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1、墊圈類零件連續(xù)沖裁模工藝分析與模具設(shè)計
1 研究的背景與目的
太原機車車輛配件廠在生產(chǎn)某型號鐵道車輛配件時需要配裝墊圈類零件,生產(chǎn)目標(biāo)20 000件/a。根據(jù)產(chǎn)品圖樣的要求,通過沖壓加工,墊圈的表面質(zhì)量和精度等級完全可以滿足要求。然而由于不具備模具生產(chǎn)的條件,一直是靠車床加工來完成的,不但浪費原材料,而且費工費時。利用模具來制造墊圈類零件是降低消耗、減輕機加工設(shè)備壓力、提高效益的有效途徑,因此有必要確定合理的沖壓工藝來解決這一生產(chǎn)中遇到的技術(shù)問題。
2 沖壓設(shè)備的選擇
2.1 零件的基本要求
墊圈零件的加工尺寸要求見圖1。材質(zhì)要求為Q235-A,上平面和下平面不要求加
2、工,內(nèi)圈和外圈表面粗糙度為Ra12.5 m,不限制加工手段。
2.2 總沖壓力的計算
采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時,總沖壓力計算公式【1】為
F總 = F沖 + F推 .
式中:F沖為沖裁力;F推為推件力,即從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁方向推出的力。
沖裁力計算公式為
F沖 = 1.3Ltτ= 1.3x
式中:L為刃口周長;t為材料厚度;τ為材料的抗剪強度。對于Q235-A鋼,τ的取值范圍為304~373 MPa,選取τ = 343 MPa。
推件力計算公式為
F推 = nK推F沖 = h/tK推F
3、沖 =12/8x0.025x1097698.8N=41163.7N.
式中:n為同時卡在凹模里的工件
因此,選用200 t四柱液壓機,型號為YA32-200。
3 模具壓力中心的確定
為了保證壓力機和模具正常工作,必須使沖模的壓力中心與壓力機滑塊中心線相重合,否則在沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪斜,引起凸凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損,造成刃口和其他零件的損壞,使沖出的產(chǎn)品不能滿足使用要求。
由零件圖知該零件具有一定的厚度,若采用一次成形的落料沖孔復(fù)合模,則退料問題不好解決,并且模具的強度亦成問題,因此筆者決定采用連續(xù)沖裁模的形式。在連續(xù)沖裁模的結(jié)構(gòu)中,大沖頭和小沖頭的落料
4、規(guī)格不統(tǒng)一,因而必須正確確定壓力中心的位置。圖2為采用連續(xù)沖裁模時壓力中心確定示意圖。
圖2中Ⅰ孔和Ⅱ孔均為對稱形狀,故沖裁時,各孔沖裁力的作用點在其幾何中心。按照圖2選定坐標(biāo)系,y軸落在兩孔對稱中心,因此只要計算出y0即可找到壓力中心的位置。
式中:l1為Ⅰ孔基本線段的周長;l2為Ⅱ孔基本線段的周長。
壓力中心位置與Ⅰ孔中心之間的距離為
y3 = y2 - y0 = 78 mm - 51.63 mm = 26.37 mm.
因此,壓力中心位置在Ⅰ孔中心垂直向下26.37 mm處。在設(shè)計模具時,應(yīng)使壓力中心與模柄中心線大體重合。
4 凸凹模間隙的
5、確定
沖裁間隙是直接關(guān)系到?jīng)_件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命、力量和能量消耗的重要工藝參數(shù),因此必須依據(jù)一定的原則來選取合理的間隙值,從而滿足對使用性能的要求。
4.1 落料間隙的確定
落料間隙的確定原則:落料制件尺寸決定于凹模尺寸,在設(shè)計落料模時,以凹模為基準(zhǔn),間隙取在凸模上。考慮到?jīng)_裁中凸凹模的磨損,所設(shè)計的凹模基本尺寸應(yīng)取制件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸,這樣在凸凹模有一定程度磨損的情況下,仍能沖出合格制件。凸凹模的間隙取最小合理間隙值。
4.2 沖孔間隙的確定
沖孔間隙的確定原則:沖孔時孔的尺寸決定于凸模尺寸,在設(shè)計沖孔模時,以凸模為基準(zhǔn),間隙取在凹模上
6、。同樣考慮到?jīng)_裁時凸凹模的磨損,所設(shè)計的凸?;境叽鐟?yīng)取制件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。
5 模具的總體設(shè)計
考慮到墊圈的結(jié)構(gòu)特點,并考慮其具有一定的厚度,因此采用連續(xù)沖裁模的形式較為合適【2】。畫出模具的結(jié)構(gòu)圖,見圖3。
該模具的結(jié)構(gòu)如下:模具上部由模柄、上模板、墊板、凸模托板組成,它們是用定位銷和螺釘固定的。模具上有兩個凸模,一個是沖孔凸模,另一個是落料凸模。送料用固定擋料銷來限制。卸料板、下模通過定位銷和螺釘固定在下模板上。為了保證墊圈已沖制出的孔與其外圓的正確位置,在沖孔凸模的下面鑲有導(dǎo)正銷,當(dāng)凸模下降時,導(dǎo)正銷插入已經(jīng)沖好的孔內(nèi),這樣就能保證外圓與孔
7、的同軸度。
在連續(xù)沖裁模上進(jìn)行第一次沖裁之前,利用固定擋料銷來控制定位顯然不可能,因此還必須在適當(dāng)位置設(shè)置臨時擋料銷來確定條料首件的位置。
具體使用時,要求模具有良好的導(dǎo)向性及對中精度,方可沖壓出合格的產(chǎn)品,為此在模具結(jié)構(gòu)中設(shè)置了導(dǎo)套、導(dǎo)柱構(gòu)件來提高其導(dǎo)向定位精度。同時為了保證二者的同軸度及兩導(dǎo)柱的中心距要求,導(dǎo)套與上模板間在工藝上考慮采用銅合金或低熔點合金澆注,以牢固地相互連接。
6 連續(xù)沖裁模中擋料銷位置的確定
連續(xù)沖裁模中擋料銷位置的設(shè)計,見圖4。
擋料銷位置計算公式為
因此選取e=44mm。
7 條料排樣和搭邊量的確定
8、
排樣的意義在于減少材料的消耗,提高勞動生產(chǎn)率,延長模具使用壽命【3】。搭邊的作用則是補償定位誤差,保證沖出合格的制件,還可保持條料有一定的剛度,便于送料。條料排樣和搭邊情況,見第97頁圖5。
搭邊值要合理確定。搭邊值過大,材料利用率低;搭邊值過小,在沖裁中將被拉斷,使制件產(chǎn)生毛刺,有時還會拉入凸模和凹模間隙中,損壞模具刃口,降低模具的使用壽命。根據(jù)以上因素的制約,決定選取a = 6 mm,b = 8 mm。
條料寬度的基本尺寸B計算公式為
B = D + 2a + Δ =
式中:D為制件在寬度方向的尺寸,mm;a為側(cè)搭邊的最小值,mm;&Delta
9、;為條料寬度的單向公差,取0.9 mm。因此選取B= 73 mm。又由于條料無側(cè)壓裝置,故卸料板送料方向尺寸不宜過大,初定為B′=75 mm。
材料的利用率
式中:F0為制件的面積,mm2;F為沖裁時所需的板料面積,mm2。因制件存在設(shè)計廢料,故材料利用率不是很高。
8 沖裁模具主要零件材料的選擇
沖模在工作中承受沖擊載荷,沖模工作零件除應(yīng)有足夠強度和韌性外,還必須有較高硬度和耐磨性【4】。筆者列出了主要零件的材料及要求,見表1。
9 結(jié)束語
墊圈類零件采用連續(xù)沖裁模方案后,產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了極大的提高,模具的使用壽命也得到了延長,從而降低了制造成本,產(chǎn)品合格率達(dá)到98%,滿足了生產(chǎn)的需要,同時也為類似零件的成型工藝提供了一種有效的解決途徑。
參考文獻(xiàn):
【1】 王孝培.沖壓手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1988.
【2】 馮炳堯,韓泰榮,殷振海,等.模具設(shè)計與制造簡明手冊.上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1985.
【3】 楊江河,魏永良.現(xiàn)代模具制造技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,2006.
【4】 史美堂.金屬材料及熱處理.上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1984.