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锥形
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模具设计
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工件图.dwg
拉深凸模.dwg
装配图.dwg
设计说明书.doc
目录
摘要 3
1 零件图及工艺方案的拟订 4
1.1 工件工艺结构性分析 4
1.1.1 零件图 4
1.2 工艺方案的确定 6
2 工艺设计 7
2.1 计算毛坯尺寸 7
2.1.1零件的坯料尺寸计算： 7
2.2 排样方法与原则 7
2.3 确定搭边值 8
2.5 计算各工序的压力 9
3 模具工作零件刃口尺寸计算 13
3.2 刃口尺寸的计算原则 14
4 模具零件的设计 16
4.1 模具结构形式的选择 16
4.1.1 凸、凹模外形的确定 16
4.1.2 拉深冲孔凸模 17
4.2 卸料板的设计 18
4.2.1 卸料板外型设计 18
4.2.2 卸料板材料的选择 18
4.2.3 卸料板整体精度的确定 18
4.3 固定板的设计 18
4.4 垫板的设计 19
4.5 模架的选择 19
4.5.1 模架的选用 19
4.5.2 模具的闭合高度 19
5装配说明 20
总 结 22
参考文献 23
摘要
从课题工件本身的结构分析，工件外轮廓弧线相切，弧线感强且美观，属于非圆形筒件，工件底部和两侧由两对对称圆孔构成，因此由冲孔、拉深、落料等工艺生产而成；产品多工艺，结构较难，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，更好的控制工件的生产尺寸，工件的模具设计方案采用了冲孔落料两幅模具。在模具设计前主要分析计算工件的毛坯，查找图纸中未标注公差的尺寸公差，根据产品的公差来确定模具制造的精度；精确的计算工件的相关参数决定于模具的设计制造是否能投入生产、节约制造成本有着密切的关系；经过多次的工件工艺分析和参数计算，开始进行模具的结构设计，其中需要计算模具本身的相关参数，例如模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、拉深力、冲裁间隙、拉深间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写加工说明、制造工艺、技术要求。
关键词：拉深模，复合模，弯曲力，冲裁间隙，压力中心
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1目录摘要 .31 零件图及工艺方案的拟订 .41.1 工件工艺结构性分析 .41.1.1 零件图 .41.2 工艺方案的确定 .62 工艺设计 .72.1 计算毛坯尺寸 .72.1.1 零件的坯料尺寸计算： .72.2 排样方法与原则 .72.3 确定搭边值 .82.5 计算各工序的压力 .93 模具工作零件刃口尺寸计算 .133.2 刃口尺寸的计算原则 .144 模具零件的设计 .164.1 模具结构形式的选择 .164.1.1 凸、凹模外形的确定 .164.1.2 拉深冲孔凸模 .174.2 卸料板的设计 .184.2.1 卸料板外型设计 .184.2.2 卸料板材料的选择 .184.2.3 卸料板整体精度的确定 .184.3 固定板的设计 .184.4 垫板的设计 .194.5 模架的选择 .194.5.1 模架的选用 .194.5.2 模具的闭合高度 .195 装配说明 .20总 结 .22参考文献 .232摘要从课题工件本身的结构分析，工件外轮廓弧线相切，弧线感强且美观，属于非圆形筒件，工件底部和两侧由两对对称圆孔构成，因此由冲孔、拉深、落料等工艺生产而成；产品多工艺，结构较难，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，更好的控制工件的生产尺寸，工件的模具设计方案采用了冲孔落料两幅模具。在模具设计前主要分析计算工件的毛坯，查找图纸中未标注公差的尺寸公差，根据产品的公差来确定模具制造的精度；精确的计算工件的相关参数决定于模具的设计制造是否能投入生产、节约制造成本有着密切的关系；经过多次的工件工艺分析和参数计算，开始进行模具的结构设计，其中需要计算模具本身的相关参数，例如模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、拉深力、冲裁间隙、拉深间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写加工说明、制造工艺、技术要求。关键词：拉深模，复合模，弯曲力，冲裁间隙，压力中心From the subject to the workpiece itself structure analysis, workpiece contour arc tangent, arcs are strong and beautiful, belonging to the non circular cylinder, bottom of the workpiece and flanked by two pairs of symmetrical circular constitute, therefore by punching, drawing, material, production process and; multi product process, and the structure is difficult to, starting from the point of view of practical production, in order to save the mold manufacturing cost, better control of the workpiece size production, workpiece mold design scheme used piercing blanking die. In order to determine the accuracy of the drawings in accordance with the tolerances of the products the relevant parameters are determined according to the product. The accuracy of the calculation is whether or not the mold is manufactured. The parameters are closely related. After many times of work. The accuracy of the calculation is that the mold design and manufacturing are closely related. The mold design is closely related. After many work and analysis. Technical requirements.Key words: drawing die, compound die, bending force, punching gap, pressure cente31 零件图及工艺方案的拟订1.1 工件工艺结构性分析1.1.1 零件图图 1-1 拉深件工件图工件图：如图 1-1 所示名称：锥形扬声器生产批量：大批量材料：08板厚：1mm1.1.2 零件的工艺性分析工件材料为 08抗剪强度：260-360MPa抗拉强度：330-450Mpa伸长率： 32%屈服点：200MPa根据工件的形状，工件属于在锥形拉深件，按照工件的技术要求，工件表面无毛刺、边缘起皱、刮痕、拉伤等，未标注公差按照 IT12，工件需要批量生产。材料厚度为 1mm，模具设计过程中需要注意一下几点：4（1）为了保证工件表面质量，计算是否采用压边圈，防止工件拉深边缘起皱、拉裂、刮痕等，是否采用切边工艺。（2）工件尺寸较大，设计过程中要分析多种取件结构。模具结构上设计好推件和取件方式。1.2 工艺方案的确定根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序：落料、拉深、冲孔。根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案：方案一以上工序过程都采用单工序模加工。用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。方案二落料与拉深、冲孔在复合模中加工成半成品。采用了落料与拉深的复合模，提高了生产率。对落料以及拉深的精度也有很大的提高。方案三采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案二最适合。即落料、拉深、冲孔在同一复合模中完成，单由于工件轮廓空数量较多，孔心距较小，若将工件所有的工艺设计在一副模具上，很难达到工件尺寸、表面质量的要求，模具本身结构复杂，性能较低，所以分别设计两幅复合模具，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。52 工艺设计2.1 计算毛坯尺寸2.1.1 零件的坯料尺寸计算：根据拉深件尺寸，查表可知切边余量 =4.2，根据冷冲压模具设计相关手册可知锥形拉深件坯料尺寸计算分为两种方式：（1）公式计算法：D=d1+2l（d1+d2）（2）体积计算法根据工件拉深前后体积不变法则来计算拉深工件坯料尺寸，计算工件体积，进一步计算拉深工件的表面积，从而得出工件的长宽或者直径。从工件的结构分析，利用公式计算法计算拉深工件的坯料尺寸难度很大，为了节约计算时间，提高设计的效率，采用体积计算法计算拉深件坯料尺寸。在工件体积计算时，因工件结构复杂，为了避免计算中产生错误，根据工件尺寸利用计算机三维制图软件计算工件的体积，加上生产中所涉及修边余量，工件坯料体积为 28139.9mm，坯料直径为 190mm。2.2 排样方法与原则由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料利用率就必须减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操作方便、安全，减轻劳动强度，排样应保证冲裁件的质量，无论是采用有废料或少、无废料的排样，根据冲裁件在条料上的不同布置方法，排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排列方式，可以根据不同的冲裁件形状加以选出用。6现工件外形为矩形，采用无废料的直排法，比较方便、合理。2.3 确定搭边值搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距误差以及补偿于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。使凸，凹模刃口双边受力，受力平衡，合理间隙一易破坏，模具寿命与工件断面质量都能提高。对于利用搭边自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。查表 1-1 得最小工件间搭边值 a =0.8mm、最小侧面 a=1mm。1表 1-1 排样最小搭边值圆件及 r2t 的圆角 矩形件边长 L50mm 矩形件边长 L50mm 或圆角r 2t材料厚度a a1 a a1 a a10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9tB7图 2-2 排样图从图 3-2 上可知：步距距 S=192mm条料宽度 b=194mm因排样方式为无废料排样，材料利用率工件的实际面积除以一个步距的实际面积如公式 3-1：=A/BS100% （3-1）=75.27%式中: A-单个步距内冲裁件的实际面；B-条料宽度； S-步距。2.5 计算各工序的压力（1）落料力平刃凸模落料力的计算公式为（3-2）kLtP式中： P-冲裁力（N） ；L-冲件的周边长度（mm） ，可通过 cad 测量。T-板料厚度（ mm） ；-材料的抗冲剪强度（ MPa） ；K-修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（1.01.3）P 的范围内，一般 k 取为 1.251.3，在实际应用中，根据表 3-1 的抗冲剪强度 的值为320360，为了增加模具的性能 取 360MPa，因为要设计两副模具，所模具的总冲压力要分开计算。在第一副模具上完成冲裁拉深工序，在第二副模具上完成冲孔落料工序，所以冲裁力依次计算得：F 裁 =1.3659.81360=308.8KN8（2）卸料力在冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦存在，将冲入凹模内的工件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将箍在凸模上的材料卸下的力称为卸料力；将梗塞在凹模内的材料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力；逆冲裁方向将材料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力。F 卸 = K 卸 F 冲 （2-3）F 推 = nK 推 F 冲 （2-4）F 顶 = K 顶 F 冲 （2-5）式中： F 冲 -冲裁力；K 卸 、K 顶 、K 推 -卸料力、顶件力、推件力系数，见表 3-1；表 2-1 卸料力、推件力和顶件力系数 （mm ）料厚/mm K 卸 K 推 K 顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03注：卸料力系数 K 卸 在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。通过查表上述表格和公式分别计算卸料力、推件力、顶件力为;F 卸 = K 卸 F 冲=0.05308.8=15.44KNF 推 = nK 推 F 冲9=10.055308.8=16.98KNF 顶 = K 顶 F 冲=0.06308.8=18.53KN（3）拉深力一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图 3-3。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。 oFmax拉深力 凸 模 行 程图 3-3 拉深力变化曲线由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于带凸缘锥形件形零件的拉深力近似计算公式为：（2-bKltF拉4）10式中： -拉深零件的凸模周边长度（mm） ；l-系数，这里取 1；K-材料的抗拉强度（ MPa） ；b-材料厚度。t通过查表可得 值为 450MPa，根据公式计算得：bF 拉=11901450=85.5KN3.6 压力机的选择压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余，所以总冲压力为：F 总= F 裁+F 拉+ F 卸+ F 顶+ F 推 （2-5）F 总=308.8+85.5+15.44+16.98+18.53=445.19KN因此初选压力机型号为 J23-63。压力机参数如表 2-3 所示。 表 2-3 压力机的工艺参数型号 J23-10 J23-16 J23-25 JC23-35 JG23-40 JB23-63 公称压力/KN 100 160 250 350 400 630滑块行程/mm 45 55 65 100 100 100最大闭合高度/mm 180 220 270 290 330 400闭合高度调节/mm 35 45 55 60 65 80滑块中心线至床身距离/mm 130 160 200 200 250 310前后 150 180 220 260 260 570滑块底面尺寸/mm 左右 170 200 250 300 300 860112.7 压力中心的确定：为了提高模具的寿命和使用年限，必须确定压力中心，保证压力中心和模柄尽量重合。本次设计中，由于模具使用复合膜，而且压力中心即为几何中心，所以模具的压力中心选择工件的几何中心即可。工作台板厚度/mm 35 40 50 50 65 80直径 30 40 40 40 50 50模柄孔尺寸/mm 深度 35 60 60 70 70 70123 模具工作零件刃口尺寸计算冲裁间隙对冲裁件的质量、冲裁力和模具寿命均有很大的影响，冲裁工艺与冲裁模具设计中的一个非常重要的工艺参数。冲裁间隙对工件的表面质量有很大的影响，当冲裁间隙过大时会导致冲裁件断裂带产生毛刺；冲裁间隙和冲裁理由这很大的影响，当冲裁间隙增大时冲裁力有一定程度的降低，当单面冲裁间隙介于材料厚度的 5%到 20%范围内时冲裁力降低不超过 15%至 25%是，因此在正常的情况下冲裁间隙对冲裁力影响不大；模具寿命分为刃口磨损寿命和模具总寿命，刃口磨损寿命是用两次刃口磨损之间合格件数的表示。所以设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值。考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙 Zmin，最大值称为最大合理间隙 Zmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 Zmin，如图 6-1。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。冲裁间隙是冲裁工艺与冲裁模具设计的一个重要工艺参数，对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大的影响。冲裁间隙还影响着冲裁件的尺寸精度。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。间隙过大，会使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸，冲裁力也会慢慢下降，卸料力、推件力或顶件力都将随之下降。间隙过小，会使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸，冲裁力也会增大，会使模具刃口磨损加剧，还会产生凸凹模胀裂，小凸模折断，凸模和凸凹模相互啃刃等异常损坏。13由此可见，我们在确定冲裁间隙时，一定要有一个合理的范围作为间隙值，当然我们在设计时要采用最小合理间隙。查表得Z min=0.10mm Zmax=0.14mm。3.2 刃口尺寸的计算原则冲孔凸模尺寸： （3-0min凸凸xd2）冲孔凹模尺寸： （3-凸0mininZ3）落料凸模寸： （3-0凸inax凸D4）落料凹模尺寸： （3-凸0max5）孔距尺寸： （3-1/8Ld6）其中： ， -分别为落料凸、凹模基本尺寸；凸D， -分别为冲孔凸、凹模基本尺寸；d-冲孔件孔的最小极限尺寸；min-落料件最大极限尺寸；axD， -分别为凹模上偏差，可按 IT7，凸模下偏差，可按 IT6；凸-制造公差；-磨损系数，其值在 0.51 之间。x根据材料的厚度，工件的最小双边间隙 Zmin 为 0.10mm，最大双边间隙 Zmax为 0.14mm，则有 Zmax- Zmin=0.0.04。查表 6-2 标准公差数值得： 1900-1mm， 200-0.52mm；查表 3-4 得 x 均为 0.5。 冲孔凸模根据公式 3-2 有： 0min凸凸xd14= （20+0.50.52） 0-0.02 = 20.260-0.02 mm冲孔凹模根据公式 3-3 有：凸0minin凸Zxd= （20+0.50.52+0.04） 0+0.02 mm= 20.30+0.02 mm 落料凸模根据公式 3-4 有：0凸minmax凸ZD=（190-0.5 1-0.04） 0-0.02 mm= 189.460-0.02 mm落料凹模根据公式 3-5 有：凹凹0maxD=（ 190-0.5 1） 0+0.025=189.50+0.025mm表 3-1 简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差 (mm)公称尺寸凸模偏差 凸凹模偏差 凹公称尺寸凸模偏差 凸凹模偏差 凹1818303080801201201800.0200.0200.0200.0250.0300.0200.0250.0300.0350.040 180260 260360 3605005000.0300.0350.0400.0500.0450.0500.0600.070表 3-2 磨损系数 （mm）材料厚度 工件公差151122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30非圆形 x 值 圆形 x 值磨损系数1 0.75 0.5 0.75 0.5164 模具零件的设计4.1 模具结构形式的选择4.1.1 凸、凹模外形的确定凹模常用的外形一般分析圆形凹模和长方形的凹模。凹模的外形尺寸一定要具有较高的降低和耐磨性。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲压工件的最大外形尺寸来确定的，如图5-1所示。凹模各尺寸计算公式如下：凹模厚度 H=Kb1 （4-1）凹模边壁厚 c1.5H （4-2）凹模板边长 L=b1+2c （4-3）凹模板边宽 B=b2+2c （4-4）式中： b1-冲压工件的横向外形尺寸的最大值；b2-冲压工件的纵向外形尺寸的最大值；K-系数，考虑坯料厚度的影响，查表4-1。表 4-1 系数 K 值查表4-1 得：K=0.22 。根据公式（4-1）可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：材料厚度 t/毫米材料料宽 s/毫米1 13 3650 0.300.40 0.350.50 0.450.6050100 0.200.30 0.220.35 0.300.45100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30200 0.100.15 0.100.18 0.150.2217H1=Kb1=0.22190=41mm根据公式（4-2）可计算凹模边壁厚：c1.5Hc1=1.541=78.75（mm）由于是拉深模，凹模厚度同时要结合拉深的高度，最终确定凹模的尺寸。选用圆形凹模取：DH=340mm70mm 。4.1.2 拉深冲孔凸模工件为锥形件形拉深，所以拉深凸模设计出圆柱形刃口，为依靠固定板进行固定，设计出台阶，凸模固定板依靠螺钉和圆柱销和下模座固定。凸模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定。凸模的材料选用 ，工作部分热处理淬硬12Cr。5862HRC对于拉深凸模的工作深度，必须从几何形状上做的正确。为了使零件容易在拉深后被脱下，在凸模的工作深度可以作成一定锥度 。5218图4-1 拉深冲孔凸凹模4.2 卸料板的设计4.2.1 卸料板外型设计卸料装置可分为刚性卸料和弹性卸料两种，刚性卸料力较大，适用于材料厚度较大、强度较高模具；弹性卸料卸料比较稳定，适合用于材料厚度较薄的，工件较小的模具。的在冲裁工艺分析中已经选择了弹性卸料装置，通过弹簧或橡胶的伸缩带动卸料板进行卸料，根据工件坯料尺寸卸料板的最终确定尺寸。4.2.2 卸料板材料的选择卸料板主要是起卸料的作用，对它的强度和硬度要求较高，所以材料选择是Cr12。Cr12 模具钢是高碳高铬型冷作模具钢的代表钢号之一，含有极高量（质量分数）的 C2.00%2.30%和 Cr11.00%13.00%，是属于莱氏体钢，所以有很高的淬透性、淬硬性和耐磨性，淬火变形小。 4.2.3 卸料板整体精度的确定卸料板外轮廓的精度要求不高，所以选取 IT14 级，粗糙度为 Ra3.2；而内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取 IT11 级，粗糙度为 Ra1.6；两个螺纹孔和挡料销、导料销有定位的作用，所以精度要求要高一些为 IT7 级，粗糙度为 Ra1.25。194.3 固定板的设计凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按 H7/m6。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。则凸模固定板的厚度： H凸固 =（0.60.8）H 凹 （4-5）式中： H凸固 -凸模固定板厚度；H凹 -凹模厚。根据公式（4-5）得上固定板厚度为：H凸固 =（0.60.8）H 凹=（0.60.8）H 凹=（0.60.8）40=2032mm 上固定板厚度取20毫米。4.4 垫板的设计模具使用垫板的作用是承受直接的冲压力传递，还可以将冲压力进行扩散分担，如果对材料超过材料的许用应力的冲压力时，需要添加的凸模和上模座之间垫防止模具破损。垫板外形尺寸可与凸模固定板相同，其厚度一般取320毫米之间。4.5 模架的选择4.5.1 模架的选用采用落料、拉深、冲孔复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本次设计中凸凹模的最小壁厚为 15 毫米，满
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