CM031-易拉罐拉环冲压模具设计【含CAD图纸】
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易拉罐
拉环
冲压
模具设计
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毕业设计 题目：易拉罐拉环冲压模具设计 系 部 现代制造工程系 专 业 名 称 模具设计与制造 班 级 模具 11302 姓 名 学 号 指 导 教 师 2015 年 9 月 30 日 易拉罐拉环冲压模具设计 摘 要 本次毕业设计是落料冲孔复合模的设计，冲压模具主要是将板 料分离或成形而得到制件的加工方法。因为模具的生产主要是大批量的生产，而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量，模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足工件的工艺性设计，能否加工出合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理等。在本次设计 中， 不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求，还要保证它的使用寿命。 关键词 ： 易拉罐拉环；冲压模；设计 I 目 录 1 绪论 . 1 2 冲压工艺分析及工艺方案的制定 . 2 艺分析 . 2 艺方案的制定 . 3 3 排样设计与计算 . 4 样方法与原则 . 4 定搭边值 . 4 样图设计和利用率计算 . 4 4 冲裁力计算 . 7 压力的计算 . 7 力机的选择 . 9 5 凸凹模的设计 . 12 寸计算原则 . 12 、凹模刃口尺寸计算 . 12 模设计 . 15 模外形的确定 . 15 模刃口结构形式的选择 . 16 模精度与材料的确定 . 16 模的设计 . 17 模结构的确定 . 17 模材料的确定 . 17 模精度的确定 . 17 凹模设计 . 18 凹模外形尺寸的确定 . 18 凸凹模壁厚的确定 . 18 凹模洞口类型的选取 . 19 6 模具主要结构零部件设计 . 20 座的选用及标准件的选取 . 20 具其它结构零件的设计 . 20 7 模具的装配、调试和检测 . 23 具的装配 . 23 裁模具的调试 . 23 具的检测 . 24 8 绘制模具总装图 . 26 总结 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 1 1 绪论 近年来，冲压成形工艺有很多新 的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、压延、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。过去的精密冲裁只能对厚度为 58现在可以对厚度达 20厚板实现精密冲裁，并可对 b 900 由于引入了 冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或压延毛坯进行优化设计。 此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。 为了满足制件更新换代快和生产批量小的发展趋势，发展了一些新的成形工艺 (如高能成形和旋压等 )、简易模具（ 如软模和低熔点合金模等）、通用组合模具和数控冲压设备等。这样，就使冲压生产既适合大量生产，也同样适用于小批生产。 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，以减轻零件重量和提高其结构强度。 2 2 冲压工艺分析及工艺方案的制定 艺分析 在一般情况下，影响冲压件工艺性的因素有几何形状、尺寸、精度、表面粗糙度及毛刺。冲压件工艺性对冲压件质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及设备选用等都用很大的影响。良好的冲压件工艺性可显著降低冲压件的制造成 本，节省材料，减少成形工序，提高产品寿命和产品质量。 工件如图 2示： 图 2件图 对课题应解决的主要问题 ，该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。由表查出冲裁件内外形所能达到的经济精度为 以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、 低。对凸模的安裝和拆卸要方便，直接关系 生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲孔落料复合冲裁模进 3 行加工 。由于大批量生产 ,在保证质量的情况下 ,可以采用冲裁 ,对冲裁的凸 ,凹模要求就要提高 ,特别是凸模 ,要进行热处理 ,渗碳 ,淬火加回火等来提高强度和耐磨性 ,当凸模磨损产生误差时，要及时更換，来保证工件精度要求 皱等问题，利用理论知识计算分析。模具材料在保证质量的情况下，采用性能低的材料来节约成本。模具自动化程度高，操作方便，劳动强度到凸模的更换。 艺方案的制定 通过对该工件的冲压工艺性进行分析，考虑到制件生产批量和产品的质量、生产效率、模具寿命、材料消耗及操作方便安全等因素， 由冲压制件外观形状分析，该制件有落料、冲孔两道工序， 所以确定此垫片 的生产中可以采用下面的几套方案： 方案一： 先落料模 后冲孔模 方案二： 先冲孔模 后落料模 方案三：采用落料冲孔复合模 方案一，适合小批量生产，冲压精度较低，冲压生产率低，压力机一次行程内只能完成一个工序； 方案二，制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作； 方案三， 冲裁的孔与外形的位置精度较高 ,工件较平整，具有校形的作用，模具制造复杂，可适用大批量生产，从以上比较多來看，在保证冲裁件质量的情况下，应尽可能降低成本，提高经济效益，工人操作方便、安全的情况下考虑，选择复合模比较合适。 结论： 经过全 面分析、综合考虑，以零件质量、生产效益及经济性几个方面衡量，认为三种方案中方案三为最佳的方案， 即采用落料冲孔复合模完成此制件的成品。 4 3 排样设计与计算 样方法与原则 由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料利用率就必须减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操作方便、安全，减轻劳动强度，排样应保证冲裁件的质量，排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排列方式。现工件外形为圆形，采用有废料的直排法，比较方便、合理。 定搭边值 搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距 误差以及补偿于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般板料愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。由查参考文献 5表得工件间搭边 值 侧面 a= 样图设计和利用率计算 分析零件形状，零件的排样方式采用直对排最好，如图 3示。 图 3样图 5 （ 1）搭边值。查表 3 1，取 a = 3小搭边值 材料厚度 圆件及 r 2矩形工件边长 L 50形工件边长 L50 r 2t 的工件 工件间 边 a 工件间 边 a 工件间 边 a 2）送料步距 （ 3式中： 根据公式 3： = 3）条料的设计 条料宽度 0 （ 3 式中： 6 表 3料公差及条料与导料板之间隙 料宽度 B/料厚度 t/ 1 1 2 2 3 3 5 50 50 100 100 150 150 220 220 300 表 3： = 据公式 3条料宽度： 0 =(=板料规格。选用 4000200条料长度。 L=1200每张板料可剪裁的条料数。 4 0 0 0 4 2 4(条 ) （ 4）材料利用率的的计算 每条条可冲裁的零件数。1 1 2 0 0 2 7 . 2 4 4n （个） 每张板料可冲裁的零件数。 （个） 一条条料的利用率。 92 44 4048 1012 4 0 4 8 3 8 3 . 51 0 0 % 1 0 0 % 6 4 . 6 8 %1 2 0 0 4 0 0 0 7 4 冲裁力计算 压力的计算 1 计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及 检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算： （ 4 式中 ： N）； 剪强度（ 。 （ 1）落料力计算 按上式： t落 (4式中 ： F 落 N）； t= 材料为 查表， 100 。 根据零件图可算落料轮廓长度 L=73 1 . 3 7 3 1 . 0 1 0 0 9 . 5F m m m m M P a k N 落（ 2） 冲孔力 冲孔 (4式中 ： 冲孔N）； t= 由查表， 100 。 8 根据零件图可算冲 孔轮廓长度 L=则 4 3 . 4 2 1 . 0 1 0 0 4 . 5F m m m m M P a k N 冲 孔2 落料时的卸料力的计算 卸F=F（ 4 式中 ： 卸F N）； 落F N） ； 卸料系数，查冲压模具简明设计手册表 3值为 K= 则 卸F=F= 3 冲孔时的推件力的计算 推F = 式中 ： 推F N）； 冲压模具简明设计手册表 3其值为 n=h/t。 口部分的高（ 其中， h=t=1n=5， 则 推F =N) 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和 总F= 落F +冲孔F +卸F+推F(4式中：冲裁力 落F=孔F=卸料力卸F=料力推F= : 总F=落F +冲孔F +卸F+推F= 9 力机的选择 初选设备压力机 根据总冲压力选择压力机的标称压力，因为 63 80%，式 可倾压力机 。 1、查（冲模设计应用手册）选取 式双柱 可倾压力 。 表 4式压力机规格及参数 型号 2323232323称压力 /3 100 160 250 350 630 滑块行程 /5 45 55 65 100 120 最大闭合高度 /50 180 220 270 290 360 闭合高度调节 /0 35 45 55 60 70 滑块中心线至床身距离 /10 130 160 200 200 300 滑块底面尺寸 /后 120 150 180 220 220 300 左右 150 170 200 250 250 260 模柄孔尺寸 /径 30 30 40 40 40 50 深度 30 35 60 60 60 80 力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压合力的作用点的位置。为了确保压力 机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否者，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 （ 1） 冲模的压力中心，可按下述原则来确定： 对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算 法求出冲模 10 压力中心。 解析法的计算依据是：各分力对某坐标 轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置 0， 0（ x=0， y=0），即为所求模具的压力中心。 212211 / 212211 / （ 2） 下面用解析法确定与计算模具的压力中心： 图 4力中心 按比例画出凸模刃口的轮廓形状，选坐标 把刃口轮廓分为 7 段，并确定各段长度，具体数值列于下表 5。 工件关于 X 轴对称，所以只需计算 X 方向的压力中心。 11 表 5料件的 压力中心计算数据 线段长度（ X 2=3= 5=6 料凸模的压力中心坐标： 2n/2+= 了设计方便，选择压力中心为（ 5， 0） 。 12 5 凸凹模的设计 冲裁件的尺寸精度取决于凸，凹模刃口部分的尺寸。冲裁的合理间隙也要靠凸，凹模刃口部分的尺寸来实现的保证。正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的 。 寸计算原则 1) 落料件的尺寸取决于 凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 2）考虑到冲裁时凸，凹模的磨损，在设计凸，凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小，应取工件尺寸公差范围内较大的数值，在凸，凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。 3) 确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值，一般模具制 造精度比工件精度高 3 、凹模刃口尺寸计算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。 凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。 该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用，故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。 （ 1）凸模或凹模磨损后 会增大的尺寸 )4/1(0)m （ 2） 凸模或凹模磨损后会减小的尺寸 13 0 )4/1()m （ 3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸 8 工件精度 以上 x=1 工件精度 x=件精度 x=为本工件尺寸均为基本尺寸，故按 精度， x= 表 5际使用中 零件 的 公差等级表 公差等级 本尺寸 / m /3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 所有的尺寸中 ： 属于 A 类尺寸的有： 属于 B 类尺寸的有 ： 于 C 类尺寸的有： 14 注： 凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸 第一类尺寸 A。 14 凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸 第二类尺寸 B。 凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸 第三类尺寸 C。 具体计算如表 5 表 5作零件刃口尺寸计算 尺寸类型 公称尺寸 公式 计算后尺寸 备注 落料 )4/1(0)m 保证双边间隙为 冲孔 0 )4/1()m 中心距 14 8 图 5 模刃口尺寸图 15 模设计 模外形的确定 凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的 。 凹模各尺寸 计算公式如下： 凹模边壁厚 H= （ 5 凹模边壁厚 c=(2)H （ 5 凹模板边长 L=c （ 5 模板边宽 B=c （ 5 式中： 虑板料厚度的影响，查表 5 表 5数 材料料宽 s/料厚度 t/1 1 3 3 6 50 50 100 100 200 200 表 5K= 根据公式（ 5计算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H=5=10（ 根据公式（ 5计算凹模边壁厚： c=(2)H=0 210（ 取凹模边壁厚为 20 取凹模厚度为 20 16 根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。 选用标准模板 ，即： LBH=8000 模刃口结构形式的选择 冲裁凹模刃口形式有直筒式和锥形两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，所以采用刃口为直通式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变。 模精度与材料的确定 根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为 ，内型腔精度为 ，表面粗糙度为 下平面的平行度为 料选 图 5模 17 模的设计 模结构的确定 凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该制件形状不复杂，所以将落料模设计成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，凸模与凸模固定板的配合按 H7/ 模材料的确定 该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力 ,所以凸模的材料应选 处理 58 62 模精度的确定 根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用 ，表面粗糙度为 图 5模 18 凹模设计 凹模外形尺寸的确定 凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定。凸凹模的外形尺寸应保证有 足够的强度、刚度和修磨量，一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，与落料凹模配合确定，其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定。 图 5凹模 凹模壁厚的确定 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒型刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀 力大，故最 19 小壁厚应大一些。 凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小一些 ,一般取厚度的 为 本设计中凸凹模的壁厚为 3该凸凹模的侧壁强度要求足够。 凹模洞口类型的选取 本设计采用的是倒装式复合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要设计凸凹模洞口类型，排出积存废料。 图 5凹模洞口的类型 (a) (b) (c) (d) (e) (a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)锥筒式 (e)锥形式 凸凹模洞口的类型如图 5示，其中 a、 b、 c 型为直筒式刃口凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料的聚集而增大了推件力和凸凹模的涨裂力，给凸、凸凹模的强度都带来了不利影响。一般复合模和上出件的冲裁模用 a、 c 型，下出件用 b、 d 型其中 d 型是锥筒式刃口，在凸凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大。 综上所述，本设计选用 a 型洞 20 6 模具主要结构零部件设计 座的选用及标准件的选取 闭合高度 H=120 140后侧导柱模架倒装复合模。 导柱 1810 导套 1858 上模座 8035 下模座 8030上垫板 800固定板 805模 8000B/料板 800凹模固定板 8005料销 4柱销 5钉用 柄防转销用 4 模柄 :选用压入式模柄较合理，（模具设计指导表 5184） 由压力机的型号 式双柱 可倾压力机 得模柄孔的直径为 30度为50径的为 70装配要求，模柄与模柄孔配合为 H7/加销钉防转，模柄长度比模柄孔深度小 510于凹模周界所以根据 具其它结构零件的设计 （ 1）凸凹模固定板的结构设计 凸 凹 模固定板为矩形，外形尺寸通常与凹模一致， 选择典型组合，查国家标准 凹模固定板厚度取 7/装后凸凹模端面与 凸凹模固定板 断面磨平，本设计取凸凹模固定板为8005 21 （ 2）卸料板的结构设计 弹性卸料板装置由卸料板，卸料螺钉和橡胶组成。弹性卸料办的外形尺寸等于凹模板的尺寸，厚度取凹模的厚度由经典组合得 8料销直径为 4料宽度为 以则孔心距为 工件间搭边值为 1料销直径为 3以头孔心距为 料板与凸凹模的双边间隙根据冲裁料厚取 料板工作平面应高出凸凹模断面刃口端面 设计取卸料板尺寸为 80608 (3)垫板的结构设计 垫板的外形尺寸与冲孔凸模固定板相同， 选择典型组合，垫板厚度取 根据上述尺寸确定原则从相应标准中选取，本设计取垫板尺寸为800 (4)冲孔凸模固定板的结构设计 冲孔凸模固定板为矩形，外形尺寸通常与凹模一致， 选择典型组合，查国家标准 冲孔 凸模固定板厚度取 模固定板与冲孔凸模为H7/装后冲孔凸模端面与 冲孔 凸模固定板断面磨平，
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