灯碗模具设计.doc

JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 模具设计与制造汽车前灯碗设计学 院 名 称： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 09机制3z 姓 名： 冯佳慧 学 号： 09321314 联 系 方 式：指导教师姓名： 李兴成 2012年11月05日摘要 冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。在坯料的平面部分或曲面部分上，利用模具的作用，使之沿封闭或不封闭的曲线边缘形成有一定角度的直壁或凸缘的成型方法称为翻边，是冲压工艺的一种。 关键字：翻边 模具 特殊凹面目 录第一章绪论11目的12 内容和要求13 冲压加工优点2第二章零件的工艺分析31零件图的研究和工艺审查32 翻边工序的设计42.1工序的分析42.2翻边次数的确定42.3精度等级的确定52.4材料的性质分析63确定模具类型64翻边时的力学分析74.1翻边力的计算74.2翻边时压力的计算85翻边凸、凹模的间隙86压力中心的计算97翻边模结构设计注意事项98设备选择9第三章 模具各部位零件的选择和设计121凹模设计123.1.1凹模圆角半径的确定123.1.2凹模的外型尺寸的确定122凸模设计143上模座设计164下模座设计175卸料板的设计186凸模固定板的设计207模柄的设计218导柱导套的选择设计229凹模内零件的设计249.1顶件块249.2弹簧2410置料板的销钉装置2511螺钉以及弹簧等部件26第四章整体效果图27结语 ：28参考文献：29第一章 绪论1、目的冲压工艺与模具课程设计课是学生在修完本门课程后所进行的为培养学生获得实践动手能力而设置的一个重要的实践性、一次综合性实践教学环节。通过本课程设计训练，学生应在专业技术应用能力上达到培养目标的基本要求，在冲压成形工艺与冲压模具设计技术方面得到全面提高，并受到工程师的基本训练。其目的在于：（1）运用所学的理论及生产实际知识，进行冲压模具设计的初步训练，培养学生的综合设计能力。（2）掌握冲压模具设计的方法和步骤。（3）使学生掌握冲压模具设计的基本技能，具有查阅和运用标准资料、手册等有关技术资料的能力。（4）熟练掌握绘图和编写技术文件的能力。2、内容和要求（1）设计内容 1) 读懂冲压件的产品图，了解设计题目要求； 2) 分析该冲压件工艺过程设计的可能方案； 3) 确定该冲压件的工艺过程设计方案； 4) 具体计算和设计该方案中各工序的工艺参数； 5) 设计绘制出其中一道冲压工序所用的模具图（计算机绘图），设计顺序为： a、构思总图（经指导教师检查确定）； b、画出装配图； c、完成模具零件明细表； d、画出模具零件图（具体数量由指导老师确定）； e、编写设计说明书。 （2）设计要求在课程设计之前，准备好必要的设计手册或参考资料，以便在设计过程中逐步去学习查阅资料。确定设计题目后，至少应复习在课程中学过的相关内容。完成本课程设计的具体要求如下： 1) 设计说明书要全面反映设计思想、设计过程和结论性认识。其工艺设计要有文字、计算、公式来源、参数选取的资料名称或代号、图表（草图）说明书用A4纸打印，约15页左右，并装订成册。 2) 设计图样按“机械制图”、“公差与配合”、“冷冲模”等国家标准完成。 3) 模具零件图按生产图样要求完成，零件的有关精度和技术要求要有合理的标注或说明。 4) 总装图一律用号图纸绘制。总装图上只标注三个尺寸，即模具的闭合高度，总长，总宽。一般在总装图图纸的右上角处画出该副模具之功用的工序图。总装图上还应写技术要求。3、冲压加工优点与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下: 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。 第二章 零件的工艺分析1、零件图的研究和工艺审查如下图所示，如下图所示工件为汽车前灯反光碗，每一辆车2件，材料为紫铜，厚0.5mm。 图1这是一个凸起型碗型零件，其尺寸精度、各处的圆角半径均符合拉深工艺要求。该零件形状比较简单，下面进行所有工序的分析和解释2、翻边工序的设计2.1 工序的分析 由上表可见，此碗型零件由4步工序组成，分别为入料，拉伸，冲孔和翻边。在同组同学的讨论和研究下，我们确定了以上的工序步骤，最终由我完成翻边的步骤，当然，之前的预制孔由我的上一位同学完成。2.2 翻边次数的确定一次翻边所能达到的高度：按照相关表取极限翻边系数：根据公式进行计算=mm式子中：D翻边空中线直径 K材料的极限翻边系数 r翻边圆的圆角半径 材料的屈服系数 零件的翻边高度为H=2.5由此可知此零件通过一次翻边即可达到最终的翻边高度。但是内孔翻边必须要一个预制孔，此步骤由同组的同学完成。工艺方案的确定：落料，进行翻边，达到零件形状和尺寸要求。比较简洁，但是很实用，可以量产。单工序模通用性好，适用中小批量生产结构简单，制造周期短，价格低。该零件为中小批量生产，且加工工序简单。复合模，级进模生产成本相对要高，且在加工该工件上不实用。故选择单工序模。2.3 精度等级的确定 各种加工方法的加工精度可以由下表得知：表3.1 各种加工方法的加工精度冲压模的加工精度主要指界面的精度为IT10-IT14，即其精度相当于旧的国际标准。这里我选择了IT112.4 材料的性质分析 材料的性质对材料有非常大的影响，所以在进行模具设计工艺分析以及模拟仿真以前一定要知道材料的一些基本性质。通过查阅相关文献和资料，得到了紫铜，即工业纯铜的一些基本的材料性质，如表3.1所示:表3.1 紫铜力学性能材料名称牌号状态抗剪强度/MPa抗拉强度b/MPa屈服点s/MPa伸长率10/%弹性模量E/103紫铜T1、T2、T3软1571966930106硬2352963127本文设计选择牌号为T2，状态为软的的紫铜。3、确定模具类型 下面是两种翻边模具的装配图图3.2大孔正装翻边摸图3.3 倒装的小孔翻边摸根据加工工件形状和加工要求选择单凸模。同时，由于是小零件以及小孔翻边模，因此我的模具选择倒装式（即凸模在下，凹模在上）的整体模具结构。4、翻边时的力学分析4.1 翻边力的计算翻边在整个翻边过程中很重要，这关系到如何选择合适的压力机 F=1.1（D-d）tb (4.1) D需要达到的翻边孔直径（mm） d已经开好的预制孔直径（mm） t材料厚度（mm） b材料的屈服应力（MPa） 查表可得，紫铜的屈服应力b为220MPa于是可以得到F=1.1(18-14.16) 0.5220=1459.7N4.2 翻边时压力的计算对于有压料的自由弯曲：+F1000N5、翻边凸、凹模的间隙翻边时，凸凹模间隙值根据下式确定: Z=t+kt (4.2)式中 Z弯曲凸凹模单边间隙（如图3）； t材料厚度（mm）； 材料厚度正偏差； K系数，查表3-15（冷冲压模具设计 指导 王芳 主编）。当精度较高时可取c=t，本工件精度要求不高故需计算c值。C=t+kt 鉴于我们的零件虽然特别小（翻边孔的大小仅为20CM），但是翻边后材料的厚度会变小，因此我们取间隙C=0.5mm凸、凹模宽度尺寸和（图3）；=（L+ (4.3) (4.4) 式中 、翻边凸凹模宽度尺寸（mm）； Z翻边凸凹模单边间隙（mm）； L翻边件外形或内形的基本尺寸（mm）； 翻边件的尺寸公差（mm）； 、翻边凸凹模制造公差（mm），采用IT7IT9级。则有：=（L+=（18+X0.2=18.mm =（18.1+0.5X2=19.mm凸凹模深度要适当。若过大或过小，毛坯两边自由部分太多，弯曲件回弹大，不平直；若过大，凹模增大，消耗模具钢材多，且需要压力机有较大的工作行程。6、压力中心的计算由于本副模具的切边位置对称，因此它的压力中心就在中心距的几何中心上。7、翻边模结构设计注意事项1） 毛坯放置在模具上就保证可靠的定位；2） 在压弯过程中，应防止毛坯的滑动；3） 为了减小回弹，在冲程结束时应使工件在模具中得到校正；4） 翻边模的结构应考虑到要制造和维修中减小回弹的可能；5） 毛坯放入到模具上和压弯后从模具中取出工件要方便。8、设备选择实际生产中，常按下列经验公式选择压力机的规格：浅拉深时 F总（0.70.8）F公 （4.5）深拉深时 F总（0.50.6）F公 （4.6）式中：F总拉深工艺总力（KN） F公压力机公称压力（KN）则有 F总=1.459KN0.7F公F公2.084KN表4.4 开式双柱可倾压力机技术规格型号J23-3.15J23-6.3J23-10J23-16FJH23-25JC23-25公称压力31.563100160250350滑块行程253545557580滑块行程次数2001701451208050最大封闭高度120150180220260280封闭高度调节量253535456560滑块中心线至床身距离90110130160190205立柱距离120150180220270300工作台尺寸前后160200240300370380左右250310370450560610工作台孔尺寸前后90110130160200200左右120160200240290290直径110140170210260260垫板尺寸厚度303035405060直径110140170210260150模柄孔尺寸直径253030404050深度405555606070床身最大可倾角电动机功率/KW0.550.751.11.52.23本工件的总拉深力较小，仅有2048N，但要求压力机行程应满足：，同时考虑到压力要使用气垫，所以实际生产中选用有气垫的2048N闭式单点压力机。由表3.2可得，压力机的型号为J23-3.15(最小的)。压力机参数为：公称压力31.5KN，滑块行程25mm，滑块行程次数200次/min，最大封闭高度120mm，封闭高度调节量25mm，滑块中心线至床身距离90mm，立柱距离120mm，工作台尺寸前后160mm、左右250mm，工作台孔尺寸前后90mm、左右120mm、直径110mm，垫板尺寸直径260mm、厚度50mm，模柄孔尺寸直径25mm、深度40mm，床身最大可倾角45，电动机功率0.55KW。第三章 模具各部位零件的选择和设计1、凹模设计在选择凹模时，我选择了GB2863.4-81，并在此基础上进行了必要的修改。因为是置于凸模的上方，因此这个零件的凹模必须把碗型零件的形状置于下方，同时，由于要求，需要上方一个空间来让滑块进行滑动。 凹模在进行拉伸时是一个很重要的环节，因此对于其尺寸需要进行精密的计算：3.1.1 凹模圆角半径的确定凹模圆角半径rd拉深时，平面凸缘材料经过凹模圆角流入凸、凹模间隙。如果凹模圆角半径过小，则材料凸、凹模间隙时的阻力和拉深力太大，将使拉深件表面产生划痕，或使危险断面破裂；如果凹模圆角半径过大，材料在流经凹模圆角时会产生起皱。由于本文零件只需一次拉深，故按照工艺要求凹模圆角半径rd=1.5mm，而无凸模圆角半径。3.1.2 凹模的外型尺寸的确定凹模外形尺寸应保证有足够的强度和刚度。由于凹模的结构型式不一，受力状态又比较复杂，一般根据冲裁件尺寸和板料厚度，按下列经验公式确定外形尺寸（见图3.1（a）。图5.4 凹模外形轮廓尺寸凹模高度 H=Kb （15mm） （3.1）凹模壁厚（刃口到外边缘的距离）C=(1.52.0)H （3040mm） （3.2）式中 b冲裁件最大外形尺寸，mm；K考虑坯料厚度影响的系数，其值可参考表3.1。上述方法适用于确定普通工具钢经过正常热处理，并在平面支撑条件下工作的凹模尺寸。用于大批量生产条件下的凹模，其高度应该在计算结果中增加总的修磨量。表3.1 系数K值b/mm材料厚度t/mm0.51233500.30.350.420.50.6501000.20.220.280.350.421002000.150.180.20.240.32000.10.120.150.180.22本文K值取0.2，b为85mm，则H为17mm，C为34mm。由于需要有弹压顶件装置，需要增大凹模高度H，故选取H为47.5mm。经过反复的敲定，其最终尺寸确定如下： 图3.1(b)上图可以很清晰地看到凹模的剖面，分别由一个与零件凸面重合的球形，而上方有一个空间方便卸料，为了更清晰地体现整个装置的形状，其3D图如下所示：图3.1（c）2、凸模设计 在选择凸模时，我首先在国标中选择了GB2863.1-81，并在此基础上找到了适合我的模具的尺寸参数，由于此处的凸模的作用是进行小型内孔的翻边，由于并且之前步骤已经打好了预制孔，因此我们只需要用普通的凸模形状即可达到需要的翻边尺寸数据。凸模长度一般根据模具结构来确定。采用固定卸料板和导尺的模具结构时（图5.8），其凸模长度用下列公式计算： L=h1+h2+h3+h4+h （5.3）式中 L凸模长度，mm；h1凸模固定板厚度，mm；h2卸料板厚度，mm；h3导料板厚度，mm；h4凸模进入凹模的深度(0.51mm)；h 附加长度，包括凸模的修磨量及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板之间的安全距离等。一般取h1520mm。L=h1+h2+h3+h4+h =24mm+5mm+0+2.7mm+18mm =47.5mm 为了计算方便以及能够更好地从国标确定凸模的各级的半径大小，最终确定凸模的长度为50mm。凸模长度确定后，一般不做强度校核，但对于细长的或冲厚料的凸模，为防止纵向失稳和折断，应进行凸模承压能力和抗弯能力的校核。本文工件长度确定后，因为直径较大，故无需校核。 在确定了最后的凸模的尺寸并校核后，得到凸模的3D和2D图如下图所示：图3.2(a)图3.2(b)3、上模座设计在设计上模座时，秉承简易的原则，我选择了后侧导柱上模座，与下模座相配合，国标为GB/T 2855.5-50，在选择了合适的尺寸后，在PROE中最终的生成图如下：图3.3（a）图3.3（b）4、下模座设计 下模座和上模座是平行运动的，运用导柱以及导套的配合上下运动来进行相对运动，因此上下模座是成套的，因此在选择上模座的同时，我已经确定了下模座，在国标中为GB/T 2855.6-90，在最终确定了尺寸后，我发现翻边模的模座不同于一般的冲压模具的模座，由于零件小而且要将凸模倒置，下模座上必须多一块板，用以让置料板销钉在运行时能进行上下滑动，在最终设计修改后，PROE中的生成图如下： 图3.4（a） 图3.4（b） 5、卸料板的设计卸料板在整个模具中有很重要的地位。首先，卸料板必须有一个凸起的块以配合零件。其次，在整体的运作体系中，卸料板还在弹簧的配合下进行上下活动，因此首先我选择了GB2865.6-90，并在此基础上，增加一个凸块，最终PROE成型图已经CAD如下：图3.5（a）图3.5（b）6、凸模固定板的设计 由于是倒置的凸模，倒置了凸模固定板必须要是牢牢将凸模和下模座精密连接在一起，于是在固定板的选择方面我选择了GB 2859.1-81，主要由凸模和模座的尺寸来确定了固定板的尺寸，而且设置了阶梯孔，以便让螺丝可以更顺利地将其固定在下模座上，最终3D图和CAD图如下：图3.6（a）图3.6（b）7、模柄的设计模柄是中小型级进模模架上一个不可少的零件，通过它使上模部分迅速找正位置，直接与压力机滑块连接固定在一起，以实现冲压的往复运动。根据国标选择通用模柄，型号为GB 2862.6-81，根据上模座的尺寸比例，选择到了合适的尺寸后，生产的3D和2D图如下所示：图7（a）3.7（b）8、导柱导套的选择设计 导柱导套是起一个引导上模座滑动的作用，同时更重要的是一个定位作用，因此导柱和导套就相当于整个模具的经络，通过对整个模具的分析，我首先查阅了导柱的国标，有一下几组选择图3.8（a）A型导柱 图3.8（b）B型导柱以上有3种导柱，以从简的角度来选择，我选择 了一对配套的导柱和导套，国标分别为GB/T2861.1-30和GB/T 2861.1-90。由于这两个是紧密配合的零件，因此我为此特意将其3D模型装配后截图，其效果图如下：图3.8（c）C型导柱图3.8（d） 由于这种配合可以由一个的尺寸确定另一个的尺寸，因此此处就给出导柱的尺寸，导套完全配合导柱的尺寸，其CAD图如下：图3.8（e）9、凹模内零件的设计9.1 顶件块顶件块其实是本模具独有的一个部分，用来引导凸模在凹模内的行程，同时在凹模的冲程结束后也起到一定的卸料作用，因此，此机构在整体的设计中也很重要。下面将展示滑块和凹模的配合3D配合图：图3.9 图中的顶件块在凹模内由凹模下部分的凸模推动先向上滑，而后当上模座回程时，顶件块通过弹簧的弹性作用回到上述位置，从而起到一个卸料作用，将已经完成达到尺寸要求的零件推回置料台上，从而能够更快地开始下一个流程，达到高度自动化的制造效果。9.2 弹簧 弹簧是通过对零件的尺寸需求再根据国标来选择的，通过谨慎的选择后，我最终确定了GB/T 93-84的尺寸，并在此基础上进行了多次的修改，最终达到这样一个令人满意的零件，达到我所期望得到的效果。10 置料板的销钉装置 在整个机构的运作中，置料板是需要上下移动的，为此如何让它可以在平时处于一定的高度，也能够让它在下压运动后通过回程回到原始的状态，成为一个难题，通过与老师的讨论和原理的分析，最终我确定了使用一种销钉装置来达到这样一个运动目的。通过尺寸的确定和PROE的制作，配合图如下所示：图3.10（a）其分解图如下：图3.10（b）11 螺钉以及弹簧等部件螺钉和弹簧分别用于定位以及运作导向，在螺钉和弹簧的选择时，我也是基本上使用了国标的标准件，进行了一定的尺寸选择和小修改调整以适应整体的模具，弹簧使用的是GB/T 93-84，螺钉使用了国标 GB 2867.6-81，下面是螺钉的3D效果图：图3.11图3.12第四章 整体效果图 通过14个零件的配合和装配，我最终确定了模具的整体样式，其整体装配图如下所示：图4.1分解图如下图4.2结 语通过这段时间的努力和老师的指导下最终完成了自己的课程设计。在设计过程中，我多次查阅图书馆的相关资料，经过多次修改和反复计算，最终完成。在此期间，老师给与我很大帮助。此次设计我综合运用所学的专业知识，结合生产实习中所积累的知识和经验，在老师