毕业设计（论文）-端盖级进冲压工艺与模具设计.docx

端盖级进冲压工艺与模具设计Stamping process and die design of the cover progressive die学生姓名学号所在学院工程学院班级机制1113班所在专业机械设计制造及其自动化申请学位指导教师职称副指导教师职称答辩时间年 月 日目 录目 录目录设计总说明1INTRODUCTION2前言 31 零件的工艺性分析32 确定工艺方案52.1加工方案的提出与比较52.2工艺方案的确定53 工艺参数的计算53.1确定毛坯材料及排样53.1.1 选择毛坯材料53.1.2 毛坯直径计算63.1.3 确定带料宽度及步距63.1.4 拉伸系数计算73.1.5 计算各拉深直径73.1.6 确定各次拉深凸、凹模圆角半径83.1.7 计算各次拉深高度83.1.8绘制工序排样图93.2各工艺力计算93.2.1冲裁力计算93.2.2翻边力计算103.2.3拉伸力的计算103.2.4整形力的计算103.2.5 总冲压力的计算103.3凸凹模刃口的计算103.3.1冲孔凹凸模计算113.3.2落料凹凸模的计算114主要模具零件结构设计124.1 模架选择124.2 凹模固定板的设计124.3 卸料板的设计134.4 凸模固定板的设计144.5 模具导向装置144.6 冲孔凸模设计144.7 板件连接件（螺钉、销）选择154.8 垫板选择155 主要模具零件结构尺寸155.1 模具中各模板尺寸与表面硬度要求155.2 各凸模材料选择166 模具总装配177 压力机选取187.1 闭模高度计算187.2 各工艺力总和计算197.3 压力机的选取198 送料机的选取199 装配图的绘制以及装配动画演示2010总结21鸣 谢22参考文献23设计总说明设计总说明冲压模具是现代制造业中特殊的工艺设备。与普通冲压模具相比，多工位级进冲压模，其生产率高，成本相对较低，操作简单。本设计是以端盖为加工元件，根据其加工工序设计的一套级进模。本设计首先对端盖进行必要的工艺分析，然后以此为依据，确定其加工工序。以工件尺寸，计算毛坯直径，确定毛坯材料，再计算拉伸系数等工艺参数，以确定排样图。初步确定模具的结构。对于加工端盖所需冲裁力，整形力，冲孔及翻边力进行计算，从而选取合适的压力机。该端盖结构相对简单，尺寸精度要求也相对较低，采用普通级进模冲压即可满足其要求。除此之外，本文还详细介绍该级进模的各工序具体凹凸模的设计，各板件的厚度选择，导柱，导套的选用以及模架的选择等。由于该级进模采用自动送料装置配套使用，所以本文不用考虑板料送料定距问题。级进模常用于连续作业，所以刀具的刃磨及维修周期一般较短。但级进模的刃磨及维护都相对比较麻烦，由于空间限制，对于各凸凹模设计要便于拆装， 所以采用压板式结构，以利于模具的日常拆卸要求。在对模具结构设计完以后，用CAD画出具体的装配图，零件图。最后用proe做出3维装配图并作装配动画。关键词：级进模；端盖；模具结构；冲压。24ABSTRACTINTRODUCTIONStamping die is a special equipment in modern manufacturing industry. Compared with the ordinary stamping die, the multi position progressive die stamping die, its productivity is high, the cost is relatively low, the operation is simple. The design is based on the end cover as the processing element, according to the design of its processing step of a set of progressive die. This design first carries on the necessary technological analysis to the end cap, then, then, determines the processing procedure. Taking the workpiece size, calculate blank diameter, determine the blank material, to calculate the tensile coefficient and other parameters to determine layout. Preliminarily determine the structure of the mold. The processing required to cover the blanking force calculation, shaping force, punching and flanging force, so as to choose the right machine. The structure of the cover is relatively simple, the dimension accuracy is relatively low, and the ordinary progressive die stamping can meet the requirements.In addition. This paper also introduces the level of progressive die process specific convex and concave mold design, selection of the thickness of the plate, guide post, guide sleeve selection and mold of the selection. Because of the progressive die with automatic paper feeding device supporting the use, so we do not consider the problem of sheet feeding distance. Progressive die often used in continuous operation, so the cutting edge grinding and maintenance cycle of the cutting tools is generally shorter. But progressive die of blade grinding and maintenance are relatively trouble, due to space limitations, for the convex and concave mold design to facilitate disassembly and assembly, so the use of plate type structure, to conducive to mold daily disassembly.After the die structure design, use CAD to draw concrete assembly drawing, the part chart. Finally, using proe to make 3 dimensional assembly and assembly animation.KEYWORDS: Progressive die; end cover; die structure; stamping.广东海洋大学2015届本科生毕业设计端盖级进冲压工艺与模具设计机械设计制造及其自动化，201111411308，何顺兵指导教师；刘峰毕业设计说明书前言模具是在生产过程中大批量生产同形产品的工具，在工业生产中的所占的比重大，成为不可或缺的主要装备。模具工业是国民经济的基础工业。在采用模具生产零部件时，它具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。在现如今，现代工业品的发展和技术水平的提高，都很大程度上取决于模具工业的发展水平。因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。而多工位级进模是在普通的冲压模具的基础上发展起来的一个具有高效、长寿命的模具，其模具中设可计的工位数多达几十个。在级进冲压中，不同的冲压工序分别按一定的常压次序排列，坯料按设计的布局间歇移动，在等布局的不同工位上完成不同的冲压工序，经逐个工作位置冲压后，便可得到一个完整的零件（或半成品）。对于批量非常大而材料厚度较薄的中、小型冲压件，特别是电子产品零件和精密机械零件，宜采用多工位级进模。结合多工位级进模的结构比较复杂，对冲压设备、冲压材料也有相应较高的要求，在模具设计前必须对制件进行全面分析，然后结合模具的结构特点和冲压件的成形工艺性来确定该制件的冲压成形工艺过程，已获得最佳的技术经济效益。1 零件的工艺性分析本设计为端盖级进冲压工艺及其加工模具的设计，端盖如图1所示，端盖是机械产品中较为广泛应用的零部件，比如油缸，电机，减速器上均有采用，而其加工工艺的合理性和加工工艺的可行性会直接对产品质量造成影响。但由于端盖位于轴承座的外部，主要是起密封和阻挡灰尘等杂物进入轴承座的作用，在机器运转时所起作用较小，只是在工作中起辅助作用。因此，该端盖对加工精度的要求较低，加工也相对较为容易。由图1可知，该端盖厚度为6mm，表面粗糙度无要求。由于冲压加工所能达到的精度要求等级为IT10IT13.所以取其外表面精度等级为IT11.该制件的尺寸公差均为自由公差，其中查表2-1可知40公差等级为IT12,4x16.5的公差等级为IT12.内表面公差等级为IT11.均满足冲压加工对精度要求，因此无需精加工即可得到所需制件。由于凸缘半径为R3，底部半径为R6，均相对较小，所以在拉伸后应进行必要的整形工艺，已达到要求。2 确定工艺方案2.1 加工方案的提出与比较在级进模设计过程中，如何正确合理地安排工件的加工工艺路线是设计中关键问题。合理确定工艺路线可以有效地提高产品的质量，提升产品的生产效率，还能提升材料利用率，节省空间等。本设计为端盖级进模的设计，而由毛坯板料到产品零件深转化，其中主要包括冲孔，拉伸，翻边，标记压印、落料等主要工序。由于该制件为需要进行拉伸，所以应考虑带料的拉伸方式，对此设计以下两种方案：方案一采用整料级进拉伸，即无切口带料拉伸。首先对带料直接进行多次拉伸，成型后再进行冲孔，翻边，压印标记、落料等工序。方案二采用有一圈工艺切口的级进拉伸，即有切口带料拉伸。在拉伸前对带料进行切口，在进行拉伸，成型后再进行冲孔、翻边、标记压印落料等工序工艺方案的比较方案一节约材料，送料顺利，而且模具结构较简单。但进料方向材料流动困难，而且制件凸缘厚度不均，易起皱。方案二拉伸前冲裁工艺槽孔，带料的宽度会因拉伸而变窄必须设置适当的导向装置。但工件的拉伸系数大，便于材料的流动2.2 工艺方案的确定由于考虑到该制件存在凸缘，以及需要进行必要的整形工艺，而且有工艺切口的级进拉伸，便于材料流动，所以为了有利于材料的塑性变形，所以选择方案二。3 工艺参数的计算3.1 确定毛坯材料及排样3.1.1 选择毛坯材料 由于端盖在机器工作中所受的冲击力较小，而且也不受各种力的作用，结构也较为简单，此次设计为端盖级进模的设计，所以查资料可知选用08F为毛坯材料。08F的塑性很好，主要用于制造冷冲压件制品，易于轧成薄板、薄带、冷变形材，冷拉钢丝。对于级进模冲压，而且厚度为6mm的钢板，08F薄板较为适用。3.1.2 毛坯直径计算由于该端盖为简单的拉伸件，由图1可知其基本尺寸，因此可得= （3-1）由式3-1，代入数值可得=273.6mm查表3-1可得5.0（）实际毛坯直径D=+ （3-2）由式3-2，代入数值可得实际毛坯直径D=+ =273.6+5=278.6（实际排样选择D=279mm）3.1.3 确定带料宽度及步距带料宽度：B=D+2 （3-3）步距：A=D+n （3-4）由表3-2查的，n=3，由式3-3，式3-4代入数值可得带料宽度：B=D+2=279+2x2.5=284mm步距：A=D+n=279+3=282mm3.1.4 拉伸系数计算总拉伸系数为=/D （3-5）由式3-5代入数值可得，总拉伸系数为=/D =162/279=0.58而查表3-3可得08F钢的连续拉伸的极限总拉伸系数为0.16，由于材料连续拉深的极限总拉伸系数为0.16小于零件成形时所需的总拉伸系数0.58。所以产品可采用带料连续拉深加工。3.1.5 计算各拉深直径坯料相对厚度=t/D/ （3-6）凸缘相对直径=/（3-7）拉伸件相对高度=/（3-8）由式3-6、3-7、3-8代入数值可得坯料相对厚度t/D/=6/273.6/=2.2凸缘相对直径/=192/150=1.28工件拉伸件/=72/162=0.44查表3-4可得有凸缘圆筒件第一次拉伸的最大相对高度/=0.78而工件拉伸件的相对高度为0.44。由0.440.78，故该工件可以一次拉伸成型。即第一次拉伸直径为150mm.3.1.6 确定各次拉深凸、凹模圆角半径=（35）t=3x6=18mm=（0.60.9）=0.7x18=12.6mm=0.7x=0.7x18=12.6mm=0.7x12.6=8mm由2t，t所以该零件只需2次拉深，但由于实际零件的圆角半径为3mm，所以拉深后必须增加整形工艺才能达到工件所需的圆角半径要求但整形工艺所允许减小的圆角半径50%，所以要对上述圆角半径适当调整。 根据上述经验公式，并作出当调的，确定各次拉深凸凹模的圆角半径依次为：=15mm； =15mm；=12mm；=8mm；=6mm；=3mm3.1.7 计算各次拉深高度通过上面的计算可知，该制件可以一次拉伸，但由于该制件的筒壁直边与凸缘及底部的过渡R尺寸要求均相对比较小，应通过后面工位的整形工序来达到这一要求，因而设置了两次拉伸加整形工序共3个工位。所以各次拉深高度=73mm，=73mm，=72mm。3.1.8绘制工序排样图由于端盖类似于圆筒件，在制作过程中，该零件周围的材料都会参与变形，由于排样时采用有冲裁缺口的方式，则会形成特殊的连接桥，连接各工序间板料。避免了调料载体补位发生变形。排样图如图3-1 该制件再用有冲裁切口的带料拉伸，所以工序1为冲裁缺口，遵循拉伸优先原则，工序1后优先进行拉伸。拉伸整形后即为冲孔，翻边。因此加工该端盖，主要有8道工序。分别为：冲工艺切口，第一次拉伸；第二次拉伸；整形；冲中心孔及周围4小孔；翻边；标记冲印；落料。3.2 各工艺力计算3.2.1冲裁力计算冲裁力的计算F=Lt （3-9）上式中L一冲裁件的周边长度(mm) t一材料厚度(mm) 一材料强度极限(Mpa)查资料可得08F钢=330 Mpa (1)冲裁缺口力计算由式3-9可得冲裁缺口力 =Lt=2/3*t*=2/3xx273.6x6x330N=1.13xN(2)冲孔力计算由式3-9可得冲孔力=5*16.5*6*330N=0.51xN(3)冲裁外形力（即落料）由式3-9可得落料力=（x162+6x30）x6x330N=1.36 xN3.2.2翻边力计算 翻边力的计算 F=1.1(-) （3-10）上式中F 翻边力 翻边后竖边的中径(mm) 圆孔初始直径(预制孔)(mm) t。 毛坯厚度(mm) 材料屈服点(Mpa)（查资料可得08F钢=235 Mpa）由式3-10可得翻边力=1.1xx（40-16.5）x6x330=1.61xN3.2.3拉伸力的计算F=（0.50.8）Lt （3-11）上式中L一冲裁件周边长度(mm) t一材料厚度(mm) 一材料强度极限(Mpa)由于拉伸为两次拉伸，所以由3-11可得拉伸力=2*0.6*2/3*t*=2x0.6x2/3xx273.6x6x330N=1.36xN3.2.4整形力的计算F=Aq （3-12）式中A工件较平面积（） q较平整形时的单位压力（Mpa）查资料可得平板较平的单位压力为810Mpa.(取9Mpa)由式3-12可得整形力=*/4*9=0.2xN而标记压印所需压力较小。3.2.5 总冲压力的计算=+ (3-13)由式3-13可得总冲压力=1.13x+0.51x+1.36 x+1.61x+1.36x+0.2x=4080kN3.3 凸凹模刃口的计算在计算凸凹模刃口时，落料工件的尺寸较接近于其凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸较接近于其凸模的刃口尺寸。因此，在计算模具刃口尺寸及其制造公差时，应当先考虑下述原则：落料工件的尺寸取决于加工的凹模尺寸，而冲孔件的尺寸则取决于凸模尺寸。在设计落料模时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；在设计冲孔模时，则以凸模为设计基准件，而间隙取在其凹模上。3.3.1冲孔凹凸模计算由图1可知，孔的基本尺寸为16.5.定位尺寸为1120.5.=0.4（-） （3-14）=0.6（-） （3-15）式3-14,3-15中凸模的制造公差，可按公差等级IT6级选用； 凹模的制造公差，可按公差等级IT7级选用查表3-5可得=0.02；=0.03=（d+x （3-16）=（+ （3-17）上式中冲孔凸模、冲孔凹模的基本尺寸（mm） 工件制造公差；X因素。查资料可得，=0.2，查资料可得x=0.75由式3-14,3-15可得冲孔件刃口尺寸为=（d+x =（16.5+0.75*0.2=mm=（+mm冲孔凸模如图3-23.3.2落料凹凸模的计算=（d+x （3-18）=（- （3-19）由3-18,3-19,代入数值可得落料凸凹模尺寸分别为=（d+x =（192+0.75*0.2=（-=mm图3-3落料凹模如图3-3所示4主要模具零件结构设计4.1 模架选择级进模在工作时，在高速冲压的状态下，模架会产生轻微振动，为了减少这种状况，上下模座采用四导柱滚动模架。四导柱滚动模架导向精度高、运动刚性好，而且使用寿命长，对于零件尺寸较大的冲压件较为适用。模架如图4-1。 图4-14.2 凹模固定板的设计由于产品尺寸较大，而且加工工序较多，因此将凹模制成镶块，将凹模镶嵌在模板上，同时在垫板、模板制出相应的拆卸孔洞，这样不仅有利于凹模的拆卸与更换，同时也大大提升了模具的寿命，节约成本。凹模固定板图4-2所示。 图4-24.3 卸料板的设计为了保证卸料板可以运动平稳，而且在运动过程中不会倾斜，卸料板采用整体是结构，而且在模具中设置4个内导柱，内导柱安置在凸模固定板上，与卸料板上的导套配合使用，配合公差为H7/h6。卸料板结构如图4-3所示。与此同时，卸料板下端面开2个深30mm，宽85mm的凹槽，这样可以在合模时，使浮动导向装置置于凹槽内，这样可以保证带料在加工过程中的流动性。图4-34.4 凸模固定板的设计为了保证拉伸凸模，翻边凹模以及落料凸模在使用过程中，如果发生损坏时，可以快速更换，采用螺钉并添加垫板拉紧固定。这样的安装方式，便于试模时的修正，也同时可以保证各成形凸模间的工作端面长短差不变，而且便于拆卸各凸模，便于其工作端面的维修与保养。凸模固定板如图4-4所示。凸模固定板采用螺钉与垫板及上模坐连接。图4-4图4-54.5 模具导向装置在级进模中，带料在其送料方向两侧的导向主要是依靠带料入口处的侧向导板以及后续工步中的浮动托料装置导向。 由于第一次拉伸，带料的宽度有明显的改变，所以在侧向导向板导向后采用浮动托料杆做侧向导向装置，在冲压结束后，由于上模回升，带料在浮动托料装置以及凹模内顶出杆的作用下将拉伸件带料托起，继续送料。浮动托料杆如图4-5所示。而对于带料在送料方向上的定位，则主要依靠自动送料机来保证带料的准确送进。与此同时，各凸模还为带料的送进起了一定的导向作用。图4-64.6 冲孔凸模设计在本次设计中，由于产品零件孔尺寸较小，所以在设计冲孔凸模时，应该设置作用的冲孔凸模导套，防止冲孔凸模在高速冲压下由于受力变形，断裂。影响工件尺寸精度。降低生产率。除此之外，在凸模固定板与卸料板之间，在冲孔凸模导套上应增加弹簧元件，增加冲孔凸模受载能力。提升模具寿命。冲孔凸模如图4-6所示。4.7 板件连接件（螺钉、销）选择在级进模具中螺钉主要承受的是拉应力，主要用于连接紧固零件和模板。本次设计中由于模板较大，所以均使用内六角螺钉。由于模具中对螺钉的连接强度要求较大，因此选择合金结构钢为原料制成的螺钉（如SCM435）。为了拆卸方便，而且不会干扰模具的运动，选择内六角沉头螺钉。销在模具中主要起定位作用，但与此同时也承担一定的侧向力，常常用于模具间的定位，与紧固螺钉一起使用。本设计中选择的销均为圆柱销。4.8 垫板选择在级进模中，垫板主要作用是承受来自凹模镶件，凸模所传递的压力。从而防止因凸模或凹模镶件与模座接触面较小，而单位面积受力过大，而引起的凹坑。提升模具精度，保证产品合格率。垫板尺寸主要取决于凹模固定板，以及凸模固定板的尺寸。除此之外，垫板上的螺钉孔，销孔均制成通孔，以便于模具的拆装与维修。5 主要模具零件结构尺寸5.1 模具中各模板尺寸与表面硬度要求在级进模中，各板块的尺寸主要取决于加工零件的工序以及加工零件的排样图尺寸。根据级进模的结构特点，可以确定各模板的尺寸。各尺寸如表5-1所示。表5-1 模具板件材料牌号及尺寸序号名称尺寸(mm)材料表面热处理硬度（HRC）1上模座3500x2800x200HT200调质处理20322垫板3500x1300x7045淬火 54583凸模固定板3500x1300x140CrWMn淬火 55604卸料板3500x1300x190Q2355凹模固定板3500x1300x180CrWMn淬火 55606垫板3500x1300x14045淬火 54587下模座3500x2800x300HT200调质处理20325.2 各凸模材料选择在级进模中，针对不同工序，所对应的凸凹模不同。为保证加工零件的尺寸精度要求，选择合适的材料尤为重要。而Cr12MoV（冷作模具钢）淬火性好，淬火后硬度，强度好，适用于凹凸模因此本设计中所有的凸模及凹模镶嵌块均采用Cr12MoV。模具凹凸模结构如表5-2所示。表5-2名称图示材料选择及表面硬度要求冲裁缺口凸模Cr12MoV5862HRC拉伸模Cr12MoV5864HRC冲孔模Cr12MoV5760HRC翻边模Cr12MoV5760HRC冲印标记Cr12MoV5860HRC落料Cr12MoV5860HRC6 模具总装配本设计为端盖级进模模具结构的设计。装配图如图6-1所示。模具工作过程;带料定距由自动送料机准确送料。在模具入口处有侧向导向板保证带料的侧向定位。在后续工步中，则由浮动托料杆侧向定位。当冲床滑块下行时，滑块带动上模座向下运动，从而使模具闭合。第1步，条料被送至冲裁工艺缺口凸模3所在处。此时由上模座下行。带动冲裁凸模3往下运动，冲裁凸模进入冲裁缺口凹模40，冲出工艺切口；而后冲床滑块上行，带动上模座往上运动，冲裁凸模离开凹模。带料由送料机继续送进。第2，3,4步：条料继续送进，拉伸凸模4随上模座下行，拉伸凸模4进入拉伸凹模36，对条料进行第一次拉伸，而后由顶出杆37将带料顶出凹模；带料继续送进；同理该级进模进行第二次拉伸，整形。第5步，带料继续送进，送至冲孔区，此时冲孔凸模9下行，凸模进入冲孔凹模33内，对带料进行冲孔。而后凸模上行。带料被继续送进。第6步，翻边凹模10随上模架下行，使翻边凸模30进入凹模内，对带料进行翻边。而后由顶出杆顶出。带料继续送进。第7步，标记压印。在标记凹模内放置要冲印的印记镶块，随带料的到来，压印凸模下行，对带料进行标记压印。完成后，条料继续送进。第8步，落料。当带料被送至此工步时，落料凸模13下行，进入凹模内，即对带料进行了外形冲裁，至此各工序完成，即可得到所需产品。图6-1 模具装配图7 压力机选取图7-1 YS27-5007.1 闭模高度计算由表5-1可得上模座高度=200mm，上垫板厚度=70 mm；凸模固定板厚度=140 mm；卸料板厚度=190 mm；凹模固定板厚度=180 mm；下垫板厚度=140 mm；下模座厚度=300 mm；板料厚度l=6mm。因此该级进模的闭模高度为H=+l=200+70+140+190+180+140+300+6=1226mm7.2 各工艺力总和计算由式3-13可得总工艺力=4080kN7.3 压力机的选取由闭模高度H=1226mm，总工艺力=4080kN。选取压力机。其中压力机应满足； (7-1)H (7-2) 结合工作台面以及目前国内现有设备，采用YS27-500框架式单动薄板冲压机。其主要参数如表7-1.表7-1 YS27-500主要参数技术参数单位YS27-500公称力kN5000回程力kN810工作台距滑块最大距离mm1500滑块行程mm1000工作台距地面高度mm600工作台有效尺寸左右mm2500前后mm1800外型尺寸前后mm3900左右mm4200高/地面以上mm7900/6200缓冲力kN800x2电机功率kw60图8-18 送料机的选取 由于该级进模在进料方向上的定位是由自动送料机决定的，所以在选择送料机时因选择带自动控制进料距离的设备。除此之外。应以带料的宽度为284mm，厚度为6mm为依据选择合适的自动送料机。综上所述，选择的自动送料机为NCSF5-400。（如图8-1所示），其主要参数见表8-1.表8-1 NCSF5-400主要参数型号NCSF5-400材料厚度1.0-6.0mm材料宽度70-400mm卷料重量2000kg卷料内径508mm卷料外径1200mm送料功率5.5KW料架功率1.5KW卷料扩张油压式空气压力6-8kg/c电源电压380v机械尺寸5500*2050*2500mm机械重量5500kg9 装配图的绘制以及装配动画演示在产品设计过程中，装配图的绘制可以使你对所设计模具结构更为了解。除此之外，在绘制装配图的过程中，可以发现一些在设计过程中忽略的结构问题，解决上述问题后，可以使模具结构更为精准。而装配动画的演示也是在设计过程中必不可少的环节，在制作动画演示过程中，可以从不同的角度看清整个模具，3维动画清晰展现了模具的各个细节，使你对模具结构更为了解。3维装配图如图9-1所示。图9-1 模具3维实体图10总结本设计为端盖级进冲压工艺与模具设计，在这次设计过程中，通过对模具结构的设计计算，使我对于级进模有了更加深刻的理解。对于冲压模的认识更加详细。通过这次设计，使我对于级进模的设计流程也有了初步了解，主要包括零件的工艺分析，排样设计并绘制排样图，模具结构的设计，模具的总装配等。在设计过程中，老师的细