帽盖冲压工艺分析及模具设计

帽盖冲压工艺分析及模具设计摘要：本论文课题为帽盖冲压工艺分析及模具设计。首先对加工零件进行了加工工艺和结构工艺的分析。通过计算毛坯尺寸和拉深系数提出了五种方案，最后确定采用落料、正拉深复合模和一个反拉深单工序模。对模具的排样做出了合理的布置，使材料利用率达到较高的水平。计算了冲压过程中所需要的各种冲压工艺力，包括落料力、卸料力、压边力、拉深力、顶料力等，并对压力机进行了合理的吨位初选。复合模在结构上采用了正装的形式，计算出了落料、正反拉深工作部分的尺寸。对模具的闭合高度进行了合理的确定，还设计出模具的主要零件落凹模凸凹模、拉深凸模、凸模固定板等。关键词：帽盖，复合模，反拉深CapdiestampingprocessanalysisanddesignAbstract：Thetopicofthispaperiscapdiestampingprocessanalysisanddesign.Firstlytheprocessingpartsprocessingtechnologyandstructureanalysisoftheprocess.Throughthecalculationblankdimensionsanddrawingcoefficientputsforwardfivekindsofsolutions,thefinaldeterminationbyblanking,positivedrawingcompounddieandreversedrawingdie.Todielayoutmadereasonabledecorate,makematerialutilizationreachedahighlevel.Tocalculatethestampingprocessneedallkindsofstampingtechnologyforce,includingblankingforce,dischargepower,blank-holderforce,drawingforce,lifterforce,etc.,andtopressthereasonabletonnageprimaries.Compositedieonthestructureadoptedtheformofdress,calculatedtheblanking,aredrawingandreversedeepworkingportionsize.Todieheightonthedeterminationofreasonable,butalsotodesignthedieofthemainpartsblankingdie,dieandpunch,reversedeeppunch,reversedeepconcavedie,diefixedplateetc.Keywords:cap,compounddie,reversedrawing目录1前言.12任务来源及设计目的意义.22.1设计任务来源.22.2设计目的及意义.23冲压工件的工艺分析.43.1冲压及冲裁件的工艺性的概念.43.2零件工艺性分析.43.2.1材料.43.2.2工件结构.43.2.3尺寸精度.44冲压工艺方案的确定.64.1确定工艺方案的主要原则.64.2工艺方案的确定.64.2.1选定修边余量，预算毛坯直径.64.2.2工艺方案的确定.95主要工艺参数计算.105.1排样设计与计算.105.1.1选择排样方法.105.1.2确定搭边值.105.1.3计算送料步距及条料宽度.115.1.4计算材料利用率.115.1.5画出排样图.135.2计算工序压力.135.2.1落料力的计算.135.2.3拉深力的计算.145.2.4推件力计算.155.3计算凹凸模工作部分尺寸确定其制造公差.15I5.3.1冲裁凸、凹模刃口计算原则：.155.3.2冲裁凸、凹模刃口尺寸计算.165.3.3拉深凸、凹模工作零部件的设计.166模具结构形式及冲压设备的选择.196.1模具结构形式的选择.196.1.1模架及导向方式.196.1.2毛坯定位方式的选择.196.1.3卸料，出件方式的选择.206.1.4主要零部件的定位方式与固定方式.206.2冲压设备的选择.207选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸.247.1落料、球形拉深、浅锥拉深复合模工作零部件设计.247.1.1凸模.247.1.2凹模.247.1.3凸凹模.257.1.4定位零件的设计.267.1.5卸料部件的设计.267.1.6模架及其他零部件设计.267.2反拉深模主要零部件设计.317.2.1工作部分结构尺寸的设计.317.2.2定位零件的设计.317.2.3模架及其他零部件的设计.318模具总装配图.348.1落料、球形拉深、浅锥拉深复合模.348.2反拉深模总装配图.35结论.36参考文献.37致谢.3801前言本设计课题名为帽盖冲压工艺分析及模具设计，根据从事冲压模具设计与制造的工程技术综合性应用型人才的实际要求，是符合大学本科模具设计专业的毕业生毕业设计需要所编写的，将冷冲模设计、冲压工艺与模具设计及模具制造工艺等三门关联课程的内容有机的融合，介绍了冲压成形工艺及模具设计与计算方法，同时在模具设计内容中融汇了冲压模具的不同加工方法、加工工艺及装配工艺，对初学冲压模具模设计者有一定的参考价值。本设计共分七章，分别对设计题目的来源、设计意义、目的，零件工艺性分析，工艺方案的确定、模具结构形式及冲压设备的选择，主要工艺参数计算，选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸，模具的总体装配等几方面进行了阐述。由于学者自身水平有限，希望各位指导老师能指出错误。12任务来源及设计目的意义2.1设计任务来源图1.1工件图零件名称：帽盖材料：料厚1mm的冷轧钢Q215钢板生产批量：小批量生产2.2设计目的及意义冷冲压模具设计是为模具设计制造专业学生在学完基础理论课，技术基础课和专业课后，所设置的一个重要的实践行教育环节。用模具生产的之间具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。本设计题目为帽盖冲压工艺及模具设计，但对做毕业审计的毕业生有一定的设计目的及意义。其目的有以下几点：1.综合运用本专业所学的课程的理论和生产实际知识，全面系统巩固课堂教学的基本知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练。提高综合能力的培训及扩大模具领域的新知识。从而培养和提高学生的独立工作能力。2.巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方和步骤。23.掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。本课题的意义是：通过对该零件模具的设计，进一步加强冷冲压设计的基础，为设计更复杂模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。33冲压工件的工艺分析3.1冲压及冲裁件的工艺性的概念冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件的一种压力加工方法。在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件(或半成品）的一种特殊工艺装备，称谓冲压模具（俗称冲模）。冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工终的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高，成本低的条件下得到质量合格的冲裁件。影响冲裁件工艺的因素有很多，如冲裁件的形状特点、尺寸大小、标注方法、精度要求和材料性能等。良好的冲裁工艺性应保证消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命长，产品质量稳定、操作简单等。3.2零件工艺性分析3.2.1材料Q215钢是一种优质碳素结构钢，具有高的塑性、韧性和焊接能力，良好的压力加工性能，但强度低。3.2.2工件结构冲裁件的形状应该尽量简单，对称，最好是由圆弧和直线组成。应该避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽，其最小宽度要大于料厚t的两倍，即b2t。由工件图看，该工件有落料、拉深和反拉深三个工序，形状较为简单，结构对称。其中间凸台部分为反拉深部分，属于中等深度锥形件，故不能直接拉深而成形。应首先拉深成半球形筒件，第二次采用反拉深可防止起皱。3.2.3尺寸精度4为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽量采用经济精度。所谓经济精度是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上最合理的精度。冲裁件的精度一般满足其经济精度要求。该工件图上部分尺寸未标注公差，其属于自由尺寸，精度要求不高，按IT14级确定。因此，一般冲压均满足尺寸精度要求。54冲压工艺方案的确定4.1确定工艺方案的主要原则确定工艺方案的主要原则概括起来主要有一下三点：（1）保证冲裁件质量（2）经济性原则（3）安全性原则4.2工艺方案的确定由工件图可知，二个拉深部位在拉深过程中能否一次成形，保证工件平整而且无裂纹是该工件的关键。下面判断改工件是否可一次拉成。由工件图可知，该工件为有凸缘的圆筒形件，要求内形尺寸，没有厚度不变要求。此工件的形状满足拉深工艺要求，可用拉深工序加工。4.2.1选定修边余量，预算毛坯直径拉深件坯料形状和尺寸是以冲裁形状和尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则确定。体积不变原则，即对于不变薄拉深，假设变性前后料厚不变，拉深前与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸；相似原则，即利用拉深前后坯料的形状与冲件断面形状相似，得到坯料形状。当冲件的断面是圆形、正方形、长方形或椭圆形时，其坯料的形状与冲件的断面形状相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。对于形状复杂的拉深件，利用形状相似原则只能初步确定坯料的形状，必须通过多次试压，反复修改，才能最终确定出坯料形状，因此，拉深件的坯料的设计一般是先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后在设计冲裁模。6图3.1锥形件板料厚度t=1mm，d=79mm,d=64mm。故=1.2343。由表4-5有2112d6479凸缘圆筒件拉深件的修边余量查得：=1.23432t超过加强筋的要求，故不属于成形属于中等深度锥形件，此部分不能直接拉深而成形。应首先拉深成半球形筒件，第二次采用反拉深可防止起皱。7图3.2凸台部位拉深效果图图中各线段长度和表面积可利用简单几何图形计算出来：ab线段：线段长l=12mm,表面积F=452.389mm112bc线段：线段长l=2.62mm,表面积F=77.241mm22cd线段：线段长l=2.11mm,表面积F=197.817mm332dc线段线段长l=2.62mm,表面积F=172.817mm4R=15.26mm凸台部分拉深变形程度为：=2(l+l+l+l)-2r/2r100%实1234=2（12+2.62+2.11+2.62）-215.26/（215.26）100%=19.27%查表得Q215钢的伸长率为=28%，=19.27%1.5，满足要求DH01328D0317.2反拉深模主要零部件设计7.2.1工作部分结构尺寸的设计（1）拉深凹模的设计拉深凹模的长度H=50mm凹圆角半径，查表得r=2.5mm凹（2）拉深凸模的设计拉深凸模的长度H=60mm凸圆角半径r=(0.61)r,取r=2.5mm凸凹凸7.2.2定位零件的设计由于通过第一套模具的初步加工，该坯料被拉深为前锥形部位已经达到工件要求尺寸，故可利用此锥面对坯料进行定位。7.2.3模架及其他零部件的设计（1）模架根据主要工作部分尺寸和结构的尺寸，参照有关资料，可选取I级精度的后侧导柱模架。以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格，即：上模座尺寸：240mm240mm45mm，GB28555-81下模座尺寸：240mm240mm55mm，GB28556-81导柱尺寸：35mm180mm，20钢导套尺寸：35mm115mm43mm，20钢因为钢质模座强度较高，加工工艺好，故采用钢质模座代替普通的铸铁模座。导柱、导套渗碳深度为0.81.2mm，硬度为5862HRC。；拉深凸模和拉深凹模材料均采用Cr12MoV，热处理硬度为6064HRC。模具的闭合高度：H=H+H+H+H+H-h+t闭上模凹下模凹固式中H一模具闭合高度闭H一上模座高度，H=45mm上模上模H一凹模高度，H=50mm凹凹32H一落料凹模高度,H=60mm凸凸H一下模座高度,H=55mm下模下模H一凹模固定板，H=20mm固固h一拉深凸模进入凹模的深度，h=5mmt一料厚，t=1mmH=H+H+H+H+H-h+t闭上模凹下模凸固=45mm+50mm+45mm+60mm+20mm-5mm+1mm=206mm可见该模具闭合高度小于所选择压力机JH23-16的最大装模高度(220mm)，可以使用。（2）模柄选型凸缘模柄，与模柄安装孔用H7/n6配合。其尺寸为：4085GB28623-81，材料为A3钢。（3）固定板本副模具需选用一个固定板对顶件装置进行限位，取固定板外形尺寸（长宽厚度）为200mm200mm15mm，采用Q235钢制作。本副模具对拉深凸模的固定和定位需使用凸模固定板，取固定板外形尺寸（长宽厚度）为200mm200mm15mm，采用Q235钢制作。同时对拉深凹模的固定和定位也需使用固定板，取固定板外形尺寸（长宽厚度）为200mm200mm20mm，采用Q235钢制作。（4）弹顶装置中弹性元件的设计确定橡胶垫的自由高度0H工）（H45.30在自由状态时，H=12mm工故H=48mm。0橡胶的预压缩量：H=45%=2045%=9mm预0橡胶垫的外径D=PFd顶27.1式中D一橡胶垫的外径33d一圆筒形橡胶的内径，d取13mmF一顶件力，F=5125.38N顶顶P一橡胶垫单位压力，P=2.1MPaD=58mmd顶852校核橡胶垫自由高度H0=0.83，可见0.51.5，满足要求。DH0584D0（5）推顶装置中弹性元件的设计确定橡胶垫的自由高度0工）（45.30在自由状态时，H=5mm工故H=20mm。0橡胶的预压缩量：H=45%=2045%=9mm预0橡胶垫的外径D=，推件装置使用2个橡胶PFd推27.1式中D一橡胶垫的外径d一圆筒形橡胶的内径，d取13mmF一推件力，F=4164.37N推推P一橡胶垫单位压力，P=2.1MPaD=37mmd顶0832校核橡胶垫自由高度H0=0.54，可见0.51.5，满足要求。DH037D8模具总装配图8.1落料、球形拉深、浅锥拉深复合模34模具的工作过程：将条料放入带侧压装置的导料板内，冲首件时以目测定位，待冲第二个工件时，则用固定挡料销5定位。当压力机滑块带着上模下行时，凸凹模首先接触条料并和压边圈3紧压板料同时开始冲裁，冲裁完成后继续下行将坯料拉深。拉深结束后压力机滑块带动上模上行，橡胶顶件装置1推动顶杆2上行通过压边圈3将工件顶起后人工取出工件。若工件卡在凸凹模7中，上模上行是可通过打杆和推件块8将工件从凸凹模7中推出。7.1落料、球形拉深、浅锥拉深复合模总装配图8.2反拉深模总装配图模具的工作过程：将坯料放在顶件块4上，通过第一套模具形成的锥面对35其进行定位，压力机滑块带着上模下行时，上模推件装置5首先与下模顶件块4将坯料压紧，上模继续下行将中间凸台部位拉深成形。拉深完成后压力机滑块带动上模上行，同时下模橡胶顶件装置1带动托杆2和顶件块4上行将工件顶出，若工件卡在拉深凸模3上，在上模上行时上模推件装置在橡胶的作用下推板5相对拉深凸模7向下运动将工件推出。7.2反拉深模总装配图结论36本文设计了一套包含落料、浅锥形拉深、球形拉深三个工序的复合模，和一套反拉深模。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用此第五种方案，通过冲裁力、拉深力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出设计的模具类型后，将模具的各工作零部件设计过程表达出来。文章首先对零件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。然后，进行材料利用率的计算，冲裁工艺力的计算，为压力机的选择提供依据。分别计算冲裁凸、凹模刃口尺寸和拉深凸、凹模刃口尺寸，再分别对落料拉深复合模和反拉深模的模具零部件进行设计与计算。最后进行标准件的设计与选择，为设计模具装配图和零件图各尺寸提供依据。本次设计阐述了复合模和反拉深模的结构设计及工作过程。但在模具设计上，还有待于提高模具的制造精度和缩短制造周期，以提高劳动生产率，获得更大的效益。参考文献371王孝培.冲压设计资料M.北京.机械工业出版社，1989.122李天佑.冲模图册M.北京.机械工业出版社，1988.123王芳.冷冲压模具设计指导M.北京.机械工业出版社，1998.104陈锡栋，周小玉.实用模具技术手册M.北京.机械工业出版社，2002.015丁松聚主编.冷冲模设计M.北京:机械工业出版社，2001.106李明辉主编.模具制造工艺M.北京：机械工业出版社，1996.067李硕本主编.冲压工艺学M.北京：机械工业出版社，19828张毅主编.现代冲压技术M.北京：国防工业出版社，19949陈炎嗣.郭景仪编.冲压模具设计与制造M.北京：机械工业出版社，199110陈剑鹤.冷冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，200311H.G.Conway,FluidPressureMechanismMs,PitmanPubl,197412WilliamL.Brogan,ModernControlTheoryM,Inc.197913EdwardW.Reed,FluidPowerwithMicroprocessorControMl,AnIntroduction,Prentice-