机械毕业设计（论文）-盖体制件冲压模具设计【全套图纸】 .doc

北华航天工业学院第1章 盖体制件的工艺分析名称： 盖体零件简图： 如下图1所示材料： h62料厚： 1mm 图1材料h62的力学性能：抗剪强度/mpa =412抗拉强度b/ mpa b=412h62为双相黄铜，强度较高，有一定的耐腐蚀性，不适宜冷变形加工，可进行热变形加工。1. 工件的内、外角没有尖锐的转角，圆角半径均大于板厚，容易加工2. 工件上没有窄长的悬臂和凹槽，拉深部分也属于浅拉深，较易完成3. 孔与孔之间、孔到边缘的距离均大于两倍的板厚，满足加工要求4. 孔的大小满足所能冲至的最小孔颈此盖体制件为锥筒形件，形状简单，所有尺寸均为自有公差，对工件厚度变化也没有作要求。制件的圆角r=2t，满足拉深要求。由于未注明公差等级，所以按照未标公差等级处理，选择it14级进行计算。全套图纸，加153893706第2章 工艺方案的确定制件材料为比较贵重的黄铜，要合理安排工艺，以减少废料提高材料的利用率，降低成本。根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔、拉深、翻孔、切边五种。按其工序先后组合，可得如下几种方案：(1) 落料拉深再拉深冲孔翻边切边 单工序冲压(2) 落料拉深再拉深切边冲孔翻边 单工序冲压(3) 落料冲孔拉深再拉深翻边切边 复合冲压(4) 落料拉深再拉深切边冲孔翻边 复合冲压(5) 落料拉深再拉深冲孔翻边切边 复合冲压方案(1)、(2)属于单工序冲压。由于此制件尺寸较小，这两种方案生产效率低，操作也不安全，故不宜采用。方案(3)（4）（5）均属于复合冲压。对于方案(3)，如果先冲孔，在后续的拉深过程中孔会变形，特别是凸缘部分的四个5.2的孔发生变形后，不符合制件的工作要求。故不选择方案(3)。 对于方案(4)，冲孔安排在后面，解决了方案(3)中孔变形的问题，但是先切完边后，在后续的冲孔过程中，有效的压边表面积减小，使工件的定位受到影响，不利于后续的工序。对于方案(5)，既解决了方案（1）（2）的生产率低的问题，又避免了（3）（4）中的问题。综上所述，选择方案(5)最为合适。第3章 工艺尺寸的计算3.1 计算毛坯尺寸冲裁是为拉深冲制毛坯，其形状与尺寸需要根据拉深件进行计算，拉深件为一个简单的旋转体圆锥筒，拉深过程中料厚不变，可按拉深前后面积不变的原则进行计算。按照面积不变原则求解 ，整理，得 d0=式中 a拉深件的总面积； d0拉深件的毛坯直径； ai拉深件各组成部分的面积。为方便计算，将制件分为a、b、c、d、e、f六部分，分段计算，最后求和，得出毛坯的总面积。如下图2所示：图2特别说明的是，制件的凸缘是矩形的，但是在生产过程中，如果在下料时就下成矩形的落料件，不利于后续的拉深成形，故下料时的落料件为圆形，矩形是在最后经切边工序得到的。故为方便计算，在计算毛坯时，凸缘按圆周处理。b段：r=2.5 d=40ab=r (d-4r) /2 = 454.21mm2c段 d0=29 d=35 h=20ac=l（d0+d）/2=2033.11mm2d段 d=29 h=13ad=dh=1184.38mm2e段 d=24 r=2.5ae=r(d+4r) /2=335.358mm2f段 d=24af=4d2=452.39mm2查表得凸缘的修边余量为=2.2故凸缘的可看作圆环 外圆直径d=522+2.2 内圆环直径d=40aa=4(d2-d2)=3588.01a毛坯=aa+ab+ac+ad+ae+af=8047.454mm2又a毛坯=4d毛坯2解得 d毛坯=101mm3.2 确定拉深系数及拉深次数3.2.1 判断能否一次拉深df/d=74/30=2.466，t/d=1/101=0.99，查表得首次拉深允许的最大相对高度为h1/d1=0.220.27。而制件的相对高度h/d=1.2，所以一次拉不成。决定实际采用的毛坯直径考虑到板料的厚度，为了防止后续拉伸出现拉破的现象，决定首次拉深按表面积计算多拉入5的材料，在后续拉深再将多拉入的料返还到凸缘，就可以防止再拉深时因凸缘材料再流入凹模而出现拉破现象。则实际采用的毛坯直径d1为d1=1.05d=103.49103.5mm3.2.2 计算首次拉深直径要确定带凸缘件的首次拉深系数mt，需已知df/d1，单但首次拉深直径d1尚未拉出，只好先假定一个df/d1值，计算出d1后，再验算所取mt是否合适。设df/d1=1.54，由表查的mt=0.47则首次拉深直径为d1=mtd1=0.47103.5=48.64mm3.2.3 验算所选的mt是否合适由表查的首次拉深允许的最大相对高度为h/d，再计算首次拉深工序件的相对高度h1/d1。为了计算首次拉深工序件的高度，需要首先确定拉深的圆角半径rp与rd。取rp=rd=r1r1=0.8(d1-d1)t=7.45mm则h1=0.25(d12-df2)d1+0.86r1其中d1=103.5mm df=74mm d1=48mm t=1mm代入数字，解得h1=33.3424mmh1/d1=0.686表中所给h/d=0.370.44h1/d1h/d显然所选取的mt不合适。重新选取df/d1=1.48查的mt=0.5 则d1=mtd1=0.5103.5=51.7551mm取rp=rd=r1r1=0.8(d1-d1)t则h1=0.25(d12-df2)d1+0.86r1其中d1=103.5mm df=74mm d1=51mm t=1mm代入数字，解得h1=30.8mmh1/d1=0.6表中所给h/d=0.450.53h1/d1h/d显然所选取的mt还不合适。重新选取。设df/d1=1.3，由表查的mt=0.53则首次拉深直径为d1=mtd1=0.53103.5=54.8mm55mm取rp=rd=r1r1=0.8(d1-d1)t则h1=0.25(d12-df2)d1+0.86r1其中d1=103.5mm df=74mm d1=55mm t=1mm r1=5mm代入数字，解得h1=28.97mmh1/d1=0.53表中所给h/d=0.50.6h1/d1h/d达到允许的h/d值的上限，可以拉成，故选取的mt=0.53基本合适，可进行后续拉深工艺的计算。 3.2.4 计算再拉深工序件的直径查表得m2=0.76 d2=m2 d1=0.7655=41.8mm42mmm3=0.79 d3=m3d2=0.7942=33mmm4=0.81 d4=m4d3=0.8133=26.73mm实际d4=30 显然此件可以经过4次拉深成形。则m4=0.93.3 确定各次拉深的圆角半径凹模的圆角半径，它影响着拉伸力的大小，拉深件的质量及拉深模的寿命，故凹模圆角半径的值既不能太大也不能太小，在生产上一般应尽量避免采用过小的凹模圆角半径，在保证工件质量的前提下取大值，以满足模具寿命的要求，通常可按经验公式计算=0.8=5mm其中 d毛坯直径(mm)；d本道工序拉深后的直径(mm)。根据计算值和经验值得：rp1=rd1=r1=5mm rp2=rd2=r2=4mm rp3=rd3=r3=3mm rp4=rd4=r4=2mm确定各次拉深高度h1=11mm h2=9mm h3=8mm h4=8mm逐步拉深如右图3所示以下各图4、图5、图6、图7分别为拉深的尺寸 图3图4 首次拉深 图5 二次拉深图6 三次拉深 图7 四次拉深3.4 拉深凸模与凹模的工作尺寸计算零件尺寸精度，零件图上未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按it14确定工件尺寸的公差。由于尺寸标注在外形，因此以凹模设计为准。首次拉深模具工作部分尺寸凹模部分=(dmax0.75)0+d=(550.750.46)0+0.08=54.6550+0.08mm凸模部分= (dmax0.752z)p0=(550.750.4621)0.050=52.655-0.050mm二次拉深模具工作部分尺寸: 凹模部分=(dmax0.75)0+d=(420.750.39)0+0.07=41.70750+0.07mm凸模部分= (dmax0.752z)p0=(420.750.3921)0.050=39.7075-0.040mm三次拉深模具工作部分尺寸:凹模部分=(dmax0.75)0+d=(330.750.33)0+0.07=32.75250+0.07mm凸模部分= (dmax0.752z)p0=(330.750.3321)0.040=30.7525-0.040mm四次拉深模具工作部分尺寸:凹模部分=(dmax0.75)0+d=(300.750.33)0+0.07=29.75250+0.07mm凸模部分= (dmax0.752z)p0=(300.750.3321)0.040=27.7525-0.040mm3.5 拉深力的计算 在实际生产中，首次拉深的拉深力采用以下经验公式进行计算 f拉=d1tbk1 式中 f拉拉深力（n）； d1拉深后工件的直径（mm）； t毛坯厚度（mm）； b材料抗拉强度（mpa）； k1修正系数，查课本表5-10可得k1=1.0带入数据，得 f拉=5514121=65977.68n66kn f压边力=a f拉a初始有效压边面积 f总拉力=f拉+f压边力69.4kn3.6 冲裁工艺计算3.6.1 排样与搭边的设计采用有搭边的排样方式，如下图排样图：查表得最小工艺搭边值a=1.2，a=1.2，步距s=104.2mm查课本表2-12剪板机下料公差=0.6按公式计算条料宽度b=(d+2 a+) 得b=105.4mm根据课本公式2-14计算一个步距的材料利用率：=76%a一个步距内工件的有效面积(mm2)s送料步距(mm)b料宽(mm)3.6.2 压力中心的计算分析零件结构可知，零件落料毛坯为圆形，冲压时的压力中心就在圆心上，而拉深时也是沿圆筒四周均匀拉深，故其压力中心也在圆心上。在设计模具时模柄轴线应该与落料凸模轴线重合。3.6.3 冲裁凸模与凹模刃口尺寸的确定3.6.3.1 冲裁模间隙值的确定落料时间隙值的确定 由于零件对落料的要求并不高，而且拉深留有足够的修边余量，所以为降低制造成本并延长模具寿命，选用较大的凸凹模间隙值即可。查新编实用冲压手册表（曹立文 王冬主编）表220，得双面间隙值z=0.050.07mm。3.6.3.2 落料时的刃口尺寸的确定 落料时，采用凸模与凹模配合加工的加工方法制造凸模、凹模。由于落料时，落料件的实际尺寸基本与凹模刃口尺寸一致，所以落料时应以凹模为基准件来配做凹模。凹模型孔为圆形，在凹模磨损后尺寸变大，按一般落料凹模尺寸公式计算 dd=( dmaxx )0+d 式中 dd落料凹模刃口尺寸； dmax工件的最大极限尺寸； x补偿刃口磨损量系数； 工件公差； d凹模尺寸上偏差；工件按it14级取，计算式中=0.87mm，dmax=103.4mm，查课本表2-21系数x取为0.5，带入以上公式，得 dd=（103.4-0.50.87） =102.965mm落料时的凸模基本尺寸为102.965mm，尺寸偏差按照凹模尺寸进行配做加工，装配后保证双面间隙值2c=0.050.07mm。即dp=102.965mm3.6.3.3 冲裁力的计算平刃口冲裁模的冲裁力f一般按照下式进行计算： f冲= kltb 式中 f冲冲裁力（n）； l冲裁轮廓的总长度（mm）； b材料抗剪强度（mpa）； t材料厚度（mm）； k系数。在冲裁时，一般取经验数据k=1.3，代入数据，得：f冲=1.3103.410.8412=138579.0016n138.6kn影响冲裁力的因素主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具的间隙、凸凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况。实际生产中常用下列经验公式计算：f卸=k卸f冲查课本表1-7知，卸料力系数k卸=0.02。因而 f卸=0.02138.7kn=2.77kn所以 f= f冲 + f推=141.37kn 第4章 压力机选择冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要问题。冲压设备的选择包括两个方面：类型及规格。对于中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深件多用开式曲柄压力机。而压力机规格的应根据冲压力的大小，冲压件尺寸和模具尺寸来确定。为安全起见，防止设备的过载，可按公称压力f压（1.61.8）f总的原则选取压力机。压力机滑块行程大小，应保证成形零件的取出和方便毛坯的放进。在冲压工艺中，拉深和弯曲工序一般需要较大的行程。对于拉深工序所用压力机的行程，至少应为成品零件高度的两倍以上，一般取2.5倍。压力机的装模高度是指滑块处于下死点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面的距离。模具的闭合高度是指工作行程终了时，模具上模座上表面与下模座下表面之间的距离。压力机的闭合高度是装模高度与垫板厚度之和。大多数压力机，其连杆长度是可以调节的，也就是说压力机的装模高度是可以调整的。设计模具时，必须使模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间。工作台面和滑块底面尺寸应大于冲模的平面尺寸，并还留有安装固定模具的余地。一般压力机台面应大于模具底座尺寸5070mm以上。工作台和滑块的形式应充分考虑冲压工艺的需要必须与模具的打料装置，出料装置及卸料装置等的结构相适应。根据经验，在选用落料拉深复合模时，落料间段的总冲压力p不要超过压力机额定压力的30%40%f总冲压力= f30%=141.37kn/30%=371.2kn查由杨玉英、崔令江主编的实用冲压工艺及模具设计手册，选取开式可倾台压力机。其主要参数如下：公称压力：400kn公称压力时，滑块离下死点的位置：7mm滑块行程：100mm行程次数：80最大闭合高度：300闭合高度调节量：80工作台尺寸：630420模柄孔尺寸：5070第5章 落料拉深复合模主要零部件的设计与选用参考落料拉深复合模的典型组合，初步打算选用如下图8所示的模具结构。凸凹模装在上模，落料凹模和拉深凸模装在下模，采用逆出件。按照各零件在模具中的作用和特点，可以将其分为两大类：图8工艺零件 这类零件直接参与完成工艺过程并和毛坯直接发生作用，包括：工作零件，定位零件，卸料和压料零件。结构零件 这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用，包括：导向零件，支撑零件，固定零件和其他零件。5.1 工艺零件的设计与选用凸凹模 分析图可知，凸凹模同时起到落料凸模跟拉深凹模的作用，下面分别进行设计与计算。5.1.1 落料凸模部分 落料件为圆形板料，所以凸模形状为圆柱状，可以采用标准圆凸模，其结构形式如下图9。其中凸模刃口部分按照落料凹模配做加工，基本尺寸值为102.965mm，装配后保证双面间隙值。凸模安装部分应该与凸模固定板采取h7/m6过盈配合。凸模长度主要根据模具结构，并考虑修磨，操作安全，装配等的需要来确定。采用弹性卸料板和导料板冲模，其凸模长度按下式计算图9l=h1+h2+h3+h4+h其中 h1凸模固定板高度(mm)； h2橡胶块高度(mm)； h3卸料板厚度(mm)； h4导料板厚度(mm) h增加高度。它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板之间的安全距离（一般取1020mm），首次拉深高度等。本次设计中 h1=30mmh2=40mmh3=18mmh4=4mmh=12mml=104mm5.1.2 拉深凹模部分 拉深凹模部分的尺寸值为55mm，装配后保证单面间隙值z=1.05t=1.05mm。凹模圆角半径r=5mm落料凹模 经计算，落料凹模刃口为dd=102.965mm，又凹模刃口为圆形，其压力中心就是圆心，凹模有效面积lb=103103，故其压力中心与矩形的中心重合.考虑到布置连接螺钉孔和销钉孔的需要同时保证凹模的刚度和强度，设计时参考课本表2-17选择c=52.整体凹模板的厚度h由经验公式h=k1k230.1f=35mm。故确定凹模板的的外形尺寸lbh=25025035如下图10所示：图105.2 卸料、顶件和推件装置设计5.2.1卸料板 本冲裁件的材料为h62，质软，且料厚t=1mm。故选用弹压卸料装置。选择弹性元件为聚氨酯橡胶。在装配模具时，弹压卸料板的压料面应超出凸模端面0.5mm，其形孔与凸模取h7h6配合。5.2.2橡胶块的选用5.2.2.1 考虑了模具结构，决定选用4个厚壁筒形的聚氨酯弹性体；5.2.2.2 计算每个弹性体的预压力fy fy= f4 =2018.1408n;5.2.2.3 考虑橡胶块的工作压缩量较小，取预压缩量y=10%，并由课本表2-27查的单位压力fq=1.1mp。5.2.2.4 计算弹性体的截面面积aa=fy/fq=1834.6735mm25.2.2.5选用直径为8mm的卸料螺钉，选取弹性体穿卸料螺钉孔的直径d=10。，则弹 d=4a+d2=47.8mm48mm5.2.2.6 h=hx+hmj+y=12+435%-10%=40mmhx卸料工作行程；hm刃磨磨损量；j聚氨酯橡胶极限压缩量； y聚氨酯橡胶与压缩量；5.2.2.7橡胶块高度的校核h/d=40/48=0.833 0.5 h/d1.5 合适5.3 推件与顶件装置推件装置 落料拉深复合模中的推件装置由打杆，推板，连接推杆和推件块组成。刚性推件装置推件力大，工作可靠。顶件装置 顶件装置由顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器组成。这种结构的顶件力容易调节，工作可靠。5.4定位零件的设计落料拉深复合模中的挡料装置采用固定挡料销。落料拉深复合模中的导料装置采用导料板。板厚h=4mm第6章 其他冲模零件模架 本套落料拉深复合模选用后侧导柱模架。模柄 中小型模具一般时通过模柄将上模固定在压力机滑块上的。本套落料拉深复合模选用凸缘模柄。有所选定的压力机确定选用5070的模柄。凸凹模、凹模固定板 凸凹模、凹模固定板主要用于凸凹模、凹模等工作零件的固定。固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本上一致，厚度取（0.6-0.8），材料可选用q235或45钢。固定板与凸模为过渡配合（h7/n6或h7/m6），压装后将凸模端面与固定板一起磨平。垫板 在凸凹模固定板与上模座之间加一块淬硬的垫板，可避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷，致使凸模松动。垫板的平面形状尺寸与固定板相同，其厚度一般取610mm，参照冷冲压模具设计航天部标准，取为10mm。校核压力机 经校核各种参数，所选压力机合适。第7章 翻孔模具的设计7.1 翻孔工艺计算由于设定工艺流程为在拉深件底部冲孔后进行翻孔，故工艺计算包含两方面内容：一是确定孔底直径d,二是核算翻孔高度h。工件翻孔后的中径为d=14 mm，高h=3.2mm，板厚t=1mm，圆角r=1mm，7.2 计算底孔直径 参考由曹立文、王冬主编的新编实用模具设计手册计算预翻孔直径dd=d-2（h-0.43rd-0.72t） 取d=8.9mm. 故由公式hmax=d2(1-k)+0.43r+0.72t得hmax=3.4mm因为hhmax,故可以一次翻孔成型。7.3 首次翻孔系数由冲压设计资料查知：h62的首次翻孔系数为k=0