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液压弹簧座冲压工艺分析及模具设计

液压弹簧座冲压工艺分析及模具设计

 第1章 零件的冲压工艺分析


1.1 零件工艺性分析
         
1.1.1 零件介绍
. 零件名称:液压阀弹簧座,材料:08钢,厚度为1.5mm,如图1-1所示制件的精度要求不高,生产类型为批量生产。

图1-1零件图

 1.1.2 阅读了解零件图
阅读零件图的目的是为了该制件的技术要求、尺寸规格、所用的材料、冲压性能、生产批量等要求。了解零件图的这些要求,最终是为了确定该工件的加工方法。该零件结构比较相对简单,它是由圆弧线和直线组成,拉伸高度较比较高,相对直径也不大,内外性没有尖角,能很好保证模具的寿命。

 


第2章 零件的工艺方案确定


2.1 确定最佳的工艺方案

2.1.1 关于设计工艺方案的思路
关于本次设计思路都是按照零件的形状及精度要求来思考设计的。
第一种解决思路:先做落料,首次拉深,二次拉深,三次拉深,拉深后冲孔,冲孔后修边,基本上都采用单工序模生产。
第二种解决思路:首先做落料拉深复合冲压,接着二次拉深、三次拉深,最后冲孔修边复合冲压,采用了两套复合模生产和两套单工序模生产。
第三种解决思路:还是先做落料拉深复合冲压,接着二次拉伸,最后把拉深、冲孔和修边放到一起做复合冲压,采用两套复合模生产和一套单工序模生产。

2.1.2 工艺方案的分析
首先我们来分析第一种解决思路,主要的采用的设备都是单工序模,经济成本比较低,但是这次零件的生产类型是批量,如果只在乎经济成本就会完不成工作量,因此第一种解决思路不考虑。
接着再来分析第二种解决思路,主要采用的设备是两套复合模和两套单工序模,成本比第一种思路来说比较高,但是能满足批量生产带来的工作量,故第二种思路是可以考虑的。
最后来讨论下第三种解决思路,其主要采用的设备也是两套复合模和两套单工序模,但是在这两套复合模里面其中有一套是有三个工序复合而成的,制造这样的复合膜相对难度大,成本方面也比较高,对于零件来说来说可能会产生变形会影响影响零件的高度,故第三种思路也不会考虑了。

2.1.3 解决思路的最终确定
根据以上的描述,既要满足经济性还要满足零件的精度以及生产类型,只有第二种解决思路了。

第3章  计算毛坯尺寸


3.1 零件毛坯尺寸,确定零件拉深次数

 3.1.1 计算坯料直径D
根据零件尺寸查表5-6得切边余量△R=3mm,故实际凸缘直径=(+2△R)
=45+5.5+10=60.5
d=28+3=31
由表5-7查得带凸缘圆筒形件的坯料直径计算公式为:
D=
依图3-1,=25mm,=29.5mm,=32mm,=60.5,r=2mm,R=3mm,H=28mm,h=22.5,代入上式得
D=83mm

3.1.2 判断可否一次拉伸成形
 根据 t/d=1.5/83=1,8%
     /d=66.5/28=2.375
      H/d=29,5/28=1.05
   =d/D=28/83=0.34
查表5-14、表5-15,[]=0.37,[/]=0.28,由于带凸缘圆筒形件的总拉伸系数=d/D如果大于表5-14的极限拉伸系数,而且零件的相对高度H/d也小于表5-15的极限值时,则可以一次拉伸成形,否则需要两次或者多次拉伸。故说明该零件不能一次拉伸成形,需要多次拉伸。

3.2 确定拉深次数

3.2.1确定首次拉深工序尺寸
初定/=1.3,查表5-14得[]=0.49,取=0.5,则
=×D=0.5×83=41.5mm
取=7mm。
为了使以后各次拉伸时凸缘不再变形,取首次拉入凹模的材料面积比最后一次拉入凹模的材料面积(即零件中出去凸缘平面以外的面积3200×/4)增加5%,故坯料直径修正为
              D==84mm
按式子(5-18),可得首次拉伸高度为

   =
   =23.6mm
验算所取是否合理:根据t/D=1.28%,/=66.5/41.5=1.6,查表5-15得知[/]=0.58。因为/d=23.605/41.5=0.56<[]=0.58,故取是合理的。

3.2.2计算以后各次拉深的工序件的尺寸
查表5-16得[]=0.75,[]=0.77,[]=0.8,则
[]×=0.75×41.5=32(mm)
=[]× =0.77×32=22.4(mm)
     []×=0.8×23.4=18.7(mm)
     因为=23.4<28,故共需要三次拉深。
调整各次拉深系数,取=0.73,=0.75,=0.844。故以后各次拉深工序件的直径为
       []×=0.8×41.5=33.1(mm)
         =[]× =0.844×33.1=28(mm)
以后各次的拉深工序件的圆角半径取
=5mm,==3mm,
设二次拉深时多拉入3%的材料(其余2%的材料返回到凸缘上),第三次拉深时多拉入1.5%的材料(其余1.5的材料返回到凸缘上),则第二次和第三次拉深的假想坯料直径分别为
    ==83.5(mm)
以后各次拉伸工序的高度为
    =
       =
       = 23.55(mm)
最后一次拉深后达到零件的高度=29.5,上工序中多拉入的3%的材料全部返回到凸缘,拉深工序至此结束。
将上述按中线尺寸计算的工序尺寸换成零件相同的标注形式后,所得各次工序件的尺寸如图3-1所示。


图3-1 工件的各次拉深工序尺寸

 第4章计算零件的排样和利用率


4.1 零件的排样和利用率

4.1.1 送料步距与条料宽度的计算
在冲裁时为了材料的经济性和工件的精度都会有零件的排样。工件的合理布置(即材料的经济利用)与零件的形状有密切关系,排样时要选择合适的搭边值对冲压件有重要的意义,搭边还可以补偿误差,保证冲出合格的零件。为两圆之间的搭边,a为侧搭边,b为计算的条料宽度,d为工件的直径,条料宽度为t。
查表知搭边值:a=2mm,=1.8mm
送料步距A  步距A的计算公式为:

                            =83+2=85mm
条料宽度B  条料宽度B按下式计算:
        B=(D+2)
         =83+2×1.8
         =86.6mm

4.1.2 计算材料的利用率
材料的利用率通常是百分率来表示计算公式如下:
η=×100%=×100%=×100%=73.5%
材料具有较高的利用率,因此这样的排样为合适。


图4-1排样图
第5章 压力计算及压力机的选用


5.1 冲裁力

5.1.1关于冲裁力的计算
如果工件采用普通的平刃口的冲裁,其冲裁力F计算可按下式计算。
        F=KLt
其中L为冲裁件的周长,t为板料厚度,为材料的抗剪强度,K为安全系数,常取K=1.3。
即 =F=KLt=1.3×83×1.5×255=129593.3N

5.1.2 计算卸料力、推件力、和顶件力
目前常用以下的经验公式计算:
             卸料力       
             推件力       
             顶件力       
其中分为卸料力系数、而是推件力系数、是顶件力系数,n是梗塞在凹模里面的的冲件数(h/t),h为凹模洞里的垂直方向的高度。
查表可得知分别为0.05、0.05、0.06,代入上式可得
=0.05F=6479.7N
                      =6.7×0.05F=43413.8N
                      =0.06F=7775.6N
拉深力的计算:                               
因=0.5表6-11,=0.95  =325
   
  F=3.14×0.95×41.5×1.5×324=60164.1N
其中L 为拉深件截面周长(mm);K 为修正系数,可取0.5~0.8,t/D与m值小时,K取大。

5.2 采用压边圈的条件

采用压边圈是为了防止拉深过程中,工件的边缘或凸缘起皱,应使毛坯被拉入凹模圆角以前,保持稳定的状态。

5.2.1 计算压边力
必须要适当选择压边圈的压力选择,过大过小都会带来各种各样的问题,我们要尽量的不要这种情况发生,压边力的计算公式如下:
压边力F=Ap其中A为压边圈下坯料的有限面积,p为单位面积压料力,拟选用自由高度为30mm,总面积为3000mm的矩形橡皮,当预压量为35%时,单位压力p=2.1MPa。
             F=3000×2.5=7000N
比所需的卸料力稍大些,故橡皮选用合适。

5.2.2 压力机的选用
采用落料拉深复合模则不能简单地将落料力与拉深力相加,选择    压力机时,而是应该注意压力机的压力吨位曲线。                        
因为拉深高h=23.5,为深拉,


   =129593.3+ 43413.8 +60164.1
   =233171N
291463N=291KN
冲压设备的选用原则:
应使设计的模具的闭合高度复合以下的公式:
  
查表得:拟定采用开式双柱固定台压力机,型号是JA21-160可以满足本次需要的性能。
参数如下:
公称压力/:                  1600
滑块行程/:                   160
行程次数/(次/):            40
最大闭合高度/:              450
封闭高度调节量/:            130
滑块中心线到机身距离/:      380
工作台尺寸     左右/:       1120
               前后/:       710
工作台孔尺寸/:    
直径/:                      50
模柄孔尺寸
             直径/:         70
             深度/:         80

5.2.3 模具的压力中心
因为该工件为对称的矩形件即模具的压力中心就是该工件的几何中心。

5.3 落料拉伸复合模的高度计算

5.3.1落料拉伸复合模的闭合高度H计算
初定的模具结构如下图5-1所示:

图5-1模具装配图
落料拉伸复合模的闭合高度H是指滑块在下止点位置时,即上模座上平面与下模座下平面之间的距离,公式如下:

闭合高度
           =60+10+25+25+39.5+28.5+10+60+20.5+1.5
           =280
其中式子中 是指上模座的厚度,为下模座的厚度,为上垫板的厚度;为凸凹模固定板的厚度;为刚性卸料板的厚度;为凹模的厚度;为凹模固定板的厚度,为下垫板的厚度;s为安全高度;t为板料的厚度;单位为毫米。
    


第6章 工作机构的设计


6.1 关于设计冲裁凸凹模

 6.1.1 关于设计冲裁凸凹模的规则
在测量与使用中落料件是以大端尺寸作为基准,而在测量与使用中      冲孔件则以小端的尺寸作为基准的。
在确定凸凹模的工作尺寸时,必须严格遵循的以下几项原则:
1.由于落料和冲孔的特点,落料件的尺寸是由凹模来决定的,所以落料模应该现决定凹模的尺寸来减少凸模尺寸以保证最合理的间隙,而冲孔件的尺寸是由凸模来决定的,因此冲模应该先决定凸模的尺寸,然后可以采用增大凹模尺寸来保证间隙。
     2.因为工作尺寸有规律,工作尺寸磨损后尺寸会增大,它的基本尺寸基本应该接近于或等于工件的最小极限尺寸,当工作尺寸变小的时候,一般其工作尺寸基本接近或等于最大的极限尺寸。
     3.因为要考虑到工件精度和模具精度之间的关系,模具的精度等级一般要比工件高2—3倍。
选取冲裁间隙:
冲裁间隙对总裁件的选取和质量的影响 :
落料模的凸、凹模之间的间隙关系到力的消耗、制件断面质量和模具寿命等。间隙比较小时,因为材料的挤压和摩擦的作用增强,冲裁力必然会增大,当间隙变得越来越大时,材料所受的拉应力就会增大,当选用较大的间隙值时,就会出现减少模具的磨损和延长模具的使用寿命的现象。
带凸缘拉深件拉深模凸、凹模间隙值
当精度要求比较高时,直边部分的间隙为
                                           (3-1)
当精度要求不太高时,直边部分的间隙为
                                             (3-2)
最后一道拉深时零件要求外形尺寸时,间隙要取在凸模上;当零件要求内形尺寸时间隙要取在凹模上。
本课题中的冲压件对尺寸无精度要求,但还是应尽量少毛刺,应该选用较小的间隙,对08钢在冲裁件断面质量、尺寸精度要不太高时,双面间隙值应取0.132~0.24.
 6.1.2 关于落料凸凹模的设计尺寸
该工件形状比较相对简单,落料部分的凸凹模工作部分尺寸的计算如下:
查表得:=0.132; =0.240                        
落料凸模的刃口尺寸计算公式=,落料凸模的刃口尺寸计算公式=其中式子中分别为落料凸、凹模的刃口尺寸,D为落料件的基本尺寸;为最小合理间隙,为磨损系数,为零件的公差,、分别为凸凹模的制造公差,
根据规定未注公差尺寸的极限偏差查表来确定毛坯的尺寸,选择的毛坯公差为IT14级,查得其极限偏差为D=83mm,板料厚度为1,5mm,零件的公差=0.87,磨损系数x为0.2,=0.132,=0.240,?=0.108。故取=0.4(-)=0.4×0.108=0.0432
             =0.6(-)=0.6×0.108=0.0648
故落料的凸、凹模的计算如下:
===mm
===mm
经校核可知成立。
6.1.3关于拉深凸凹模的设计尺寸
凹模尺寸,
凸模尺寸:,其中Z为拉深时的单边间隙。
已知零件直径为D=41.5mm,厚度t=1.5mm,有查表可得=0.060,=0.09,因为此设计中采用了压边圈,不能一次拉伸成形,查表可知取拉深时的单边间隙Z=1.8,其公差等级为IT13级即=0.35mm。
故==41.2375
  ==37.6375
凸凹模形状尺寸如下图3-2:


                    图6-1 凸凹模
凸凹模圆角半径:
拉深凹模圆角半径也可以根据工件材料的种类与厚度的来决定的,对于钢的拉深件,=10t,以后的各次拉深时,值应逐渐减小。
拉深凸模的圆角半径r也可以根据工件材料的种类与厚度的来决定的,但不能小于材料允许的最小弯曲半径r。本次毕业设计中弯曲件内侧圆角半径为4。 
6.1.2关于凸模出气口尺寸的确定
由于凹凸模内圆柱形凸模直径为40.5mm,由查表可知其通气孔直径为。

图3-2 拉深凹模
凸凹模的宽度计算:
在本此设计中采用了连续自动送料,为防止因送料误差而导致弯曲凸模压料不完全还有随后的切边工序切边的不完整,所以应将凸凹模宽度做的大一点就可以避免上述问题的出现。
根据拉深凹模大小尺寸和压力机最大闭合高度,选择模架为:复合模复合模的要求模具的稳定性较高,一般选用一侧导柱模架。
卸料板的选择:本次设计中选择了刚性卸料,具有卸料力大,而且还省去了挡料装置。两边用采用螺钉固。

6.2 关于设计固定的结构

6.2.1 关于模板类零件的固定
模板类零件一般包括凸凹模固定板、凹模板、垫板、刚性卸料板、和凸模固定板等,一般采用圆柱销定位,采用内六角螺钉连接固定。当模板层不多于三层时即可用一个螺钉连接,超过三层时应采用分层连接.本模具设计中应将上模座、上模垫板、和上模固定板,用4个内六角圆柱头螺钉连接和2个销钉定位。刚性卸料板和凹模用4个内六角螺钉连接和用2个销钉定位,落料模与下模座固定用4个内六角圆柱头螺钉连接和2个销钉来定位。
(2)凸凹模、凹模、凸模的固定
在本次设计中的凸凹模采用了上模座固定板来固定的;凹模采用了圆柱销定位和内六角螺钉链接固定;凸模采用了凸模固定板来固定的。

6.2.2 关于导向装置的设计
外导向机构采用滑动导向。选用后侧导柱模架,
导柱:
32×210
导套:  
48×105×32

6.2.3关于垫板的设计
一般垫板的设计大小和型号都要根据凸模和凹模固定板的大小来具体的设计。

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