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1、
調(diào)節(jié)偏心輪沖孔落料模設(shè)計
一、 沖壓工藝分析及模具結(jié)構(gòu)類型
該沖裁件的材料為Q235,料厚t=1.5mm,該沖裁件結(jié)構(gòu)簡單,比較適合沖裁。技術(shù)要求,該零件尺寸圖上所有未標注公差為IT14級確定工件尺寸公差,屬自由尺寸,因此,尺寸精度要求較低。因生產(chǎn)批量較大,適宜采用落料沖孔復合模結(jié)構(gòu)設(shè)計。
二、 排樣設(shè)計
在沖壓零件的成本中,材料費用約占60%以上,因此材料的經(jīng)濟利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟利用,還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)濟指標。因此,排樣時應考慮如下原則:
2、
1.提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下,還可適當改變制件形狀)。
2.排樣方法使應操作方便,勞動強度小且安全。
3.模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。
4.保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求。
根據(jù)零件實際情況,采用有廢料排樣法:如,沿制件的全部外形輪廓沖裁,在制件之間及制件與條料側(cè) 邊之間 ,都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊,所以制件質(zhì)量和模具壽命較高,但材料利用率降低。
表 1搭邊a和a1數(shù)值(低碳鋼)
查表1得:
兩工件間的搭邊:a1=1mm
工件邊緣搭邊:a=1.2mm
步距為:53mm
條料寬度B=(D+2a)(mm)
式中:
3、
B——條料寬度的基本尺寸(mm);
D——條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸(mm);
a——側(cè)面搭邊,查表1 (mm);
條料寬度B=(52+1.2*2) =54.4mm
確定后排樣圖如圖2
圖2
三、材料利用率
在沖壓零件的成本中,材料費用約占60%以上,因此材料的經(jīng)濟利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。不合理的排樣會浪費材料,衡量排樣經(jīng)濟性的指標是材料的利用率,可用下式計算:
η=F/F0100%=F/AB100%
式中
η——材料利用率;
F——工件的實際面積;
F0——所用材料面積,包括工件面積與廢料面
4、積;
A—— 送料進距 (相鄰兩個制件對應點的距離);
B——條料寬度。
材料利用率η=F/F0100%=F/AB100%
η=(2122.64-339-94)/2883.2*100%
=61.8%
四、沖裁力與壓力中心計算
1、沖裁力
計算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機、設(shè)計模具和檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力,以適應沖裁的需求。普通平刃沖裁模 ,其沖裁力 P一般可按下式計算:
FP=KptLτ
式中τ—— 材料抗剪強度
L——沖裁周邊總長(mm);
t——材料厚度(mm)
系數(shù)
5、 Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(數(shù)值的變化或分布不均)、潤滑情況 、材料力學性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù),一般取 13。 當查不到抗剪強度 τ時,可用抗拉強度σ b代替τ,而取Kp=1的近似計算法計算。當上模完成 一次沖裁后,沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內(nèi),模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。為了使沖裁工作繼續(xù)進行,必須將箍在凸模上的材料料刮下 ,將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力,稱為卸料力 ;從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力,稱為推件力。影響卸料力、推件力 的因素很多,要精確地計算
6、是困難的。在實際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗 公式計算:
卸料力F卸=K卸*F落
推件力 F推=nK推 *F落
式中 P——沖裁力(N);
K——卸料力系數(shù),其值為0.02~0.06(薄料取大值, 厚料取小值);
K1——推料力系數(shù),其值為0.03~0.07(薄料取大值, 厚料取小值);
K2—— 頂件力系數(shù),其值為0.04~0.08(薄料取大值, 厚料取小值);
n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n=h/t);
h——直刃口部分的高(mm);t——材料厚度(mm)。卸料力和 頂件力還是 設(shè)計卸料裝置和彈頂裝置中彈
7、性元件的依據(jù)。
落料力 F落=KptLτ=1.3*材料周邊的總長*材料厚度*Q235鋼的抗剪強度=1.3*(163.4+68.3)*1.5*235= 106.2KN
卸料力F卸=K卸*F落=0.04* 106.2=4.25KN
推件力 F推=nK推 *F落=0.05* 106.2=5.31K N
總沖壓力= F落+F卸+F推 =106.2+4.25+5.31=115.76KN
2、壓力中心計算
模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作,應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模,壓力中心應通過模柄的軸心線。否則會使沖模
8、和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷,使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的磨損,模具導向零件加速磨損,降低模具和壓力機的使用壽命。
沖模的壓力中心,可按下述原則來確定:
(1)對稱形狀的單個沖裁件,沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
(2)工件形狀相同且分布位置對稱時,沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
(3)形狀復雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計算法求出沖模壓力中心
工件圖如下:
由圖示此可知工件壓力中心坐標為X26,Y27。
1、沖裁模刃口尺寸計算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度,模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其
9、制造公差,是設(shè)計沖裁模主要任務之一。從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn):
(1)由于凸模、凹模之間存在間隙,使落下的料或沖出的孔都帶有錐度,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
(2)在測量與使用中,落料件是以大端尺寸為基準,沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。
(3)沖裁時,凸模、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦,凸模愈磨愈小,凹模愈磨愈大,結(jié)果使間隙越來越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需考慮下述原則:
(1)落料件尺寸由凹模尺寸決定,沖孔時孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時,以凹模為基準,間隙取在凸模上;設(shè)計沖孔模時,以凸模為基準,間隙取在凹模上。
10、
?。?)考慮到?jīng)_裁中凸模、凹模的磨損,設(shè)計落料模時,凹?;境叽鐟〕叽绻罘秶妮^小尺寸;設(shè)計沖孔模時,凸模基本尺寸則應取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣,在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下,仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。
(3)確定沖模刃口制造公差時,應考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高( 即制造公差過小),會使模具制造困難,增加成本,延長生產(chǎn)周期;如果對刃口精度要求過低(即制造公差過大),則生產(chǎn)出來的制件可能不合格,會使模具的壽命降低。制件精度與模具制造精度的關(guān)系見表2.2.1。若制件沒有標注公差,則對于非圓形件按國家標準“非配合尺寸的公差數(shù)
11、值”IT14級處理,沖模則可按IT11級制造;對于圓形件,一般可按IT7~IT6級制造模具。沖壓件的尺寸公差應按“入體”原則標注,落料件上偏差為零,下偏差為負;沖孔件下偏差為零,上偏差為正。
2、刃口尺寸的計算方法
由于模具加工方法不同,凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差的標注也不同,刃口尺寸的計算方法可分為二種情況。
凸模與凹模分別加工計算模具刃口尺寸
采用這種方法,是指凸模和凹模分別按圖紙標注的尺寸和公差進行加工。沖裁間隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差來保證。要分別標注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差(凸模δp、凹模δd),優(yōu)點是具有互換性,但受到?jīng)_裁間隙的限制,它適用于
12、圓形或簡單形狀的沖壓件。從圖2.3.1沖壓件與凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布狀態(tài)可以看出,要保證初始間隙值小于最大合理間隙2cmax,必須滿足下列條件:
|δ p|+|δd|≤2cmax-2cmin
也就是說,新制造的模具應該是|δp|+|δd|+2cmin≤2cmax。 否則制造的模具間隙已超過允許變動范圍 2cmin~2cmax,影響模具的使用壽命。
若|δ p|+|δd|>2cmax-2cmin,可取δp=0.4(2cmax-2cmin),δd=0.6(2cmax-2cmin)作為模具的凸模、凹模的制造偏差。
1.落料:
設(shè)工件的尺寸為D0-△,根據(jù)計
13、算原則,落料時以凹模為設(shè)計基準。首先確定凹模尺寸,使凹?;境叽缃咏虻扔谥萍喞淖钚O限尺寸,再減小凸模尺寸以保證最小合理間隙值2cmin。凹模制造偏差取正偏差,凸模偏差取負偏差,其計算公式如下:
凸模偏差?。荷掀?,下偏差-0.02
凹模偏差?。荷掀?0.15,下偏差+0.1
2.沖孔:
設(shè)沖孔尺寸為d+△0,根據(jù)以上原則,沖孔時以凸模設(shè)計為基準,首先確定凸模刃口尺寸,使凸?;境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸,再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙 2cmin。凸模制造偏差取負偏差,凹模取正偏差。其計算公式如下:
在同一工步中沖出制件兩個以上孔時,凹
14、模型孔中心距 Ld按下式確定 :
式中:Dd—落料凹模基本尺寸(mm);
Dp—落料凸模基本尺寸(mm);
Dmax—落料件最大極限尺寸(mm);
dd—沖孔凹?;境叽?mm);
dp—沖孔凸?;境叽?mm);
dmin—沖孔件孔的最小極限尺寸(mm);
Ld—同一工步中凹??拙嗷境叽?mm);
Lmin—制件孔距最小極限尺寸(mm);
△—制件公差 (mm);
2cmin—凸模、凹模最小初始雙面間隙(mm);
δp—凸模下偏差,可按IT6選用(mm);
δd—凹模上偏差,可按IT7選用(mm);
x—系數(shù),是為了使沖裁件的實際尺寸
15、盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸,與工件制造精度有關(guān),按下列關(guān)系取值,也可查表2.3.1:
當制件公差為 IT10以上,取x=1
當制件公差為 IT11~IT13,取x=0.75
當制件公差為 IT14以下時,取x=0.5。
系數(shù)x
材料厚度t(㎜)
非 圓 形
圓 形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差Δ
< 1
1~2
2~4
> 4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.44
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
16、
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
六、彈簧的選用
彈簧屬標準件,在模具中應用最多的是圓柱螺旋壓縮彈簧和碟形彈簧。這里是采用圓柱螺旋壓縮彈簧。
選擇原則:
1.簧必須滿足預壓力的要求:
2.裝置 頂件裝置一般是彈性的。其基本組成有頂桿、頂件塊和裝在下模底下的彈頂器,彈頂器可以做成通用的,其彈性元件是彈簧或橡膠,這種結(jié)構(gòu)的頂件力容易調(diào)節(jié),工作可靠,沖件平直度較高。
推件塊或頂件塊在沖裁過程中是在凹模中運動的零件,對它有如下要求:模具處于閉合狀態(tài)時,其背后有一定空間,以備修磨和調(diào)整的需
17、要;模具處于開啟狀態(tài)時,必須順利復位,工作面高出凹模平面,以便繼續(xù)沖裁;它與凹模和凸模 的配合應保證順利滑動,不發(fā)生互相干涉。為此,推件塊和頂件塊與凹模為間隙配合,其外形尺寸一般按公差與配合國家標準h8制造,也可以根據(jù)板料厚度取適當間隙。推件塊和頂件塊與凸模的配合一般呈較松的間隙配合,也可以根據(jù)板料厚度取適當間隙。
所選彈簧必須滿足預壓力要求:
所選彈簧必須滿足最大許可壓縮量的要求
卸料力F卸=K卸*F落=0.04* 106.2=4.25KN
由于卸料力較小,因此可以選用彈力橡膠代替彈簧的使用。
六、沖床的選用
根據(jù)總沖壓力 F總=115.76(KN),模具閉合
18、高度,沖床工作臺面尺寸等,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,選用J23-63開式雙柱可傾沖床,并在工作臺面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下:
公稱壓力: 630KN
滑塊行程: 130mm
行程次數(shù): 50 次∕分
最大閉合高度: 360mm
連桿調(diào)節(jié)長度: 80mm
工作臺尺寸(前后左右): 480mm 710mm
七、沖壓工藝規(guī)程
在沖裁工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。沖裁工藝方案可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。
單工序沖裁是在壓機一次行程,在模具單一的工位中完成單一工序的沖壓;復合沖裁是在壓機一次行程中,
19、在模具的同一工作位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序;級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序,排列成一定的順序,在壓機一次行程中條料在沖模的不同工序位置上,分別完成工件所要求的工序,在完成所有要求的工序后,以后每次沖程都可以得到一個完整的沖裁件。組合的沖裁工序比單工序沖裁生產(chǎn)效率高,獲得的制件精度等級高。
1. 沖裁工序的組合
沖裁組合方式的確定應根據(jù)下列因素決定。
(1)生產(chǎn)批量 小批量與試制采用單工序沖裁,中批和大批量生產(chǎn)采用復合沖裁或級進沖裁。
(2)工件尺寸公差等級 復合沖裁所得到的工件尺寸公差等級高,因為它避免了多次沖壓的定位誤差,并且在沖裁過程中可
20、以進行壓料,工件較平整。級進沖裁所得到的工件尺寸公差等級較復合沖裁低,在級進沖裁中采用導正銷結(jié)構(gòu),可提高沖裁件精度。
(3)對工件尺寸、形狀的適應性 工件的尺寸較小時,考慮到單工序上料不方便和生產(chǎn)率低,常采用復合沖裁或級進沖裁。對于尺寸中等的工件,由于制造多副單工序模的費用比復合模昂貴,也宜采用復合沖裁。但工件上孔與孔之間或孔與邊緣之間的距離過小時,不宜采用復合沖裁和單工序沖裁,宜采用級進沖裁。 所以級進沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小等異形工件(參見圖2.6.6),但級進沖裁受壓機臺面尺寸與工序數(shù)的限制,沖裁工件尺寸不宜太大。
(4)模具制造、安裝調(diào)整和成本 對復雜形狀的
21、工件,采用復合沖裁比采用級進沖裁為宜。因模具制造、安裝調(diào)整較易,成本較低。
(5)操作方便與安全 復合沖裁出件或清除廢料較困難,工作安全性較差。級進沖裁較安全。
綜合上述分析,對于一個工件,可以得出多種工藝方案。必須對這些方案進行比較,選取在滿足工件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下,模具制造成本低、壽命長、操作方便又安全的工藝方案。
2. 沖裁順序的安排
(1)級進沖裁的順序安排
?、?先沖孔或切口,最后落料或切斷,將工件與條料分離。首先沖出的孔可作后續(xù)工序的定位用。在定位要求較高時,則可沖出專供定位用的工藝孔(一般為兩個,見圖2.6.6)。
?、?采用定
22、距側(cè)刃時,定距側(cè)刃切邊工序安排與首次沖孔同時進行,以便控制送料步距。采用兩個定側(cè)距刃時,可以安排成一前一后,也可并例布置。
(2)多工序工件用單工序沖裁時的順序安排
① 先落料使毛坯與條料分離,再沖孔或沖缺口。后繼各沖裁工序的定位基準要一致,以避免定位誤差和尺寸鏈換算。
?、?沖裁大小不同、相距較近的孔時,為減少孔的變形,應先沖大孔,后沖小孔。
根據(jù)沖裁件確定工藝規(guī)程:
切料(剪床)
沖裁(開試雙柱可傾沖床J23-63)
去毛刺(鉗工)
檢驗(游標卡尺等)
八、模具總裝配圖
(詳見:圖紙)
九、模具零件圖
(詳見:圖紙)
十、主要參考文獻:
李雙義《冷沖模具設(shè)計》清華大學出版社
安繼儒《中外常用金屬材料手冊》陜西科學技術(shù)出版社
王守新《材料力學》大連理工大學出版社
鄧明《材料成形新技術(shù)及模具》化學工業(yè)出版社
戴達煌《現(xiàn)代材料表面技術(shù)科學》冶金工業(yè)出版社
曾正明《機械工程材料手冊.金屬材料》機械工業(yè)出版社