某锥口罩冲压工艺及其模具设计

南昌航空大学科技学院学士学位论文前 言模具是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。在现代工业生产中，产品零件广泛采用冲压、锻压成压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，与成形模具相配套，使坯料成形加工成符合产品要求的零件。模具已广泛应用于电机电器产品、电子和计算机产品、仪表、家用电器、汽车、军械、通用机械等产品的生产中。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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。在近几个月的冲压工艺模具毕业设计中，我完成了以下任务:1.分析“追口罩”的冲压工艺性，提出了几种可供选择的工艺方案并进行比较；2.在方案比较的基础上，确定选出了最优的工艺方案，并制定了详细的工艺路线3.按选择的工艺路线计算参数，确定毛坯尺寸、各工序的制件尺寸及总工序图；4.绘制落料和冲孔的总装模具结构设计图及其中主要的零件图。5.撰写毕业设计说明书通过此次毕业设计，让我懂得如何去提出问题、分析问题以及解决问题，让我对模具的结构和原理有了更深层次的认识。 关键词：落料、拉深、冲孔、切边、整形、模具设计、冲裁第一章 零件的分析及供需方案的确定1.1 分析零件的冲压工艺性图01所示“锥口罩”零件，材料10钢，大批量生产。“锥口罩”零件，形状对称，形状复杂程度中等，高度比较高，以3个5fmm的圆孔定位在机架上，圆孔位置是该零件需要保证的重点。另外，该零件属于盖子，外观上要求不高，只需平整，该零件可以用冷冲压加工成形。材料为10优质碳素结构钢，其剪切、拉深等工艺性较好。料厚1mm，产量为大批量生产，零件尺寸适中，未标注公差等级为IT12级，其拉深需作修边处理。图01 “锥口罩”零件示意图初步分析可以知道“锥口罩”零件的冲压成形需要多道工序。首先，零件中部是有凸缘的锥形拉深件；其次，零件外圈为有凸缘的圆筒拉深件，最后是3个5fmm的圆孔。由于拉深圆角半径比较小（0.51），因此还需要整形。 对拉深工序，按料厚中心线计算有.50/84/=dD中径外径1.681.4，所以属于宽凸缘拉深。另外，零件拉深度大（如最小价梯直径的相对高度，远大于一般带凸缘筒形件第一次拉深许可的最大相对拉深高度），所以拉深成形比较困难，要多次拉深。对于冲裁边工序，考虑到零件总体尺寸较，另外拉深后零件的底部还要冲5f的孔，所以模具结构设计与模具制造有一定难度，要特别注意模具的强度和刚度。综上所述，“锥口罩”零件由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有：冲裁（落料、冲孔、修边）、拉深（多次拉深）、整形等。由于是多工序、多套模具成形，还要特别注意各工序间的定位。1.2 确定工艺方案 由于“锥口罩”零件冲压成形需多道次完成，因此制定合理的成形工艺方案十分重要。考虑到生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产率效率，降低生产成本。要提高生产效率，应该尽量复合能复合的工序。但复合程度太高，模具结构复杂，安装、调试困难，模具成本提高，同时可能降低模具强度，缩短模具寿命。根据叶轮零件实际情况，可能复合的工序有：落料与第一次拉深；最后一次拉深和整形；冲孔。 根据“锥口罩”零件形状，可以确定成形顺序是先拉深中间的锥形圆筒，然后成形外圈圆筒。这样能保持已成形部位尺寸的稳定，同时模具结构也相对简单。 冲孔在最后成形外圈圆筒进行。为保证3个5fmm的圆孔均匀，冲孔不要逐冲裁。因此“锥口罩”零件的冲压成形主要有以下几种工艺方案：方案一：1) 落料； 2) 第一次拉深； 3) 整形； 4) 后续拉深; 5) 切边；6) 冲孔。方案二：1) 落料与第一次拉深复合；2) 整形；3) 后续拉深；4) 切边；5) 冲孔。方案三： 1) 落料与第一次拉深复合；2) 冲孔；3) 整形；4) 后续拉深；5) 切边。方案四：1) 落料与第一次拉深复合；2) 后续拉深；3) 冲孔；4) 整形； 5) 切边。方案一复合程度低，模具结构简单，安装、调试容易，但生产道次多，效率低，不适合大批量生产。方案二至四将落料、拉深复合，主要区别在于整形、后续拉深、冲孔的组合方式以及顺序不同。冲小孔此工序提前进行，使之在最后完成所有工序时容易造成孔的精度要求降低，达不到要求，且在其他工序在进行加工时，小孔易变形，另外，这也加大了工人的劳动时间，易造成较多废料，不经济。需要注意的是，只有当拉深件高度较高，才有可能采用落料、拉深复合模结构形式，因为浅拉深件若采用落料、拉深复合模具结构，落料凸模（同时又是拉深凹模）的壁厚太薄，强度不够。 综上所述，从制造、投产、操作和经济效益等各方面考虑，采用最终的方案如下：1) 落料；2) 首次拉深;3) 整形；4) 后续拉深；5) 切边； 6) 冲孔。具体方案如下： 工序1： 落料； 工序2： 首次拉深的圆筒； 工序3： 首次拉深锥口为的锥形圆筒； 工序4： 整形； 工序5 ：第二次拉深的圆筒； 工序6： 第二次拉深锥口为的锥形圆筒； 工序7： 第三次拉深的圆筒； 工序8： 第三次拉深锥口为的锥形圆筒； 工序9： 切边； 工序10：冲孔。 第二章 主要工艺参数计算2.1 计算毛坯尺寸 1 落料尺寸 落料尺寸即零件平面展开尺寸，“锥口罩”零件基本形状为圆形，因此落料形状也应该为圆形，需确定的落料尺寸为圆的直径。带有凸缘的筒形拉深成形件，展开尺寸可按有关公式计算。（1） 修边余量 制件的相对高度h/d=37/49=0.755，查表4-5，可取修边余量为2。（2）毛坯尺寸 根据冲件毛坯尺寸计算简图见图2，利用久里金公式计算毛坯尺寸: 首先将母线分成8段，并计算出各线段的长度L，再计算出各线段重心与回转轴线的距离X，最后计算出和。 图02 毛坯尺寸计算简图 线段1: 线段2: 线段3: 线段4: 线段5: 线段6: 线段7: 线段8: 将上面计算出的数据代人公式得：取整得。2.2 确定拉深次数，拉深系数和各次拉深直径(1) 估算拉深系数根据h/d=38/50=0.76和t/D=1/125100%=0.8,查手册得，拉深系数n=3。(2) 确定各次拉深系数 查手册，初选 总拉深系数而； 故需要调整初选各次拉深系数，使之与总拉深系数相等。取整后而 （3） 各次拉深直径 底部锥形圆筒的锥口各次拉深直径 底部锥形圆筒底部的各次拉深直径 （4） 确定各次拉深高度 计算毛坯相对厚度图t/D%=1/125100%=0.8; 查得 查表冷冲模设计P169 查表冷冲模设计P190得出第一次拉深许可相对高度小于许可范围，所以可以一次拉出，同理，底部锥形圆筒的高度：小于许可范围（），也可以一次拉出。 第三章 计算各工序凹凸模工艺参数3.1 计算落料工序凹凸模参数查表3-5和一些相关资料得：（工件精度在IT11IT13级或中等批量时）校核间隙满足以下关系： ；而;故不符合条件。所以，需要调整，调整后而故符合条件。凹模尺寸：凸模尺寸：3.2 计算首次拉深的凸凹模工艺参数1. 计算凹、凸模圆角半径及2. 计算凸凹模单边间隙 不用压边圈时：拉深Z均为 （为材料的最大厚度）；使用压边圈时：查表7-58（冲压模具手册）得间隙系数取即：3. 计算凸凹模工作部分尺寸及公差 因本次拉深件尺寸标注在内形，其查表6-31，得凸凹模制造公差：所以，首次拉深： 底部锥形圆筒的锥口首次拉深 ； 锥形圆筒底部的首次拉深 3.3 计算第二、三、四次拉深的凸凹模工艺参数1. 计算凹、凸模圆角半径取取同理可得：2. 计算凸凹模单边间隙Z不用压边圈时，三次拉深Z均为使用压边圈时，查表（5-18）得间隙系数即 3. 计算凸凹模工作部分尺寸及公差因拉深件尺寸标注在内形，查表6-31得制造公差：所以，第二次拉深的圆筒： 底部锥形圆筒的锥口第二次拉深 ； ； 锥形圆筒底部的第二次拉深： 第三次拉深的圆筒： 锥形圆筒底部的第三次拉深： 3.4 计算冲孔的凸凹模工艺参数查表3-5和有关资料得：校核间隙：故不合条件，所以，需要调整，调整后而，故符合条件。将已知条件和查得的数据代入得：凸模尺寸：凹模尺寸：凹模孔心距尺寸：第四章 毛坯排样、利用率、冲裁力、拉深力等计算及压机选用4.1 毛坯排样 本工序的落料冲裁件只是简单的图形，查表3-13得搭边数值故条料宽度：步距： 图 03 排样图4.2 计算材料利用率式中为条料上实际冲裁的零件个数，L为条料长度，B为条料宽度，为一个零件的实际面积。4.3 计算各冲裁工序的冲裁力、卸料力、推件力、顶件力及公称压力1. 冲裁力的计算：（F-冲裁力，L-冲裁周边长度，-材料抗拉强度，t-材料厚度，k为系数，常取k=1.3）落料：冲孔：2. 卸料力（）、推件力（）及顶件力（）的计算查表3-11得、分别为0.05、0.055、0.06；落料：冲孔：3. 压力机公称压力的确定落料：冲孔：4.4 计算各拉深工序的压边力、拉深力及确定压力机公称压力1. 压边力、拉深力的计算（1）首次拉深：（拉深） 对于同形件压边圈时：；（K-修正系数）,拉深时 (-材料抗拉强度，-修正系数，由表6-27查得) 压边力：；（-压边圈下毛坯的投影面积，-单位压边力，由表6-27查得）； 对于同形件，第一次拉深时的压边力：(2) 第二次拉深：（拉深） 因为而采用压边圈拉深力：压边力：（3）第三次拉深：拉深力：压边力：2. 确定压力机公称压力 在实际生产中，一般按总的拉深力小于或等于压力机公称压力的来选择，根据以上计算的各次拉深拉深力，故选择：第一次拉深的工称压力为：取第二次拉深的公称压力为：取第三次拉深的公称压力为：取4.5 压力机选用1. 落料 因为落料的压力机工称压力计算为25257.75N,查表13-10(工艺模具设计手册)，选择公称压力为300KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：100mm；行程次数：80次;公称压力时，滑块离下死点距离：7mm；最大封闭高度：300mm；工作台尺寸：630mm（左右）、420mm（前后）。2. 冲孔 冲孔的压力机公称压力计算为1010.28N,查表13-10，选择公称压力：40KN的开式可倾工作台压力机；滑块行程：40mm；行程次数：200次；公称压力时，滑块离下死点距离：3mm；最大封闭高度：160mm；工作台尺寸：280mm（左右）、180mm（前后）。3. 第一次拉深 查表选择公称压力为160KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：80mm；行程次数：100次公称压力时，滑块离下死点距离：6mm；最大封闭高度：250mm；工作台尺寸：560mm（左右）、300mm（前后）。4. 第二次拉深 查表13-10，选择公称压力为160KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：70mm；行程次数：115次公称压力时，滑块离下死点距离：5mm；最大封闭高度：220mm；工作台尺寸：450mm（左右）、300mm（前后）。5. 第三次拉深 查表13-10，选择公称压力为100KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：70mm；行程次数：115次公称压力时，滑块离下死点距离：5mm；最大封闭高度：220mm；工作台尺寸：450mm（左右）、300mm（前后）。第5章 各工序的模具设计5.1 落料模 （1）模架的选用 模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查（冲压工艺与模具设计实用技术表265）得模架规格为：模架： ， S=280mm，R=45mm。（2）其它零部件结构落料凹模将由连接件固定在下模座上，凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用嵌入式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为5091 查冲压工艺与模具设计实用技术表278 导柱导套选用标准件，其规格分别为：导柱：40mm200mm； 冲压工艺与模具设计实用技术表253导套：58mm120mm 查冲压工艺与模具设计实用技术表255卸料螺钉为圆柱头内六角式：;卸料弹簧：（如下图04） 图 04 落料模 5.2 冲孔3-（1）模架的选用 模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查（冲压工艺与模具设计实用技术表265）得模架规格为：模架： ， S=280mm，R=45mm。（2）其它零部件结构落料凹模将由连接件固定在下模座上，凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用嵌入式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为5091 查冲压工艺与模具设计实用技术表278 导柱导套选用标准件，其规格分别为：导柱：40mm200mm； 冲压工艺与模具设计实用技术表253导套：58mm120mm 查冲压工艺与模具设计实用技术表255卸料螺钉为圆柱头内六角式：;卸料弹簧：（如下图05） 图 05 冲孔模总结冷冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，被广泛地运用在机械、电子、汽车、航空、轻工业（如自行车、照相机、五金、日用器皿等生产）等领域有广泛的应用。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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。随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包冷压模一定会得到更普及地应用。通过近几个月的冲压工艺模具毕业设计，我完成了以下任务:1.分析“锥口罩”的冲压工艺性，提出了几种可供选择的工艺方案并进行比较；2.在方案比较的基础上，确定选出了最优的工艺方案，并制定了详细的工艺路线3.按选择的工艺路线计算参数，确定毛坯尺寸、各工序的制件尺寸及总工序图；4.绘制落料和冲孔的总装模具结构设计图及其中主要的零件图。5.撰写含以上内容的毕业设计说明书。 通过这次毕业设计我在很多方面都得到了提高。在理论上，对以前的基础知识得到了巩固和提高，在实际操作中，熟练了一些绘图软件及一些办公软件，强化了独立完成任务的能力，让我得到了很好的训练，为以后步入社会参加工作打下了比较坚实的基础。由于时间和条件有限，水平和检验的不足，本设计还存在许多不足和有待改进之处，殷切希望老