防尘罩盖落料拉延复合模设计.doc

沈阳理工大学课程设计目 录1 工艺性分析11.1零件图分析11.1.1 零件结构分析11.2 零件工艺性分析11.2.1 尺寸公差11.2.2 材料要求12 工艺方案的确定32.1冲压基本工序的确定32.1.1 工序数目的确定32.1.2 工序顺序和组合方式32.2冲压方案的比较确定32.2.1 方案的比较32.2.2 方案的确定43工序设计和工序尺寸计算53.1毛坯尺寸的计算53.1.1 确定修边余量53.1.2 毛坯尺寸的确定53.2工序设计尺寸及其计算73.2.1 工序尺寸计算73.2.2 各步工序简图84工艺设计与计算94.1落料模刃口尺寸计算94.1.1 落料凹模刃口尺寸计算94.1.2 落料凸模刃口尺寸计算94.2 材料的经济利用94.2.1 排样104.2.2 搭边104.3冲孔模刃口尺寸计算104.3.1 冲孔凸模刃口尺寸计算114.3.2 冲孔凹模刃口尺寸计算114.4拉延凸、凹模工作部分尺寸计算114.4.1 凸、凹模尺寸及制造公差114.4.2 凸、凹模圆角半径计算124.5冲压工艺计算134.5.1 冲裁力的计算134.5.2 拉延力的计算144.5.3 拉延功的计算144.5.4 卸料力、推件力与顶件力的计算144.5.5 压力中心的计算144.6凸模和凹模外形尺寸及结构形式的确定154.6.1 落料凹模外形尺寸及其结构形式154.6.2 凸凹模外形尺寸及其结构形式164.6.3拉延凸模外形尺寸及其结构165确定模具整体结构185.1模具类型选择185.2操作方式选择185.3材料送进、定位方式选择185.4卸料与推件零件195.5导向装置的选择216选用设备22 6.1压力机的选择226.2模柄的选择22参考文献24附录25附录A 冲压工艺卡片25251 工艺性分析1.1零件图分析1.1.1 零件结构分析该零件是防尘罩盖，属于无凸缘圆筒形拉延件，总高为21mm，壁厚为2mm，最大直径为73mm,底部中心有直径为14mm的大孔。零件尺寸如下图所示：图1.1 防尘罩盖零件结构图1.2 零件工艺性分析 1.2.1 尺寸公差由于影响拉延件精度的因素较多，故不应对其有过高的精度要求。一般情况下，拉延件的尺寸公差都在IT13级以下，不宜高于IT11级。因为所给零件图未给出尺寸公差，故取尺寸公差为IT13级。1.2.2 材料要求 用于拉延成形的材料要求具有高的塑性，低的屈强比和大的板厚方向系数。板料的屈强比s/b小，材料起皱的趋势小，因此，防止起皱的压边力和摩擦损失都要相应地降低，从而提高极限变形程度。当板厚方向系数r1时，板料在厚度方向上的变形比宽度方向上的变形困难。r值越大，材料越不容易变薄或增厚，r值越大的材料，其极限拉延系数可小一些。增大r值，使板料易于在宽度方向变形，则可减少起皱，有利于拉延加工和产品质量的提高。材料的r值大，板料受拉时，厚度不易变薄，因而也不容易产生拉裂现象。在金属板料中，含碳量低于0.14%的软钢、软黄铜（含铜量为6872%）、纯铝及铝合金、奥氏体不锈钢材料等都具有良好的拉延性能。该零件所用材料为经热处理的08钢板，其力学性能如下表所示：表1.1 材料的力学性能参数材料名称抗剪强度/Mpa抗拉强度b/ Mpa屈服点s/ Mpa延伸率10/ %弹性模量E/103Mpa数值08255353324441196321862 工艺方案的确定2.1冲压基本工序的确定 根据对零件图的分析，初步选定冲压基本工序为：落料拉延冲孔整形。2.1.1 工序数目的确定根据零件大批量生产的要求，所以需要提高冲压加工的生产效率，降低生产成本。因此，要求工序数目尽量少，并尽量把工序集中起来。对于尺寸较小的零件，常采用复合模或连续模进行冲压加工，这样不但可以提高生产效率，同时操作方便与安全。根据生产经验，集中到一副模具上的工序数目不宜太多，对于复合模，一般为2-3个工序，最多4个工序，对于连续模，集中的工序可多一些。2.1.2 工序顺序和组合方式落料拉延冲孔整形。2.2冲压方案的比较确定2.2.1 方案的比较综合考虑生产成本、生产效率、生产批量等因素，可确定以下几种方案：方案一，采用单工序模。先落料，再拉延，然后冲孔，最后进行整形。一共需要三至四套模具，模具结构简单，但是工序数目较多，压力机一次行程内完成一道工序，生产效率低，模具成本高，并且各个工序定位困难、不准确。方案二，采用复合模。在一副模具中一次送料就完成落料、拉延和冲孔三个工序。和方案一相比，模具结构较为复杂，但定位准确，精度高，效率高，适用于大批量生产，易实现操作机械化和自动化。方案三，采用落料拉延复合模，冲孔单工序模。定位准确，精度高。2.2.2 方案的确定通过对三种方案的比较，考虑到孔径较大，距离拉延底部边缘的距离较小，会影响零件的精度，于是确定选用方案三。第一道工序采用落料拉延复合模，第二道工序采用冲孔单工序模，生产效率高，可以提高工件的质量。3工序设计和工序尺寸计算3.1毛坯尺寸的计算毛坯尺寸计算正确与否，不仅直接影响生产过程，而且对冲压生产有很大的经济意义，因为在冲压零件的总成本中，材料费用占到6080%。由于拉延后工件的平均厚度与毛坯厚度差别不大，厚度变化可以忽略不计，所以毛坯尺寸确定可按照拉延前后毛坯与工件的表面积不变的原则计算。3.1.1 确定修边余量由于材料的性能及模具的几何形状等因素在不同方向上存在着一定差异，拉延后零件的边缘是不平齐的。所以在大多数情况下，必须加大零件的高度，拉延后经修边工序保证零件的质量。计算毛坯尺寸之前，要在拉延件高度方向加一段修边余量，修边余量取决于板料性能、拉延件几何形状、拉延次数等。查表5.1得，无凸缘零件的修边余量2mm。3.1.2 毛坯尺寸的确定进行毛坯尺寸计算时，首先将拉延件划分成若干个便于计算的具有简单几何形状的组成部分，分别求出各部分的表面积F，相加后得到零件的总面积，之后用下式计算出毛坯直径D。D= （3.1）根据零件的形状，将零件划分成7个部分：图3.1 零件毛坯尺寸计算图 查表4-1-13各种常用旋转体表面积的计算公式，分别计算各部分的表面积，计算过程如下： 1为圆形 2为凸形球环 3为截头锥形 4为凹形球环 5为环形 6为四分之一的凸形球环 7为圆筒形 所以 根据公式（3.1）毛坯直径D=3.2工序设计尺寸及其计算3.2.1 工序尺寸计算1落料 通过以上计算可知，落料尺寸应为96mm。2拉延由于零件的头部为锥形件的拉延，锥形件的锥顶部承载能力最弱，因此，锥形件容易出现破裂，需要判断能否一次成形。根据分析，在实际生产中将锥形件的拉延分为三类:浅锥形件的拉延、中锥形件的拉延和深锥形件的拉延。因为该零件6/40 = 0.150.250.3,属于浅锥形件，浅锥形件一般均可一次拉成。拉延系数=，而材料的极限拉延系数在0.550.60之间，由此可知拉延系数远远大于材料的极限拉延系数，而材料的相对厚度(t/D)100=2.082.0，查表5.1采用或不采用压边圈的条件可知，不用压边圈。一次拉延成形的条件为： (3.2) 式中H拉延件高度（mm） d拉延件直径（mm）将零件整体看作圆筒部分直径为73mm，高度为零件的最高高度21mm，经计算可得零件的拉延高度远远小于，由此可见零件可以一次拉延成形。3冲孔与整形 冲孔整形工序的尺寸与零件图相等。3.2.2 各步工序简图图3.2 工序简图4工艺设计与计算4.1落料模刃口尺寸计算设计落料模时，以凹模刃口尺寸为基准，用缩小凸模尺寸保证间隙，凹模基本尺寸取工件尺寸公差范围内的较小尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格工件。因此，应先确定凹模工作部分尺寸，凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。4.1.1 落料凹模刃口尺寸计算 (4.1) 式中Dd落料凹模公称尺寸，mm；Dmax落料工件外径最大极限尺寸，mm； 工件制造公差，查表知= 0.540mm； d凹模制造公差，查表得d = 0.035mm；X系数，与工件精度等级有关，查表取X = 0.75。代入算得4.1.2 落料凸模刃口尺寸计算 (4.2) 式中Dp 、Dd落料凸、凹模公称尺寸，mm；Zmin凸、凹模的最小双面间隙，查表得Zmin = 0.12mm；p凸模制造公差，查表得p = 0.025mm。代入算得4.2 材料的经济利用4.2.1 排样冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样的合理与否影响到材料的经济利用，还会影响到模具结构与寿命、生产率、工件公差、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。考虑到落料件外轮廓形状为圆形，采用直排有废料排样。4.2.2 搭边 排样时工件与工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边及侧搭边。搭边的使用是使工件沿整个周边封闭冲裁时补偿送料的误差，并将其在模具上定位，以保证冲裁出完整的工件。搭边还可以保持条料有一定的刚度和强度，便于送进模具内。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低。搭边值过小，在冲裁中将会被拉断，造成送料困难，且使工件产生毛刺，有时还会拉入凸模和凹模间隙中，损坏模具刃口，降低模具寿命。查表2.8得，a = 1.2mm，a= 1.5mm。由此计算出，条料宽度B=（D+2a）= (96+21.5)= 99mm排样方式如下图所示：图4.1 排样方式示意图4.3冲孔模刃口尺寸计算设计冲孔模时，以凸模刃口尺寸为基准，用加大凹模尺寸保证间隙，凸模基本尺寸取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格的孔。因此，应先确定凸模工作部分尺寸，凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个最小合理间隙值。由零件图可知，该零件冲孔的尺寸为mm。4.3.1 冲孔凸模刃口尺寸计算 (4.3)式中 dp冲孔凸模公称尺寸，mm； dmin冲孔件孔径的最小极限尺寸，mm；工件制造公差， = 0.1mm；p凸模制造公差，查表得p = 0.020mm；X系数，查表知X = 0.75。代入算得4.3.2 冲孔凹模刃口尺寸计算 (4.4)式中dp、dd冲孔凸、凹模公称尺寸，mm；Zmin凸、凹模的最小双面间隙，查表得Zmin = 0.12mm；d 凹模制造公差，查表得d = 0.025mm。代入算得4.4拉延凸、凹模工作部分尺寸计算4.4.1 凸、凹模尺寸及制造公差根据零件图标注的外形尺寸，将其转化为，分别代入凸、凹模尺寸计算公式进行计算。1 凹模尺寸 (4.5)式中拉延凹模尺寸，mm；D拉延件外形基本尺寸，mm；拉延件公差， = 0.12mm；d凹模制造公差，查表知d = 0.08mm。代入算得2凸模尺寸 (4.6) 式中 、拉延凸、凹模尺寸，mm；D拉延件外形基本尺寸，mm；拉延件公差， = 0.12mm；Z凸、凹模的单边间隙，Z = 1.1t = 1.12 = 2.2mm；p凸模制造公差，查表知p = 0.05mm。 代入算得4.4.2 凸、凹模圆角半径计算1 凹模圆角半径 凹模圆角半径对拉延过程有着重要的影响。它影响到拉延变形力、是否起皱、材料壁部的变薄程度、拉延系数、拉延次数和模具的寿命。如果过小，则板料在经过凹模圆角部位时的变形阻力、摩擦阻力及在模具间隙里通过的阻力都要增大，结果会导致总拉延力的增大和模具寿命的降低；而过大，会使毛坯过早脱离压边圈的压边作用而可能起皱。凹模圆角半径的选取原则为：在不产生起皱的前提下愈大愈好。在生产实际中，通常采用经验公式对凹模圆角半径进行计算。 (4.7)D毛坯直径，mm；d拉延件直径，mm；t材料厚度，mm。 代入算得 mm2凸模圆角半径凸模圆角半径对拉延力的影响很小，但若凸模圆角半径取得过小，则会严重影响材料的变薄，会使“危险断面”处的弯曲应力增加，材料的强度减弱，这就会提高极限拉延系数。因此设计模具时，应根据具体条件选取合适的圆角半径。 (4.8) 代入算得mm4.4.3 拉延凸模的出气孔尺寸查表4-1-31可知，出气孔直径d = 6.5mm。4.5冲压工艺计算4.5.1 冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了选用合适的压机、设计模具和检验模具强度。压机的吨位必须大于所计算的冲裁力。平刃口模具冲裁时，冲裁力可按下式计算： (4.9)式中 冲裁力，N； L冲裁周边长度，mm；t材料厚度，mm；材料抗剪强度，查得= 255353MPa，取为280MPa；K安全系数，一般取K = 1.3。代入算得4.5.2 拉延力的计算 筒形件拉延力理论计算公式如下： (4.10) 式中拉延力，N；d拉延件直径，mm；t材料厚度，mm；b抗拉强度，查得b=324441MPa，取为400MPa；K1与拉延系数有关的修正系数，根据（t/D）100查表插值得K= 0.32。代入算得4.5.3 拉延功的计算A=10 (4.11)式中A拉延功，J；系数，其值与拉延系数有关，据表插值出= 0.66； 最大拉延力，N； h拉延深度，mm。 代入得：A = 0.66590002110= 817.74 J4.5.4 卸料力、推件力与顶件力的计算 4.5.5 压力中心的计算冲裁模的压力中心就是冲裁合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，否则滑块就会受到偏心载荷，使模具歪斜，间隙不均，从而导致冲床滑块与导轨以及模具的非正常磨损，降低冲床和模具的寿命。所以设计模具时，必须使其通过模具的轴线，从而保证模具的压力中心与冲床滑块中心重合。由于零件形状对称，故其压力中心位于图形轮廓的几何中心，即圆心。4.6凸模和凹模外形尺寸及结构形式的确定4.6.1 落料凹模外形尺寸及其结构形式落料凹模选择直壁刃口凹模，刃口强度较高，修磨后工作部分尺寸不变，制造方便。1外形尺寸（1）凹模高度计算公式如下： (4.12) 式中K系数，查表3.3可知K=0.28；b冲裁件最大外形尺寸，mm。 注意，应不小于15mm。代入得 mm,为保证有足够的强度，取H=40 mm。（2）凹模厚度计算如下： 根据冲裁力查表3.4，可知凹模的壁厚为29.2 mm，因为刃口的周长远远超过50mm，需乘以修正系数1.37，即壁厚为29.21.37=40 mm（3）由凹模的壁厚确定固定凹模时的螺钉为M10，销钉为。2结构形式图4.6.1 落料凹模结构图4.6.2 凸凹模外形尺寸及其结构形式 落料凸模和拉延凹模组成凸凹模，结构及主要尺寸如下图所示，其外形尺寸在绘制装配图时根据实际情况选取。图4.6.2 凸凹模结构图4.6.3 拉延凸模外形尺寸及其结构 拉延凸模的主要尺寸已由前面算出，其他外形尺寸待装配时具体确定。图4.6.3 拉延凸模结构图5确定模具整体结构5.1模具类型选择由于该零件为大批量生产，根据方案分析比较的情况，本设计采用复合模。模架包括上模座、下模座、导柱和导套。为了缩短模具制造周期，降低成本，选用标准模架。选用滑动导向后侧导柱模架，导柱安装在后侧，可以从左、右、前三个方向送料，操作比较方便。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上和宽度上都应该比凹模大3040 mm。模板厚度一般等于凹模厚度的1.01.5倍。因为落料凹模的直径为173.6 mm，厚度为40 mm，确定模架的凹模周界尺寸为200200，其他尺寸详见下表。表5.1.1 上模座GB/2855.5主要参数主要参数凹模周界LBHhL数值2002004530210主要参数SAAR 数值21013023545表5.1.2 下模座GB/2855.6主要参数主要参数凹模周界LBHhL数值2002005040210主要参数SAAR 数值210130235455.2操作方式选择 因为该零件为大批量生产，故采用自动化操作方式。5.3材料送进、定位方式选择该零件为大批量生产，为了提高生产效率，采用自动送料方式，从模具左侧送料。 为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工件精度和质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位装置应避开油污、碎屑的干扰并且不与运动机构发生干涉。定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具冲裁时保证正确的位置。纵向定位是确定条料送进的距离，称为挡料；横向定位是为了保持条料正确的送进方向，称为导料。挡料零件国家标准有挡料装置、侧刃和导正销。导料零件包括导尺、导料销和侧压装置。因为送料步距不发生改变，故可选用固定挡料销。基于以上原则和工件精度的要求，定位方式选择圆柱头式挡料销和导料销。挡料销材料一般为45钢，热处理硬度为4448HRC，当料厚在3 mm以下时，挡料销高度高于料厚1 mm左右即可。5.4卸料与推件零件5.4.1卸料装置卸料装置的形式较多，包括固定卸料板、弹性卸料板、废料切刀等几种。固定卸料板通常安装在凸模与导料板上，一般用于卸料力大或冲裁厚度较大（一般大于0.5mm）的零件。弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用。卸料板除把板料从凸模上卸下外，有时也起压料或为凸模导向的作用。因此，在大批量生产用模具上，要用淬硬的卸料板。5.4.2推件装置推件装置有刚性和弹性两种。弹性缓冲器装于下模座下面。弹性推件装置除有推出工件的作用外，还可以压平工件，这种结构还可用于卸料和缓冲。刚性推件器一般装于上模，推件力大切可靠。其推件力依次通过打杆、推板、顶杆、推块传至工件。5.4.3弹性元件卸料用的弹性元件有弹簧、橡胶和气垫三种，它们的压力特性不相同，要根据需要选择。弹簧压力随行程增加而增加，呈一定线性增长。橡胶的压力和行程呈曲线式增长，气垫的压力在行程中基本不变，但安装气垫成本高，故一般不采用。与弹簧相比，橡胶的刚度较大，因此对要求卸料力较大，行程较小的模具，应选用橡胶，反之选弹簧较好。为了将紧箍在凸模上的料卸下来所需要的力称为卸料力。分析零件的成形特点，模具需两个卸料装置，一个是将紧箍在凸凹模上的板料卸下；一个是将拉延凸模上的最终零件顶出。根据落料拉延复合模的结构特点，第一个选择弹簧，第二个选择橡胶。（1）弹簧的选用卸料板上的弹性元件选取弹簧，弹簧外径为16 mm，安装孔内径为18 mm。（2）橡胶垫的选用A橡胶的直径F (5.1)式中: A橡胶垫的横截面积，mm； p单位压力,与橡胶垫压缩量和形状有关,取2.1Mpa。代入得 mm 选用圆形橡胶，故橡胶垫直径为D=mm，取70 mm。B橡胶的高度 考虑预压缩量和工作过程的压缩量，最大相对压缩变形量一般不超过35%，最小压缩相对变形量一般取10%。总压缩量取18 mm。 故橡胶的自由高度=60 mm若0.5H/D1.5则需增加橡胶层的高度；若H/D1.5，则需要将橡胶分层，两层橡胶之间需要加钢质垫片。经验证，H/D=60/70=0.86，即橡胶不用分成若高，应为一个整体。故橡胶的原始尺寸为7060，材料为聚氨酯弹性体。图5.1 橡胶尺寸图5.5导向装置的选择导向装置可以提高模具的精度、寿命以及工件的质量，而且还可以节约调试模具的时间。导向零件是保证上模对下模正确运动的零件。在中、小型模具中最广泛采用的导向零件是导柱和导套。一般导柱安装在下模座，导套安装在上模座。导向装置有滑动式导柱导套