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课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 拉深模具设计拉深模具设计 图纸 图纸 目目 录录 前言前言 1 1 冲裁件工艺性分析冲裁件工艺性分析 2 1 1 材料选择材料选择 2 1 2 工件结构形状工件结构形状 2 1 3 尺寸精度尺寸精度 2 2 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 3 3 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 4 4 模具总体结构设计模具总体结构设计 4 4 1 模具类型的选择模具类型的选择 4 4 2 操作与定位方式操作与定位方式 4 4 3 部分零部件的设计部分零部件的设计 4 4 3 1 凸凹模的设计凸凹模的设计 4 4 3 2 卸料部分的设计卸料部分的设计 6 4 3 3 推件装置的设计推件装置的设计 7 4 3 4 模架的设计模架的设计 8 4 3 5 模架的选用模架的选用 8 4 3 6 上 下模座的选用上 下模座的选用 8 4 4 工作零件材料的选用工作零件材料的选用 9 5 模具工艺参数确定模具工艺参数确定 9 5 1 排样设计与计算排样设计与计算 9 5 2 搭边值的确定搭边值的确定 9 5 3 材料利用率的计算材料利用率的计算 10 5 4 凸 凹模刃口尺寸的计算凸 凹模刃口尺寸的计算 11 5 4 1 刃口尺寸计算的基本原则刃口尺寸计算的基本原则 11 5 4 2 刃口尺寸的计算刃口尺寸的计算 12 6 计算冲压力与压力机的初选计算冲压力与压力机的初选 12 7 模具压力中心的确定模具压力中心的确定 14 8 冲压设备的选择冲压设备的选择 15 9 模具零件图模具零件图 16 10 模具总装图模具总装图 18 总结总结 21 参考文献参考文献 22 前言前言 冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一 冲压加工的应用十分广 泛 不仅可以加工金属材料 而且可以加工非金属材料 在现代制造业 比如汽车 拖拉机 农业机械 电机 电器 仪表 化工容器 玩具以及日常生活用品的生产方 面 都占有十分重要的地位 当然 冲压加工在我国也存在着一些问题和不足 如机械化 自动化程度低 生 产集中度低 冲压板材自给率不足 品种规格不配套 科技成果转化慢 先进工艺推 广慢 专业人才缺乏 大 精模具依赖进口等 因此 我们将还有很长的路要走 课题来源于生产实际 探讨冲压加工中较常见零件的工艺方法和结构设计 课题 涉及知识面较广 且设计要求较高 对学生的设计能力 特别是思考能力是一个很好 的锻炼 课题研究内容包括机械工程学科的力学 冲压工艺与模具设计 材料学 机 械原理 机械设计 公差与互换性 机械制造工艺等知识 特别锻炼学生规范性设计 的能力 使学生能得到全面的锻炼 课题要求学生具备较强的机构设计能力和创新能 力 对学生是一个挑战 课题为典型的机械设计类课题 涉及机械知识全面 与工程 机械专业方向结合紧密 此次课程设计主要目的是为了培养学生的综合运用所学知识的能力以及团队合作 的能力 需要学生把所学的知识重新温习一遍 并且能够灵活运用 同时要求学生要 学会主动积极的去查阅手册 来了解冲压模设计所学要的各项数据 最终通过一组成 员的共同努力来设计出符合实际生产要求的冲压模具 1 冲裁件工艺性分析冲裁件工艺性分析 工件名称 开关盖 工件简图 如图 1 1 所示 生产批量 中批量 材料 Q235 工件厚度 1 2mm 工件精度 IT12 级 图图 1 1 工件图工件图 1 11 1 材料选择材料选择 本工件选用 Q235 碳素结构钢 冷变形塑性低 无回火脆性 用于制造耐磨性高 动载荷及冲击作用不大的机械加工件 适合冲裁拉深加工 1 21 2 工件结构形状工件结构形状 工件结构形状相对简单 属对称结构 轮廓线为直线和圆弧组合的简单 孔与边 缘之间的距离也满足要求 可以冲裁 1 31 3 尺寸精度尺寸精度 零件图上所注公差为 IT12 级 尺寸精度较低 普通冲裁完全可以满足要求 2 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 该制件的冲裁工序包括落料和冲孔 其冲裁加工方式选择冲孔 落料复合冲压 复合模生产 表表 2 1 各类模具结构及特点比较各类模具结构及特点比较 单工序模模具种类 比较项目无导向有导向 级进模复合模 零件公差等 级 低一般可达 IT13 IT10 级可达 IT10 IT8 级 零件特点 尺寸不受限 制厚度不受 限制 中小型尺 寸厚度较 厚 小零件厚度 0 2 6mm 可加工复杂零件 如 宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构与强 度限制 尺寸可以较大 厚 度可达 3mm 零件平面度低一般 中小型件不平直 高 质量制件需较平 由于压料冲件的同时得到了 较平的制件 制件平直度好 且具有良好的剪切断面 生产效率低较低 工序间自动送料 可 以自动排除制件 生 产效率高 冲件被顶到模具工作表面上 必须手动或机械排除 生产 效率较低 安全性 不安全 需采取安全措 施 比较安全不安全 需采取安全措施 模具制造工 作量和成本 低 比无导向 的稍高 冲裁简单的零件时 比复合模低 冲裁较复杂零件时 比级进 模低 适用场合 料厚精度要求低的小批 量冲件的生产 大批量小型冲压件的 生产 形状复杂 精度要求较高 平直度要求高的中小型制件 的大批量生产 根据表 2 1 可知 复合模只需一副模具 制件精度和生产效率都较高 且工件最 小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚 模具强度也能满足要求 冲裁件的内孔与边缘的相 对位置精度较高 板料的定位精度比方案三低 模具轮廓尺寸较小 制造比其它两种 方式都简单 通过对上述三种方式的分析比较 采用复合模是比较合理的 3 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 正装式复合模和倒装式结构比较 正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件 还可 以冲制孔边距较小的冲裁件 倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件 但倒装式复合模结构简单 又可以 直接利用压力机的打杆装置进行推件 卸件可靠 便于操作 并为机械化出件提供了 有利条件 所以应用十分广泛 由零件分析知 制件的精度要求较低 孔边距较大 平直度较高为提高经济效益 适宜采用正装复合模生产 根据以上分析确定该制件的生产采用正装式复合模具生产 4 模具总体结构设计模具总体结构设计 4 14 1 模具类型的选择模具类型的选择 经分析 工件尺寸精度要求不高 形状较简单 但工件产量较大 根据材料厚度 为保证冲模有较高的生产率 通过比较 决定实行工序集中的工艺方案 弹性卸料装 置的倒装复合模具结构方式 4 24 2 操作与定位方式操作与定位方式 操作方式零件的生产批量较大 但合理安排生产可用手工送料方式 提高经济效 益 因为导料销和挡料销结构简单 制造方便 且该模具采用的是条料 根据模具具 体结构兼顾经济效益 控制条料的送进方向采用导料销 控制送料步距采用固定挡料 销 4 34 3 部分零部件的设计部分零部件的设计 4 3 1 凸模的设计凸模的设计 1 凸凹模的结构设计 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和拉深凹模作用的工作零件 他的内外边缘 均为刃口 内外边缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸 从强度方面考虑 其壁厚应受 最小限制 凸凹模的最小壁厚与模具的结构有关 当模具为正装结构时 内孔不积存 废料 胀力小 最小壁厚可以小些 当模具为倒装结构时 若内孔为直筒形刃口形式 且采用下出料方式 则内孔积存废料 胀力大 故最小壁厚应大些 凸凹模的最小壁 厚值 目前一般按经验数据确定 倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表 4 1 正装复合模 的凸凹模最小壁厚可比倒装的小些 所以查表得 最小壁厚 a 3 8 图 4 1 凸凹模简图 4 3 2 卸料部分的设计卸料部分的设计 设计卸料零件的目的 是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉 保证下次冲压正常进行 常用的卸料方式有 刚性卸料 弹压卸料板 刚性卸料也称 为固定卸料 其特点是卸料力大 卸料可靠 适用于板料较厚 卸料力较大 平直度 要求不很高的冲裁件 弹压卸料其特点是 兼卸料及压料作用 冲件质量较好 平直 度较高 适用于质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁 本模具的卸料板仅有卸料作用 卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同 取 400mm 340mm 卸料板厚度为 30mm 卸料板采用 45 钢制造 热处理淬火硬度 43 48HRC 卸料板上设置 4 个卸料螺钉 卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间 以保证卸料 的正常运动 图 4 1 卸料板简图 4 3 3 推件装置的设计推件装置的设计 推件和顶件的目的 是将制件从凹模中推出来 凹模在上模 或顶出 凹模在下 模 推件力是由压力机的模梁作用 通过一些传力元件将推件力传递到推件板上将 制件或废料推出凹模 推板的形状和推板的布置应根据被推材料的尺寸和形状来确定 推件装置可分为弹性推件装置和刚性推件装置两种 弹性推件装置一般装在下模 具有 压料作用 冲件质量好 但推件力较小 常用于正装式复合模或冲裁薄板料的落料模中 刚性推件装置一般装在上模 利用压力机的推件力 因此 推件力大 推件可靠 但 不具有压料作用 常用于倒装式复合模中 综上 本设计选用刚性推件装置 它的基本 零件有推件块 推杆 推板 连接推杆和打杆 这些零件都已标准化 可从标准中选 取 4 3 4 模架的设计模架的设计 GB T2851 1 7 90 GB T2852 1 4 90 列出了各种不同结构和不同导向形式的标 准模架 常用的导柱导套式模架 是由上 下模座和导向零件组成 模架是整副模具 的骨架 模具的全部零件都固定在它的上面 并承受冲压过程的全部载荷 模具上模 座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定 上 下模间的精确位置 由导柱 导套的导向来实现 本设计选用后侧导柱模架如图 后侧导柱模架 由于前面和左 右不受限制 送料和操作比较方便 因导柱安装在后侧 工作时 偏心距会造成导柱 导套单边磨损 并且不能使用浮动模柄结构 模架图模架图 4 3 5 模架的选用模架的选用 以凹模周界尺寸为依据 根据标准 GB T2851 3 1990 选择模架规格为 150mm 180mm 180mm GB T2851 3 4 3 6 上 下模座的选用上 下模座的选用 根据模架的规格选择对应的上 下模座如下 上模座 150mm 180mm 180mm GB T2855 5 1990 下模座 150mm 180mm 180mm GB T2855 6 1990 4 44 4 工作零件材料的选用工作零件材料的选用 由于冲模为冷冲模 所以材料要有良好的耐磨性 高强度 足够的韧性 良好的 抗疲劳性 良好的抗粘结能力 可段性 可切削性 可磨削性 热处理工艺性等 由 上要求在该模具中拉深凸模 凸凹模和凹模板的材料选用 T10A 钢 T10A 钢耐磨性好 淬透性不高 适用于制造切削条件差 耐磨性要求较高 需要一定韧性及具有锋利刃 口的各种工具 5 模具工艺参数模具工艺参数确定确定 5 15 1 排样设计与计算排样设计与计算 冲裁件在板料 带料或条料上的布置方法称为排样 排样的意义在于减小材料消 耗 提高生产率和延长模具寿命 排样是否合理将影响到材料的合理利用 冲件质量 生产率 模具结构与寿命 根据材料经济利用程度 排样方法可以分为有废料 少废料和无废料排样三种 根据制件在条料上的布置形式 排样有可以分为直排 斜排 对排 混合排 多排等 多重形式 综合考虑模具寿命和冲件质量 该冲件的排样方式选择方案一为佳 考虑模具结 构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳 如图 5 1 所示 图 5 1 排样简图 5 25 2 搭边值的确定搭边值的确定 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料 称为搭边 搭边的作用是补偿定位误差 保持条料有一定的刚度 以保证零件质量和送料方 便 搭边过大 浪费材料 搭边过小 冲裁时容易翘曲或被拉断 不仅会增大冲件毛 刺 有时还会拉入凸 凹模间隙中损坏模具刃口 降低模具寿命 或影响送料工作 搭边值是废料 所以应尽量取小 但过小的搭边值容易挤进凹模 增加刃口磨损 两制件之间搭边值 2mm 1 a 侧搭边值 a 2mm 5 35 3 材料利用率的计算材料利用率的计算 在冲压零件的成本中 材料费用约占 60 以上 因此材料的经济利用具有非常重 要的意义 衡量排样经济性的重要指标是材料的利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率 材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率 表示 nF AB 100 5 3 式中 材料利用率 n 冲裁件的数目 F 冲裁件的实际面积 mm2 包括工件面积与废料面积 B 板料宽度 mm A 送料进距 根据公式 5 3 100 14094 12590 85 5 由此可之 值越大 材料的利用率就越高 废料越少 工艺废料的多少决定于 搭边和余量的大小 也决定于排样的形式和冲压方式 因此 要提高材料利用率 就 要合理排样 减少工艺废料 5 45 4 凸 凹模刃口尺寸的计算凸 凹模刃口尺寸的计算 5 4 1 刃口尺寸计算的基本原则刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度 模具的合理间隙也要靠模 具刃口尺寸及制造精度来保证 正确确定模具刃口尺寸及制造公差 是设计冲裁模主 要任务之一 从生产实践中可以发现 1 由于凸 凹模之间存在间隙 使落下的料带有锥度 且落料件的大端尺寸等 于凹模尺寸 2 在测量与使用中 落料件是以大端尺寸为基准 3 冲裁时 凸 凹模要与冲裁件或废料发生摩擦 凸模越磨愈小 凹模越磨愈 大 结果使间隙越来越大 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则 1 落料件尺寸由凹模尺寸决定 故设计落料模时 以凹模为基准 间隙取在凸 模上 2 考虑到冲裁中凸 凹模的磨损 设计落料凹模时 凹模基本尺寸应取尺寸公 差范围的较小尺寸 这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下 仍能冲出合格的制件 凸凹模间隙则取最小合理间隙值 3 确定冲模刃口制造公差时 应考虑制件的公差要求 如果对刃口精度要求过 高 即制造公差过小 会使模具制造困难 增加成本 延长生产周期 如果对刃口 精度要求过低 即制造公差过大 则生产出来的制件有可能不合格 会使模具的寿命 降低 若工件没有标注公差 则对于非圆形工件按国家 配合尺寸的公差数值 IT14 级处理 冲模则可按 IT11 级制造 对于圆形工件可按 IT17 IT9 级制造模具 冲压件 的尺寸公差应按 入体 原则标注单项公差 落料件上偏差为零 下偏差为负 冲孔 件上偏差为正 下偏差为零 5 4 2 刃口尺寸的计算刃口尺寸的计算 由于模具的加工方法不同 凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标 注也不同 刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况 凸模与凹模分开加工和凸模与凹 模配合加工 对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工方法 采用这种方法 是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸 要分别标注凸模与凹模 刃口尺寸与制造公差 为了保证初始间隙值小于最大合理间隙 2 必须满足下列条 max C 件 minmaxpd c2c2 或 minmaxp minmaxd c2c24 0 c2c26 0 6 计算冲压力与压力机的初选计算冲压力与压力机的初选 计算冲裁力是为了选择合适的压力机 设计模具和检验模具的强度 压力机的吨 位必须大于所计算的冲裁力 以适宜冲裁的要求 普通平刃冲裁模 其冲裁力 Fp 一般 可以按下式计算 tL 6 1 P F P K 式中 材料抗剪强度 见附表 MPa L 冲裁周边总长 mm t 材料厚度 mm 系数是考虑到冲裁模刃口的磨损 凸模与凹模间隙之波动 数值的变化或分布 P K 不均 润滑情况 材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数 一 P K 般取 1 3 当查不到抗剪强度 r 时 可以用抗拉强度代替 而取 1 3 的近似计 b P K 算法计算 查表可知材料 45 钢的抗剪强度 440 560Mpa 故取其抗剪强度 500MPa 1 冲裁力的计算 P F 查普通碳素结构钢的力学性能表 摘自 GB 700 1988 GB T 13304 1991 知 45 钢的抗剪强度 375 450Mpa 取 400 Mpa 而制件厚度 t 1 2mm 取安全系数 Kp 1 3 则 根据公式 6 1 tL P F P K 1 3 1 2 430 400 268 32KN 2 卸料力的计算 1q F 6 2 1q F X K P F 式中 卸料力系数 X K 查表得 0 04 0 05 取 0 05 X K X K 根据公式 6 2 q F X K P F 0 05 268320 13 416KN 3 顶件力的计算 2q F 6 2q F d K P F 3 式中 顶件力系数 d K 查表 6 1 得 0 06 d K 根据公式 6 3 2q F d K P F 0 06 268320 16KN 4 总的冲压力 F 的计算 根据模具结构总的冲压力 F P F 1q F 2q F F 1q F 1q F 2q F 297 7KN 7 模具压力中心模具压力中心的确定的确定 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置 为了确保压力机和模具正常工作 应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合 否则 会使冲模和压力机滑块产生 偏心载荷 使滑块和导轨间产生过大磨损 模具导向零件加速磨损 降低了模具和压 力机的使用寿命 模具的压力中心 可按以下原则来确定 1 对称零件的单个冲裁件 冲模的压力中心为冲裁件的几何中心 2 工件形状相同且分布对称时 冲模的压力中心与零件的对称中心相重合 3 各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的 力矩 求出合 力作用点的坐标位置 0 0 x 0 y 0 即为所求模具的压力中心 其中 分别为各冲裁周边长度 1 L 2 L 3 L N L 图图 7 1 压力中心压力中心 图中用红十字线表示 按比例画出零件形状 选定坐标系 XOY 计算出零件压力中心为 X 0 00 Y 0 00 8 冲压设备的选择冲压设备的选择 通过校核 选择开式双柱可倾式压力机 J23 80 能满足使用要求 其主要技术参 数如下 公称压力 300kN 滑块行程 130 最大闭合高度 380mm 工作台尺寸 前后 左右 540mm 800mm 垫板尺寸 厚度 100mm 模柄孔尺寸 60mm 80mm 9 模具零件图模具零件图 根据已确定的零件结构及参数 按照制图标准绘制非标准件零件图 本次的所有 的零部件图均采用 CAD2011 电子图版绘制 零件图附 A4 A3 图纸 9 1 拉深凸模简图 9 2 拉深凹模简图 10 模具总装图模具总装图 通过以上的设计 可得到模具总装图 模具的上模部分由上模座 上模垫板 凸 模 凸模固定板 及凹模板等组成 由推件块将凹模内的制件推出 上模座 上模垫 板 凸模固定板及凹模用 4 个 M14 螺钉固定 下模部分由下模座 凸凹模固定板 凸 凹模 卸料板等组成 卸料方式是采用的弹性卸料板卸料 下模座与凸凹模固定板用 4 个 M14 螺钉固定 卸料板由 4 个 M12 螺钉与下模部分的其他零件连接 橡胶的中心 线与卸料螺钉孔中心线重合 模具总装图的零件间的装配配合要求按下表选用 表表 10 110 1 冷冲模常用极限与配合冷冲模常用极限与配合 配 合 性 质应 用 范 围 H6 h5 级精度模架导柱与导套的配合 H7 h6 级精度模架导柱与导套的配合 凸模与导板 导正销与孔的配合 间隙配合 H8 d9活动挡料销 弹顶装置 销与销孔的配合 H8 f9使用挡料销 弹性侧压装置与导料板 导尺 的配合 H9 h8卸料螺钉与螺孔的配合 H11 d11活动档料销与销孔的配合 当弹性力作用线与销轴线不重合时 H9 d11模柄与压力机的配合 H6 m5导套或衬套与模座 小凸模 小凹模 与固定板的配合 过渡配合 H7 m6凸模与固定板 模柄与模座孔的配合 H7 n6模柄与模座的配合 销钉与销钉孔的配合 凸凹模与固定板的配合 R6 h5 级精度模架导柱与模座的配合 H7 s6 级精度模架导柱与模座的配合 H6 r5 级精度模架导套与模座的配合 过盈配合 H7 r6 级精度模架导套与模座 凹模与固定板的配合 图图 10 1 模具装配图模具装配图 总结总结 本文阐述了钥匙冲压模具设计的全过程 在毕业设计过程中 我遵循冲压工艺的 基本理论和冲压模具的设计步骤 利用 CAD 设计软件 进行了冲