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论文知识案例-基于UG的生产弯曲件的模具设计

2021-04-17 10:01:18

  本次论文的题目为“基于UG的生产弯曲件的模具设计”。论文包括工艺分析、尺寸计算、参数选择、参数校核等设计冲压模具的一套流程方案并撰写设计书说明书,再有绘图软件作出工程图和模型,其中用注意冲高压的工艺参数和成型零部件的计算方法,是论文的重点和核心,其中如果有不清晰的方面或者参数需要翻阅书籍和参考文献。

  首先要对弯曲件的工艺进行分析,确定它的工件形状、工艺方案以及模具的总体结构形式,其次是对模具的总体进行设计,然后在此基础上对冲压模具的主要零部件及辅助部件的尺寸进行设计与计算,如冲裁力的计算、压力中心的计算、工作部件成型零部件的计算等,通过不断地计算与修改出来的参数选择模具零件、压力机等。采用UG软件绘制弯曲件冲压模具的零件图和装配图。

  本次设计让我们学习模具系统的设计方法,学会自主学习自我创新的能力和理论实践相贯通的工作能力,掌握模具整体设计和各零部件的设计与计算过程。

  1.1精度分析

  该产品为U形件结构简单,尺寸如图1-1所示,厚度为2mm。属于中等尺寸,且精度要求不高选择公差精度等级为IT14,利用普通冲孔弯曲就可以完成。

  1.2材料分析

  弯曲件材料多为Q235钢、08钢和45号钢,其中Q235钢为极软的碳素钢,强度、硬度很低,而韧性和塑性极高,具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能;08钢的塑性很好,用来制造冷冲压件,易于轧成薄板、薄带、冷变形材,冷拉钢丝,各类不承受载荷的覆盖件,渗碳、渗氮,制作各类套筒、靠模、支架。45号钢调质处理后零件具有良好的综合机械性能,广泛应用于各种重要的结构零件,特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等,但表面硬度较低,不耐磨。

  暂时选择的三种材料的相关性能如表1-1所示。

  表1-1材料性能参数表

  抗拉强度(MPa)硬度(HBW)抗剪强度τ(MPa)

  Q235钢490-620 30-140 141-188

  08钢325-358.30-131 260-287

  45号钢588-647 20-62 471-518

  该工件要求材料具有良好的弯曲成型性能故选择45号钢较为合适。

  1.3结构分析

  弯曲件结构、尺寸简单而对称,最小弯曲半径为r=2.5mm,故不会弯裂。另外零件上孔位于弯曲变形区之外,故弯曲时孔不会变形可以先冲孔后弯曲,计算零件相对弯曲半径为r/t=2.5/2=1.25,弯曲件圆角半径可以不予考虑。

  2确定冲裁工艺方案

  工艺方案的选定

  查阅书籍可知简单模又叫单工序模,只有一个工序,只能对零件进行一种加工;复合模就是同时完成两道及其以上的加工;级进模就是多工位连续工作,从一端进入,依次经过各个工位。通过工件的确定我们知道了完成此工件需要冲孔、弯曲两道工序。可进行的冲压工艺方案有三个:

  1.先冲孔然后进行弯曲。需要两副模具。

  2.弯曲冲孔级进模。需要两副模具。

  3.冲孔弯曲复合模进行。

  对比之下:

  表2-1工艺方案对比表

  工件公差等级生产效率制造成本适用范围

  单工序IT12较低低小批量生产

  级进模IT12-IT10高高中、大批量生产

  复合模IT12-IT14高高大批量生产

  方案一结构简单但是需要两套模具,生产效率相对较低。

  方案二使用级进模,采用级进模冲裁时,生产效率高,操作方便,但是精度较低,产品同轴度要求较高。

  方案三复合模生产效率同样很高而且精度较高经济型比级进模更高,通过设计合理的模具结构和成型零部件的设计可以达到较好的零件质量。

  通过上述对比采用方案三复合模加工较为合适。

  3确定模具总体结构

  3.1模具的选择确定

  根据工件的形状、尺寸要求来选择弯曲模的类型。此弯曲模属于U形弯曲模,故采用导柱导向简单U形弯曲模。优点:导向准确,可靠,能保证冲裁间隙的均匀,稳定,使用于中~大批量生产,精度要求较高的弯曲件。复合模可分为正装式复合模与倒装式复合模两种。考虑到操作方便、使用安全的前提下,使用正装复合模。

  3.2定位方式的选择

  为了保证冲裁出外形完整的合格零件,毛坯在模具中应该有正确的位置,正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同,所以定位零件的种类很多,设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。

  因为该模具采用的是条料,控制条料的方向的是导料板。

  3.3卸料方式的选择

  卸料装置按零件区分可以分成两种:采用固定卸料板卸料的刚性卸料装置和采用弹簧等弹性元件来卸料的弹性卸料,弹性卸料装置不仅可以卸料还可以用来压料。

  由于有压料的作用,所以冲裁件比较平整。弹性元件选择圆柱弹簧。

  分析工件,工件厚度较薄,仅有2mm,所以卸料力也不会太不大,由此可以采用弹性卸料装置来进行卸料。

  4工艺设计的计算

  4.1毛坯尺寸的计算

  相对弯曲半径为:

  公式中的R---弯曲半径(mm)

  T---材料厚度(mm)

  由于相对弯曲半径大于0.5,是较大的弯曲件,所以还要求变形区中性层曲率半径(mm)

  式(4-1)

  ---内弯曲半径

  t---材料厚度

  K---中性层系数

  表4-1板料弯曲中性层系数

  1.2 1.5 1.8 2 3 4

  0.43 0.45 0.46 0.46 0.47 0.48

  0.42 0.44 0.45 0.45 0.47 0.48

  0.49 0.56 0.52 0.50 0.50 0.50

  查表可知,K=0.45

  所以根据公式可得

  根据图算出毛坯长度为

  有尺寸图可知=10=30

  所以,所以展开尺寸为

  图4-1 U型件产品尺寸展开图

  4.2压力中心

  确定模具的压力中心是为了确保压力机和模具正常工作,所以必须要让冲模的压力中心和压力机滑块中心相重合。否则,会让冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使得滑块和导轨间产生很大的磨损,使模具的导向零件加速磨损,从而使模具和压力机的使用寿命降低。冲模压力中心的确定可以分成三种:

  第一种是对称形状的单个冲裁件,冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

  第二种是冲裁件的形状相同且分布位置对称,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

  第三种是形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。

  根据工件图分析,模具的压力中心就是冲裁件的几何中心。

  4.3冲压力的计算

  产品加工过程中有弯曲力、冲孔力、推料力,详细计算步骤和方法如下:

  冲孔时的周边长度为:

  冲孔力:(式4-2)

  L冲出孔的周长d

  K一般取1

  为抗剪强度取500N

  弯曲力:(式4-3)

  B-弯曲线长度(mm)

  t-板料厚度(mm)

  -材料抗拉强度()

  -弯曲凸模圆角半径(mm)

  (式4-4)

  卸料力:为卸料力系数查]表2-15取0.05

  =0.05×15.7=0.785(KN)(式4-5)

  总冲压力是所有压力的总和:

  =27.887+15.7+0.785=44.372(KN)(式4-6)

  4.4压力机的选择

  根据冲压总力选出三款适合的压力机分别是J23-6.3、J11-5、J11-16,详细参数为表4-2:

  表4-2压力机参数

  型号J23-6.3 J23-10 J11-16

  公称力/kN 63 100 160

  滑块行程/mm 35 45 6-70

  最大封闭高度/mm 150 180 226

  封闭高度调节量/mm 35 35 45

  三款压力机的参数相似,J11-16公称力过大所以不采用J11-16压力机,J23-10、J23-6.3参数基本一致J11-5的滑块行程更大比J23-6.3较高一些,所以模具的压力机选择J23-10。

  4.5成型零件尺寸、结构设计

  4.5.1成型零件尺寸及公差计算

  产品公差为IT14,查冲压工艺与模具设计表1-3,;

  =0.024(式4-7)

  =0.016(式4-8)

  (式4-9)

  弯曲设计以凹模为基准,间隙取在凸模上,冲孔是以凸模为基准间隙取在凹模上,

  冲孔:孔的直径为mm,有以下公式可知凸凹模的尺寸:

  (式4-10)

  (式4-11)

  凹模尺寸:

  凸模尺寸:

  弯曲:弯曲件的尺寸为,有以下公式可知凸凹模尺寸:

  (式4-12)

  (式4-13)

  凹模尺寸:

  凸模尺寸:配合加工

  4.3.2确定凸模、凹模零件结构尺寸

  1.冲孔凸模外形结构、尺寸确定。冲孔凸模的高度为凸模固定板的厚度、凹模厚度、活动板厚度相加:

  (式4-12)

  图4-3凸模工程图

  2.弯曲凹模外形结构、尺寸确定。弯曲凹模的高度为凹模固定板、放置板、弯曲延伸距离相加:(式4-14)

  图4-4凹模工程图

  3.凸凹模(落料凸模和冲孔凹模)外形外形结构、尺寸确定。凸凹模尺寸上表已经计算,凸凹模高度为:

  (式4-15)

  图4-5凸凹模工程图

  5选择标准模架和标准零件

  5.1各板高度确定

  根据以算数据确定各个板的合理高度,动模板50mm、垫板20mm、凸模固定板20mm、卸料间隙8mm、卸料板20mm、凹模板30mm、定模板50mm。

  5.2选择标准模架

  根据凸、凹模板周界尺寸,选用滑动导向模架,标记为280mm×119mm×175mm,

  GB/T 2851.3-1990,装配示意图为5-1:

  1—下模座;2—活动螺钉;3—橡胶板;4—放置板;5—导柱;6—导套;7—上模座;8—凸模固定板;9—模柄;10—M4螺钉;11—M8螺钉;12—凸模;13—垫板;14—凸凹模固定板;15—凹模;16—卸料板;17—限位钉;18—凸凹模;

  图5-1 280mm×119mm×175mm,GB/T 2851.3-1990模架示意图

  工作原理:将模具上模座的模柄与压力机的滑块相连接,下模座用压板固定在工作台上,运动方向则是通过上下模的导柱导套进行导向。工作时将板料放入放置板中,当上模顺着导柱导套下降时利用卸料板压住板料,先是凸模受到推板的压力向下对凸凹模上的条料进行弯曲,紧接着卸料板随着上模继续向下移动,凸凹模对条料进行冲孔,这时工件会卡在凸凹模上,当上模回升时,工件被卸料板卸掉,接着取走工件,至此完成整个落料过程。再将条料送进下一个进行弯曲,如此循环。

  5.3模柄

  模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有:

  (1)整体式模柄,模柄与上模座做成整体,用于小型模具。

  (2)带台阶的压入式模柄,它与模座安装孔用H7/n6配合,可以保证较高的同轴度和垂直度,适用于各种中小型模具。

  (3)带螺纹的旋入式模柄,与上模连接后,为防止松动,拧入防转螺钉紧固,垂直度较差,主要用于小型模具。

  (4)有凸缘的模柄,用螺钉、销钉与上模座紧固在一起,使用与较大的模具。

  (5)浮动式模柄,它由模柄,球面垫块和连接板组成,这种结构可以通过球面消除冲床导轨位差对冲模导向精度的影响,适用于滚珠导套、导套导向的精密冲裁。本模具采用有凸缘的模炳。在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度,模柄直径应与模柄孔径一致。

  5.4选择标准件

  产品模具大部分为标准零件包括导套SGBF55 55mm×80mm GB 2861.19-81,导柱BSPK40 30mm×190mm GB 2861.18-81,螺钉M4/M8内六角柱头螺钉GB 2867.6-81螺钉长度根据需要选择调整。

  6校核冲压设备基本参数

  6.1模具闭模高度校核

  模具的高度应该在最大闭模高度和最小闭模高度之间,也就是闭模高度和可调节范围之内初定压力机为J23-10,具体参数在下表5-1:

  表5-1压力机参数表

  公称力/kN滑块行程/mm最大封闭高度/mm封闭高度调节量/mm

  100 45 180 35

  模具的闭模高度为各板高度加上产品的高度:

  (式6-1)

  =40+40+6+32+35+10+12=175mm

  模具的闭模高度为175mm≤压力机最大封闭高度180mm,合格。

  6.2模具冲裁压力校核

  压力机的公称力一般要大于模具的冲压力但因为考虑能量损耗等一些问题不能直接相比,校核一般用以下公式:

  (式6-2)

  0.8×100=80kN≥44.372kN

  其中为压力机公称力100kN;

  为模具冲压力44.372。

  满足生产要求,选定该模具的压力机为J23-10。