =0.06×37472.76=2248.3656N
墊片零件落料初定采用彈性卸料、從下出該零件的模具結(jié)構(gòu),所以沖壓總力:
FZ=F+FT =1873.63+20610.018=22483.648N≈22KN.因此,所選壓力機(jī)的公稱壓力必須大于22KN
6 凸凹模分析
6.1 凸凹模
圖6-1凸凹模
6.2凸凹模刃口尺寸的計(jì)算
落料:
Dd=(Dmax-x△)+ed
Dp=(Dd-Zmin)-ep=(Dmax-x△-Zmin)-ep
沖孔:
Dp=(dmin+x△)-ep
dd=(dp+Zmin)+ed=(dmin+x△+Zmin)+ed
Dd、Dp---落料凹、凸模刃口尺寸(mm);
dd、dp---沖孔凸、凹模刃口尺寸(mm);
Dmax---落料的最大極限尺寸(mm);
dmin---沖孔極小尺寸(mm);
△---沖件的制造公差(mm,若沖件為自由尺寸,可按IT14級(jí)精度處理);
ed、ep---凸、凹模刃口制造公差(mm);
X---磨損系數(shù),x值在0.5-1之間,它跟沖壓件的精度是相關(guān)的,查表6-1,
因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的零件厚度是1.5mm,零件又是圓形沖件,所以可知刃口磨損系數(shù)x=0.75。
表6-1刃口磨損系數(shù)x
料厚t/mm
非圓形沖件
圓形沖件
1
0.75
0.5
0.75
0.5
1
1~2
2~4
>4
沖件公差△/mm
<0.16 0.17~0.35 ≥0.36 <0.16 ≥0.16
<0.20 0.21~0.41 ≥0.42 <0.20 ≥0.20
<0.24 0.25~0.49 ≥0.50 <0.24 ≥0.24
<0.30 0.31~0.59 ≥0.60 <0.30 ≥0.30
6.3凸凹模尺寸計(jì)算
凹模版采用整體式結(jié)構(gòu),刃口形式選擇直壁形刃口,落料選擇下漏料方式。
因?yàn)榱虾駷?.5mm,所以K取0.39。(查書《冷沖模具設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐》P96表2-27)
凹模板厚度: H=KS2=0.39*24=9.36
因?yàn)榘寄:穸炔荒苄∮?5,所以厚度取16.
計(jì)算凹模板寬度B W1=1.5*16=24
W2=1.5*16=24
L=W1+S1+S2
=24+25+24
=73mm
計(jì)算凹模板長(zhǎng)度L W3=1.5*16=24
W4=1.5*16=24
L=W3+S2+W4
=24+24+24
=72mm
凸模長(zhǎng)度的計(jì)算: L=h1+h2+h3
=16+18+20
=54
6.4凸凹模零件圖
圖6-2凸模零件圖
圖6-3凹模零件圖
7模具裝配圖
圖7-1模架裝配草圖
總 結(jié)
三年的時(shí)間就這么過(guò)去了,仿佛昨天我們剛步入這個(gè)我們生活了三年之久的校園。而今天,畢業(yè)設(shè)計(jì)就這么橫在了我的面前。經(jīng)過(guò)我三個(gè)星期的努力,在老師的帶領(lǐng)和幫助之下,和同學(xué)們之間互相幫助之下,終于是馬馬虎虎的完成了自己的這份畢業(yè)設(shè)計(jì),給我的大學(xué)三年畫上了一個(gè)句號(hào),為自己這三年交上了一份相對(duì)而言較為滿意的答復(fù)。
我這次設(shè)計(jì)的是一個(gè)制作墊片零件的沖裁級(jí)進(jìn)模具:從零件的選擇,到該墊片零件的排樣圖的設(shè)計(jì),之后的模架的選擇,再到其模具內(nèi)部的凹模、凸模設(shè)計(jì),UG裝配圖的設(shè)計(jì)與繪制,重要板塊的尺寸計(jì)算,最后導(dǎo)出的CAD二維圖以及匯總做出這份畢業(yè)設(shè)計(jì)。由此可以看出,這次工程是浩大的,三個(gè)星期基本沒(méi)有休息的時(shí)間,每天都在為了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)做努力,努力的想做好這一份可能是學(xué)習(xí)生涯中的“最后一份作業(yè)”。
從這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我明白我們?cè)撔袠I(yè)的困難,一系列的專業(yè)知識(shí),都是我們必須掌握的。而且每一步都是重要的,就算是一個(gè)尺寸的馬虎,那也是不允許的,因?yàn)檫@樣做出的零件是偏差的,也是不合格的,所以前期的設(shè)計(jì)、計(jì)算以及理論性的東西是特別重要的,不能馬虎對(duì)待。就拿我設(shè)計(jì)的這個(gè)零件來(lái)說(shuō),首先我們要看的是這個(gè)零件的尺寸必須是合理的(是可以設(shè)計(jì)的)。然后才能著手去設(shè)計(jì)它的排樣圖,根據(jù)書上的表格之類的算出其搭邊值、料寬等等重要尺寸,然后根據(jù)這些已知的條件再來(lái)設(shè)計(jì)凹模,在之后是根據(jù)其形狀尺寸再來(lái)做凸模,最后是選擇一套合適自己設(shè)計(jì)的模具的模架,可以看出每一步都是息息相關(guān)的,一步出錯(cuò),下面做的再多都是徒勞。
在做這份畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí),運(yùn)用到了我們這三年來(lái)學(xué)習(xí)的所有知識(shí),還查閱了很多的資料,多數(shù)關(guān)于本專業(yè)的知識(shí),還有很多書上的知識(shí)。最后在老師的幫助和同學(xué)的幫忙之下,做好了這份畢業(yè)設(shè)計(jì)。過(guò)程是特別的辛苦的,但此次的收獲是很多的,讓我比以前更了解了這個(gè)專業(yè)很多,很多以前漏掉的知識(shí)都是運(yùn)用起來(lái)了。也讓我明白了做事雖然需要?jiǎng)?chuàng)新,但在不成熟的情況下,按部就班也是不錯(cuò)的選擇。
致 謝
感謝老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我的幫助和對(duì)我的照顧,解決了很多畢業(yè)設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題,讓我懂得了很多,知道了很多,也補(bǔ)上了以前因?yàn)椴徽J(rèn)真聽(tīng)講而漏掉的很多知識(shí),學(xué)到了很多。同時(shí)還要感謝我的學(xué)校-蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院,她為我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,還給我們提供了充足的設(shè)備和儀器,在這個(gè)學(xué)校中,因?yàn)檫@樣,我們學(xué)到了很多很多。專業(yè)必備的知識(shí),一些社會(huì)的經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)于事情的處理上的問(wèn)題等等。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間,還要感謝我的同學(xué)們,互相幫助,相互幫助下,也解決了各自遇到的很多問(wèn)題,這種現(xiàn)象是很好的,增進(jìn)的同學(xué)之間的感情和解決畢業(yè)設(shè)計(jì)的問(wèn)題。
最后,感謝老師這三年對(duì)我的照顧,感謝學(xué)校給我們提供的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和給我們成長(zhǎng)的環(huán)境,感謝我的同學(xué)對(duì)我的幫助和三年來(lái)的歡樂(lè)。
附 錄
零件圖名稱
零件圖號(hào)
墊片模具裝配圖
00
下墊板
01
沖裁凹模
02
卸料板
03
凸模
04
凸模固定板
05
上墊板
06
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