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沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析

時間:2021-11-13 作者:鋅達鋮機械 點擊:2498

摘要-鈑金沖孔機加工工藝廣泛應用于汽車、國防、醫療、機械等幾乎所有行業。采用沖孔機對金屬加工工藝的主要優點是提高生產率和降低單件成本。現在很多人都在用創新的想法開發沖模。本計畫也是基于新的沖模設計。該項目主要集中在一次沖模的單次設置上進行不同的操作,目前這些操作都是在三個單獨的設置上進行的,從而降低了生產率,增加了周期時間和成本。對切削力、所需噸位、Von Mises應力、疲勞壽命、屈曲載荷和總變形進行了理論計算。三維零件在CATIA-v5中建模,并以.stp文件格式保存,以便可以從任何分析軟件中導入。根據公司要求,用AUTOCAD軟件繪制cad圖紙。在ansys14.0workbench分析軟件上進行了vonmises應力分析、疲勞壽命分析,并與理論結果進行了比較。結果在允許限值的5%以內。

 

1導言

沖孔、落料、沖壓、彎曲等成形工藝在鈑金件的制造中應用非常廣泛,它將不同的工藝組合起來制造鈑金件。沖孔和下料是將輸入板材剪切成目標形狀的金屬剪切過程。在沖裁中,沖裁的材料是產品,而在沖孔中,沖裁的材料是廢料,而帶材的剩余部分是產品,如圖所示。本項目采用沖裁、沖孔工藝生產零件。沖裁是板料經歷劇烈變形的過程之一,因為板料被分離出來,形成了段塞和零件。

金屬板材制造行業廣泛采用剪切法進行高成本和低成本生產。剪切切割工藝比其他傳統的金屬或板料切割工藝具有更多的優點。鈑金切割操作在鈑金行業涉及的大多數加工步驟中都很常見,增加對這一過程的了解將有助于改進工藝,有助于增加行業的生產范圍。

如今,鈑金件廣泛應用于日常生活中,從家用電器元件到電視機、照相機、電烤箱、計算機等大型工業,以及汽車零部件、航空工業,以降低成本,減輕零部件重量,提高產品性能。厚度為0.220 mm及以上的板材根據客戶或消費者或應用的要求在工業中進行加工。

 

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖1) 

-1:下料和沖孔

 

2問題陳述

 

本計畫的目的是減少現有零件銑削、落料及鉆孔作業的周期時間。所有這些操作需要結合在一個單一的設置模具沖床與適當的工具設計。每月部件的數量為40006000個。因此,公司需要縮短周期和降低成本,以及這些鉸鏈,以滿足全球競爭。現有的運行周期約為4分鐘。在這個項目實施后,我們可以預計這將持續30秒。

3. 落料沖孔模

3.1沖模和組件的三維模型

 

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖2) 

 

-1:沖模的三維模型

 

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖3) 

 

-2:部件型號(公零件和母零件)

 

3.2沖模二維圖

4工具鋼的疲勞特性

 -1構件材料性能

細節

規格

材料

St-37

厚度

6毫米

抗剪強度

320-350N/mm2

抗拉強度

370-450N/mm2

 

2沖模材料(D2鋼)的材料性能

種類

價值

單位

楊氏模量

210000

N/mm2

泊松比

0.3

-

剪切模量

7900

N/mm2

質量密度

7700

千克/立方米

抗拉強度

1736

N/mm2

壓縮屈服

力量

2150

N/mm2

屈服強度

2150

N/mm2

熱膨脹

系數

1.04e.005

1/

導熱系數

20

W/m-K

比熱

460

J/Kg-K

 

4ANSYS分析

 

本課題在ansys14.0工作臺上進行分析。沖頭是沖模中的關鍵元件,為此對沖頭進行了分析,并將分析結果與理論計算結果進行了比較驗證。沖頭所用的材料是D2/HCR

 

4.2沖孔沖頭分析

 

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖4) 

6:4.2開槽沖頭分析強調沖孔沖頭。

 

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖5) 

                                                                                                                         10沖孔沖頭總變形。

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖6)

分析結果表明,凸模頂部最小變形量為0mm,凸模尖端最大變形量為0.1937mm4.3型材落料沖頭分析

 

11開槽沖頭。圖13:輪廓切割沖頭的網格模型。

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖7) 

14型材沖裁沖頭的總變形。

 


12開槽沖頭的疲勞壽命。

如分析結果所示,最小變形分析結果表明,最小壽命為1108次,最大壽命為1.15e7次。沖頭尖端0.01662 mm

沖頭頂部為0 mm,最大變形為

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖8) 

15強調型材沖裁沖頭。

分析結果表明,最小Von Mises應力為4.33mpa,最大Von Mises應力為92.71Mpa

沖孔機的沖孔落料和沖頭之間的設計與分析(圖9) 

16型材沖裁沖頭的疲勞壽命

 

分析結果表明,最小壽命為65000次循環,最大壽命為100000次循環。

 5結果與討論

第一步是確定模具沖頭的幾何尺寸,同時要考慮到這一點,我們需要選取所選的零件來優化或改變制造工藝。這里選擇的替代制造方法是沖孔;當選擇沖孔操作時,掃描器下的第一個參數是需要從原始原材料中去除的材料量。此外,在這個過程中,我們需要確定該沖床的設計周期數,在這里,我們使用該沖床進行至少5萬次重復沖床操作,記住這些零件的每月產量約為5000個數量。

 

3總變形結果。

序號

說明

總變形(mm

理論上的

Ansys公司

錯誤

(%)

1.

刺骨的

打孔

0.2200

0.2290

3

2.

開槽

打孔

0.1896

0.1937

2.1

3.

型材沖裁沖頭

0.01582

0.0166

4.8

4疲勞壽命結果。

序號

說明

疲勞壽命(周期)


理論上的

Ansys公司

錯誤

(%)

1.

刺骨的

打孔

97000

100000

3

2.

開槽

打孔

>1e6

>1e6

-

3.

型材沖裁沖頭

>1e6

>1e6

-

 

5應力結果。

序號

說明

應力(N/mm2

理論上的

Ansys公司

錯誤

(%)

1.

刺骨的

打孔

1020

979

3.5

2.

開槽

打孔

1480

1503

1.5

3.

型材沖裁沖頭

96

93

3.5

沖孔沖頭的最大工作應力為927N/mm2,小于Von Mises應力1020N/mm2,因此沖頭在59383N的載荷作用下不會失效。

 

開槽沖頭的最大工作應力為400N/mm2,小于Von Mises應力1480N/mm2,因此沖頭在358400N的載荷下不會失效。

型材沖裁沖頭的最大工作應力為37N/mm2,小于Von Mises應力96N/mm2,因此沖頭在226800N的載荷下不會失效。

沖孔沖頭的臨界屈曲載荷為356029N,沖孔沖頭的實際載荷為59383N,小于356029N,因此不會發生屈曲。

6結論

 

本課題設計并分析了一種沖裁沖孔模。對切削力、所需噸位、疲勞壽命和應力進行了理論計算。在Catia-V5中建立三維模型,并在ansys14.0工作臺上進行分析。該項目的主要目標是提高生產率和降低生產成本。下料和沖孔操作的現有周期約為4分鐘。

 

 


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