毕业设计（论文）-轴承座冲压模具设计（全套图纸）.pdf

河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 1 页 共 23 页 前前 言言 利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手 段，它对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品更新换 代和新产品开发都有决定性的意义。在现代工业的主要部门，如机械、电子、轻 工、 交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。如 70%以上的汽车、 拖拉机、电机、 电器、仪表零件，80%以上的塑料制品，70%以上的日用五金及耐用消费零件，都 采用模具成型的方法来生产 10。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 利用模具将平板毛坯变成开口空心零件的加工方法称为拉深（或拉延） 。 拉深是主要的冲压工序之一，应用广泛。用这种工艺方法可以制成筒形、阶 梯形、球形、锥形、抛物线形、盒形和其它不规则的薄壁零件，如果与其它冲压 工艺相配合，还可以制造形状更为复杂的零件。因此在汽车、拖拉机、电器、仪 表电子、轻工等行业中有相当重要的地位。 该模具适应于高矩形和高筒形件的拉深，在毛坯排样无中间搭边，冲裁后废 料中间自动断开，方便送料，不用设置卸料板送料。该成型方法已经熟练应用于 工业生产中。但是在以前模具设计的毛坯计算中都是采用有关手册上所给的公式 进行计算，计算量不仅很大，而且当遇到形状复杂的零件（该零件就是属于这种 情况）会比较麻烦，且容易出错。所以在本设计中拟采用模具 CAD 技术对零件的 毛坯进行计算，以解决以前模具设计中毛坯计算较为复杂的问题，从而缩短模具 设计的周期。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 2 页 共 23 页 从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面： （1）加深理论研究。 加强冲压理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的 计算方法，正确地制定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲 压变形中出现的各种实际问题，进一步提高工件的质量。 （2）高效率、自动化。为适应市场的发化发展，冲压模具正向高效率、自动化、 长寿命、大型化方向发展。 （3）大型、超小型及高精度。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正 呈现多品种、少批量、复杂、大型、精密，更新换代速度快等变化特点。 （4）革新模具制造工艺。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着 科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统 制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，以形成先进的模具制造技术。 （5）标准化。 开展模具标准化工作，使模板导柱等通用零件标准化、商品化， 以适应大规模地成批的生产塑料成型模具。 我国的模具工业发展到今天经历了一个艰辛的历程。 我国模具工业是 19 世纪末 20 世纪初随军火和钟表业引进的压力机发展起来 的。从那时到 20 世纪 50 年代初，模具多采用作坊式生产，凭工人经验，用简单 的加工手段制造。在以后的几十年中，随着国民经济的大规模发展，模具工业进 步很快。当时我国大量引进苏联的图纸、设备和先进经验，其水平不低于当时工 业发达的国家。此后直到 20 世纪 70 年代末，由于错过了世界经济发展的大浪潮， 我国模具业没有跟上世界发展的步伐。20 世纪 80 年代末，伴随家电、轻工、汽车 生产线模具的大量进口和模具国产化的呼声日益高涨，我国先后引进了一批现代 化模具加工机床。在此基础上，参照以后的进口模具，我国成功地复制了一批替 代品。如汽车覆盖件模具等。模具的国产化虽然使我国模具制造水平逐渐赶上了 国际先进水平，但计算机应用方面仍然存在很大的差距。 我国模具工业起步晚，基础差，就总量来看，大型、精密、复杂、长寿命模具 产需矛盾仍然十分突出。为了进一步振兴模具工业，国家有关部门进一步部署。 相信在政府的大力支持下，通过本行业和相关行业以及广大模具工作者的共同努 力，我国模具工业水平必将大大提高，为国家经济建设作出更大的贡献。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 3 页 共 23 页 第第 1 章章 冲压件工艺性分析冲压件工艺性分析 1.1 零件材料的力学性能零件材料的力学性能 图图 1. 零件图零件图 此零件为轴承座，是典型的冲压件。工件尺寸步太大，表面质量要求不太高。 材料厚度为 2.5mm，为中批量生产，每月 20004000 件。所用材料为 08 钢，由于 含碳量0.25，属于极软低碳钢。强度、硬度很低，塑性、韧性极好，冷加工性 好，淬透性、淬硬性差。其理学性能见表 1。 表 1 08 钢力学性能 名称 牌号 力学性能 抗剪强度 （MPa） 抗拉强度 b （MPa） 屈服强度 s （MPa） 延伸率 10 （%） 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 4 页 共 23 页 08 钢 08 260360 380470 200 32 由表知，材料力学性能较好，料薄，孔径 60 . 0 0 53+mm，为 IT11 级，属于一般冲 裁精度，拉深件外形直径 62mm 未注公差，按 IT4 级精度计算，公差要求大于它 的极限偏差，精度要求不高。 该零件结构对称，受力均匀；凸台较高，在拉深过程中，材料补充有困难， 靠变薄拉深满足不了要求，4 个孔的位置容易移动。如果先冲孔后拉深，则冲好的 孔会产生变形。因此，应先拉深后冲孔。 1.2 零件成型工艺分析零件成型工艺分析 （1）拉深件形状应尽量简单，对称。从零件图上可以看出：该零件的外形为 类似矩形，而且用圆弧过渡连接，结构对称。即工件在圆周方向上的变形是均匀 的，模具容易加工，其工艺性较好，避免了急剧的轮廓变化。 （2）拉深件各部分尺寸比例要适当。从零件图上可以看出：该零件的设计避 免了宽凸缘和深度较大的尺寸（即 d凸3d,h2d） 。这样在成型中可以减少拉深次 数甚至一次拉成。 （3）拉深件的圆角半径要适当。拉深件的圆角半径，应尽量大些，以便利于 成型和减少拉深次数。拉深件底与壁、矩形件的四壁圆角半径应满足 r1t、r2 3t.从零件图可以得出：该零件底与壁、矩形件的四壁圆角半径应满足上述值得要 求。这样就可以不用再另外增加整形工序。 （4）拉深件厚度不均匀现象的考虑。由于各处变形不均匀，上下壁厚的变化 达 1.2t 至 0.75t。但是只有工件有特殊的要求，才会考虑这些问题，否则可以认 为零件壁厚是均匀的。由毕业设计原始资料可以不用考虑壁厚不均匀的现象。 此外，拉深件的尺寸精度不宜要求过高。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 5 页 共 23 页 第第 2 章章 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序，可以有三种工艺方案： 方案一：先落料，后拉深，再冲孔。采用单工序模生产。 方案二：落料-拉深-冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三：拉深级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单，制造周期短，工件质量容易控制并且以后工序都可以 采用预冲孔定位，且定位基准一致，操作方便。但需三副模具，工序分散，但需 成本高而生产效率低，难以满足顾客的要求。 方案二只需一幅模具，工件的形位精度和尺寸精度易保证且生产效率高。尽 管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造难度不大。 方案三也只需要一幅模具，生产效率也高，但零件的冲压精度稍差欲保证冲 压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正。因此模具制造、安装较复合模 复杂，安装调试，维修较困难，制造周期长。 通过对上述三种工艺方案的分析比较，综合考虑，该工件的冲压生产采用方 案二为佳。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 6 页 共 23 页 第第 3 章章 排样及裁板方式的经济性分析排样及裁板方式的经济性分析 2.1 毛坯直径的计算毛坯直径的计算 由冲压设计资料可查得以下计算公式： max D=dRdhdt44. 34 2 + 式中 max D毛坯直径； t d制件直径； d零件筒形部分的直径； h拉深高度； R凸缘转角半径。 将数值代入公式计算得 max D=dRdhdt44. 34 2 + =288268016900+ =138.89mm 2.2 确定搭边值确定搭边值 由冲压设计资料表 2-5-2 知工件间距 1 a=1.5mm，侧边距a=1.8mm。其排样 图如图 2： 2.3 条料宽度及送料步距的计算条料宽度及送料步距的计算 条料宽度：B= max D+a2 式中 max D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a侧搭边值。 将数值代入公式计算得 B= max D+ a2 =138.89+21.5=141.89mm 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 7 页 共 23 页 导料板间距：A=B+C= max D+a2+C 图图 2.排样图排样图 式中 C导料板与宽度条料之间的间隙，其最小值查冲压设计资料表 2-5 得 C=1mm; 将数值代入公式计算得 A=B+C= max D+a2+C=141.89+1=142.89mm 送料步距 S= max D+ 1 a 式中 1 a工件间搭边值； 将数值代入公式得 S= max D+ 1 a=138.89+1.5=140.89mm 由冲压设计资料表 2.1 知=0.5mm，则 B= 0 5 . 0 89.141 mm。 2.4 条料的剪裁条料的剪裁 条料是从板料剪裁得来的，条料宽度一经决定就可以裁板，板料一般都是长 方形的，所以就有纵裁和横裁两种方法。 因为纵裁的裁板次数少，冲压时调换条料次数少，工作操作方便，生产率高， 因此，该毛坯采用总裁。 2.5 冲压材料板料规格的选择冲压材料板料规格的选择 选用板料时应尽量使裁后所剩废料少，同时考虑占地面积及裁板机的情况。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 8 页 共 23 页 根据条料宽度 B=151.89mm，步距 S=140.39mm。查模具设计与制造简明手册表 1-2 选用 16002800mm 的板料。 2.6 材料的利用率材料的利用率 每块板料可裁的制件数：n= 39.140 2800 =19，则材料的利用率为 %63 2800141 2 130 14. 319 %100 2 = = = BL nA 式中 A一个步距内冲裁件的实际面积； B条料宽度； L板料长度； n每块板料所裁得的制件数。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 9 页 共 23 页 第第 4 章章 工艺力的计算工艺力的计算 4.1 压力中心的确定压力中心的确定 为了保证压力机和模具正常地工作，必须使模具的压力中心通过模柄轴线且 和压力机滑块的中心线重合。否则滑块就会受到偏心载荷而导致滑块导轨和模具 的不正常磨损，降低模具寿命，甚至损坏模具。 4.2 冲裁力的计算冲裁力的计算 查冷冲模设计表 3-15 得 F=KLt 式中 1 F冲裁力； 1 L冲裁件周长； t板料厚度； K系数（常取 K=1.3） ； 材料的抗剪强度。 由冷冲模设计表 2-3 知=260360MPa，这取=260 MPa。 冲孔时的冲裁力 1 F=KLt =1.3（23.14 2 53 ）2.5260 =140624.9N 推1 F= T Kt =0.055140624.9 =7734.36N 式中 T K推件力系数。 由冲压设计资料表 2-38 得 T K=0.055。 2 F=4KLt 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 10 页 共 23 页 =1.32.5（23.14 2 8 . 8 ）2602 =93396N 推2 F=4 T K 2 F =20.05593396=10272.14N 落料时的冲裁力 落 F= KLt =1.323.14 2 130 2602.5 =344929N 拉深力 拉 F= 3 dt b K =3.14622.58800.6 =110967.6N 总 F= 1 F+ 推1 F+ 2 F+ 推2 F+ 落 F+ 拉 F =694.84KN 初选 750 吨的压力机，型号为 J23-80。 4.3 压力机的主要技术参数压力机的主要技术参数 公称压力/KN 800 滑块行程/mm 130 滑块行程次数/（次mm -1） 45 最大封闭高度/mm 380 封闭高度调节量/mm 90 工作台尺寸/mm 前后 540 左右 800 模柄孔尺寸/mm 直径 60 深度 80 滑块底面尺寸/mm 前后 350 左右 370 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 11 页 共 23 页 第第 5 章章 分析选定模具结构形式分析选定模具结构形式 确定了冲压工艺方案后，根据零件的形状特点，精度要求，所选设备的主要 技术参数，模具制造条件以及安全生产等选定冲模的类型及结构形式，使其尽可 能满足以下要求。 （1）能符合工件的技术要求； （2）又合乎需要的生产率； （3）模具制造和修模方便； （4）模具有足够的强度； （5）模具易于安装、调试且操作方便、安全。 5.1 模具结构形式模具结构形式 由于倒装式冲孔模的冲孔废料可以通过凹模从压力机工作台孔漏出，工件由 推件装置推出，操作方便、安全，能保证较高的生产率。故冲孔选倒装式，拉深 与落料也采用倒装式模具，废料由卸料板卸下，落料件由顶出装置顶出。 5.2 压边装置压边装置 此工件相对厚度较小，须采用压边装置，此副模具采用的是刚性压边装置， 且其又可以起到卸料的作用。 5.3 推件装置推件装置 在此模具中，冲压后，工件易套在冲孔凸模上，需由刚性或弹性装置推出， 考虑到刚性推件装置可靠，结构紧凑，维护方便，故此模具采用刚性推件装置。 5.4 卸料装置卸料装置 冲裁时，废料将卡在拉深凹模里面和冲孔凸模外面。因此，在上模需装卸料 装置。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 12 页 共 23 页 5.5 定位方式的选择定位方式的选择 该模具使用的是条料，为保证毛坯的准确定位，应用导料板控制送料方向， 送料步距控制采用挡料销。 5.6 上下模座的导向及模架形式的选择上下模座的导向及模架形式的选择 导向零件可保证模具冲压时上下模有准确的位置关系，在中小型模具中最广 泛采用的导向零件是导柱导套。 模架主要由上下模座、模柄及导向装置组成。上模座通过模柄与压力机相连， 下模座则用压板固定在压力机上，上下模之间靠模架的导向装置（导柱、导套） 连接，保持准确位置，以引导凸模运动，保证在冲裁过程中，间隙均匀，冲出合 格的制件。 模架要求有足够的强度、刚度和精度，上下模之间的导向要精确。 模架形式对冲裁精度、模具寿命都有较大的影响，下面对各种模架形式作以 比较。 （1）后侧导柱模架。送料方便，但冲压时偏心距易使导柱导套单边磨损，不 能用于模柄与上模浮动连接的模具。 （2）对角导柱模架。上下模座工作平面的横向尺寸一般大于纵向尺寸，常用 于横向送进的级进模，纵向送料的单工序模和复合模。 （3）四导柱模架。导向精度高，刚度好，主要用于大型冲压模。 （4）中间导柱模架。导向装置安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确 可靠，一般用于单工序模和复合模。 该工件的孔对称分布，在冲裁时要求准确的导向，经分析对比，应选用中间 导柱模架。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 13 页 共 23 页 第第 6 章章 凸凹模工作部分尺寸的计算凸凹模工作部分尺寸的计算 6.1 工作零件刃口尺寸计算 冲裁模初始双面间隙值Z的取值如下： 360. 0 min =Zmm；500. 0 max =Zmm。 6.1.1 对于冲对于冲 8.8mm 的孔的冲孔凸模的孔的冲孔凸模 凸凹模的制造公差按表 2-4-1 查得020. 0= T mm，020. 0= A mm，满足 T + A max Z+ min Z。 T d=（ + xdmin） 0 T =（8.8+0.750.4） 0 020 . 0 =9.1 0 020 . 0 mm A d=（ T d+ min Z） A + 0 =（9.1+0.360） 020 . 0 0 + =9.46 020 . 0 0 + mm 6.1.2 对于冲 对于冲 53mm 的孔的冲孔凸模的孔的冲孔凸模 查表 2-4-1 得020. 0= T mm，030. 0= 凹 mm,满足 T + A max Z- min Z。 T d=（ + xdmin） 0 T =（53+0.750.6） 0 020 . 0 =53.45 0 020 . 0 mm A d=（ T d+ min Z） A + 0 =（53.45+0.360） 030 . 0 0 + =9.46 030 . 0 0 + mm 6.1.3 对于落料凸模对于落料凸模 落料凸模取 IT14 级精度，=0.5,=1.0,查表 2-4-1 得030. 0= T mm， 040. 0= 凹 mm,满足 T + A max Z- min Z。 T d=（ + xdmin） 0 T =（130+0.51） 0 030 . 0 =130.5 0 030 . 0 mm 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 14 页 共 23 页 A d=（ T d+ min Z） A + 0 =（130.5+0.360） 040 . 0 0 + =130.86 040 . 0 0 + mm 6.1.4 对于拉深凸凹模对于拉深凸凹模 拉深凸凹模也取 IT14 级精度，公差取 0.74。查表 4-8-3 得拉深凸凹模的制造 公差 T =0.05， A =0.08，查表 4-8-2 表单边间隙 2.5mm。 T d=（+4 . 0 min d） 0 T =（52+0.740.4） 0 050 . 0 =62.3 0 050 . 0 mm A d=（ T d+Z +4 . 0） A + 0 =（62+0.40.74+5） 080 . 0 0 + =130.86 080 . 0 0 + mm 6.2 卸料橡胶的卸料橡胶的设设计计 该模具选用橡胶作为弹压卸料的弹性元件，选用 4 块筒形橡胶，厚度一致， 不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。 卸料板工作行程 21 hhh+=13.5mm 式中 1 h 凸模凹进卸料板的高度 1mm； 2 h 拉深凸模冲裁后进入凹模的深度 12.5mm。 橡胶工作行程 修 hhH+=18.5mm 式中 修 h 为凸模修磨量，取 5mm。 橡胶自由高度HH4= 自由 =418.5=74mm。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 15 页 共 23 页 第第 7 章章 模具的主要零件的设计模具的主要零件的设计 7.1 落料凹模的落料凹模的设设计计 7.1.1 材料的选择材料的选择 由于零件外形尺寸精度要求不高，而冲孔精度要求较高，而模具寿命与冲裁 的精度、模具材料有关。 模具材料的选用应遵守如下原则。 （1）根据零件生产批量的大小来选择模具材料。对大量生产的应选用质量较 高，能耐用度高的材料。 （2）根据冲压材料的性质、工序种类及冲模零件的工作条件和作用来选择模 具材料。 由于零件的外形尺寸精度要求较低，考虑到生产的经济性及零件形状尺寸等 各方面因素的影响，落料凹模选用 12r C钢，淬火 HRC6062。 7.1.2 尺寸计算尺寸计算 （1）落料凹模厚度 H=Kb =0.15138=20.7mm 式中 K系数，取 0.15； b最大孔口尺寸。 取 H=30mm。 （2）落料凹模壁厚 C=（1.52）H =230=60mm （3）落料凹模周界尺寸 L=b+2C =138+260=258mm 查模具设计与制造简明手册表 1-29 可选用 LB=250250mm 的模架。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 16 页 共 23 页 7.1.3.方法方法 由于工件的形状较简单，圆角半径较小，并且带有凸台，不能用电火花线切 割，用普通机床即可。 7.1.4 强度的校核强度的校核 由冲压设计资料表 2-48 得 mm P H 48.470 400 1046.1255 . 1 5 . 1 3 3 min = = = 式中 3 =324441MPa，取 3 =400MPa。 7.2 落料凸模落料凸模与与拉深凹模的拉深凹模的设设计计 7.2.1 材料的选择材料的选择 落料凸模与拉深凹模是一体的凸凹模，形状复杂，容易变形，截面较大，承 受载荷较重，选用高耐磨模具钢 12r C制造，热处理硬度 HRC5862。 7.2.2 形式及形式及固固定定 采用机械固定，用螺钉与销钉直接固定在凸模固定板上。尺寸、公差与粗糙 度要求见零件图 3。 7.2.3 凸凹模凸凹模壁厚壁厚 凸凹模壁厚 a=65-33.5=31.5mm,大于最小模具壁厚 2.7mm,故模具强度足够。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 17 页 共 23 页 图图 3. 凸凹模凸凹模 7.3 落料凹模落料凹模与与拉深凸模的拉深凸模的设设计计 7.3.1 材料的选择材料的选择 落料凹模与拉深凸模是一体的凸凹模，形状复杂，容易变形，截面较大，承 受载荷较重，选用高耐磨模具钢 12r C制造，热处理硬度 HRC5862。 7.3.2 形式及形式及固固定定 采用凸台固定，用螺钉与销钉直接固定在凹模固定板上。尺寸、公差与粗糙 度要求见零件图 4。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 18 页 共 23 页 图图 4.凸凹模凸凹模 7.3.3 凸凹模凸凹模壁厚壁厚 凸凹模壁厚 a= 2 5362 =4.5mm,大于最小模具壁厚 2.7mm,故模具强度足够。 7.4 冲孔凸模的冲孔凸模的设设计计 7.4.1 冲冲大大孔凸模的孔凸模的设设计计 （1）材料的选择。模具刃口要有高的耐磨性，要承受冲裁时的冲击力，应由 高的硬度与适当韧性，采用 T10A 制造，淬火硬度 HRC5862。 （2）形式及固定。采用台阶式凸模，将凸模压入落料凸模，拉深凹模内，采 用 H7/m6 的过盈配合，定位精度较高。 （3）凸模长度。凸模长度根据以后公式计算得 L=20+40+2.5+10.5=73mm 凸模较粗且不长，板料又较薄不必对凸模进行强度校核。 其具体结构见图 5 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 19 页 共 23 页 7.4.2 冲小孔凸模的设计冲小孔凸模的设计 （1）材料的选择。模具刃口要有高的耐磨性，要承受冲裁时的冲击力，应由 图图 5.大孔凸模大孔凸模 高的硬度与适当韧性，采用 T10A 制造，淬火硬度 HRC5862。 （2）形式及固定。采用台阶式凸模，将凸模压入凸模固定板内，采用 H7/m6 的过渡配合，定位精度较高。 （3）凸模长度。凸模长度根据以后公式计算得 L=20+358+2.5=57.5mm 凸模较粗且不长，板料又较薄不必对凸模进行强度校核。 其具体结构见图 6 7.5 定位零件定位零件 工件采用的是 1412800mm 的板料，为保证工件的精度，采用挡料销定位。 因为 ht+1=2mm，查模具标准汇编选用 A 型固定挡料销 A6210， GB2868.11-81。材料为 45 钢，热处理硬度为 HRC4548。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书/论文 第 20 页 共 23 页 7.6 固定零件固定零件 7.6.1 凸模凸模固固定板定板 凸模直径 9.1mm，固定部分为 13mm，查标准件手册固定板的厚度选为 图图 6.小孔凸模小孔凸模 20mm，其与冲孔凸模的配合为 H7/m6 的过渡配合。材料为 45 钢，淬火热处理硬度 为 HRC4348。 7