毕业设计（论文）-端盖冲压成形工艺及模具设计（全套图纸）.doc

河南机电高等专科学校毕业设计说明书1、绪论模具工业是国民经济的基础工业,是工业生产的重要工艺装备.先进国家的模具工业已摆脱从属地位,发展为独立的行业.日本工业界认为: “模具工业是其它工业的先行工业,是创造富裕社会的动力”.美国工业界认为:“模具工业是美国工业的基石”.在德国模具被冠以 “金属加工业中的帝王”之称.目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。全套图纸，加1538937061.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； 3）模具扫描及数字化系统； 4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7）模具的精度将越来越高； 8）模具研磨抛光将自动化、智能化； 9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并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。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到452、冲压件的工艺分析零件名称：端盖 生产批量：大批量材料：08钢料厚：1mm零件简图：(见下图)2.1零件工艺性此工件为有凸缘的锥形件，且底部带有圆孔，拉深高度不高，拉深前后厚度不变，工件材料为08钢，拉深性能比较好，且此工件的形状满足拉深工艺要求，可用拉深工序加工。工件底部上有一直径d=6.5mm的圆孔，孔边与筒壁之间的距离为L=10.5mmR+0.5t=3.25mm，满足冲裁尺寸条件要求。该制件为端盖，制件形较为简单。但需要多道工序才能完成。制件形状为锥形，中心处有圆孔，对精度要求不高. 从制件图上可以看出，必须先通过落料和冲工艺孔，然后再进行拉深，需要两套模具，很明显拉深决定了零件的总体形状和尺寸，所以在此先主要对拉深工艺进行分析。2.2工艺方案的确定因为工件为带凸缘且底部有圆孔的锥形零件，零件形状为圆形，所以该工件的生产包括落料、冲孔、拉深、切边四个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先落料，其次冲孔，再拉深，最后切边。采用单工序模生产。方案二：落料拉深冲孔切边复合冲压。采用复合模生产。方案三：先落料拉深，再冲孔切边，采用两套复合模具生产。对各种方案的分析方案一模具结构简单，但需要四道工序四副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率较高，能满足大批量生产要求，但是模具结构比较复杂，模具的生产、装配和维修困难。方案三需要两副模具，虽然比方案二多了一副模具，但由于每套模具只进行两个工序，且零件的几何形状简单对称，模具制造、装配和维修并不困难，模具采用复合形式，简化了工序，生产效率比方案一高，能满足大批量生产的要求，所以经综合考虑，工件采用方案三进行生产。3、工艺性计算3.1计算毛坯尺寸 由工件简图可得，d= 60 mm,d= (30 - 1)mm = 29mm,由凸缘的相对直径d/ d = 60mm / 29mm = 2.07,查表4.2得修边余量 = 1.4mm,因零件底部圆角半径r与凸缘圆角半径R相等，即r = R时，有凸缘锥形件的毛胚直径； D = 将d = 60 + 2 = (60 + 21.4)mm = 62.8mm ,d = 29mm,H = (8 1)mm = 7mm,R = 2mm,代入上式中，得毛坯的直径为 D = 68mm3.2 排样设计设计模具时，首先要设计条料的排样图。该零件为圆形件，单向排列时（如图所示）的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。 3.3条料宽度、导料板间距离和材料利用率的计算 查表2.9取得搭边值为a = 0.8mm，a =1mm。 条料宽度的计算： B=（D+ 2a + C） B_条料宽度（mm）D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a侧搭边的最小值； 条料宽度的单向（负向）偏差； C导料板与最宽条料之间的单面最小间隙； 把D= 68mm，a = 1mm,查表得C = 0.5, = 0.5mm,代入上式得B = 68+2+0.5=70.5mm。 材料利用率的计算：根据一般的市场供应情况，原材料选用1000mm2000mm1mm的冷轧薄钢板，每块可切成71.4mm1000mm规格条料28条，材料剪切利用率为1=98.9%计算冲压件毛坯的面积：S=3.1468=3650mm一个步距材料利用率通用计算公式 =100%式中 S一个零件的实际面积，mm2; n一个步距内实际冲裁件数量； B条料宽度，mm; A送料步距， mm把S =3650mm,n = 1,B = 70.5mm,A = D + a = 69mm + 0.8mm = 69.8mm。代入上式得 = 75.4% 导料板间距离的计算： A = B + C = D+ 2a + 2C 式中 B_条料宽度（mm）D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a侧搭边的最小值； C_导料板与最宽条料之间的单面最小间隙； 把B = 70.5mm，C = 0.5, a =1mm, D= 68mm，代入上式得 A = 68mm + 21mm + 20.5mm = 71mm。3.4计算凸、凹模刃口尺寸查表2.4得间隙值Z=0.1mm，Z=0.14mm。3.41冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算由于冲孔是一个简单的圆形，因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以拟采用分别制造法加工。设计时，需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造工差。查表2.5得凸、凹模制造公差：= 0.020mm，= 0.020mm。校核：Z- Z = 0.04mm，而+ = 0.04mm满足Z- Z +的条件。-工件图中未标注公差的尺寸，查相关文献得出其极限偏差：68、6.5、查表2.6得：IT11级时磨损系数x = 0.5根据设计原则,冲孔时以凸模为设计基准。设计加工时，以凸模为设计基准，由式2.5和2.6得 d = （d + x） d = （d + Z） 式中 d、d 冲孔凸凹模尺寸； 冲孔件的最小基本尺寸； x磨损系数； 工件制造公差； Z最小合理间隙； 、凸、凹模的制造公差。 把d = 6.5mm,x = 0. 5, = 0.22, Z=0.1mm, = 0.02mm，= 0.02mm代入上式得 d = （6.5 + 0.50.22） = 6.61mm d = （6.61mm + 0.1） = 6.71mm3.42落料凸、凹模刃口尺寸的计算查表2.5得凸、凹模制造公差：= 0.025mm，= 0.035mm。 校核：Z- Z = 0.040mm，而+ = 0.055mm 满足Z- Z +的条件。所以采用配作法加工。当以凹模为基准是，凹模磨损后，刃口部分尺寸增大，属于A类尺寸。查表4.6得IT12级x = 0.5由式（2.8）得 D= ( D - x)式中 D落料凹模尺寸；D落料件的基本尺寸； x磨损系数； 工件制造公差； 凸、凹模的制造公差。 把D = 68mm，x = 0. 5, = 0.46, = 0.035mm代入上式得 D= （68 0.50.46） = 67.77mm 落料凸模得基本尺寸与凹模相同，不必标注公差，但凹模得实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Z=0.1mm。3.43拉深凸、凹模尺寸的计算 为了保证锥形拉伸件的锥度，所以以凸模为基准进行设计加工，由式4.37和4.38得 d= ( d+0.4)d= ( d +0.4+Z) 式中： d、 d凸、凹模的尺寸；d_零件内径的最小极限尺寸；零件的公差； 、凸、凹模制造公差； Z拉深模双面间隙。 查表得 = 0.22， = = 0.02mm,因为工件的精度要求并不高，其单面间隙值为 = （11.1）t = （11.1） 1 所以取Z = 2mm 代入上式得 d= ( d +0.4) =（30+0.4*0.22）= 30.88mm d =（30.88+2） = 32.88mm 3.44拉伸凸、凹模的圆角半径的计算 由于零件尺寸标注在内形，因此，凸模的圆角半径为r凸=2mm，凹模平面转角的圆角半径为r凹=经计算得： r凹=2.24mm3.5冲压力得计算3.51.落料力 F = 1.3t 式中 _材料抗剪强度 D_毛胚直径 t_材料厚度 查表得08钢得抗剪强度 = 300MPa。把D =68mm,t = 1mm代入上式得 F= 1.33.1468mm 300MPa1mm 85.4kN。 同样得冲孔力F=1.36.53.141300=8.164kN 落料时的卸料力 F = K F K_卸料力系数； F落料力； 查表得K = 0.05，F =85.4kN，所以代入上式得 F = 0.0585.4kN 4.27kN 冲孔时得推件力 F=nK F 取直筒形刃口的凹模形式，由表2.21得，h=6mm，则n=h/t=6个，查表2.7得K=0.05F=60.056.164=2.45KN3.52.拉深力 F = Kdt 式中 K_修正系数，查表4.6； d_拉深后工序件中径； t_材料厚度； _材料的抗拉强度； 查表得K = 1.0， = 400MPa，把K = 1.0， = 400MPa，d = 29mm,t = 1mm,代入上式得 F = 13.1429mm1mm400Mpa =36.4KN。3.53.压边力: F = P 式中 D_毛胚直径（mm）； d_第一次拉深后工件的直径（mm）； r_拉深凹模圆角半径（mm）； P_单位压边力（Mpa）； 查表得 P = 2.5Mpa， 取r =2.24mm。d = 68mm，d = 30mm。代入上式得 F= 2.5Mpa 6.74Kn3.54.顶件力 F = K F 式中 K_顶件力系数； F_拉深力； 查表得 K = 0.06，P = 36.4KN，代入上式得 F = 0.0636.4KN = 2.18kN。所以综上可得，落料拉深模得总冲裁力 F = F+ F+F+ F+F = 85.4kN +36.4 kN +4.27Kn+6.24kN+2.18kN =134.5 kN。 P = P+ P = 8.164kN +2.45kN = 10.614kN。4、模具工作部分的设计4.1落料凸、凹模的结构设计凹模刃口采用直筒形刃口，并查表2.21，取得刃口高度为h=6mm。该凹模的结构简单，宜采用整体式。查表2.22，得k=0.3即凹模高度H=kb=0.368=20.4mm凹模厚度C=1.5x20.4=30.6mm凹模外形尺寸的确定：凹模外形直径d=68+230.6=129.2mm凹模整体尺寸标准化，取为160mm25mm。4.2冲孔6.5的凸模设计 凸模固定板的厚度取25mm，凸模长度根据结构上的需要来确定 L=25+33+2=60mm4.3模柄因为模具尺寸不是太大，综合考虑选用垂直度和同轴度较好的压入式模柄，根据JB/T 7646.1选取基本尺寸标准为40mm的模柄，具体如下图所示：4.4垫板因为凸凹模和落料凹模都为圆形，所以采用圆形垫板，由JB/T 76531994的规定，选取规格为160mm 8mm的垫板。4.5凸模固定板凸模固定板主要用来固定拉深凸模，使其在工作过程中保持稳定和精度，所以根据JB/T 76531994选取规格标准为160mm25mm的凸凹模固定板，为了使其均匀固定，需要在其上加工三个螺纹孔和三个销钉孔，又因为拉深加工需要压边圈，所以还需要在凸模固定板上加工三个顶杆孔，使压边圈起到压边作用，另外还要加工固定凸模的阶梯孔。 4.6凸凹模固定板凸凹模固定板是用来固定凸凹模，使其在工作过程中能稳定的工作，保持模具的精度，它通过螺钉与上模座进行紧固连接，同时通过销钉进行定位，以保证安装位置的精度，另外卸料螺钉通过安装在固定板的弹簧达到弹性卸料的目的，所以需要在凸凹模固定板上加工三个螺钉孔和两个销钉孔，另外还要加工一个固定凸凹模的阶梯孔和三个卸料螺钉孔。4.7落料凹模落料凹模是模具的主要工作零件，需要较高的强度和精度，所以凹模材料选用Cr12，淬火硬度为：5862HRC，凹模刃口尺寸为67.77mm，可通过镗、铣削、磨削等加工方法进行加工制造，安装时通过螺钉与销钉和下模座进行连接和定位，所以凹模上要加工螺钉孔和销钉孔，刃口部分采用阶梯孔形式，以方便安装压边圈，如下图所示：4.8卸料板卸料板是模具的主要卸料零件，它与卸料螺钉、弹簧组成弹性卸料装置，以卸除卡在凸凹模上的条料，使工作快速进行，与凸凹模之间采用间隙配合，卸料板需加工卸料螺钉孔与卸料螺钉进行4.9顶件块 在拉深工序中，为保证拉深件的表面质量，防止拉深过程中材料的起皱，常采用顶件块用合适的力使毛坯的变形区部分被压在凹模平面上，并使毛坯从顶件块与凹模平面之间的缝隙中通过，从而制止毛坯的起皱现象。顶件块的内形与拉深凸模大间隙配合，一般与顶料杆(三根以上)、橡皮等构成弹性卸料系统。4.10凸凹模凸凹模是落料的凸模又是拉深的凹模，做为模具的主要成形零部件，其精度和强度都有较高的要求，其外部形状可以通过车削、镗削、磨削等加工方法进行加工制造，材料可选用Cr12，淬火硬度为5862HRC，4.11模具其它部件的选用 模具其它部件的选用见表21 表21 模具其它部件的选用序号名称数量材料规格/ mm标准热处理1销钉240Cr10602打杆140111504045HRC3螺钉345M12604打料RC5卸料螺钉340CrM12853035HRC6螺钉345M12957顶杆3T8AM10904045HRC8销钉340Cr10909弹簧3209067010橡皮14.12选用模架、确定闭合高度及总体尺寸由于拉深凹模外形尺寸不大，且工件精度要求较高，为了工作过程稳定和保证工件精度，选用中间导柱模架。再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。表3-1 拉深落料模架规格选用名称尺寸材料热处理上模座160mm160mm40mmHT200下模座160mm160mm45mmHT200导柱28mm170mm、32mm170mm20渗碳5862HRC导套28mm100mm38mm、32mm100mm38mm20渗碳5862HRC最小闭合高度H= 180mm, 最大闭合高度H = 220mm。模具的闭合高度 H = 上模座厚 + 垫板厚 + 凸凹模厚 + 凸模厚 + 下模座厚 + 垫板厚 - （料厚 +工件高度） = 40mm + 8mm + 64mm + 50mm + 45mm + 10mm (1mm + 8mm) =193mm因为模具的封闭高度H应该介于压力机的最大封闭高度Hmax和最小封闭高度Hmin之间，一般取：Hmax-5mmHHmin+10mm由此可知，要使工件能顺利的加工和从模具上取出，必须要模具有足够的封闭高度 HmaxH+5mm=193mm + 5mm = 198mm HminH-10mm=193mm 10mm = 183mm 因H = 220mm 198mm, H= 180mm 183mm,所以可以选用标准模架。4.13.冲压设备的选择 为了使压力机能安全工作，取 F （1.6 1.8）P 所以落料拉深的压力机 F （1.6 1.8）P = 1.7134.5 kN = 228.64 kN 冲孔压力机 F （1.6 1.8）P = 1.7 10.614kN = 18kN。故落料拉深模选用630kN的开式压力机。其主要技术参数如下。公称压力：630kN 滑块行程：130mm