传动轴防护罩模具设计——毕业设计论文

山东科技大学学士学位论文 I 摘摘 要要 本文介绍了传动轴防护罩冲压模具设计过程，分析了整个设计过程的 特点以及具体要求，从金属塑性成形理论上研究冲压成形工艺，并对其中 关键工序进行模具设计。 传动轴防护罩冲压工艺分析及模具设计，冲压件是某个传动轴两端的 防护罩。按传统工艺形成一般需要落料，拉深，冲孔，翻边和内外修边 6 套模具。整个工艺流程长，生产效率低。为此设计一套传动轴防护罩复合 模具，可以高效，稳定快速冲压该零件。 整个设计过程从对该零部件进行 Pro/Engineer 数学模型分析开始， 得到相应的尺寸，然后进行生产方案的分析与确定，再到复合模结构的确 定，最后利用 DYNAFORM 进行数值模拟分析。 拉深模具的设计包括拉深力的计算、拉深模工作部分尺寸的确定。冲 裁模具的设计包括凸、凹模之间的间隙及刃口尺寸的计算，冲裁模结构的 分析，冲裁模主要零件的设计。最后进行了复合模具的三维设计并进行了 装配。并由三维模具再进行模具的二维设计。 关键词：关键词：冲压件；传动轴；防护罩；复合模 山东科技大学学士学位论文 II Abstract This article introduces the design process of the stamping die of the drive shaft shield, analyzes the characteristics of the whole design process and the specific requirements, studies the stamping process from the metal plastic forming theory, and designs the molds in the key processes. Drive shaft hood stamping process analysis and mold design, stamping parts is a drive shaft at both ends of the protective cover. According to the traditional process to form the general need to blanking, stretching, punching, flanging and inside and outside the trimming 6 sets of mold. The whole process is long and the production efficiency is low. To design a set of drive shaft shield composite mold, you can efficiently, stable and rapid stamping the parts. The whole design process begins with the analysis of the Pro / Engineer mathematical model of the component, and then the corresponding size is obtained. Then the production scheme is analyzed and determined, and then the composite mold structure is determined. Finally, the numerical simulation is carried out by using DYNAFORM. The design of the tensile die includes the calculation of the tensile force, the determination of the dimensions of the working part of the drawing die. The design of the blanking die includes the calculation of the gap between the convex and the die, the calculation of the die size, the analysis of the punching die structure, and the design of the main parts of the blanking die. Finally, the three-dimensional design of the composite mold was carried out and assembled. And by the three-dimensional mold and then die two-dimensional design Key words: stamping parts; drive shaft; protective cover; composite mold 山东科技大学学士学位论文 VI 目录目录 摘摘 要要 1 1 ABSTRACTABSTRACT 1 1 目录目录 1 1 1.1.前言前言 1 1 1.1 模具发展背景1 1.2 模具发展现状2 1.3 传动轴防护罩模具的发展趋势3 1.4 本论文研究的主要内容5 2.2.设计任务与分析设计任务与分析 7 7 2.1 设计任务 .7 2.1.1 冲压工艺规程设计 .7 2.2 零件工艺性分析8 2.2.1 零件毛坯选择 .8 2.2.2 定位基准的选择 .8 2.2.3 精基准选择原则 .9 2.2.4 粗基准选择原则 .9 3.3.工艺计算及压力机选择工艺计算及压力机选择 1010 3.1 材料利用率计算 10 3.2 计算冲裁力，拉深力及翻边力 11 山东科技大学学士学位论文 VI 3.2.1 落料力 11 3.2.2 冲孔力 12 3.2.3 翻边力 .12 3.2.4 拉深力 12 3.3 确定模具压力中心 13 3.3.1 模具压力中心选定意义 13 3.3.2 简单几何图形压力中心的位置 13 3.3.3 复杂形状零件模具压力中心的确定 13 3.3.4 多凸模模具压力中心的确定.13 3.4 选用压力机 14 4.4.排样设计排样设计 1616 4.1 排样方法的选择.16 4.2 搭边值的选择.16 5.5.模具工作部分尺寸及公差模具工作部分尺寸及公差 1919 5.1 冲裁部分.19 5.1.1 冲裁间隙.19 5.1.2 冲裁间隙对冲裁件质量的影响.19 5.1.3 冲裁间隙对模具寿命的影响 19 5.1.4 对冲裁力的影响 19 5.1.5 合理间隙的选用.20 5.1.6 冲裁工作部分尺寸计算 20 5.2 翻边部分.21 5.3 拉深部分.21 5.4 切边部分.22 山东科技大学学士学位论文 VI 5.4.1 内切边.22 5.4.2 外切边.23 6.6.确定各主要零件结构设计及相关尺寸确定各主要零件结构设计及相关尺寸 2424 6.1 凸模设计.24 6.1.1 落料凹模 24 6.1.2 固定板.25 6.1.3 切边凸模.26 6.1.4 拉深凸模.26 6.2 凹模设计.27 6.2.1 落料凸模.28 6.2.2 落料凸模固定板.28 6.3 其他零件结构设计 29 6.3.1 卸料装置设计.29 6.3.2 推件装置设计.29 6.3.3 推板设计.30 6.3.4 顶出装置设计.30 6.4 定位设计 31 6.5 选取上下模板及模柄 31 6.6 校核合模高度 32 7.7.模具图装配模具图装配 3333 8.8.模拟分析模拟分析 3434 8.1 DYNAFORM 软件简介 34 8.2 模拟过程与结果分析.37 山东科技大学学士学位论文 VI 结结 论论 4646 参考文献参考文献 4747 致谢致谢 4848 附录一：英文文献附录一：英文文献 4949 附录二：译文附录二：译文 5959 山东科技大学学士学位论文 1.前言前言 1.1 模具发展背景模具发展背景 模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%-90%的 工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础。模具工业发展 的关键是模具技术的进步。模具作为一种附加值和技术密集型产品，其技 术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。 我国于 20 世纪 60 年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路 之后，目前我国已形成了 300 多亿元各类冲压模具的生产能力。一、冲压 模具市场情况我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方 面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很 大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是 中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。 因此，冲压模具产品结构必须进行相应的调整。例如汽车覆盖件模具、 汽车零件精冲模具、高精度高难度的引线框架冲模、接插件多工位级进模、 各种电机定转子级进冲模等，其产品种类和产量必将有很大发展，有关企 业必须根据市场需求来调整其产品结构。总体来看，应不断提高技术含量 的大型、精密、复杂、长寿命模具的比例。模具技术结构的调整。21 世纪 已进入信息时代，信息时代的发展日新月异，模具行业和企业要发展必须 把握时代脉搏，自觉主动地调整自已的技术结构。传统的模具设计制造技 术必须用先进适用的高新技术进行改造，模具的技术含量必将逐步而快速 地提高，现代化工业企业管理技术也必将逐步替代作坊式的管理模式。模 具行业和模具企业，只有不断进行技术结构的调整，才能在瞬息万变的市 场经济中立于不败之地。模具进出口结构的调整。2005 年，我国冲压模具 进口 7.26 亿美元，出口 1.97 亿美元，进出口相抵后净进口 5.29 亿美元， 山东科技大学学士学位论文 进出口之比 3.7:1。我国的冲压模具出口量只占生产量的 5%。这样的结构 明显不合理。 据模具工业协会统计报道，从 1997 年开始，我国模具工业总产值已 经开始超过机床工业总值居亚洲第二，但进口模具仍为亚洲乃至世界第一， 而其中复合模具生产值却只占到模具生产总值的一小部分。我国复合模具 无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与 国家经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、 长寿命的高档复合模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具， 目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单复合模具，已趋供过于求，市场 竟争激烈。 1.2 模具发展现状模具发展现状 据中国模具工业协会发布的统计材料，2006 年我国模具总产值约为 710 亿元，出口 10.41 亿美元,进口 10.49 亿美元。我国模具行业经济活动 总还有以下几个特点： （1）总产值中 2/3 为自用，1/3 为商品销售； （2）制造模具的比重为冲压模占 50%，塑料模占 33%，压铸模占 6%， 其他占 11%; （3）进口模具的比重为塑料模冲压模； （4）模具进口依次为日本，台湾地区，韩国，香港地区，欧美各国； 模具与压力是决定冲压质量、精度和生产效率的两大关键因素。当前， 发展液压高速试验压力和拉深机械压力机，特别是机械压力机上的模具试 验时间可减少 80%，具有巨大的节省潜力；车身制造中的级进冲模发展迅 山东科技大学学士学位论文 速。近年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用。 但是，级进组合冲模技术的应用受拉深深度、导向和传输的带材边缘材料 表面硬化的限制，主要用于拉深深度比较前的简单内零件。 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。广东一些大集团公司和迅速崛起的乡 镇企业，科龙、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和 外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越 来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是 整个链条中最基础的要素之一，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。一些国内模具企业已普 及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件，个别厂家引进了 Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并成功应用于冲压模的设计中1。 1.3 传动轴防护罩模具的发展趋势传动轴防护罩模具的发展趋势 (1) 数学模型 从防护罩设计开始，建立全车的数学模型，用以代替实体模型。数学 模型是覆盖件模具实现 CAD/CAM 技术的基础。在新的一体化的防护罩 设计和制造过程中，从产品设计、工程图纸的绘制，结构分析、到冲模设 计，模具型面的数控加工都围绕表达车身形状和特性的数学模型，展开， 今后，无论是传动轴防护罩图纸，还是模具型面的加工程序，都由定型数 学模型自动生成。在防护罩设计分析阶段，显示在计算机屏幕上的数学模 山东科技大学学士学位论文 型可以很方便地进行缩小，放大，平移，旋转，消除隐线，图形修改，工 艺补充设计，照光着色和透视感处理，从而可以有效的帮助人们观察和分 析各种技术问题。 随着技术的发展，数学模型的用途也将更加广泛。因 此，在现有的基础上，不断更观新念，开发应用软件，开发应用软件，扩 大应用范围量项十分重要的工作。 (2) CAE 技术 防护罩冲模的 CAE 技术是新兴的一种判断零件成型工艺能力的技术。 利用 Autoform/dynaform 等成型分析软件可以预先分析零件的成型机率， 可以提高模具设计的可靠性,节省模具设计的时间和成本。 (3) CAD 技术 防护罩冲模的 CAD 技术是以产品的数学模型作为依据进行的。它除 了使用具有较大的数据处理能力大的计算机或工作站，还需要各种功能的 软件进行支援。 冲模 CAD 要根据各种工艺进行具体的冲模设计。由于防 护罩的形状特别复杂，要实现 CAD 还是比较困难的，因此我们今后的任 务就是要不断扩大 CAD 的比例。 (4) CAM 技术 目前，CAM 技术应用较广泛。普遍的方法是根据主模型进行数学扫 描，然后 CAM 加工，或者应用数控仿型铣床进行加工，CAM 和 CAD 相 结合，将设计中的有关信息与加工中的加工信息相结合，应用加工软件如 mastercam/powmill 等软件，由计算机进行编程，并控制数控机床选用刀具， 最佳切削量和实现刀具轨迹，这样可保证模具的高精度，达到一次加工合 格不需要反复研修。 (5) FMC 技术 实型铸造技术（FMC）能够提供高质量的模具毛坯，铸造余量 812mm，数控加工时粗铣和精铣各一次，就可以达到规定要求。实型铸 山东科技大学学士学位论文 造的模型是用泡沫状的较软的聚苯乙烯塑料制成，成型采用高速数控机床 加工，能够保证均匀的余量。 (6)CAT 技术 计算机辅助测量（CAT）使用三坐标测量机，可以彻底改变现有的测 量手段，使模具制造处于可靠的监控状态。 (7) 研修技术 现在的研配压力机，上工作台可以翻转 95180，下工作台可移出 机床外，研修模具非常方便，研修后复位精度可达到 0.02mm。 (8) 模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术 在整个模具价格构成中，材料所占比重大，一般在 20%30%之间， 因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必 要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向 性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。 (9) 模具 CIMS 管理 随着现代科学技术的发展，计算机的应用技术已走向集成化，制造来 也向集成化发展，模具的 CIMS 管理包括信息管理、技术管理、物流和经 营管理的许多系统它包括从市场分析、经营决策、产品设计、经过制造各 个环节，最后到销售服务、一步一步实现计算机化，以实现更短的设计生 产周期，改善企业经营管理，适应市场的迅速变化，获得更大的经济效益。 1.4 本论文研究的主要内容本论文研究的主要内容 本课题主要以传动轴防护罩为例，利用 DYNAFORM 软件进行成形过程 的有限元分析，然后利用 Pro/Engineer 建模，并进行模具设计。为实现 山东科技大学学士学位论文 课题目标，主要计划完成以下几项工作： (1) 使用 Pro/Engineer 建立成形工艺部分零件的三维立体模型，并 导入有限元数值模拟软件 DYNAFORM 对其成形过程进行有限元分析，得出 成形力时间关系曲线、成形极限图（FLD）、板料变薄情况成型图，分 析成形规律，进而研究压边力、成形速度、摩擦力等相关参数对成型的影 响，找出各项参数的最佳值，为改进工艺，降低生产成本提供可靠的依据； (2) 针对防护罩的弯曲和冲裁工艺，使用 Pro/Engineer 建造弯曲模 和冲裁模立体模型，并制作装配动画和模具工作原理动画； (3) 利用 Pro/Engineer 和 AutoCAD 软件绘制模具装配图和主要零件 的零件图。 (4)传动轴防护罩冲压工艺分析及模具设计，冲压件是某个传动轴两 端的防护罩。按传统工艺形成一般需要落料，拉深，冲孔，翻边和内外修 边 6 套模具。整个工艺流程长，生产效率低。为此设计一套传动轴防护罩 复合模具，可以高效，稳定快速冲压该零件。 (5)拉深模具的设计包括拉深力的计算、拉深模工作部分尺寸的确定。 冲裁模具的设计包括凸、凹模之间的间隙及刃口尺寸的计算，冲裁模结构 的分析，冲裁模主要零件的设计。最后进行了复合模具的三维设计并进行 了装配。并由三维模具再进行模具的二维设计。 山东科技大学学士学位论文 2.设计任务与分析设计任务与分析 2.1 设计任务设计任务 零件简图：如图 1 所示 生产批量：大批量 材料：08F 材料厚度：1.5mm 精度要求：低 图 1 工件图 如图所示冲压件是某传动轴两端的防护罩，材料为 08F,厚度为 1.5mm，精度要求不高。按传统工艺成形，一般需落料、拉深、冲孔、翻 边和内、外修边 6 套模具，或落料拉深、冲孔翻边和 内、外修边 3 套复 合模具，整个工艺流程较长，生产效率低。为此设计了一套传动轴防护罩 冲压复合模具，可以高效、稳定地冲压该零件。 2.1.1 冲压工艺规程设计冲压工艺规程设计 （1）分析产品结构工艺性（审查产品冲裁工艺性机构及经济性） 山东科技大学学士学位论文 （2）冲压工艺计算及设计（排样、利用率计算、刃口尺寸计算、冲 压力、压力中心计算） （3）拟定工艺方案 （4）选择冲压设备 （5）编制工艺设计说明书 2.2 零件工艺性分析零件工艺性分析 2.2.1零件毛坯选择零件毛坯选择 1)查看零件图分析可以看出形状较为复杂，材料为 08F，一般冲压件 适用于形状较为复杂的零件，当毛坯精度要求低生产量较小时，采用复合 模，切除的材料较少，可以提高生产率。 2)毛坯选择时需要考虑： 零件材料及机械性能要求 零件的结构形状与外形尺寸 3)为了节约材料能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只需要有 可能就必须尽量用精密冲压，这样可以大大减少机械加工量。 2.2.2 定位基准的选择定位基准的选择 选择定位基准时应符合两点要求: （1）加工表面应有足够的加工余量，非加工表面尺寸位置符合设计 要求； （2）定位基面应有足够大的接触面积和分布面积，以保证能承受大 的工作力，保证定位稳定可靠，在制定工艺规程时，定位基准选的正确与 否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面 间的加工顺序安排都有很大影响，当用夹具安装时，定位基准的选择还会 影响到夹具的复杂程度，为保证工件加工需要的精度要求，因此先选择精 山东科技大学学士学位论文 基准，后选择粗基准。 2.2.3 精基准选择原则精基准选择原则 （1）基准重合原则 （2）基准统一原则 （3）自为基准原则 （4）互为基准原则 （5）便于装夹原则 2.2.4 粗基准选择原则粗基准选择原则 （1）选择重要面作为粗基准：选择 M 面相对的面作为粗基准，装夹 定位。 （2）选择不加工面作为粗基准：以 M 面相对的底面确定 M、P、Q 基 准。 （3）选择加工余量最小的面作为粗基准。 （4）选择较平整光洁，加工面积较大的表面作为粗基准。 （5）粗基准在同一尺寸取向上只能使用一次，零件图上孔是重要尺 寸，M 和 P 面作为设计基准，故选 M 为精基准。 按照回转体成形后表面积不变原则经计算，毛坯直径.考mm149D 虑到修边余量取。mm150D 该零件属于阶梯形冲压件，相邻阶梯的直径比 90/133=0.68 大于相应 筒形件的极限拉深系数 0.55，因此每个阶梯可以单独成形，由大阶梯到小 阶梯依次拉出。翻边预冲孔的直径,翻边系数，mm5 .18d62 . 0 30/ 5 . 18k 极限翻边系数,因此可以冲孔、翻边一次完成2。6 . 0k 山东科技大学学士学位论文 3.工艺计算及压力机选择工艺计算及压力机选择 3.1 材料利用率计算材料利用率计算 材料利用率是指合格品中包含的材料数量在材料（原材料）总消耗量 中所占的比重，即已被利用的材料与实际消耗的材料之比，说明材料被有 效利用的程度。材料利用率越高，意味着用同样数量的材料可以生产更多 的产品。 材料利用率的分析，一般也是将本期的实际利用率与计划、上期或同 类型企业的材料利用率相比较。通过比较，找出差距，寻找原因，制定措 施，加以改进，具体方法与材料定额执行情况的分析基本相同。 材料利用率通常可以用两种方法来表示： (1)用产品中所含材料的净重量占其耗用量的比例来表示，计算公式 如下： 材料利用率=（单位产品中所包含的材料净重量/单位产品耗用材料重 量）100% 上列材料利用率的数值越大，表明材料的有效利用程度越高。 如果能达到 100，就表示投入生产的材料全部得到了有效的利用。 (2)用一定的材料消耗量所生产的产品数量来表示，计算公式如下： 材料利用率=合格产品中包含的材料数量/生产该产品的材料总消耗量 上列材料利用率的数值越大，表明一定数量的材料能够生产的产品越多。 (3)材料利用率定额 材料利用率定额是在一定条件下使用单位材料所应当取得的产品（或 劳务）数量标准，或使用单位材料所必须取得的由该种材料所构成产品有 效部分的数量标准。将材料实际利用率与材料利用率定额相比较，说明原 材料实际利用是高于定额还是低于定额。两者相比较的结果即为材料利用 山东科技大学学士学位论文 率定额指数。 (4)材料利用率定额统计分析 材料实际利用率变动，导致材料的超支或节约；由于原材料利用率提 高所引起的原材料节约量； 由于原材料利用率提高在报告期已经实现的 产出增长量； 报告期节约的原材料在下期投人生产经营可能取得的产出 增长量。 单耗和材料利用率都反映了原材料的使用水平，但二者又有区别： (1)单耗是从消耗角度表明材料的使用情况，指标愈低愈好。材料利 用率是从利用角度表明原材料的使用情况，指标愈高愈好。 (2)单耗只能就每种产品分别计算，反映每种产品材料的消耗水平。 材料利用率可以就不同产品消耗同种材料的总量来计算，综合反映不同产 品对某种材料的总的利用程度。 设利用率是 p： 94.6% 76 9.2574.5 2 22 p 3.2 计算冲裁力，拉深力及翻边力计算冲裁力，拉深力及翻边力 3.2.1 落料力落料力 冲裁是凸、凹模刃口处的材料内应力达到材料的抗剪强度时，刃口处 材料将产生裂纹，继而裂纹扩大使材料分离。因此冲裁是按剪切区的剪切 应力来计算的， 即 3 0b FLt 式中：冲裁力（N）; 0 F 材料厚度(mm)；t 材料抗拉强度（MPa）； b 冲裁周长（mm）。L 山东科技大学学士学位论文 由书中表 4-1 得 H62 板材的抗拉强度为 400Mpa，又材料厚度为 1.5mm， 落料力=280716(N) 落 F 3.2.2 冲孔力冲孔力 根据同上公式得： 冲孔力34854(N) 冲 F 3.2.3 翻边力翻边力 翻边主要用于制出与其他零件的装配部位，或是为了零件的刚度而加 工出特定的形状，在大型钣金成形时，还可用作控制材料破坏的手段，根 据工具边缘的形状和应力应变状态不同，翻边可分为内空赶边和外缘翻边。 翻边力计算公式： （N）4)(1.1dDtp s 式中：材料的屈服强度，MPa。 s 翻边力=94812（N） 翻 F 3.2.4 拉深力拉深力 生产中常用经验公式计算拉深力，对于圆筒形件，采用压边装置时拉 深力可按下式计算： 5 kdtF b 式中：为材料的抗拉强度极限； b 翻边系数；K 拉深后工件直径；d 材料厚度。t 翻边预冲孔的直径,翻边系数，mmd5 .1862 . 0 30/ 5 . 18k 拉深力=93172N 拉 F 山东科技大学学士学位论文 拉深次数 n 的计算： 拉深后工件直径；d 拉深前工件直径；D 0 min )4.0( 凸 凸 dd 在复合模工作时，冲孔工序与翻边工序同时进行，有力的叠加。 然冲孔工序翻边工序及拉深工序与落料工序是先后进行的，最先进行拉深 工序，在所有工序中，又落料工序所需要的力最大，所以按落料力选用压 力机标称压力为： =350859（N） 落 FFg25.1 3.3 确定模具压力中心确定模具压力中心 3.3.1 模具压力中心选定意义模具压力中心选定意义 确定模具压力中心的意义：为了保证压力机和模具的正常工作，不受 偏载，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合/偏移不大，即： 若不能重合，那至少保证模具的压力中心在模柄在凹模面上的投影面积内。 3.3.2 简单几何图形压力中心的位置简单几何图形压力中心的位置 (1)对称冲件的压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心上 (2)冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心 (3)冲裁圆弧段时，其压力中心的位置按照相应公式计算 3.3.3 复杂形状零件模具压力中心的确定复杂形状零件模具压力中心的确定 复杂形状零件模具压力中心的计算原理与多凸模冲裁压力中心的计算 原理相同，除上述的解析法外，还可以用作图法和悬挂法 山东科技大学学士学位论文 3.3.4 多凸模模具压力中心的确定多凸模模具压力中心的确定 (1)方法：将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心 (2)原则：合力对某轴的力距等于各分力对该轴的力距之和 本产品为对称形状制件，压力中心位于制件轮廓图形的几何中心上， 即将压力中心选在制件的圆心，这样可以简化整个冲压过程。 3.4 选用压力机选用压力机 冲压设备的选择直接关系到设备的合理使用、产品质量、模具寿命等 一系列重要问题。所以，冲压设备（压力机）的正确选择是直接决定生产 质量、生产效率的一个关键步骤，必须从多方面进行研究。实际过程中， 在选用冲压设备时只注意设备或所加工零件的部分参数，根据零件所需冲 压设备的公称力等基本参数进行选型，往往会出现选型不对，制约生产或 者设备使用不当等问题，因此要严格按照要求来选用冲压设备。 压力机的选型：首先根据所要完成工序的工艺性质、批量大小、工件 的几何尺寸和精度要求等选用压力机类型，冲压生产中常用的是曲柄压力 机和液压机，主要由以下几种压力机： （1）中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深件多用具有 C 型床身的开式曲 柄压力机，如：JE、JL、JH 等系列，其操作空间三面敞开，操作方便，具 备易于安装机械化附属设备和成本低廉等优点，是目前中小型生产使用的 主要设备。 （2）在大中型和精度要求较高的冲压生产过程中，多采用闭式机身 的曲柄压力机，如 JH31、JH36 等，这类压力机两侧封闭，刚度较好且精 度较高，但不如开式压力机方便。 （3）对于大型、较复杂的拉深件多采用闭式双动拉深压力机，其中 的两个滑块包括拉深用的内滑块和压边用的外滑块。外滑块通常有四个加 力点，用来调整作用于坯料压边力的周边。模具结构简单，压边可靠可调， 山东科技大学学士学位论文 特别适用于大量生产。 （4）小批量生产中尤其是大型厚板冲压件的生产多采用液压机。因 为液压机不会因为板材的厚度超差而过载，特别对施力行程较大的加工具 备明显的优势，多用于弯曲、拉深、成形及校平等成型工序。 选用冲压设备的基本原则是： 第一，根据冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何形状和 尺寸大小，冲压件的精度等级的高低来选择压力机的类型； 第二，根据所需的冲压工艺力大小，模具的尺寸大小来选择压力机的 规格大小。 需要特别说明的是：在选择压力机的规格大小时一定要注意使冲压工 艺力的力一行程曲线在压力机的许用负荷曲线（一般压力机的生产厂家都 提供许用负荷曲线）的包络线范围以内。 依据冲裁件的生产批量，工艺方法与性质及冲裁件的尺寸，形状与精 度的要求来确定冲压设备类型，最终我选用公称压力为 400KN 的开式压力 机，其主要技术参数如表一所示6： 公称压力 400kN 发生公称压力时滑块距下止点距离 6mm 滑块行程 100mm 行程次数80 次/min 最大闭合高度 400 mm 装模高度调节量 80 mm 滑块中心到床身距离 220 mm 工作台尺寸 630 mm420 mm 山东科技大学学士学位论文 4.排样设计排样设计 4.1 排样方法的选择排样方法的选择 冲裁件的排样： 排样指冲裁件在条料上或条料在板料上的布置形式；排样的圆形是提 高材料和用率。 1、 材料利用率 =冲裁件实际面积 *100%100/0FFK 其中: =材料利用率。 K =板料面积。 F =冲裁件面积设计废料：工件的各种内孔所产生的废料。0F 2、 冲裁件的废料： 工艺废料：由於工件之间及工件与条料侧边之间的边存在而产生的废 料及料头料尾而产生的废料。取决於冲压方法和排样方法。 设计废料：工件内孔而产生的废料 3、 排样方法： (1) 有废料排样，即工件与工件之间，工件与条料边缘间都有搭边存 在。 (2) 少废料排样：即工件与工件间有搭边存在。工件与条料边缘大废 料搭边存在。 (3) 无废料的排 样：即工件与工件间，工件与条料边缘之间均无搭边 存在。具体的排样形式有：直排，斜排，对排，混合排样，多排冲裁搭边。 工作台孔尺寸 300 mm150 mm 立柱间距离 300 mm 工作台板厚度 80mm 山东科技大学学士学位论文 直排，斜排，对排，混合排，多排 4.2 搭边值的选择搭边值的选择 一、搭边：排保时工件与工件之间，工件与条料侧边之间留下的余料。 搭边的作用。 (1) 起到补催定位差的作用。 (2) 冲裁后使条料具有一定的程度，刚度便於道料。 搭边值与下列因素有关8： (1)材料的力学性能 硬材料的搭边值可以小一些，软材料、脆材料 的搭边值要大一些。 (2)工件的形状与尺寸 工件尺寸大或是有尖突的复杂形状时，搭边 值应大一些。 (3)材料厚度 冲裁厚材料时考虑其侧压力大，故搭边值应取大一 些，而对于薄材料又因其刚度差，易于拉入凹模，故搭边值应大一些。 综合考虑以上因素，查手册选用搭边值为 沿边搭边值 2 . 1 1 a 工件间搭边值 0 . 1a 二、冲裁件的工艺性： （一） 冲裁件的工艺性指：冲裁件对工艺的适应能力。即冲裁件的 结构形状，尺寸大小，工件精度等在冲裁的难易程度。 冲裁件形状尺寸要求： （1） 冲裁件的形状简单，对称。 山东科技大学学士学位论文 （2） 外形内孔转角处避免过尖的锐角。 （3） 冲孔的最小尺寸与材料，孔形料厚，是否采用护套有关。 （4） 避免工件上有细长的是臂和狭长的是臂和狭长的槽，以防凸模 折断。 （5） 冲裁件的孔与孔间，孔至边缘间距离不宜过小。 （6） 在弯曲件和拉深件上冲孔时，其孔边与工件直壁间应保持一定 的距离 （7） 如用条料冲裁端部带圆弧工件时，其端部半径应大于条料宽度 B 的一半 三、冲裁件的尺寸精度： (1) 普通冲裁 IT10-IT11 级以下，粗糙度。 (2) 冲孔与落精度高级 (3) 对于精度高于 1T10 的冲裁件，用整修和精密冲裁实现。 四、精密冲裁： 对板料施加测向压力，使变形达三向压力状态。 特点： （1） 采用 V 型齿圈压板 （2） 采用极小的冲裁间隙 （3） 具有反向顶力的顶板 （4） 落料凹模或冲孔凸模做成尺 0.01-0.03 的圆角。获得纯塑剪分离 的冲裁断面。 山东科技大学学士学位论文 5.模具工作部分尺寸及公差模具工作部分尺寸及公差 5.1 冲裁部分冲裁部分 5.1.1 冲裁间隙冲裁间隙 冲裁合理间隙选择主要依据材料的机械性能以及板料厚度，本次传动 轴防护罩设计采用的是 08F 材料，并且板料厚度 1.5mm，且冲裁件断面质 量精度要求不是很高，综合这几方面的因素，经过查阅书表，选择： ，15.0 min Z19.0 max Z 5.1.2 冲裁间隙对冲裁件质量的影响冲裁间隙对冲裁件质量的影响 凸，凹模之间的间隙过小时，凸模刃口附近材料的裂纹向外错开一段 距离，这样，上，下两纹中间的部分材料随着冲裁的进行，被第二次剪切 影响了断面质量。间隙过大时，凸模刃口附近材料的裂纹向里错开一段距 离，材料受到很大拉深，材料边缘的毛刺，塌角及斜度较大，也会影响冲 裁件的断面质量。另外，间隙过小或过大，都对冲裁件的尺寸偏差有一定 的影响9。 5.1.3 冲裁间隙对模具寿命的影响冲裁间隙对模具寿命的影响 在冲裁模的设计中,凸凹模间隙的合理选取,是保证模具正常工作、提 高冲片质量、延长模具寿命的一个关键因素。理想的间隙应该是板料冲裁 断裂时,凸凹模刃口边所产生的裂纹在一条直线上,否则冲片边缘将出现不 允许的毛刺,使得刃口粘结严重,磨损加快,进而影响模具的寿命。所以,如 何选取合理的凸凹模间隙,是模具设计时不容忽视的问题。 5.1.4 对冲裁力的影响对冲裁力的影响 加大间隙会减小冲裁力,减小间隙会加大冲裁力。当然不能盲目的加 山东科技大学学士学位论文 大间隙，在加大间隙的同时，必须保证所需产品的尺寸精度10。 5.1.5 合理间隙的选用合理间隙的选用 在确定间隙时，一般要保证，在 minmax ZZ 凹凸 凸模与凹模配作加工时就不需要此公式来进行校核。为保证一定的间隙， 模具的制造公差必须满足下列条件： 在保证满足此条件的情况下来计 minmax ZZ 凹凸 算凸模公差，凹模公差，根据书中表 3-16 来选取凸，凹模公差。 凸 凹 同时必须满足此条件：得到=0.030，=0.040.根据书中表 3-2 取 凸 凹 ， 11 19.0 max Z15.0 min Z 5.1.6 冲裁工作部分尺寸计算冲裁工作部分尺寸计算 在落料中，先求出：； 凹 凹 0 )(DD 再求出：。 0 min) ( 凸 凸 ZDD 在冲孔中，先求出：； 0 )( 凸 凸 dd 再求出：。 凹 凹 0min) (Zdd 根据书中表 3-15 查得，。代入上试中5.02.0 (1)落料部分 04.0 00 9.148)( 凹 凹 DD 0 03.0 0 min 75.148)( 凸 凸 ZDD (2)冲孔部分 0 03.0 0 6.18)( 凸 凸 dd 山东科技大学学士学位论文 12 04.0 00min 75.18)( 凹 凹 Zdd 5.2 翻边部分翻边部分 翻边内孔的尺寸精度主要取决于凸模。翻边凸模和凹模的尺寸按式： ，.一般情况 0 0 )( 凸 凸 DD 凹 凸凹 0 )2(ZDD 下，圆孔翻边的单向间隙 Z=（0.750.85）t,这样使翻边直壁稍有变薄， 以保证筒壁直立。根据书中表 9-3 查得 Z=1.30。代入上式中得到： 0 03.0 0 2.30)( 凸 凸 DD 13 04.0 03.00 6.32)2( 凹 凸凹 ZDD 5.3 拉深部分拉深部分 拉深时首先考虑拉深模间隙，拉深模间隙是指单边间隙，即凹模和凸 模径之差的一半。拉深时凸，凹模之间的间隙对拉深力，工作质量，模具 寿命等都有影响。拉深模凸，凹模间隙过小，使拉深力增大，从而使板料 内应力增大;同时摩擦加剧，导致工件变薄严重，甚至拉裂。间隙过大， 对板料的校直作用小，拉深成的零件侧壁不直，并且在壁部容易起皱，或 者工件有锥度，精度差。因此，正确地确定凸模和凹模之间的间隙非常重 要。此工件为一次拉深成型，所以根据书中表 7-20 查得 Z=（11.1）t， 因制件尺寸标注在内形，要求以凸模尺寸为基准，通过加大凹模内形尺寸 保证间隙，其相应凸，凹模尺寸的计算公式为： 0 min )4.0( 凸 凸 dd 凹 凹 0min )24.0(Zdd 根据表 7-21 查得，。取 Z=1.7。将03.0 凸 05.0 凹 山东科技大学学士学位论文 其代入上式中得： ， 0 03 . 0 0 min 08.90)4 . 0( 凸 凸 dd 。14 04 . 0 00min 12.93)24 . 0( 凹 凸 凹 Zdd 5.4 切边部分切边部分 覆盖件翻边部分展开后，在增加工艺补充部分时，就必须考虑修边方 向，修边方向有垂直修边，水平修边和倾斜修边。 修边刃口镶块分块原则： （1）修边凸模和凹模的分块线不能重合， （2）在后续伸长翻边，收缩翻边明显的地方不要分块，如修边在该 处分块，则在翻边时易产生冲压缺陷。 （3）分块尽量分在直线部分，则在翻边时易产生冲压缺陷。 （4）分块点斜率较大时，分块线应沿修边线的法向。15 根据书中表 3-16 来选取凸，凹模公差。同时必须满足此条件：得到 =0.030，=0.040.根据书中表 3-2 取， 凸 凹 19.0 max Z 15.0 min Z 5.4.1 内切边内切边 先求出：； 凹 凹 0 )(DD 再求出：。 0 min) ( 凸 凸 ZDD 根据书中表 3-15 查得，。代入上试中5.02.0 04.0 00 9.29)( 凹 凹 DD 0 03.0 0 min 75.29)( 凸 凸 ZDD 山东科技大学学士学位论文 5.4.2 外切边外切边 先求出：； 凹 凹 0 )(DD 再求出：。 0 min) ( 凸 凸 ZDD 根据书中表 3-15 查得，。代入上试中5.02.0 04.0 00 9.135)( 凹 凹 DD 0 03.0 0 min 75.135)( 凸 凸 ZDD 山东科技大学学士学位论文 6.确定各主要零件结构设计及相关尺寸确定各主要零件结构设计及相关尺寸 根据零件设计要求及尺寸，并为使操作方便安全，此模具选用倒装式 复合模具。 6.1 凸模设计凸模设计 凸模选用镶嵌式结构，整体结构如图所示： 采用镶嵌式结构凸模很大程度上便于加工、便于修理，适合较为复杂 的模具，当然其加工费用高，结构较为复杂。 图 6.1 凸模整体结构 此镶嵌式凸模主要包括切边凸模、凸凹模、落料凸模以及冲孔凸模， 各个凸模之间相互联系共同完成零件的落料、冲孔、切边等工序。 6.1.1 落料凹模落料凹模 落料凹模的技术要求包括：未注倒角按照 145，热处理硬度 58- 62HRC，未标注的其余表面粗糙度按照 Ra6.3 处理，其他未标注尺寸按照 IT12 级来作为标准。 山东科技大学学士学位论文 图 6.2 落料凹模 6.1.2 固定板固定板 固定板的技术要求包括：未注倒角按照 145，热处理硬度 58- 62HRC，未标注的其余表面粗糙度按照 Ra6.3 处理，其他未标注尺寸按照 IT12 级来作为标准。 凸模固定板顾名思义就是用于凸模的固定安装板，是用来固定凸模的， 它有几个作用，一是固定凸模保证其能垂直于模具的平面，保证在工作时 能够垂直的用于冲压、冲孔、冲裁、落料。另外保证几个冲头之间的相对 位置，不会发生相对的移动。在冲压时，不被拔下来，还有通过凸模固定 板和上模板连接，通过模柄固定于冲床的滑块的安装孔中，进行冲压工作。 如图 4 示固定板上半部分用于固定切边凸模、拉深凸模、落料凸模以 及冲孔凸模，通过拉深、冲孔、翻边、落料等工序完成了对样板的加工， 形成初步的零件。 山东科技大学学士学位论文 图 6.3 固定板 6.1.3 切边凸模切边凸模 图 6.4 切边凸模 6.1.4 拉深凸模拉深凸模 此拉深凸模表面精度要求较高，要注意圆柱度以及垂直度的标注；材 料为 Cr12Mov，在进行表面热处理时硬度要控制在 58-62HRC 范围内，从 而保证材料的强度以及加工要求；未注倒角采用 145。 山东科技大学学士学位论文 图 6.5 拉深凸模 6.2 凹模设计凹模设计 凹模也选用镶嵌式结构，整体结构如图所示： 采用镶嵌式结构凹模很大程度上便于加工、便于修理，适合较为复杂 的模具，当然其加工费用高，结构较为复杂。 此凹模主要衔接落料凸模、落料凸模固定板、冲孔凹模以及各推件块 推件板，主要完成对零件的冲孔、切边工序，其中各零部件之间的连接要 严格按照形位公差来配合。 图 6.6 凹模整体结构 山东科技大学学士学位论文 6.2.1 落料凸模落料凸模 此落料凸模的表面精度要求较高，与其他零件接触部分按照 Ra0.8 精 度要求来加工，其余未标注部分按照 Ra6.3；在标注圆柱度以及垂直度时 注意基准面的选取，各尺寸标注时的偏差需要通过计算来得出。 图 6.7 落料凸模 6.2.2 落料凸模固定板落料凸模固定板 此落料凸模的材料为 Cr12Mov，在进行表面热处理时硬度控制在 58- 62HRC 范围内，表面粗糙度按一般要求 Ra6.3 来处理；同时选择下表面作 为基准面来标注垂直度以及圆柱度。 图 6.8 落料凸模固定板 山东科技大学学士学位论文 6.3 其他零件结构设计其他零件结构设计 6.3.1 卸料装置设计卸料装置设计 冲模的卸料装置是在冲压时与工作零件将材料压紧，冲压后能将停留 在模具中的工件或废料排出的零件，包括卸料板、压料板、顶件器、推件 器等，卸料装置一般有卸料板、推件器和打料装置，其作用是将抱在凸模 上或卡在凹模中的工件或者废料卸出 此模具为倒装式复合模，材料厚度 t=1.5mm，因此需要采用刚性卸料， 卸料板厚度为 10，表面粗糙度为 1.6，并且需要明确标注各个尺寸的偏差。 如图所示： 图 6.9 卸料板 6.3.2 推件装置设计推件