轴瓦冲裁自动送料机构及模具设计.pdf
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1、轴瓦冲裁自动送料机构及模具设计摘要关键词:轴瓦模具复合模目录1前.11.1背景.11.2 冷冲模成形特点.11.3 发展趋势.11.4 本文主要研究内容.22工艺方案的选择.32.1 零件的工艺性分析.32.2 模具的结构形式.32.2.1 冲裁力的计算.42.2.2 卸料力、推件力和顶件力的计算.43冲压模具设计.63.1 排样.63.2 模具压力中心的确定.63.3 压力机的选择.73.4 模具主要零部件的设计.73.4.1 冲孔凸模的结构设计.83.4.2 凸凹模的结构设计.93.5 冲压模具标准件的选择.10351模架的选择.103.5.2 挡料销.123.5.3 卸料装置.133.5
2、.4 推件装置.133.5.5 导向零件设计与标准.133.5.6 模柄的选用.143.5.7 凸模固定板与垫板.143.5.8 冲压模具结构图.164自动送料机构总体方案设计.175自动送料机构的设计.195.1 辐轴送料机构的原理、机构及工作过程.195.2 结构特性.205.2.1 辐子.205.2.2 压紧装置.215.2.3 抬辐装置.226驱动机构.246.1 送料进距调节装置分析.246.2 送料精度的分析.246.3 间歇运动机构.256.4 齿轮的设计及校核.256.5 轴的设计及校核.296.6 轴承的设计和校核.326.7 键的设计和校核.327润滑与密封.357.1 润
3、滑.357.2 密封.35结论.36致谢.37参考文献.381前言随着现代化大工业的飞速发展,加上用模具加工成型产品具有生产效 率高、产品质量稳定、互换性好、材料利用率高、操作简单、安全性好、工人劳动强度低、适用范围大、产品成本低等诸多优点,在电子、仪器、航空、汽车、摩托车、船舶制造、文化用品、医疗器械、日常生活用品及 各种产品包装等生产行业中,均得到了非常广泛的应用10很多产品中,有很多组成零件是用模具或经过模具制作出来的,其比例有的竟达到百分之八十以上。所以,模具已成为制造业不可缺少的 重要组成部分。1.1 背景目前,我国在冲压工艺上与许多国家存在很大的差距。冲压的机械化 和自动化程度较低
4、。美国680条冲压线中有70%为多工位压力机,日本国 内250条生产线有32%为多工位压力机1,而这种代表当今国际水平的大 型多工位压力机在我国的应用却为数不多。要改变当前大部分还是手工上 下料的落后局面,结合具体情况,采取新工艺,提高机械化、自动化程度。争取加大投资力度,加速冲压生产线的技术改造,使尽早达到当今国际水 平。同时改造国内旧设备,使其发挥新的生产能力。自动送料装置的驱动 或者这些装置与压力机的联系,必须依靠一些常用机构。由于这些机构的 有机配合和协调动作,使各部分按预期的规律运动,从而完成加工工艺、送料与卸料。辑式送料装置是各种送料装置中使用最广泛的一种,既可以用于卷料,又可以用
5、于条料。按辐轴安装的型式,辐式送料有立辐和卧辐之分。卧辐 又有单边和双边两种。单边辐轴一般是立式的,少数也用拉式。双边卧辐 是一推一拉的。双边辐式送料比立辐和单边卧辐送料通用性强,能应用于很薄的条料,保证材料全部被利用2。适当大出料辐的直径,使出料辐的 线速度比进料辐大2-3%,就能使两对辐轴之间的条料具有一定的张力,避免条料挠曲,保证送料顺利进行,提高冲压精度。1.2 冷冲模成形特点冲压模具在冷冲工中,是将材料(金属或非金属)加工成零件(或半 成品)的一种特殊工艺装备,称为冷冲压模具(俗称冷冲模)。冲压是在 室温下,把金属或非金属板料放在模具内,通过压力机和模具对板料施加 压力,使板料发生分
6、离或者变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法 3o冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备,是技术密集型产品。冲压 件的质量、生产效率以及生产成本等,与模具设计和制造有直接关系。模 具设计与制造技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造水平高低的重要 标志之一,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。1.3 发展趋势制造冲压件用的传统金属材料,正逐步被各种复合材料或高分子材料 替代。在模具设计与制造中,开发并应用CAD/CAM系统,发展高、新制造技术和模具、装置等,以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量 的要求。推广应用数控冲压等设备,进行机械化与自动化的流水线冲压生产。某些传统的冲压
7、加工方法将被液压成形、旋压成形、爆炸成形等新颖 的技术所取代,产品的冲压加工趋于更合理、更经济1冲模的核心部分是工作零件,即凸模和凹模。其形状和尺寸是由冲压 工序的性质决定的。冲裁冲孔落料模的凸、凹模之间间隙很校,并做成锋 利的刃口,以便形成强大的剪切力进行剪切,使坯件与板料分离。在现代化的机加工过程中,消耗于送料的时间损失是组成零件单件加 工时间的一部分,它属于辅助时间。要想提高生产率,减少生产中的辅助 时间将是非常重要的一个环节。而要想减少辅助时间,就必须提高生产的 自动化程度。自动送料机构就是为实现生产中送料工序自动化而设计的一 种专用机构。自动送料机构可将冲压料或冲压件经过定向机构,实
8、现定向排列,然 后顺序地送到机床或工作地点。这在自动化成批大量的生产中显然是实用 的,不但可把操作人员从重复而繁重的劳动中解脱出来,而且对保证安全 生产也是一种行之有效的方法。目前,国内拥有大量的冲压机床,如果能 把它们改造成半自动或自动机床,将会充分发挥机床的潜在力量,这是一 个具有重大意义的事情,而在机床上安装自动送料机构,这将大大提高冲 压的生产效率,实现冲压的完全自动化。1.4 本文主要研究内容通过对轴瓦的结构进行工艺分析,结合已修“冲压工艺及模具设计”课程的知识,为其制订出一套冲压工艺方案,并设计其中一道工序的冲压 模具及送料机构。主要技术要求:1)冲压工艺应基本合理,能完成零件加工
9、并保证其技术要求;2)模具及送料机构结构应合理,能完成本工序的冲压过程并保证本工序的技术要求。22工艺方案的选择2.1 零件的工艺性分析冲压工艺设计的基本要求为:1)材料利用率要高,即原始材料消耗要尽可能少;2)考虑工厂的具体生产条件,制定出的工艺方案要技术上方便可行,经济上合理;3)工序组合方式和工序排列顺序要符合冲压变形规律,能保证冲制 合格的工件;4)工序数量尽可能少,生产效率尽可能高;5)制定的工艺规程,要方便工厂、车间的生产组织与管理。良好的冲压工艺能保证材料消耗少、工序次数少、模具结构简单、操 作方便、产品质量稳定等。从某种意义上讲,冲压工艺的质量就决定了模 具的质量,因此,制定出
10、合理的冲压工艺方案是至关重要的。由零件图可 以知到,零件的形状简单,便于实现少废料排样;在各直线或曲线的连接 处,都采用了圆角过渡;零件的精度和断面粗糙度等都符合冲裁工艺的要 求。零件尺寸公差没有特殊要求,按IT10取,利用普通的冲裁形式可以达 到图样要求。由于该零件外形简单,形状规则,适于冲裁加工。图2.1零件简图2.2 模具的结构形式冷冲模的结构形式多种多样,如果按工序的组合分类,可分为单工序 模、级进模、复合模等5。各种冲模的构成大体相同,主要由工作零件、定位零件、卸料与推料零件、导向零件、联接与固定零件等组成。由于本制件结构简单,精度要求不高,经分析由落料、冲孔、弯曲三 道工序组成。如
11、果使用单工序模则会使制造周期增长,不利于提高生产率;经分析可知:该制件也不3适合级进模。故采用在压力机一次行程内,完成落料、冲孔等数道工 序的复合模。复合模具由以下特点:1)冲件精度高,不受送料误差的影响,内外形相对位置一致性好;2)冲件表面较为平整;3)适宜冲薄料;4)条料定位精度高,模具轮廓尺寸小;5)冲模面积较小。由件尺寸可知,凸凹模壁厚大于最小壁厚,为便于操作,所以模具结 构采用弹性卸料和定位钉定位方式。2.2.1 冲裁力的计算(1)冲裁力(N)可按下式计算:F=1.3F0=1.3Lt?Lt?b(1)式中F-最大可能冲裁力(称冲裁力);?b-材料抗拉强度(Mpa)。L-冲裁件周长(mm
12、);?材料抗剪强度(Mpa)。查表材料抗拉强度取值范围为333到412(MPa)厚度t=1,3周长L=126本制件中,F?Lt?b=126X1.3X400=65200(N)(2)弯曲力(F)可按下式计算:由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲半径、凹模支点间距离、弯 曲方式及模具结构等多种因素的影响,用理论公式来计算不但计算复杂,而且也不一定正确。因此在生产中经常采用经验公式计算,作为工艺和模 具设计以及选择设备的依据。弯曲力计算的经验公式:对于U型弯曲件:0.7KBt2?b(2)FZ?r?t式中 FZ自由弯曲力(N);B弯曲件的宽度(mm);?b-材料抗拉强度(Mpa);t弯曲件的厚度(mm)
13、;r弯曲件的圆角半径(mm);K安全系数,一般取K=L3。0.7KBt2?b本制件中FZ?=24600(N)r?t222卸料力、推件力和顶件力的计算(1)卸料力:F 卸=1叶(3)式中F卸 卸料力(N);4K卸 卸料系数;F冲裁力(N)。查表 2-10 取 K 卸=0.045 所以 F 卸=0.045X65200=2934(N)(2)顶件力:F 顶=K顶F(4)式中F顶顶件力(N);K顶一一顶件系数(N);F冲裁力(N)。查表 2-10 取 K 顶=0.050 所以 F 顶=0.050X65200=3260(1X1)(3)推件力:F 推=K推F(5)式中F推一一推件力(N);K推一一推件系数(
14、N);F冲裁力(N)。查表2-10 得K推=0.06所以 F 推=0.06X65200=3912(N)(4)弯曲顶件力Fd?KFz(6)式中Fd顶件力(N);FZ自由弯曲力(N)。K系数;可查表2.1所以 Fd=7079(N)表2,1系数关系表用途顶件压料简单 0.1-0.2 0.3-0.5 复杂 0.2-0.4 0.5-0.8(资料来源:中国模具设计大典,2003年1月)落料冲孔总的冲压力为F总=F+F卸+F顶+F推=76.46(KN)?N?弯曲总压力为 F?l.l?1,2?FZ?FD?24600?7079?3167953冲压模具设计3.1排样排样设计的工作内容:1)选择排样方法:有废料排样
15、法、少废料排样法、无废料排样法。2)计算条料宽度及送料步距。3)画出排样图。如下图3.1排样图4)计算材料的利用率。查冲压模具设计与制造表2.8确定搭边值:两工件间的搭边al=2 mm工件边缘的搭边a=3 mm送进步距H=68mm条料宽度 B=(D+2al)=112.92mm一个步距内的材料利用率是:?100%(7)=3859?112.92=63.2%板料规格拟选用 1.3mmX900mmX 1800mm(Q215号钢)若用横裁:裁板条数nl=A/b=1800/113=15余6mm每条个数 n2=(B-al)/h=(900-2)/68=16 余 17mm每板总个数n总=nlXn2=15X16=
16、240个材料利用率n 总?R2?100%(8)S240?3859.56?100%=90071800=56.2%所以选用第一种排样方式利用率高。3.2 模具压力中心的确定模具的压力中心,就是冲裁力合力的作用点。为了使模具内容能够正 常而又平衡的工作,特别是对于大而复杂的冲件、多凸模冲孔以及连续冲 裁时,必须使压力中心通过压力机滑块的中心线。对于带有模柄的冲裁模,压力中心需通过模柄的轴心线。否则,6在冲裁过程中,会产生偏心载荷,形成弯距,使得模具歪斜,加快压 力机滑块与导轨之间以及模具导向装置的磨损,刃口迅速变钝。在实际 生产过程中,可能出现由于冲裁件的形状特殊,从模具结构方面考虑,不 宜使压力中
17、心与模柄中心线相重合,此时应注意使压力中心偏离,不超过 所选压力机模柄孔投影面积的范围。如图图3.2坐标图由于本制件在X轴方向上对称,所以其丫轴坐标在工件中间两个圆圆 心的连线上。在 Y 轴方向上:Yl=1.5 Y2=8 Y3=4 Y4=14.5 Y5=26.5Y7=44Y8=Y9=47 Y10=47.12在y方向上左右对称所以 Y0=Yl+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7+Y8+Y9+Y10/10=23,962所以压力中心的位置为:X0=0 Y0=23.9623.3 压力机的选择冲压模具压力机的选择:由于复合模的特点,为防止设备超载,可按 公称压力F压?(1.61.8)F总的原则选压力机7
18、。由于模具中有打料杆,故选择带有打料杆的压力机。根据以上数据,F?1.61.8?76.46?119.136137.628查冲压模具 设计手册选定压力机为:压力机型号:J23-16B公称压力/KN:160滑块固定行程/mm:70滑块调节行程/mm:70/8最大封闭高度/mm:220(最大闭合高度)活动台位置(最低/最高)/mm:300/160封闭高度调节量/mm:603.4 模具主要零部件的设计凸凹模刃口尺寸计算原则:1)落料时,落料件的外径尺寸等于凹模的内径尺寸;冲孔时,冲孔件的 内径等于凸模的外径尺寸。所以落料时应以凹模为设计尺寸,然后按间隙值 确定凸模尺寸;冲孔模应以凸模为设计基准,然后按
19、间隙值确定尺寸。2)凸、凹模应考虑磨损规律。凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小,凹 模刃口尺寸磨损使落料尺寸增大,故设计落料模时,制造模具时凹模刃口尺 寸应趋向于工件的最小极限尺寸;设计冲孔模时,其刃口基本尺寸应趋向于 工件的最大极限尺寸。73)凸、凹模之间应保证合理的间隙值。由于间隙在模具磨损后增大,所以在设计凸、凹模时均取最小合理间隙Zmin 一般冲模精度较工件精度 高23级。若零件没有标准公差,则对于非圆件按GB非配合尺寸的IT14 级处理,圆形件一般按IT10级处理。制造模具时常用两种方法来保证合理的间隙:1)是分别加工法,分别规定凸模和凹模的尺寸和公差,分别进行制 造用凸模和凹模的尺寸和
20、公差来保证间隙要求。2)是单配加工法,用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理的间隙。加工后,凸模和凹模必须对号入座,不能互换。3.4.1 冲孔凸模的结构设计(1)冲裁间隙的确定:普通冲裁件,其经济精度为IT12IT14,取IT13,冲孔比落料高一个等级,确定冲裁间隙主要有理论法和经验公式法。理论法:根据所给数据,材料Q235厚度t=L3查冷冲压模具设计与制造表2.1落料、冲孔模刃口始用间隙得:Zmin?0.13Zmax?0.18经验公式法:经验公式:C=mt(9)式中C合理冲裁间隙(mm);m 系数,与板厚及材料有关;t板料厚度。查表得:m=12.5%所以 C=mt=12.5%?1.2=0.15
21、(mm)冲孔凹模应以凸模为设计基准,然后按间隙值确定其尺寸。(2)冲孔凸模刃口尺寸计算:模具刃口尺寸及其公差的计算与加工方法有关,基本上可以分为两类:一种是分开加工,一种是配合加工。本模具零件采用配合加工的方法。配合加工就是用凸模与凹模相互单配的方法来保证合理间隙。加工后,凸模与凹模必须对号入座,不能互换。一般情况下,落料件 以凹模为基准,冲孔件以凸模为基准。作为基准的模具零件图纸上标注尺寸及公差,在相配合的非基准的模 具零件图纸上标注相同的基本尺寸,但不标注公差,在技术要求中要说明 非基准的模具零件要按作为基准的模具零件的实际尺寸配做,保证间隙在ZminZmax范围内。(3)承压应力校核:冲
22、裁时,凸模承受的压应力?p,必须小于凸模材料强度允许的压应力?p:F?p=?p(10)A对于圆形凸模,由上式可得8d4?t?p 即dmin?4?t?p式中?p凸模承受的压应力(Mp);F冲裁力;A-凸模最小截面积;?p 凸模材料的许用压应力(Mp);d-凸模最小直径(mm);t-毛坯厚度(mm);?毛坯材料的抗剪强度(Mp)。对于本凸模带入数值得:4?tdmin?=4.5mm(11)?p d=7.8,7.5,6?4,5本制件满足应力校核的条件。342凸凹模的结构设计凸模厚度。从强度考虑,壁厚受最小值限制,凸凹模的最小壁厚受模具 结构的影响。由于本模具结构采用倒装式,内孔会积存废料,所以最小壁厚
23、 要大些,倒装式复合模的凸凹模最小壁厚:对于黑金属和硬材料约为壁厚的1.5倍,但不小于0.7mm,如图。由以上数据可知:本凸凹模符合要求。图3.3凸凹模落料凹模基本尺寸9冲裁间隙数磨损系式计算公制造公差计算结果D maxO?A=107.92?0.87Zmin=0.132 ZmaxZmin=0.180-0制件精级,故x=0.5/4Dd=107.90?0.00875Zmax=0.180度为:IT14相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证双面间隙在0.1320.180.?0.005Dd=15,990D maxO?A=160?0,43,132=0.048/4Dd=(AD maxxA)04A/4?相应凸模尺寸
24、按凹模尺寸配作,保证双面间隙在0.1320.180.Dd=20.987?0.006250D maxO?A=210?0.52相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证双面间隙在0.1320.180.?0.005Dd=5.990D maxO?A=R60?0.25A/4相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证双面间隙在3.5.1模架的选择模架是由上、下模座、模柄及导向装置(导柱和导套)组成。一般模架均已例如标准,设计模具时,应加一正确选用,对模架的基 本求要有足够的强度与刚度;要有足够的精度;上、下模之间的导向要精 确。根据本模具的特点以及压力机的最大闭合高和闭合高的调节量,根据 落料凹模的外形尺寸及橡胶尺寸,参照有
25、关标准,可选择I级精度后侧导 柱模架。如图3.4,如图3.5。表3.2冲孔凸模刃口尺寸计算冲孔凸模基本尺寸冲裁间隙磨损系数计算公式制造公差计算结果10d minO?A=7.80?0,09Zmin=0.132 ZmaxZmin=0.180-0.132=0.048制件精A/4级,故x=0.5相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证双面间隙在0.1320.180.相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证双面间隙在0.1320.180.相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证双面间隙在0.1320.180.Zmax=0.180 度为:IT14d minO?A=7.50?0,09Dd=(ADmax一xA)0A/44d minO
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