撕拉盖级进模模具设计与制造

本科毕业论文（设计）题目 撕拉盖多工位级进模作者学院 机械工程学院专业 材料成型及控制工程学号指导教师二 年 月 日（填写时间要用中文）湖 南 涉 外 经 济 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 诚 信 声 明本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。对本文工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。撕拉盖级进模模具设计与制造摘 要: 撕拉盖带料连续拉深级进模，该盖的明显特点是盖旁有一个尾巴，尾巴上压有筋，盖内部侧面有切痕。因开盖时需用手指捏住尾巴沿切痕撕开，切痕浅了撕不开，深了在拉深时容易开裂，所以切痕的深度是工艺难点，通过计算级进模模具中的毛坯尺寸、冲压过程中的各工艺力等主要工艺参数和落料刃口、冲孔刃口等主要工作部分尺寸，设计出主要零件结构和实体模型，绘制了模具的装配图及部分主要凸凹模的零件图，分析了模的动作过程及加工制造方法。关键词：；撕拉盖、拉深、级进模Progressive die tear cover mold design and manufacturingPick to: tear cover with progressive die for deep drawing, the obvious feature of the cover is built by a tail, tail pressure reinforcement, cover internal side cut marks. For open with fingers hold the tail tear along the cut marks, shallow cut marks to tear does not open, when deep drawing is easy craze, so technology difficulty is the depth of cut marks, progressive die mold by calculation of blank size, the various technological force in the process of stamping and blanking parts, main technological parameters, such as punching parts such as main part size, design the structure and main parts entity model, and draw the assembly drawing of the die and the main part of intensive parts diagram, analyzes the action process of the mold and manufacture methodsKey words:; Tear cover, deep drawing, progressive die目录示例目 录结论参考文献致谢第一章: 绪论引言模具是大批量生产同形产品的工具，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。在工业生产中许多机械零件普通采用模具冲压成形的工艺方法，有效地保证了产品的质量，提高了劳动生产率，并使操作技术简单化，而且还能省料，节能，可以获得显著的经济效益。冲压成形的工艺已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代工业产品的发展与技术水平的提高，在很大程度上取决于模具的工业的发展水平。据现在的不完全统计，冲压件在电子产品行业中占 80%85%之间，在汽车，农业机械产品中大概占 75%80% 左右 ，在轻工业产品中占的比列非常高达到90%以上，航天航空工业上面冲压件也占很大的比列。特别是人类生活越来越富裕的现在，工厂自动化，办公自动化，家庭自动化也走向现实，要推动新的产业向更深入，更高阶段去发展。冲压成形工艺模具是不可缺少的重要推动力之一。由此可见，冲压成形工艺与模具在国民的经济中作用和意义是非常重要。冲模按照其功能和模具结构，可以分为，单工序模，复合模和级进模之分，它们都是借助着压力机，将被冲的材料放进凸凹模之间，在压力机的作用下使材料产生变形或分离，完成冲压工件。级进模是指的模具上沿被冲原材料的直线送进方向，并且在压力机的一次行程中，至少具有两个或者两个以上的冲压工序的冲压模具。经常看到的冲压工序在一副模具中可以完成冲孔、压弯、成形、拉深、落料等多种冲压工序，它可以将复杂的制件的外形或型孔，经分解变成简单的冲压。多工位级进模是高效，精密，长寿命的先进型模具，生产效率高，质量可靠，操作安全，节省模具，机床和劳动力，经济效益好。，它现在已经成为实现大生产、降低生产的成本最佳的选择。它是现代先进冲压模具的代表，深受人们重视。1.3 冲压技术的现状及发展方向为了实现现代工业化，今后模具的发展趋势大致包括如下几方面：发展高效模具。对于大批量生产用模具，应向高效率发展如为了适应当前高速压力机的使用，应发展多工位级进模以提高生产效率。（1）发展简易模具。对于小批量生产用模具，为了降低成本、缩短模具制造周期，应尽量发展薄板冲模、聚氨酯模具、锌合金、低熔点合金、环氧树脂等简易模具。（2）发展多功能模具。为了提高效率和保证制品的质量，要发展多工位级进模及具有组合功能的双色、多色塑料注射模等。（3）发展高寿命模具。高效率的模具必然需要高寿命，否则将必然造成频繁的模具拆装和整修或需要更多的备模。为了达到高寿命的要求，除模具本身结构优化外，还要对材料的选用和热处理、表面强化技术予以开发和创新。（4）发展高精度模具。要实现模具的高精度，在模具设计与加工中一定要采用高精度加工设备和高技术加工工艺。因此，在今后的模具加工中，除了进一步发展数控机床和加工中心机床外，还要发展模具计算辅助设计（CAD）.计算机辅助制造（CAM）、计算机集成制造（CIM）等高新技术 。1第三章：零件介绍图 1-1 所示为撕拉盖的零件图，材料为黄铜，料厚 0.225mm。该盖的明显特点是盖旁有一个尾巴，尾巴上压有筋，盖内部侧面有切痕。因开盖时需用手指捏住尾巴沿切痕撕开，切痕浅了撕不开，深了在拉伸时容易开裂，所以切痕的深度是工艺难点。大批量生产。图是撕拉盖的毛坯展开图。材料为黄铜.该材料为一种铜和锌合金，具有良好的延展性和较高的抗拉强度。适合制作瓶盖。易拉罐等对材料的韧性要求较高的零件。第四章： 零件工艺性分析4.1 零件的工艺性分析撕拉盖是一种新型的啤酒、饮料瓶盖。该盖的明显特点是盖旁有一个尾巴，尾巴上压有筋，盖内部侧面有切痕。因开盖时需用手指捏住尾巴沿切痕撕开，切痕浅了撕不开，深了在拉伸时容易开裂，所以切痕的深度是工艺难点。因此工件需要合理的拉深，拉深模具也是冲压基本工序之一。级进拉深是指制件在带料上沿着一定方向在一个工位一个工位上连续地拉深变形，冲压出一定形状和尺寸要求的管壳或帽形件的一种冲压生产方法。冲压过程中，坯件一直与带料的载体相连，制件完成后，从带料上分离落下。1） 零件的尺寸精度：制件的料厚不能太厚。用于级进冲裁的料厚应小于5mm，实际应用小于 3mm，多数为 2mm 以下最常用。制件的外形不能太大。级进冲裁的外形尺寸一般在 300mm 以下，太大了模具外形尺寸大，没有太大的压力机可以安装使用。2） 零件结构： 对于内外形相对位置要求高的制件。由于级进冲裁内外形常常是分别在不同工位冲出的，每次冲压都有定位误差，很难保持内外形相对位置精度，像复合模冲压一致性好。确定最佳工艺制造方案根据制件工艺性分析，可以用以下三种工艺方案： 简单进行压肋、切痕、采用单工序模生产。 进行落料、拉深复合冲压，采用复合模生产。 压肋、切痕、落料、拉深，采用级进模生产。方案模具结构简单，但需要多道工序、多套磨具、使用成本较高而且生产效率低，难以满足批量生产。方案比较能够保证冲件精度，但模具制造复杂、而且尺寸精度要求较高、工作模具成本较高、生产效率跟材料的利用率低，模具制造周期也较长和模具的使用寿命较短。方案生产效率高、模具强度高、利用率高，模具制造没有复合模复杂等。能够在压力机一次行程过程中完成多个工序的磨具，具有很好的安全显著特点。模具类型选择：由冲压工艺分析可知，采用级进模压助，拉深。4.3 零件工艺性分析结论采用这种方法加工，要求所使用的原材料必须具有很好的的延展性，便于塑性变形，适应经多次压延变形，不因冷作硬化而影响拉深成形。这是由于带料在连续的拉深过程中，不允许材料进行中间退火处理而必须具备的工艺性。第五章： 排样图的设计5.1 排样图级进模的排样指的是制件一个或者多个在条料上分几个工位冲刺的布置方法。排样不同、那么材料的利用率，制件的尺寸精度、生产率、磨具结构与制造复杂程度、模具使用寿命长短等都不同。所以排样作为级进模设计的一个重要步骤，不仅仅是必不可少的而且作用非常大，它是多工位级进模设计时的重要依据，是要设计磨具图之前要做的第一项重要工作，而一般的排样图有：条料排样图：它的设计原则就是排样与工件的冲压方向，变形次数及相应的变形程度密切相关。而变形次数与相应的变形一般往往是在确定排样与变形方向同时经过综合分析确定的，确定还要考虑模具制造的可能性与工艺性，因此在排样时要合理的确定工位数，在设计排样时尽可能考虑材料的利用，合理确定冲裁位置，防止凹模型孔距离太近而影响其强度，为保证条料步距的精度，必须设计导正孔。排样的一些实例有：无废料的排样：就是制件与制件之间、制件与条料侧边制件均无搭边存在、条料可以沿直线或曲线切断而得的制作。少废料排样：就是可以沿制件部分外形轮廓切断火冲裁，只在制件之间或制件与条料侧边的中间有搭边存在。废料排样：就是排样为制作的全部外形冲裁，制件与制件之间，制件与条料之间都有工艺余料(搭边)存在，冲裁后搭边成废料。下图为排样及工序图，由于材料很薄，挡料销和导正销不能准确定位，同时还考虑到材料价格贵，为了节省材料，所以我选择用尖角侧刃定距。好处有既可以作为落料与切口凸模，冲切出冲件侧边任意形状轮廓，又可以对送入多工位级进模的材料进行正确、可靠的步距定位，使多工位级进模可以不间接的冲压，提高生产效率。减少普通侧刃的冲切废料，提高材料利用率。5.11 模具上共有几个工位根据撕拉盖的形状特点，基本的成型工序为压助、切痕、落料、拉深。最后通过比较来看，经生产效率、材料利用率低。经综合考虑、最后确定采用 5工位级进模，5.2 模具的每个工位工序性质是什么各工位的冲压内容是：工位 1 完成冲侧刃切口及 3 个盖的压助、切痕；工位 2 完成 3 个盖的落料拉深；工位 3 是空工位，设有通工作台孔的漏件孔,第 4工位完成 2 个盖的压筋、切痕；第 5 工位完成 2 个盖的落料、拉伸。5.22 冲压一次能出几个件提供的料长 800mm，由于受工作台面及工作台孔的限制，所以采用五行排料，需料宽 153mm，一张条料可冲制 68 个盖。5.33 排样的送料方向的设定与定位所示为 5 工位撕拉盖级进模结构图。该磨具采用标准模架，采用弹压卸料和推件装置，弹性压边，导料板导向，尖角侧刃定距。落料模正装、拉深、压助、切痕模采用倒装、便于送料。送料时后边抬高，使在第 2 工位成形的盖定位在废料孔里，以便被带到第 3 工位从漏件孔出件 ；在工位 1 由临时挡料销定位，以后各工位由设在工位 2 的活动挡料销定位，为了不出现尾料，在工位 4 也设有活动性的挡料销。5.5 工位间步距大小排样图中条料宽度为 153mm，两工件间的搭边： ma8.1工件边缘搭边： 2步距： mh8.4.431条料宽度： b55.44 材料的利用率的高低排样的目的就是为了保证制件质量的前提下，合理利用资源，衡量排样经济性，合理性的指标是材料的利用率。材料利用率：N=nA/bh100%式中：A 冲裁件面积（包括内形结构废料）；n一个进距内冲裁件数目b条料宽度h进距板料上总的材料利用率 n-一张板料上冲裁件总数目L板料长B板料宽 %10L材料利用率为 73.8。5.55 步距的定位方式由于材料薄，挡料销和导正销不能很准确定位，同时也要考虑料的价格贵，为省料，所以采用尖角侧刃定距。带料拉深系数和相对拉伸高度的计算前面图上有尺寸，由于该撕拉盖的制件要求拉伸高度不是很高为：7.1MM。而且材料的延展性比较好。所以一次拉伸就可以了。h/d-拉深件的相对高度各部分工艺力的计算冲压模具的驱动力与安装：主要是作用于模具运动部分（一般为上模）的冲击力和压力。只有计算并确定其冲压力后，才能正确选定适用的压力机。F=KLT 为冲裁力（N）L为冲裁件的周长（mm）T材料厚度（mm） 材料的抗剪强度（MPa）b- -材料的抗拉强度K-修正系数，一般取 K=1.3一个工件毛坯 L-冲裁周长在 CAD 图上打开之后是 114.53mm撕拉盖的材料是黄铜，由于是用于撕拉盖所以不能太硬，查表 9-1 常用冲压金属材料的力学性能、抗剪强度 =300，落料力则为：t根据公式和设计模具的大小，可以算出冲力F=KLT=1.3114.5330.225300=30089.475N30.10KN卸料力、推件力计算卸料力公式： LFK缷缷-卸料力系数，经查表 4 取 =0.04；K缷卸料力则为： KNL2.1034.缷缷表 4 卸料力和推件力和顶出力因数料厚/mm 卸F推FF顶1.00.06-0.09 0.1 0.140.1-0.5 0.04-0.07 0.065 0.080.5-2.5 0.025-0.06 0.05 0.062.5-6.5 0.02-0.05 0.045 0.05钢6.5 0.015-0.04 0.025 0.03铝、铝合金 0.025-0.08 0.03-0.07 -黄铜 0.02-0.09 0.03-0.09 -。根据冲裁力的计算可知总冲裁力为冲压设备的选择冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。（1）考虑冲压件的大小 在中小型的冲压件、弯曲件或拉深件的生产中，主要采用开式机械压力机。因为它提供了极为方便的操作条件，模具也容易安装；在大中型冲压件生产中，多采用闭式结构形式的机械压力机；对于大型拉伸件的生产中，则应尽量选用双动压力机，使所用模具结构简单，调整方便。（2）考虑冲压件的生产批量 在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机；在小批量生产中，尤其是大型厚板冲压件的生产中，多采用液压机，由于液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载；对于小批量生产的弯曲、成型、校平或校形等工序可选用摩擦压力机，因为它具有行程自动调节，不易发生超负荷损坏的特点。（3）考虑压力机设备的精度和刚度 压力机的刚度由床身刚度、传动刚度和导向刚度 3 部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载终了时模具间隙会发生很大变化，影响冲压件的精度和模具寿命，设备的精度也有类似的问题。2.5.5.2 冲压设备规格的选择在冲压设备的类型选定之后，应该进一步根据冲压件的大小、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。（1）所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：。总压 机 F（2）压力机的行程大小要适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁、弯曲等模具，其行程不宜过大，以免发生凸模与导板分离（导模板）或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成形零件的取出。（3）所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。（4）压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受力条件也是不利的。表 5 开式双柱可倾压力机（部分）主要技术规格型 号 J23-10 J23-16 J23-25 J23-40公称压力/KN 100 160 250 400滑块行程/mm 45 55 65 100滑块行程次数/（次/min） 145 120 105 45最大闭合高度/mm 180 220 270 330最大装模高度/mm 145 180 220 265连杆调节长度/mm 35 45 55 65滑块中心线至床身距离/mm 130 160 200 250床身两立柱间距离/mm 180 220 270 340前后 240 300 370 460工件台尺寸/mm 左右 370 450 560 700厚度 35 40 50 65垫板尺寸/mm 孔径 170 210 200 220直径 30 40 40 50模柄孔尺寸/mm 深度 55 60 60 70最大倾斜角度（ ）035 35 30 30电动机功率/KW 1.10 1.50 2.20 5.5前后 895 1130 1335 1685左右 651 921 1112 1325机床外形尺寸/mm高度 1673 1890 2120 2470机床总质量/ gk576 1055 1780 3540参照表 5，选用公称压力为 100 KN 的压力机，其型号为 J23-10。该压力机与模具设计的有关主要参数为：公称压力：100kN；滑块行程：45mm；最大闭合高度：180mm；最大装模高度：145mm；封闭高度调节量：35mm；工作台尺寸：240370mm；模柄孔尺寸： 30mm55mm。主要生产单位及用途：江苏扬力集团，主要用于印刷、造币、电动机制造行业，适用于小行程高速精密级进模冲压生产，可装配光电保护装置，可搭配开卷、校平、自动送料装置，实现压力机自动化作业。第 6 章：凸凹模的计算及其校核确定冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模中凸凹模刃口部分尺寸之差，其双面间隙用 Z 表示，单面间隙用 C(C=Z/2)。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力和模具寿命等影响很大，所以冲裁间隙是冲裁模具设计中的一个非常重要的工艺参数。（1）间隙对冲压力的影响间隙增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低，继续增大间隙值，会因从凸凹模刃口处产生的裂纹不相重合的影响，冲裁力下降变缓；间隙减小，材料不易撕裂，使冲裁力增大；间隙合理时，冲裁力最小。（2）间隙对模具寿命的影响间隙小，落料件或废料往往会梗塞在凹模洞口，导致凹模涨裂，因此过小的间隙对模具寿命极为不利。间隙增大，可使冲裁力、卸料力等减小，从而刃口磨损减小。但是间隙过大，零件毛刺增大，卸料力增大，反而使刃口磨损加大，所以合理的间隙值可适当弥补模具制造精度不高和动态间隙不均匀引起的不足，不至于啃伤刃口，起到延长模具寿命的作用。（3）间隙对冲裁件质量的影响 间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。当凸模继续下压时，在上、下裂纹中间产生二次剪切，在制件断面形成两个光亮，而夹在中间的是撕裂面，并在端面出现挤长的毛刺。毛刺虽有所增长，但易去除，而且冲裁件的翘曲小，断面垂直，只要中间撕裂不是很深，仍可使用。 间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内开一段距离，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，易产生剪裂纹，塑性变形阶段较早结束，致使断面光亮带减小，圆角带增大，所形成的厚而大的拉长毛刺难以去除，制件翘曲严重。 间隙不均匀时，将在制件的整个冲裁轮廓上分布着各种不同情况的断面。由以上分析可见，凸凹模之间的间隙对冲件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。因此，在设计模具时一定要确定一个合理间隙值，以提高冲件的断面质量、尺寸精度、模具寿命和减小冲裁力 。由表 6 提供了落料、冲843孔模初始间隙的经验数据：凸模长度的计算：L=h1+h2+h3+t+hh1:凸模固定板的厚度（mm） h2 ：凸模进入凹模的深度（mm）h3：卸料板的厚度（mm） t：制件材料厚度（mm）h：安全距离，一般取 15 到 20mm取拉深外形凸模固定板厚度为 36mm 取进入凹模的深度为 2.3mm，取卸料板厚度为 12.5mm ，制件材料厚度 0.225mm，取安全系数为 20mm凸模强度的校核s =F/AF:冲压力 A:冲裁面积 F=1.3105NA=(142+15.52+10.62+10.32+9.82+7.52+52 )=2612mm2F=1.3105N=1.3*105/2612=50Mpa选取凸模材料为 C12MoV 查机械设计手册C12MoV 的许用压力 490MPa所以凸模抗压强度满足要求。凹模校核方法同上。经计算，满足要求第 7 章：多工位级进模的结构件及有关装置和特点据分析计算。采用 5 工位撕拉盖级进模设计。模具采用400250245290I GB2851.3_81 HT_200 标准模架，采用弹性卸料和推件装置，采用弹性压边尖角侧刃定距。落料，拉伸等。模正装，拉伸、压筋、切痕模采用倒装。制件采用条料排样，其冲压工序主要有、切痕，压筋，落料，拉伸等。HT-200:在灰口铁中，由于片状石墨的存在使其抗拉强度和塑性大大低于钢材，但片状石墨对抗压强度和硬度影响不大，仍然接近于钢材。而且片状石墨使灰口铁具有良好的消震性，减磨性和切削加工性.HT200 的铸造性好，熔炼设备简单，价格便宜，所以它们是机械制造中应用最多的材料。 HT200 是灰铸铁的牌号,灰铸铁 HT200 表 30 试样的最低抗拉强度 200MPa.第 8 章：主要的工作零件的热处理方法及配合关系落料、拉伸模的材料选用 Cr12MoV，热处理硬度 5862HRC,其余的选用T10A，热处理硬度 5660HRC。落料凸模设计成直通式，与固定板采用过盈0.05mm 的配合，压入装配，落料凸模下表面带尾巴处设有凹槽，防止在落料拉伸时将筋压平。落料凹模与侧刃凹模一体，用销定位，用螺钉固定在下模板上。拉伸凸模设有台阶，拉伸凸模与固定板、固定板与凹模均采用 H7/m6 配合。切痕与压筋凹模一体，压筋凹模、凸模与固定板均采用 H7/s6 配合，压入装配。侧刃凸模与固定板采用 H7/m6 配合，上端铆接固定。压痕凸模与固定板采用F8/h6 配合，以便上下活动，凸模下面有橡胶垫、垫片，橡胶要有 30的压缩量，可以通过调整垫片的方法调节切痕深度。第 9 章：压边及推件装置采用橡胶垫压边，压边圈是带台阶圆环式，与拉伸凸模采用 F8/h6 配合，压边装置的外形尺寸在工作台漏料孔之内，可以通过调节螺母来调节压边力，防止压边力过大将带切痕的料拉裂。采用弹性推件，弹簧力不要太大，推件块与拉伸凹模采用 H9/f8 配合，当压力机滑块回程时，通过弹性推件装置使工件能准确地落在废料孔里。6 结论这次的工位级