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第15卷第4期 辽宁师专学报 VO1.15NO.4 2013年 12月 JournalofLiaoningTeachersCollege Dec.2013 【应用研究】 薄壁圆管冲孔翻边复合模具设计 吕华英 (锦州关联桥汽车部件有限公司,辽宁 锦州 121000) 摘 要 :薄壁 圆管(管壳)的模具设计由模具构思、零件设计、装配调试三部分所组成.薄壁 圆管冲孔、 翻边复合模具是专为管壳类型产品生产开发的模具,结构相对比较简单、新颖,具有一定的推广及参考价值. 关键词 :薄壁;圆管;冲孔 ;翻边 ;凸模 ;凸凹模 中图分类号 :TG386.3 文献标识码 :A 文章编号 :1008—5688(2013)04—0092—04 1 管壳 EGR(废气再循环)系统用来降低汽车 尾气排放中氮氧化物的含量 ,是汽车尾气 2一o16.r苦 I l I L—l r 排放达到欧 IV、V标准一定要采用 的产品. EGR冷却器是安装在汽车柴油发动机上 』—。==7、广’ EGR系统中用于回流废气冷却的部件.管 I 120±0.5 壳是 EGR冷却器上的重要零件,如图1所 囤 . l60±0.3 示.管壳原材料为直径 054mm、壁厚 1mm的304不锈钢圆管;零件总长 160± 0.3mm;翻边内孑L径O16.1+o ram;孑L翻 边高度 30-。mm;孔中心距端部距离 2O士 0.3mm;两孔问角度 134.4。±1。及中心距 】2O+ 0.5m m. 图1管壳零件图 2 薄壁圆管冲孔翻边复合模具构思 管壳类零件为薄壁圆管,孔位置距离圆管端面较近;管材是空心筒状毛坯,冲孔时凸、凹模接触 的管壁工作面是弧面而非板材那样的平面,并且要求翻边后孔端 口平整,翻边高度为 3_0 mm,故 需采取比较特殊的工艺措施及模具结构及形式才能达到零件的批量生产.为了更好的提高生产效率及产品质量, 初步设想将模具设计成冲孔、翻边一次成型的悬臂式冲压复合模具,因其效率高更为适合零件的大批 量生产.在一套复合模具上完成对管壳的冲孔、翻边生产增加了模具的设计难度 ,因此对该模具的零 件结构、精度、加工工艺性及装配工艺性都有必要进行认真细致的综合考虑. 在查阅大量的冲压资料后,经过细致地研究、总结,制定出了薄壁圆管(管壳)冲孔、翻边一次成 型的在理论上的实施过程 : (1)将下料长度 160mm管壳毛坯上料装卡至仿形圆棒胎具定位端; (2)上模下行凸模冲压管壳,压料板随凸模下行完成冲孔后压住管壳; (3)压料板继续下行冲压管壳 ,随压料板下行凸凹模上顶管壳冲孔部位 ,压料板继续下压至行程 下限,凸凹模将冲孔部位翻边 ,压料板内镶嵌限制翻边孑L外径圆套 ,圆套底部倒角圆弧与管壳接触部 位作为翻边孔根部圆弧 ,圆套 内径包住翻边孔外径 ; 收稿 日期 :2013--O8—2O 作者简介:吕华英 (1977一),男,辽宁黑山县人,工程师,主要是做机械设计、机械加工方面研究 吕华英 薄壁 圆管冲孔翻边复合模具设计 (4)上模抬起至行程上限,凸模与凸凹模 、管壳与压料板分离 ,仿形胎具借助弹簧弹起 ,凸凹模 从管壳翻边孔 内退出,落料在取下管壳后掉出; (5)取下管壳,调换另一端上料到仿形胎具上,将定位翻边孔定位销插入刚冲压的孑L和仿形胎具 定位孔内; (6)重复上述前 四步过程后 ,至此加工完成 ,取下管壳. 3 薄壁圆管冲孔翻边复合模具零件设计分析 根据上述冲孔 、翻边一次成型地理论上的实施过程对模具核心零件进行细节设计.模具核心零件 结构图如图2所示 : 图2模具核心零件结构 图 (1)凸模设计 :管壳零件要求翻边孔 口处端面平整 (零件翻边孔端 口部位后期装配作为定位面), 由于在薄壁圆管上进行冲孔、翻边成型,冲压工作面为圆弧面不是平面,而只有在圆弧面翻边高度不 一 致的情况下,翻边 口端面才能达到平整.由此分析冲压底孔为椭 圆形孔,设计凸模外形为椭圆 形.使用Pro/E钣金平整命令对管壳进行平整,平整后椭 圆长短轴尺寸作为凸模长短轴基础尺寸, 根据翻边成型后孔的高度尺寸及孔 口的表面平整度调整凸模椭圆外形的长短轴设计尺寸.椭圆形状的 凸模无法用加工定位台装卡固定,因此在距 凸模上表面 10mm处设计用于装卡的环槽.模具设计原 理是冲孑L后下压翻边 ,工件壁厚是 1mm,因此凸模设计要长出仿形部位 2~3mm;凸模侧刃部位需 钳工修研,底刃可多次磨削开刃;冲孔过程是瞬间完成的,冲孔完成后凸模仍插在工件中,因此工件 不可能会发生转动,随后压料板会压住工件进行翻边. (2)凸模 固定套设计 :固定凸模 ,翻边过程中作为凹模限制翻边孔外径.上部圆孔台用来装卡定 位凸模 ,下部圆孔作为凹模型腔用来控制管壳翻边外径尺寸.中间部位椭圆内腔按凸模尺寸过盈配合 辽宁师专学报 2013年第4期 加工成椭圆形状,避免凸模在冲压过程 中发生窜动.底部设计成 54圆弧状与管壳外圆形状相仿, 倒底部圆弧处内孔 R角.控制翻边孔根部 R角;外形头部设计成扁 口避免固定套转动.下部圆柱形 状方便加工、装配,圆柱尺寸与压料板上装配孔过盈配合,这样凸模 固定套就被固定住了. (3)压料板设计 :凸模 固定套镶嵌入压料板 中,固定凸模固定套.由于翻边过程是借助于此部件 仿形圆弧部位下压工件翻边成型的,因此压料板下部设计成仿形 ~P54圆弧形状 ,包裹将近半圆的圆 弧型腔.由于翻边过程中借助压料板下压 ,因此压料板的长度设计成 80mm,使压料板与工件间有 足够 的受力面积. (4)退料架设计 :退料架是工件的上料胎具,在翻边过程中辅助翻边成型同时又是翻边后退料的 工具.按圆管内径尺寸间隙配合设计圆柱外形 ,工件在退料架上装卡,上、下料简单、方便.退料架 设计成正方体与圆柱一体 ,正方体为装卡固定部分与圆柱仿形胎具相接部位作为工件定位台.上部开 圆孔 ,圆孔直径与凸凹模外径 间单边间隙为 1mm,下部开躲避槽 ,躲避槽要有足够的躲避凸凹模固 定座与凸凹模装配后翻边所需的行程空间.由于翻边成型的原理是靠压料板下压工件 ,而工件装卡在 退料架上,因此所有的下压力量都会 由退料架来承受;退料架在设计躲避槽后仍需要有足够的强度在 翻边下压过程 中不会导致断裂.在退料架上设计模具下限安全参考间隙,在模具运行至行程下限时, 退料架底部平 台至少与凸凹模 固定座两侧台肩间存在间隙 1mm,凸凹模固定座上部圆弧与退料架躲 避槽 内部圆弧间也至少存在 1mm 间隙,如无间隙状态继续下压会导致退料架从圆柱根部断裂,致使 凸凹模固定座从悬臂处断裂,因此导致模具报废. (5)凸凹模设计 :凸凹模在冲孔过程 中作为凹模使用,翻边过程 中作为凸模使用.为增加凸凹模 强度 ,下部设计成腰形凸台.中间部位凸台为装卡定位台.上部圆柱直径为翻边孑L内径 ,顶部椭圆孑L 为刃 口部位深 5mm,与凸模配合间隙单边 0.02mm.小间隙配合冲孔断面光滑,避免翻边产生裂 口.凸凹模椭圆侧刃部位须钳工修研,顶部刃 口可多次磨削开刃;下部椭圆形状孔为冲压落料孔;顶 部 尺角为翻边过度圆弧 ,R角圆滑过渡避免翻边成型的过程剧烈产生翻边裂 口. (6)凸凹模 固定座设计 :固定凸凹模.凸凹模 固定座上腰形长孑L为凸凹模固定孔,与凸凹模下部 腰型凸台小间隙配合,由于凸凹模为空心淬火件 ,过盈配合会导致装配过程中碎裂,因此须钳工修研 装配.上部圆形凹台为凸凹模装卡定位台.在凸凹模装配人凸凹模固定座腰形长孔后,定位台与凸凹 模装卡定位台贴合,使用 4圆柱销定位并固定凸凹模.凸凹模固定座为悬臂设计,在冲孔、翻边过 程中一直承受多变的冲击力 ,为模具易损耗件. 4 薄壁圆管冲孔翻边复合模具主要结构及装配调试过程 对冲孔、翻边一次成型悬臂式冲压复合模具关键零件的详细分析设计后,还需要仔细考虑所有的零件 在模具整体装配过程中的定位精度及 固定问题.为避免在装配过程 中发生零件干涉,模具设计使用 三维制图软件Pro/E进行模具零件设计、模拟装配、干涉检测和运动仿真.在模具三维数模装配过 程中发现的很多问题,经逐步完善改进零件设计并在装配完成后对模具进行干涉检测和运动仿真后, 最终完成了整套模具的图纸设计.冲压模具结构图如图3(见 95页)所示: 模具上半部主要结构:上模板、大导套、压料板、凸模 固定套、凸模、卡环、垫片、垫. 模具下半部主要结构:下模板、大导柱、小导柱、退料板、小导套、弹簧、凸凹模 固定座、凸凹 模、D(4定位销、退料架、平垫、M24螺母、 4定位销. 模具零件加工完成后 ,按装配图纸做装配调试: (1)先把大 、小四根导柱装配入下模板导柱孔内; (2)再将凸凹模装配入凸凹模固定座 内,穿孔机穿孔后割两个 4定位销孔,完成后装配 4圆 柱销 ;装配凸凹模固定座至下模板 ,装配两个定位销后 ,用两个 内六角螺钉把和; (3)退料板上装配小导套,将退料架装到退料板上,装配两个定位销,把和4个内六角螺钉; (4)将大弹簧穿人小导柱,将装配一体的退料板和退料架导套孔对准小导柱装配,加垫用六角螺 母把和 ,下半模装配完成 ; (5)将凸模 固定套装配人退料板,上表面磨平后,线仿形圆弧,钳工倒凸模 固定 吕华荚 薄壁圆管冲孔翻边复合模具设计 套底部圆弧处内孔 R角; 图3冲压模具结构图 (6)凸模装上两片半 圆卡环后穿垫插人凸模固定套 ,将垫片放在凸模上面,垫片表面与压料板表 面保持在同一平面,借助垫片和垫可调整凸模露出的长度,使凸模可多次使用; (7)将大导套装配入上模板导柱孔,通过打人两个定位销,把和 4个 内六角螺钉,将压料板把和 到上模板,上半模装配完成; (8)将上半模大导套孑L对正大导柱,上、下半模和模 ,模具装配完毕. 经过模具初次调试,生产 出第一件样品,并对该样品检测,根据检测结果,修改凸模、凸凹模、 凸模固定套长短轴设计尺寸 ,使翻边孔端 口达到图纸要求平整及高度 3o-叭 mm;该模具经生产实践 验证 ,冲压的管壳零件表面十分光滑、美观,完全满足零件设计的基本要求.本模具对零件 的制造精度 、钳工模 具修研、装配基本功、模具的装配精度要求比较高,否则难 以达到预期效果. 5 结语 本模具设计的核心在于将冲孔、翻边合并为一道工序并设计了薄壁圆管冲孔翻边复合模具,提高 了产品质量、生产效率并降低 了生产所带来的成本.通过二年多的生产实践证明,该复合模的设计是成功的. 薄壁圆管冲孔翻边复合模具,具有结构相对简单,使用普通冲床,简单易操作,生产所带来的成本较低,适宜管 壳零件大批量生产等优点,对于大批量生产的同种类型的产品加工有一定的参考意义. Thedesignofthepunchingand fllan~giinnggccoommppoouunnaddiieessooflUthlIinn-waal1l1CcliFrCcUula
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