端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。本文 针对端盖的冲裁工艺性和拉深工艺性，分析比较了成形过程的三种不同冲压工艺（单工序、复合工序和连续工序），确定用一幅复合模完成落料、拉深和冲孔的工序过程。 介绍了端盖冷冲压成形过程，经过对端盖的批量生产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能为前提，将其确定为冲压件，用冲压方法完成零件的加工，且 简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的 计算，并设计出模具。还具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板等）的设计与制造，冲压设备的选用，凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加工工艺过程。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。 通过充分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结构改进、优化设计、优化工艺方法能大幅度提高生产效率，这种方法对类似产品具有一定的借鉴作用。 关键词 ：端盖；模具设计；复合模；拉深冲孔 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 s to is on of of of of a On of of of of in to of to a of in of of of as of a a of a By to of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 分析零件的工艺性 1 2 确定工艺方案 2 计算毛坯尺寸 2 确定是否要压边圈 3 计算拉深次数 3 确定工艺方案 4 3 主要工艺参数的计算 5 确定排样、裁板方案 5 计算工艺力、初选设备 6 计 算工艺力 6 （ 1）落料力 6 （ 2）冲孔力 7 （ 3）推件力 7 （ 4）拉深力 7 （ 5）压边力 8 拉深功的计算 9 初选压力机 9 计算压力中心 10 算凸、凹模刃口尺寸及公差 10 4 模具的结构设计 12 模具结构形式的选择 12 模架的选用 12 模具的闭合高度 13 模具工作部分尺寸计算 13 落料凹模 13 拉深凸模 14 凸凹模 15 弹压御料板 16 上垫板 18 压边圈 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 模具的整体安装 20 模具的总装配 20 模具零件 21 6 选定冲压设备 22 7 模具的装配 22 复合模的装配 22 凸、凹模间隙的调整 22 8 重要零件的加工工艺过程编制 23 结论 26 参考文献 27 致谢 28 附录 30 实习报告 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 分析零件的工艺性 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加 工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料 冲压加工工序 必要的辅助工序 质量检验 组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 该零件是端盖，如图 零件可看成带凸缘的筒形件，料厚 t=2深后厚度 不变；零件底部圆角半径 r=缘处的圆角半径也为 R=寸公差都为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要求。 图 件图 工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在 以下，不宜高于 ；对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要增加切 边工序。 影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律；当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标注内、外形尺寸。 工艺性要求材料具有良好的塑性，屈强比 / 值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系数 r 和板平面方向性系数 r 反映了材料的各向异性性能，当 r 较大或 r 较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。 该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，没有长的悬臂和狭槽。零件尺寸除中心孔和两中心孔的距离尺寸接近 外，其余尺寸均为自由尺寸 且无其他特殊要求，利用普通冲裁方法可以达到零件图样要求。零件材料为 20 号钢，退火抗拉强度为 400服强度为 冲裁加工性较好。该零件的冲裁性较好，可以冲裁加工，适于大批大量。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 确定工艺方案 计算毛坯尺寸 由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需 在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 根据零件的尺寸取修边余量的值为 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等 。 对于该零件，可看成带凸缘拉深件。 其相对凸缘最大直径 d d 切边前的凸缘直径为： 2 m a xm a x =116+2 23 , 2 38704123 2 =160坯形状如图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 坯图 确定是否需要压边圈 坯料相对厚度 %100 0 016 02 % 所以需要压边圈。 计算拉深次数 在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。 极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 零件的总拉深系数为 ，其相对凸缘直径 dd f ，属于带大凸缘拉深的拉深件。根据 %00 教材 上表 44得一次允许的拉深系数 m ，第一次拉深的最大相对高度 因材料为 20号钢 ,具有良好的强度和塑性 ,其加工工艺性较好 ,可减小带凸缘筒形件的首次拉深系数及增大最大相对高度。 使得111 , 总，所以零件只需要一次拉深。 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要包括以下基本工序 :落料、拉深、冲孔和修边。 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案： 方案一 先进行落料，再拉深，修边，最后冲孔，以上工序过程都采用单工序模加工。用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间 ，生产效率低。 方案二 落料与拉深、修边在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行冲孔。采用了落料与拉深、修边的复合模，提高了生产率。对落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道冲孔工序是在单工序模中完成，使得最后一步冲孔工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。 方案三 落料、拉深、冲孔和修边全都在同一个复合模中一 次加工成型。此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。 方案四 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、拉深、冲孔和修边在同一复合模中完成，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。 3 主要工艺参数的计算 确定排样、裁板方案 加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的 60% 80%之多。因此，材料利用率每提高 1%，则可以使冲件的成本降低 在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非 常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差 以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取 : 搭边值为 进距方向 从视测方面来讲，该零件的排样应该采用斜排最合理 。 从图 2 上可知：进 距 S=128+ 料宽度 b=*2= 料规格拟用 214004000轧钢板。查冲压模具设计 了操作方便采用横裁。 裁板条数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 条个数 板总个数 3 8 5113521 材料利用率 %100 n 面 10040001400 10149385 %71 计算工艺力、初选设备 计算工艺力 （ 1） 落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 式中 P 冲裁力（ N） L 冲件的周边长度（ t 板料厚度（ 材料的抗冲剪强度（ K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（ 般 在实际 应用中，抗冲剪强度 的值一般取材料抗拉强度b的 便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度b的 80%。即 b 此，该冲件的落料力的计算公式为 =321984N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 2） 冲孔力 冲孔力可按下式计算： 中 冲F 冲孔力（ N） L 冲件的内轮廓长度（ t 板料厚度（ b 材料的抗拉强度（ 因此，该零件的冲孔力为： =15675N （ 2） 卸料力 一般情况下，冲裁件从板料切下以后受 弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算： 卸料力 卸 中 F 冲裁力 (N) 1K 顶件力 及卸料力系数，其值可查教材表 1 这里取 1K 为 因此 2 8 8 03 2 1 9 8 卸 （ 3） 推件力 将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需要的力称为推件力。根据 书上公式 1推件力为： 2K 推件力系数，其值可查表 1 2K 为 （ 4） 拉深力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图 图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中 期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。 拉深力变化曲线 由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为： 拉 中 d 圆筒形零件的凸模直径（ K 系数，这里取 1 b 材料的抗拉强度（ t 材料厚度 因此 7 5 8 4 04 0 02701 拉（ 5） 压边力 压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (N) 中 A 初始有效压边面积 (; 单位压边力 (这里经查 得 以有 2 0 0 31 0 1 3 0( 2 拉深功的计算 拉深所需的功可按下式计算 1000 中 最大拉深力（ N） h 拉深深度（ W 拉深功（ N m） C 修正系数，一般取为 C= 所以 5 34 51 00 0 381 75 8 W N m 初选压力机 压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。 因拉落 ，故总冲压力 拉冲推卸落 17584015675120001609912880321984 = 应选的压力机公称压力 公称压力为： 此初选闭式单点压力机 630B。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 计算压力中心 本零件为对称几何体 ,其压力中心就在它的圆心处，不必计算它的压力中心。 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 冲裁件的尺寸精 度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁间隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的。在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下原则：落料件的尺寸取决于凹模的磨损，冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后变大的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减少的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值。这样，在凸模磨损到一定程度的情况下，任能冲出合格的零件。在确定模具 刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合理的间隙数值。 采用凸凹模分别加工，凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证，这样就需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于成批制造，主要用于简单，规范形状（图形，方法或矩形）的冲件。 落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大， 为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。 d 0)( m 2( 式中 落料凸模最大直径（ 落料凹模最大直径（ D 工件允许最大尺寸（ 冲裁工件要求的公差 X 系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取X= 对于未标注公差可按 计算，根据教材上表 1得，冲裁模刃口双面间隙： 6 2 0.0 m a xm i n 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 d、p 凹、凸模制造偏差，这里可以按 选取 : 落料刃口最大尺寸计算 凸模制造公差按 精度选取，得落料尺寸 ，查表得 4 3 凹凸 校核间隙： 凸 +凹 Z 条件，但相差不大，可作如下调整： )(4.0 m a x 凸 = )(i nm a x 凹 则 0)(= =m i n)( = =拉深时， 拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同，只是具体内容不同，这里不在复述。 拉深凸模和凹模的单边间隙 Z=算凸凹模制造公差，按 精度选取，由附录表 4 查得，对于拉深尺寸 ， 凹凸 。 因拉深件注内形尺寸，按凸模进行配作： ) 中 d 拉深件内形尺寸： 凸模尺寸： 拉深件公差，这里按 精度选取，查表附录 4，可以 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 得 =1： 即有 0 4 深凹模则注凸模的基本尺寸 ,并要求按单面拉深间隙配作： 0 4 8( 冲孔时，对于冲孔 孔， 凹凸 ， 按 精度选取，查附表 4 得： 校核间隙： 凸 +凹 =Z ，满足条件，故可以采用凸模与凹模配合加工方法，因数由表 2得， ，则为： 0)(凸凸 ）（凹凹 0m i n)( ）（ 模具的结构设计 具结构形式的选择 模架的选用 采用落料、 拉深、冲孔复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄 。 本 次 设 计 中 凸 凹 模 的 最 小 壁 厚 为 满 足 钢 材 最 小 壁 厚 的要求能够保证足够的强度，故采用复合模。 模具采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂 ,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设 计综合考虑，采用弹性卸料板。 从生产量和方便操作以及具体规格方面考虑， 选择后则导柱模架，由凹模外形尺寸 200250 ，（ 1990）在按其标准选择具体结构尺寸如下 上模板 45283340 模板 50283340 柱 19528 20钢 导 套 4210028 20钢 凸缘模柄 8560 模具闭合高度 245 200 模具的闭合高度 所谓的模具的闭合高度 H 是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力机的装模高度相适应。 模具的实际闭合高度，一般为： 冲头进入凹模深度下模板厚度凹模垫板厚度凹模厚度冲头长度垫板厚度上模板厚度模H 副模具使用上垫板厚度为 10模固定板厚度为 12果冲头（凸凹模）的长度设计为 110模（落料凹模）设计为 70闭合高度为： 240 01045 模具工作部分尺寸计算 落料凹模 落料凹模采用矩形板结构和直接通过螺钉、销钉与下模座固定的固定方式。因生产的批量大，考虑凹模的磨损和保证零件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度 4 ，漏料部分沿刃口轮廓适当扩大（为便于加工，落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓的形状，如凹模图）。凹模轮廓尺寸计算如下： 凹模厚度 凹模壁厚 沿送料方向的凹模长度为 564821602 根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相近的凹模板，其尺寸为02 5 0 。 凹模的材料选用 工作部分热处理淬硬 0 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 料凹模 拉深凸模 拉深凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模和固定板的加工，可设计成阶梯形结构，并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过螺钉紧固在固定板上，用销钉定位。凸买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定 。凸模的材料选用 作部分热处理淬硬 6 。 对于拉深凸模的工作深度，必须从几何形状上做的正确。为了使零件容易在拉深后被脱下，在凸模的工作深度可以作成一定锥度 52 为了防止拉深件被凹模内压缩空气顶瘪及拉深件与凸模之间发生真空现象而紧箍在凸模上，故在凸模上设计通气孔，以使拉深后容易从凸模上取下。根据凸模尺寸取出气孔直径 ，数量为 2 个。如图 深凸模 凸凹模 该复合模中的凸凹模是主要工作零件，其外形作为落料凸模内形又作为拉深凹模，并且内、外形刃口部分都为非圆形，为便于凸凹模与凸模固定板的配合，凸凹模的安装部分设计成便于加工的长圆形，通过螺钉紧固在凸模固定板上，并用销钉定位。如图 凹模的自由长度为： L=凸模固定板厚度 +橡胶安装高度 +卸料板厚度 +材料厚度 +凸凹模工作高度 =22+26+20+2+（ 42=110 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 凹模 弹压御料板 弹性卸料板的尺寸可以根据弹性元件的数目以及外径来计算。如图 由于受到橡胶允许承受的载荷较大 ,安装 ,调整 ,灵活 ,方便 ,因而是冲裁模中常用的弹性元件 ,冲裁模中用于卸料的橡胶有合成橡胶和聚氨脂橡胶 ,其中聚氨脂的性能比合买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 成橡胶优异 ,是常用的卸料弹性元件。 为了保证卸料正常工作 ,应该使橡胶的预紧的预压力： F 橡胶的压力与压缩量之间不是线形关系 ,橡胶的压缩时产生的压力按下式计算 : 式中 A 橡胶的横截面积 P 橡胶与单位压边力 )(其值与橡胶的压缩量 ,形状及尺寸有关 计算橡胶的自由高度 ,由下式 自H 4)工作F 2 )512(4 自 计算橡胶的装配高度 ,由下式 预自 预H自H) 按公式计算得 : 预 26430 买文档就送您 纸