不锈钢笼屉的冲压工艺及模具设计

济南大学毕业设计- 1 -目录目录 .11 前言 .42 冲压件的工艺方案的制定 .52.1 冲压件的工艺性 .52.1.1 冲压件结构的工艺性 .52.1.2 冲压件的精度和粗糙度 .62.1.3 冲压件毛坯尺寸的计算 .63 冲压件工艺方案的制定 .73.1 冲压件的工艺方案的分析 .73.2 冲压件工艺方案的制定 .74 落料、拉深复合模的设计 .104.1 冲压工艺参数的计算 .104.1.1 冲件的工艺力的计算 .104.2 冲压设备的选择 .134.2.1 模具压力中心的确定 .134.2.2 凸、凹模间隙值的确定 .134.2.3 凸、凹模刃口尺寸的确定 .144.3 落料、拉深复合模主要零部件的结构设计 .164.3.1 落料凹模 .164.3.2 拉深凸模 .174.3.3 凸凹模 .184.3.4 压边圈 .184.3.5 卸料板 .194.3.6 挡料装置 .194.3.7 模座 .194.3.8 模柄 .204.3.9 推杆 .204.3.10 托板、弹顶板 .204.3.11 导柱、导套 .204.3.12 冲模闭合高度的确定 .204.4 最终的模具装配图 .215 反向拉深模具设计 .225.1 拉深模结构形式的确定 .225.1.1 结构形式 .225.1.2 模具的结构特点及工作过程 .22济南大学毕业设计- 2 -5.2 拉深工艺计算 .235.2.1 拉深系数与拉深次数的确定 .235.2.2 拉深力的计算 .235.2.3 初选压力机 .245.3 拉深模主要零件的设计 .245.3.1 凸、凹模间隙的计算 .245.3.2 凸、凹模圆角半径的计算 .245.3.3 凸、凹模工作部分尺寸的设计计算 .255.3.4 弹压卸料板的设计 .265.3.5 卸料弹簧的设计 .265.3.6 固定板的设计 .265.3.7 凸模的长度 .265.3.8 拉深凹模的设计 .275.3.9 顶件装置的设计 .275.3.10 模座的设计 .275.3.11 模具闭合高度的确定 .275.3.12 模柄的选择 .285.3.13 导柱、导套的选择 .285.4 最终装配图 .286 冲孔模的设计 .296.1 模具总体结构方案 .296.1.1 模具结构 .296.1.2 操作与定位方式 .296.1.3 卸料方式 .296.1.4 模架类型的选择 .296.2 冲压力的计算 .296.2.1 冲孔力的计算 .296.2.2 卸料力的计算 .296.2.3 总冲压力的计算 .306.3 压力机的选择 .306.4 模具压力中心的确定 .306.5 冲孔凸凹模刃口尺寸的计算 .306.6 冲孔模主要零部件的设计 .326.6.1 冲孔凸模的设计 .326.6.2 冲孔凹模的设计 .336.6.3 螺钉与圆柱销的设计与选用 .336.6.4 模柄的设计与选用 .346.6.5 卸料板的设计 .346.6.6 卸料螺钉的设计 .346.6.7 模架及其它零件的设计 .346.6.8 模架闭合高度的计算 .356.7 最终装配图 .367 结 论 .37济南大学毕业设计- 3 -参 考 文 献 .38济南大学毕业设计- 4 -1 前言冲压是生产中应用相当广泛的一种加工方法，但冲压加工必须制备相应的模具，而模具是技术精密型产品，起制造属单间小批量生产，具有加工难、精度高、技术含量高、生产成本高的特点。所以，只有在冲压零件大批量生产的情况下，冲压加工的优点才能充分显现出来。当前我国模具工业发展迅速，模具技术是先进制造技术的重要代表，模具工业已成为高薪技术产业的一个重要组成部分。经过几十年的发展，我国的冲压模具总量位居世界第三位，加工技术装备基本已与世界先进水平同步。以汽车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模，用 C A D /C A M / C A E 软件进行三维设计和模拟，靠高速、精密的加工设备生产，用新型研磨或抛光代替传统的手工研磨抛光， 提高模具质量。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。钣金冲压模具的水平也有了显著的提高，很多新型材料的冲压的模具的制造得到了实践。我国钣金冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国家经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。对于钣金冲压模具的设计和制造，结合所需加工的材料进行分析和优化，通过我们的不懈努力，提高我国制造业的水平。不锈钢钣金冲压件作为最常见的现代电子和家庭用品的消费品，显示了不锈钢冲压件模具生产的重要性，生产的零件的综合种类很多，用途很广，因此不锈钢钣金的冲压模具会有很大的市场，尤其对于电子产品和家庭日用品。我觉得外国的电子产品的设计加工主要还是零部件冲压模具的精密性决定的，要占领消费市场，在提高产品设计的同时，必须提高钣金冲压模具的设计和加工工艺。因此我选择日常生活中的不锈钢笼屉冲压模具的设计来检验自己在模具专业方向学习。虽然这种日常不锈钢冲压产品很常见，而且通过冲压工艺学的学习理解了冲压模具原理，但是我们没有自身去设计和生产过这样的一套冲压模具产品，这一次的毕业设计给了我这个机会去检验自己所学冲压模具的知识和理论。济南大学毕业设计- 5 -2 冲压件的工艺方案的制定2.1 冲压件的工艺性冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。根据设计题目的要求可知，不锈钢笼屉如图 2.1 所示，该冲压件的材料为不锈钢 1Cr18Ni9，板厚为 0.5 mm，该零件外形对称，内有一直径为 221mm 反拉深圆桶，且圆桶周围均匀分布 12 个方孔，无尖角、凹陷，大批量生产，该零件是典型的板料冲压成形件，在高温条件下工作，表面不允许有折皱及折痕等缺陷。图 2.1 不锈钢笼屉2.1.1 冲压件结构的工艺性（1）最小圆角半径 冲压件的最小圆角半径允许值可以查表得知，如果是少、无废料拍样冲裁，或者采用镶拼模具时可不要求冲压件有圆角。本次设计是少废料拍样的冲裁，所以对圆角不作要求。（2）最小孔距、边孔距 冲压件的孔与孔间，孔与边缘间的距离不能太小，否济南大学毕业设计- 6 -则模具强度不够或使冲压件变形，一般取该距离大于料厚的二倍，但不得小于 3-4mm.此次设计的边孔距满足规定要求。（3）最小弯曲半径 弯曲时弯曲半径愈小，板料外表面变形程度愈大，如果弯曲半径过小，则板料的外表面将超过材料的最大许可变形程度而发生裂纹。因此，弯曲工艺受到最小弯曲半径的限制。所以工件上的弯曲半径无要求时，应尽量取大一些，此次设计取 R=3mmError! No bookmark name given.2.1.2 冲压件的精度和粗糙度（1）精度 冲压件的经济精度一般不高于 IT11 级，最高可达 IT8IT10 级，冲孔比落料精度约高一级。（2）断面粗糙度 冲压件的断面粗糙度一般为 Ra12.550，最高可达 Ra6.3，具体数值可根据设计手册查表可得。2.1.3 冲压件毛坯尺寸的计算形状简单的旋转体拉伸件面积的计算首先将拉伸件分成若干个简单的几何形状，分别求出各部分的面积并相加，即可得到工件的总面积 , 则毛坯直径为：A(2-1)AD/4D= (2-2)23421212121 56.8.68.6 drdrhrd 式中 带入数值得毛坯尺寸为：D 2222 34.05642.086545811 = 322.66 (mm)F = =81725.94mm1422F =45059.86mm86.03169722=126785.8mm5.811D=402mm42D因此，不锈钢笼屉冲压件的毛坯为圆形，直径为 402mm。济南大学毕业设计- 7 -3 冲压件工艺方案的制定3.1 冲压件的工艺方案的分析1.零件冲压工艺性分析从零件的材料和形状分析，属于冷冲压的范畴，该零件主要由拉深和反拉深成型，辅之以冲孔和滚边工艺。该零件为圆形对称形状，有利于拉深加工和反拉深加工的实现。2.确定冲压工艺过程。从上面的分析来看，所需要的基本冲压工艺为：落料，拉深，反拉深，冲多孔。根据以上基本工艺的性质和数量，进行工序的组合和排列，初步拟出以下三种方案。方案一：落料、拉深，反拉深，冲多孔。方案二：落料、冲孔，拉深、反拉深。方案三：落料、拉深、反拉深，冲孔。分析比较上述三种工艺方案，方案一的优点是加工工艺结合的平均，模具设计简单，有利于保证加工零件的尺寸和形状精度，但是模具数量偏多，成本较高。方案二将冲孔工艺提前到第一组冲压工序，虽然简化了生产工艺，但是在多道加工工艺之后，冲孔的尺寸无法的到保证，同时反拉深时冲孔的边的强度无法的到保证。方案三将反拉深步骤复合到第一组工艺，可以缩减模具的的数量，但是同时也增加了模具设计的复杂程度。综合分析上述三种方案，为了满足大批量生产，保证零件的尺寸和形状精度，采用第一种加工方案。3.模具结构类型的选择根据确定的工艺方案和零件形状的特点，精度要求和所选设备的主要参数、模具制造条件以及安全生产等，下面对第一套方案进行模具的结构类型的选择。工序一采用落料、拉深复合模。工序二采用反拉深简单模。工序三采用冲多孔的简单模。最后采用滚边工艺完成加工。3.2 冲压件工艺方案的制定(1)零件的排样图，如图 3.1 所示排样是指冲件在条料、帯料或板料上布置的方法。冲压件的合理布置，与冲压件的外形有很大关系，对材料利用率的大小有直接影响，本次设计采用直排。搭边的最小宽度大于塑变区宽度，由板厚 0.5mm 查表 3.1 得，沿边搭边为济南大学毕业设计- 8 -1.2mm，工件间搭边为 1.0mm。表 3.1 搭边 a 和 a 的数值1材料厚度 t/mm 圆件最小搭边值工件间 a 1沿边 a0.30.5 1.0 1.2图 3.1 排样图材料的利用率计算：一个进距内的材料利用率可以按一下公式计算：%10bhnA式中 A 冲裁件的面积（mm） ；n 一个进距内冲裁件数目；b 条料宽度(mm)；h 进距(mm)；=71.2%10425（1） 第一步工序：落料、拉深，工件变化如图 3.2；济南大学毕业设计- 9 -图 3.2 落料拉深工件图（2） 第二步工序：反拉深，工件图如 3.3；图 3.3 反拉深工件（3） 第三部工序：冲四周 12 圆形孔，工件图如 3.4；图 3.4 冲多孔工件（4） 最后一步经过滚边工艺进行加工，成型最后零件，如图 3.5；济南大学毕业设计- 10 -图 3.5 滚边加工4 落料、拉深复合模的设计落料、拉伸复合模能在压力机一次行程内，完成落料、拉伸两道工序。完成这两道工序的过程中，冲压件材料无需进给移动。复合模具有主要的特点：（1）冲压件精度较高，不受送料误差的影响，内外形相对位置一致性好；（2）冲件表面较为平整；（3）适宜冲薄料，也适宜冲脆性或软质材料；（4）可充分利用短料和边角余料等。4.1 冲压工艺参数的计算4.1.1 冲件的工艺力的计算（1）落料冲裁力（4-2）tLF落式中 L冲裁件周长（mm）,L= ；Dt 材料的厚度（mm） ，t=1.2mm；材料抗剪强度（MPa） 。选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取（4-3）LtF3.1落 b式中 材料抗拉强度，(Mpa); 1Cr18Ni9 =580640Mpa，取b b济南大学毕业设计- 11 -.60Mpab所以 落FbLt 605.42315.47（KN）（2）拉深力工件拉伸次数的确定工件总的拉深系数： （4-Dd总m4）式中 d 拉深后圆筒直径， （mm） ；D 毛坯直径， （mm） ；所以 4026总m=0.612毛坯的相对厚度：（4-5）13.4025Dt由相对厚度查极限拉深系数，查表 4.1 得极限拉深系数为 。58.01m因为 1m总所以，工件只需要一次拉深就能满足要求。表 4.1 极限拉深系数毛坯的相对厚度 0/Dt拉深系数0.080.15 0.150.30 0.300.60m10.63 0.60 0.58拉深力的计算(4-6)1tbFLk拉济南大学毕业设计- 12 -式中 L 圆筒件的周长（ mm） ， ， 为圆筒件的第一次工序直径，根据料厚1Ld中线计算， =247mm.1dt 材料厚度， （mm） ；t=0.5mm；材料抗拉强度， （Mpa） ，1Cr18Ni9 的材料抗拉强度为 580640 bMpa，这里取 =600 Mpabk 系数；圆筒件第一次拉深时的系数 =0.52；1 1k所以 2470.56.2F拉=120.99（KN）（3）推件力（4-1FnK推 落7）式中 n 卡在凹模洞里的工件数； 推件力系数；查表 4.2，推件力系数取 ；1K10.5K所以 10.53.47F推=17.35（KN）（4）卸料力卸料力的大小于凸模凹模之间的间隙、工件形状、材料种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关，其计算公式为：（4-8）3FK卸 落济南大学毕业设计- 13 -式中 卸料力系数，查表 4.2，卸料力系数 =0.04；3K3K所以 0.415.7F卸=12.61（KN）表 4.2 推件力系数、顶件力系数和卸料力系数料厚/mm K1 K 2K 3钢 0.52.5 0.055 0.06 0.040.05(5) 压边力（4-9）Ap压F式中 A 有效压边面积， （mm ） ；222(407)3985()mP 单位压边力， （Mpa） ；在双动压力机上拉深时单位压边力的数值p=2.5Mpa;所以 2.5398F压=99.65（KN）4.2 冲压设备的选择（1）压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。 （4-F总压 力 机10）（4-F压总 落 拉 推 卸11）=315.47+120.99+17.35+12.61+99.65=566.07（KN ）（2）根据模具结构选择压力机类型的冲程次数，本工序工件需从模具中间出件，选济南大学毕业设计- 14 -用可倾式压力机，根据总的冲裁力大小选择压力机型号为 JH23-80 开式双柱可倾压力机，公称压力为 800KN，最大闭合高度为 380mm，最小闭合高度为 290mm。4.2.1 模具压力中心的确定冲模对工件施加的冲压合力的中心称为冲压压力中心，要使模具正常工作，必须使压力中心与模柄的中线线相重合，从而使压力中心与所选设备滑块的中心相重合。此设计的毛坯为圆形，模具的压力中心位于圆心。4.2.2 凸、凹模间隙值的确定凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。（1）落料、冲孔模刃口使用间隙，查表 4.3 得冲裁初始双边间隙值Z =0.126mm，Z =0.180mm。minmax表 4.3 冲裁模初始双面间隙1Cr18Ni9材料厚度(mm) Z min Z max0.5 0.126 0.1804.2.3 凸、凹模刃口尺寸的确定（1）确定凹凸模刃口尺寸的原则落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减少凸模尺寸来保证合理间隙。考虑到刃口磨损对冲件尺寸的影响：刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸变小，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最大极限尺寸。（2）凸凹模分别加工时的工作部分尺寸落料凸、凹模刃口尺寸表 4.4 冲裁时凸模、凹模的制造公差基本尺寸/mm 凸模偏差/mmp凹模偏差/mmd180.020 0.0201830 0.020 0.025济南大学毕业设计- 15 -3080 0.020 0.03080120 0.025 0.035120180 0.030 0.040180250 0.060 0.080根据表 4.4，查得凸凹模的制造公差为：凸模 （mm）06.p凹模 （mm）8d为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙（Z ） ，凸模和凹模制造公差必须保证maxpdinZ（mm）07.4.03（mm）541268minax因为 inaxZdp则取 （mm） 0.)(4.0mi（mm）326inaxd由于零件为圆形且比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12 级，查表 4.5 可得标准公差为 0.5mm，即 。5.0表 4.5 标准公差数值/ m公 差 等 级基本尺寸/mmIT11 IT12 IT13 IT141830 130 210 330 52080120 220 350 540 870180250 290 460 720 1150610 90 150 220 360落料凹模的尺寸：（4-12）dxDd0)(落料凸模的尺寸：（4-0min()ppdZ济南大学毕业设计- 16 -13）式中 D 落料件外径的基本尺寸， （mm） ；、 凸、凹模的制造公差， （mm） ；pd 工件的制造公差， （mm） ； 磨损系数，这里零件的公差等级为 IT12 取系数 x=0.75；xZ 最小合理间隙， （mm） 。min所以， 落料凹模的尺寸为： 0.32(402.75)dD=401.18 （mm）.32落料凸模的尺寸为： 0.2(401.86)p=401.06 （mm ）2.拉伸凸、凹模刃口尺寸表 4.6 凸、凹模的制造公差拉深直径/mm100 材料厚度 /mmp d0.51.5 0.05 0.08根据表 4.6，查得拉深凸、凹模的制造公差：凸模： （mm）05.p凹模： （mm）8d零件的公差等级为 IT12 级，制造公差为 0.46mm，即 =0.46mm。拉深凹模的刃口尺寸：（4-dDd0max)75.(14）拉深凸模的刃口尺寸：济南大学毕业设计- 17 -（4-15）0max(.752)ppDc式中 拉深件的最大外形尺寸， （mm） ； =247mmmaxDmaxD 工件的制造公差， （mm） ；c 凸、凹模间隙（ mm） ；c=t=05mm；所以，拉深凹模的刃口尺寸为： (2470.51)pD05.=245.65 （mm）.拉深凸模的刃口尺寸为： 0.8()d=246.65 （mm）08.凸模的圆角凸模的圆角半径过大或过小对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。由于制件可以一次拉深成形，凸模圆角半径应取与制件圆角半径相等的数值，即：取: =1mmpr4.3 落料、拉深复合模主要零部件的结构设计4.3.1 落料凹模（1）外形尺寸凹模受力复杂，很难按理论方法精确计算，对于非标准尺寸一般不做强度校核，可用下述经验公式确定尺寸。凹模高度 （4-16）(15)HKbm凹模壁厚 （4-17）(.2)(30)C式中 冲裁件的最大外形尺寸,(mm)；b济南大学毕业设计- 18 -系数，考虑板料厚度的影响，可查表 4.7，取 =0.18K K表 4.7 系数 K 值料厚 t/mmb/mm0.5 1 2 3 3200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22所以 0.142H(mm)综合冲裁力大小及其他方面因素取凹模高度 80mm,考虑模具现实结构等问题取凹模的壁厚为 48mm。则圆形凹模的外径为： d=402+2 40+18=500（mm）（2）凹模的固定形式利用螺钉和销钉固定在下模座上。（3）材料落料凹模的材料采用 CrMo12V。4.3.2 拉深凸模（1）