模具设计与制造的毕业设计

咸宁职业技术学院模具设计与制造毕业设计题目汽车玻璃升降器外壳模具系部机电工程系专业模具设计与制造指导老师姓名饶龙星学号日期2012年6月13日冲压模具设计及制造设计任务书系别机电工程系专业模具设计与制造班级模具设计与制造学号姓名饶龙星设计题目玻璃升降器外壳模具一、零件名称玻璃升降器外壳（图11）生产批量中批量材料08钢厚度T15MM可性工艺方案A冲孔落料连续冲裁B拉深要求冲压工艺过程设计的具体内容、步骤，以及模具结构设计的方法和结果。二、设计内容绘制模具设计装配工作图；绘制两个以上模具零件（凸模、凹模或凸凹模）的零件图；绘制两个以上模具零件（凸模、凹模或凸凹模）的加工工艺过程卡；编写设计说明书。三、设计要求文字要求语言通顺、语言流畅、书写工整、间隔均匀、无错别字。图纸要求表达准确、布局合理、线条粗细均匀、圆弧连接光滑尺寸标注规范、文字用工程图写。设计模具要求1模具的结构应满足成形过程的要求，模具零件的技术性能要好；2模具零件的制作应符合零件图要求，即它的材料、硬度、尺寸、形位公差及表面粗糙度等要符合图纸要求；3凸、凹模或动、定模应保持精确的相对位置；4分形面或压边面应设置合理，即能顺利地分形或有利于成形；5一般各零件的定位底平面应与运动方向保持垂直，即上、下模板座、上、下模的两底面和固定板等应有平行度要求；6模具的闭合高度或长度应与压力机的装模高度或长度相适应；7模具应在生产条件下进行试验试模，保证制出的零件符合品质要求，并且生产率高和成本低。摘要本模具是一个汽车玻璃升降器外壳的冲裁模，由于本工件的精度要求不是很高，所以采用普通冲裁模就可能达到要求，本零件不难加工，但所要的工序较多，由于时间有限，在这里只画第一道工序的图。关键词冲压工艺排样图模具主要零件冲压模具拉深模具ABSTRACTTHISMOLDINGTOOLISANACCURACYTHATACARGLASSASCENDANDDESCENDTHEMACHINEOUTERSHELLWASHTOCUTTHEMOLD,BECAUSEOFAREQUESTNOTISVERYHIGH,SOTHEADOPTIONCOMMONNESSWASHTOCUTTHEMOLDANDTHENMAYATTAINTHEREQUEST,THISSPAREPARTSISNOTDIFFICULTTOPROCESS,BUTAWORKFORWANTINGPREFACEISMORE,BECAUSEOFTIMELIMITED,HEREONLYDRAWANDTOGETHERTHEDIAGRAMOFTHEWORKPREFACEKEYWORDHURTLETOPRESSTHECRAFTLINGUPTHEKINDDIAGRAMMAINSPAREPARTSOFMOLDINGTOOLPAESSMOLDINGPADHEADERMOLDING绪论改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。今年来，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，除了国有企业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波，黄岩和广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造再内中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素，存在相互关系。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成形工程技术。当前冲压模具技术发展呈现四大特点主要表现在一、充分运用IT技术发展模具，工艺分析计算现代化。二、模具计算机辅助设计，制造与分析（CAD/CAM/CAE）的应用，极大的提高模具的设计与制造的效率，提高模具的质量。三、冲压生产自动化，用以大量生产，冲压生产以向自动化和无人化发展，极大的减轻了工人的劳动强度，提高了生产率。四、为适应市场经济的需求，大批量与小批量生产共存，开发了适宜于小批量生产的各种简易模具，经济模具，标准化且容易变换的模具系统等。本设计以冲压连续冲裁工序为例着重以理论联系实际为主，从而深入了解当今冲压模具技术的发展。通过本设计展现个人的设计能力。设计过程1、读产品图，分析其冲压工艺性该零件是汽车车门玻璃升降器的外壳，图11所示位置是其装部件中的位置。从技术要求和使用条件来看，零件具有较高的精度要求、要有较高的刚度和强度。因为零件所标注的尺寸中，其2231400、1651200及162000为IT11IT12级精度，三个小孔32的中心位置精度为IT10；外形最大尺寸为50。属于小型零件。料厚为15MM。分析结构工艺性。因该零件为轴对称旋转体，故落料片肯定是圆形。冲裁工艺性很好，且三个小孔直径为料厚的两倍，一般没有问题。零件为带法兰边圆筒形件，且DH、DDF都不太大、拉深工艺较好；只是圆角半径R1及R15偏小，可安排一道整形工序最后达到。三个小孔中心距的精度，可通过采用IT6IT7级制模精度及以223内孔定位，予以保证。低部165部分的成形，能有三种方法一种是采用阶梯形零件拉深后车削加工；另一种是拉深后冲切；再一种是拉深后在底部先冲一预加工小孔，然后翻边。如图12所示，此三种方案中，车底的方案质量高，但生产效率底，且费料。像该零件这样高度尺寸要求不高的情况下，一般不宜采用。冲底的方案其效率比车底要高，但还存在一个问题是要求其前道、拉深工序的底部圆角半径接近清角，这又带来了加工的麻烦。翻边的方案生产效率高且能节约原材料，但口端质量稍差。由于该零件对这一部分的高度孔口端部质量要求不高，而161200和R1两个尺寸正好是用翻边可能以保证的。所以，比较起来，采用方案才C更为合理、合算。因此，该零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有落料、拉深可能有关、冲三小孔、冲底孔、翻边、切边和整形等。用这些工序组合可以提出多种不同的工艺方案。2、分析计算确定工艺方案1计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸需先确定前边的半成品尺寸。翻边前是否也需拉成阶梯零件，这要核算翻边的变形程度。165处的高度尺寸为H2116MM5MM根据翻边公式，翻边的高H为见式414H21D1K043RD072T经变换公式,有K121DH043RD072T11825043107215061即翻边出高度H5时，翻边系数达到K061。由此可知其预加工小孔孔径D0D1K18061MM11MM由T/D01151013，查表41，当采用圆柱形凸模，预加工小孔为冲制时，其极限系数KFC050K061,即一次能翻边出竖边H5的高度。故翻边前，该外壳半成品可不为阶梯形，其翻边前的半成品形状和尺寸如图13所示。图中法兰边直径54是根据工件法兰边直径50加上拉深时的修边余量取为4而确定的。于是，该零件似的坯料直径D0可按式（341）计算D0RDDHDF44342（D按中径尺寸计算）823252443168234542652计算拉深次数42232254DDF37065823OFDDM3210065511000DT,由此查表212，得其MC038因为MF037MC038,所以一次拉深不出来，需多次拉深。（这里，如果按图326计算查取，也是需要多次拉深）若取M045,有D1M1D00456529,则77029322122DDM。查表31，有M2075M2077，故用两次拉深可以成功。但考虑到第二次拉深时，仍难以达到零件所要求的圆角半径R15，故在第二次拉深后，还要有一道整形工序。在这种情况下，可考虑分三次拉深，在第三次拉深中兼整形。这样，既不需增加模具数量，又可减少前两次拉深的变形程度，能保证稳定生产。于是，拉深系数可调整为M1056,M2081,M3081M1M2M3056081081037（3）确定工艺方案根据以上分析和计算，可以进一步明确，该零件的冲压加工需包括以下基本工序落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深（兼整形）、冲11孔、翻边（兼整形）、冲三个32孔和切边。根据这些基本工序，可拟出如下五种工艺放案方案一落料与首次拉深复合，其余按些基本工序顺序。方案二落料与首次拉深复合（见图14A）,冲11底孔与翻边复合（见图15A）冲三个小孔32与切边复合（见图15B），其余按基本工序顺序。方案三落料与首次拉深复合，冲11底孔与冲三小孔32复合（见图16A）,翻边与切边复合（见图16B），其余按基本工序顺序。方案四落料、首次拉深与冲11底孔复合（见图17）,其余按基本工序顺序。方案五采用带料连续拉深或在多工位自动压力机上冲压。分析比较上述五种工艺案，可以看到方案二冲11孔与翻边复合，由于模壁厚度较小（A211516275），小于式（1220）中要求的最小壁厚（3），模具容易损坏。冲三个32小孔与切边复合，也存在模壁太薄的问题A223425024，模具也容易损坏。方案三虽然解决了上述模壁太薄的矛盾，但冲11底孔与冲32小孔复合及翻边与切边复合时，它们的刃口都不在同一平面上，而且磨损快慢也不一样，这会给修磨带来不便，修磨后要保持相对位置也有困难。方案四落料、首次拉深与11底孔复合，冲孔凹模与拉深凸模做成一体，也给修磨造成困难。特别是冲底孔后再经二次和三次拉深，孔径一旦变化，将会影响到翻边的高度尺寸和翻边口缘质量。方案五采用带料连续拉深或多工位自动压力机冲压，可获得高的生产率，而且操作安全，也避免上述方案所指出的缺点，但这一方案需要专用压力机或自动送料装置，而且模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，因此，只有在大量生产中才较适宜。方案一没有上述的缺点，但其工序复合程度较底，生产率较底，对中小批量生产是合理的，因此决定采用第一方案。本方案在第三次拉深和翻边工序中，可以调整冲床滑块行程，使之于行程临近终了时，模具可对工件起到整形作用（见图14C、E），故无需单作整形工序。3、主要工艺参数的计算（1）确定排样、裁板方案这里毛坯直径65不算太小，考虑到操作方便，排样采用单排。取其搭边数值条料两边A2、进距方向A115。于是有进距HDA16515665条料宽度BD2A652269板料规格拟选用159001800（钢板）（可查表1116）若用纵裁裁板条数N1BB6990013条余3每条个数N2HAA156651180027个余3每板总个数N总N1N21327351个材料利用率总56910018009001165435110042222BADD总若横裁条数N1BA69180026条余6每条个数N2HA余34每板总个数N总N1N22613338个材料利用率总56610018009001165433810042222BADD总由此可见，纵裁有较高的材料利用率，且该零件没有纤维方向性的考虑，故决定采用纵裁。计算零件的净重G及材料消耗定购GOGFT8571051105054233116541222222G33G式中为密度，底碳钢取785G/3内第一项为毛坯面积，第二项为底孔废料面积，第三项为三个小孔面积，第四项既（）内为切边废料面积。G0KGGGTBA054054351857105110180010900351111（2）确定各中间工序尺寸1）首次拉深首次拉深直径D1M1D005665365中径首次拉深时凹模圆角半径按表39计算应取9，按式（333）计算应取55。由于增加了一次拉深工序，使各次拉深工序的变形程度有所减小，故允许选用较更小的圆角半径，这里取RD15，而冲头圆角半径R1P08RD14。首次拉深高度按式341可进行近似计算（其中R取为两个圆角半径的平均值），而实际生产中取H1138，（见图18）。MMMMDRDDHDF5135364536255443546544432222012二次拉深D2M2D10805365295（中径）取RD2RP225拉深高度H2，按面积相等近似计算，可得H214。而生产实际中取为H2139,参见图19。3）三次拉深（兼整形）D3M3D3081295238取RD3RP315,达到零件要求，因该道工序兼有整形作用，故这样设计是合理的。H316,见图110。4）其余各中间工序均按零件要求而定，详见图110。（3）计算工艺力、选设备1）落料拉深工序落料力按式（113）计算P冲NNDTB9796840051651438080卸料力选择式（120）计算P卸K卸P冲00397968N2940N拉深力选择式（222）计算P拉NNKTDB502007504005153614311压边力按照防皱最底压边力公式（其中单位压边力Q查表34）QNNQRDDD3772527552536654242221120对于这种落料拉深复合工序，选择设备吨位时，既能把以上四个力加起来（再乘个系数值）作为设备的吨位。也不能仅按落料力或拉深力（再乘个系数）作为设备吨位。而应该根据压力几说明中所给出的允许工作负荷曲线作出判断和选择。经查，该复合工序的工艺力在160KN压力机上的到。但现场条件只有250KN、350KN、630KN、和800KN压机，故选用250KN压机。（工厂实际选用350KN压机。因250KN压机任务较多，而350KN压机任务少）2）第二次拉深工序拉深力选择按式（323）计算P拉NNKTDK289005204005152914322显然，拉深力很小，可选63KN开式压力机；但根据现场条件，只好选用250KN压力机。3）第三次拉深兼整形工序P拉NNKTDB233165204005182314323其整形力按式（718）进行计算P整FQNN207500100512322325544222对于这种复合工序，由于整形力是在最后且为临近下死点位置时发生，符合压力机的工作负荷曲线，故可按整形力大小选择压机，即可选250KN压力机（工厂实际上安排在630KN压机上）。4）冲11孔工序冲孔力P拉NNDTB1658040051111438080显然，只要选63KN压力机即可，但根据条件只好选250KN压力机。5）翻边兼整形工序翻边力选择式（410）进行计算P翻NNDDT14510111840051143111101整形力P整FQNN17750100516322422同上道理，按整形力选择设备，也只需63KN压机，这里选用250KN压力机。6）冲三个32孔工序P冲NNDTB144704005123143803803选250KN压力机。7）切边工序P冲NNDTB7536040051501438080设有两把废料切断刀，所需切断废料压力P冲208（5450）15400N3840N故总切边力PP冲P冲（753603840）N79200N选用250KN压力机（工厂安排350KN压机）。4、编写冲压工艺过程卡该外壳零件的冲压工艺过程卡见表1；凸、凹模的加工工艺卡片见表2、表3附加数控编程。（表1上）厂冷冲压工艺卡片车间零件草图工序工序说明加工草图设备型号名称0下条料剪床1落料与首次拉深350KN压力机2二次拉深250KN压力机3三次拉深（带整形）630KN压力机4冲11底孔250KN压力机5翻边（带整形）250KN压力机6冲三个小孔32250KN压力机7切边350KN压力机8检验设计更改标记处数文件号签字日期（表1下）标记产品名称CA10B型载重汽车文件代号玻璃升降制动机构外壳共页第页材料名称牌号08钢剪后毛坯15691800每条件数27个形状尺寸150111800900每张件数351个消耗定额0054零件送来部门备料工段工种冲钳总计零件送往部门装配工段工时每产品零件数2模具工具量具每小时生产量单件定额/工人数量备注名称图号名称编号落料拉深复合模拉深模拉深模冲孔模翻边模冲孔模切边模校对审核批准表1落料凹模加工工艺卡片表2单位名称江西科技师范学院产品名称或代号凹模数控铣前工艺分析工序号O0001夹具名称平口虎钳和一面子两销自制工序号工步内容尺寸式要求刀具块规下料6088锻造13513560热处理退火消除锻后残余应力降低硬度包铁13113154磨削单边余量05MM平磨留精磨余量02MM热处理淬火回火达硬度6064HRC退磁铣台阶面及轮廓11013012080010005自动镗孔6463648008001自动10倒角4004001自动11镗孔73738008001自动12钻孔10108008001自动13钻孔668008001自动14攻螺纹10M101008001自动15钳工编制审核日期凹模编程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凸模加工工艺卡片表3单位名称江西科技师范学院产品名称或代号凸模数控铣前工艺分析工序号O0002夹具名称平口虎钳和一面两销自制夹具工序号工步内容尺寸式要求刀具块规1下料50702锻造10575703热处理退火（消除锻后残余应力）降低硬度4刨或铣10171665平磨留精磨余量026热处理淬火回火达硬度6064HRC7平磨六面达技术要求8退磁9铣台阶及轮廓641001280010001自动10镗孔3885388008001自动11镗孔45458008001自动12铣倒角45454004001自动13铣圆角R5104004001自动14钻孔10108008001自动15攻螺纹10M10螺纹刀20001自动16钳工（研磨达技术要求）编制审核日期凸模编程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、模具结构设计根据确定的工艺方案和零件的形状特点、精度要求、所选设备的主要技术参数、模具制造条件以及安全生产等选定其冲模的类型及结构形式。下面仅介绍第一工序的落料拉深复合模的设计。其他各工序所用模具的设计从略。（1）模具结构型式选择采用落料、拉深复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本例凸凹模壁厚B23865135,能保证足够强度，故可采用复合模。落料、拉深复合模常采用图14A所示的典型结构，既落料采用正装式，拉深采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另设有弹性卸料和刚性推件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产率高，缺点是弹性卸料装置使模具结构较复杂，特别是拉深深度大、料较厚、卸料力大的情况，需要较多、较长的弹簧，使模具结构复杂。为了简化上模部分，可采用刚性卸料板（如图111所示），其缺点是拉深件留在刚性卸料板内，不易出件，带来操作上的不便。对于本例，由于拉深深度不算大，材料也不厚，因此采用弹性卸料较合适。考虑到装模的方便，模具采用后侧布置的导柱导套模架。（2）模具工作部分尺寸计算1）落料圆形凸模和凹模，可采用分开加工，按式（15）、式（16）计算工作部分尺寸。所落下的料（即为拉深件坯料）按未注公差的自由尺寸，按IT14级取极限偏差，故落料件的尺寸取为074065。于是，凸凹模直径尺寸为MMMMXDDDD03000300063647405065MMMMCXDDPP002000200MIN5064132074050652式中，X按工件精度为IT14级而选定X05；PD、按制造精度IT6IT7而选定的；CMIN是按12选取的（其2CMAX024）再按108022020030MINMAXCCPD，核验上述设计计算是恰当的。落料凹模的外形尺寸确定由式（1213）取凹模壁厚为3040，调整到符合标准，即凹模的外径计为140。由式（212）计算出凹模高度（厚度）后调整至53。落料冲头长度由式（121）算出后调整为65。2）拉深首次拉深件按未注公差的极限偏差考虑，且因零件是标注内形尺寸，故拉深件的内径尺寸取为350062。由式（337）、（338）有0060006002535620403540MMDDPP09000900085388126204035240DCDDD式中，DP、按IT9、IT10级精度选取（取C12T）。（3）选用标准模架、确定闭合高度及总体尺寸1）由凹模外形尺寸140，选后侧滑动导柱导套模架，再按其标准选择具体结构尺寸上模板16016040HT250（按GB/T25861990）下模板16016045ZG45导柱2817020钢渗碳5862HRC导套281003820钢渗碳5862HRC压入式模柄5070Q235模具闭合高度最大220，最小180该副模具没有漏料问题，故不必考虑漏料孔尺寸。2）模具的实际闭合高度，一般为H模上模板厚度垫板厚度冲头长度凹模厚度凹模垫块厚度下模板厚度冲头进入凹模深度该副模具因上模部分未用模垫块（经计算，模板上所受到的压应力小于模座材料所允许的压应力，故允许这种设计）；如果冲头（这里具体指凸凹模）的长度设计为65。凹模（落料凹模）厚度设计为53。则该模具的实际闭合高度为H模40655345（113815）1897190查设备参数表96开式压力机规格知，250KN压力机最大闭合高度为固定台和可倾式最大闭合高度为250（封闭高度调节量70）、活动台式最大为360、最小为180。故实际设计的模具闭合高度H模190，故闭合高度设计合理。3）由于该零件落料、拉深均为轴对称形状，故不必进行压力中心的计算。4）确定该模具装配图的三个外形尺寸长为254、宽为240（按GB/T285561990）、闭合高度选为190。参见图111。往下，便可对工作零件、标准零件及其他零件进行具体结构设计。当然，如果在具体结构设计中迁涉到上述三个总体尺寸需要调整，也属于冲模结构设计中的正常过程。（4）模具零件的结构设计（在主要工艺设计及模具总体设计之后进行）1）落料凹模（图112）内、外形尺寸和厚度（已定）；需有三个以上螺纹孔，以便与下模板固定；要有两个与下模板同时加工的销钉孔；有一个挡料销用的销孔；标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。2）拉深凸模（图114）设计外形尺寸（工作尺寸已定）；一般有出气孔（工厂实取4）；需有三个以上螺纹孔与下模座固定（工厂实际用两个螺钉紧固，其设计不很合理）；标注尺寸精度，形位公差及表面粗糙度。3）凸凹模（图114）设计内、外形尺寸（工作部分尺寸已定）；需有三个以上螺纹孔，以便与上