毕业设计（论文）-钢圈切边模的设计制造【完整图纸】.doc

钢圈切边模的设计制造全套图纸。加153893706一、前言模具工业是国发经济发展的重要基础工作之一。模具是成形制品或零件生产的一个重要的装备。从航空航天，汽车等行业的零部件，到计算机电子电器，各种家电产品的生产现代工业发达的国家，对模 具工业都十分重视，因乃至人们的日常生活用品，几乎各行各业都有用模具生产的制品和零部件。模具技术水平的高低反映了一个国家制造业的能力。随着我国经济的改革和发展，从中央到地方都认识到了模具的重要，都把模具摆到重要位置。先进技术和先进设备的引进，促进了我国实用模具技术和相关技术的不断进步。模具的品种和形式不断丰富，许多大学和科研生产部门都建立了模具技术方面的研究和开发机构，模具工程技术人员不断创新，模具技工学校推陈出新，百花齐放，这些都给中国模具工业的发展注入新的活力。目前，国内外模具工业发展很快，模具产值已超过机床工业的产值，我国模具工业作为一个独立的，新型的工业，正处于飞速发展阶段，已成为国民经济的基础工业之一。其发展前景十分广泛，据预测，未来我国将成为世界模具工业强国。现在由于我国起步晚，底子薄，“九五”期间虽有较快的发展，但与发达国家相比，差距还是相当的大。许多模具还需要进口，模具制造高级技能人才，也供不应求，为进一步加快我国模具工业的发展，当务之急就是普及先进模具设计与制造技术，培养专业高级人才。这是本地一副为手扶拖拉机厂生产配套零件（钢圈）的切边模具，我在对这副模具进行拆装、维修的过程中发现了很多值得学习的东西，颇有收获。现把自己对其中设计和制造方面的理解和体会整理成文， 作为毕业设计的内容。二、设计任务分析工件名称：工农12型手扶拖拉机钢圈第二道生产工序，工件如图1所示。图1材料：08生产批量：大批量 工农12型手扶拖拉机钢圈的生产分为下料拉深、切边、第二次拉深和冲孔这几道工序，本次的设计任务是其中的第二道工序。这道工序的目的是为了使第一道下料拉深出来的制品周边材料均匀，从而使下道拉深工序完成后产品的高度一致。这个制品的外形直径为348mm，毛坯直径356mm，单边切除的余料4 mm。由于工件的外形尺寸相对较大，这对设计和制造提出了较高的要求。三、方案的初步选定方案的确定实际上就是如何解决切边废料顺利排出的问题。通常采取的有如下两种方案：方案一是切边时将废料从冲压机工作台孔落下；方案二是将工件冲下后从工作台孔落下；方案三是将废料顶出后与工件同时取出采用方案一和方案二的前提是冲压机的工作台上有一个能够掉下废料或者工件的孔，显然这种冲压设备还不多见，是不合理的。而比较可取的是方案三。四、方案的详细设计（一）零件的工艺性分析冲裁件的工艺性是指零件对冲裁加工工艺的适应性，即加工的难易程度。良好的冲压工艺性，是指在满足零件使用要求的前提下，能以生产率高最经济的方式加工出来。冲压的基本工艺分为分离工序与变形工序两类.其中分离工序包括剪裁、落料、冲孔等工序。变形工序包括弯曲和拉延等工序。本文分析的工件加工工艺属于分离工序这一类。1、分离工序中剪裁、落料、冲孔的特点：剪裁：是使坯料按不封闭的轮廓分开的工序。往往作为备料工序，即把坯料剪裁成条料或带料等。落料及冲孔；是使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料是将坯料按封闭轮廓分离，其分离部分是成品，周边剩余部分为废料。冲孔是将坯料按封闭轮廓分离，分离部分是废料，周边为成品。显然，这副切边模属于落料工序。2、冲裁件对结构的基本要求冲裁件的形状应力求简单、规则、使排样时废料最少。制件内、外形转角处应避免设计成尖角，一般在圆角处应使R0.5t。冲孔制件的孔不能太小。冲裁可冲出的最小孔径。制件上孔与孔之间的距离，制件孔与边缘之距离c值不宜太小，一般要求c2t，并保证应大于34mm。3、冲裁件的尺寸精度和粗糙度制件的尺寸精度以不高于IT12 级为宜。如无特殊的要求，外形尺寸应低于IT10级，内形尺寸精度应低于IT9级。对精度要求高于IT10级的冲裁件，应在模具结构设计方面采取措施，如提高定位精度，采用弹压卸料顶件装置，提高模具制造精度或采用精冲技术等。制件的断面要求质量不高时，材料厚度和硬度的影响尤甚。通常材料厚度t1mm的制件，断面粗糙度可达Ra6.3um。本文所提的钢圈切边工序是一个纯切边落料的圆简形件，没有冲孔和其它影响冲裁的内容，冲裁的断面粗糙度也没有特别的要求，尺寸精度为自由公差，按IT13级精度查表得到348的公差为0.89，具有良好的冲压裁工艺性。（二）冲裁间隙1、什么叫冲裁间隙图-2冲裁模的凸模横断面，一般小于凹模孔，凸、凹模刃口部分，在垂直于冲裁力方向的投影尺寸之差，称为冲裁间隙。间隙有两种含义：一般指凸模与凹模间每侧空隙的数值，称为单边间隙；另一种指凹模与凸模间两侧空隙之和，成为双面间隙。对于圆形刃口的凸、凹模来说，双面间隙是两者直径之差，常用Z来表示,如图-2所示，计算的方法见式（4-1）。Z=Dd-Dp（4-1）式中Z冲裁间隙；Dd-凹模刃口尺寸；Dp-凸模刃口尺寸；2、间隙对冲裁的影响实践证明，间隙的大小，分布是否均匀等，对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力和模具寿命有直接的影响。凸、凹模之间的间隙大小可分为三种情况，即间隙合理，间隙过大，和间隙过小。间隙合理，材料在分离时，凸、凹模刃口处的裂纹重合，冲裁断面比较平直、光滑，圆角和毛刺均较少，制件质量较好。但合理的冲裁间隙并非是一个绝对值，而是某一个数值范围，在此范围内都可得到冲裁断面好的制件。间隙过大，凸、凹模刃口处的裂纹不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里面边，材料受很大的拉深，光亮带小，毛刺，踏角及斜度都较大。间隙过小，裂纹也不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边, 两条裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压，在断面上形成第二次光亮带，并在其间出现夹层和毛刺。尺寸精度落料或冲孔后，因发生弹性恢复，会影响尺寸精度。间隙小到一定界限，由于压缩变形弹性恢复，落料件尺寸会大于凹模尺寸，而使冲出的孔小于凸模。间隙大到一定的界限，由于拉伸变形弹性恢复，落料件尺寸会小于凹模，而使冲出的孔大于凸模。间隙对于落料和冲孔精度的影响是不同的，而且与材料的轧制的纤维有关。冲裁力和模具寿命间隙大时，冲裁力有一定程度的减小，卸料力和推件力也随之减小。冲裁时坯料对凸、凹模刃口产生侧压力，并在凸模与被冲孔之间以及凹模与落料件之间均有摩擦力。间隙越小，侧压力和摩擦力随之增大。此外，在生产中，模具因受制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而间隙分布也不可能十分均匀。因此，过小的间隙会使凸、凹模刃口磨损加剧，寿命下降。而较大的间隙则可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减小不均匀的不利影响，从而提高了模具的寿命；但间隙过大，坯料弯曲相应增大，使凸模与凹模刃口断面上的压力分布不均匀，易产生崩刃和塑性变形，因而对模具寿命不利。3、间隙值确定确定冲裁间隙值的主要依据，是在保证断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。具体可按以下三个原则选取：当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，为提高模具奉命和减少冲裁力，一般选用较大的间隙值。当冲裁件尺寸精度要求较高，或对断面质量有较高要求时，应选择较小的间隙值。在设计冲裁模刃口尺寸时，考虑到模具在使用过程中的磨损，会使刃口间隙增大，应按最小间隙值来计算间隙值。确定冲裁间隙时，一般有经验确定法、查表法等。本设计的产品材料厚度为3mm,采用经验确定法。间隙值Z（1019）%t（4-2）。则Z（1019）%3（0.30.48）mmZmin0.3 mm，Zmax0.48 mm。Zmax、Zmin分别为凸、凹模的最大和最小间隙。（三）冲压工艺计算1、刃口尺寸计算原则冲裁时，冲孔直径和落料件外形尺寸均取决于光亮带的尺寸。该尺寸通常由通用量具实测得到，也是确定冲件尺寸的唯一依据。实践证明，落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸；冲孔的尺寸接近于凸模刃口的尺寸。所以，落料时取凹模作为设计的基准件；冲孔时取凸模作为设计的基准件。计算凸、凹模尺寸时应遵守的原则如下：落料时，先确定凹模刃口尺寸，其大小应接近于或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损至一定尺寸范围内，也能冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙。冲孔时，先确定凸模刃口尺寸，其大小应取接近于或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损至一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的基本尺寸应比凸模刃口基本尺寸大一个合理间隙。凸、凹模的制造公差与制件精度和形状有关，一般比制件精度高23级。冲裁模刃口尺寸均按“入体原则”标注，即凹模刃口尺寸偏差标注正值，凸模刃口尺寸偏差标注负值，而对孔心距，不随刃口尺寸磨损而变的尺寸取为双向偏差。2、 凸、凹模加工时尺寸与公差的计算凸、凹模的加工方法凸、凹模的加工方法一般有两种，一种是凸、凹模分开加工。另一种是凸、凹模配合加工。凸、凹模分开加工时，是指凸模与凹模分别按图加工尺寸，要求凸、凹模具有互换性；当制件形状复杂或凸凹配俣间隙较小时，采用分开加工法比较因难。此时，可采用配合加工法，即先加工凸模(或凹模)。这种加工法容易保证凸凹模间的间隙。本文所述的这种形状简单的圆形件，采用第一种方法较为适宜。为了保证凸、凹模间初始间隙合理，不仅凸、凹模要分别标注公差，而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件：p+d(Zmax-Zmin)（4-3）式中：p、d -凸、凹模制造公差；Zmax、Zmin-凸、凹模最大与最小双面间隙。圆形和规则的形状可按凸模IT6，凹模IT7级精度查标准公差表选取。落料件凸、凹模尺寸计算公式如下：Dd（Dmaxx）0d（4-4）Dp =( Dmax x- Zmin) p 0 （4-5）式中：Dd-落料凹模刃口尺寸（mm）；Dp-凸模刃口尺寸（mm）；Dmax-落料件最大极限尺寸（mm）；d-凹模上偏差（mm）；p-凸模下偏差（mm）；-冲裁件公差x-磨损系数，其值与制造精度有关，可按下列关系选取：冲裁件精度IT10以上时，x1冲裁件精度IT11IT13以上时，x0.75冲裁件精度IT14以下时，x0.5。凸、凹模加工时尺寸与公差的确定根据上文已有的计算数据，Zmin0.3 mm，Zmax0.48 mm。Zmax- Zmin0.18 mm。p按IT6、d按IT7查标准公差表，得：p0.036，d0.054 p+d0.09(Zmax-Zmin)冲裁件精度为IT13，取x=0.75，落料模刃口尺寸为：Dd（Dmaxx）0d （3480.750.48）0+0.054=347.640+0.054=347.6 +0.04+0.094Dp =( Dmax x- Zmin) p 0 =(348-0.750.48-0.3) -0.036 0 =347.34 -0.036 0 =347.3 +0.006 +0.04根据以上计算，凹模刃口尺寸为347.6 +0.04+0.094，凸模刃口尺寸为347.3 +0.006 +0.04。3、计算冲压力、选择压力机冲压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。冲裁力的计算p=klt （4-6）式中P冲裁力（N）；材料抗剪强度（MPa）；l 冲裁件周边长度（mm）；t材料厚度（mm）；K系数，取K=1.3；查表得：08钢300（MPa）ld =3.14348 =1092.72 mm根据公式4-6p=klt =1.31092.723300=1278482.4N128T卸料力、顶料力的计算卸料力的计算公式：P卸=K卸P （4-7）式中：P卸-卸料力K卸-系数（查表得：0.03）根据1-7式P卸=K卸P =0.031278482.4N =38354.47N=3.8T顶料力的计算公式：P顶=K顶P （4-8）式中P顶-顶料力K顶-系数（查表得：0.05）根据1-8式P顶=K顶P 0.051278482.4N 63924.12N6.3T冲压力P总P+P卸+P顶128T+3.8T+6.3T138T选择压力机选择压力机要求压力机公称压力大于所有冲压力之和，TP。选择压力机J31-165B。（四）模具类型及结构的确定1、冲裁模类型分析根据工序组合方式的不同，可将冲裁模分成单工序冲裁模、复合冲裁模和连续冲裁模，显然本设计是单工序的切边冲裁模。单工序冲裁模又分无导向冲裁模，导板导向冲裁模和导柱式冲裁模三种。无导向切边冲裁模没有导向装置，仅依靠压力机滑块导向。这种模具具有一定的通用性，通过更换凹、凸模，调整导料板定位板和卸料板的位置。可以冲裁不同工件。另外，改变定位零件和卸料零件的结构，还可用于冲孔，即成为冲孔模。无导向冲裁模的特点是结构简单，质量轻，尺寸小，制造简单，成本低，但使用时安装调整间隙麻烦，冲裁件质量差，模具寿命低，操作不够安全。固而无导向简单冲裁适用于冲裁精度要求不高，批量的冲裁件。导板导向模的主要特征是凸、凹模的正确配合是依靠上、下模之间的导板导向。为了保证导向精度和导板的使用寿命，使用过程中，甚至在刃磨时都不允许凸模脱离导板。导板模比无导向模的精度高，寿命长，安装较容易，卸料可靠，操作较安全，尺寸不大、料厚大于0.3mm的冲裁件。这种模具缺点是要采用行程较小且可调节的偏心式压力机才合适。导柱式简单冲裁模。这种模具利用导柱和导套实现上、下模精确导向定位。凹凸模在进行冲裁之前导柱之经进入导套，从而保证在冲裁过程中凸模和凹模之间的间隙均匀一致。上、下模座和导柱、导套装配部件称为模架。这种模具的结构特点是：导柱和模座孔为H7/r6(或R7/h6)的过盈配合;导套与上模座也为H7/r6过盈配合。其主要目的是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和导套从上模至中脱落下来，为了使导向准确和运用灵活，导柱和导套的配合采用H7/h6的间隙配合。导柱式冲裁模导向准确可靠，并能保证冲裁间隙稳定，敞开性好，视野广，便于操作。导柱式冲模的缺点是冲模外形轮廓尺寸较大，结构较为复杂，制造成本高，目前各工厂基本上采用标准模架。2、模具结构的确定 根据以上分析，确定这副切边模采用导柱式的结构。但为了避免导柱式冲模外形轮廓尺寸较大的缺点，根据圆形工件的特点，结合模具的结构设计对导向的方式作了改革，如图3所示。图3 1-上模座 2-压料板 3-定位件 4-凸模 5-下模座6-退料橡皮 7-退料板 8-导套镶块 9-导柱镶块 10-凹模 11-压料橡皮图3中上模座1的外圆与导柱镶件9、凹模10同轴，导套镶件8与凸模4同轴，导柱与导套采用H8/h7配合，凸模4与模座H8/js模具工作原理：工件由定位件3定位，工作时，冲压机带动上模下降，导柱、导套首先接触，起到了导向的作用，压料板2压住工件，凹模10继续下降与工件接触，退料板7与退料橡皮6往下压缩，完成了切边，上模随着冲压机上升，切边的废料被退料板7退出。工件与废料一起由人工用专用的工具取出。（五）主要零件的设计1、凹模的设计凹模的刃口形式主要有直壁式和锥形式两种。这里采用直壁式，刃口深度8mm，不超过3片材料的厚度；外形400h7与模座间隙配合，如图4所示。图42、凸模凸模设计成两面刃口的形式，目的是延长使用的寿命，如图5所示。图53、上模座组合件如图6所示，要求导柱镶件与模座组合加工后达到相应的技术要求。图64、下模座组合件，如图7所示。500H8为导套孔的尺寸，40H8用于装芯棒，连接凸模，以保证凸模与导套的同轴度。图7图4上模座 5、模具标准件零件的选择此模具的标准件零件为内六角螺钉、圆柱销、橡皮及弹簧，按国家标准选用：弹簧 GB2861.11-81圆柱销 GBT119.2-2000 橡皮HJ4-400-66内六角螺钉 GBT70.1-2000（六）模具材料的选择及热处理 模具材料是模具制造的基础，合理选择模具材料，正确实施热处理工艺是保证模具寿命，提高模具质量和使用效能的关键。冷冲模是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具。在使用中受到压缩、拉伸、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用。正常的失效形式主要有磨损、脆断、弯曲等，因此要求冷作模钢应有相应的热处理后，具有较高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳等能力，以保证模具的精度和寿命。切边模的凹凸模的材料采用T10A材料，这类钢红硬性，淬透性低，淬火畸变和开裂倾向性大,因此适用于制造要求硬度高，形状简单的工具，这类钢耐磨性高，韧性较低适用于制造要求，耐磨性较高而承受冲击载荷较小的工具。零件热处理工序的安排主要用来改变材料的力学性能和消除内应力，根据不同的热处理目的，一般可分为预备热处理和最终热处理。预备热处理包括退火正火，时效和调质。T10A在加工的过程中主要用到的预备热处理是退火。目的是改变材料的切削性能以消除毛坯制造时的内应力，细化晶粒均匀组织，为以后热处理作基础。一般安排在毛坯制造之后，粗加工之前进行。最终热处理包括淬火，渗炭淬火和渗氮处理。T10A在加工的过程中的最终热处理是淬火：目的是提高材料的硬度，强度和耐磨性。当工件淬火后表面硬度高，除磨削外，一般不能进行切削加工，或淬火一般安排在半精加工之后，磨削加工之前。五、模具的制造（一）主要零件的制造1、凹模：见表1表1工序号工序名称工序内容设备1下料锯床下料锯床2锻造锻造坯料成圆柱体，空气锤3热处理退火电炉4车削粗车外形普通车床或数控车床5车削车外形及内孔型腔（留磨削余量）普通车床或数控车床6钳工加工倒角、去毛刺，划线，钻孔、攻螺纹，钻、铰孔钻床7热处理淬火、回火，保证HRC5860电炉或盐浴炉磨削磨外圆、内腔刃口，达到尺寸要求精度内外圆磨床8检验2、凸模：凸模的加工过程与凹模基本相同。40H8与外圆的同轴度，可在磨削时用芯棒固定的方法保证。3、上、下模座：首先对上、下模座进行人工时效处理，然后进行车削加工。车削加工工序的安排，通常应遵循以下几个原则：先主后次，根据零件的功用（查装配图）和技术要求，分清零件主次表面。主要表面指装配基面、重要工件表面和精度要求较高的表面等，次要的表面是指光孔、螺孔、未标注公差表面及其他非工作表面等确保主要表面最终加工。先基准面后其他。根据零件外形特点。技术要求，位置精度要求等确定该零件的基准。应先加工出选定后续工序精基准。如外圆、内孔、中心孔、面等在加工轴类零件时先钻中心孔，加工套类零件时应先加工外圆与端面。先粗后精，在加工零件时一般先粗加工，后进行半精加工和精加工。先面后孔，为了保证加工孔的稳定可靠性，应先加工孔的端面后加工孔。（二）模具装配1、模具装配的特点：在冲模制作过程中，要制造出一副合格优质的冲模，除了保证冲模零件的加工精度外，还需要一个合理的装配工艺来保证冲模的装配仪器，装配工艺主要根据冲模的类型，结构而确定。冲模的装配方法，主要直接装配法和配作装配法两种方法。直接装配法是将所有零件的孔形面，全按图样加工完毕，装配时只要把零件连接在一起即可，当装配后的位置精度较差时，应通过修正零件料进行调整，该装配方法简便迅速，且便于零件的互换，但模具的装配精度取决于零件的加工精度，必须要有先进的高精度加工设备及测量装置才能保证模具质量。配作装配方法是，在零件加工时，对与装配有关的必要部位进行高精度加工而成的位置精度由钳工进行配作，使个零件表面配作的相对位置保持正确关系，这种方法。即使没有高精度设备，也装配出高质量的模具，除耗费工时之外，对钳工的实践经验和技术水平也有较高的要求。2、冲模装配应遵循以下要点。要合理地选样装配方法在零件加工中，若全部采用电加工，数控机床等精密设备加工，由于加工出的零件质量及精度要求很高，且模架又采用外购的标准模架，则可以采用直接装配好即可，如果所加工的零部件不是专用设备加工。模架又不是标准模架，则只能采用配作法装配。要合理选择装顺序冲模的装配，最主要的是应保证凹凸模的间隙均匀，为此，在装配前必须合理地考虑，上、下模装配的顺序，否则在装配后会出现间隙不易调整的麻烦，给装配带来困难。一般说来，在进行冲模装配前，应先选样装配基准件，基准件原则上按照冲模主要零件，加工时的依赖关系来确定：如可做装配时的基准件的有导向板、固定板、凸模、凹模等 。要合理控制凹凸模的间隙使其间隙在各方何上均匀，这是冲模装配的关键。在装配时如何控制凹凸模间隙，这要根据冲模的结构特点，间隙值的大小以及装配条件和操作都的技术水平和实际经验而定。要进行试冲及调整：冲裁模装配件，一般要进行试冲，在试冲中，若发现缺陷，要进行必要的修整，直到冲出合格的零件为止。在一般情况下，当冲模零件装入上下模板时，应先安排为基准的零件，通过基准件依次安装其他零件，当安装后，经检验合格才可以先钻铰销钉孔，旋入螺钉，但不要固定死，直到试出合格品，再将其固定，以便于试模时调整冲模装配的原则是