机械毕业设计（论文）-汽车配件轮边防尘罩冲压模具设计.pdf

i 本科毕业设计本科毕业设计(论文论文) 题目：汽车配件轮边防尘罩冲压模具设计题目：汽车配件轮边防尘罩冲压模具设计 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 05 月 ii 汽车配件轮边防尘罩冲压模具设计汽车配件轮边防尘罩冲压模具设计 摘要摘要 本设计是汽车配件轮边防尘罩冲压模具设计，分析工件结构，其主要包括落 料；拉深；冲孔；修边。首先确定工艺方案，选择一个比较合理的设计方案。其 次， 根据设计方案确定一共需要多少副模具来完成轮边防尘罩的生产。在本次设 计中，采用三副模具来生产该工件。第一副是落料拉深，第二副是冲孔，第三副 是修边。每副模具的设计中都包括凸凹模刃口尺寸的确定和结构形式，定位零件 的设计，卸料与推件装置的设计，以及其它辅助零件的设计。在模具的设计过程 中首先要考虑零件工作的合理性，然后考虑零件的经济性。 关键词：关键词：工艺分析；方案确定；落料拉深；修边冲孔 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 iii blanking die design of dust cover of the wheel rim abstract this design is blanking die design of dust cover of the automobile wheel rim, including blank; deep drawing; punch; modification, through the structure analysis of work piece. first, determination of technological arrangement is for choosing the best alternatives in this design. second, according to the proposal of this design, we should decide that how many moulds are used to complete production of dust cover of the automobile wheel rim. in this design, three moulds are applied in this process. the compound for blanking and deep drawing is used in the first process. punch are practiced in second process. similarly, the third mould is used for modification in the last process. one each of these moulds design is consisted of the sizes of punch and die cutting edge, location components, tripping and ejection equipment, and assistant structure parts. in the process of mould design, we should consider the reasonableness of working parts, and then take the cost of parts production. key words: technological analysis; determination of arrangements; blank and deep drawing; modification and punch iv 目目 录录 1 绪绪 论论 . 1 1.1 冲压与冷冲模概念. 1 1.2 模具工业在当今市场的发展状况和前景. 1 1.3 模具在现代工业中的地位 2 1.4 冲压工艺的种类 2 1.5 冲压行业阻力和障碍与突破 3 2 冲压件的工艺过程冲压件的工艺过程 . 5 2.1 分析零件的冲压工艺性 5 2.1.1 分析其冲裁的工艺性 5 2.1.2 分析其拉深的工艺性 6 2.1.3 材料的性能 9 2.2 冲压件的工艺方案的拟定 9 2.3 毛坯尺寸的确定 10 3 排样和搭边排样和搭边 . 11 3.1 冲裁件的材料利用率. 11 3.2 排样和搭边 12 4 压力机的选择压力机的选择 14 4.1 落料拉深 14 4.1.1 压力中心 14 4.1.2 压边力、拉深力的计算. 15 4.1.3 压力机的选择 16 4.2 修边冲孔 17 4.2.1 冲裁力. 17 4.2.2 推件力 18 4.2.3 卸料力 18 4.2.4 压力机的选择 . 18 5 落料拉深模具设计落料拉深模具设计 . 19 5.1 模具类型 19 v 5.2 模具结构和工作原理 19 5.3 主要零件的结构与设计 20 5.3.1 工作零件 20 5.3.2 定位零件 24 5.3.3 压料、卸料及出件零件 25 5.3.4 辅助结构零件. 25 5.3.5 工作零件的设计. 26 5.3.6 其他零件的设计. 28 6 冲孔模的设计冲孔模的设计 29 6.1 模具基本结构与工作原理 29 6.2 模具的主要零件设计 29 6.2.1 工作零件的设计 29 6.2.2 其它零件的设计 32 7 裁边模设计裁边模设计 . 34 7.1 模具基本结构和工作原理 34 7.2 模具主要零件的设计 34 7.2.1 工作零件的设计 34 7.2.2 其它零件的设计 35 8 模具加工工艺分析模具加工工艺分析 . 37 8.1 模具材料 37 8.2 模具加工工艺 37 总总 结结 . 38 参考文献参考文献 . 39 致致 谢谢 . 40 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 vi 1 绪论 1 1 绪绪 论论 1.1 冲压与冷冲模概念冲压与冷冲模概念 冲压是在室温下，利用安装在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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。 在冲压加工中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装备，称为冲压模具。冲 模在现实冲压加工中是必不可少的工艺装备，与冲压件“一摸一样”的关系，若 没有符合要求的冲模，就不能生产出合格的冲压件；没有先进的冲模，先进的冲 压成型工艺就无法实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模 具、 高效的冲压设备是必不可少的三要素。冲模在种类繁多的模具中占有十分重 要的地位，是工业生产中应用最为广泛的模具，从产量上看，它占了模具总产量 的 30%以上，从产值上看，它占了模具总产值的 50%左右。 冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有 许多独特的优点。生产的制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高 生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。但需要指出的是，由于进 行冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件 小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（占产品成本的 10%30%）等特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工 的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。 1.2 模具工业在当今市场的发展模具工业在当今市场的发展状况状况和和前景前景 模具工业作为现代社会的一种新兴工业，它能够节约能源、节约原材料以及 较高的生产效率，它能够保证比较高的加工精度等特点。模具市场在世界上大部 分都是供不应求的，它的市场需求量大致 580 亿至 660 亿美元之间，与此同时， 模具工业在我国也迎来了一轮新的发展前景。 模具工业在我国最近几年总产值保 持 12.5%的年增长率，截止至 2006 年底模具产值预计超过 550 亿元。 毕业设计（论文） 2 1.3 模具在现代工业中的地位模具在现代工业中的地位 在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、 塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。由于采 用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质 量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部 件很多都采用模具进行加工。据国际技术协会统计，2011 年产品零件粗加工的 80%，精加工的 60%都由模具加工完成。 1.4 冲压工艺的种类冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称 冲裁， 其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量 要求。 成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状 和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯 曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大， 要求冲压材料厚 度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀， 无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常用 与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲 压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。 模具制造成本和寿命则是 影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长 了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多 工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量 和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适 用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多 工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和 快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。在 每分钟生产数十、 数百件冲压件的情况下， 在短暂时间内完成送料、 冲压、 出件、 排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一 毕业设计（论文） 3 个非常重要的问题。 1.5 冲压行业阻力和障碍与突破冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一：生产集中度低 许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生 产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市 场竞争力弱； 摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争， 处于“优而不胜， 劣而不汰” 的状态；封头制造企业小而散，集中度仅 39.2%。 突破点：走专业化道路 迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零 部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制 造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件 做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。 阻力二：机械化、自动化程度低 美国 680 条冲压线中有 70%为多工位压力机，日本国内 250 条生产线有 32% 为多工位压力机， 而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却 为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设 备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的 5-10 倍，多数企 业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形， 设备投资大，国内难以起步。 突破点：加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面， 结合具体情况， 采取新工艺， 提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲 压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生 产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发 展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技 术、 液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型 材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。 阻力三：科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常 很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、 推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创 新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统 毕业设计（论文） 4 冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储 备。 突破点：走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合 体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化 项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、 技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。 阻力四：冲压板材自给率不足，品种规格不配套 目前，我国汽车薄板只能满足 60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、 合金化镀锌板、超宽板(1650mm 以上)等都依赖进口。 突破点：所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方 向发展，并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用 已势在必行。 阻力五：大、精模具依赖进口 当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准 化程度尚低，大约为 40%45%，而国际上一般在 70%左右。 突破点：提升信息化、标准化水平 必须用信息化技术改造模具企业， 发展重点在于大力推广 cad/cam/cae 一体化技 术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(cae)。加速我国模具标准化 进程，提高精度和互换率。力争 2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60%，2010 年达到 70%以上基本满足市场需求。 2 冲压件的工艺过程 5 2 冲压件的工艺过程冲压件的工艺过程 2.1 分析分析零零件的冲压工艺性件的冲压工艺性 零件的名称轮边防尘罩，其材料为 q235，料厚 t=2mm，分析其形状，主要由 等六边形包含 6 个小孔以及 200mm 深的形腔组成，完成此零件的生产，其主要有 拉深和冲孔组成。如下图 2.1 所示 图 2.1 零件图 2.1.1 分析分析其其冲裁的工艺性冲裁的工艺性 冲孔时， 由于受到凸模强度的限制， 孔的尺寸不宜过小， 其数值与孔的形状、 材料的机械性能、材料的厚度有关。由零件图知，其孔的直径为 20mm，大于孔 的最小要求尺寸（1.2t=1.2x2=2.4mm），所以显然满足冲孔要求。 工件冲孔边缘离外形的最小距离不应小于 1.5t=2mm,孔壁与拉伸直壁满足 距离r+0.5t=9mm，均显然满足。如下图 2.2 所示 毕业设计（论文） 6 图 2.2 孔边距 该零件端部六角为尖角，若采用落料工艺，则工艺性较差，根据该零件的装 配使用情况， 为了改善落料的工艺性， 故将四角修改为圆角， 取圆角半径为 20mm。 如下图 2.3 所示 图 2.3 修边角 2.1.2 分析其拉深的工艺性分析其拉深的工艺性 此工件的拉深属于筒形件拉深，筒形形件是由圆角和筒形柱面两部分组成 拉深件侧壁与底面或凸缘连接处的圆角 r，如图 2.4，应取 r2t,为使拉伸顺利 进行，实际取 r=4t=8mm,显然满足。 毕业设计（论文） 7 图 2.4 有凸缘的筒形拉深件 由拉深的高度为 200mm，分析计算其拉深次数以及尺寸，如图 2.5 所示，则 拉深时尺寸的计算如下 图 2.5 有凸缘的筒形件 a. 修边余量的考虑修边余量的考虑 拉伸过程中，由于材料的各向异性，模具间隙不均，摩擦力不均及定位不准 确等因素影响， 使拉伸口不齐， 为保证制件的高度方向的尺寸精度， 须进行修边， 在计算毛坯尺寸后需要计入修边余量。 b. 毛坯直径计算毛坯直径计算 毛坯直径 d=（d0+4dh-3.44rd）1/2 式中 d=458, d0=577.35, h=200, 单位 mm, 代入相应数值得 d=829 c. 确定能否一次拉深成形确定能否一次拉深成形 相对凸缘直径：d0/d=577.35/458=1.26 相对毛坯厚度：(t/ d)100=（2/829）100=0.24 毕业设计（论文） 8 由相对凸缘直径和相对毛坯厚度查表 2.1 得： h/d=0.450.53 而实际零件 h/d=200/458=0.436 0.060.2 0.20.5 0.51.0 1.01.5 1.5 1.11.3 0.400.47 0.450.56 0.500.60 0.560.72 0.650.80 d. 计算与选取计算与选取 选取 m1,并计算 d1,若一次拉深成形，由 d0/d=1.26 和 (t/ d)100=0.24 查表 2.2 得 m1=0.55,符合使用压边圈 m1 取 0.50.6 规律，则： d1=m1d=0.55x829=456mm 表 2.2 相对厚度 凸缘相 对直径 d0/d 毛坯相对厚度（t/d）x100 21.5 1.52 22.5 2.5 250 6 5 4 3 修边余量 =6 则毛坯的直径 d0=d+2=841mm 所以毛坯为直径为 841mm 的圆。 3 排样和搭边 11 3 排样和搭边排样和搭边 3.1 冲裁件的冲裁件的材材料料利用率利用率 在大批量生产中，原材料费用占生产成本的 60%80%。节省材料对降低成 本有着重要的作用。生产中， 通常利用材料的利用率作为衡量材料经济利用程度 的指标。根据原材料供应情况生产实际的不同需求，材料利用率有着不同含义和 计算方法。单个零件的利用率、条料的利用率和板料的利用率的含义和计算公式 见式 3.1、式 3.2 和式 3.3 单个零件的材料利用率 1： 1=(n1a/bh)100% 条料的材料利用率 2： 2=(n2a/lb)100% 板料的材料利用率 3： 3=(n3a/l0b0) 100% 式中：a冲裁件面积（mm2）； b条料宽度（mm）； h送料进距（mm）； n1一个进距内冲件数； n2一个条料上的冲件总数； l条料长度（mm）； n3一张板料上的冲件总数； l0板料长度(mm)； b0板料宽度（mm）； 由式可见，若原材料以板料的形式供货，则板料的材料利用率就是总的材料 利用率。为了提高材料利用率，需选择板料裁成条料的合理裁板方法。 根据毛坯形状，选择的板料规格为 2mm3400mm1700mm 其裁板方法采用横排，其形式如下图 3.1 所示 图 3.1 裁板方法 毕业设计（论文） 12 材料的利用率还与条料宽度、送料进距、一个进距内的冲件个数、一条条料 上的冲件总数和条料长度等多个参数有关。 而这些参数取决于制件在条料上的布 置方法和搭边。因此，选择合理的排样方法和搭边值是提高材料利用率的重要措 施。 3.2 排样和搭边排样和搭边 冲裁件在板料上的布置叫排样。排样的合理与否不仅影响材料的经济利用， 还影响模具结构与寿命，生产效率，工件精度，生产操作方便与安全等。 根据毛坯形状，使用的排样图如下图 3.2 所示 图 3.2 排样图 排样中相邻两制件之间或制件与条料边缘间的余料称为搭边。 搭边的作用之 一是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料误差而冲出残缺的废品；搭 边的作用之二是保持条料在冲裁过程中的强度和刚度，保证条料的顺利送进。此 外， 选取合理的搭边值还可以调整模具沿周边的受力状况，提高模具寿命和工件 断面质量。 普通钢板冲裁件的搭边值（a）和沿边搭边值（b）见表 3.1 毕业设计（论文） 13 表 3.1 普通钢板冲裁件的搭边值（a）和沿边搭边值（b） 材料厚度 t（mm） 矩形件边长 l50mm 2.0 a 1.5 a1 1.9 这里我取 a=1.5 a1=1.9 则条料宽度 b=d0+2xa1=841+2x1.9845mm 送料进距 h=841+1.5=842.5mm 因为选用的板料规格为 2mm3400mm1700mm,而且裁板方式为横裁，所以 每块板料可以裁成 4 个条料，每块条料的长度为 3400mm，宽度为 850mm。 则：板料面积 a0=34001700=5780000 mm 每个条料裁的零件数为：n2=4 每个板料裁的零件数为：n3=4x2=8 个 每个零件的面积为 a=do/4=555215.6mm 所以总的材料利用率 k=（n3a/a0）100%=76.8% 4 压力机的选择 14 4 压力机的选择压力机的选择 4.1 落料拉深落料拉深 4.1.1 压力压力中心中心 因为工件为圆形，所以其压力中心与工件的几何中心重合即其圆心。即，工 件的几何中心就是压力中心。 落料时的力的计算： 冲裁力： 冲裁力是指冲裁过程中的最大抗力，也就是力行程曲线的峰值。它是合理 选用冲压设备和校核模具强度的重要依据。影响冲裁力的因素很多，主要有材料 的力学性能、厚度、冲裁件的周边长度、模具间隙以及刃口锋利程度等。 平刃口的模具冲裁力可按 4.1 式计算 f=ltk (4.1) 式中：f冲裁力；n l冲裁件周长；mm t材料厚度；mm k抗剪强度；mpa 考虑到冲裁与剪切、拉深的不同及速度的影响，以及刃口的磨损，凸凹模间 隙的不均匀，材料的性能波动和厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需要增加 30%，如下式 4.2： f=1.3 l tkltb (4.2) 式中：b材料的抗拉强度，由表 1-2 知道，取 370n/mm2 l工件的周长，等于d0=2642.1mm t材料厚度为 2mm 所以 f=2642.12370=1823434n=1823.44kn 卸料力、推件力和顶件力 当冲裁件工作完成后，冲下的制件（或废料）沿径向发生弹性变形而扩张， 废料（或制件）上的孔则沿径向发生弹性收缩。同时，制件与废料还要力图恢复 弹性穹弯。这两种弹性恢复的结果，导致制件（或废料）梗塞在凹模内或抱紧在 凸模上。所以从凸模上将制件（或废料）卸下来的力叫卸料力；从凹模内顺着冲 毕业设计（论文） 15 裁力方向将制件（或废料）推出的力叫推件力；逆冲裁方向将制件（或废料）从 凹模洞口顶出的力叫顶件力。这些力在选择压力机或设计模具时都必须加以考 虑。 生产中常用式（4.3）、（4.4）和（4.5）来计算卸料力、推件力和顶件力。 fx=kxf (4.3) ft=nktf (4.4) fd=kdf (4.5) 式中：kx、kt、kd分别是卸料力、推件力和顶件力的系数，其值可以查表 4-1。n梗塞在凹模内的工件数。 在此副模具设计中，采用刚性卸料板，总冲裁力按下式计算： fz=f+ft ft=0.051823440=91172n=91.17kn 所以：fz=1823.44+91.17=1914.61kn 表 4.1 卸料力、推件力和顶件力系数 材料及料厚（mm） kx kt kd 0.52.5 0.040.05 0.055 0.06 4.1.2 压边力、拉深力的计算压边力、拉深力的计算 落料拉深后的工件图如下图 4.1 所示 图 4.1 落料拉深后的工件图 压边力： 毕业设计（论文） 16 采用压边圈的条件：除破裂外，拉深中常出现的问题还有压缩失稳起皱。为 了防止起皱，有效措施是设置压边圈。分析可见，起皱取决于两个因素，一个是 法兰处压应力的大小，另一个是板料的相对厚度。 分析电炉引线盒的板料相对厚度和拉深系数，查表 5.70（现代冲压技术手 册）可知，要用压边圈。 压边力的计算： 压边圈的压力必须适当，压边力过大会增加拉深变形阻力使制件拉裂，压边 力过小会使工件的边壁或法兰失稳起皱。压边力的计算公式如下： f=ap （4.6) 式中：a压边圈的面积； p单位压边力；查表 5-72现代冲压技术手册知 p=2.53.0mpa 所以 f 压=269.88kn 拉深力： 在选用压力机时，必须先求得拉深力。拉深力的计算公式如下： f=ltbk (4.7) 式中：l凸模周边长度；mm t材料厚度；mm b材料抗拉强度；n/mm2 k系数，由表 4.2 查得 表 4.2 任意形状拉深件的系数 k 值 制件复杂程度 难加工件 普通加工件 易加工件 k 值 0.9 0.8 0.7 因为，电炉引线盒的加工属于普通件的加工，取 k=0.8 l 的值由模具设计知：l=d=3.14456=1431.9mm 则 f 拉=ltbk=1431.924500.8=1031.04kn 4.1.3 压力机的选择压力机的选择 冷冲压设备的选择是冲压工艺及其模具设 计中的一项重要内容，它直接影响到设备的安全和合理利用，也关系到冲压生产 中产品质量、生产效率及成本，已经模具寿命等一系列问题。冲压设备的选择包 括两个方面：类型和规格。 毕业设计（论文） 17 选择的压力机的类型为闭式单点压力机， 由以上计算得：总的压力 f=fz+f 压+f=1914.61+269.88+031.53=3215.53kn 公称压力：公称压力定义为在下死点附近压力机所能承受的最大变形抗力。 机架、 滑块、 连杆等的强度都是基于工程压力而设计的。 为了使压力机的精度高、 保持良好工作状态，最好在工程压力的 80%以下使用。 公称压力发生的位置：表示公称压力在死点上的某一点可以发生的位置。离 合器、齿轮、曲轴的主要尺寸都是以此位置计算其转矩而决定的。 公称压力是加工中能量大小的一种表示和度量。 在加工中消耗的功和能是由 电动机提供，飞轮的大小决定使用能量的多少。 经以上论述，应选择公称压力为 4000kn 的闭式单点压力机。其基本参数由下表 4.3 所示 4.2 修边冲孔修边冲孔 修边冲孔后的工件图如下图 4.2 所示 图 4.2 修边冲孔后的工件图 4.2.1 冲裁力冲裁力 修边的冲裁力：由式 3-2 知，f=1.3 l tkltb 所以 f1=578.662370=2568.98kn 冲孔时的冲裁力： f2=6f1+f2 毕业设计（论文） 18 式中：f1冲小孔的冲裁力； 所以 f1=3.14202370=46.47kn f2冲大孔的冲裁力； 所以 f2=3.144562370=1059.56kn 则：f2=1338.38kn 4.2.2 推件力推件力 由式 4.4 知，ft=nktf 由模具的设计知道：最多梗塞在凹模内的冲孔废料为 7 个，所以 n=7 由表 4.1 知：kt=0.055 ft=70.0551338.38=515.28kn 所以总的压力为 f=f1+f2+ft=2568.98+1338.38+515.28=4422.64kn 4.2.3 卸料力卸料力 因为采用的是弹性卸料。卸料力由式 3.5 知 fd=kd f fd=0.064422.64=265.36kn 4.2.4 压力机的选择压力机的选择 压力机的最小压力为 4422.64+265.36=4688kn， 所以选择公称压力为 6300kn 的压力机。 5 落料拉深模具设计 19 5 落料拉深模具设计落料拉深模具设计 5.1 模具模具类型类型 本模具完成的工序是落料拉深，分析后决定采用顺装复合模。 5.2 模具结模具结构构和工和工作原理作原理 凸凹模装在上模， 落料凹模以及拉深凸模装在下模， 顺装复合模具向上出件， 其基本结构如下图 5.1 所示 图 5.1 落料拉深顺装复合模 其特点是压力机滑块一次行程，在同一工位，同时完成落料及一次拉深，模 具的结构比较复杂，生产率较高。 工作原理：送料完成并通过定位销定位后开始冲压过程。上模板在压力机的作用 下下行，凸凹模先与落料凹模接触进行落料，落料后紧接着进行凸模与凸凹模之 间的拉伸。拉伸完成后冲压过程结束。上模板通过模柄在压力机的作用下向上运 毕业设计（论文） 20 动，打杆相对凸凹模向下运动，将冲压好的工件从凸凹模中推出。手工送料，将 沿着定位销的限制后的方向送料，并将上一次落料的孔卡在定位销上完成定位。 5.3 主要零件的结构与设计主要零件的结构与设计 冲模的设计程序与工艺方案的选择密切相关，同时，冲裁工艺方案的确定也 受到模具结构形式的限制。所以应该根据冲裁件的结构特点、精度等级、尺寸和 形状、材料种类和厚度、生产批量和经济性等因素综合考虑，来确定模具的结构 形式。 冲模的结构形式和复杂程度虽然各不相同， 但组成模具的零件是有共性的， 其可分为工艺结构零件和辅助结构零件。 5.3.1 工工作零作零件件 凸凹模:凸凹模是指在落料的时候外刃口作为落料凸模，在拉深的时候内刃 口作为凹模。 模具间隙：模具间隙是指凸模凹模刃口间隙的距离。用 z 表示双面间隙。间 隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺和模具设计中一个 极其重要的问题。 间隙对冲裁件质量的影响 冲裁件质量是指切断面质量、 尺寸精度及形状误差。 切断面应该平直、 光洁， 即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷。零件表面应尽可能平整。影响冲裁件质量 的因素有：凸凹模间隙的大小及分布的均匀性，模具刃口状态、模具结构及制造 精度，材料性质等，其中间隙值大小及均匀度是主要因素。 凸凹模的固定形式 图 5.2 台阶式固定方式 毕业设计（论文） 21 刃口尺寸的计算 落料时应该首先确定凹模的刃口尺寸， 使得凹模的刃口尺寸接近或者等于落 料件的最小极限尺寸。材料 q235，厚度 2mm，经查表知，落料凸凹模的双面间隙 zmin=0.246,zmax=0.360 模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素， 模具的合理间隙值也 要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。 由于凸凹模存在间隙，使得落下得料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大 端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 在测量和使用中， 落料件是以大端尺寸为基准， 冲孔件是以小端尺寸为基准。 冲裁时，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈 大。结果使得间隙愈用愈大。由此在决定模具刃口尺寸及制造公差时，考虑以下 原则： 落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落 料模时以凹模为基准，间隙去在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取 在凹模上。 考虑到冲裁中凸凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应该取工件尺寸 公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔的尺寸公差 范围内的较大尺寸。这样，凸凹模虽然磨损到一定程度，仍能冲出合格零件。 由于凸凹模均要与冲裁件或废料发生摩擦，从而导致模具磨损，凸模愈磨愈 小，凹模愈磨愈大，结果使得模具间隙愈用愈大。因此在设计新模具时，凸凹模 间隙应取最小合理间隙值。 确定凸凹模公差时应考虑制件的精度要求。 如果凸凹模精度要求过高会使模 具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果精度要求过低生产出来的零件会不 合格，或使得模具寿命低。经查表，对于材料厚度为 2mm 的零件冲裁件精度为 it12 时，模具精度为 it7-it8，取 it18。 刃口尺寸计算公式： 凹模刃口尺寸： dd=(d-k)+td (5.1) 凸模刃口尺寸： dp=(dd-zmin)-tp (5.2) 式中：冲裁件公差 tp凸模刃口制造公差 td凹模刃口制造公差 k系数，由工件确定 毕业设计（论文） 22 其中 tp=0.4(zmax-zmin)=0.456 td=0.6(zmax-zmin)=0.684 因为工件的形状为圆形 则、凹模的刃口尺寸： dd=（841-0.5x0.20）+0.060=840.90+0.684 凸模的刃口尺寸： dp=（840.90-0.246）-0.050=840.654-0.456 内刃口作为拉深凹模时的尺寸计算： 拉深凸凹模间隙值的确定： 间隙 c=t+kt 查表得 k=0.09 所以 c=2+0.09x2=2.18mm2.2mm 拉深凸凹模工作部分尺寸的确定： 拉深凹模圆角半径查表取 rd1=8mm, 凸模的圆角半径 rp1=8mm 凸模的直径为： dp=(d+0.4)-p=（458+0.4x0.20）-0.050=458.08-0.050 凸模的尺寸和形式如下图 5.3 所示 图 5.3 凸模 毕业设计（论文） 23 拉深凸模出气孔尺寸：见下表 表 5.1 拉深凸模出气孔尺寸 凸模直径 50 50-100 100-200 200 出气孔直径 5 6.5 8 9.5 凹模的直径为： dd=(dp+2c)+d=466.08+0.060 凸凹的形式和尺寸如下： 图 5.4 凸凹模的尺寸及形状 落料凹模 固定形式：落料凹模的固定采用螺钉销钉固定方式。 毕业设计（论文） 24 图 5.5 落料凹模的固定形式 尺寸计算：刃口尺寸由上计算得 dd 长=（841-0.5x0.42）+0.684=840.79+0.684 拉深凸模 固定形式采用螺钉固定，其形式和凹模的固定方法类似； 尺寸计算：由上知圆筒部分凸模的直径为： dp=(d+0.4)- 凸=（456+0.4x0.42)-0.456=456.168-0.456 5.3.2 定位零件定位零件 固定挡料销：固定挡料销的结构如下图 5.6 所示 图 5.6 定位销 其原理是：完成第一次落料后，将条料前端稍微抬起，使落料后的空心部分 穿过挡料销，然后放下条料，将条料后退，使得空心部分的前端卡在挡料销上完 成定位，以后每次都按照前一次操作。 导料板： 毕业设计（论文） 25 冲裁时，条料紧靠导料板或者导料销的一侧导向送进，以限定条料的正确送 进方向。 导料板可与卸料板分开制造，也可以制造成整体式，此次采用分开制造的方 案 5.3.3 压料、卸料及出件零件压料、卸料及出件零件 卸料板：卸料板外行尺寸一般与凹模一致，厚度与卸件尺寸及卸料力有关， 一般为 h=（0.8-1.0）h 凹 推件块：推件块采用刚性推件装置，靠压力机中滑块内横梁作用，推件力大 且可靠。这副模具中，推件块的作用是推出拉深后卡在拉深凹模内的工件，其形 状外行与拉深凸模基本一致。 压边圈：压边圈的作用是防止拉深件凸缘部分起皱，在这副模具的设计中， 压边圈的作用是既有压边作用， 还有卸料的作用。 其作用力靠下边的气垫提供 （模 具总装图中，气垫未画出），压边圈的结构形式如下图 5.7 所示 图 5.7 压边圈 5.3.4 辅助结构零件辅助结构零件 模架：选用后侧导柱模架（gb2851.4-1990） 模柄：模柄是将上模安装在压力机上的零件。模柄装在上的垂直度影响导向 装置的配合精度。因此，设计模具时应该根据需要选择合适的结构形式。 毕业设计（论文） 26 分析工件和模具总体形状， 模柄有多种选择形式， 这里选择凸缘模柄 （gb2862.1） 如下图 5.8 所示: 图 5.8 模柄 凸、凹模固定板 固定板就是用以来固定凸、凹、凸凹模的零件，在这副模具中，凸凹模用固 定板固定，落料凹模和拉深凸模用螺钉和销钉直接固定。一般固定板的厚度为： h=0.4h 凸，或者 h=(0.6-0.8)h 凹，这里固定板的厚度取 150mm. 销钉和螺钉 销钉与螺钉用于对模具板件定位与固定，通常两者选用相同的直径。螺钉的 直径与布置间距可以通过查表获得，在这里就不一一举出。 5.3.5 工作零件的设计工作零件的设计 拉深后工件的形状如下图 5.9 所示 图 5.9 拉伸形状 毕业设计（论文） 27 凸凹模的尺寸计算： 拉深凸凹模的刃口间隙 单边间隙 c=tmax+kt 式中：tmax板料厚度的最大极限尺寸 t板料厚度的基本尺寸 k系数，查表取 0.4 所以 c=3.6mm 由工件的尺寸标注可以知道凸模的刃口尺寸与工件尺寸一致， 其制造公差为 0.024，凹模的刃口尺寸 d 凹=（d 凸+2c）+ 凹 则圆筒部分直径 d 凹=（458+2c）+ 凹=465.2+0.024 拉深凸、凹模的圆角半径：因为工件的圆角半径为 8mm，有凸缘，所以凸凹 模的圆角半径都为 8m。 拉深凸模出气孔尺寸：见下表 5.5 所示 表 5.5 拉深凸模出气孔尺寸 凸模直径 50 50-100 100-200 200 出气孔直径 5 6.5 8 9.5 取出气孔直径为 9.5mm 凸模的形状： 凸模的固定形式采用台阶式固定形式，凸模形状如下图 5.10 所示 图 5.10 凸模形状 毕业设计（论文） 28 凹模的固定 凹模的固定形式也采用台阶式固定。 5.3.6 其他零件的设计其他零件的设计 压边圈的设计：因为压边圈在这里的作用不光是压边作用，还有卸料和定位 零件的作用。所以压边圈的尺寸要求较高，定位的时候，其外部形状应该和第一 次拉深时的工件一样， 在完成定位后， 随着模具的闭合， 它又充当压边圈的作用。 推件器：推件器采用刚性推件装置，靠压力机中滑块内横梁作用，推件力大 且可靠。这副模具中，推件块的作用是推出拉深后卡在拉深凹模内的工件，其形 状外行与拉深凸模基本一致。 模架：模架属于标准件，在这里选取后侧导柱模架（gb2851.3-1990） 模柄：选择与上副模具相同的模柄。 固定板：这副模具的凸模、凹模都采用固定板固定，凸模固定板的厚度使用 110mm,凹模固定板的厚度采用 130mm。 螺钉和销钉的选取： 销钉和螺钉的选取按照标准件进行选择。 6 冲孔模的设计 29 6 冲孔模的设计冲孔模的设计 6.1 模具模具基基本结本结构构与工与工作原理作原理 工作原理如下图 6.1 所示 图 6.1 冲孔模 模具的工作原理：滑块在一次运动过程中，完成冲六个孔的工序，首先凸模 向下运动完成冲孔，冲孔废料通过冲孔凹模和下模架的孔排出。冲孔凹模也起到 定位零件的作用， 同时卸料板也起到压料的作用， 冲孔后的工件可能卡在凸模上， 通过卸料板进行卸料。 在橡皮垫弹力的作用下工通过卸料板卸料， 冲孔过程结束。 6.2 模具的模具的主主要要零零件设计件设计 6.2.1 工工作零作零件的设计件的设计 冲孔后的工件图如下图 6.2 所示 毕业设计（论文） 30 图 6.2 冲孔工件图 凸、凹模刃口尺寸的计算： 凸凹模刃口间隙值 z 的确定：合理的间隙值使得冲裁面平直，光洁；圆角带 毛刺小。模具摩擦合理，受力均匀。查表知道 zmin=0.072, zmax=0.104。 刃口尺寸的确定：冲孔时应该首先确定凸模的刃口尺寸，使得凸模基本尺寸 接近或者等于工件孔的最大极限尺寸，在按合理间隙值 zmin 增大凹模尺寸。凸 模的制造偏差取负值，凹模的制造偏差取正值。 凸模刃口尺寸： dp=(d+k)-tp （6.1） 凸模刃口尺寸： dd=(dp+zmin)+td (6.2) 式中：冲裁件公差 tp凸模刃口制造公差 td凹模刃口制造公差 其中 tp=0.4(zmax-zmin)=0.0128 td=0.6(zmax-zmin)=0.0192 系数 k=0.5（查表得） 则，冲孔时的凸凹模尺寸为 dp=(d+k)tp =20-0.0128， dd=(dp+zmin)+td =（20+0.072）+0.0192 毕业设计（论文） 31 =20.072+0.0192 孔心距的计算：当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心 距保证，由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，固凹模孔心距的基 本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称偏差标注，可用下式计算： ld=(lmin+1/2)(1/2)td （6.3） 则：两个小孔的孔心距为 ld=257（1/2）x0.0192=2570.0096 凸模的强度校核： 冲裁时凸模所受的应力，有平均压应力 和刃口的接触应力 k 两种。因 为孔径大于冲件材料厚度时，接触应力 k 大于平均压应力 ，因而强度校核 的条件是接触应力小于或等于凸模材料的许用应力 凸模的强度按下式计算： k=2/1-0.5(t/d) （6.4） 式中：t冲件材料厚度（mm） d冲孔直径（mm） =冲件材料抗剪强度（n/mm2） 凸模材料许用压应力，对于常用的合金模具钢，可取 1800-2200 n/mm2 当 d=20 时，代入式（6.4）中，得： k=2/1-0.5(t/d)=23201-0.5（220）=673.68n/mm2 综上: k 小于 所以强度符合要求; 凸模的最大允许长度按下式计算(卸料板导向凸模) lmax=（/8）ed3（/t）1/2 (6.5) 式中 lmax凸模最大允许长度(mm) e凸模材料弹性模数,对于刚才可取 210 n/mm2 当 d=20 时,代入式(6.5)得, lmax=（/8）ed3/(t）1/2 =（3.14/8）210x20x3/（320x2）1/2 =7.73 凸、凹模的结构和尺寸如下图 6.3 所示 毕业设计（论文） 32 图 6.3 凸模形状与尺寸 凹模的结构和形状如下图 6.4 所示 图 6.4 凹模结构与形状 6.2.2 其它零件的设计其它零件的设计 模架：模架属于标准件，在这里选取后侧导柱模架 （gb2851.3-1990） 模柄：选用凸缘模柄，其形状如下图 6.5 所示 毕业设计（论文） 33 图 6.5 模柄结构和形状 凸、凹模固定板：凸模固定板的结构如下图 6.6 所示 图 6.6 凸模固定板形状与结构 橡胶：选用橡胶进行缓冲，厚度为 140mm 7 裁边模设计 34 7 裁边模设计裁边模设计 7.1 模具模具基基本结本结构构和工和工作原理作原理 模具结构和工作原理如下图 7.1 所示 图 7.1 裁边模结构 工作原理：滑块在一次行程过程中只完成修边工序，由于中间的孔过大采用冲孔 工艺会在拉伸时产生应力最大的桶壁处产生断裂，使用类似修边的冲裁方式。由 于工件自身的筒形结构特性，可通过冲裁凹模