模具毕业设计50密封端盖的冲压工艺及模具设计
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机械毕业设计论文
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模具毕业设计50密封端盖的冲压工艺及模具设计,机械毕业设计论文
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西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 1 - 密封端盖的冲压工艺及模具设计 西南 大学工程技术学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 指导老师： 邱 兵 摘 要： 本文通过对一个实际的零件密封端盖的冲压工艺设计和模具设计，说明了常用机械结构设计的一般方法和步骤，并给出了一些在设计过程中所遇到的问题和参加实际设计的感受。说明了在设计过程中应该树立的态度和作风，设计所要达到的目的和需要培养的能力，给出了一般论文的格式和写作方法。 关键词： 加工工艺；冲压模具；工艺计算；结构设计 Abstract： Through the designing of the stamping technique and the die about a actual part-seal cover. The author in this text express a normal method and step. Even more, exposure some questions during the process of the designing and some feeling when participating the real designing. Introducing the attitude dealing style the purpose of your designing and the ability needed to cultivate during the process of designing. At last the writing method and style of the normal thesis are also included! Key Words： Processing technology Ramming mold Process design Structural design nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 2 - 文献综述 当前，随着世界经济一体化趋势的发展。中国作为一个具有丰富廉价劳动力的国家，正越来越受外国资本的亲睐。制造业作为一种劳动密集型行业正逐渐向中国转移，中国正成为“世界工厂”。 中国制造业 GDP39%， 占工业总产值 77.6%， 占国家税收总额 30% 和财政收入 27%。占全国工业职工 90%；占出口总额 90%。当一个国家成为 “ 世界工厂 ”后，必然是世界数一 数二的经济强国 。模具以其生产效率高，产品质量好的特点在整个制造业中占有极其重要的位子。而 模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具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。 一、我国模具的使用历史 模具这项在世界上广泛运用的加工手段，正式我们祖先智慧的结晶。是我们中华民族对世界的又一重大贡献。我国使用模具的历史可以追述到商朝。在商朝，青铜器的使用就已经非常的普遍。同时青铜器的制造水平也很高，模具的使用也是非常的普遍。于是才有了“司母戊大方鼎”和“四羊方樽”这样 的青铜器精品。到了春秋战国时期，铁器开始出现，并逐渐的取代青铜器。模具的使用技术也更为完善。在秦汉时期，模具技术已非常的完善了，如地动仪的产生，就缺不了模具的功劳。以后的各个朝代，对模具的使用都非常的大。当时中国的模具技术一直走在世界的前列。在这段时间里，模具技术通过各种途径传到了世界各国。并在生产中发挥了极其重要的作用。模具技术也得到了相应的发展。但是在近代，由于封建统治者的政策失误和连年的战争，导致了我国在模具方面的技术远远的落在了其他发达国家的后面。所以，我们现在不得不从国外引进先进的技术来发展本国的 模具技术。 二、我国 模具生产的现状 由 于历史原因形成的封闭式、 “ 大而全 ” 的企业特征，我国大部分企业均设有模具车间，处于本厂的配套地位，自 70 年代末才有了模具工业化和生产专业化这个概念 。模具工业主要生产能力分散在各部门主要产品厂内的工模具车间，所生产的模具基本自产自用。据粗略估计，产品厂的模具生产能力占全国模具生产能力的 75%，他们的装备水平较好，技术力量较强，生产潜力较大，但主要为本厂产品服务，与市场联系较少，经营机制不灵活，不能发挥人力物力的潜力。模具专业厂全国只有二百家左右，商品模nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 3 - 具只占总数的 20%左右 ，模具标准件的商品率也不到 20%。由于受旧管理体制 的影响。模具生产的 生产效率不高，经济效益较差。 模具生产的 专业化、商品化和技术管理水平都比较低 。 现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口。改革开放 20 多年来，我国的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和水平、产品档次都有了很大的提高。据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车 间 (分厂 )近 17000 家 ，约 60万从业人员，年模具总产值达 200 亿元人民币。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的 60%左右，还不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。 1997 年中国模具工业协会对下属的 209 家骨干企业 (含产品厂的模具车间 )的统 计资料表明，其模具总产值 13.7 亿元人民币，进口模具大约为 336 万美元。按产值计算，目前我国冲压模占 50%左右，我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足 100万次，模具最高寿命达到 1 亿次以上，精度达到 3 5 m，有 50 个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命 6 亿次，平均模具寿命 5000 万次相比，处于 80 年代中期国际先进水平。 在采用 CAD/CAM/CAE/CAPP 等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用 CAD 技术设计模具方面，仅有约 10%的模具在设计中采用了 CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用 CAE 进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM 技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二 是现有的工艺设 备 (包括 近10 多年来引进的先进设 备 )或因计算机制式 (IBM 微机及其兼容机、 HP 工作站 等 )不 同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有 5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用 CAPP 技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的 CAD/CAM 技术应用在我国才刚起步。我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的 锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 4 - 利用率一般仅有 25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。 缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的 8%12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。 1980 年以前从业的技术人员和 技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；而 80 年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。 三、模具的发展方向 模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 。 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到 实现最佳效益的目的。集成化程度较高的软件还包括： Pro/ENGINEER、UG 和 CATIA 等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM 系统 。 模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的 CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享 。随着世界经济的全球化，各企业竞争的加剧。企业间的交流必然要求模具的设计要有一个方便，快捷的平台可供技术交流。即是模具设计的网络花。 模具检测、加 工设备向精密、高效和多功能方向发展 。 精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达 2 3m，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三 坐 标测量机，并具有数字化扫描功能。缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术 。 在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国在加入WTO 以后，将成为世界制造业的基地。而在 现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。 而我国的模具技术由于历史的原因，与国外先进的设计制造技术还有很大的距离。 为了适应用户对模具制造的高精度、 快速生产 、nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 5 - 低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。 nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 6 - 1 前 言 在大学的四年里我们学的东西很多，但同时也很分散。很难系统的运用我们所学的各门知识。毕业设计对于我们一个本科生而言要想有什么创 新，是非常困难，也不太现实的。我们进行毕业设计的目的就是为了通过毕业设计对大学四年所学习的各门知识进行一个总结，它就是一个融会贯通的过程。比如，在我的毕业设计任务 密封端盖的冲压工艺及模具设计，它虽然只是众多加工工艺中的一种，但在设计的过程里会用到材料、力学、加工方法、制图、计算机等等多门知识。在设计中，主要的是要 树立正确的设计思想和严肃认真的科学态度，培养理论联系实际 的研究精神 。 培养自主研究和 实事求是的工作作风；培养进行科学研究和产品开发的初步能力 。通过本次毕业设计， 基本能够综合运用所学知识分析和解决实 际工程技术问题；学会收集，查阅和综合分析各种资料，正确运用各种标准手册和工具书籍，进一步提高分析 、 计算 、 绘图等基本技能；掌握常用机械结构设计的一般方法和步骤， 学会 设计说明书 、 论文摘要 、 文献综述等 的写作，为今后的实际工作打下一定的基础 。 2 零件加工工艺分析 2.1 冷冲压的定义及特点 冲压是建立在金属塑性变形的基础上，利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需零件 (冲压件 )的 一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需的零件，所以，也 叫冷冲压或材料冲压。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成了冲压加工的“三要素”。 冷冲压工艺是一种先进的金属加工方法，与机械加工及塑性加工的其他方法相比，它具有以下特点： 生产效率高，且操作方便，易于实现机械化和自动化。 产品的尺寸精度稳定，且互换性好。冲压时模具保证了冲压件的尺寸和形状精度，制得的零件一般不进行进一步的加工。 适应性广，冲压可以加工出尺寸范围大，形状复杂的零件。 材料利用率高，一般为 70%80%，一般没的切削碎料生成，材料消耗较少。 在大批量生产条件下，生产成本低。 nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 7 - 2.2 零件结构工艺分析 对于该密封端盖零件为薄板工件，板料厚度为 1.5mm，年产量 20 万件，属于中批量生产，从以上信息可以考虑用冲压加工来完成。 如图 1 所示，该端盖零件 4-7 孔用于固定，要求位置公差为 75 5.00；中间部分为圆筒，凹下部分为 50 5.00，且中间圆筒部分的公差为 IT13；四个固定孔无公差要求，且四个孔对称分布，要求孔无变形；材料为 Q235A。中间拉深部分的拉深系数为 50/129 = 0.39。它小于带法兰筒形件首次拉深的极限拉深系数 0.49。故可采用冷冲压加工一次拉深完成，又因为 7 孔边距外轮廓的距离远大于凸凹模允许的最小壁厚。故可考虑采用复合冲压工艺，无凸凹模强度之忧。 2.2 冲压工序的选择及工艺方案的确定 冷冲压工艺大致可以区分为分离工序和成形工序两大类。 分离工序是指坯料在模具刃口作用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲压件的加工方法。分离工序主要有落料、冲孔和切割等。 成形工序是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得具有一定形状和尺寸的冲压件的加工方法。成形工序可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、涨形、扩口、缩口和旋压等。 根据产品零件的形状、尺寸精度和其他技术要求，可以分别采用各种工序或复合工序对板料毛坯进行加工，以获得所需要的零件。 根据该零件自身的一些特点和技术要求，冲压该零件的基本工序可分为落料、拉深、冲孔、切边。该零件的中部凹下部分可由图 2 所示的两种方法中的任何一种都可加工得到。 (a) (b) 图 2 密封端盖的加工工序示意图 图 1 零 件 图nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 8 - 第 1 种方法 (a)的优点是由于采用了集中的复合模，所以只用一副模具即可完成零件该部分的成形加工。这样可以提高生产率，减少所需 冲床和操作人员数量。但也有以下缺点： 模具磨损快，寿命低。因为毛坯的整个面积几乎都参与激烈的拉深变形，并且需要很大的压边力和拉深力，这就要求必须要选用相对较大吨位的压力机才能完成对零件的冲压，这造成了不必要的浪费。并且大吨位的压力机占用的空间也比较大，造成了厂房、维护人员的浪费。 由于在拉深带凸缘的工件时必须要有压边装置，即存在压边力，该力会使得工件与模具间的接触面积大为增加，同时也增大了工件与模具间的摩擦力，使得工件表面擦伤严重且擦伤面积很大。 由于拉深时可能由于压边力的分布不均匀和拉深部分形状的不 同使得工件的形状和尺寸不精确，法兰部分易出现皱纹等拉深缺陷，弯角外材料边薄严重，容易出现破裂的拉深缺陷，这是由于凸凹模圆角处的阻力大造成，和大压边力有直接关系。 第 2 种方法 (b)先用一副模具拉深需要拉深的部分，然后在另一副模具上翻边。显然拉深变形比第 1 种方法要缓和，所需要的拉深力也要小的多。因为在拉深的时候，由于没有要求要把凸缘部分也同时加工出来，所以，它可以不要或少要压边力，这使得工件与模具间的摩擦力和接触面积都大为降低，从而减少了模具与工件之间的摩擦而增强了工件的表面质量，使划伤的缺陷减少。模具的工作条 件大为改善，工件法兰处的表面质量大为提高。但是增加了模具、压力机和工作人员的数量，与方法 (a)相比，同样一个过程，方法 (b)用了两副模具来完成，相对应需要的压力机和工作人员也是方法 (a)的两倍，从某种意义上来说，它造成了人力资源和设备的浪费。 零件上的孔，全为圆孔，且对称的分布，为了保证孔不变形，应该在后续的工序里完成冲孔。且应尽量在平面毛坯上冲出，以保证孔的质量和简化模具结构。该零件的 7孔与边缘的距离为 4.5mm，大于 1.0t = 1.5mm，所以，冲孔时不易引起孔的变形，即可以采用冲孔和切边复合加工， 一次性完成。但拉深时外形会发生变化，所以 7 孔应在拉深完成后切边前冲出，且拉深的 50 5.00部分可以作后续工序的定位用。 2.3 冲压工艺方案的比较及模具结构形式的选择 冷冲压模具是实现冷冲压生产的主要工艺设备。冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及生产成本与模具类型及其结构设计有直接的关系。冲压模具的结构性能直接反映了冲压技术水平的高低。冲压生产对模具结构的基本要求是：在保证冲出合格零件的nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 9 - 前提下，应具有结构简单，操作方便、安全，使用寿命长，易于制造、维修，成本低廉等 特点。模具的形式很多，按工序组合程序可分为单工序模、复合模、连续模。 对于该端盖零件，根据前面的分析，冲压该零件可能有以下几种方案： 方案 1：工序集中，落料与拉深复合；冲孔与落料复合，一次性拉深成型；采用两副模具 ,先进行落料拉深，然后进行冲孔落料。 方案 2：工序集中，落料与拉深复合；然后翻边；然后冲孔落料复合；采用三副模具完成，先落料拉深，再翻边，最后完成冲孔落料。 方案 3：全部工序分开，用单个模分别加工，用四副模具完成，冲压顺序按落料拉深冲孔切边。 方案 4：工序全部集中，落料、拉深、冲孔、落 料连续冲压，采用连续模，只用一副模具完成，工序过程按冲孔拉深冲孔落料。 比较上述几种方案： 方案 1 的优点是工序比较集中，只需要两副模具，尺寸和形状精确，占用人员和设备相对较少，但模具的寿命较短，工件表面的刮伤厉害，厚度有变薄，但该零件要求的表面质量不高，尽管复合模的结构相对复杂，但对于几何形状简单对称的零件，模具的制造并不困难。 方案 2 的优点是模具的寿命长，冲压件的形位精度和尺寸精度易于保证，工件表面的质量较好，生产率高，尽管复合模的结构相对复杂，但对于几何形状简单对称的零件，模具的制造并不困难。但需 要三副模具，占用人员和设备相对较多，工序相对分散。 方案 3 的优点是模具结构简单，模具的寿命长，制造周期短，投产快，但尺寸和形状精度低，工序分散，需要四套模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求，需用人员和压力机多，劳动量大。 方案 4 的优点是工序最为集中，只用一副模具完成全部工序，由于其实质是把方案3 中各工序分别配置到连续模的各个工位上，所以，它具有方案 3 的各项优点，缺点是模具结构复杂，安装调试维修困难，制造周期长，且对于该零件中间无孔，定位较难，要在模具上设置多定位才可满足要求。 综上所述，考虑到该零件 精度要求较高，表面质量要求不高，批量不大，故选用第1 种方案。 2.4 毛坯尺寸计算及排样设计 nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 10 - 2.4.1 毛坯尺寸计算 毛坯直径： hddd1221 425.195.51486 2 6.10 (mm) 式中， 1d 拉深部分中径 (mm)； 2d 拉深后外径 (mm)； h 中高 (mm)。 查模具简明设计手册表 4.8，可得边修余量 3h mm， 则，实际毛坯直径： 1 1 36.1 1 26.1 0 623210 hdd(mm)。 所以，实际毛坯面积：0 14S d20= 211314.341 =10023.665(mm2)。 2.4.2 排样设计 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方式称为排样。合理的排样可以有效的降低成本和保证制件质量及模具寿命。 合理排样的原则 在排样时为达到合理性应考 虑下列原则： 合理的排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。 模具的结构简单、使用寿命长。 提高材料的利用率，在不影响零件的性能的前提下，可以适当的改变冲裁件的形状。 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。 排样的种类及工艺特点 排样一般分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。 有废料排样：是指在板料上冲裁件四周都有搭边，冲裁后搭边成为废料。其材料利用率低，但制件的质量和模具的使用寿命较高，多用于制件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。 少废料排样：是指沿制件的部分外轮廓切断或冲裁，即制件 与条料的侧边，或制件与制件之间有部分搭边的排样。这种排样方法，材料的利用率较高，常用于某些尺寸要求不高的制件排样。 无废料排样：是指在冲裁的过程中制件与制件之间沿不同的线段分开。这种排样nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 11 - 方法，材料利用率最高，但对制件的形状结构要求严格。 采用少废料和无废料排样可以简化冲裁模结构，减少冲裁力，但因其本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于是模具单边受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响制件的断面质量。 搭边的工艺特点及影响因素 排样时制件与制件之间、制件 与条料边缘之间留下的余料叫搭边。搭边虽然在冲裁过程中是废料，但它在工艺上有很大的作用。冲裁时，搭边可以补偿定位误差，保证冲裁精度；搭边还可以使冲裁后的条料具有一定的刚度，便于条料的送入。 搭边的选用要合理。过大时，会使材料的利用率低，使卸料力增加；过小时，在冲裁中可能被拉断，使工件毛刺增大，严重的还会被拉入凸凹模间隙中，损坏冲模刃口。 搭边的大小与下列因素有关：材料的机械性能、工件的形状与大小、材料的厚度、送进方式及挡料方式的影响、排样的形式、卸料的方式。 合理的搭边值应该是在保证制件质量的前提下，尽可能的 小。 排样方案的确定及排样图绘制 对于该工件，在冲压时，出于结构上的考虑，采用固定卸料板，零件尺寸较小，板料较薄，综合以上考虑，采用有搭边排样。 查模具简明设计手册表 2.25 得搭边宽度为 a = 1.5mm， b = 2mm，但考虑到零件存在边修余量，并且零件的尺寸精度要求不高，为节省材料考虑取 b = 1.7mm 排样图如图 3 所示。 图 3 零件排样示意图 材料利用率的计算 衡量排样的经济性、合理性的指标是材料的利用率。材料的利用率是指 零件的实际面积与材料面积的百分比。材料面积包括制件的实际面积和废料面积。提高材料利用率的途径是减少废料面积。废料分为两类：一类是由零件的形状特点产生的结构废料，一nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 12 - 般不可改变；另一类是由零件之间和零件与条料侧边之间形成的废料。 提高材料的利用率，主要从减少工艺废料着手，即设计合理的排样方案，选择合适的规格及合理的裁料法，在不影响零件性能的前提下，改善零件的结构。 1) 一个进距内的材料利用率 100 BSnA % 1005.114116 665.100231 % 75.47% 式中， A 一个冲裁件的面积 (mm)2； n 一个进距内的冲裁件数量； B 条料宽度 (mm)； S 进距 (mm)。 2) 整块板料总的材料利用率 100BLnA% 8.76900116 663.1 0 02 38 %(mm) 式中， n 一张板料上的冲裁件总得数目； B 板料宽度 (mm)； L 板料长度 (mm)。 2.5 冷冲压工艺规程的制订及工艺过程卡片的编制 工艺文件一般指冲压工艺卡片，它主要用于阐述加工工艺路线和实施其工艺路线所需的工序数量、顺序、相应的工艺装备与设备类型，以及其他辅助工序等。 冲压工艺卡的主要内容包括：工序序号、工序名称、工序草图、工艺装备、设备、材料种类与规格、工时定额等。工序名称应简要说明该工序所做的工作。工序草图为该工序的加工简图，其视图应尽量少，以能说明问题为限，工序草图中仅要求工序所完成的加工尺寸，其他尺寸不要求标注，工艺装备要写明模具的名称及编号。设备要写明设备的型号及吨位。 对于该密封端盖，主要有四个单工序来完成，即：落料 拉 深 冲孔 落料。但由前文的分析可以知道，冲压该工件采用了两套复合模，即采用了工序集中，把落料和拉深复合，冲孔和落料复合。 在填写工艺卡片时可以把它当作两工序来完成，即落料拉深工序和冲孔落料工序，这样就大大的简化了工艺卡片，看起来更加的清楚明了。 板料采用 1800 900 1.5(mm)，横裁得到冲压板料。在冲压设备里都选用了 JH21-45开式压力机，选择根据见后续工艺计算。 nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 13 - 对于该零件的冲压工艺规程卡见表 1 所示： 表 密封端盖冲压工艺规程卡 标记 产品 名称 冲压工艺规程卡 工件 名称 密封 端盖 年产量 第 页 产品 图号 工件 图号 20 万件 共 页 材料牌号 Q235A 毛坯形状及尺寸 选用料板 横裁成 1800 900 1.5(mm) 900 116 1.5(mm) 工序号 工序 名称 工序草图 工装名称 及图号 设备 检验 要求 备注 10 下料 900 116 1.5 剪床 20 落料 拉深 落料拉深 复合模 JH21-45 按草图 检 验 30 冲孔 落料 冲孔落料 复合模 JH21-45 按草图 检 验 40 去毛刺 滚筒 50 检验 按冲压件 图检验 原底图总 号 日期 更改标记 编制 校对 核对 文件号 底 图总 号 签字 签 名 日 期 3 冲模设计 不同的冲压零件，不同的冲压工序所使用的模具是不一样的，但不论何种冲模，都可以看成是由上模和下模两部分组成，上模被紧固在压力机滑块上，可随滑块做 上下往复运动，是冲模的活动部分；下模固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 14 - 冲模除上下模之外，还包括定位装置，顶件装置，卸料装置，导向装置，连接固定部分等。根据不同的零件要求，要针对模具的具体情况而设计不同的结构。 对于该密封端盖零件，在落料拉深时采用复合模倒装结构，而在冲孔落料时采用复合模正装结构。 3.1 工艺计算 3.1.1 凸凹模工作部分尺寸计算 冲裁件是测量光亮带尺寸为制件尺寸。冲裁时，如果不考虑材料回弹对工件尺寸的影响，则冲孔时孔径大小与凸模接近，落料时工件外形尺寸与凹模型孔接近。因此， 在进行模具刃口尺寸计算时，冲孔以凸模为基准模，落料以凹模为基准模。 凸凹模设计的原则如下： 冲孔时的尺寸由凸模决定，间隙取在凹模上，落料时的尺寸由凹模决定，间隙取在凸模上。 考虑到冲裁中的磨损，设计冲孔模时，凸模的基本尺寸应取工件孔的尺寸公差范围内的较大尺寸；设计落料模时，凹模的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小值。 确定冲裁刃口制造公差时，应根据冲裁件的精度要求。 落料拉深模工作部分尺寸 确定凸凹模间隙及制造公差 拉深凸凹模间隙，可根据冲压模具简明设计手册表 4.53 查得： 95.1min Z mm 25.2max Zmm 查表 4.56 得： 070.0pmm 10.0dmm 落料模凸凹模间隙，可根据冲压模具简明设计手册表 2.34 查得： 15.0min Z mm 188.0max Zmm 若凸凹模制造公差按 IT8 选取，则 063.0dp mm。 对于拉深模部分，由于m i nm a x ZZpd ，故可以采用凸凹模分开加工的方法。 对于落料模部分由于m i nm a x ZZdp ，故要采用凸凹模配合加工的方法。 确定凸凹模工作部分的尺寸 nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 15 - 对于拉深模部分： 10.000 )95.124.05.050()24.0( dZdD d 10.001.54 (mm) 00 7 0.00 )5.04.050()4.0( pdd p 0070.02.50 (mm) 对于落料模部分： 063.000 )4.075.06.1 1 2()( dxAA d 063.003.112 (mm) 1063.00 063.0m i n )15.03.11 2()( ZAA dp0063.015.112 (mm) 式中，当制件精度为 IT12 时，则 x = 0.75， = 0.4mm。 冲孔落料模工作部分尺寸 确定凸凹模 间隙及制造公差，根据冲压模具简明设计手册得： 凸凹模的间隙： 15.0max Zmm 105.0min Z mm 若凸凹模的制造公差按 IT8 计算，则： 对于冲孔尺寸 7： 022.0pd mm 对于落料尺寸 65： 046.0pd mm 对于落料尺寸 86： 054.0pd mm 对于冲孔模，由于m i nm a x ZZpd ，可采用凸凹模 分开加工的方法。 对于落料模，由于m i nm a x ZZdp ，故要采用凸凹模配合加工的方法。 确定凸凹模工作部分尺寸 冲孔直径 7： 0 0 2 2.00 )15.075.07()( pxdd p 0022.012.7 (mm) nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 16 - 0 2 2.000m i n )105.0215.07()2( dZdd d 022.0036.7 (mm) 式中，当制件精度为 IT12 时，则 x =0.75， 15.0 mm； 对于落料模 65： 0 4 6.000 )3.075.065()( dxAA d 046.00775.64 (mm) 0046.00m i n )1 0 5.07 7 5.64()( pZxAA p 0046.067.64 (mm) 式中，当制件精度为 IT12 时，则 x = 0.75， 3.0 mm； 对于落料尺寸 86： 054.000 )35.075.086()( dxAA d 054.0074.85 (mm) 00 5 4.00m i n )105.074.85()( pZxAA p 0054.0635.85 (mm) 式中，制件精度为 IT12 时，则 x = 0.75， 35.0 mm。 3.1.2 冲压工艺力及机床吨位的选择 落料拉深模 落料力 1F ： 56 4.35 35.135 03.13.11 LtF 31.241 (kN) 式中， 350 MPa。 拉深力 2F ： 2.14 6 05.5114.32 Fbp ktdF 896.133 (kN) 式中， 460bMPa， 5.51pdmm， 2.1Fk 。 压边力3F：100041)506.112(14.35.21000223 NN PFF nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 17 - 976.19 (kN) 式中， 5.2NPMPa 卸料力 4F ： 05.031.24 1114 FkF 066.12 (kN) 式中， 04.01 K 推料力5F： 31.241055.01125 FnkF273.13 (kN) 由于拉深、落料为两个过程，即它们不在同一时间内受力，应分别计算。 落料工艺力 F ： 066.1231.24141 FFF 97.253 (kN) 拉深工艺力 P ： 896.133976.1932 FFP872.153 (kN) 由计算知，要求压力为 253.97kN， 从满足工艺力的要求看，可选用 450 kN 的压力机。 落料冲孔模 落料力 1F ： 48.2613501 LtF 461.178 (kN) 式中， 350 MPa 冲孔力 2F ： 43505.172 dtF 006.60 (kN) 卸料力3F： 924.805.0461.178113 FkF(kN) 推料力4F： 601.6001.60055.02224 FnkF (kN) 式中，推料系数 055.02 k ，卸料力系数 05.01 k ， n 为卡在凹模内的冲孔废料的 数目。取 2n 。 因为同时有四个孔，则推料力 804.524201.134 44 FF (kN) 考虑到该工件较厚，凸模的横截面积较小，从操作方便出发，采用落料冲孔复合模nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 18 - 倒装结构及弹性卸料和下出料方式，则冲压总的工艺力 F 为： 804.52924.8006.60461.1784321 FFFFF195.300 (kN) 从而可选用 450kN 的压力机。 3.2 定位方式的选择 3.2.1 定位装置及定位零件的作用 冲模的定位装置及定位零件 的作用是保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置，以保证冲压件的质量及冲压生产的顺利进行。 使用条料时，条料在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，其零件有挡料销、定距侧刃等。二是在与送料垂直的方向上的定位，其零件有导料销、导料板等。 3.2.2 定位零件的种类及特点 挡料销分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。固定挡料销分为圆头和钩形挡料销，一般装在凹模上。活动挡料销多用于倒装复合模上。始用挡料销多用于连续模中条料送进时的首次定位。定距侧刃常用于控制连续模的送料步进。从而得到准 确定位的目的。侧刃一般分为矩形侧刃、成形侧刃和尖角侧刃。侧刃定距准确可靠，但增大总的冲裁力和增加材料消耗。 3.2.3 定位及送进方式的确定 材料的送进方式有导销式和导板式，对于该零件采用导板式送料方式。 对于该零件在落料拉深时，选用固定定位销，但考虑到凹模的强度不能达到要求，特设计了一个定位支撑板。挡料销装在定位支撑板上，增强了凹模的强度。在两边的定位上采用了导料板，和固定卸料板装在一起，为和卸料板相匹配，导料板的一边设计为圆弧形。 对于冲孔落料部分，由于其是前面工序的后续工序，冲孔的位置精度的要求也不是很高，因此可以采用前面加工出的中间凹下圆柱体部分的外面来定位，而不必装挡料销、导向板等。 3.3 卸料与出件装置 3.3.1 卸料装置的形式及特点 卸料装置分为刚性卸料装置和弹性卸料装置两种形式：刚性卸料装置结构简单，工nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 19 - 作可靠，卸料力大，适用于平直度要求不高或厚板零件的卸料；弹性卸料装置适用于材料较薄、制件要求平整的复合模。 3.3.2 出件装置的形式及特点 出件装置主要有刚性出件装置和弹性出件装置两种形式：刚性出件装置一般装于上模，通过压力机上的滑块撞击顶杆和顶板把工件顶出来，因此推力极大，工作可靠；弹性出 件装置既可装于上模，也可装于下模，其弹力来源于弹簧或橡胶。它兼有压料和出件的两个作用。出件平稳无撞击，多用于冲压大型薄件以及工件精度要求较高的模具。 3.3.3 卸料装置和出件装置的确定 对于密封端盖零件，在落料拉深时，考虑到模具的结构要求，在落料部分采用固定卸料装置，在拉深部分采用弹性卸料装置。由于拉深后陷入凹模的深度较深，所以采用刚性出件装置。在冲孔落料部分，采用弹性卸料装置，兼有压紧和卸料的作用。出件装置采用弹性出件装置。 3.4 模具结构设计 模柄及上下模板中间联以导向装置的总体称为模架，它是装配 凸凹模，保证模具准确闭合的基础。 模架中的 导向装置可以提高模具精度，减少压力机对模具精度的不良影响，同时节省调整时间，提高工件精度和模具寿命，因此，批量生产用冲压模具广泛采用导向装置。冲压模具常用导向装置有导柱 、 导套 ， 导向装置和导板导向两种形式，而导柱 、 导套导向 又 分 为 滑动导向和滚动导向两种结构形式。 3.4.1 模架的选择 综合考虑 该零件的特点和工艺要求 ，选用导柱 、 导套滑动装置。导柱 、 导套与上，下模座孔之间采取过盈配合的连接方式，工作可靠。导柱 、 导套的常见布置形式有多种，由于本设计的冲件采用 复合 模， 由零件的形 状可知道该零件为对称盘形零件，且尺寸小，拉深部分的拉深深度不大，又采用的压力机为开式压力机。为了使工件能够方便的从模具中取出等因素，所以，选用后侧导柱、导套标准模架。 对于落料拉深模，由毛坯的最大外形尺寸 112.6mm，及一定的凹模壁厚 (40mm)初选，再按模架标准件选取模架的具体结构尺寸： 上模座尺寸： 45200200 (mm)，材料： HT200； 下模座尺寸： 50200200 (mm)，材料： HT200； nts西南 大学 本科 毕业设计（论文） - 20 - 导柱尺寸： 16032 (mm)，材料： 20 钢，热处理方式：渗碳淬火 +低温回火(5862HRC)； 导套尺寸： 4310532 (mm)，材料： 20 钢，热处理方式：渗碳淬火 +低温回火(5862HRC)； 模柄采用凸缘模柄 C50； 模具闭合高度：最大 210mm，最小 170mm。 对于落料冲孔模，由工件的最大外形尺寸 92mm 及一定的凹模壁厚 (30mm)处选，再按其标准选择具体的结构尺寸： 上模座尺寸： 45200200 (mm)，材料： HT200； 下模座尺寸： 50200200 (mm)，材料： HT200； 导柱尺寸： 16032 (mm)，材料： 20 钢，热处理方式：渗碳淬火 +低温回火 (5862HRC)； 导套尺寸： 4310532 (mm)，材料： 20 钢，热处理方式：渗碳淬火 +低温回火(5862HRC)； 模柄采用凸缘模柄 C50； 模具闭合高度：最大 200mm，最小 160mm。 3.4.2 模具闭合高度的
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