油封钢圈拉深模具本科毕业设计.doc

摘 要本设计为油封钢圈拉深模具设计，油封钢圈是固定油封并使油封有足够密封空间的一种冲压件。查询阅读阅相关的书籍资料然后再根据零件的尺寸、材料、生产批量等的要求，分析零件的工艺性。最终得出使用集落料拉深冲孔的复合型模具制造该零件，才能最大的提高生产效率和保证产品的质量。设计当中首先分析零件的工艺性后确定排样和裁板，计算压力中心和所需的冲压力后再选择压力机，然后计算凸、凹的零部件和最终的设计选择所需模具刃口尺寸及公差后就对压力机进行校核，选择所需要标准件后绘制模具装配图。在结构设计中，是对落料凹模、卸料板、冲孔凸模、落料拉深凸凹模和拉深冲孔凸凹模进行结构设计。根据设计计算结果再查询相关标准选用冲压机、模架、定位元件、卸料元件与出件元件、紧固件后完成模具设计。关键词：复合模；落料凹模；拉深冲孔凸凹模；模架abstractthe design for the steel ring seal design drawing die, seal rims and to seal seal is fixed there is a sufficient seal stamping space. access to relevant information and then depending on the size of parts, materials, production and other requirements, process analysis part. final results using colony deep drawing punching mold for manufacturing the composite parts, in order to improve production efficiency and the greatest guarantee the quality of the product. designs to determine the first part of the analysis process of nesting and cutting board, calculate the center of pressure and pressure and then select the desired punch presses, then calculate the convex and concave mold edge dimension and tolerances required for the final design selection to zero, parts, and then be checked against the press, drawing mold assembly drawing. which in structural design, mainly blanking die, punch punching, blanking drawing and drawing punch punch punch structural design. according to the standard selection of design calculations and positioning components, unloading and the pieces of equipment, mold, stamping equipment, fasteners, and ultimately complete mold design.key words：composite modulus;blanking die;drawing punching punch;mold目 录中文摘要1英文摘要2引 言51 零件工艺分析61.1设计题目61.2 材料分析61.3 结构分析61.4 精度分析72 冲裁工艺方案的确定83 冲模结构确定93.1 模具的结构形式93.2 模具结构的选择94 工艺设计计算104.1零件毛坯尺寸计算104.1.1确定修边余量104.1.2计算毛坯直径104.2 确定拉深次数104.3 排样设计与裁板方案的确定104.4 计算冲压力与压力中心，初选压力机114.4.1落料工序冲压力114.4.2拉深工序冲压力124.4.3冲孔工序冲压力124.4.4计算总冲压力，压力中心，选择压力机134.5 拉深凹，凸模圆角计算144.6 计算模具刃口尺寸144.6.1落料工序中刃口尺寸计算144.6.2 拉深工序中刃口尺寸计算154.6.3 冲孔工序中刃口尺寸计算154.7 计算模具结构尺寸164.7.1落料凹模结构尺寸164.7.2落料拉深凸凹模174.7.3拉深冲孔凸凹模184.7.4凸模194.8 凸模强度校核204.8.1承压能力校核204.8.2失稳弯曲应力校验205模架及其它零件的选用215.1 模架选用215.1.1模架形式215.1.2 模架尺寸确定215.2 模柄的选用225.3 卸料装置225.3.1弹性体选择225.3.2 卸料螺钉选用235.4 推件、顶件装置245.4.1顶杆、推杆、推板选用245.4.2顶件器弹性元件选择245.5 定位装置255.6 紧固件的选用256 模具工作零件的选材267 总 结27参考文献28引 言本设计题目是油封钢圈拉深模具设计，首先油封是与我们生产生活是息息相关它又是用来封油的机械元件，但凡运转体箱体内有液体状态的润滑油而又与外部相连接的部位都需要油封。而油封也需要油封钢圈的固定，所以来说油封钢圈的需求很大，对产品的质量要求比较高，因此对模具设计及制造的要求也就愈来愈高。油封钢圈是冲压所得，而冲压模具亦是冲压生产的必要的装备。而冲模具设计和制造又直接影响质量、生产效率和成本等。在衡量国家生产制造水平的一个重要标志。在实际生产中模具设计是非常重要的，设计过程的严谨在一定程度上影响着产品的质量、经济效益。使用模具生产的产品，它的经济价值总是模具价值的很多倍。所以说模具设计前景十分的广阔。模具技术是一个综合技术强的精密工艺装备技术，他它所涉及前沿设计、前沿工艺和材料设备的开发应用。它的综合性很强，用模具生产产品的特点有效率高、消耗低、高一致性、高精度和高复杂程度等。这是其他加工制造方法不能达到的。这种加工方法大大的提高了生产产品的效率。对任何一个国家来说，制造产业是衡量其国力程度和体现技术水平的高低。然而其中模具行业的发展成长则是制造产业的关键基础。国家对于这种情况，出台了相应的政策法规，努力的发展模具生产制造产业。步入二十一世纪，我们国家在经济全球化这个趋势下，技术能力、金钱和劳动力的重新组合，我们国家将会成为世界工艺装备的制造源头。在现代制造业中，不管是哪一行业的工程装备，将会愈来愈多使用由模具工业所制造的产品。模具行业为了满足用户对模具制造的成本、可靠性、精度、交货期等要求，为了满足这些要求模具工业正使用现代先进制造技术，来使模具工业快速进步，以满足各行业对模具装备需求。由此可见，模具行业前景广阔，产生的经济价值将十分巨大。1 零件工艺分析1.1设计题目工件零件图：如图1-1所示生产批量：大批量材料：08钢材料厚度：1.8mm图1-1 1.2 材料分析08钢为碳素结构钢，查冷冲模课程设计与毕业设计指导表8.1可知抗剪强度为255353mpa，取305mpa。抗拉强度为324441mpa，取385mpa。伸长率为32%，该材料具有良好的塑性，冲裁加工性好，适合冲裁拉深。1.3 结构分析该零件结构为简单的圆形拉深件底部冲孔，零件底孔由自由凸模冲得，查冷冲模课程设计与毕业设计指导表2.2可得该零件冲孔最小尺寸为1.3t，又因为该工件最小孔径为91.3t=1.31.8=2.34。在拉深工序所要求最小圆角半径为r(23)t，计算可得该零件最小圆角半径为r=4mm(23)t则满足拉深工序最小圆角半径。由于零件底部9孔内壁到拉深外壁的距离为s=25/2-9/2-1.8-4=2.2mm，接近拉深圆角处。所以零件要先拉深工序再冲孔。如果不按这种顺序，先冲9孔，后拉深，那么尺寸零件会变形。1.4 精度分析零件外形尺寸25、圆角尺寸r4、底孔9均未注公差，属于自由尺寸那么按it14级确定工件尺寸的公差，21.4精度等级为it11it12， 8.5精度等级为it12it13，为了达到零件图样要求使用普通冲裁方式就可达到。2 冲裁工艺方案的确定制得该冲压件需要三道工序：落料、拉深、冲孔。可采用下面几种工艺方案:方案一：先落料，再拉深，后冲孔。使用三套单工序模生产。方案二：落料拉深和冲孔复合，使用一套复合模生产。方案三：先落料，拉深和冲孔复合冲压，使用一套单工序模和复合模生产。方案一及方案三，用单工序冲裁模冲裁，制造难度虽然低但是冲压所得制件精度一般效率又低，要求也不严格，工件尺寸的积累误差大，不选择这种方案。相比方案一、三，方案二只需要一副模具，生产率高冲压件的形状和位置精度和尺寸精度容易保证。虽然方案二模具结构比较方案一复杂，但是由于零件为简单的圆形拉深件。所以说模具制造并不是很困难。综上所述，分析比较后选择方案二 落料拉深冲孔复合模。3 冲模结构确定3.1 模具的结构形式查中国模具工程大典可知复合模结构可分为正装式和倒装式。（1）正装式特点：对于薄板形状冲件能达到平整要求，但是它操作不便，产生的孔废料由打棒打出，可减少孔内因为废料在凸凹模孔内聚集所产生的胀力，有利于凹凸模减少最小壁厚，装凹模的面积比较大有利于复杂件的拼块结构。（2）倒装式特点：虽说不能达到制件平整要求，但是它操作方便，可以装自动拨料装置既能提高生产效率又能保证安全生产。这减轻了工人的劳动强度。产生孔的废料由凹凸模的孔向下漏出。凹凸模内有废料在聚集，凹凸模要求有较大的壁厚以增加强度。如凹凸模尺寸较大，那么可直接将凹凸模固定在底座上从而省去固定板。3.2 模具结构的选择 经过分析，冲内孔废料由冲头直接顶出，由漏料孔漏出废料，综上分析及模具特点选择正装式复合模。 4 工艺设计计算4.1零件毛坯尺寸计算4.1.1确定修边余量该件h=8.5-0.9=7.6mm，h/d=7.6/(21.4+1.8)=0.328查简明冲模设计手册表7-1没有对应的h，所以拉伸件的高度为h=8.5-0.9=7.6mm，d=21.4+1.8=23.2mm。4.1.2计算毛坯直径查简明冲模设计手册p117公式得式中：d毛坯直径（mm）； d工件直径（mm）； r工件圆角半径（mm）； h工件高度（mm）；4.2 确定拉深次数按毛坯相对厚度t/d100=(1.8/32.2)=5.59查简明冲模设计手册表7-2得=0.5，=0.7，=0.75，=0.78，所以一次拉深可成形查简明冲模设计手册表7-9 t/d100=5.592，所以不采用压边圈。4.3 排样设计与裁板方案的确定（1）因为毛坯为简单的圆形件且尺寸较小只有32.2mm考虑到操作方便比较适合采用单排。料厚t=1.8mm，查冷冲课程设计与毕业设计表8-4选用轧制钢板规格为1.8x600x200（2）排样设计如图4-1所示：图4-1查简明冲模设计手册表4-13 可知确定两工件纵向搭边=1.5mm，横向搭边=1.2mm ，步距s=d+a=32.2+1.2=33.4mm，条料宽度b=(d+2a)=32.2+3=35.2mm故一个步距内材料利用率1为：由于直板材料选取1.8x600x200,故每块板材料可裁剪n=17x59=1003个工件，所以钢板的材料利用率为：4.4 计算冲压力与压力中心，初选压力机4.4.1落料工序冲压力式中：f冲裁力，kn；l冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗剪强度，取305mpa；卸料力，kn；顶件力，kn；，卸料力，顶件力系数，查冷冲模课程设计与毕业设计指导表2.17 得，落料工序所需力之和；4.4.2拉深工序冲压力由于该零件可一次拉深成形所以拉深力为：式中：为首次拉深工件直径，为修正系数，为材料抗拉强度，取385mpa查冷冲模课程设计与毕业设计指导p94表4.20得所以4.4.3冲孔工序冲压力式中：冲孔工序所需力之和；4.4.4计算总冲压力，压力中心，选择压力机查冷冲模课程设计与毕业设计指导p182表8.10选型号为j23-25开式双柱可倾压力机规格参数如表4-1：表4-1型号j23-25公称压力/kn250滑块行程/mm65滑块形成次数/(次/min)55最大封闭高度/mm270封闭高度调节量/mm55滑块中心线至床身距离/mm200立柱距离/mm270工作台尺寸/mm前后370左右560工作台孔尺寸/mm前后200左右290直径120垫板尺寸/mm厚度50直径模柄孔尺寸/mm直径40深度60滑块底面尺寸/mm前后左右床身最大可倾角30压力中心计算：如图4-2所示图4-2因为工件为简单圆形，所以压力中心即为圆心（16.1，16.1）4.5 拉深凹模，拉深凸模圆角计算查冲压工艺模具学p59式3.33凹模圆角半径：，由于是一次拉深成形所以凸模圆角半径4.6 计算模具刃口尺寸4.6.1落料工序中刃口尺寸计算查冲压工艺模具学表1-2使用插值法得：, 凹模凸模制造偏差： ，由此可得： t时：=式中：凸模刃口接触应力，mpa； 制件材料抗剪强度，取305mpa； 凸模材料许用压应力，mpa；冲孔凸模材料t10a，查冲压工艺模具学表12-9得=9811569mpa由此可知，承压能力满足要求。4.8.2失稳弯曲应力校验由冲压工艺模具学p233式12-9由前知道l=63mm，所以不会发生失稳弯曲，刚度足够。5模架及其它零件的选用及绘制模具装配图5.1 模架选用5.1.1模架形式查中国模具工程大典可知冲模模架由上模座、下模座导向装置所组成。根据上模座、下模座材料可分为铸铁模架与钢板模架两种。摩擦性质根据模架可分为滑动与滚动导向模架两大类导柱与导套间。每类模架中又可由导柱的安装位置及导柱数分为多种。模架形式有对角导柱模架其功能及用途是在凹模面积的对角中心线上，装有前、后导柱，其有效区在毛坯进给方向的导套间。受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用于纵向或横向送料，使用面宽常用于级进模或复合模。其凹模周界范围为63mm50mm500mm500mm。后侧导柱模架，其功能及用途是其两导套导柱，装在上模座下模座后侧，导套前的有效区域。可用于冲压较宽条料，可横或纵向向送料送料操作方便。主要适用于一般精度要求的冲模，不适合大型模具，因为有弯曲力矩，上模座在导柱上运动不平稳。其凹模周界范围为63mm50mm400mm250mm。中间导柱模架，其功能及用途是凹模周界是导套间的有效区域，常用于弯曲模或复合模仅适用于横向送料。具有导向精度高运动平稳、上模座在导柱上，的特点。其凹模周界范围为63mm50mm500mm500mm。综上，经分析制件精度不是很高，故选择后侧导柱模架。5.1.2 模架尺寸确定模具设计过程中，通常根据标准选用模架或模座，只有在不能使用标准的情况下才进行模板设计。查冲压工艺模具学p239可知设计时，圆形模座的外径应该要比圆形凹模直径大5070mm，这样以便安装模具工作零件和固定。同理矩形模座的长度应该比凹模长度要大4070mm，而宽度可取与凹模宽度相同或稍大些。由上可知此次设计中落料凹模采用圆形结构其工作部分尺寸为31.89，外形尺寸为90mm。模具的闭合高度h应该介于压力机的最大封闭高度（mm）及最小封闭高度（mm）之间，一般取-5-h+10-由上表4-1可知j23-25最大封闭高度=270，=215mm，垫板厚度为50mm。所以h范围为215mmh175mm。查冲压工艺模具学表12-12，选用的模架为、上模座、下模座分别为：模架：160160（160200） gb/t 2851.31990下模座：16016040 gb/t 2855.5上模座：16016045 gb/t 2855.5导柱：28150 gb/t 2861.6导套：2811038 gb/t 2861.6由此可知此模架的其最大装模高度为200mm，最小装模高度为240mm，符合h的要求。下模座周界尺寸为160160。落料凹模周界尺寸为90mm，小于周界尺寸。所以落料凹模的周界尺寸符合要求。又由表4-1知工作台孔直径为120mm，下模座外形尺寸为16016040比工作台孔尺寸大，所以符合要求。根据模具结构，可知实际闭合高度为：=垫板厚度+上模座厚+拉深冲孔凹凸模长+凹模固定板厚+落料拉深凸凹模长-落料拉深凸凹模进入落料凹模深度+下模座厚=40+5+28+44-10+40+45=192mm 介于160mm和200mm之间，符合设计要求。5.2 模柄的选用 根据压力机模柄孔尺寸：40mm,深度60mm，查冷冲课程设计与毕业设计指导表8.26选择凸缘模柄结构如图5-1所示：图5-15.3 卸料装置5.3.1弹性体选择卸料装置采用弹性卸料，弹性元件为弹簧，弹簧装在卸料板上尺寸计算如下：由上面计算的模具卸料力=2.89kn，根据结构分析得采用四个弹簧，所以每个弹簧上的卸料力则为f=/4=723n，根据所需预紧力723n查冷冲模课程设计与毕业设计指导p223表8.47选取直径为20mm，簧丝直径为4mm，自由长度为70mm，工作极限负荷下的变形量为15.2mm，根据模具装配图可知弹簧最大工作负荷时长度为64mm，所选择的弹簧满足设计要求。弹性卸料板结构如图5-2所示：图5-25.3.2 卸料螺钉选用查中国模具工程大典p1145表5.2-63选取圆柱头卸料螺钉，根据卸料板尺寸选择4个卸料螺钉规格为，（jb/t7650.5-1994）.如图5-3所示图5-35.4 推件、顶件装置当落料凹模装在上模时，将制件或者废料由上而下地推出的部件称之为推件器；同理，如果落料凹模安装在下模，制件或废料是向上顶出，相应的部件称之为顶件器。推（顶）件器中的推（顶）件块在自由状态下应高出凹模面0.20.5mm。推件，顶件装置使用推杆传递推力，使工件推出。本设计推件顶件装置都有。5.4.1顶杆、推杆、推板选用查中国模具工程大典p1143表5.2-61选取顶杆直径为d=12mm，长度l=100mm，极限偏差为。 (jb/t7650.31994) 查中国模具工程大典表5.2-59 选取a型带肩推杆d=6mm,长度l=80mm，=8。（jb/t 7650.-1994）查中国模具工程大典p1144表5.2-62，选取a型顶板d=32mm，h=4mm。(jb/t7650.4-1994)5.4.2顶件器弹性元件选择由于橡胶弹性模量小，可以得到较大的变形，安装拆卸方便，不需要润滑，便于维修保养，因此选用橡胶作为弹性元件。顶件橡胶择原则：为了保证工件顺利从模具内顶出，应该使橡胶工作时弹力大于或等于顶件力f=aq=4.33kn所以a=式中：f橡胶工作时的弹力；a橡胶的横截面积；q与橡胶压缩量有关的单位压力，一般预压时压缩量为10%15%，q=2mpa；查中国模具工程大典p583表3.1-42得聚氨酯橡胶形式为圆形，取d=12mmd=，取d=60mm；查冷冲模课程设计与模具设计指导p227表8.51，查的d=60mm，h=32mm，=78mm组装时预压缩量h预=（10%15%）h=3.24.8mm，取4mm；由此可知：安装橡皮高度为28mm由上式所得的高度4mm，橡胶板的相对高度应该满足下式：0.5h/d1.5如果h/d超过1.5,应把橡皮分成若干段,并在橡皮之间垫上钢圈，校核后得h/d=0.53，在0.5到1.5范围之内，不需要分段垫钢圈。5.5 定位装置冲模的定位零件用来保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置，选择定位方式及定位零件时应根据坯料形式、模具结构、冲件精度和生产率的要求等。查中国模具工程大典表5.2-58 知固定挡料销（jb/t7649.10-1994），参数如下：大头端直径：d=6mm，极限偏差为；销部直径：=3mm，极限偏差为；头部高度：h=3mm；总长度：l=8mm；导料销的尺寸参数与固定挡料销相同；5.6 紧固件的选用 上模螺钉：螺钉作用是连接紧固作用，查简明冲模设计手册附录表b-17选择4根m6内六角螺钉，长度l=55mm，材料为35钢。下模螺钉：查简明冲模设计手册附录表b-18，选择4根m665六角螺栓，材料为q235。5.7 绘制模具装配图装配图如5-4所示6 模具工作零件的选材冲模所用材料种类有很多，其中包括金属材料与非金属材料。但是，模具零件主要使用的是各种黑色金属（铁金属）材料。其中，模具的工作零件该怎么样选择工具钢最为重要。其中由于模具中工作部件的用途不尽相同，因此对材料的要求和选用原则也不同。因此，合理选用模具材料是一项十分重要的工作。显而易见模具工作零件所用材料的性能要比其他零件所用材料要好。一般来说，对于形状简单、尺寸不大的冲压件模具工作零件，多使用碳素工具钢制造；但是对于形状复杂、模具寿命高冲压件精度高的工作零件，那么使用高速工具钢或者合金工具钢。对于冲压件精度或模具寿命要求较高的模具工作零件，常用硬质合金或结硬质合金；对于大型模具，常用铸铁或者合金铸铁且有的必须还在刃口部位强化。工程生产中习惯上所谓的冷冲模具钢是针对模具工作零件而言的。模具工作零件的材料选用是往往是最为重要和严格的并且还包括对其热处理工艺的要求必须合理。综上所述：查中国模具工程大典p89表1.4-5选用：冲孔凸模所用材料为t10a，时效调质处理后硬度2832hrc落料凹模所用材料为t10a，时效调质处理后硬度2832hrc落