固定架成型工艺分析与模具设计毕业设计

固定架成型工艺分析与模具设计毕业设计内容摘要：

以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。 根据这一要求对该零件进行工艺分析 此工件是固定架，所采用的材料为 Q235，有良好的冲压性 能，料厚为 3mm，没有悬臂，没有违反冲裁件的工艺规定。 抗剪强度 373M P a304  ，抗拉强度M Pab 461372 ，伸长率 %2521 ，此种材料有足够的强度，适合于冲压生产。 工件的形状不复杂，外形为矩形。 精度要求不高，整体上有 1 个冲孔、一处弯曲。 未标出零件尺寸公差，公差按 IT13 级选取。 孔的直径为 20mm，不需要凸模护套。 主要工序有冲裁、弯曲，切断，不需要特殊处理。 根据以上分析，此产品冲压工艺性较好。 该零件是大批量生产，故采用冲压模具进行生产可以取得良好的经济效益，可以降低零件的生产成本。 工艺方案的确定 根据制作的工艺性分析，其工序有落料、冲 孔、弯曲。 按其先后顺序组合，可得以下三种方案： 方案一、落料 —— 冲孔 —— 弯曲，采用单工序模具生产。 这种方案所用模具结构简单，但需要三道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。 由于零件结构简单，为提高生产效率，应采用复合冲裁或级进冲裁方式。 方案二、弯曲 —— 冲孔 —— 切断，采用复合模生产。 这种方案虽然能在压力机一次行程内完成多道工序，由于有三道工序，使模具设计过于复杂，强度不易保证。 方案三、冲孔 —— 弯曲 —— 切断，采用级进模生产。 这种方案生产效率高，适合大批量生产，虽然它 受送料误差的影响，尺寸精度要求低，但是由于工件本身精度要求低，所以比较合适。 通过以上三种方案的分析比较，我觉得方案三各方面都比较适合，所以我决定以方案三作为我的设计方案。 模具结构形式的确定 a 总体结构为级进模连续冲压。 b 卸料装置采用弹性卸料装置，以便于制造与操作。 c 为了使模具具有良好的导向精度，选择导柱、导套导向的模具结构。 太原工业学院毕业设计 7 d 定位装置采用双侧刃控制送料步距与定位。 2 主要工艺设计与计算 排样设计 排样图如图 21 所示： 图 21 排样图 Layout plan 排样方法及搭边的设计 条料的排样方法为有废料直排的方式，侧搭边 a=3mm，工件间搭边 a1=。 材料利用率 材料利用率  是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，  值越大，材料利用率就越高，它是衡量合理利用材料的经济性指标，也是购买原材料多少的依据。 其计算可用一个进距内冲裁件的实际面积与毛坯面积的百分比表示。 钢板的材料利用率为 %% %100  BSA 式中：  —— 材料利用率； 太原工业学院毕业设计 8 A—— 一个步距内工件的实际面积 )( 2mm ； S—— 送料步距 )(mm ； B—— 条料宽度 )(mm。 弯曲工艺设计及计 中性层位置计算 0 = xtr =3+ 3= 式中： x—— 与变形程度有关的中性层位移系数，查得： x=； r—— 弯曲件的内圆角半径， mm； t—— 弯曲板料厚度， mm。 弯曲工件的毛坯展开尺寸计算 根据冷冲压手册中的公式，查得： L=L1 +L2 +2  xtr =24+74+2  =，取整为 公式 中字母含义见图 21。 图 22 回弹现象的表征及模具相关尺寸修正 由于弯曲时内、外切向力方向相反，因而弹性回复方向也相反，即外区弹性缩短太原工业学院毕业设计 9 而内区弹性伸长，这种反向的弹性回复加剧了工件形状和尺寸的改变，使弯曲件的形状和尺寸与模具尺寸不一致，这种现象叫弯曲回弹 (简称回弹 )。 当相对弯曲半径 r/t5 时，卸载后弯曲件圆角半径是很小的，可以不予考虑，而之修正弯曲角。 90 的 V形自由弯曲，回弹角  查表得：  =1 设计模具时，当弯曲 件弯曲角 90 时，取凸模角度 T =  =  190 =89 式中：  —— 弯曲件的要求的弯曲角， ( )；  —— 弯曲角为 90 时的回弹角， ( )； T —— 凸模角度。 弯曲凸、凹模设计 材料最小相对弯曲半径，查表得： r。 凸模圆角半径： 当弯曲件的相对弯曲半径 r/t 较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径 r，但不能小于材料的所允许的最小相对弯曲半径 rmin /t。 设计中凸模圆角半径 r凸 =2mm。 弯曲凸凹模的间隙： 弯曲 L形工件时，凸凹模间隙值根据下式确定： Z=tmax +Ct=t+ +Ct=3+ 3= 式中 Z—— 弯曲凸、凹模单边间隙（ mm）； t—— 材料厚度（ mm）；  —— 材料厚度的正偏差，  =0mm； C—— 间隙系数，查得 C=。 弯曲模工作部分尺寸 凸凹模尺寸的计算： 工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准，间隙取在凹模上：设计中弯曲凸凹模不太好区分，把按在下模座上的工作零件定为弯曲凹模：把按在上模座上的工作零件定为弯曲凸模。 凹模尺寸为： 宽度：即为工件宽度的尺寸 30mm 太原工业学院毕业设计 10 长度： LT =（ 77+43  ） 0T =(77+43  ) = mm 式中： L—— 弯曲件的基本尺寸， mm； LT —— 凹模工作部分尺寸， mm；  —— 弯曲件公差， mm； T —— 凹模制造公差，选用 IT7 级精度， mm； 凸模尺寸为： 凸模用紧固螺钉固定，本设计中只需要保证弯曲凹、凸模的间隙就行： 长度为： 30mm 宽度为： 24mm 高度为： 144mm 弯曲力计算 工件为 90 L形弯曲，计算弯曲力时可以根据 90 U形弯曲计算，然后取其一 半就是90 L形弯曲力。 ： U形弯曲件： FzU = tr b2 KB= 30 3 44033    =108108N 压料力： FQ =(~) FzU = FzU = F总U = FzU + FQ = L行弯曲件： FL = 2z QU FF  = ： FJ =Fq A=110 30 30=99000N 式中： FzU —— 冲压行程结束时，不经受校正时的自由弯曲力， N； B—— 弯曲件的宽度， mm； t—— 弯曲件的厚度， mm； r—— 内圆弯曲半径， mm； b —— 弯曲材料的抗拉强度， MPa； 太原工业学院毕业设计 11 K—— 安全系数，一般取 ； FJ —— 校正力， N； Fq —— 单位面积上的校正力， MPa，查表得： Fq =110N； A—— 弯曲件被校正部分的投影面积， mm2。 条料的宽度和导料板间距离计算 在排样方案与搭边值确定之后，接下来就要确定条料的宽度，和导板间的距离。 在条料宽度的计算时，一般采用下列的简化公式。 条料宽度 条料宽度 B0 =(Lmax +2a+C)0 =（ +2 3+）  = mm， 式中： Lmax ：条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸， mm ； a：侧面搭边 mm；  ：条料下料剪裁时的下偏差，查冲压工艺与模具设计 [1]表 28， mm； C：导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值查冲压工艺与模具设计 [1]表29， mm， C=。 导料板间的距离 导料板间距 A=B+C =+=， 步距 指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。 步距可定以为 S=L+a1 =30+= 式中： L—— 沿条料送进方向 ，毛坯外形轮廓的最大宽度值， mm； a1 —— 沿送进方向的搭边值， mm。 冲裁工艺力的计算 冲裁工艺力是使材料在冲裁过程中完成其分离所需要的作用力和其他附加力的总称，它包括冲裁力、拉伸力、卸料力、推荐力和顶件力。 它是选用压力机和设计模具太原工业学院毕业设计 12 的重要依据。 冲裁力的计算 冲床冲裁力由下式计算 : btLF 式中： F—— 冲裁力， N； L—— 冲裁周边长度， mm； t—— 材料厚度 ， mm； b —— 材料抗拉强度， Mpa； 各冲裁区只是冲裁线的长度不同 ,材料抗拉强度取 b =440Mpa,再本次计算中我取板料的厚度 t=3mm。 用上式可分别计算出各冲裁区冲裁力： (1)直径为 20 的孔的冲裁力为： 11 20 3 440 828 96 82. 9bF L t N KN      (2) 侧刃切边的冲裁力为：  22 3 2 .5 2 3 .5 2 3 4 4 0 9 5 0 4 0 9 5bF L t N KN         (3) 切口的冲裁力为：  33 3 0 .5 2 2 .5 3 4 4 0 8 3 8 2 0 8 3 .8bF L t N KN        (5)切断区的冲裁力为： 44 7 4 2 3 4 4 0 1 9 5 3 6 0 1 9 5 .4bF L t N KN       (6)总的冲裁力为： 1 2 3 4= + + +F F F F F 总 457KN 卸料力、推件力的计算 冲裁结束时，从板料上冲裁下来的冲件由于径向发生弹性变形而扩张，会梗塞在凹模洞口内，或者条料上的孔沿径向发生弹性收缩而紧箍在凸模上。 为了使冲裁工作继续进行，必须将工件或废料从模具分离。 从凸模上卸下紧箍的料所需要的力称为卸料力，用 卸F 表示；将梗塞在凹模内的料顺冲方向推出所需要的力称为推件力，用 推F 表示。 他们的经验计算公式为： 太原工业学院毕业设计 13 冲卸卸 FKF  冲推推 FnKF  式中： 冲F —— 冲裁力， N； 卸K 、 推K —— 分别为卸料系数、推件系数，查得： 卸K = 、 推K =； n—— 塞在凹模孔口内的冲件数， n=h/t； h—— 凹模洞口的直刃壁高度， mm； h=9mm； t—— 板料厚度 ， mm； t=6mm； 通过上述公式可分别计算出零件的卸料力、推件力： F卸 =K卸 F冲 = 457  KN F推 =nK推 F冲 =3 457  KN 压力机公称压力的确定 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力总和， 总F 为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力和弯曲力的总和。 该模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式： F总 =F冲 +F卸 +F推 +F弯 = 压力中心的计算 模具的压力中心就是压力合力的作用点。 为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。 否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响质件质量和降低模具寿命，甚至损坏模具。 压力中心图 25： 压 力中心的计算公式为： 0x = n nnFFFxFxFxF   ......212211 ， 0y = nnnFFF yFyFyF   ......212211 式中： Fn —— 是冲裁力或弯曲力， N； xn —— 是指各凹模截面重心到 y轴坐标值； yn —— 是指各凹模截面重心到 x轴坐标值 太原工业学院毕业设计 14 图 25 压力中心 Pressure center 通过计算可得：        8 2 . 9 3 2 . 5 8 3 . 8 4 8 . 7 5 7 5 . 6 7 5 6 9 7 . 5 1 9 5 . 4 1 4 6 . 2 59 5 8 2 . 9 8 3 . 8 7 5 . 6 7 5 6 1 9 5 . 4ox                       8 2 . 9 1 2 . 2 5 8 3 . 8 3 7 7 5 . 6 7。