穿线盒冲压工艺分析及冲孔模具设计

穿线盒冲压工艺分析及冲孔模具设计摘要：随着我国经济的快速发展，我国的制造业也日趋成熟，而模具也日益成为衡量一个国家工业发达水平的标志。本文是对穿线盒进行冲压工艺分析及冲孔模具设计，主要工作有工件的工艺分析、加工路线的拟定、毛坯尺寸的计算、模具的设计、以及模具主要尺寸的计算等，目的在于巩固大学四年所学的内容，对模具设计有一个了解，完成从课本知识到实际生产的转变，巩固制图知识及CAD软件的运用。通过这次论文写作，使自己的学习能力有了进一步的提升，为以后在工作中做出成绩奠定了基础。关键词：模具设计,工艺分析,尺寸计算IStampinganalysisandpunchinginjectiondesignforthreadingboxAbstract:Withtherapiddevelopmentofourcountryseconomy,themanufacturingindustryisbecomingmorematuredaybyday,andthemoldisalsobecomingasymboloftheindustrydevelopedlevelofacountry.Thispaperisaimedatthreadingboxforstampingprocessanalysisandpunchingmolddesign,themainworkincludinganalysisofworkpieceprocess,formulationofprocessingroute,calculationoftheroughsize,designofmoldandcalculationofmoldmainsize.Thepurposeistoconsolidatewhattheyhavelearnedintheuniversityfouryears,tohaveanunderstandingofthemolddesign,sothatcompletethechangefromthetextbookknowledgetotheactualproduction,consolidatetheuseofcartographicknowledgeandCADsoftware.Throughthispaper,tomaketheirlearningabilitybefurtherimproved,layingthefoundationforthefutureachievementinthework.Keywords:Injectiondesign,Processanalysis,PimensionalcalculationII目录1前言.11.1穿线盒的研究及发展.11.2设计内容及意义.12工艺分析.32.1穿线盒零件及其工艺分析.32.2零件分析.32.3选择毛坯种类.32.4LY12M材料的介绍.42.5零件冲压工艺分析.42.5.1加工路线的拟定.52.5.2毛坯尺寸的计算.52.5.3材料利用率的计算.73工艺参数计算.93.1落料拉深模具的工艺计算.93.1.1落料冲裁力的计算和压力机的选择.93.1.2拉深次数与工件直径的计算段.103.1.3拉深凸、凹模圆角半径计算.113.1.4工序件直径计算.123.1.5工序件高度的计算.123.1.6压边力和拉深力的计算.123.1.7计算各次工序总压力.134落料拉深复合模具结构设计.144.1落料冲裁模尺寸计算.144.2拉深模工作部分尺寸的计算.144.2.1拉深模间隙.144.2.2凸、凹模尺寸计算.154.2.3拉深凸、凹模圆角半径的计算.15III4.3落料拉深复合模具典型零件的设计.164.3.1落料凹模即拉深凸模的设计.164.3.2落料凸模即拉深凹模的设计.184.3.3定位方式的选择.194.3.4推件零件的设计.204.3.5导向方式的选择.205侧冲孔模具的工艺计算及其结构设计.225.1侧冲孔模具的尺寸计算.225.2冲孔力的计算.225.3侧冲孔模具的结构设计.235.3.1模具的类型及定位方式的选择.245.3.2卸料、出件方式的选择.245.4主要零部件的结构设计.255.4.1冲孔凸模的设计.255.4.2凹模的设计.265.4.3导向零件的设计.275.5其他零部件的设计与选用.285.5.1模架的选用.295.5.2模具辅助零件的材料选用及热处理.305.5.3压力机的选用.306模具的总装配图.326.1模具的调试.336.2模具的检测.337结论.35参考文献.36致谢.3701前言1.1穿线盒的研究与发展我国的冲压模具技术研究，大约起步于20世纪60年代。经过40、50年的发展，技术水准有了较大的进步。特别是近10年来技术有了很大的提高、大型、精密、复杂、高效、长寿命模具有了新的突破。特别是摩托车、汽车行业的快速发展，推动了冲压模具技术和冲压模具的生产快速发展。目前，汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体、摩托车发动机缸体、箱体、制动器、等铝合金冲压模具、自动扶梯冲压模具等，我国均能自主生产，使汽车、摩托车上铝合金、锌合金配套件的冲压模大部分实现了国产化。在模具设计方面，较多的模具制造企业采用了CAD/CAM技术，使得模具设计周期有了较大的缩短。同时在设计上注意到了如何解决冲压模具的热平衡问题，合理的确定模具的浇注系统、冷却系统、排溢系统以及从冲压工艺方面考虑抽芯问题及二次增压结构，总体水平有了较大提高，但其功能应用还不够充分，特别是CAE技术还未得到广泛应用。当前，我国工业生产的特点是：产品品种多、更新速度快和市场竞争激烈。在此情况下，用户对模具制造的要求是：交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低。因此，冲压模技术的发展趋势很明显。（1）模具产品向大型化、精密化发展。（2）提高冲压模具标准件的应用程度，使用模具标准件不仅能缩短模具制造周期，而且提高模具质量、降低制造成本。（3）优质冲压模具材料的使用和先进热处理技术将受到重视，在整副模具的价格构成中，材料所占比重约占1/3.（4）高速铣削加工将得到广泛应用。（5）CAD/CAM/CAE及CAPP、CAT、KBE等技术将得到广泛应用。（6）模具研磨抛光向自动化和智能化方向发展。（7）快速原型制造技术将得到更好应用。1.2设计内容及意义1本次设计是在学完了本科的全部课程之后完成的，是对整个大学专业课的一次总的复习，对所学机械软件的一个全面的运用。目的分别在于：（1）巩固我们在大学里学过的知识，也是对以前所学知识的综合性的检验。(2)加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料。（3）通过对穿线盒的冲压工艺分析，使我熟悉了冲压加工的特点，冲压模具的类型以及其基本工序。对冲孔模具的设计，使我对模具设计有了进一步的了解，是对模具部分的一次综合性的训练，也提高了我的模具设计水平。（4）通过对零件图，模具装配图的绘制，使我们对机械设计软件的使用能得到进一步的提高。22工艺分析2.1穿线盒零件及其工艺分析该零件图如下所示，制件材料：LY12M，t=1.5mm，大批量生产图2.1零件图2.2零件分析由以上剖面图可知，该零件由铝合金材料加工而成，零件为旋转体且呈圆筒形，在上圆筒面上有20个等距的圆孔，圆孔直径为3mm，圆筒件各个圆角均为R2.上圆筒拉深直径为68mm，下圆筒拉深直径为40mm，下圆筒拉深高度为17mm，圆筒件整个拉深高度为33mm，其中20个小圆形成的分度圆的拉深高度为26.5mm。2.3选择毛坯种类选择毛坯的制造方法一般应当考虑以下几个因素：（1）材料的工艺性能材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛3坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造，但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。（2）毛坯的尺寸、形状和精度要求毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料，直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件和组合毛坯。（3）零件的生产纲领选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等，生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。9综上所述：毛坯材料为LY12M，选择挤压成型来加工毛坯。2.4LY12M材料的介绍2A12合金可以用热处理方法剧烈强化。主要强化相是S（AlCuMg）和2CuAl，合金在热状态和冷状态下均能很好的变形。热变形可以在很宽的温度范围内2进行。无论在退火状态下还是在淬火状态下，合金都能在室温下变形。由厚缘板上切取的试样，其和的数值比由薄缘板上所切取的高。b2.02A12合金可以进行点焊和滚焊，但氩弧焊和气焊的效果不好。尽管焊接接头的强度系数具有中等数值，但该合金在熔焊时，在焊缝处经常出现结晶裂纹。因此，不用2A12合金制造密封结构，该合金的半成品通常用铆接方法连接，很少采用点焊连接72.5零件冲压工艺分析根据前文所述，材料为LY12M，采用挤压成型来加工毛坯，毛坯加工成长方形板料。开始时对毛坯进行热处理，使其性能更好。对毛坯件落料拉深，先落料得到大圆盘，再拉深。故采用落料拉深复合模具，落料时留有修边余量。该零件形状简4单、对称，拉深深度不大，易于拉伸，只是零件为阶梯型的，可能需要多次拉深，多次拉深是为了避免零件太薄或者厚度不一致，多次拉深的工件内外壁上或带凸缘拉深的凸缘表面、非工作表面会有拉伸印痕。另外，上、下圆筒下面都有圆角，圆角半径为2，尺寸偏小，需安排一道整形工序来保证其精度。3在拉深好的圆筒形件上圆筒上打孔，孔是均匀分布在上圆筒侧面的，冲孔件的形状已经成型，所打圆孔直径为3，孔径不算小，孔与孔之间距离也符合冲孔要求，但孔的数量比较多，且为侧孔，故需注意如何设计合理的侧冲孔机构。从零件所标注的尺寸中可以看出各个尺寸精度都为一般精度等级，公差可以按照IT14级处理，这样也可以给模具制造带来一系列方便。综上所述：该零件结构简单，且材料成型性能优良，尺寸公差要求亦不高，故采取适当的冷冲压加工成型方法。2.5.1加工路线的拟定方案一：加工毛坯方案二：加工毛坯对毛坯进行热处理对毛坯进行热处理落料拉深复合模具得到圆筒件落料冲孔复合模具得到大圆盘修边整形修边整形侧冲孔模具得到该零件对大圆盘进行拉深得到该零件整形工序整形工序方案一与方案二对比，其主要区别在于先冲孔还是先拉深。方案一对毛坯进行落料拉深，该模具技术已经成形，且已广泛用于机械加工成型当中，只需对拉深的次数进行计算或者查表，得到圆筒形件后，在侧边上冲孔不太常见，但此种模具在原来冲孔模的基础上稍作改变是可以实现的，并且现在已有很多种侧冲孔的例子，故方案一能够加工该零件，且方便、效率高。方案二对毛坯先进行落料冲孔，此次操作模具技术也已广泛应用，然后对其进行一次拉深或多次拉深，这样就会使孔发生变形，即使用了多次拉深，圆孔也会发生少量变形，故方案二可以完成加工，但孔的精度要受影响，所以选择方案一加工。.2.5.2毛坯尺寸的计算5修边余量的确定：由于板料具有方向性以及毛坯在拉深过程中的摩擦条件不均匀等因素的影响，拉深后的工件顶端一般都不平齐，需要修边，所以在毛坯尺寸中应包括修边余量。制件的相对高度=0.83，制件高度h为34.5mm，经查表得：dh5.4131=2.5mm。h拉深件的毛坯尺寸计算是以最后一次拉伸成型的工件尺寸为基准，按照拉伸前毛坯面积等于拉深后的工作面积的关系求出的。圆筒形件为旋转体零件，通常将旋转体分成几个便于计算的简单部分，分别求出各部分的面积，然后相加即可得到零件的总面积。所分部分如下图所示：7图2.2面积图故各部分面积为：2.30514.69.3ht6811）（AA=225r4dr2）（A=37.t-t421）（）（A=5.41980r2）（A=53.6htd22）（6A=69.13t2rd4）（零件的总面积为：A+A+A+A+A+A=A2456总旋转体零件的毛料形状是圆形的，圆板毛料的面积为A=042D按照面积相等原则：A=A总0所以=A+A+A+A+A+A代入数据得大圆盘毛坯直径为：42D123456D=97.38mm排样与搭边：毛坯料的宽度B=(D+2a)T其中：D为落料件在条料宽度方向上的基本尺寸，也就是大圆盘直径；a为工件与条料的侧边的搭边值；T条料或带料的宽度公差；经查表得：因t=1.5mm，2t故沿边a=1.2，T=0.72D所以毛坯料宽：B=99.08mm毛坯及冲裁件排样如下图所示：图2.3排样图2.5.3材料利用率的计算7在冲压生产中，材料利用率是指在一个进料距离内制件面积与板料毛坯面积之比，用百分率表示。它是衡量材料利用情况的指标，与制件形状和排样方式有关。材料利用率又分为：一个进料距内的利用率；条料、带料、板料的利用率等。本文采用一个进料距内的利用率，其公式可表示如下=100=100=75.560ALB0其中：A得到的制件总面积（mm）02A一个进料距内的毛坯面积（mm）B条料或带料宽度（mm）0L进料距里（mm）生产中要提高材料的利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有效措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法，或利用废料做小零件等。对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。；另外，在使用条件许可下，当取得零件设计单位同意后，也可以改变零件的结构形状，提高材料的利用率。83工艺参数计算复合模是一种多工序冲裁模，指在压力机一次行程中，在模具的同一工位上完成数道工序。复合模的突出特征是具有一个兼作冲孔凹模和落料凸模的凸凹模。常见的复合工序有落料与冲孔复合、落料与首次拉深复合等。复合模具与单工序模具和连续模具比较，具有以下特点：（1）与单工序模具比较，复合模具冲制的冲裁件的内孔与外缘或同时完成的几个轮廓的相对位置精度较高；（2）与连续模具相比，复合模具对条料的送进定位精度要求较低；（3）复合模具结构紧凑、轮廓尺寸相对较小，其中凸凹模既是落料凸模，又是冲孔或拉深凹模；（4）复合模具同时完成两道或两道以上的工序，因此生产率较高；（5）模具结构较复杂，加工和装配精度要求高，成本高；（6）工件的外形和内孔之间的最小宽度，受凸凹模的最小壁厚限制，所以当壁厚太小时，不能使用复合模具。因此，复合模具适用于生产批量大、精度要求高的薄板材料的冲压。13.1落料拉深模具的工艺计算3.1.1落料冲裁力的计算和压力机的选择落料冲裁力：F=Lt=Dt=3.1497.381.5470=215570.1NbbF=KF=0.0525215570.1=11317.4NxF=nKF=10.05215570.1=10778.5NttF=KF=0.05215570.1=11778.5Nd其中：=470MPa，n=1其它各项系数见下表：b69表3.1材料系数冲裁件材料KxKtKd纯铜、黄铜0.02-0.060.03-0.090.03-0.09铝、铝合金0.025-0.080.03-0.070.03-0.07均0.10.065-0.0750.10.140.1-0.50.045-0.0550.0630.080.5-2.50.04-0.050.0550.062.5-6.50.03-0.040.0450.05钢(料厚t/mm)6.5d0.02-0.030.0250.03压力机吨位选择：根据模具结构形式不同，冲裁时实际需要的冲压力总是冲裁力与卸料力、推件力和顶件力的组合。压力机的吨位应大于或等于冲裁时冲压力的1.1-1.3倍，即P(1.1-1.3)F。按总的冲压力选择压力机吨位时，冲压力计算要根据冲模的具体结构考虑其计算方法。（1）采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模时F=F+F+Fxt（2）采用弹性卸料装置和上出料方式的冲模时F=F+F+Fd（3）采用刚性卸料装置和下出料方式的冲模时F=F+Ft本次采用的是第二种方式。故F=F+F+F=215570.1+11317.4+11778.5=238666NxdP=1.1238666=232532.6N10式中F为总的冲裁力，即压力机供给的最小压力3.1.2拉深次数与工件直径的计算阶梯圆筒形件拉深变形特点，基本上与圆筒形件拉深相同，但由于这类工件的多样性或复杂性，现在还没有统一的方法确定拉深工序次数。此类工件能否一次拉深成型，需要计算判断。根据前文所述，我们采用方案二来设计拉深模，将凸凹模设计成零件的形状，整体拉深出所需零件。对于阶梯型件的拉深，可简单归纳如下：当工件时阶梯零件时，其相随厚度比较大（t/D1%）,而且阶梯之间的直径相差的零件的高度较小时，可以一次拉出，其粗略的判断条件是：.其中dh.n21h的h/d是拉深次数为1时候所列的值。式子成立可以一次拉出。当大、小直径差别小时，能一次拉深的则可同时一次拉出，或先拉小直径，然后大直径，如同窄凸缘件拉深，最后第n次把大直径拉出。当相邻阶梯的直径比d/d，d/d，.d/d均大于圆筒形件的极限拉深系数21321n时，可由大到小依次拉深，每次拉深一个阶梯，其拉深次数和阶梯数相等。故所以可以一次拉深成功工件直径初次计算：计算公式如下：hd21上圆筒：由于t=1.51，=0.24，=100=1.541dHtD上圆筒25.168703Dt38.9751故经查表得，极限拉深系数为：m=0.48所以d=mD=0.4897.38=46.742h（h为零件的高度）。(2)装配模具的相关尺寸压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸，还应有模具安装与固定的余地，但过大的余地对工作台受力不利；工作台面中间孔的尺寸要保证漏料或顺利的安装模具顶出料装置。(3）闭合高度冲床的闭合高度是指滑块处于下死点时，滑块下表面至工作台上表面的距离。这个高度是冲压操作的空间高度尺寸。显然，冲床的最大闭合高度要大于模具的最大闭合高度，最小闭合高度要小于模具的最小闭合高度，一般取：Hmax-5mmHHmin+10mm设备吨位设备吨位的选择，首先要以冲压工艺的所需要的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且，还要有一定的力量储备。查冷冲压工艺与模具设计附录1，选择开式压力机J23-25，其技术参数如下:公称压力：630（kN）滑块行程：130（mm）行程次数：50（次/min）最大装模高度：360（mm）连杆调整长度：80（mm）工作台尺寸：)/(17048m模柄孔尺寸：5电动机功率：5.5（kW）326模具的总装配图图6.1侧冲孔装配图其中：1、下模座2、内六角螺钉3、下垫板4、斜楔5、斜楔导柱6、导柱7、上垫板8、内六角螺钉9、上模座10、模柄11、圆柱销12、圆柱销13、弹簧14、套筒15、压盖16、圆柱销17、内六角螺钉18、冲孔凸模19、凹模固定33件20、冲孔凹模侧冲孔模具工作流程：将拉深好的工件放在凹模上，由套筒14对其大径夹紧，上模在压力机的作用下下行，上模9先接触工件，对工件侧边夹紧，并沿修整零件的位置继续向下压紧零件，两边的斜楔式导柱推动冲头进行冲孔，冲下的废料由下模的通孔流出。冲孔完毕，上模回程，冲头从工件中移出，推杆离开工件，上模9在弹簧的作用下还在压紧工件，当冲头完全离开工件时，上模9在销子的作用下向上移动，离开工件，对工件的作用力消失。人工将工件取走，放下一个工件，进行冲孔。6.1模具的调试模具装配以后，必须在生产条件下进行试冲。通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给与纠正。并能够对模具进行适当的调整和修理，直到模具正常工作中冲出合格的制件为止。冲裁模具经试冲合格后，应在模具模座正面打上编号、冲模图号、制件号、使用压力机型号、制造日期等。并涂油防锈后经检验合格入库。在模具制造中，模具零件的检验与模具装配试模后的验收是模具加工过程中的重要工艺环节。模具零件加工及装配质量好坏，对模具的使用寿命有着较大的影响。加强模具装配后及模具零件加工各工序间质量检验，是确保模具质量的重要手段。因此，模具生产单位在生产过程中，要健全模具零件及模具装配前后的检验与验收制度。即根据本厂产品要求和工艺水平，编制切合实际的质量检验规程。实行以检验人员专职检验与生产工人自检互检相互结合的检验方法，严格按图样技术条件和有关工艺文件进行必要的检查。在检验中，除了进行工序间的检验和装配后的验收外，还加强各工序实际操作的检查，以督促执行工艺规定，防止废品的产生。6.2模具的检测34表6.1模具中常见缺陷和调整方法表缺陷产生原因调整方法冲件毛刺过大1刃口不锋利或淬火硬度不够2间隙过大或过小，间隙不均匀1修磨刃口使其锋利2重新调整间隙，使其均匀冲件不平整1凸模有倒锥，冲件从孔中通过时被压弯2顶出件与顶出器接触零件面积1修磨凹模孔，去除导锥现象2更换顶出杆，加大与零件的接触面积尺寸超差和形状不准确凸模、凹模形状及尺寸精度差修整凸模、凹模形状及尺寸，使其达到形状及尺寸精度要求凹模被胀裂1凹模孔有倒锥度形象2凹模孔内卡住废料1修磨凹模孔，消除倒锥现象2修抵凹模孔高度凸、凹模刃口相咬1上、下模座，固定板、凹模、垫板等零件安装基面不平行2凸模、导柱、导套与安装基面不垂直1调整有关两件重新安装2重新安装凸、凹模，使之对正3调整其垂直度重新安装4更换导柱、导套送料不畅通，有时被卡死1两导料板之间的尺寸过小或有斜度2凸模与卸料板之间的间隙太大，致使搭边翻转而堵塞1粗修或重新调整装配导料板2减小凸模与导料板之间的配合间隙，或重新调整浇注卸料板孔353重新调整装配导料板，使之平行加强模具装配后及模具零件加工各工序间质量检验，是确保模具质量的重要手段。因此，模具生产单位在生产过程中，要健全模具零件及模具装配前后的检验与验收制度。只有这样才能保证模具的合格性和安全性并能生产出合格的产品。