ZL50裝載機總體及工作裝置設(shè)計
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課程設(shè)計說明書
題 目： 皮帶輪落料拉深復(fù)合模設(shè)計
學(xué) 院： 機械工程學(xué)院
專 業(yè)： 材料成型及控制工程
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期： 2008年2月29日
目 錄
目錄.....................................................1
第一章 零件的工藝性分析..............................2
第二章 毛坯尺寸展開計算..............................3
第三章 拉深工序次數(shù)及拉深系數(shù)確定...................5
第四章 沖裁力與拉深力的計算...........................11
第五章 凸、凹模的設(shè)計.................................7
1、 落料凸、凹模尺寸計算.........................7
2、 拉深凸、凹模尺寸計算..........................8
3、 粗糙度的確定.................................9
第六章 模具基本結(jié)構(gòu)的確定...........................13
第七章 模具主要零件的強度校核.........................15
第八章 沖壓設(shè)備的選擇...............................16
1、初選設(shè)備....................................16
2、設(shè)備的校核..................................18
主要參考文獻
附錄
第一章 零件的工藝性分析
1、零件的形狀、尺寸及一般要求
該零件為厚度2mm，大筒直徑為86.8mm，小筒直徑為47mm的皮帶輪，零件材料T8，尺寸精度按圖紙要求。
2、工藝方案的分析及確定
工件由落料、拉深、反拉深三道工序成型，工件形狀較簡單。
根據(jù)計算可知，拉深工序需要進行多次拉深才能完成，如果完全采用連續(xù)模，則模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜會增加沖壓件的生產(chǎn)成本。所以可先采用復(fù)合模進行落料和第一步拉深，然后采用連續(xù)模直至拉深完成，再采用單工序模進行反拉深。
本次主要設(shè)計其第一道工序，即落料和第一步拉深。
第二章 毛坯尺寸展開計算
旋轉(zhuǎn)體零件采用圓形毛坯，在不變薄拉深中，材料厚度雖有變化，但其平均值與毛坯原始厚度十分接近。因此，其直徑按面積相等的原則計算，即毛坯面積與拉深件面積（加上修邊余量）相等。
1、確定修邊余量
在拉深的過程中，常因材料機械性能的方向性、模具間隙不均、板厚變化、摩擦阻力不等及定位不準等影響，而使拉深件口部周邊不齊，必須進行修邊，故在計算毛坯尺寸時應(yīng)按加上修邊余量后的零件尺寸進行展開計算。
修邊余量的數(shù)值可查文獻《實用模具技術(shù)手冊》表5-7.
由于工件凸緣的相對直徑
d凸/d = 1.1013
查表可得修邊余量δ=3.5mm。
2、毛坯尺寸計算
根據(jù)工件的形狀，可將其分成F1-F8這幾個部分。則可計算出各部分的展開面積如下：
F1 =π/4[2π(4+t/2)(90.8-t)+4.56(4+t/2)2
=π/4[2π×5×88.8+4.56×52]
=222π2+28.5π
F2 =π(d-t)(h-r1-r2-t)
=π(90.8-2)(34-4-2-2)
=2308.8π
F3 =π/4[2π(2+t/2)(90.8-t-2×2-t)+8(2+t/2)2]
=π/4(2π×3×82.8+72)
=124.2π2+18π
F4 =π/4(90.8-2t-2×2)2-π/4(47+2t+2×2)2
=π/4×82.82-π/4×552
=957.71π
F5 =π/4[2π(2+t/2)(47+t)+4.56(2+t/2)2]
=π/4(2π3×49+4.56×32)
=73.5π2+10.26π
F6 =(20-2t-2×2)π(47+t)
=588π
F7 =π/4[2π(2+t/2)(47-2×2)+8(2+t/2)2]
=π/4(2π3×43+8×32)
=64.5π2+18π
F8 =π/4(47-2×2)2
=462.25π
得：π/4D2=222π2+28.5π+2308.8π+124.2π2+18π+957.71π+73.5
π2+10.26π+588π+64.5π2+18π+462.25π
D2=1936.8π+17566.08=23647.632
所以經(jīng)計算求得毛坯直徑D=154mm
3、確定是否使用壓邊圈
由于D-d>22t,則要使用壓邊圈。
壓邊力的計算：
因為k=D/d=154/(47+4)=3
Fmax=πdt(k-1)бb
=3.14×51×2×2×329=210.7 kN
所以F=0.1[1-18k/(k-1)]k2Fmax
=0.1[1-(18×3)/(3-1)×32×210.7
=0.1×0.65×9×210.7
=123.4kN
第三章 拉深工序次數(shù)及拉深系數(shù)確定
在制定拉深件的工藝過程和設(shè)計拉深模具時，必須預(yù)先確定是否可以一道工序完成，或者是經(jīng)過幾道工序才能制成。在確定拉深工序次數(shù)時，必須做到使毛坯內(nèi)部的應(yīng)力既不超過材料的強度極限，而且還能充分利用材料的塑性。也就是說每一次拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強度允許的條件下，采用最大可能的變形程度。
制訂拉深工藝時,為了減少拉深次數(shù),希望采用小的拉深系數(shù)(大的拉伸比)。有力學(xué)分析可知，拉深系數(shù)過小，將會在危險斷面產(chǎn)生破裂。因此，要保證拉深順利進行，每次拉深系數(shù)應(yīng)大于極限拉深系數(shù)。
該零件的拉深系數(shù)，即拉深后圓筒件直徑與拉深前毛坯直徑的比值，為
m=d/D=(47+4)/154=0.33
有凸緣的圓筒件在拉深時還要考慮拉深的相對高度是否大于極限相對高度。計算可得拉深的相對高度為：
h/d=20/（47+4）=0.392
極限拉伸系數(shù)與板料成形性能、毛坯相對厚度、凸凹模間隙及其圓角半徑有關(guān)。
通過計算可得：
π/4dF2-756.25π+73.5π2+10.26π+588π+64.5π2+18π
+462.25π=484.2 π2+4391.52π
dF=143.6
所以：法蘭相對直徑dF/d=143.6/（47+2）=2.93
毛坯的相對厚度t/D×100=2/154×100=1.3
依文獻《沖壓工藝學(xué)》，查表4-10，查得零件的極限拉深系數(shù)
[m]=0.32
依文獻《實用模具技術(shù)手冊》，查表5-16，查得第一次拉深的最大相對高度[h/d]=0.18
可知拉深系數(shù)大于極限拉深系數(shù)，拉深的相對高度大于極限相對高度，所以不能一次拉深成形。
由于本設(shè)計只進行第一次拉深的設(shè)計，所以對以后的多次拉深不進行計算。
第四章 沖裁力與拉深力的計算
1、沖裁力的計算
計算沖裁力的目的是為了合理地選用壓床和設(shè)計模具。壓床的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。
平刃模具沖裁時，其沖裁力F0可按下式計算：
F0=Ltτ
式中× t——材料厚度，[t]為mm
τ——材料抗剪強度，[τ]為MPa
L——沖裁周長，[L]為mm
考慮到模具刃口的磨損，凸、凹模間隙的波動，材料機械性能的變化，材料厚度偏差等因素，實際所需沖裁力還須增加30%，即
F=1.3F0=1.3Ltτ
所以沖裁力F=1.3×2π×154/2×2×260=326.89 kN
因為模具采用剛性卸料裝置，所以不用計算卸料力。
而F頂件力=K2F=0.06×326.89=19.62 kN
(依文獻《沖壓工藝學(xué)》查表2-10得K2=0.06）
所以總沖裁力為：
F0=326.89+19.62=346.51 kN
2、拉深力的計算
在確定拉伸件所需的壓力機噸位時，必須先求的拉深力。在拉深帶法蘭的圓筒件的生產(chǎn)中常用如下經(jīng)驗公式計算：
F = πd1tσbK
式中 t——料厚；
d1——第一次拉深半成品圓筒直徑；
σb——抗拉強度
由于零件材料為T8鋼，查得其抗拉強度
為329MPa；
K——系數(shù)，依文獻《沖壓工藝學(xué)》查表4-11
查得K =1；
由上求得拉深力 F = 103.3 kN ;
第五章 凸、凹模設(shè)計
1、落料凸、凹模尺寸計算
因為落料形狀為圓形，形狀簡單，所以采用凸、凹模分開加工的方法。
查文獻《沖壓工藝學(xué)》表2-3可知
沖裁模的雙面間隙為：Zmin=0.12mm, Zmax=0.16mm
則凸模和凹模的制造公差分別為：
δp=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.16-0.12)=0.016
δd=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.16-0.12)=0.024
設(shè)工件尺寸為D-△。落料時首先確定凹模尺寸，使凹模公稱尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸，再減小凸模尺寸以保證最小合理間隙Zmin。則凸、凹模的尺寸計算公式如下：
Dd=(D-x△）+δd
DP=(Dd-Zmin)-δp=(D-x△-Zmin)-δp
式中 Dd、DP——落料凹、凸模尺寸，[Dd]與[DP]為mm
△—工件制造公差，[△]為mm
Zmin—最小合理間隙（雙面），[Zmin]為mm
δp、δd—凸、凹模的制造公差，[δp][δd]為mm
x△—磨損量，其中系數(shù)x是為了使沖裁件的實際尺寸
盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸
查文獻《沖壓工藝學(xué)》表2-7，可知x=0.75.
2、拉深凸、凹模尺寸計算
一、凹模圓角半徑rd
rd與毛坯厚度、零件的形狀尺寸和拉深方法有關(guān)
因為D-dd(凹模內(nèi)徑)>30時，應(yīng)取較大的rd值
查文獻《沖壓工藝學(xué)》表4-6，可得
rd=9mm
二、凸模圓角半徑rp
一般可取rp =rd。最后一道拉深時rp等于零件的圓角半徑.
所以取 rp =rd = 9mm.
三、凸、凹模間隙c
決定凸、凹模間隙時，不僅要考慮材質(zhì)和板厚，還要考慮工件的尺寸精度和表面質(zhì)量要求。
由于該拉深要使用壓邊圈，則
C = tmax+kt ；取C=2mm
式中 tmax——材料最大厚度；
k——間隙系數(shù)。
由于零件的尺寸標注在內(nèi)徑上，則依凸模為準，間隙取在凹模上，即增大凹模尺寸得到間隙。
四、凸、凹模尺寸及制造公差
最后一道拉深模的尺寸公差決定了零件的尺寸精度，故其尺寸、公差應(yīng)按零件要求來確定。
對于多次拉深的第一次拉深和中間工序的毛坯尺寸公差沒有必要限制，此時，可取模具尺寸等于毛坯過渡尺寸。若取凸模為基準，則
凸模尺寸 DP=D-δp
凹模尺寸 Dd=（D+2c)+δd
根據(jù)拉深系數(shù)m=0.32，即d/154=0.32，d=50則，D=50-2t=46
凸、凹模的制造公差依文獻《沖壓工藝學(xué)》查表4-7，依工件的厚度和拉深直徑，查得
δd=0.08， δp=0.05
則：DP=46-0.05 ; Dd=50+0.08
3、粗糙度的確定
凸凹模的刃口部位要求較高，粗糙度選用0.4，凸模及凹模鑲塊用于固定的部位選用0.8，對于固定板上的孔，由于加工較困難，可選用1.6，其它不太重要的部位選用6.3。
第六章 模具基本結(jié)構(gòu)的確定
模具的基本結(jié)構(gòu)和組成如下所示：
1、凸、凹模的結(jié)構(gòu)形式
一、落料凸模與拉深凹模
采用凸緣形式，用螺栓與上模板緊固。
模具結(jié)構(gòu)如下圖所示
二、落料凹模
模具結(jié)構(gòu)如下圖所示
三、拉深凸模
采用嵌入式結(jié)構(gòu)，用螺釘與下模板緊固。
模具結(jié)構(gòu)如下圖所示：
2、模具其他部分的作用與選材如下：
上模座：
上模座的作用是通過模柄與壓力機相連接，將模具的上模部分安裝在壓力機上。材料選用HT200。因為上模座在模具工作中只承受沖擊力，要求材料具有較好的強度和韌性。上模座尺寸選用315mm ×200mm×45mm
上模墊板
上模墊板在模具工作過程中，承受卸料組件、沖頭傳遞過來的較大的沖擊載荷。因此要求材料有較好的強度、硬度和一定的韌性。選用45，調(diào)質(zhì)到HRC38~43。
卸料板
本模具選用固定卸料板，用螺栓和銷釘固定在下模上，能承受的卸料力較大，常用于厚板沖壓件的卸料。厚度為6mm，材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)HRC38~43。
定位板
定位板在過程中起到保證單個毛坯在拉深過程中有正確位置的作用,以保證拉深出合格的制件。通過螺釘與凹模固定板連接，以毛坯外形進行定位。厚度為5mm,材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)HRC38~43。
拉深凸模固定板
該固定板在模具中不僅起穩(wěn)定拉深凸模的作用，還通過其與下模板之間的彈簧的作用起到壓邊圈的作用。在工作過程中要承受來自落料凸模的沖擊，因此要求材料有較好的強度、硬度和一定的韌性。選用45，調(diào)質(zhì)到HRC38~43。
下模固定板
承受很大的沖擊載荷。需要有較好的韌性和強度。選用45鋼。
下模座
其作用與上模座相似，選用HT200。尺寸選用315mm ×200mm×55mm。
2、模架
選定模具的基本形式后，開始選擇模架。依凹模尺寸及壓力機 工作臺尺寸選取。根據(jù)文獻《實用模具技術(shù)手冊》，選用后側(cè)導(dǎo)柱模架，選用HT200。其各尺寸參數(shù)如下：
凹模周界 D=200 mm
B=200mm， L=315mm
閉合高度 190~230mm
導(dǎo)套 32mm×160mm
導(dǎo)柱 32mm×43mm×110mm
其結(jié)構(gòu)形式如下圖：
本模具采用人工送料。
第七章 模具主要零件的強度校核
1、 壓力中心的確定
為了保證壓力機和模具正常的工作，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，造成刃口和其它零件的損壞，甚至還會引起壓力機導(dǎo)軌磨損，影響壓力機精度。本制件為圓形，壓力中心在圓心。
2、模具主要零件強度設(shè)計
凸、凹模
凸模長度確定以后，一般不作強度計算，且該凸模直徑較大，不會造成縱向失穩(wěn)或折彎，故可不進行校核。
同理，凹模外形尺寸確定以后，可以保證凹模具有足夠的強度和剛度，也不做強度校核。
墊板
墊板的作用是為了平均分布模板所受到的壓力，可根據(jù)凸模傳給的壓力來決定墊板是否合格。
第八章 沖壓設(shè)備的選擇
沖壓設(shè)備的選擇直接關(guān)系到設(shè)備的合理使用、安全、產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率和成本等一系列問題。
1、初選設(shè)備
沖壓生產(chǎn)中主要應(yīng)用的是曲柄壓力機和液壓機。由于本零件的成型屬于落料淺拉深，且根據(jù)其幾何尺寸和精度要求，選用具有C形床身的開式曲柄壓力機。雖然開式壓力機的剛度差，并且由于床身變形而破壞了沖模的間隙分布，降低了沖模的壽命和制件的質(zhì)量。但是，它卻具有操作空間三面敞開，操作方便，容易安裝機械化的附屬設(shè)備和成本低廉等優(yōu)點。
在壓力機的類型選定以后，應(yīng)進一步根據(jù)變形力的大小，沖壓件的尺寸和模具尺寸來確定設(shè)備的規(guī)格。
由于沖裁工序與拉深工序不是同時進行，所以只需考慮兩工序中所需壓力較大的工序。
沖裁力為 F = 346.51 kN，依沖壓力的計算圖與沖壓設(shè)備需要負荷圖對比，故可選用公稱壓力為 450 kN的壓力機。根據(jù)國標 JB/T 9965-1999 ，初選壓力機的型號為 J21-45。
依文獻《沖壓模具簡明設(shè)計手冊》表13.10，可查得該壓力機個技術(shù)參數(shù)如下：
標稱壓力/kN 450
標稱行程/mm 3.2
滑塊行程/mm 120
行程次數(shù)/次·min-1 80
最大閉合高度/mm 270
封閉高度調(diào)節(jié)/mm 60
滑塊中心線到機身距離/mm 225
工作臺尺寸 左右/mm 810
前后/mm 440
工作臺孔尺寸/mm 150
模柄孔尺寸 直徑/mm 50
深度/mm 60
電動機功率/kW 5.5
2、設(shè)備校核
裝模高度校核
為使模具正常工作，模具閉合高度必須與壓力機閉合高度相適應(yīng)，應(yīng)介于壓力機最大和最小閉合高度之間，一般按如下關(guān)系確定：
h最大-5mm >= h模 >= h最小+10mm
所設(shè)計模具的閉合高度為 220mm ，而壓力機的閉合高度為 210mm ~270mm，在可調(diào)范圍之內(nèi)。
滑塊行程校核
在拉深中為了便于安放毛坯和取出工件,其行程一般大于拉深件高度的2.5倍。工件高度為9mm,而壓力機行程為 60mm,故該壓力機行程符合規(guī)定。
模具安裝空間尺寸校核
包括工作臺面的大小和模柄孔尺寸。經(jīng)校核比較該模具可在壓力機工作上正確安裝和定位。且臺面上的漏料孔與所選工藝相適應(yīng)。
主 要 參 考 文 獻
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