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1. 冲压模具,是在冷冲压加工中,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),2.冲压,是在室温下,利用安装在压力机上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法,3.冲模分类 根据工艺性质分类 a.冲裁模 弯曲模 拉深模 成形模,据工序组合程度分类 单工序模 复合模. 级进模 传递模,依产品的加工方法 冲剪模具 .弯曲模具 .抽制模具 成形模具 .压缩模具,4,塑性变形,的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下,在外力的作用下产生形变,当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。
5.塑性在外力作用下使金属材料发生塑性而不破坏其完整性的能力称为塑性,6,体积不变方程 HBL=hbl,7,冲裁顺序的安排有哪些要求,①先落料再冲孔或冲缺口;②各冲裁工序的定位基准要一致,以避免定位误差和尺寸链换算;③冲裁大小不同、相距较近的孔时,应先冲大孔,后冲小孔,8,对冲小孔凸模一般采取哪些措施提高其强度和刚度。
① 冲小孔凸模加保护与导向,②采用短凸模的冲孔模 ③在冲模的其它结构设计与制造上采取保护小凸模措施,9,对条料、块料或工序件的限位内容,分别由哪些零件实现,条料的限位: ①在与条料垂直的方向上的限位,保证条料沿正确的方向送进,称为送进导向;②在送料方向上的限位,控制条料一次送进的距离(步距)称为送料定距,块料或工序件的定位:基本也是在两个方向上的限位,只是定位零件的结构形式与条料的有所不同而已,属于送进导向的定位零件:导料销、导料板、侧压板等;,属于送料定距的定位零件:用挡料销、导正销、侧刃等;,属于块料或工序件的定位零件:定位销、定位板等。
10,冲裁模设计的步骤1)冲裁件工艺性分析,2)确定冲裁工艺方案,3)选择模具的结构形式,4)进行必要的工艺计算,5)选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸,6)选择压力机的型号或验算已选的压力机,7)绘制模具总装图及零件图,11.正装复合模与倒装复合模各有什么特点 区别,如何选择。
倒装式复合模凸凹模装在下模,落料凹模和冲孔凸模装在上模,有2套出料装置,凸凹模内有积存废料,胀力较大,板料不是处在被压紧的状态下冲裁,因而平直度不高,正装式复合模凸凹模在上模,落料凹模和冲孔凸模在下模,有3套出料装置,板料是在压紧的状态下分离,冲出的冲件平直度较高,正装式较适用于冲制材质较软的或板料较薄的,平直度要求较高的冲裁件,还可以冲制孔边距离较小的冲裁件,倒装式结构简单,又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件,卸件可靠,便于操作,12,弯曲过程中坯料可能产生偏移的原因有哪些,如何减少和克服偏移,如果弯曲件的形状不对称,工件结构不对称,左右弯曲半径不一致,凹模两边角度不对称,弯曲时板料将会因摩擦阻力不均匀而产生滑动偏移,为了防止这种现象的发生,应在模具上设置压料装置或利用弯曲件上的工艺孔采用定位销定位。
对于弯曲形状复杂或需多次弯曲的工件,也应预先在弯曲件上设计出定位工艺孔,13,提高弯曲极限变形程度的方法,(1)经冷变形硬化的材料,可采用热处理的方法恢复其塑性,再进行弯曲 (2)清除冲裁毛刺,当毛刺较小时也可以使有毛刺的一面处于弯曲受压的内缘(即有毛刺的一面朝向弯曲凸模),以免应力集中而开裂,(3)对于低塑性的材料或厚料,可采用加热弯曲,(4)采取两次弯曲的工艺方法,即第一次采用较大的弯曲半径,然后退火;第二次再按工件要求的弯曲半径进行弯曲,这样就使变形区域扩大,减小了外层材料的伸长率。
(5)对于较厚材料的弯曲,如结构允许,可以采取先在弯角内侧开槽后再进行弯曲的工艺,14.弯曲件的主要质量问题,1,弯裂与最小相对弯曲半径(1)最小相对弯曲半径(2)最小弯曲半径的影响因素(3)最小弯曲半径的确定(4)防止弯裂的措施 2.弯曲件的回弹(1)回弹的表现形式(2)影响回弹的因素(3)回弹值的大小(4)控制回弹的措施 3弯曲时的偏移(1)偏移现象的产生(2)克服偏移的措施4.弯曲后的翘曲与剖面畸变,15.拉深过程中存在的主质要量问题,产生的原因,采取的措施,开裂形成的原因: 奥氏体不锈钢的冷作硬化指数高(不锈钢为0.34),奥氏体不锈钢为亚稳定型,在变形时会发生相变,诱发马氏体相,马氏体相较脆,因此容易发生开裂。
表面划痕形成的原因: 不锈钢拉深件表面出现划痕主要是由于工件和模具表面存在相对移动,在一定压力的作用下,致使坯料与模具局部表面直接产生摩擦,加之坯料的变形热使坯料及金属屑熔敷在模具表面上,使工件表面擦伤产生划痕,措施:选择合适的不锈钢材质 2 合理选择模具材料 3 选择合理的凸、凹模圆角 4 采用带变薄的拉深 5 在拉深工艺中加入中间退火工序6 采用适当的润滑剂,16其他成形工艺主要有哪些,他们的共同特点是什么,哪些属于伸长类变形,哪些属于压缩类变形,成形工序中,胀形和 翻孔 属于伸长类成形,成形极限主要受 变形区内过大的拉应力而破裂 的限制,缩口和 外缘翻凸边 属于压缩类成形,成形极限主要受变形区 过大的压应力而失稳 的限制。
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第一节 冲床冲压机构、送料机构及传动系统的设计,一、 设计题目,设计冲制薄壁零件冲床的冲压机构、送料机构及其传动系统,冲床的工艺动作如图5—1a)所示,上模先以比较大的速度接近坯料,然后以匀速进行拉延成型工作,此后上模继续下行将成品推出型腔,最后快速返回,上模退出下模以后,送料机构从侧面将坯料送至待加工位置,完成一个工作循环,(a) (b) (c),图5—1 冲床工艺动作与上模运动、受力情况,要求设计能使上模按上述运动要求加工零件的冲压机构和从侧面将坯料推送至下模上方的送料机构,以及冲床的传动系统,并绘制减速器装配图。
二、 原始数据与设计要求,1.动力源是电动机,下模固定,上模作上下往复直线运动,其大致运动规律如图b)所示,具有快速下沉、等速工作进给和快速返回的特性;,2.机构应具有较好的传力性能,特别是工作段的压力角应尽可能小;传动角大于或等于许用传动角[]=40o;,3.上模到达工作段之前,送料机构已将坯料送至待加工位置(下模上方);,4.生产率约每分钟70件;,5.上模的工作段长度l=30~100mm,对应曲柄转角?0=(1/3~1/2);上模总行程长度必须大于工作段长度的两倍以上;,6.上模在一个运动循环内的受力如图c)所示,在工作段所受的阻力F0=5000N,在其他阶段所受的阻力F1=50N;,7.行程速比系数K≥1.5;,8.送料距离H=60~250mm;。
9.机器运转不均匀系数不超过0.05,若对机构进行运动和动力分析,为方便起见,其所需参数值建议如下选取:,1)设连杆机构中各构件均为等截面均质杆,其质心在杆长的中点,而曲柄的质心则与回转轴线重合;,2)设各构件的质量按每米40kg计算,绕质心的转动惯量按每米2kgm2计算;,3)转动滑块的质量和转动惯量忽略不计,移动滑块的质量设为36kg;,6)传动装置的等效转动惯量(以曲柄为等效构件)设为30kgm2;,7) 机器运转不均匀系数不超过0.05,三、 传动系统方案设计。
冲床传动系统如图5-2所示,电动机转速经带传动、齿轮传动降低后驱动机器主轴运转,原动机为三相交流异步电动机,其同步转速选为1500r/min,可选用如下型号:,电机型号 额定功率(kw) 额定转速(r/min),Y100L2—4 3.0 1420,Y112M—4 4.0 1440,Y132S—4 5.5 1440,由生产率可知主轴转速约为70r/min,若电动机暂选为Y112M—4,则传动系统总传动比约为,取带传动的传动比ib=2,则齿轮减速器的传动比ig=10.285,故可选用两级齿轮减速器,图5—2 冲床传动系统。
四、 执行机构运动方案设计及讨论,该冲压机械包含两个执行机构,即冲压机构和送料机构,冲压机构的主动件是曲柄,从动件(执行构件)为滑块(上模),行程中有等速运动段(称工作段),并具有急回特性;机构还应有较好的动力特性,要满足这些要求,用单一的基本机构如偏置曲柄滑块机构是难以实现的,因此,需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求,送料机构要求作间歇送进,比较简单,实现上述要求的机构组合方案可以有许多种,下面介绍几个较为合理的方案。
1.齿轮—连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构,如图5—3所示,冲压机构采用了有两个自由度的双曲柄七杆机构,用齿轮副将其封闭为一个自由度,恰当地选择点C的轨迹和确定构件尺寸,可保证机构具有急回运动和工作段近于匀速的特性,并使压力角尽可能小,送料机构是由凸轮机构和连杆机构串联组成的,按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律,使其能在预定时间将工件推送至待加工位置,设计时,若使lOG
2.导杆—摇杆滑块冲压机构和凸轮送料机构,如图5—4所示,冲压机构是在导杆机构的基础上,串联一个摇杆滑块机构组合而成的,导杆机构按给定的行程速比系数设计,它和摇杆滑块机构组合可达到工作段近于匀速的要求,适当选择导路位置,可使工作段压力角较小,送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连,按机构运动循环图可确定凸轮推程运动角和从动件的运动规律,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置,3.六连杆冲压机构和凸轮—连杆送料机构。
如图5—5所示,冲压机构是由铰链四杆机构和摇杆滑块机构串联组合而成的,四杆机构可按行程速比系数用图解法设计,然后选择连杆长lEF及导路位置,按工作段近于匀速的要求确定铰链点E的位置,若尺寸选择适当,可使执行构件在工作段中运动时机构的传动角满足要求,压力角较小,凸轮送料机构的凸轮轴通过齿轮机构与曲柄轴相连,若按机构运动循环图确定凸轮转角及其从动件的运动规律,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置,设计时,使lIH
送料机构是由曲柄摇杆扇形齿轮与齿条机构串联而成,若按机构运动循环图确定曲柄摇杆机构的尺寸,则机构可在预定时间将工件送至待加工位置,选择方案时,应着重考虑下述几个方面:,1)所选方案是否能满足要求的性能指标;,2)结构是否简单、紧凑;,3)制造是否方便,成本可否降低,经过分析论证,方案1是四个方案中最为合理的方案,下面就对其进行设计,五、 冲压机构设计,由方案1图5—3可知,冲压机构是由七杆机构和齿轮机构组合而成。
由组合机构的设计可知,为了使曲柄AB回转一周,C点完成一个循环,两齿轮齿数比Z1/Z2应等于1,这样,冲压机构设计就分解为七杆机构和齿轮机构的设计,1.七杆机构的设计,设计七杆机构可用解析法,首先根据对执行构件(滑块F)提出的运动特性和动力特性要求选定与滑块相连的连杆长度CF,并选定能实现上述要求的点C的轨迹,然后按导向两杆组法设计五连杆机构ABCDE的尺寸,设计此七杆机构也可用实验法,现说明如下,如图5—7所示,要求AB、DE均为曲柄,两者转速相同,转向相反,而且曲柄在角度的范围内转动时,从动件滑块在l=60mm范围内等速移动,且其行程H=150mm,图5—7 七杆机构的设计,1)任作一直线,作为滑块导路,在其上取长为l的线段,并将其等分,得分点F1、F2、…、Fn(取n=5)。
2)选取lCF为半径,以Fi各点为圆心作弧得K1、K2、…、K5,3)选取lDE为半径,在适当位置上作圆,在圆上取圆心角为的弧长,将其与l对应等分,得分点D1、D2、…、D5,4)选取lDC为半径,以Di为圆心作弧,与K1、K2、…、K5对应交于C1、C2、…、C5,5)取lBC为半径,以Ci为圆心作弧,得L1、L2、…、L5,6)在透明白纸上作适量同心圆弧,由圆心引5条射线等分(射线间夹角为),7)将作好图的透明纸覆在Li曲线族上移动,找出对应交点B1、B2、…、B5,便得曲柄长lAB及铰链中心A的位置,8)检查是否存在曲柄及两曲柄转向是否相反。
同样,可以先选定lAB长度,确定lDE和铰链中心E的位置,也可以先选定lAB、lDE和A、E点位置,其方法与上述相同,用上述方法设计得机构尺寸如下:,lAB=lDE=100mm, lAE=200mm, lBC= lDC=283mm, lCF=430mm,A点与导路的垂直距离为162mm,E点与导路的垂直距离为223mm,2.齿轮机构设计,此齿轮机构的中心距a=200mm,模数m=5mm,采用标准直齿圆柱齿轮传动,Z1=Z2=40,ha*=1.0,六、 七杆机构的运动和动力分析。
用图解法对此机构进行运动和动力分析,将曲柄AB的运动一周360o分为12等份,得分点B1、B2、…、B12,针对曲柄每一位置,求得C点的位置,从而得C点的轨迹,然后逐个位置分析滑块F的速度和加速度,并画出速度线图,以分析是否满足设计要求,图5—8是冲压机构执行构件速度与C点轨迹的对应关系图,显然,滑块在F4~F8这段近似等速,而这个速度值约为工作行程最大速度的40%,该机构的行程速比系数为,故此机构满足运动要求,图5-8 七杆机构的运动和动力分析,在进行机构动力分析时,先依据在工作段所受的阻力F0=5000N,并认为在工作段内为常数,然后求得加于曲柄AB的平衡力矩Mb,并与曲柄角速度相乘,获得工作段的功率;计入各传动的效率,求得所需电动机的功率为5.3KW,故所确定的电动机型号Y132S—4(额定功率为5.5KW)满足要求,(动力分析具体过程及结果略)。
七、 机构运动循环图,依据冲压机构分析结果以及对送料机构的要求,可绘制机构运动循环图(如图5—9所示),当主动件AB由初始位置(冲头位于上极限点)转过角(=90o)时,冲头快速接近坯料;又当曲柄由转到(=210o)时,冲头近似等速向下冲压坯料;当曲柄由转到(=240o)时,冲头继续向下运动,将工件推出型腔;当曲柄由转到(=285o)时,冲头恰好退出下模,最后回到初始位置,完成一个循环,送料机构的送料动作,只能在冲头退出下模到冲头又一次接触工件的范围内进行,故送料凸轮在曲柄AB由300o转到390o完成升程,而曲柄AB由390o转到480o完成回程,图5-9 机构运动循环图,七、送料机构设计,送料机构是由摆动从动件盘形凸轮机构与摇杆滑块机构串联而成,设计时,应先确定摇杆滑块机构的尺寸,然后再设计凸轮机构。
1.四杆机构设计,依据滑块的行程要求以及冲压机构的尺寸限制,选取此机构尺寸如下:,LRH=100mm,LOH=240mm,O点到滑块RK导路的垂直距离=300mm,送料距离取为250mm时,摇杆摆角应为45.24o,2.凸轮机构设计,为了缩小凸轮尺寸,摆杆的行程应小AB,故取,最大摆角为22.62o,因凸轮速度不高,故升程和回程皆选等速运动规律,因凸轮与齿轮2固联,故其等速转动。
用作图法设计凸轮轮廓,取基圆半径r0=50mm,滚子半径rT=15mm,八、调速飞轮设计,等效驱动力矩Md、等效阻力矩Mr和等效转动惯量皆为曲柄转角的函数,画出三者的变化曲线,然后用图解法求出飞轮转动惯量JF,九、带传动设计,采用普通V带传动,已知:动力机为Y132S-4异步电动机,电动机额定功率P=5.5KW ,满载转速n1=1440rpm ,传动比i=2, 两班制工作,(1)计算设计功率Pd,由[6]中的表6-6查得工作情况系数KA =1.4,(2)选择带型 由[6]中的图6-10初步选用A型带,(3)选取带轮基准直径 由[6]中的表6-7选取小带轮基准直径。
由[6]中的表6-8取直径系列值取大带轮基准直径:,(4)验算带速V,在(5~25m/s) 范围内,带速合适,(5)确定中心a和带的基准长度,在 范围内初选中心距,初定带长。
查[6]中的表6-2 选取A型带的标准基准长度,求实际中心距,取中心距为500mm,(6)验算小带轮包角,包角合适,(7)确定带的根数Z,查表得。
取Z=3根,(8)确定初拉力,单根普通V带的初拉力,(9)计算带轮轴所受压力,(10)带传动的结构设计(略),十、齿轮传动设计,齿轮减速器的传动比为ig=10.285,采用标准得双级圆柱齿轮减速器,其代号为,ZLY-112-10-1。
第二节 棒料校直机执行机构与传动系统设计,一、设计题目,棒料校直是机械零件加工前的一道准备工序,若棒料弯曲,就要用大棒料才能加工出一个小零件,如图5-10所示,材料利用率不高,经济性差,故在加工零件前需将棒料校直,现要求设计一短棒料校直机,确定机构运动方案并进行执行机构与传动系统的设计,图5-10 待校直的弯曲棒料。
二、设计数据与要求,需校直的棒料材料为45钢,棒料校直机其他原始设计数据如表5-1所示,表5-1 棒料校直机原始设计数据,参数,分组 直径d2,(mm) 长度L,(mm) 校直前最大曲率半径,(mm) 最大校直力,(KN) 棒料在校直时转数。
(转) 生产率,(根/分),1 15 100 500 1.0 5 150,2 18 100 400 1.2 4 120,3 22 100 300 1.4 3 100,4 25 100 200 1.5 2 80,注:室内工作,希望冲击振动小;原动机为三相交流电动机,使用期限为10年,每年工作300天,每天工作16小时,每半年作一次保养,大修期为3年,三、工作原理的确定,1) 用平面压板搓滚棒料校直(图5-11)。
此方法的优点是简单易行,缺点是因材料的回弹,材料校得不很直,2) 用槽压板搓滚棒料校直,考虑到“纠枉必须过正”,故将静搓板作成带槽的形状,动、静搓板的横截面作成图5-12所示形状,用这种方法既可能将弯的棒料校直,但也可能将直的棒料弄弯了,不很理想,3) 用压杆校直,设计一个类似于图5-13所示的机械装置,通过一电动机,一方面让棒料回转,另一方面通过凸轮使压杆的压下量逐渐减小,以达到校直的目的,其优点是可将棒料校得很直;缺点是生产率低,装卸棒料需停车,4) 用斜槽压板搓滚校直。
静搓板的纵截面形状如图5-14所示,其槽深是由深变浅而最后消失,其工作原理与上一方案使压下量逐渐减小是相同的,故也能将棒料校得很直,其缺点是动搓板作往复运动,有空程,生产效率不够高,虽可利用如图所示的偏置曲柄滑块机构的急回作用,来减少空程损失,但因动搓板质量大,又作往复运动,其所产生的惯性力不易平衡,限制了机器运转速度的提高,故生产率仍不理想,5) 行星式搓滚校直,如图5-15所示,其动搓板变成了滚子1,作连续回转运动,静搓板变成弧形构件3,其上开的槽也是由深变浅而最后消失。
这种方案不仅能将棒料校得很直,而且自动化程度和生产率高,所以最后确定采用此工作原理。
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