锁壳冲裁模具设计.docx

武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸 本科毕业论文（设计）论文题目：锁壳冲裁模具设计姓名：郭博伦学号：103004010222班级：02班年级：2010级专业：机械设计制造及制动化学院：机械工程学院指导教师：霍瑛 讲师完成时间：2014-5-5摘 要在实际工业生产中，冲压模具应用十分广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。本文提出采用模具来生产锁壳外壳的落料、拉深和冲孔的新工艺，并针对某规格模具具落料、拉深和冲孔设计了复合模。该模具设计的难点主要是如何解决好零件中的孔冲裁、确定模具结构、如何进行模具的制造及冲裁方案选定等。本文结合锁壳外壳外的特点，具体解决了压力机的选择与校核、凸模和凹模刃口尺寸计算及结构设计、定位方案设计、卸料方式的设计、主要模具零件的加工工艺、标准零件的选用、模具的装配等一系列的设计工作，这些设计可为类似的零件模具设计提供现实的指导意义。此次模具设计的突出特点是尝试使用复杂的复合模具，解决常规冲压工艺模具套数多、工艺路线长、生产成本高、效率低等缺点，并为以后此类零件冲压工艺的编制及模具设计提供了可靠的依据。文章所介绍的模具实例结构简单，而且也很方便实用，可以对类似的大量生产有比较的帮助作用。关键词 ：冲模；复合模；冲裁力；冲裁武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸AbstractPunching die has been widely used in industrial production. In the traditional industrial production, the worker work very hard, and there are too much work, so the efficiency is low. With the development of the science and technology nowadays, the use of punching die in the industial production gain more attention, and be used in the industrial production more and more. Self-acting feed technology of punching die is also used in production, punching die could increase the efficience of production and could alleviate the work burden，so it has significant meaning in technologic progress and economic value.This Article proposes using mold to produce retainer of the new technology, And against a standard fixture retainer design of the compound dies. The main problems of this mold design is how to solve retainer of punching holes, determine mold structure, how to manufacturing the mold and selected blanking programs and so on. This Article Combine the characteristics of retainer, concretely solve the choice and verify check of the press machine, the numeration and structure design of the point dimension of punch and matrix, the locating project design, the method of stripper, the main mold parts processing, the choice of standard parts, the design of the model assemble. These designs can provide realistic guiding significance for similar mold design. But the characteristics of the design is to try to using the complicate dies. To solve the problem of original process, such as large numbers of die, long process of technology, high production cost, low efficiency, difficulty in keeping symmetry of working parts are solved, and a reliable evidence for the workout of stamping process and die design of these parts is provided.The dies here discussed can be easily made, conveniently used, and safely operated. And it could be used as the reference in the large scale production of similar workpieces.key words dies：compound dies; blanking force; blanking dearance目 录前言11工艺分析31.1冲裁件的工艺性分析31.2 综合技术经济效益观念31.3零件材料性能分析及工件工艺性分析31.4零件工艺性的分析52工作原理73工艺计算及排样方案83.1尺寸的确定83.2确定排样方式和计算材料利用率93.3搭边值的确定103.4冲压设备的选择104工作零件设计124.1凹模的设计124.2凸模的设计134.3卸料板的设计144.4打杆的长度154.5压边装置的设计154.6顶杆的长度154.7橡皮垫的设计165参考资料186总结19前 言模具，在现代化生产中是非常重要的。它可以运用到非常广的领域中，它是现代化生产的基础，是现代化生产中必不可少的一部分。特别是在造船、航天领域，生活中我们所需要的每个小设备都跟它有密不可分的关系。它的重要性不可小觑，如果没有它，至今我们都不知道我们会处于一种什么样的生活中。每一个工厂，每一个生产环节，都是以它为基础，以它为前提。现在的模具设计制造技术已经是比较的发达，但是中国目前仍然处于比较落后的地位，模具设计制造技术主要分为这几类： （1)冲模技术以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。在设计制造方法和技术手段方面不断改善，在轿车模具国产化方面迈出了可喜的步伐。 (2)塑料模具技术 在塑料模具的设计制造中，CAD/CAM技术得到较快的普及，CAE软件已经在部分厂家应用。热流道技术得到广泛应用，气辅注射技术和高效多色注射技术也开始成功应用。(3)CAD/CAE/CAM技术国内模具企业中已有相当多的厂家普及了计算机绘图，并陆续引进了高档CAD/CAE/CAM，UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名软件在中国模具工业应用已相当广泛。一些厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于塑料模、冲压模和压铸模的设计中。(4)快速成形/快速制模技术 快速成形/快速制模技术在我国得到重视和发展，许多研究机构致力于这方面的研究开发，不断取得新成绩的清华大学、华中理工大学、西安交通大学和隆源自动成形系统公司等都自主研究开发了快速成形技术与设备，生产分层物体(LKM9)、立光固化(SLA)、熔融沉积(DM)和选择性烧结(SS)等类型的快速成形设备。这些设备已在国际应用于新产品开发、精密制造和快速制模等方面。 (5)其他相关技术 国内一些钢铁企业相继引进和装备了一些先进的工艺设备，使模具钢的品种规格和质量都有较大的改善。在模具制造中已较广泛地采用新的钢材，如冷作模具钢D2、D3、A1、A2、LD、65Nb等；热作模具钢H10、H13、H21、4Cr5MoVSi、45Cr2NiMoVSi等；塑料模具钢P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMII等。 1工艺分析1.1冲裁件的工艺性分析冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来判断它的设计是不是合理的。一般的来说，如果可以在符合要求的情况下，能以最经济最简便的方法将工件制作出来，就说明这个工件的冲压工艺性能足够好，否则，该件的工艺性就不好。工艺性的好差是相对的，它直接受到工厂的冲压技术的水平和设备条件等相关因素的影响。1.2 综合技术经济效益观念在我国改革开放之前，我们国家的工厂，只要产品，不讲经济效益是很普遍的一种情况。在原来的时代，模具的设计人员在工艺方案确认的情况下，设计模具时，首先考虑的是满足产品质量和数量的要求，基本上不顾及经济效益。然而当今这个时代，在现代工业生产与市场经济的条件下，常常需要他们来参与对生产的预测与决策。所以，必须具有现代技术经济效益观念。在工艺设计过程中，还要考虑节省能源、减少材料消耗、降低生产成本，实施安全生产，保证获得利润等等。在保证产品质量的情况下，尽量发扬企业技术与设备的优点，争取获得最好的技术经济效益。1.3零件材料性能分析及工件工艺性分析（1）该产品的基本工序为落料、冲孔。（2）它对零件尺寸公差特殊要求，采用IT12级，利用普通加工方式可达到图样要求。（3）零件材料性能分析锁壳零件图如下： 图1.1冷冲压模具包含了冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。我们在设计模具的同时时，第一点必须知道被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的最重要的根据。所以我们在四号如何进行零件冲压成形工艺和设计冲压模具的时候，一定要指导和掌握材料的某些力学性能，这样我们才更好设计。现将摩擦片零件材料为10号钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下：应力：材料单位面积上所受的内力，单位是N/ mm2，用Pa表示。106Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm2；109Pa = 1GPa。 屈服点s。材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是N/ mm2。弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取s = 206 MPa。抗拉强度b。材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。b = 294432MPa。抗剪强度b。材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。取b = 255333MPa。弹性模量E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。E = 194 x 103MPa。屈服比s/b。是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。伸长率。在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得，材料为10号钢的伸长率=29。所以，对锁壳零件材料10号钢的力学性能分析，主要是为了方便我们在模具设计中每种参数的计算，因此在下面的模具设计中我们要对材料的参数数据进行计算。1.4零件工艺性的分析这个零件是锁壳，结构比较简单，而且对称，是经典的拉深件。在拉深过程中要注意控制拉深程度，我们加工的时候，依据零件的结构，形状等一些技术要求，一定要注意以下几个要求：(1)拉深件圆角半径：拉深件的圆角半径要适合，应尽量大些，以便于成形和减少拉深次数，避免在拉深过程中出现失稳现象即拉裂。拉深件底与壁的圆角半径应满足r1t。而在此设计中圆角半径R3t，故满足设计要求。(2)考虑拉深件厚度不均匀的现象：在拉深过程中，一般为不变薄拉深，从理论分析上说是肯定不可能的，在拉深过程中壁厚应有些许的变化在里面，如果我们在对拉深件精度要求比较低的时候，基本上可以忽略，但是在这次设计中我们必须考虑壁厚不均匀现象问题，只有这样才能按照要求加工出需要的零件。(3)拉深见的孔位布置：根据我们看见的，这个零件的孔位布置比较合理，在零件的中心。在冲孔时，要注意孔与拉深件的同心度的问题，孔到拉深底部边缘的距离dd1-2r1-t。 根据零件图，首先分析可以知道锁壳零件的冲压成形需要多道工序才能完成，首先进行一次正拉深，形成外形尺寸形状。然后再弄反拉深。底部最后冲小孔。综上所述，锁壳由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有：落料+拉深 修边冲孔翻边. 由于是多道工序，多套模具成形，还要特别注意各工序间的定位。（4）重视模具材料和结构的选择，保证有一定的模具寿命。工艺毛坯的极限偏差： 尺寸 凸模偏差 凹模偏差58 -0.020 +0.03088 -0.025 +0.025（5）确定工艺方案及模具结构形式根据制件工艺分析，其基本工序有:落料冲孔。完成锁壳的设计,根据所需基本工序可,得到如下几种方案:方案一落料拉深修边冲孔2冲11.8的翻边孔1个翻边冲6的孔2个 冲不规则形状的孔1个方案二落料+拉深冲11的孔2个及不规则形状的孔1个翻边修边冲侧孔方案三落料+拉深+非翻边孔+冲2孔翻边修边冲11孔冲侧孔综合以上三种方案，方案一最合理。采用三种模具即可解决一些问题，第一种是方案,工艺好,精度高;第二种方案，是先冲孔后翻边,会造成尺寸偏差,精度减低.第三种方案会造成尺寸偏差,精度减低，工序不易操作.故选择的是方案一。2工作原理首先由压力机带动模柄，模柄再带动上模座下行，上模座带着凸凹模下行，凸凹模与落料凹模完成落料的动作，凸凹模继续下行，拉深凹将条料拉入凸凹模，完成拉深动作过程，再由顶杆带动压边圈拉制件顶出。冲压模具的又名是冷模，冲压机的压力给了模具，将放在模具中的金属发生了形状的改变，它就是利用了这个原理。根据模具的功能我们可以分为拉伸膜、铆接模、折弯模等等。拉伸膜的工作原理是利用了相同形状的凹凸模通过亚料板压住材料将金属材料按照我们的设计需要加工出任何几何的立体的产品。这里面我们要考虑很多的因素，比如冲床的压力，产品集合图形的复杂情况，模具间隙和模具的压料力等等。冲裁模的种类繁多，分为很多种，比较繁琐。当然它有简单和麻烦的，跟拉伸膜一样，每个模都分有很多种。折弯模同样如此，分为了好几种，在此就不一一列举，也是有复杂和简单的，比如说像冲钝角、直角之类的。冲压工艺和CAD技术是息息相关的，因为冲压技术非常地复杂，工艺也是算比较繁琐的，所以在现代话生产中，冲压这种技术也算是比较麻烦的地方了，但是我们有它的解决方法，因为字数问题，我们就不在这里详细介绍了，就举一个例子。在开发柔性设计系统时，应合理的应用Pro/E软件提供的每种有效工具，考虑不同类型的标准结构组合中的装配关系。冲压模具柔性设计系统的开发与应用，可以避免了工作人员不必要的重复工作，以便将精力集中于方案的构思、工艺优化等创造性的工作上，因而对模具的快速设计与规范生产具有了现实的应用意义。3工艺计算及排样方案3.1尺寸的确定已知b1=88 b=58 t=1.2 r底=6 r1=3.8 r2=7.3 h0=28 r1/b=3.8/58=0.066 h0/b=28/58=0.483该件属 区的低矩形件，又根据t/bx100=1.2/58x100=2.172 ，得的第一种方法计算。选取修边余量h，确定矩形件的计算高度。当h0/r1=28/3.8=7.368h=0.5h0/r1=0.5x7.368=3.684(mm)h=h0+h=28+3.684=31.684(mm)假想毛坯尺寸直径。D=1.13 =112.418mm毛坯长度 r=D+(b1-b)=112.418+(88-58)=142.418(mm) 毛坯宽度K=D-(b-2r1)+【b-2x（h-0.43xr底）】（b1-b）/（b1-2r）=112.418x(58-2x3.8)+【58+2x（31.684-0.43X6）】（88-58）/（88-2x3.8） =113.832mm毛坯直径 R=0.5K=0.5x113.832=56.916(mm)圆整毛坯直径为11.25mm。毛坯长度为142.5mm,毛坯宽度为114mm。毛坯半径为57mm。由h0/b=28/58=0.483m1 所以属于一次拉深成形。3.2确定排样方式和计算材料利用率。3.2.1排样类型与排样方法（1）排样的目的与作用排样是很重要的一个环节，排样的含义就是如何把冲裁件布置在料上，这是比较简单的一步。排样关系到很多经济效益经济利益的地方，还有使用寿命，所以，我们在冲压工艺和模具设计的时候，排样是一项很重要的，很需要能力和技术的工作。（2）排样的基本类型排样按照经济利用的这方面分有几种，按照如何安置在料上又分几种，比如说类似直排、斜排、对排等等，非常简单简便并且比较好记。排样看似复杂，其实根据概念来分，我们还是比较容易理解记住的。现在我们从两大方面来分即有废料排样和无废料排样。有废料排样有这几种形式： 直排:排样时，最好是选用直排，因为直排的模具最简单。但对于三角形、角尺形等工件，采用直排会浪费较大的，可考虑选取斜排或对排。 斜排:如果使用斜排，制模工作量会变大。所以，如果我们不能把节省材料控制在5%以内，就没必要采用斜排了。 对排:对排这个方法还是比较好的，比较省钱，比较划算。它分为单凸模和双凸模，两者还是有比较突出的差别了。前者比后者相对来说要简单些，但是付出的代价比后者大。但是我们可以通过盈亏平衡点，对各方案进行比较，并作出选择。 多排:多排，从字面上来说我们都是比较好理解的，它分为单排、双排、三排等等。多排的好处就是省料，比较节省，但是有时候省料了不代表它的技术就简单了，因此设计制造模具的时候，它所付出的代价往往是有点大的，但是如果生产批量模具，就相对来说，要比较划算了。所以，只有在生产很多圆形小件，而且要生产贵重的材料时，才能考虑采用多排。混合排:如果将一种零件落料后的废料作为另一种工件的原材料，当然也可以提高材料的利用率。但这种排样对于小型件既不方便又不安全。少废料与无废料排样就是使一个工件落料形状的一边或数个边成为另一工件的边缘，取消了工件之间的搭边，成为少废料排样。如果条料的边缘能作为工件的边缘，则可以完全取消搭边而成为无废料排样。少废料和无废料排样，冲裁轮廓都是非封闭的。能进行少废料和无废料排样的工件是不多见的，常常需要对工件的形状作些修改才能实现。显然，这种排样材料的利用率是很高的。缺点就在于它不够准确，因为我们无法完美的定位，如果定位都不准，那么肯定会影响到计算，这是显而易见的问题，仔细想想，其实这个问题还算是一个不小的问题了，但是就算它有这样的问题，我们也应该选择这样做，我们能做的，就是提高我们的生产技术。3.2.2排样设计这个毛坯形状和尺寸不是很小，为了方便我们手工松辽，选用单排冲压，有两种如图示。 图3.1经过分析计算：（a）的排样方式，材料利用率最高。3.3搭边值的确定 由于工艺所采用的送料方式为手工送料，且为非图形,得 a=2.5mm a1=2mm3.4冲压设备的选择由于本套模具为落料拉伸模，计算参数如下：落料力F落=1.3Lz 将t=1.2mm及08钢材料的搞剪强度=260Mpa代入上式，得 F推=1x122849.99x0.035 =4299.750NF总=F落+F推=127149.74N根据压力，可选用160的开式双柱可倾压力机。得其主要参数及大小如下：最大冲压力 160KN滑块行程 70mm滑块行程次数 120次/min最大封闭高度 220mm封闭高度调节量 45mm工作台尺寸 300mmx450mm模柄尺寸 直径40x603.5落料拉深先后的确定F0=127149.7 4拉深力F拉=(2b1+2b-1.72r)tbk4查表4-23得k4=0.7b=420Mpa代入公式得F拉=(2x88+2x58-1.72x6)x1.2x420x0.7 =104376.704所以F总F拉所以本复合模为先冲裁后拉深4工作零件设计4.1凹模的设计模的材料可以选择Cr12，凹模具有很大的抗压性，如果温度升高了，工作情况恶劣，就必须要求凹模材料有较大的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切耐性。凹模的硬度要求较高，一般应进行淬为热处理，使其硬度达到期HRC58-62。 图4.14.1.1刃口尺寸的确定得 Zmax=0.180 Zmin=0.126 Zmax-Zmin=0.180-0.126=0.054得 A凹=（A-x）+0凹得 x=0.75 =0.4 则： A凹1=（58-0.75x0.4） 0+0.030=57.70+0.030 A凹2=（88-0.75x0.4）+00.035=87.70+0.0354.1.2强度的校核 凹模强度校核主要是栓查高度h，因为凹模下面的模座或垫板一的洞口较凹模洞口大，合凹模工作时弯曲，若凹高度不够便会产生弯曲变形，以致损坏。得弯=1.5F/h2【弯】h最小=凹模厚度 H=K6 得K=0 .2H=142.5x0.2=28.5mm考虑到工件及凸凹模的影响取取H=0.32mm【弯】=490Mpa弯=1.5X122849.99/322=179.956Mpa【弯】 经校核，凹模强度足够。4.2凸模的设计凸模的材料为Cr12mov凸模硬度要求低于凹模硬度，但其硬度还是较高的，要经过回火的热处理方法，使其硬度达到HRC56-60。 该凸模为拉深模具，且凸模的长度，宽度应根据拉深件具体结构确定。圆角半径 rprd=8trp=（0.61）rd所以该凸模圆角半径rp为rp=0.6x8t =0.6x8x1.2 =6mm凸模刃口的尺寸B凸=（B-X-Z）0-P得x=0.75 =0.4 Z=（1.01.1）tB凸1=（58-0.75x0.4-1.2x2）0-0.020B凸2=（88-0.75x0.4-1.2x2）0-0.025=85.30-0.025拉深凸模出气口的尺寸得：通孔直径dd=6.5mm凸模强度校核p=F/A【p】冲裁时，凸模承受的压力，必须小于凸模材料强度允许的压应力【p】p=F/A122849.99/55.3x85.3=260Mpap【p】=9801569所以凸模强度足够。4.2.3凸凹模具的设计材料选用Cr12。热处理硬度达到HRC58-62，尾部回火HRC40-45。凸凹模的尺寸如图所示： 图4.2凸凹模的最小壁厚一般由经验数据确定，倒装复合凸凹模最小壁厚：对于黑色金属和硬材料约为工件的料厚的1.5倍，但不小于0.7mm；对于有色金属用软材料约等于工件壁厚，但不小于0.5mm正装复合模凸凹模的最小: t=1.2 最小壁厚 3.2 最小直径 184.3卸料板的设计材料为45号钢。装置形式如下图所示。 图4.34.4打杆的长度 考虑到垫板的高度是10mm，推板的高度是12mm，模柄的尺寸是40 x100。螺母的宽度为8mm。且需2个螺母，还需留一定的余量。所以打杆的长度L=10+12+100+2x8+10=148mm4.5压边装置的设计 在拉深过程中，压边圈的作用是用来防止工件边壁或凸缘起皱的。随着拉深增加还需要减少的压边力应减少。t/D=1.2/112.418=1.1% m1=0.050t/D1.5% m10.60应采用压边圈装置。压边力Fy=APP=2.5-3MPa根据设计时压边圈的面积为：A=R2+30x114=x572+3420=13627(mm2)Fy=22.5x13627=34067.5N 一般情况下采用弹簧垫或橡皮垫，本设计选择橡皮垫。采用平面压边圈，一般拉深模中采用平面压边圈。4.6顶杆的长度 顶杆的长度取决于工件的高度，在保证制件顶出的情况下，顶杆的长度为：L=32+45+10=87mm取L=90mm4.7橡皮垫的设计4.7.1选用的原则为保证橡皮不致于过早失去弹性损坏，其