机械毕业设计（论文）-带凸缘的圆筒形件冲压模具设计（全套图纸） .docVIP

沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）带凸缘的圆筒形件冲压模具设计系 别 机械工程系专 业机械设计制造及其自动化班 级学 号姓 名指导教师负责教师沈阳航空航天大学北方科技学院2013年6月摘 要我本次设计的零件为带凸缘圆筒形件,采用的材料是10钢，厚度,该零件外形简单对称,利于合理排样、减小废料，直线、曲线的连接处为圆角过渡。材料为一般用钢,采用冲压加工经济性良好。首先对零件进行了工艺性分析，然后选级进模作为该副模具的工艺生产方案，经过计算分析完成该模具的主要设计计算，凸、凹模工作部分的设计计算，还有主要零部件的结构设计，选择合适的模具材料。进行冲压设计就是根据已有的生产条件，综合考虑影响生产过程顺利进行的各方面因素，合理安排零件的生产工序，最优地选用，确定各工艺参数的大小和变化范围，设计模具，选用设备等，以使零件的整个生产过程达到优质，高产，低耗，安全的目的关键词：模具 落料 拉深 设计abstracti this design parts of flange cylindrical parts, the material is steel, thickness of the part shape is simple symmetry, conducive to reasonable layout, reduce waste, straight line, the transition curve of the joint for the rounded corners. material for steel, generally adopts the stamping processing efficiency is good.the manufacturability analysis was carried out on the parts first, and then progressive die to choose as the vice mould process scheme, through calculation and analysis to complete the main design of the mould, convex and concave mold working parts of the design and calculation, and the structure design of main components, choose the right mold material.stamping is designed according to the existing production conditions, considering the factors that may affect production process smoothly arrange part of the production process, the optimal selection, determine the process parameters and the size of the range, design mould, choose equipment, etc, to make the parts of the whole production process to achieve high quality, high yield, low consumption, the purpose of security keywords：mold blanking drawing design 目 录前言1工件的工艺性分析21.1 工艺分析21.2 确定工艺方案22 有凸缘的筒形件的确定42.1 工艺计算52.2 排样设计73 拉深力、压边力和冲裁力的计算94.1 拉深力计算94.2 压边力计算104.3 冲裁力计算104 压力机的选择125 凸、凹模尺寸的计算135.1 凸、凹模加工时工作部分的尺寸计算146 凹模设计146.1 凸、凹模的选择146.2 凸、凹模材料的选取197 模具结构设计197.1 导向设计197.2 模具工作原理197.3 空工位设计197.4自动送料装置设计208 模具总装图结束语27致 谢28参 考 文 献29iv 前 言模具可保证冲压产品的尺寸精度，是产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零件可以采用冶金厂大量生产的廉价的扎制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度取决于模具工业的发展。90年代到21世纪初我国有计划经济转向市场经济过渡，也初步建立了经济体制的时期，国际分工不断深化，科技技术突飞猛进发展的时期。在经济和科技技术、市场等各个 方面我们不断与世界接轨。我们抓住机遇，迎接挑战坚决贯彻“以科技为先导，以质量主体”的方针，进一步推动企业的振兴。而要实现振兴就必须不断提高企业的产品自主开发能力和制造水平。随着经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。由于模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国的模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期及降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。而且应该在目前已有一定基础，有条件、有可能发展起来的产品。模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。冲压工艺规程是模具设计的依据，而良好的模具结构设计，又是实现工艺过程的可靠保证，若冲压工艺有改动，往往会造成模具的返工，甚至报废。冲制同样的零件，通常可以采用几种不同方法工艺过程设计的中心就是依据技术上先进，经济上合理，生产上高效，使用上安全可靠的原则，使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下，达到最佳的技术效果和经济效益冲压件工艺过程的制定和模具设计是冷冲压设计的主要内容1一 工件的工艺性分析1.1 工艺分析拉深件的工艺性是指拉深件对拉深工艺的适应性。在一般情况下，对拉深件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的拉深工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。该零件为带凸缘的圆筒形件。属于大批量生产，且其形状简单、对称、有利于合理排样、减小废料，直线、曲线的连接处为圆角过渡。且选用10号钢，厚度为1.5mm,其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径，且工件精度要求不高，不需要校形，此工件的形状满足连续拉深工件的要求，可用拉深工序加工。1.1.1拉深时的工艺性分析拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺的难易程度。良好的工艺性是指坯料消耗少、工序少，模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废料少和操作简单方便等。在设计拉深零件时，应根据材料拉深时的变形特点和规律，提出满足工艺性的要求。对拉深材料的要求:拉深件的材料应具有良好的塑性、低的强度比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。对带料连续拉深零件形状和尺寸的要求：(1)拉深件的外径小于60mm，(2)料厚小于2mm， (3)材料相对厚度t/d0.01， (4)相对高度h/d2.5，（5）相对直径d/d2。对拉深零件精度的要求：由于拉深件各部位的料厚有较大的变化，所以对零件图上的尺寸应明确标注是外壁还是内壁。由于拉深件有回弹，所以零件横截面的尺寸公差，一般都在it12级以下，如零件高于t12级，应增加整形工序。1.2 确定工艺方案可依据表11确定表11 冲压工艺方案项目单工序模级进模复合模无导柱有导柱冲压精度低较低较高，相当于it10it13高，相当于it8it11制件平整程度不平整一般不平整，有时要校平因压料较好，制件平整制件最大尺寸和材料厚度不受限制300mm以下厚度达6mm尺寸250mm厚度在0.16之间尺寸300mm厚度常在0.05m3mm冲模制造的难度程度及价格容易、价格低导柱、导套的装配采用先进工艺后不难简单形状制件的级进模比复合模具制造难度低，价格亦较低形状复杂的制件用复合模比级进模制造难度低，相对价格低生产率低较低可用自动送料出料装置，效率较高工序组合后效率高使用高速冲床的可能性只能单冲不能连冲有自动送料装置可以连冲，但速度不能太高使用于高速冲床高达400次/分以上由于有弹性缓冲器，不宜用高速，不宜连冲材料要求可用边角料条料要求不严格条料或卷料要求严格除用条料外，小件可用边角料，但生产率低生产安全性不安全手在冲模过程区不安全比较安全手在冲模工作区不安全，要有安全装置冲模安装调整与操作调整麻烦操作不便安装、调整较容易、操作方便安装、调整较容易，操作简单安装、调整比级进模更容易，操作简单分析表11得，采用：单工序模具结构简单，需要多道工序多副模具才能完成，且生产效率低难以满足该工件大量生产的要求。复合模要在一副模具中完成几道冲压工序，因此模具结构要比单工序模复杂，而且要求各零部件的动作准确可靠，不相互干涉。这要求模具的制造达到较高的精度。模具的制造成本较高，制造周期延长。级进模是一副模具可以设置数十个工位，直至最后一个工位把工件加工成成，生产率高。通过分析对上述三种方案的比较，该件适合级进模结构（复合模不适用此件成形）。29沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）二 有凸缘筒形件的确定2.1 工艺计算2.1.1 修边余量的确定一般拉深件，在拉深成形后，工件口或凸缘周边不齐，必须进行修边以达到工作的要求。因此，在按照工件图样计算毛坯尺寸时，必须加上修边余量后再计算,查表21得:表21 带料连续拉深件的修边余量毛坯计算直径d1材料厚度t 051.01.52.0 101.22.010301.52.23.030601.82.53.03.5602.03.04.04.5毛坯直径尺寸的计算:式中h必须加上修边余量。 式中：毛坯直径(mm) 工件高度(mm) 工件半径(mm) 工件直径(mm)2，实际毛坯直径d=d1+=99+4=103mm3，计算总的拉伸系数：m总=dd=28.5103=0.28有表4-22查的【m总】=0.16 可以不用中间退火进行连续拉伸4，确定是否需要工艺切口由于td100=1.5103100=1.469 d42d=6028.5=2.11 hd=58.528.5=2.05有表4-2，由于hd2，采用有工艺切口的连续拉深5，选用切口形式，计算切口尺寸，确定料宽，步距 选用表4-11序号的切口形式 切口的有关尺寸为k=0.35d=0.35103=36mmc=1.05d=0.15103=108mmn=5(毛坯尺寸较大，切口尺寸n需要有一定的强度，故取n=5)r=1 料宽b由表4-12查得：b=c+2b2=108+22=112mm 步距a由表4-12查得：a=d+n=103+5=1082.1.2 确定拉深次数和各次拉深直径1. 确定是否需要多次拉深由于dfd=2.11，td=1.46，hd=2.05，由表4-20查得h1d1=0.460.36，则hd（2.05）h1d1（0.460.36）需要多次拉深2，确定拉深次数和拉深系数 按表4-17试选m1=0.5按表4-18选m2=0.76，m3=0.79，m4=0.81得 m1m2m3m4=0.250.28故4次拉深能达到制件的要求3，计算各次拉深直径 d1=dm1=103*0.5=51.5mm 取d1=52mm d2=m2d1=0.76*52=39.52mm 取d2=40mm d3=m3d2=0.79*40=31.6mm 取d3=32mmd4=m4d3=0.81*32=25.9mm 取d4=28.5mm4，确定各次拉深凸凹模圆角半径 根据产品图要求 r凹=r凸 故 r凹1=r凸1=4*t=4*1.5=6 r凹2=r凸2=5.5 r凹3=r凸3=5 r凹4=r凸4=52.1.3 计算各次拉深高度拉深高度按式4-12计算第一次拉深高度，考虑多拉入凹模的材料比所需的多3%，此时假想的毛坯直径变成为： d1=106.09=106 h1=（d12-d fs 2）+0.86r1 先由下式计算出最后一次拉深凸缘直径d fs，由下面关系式得知 ( d fs 2- d f 2)= (d2-d12)式中，d fs计入修边余量后的凸缘直径（mm）d f 产品图上规定的制件凸缘直径（mm）d1计算毛坯直径（mm）d实际毛坯直径（mm）由此，d fs=66.39=66.5则第一次拉深高度h1=【（1062-66.52）+0.86*6.75】=38.56=38第二次拉深高度，考虑拉入凹模的材料比所需的多2%，此时假想毛坯直径为：d2=104h2=（d22- d f 2）+0.86r2 =45d3=103.5h3=53h4=58.5 2.2 排样图有上述计算知：步距s=108mm，条料宽b=112mm,工艺切口尺寸：n=5mm, k=36mm, c=108mm经计算排样图有如下工位组成：切工艺孔 首次拉深 空工位 第二次拉深 第三次拉深 第四拉深 落料排样图如下图所示：沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）三 拉深力和压边力的计算3.1 拉深力的计算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比较困难的，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。计算拉深力的目的是为了合理的选用压力机和设计拉深模具。总的冲压力为拉深力与压边力之和。采用经验公式计算拉深力，对于圆筒形件： fl= dbk 式中 拉深力 筒形件的工序直径，根据料厚中线计算 材料厚度 材料抗拉强度 k系数，与拉深系数有关见表41表41拉深力修正系数k1和k2拉深系数m10.50.650.70.8修正系数k11.00.720.60.4拉深系数m20.750.770.80.85修正系数k20.90.850.80.70由上式可算出该零件的拉深力：其中为335mpa 总拉深力f=f1+f2+f3+f4=211.8(kn)3.2 压边力的计算在拉深过程中，压边圈的作用是用来防止工件边壁或凸缘起皱的。随着拉深深度的增加而需要的压边力应减少。1， 首次拉深压边力fq1=af8=b2-(d凹1+2r1)2f8 =9902（kn）fq2=a2f8 =21.71(kn)fq3=a3f8=1.25(kn) fq4=a4f8 =0.62(kn)总压边力fq=fq1+fq2+fq3+fq4=122.77(kn)3.3 冲裁力的计算工艺切口冲裁力计算 p=l*b*t =414.62*335*1.5=208.35(kn)冲工艺切口卸料力计算 f卸=k*p =0.05*208.35=10.42(kn)落料力的计算p落=l*b*t =60*3.14*335*1.5=94.7(kn)落料卸料力f卸=k*p落 =0.05*94.7=4074（kn）总冲压力f总 f总=211.8+122.77+208.35+10.42+94.7+4.74=652.78（kn） 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）四、压力机的选择此件属于深拉深件即hd（58.530），在选用压力机时要求压力机的行程2.5h，这副带料连续拉深级进模的设备的选用，不是根据此件的冲压力选择压力机，而是根据模具的外形尺寸和工件本身拉深工艺来选用压力机。压力机的型号：jl-160a，开式固定台式高性能压力机（速度可调式，速度根据试模结果确定），生产厂：扬州锻压机床有限公司。 工作台尺寸：1200*650（mm） 封闭高度：580mmh365mm 工作行程：170mm 模具闭合高度：432.7mm 要求冲床的行程s2.5h=2.5*58.5=146.25mm170mm,故设备满足级进模的要求。五 凸、凹模尺寸的确定冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之间，如无特殊说明，冲裁间隙一般是指双边间隙。冲裁间隙对冲裁过程有很大的影响，对模具寿命也有较大影响。合理间隙值有一个相当大的变动范围，约为（5%25%）t左右。取较小的间隙有利于提高冲件的质量取较大的间隙有利于提高模具的寿命。因此，在保证冲件质量的前提下，应采用较大间隙。冲裁间隙的合理数值应在设计凸模与凹模工作部分尺寸时给予保证，同时在模具装配时必须保证间隙，沿封闭轮廓线的分布均匀，这样才能保证取得满意的效果。5.1 凸、凹模加工时工作部分尺寸冲裁件的尺寸精度主要决定于凸凹刃口尺寸及公差，模具的合理间隙值也是靠凸凹刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹刃口尺寸及公差，是冲裁件模设计中的一项重要工作。凸凹刃口尺寸计算原则：（1）落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙。（2）刃口磨损后冲件尺寸增大，取接近或等于冲件的最大极限尺寸。（3）冲孔尺寸取决于凸模，因此冲孔模先确定凸模刃口尺寸，用减小凹模刃口尺寸来保证合理间隙。（4）刃口磨损后冲件尺寸减小，取接近或等于冲件的最小极限尺寸。（5）在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙一般冲模精度较冲件精度高23级。此模具中的凸模和凹模工作部分尺寸的加工均采用分开加工的方法制造，加工精度孔为it8级，轴为it7级。 5.1.1拉深凸、凹模的间隙拉深模的间隙是指单边间隙,间隙过小增加摩擦阻力，使拉深件容易破裂，且易擦伤零件表面，降低模具寿命；间隙过大，则拉深时对毛坯的校直作用小，影响零件尺寸精度。因此，拉深模的间隙单面一般比毛坯厚度略大一些。筒形件拉深时，间隙可按下面方法确定:单面间隙： 式中 板料最大厚度 间隙系数,第一次拉深取0.2 第二次拉深取0.11 第三次拉深取0.105 第四次拉深取0.材料厚度该拉深工序件为外形尺寸可取自由公差，故拉深件尺寸为,由拉深模工作部分尺寸的计算公式可得：凹模工作部分尺寸： d凹1=(d-0.75)+it8d凹1=53.5-0.75*0.46=53.16+0.04z=1.2t=1.2*1.5=1.8d凸=53.16-1.8*2=49.560-0.03拉深工位二 d凹=（41.5-0.39*0.75）+0.040=41.2+0.040z=1.1*t=1.1*1.5=1.65d凸=（141.2-2*1.65）0-0.025=37.9拉深工位三d凹=（33.5-0.39*0.75）+0.040=33.2+0.040z=1.05t=1.05*1.5=1.58d凸=（33.2-1.58*2）0-0.025=30.040-0.025拉深工位四d凹=（30-0.39*0.75）+0.040=29.7+0.040z=td凸=（29.7-2*1.5）0-0.025=26.70-0.025六 凸、凹模设计6.1 凸、凹模的选择冲工艺缺口凹模采用独立安装结构，目的是为了将来模具维修和更换方便（见凹模结构图）。拉深凹模、落料凹模采用镶嵌式结构，固定部分选用h7/m6过渡配合，台阶连接（见二次拉深凹模结构图）。冲工艺缺口凸模采用直通式结构，与固定板h7/m6过渡配合，螺钉连接（见凸模结构图）。拉深、落料凸模台阶式连接方法，与固定板h7/m6过渡配合（见二次拉深凸模结构图）。再次拉深压边圈的结构（见二次拉深压边圈图） 6.2 凸、凹模材料的选用凸、凹模，压边圈材料均选用cr12mov。cr12mov钢是高碳、高铬莱氏体钢，具有较高的耐磨性，淬透性，淬硬性，强韧性，热稳定性，抗压强度，微变形和综合性能优良，具有广泛的适应性。级进模加工和维修要求比其它类型模具严得多，模具工作零件在选材上注重使用寿命，各项性能要满足级进模的要求，故模具工作零件材料选用cr12mov。七 模具结构设计7.1 导向设计1、 模架采用自制四导柱滚动导向钢制模架。导柱、导套采用滚动独立柱导向装置，独立柱是标准件，导向精度高，安装方便。2、 上模部分和下模部分各自设计六个小导柱、导套进行内部导向，使模具在开启状态压料板和托料板均处在被导向的状态，保证模具有足够的导向精度，见模具自由状态下压料板和托料板位置图。3、 切口工位、拉深工位，落料工位的卸料板和压边圈均各自独立设计，见模具总装图。4、 弹簧元件采用矩形截面弹簧，且各自独立可调和更换。7.2 模具工作原理1、 上模随滑块下行，当压料板与板料接触时模具处于开始工作状态；2、 滑块继续下行，这时压料板压着板料和托料板一起下行，托料板弹簧受压收缩（压料板弹簧力远大于托料板弹簧力，设计时设定，压料板弹簧：30*15*200蓝色，负荷1186.6n,25件。托料板弹簧：25*12.5*250蓝色，负荷823.6n，16件）。当托料板与限位柱接触时，托料板停止下行；3、 当托料板停止下行，滑块继续下行，这时凸、凹模开始工作，压料板弹簧受压收缩，当滑块下行至压料板和拉深凹模固定板接触时，滑块到达下死点，七个工位同时工作完成；4、 滑块返程完成一次冲裁，弹簧恢复到原始位置，托料板，压料板恢复到无工作状态（见自由状态下压料板和托料板位置图）。模具工作详图见冲裁工位工作原理图和拉深工位工作原理图。7.2 空工位的设计此模具在首次拉深工位后设计了一个空工位，这个空工位是根据模具结构需要特设的，首次拉深压边圈外形尺寸较大，需占有一定的空间，为了给首次拉深压边圈留有足够的活动空间，所以在首次拉深工位后设计了一个空工位。 7.2 自动送料装置设计目前冲压自动送料装置已标准化，生产厂家也较多，只要我们把所需的技术参数提供给生产厂，生产厂按提供的技术参数设计送料装置，负责安装调试，直至正常生产。此模具采用辊式送料装置，技术参数：料厚t=1.5mm，步距s=108mm0.02mm，拉深高度h=58.2mm。 第八章 模具的总装图由以上设计，可得到如图1.8所示的模具总装图。 结束语通过这次的毕业设计,使我初步掌握了冲压成形的基本原理;掌握了冲压工艺过程和冲压模具设计的基本方法;具有拟订一般复杂程度冲压件的工艺过程和设计一般复杂程度冲压模具的能力;通过这次的设计使我已经能够运用所学基本知识,分析和解决生产中常见的冲压工艺及模具方面的问题.这次设计我也遇到了许多困难,如在排样设计这一块,它的利用率不知道该如何来解决,最后查阅多方面的资料和同学的帮助,最终克服了这个困难.冲裁间隙与拉深凸、凹模间隙两者之间有许多不同,刚开始我总认为凸凹模刃口尺寸计算和拉深工作部分尺寸计算用的都是同一个间隙值,其实一个是双边间隙一个是单边间隙.还有模架的选取,压力机的选择等方面都遇到了一些困难,最后通过查资料和运用平时积累的知识解决了这些问题.所以，在以后的工作中，需要继续学习和加深。因水平有限，设计中必然有所许多不足之处，还望老师批评指正。总之，本次设计让我受益非浅，各方面