镇流器外壳冲压模具设计论文

洛阳理工学院毕业设计（论文） I 镇流器外壳冲压模具 设计 摘 要 本文首先简要的概述了冲压模具在社会发展领域中的作用及其以后的发展方向，点明了模具设计的重要意义。然后依据工件图进行了工艺性分析，进而确定了设计方案，计算出了模具工作部分的尺寸 ，设计出工作零部件； 然后 依据设计要求 选择出 各个 标准零部件，最后设计出了模具的 总 装配图。在设计中，最重要的就是 设计方案的确定、 坯料的计算和工作零部件的设计，这是设计的关键，这些设计的正确与否直接关系到设计成本的高低及设计的模具能否正常工作 。 设计过程中， 首先 对镇流器外壳 的落料工序、拉伸工序和凸缘的修整 工序进行了分析，并对与这些工序相关的模具在设计和制造中存在的若干关键性问题进行了研究。 所要解决的难题就是如何计算并防止出现拉伸皱曲 ,拉伸破裂 ,拉深凸耳等缺陷 ,使得冲压成形达到我们所要求的质量。 然后 用 图软件画出了十几张零件图，安插在设计说明书 书中。 最后画出了镇流器外壳 落料拉深复合模的装配图一张。 关键词： 模具 ， 落料 ， 拉深 ， 缺陷 文） f in ad on on on In is is is or to n in nd to me to on In to to on nd to in AD to in to 文） 录 前 言 . 1 第 1 章 带凸缘的圆筒件工艺性分析 . 5 压件工艺性分析 . 5 算毛坯尺寸 . 5 定拉深次数 . 6 定半成品尺寸 . 7 深工序图 . 8 第 2 章 工艺方案的确定 . 9 压件工艺性分析 . 9 定工艺方案 . 10 第 3 章 相关数据的计算 . 12 算压边力和拉深力 . 12 算压边力 . 12 算拉深力 . 12 算公称压力 . 13 算模具工作部分尺寸 . 14 具间隙 . 14 深模圆角半径 . 14 凹模工作部分尺寸 . 14 定凸模通气孔 . 15 第 4 章 落料拉深模复合模的设计 . 16 料拉深复合模工作部分的设计 . 16 样设计 . 16 算落料凸凹模刃口 . 17 裁力的计算 . 18 料凹模的设计 . 18 次拉深凸模的设计 . 19 料板的设计 . 20 文） 压边圈的设计 . 21 凹模（落料凸模和拉深凹模）的设计 . 21 件块的设计 . 22 料拉深复合模运动部分零件的设计 . 22 架与紧固零件的选取 . 23 、 下模座的设计 . 24 料装置的选择 . 25 力机的选择和校核 . 25 料拉深复合（首次拉深）模总装图 . 26 结 论 . 28 谢 辞 . 29 参考文献 . 30 外文资料翻译 . 31 文） 1 前 言 冲压是塑性加工的基本方法之一。冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施力，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。 由于冲压通常是在室温下进行加工，所以常常 称为冷冲压；又由于它的加工材料主要是板料，所以又称为板料加工。冲压不但可以加工金属材料，还可以加工非金属材料。 在冲压加工中，将材料加工成冲压零件（或半成品）的一种特殊工艺设备，称为冲压模具或冷冲模。冲压模具在实际冲压加工中是必不可少的工艺装备，没有符合要求的冲压模具，冲压加工无法实现；没有先进的冲压模具，先进的冲压工艺就无法实现。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。 与其他加工方法相比，冲压生产无论在技术方面还是经济方面都有其优点： （ 1） 冲压件质量稳定 ，尺寸精度高。由于冲压生产是利用模具成形，模具制造精度高，故冲压件质量稳定，制件互换性好，尺寸精度高，一般情况下，冲压生产的尺寸精度，可达到 ，最高可达到 ，有的制件不需要再进行机械加工，便可满足装配和使用要求。 （ 2） 生产率高，成本低。冲压生产是利用冲压模具和冲压设备完成加工，其生产率高，操作方便，易于实现机械化、自动化。对于普通压力机，每分钟可产生几件到几十件制件，高速压力机每分钟可生产数百件甚至上千件制件。冲压件质量轻、刚性好、强度高，冲压过程耗能少，中大批量生产时，成本低。 （ 3） 材料利用率高。冲压生产是一种少，无切、削加工的方法之一，冲压生产能实现少废料甚至无废料生产，在某些情况下，边角余料的利用率高，一般为 70 85 . （ 4） 易得到复杂制件。由于利用模具加工，所以可以获得其他加工方法所不能或难以制造的形状复杂的零件。 文） 2 冲压生产的缺点： （ 1） 模具制造周期长，制造成本高，不适应于小批量生产。冲压生产多采用机械压力机，由于滑块往复运动快，手工操作时，劳动强度较大，易发生事故，故必须重视安全生产、安全管理和采取必要的安全技术措施。 （ 2） 冲压加工产生振动和噪音两种公 害。这些问题并不完全是冲压工艺本身带来的，主要是由于传统的冲压设备落后造成的，随着科学技术的进步，这两种公害会得到一定程度的解决。 由于冲压生产存在着上述诸多优点，冲压加工的应用十分广泛，在汽车、拖拉机、机电、电器、仪表玩具以及日常生活用品的生产方面，都占十分重要的地位。不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在被刚度好、质量轻的冲压件代替。 根据今年来的统计表明，在机电以及仪器、仪表生产中，有 60 70的零件是采用冲压工艺完成的。在汽车生产中大概有 60 70的零件是采用冲压工艺制造的，冲压 生产所占有的劳动量是整个汽车行业劳动量的25 30.在电子产品中，冲压件所占的比例也相当大。人们日常生活中的金属制品，冲压件所占的比例更大，如：铝锅、不朽刚餐具等，随处都可看到冲压制品，因此，冲压技术应用非常广泛。学习、研究和发展冲压技术，对发展我国国民经济和加速现代化工业建设具有重要意义。 冲压生产的零件，由于其形状、尺寸、精度要求、生产批量、原材料等各不相同，因此，生产中所用得冲压工艺方法也多中多样，概括起来，大致可分为分离工序和成形工序两大类。 （ 1） 分离工序：使板料沿一定的轮廓线分离而获得一定 形状、尺寸和界面质量的冲压件的工序。分离工序主要包括：冲孔、落料、切断等工序。 （ 2） 成形工序：材料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得的一定形状、尺寸和精度冲压件的加工工序。成形工序主要包括：弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口等。 当今，随着科学技术的不断进步和工业化生产的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展。这些革新与发展主要表现在以下几个方面。 （ 1） 工艺分析计算方法的现代化。例如，文） 3 艺，传统方法是根据已有的设计资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方案和有关参数，然后设计模具，进 行试冲，经过反复试验和修改，才能转入批量生产。近几年来，国外有的公司已开始采用有限变形的弹塑性有限元法，对覆盖件成形过程进行计算模拟，分析应力应变关系，从而预测某一工艺方案的可行性和可能会产生的问题，并将结果显示在图形终端上，供设计人员进行选择和修改。这样，不仅可以节省昂贵的模具试制费用，缩短产品试制周期，而且可以建立符合生产实际的先进设计方法；既促进了冷冲压工艺的发展，又可以发挥塑性成形理论对生产实际的知道作用。 （ 2） 模具设计及制造技术的现代化。为了加快产品的更新换代，缩短工装设计、制造周期，正在大力 开展模具的计算机辅助设计和制造（ 术的研究和应用。采用这一技术，一般可以提高模具设计和制造效率 2 3 倍，具生产周期可缩短 1/2 1/3。发展这一技术的最终目标，是要达到模具 体化，而模具图纸将只作为检验模具之用。采用模具 术，还可提高模具质量，大大减少设计与制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。 （ 3） 冲压生产的机械化和自动华。为了满足大量生产的需要，冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小型冲压件，既可在多工位压力机 上生产，也可以在高速压力机上采用多工位连续模加工，使冲压生产达到高度自动化。大型冲压件（如汽车覆盖件）可在多工位压力机上利用自动送料和取件装置，进行机械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高生产率。 （ 4） 为了满足产品更新换代加快和生产批量减小的发展趋势，发展了一些新的成形工艺、简易模具、通用组合模具以及数控冲压设备和冲压柔性制造系统（ 。这样，就使冲压生产既可适合大量生产，又可适用于小批量生产。 （ 5） 不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件；研制新 型材料板，用来生产航空构件等。 由于冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、文） 4 的不同，当前在生产中所采用的冲压工艺方法也是多种多样的。但是，概括起来，可以分成分离工序与成形工序两大类。分离工序的目的是在冲压过程使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，同时，冲压件分离断面的质量也要满足一定的要求。成形工序的目的是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所要求的成品形状，同时也要满足尺寸精度方面的要求。 文） 5 第 1 章 带凸缘的圆筒件工艺性分析 压件工艺性分析 此工件为带 凸缘圆 筒形件，要求零件尺寸标注在外形，零件尺寸厚度不变。此工件的形状满足拉深件工艺要求，可用拉深工序加工。 筒底圆角半径 r=3形件高 60形件凸缘直径 80圆直径 30度 t=2 零件材料为 10 钢，厚度为 2其刚度相对不高，易变形。 10号钢塑性、韧性很好，易冷热加工成形，正火或冷加工后 切削加工性能 好，焊接性优良，无回火脆性，淬透性和淬硬性 均差。 算毛坯尺寸 1. 确定修边余量 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 1 : = 表 1凸缘圆筒形拉深件的修边余量 凸缘直径缘的相对直径 2 2 25 20 50 50 100 100 150 150 200 . 毛坯直径尺寸的计算 文） 6 文献 1 式中： D 毛坯直径 (h 工件高度 (r 工件半径 (件直径 (定拉深次数 第一次拉深： ( 文献 1 所以查表 1 2 可知可用压边圈拉深。 表 1 2 采用压边圈的条件 拉深方法 第一次拉深 以后各次拉深 （ t/D） /% t/D） /% 压边圈 有凸缘圆筒形件的拉深系数拉深，有凸缘圆筒形件拉深时，相当无凸缘拉深过程的中间阶段。这只需要比较工作实际所需的总拉深系数和 h/ 根据表 1 3 查出第一次拉深允许的拉深系数为 零件所需求的拉伸系数 m 总 =d/D=30/m 总， m 总， m 总。按初选拉伸系数计算，四次拉伸系数的乘积已小于零件的总拉伸系数，故四次拉伸足以成形。 文） 7 表 1 3 带凸缘筒形件首次拉深时的拉深系数 伸系数 毛坯相对厚度（ t/D） /% .0 确定半成品尺寸 调整各次拉伸系数，使各次拉伸系数均大于表 1得的相应极限拉深系数，其乘机约等于零件总拉深系数，并且保证第四次拉深零件直径0整后实际选取 各工序件的直径： d1=d2=d3=d4=以最终四次拉深成形，选定 径 为 30 第一次拉深的凹模圆角的半径用下式计算： .8 将 D=t=2入上式，得凹模圆角半径： （ x =以后各次拉深凹模圆角半径由下面公式计算： r1 .8 凸模圆角半径由下面公式计算： 文） 8 各工序拉深高度 按下面公式计算： ( r r +d1(r r r 式中 各次拉深半成品高度（ D 坯料直径（ 凸缘直径（ 各次拉深凹模圆角半径（ (80)+ (6+ (6 36mm (80)+(45mm (80)+(55mm 0 ( 80)+ ( ( 60 深工序图 各次拉深件的简图，可以直观的表达出拉深件各工序的尺寸变化，便于设计各次拉深模，可避免拉深模时，将重要尺寸搞错。 图 1凸缘 筒形件拉深工序图 文） 9 第 2 章 工艺方案的确定 压件工艺性分析 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。该零件为玻璃器外壳。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 钢，厚度为 2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，此工件的形状满足拉深工件的要求，可用拉深工序加工。 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 拉深零件形状和尺寸的要求： (1)拉深件的高度尽可能小，以便能通过 1 2 次拉深工序成形， (2)拉深件的形状尽可能简单、对称，以保证变形均匀。对于半敞开的非对称件，可成双拉深后在剖成两件 (3)有凸缘的拉深件，最好满足 d 凸 d+12t，而求外轮廓与直壁断面最好形状相似，否则，拉深困难，切边余量大。 (4)为了使拉深件顺利进行，凸缘圆角半径 r 2t。当 r ，应增加整形工序。 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 以下，如零件高于 ，应增加整形工序。 文） 10 定工艺方案 工艺方案的确定， 可依据表 2定 表 2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，相当于件平整程度 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 300下厚度达 6寸 250 之间 尺寸 300度常在 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 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 文） 11 分析表 2，采用：单工序模具结构简单，只需要一道工序一副模具才能完成，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。级进模也需一副模具，生产率高，但模具结构复杂，送进料不方便，加之工件尺寸偏大。通过分析 对上述三种方案的比较，该件若能一次成形，则用复合模最佳。 拉深件的毛坯需落料来获得，然后经 4 次拉深成形获得所需拉深件，考虑到毛坯为简单的圆形件，为降低面积的制造成本，设计一副落料拉深复合模，来完成拉深件的 毛坯的落料和第一次拉深 两个工序，为保证拉深件的拉深质量和尺寸精度，以后三次拉深均采用单工序拉深。根据上面的计算知拉深件第一次拉深需采用压边装置，第二次拉深的拉深系数查冲压工艺与模具设计一书表 ， 仍需压边圈：第三次拉深系数 此第三次拉深仍需用用 压边圈，同理第四次拉深系数 此第四次可用可不用压边圈。 文） 12 第 3 章 相关数据的计算 算压边力和拉深力 为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模具结构上采用压料装置。 压边圈产生的压边力大小应适当，压边力太小，防皱效果不好，太大，则会增大传力区危险断面上的拉应力，从而引起材料严重变薄甚至拉裂，因此，实际应用中，在保证变形区不起皱的前提下，尽量选小的压边力。 因为本零件为轴对称零件，所以不用计算压力中心。 算压边力 压边力提高了凸缘的流动阻 力，使拉深力增大。过大的压边力可能导致筒壁危险断面拉裂；压边力过小，则起不到防皱作用。 压边力按下式进行计算： p 式中 A 压边面积， P 单位压边力， 由冲压工艺与模具设计一书中的表 5知 10 计算得： (80/2)() 043N (80/2)() (80/2)() (80/2)(30/2) 计算拉深力 从理论上计算拉深力比较复杂，在实际使用上并不方便，而且因影响因素比较复杂，计算结构 与实际拉深力往往有出入，文） 13 公式计算拉深力。 可用以下经验经验公式计算拉深力 。 F=式中 d 拉伸件直径， t 材料厚度， b 材料抗拉强度， K 修正系数，与拉深系数有关， m 愈小， K 愈大。 K 值见表 1，以后各 次拉深时用 算。 表 3正系数 K 值 1 各次拉深力为： 2 335=121600N 2 335=82174N 2 335=60442N 30 2 335=50491N 由于采用压边圈，则冲压力为拉深力 F 和压边力 和 ，即 F=F+ 21600+5043=126643N 2174+ 0442+ 0491+ 计 算公称压力 一般可有下式概算 ： 浅拉深时： F （ 拉深时： F （ 中 压力机的公称压力。 由上式可知： F/0.6 文） 14 计算得： 126643/算模具工作部分尺寸 具间隙 拉深模间隙指的是凸凹模之间的双面间隙，间隙的大小对拉深力 和拉深质量以及模具寿命都有很大的影响。间隙小时，拉深件回弹小，侧壁平直而光滑，质量较好，精度高。若间隙值太小，拉深力增大，工件变薄严重，甚至拉裂，模具表面间的摩擦，摩损严重，模具寿命低。间隙过大时，拉深力降低，模具寿命提高，但毛坯容易起皱，拉深件锥度大，精度较差。因此，拉深模的间隙值应合理。 用压边圈时，其间隙值按冲压工艺与模具设计一书中表 5取得： 第一次，第二次拉深单边间隙： Z=2=三次拉深单边间隙： Z=2=四次拉深单边间隙： Z=1t=1 2=2 拉深模圆角半径 拉深模圆角半径上面已经计算过，结果如下： 凹模工作部分尺寸 零件的尺寸精度由最后一次拉深的凸，凹模的尺寸及公差决定，而最后一次拉深中凹模及凸模的尺寸和公差又按零件的要求来确定。一般除最后一次拉深模的尺寸公差需考虑外，首次及中间各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差没有必要作严格限制，这时模具的尺 寸只要等于毛坯的过渡尺寸即可。由于该拉深件对外形尺寸及公差有要求，文） 15 准。对于前 3 次拉深模具制造公差按 选取。 以凹模为基准时，凹模尺寸为 : d0；凸模尺寸为： 0p。所以计算得： mm；3012.01.01.0 最后一次拉深，其凸凹 模工作部分尺寸与公差确定如下 : d0=(mm 2c) 0p=(2) 039.0定凸模通气孔 无论 拉深模是否采用压料装置，为了便于取出工件，拉深凸模都应钻通气孔，其尺寸经查 冲压工艺与模具设计一书表 得： 第一次拉深凸模的通气孔直径为： 后各拉深凸模的通气孔直径为： 5mm 文） 16 第 4 章 落料 拉深模 复合 模 的设计 料拉深复合模 工作部分 的设计 样设计 由于 拉深件毛坯 外形为圆形，形状简单，为降低 模具的结构复杂程度，采用直排排样的方法。 查冲压工艺与模具设计一书中表 2搭边值为工件间 a=2用导料板送料，因此采用无侧压装置的送料方式。条料理想的送进基准是零件的中心线。 条料宽度计算公式为： B 010 )(2 导尺间距： S=B+D+2a+ 1C 式中 D 冲裁件垂直于送料方向的尺寸， a 侧搭边最小值， 条料宽度公差， 导尺与条料间的最小间隙， 代入数据计算得：； 条料宽度： B （ 2+1=124 寸间距： S= 2+=料利用率： =100%=( 100% 式中 一个步距内制件的实际面积， 一个步距内所需毛坯面积， h 送料步距， B 条料宽度， 计算得： （ ） 2 =10490.2 =124 100%=文） 17 图 4样图 算落料凸凹模刃口 落 的凸、凹模刃口尺寸得计算。由于落料件结构简单，精度要求不高（公差等级取 ，则其尺寸为 ，所以采用分别制造的方 法制作凸、凹模。 凸 、 凹模刃口尺寸计算公式如下 : 凹模尺寸 d0凸模尺寸 0p式中 落料凸模和凹模的基本尺寸， 落料件最大极限尺寸， 冲裁件的公差， X 磨损系数，查冲压工艺与模具设计一书中表 2取； , 凸凹模的制造公差，按冲裁件的 1/41/5 选取。 查表得： =x=p=d=入公式得： p=（ 115 0025.0文） 18 裁力的计算 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力 F 一般按下式计算： F=中 F 冲裁力（ L 冲裁周边长度（ t 材料厚度（ b 材料抗剪强度 (K 系数，一般 取 在一般情况下材料的抗拉强度 b 为计算方便可按下式估算冲裁力 : F = 算得： 落料力： x 件力： 压工艺与模具设计一书中表 3： h=10， n=h/t=10/2=5。 冲压力 推=12 落料凹模的设计 在落料凹模内，由于要设置推荐块，所以凹模刃口应采用直通形刃口，由于凹模简单，同时为了降低凹模加工难 度和凹模结构的复杂程度，得到较高的结构强度，凹模采用整体式。查 冲压工艺与模具设计 一书表 h 5取得刃口高度 h=6模外形尺寸计算公式如下： 凹模厚度 H=模壁厚 C=（ ） H 式中 b 凹模刃口最大尺寸； K 系数，考虑到板料厚度影响，取 k= 文） 19 计算得： H=3=23=模外形尺寸的长宽可根据凹模壁厚算出，则凹模壁厚的长与宽为： L=B=b+2C= L=250 B=200落料凹模的结构设计如图 4示，材料选用 处理硬度为60 64 图 4料凹模 次拉深凸模的设计 拉深凸模 的工作部分尺寸已经在 凸、凹模工作部分尺寸 ）计算过，此处根据模具的结构设计确定其结构尺寸，为便于凸模的加工，凸模采用直通式，材料选用 处理硬度为 58 62文） 20 图 4次拉深凸模 料板的设计 导料板 的结构有两种：一种与卸料板分开制造，另一种是与卸料板制造成整体。此处采用整体式导料板，便于安装和