落料拉深复合模具设计终改

沈阳航空航天大学课程设计 摘要摘要 模具工业是国民经济的重要基础工业之一 模具是工业生产中的基础工艺装备 是一种 高附加值的高精密集型的产品 也是高新技术产业化的重要领域 其技术水平的高低已经成 为衡量一个国家制造业水平的重要标志 而复合模生产效率较高 适合大规模的工业生产 本次设计对典型的复合模中包含的四种冲压工序落料 拉深 冲孔与切边变形特性进行了分 析 并从模具结构的角度对各工序变形影响因素进行了讨论 运用大学期间所学的专业课程 知识 理论和毕业实习中学到的实践知识 正确地解决复合模设计中工艺分析 方案论证等 模具结构设计等问题 充分利用与本复合模设计有关的各种资料 做到科学合理地熟练应用 同时提高自己绘图能力 通过对带法兰圆筒拉深冲孔复合模的设计 巩固对模具理论的掌握 增强动手的能力 培养严谨科学态度 并且也达到理论与实际相结合的目的 关键词 复合模 落料 拉深 冲孔 切边 沈阳航空航天大学课程设计 目录目录 序言 1 1 冲压成形工艺分析 2 1 1 制件介绍 2 1 2 产品结构分析 2 2 零件冲压工艺方案的确定 2 3 确定毛坯的形状 尺寸和主要参数 2 3 1 毛坯尺寸和主要参数的计算 2 4 确定排样裁板方式 4 4 1 排样方式 4 4 2 搭边与料宽 4 5 确定冲模类型及结构形式 5 5 1 确定冲模类型及结构形式 5 6 工序压力 压力中心的计算和压力机的选择 5 6 1 工序压力的计算 5 6 2 计算模具压力中心 7 6 3 压力机的选择 8 7 计算模具主要工作部分的刃口尺寸 8 7 1 刃口尺寸的计算原则 8 7 2 刃口尺寸的计算及公差的确定 9 8 模具的主要工作部分及结构设计 10 8 1 模具主要工作部分的设计 10 8 2 模架的选用 16 8 3 其他零部件的说明 17 9 压力机的校核 17 9 1 闭合高度的校核 17 9 2 滑块行程的校核 17 10 模具的装配和工作 17 10 1 冲裁间隙的调整 17 10 2 模架的装配 17 10 3 模具总装 18 10 4 模具的总装配图 18 设计总结 20 参考文献 21 沈阳航空航天大学课程设计 序言序言 模具是机械制造中技术先进 影响深远的重要工艺装备 它具有生产效率高 材料利用 率高 制件质量优良 工艺适应性好等优点 被广泛应用于汽车 机械 航天 航空 轻工 电子 电器等行业 更是汽车制造的四大工艺之一 模具工业是国民经济的基础工业 受到国家和企业的高度重视 发达国家有 模具工业 是进入富裕社会的源动力 的说法 由此可见其受重视的程度 在当代 模具就是经济效 益 的观念已经被越来越多的人接受 模具的技术水平在很大程度上取决于人才的整体水平 而模具技术水平的高低 又决定着产品的质量 经济效益以及新产品的开发能力 因此模具 技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 冷冲压是在常温条件下 利用冲模在压力机上对板料或坯料施加压力 使其产生塑性 变形或分离 从而获得零件所需的形状 尺寸的一种压力加工方法 利用冲压模具生产能 够保证产品的尺寸精度 使产品质量稳定 而且在加工中不会破坏产品表面 用模具生产 零部件具有生产效率高 质量好 重量轻 成本低以及节约能源和材料等一系列优点 而 模具则是大批量生产同形状产品的工具 是生产各种工业产品的重要工艺装备 冲压技术的发展现状及方向 1 精密冲裁 普通冲裁件有断面粗糙 精度低等缺点 而精密冲裁可以使零件有光洁 的断面和较高的精度 2 快速经济模具技术的推广应用 快速模具制造及快速成型技术是在近两来迅速发展 起来的 并正向着高精度 更快捷的方向发展 3 应用先进工艺 气体 液体 橡胶 超塑性成型等先进工艺 对某些复杂零件的成 型有明显的效果 要深入研究其变形机理 确定合理工艺参数 提高成型效能和实用性 4 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率 5 冲压成形技术将更加科学化 数字化 可控化 6 成形过程的数值模拟技术会在实用化方向取得很大发展 并与自动化制造系统很好 的集成 7 冲压技术在未来将具有更大的灵活性或柔性 以适应未来小批量多品种混流生产模 式和市场多样化 修改化需求的发展趋势 加强企业对市场变化的快速响应能力 沈阳航空航天大学课程设计 1 1 零件冲压工艺分析零件冲压工艺分析 1 11 1 制件介绍制件介绍 材料 LY12M 料厚 1mm 零件图 如图 1 1 所示 图 1 1 1 21 2 产品结构形状分析产品结构形状分析 由图 1 可知 产品为圆片落料 有凸缘筒形件拉深 圆片冲孔 产品结构简单对称 孔 壁与制件直壁之间的距离满足 L R 0 5t 的要求 L 38 12 2 13 R 0 5t 3 0 5 1 3 5 2 2 零件冲压工艺方案的确定零件冲压工艺方案的确定 在本设计中 将设计落料 拉深复合模 冲孔切边复合膜 该零件加工需先落料 然后拉 深 在拉深后的底部进行冲孔 最后切边 现要求设计该零件加工的第一副落料拉深模具 所以只需要考虑落料和拉深工序 工序组合比较简单 设计为落料拉深复合模 3 3 确定毛坯的形状 尺寸和主要参数确定毛坯的形状 尺寸和主要参数 3 13 1 毛坯尺寸和主要参数的计算毛坯尺寸和主要参数的计算 1 1 切边余量的确定 切边余量的确定 70 38 1 8 d df 根据零件尺寸查表得切边余量 R 3 0mm 故实际凸缘直径 70 2 3 0 mm 76mm 式 3 1 t d 圆整为 76mm t d 沈阳航空航天大学课程设计 图 3 1 加入切边余量的零件示意图 2 2 预算毛坯尺寸预算毛坯尺寸 D 式 3 2 56 4 28 6 4828 6 2 3 2 4 2 22 2 1 2 1 ddRRdhdrrdd 依图 图 3 2 毛坯尺寸计算图 可得 d 32mm R r 3mm d 39mm d 46mm d 76mm h 16m 12341 图 3 3 毛坯尺寸计算示意图 代入公式得 沈阳航空航天大学课程设计 D 93 5mm 3 3 判断能否一次拉深成形判断能否一次拉深成形 h d 16 39 0 41 t D 1 93 5 100 1 1 d 76 39 1 95 t d m d D 4 4 查表 4 20 表 4 21 可说明能一次拉深成形 4 4 确定是否用压边圈 确定是否用压边圈 100 1 2 1 5 0 D t 因此拉深时会起皱 需要用压边圈 4 4 确定排样裁板方式确定排样裁板方式 4 14 1 排样方式排样方式 冲压件在配料上的布置方式称为排样 合理的确定产品的排样方式 坯料形式及尺寸 能够提高产品质量 材料利用率 冲压效率和模具寿命 同时便于冲压操作 按照材料的利用情况 排样方式分为三种 1 有废料排样 产品与产品之间 产品与坯料边缘之间均有搭边 2 少废料排样 仅在产品与产品 或产品与坯料边缘 之间有搭边 3 无废料排样 产品与产品之间 产品与坯料边缘之间均无搭边 根据零件图可以选取少废料排样 这种排样利用率高 用于某些精度要求不是很高的裁 件排样 按照产品在坯料上的布置方式分类 排料方式可以分为直排 斜排 多排 对排 混排 等 根据零件图可以选取为直排排样 4 24 2 搭边与料宽搭边与料宽 搭边是指排样时产品与产品之间 产品与坯料之间留下的余料 它可以补偿坯料的定位 误差 保证模具具有足够的强度 使条料具有足够的刚度 以便送料 综合考虑材料的力学性能和厚度 及零件的外形尺寸和排样方式 初步选取搭边值为 a 0 8mm a1 1mm 沈阳航空航天大学课程设计 图 4 1 零件排样图 条料宽度的选取原则 最小条料宽度要能够保证冲裁件周边有足够的搭边值 最大条料 宽度要保证冲裁时在导料板之间顺利送行并与导料板之间有一定的间隙 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距 简称为步距或进距 其大小为条料上两个 对应冲裁件的对应点之间的距离 条料宽度 b D 2a1 94mm 2 1mm 96mm 送料步距 s D a 94mm 0 8mm 94 8mm 5 5 确定冲模类型及结构形式确定冲模类型及结构形式 冲压工艺性分析之后拟定冲压工艺方案时选择复合模 因为零件的几何形状简单对称 工件之间无搭边值 所以复合模结构相对简单 操作方便 能够直接利用压力机的打杆装置 进行推件 卸件可靠方便 模具类型为少废料落料拉深复合模 6 6 工序压力 压力中心的计算和压力机的选择工序压力 压力中心的计算和压力机的选择 6 16 1 工序压力的计算工序压力的计算 已知工件的材料为 LY12M 是硬铝 其力学性能如下 275 304Mpa 392 432Mpa 361Mpa b s 在冲压模具设计时 冲压力是指落料力 卸料力 拉深力 压边力 切边力 冲孔力 推件力和顶件力的总称 它是冲压时选择压力机 进行模具设计时校核强度和刚度的重要依 据 1 1 落料力的计算 落料力的计算 沈阳航空航天大学课程设计 KLt 式 6 1 落 F 1 3Dt 1 3 3 14 94 1 290N 32N 111 3KN 落料力 KN 落 F K 安全系数 一般可取 K 1 3 L 冲裁轮廓周长 mm T 料厚 mm 材料的抗剪强度 Mpa 2 2 卸料力的计算 卸料力的计算 式 6 2 x F x K 落 F 0 05 111 3KN 5 6KN 卸料力 N x F 卸料力系数 查 1 表 3 11 x K F 冲裁力 N 3 3 拉深力的计算 拉深力的计算 式 6 3 拉 F 11 Ktd b 3 14 39 1 410 1 1N 55229 46N 55 2KN 拉深力 N 拉 F 首次拉深修正系数 查 1 表 5 10 1 K 材料抗拉强度 Mpa b 4 4 压边力的计算 压边力的计算 圆筒形件第一次拉深时压边力 沈阳航空航天大学课程设计 p 式 6 4 1y F 4 2 11 2 0 2 d rdD 93 5 39 2 3 1N 4 14 3 22 5275 7158N 5 3KN 首次拉深凹模圆角半径 1d r P 单位压边力 查 1 表 5 9 第一次拉深时的压边力 N 1y F 5 5 推件力的计算 推件力的计算 nF 式 6 5 t F t K 1 0 05 111 3KN 5 6KN 推件力 N t F 推件力系数 查 1 表 3 11 t K F 冲裁力 N 6 6 顶件力的计算 顶件力的计算 F 式 6 6 d F d K 0 05 111 3KN 5 6KN 顶件力 N d F 顶件力系数 d K F 冲裁力 N 6 26 2 计算模具压力中心计算模具压力中心 冲压力合理的作用点称为模具的压力中心 模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心 线 对于有曲柄的冲模来说 虚实压力中心通过曲柄的中心线 以便于冲模平稳工作 减少 导向件的磨损 从而提高模具的寿命 由于该工件的毛坯和各工序工件均为轴对称图形 而且只有一个工位 因此压力机的 沈阳航空航天大学课程设计 中心必定与制件的几何中心重合 所以模具的压力中心就在圆心部位 无需再次计算 6 36 3 压力机的选择压力机的选择 压力机的公称压力必须大于或等于冲压力 计算总冲压力原则上只计算同时发生的力 总 F 拉深力出现在落料力之后 因此最大冲压力出现在冲裁阶段 模具采用弹性卸料装置和上出 料方式 故总冲压力为 总 F 落 F x F d F 111 3 5 6 5 6 KN 122 5KN 对于冲孔 落料等施力行程较小的冲压工序 可以直接选用公称压力大于所需冲压力总和的 压力机 从满足冲压力要求看 可以初选 160KN 规格的压力机 J23 16 其主要技术参数 为 公称压力 160KN 滑块行程 70mm 最大封闭高度 220mm 封闭高度调节量 60mm 工作台尺寸 300mm 450mm 工作台垫板尺寸 150mm 模柄孔尺寸 30mm 50 mm 工作台厚度 60mm 垫板厚度 40mm 最大倾斜角 30 电动机功率 1 1KW 7 7 计算模具主要工作部分的刃口尺寸计算模具主要工作部分的刃口尺寸 7 17 1 刃口尺寸的计算原则刃口尺寸的计算原则 1 1 刃口尺寸应保证能冲出合格工件 刃口尺寸应保证能冲出合格工件 由于落料件的实际尺寸基本与凹模刃口尺寸一致 设计落料模时应以凹模尺寸为基准 因此 落料模应先决定凹模的尺寸 间隙取在凸模上 用减小凸模尺寸来保证合理的间隙 冲孔模的尺寸取决于凸模 因此 冲孔模应先决定凸模尺寸 间隙取在凹模上 用增大凹模 沈阳航空航天大学课程设计 尺寸来保证合理的间隙 2 2 刃口磨损一些仍能冲出合格件刃口磨损一些仍能冲出合格件 考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响 刃口磨损后尺寸变大 设计模具时其刃口的基本尺 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 设计模具时其刃口基本尺寸应 接近或等于冲件的最大极限尺寸 3 3 设计模具时应取最小合理冲裁间隙 设计模具时应取最小合理冲裁间隙 随着凸模与凹模磨损量的不断增大 冲裁间隙也会不断增大 所以模具设计时冲裁间隙 应取其允许的最小值 min Z 4 4 考虑冲件精度与模具精度之间的关系 考虑冲件精度与模具精度之间的关系 选择模具制造公差时 既要保证冲件的精度要求又要保证有合理的间隙值 一般冲模精 度较冲件精度高 2 3 级 采用分别制造法制造凹凸模 7 27 2 刃口尺寸的计算及公差的确定刃口尺寸的计算及公差的确定 1 1 落料刃口尺寸的计算 落料刃口尺寸的计算 式 7 1 d xDDd 0max 93 5 0 5 0 87 mm 93 07 mm 式 7 2 0 min p ZDD dp 93 07 0 06 mm 93 01 mm 分别为落料凹 凸模刃口尺寸 d D p D D 落料件外径的最大极限尺寸 max 冲裁件制造公差 X 磨损系数 其值在 0 5 1 之间 与冲裁件精度等级有关 最小初始双面间隙 min Z 分别为凹 凸模的制造公差 取 0 6 d p d minmax ZZ 0 4 p minmax ZZ 沈阳航空航天大学课程设计 2 2 拉深部分凹凸模尺寸的计算拉深部分凹凸模尺寸的计算 式 7 3 凸 xDmaxD 38 0 5 0 62 mm 38 31mm 式 7 4 凸凹 ZD D 38 31 2 1 1 mm 38 51mm 其中 拉深模的圆角半径 3mm 1d r 1p r 分别为落料凹 凸模尺寸 凹 D 凸 D D 落料件外径的最大极限尺寸 max 拉深件制造公差 Z 凹凸模间隙 Z 2 2 2 t 取 Z 2 1t X 磨损系数 其值在 0 5 1 之间 与冲裁件的精度等级有关 别为拉深凹 凸模的圆角半径 1d r 1p r 8 8 模具的主要工作部分及结构设计模具的主要工作部分及结构设计 8 18 1 模具主要工作部分的设计模具主要工作部分的设计 本设计采用落料拉深复合模 首先要考虑凹凸模的壁厚是否过薄 本次设计凹凸模的最 小壁厚为 2 7mm 满足最小壁厚 a t 1mm 的要求 能够保证强度 所以采用复合模 1 1 落料凹模高度的确定 落料凹模高度的确定 落料凹模高度为 H KS 8mm 式 8 1 0 22 93 01 mm 20 46mm S 垂直于送料方向的凹模刃壁件最大距离 mm K 凹模厚度系数 考虑板料厚度的影响得凹模孔壁至凹模边缘的最小 距离 40mm 2 S 送料方向的凹模长度 L 93 01 2 40 mm 173 01mm 21 2SS 沈阳航空航天大学课程设计 考虑总体布局 选择圆形凹模板 结构图如下 图 8 1 落料凹模 送料方向的凹模刃壁间最大距离 mm 1 S 送料方向的凹模孔壁至凹模边缘的最小距离 mm 2 S 2 2 拉深凸模的设计 拉深凸模的设计 材料选用 T10A 淬火硬度为 58 62HRC 根据凸模直径 选择其上通气孔直径为 6 mm 凸 模长度 40mm 具体结构如下 沈阳航空航天大学课程设计 图 8 2 拉深凸模 4 4 卸料装置的设计 卸料装置的设计 结构简图如下 沈阳航空航天大学课程设计 图 8 3 卸料板 卸料板上设置 6 个卸料螺钉 公称直径为 12 5mm 螺纹部分为 M8 18mm 卸料钉尾部 需要留下足够的行程空间 卸料螺钉拧紧后 应使卸料板超出凸模端面 1mm 有误差时可以 通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调节 5 5 固定板设计 固定板设计 其结构简图如下 沈阳航空航天大学课程设计 图 8 4 凹凸模固定板 6 6 压边圈设计 压边圈设计 为了防止拉深时起皱 需用压边圈 高度选为 12mm 其结构如下图 沈阳航空航天大学课程设计 图 8 5 压边圈 7 7 凹凸模设计 凹凸模设计 材料采用 T10A 工作部分热处理淬硬 60 64HRC 结构图如下 沈阳航空航天大学课程设计 图 8 6 凹凸模 8 28 2 模架的选用模架的选用 模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时上下模座之间的距离 它应与压力机的装模 高度相适应 从生产量 模具结构 产品规格和操作方便等方面考虑 选择滑动导向中间导 柱圆形模架 查 GB T 2851 3 81 所选模架具体参数如下 凹模周界 149mm 0 D 闭合高度 参考 最小 190 mm 闭合高度 参考 最大 225mm 上模座 数量 1 规格 160mm 100mm 40mm 下模座 数量 1 规格 160mm 100mm 50mm 导柱 数量 2 规格 25mm 180mm 导套 数量 2 规格 35mm 90mm 38mm 导柱与导套结构从标准中选取 尺寸由模架中的参数决定 导柱的长度应保证冲模在最低工 沈阳航空航天大学课程设计 作位置时 导柱上端面与上模座顶面的距离不小于 10 15mm 而下模座底面与导柱底面的 距离应为 1 2mm 导柱与导套之间的配合为 H7 h6 导套与上模座之间 导柱与下模座之间 采用过渡配合 H7 m6 导柱与导套材料采用 20 钢 热处理硬度为 渗碳 56 62HRC 上下 模座材料采用 45 钢 热处理硬度为调质 28 32HRC 8 38 3 其他零部件的说明其他零部件的说明 凹凸模紧固螺钉选取 M10 x35mm 选用四个 凸模紧固螺钉选取 M8x30mm 选用四个 导料销选用两个 取 d 6mm 圆柱销选取 10 上下模座各一个 选用四个顶杆 取 10 9 9 压力机的校核压力机的校核 9 19 1 闭合高度的校核闭合高度的校核 所选压力机的最大闭合高度为 220mm 闭合高度调节量为 60mm 垫板高度为 150mm 所以 220mm 60mm 160mm min H 本次模具设计的闭合高度为 H 200mm 5mm 215mm 170mm max H mmH10 min 满足 H 510 min H max H 所选压力机闭合高度满足要求 9 29 2 滑块行程的校核滑块行程的校核 滑块行程应保证能够方便地放入毛坯和取出零件 对于拉深工序 滑块行程应大于零件 高度的 2 倍 零件高度 2 17mm 2 34mm 所选压力机的滑块行程为 70mm 所以滑块行 程满足要求 1010 模具的装配和工作模具的装配和工作 模具的装配就是按照规定的技术要求 将若干个零件结合形成零部件 再将若干个零件 和部件组合成模具的整个工艺过程 装配工作通常可以分为部件装配和总装配 10 110 1 冲裁间隙的调整冲裁间隙的调整 对于冲裁模 即便模具零件的加工精度已经得到保证 但是在装配时 如不能保护冲裁 间隙仍然会影响制件的质量和模具的使用寿命 10 210 2 模架的装配模架的装配 沈阳航空航天大学课程设计 1 1 模柄的装配 模柄的装配 此模具采用的是凸缘模柄中 B 型压入式模柄 模柄与上模座的配合为 H7 h6 将模柄装 上模座 用角尺检查模柄圆柱面和上模座上平面的垂直度 其误差不大于 0 05mm 然后用 螺钉将其固定在上模座上 应该在装模柄前先装入推板 2 2 导柱和导套的装配 导柱和导套的装配 导柱导套与上下模座均采用压入式连接 导套和导柱与模座的配合分别为 H7 h6 和 H7 m6 压入时要注意校正导柱对模座底面的垂直度 装配后的导柱的固定端面与下模座底面 距离要求不小于 1 2mm 3 3 凸模和凹凸模的装配凸模和凹凸模的装配 该模具的凸模与凸模固定板的配合按 H7 m6 凸模装入固定板后 其固定端面应和固定 板的支承面应处于同一平面内 在压力机上调整好凸模与固定板的垂直度 将凸模压入固定 板内 凸模对固定支承面的垂直度经检查合格后将凸模上端铆合 装配前在平面磨床上将凸 模的上端面和固定板一起磨平 并以固定板支承面定位将凸模工作端面磨平 凹凸模与固定 板的配合按 H7 m6 总装前应将凹凸模压入固定板内 压在平面磨床将上下平面磨平 10 310 3 模具总装模具总装 1 把组装上了凸模的固定板放在下模座上 按中心线打正固定板的位置 用平行夹头 夹紧 通过螺钉孔在下模座上钻出锥窝 拆去凸模固定板 在下模座上按锥窝钻螺纹底孔并 攻丝 重新将凸模固定板置于下模座上并找正 用螺钉紧固 钻孔 打入销钉定位 2 配钻卸料螺钉孔时 将卸料板套在已装入固定板的凹凸模上 在固定板与卸料板之 间垫上适当高度的等高垫铁 并用平行夹头将其夹紧 按卸料板上螺孔位置在模座上钻锥窝 然后拆开 按锥窝钻孔 3 在凹凸模固定板的弹簧孔中装入卸料弹簧 将卸料板套入凹凸模 用 1 中同样的 方法配钻垫板和上模座上的螺钉孔 推杆孔 然后依次将垫片和卸料板 凹凸模 凹凸模固 定板的组合部件装入上模座 用紧固螺钉固定 打入销钉定位 4 在落料凹模上装入挡料销 将推件块装入落料凹模 并将推杆装入固定板上的推杆 孔 用紧固螺钉将落料凹模与凸模固定板固定 钻孔 打入销钉定位 10 410 4 模具的调试模具的调试 在将模具装入压力机前 需要按设计图样对模具进行检验 然后在生产条件下来进行试 冲 通过试冲可以发现模具的设计与制造缺陷 找出产生缺陷的原因 对模具进行适当的调 沈阳航空航天大学课程设计 整后再进行试冲 直到模具能够正常工作 冲出合格的制件 则模具的装配过程结束 模具 的工作原理和过程大致如下 本模具在一次工作行程中完成落料 拉深全部工作 当压力滑块下行时 首先在凹凸模 和落料凹模的作用下 从条料上落下 93 5mm 的毛坯料 毛坯料被压在凹凸模和压边圈之 间 然后在凹凸模和拉深凸模作用下进行拉深 压力机滑块下降到底点时 冲模将处于镦死 状态 整形处工件与模具刚性接触 当压力机滑块上行时 在弹性卸料装置的作用下完成卸 料 顶件块 压边圈 在顶杆的作用下将零件从凸模上顶出 最后在打杆的作用下将零件推 出 本次设计的模具为复合模 在压力机的一次行程中 经一次送料定位 在模具的同一部 位同时完成几道工序 其冲裁件的相互位置精度较高 对条料的定位精度低