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中轴 碗落料拉深 冲孔 复合 模具设计

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中轴碗冲压工艺及模具设计摘要：本设计题目为中轴碗冲压模设计，属于带凸缘拉深件，并带有一底孔。分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定本制件是先落料，后冲底孔，最后一次拉深成的，然后相应选取拉深时的压力机。本设计主要是落料模、冲裁模、一次拉深模具设计，需要计算毛坯尺寸、拉深次数、工序压力、落料刃口尺寸、冲孔刃口尺寸、拉深工作部分尺寸，并且还需要确定模具零件结构，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。本制件的形状结构较为简单，高度适中适合选用标准模架。模具工作零件的结构也较为简单，它可以相应的简化了模具结构。便以以后的操作、调整和维护。关键词：冲压模 模具零件结构 标准模架 Bottom bracket cups punching craft and moulding designAbstract:This lesson a molding tool for is fall to anticipate to pull to the stalk bowl deep blunt the bore turn over bore compound mold molding tool design,among them distinguish to wait to the work zero parts of the molding tool six the parts of big zeros make the detailed design.The main contents of designing includes to wash to cut a piece craft analysis and craft projects really settle, craft calculation, the gearing of the design, molding tool that wash to cut the molding tool and adjust etc. Compute in the craft the part want to be to the row kind design and calculation, wash the calculation, molding tool pressure of the pressure center to really settle, convex and cave mold size and make sure the calculation that make the business trip and compute the detailed calculation in contents in etc.Blanking the mold to want at the design part that wash to the work spare parts, position the spare parts and unload to anticipate with a spare parts, lead to spare parts conjunction with fix spare parts etc. construction the proceeding the detailed analysis design. Want to be in design process work process of understanding the molding tool with notice to choose to use standardly, to reunite the construction that wash the understanding that cut the mold further have. Keywords: stamping die , Parts of mold , standard die set机 械 加 工 工 序 卡 工序名称车工序号4零件名称冲孔凸模零件号14零件重量0.35Kg同时加工零件数1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量Cr125862HRC20mm75mm0.5Kg设 备夹 具名 称辅 助工 具名 称型 号车床C6130虎钳安 装工 步安装及工步说明刀 具量 具走 刀长 度mm走 刀次 数切 削 深 度mm进给量mm/r主 轴转 速r/min切 削速 度m/min基 本工 时12车端面弯头车刀游标卡尺30.4800500.2H22车端面弯头车刀游标卡尺2.50.4800550.2H32车外圆、倒角直头车刀游标卡尺20.3400600.3H43车外圆、倒角直头车刀游标卡尺20.2300650.3H设 计 者陈沛指 导 教 师原红玲共 1 页第 1 页 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 零件号零 件 名 称14冲孔凸模工序号工 序 名 称设 备夹 具刀 具量 具工 时名 称型 号名 称规 格名 称规 格名 称规 格1下料：锯床下料20mm75mm锯床虎钳125mm锯条200mm钢尺150mm0.5H2锻造：18mm77mm空气锤65Kg火钳钢尺150mm1H3热处理：退火，硬度229HBS热处理炉钳子8H4车：车两端面见光，粗车外形车床C6132三爪卡盘车刀游标卡尺0125mm1H5热处理：淬火、回火，硬度5862HRC热处理炉钳子8H6磨：磨工作端面，留单边余量0.3mm平面磨床M7120A电磁吸盘Pmc195砂轮千分尺025mm2550mm2H7钳：划线划线平板虎钳125mm游标卡尺0125mm0.5H8车：精车外形，留单边磨削余量0.20.3mm9磨：精磨外形，留单边磨削余量0.010.015mm外圆磨床M14323A电磁吸盘Pmc195砂轮千分尺025mm2550mm2H10钳：研磨，精修至图纸要求抛光机虎钳125mm锉刀千分尺025mm2550mm2H 11检验：按图纸要求检验 编制 陈沛 校对 陈沛 审核 原红玲 批准 1 绪 论 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。1.1 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451.3中轴碗落料拉深冲孔件复合模具设计与制造方面1.3.1 中轴碗落料拉深冲孔复合模具设计的设计思路冲裁是冲压工艺的最基本工序之一，它是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。落料和冲孔是冲裁中最常见的两种工序。使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时，称为落料；而封闭曲线以外的部分作为冲裁件时，称为冲孔。冲裁在冲压加工中应用极广。但是一般情况下，冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。拉深是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它不仅可以加工旋转体零件，还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是，加工出来的制件的精度都很底。一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级。只有加强拉深变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决拉深变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。中轴碗是较典型的带凸缘拉深件，其工作过程就是先落料后拉深最后冲孔成形，根据计算确定它可以一次拉深成功.根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次冲压可以采用标准的模架。1.3.2中轴碗落料拉深冲孔复合模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间20天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天；2 中轴碗冲压工艺的分析2.1冲压件工艺性分析 图1 工件图原始资料：如图所示生产批量：大批量 材 料：15钢 厚 度：2.5mm此工件属于较典型带凸缘圆筒形件拉深，形状简单对称，除45+0.175-0.180mm和35+0.170mm外，其余尺寸均为自由公差，没有厚度不变的要求。15钢拉深性能良好。而工件最大直径65mm可在拉深后采用修边达到要求。2.2冲压工艺计算和工艺方案冲压件的工艺计算是冲压工艺设计中的一个环节，本制件的工艺计算属于属于较复杂的。其主要的内容包括计算毛坯直径、确定拉深次数、排样、及计算工序压力等。为了避免设计冲压模时出现尺寸错误，画出中轴碗冲压件的工序图如下： 图2 工序图2.2.1 工艺方案的确定根据制件的工艺分析,该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序，可以有以下三种工艺方案：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：落料拉深冲孔级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，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，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，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之工件尺寸偏大。通过对上述三种方案的分析比较，该工件若能一次拉深，则其冲压生产采用方案二为佳。2.2.2 计算毛坯直径根据表面积相等原则，用解析法求该零件的毛坯直径D。可按下面的公式计算：公式见7。该件mm，,查7表4.3.2得出修边余量mm。则。 2.2.3 确定拉深次数采用查表法。由于有凸缘圆筒形件拉深系数又因为凸缘相对直径 所以查2表7-8得首次拉深极限拉深系数故所以，该凸缘圆筒形件可以一次拉深成形。即2.2.4 排样该工件排样根据落料工序设计。考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计。由5表2-16查得搭边值 ，采用双排挡料铛挡料。则：条料宽条料的进距为 冲裁单件材料的利用率按5式（2-16）计算。即2.2.5 计算工序压力（1） 落料力计算按5式（2-7） 式中 落料力则为： （2） 卸料力按5式（2-11） 式中 卸料力则为： （3） 冲孔力计算按5式（27）式中 冲孔力则为： （4） 推件力计算按5式（211）式中 推件力则为： （5） 拉深力计算由于该零件为浅拉深，故可按有压边圈的圆筒形件近似计算。按5式（4-35） 式中 由5表418查得修正因数K=1.00 则 （6） 压边力式中 压边力则为故总冲压力为： 2.3 冲压设备的选择对于浅拉深可按5式（437），估算公称压力来选取压力机。参照5书末附录，选用公称压力为1000KN的开式压力机（J23100）。其主要技术参数见表一。表一公称压力1000KN滑块行程130mm最大闭合高度480mm封闭高度调节量100mm工作台尺寸710mm1080mm模柄孔尺寸60mm75mm3 模具的结构设计3.1 模具工作部分尺寸计算模具的落料凹模、凸凹模、冲孔凹模、冲孔凸模、及镶拼凸、凹模的工作关系，如下图所示。图3装配图其中：1、17橡胶 2限位钉 3下模座 4、13顶杆 5凸凹模 6下顶块 7凸凹模 8上固定板 9上垫板 10上模座 11模柄 12打杆14冲孔凸模 15盖板 16导套 18导柱19卸料板 20凹模 21下固定板 22下垫板 对于工件未注公差可按IT14计算，也可由5书末附录查得各尺寸的未注公差。根据5表210查得，冲裁模刃口双面间隙3.1.1 落料刃口尺寸计算 的凸、凹模的制造公差由5表212得：由于，故采用凸模与凹模分开加工方法。因数由5表213查得，X=0.5。则：其工作部分结构尺寸如5下图所示。图4 落料刃口尺寸图3.1.2 冲孔刃口尺寸计算对于孔的凸、凹模的制造公差由5表212查得： 。由于，故采用凸模与凹模分开加工方法。因数由5表213查得，X=0.5，则：其工作部分尺寸如下图所示。图5 冲孔刃口尺寸图3.1.3 拉深工作部分尺寸计算拉深凸模和凹模的单边间隙可按5表412中式Z/2=1t计算，Z/2=2.5mm。由拉深工件知，查5书末附录为IT13级。故凸、凹模的制造公差可采用IT8级精度，查5书末附录得。按5式（424）、式（425）可求得拉深凸、凹模尺寸及公差如下表：工件尺寸其工作部分结构尺寸，如下图所示。图6 拉深工作部分尺寸3.2 弹性元件的设计计算为了得到较平整的工件，此模具采用弹压式卸料结构，使条料在落料、拉深过程中始终处在一个稳定的压力之下，从而改善了毛坯的稳定性，避免材料在切向应力的作用下起皱的可能。3.2.1 上卸料采用橡胶作为弹性元件按5式（14）计算橡胶的自由高度。式中 则取由5式（15）计算橡胶的装配高度为：取 橡胶的断面面积，在模具装配时按模具空间大小确定。3.2.2 下顶块压边采用橡胶作为弹性元件按5式（14）计算橡胶的自由高度。则：取 由5式（15）计算橡胶的装配高度。取橡胶的断面面积，在模具装配时按模具空间大小确定。4 模具的总体设计及装配该工件的模具结构如5图615。主要由上、下模座、落料凹模、凸凹模、冲孔凸模、冲孔凹模、镶拼凸模、镶拼凹模、下顶块、上顶块、卸料板等零件组成。根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选取I级精度的后侧导柱模架。即：名称尺寸材料热处理上模座140mm120mm40mmHT200下模座140mm120mm50mmHT200导柱A25h5150mm20钢渗碳5862HRC导套A25H590mm38mm20钢渗碳5862HRC导柱、导套渗碳深度为。落料凹模、凸凹模、冲孔凸模、冲孔凹模、镶拼凸模、镶拼凹模、材料均采用Cr12，热处理硬度HRC。卸料板、上顶块、下顶块、垫板、固定板材料均采用45钢。该模具将成形部分做成镶拼凹模8和镶拼凸模7，这样当冲裁刃口变钝后，只要将刃口部分按常规重新修磨一下，然后将镶拼件旋转一个角度取出后，将反面磨去刃磨量即可装入再使用。下顶块6除了起到压边的作用，另外当工件拉深到下顶块触到下固定板24时，下顶块就起到了限位的作用。当上模回程时拉深工件有了一个校正的过程。由于受1000KN开式压力机工作台孔尺寸的限制，该模具的顶件压边装置安装在下模，防碍了冲孔废料的排出。下模座则开设了一个斜漏料孔，并由螺钉来限位，使托板与下模座之间保持一定的间距，从而保证废料能够依靠自重顺利排出。为了保证冲孔凹模与落料凹模的同心度要求，将冲孔凹模与落料凹模用螺栓连接在一起，并与固定板成H7/h6的过度配合，这样给拆卸、装配带来了方便。6 结束语中轴碗属于带凸缘拉深件，并带有一底孔。分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定本制件是先落料，后冲底孔，最后一次拉深成的，然后相应选取拉深时的压力机。本设计主要是落料模、冲裁模、一次拉深模具设计，需要计算毛坯尺寸、拉深次数、工序压力、落料刃口尺寸、冲孔刃口尺寸、拉深工作部分尺寸，并且还需要确定模具零件结构，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。 由于在零件制造前进行了预测，分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷，采取了相应的工艺措施。因此，模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。 中轴碗的形状结构较为简单，高度适中适合选用标准模架。模具工作零件的结构也较为简单，它可以相应的简化了模具结构。便以以后的操作、调整和维护。中轴碗模具的设计，是理论知识与实践有机的结合，更加系统地对理论知识做了更深切贴实的阐述。也使我认识到，要想做为一名合理的模具设计人员，必须要有扎实的专业基础，并不断学习新知识新技术，树立终身学习的观念，把理论知识应用到实践中去，并坚持科学、严谨、求实的精神，大胆创新，突破新技术，为国民经济的腾飞做出应有的贡献。参考文献1陈锡栋、周小玉主编.实用模具技术手册M.北京：机械工业出版社，20012李绍林、马长福主编.实用模具技术手册M.上海科学技术出版社，19983许发樾主编.实用模具设计与制造手册M.北京：机械工业出版社，20004杨玉英主编.实用冲压工艺及模具设计手册M. 北京：机械工业出版社，20045模具实用技术丛书编委会.冲压设计应用实例M