日用水杯拉伸模具的设计

郑州航空工业管理学院 毕业论文（设计） 2010届 机械设计制造及其自动化 专业 0806962班级 题 目： 日用水杯拉伸模具的设计姓 名： 牛旭宗 学 号： 080696223指导老师： 冯锡兰 职称： 副教授2010年 5 月 20 日内 容 提 要拉伸俗称拉延，是利用专用模具将平板毛坯制成开口空心零件的一种冲压工艺方法。用拉伸方法来制造薄壁空心件，生产效率高，省材料，零件的强度和刚度好，精度较高，拉伸可加工范围非常广泛，直径从几毫米到小零件直至2-3毫米的大型零件。因此拉伸件在汽车，航空航天，国防，电子等工业部门以及日用品生产中占据相当重要的地位。本说明书主要阐述了日用水杯的冲压工艺规程，并对其模具进行了设计。主要设计凸模，凹模，凸凹模，压边圈，固定板等。由于采用两次拉伸，所以采用两套模具，设计时参照相关手册，基本达到设计的目的。关 键 词1工艺方案 2凸模 3凹模 4参数选择Title: daily cup mold design drawingAuthor: Niu XuZong Guiding teacher: Feng XiLanAbstractDrawing is known stretching flat blank mould will use special made an opening hollow parts stamping process method.By stretching method to create a thin hollow, and high production efficiency, save material and parts of strength and rigidity, high precision machining scope, stretching from a very wide, diameter of small mm to 2-3 millimeter parts until the large parts. Therefore in the car tensile, aerospace, defense, electronic industries and commodity production occupies a very important position.This manual mainly expounds the daily water stamping process procedure, and the design of the mould. Main design punch, concave die, intensive, blank-holder, fixed plate, etc. Since the two stretch, so the two sets of mold design and relevant manuals,referring to the basic design.key words1.a process plan 2.punch 3.die 4.preference目 录前言.1第一章、冲压件工艺分析.2第二章、工艺方案及模具结构类型.32.1工艺方案分析.32.2主要工艺参数的计算.3第3章 、确定排样图和裁板方案.5第四章、计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机.64.1、落料力的计算.64.2卸料力和顶件力的计算.74.3压边力的计算.74.4拉深力的计算.84.5压力中心的计算.94.6压力机的选择.9第五章、工件零件刃口尺寸的计算.9第六章、工件零件结构尺寸和公差的确定.106.1、整体落料凹模板的厚度H的确定.106.2、凹模板长度L的计算.116.3、其他零件结构尺寸.11小结.24致谢.25参考文献.2625前 言冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。题 目： 日用水杯拉伸模具的设计作者： 牛旭宗 指导老师：冯锡兰正文如下图1所示拉深件，材料为08钢，厚度0.8mm，制件高度70mm，制件精度IT14级。该制件形状简单，尺寸小，属普通冲压件。试制定该工件的冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程。图1 一、冲压件工艺分析1、材料：该冲裁件的材料08钢是碳素工具钢，具有较好的可拉深性能。2、零件结构：该制件为圆桶形拉深件。3、单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。4、 凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。5、 尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。 查公差表可得工件基本尺寸公差为： 二、工艺方案及模具结构类型1、工艺方案分析该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产。方案二：落料+拉深复合，后拉深二。采用复合模+单工序模生产。方案三：先落料，后二次复合拉深。采用单工序模+复合模生产。方案四：落料+拉深+再次拉深。采用复合模生产。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，操作方便，成本较低。方案三也只需要二副模具，制造难度大，成本也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，但模具成本造价高。通过对上述四种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。2、 主要工艺参数的计算(1)确定修边余量该件h=70mm，h/d=70/50=1.4,查冲压工艺与模具设计表4-10可得 则可得拉深高度H H=h+=70+3.8=73.8mm(2)计算毛坯直径D由于板厚小于1mm，故可直接用工件图所示尺寸计算，不必用中线尺寸计算。 D= = (3)确定拉深次数按毛坯相对厚度t/D=0.8/130和工件相对高度H/d=73.8/50=1.36查冲压工艺与模具设计表4-15可得n=2，初步确定需要两次拉成，同时需增加一次整形工序。(4)计算各次拉深直径由于该工件需要两次拉深，查冲压工艺与模具设计表4-11可得，首次拉深系数m和二次拉深系数m: m=0.53 m=0.76初步计算各次拉深直径为： d= mD=0.5313069mm d=mD=0.7613050mm(5)选取凸凹模的圆角半径考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值,故首次拉深凹模圆角半径r应取大些,根据压工艺与模具设计表4-7知：r=10t=100.8=8 mm由冲压工艺与模具设计式（4-49）和式（4-50）即：r=(0.70.8) r和r=(0.70.8)r计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径，分别为： r=8 mm r=6 mm r=6 mm r=5 mm (6)计算各次工序件的高度根据冲压工艺与模具设计式（4-39）计算各次拉深高度如下： H=1/4(D)=1/4（）=49mm H=1/4=(D) =1/4=() mm(7)画出工序件简图工序简图如下图2所示： 图2三、确定排样图和裁板方案1、 制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单排。 于t=0.8mm,查冲压工艺与模具设计附表7轧制薄钢板拟选用规格为： 0.85001000 的板料。2、 排样设计图3查冲压工艺与模具设计表2-10，确定搭边值 两工件间的横搭边a=1.2mm；两工件间的纵搭边a=1.0mm； 步距S=d+a=50+1=51mm； 条料宽度B=（D+2a+）=52.8故一个步距内的材料利用率为： =A/BS100 =/BS100 =72.9由于直板材料选取0.85001000 故每块板料可裁剪919=171个工件故每块板料（0.85001000）的利用率为： =nA/LB100 =171(d/2)100 =67四、计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机1、落料力的计算F=1.3Lt式中L冲裁轮廓的总长度；t板料厚度；-板料的抗拉强度查冲压工艺与模具设计附表1可知：=400MPa 。故：F=1.3225250.8400=65.31KN2、 卸料力和顶件力的计算 =KF =K F式中K为卸料力系数，K为顶件力系数查冲压工艺与模具设计表1-7知：K=0.050；K =0.08故： =KF =0.0565.31 =3.27KN =K F =0.0865.31 =5.22KN3、压边力的计算采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压扁力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D100 由于t/D100=0.8/130100 =0.62 首次拉深系数=0.53故：查冲压工艺与模具设计表4-3知，两次拉深均需要采用压边装置。压边力:=式中A为初始有效面积；为单位压边力（MPa）查冲压工艺与模具设计表4-4可知：=2MPa = = = =15.2 KN = = = =1.44 KN4、拉深力的计算首次拉深时拉深力=二次拉深时拉深力=式中：为首次拉深与二次拉深时工件的直径； 为材料抗拉强度（MPa）； 为修正系数。查冲压工艺与模具设计表4-1可知：=1;=0.85首次拉深力：= = =69.33 KN二次拉深力：= = =42.7 KN故总拉深力：=+ =+ =112.03KN 由于制件属于深拉深，故确定压力机的公称压力应满足： 故： =67.2KN综上所述：=+ + =202.47KN5、 压力中心的计算 图4由于是圆形工件，如图4所示，所以工件的压力中心应为圆心即o(25,25)6、压力机的选择由于该制件数亿小型制件，且精度要求不高，因此选用开始可倾压力机，它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的有点。根据总压力选择压力机，前面已经算得压力机的公称压力为202.47 KN，查冲压工艺与模具模具设计表7.3提供的压力机公称压力中可选取压力机的型号为：J23-16F五、工件零件刃口尺寸的计算刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，用配作法，因此凸模基本尺寸与凹模尺寸相同，保证单边间隙(mm)图5 查冲压工艺与模具设计表1-3可知： 拉深模的单边间隙为：Z=0.015 mm式中x为补偿刃口磨损量系数。查冲压工艺与模具设计表2-21可知：x=0.5 取落料的尺寸公差IT14，则公差为=0.4mm所以落料凹模的尺寸为： =（130-0.50.4） =129.8mm六、工件零件结构尺寸和公差的确定1、整体落料凹模板的厚度H的确定： H=式中为凹模材料的修正系数，碳素工具钢取=1.3；为凹模厚度按刃口长度修正系数，查冲压工艺与模具设计表2-18可知：=1 H= =1.31 =52.35mm2、凹模板长度L的计算 L=D+2C查冲压工艺与模具设计表2-17可知：C取2836mm，根据要求C值可取30mm故： L=D+2C =50+230 =110 mm故确定凹模板外形尺寸为：11011052（mm）。凸模板尺寸按配作法计算。3、 其他零件结构尺寸序号 名称长宽厚（mm）材料数量1上垫板11011040T8A12凸模固定板1101104845钢13空心垫板1101104645钢14卸料版1101104445钢15凸凹模固定板1101105045钢16下垫板11011040T8A17压边圈1101106045钢1(1)第一次拉深 拉深凸模第一次拉深模,由于其毛坯尺寸与公差没有必要予以严格的限制,这时凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可,以凸模为基准.取公差等级为IT10=0.12mm.d凸=d -0凸=690-0.12mmd凹=( d凸+ 2Z) 0+凹=(69+20.015)0+0.12=69.03 0+0.12mm拉深凸模采用台阶式，也是采用车床加工,与凸模固定板的配合按H7/m6的配合,拉深凸模结构如下图6所示。图6凸凹模结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凸凹模固定板的配合按H7/m6，凸凹模长度L=99mm,具体结构可如下图7所示。图7落料凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强度与刚度，凹模板的厚度还应考虑修磨量，根据冲裁件的厚度和冲裁件的最大外形尺寸在标准中选取凹模板的各尺寸为：长230mm，宽200mm，因考虑到整套模具的整体布置要求，选其厚度为52mm，结构如下图8所示。图8(2)第二次拉深模凸模根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6。凸模长度 L=H1+H2+Y式中 H1凸模固定板厚度H2压边圈高度Y附加长度，包括凸模刃口修磨量，凸模进入凹模的深度73.8mm，因此凸模长度L=48+60+73.8=181.8mm。具体结构可参见下图9所示。图9凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。取凹模轮廓尺寸为160mm73.8mm，结构如下图10所示。拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差:查表得凸凹的制造公差为:凸=0.02mm凹=0.03mm当工件要求内形尺寸:凸模尺寸:d凸=(dmin+0.4)-0凸=(50+0.40.4)0-0.02mm=50.160-0.02 mm凹模尺寸: d凹=( dmin+0.4+2Z) 0+凹=(50+0.40.4+20.015)0+0.03=50.19 0+0.03mm图10固定挡料销落料凹模上部设置固定挡料销，采用固定挡料销的进行定距.挡料装置在复合模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边.,如图11所示为钩形挡料销,因其固定孔离刃口较远,因此凹模强度要求,结构上带有防转定向销. 挡料销采用H7/r6安装在落料凹模端面导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，查表知导料板与条料之间的间隙取0.5mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度查表可知选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为2832HRC，用螺钉固定在凹模上。卸料部件设计卸料装置用弹压卸料板的卸料装置，如下图12所示，卸料板内孔每侧与凸模保持间隙C=0.10.2t=0.16mm;卸料板周界尺寸与凹模周界尺寸一样，厚度根据冲裁件料厚t和卸料板宽度B查模具手册之四2中表14-10得其厚度为16mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4348HRC。图12卸料螺钉的选用卸料板上设置2个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M816mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后， 应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。压边圈设计1)首次拉深:为了防止拉深过程中起皱，生产中主要采用压边圈，查冲压工艺与模具设计表4-3知，两次拉深均需要采用压边装置。压边圈采用45钢制造，热处理硬度为4245HRC。其结构如下图13所示。图132)二次拉深:压边圈结构与尺寸由标准中选取，压边圈圆角半径rY应比上次拉深凸模的相应圆角半径大0.51mm,以便将工序件套在压边圈上.材料采用45钢，热处理硬度为调质42-45HRC.其结构如下图14所示。图14 凸模固定板图15 技术要求：a.上、下平行度为0.02，粗糙度为1.6 b.材料为45#钢，调质为2428HRC 凸凹模固定板图16 技术要求：a.上、下平行度为0.02，粗糙度为1.6 b.材料为45#钢，无需热处理落料拉深复合模架与二次拉深模架采用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式，如图17所示，带有导柱的冲裁模适合于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，且导柱模结构比较完善，对后侧导柱的导向方式可从左右和前后两个方向进行送料。故相应选后侧导柱模架。因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架模架的结构与尺寸都直接由标准中选取，相关参数如下：凹模周界L：315凹模周界B：250 图17闭合高度(参考)|最小：275闭合高度(参考)|最大：3201上模座 数量1 规格：315250552下模座 数量1 规格：315250703导柱 数量1 规格：40260 4导套 数量1 规格：4014053 导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。 导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56-62HRC。上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC。二次拉深模采用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式，如图18所示，模架的结构与尺寸都直接由标准中选取，因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架相关参数如下：凹模周界L：250凹模周界B：250闭合高度(参考)|最小：240闭合高度(参考)|最大：2851上模座 数量1 规格：250250502下模座 数量1 规格：25025065 图18 3导柱 数量1 规格：35230 4导套 数量1 规格：3512548导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56-62HRC。上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC。5、弹顶器的弹性元件的选取落料拉深复合模选用橡皮作为弹性元件，橡皮一般为聚氨胶，因为它允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调理方便。因为聚氨脂橡胶的总压缩量一般35%,所以取30%，刚聚氨胶的高度根据h=0.3H计算。h为压边圈运行的高度，h=60mm。所以橡胶的高度H=60/0.3=200mm选取三块同样的橡胶.中间加上钢垫圈,防止失稳弯曲.其结构图如下图19。图19二次拉深模选用弹簧作为弹性元件.选用圆柱螺旋弹簧,它的主要技术参数是工作极限负荷Fj与其相对应的工作极限负荷下的变形量Lj。根据所需要的卸料力或推件力FQ以及所需要的量大压缩行程L0，来计算Fj 与Lj，然后就可以在标准中选取相应的规格弹簧。1） 确定弹簧的数目为12） 顶件载荷FQ=压边力=1440N3） 最大压缩行程L0=h1 + h2 + h3 + t =1+46.8+7+0.8=55.6mm4） 计算所需的弹簧的工作极限负荷Fj 与工作极限负荷下的变形量Lj，K取40% Fj = FQ/K=1440/0.4=3600N Lj= L0/(1-K)=55.6/(1-0.4)=92.67N由上述二式查弹簧标准表得：弹簧材料直径为10mm，弹簧中径为7.5mm，节距为t=26.5,工作极限负荷Fj =3500N,变形量Lj=111mm,有效圈数为7.5七、模具总装配图1、首次拉深模总装配图如下图20所示。 图202、 二次拉深模总装配图如下图21所示。小 结 通过这次毕业设计使我熟悉了冲压模具的整个过程，并且了解了在做冲压模具之前首先要对产品的结构形态，模具的结构形态。也就是要对产品的工艺性进行合理的分析，从而