扬声器薄膜圆形垫片落料模具设计

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前 言改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力.虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。落料模具可以制成圆形、长方形、多边形、和其他不规则形状的薄型零件，如果和其他冲压成形工艺配合，还可以制造形状极为复杂的零件。用落料方法来制造薄型件，生产效率高，节省材料，零件的强度和刚度好，精度较高，其应用范围非常广泛。本设计中圆形落料件的加工简单，技术要求较低，批量较大，从而降低了生产成本，能够在实际应用中有很高的经济效益。因此也成为落料件中应用最广泛的零件之一。第 0 页 共 16 页目录前言1、零件工艺性分析 ..............................................21.1、零件图的分析 ...........................................................................................................................22、零件工艺方案的确定 ..................................................................................................................32.1、排样方案的比较 ............................................................................................................................32.2、排样图的设计及材料利用率的计算 ..................................................................................33、模具设计 .............................................................................................................................................43.1、模具类型及结构形式的确定 ................................................................................................43.2、模具工作部分刃口尺寸及公差 ...........................................................................................43.2.1 凹模直径及公差 .............................................................................................................53.3.2 卸料零件 ..........................................................................................................................73.3.3 模架及零件 .....................................................................................................................83.3.4 其他支撑零件 .................................................................................................................93.4、模具的零件详细清单 .............................................................................................................93.5、模具的装配方法 ....................................................................................................................103.6、模具冲裁力和压力中心的计算 .........................................................................................113.6.1 冲裁力的计算 .............................................................................................................113.6.2 卸料力、推件力的计算 ............................................................................................113.6.3 压力机公称压力的确定 ............................................................................................123.6.4 冲模压力中心的确定 .................................................................................................124、压力机的选用 ................................................................................................................................125、结语 .....................................................................................................................................................13参考文献 ..................................................................................................................................................14致谢 .............................................................................................................................................................15第 1 页 共 16 页1、零件工艺性分析1.1、零件图的分析落料零件的结构图见图 1-1：图 1-1：落料件结构简图该零件为标准圆形落料件，其结构简单，冲裁时冲裁变形区形成较正常的纺锤形，因此适合冲裁加工。零件的圆外形直径 d=42.45mm，厚度 t=0.07mm，其厚度较小，可以考虑采取一次拉深成形的工艺进行加工。拉深件圆角半径为 R=2mm，相对于厚度 t=0.5mm 而言，圆角半径较大，有利于零件的成形，并且免去了整形工序。冲裁件的内外形尺寸的经济公差精度一般在 IT11 级以下，落料件公差等级最好低于 IT10 级，当冲裁厚度小于 2mm 的金属板料，其断面粗糙度 Ra 一般可达 12.5 到 3.2u第 2 页 共 16 页2、零件工艺方案的确定2.1、排样方案的比较基于工件的基本功能和结构特征可知加工工序为落料。其加工为冲裁加工。由于此圆形片为批量生产，应选择效率较高的级进模，但考虑到级进模复合模制造成本高且复杂，而圆形片所需加工不是特别复杂，又是一个简单的落料模具，我认为采取单工序模也是可行的。根据以上基本工序的性质与数量，进行工序组合与排列，可以确定采用简单的单工序落料模。在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，较好的确定工件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。此圆形片只一个简单落料工序，材料为 Q235，初步拟定如下的排样方法；图 2-2这种方案为有废料的直排，此方案对模具要求比较低，一般精度的模具即可满足要求，适合本例。故本例采用此方案。2.2、排样图的设计及材料利用率的计算由 2.1 排样方案的比较得：选用有废料的直排的排样方法。如图 2-2 所示的排样方法。此圆形片只有落料工序，材料为 Q235 钢，确定为直排有废料排样。查表 2-18《冷冲压模具设计指导》可确定搭边 a=1.2 和 a1=1.5，再根据所加工零件外形尺寸可确定钢带的宽度应为 46.5mm。（取值：47mm）计算材料的利用率查[1]（3-16 P50）第 3 页 共 16 页衡量材料的经济利用的指标是材料的利用率。=1，L×B=100×34=3400 ,则 η= 0.635×100%=63.5%。3、模具设计3.1、模具类型及结构形式的确定图 3-1：落料模结构图本设计采用了可替换的圆形凹模，此凹模不仅结构简单，强度可靠而且可拿出来，进行磨刃，或着替换新的凹模，这样一来可以，节约制造新模具的时间，又可保证模具的长时间利用。第 4 页 共 16 页3.2、模具工作部分刃口尺寸及公差落料模的工作部分零件主要包括：凸模、凹模。它们的结构和尺寸设计，对落料件的尺寸精度和粗糙度都有很大的影响。3.2.1 凹模直径及公差查[1](3-2 P43)落料件尺寸标注在外形，根据公式 3-2 计算凹模直径：3-2 凹）（凹 0max5.D式中： ———凹模的基本尺寸；凹———拉深件外径最大极限尺寸；maxD———落料件的公差；———凹模的制造公差。凹根据相关资料和已知条件可知，落料件的直径尺寸精度可取 IT13 级，由已知=42.5mm， =0.1mm， =+0.025，故maxDd025.13.542）（凹= mm0.73.2.2 凸模直径及公差查[1](3-3 P43)根据公式（3-1）计算结果，按照下式计算凸模直径 及公差：凸d3-3 0maxZinDd凸）（凸 其中， 为凸模制造公差，根据相关资料，选取 =0.02，则凸 p02.5.42d）（凸= mm02.45因此，凸模直径为 mm，凹模直径为 mm。025.4 0.7第 5 页 共 16 页3.3、模具主要零件的设计与选用3.3.1 工作零件的选择凸模查[1]（3-32 a P71)凸模选用标准圆凸模，结构形式如图 3-4 所示，其固定端按 m6 级制造图 3-4 凸模设计简图凸模的直径设计为 42.45mm，长度设计为 L=60mm，与凸模固定板配合高度为 3mm。凸模材料选用 Cr12，由于凸模截面尺寸足够大，落料件的厚度较小，因此能够保证足够的强度和刚度。凹模查[1](3-46 P76)凹模选择标准圆形凹模，凹模的厚度 H 按照以下经验公式来确定：H=ks（不小于 8） （3-5）式中： s———凹模刃壁间最大的距离（mm）；k———系数，考虑板料厚度的影响。但是本设计不经过这个计算，而是采用行业通用的“冲模设计手册软件版vr1.0”里面的标准圆凹模进行设计：凹模厚度 L（20 到 40mm)——本次选用 20mm 厚度。第 6 页 共 16 页其结构简图如图 3-5 所示：图 3-5 凹模设计简图3.3.2 卸料零件卸料装置第 7 页 共 16 页根据：h=0.8～1 乘以凹模厚度，即：20 0.8=16mm则|：此卸料板厚度为 16 mm3.3.3 模架及零件模架本设计中落料模采用后侧导柱模架，导柱分布在模座的后侧。其优点是导向精度较高，前后左右都可以进料，取放工件方便。由凹模周界 100mm 100mm、估计闭合高度来确定模架。其具体设计简图见图 3-9：图 3-9 导柱模架导向装置 模架采用导柱导套式导向装置，如图 3-9 所示，导柱导套以 F7/h6 间隙配合，导柱导套与模具为 R7/h6 和 H7/r6 过盈配合。为了保证使用中的安全性与可靠性，当模具处于闭合位置时，设计中选用以下设计基准：第 8 页 共 16 页导柱上端面与上模座的上平面留 10-15mm 的距离；导柱下端面与下模座留 2-5mm的距离；导套与上模座上平面留不小于 3mm 的距离，同时上模座开横槽，以便排气和出油。上、下模座上、下模座直接或间接地安装模具的所有零件，分别与压力机滑块和工作台连接并传递压力，因此，其材料选择采用 HT210 以保证足够的强度和刚度。本设计中采用了标准模架，上模座为 205 120 25，下模座为 205 120 30（单位mm）。3.3.4 其他支撑零件模柄 查[1]（97）选择压入式模柄，通过模柄将拉深模的上模固定在压力机滑块上。固定端与上模座孔采用 H7/m6 的过渡配合，并加上防转销 6 16 防止转动。2、垫板垫板的平面形状尺寸与固定板相同，厚度选择 5mm，材料选择 T8A。垫板可以通过淬硬，从而避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷，致使凸模松动的现象。3.4、模具的零件详细清单以下是一些主要零件的详细参数:落料模具零件明细表序号零件名称数量材料 备注1 下模座 1 HT200 205 120 30第 9 页 共 16 页2 卸料板 2 GCR15 A20h6 100 GB/T3 弹簧 1 51CrV4 100 100 44 导套 1 Q235 A20H7 65 23 GB/T5 上模座 2 HT200 100 100 306 凸模固定板 1 HT200 205 120 257 模柄 1 45 钢 40 20JB/T 7644.18 垫板 1 45 钢 GB/T 6 169 落料凹模 4 45 钢 M8 5010 挡料销 2 Gr12 A22H7 65 2311 导料销 4 Gr12 100 100 53.5、模具的装配方法首先先装下模部分，拿出下模座。装入标准圆形凹模，使有挡料销孔的一端朝前，用锤子把凹模锤进去。然后装入挡料销、然后装入左、右 2 个导柱。接着从底部装入4 颗螺钉导料板的孔从螺钉穿进去。接着合上卸料板，螺钉各个慢慢锁紧。接下来就是上模部分的安装。第一步，拿出上模座，再拿出模柄，用锤子敲入上模座。第二步，拿出凸模固定板，再拿出凸模，用锤子把凸模敲入凸模固定板。然后把上模座、凸模固定板、垫板用螺钉锁紧。把左、右导套分别装入上模座接下来就是总装配：把装好的上模部分、下模部分通过导柱和导套装配起来。3.6、模具冲裁力和压力中心的计算3.6.1 冲裁力的计算 查[1](3-25 P56)平刃口冲裁模的冲裁力 F 一般按下式计算：F=Lt b第 10 页 共 16 页F———冲裁力（N）L———冲裁周边长度（mm）t———材料厚度———材料抗拉强度（MPa）b根据材料为 Q235,未退火， 抗拉强度为 380 到 470 兆帕 b查[2]（1-4 P9)F=Lt =PI*(30.28×10-3)×(0.5×10-3)×400×106=19016Nb3.6.2 卸料力、推件力的计算 一般用下列经验公式计算： 查[2]（3-27 3-28 P56)卸料力FX=KXF推件力FT=nKTFF———冲裁力n———同时梗塞在凹模内的工件数n=h/th———凹模洞口的直壁高度t———材料厚度查[1](3-11 P57)可知 KX=0.07 KT=0.055卸料力 FX=1331.1N推件力 FT=12610N3.6.3 压力机公称压力的确定 查[1](3-31 P57)FZ=F+FT=19016+12610=31626N3.6.4 冲模压力中心的确定冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块第 11 页 共 16 页的中心线，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的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。而本落料模很特殊，本制件是最规则的圆形。压力中心就在圆心，无需计算。4、压力机的选用根据第三章已知条件，模具闭合高度近似为 H=120mm，压力机滑块行程 L=30mm。压力机的行程要保证配料能够放入，冲模的封闭高度应该在压力机的最大装模高度和最小装模高度之间；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按照上述要求，结合工厂实际生产条件，可选用开式压力机。所选开式压力机参数[2]：查 [5]（P101）选用开式双柱可倾压力机，J21-4公称压力：40KN滑块行程：30mm闭合高度调节量：40mm 工作台尺寸（前后 ×左右 ）：150 250m垫板尺寸（厚度 ）：10模柄尺寸（直径 ×深度 ）：25 40最大倾斜角度： 305、结语圆形落料件是所有落料件中最简单、实用的零件，由于其本身的完全规则结构易于加工制造，因此在生产过程中对专业技术的要求不会太高，有利于降低生产成本，创造更多的经济价值。单从技术方面来看，圆形落料件在冲裁过程中，圆形落料件的外形受到均匀的切第 12 页 共 16 页向力，因此能够保证较好的零件尺寸精度和表面质量，这样大大简化了零件校形、零件加工处理的步骤；而且模具的压力中心就在圆心，从而可以保证模具的安全性和耐用度。从经济方面来看，圆形落料件因形状简单，降低了加工成本；而其自身形状的广泛适用性也使得这样的制件能够以年产量 8 万件进行批量生产，从中厂家能够获得可观的利润，因此，其经济上的优势与其他形状的落料件相比尤为显著。参考文献[1] 翁其金，徐新成. 冲压工艺及冲模设计[M]. 北京：机械工业出版社，2004.7；[2] 林玉琼 许华昌等 冷冲压模具设计 华南理工大学出版社 2005.7；[3] 邓明. 实用模具设计简明手册[M]. 北京： 机械工艺出版社，2006.1；[4] 王新华. 冲压设计与制造实用计算手册[M]. 北京：机械工业出版社，第 13 页 共 16 页2003.3；[5] 简明冷冲压工手册编写组. 简明冷冲压工手册[M]. 北京：机械工业出版社，2003.3；[6] 李绍林，马长福. 实用模具技术手册[M]. 上海科学技术文献出版社，1998.3；[7] 薛启翔 冲模设计和加工计算速查手册. 北京：化学工业出版社，2008.11；[8] 欧阳波仪 伍先明 现代冷冲模设计基础实例 化学工业出版社 2006.7。致谢感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。 愿大家以后事事顺心。第 14 页 共 16 页签名：