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口罩
冲压
工艺
及其
模具设计
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某锥口罩冲压工艺及其模具设计,口罩,冲压,工艺,及其,模具设计
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前 言模具是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。 在现代工业生产中，产品零件广泛采用冲压、 锻压成压铸成形、 挤压成形、 塑料注射或其他成形加工方法，与成形模具相配套，使坯料成形加工成符合产品要求的零件。 模具已广泛应用于电机电器产品、 电子和计算机产品、 仪表、 家用电器、 汽车、 军械、 通用机械等产品的生产中。 用模具生产制件所表现出来的高精度、 高复杂程度、 高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。 模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。在近几个月的冲压工艺模具毕业设计中，我完成了以下任务:1.分析“追口罩”的冲压工艺性，提出了几种可供选择的工艺方案并进行比较；2.在方案比较的基础上，确定选出了最优的工艺方案，并制定了详细的工艺路线 3.按选择的工艺路线计算参数，确定毛坯尺寸、 各工序的制件尺寸及总工序图；4.绘制落料和冲孔的总装模具结构设计图及其中主要的零件图。5.撰写毕业设计说明书通过此次毕业设计，让我懂得如何去提出问题、 分析问题以及解决问题，让我对模具的结构和原理有了更深层次的认识。 关键词关键词：落料、拉深、冲孔、切边、整形、模具设计、冲裁南昌航空大学科技学院学士学位论文第一章 零件的分析及供需方案的确定第一章 零件的分析及供需方案的确定1.11.1 分析零件的冲压工艺性分析零件的冲压工艺性图 01所示“锥口罩”零件，材料10钢，大批量生产。“锥口罩”零件，形状对称，形状复杂程度中等，高度比较高，以 3 个mm 的圆孔定位在机架上，圆孔位置是该零件需要保证的重点。 另外，该零件属于盖子，外观上要求不高，只需平整，该零件可以用冷冲压加工成形。 材料为10 优质碳素结构钢，其剪切、 拉深等工艺性较好。 料厚1mm，产量为大批量生产，零件尺寸适中，未标注公差等级为IT12级，其拉深需作修边处理。图图 01 “锥口罩”零件示意图锥口罩”零件示意图初步分析可以知道“锥口罩”零件的冲压成形需要多道工序。 首先，零件中部是有凸缘的锥形拉深件；其次，零件外圈为有凸缘的圆筒拉深件，最后是 3 个mm的圆孔。由于拉深圆角半径比较小 （0.51），因此还需要整形。 对拉深工序，按料厚中心线计算有1.681.4，所以属于宽凸缘拉深。 另外，零件拉深度大（如最小价梯直径的相对高度，远大于一般带凸缘筒形件第一次拉深许可的最大相对拉深高度），所以拉深成形比较困难，要多55.50/84/dD中径外径2南昌航空大学科技学院学士学位论文次拉深。对于冲裁边工序，考虑到零件总体尺寸较，另外拉深后零件的底部还要冲的孔，所以模具结构设计与模具制造有一定难度，要特别注意模具的强度和刚度。综上所述，“锥口罩”零件由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有：冲裁（落料、 冲孔、 修边）、 拉深（多次拉深）、 整形等。 由于是多工序、 多套模具成形，还要特别注意各工序间的定位。1.2 1.2 确定工艺方案确定工艺方案 由于“锥口罩”零件冲压成形需多道次完成，因此制定合理的成形工艺方案十分重要。 考虑到生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产率效率，降低生产成本。要提高生产效率，应该尽量复合能复合的工序。但复合程度太高，模具结构复杂，安装、调试困难，模具成本提高，同时可能降低模具强度，缩短模具寿命。根据叶轮零件实际情况，可能复合的工序有：落料与第一次拉深；最后一次拉深和整形；冲孔。 根据“锥口罩”零件形状，可以确定成形顺序是先拉深中间的锥形圆筒，然后成形外圈圆筒。这样能保持已成形部位尺寸的稳定，同时模具结构也相对简单。 冲孔在最后成形外圈圆筒进行。为保证3个mm的圆孔均匀，冲孔不要逐冲裁。因此“锥口罩”零件的冲压成形主要有以下几种工艺方案：方案一：1) 落料； 2) 第一次拉深； 3) 整形； 4) 后续拉深; 5) 切边；6) 冲孔。方案二：1) 落料与第一次拉深复合；2) 整形；3) 后续拉深；4) 切边；5) 冲孔。方案三： 1) 落料与第一次拉深复合；2) 冲孔；3) 整形；4) 后续拉深；553南昌航空大学科技学院学士学位论文5) 切边。方案四：1) 落料与第一次拉深复合；2) 后续拉深；3) 冲孔；4) 整形； 5) 切边。方案一复合程度低，模具结构简单，安装、 调试容易，但生产道次多，效率低，不适合大批量生产。方案二至四将落料、 拉深复合，主要区别在于整形、 后续拉深、 冲孔的组合方式以及顺序不同。 冲小孔此工序提前进行，使之在最后完成所有工序时容易造成孔的精度要求降低，达不到要求，且在其他工序在进行加工时，小孔易变形，另外，这也加大了工人的劳动时间，易造成较多废料，不经济。 需要注意的是，只有当拉深件高度较高，才有可能采用落料、拉深复合模结构形式，因为浅拉深件若采用落料、拉深复合模具结构，落料凸模（同时又是拉深凹模）的壁厚太薄，强度不够。 综上所述，从制造、投产、操作和经济效益等各方面考虑，采用最终的方案如下：1) 落料；2) 首次拉深; ;3) 整形；4) 后续拉深；5) 切边； 6) 冲孔。具体方案如下： 工序 1： 落料； 工序 2： 首次拉深mm50的圆筒； 4南昌航空大学科技学院学士学位论文 工序 3： 首次拉深锥口为mm36的锥形圆筒； 工序 4： 整形； 工序 5 ：第二次拉深mm50的圆筒；5南昌航空大学科技学院学士学位论文 工序 6： 第二次拉深锥口为mm36的锥形圆筒； 工序 7： 第三次拉深mm50的圆筒； 工序 8： 第三次拉深锥口为mm36的锥形圆筒；6南昌航空大学科技学院学士学位论文 工序 9： 切边； 工序 10：冲孔。7南昌航空大学科技学院学士学位论文 第二章 第二章 主要工艺参数计算主要工艺参数计算2.1 2.1 计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸 1 1 落料尺寸落料尺寸 落料尺寸即零件平面展开尺寸，“锥口罩”零件基本形状为圆形，因此落料形状也应该为圆形，需确定的落料尺寸为圆的直径。带有凸缘的筒形拉深成形件，展开尺寸可按有关公式计算。（1）修边余量 制件的相对高度 h/d=37/49=0.755，查表4-5，可取修边余量为2。（2）毛坯尺寸 根据冲件毛坯尺寸计算简图见图 2，利用久里金公式计算毛坯尺寸: 8南昌航空大学科技学院学士学位论文)(882211LiXiXLXLXLDniii 首先将母线分成 8段，并计算出各线段的长度 L，再计算出各线段重心与回转轴线的距离 X，最后计算出iiXL和iiXL。 图图02 02 毛坯尺寸计算简图毛坯尺寸计算简图 线段 1: ;34438;1821611XL ;612341811XL9南昌航空大学科技学院学士学位论文线段 2: ; 5 .25;57. 1114. 35 . 022XL ;035.405 .2557. 122XL线段 3: ;25;3443833XL ;850253433XL线段 4: ; 5 .24;57. 1114. 35 . 044XL ;465.385 .2457. 144XL线段 5: ;21; 655XL ;12662155XL线段 6:; 5 .17;57. 1114. 35 . 066XL ;475.275 .1757. 166XL线段 7:;13;96.13122477XL ;06.1901396.1377XL线段 8:; 4; 888XL ;324888XL将上面计算出的数据代人公式得：mmXLDniii61.124)3206.190475.27126465.38850035.40612(881取整得mmD125。2.2 2.2 确定拉深次数，拉深系数和各次拉深直径确定拉深次数，拉深系数和各次拉深直径(1) 估算拉深系数根据 h/d=38/50=0.76和t/D=1/125100%=0.8,查手册得，拉深系数 n=3。(2) 确定各次拉深系数 查手册，初选;79. 0;76. 0;53. 0321mmm 总拉深系数; 4 . 0125/50/Ddm而4 . 0318. 079. 076. 053. 0321mmmm； 故需要调整初选各次拉深系数，使之与总拉深系数相等。 取整后;82. 0;81. 0; 6 . 0321mmm而 mmmm4 . 082. 081. 056. 0321（3） 各次拉深直径 ;751256 . 0111mmDmd ;617581. 0122mmdmd10南昌航空大学科技学院学士学位论文 ;506182. 0233mmdmd底部锥形圆筒的锥口各次拉深直径 ;45756 . 0114mmdmd ;364581. 0425mmdmd底部锥形圆筒底部的各次拉深直径 ;27456 . 0416mmdmd ;202781. 0617mmdmd ;162082. 0718mmdmd（4）确定各次拉深高度 计算毛坯相对厚度图 t/D%=1/125100%=0.8)105 . 0(; 查得)55. 053. 0(1m 查表冷冲模设计P169)5 . 13 . 1 (48. 1%10084/125%/ddt436. 05 .82/36/dh 查表冷冲模设计P190得出第一次拉深许可相对高度);53. 045. 0(/11dh436. 0/dh小于许可范围，所以可以一次拉出，同理，底部锥形圆筒的高度：318. 0)5 . 136/(11/dh小于许可范围（)53. 045. 0(/11dh），也可以一次拉出。 第三章 计算各工序凹凸模工艺参数第三章 计算各工序凹凸模工艺参数3.1 3.1 计算落料工序凹凸模参数计算落料工序凹凸模参数查表 3-5和一些相关资料得：;03. 0;04. 0;10. 0;14. 0minmaxmmmmmmZmmZpd75. 0x（工件精度在IT11IT13级或中等批量时）校核间隙满足以下关系： 2minZmaxZ2|d|p|；而mmZZmmmmdp04. 007. 0)03. 004. 0(|minmax;故不符合条件。所以，需要调整，调整后11南昌航空大学科技学院学士学位论文;01. 0;02. 0mmmmpd而mmZZmmmmdp04. 003. 0)02. 001. 0(|minmax故符合条件。凹模尺寸：;7 .124)4 . 075. 0125()(02. 0002. 000maxmmmmxDDdd凸模尺寸：;4 .124)246. 07 .124()275. 0(054. 0044. 0001. 00mmmmZDDPp3.2 3.2 计算首次拉深的凸凹模工艺参数计算首次拉深的凸凹模工艺参数1. 计算凹、凸模圆角半径1dR及1pR;mm5PRdR112. 计算凸凹模单边间隙Z 不用压边圈时：拉深 Z均为mmt2) 1 . 11 (max （maxt为材料的最大厚度）；使用压边圈时：查表 7-58（冲压模具手册）得间隙系数);12. 010. 0(1k取; 1 . 01k即：;mm2 . 2)21 . 02(t1kmaxtZ3. 计算凸凹模工作部分尺寸及公差 因本次拉深件尺寸标注在内形，其查表6-31，得凸凹模制造公差：;05. 0;08. 0mmmmpd所以，首次拉深： ;.1570.30.557)5 . 0(0.05000.05-01mmddpp）（ ;5 .79)2 . 223 . 05 . 075()25 . 0(13. 0.05. 008. 0001mmzdddd底部锥形圆筒的锥口首次拉深 ;04. 0;07. 0mmmmpd ;45.10.30.545)5 . 0(0.050.0100.04-021mmddpp）（；;5 .49)2 . 223 . 05 . 045()25 . 0(12. 005. 007. 00021mmzdddd 锥形圆筒底部的首次拉深 ;41.10.30.514)5 . 0(0.050.0100.04-031mmddpp）（;5 .45)2 . 223 . 05 . 041()25 . 0(12. 005. 007. 00013mmzdddd 3.3 3.3 计算第二、三、四次拉深的凸凹模工艺参数计算第二、三、四次拉深的凸凹模工艺参数1. 计算凹、凸模圆角半径dR12南昌航空大学科技学院学士学位论文;)4 . 28 . 1 ()8 . 06 . 0(;1232mmRRmmRddd取;1;143mmRmmRdd;)0 . 38 . 1 ()0 . 16 . 0(22mmRRdP取;12mmRP同理可得：;23mmRP2. 计算凸凹模单边间隙 Z不用压边圈时，三次拉深 Z均为;mm2maxt ) 1 . 11 (使用压边圈时，查表（5-18）得间隙系数; 1 . 04k; 3 . 03k; 5 . 02k即 ;6 . 2)23 . 02(;3)25 . 02(3max32max2mmtktZmmtktZ3. 计算凸凹模工作部分尺寸及公差因拉深件尺寸标注在内形，查表 6-31得制造公差：;05. 0;08. 0mmmmpd所以，第二次拉深mm50的圆筒： ;.16125. 00.561)5 . 0(0.0250.025-00.05-012mmddpp）（ ;1 .67)3225. 05 . 061()25 . 0(105. 0025. 008. 00021mmzdddd底部锥形圆筒的锥口第二次拉深 ； ;04. 0;07. 0mmmmpd ;.16325. 00.563)5 . 0(0.0250.015-00.04-022mmddpp）（；;1 .42) 3225. 05 . 036()25 . 0(095. 0025. 007. 00022mmzdddd 锥形圆筒底部的第二次拉深：;.1120.30.521)5 . 0(0.0250.015-00.04-032mmddpp）（;1 .27)3225. 05 . 021()25 . 0(095. 0025. 007. 00023mmzdddd第三次拉深mm50的圆筒： ;.15025. 00.550)5 . 0(0.0250.025-00.05-0113mmddpp）（;3 .55)6 . 2225. 05 . 050()25 . 0(105. 0025. 008. 00013mmzdddd锥形圆筒底部的第三次拉深： ;.11625. 00.516)5 . 0(0.0250.015-00.04-032mmddpp）（;3 .21)6 . 2225. 05 . 016()25 . 0(095. 0025. 007. 00023mmzdddd13南昌航空大学科技学院学士学位论文3.4 3.4 计算冲计算冲mm53孔的凸凹模工艺参数孔的凸凹模工艺参数查表 3-5和有关资料得：75. 0;02. 0;022. 0;10. 0;14. 0minmaxxmmmmmmZmmZdp校核间隙：;04. 0042. 0)02. 0022. 0(|minmaxmmZZmmmmdp故不合条件，所以，需要调整，调整后;01. 0;02. 0mmmmpd而mmZZmmmmdp04. 003. 0)02. 001. 0(|minmax，故符合条件。将已知条件和查得的数据代入得：凸模尺寸：;3 . 5)4 . 075. 05()(001. 0001. 00minmmmmxddpp凹模尺寸：;3 . 5)246. 0135. 5()(101. 0081. 002. 000minmmmmZddppd凹模孔心距尺寸：;05. 02 .728)2(minmmLLd第四章 毛坯排样、利用率、冲裁力、拉深力等计算及压机选用第四章 毛坯排样、利用率、冲裁力、拉深力等计算及压机选用4.1 4.1 毛坯排样毛坯排样 本 工 序 的 落 料 冲 裁 件 只 是 简 单 的 图 形 ， 查 表 3-13 得 搭 边 数 值;5 . 1,5 . 11mmamma故条料宽度：,128)5 . 12125(mmmmB步距：;5 .126)5 . 1125(mmmms14南昌航空大学科技学院学士学位论文 图 图 03 03 排样图排样图4.2 4.2 计算材料利用率计算材料利用率%3 .75%1002000128128415%10021BLnA式中n为条料上实际冲裁的零件个数，L 为条料长度，B 为条料宽度，1A为一个零件的实际面积。4.3 4.3 计算各冲裁工序的冲裁力、卸料力、推件力、顶件力及公称压力计算各冲裁工序的冲裁力、卸料力、推件力、顶件力及公称压力1. 冲裁力的计算：（F-冲裁力，L-冲裁周边长度，b-材料抗拉强度，t-材料厚度，k 为系数，常取k=1.3）落料：;153075)10300101101253 . 1 (6330NNKLtF冲mm5孔：;6123)103001011053 . 1 (6330NNKLtF2. 卸料力（xF）、推件力（TF）及顶件力（DF）的计算查表 3-11得rek、puk、upk分别为0.05、0.055、0.06；落料：NNFkFNNFnkFNNFkFupDpuTrex5 .9184)15307506. 0(;125.8419)153075055. 01 (;75.7653)15307505. 0(冲mm5孔：NNFkFNNFnkFNNFkFupDpuTrex38.367)612306. 0(;765.336)6123055. 01 (;15.306)612305. 0(15南昌航空大学科技学院学士学位论文3. 压力机公称压力的确定落料：;75.25257)5 .91845 .841975.7653(NNFFFFTxz冲mm6孔：;28.1010)38.367765.33615.306(NNFFFFTxz4.4 4.4 计算各拉深工序的压边力、拉深力及确定压力机公称压力计算各拉深工序的压边力、拉深力及确定压力机公称压力1. 压边力、拉深力的计算（1）首次拉深：（拉深mm75） 对于同形件压边圈时：bdtkF；（K-修正系数）,拉深mm75时; 1k ;70650)1030010110751 (63311NNdtkFb (b-材料抗拉强度，1k-修正系数，由表6-27查得) 压边力：qsQF1；（s-压边圈下毛坯的投影面积，q-单位压边力，由表6-27 查得）； 对于同形件，第一次拉深时的压边力：;155.1686410310)9275(1254)2(466222121NNqRdDFdQ(2) 第二次拉深：（拉深mm61） 因为;06288. 00333. 0) 173. 01)(17. 009. 0() 1)(17. 009. 0(k而,01639. 0611dt采用压边圈拉深力：;9 .54588)10300101106195. 0(633b22NNdtkF压边力：;6 .209910310)8 . 5261(754)2(46622222122NNqRddFdQ（3）第三次拉深：拉深力：;42390)10300101105014. 390. 0(F633133NNtdkb压边力：;48.559510310)5 . 3250(754q)2R(d-d4F66222d321Q33NN16南昌航空大学科技学院学士学位论文2. 确定压力机公称压力 在实际生产中，一般按总的拉深力小于或等于压力机公称压力的%60%50来选择，根据以上计算的各次拉深拉深力，故选择：第一次拉深的工称压力为：;413001)5010006507(FNN取KN;601F第二次拉深的公称压力为：109176N;)N50100(54588.9F取160KN;F第三次拉深的公称压力为：N;47808)N50100(42390F取100KN;F4.5 4.5 压力机选用压力机选用1. 落料 因为落料的压力机工称压力计算为 25257.75N,查表 13-10(工艺模具设计手册)，选择公称压力为 300KN 的开式可倾工作台压力机，滑块行程：100mm；行程次数：80次1min;公称压力时，滑块离下死点距离：7mm；最大封闭高度：300mm；工作台尺寸：630mm（左右）、420mm（前后）。2. 冲mm5孔 冲mm53孔的压力机公称压力计算为 1010.28N,查表13-10，选择公称压力：40KN 的开式可倾工作台压力机；滑块行程：40mm；行程次数：200 次1min；公称压力时，滑块离下死点距离：3mm；最大封闭高度：160mm；工作台尺寸：280mm（左右）、180mm（前后）。3. 第一次拉深 查表选择公称压力为 160KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：80mm；行程次数：100 次；1min公称压力时，滑块离下死点距离：6mm；最大封闭高度：250mm；工作台尺寸：560mm（左右）、300mm（前后）。4. 第二次拉深 查表 13-10，选择公称压力为 160KN 的开式可倾工作台压力机，滑块行程：70mm；行程次数：115 次；1min公称压力时，滑块离下死点距离：5mm；最大封闭高度：220mm；工作台尺寸：450mm（左右）、300mm（前后）。5. 第三次拉深 查表 13-10，选择公称压力为 100KN 的开式可倾工作台压力机，滑块行程：70mm；行程次数：115 次；1min公称压力时，滑块离下死点距离：5mm；最大封闭高度：220mm；工作台尺寸：450mm（左右）、300mm（前后）。17南昌航空大学科技学院学士学位论文第第5 5章 章 各工序的模具设计 各工序的模具设计5.1 5.1 落料模落料模 （1）模架的选用 模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查（ 冲压工艺与模具设计实用技术表265）得模架规格为：模架： mm153L mm502B，220mm180H，mm501h，mm602h， S=280mm，R=45mm。（2）其它零部件结构18南昌航空大学科技学院学士学位论文落料凹模将由连接件固定在下模座上，凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。 模柄采用嵌入式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为5091 查冲压工艺与模具设计实用技术表278 导柱导套选用标准件，其规格分别为：导柱：40mm200mm； 冲压工艺与模具设计实用技术表253导套：58mm120mm 查冲压工艺与模具设计实用技术表255卸料螺钉为圆柱头内六角式：100M12;卸料弹簧：75184（如下图04） 图 图 04 04 落料模 落料模 5.2 5.2 冲孔冲孔 3-3-mm5（1）模架的选用 模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查（ 冲压工艺与模具设计实用技术表265）得模架规格为：19南昌航空大学科技学院学士学位论文模架： mm250L 0mm02B，220mm190H，mm451h，mm502h， S=280mm，R=45mm。（2）其它零部件结构落料凹模将由连接件固定在下模座上，凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。 模柄采用嵌入式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为5091 查冲压工艺与模具设计实用技术表278 导柱导套选用标准件，其规格分别为：导柱：40mm200mm； 冲压工艺与模具设计实用技术表253导套：58mm120mm 查冲压工艺与模具设计实用技术表255卸料螺钉为圆柱头内六角式：100M12;卸料弹簧：75184（如下图05） 图 图 05 05 冲孔模冲孔模20南昌航空大学科技学院学士学位论文总结总结冷冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，被广泛地运用在机械、 电子、 汽车、 航空、轻工业（如自行车、 照相机、 五金、 日用器皿等生产）等领域有广泛的应用。 冲压工艺具有生产效率高、 生产成本低、 材料利用率高、 能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工。 冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。 模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、 效益和新产品的开发能力。 随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包冷压模一定会得到更普及地应用。通过
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