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本文格式為Word版,下載可任意編輯——【沖壓模具課程設(shè)計(jì)河北工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)2022/2022學(xué)年第1學(xué)期課程設(shè)計(jì)題目名稱(chēng)壓圈沖壓模具設(shè)計(jì)學(xué)院(系)機(jī)電學(xué)院專(zhuān)業(yè)材料成型與操縱工程班級(jí)一班學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師河北工程大學(xué)2022年12月第1章緒論1.1沖壓工藝概述1.1.1沖壓工藝簡(jiǎn)介沖壓是塑性加工的根本方法之一,它是利用安裝在壓力機(jī)上的模具,在室溫下對(duì)材料施加壓力使其產(chǎn)生變形或分開(kāi),從而獲得具有確定外形、尺寸和精度的制件的一種壓力加工方法。由于它主要用于加工板料制件,所以也稱(chēng)板料沖壓。在機(jī)械制造中是一種高效率的加工方式。
沖壓廣泛應(yīng)用于金屬制品各行業(yè)中,尤其在汽車(chē)、儀表、軍工、家用電器等工業(yè)中占有極其重要的地位。
沖壓工藝有如下特點(diǎn):
1.能沖壓出其它加工方法難以加工或無(wú)法加工的外形繁雜的零件。譬如,從儀器儀表小型零件到汽車(chē)籠罩件、縱梁等大型零件,均由沖壓加工完成。
2.沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定,尺寸精度高。由于沖壓加工是有模具成型,模具制造精度高、使用壽命長(zhǎng),故沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定,制件互換性好。尺寸精度一般可達(dá)IT10~I(xiàn)T14級(jí),最高可達(dá)成IT6級(jí),有的制件不需要在加工,便可得志裝配和使用要求。
3.沖壓件具有重量輕、強(qiáng)度高、剛性好和外觀粗糙度小等特點(diǎn)。
4.沖壓加工生產(chǎn)效率極高,沒(méi)有其它任何一種機(jī)械加工方法能與之相比。譬如,汽車(chē)籠罩件這樣的大型沖壓件的生產(chǎn)效率,可達(dá)每分鐘數(shù)件;
高速?zèng)_壓小型制件,可達(dá)每分鐘上千件。
5.材料利用率高,一般為70%~85%。因此沖壓件能實(shí)現(xiàn)少?gòu)U料或無(wú)廢料生產(chǎn)。在某些處境下,邊角余料也可充分利用。
6.操作簡(jiǎn)樸,便于組織生產(chǎn),易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。對(duì)操作工人的技術(shù)素質(zhì)要求不高,新工人經(jīng)短時(shí)培訓(xùn)便能上崗操作。
7.沖壓的特點(diǎn)是模具制造時(shí)間長(zhǎng)、制造本金高,故不適合于單件小批量生產(chǎn)。另外,沖壓生產(chǎn)多采用機(jī)械壓力機(jī),由于滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)快,手工操作時(shí),勞動(dòng)強(qiáng)度大,易發(fā)生事故,故務(wù)必更加重視安好生產(chǎn)、安好管理以及采取必要的安好技術(shù)措施。
8.沖壓模設(shè)計(jì)需要有很強(qiáng)的想象力與創(chuàng)造力,對(duì)于模具的設(shè)計(jì)者和制造者無(wú)論在理論、閱歷、創(chuàng)造力方面都要有很高的要求。
1.1.2沖壓模具的進(jìn)展近年來(lái),我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車(chē)配套的籠罩件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)成1~2μm,壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。外觀粗糙度達(dá)成Ra≤1.5μm的精沖模,大尺寸(φ≥300mm)精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)成相當(dāng)高的水平。
1.模具CAD/CAM技術(shù)狀況我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的進(jìn)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠(chǎng)于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)自行開(kāi)發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠(chǎng)等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的第一個(gè)沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。20世紀(jì)90年頭以來(lái),國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開(kāi)頭采用CAD/CAM技術(shù)。國(guó)家科委863籌劃將東風(fēng)汽車(chē)公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠(chǎng),由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位,開(kāi)發(fā)的汽車(chē)車(chē)身與籠罩模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過(guò)鑒定。
2.模具設(shè)計(jì)與制造才能狀況在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下,經(jīng)過(guò)幾十年努力,現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造才能已達(dá)成較高水平,包括信息工程和虛擬技術(shù)等大量現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在好多模具企業(yè)得到應(yīng)用。
雖然如此,我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造才能與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車(chē)和大中型汽車(chē)籠罩件模具及高精度沖模方面,無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和才能方面,都有較大差距。轎車(chē)籠罩件模具,具有設(shè)計(jì)和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn),可代表籠罩件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面根本達(dá)成了國(guó)際水平,模具布局周期等方面,與國(guó)外相比還存在確定的差距。
汽車(chē)籠罩件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完備,高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來(lái)越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越成熟,可以舉行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度,提高了模具的質(zhì)量,縮短了模具的制造周期。
1.2工藝方案確實(shí)定1.2.1錫青銅QSn4-4-2.5的性能QSn4-4-2.5經(jīng)退火處理后,其抗剪強(qiáng)度為125~550MPa,其抗拉強(qiáng)度為294~490MPa,其伸長(zhǎng)率為5%~35%,適合于做沖壓材料。
1.2.2方案確定方案一:沖孔—落料方案二:落料,沖孔(復(fù)合)方案三:落料,沖孔(連續(xù))方案一:?jiǎn)喂ば蚰?,先沖孔再落料保證確定的精度,但主要適用于生產(chǎn)量較小或單件生產(chǎn),生產(chǎn)率較低,且多了一模具,生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
方案二:制止了屢屢定位的布局,并在沖裁過(guò)程中可以壓料,工件較平整,較單工序模縮短生產(chǎn)周期。
方案三:根據(jù)生產(chǎn)量,模具可以采用連續(xù)模,但是連續(xù)模的布局繁雜,對(duì)制造精度的要求高,連續(xù)模比復(fù)合模對(duì)比生產(chǎn)周期長(zhǎng),本金高,維護(hù)也困難。
經(jīng)過(guò)對(duì)比分析壓圈的沖壓模具設(shè)計(jì)采用方案二。
1.2.3有關(guān)設(shè)計(jì)壓圈由落料沖孔單工步成型,只需設(shè)計(jì)落料沖孔復(fù)合模。壓圈生產(chǎn)過(guò)程由于布局廢料較多,原材料的利用率較低,而模具費(fèi)用的份額比例較大,這樣要求模具的布局簡(jiǎn)樸,生產(chǎn)率高,落料沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)成一模一腔。復(fù)合模采用倒裝布局,沖孔廢料直接由沖孔凸模從凸凹模內(nèi)孔推下,卸件穩(wěn)當(dāng),操作安好便當(dāng),生產(chǎn)效率高,并為機(jī)械化出件供給有利條件,應(yīng)用特別廣泛。
第2章復(fù)合沖壓模具設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1沖裁件的工藝設(shè)計(jì)2.1.1沖裁件的工藝性分析沖裁件的工藝性分析是指沖裁件對(duì)沖裁的適應(yīng)性,即沖裁件的外形布局、尺寸的大小及偏差等是否符合加工的工藝要求。沖裁件的工藝性是否合理對(duì)沖裁件的質(zhì)量、模具的壽命和生產(chǎn)率有很大影響。
壓圈外形簡(jiǎn)樸、對(duì)稱(chēng),是由圓弧和直線(xiàn)組成的,沖裁件內(nèi)外所能達(dá)成的經(jīng)濟(jì)精度為IT11,該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證.其生產(chǎn)批量等處境,也均符合沖裁的工藝要求,故經(jīng)壓圈符合沖裁工藝要求。
2.1.2確定工藝方案及模具形式綜上分析,沖裁件精度要求不高,尺寸不大,外形不繁雜生產(chǎn)量為大批量生產(chǎn),材料厚度,t=0.2mm,且孔位精度無(wú)要求,采用手工送料、剛性卸料、自動(dòng)漏料、導(dǎo)料銷(xiāo)導(dǎo)料的沖孔落料復(fù)合沖裁模具布局形式。
2.2凹凸模間隙的選擇沖裁間隙指凸、凹模刃口間隙的距離。沖裁間隙是沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),它直接影響沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和力能的消耗,應(yīng)根據(jù)實(shí)際處境和需要合理的選用。沖裁間隙有單面間隙和雙面間隙之分。
2.2.1沖裁間隙的分類(lèi)根據(jù)沖裁件尺寸精度、剪切質(zhì)量、模具壽命和力能消耗等主要因素,將金屬材料沖裁間隙分成三種類(lèi)型:Ⅰ類(lèi)(小間隙),Ⅱ類(lèi)(中等間隙),Ⅲ類(lèi)(大間隙)。
2.2.2沖裁間隙對(duì)沖裁件的影響1、間隙過(guò)小時(shí),由凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋在持續(xù)加壓的處境下將產(chǎn)生二次剪切,繼而被擠入凹模。這樣,制件端面中部留下撕裂面,而兩頭展現(xiàn)光亮帶,在端面展現(xiàn)擠長(zhǎng)的毛刺。毛刺雖長(zhǎng)單易去除,只要中間撕裂不是很深,仍可用。
2、間隙過(guò)大時(shí),材料的彎曲與拉伸增大,拉伸應(yīng)力增大,材料輕易被撕裂,使制件的光亮代減小,圓角與斷裂都增大,毛刺大而厚,難去除。所以隨著間隙的增大,制件的斷裂面的傾斜度的增大,毛刺增高。
2.2.3間隙對(duì)尺寸精度的影響當(dāng)凸、凹模的間隙較大時(shí),材料所受拉伸作用增大。沖裁完后,材料的彈性恢復(fù)使落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔孔徑大于凸模直徑。此時(shí)穹彎的彈性恢復(fù)方向與其相反,鼓薄板沖裁時(shí)制件尺寸偏差減小。在間隙較小時(shí),由于材料受凸、凹模擠壓力大,故沖裁完后,材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大,沖孔孔徑減小。
2.2.4間隙對(duì)沖裁力的影響隨著間隙的增大,材料所受的拉力增大,材料輕易斷裂分開(kāi),因此沖裁力減小。但是持續(xù)增大間隙時(shí),會(huì)因從凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋不重合,沖裁力減小。
由于間隙的增大,使沖裁件的光亮面變小,落料尺寸小于凹模尺寸,沖孔尺寸大于凸模尺寸,因而使卸料力、推件力或頂件力也隨之減小。但是,間隙持續(xù)增大時(shí),由于毛刺增大,引起卸料力、頂件力也急速增大。
2.2.5間隙對(duì)模具壽命的影響沖裁模具的壽命通常以保證獲得合格產(chǎn)品時(shí)的沖裁次數(shù)來(lái)表示。沖裁過(guò)程中模具的失效形式一般有:磨損、變形、崩刃和凹模刃口漲裂四種。
間隙增大時(shí)可使沖裁力、卸料力等減小,因而模具的磨損也減??;
但當(dāng)間隙持續(xù)增大時(shí),卸料力增加,又影響模具磨損,一般間隙為(10%--15%t)時(shí)磨損最小模具壽命較高。間隙小時(shí),落料件阻塞在凹模洞口的漲裂力也大。
2.2.6確定合理間隙的理論依據(jù)由以上分析可見(jiàn),凸、凹模對(duì)沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響。因此,在設(shè)計(jì)和制造模具時(shí)有一個(gè)合理的間隙值,以保證沖裁件的斷面質(zhì)量好,尺寸精度高,所需沖裁力小,模具壽命高。生產(chǎn)中常選用一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙。這個(gè)范圍的最小值稱(chēng)為最小合理間隙Zmin,最大值稱(chēng)為最大合理間隙Zmax。設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)采用最小合理間隙值。
確定合理間隙的理論根據(jù)是以凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋相重合為依據(jù)??梢杂?jì)算得到合理間隙值,計(jì)算公式如下:
Z=2t(1-)tanβ由上式可看出,間隙z與材料厚度t、相對(duì)切入深度h0/t及破碎角β有關(guān)。對(duì)硬而脆的材料,h0/t有較小值時(shí),那么合理間隙值較大。對(duì)軟而韌的材料,h0/t有較大值,那么合理間隙值較小。板厚越大,合理間隙越大。
由于理論計(jì)算在生產(chǎn)中不便使用,故目前廣泛使用的是閱歷數(shù)據(jù)。
2.2.7合理間隙的選擇表2-1常用金屬材料的沖裁初始間隙(雙面)材料厚度低碳鋼,銅,紫銅,鋁中碳鋼,杜拉銅高碳鋼,不銹鋼最小值△z最小值△z最小值△z0.20.010+0.0100.012+0.0100.014+0.0100.30.0150.0180.0210.40.0200.0240.0280.50.0250.0300.0350.60.030+0.0200.036+0.0200.042+0.0200.70.0350.0420.049zmax=zmin+△z,由表可知,此復(fù)合模的最小雙面間隙為zmin=0.010mm,最大雙面間隙為zmax=0.020mm。
2.3凹凸模制造方法及刃口尺寸的計(jì)算2.3.1凹凸模的制造方法凸、凹模的加工方法有兩種:凸、凹模分開(kāi)加工法和凸、凹模合作加工方法。
當(dāng)凸、凹模分開(kāi)加工時(shí),模具具有互換性,便于模具成批量生產(chǎn),但精度要求很高,制造困難,相應(yīng)的會(huì)增加加工本金。凸、凹模合作加工適合于較繁雜的、非圓形的模具,制造簡(jiǎn)樸,本金低。
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