外壳模具设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除1 绪 论模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且生产中不需要加热，具有生产效率高，质量好，质量高，成本低且节约能源和原材料等一系列有点，是其他加工方法所不能比拟的，使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通压力机每分钟可以生产零件几件到几百件，高速压力机的生产效率已达到每分钟数百件甚至上千件。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志。就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用，大大提搞了模具设计和制造的效率，减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展，数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化，电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显，特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大的提高了它们的互换性，加强了各个地区的合作，对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。1.1.2国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，我国先后引进了一批现代化的模具加工机床。在此基础上，参照已有的进口模具，我国成功地复制了一批替代品，如汽车覆盖件模具等。模具国产化使我国模具制造水平逐渐赶上了国际先进水平，但计算机应用方面仍然存在很大差距。在我国产业政策和与之配套的一系列经济政策的支持和引导下，“九五”期间我国模具工业发展迅速，模具行业产品结构有了较大改善，模具商业化水平提高了尽10%，中高档模具占模具总量的比例有了明显提高，模具进出口比例也逐步趋向合理。相信在政府的大力支持下，通过本行业和相关行业企业以及广大模具工作者的共同努力，我国模具工业水平必将大大提高，为国家经济建设作出更大的贡献。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型；而自行车，手表，洗衣机，电冰箱及电风扇等轻工业产品，由90%左右的零件是用模具加工出来的；至于日用五金，餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。从 20世纪70年代至今，计算机逐渐进入模具生产的设计，制图，管理等各个领域；辅助进行零件图纸输入，毛坯展开。条料的排样，确定模座尺寸和标准，绘制装配图和零件图，输入NC（用于数控加工中心和线切割编程）等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造周期不断缩短。当前国际上计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：继续发展几何图形系统，以满足复杂零件和模具的要求；在CAD和CAM的基础上建立集成系统(CIMS);开展塑性成形模拟技术（包括物理模拟和数字模拟）的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，发展专家系统和智能CAD等。1.3 外壳模具设计与制造方面1.3.1外壳模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间20天；2.确定加工方案，所用时间6天；3.模具的设计，所用时间30天；4.模具的调试所用时间5天。在设计中，深刻的体会到了自己知识的有限，得到了身边同学的热情帮助，尤其是知道老师的大力帮助下才能完成此次毕业设计，在此表示衷心感谢！本次设计中，由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中难免存在多处不足之处，恳请各位老师指正。2 落料拉深冲孔复合模产品图如下图工件：名称：外壳材料：08钢板厚：t=2.0mm 生产批量：大批量 图-12.1冲裁工艺分析 冲压工序性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。同时还应考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。通常在确定工序性质时应当考虑以下几个方面：1）从零件图上直观的确定工序性质。2）对零件图进行计算分析，比较后确定工序性质。3）为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序。根据零件图，该冲压件为底部带孔的圆筒形拉深件，拉深高度不高，冲压件材料为08钢，拉深成形性能较好，又由于产品批量较大，工序分散的单一工序生产不能满足生产要求需要，应考虑工序集中的工艺方法。经综合分析论证，采用落料、拉深、冲孔复合模，既能满足生产量的要求，又能保证产品质量和模具的合理性。2.2工序数量的确定确定工序数量的基本原则是：在保证工件质量，生产效率和经济性要求的前提下，工序数量应尽可能的减少。2.3工序顺序和组合2.3.1工序顺序各工序的安排主要取决于冲压变形规律和零件的质量要求。工序顺序的安排一般应注意以下几个方面：1）所有的孔只要其尺寸和形状不受后续工序的影响，都应在平板坯料上冲。2)所在位置会受到以后某工序变形的影响的孔，一般都应在有关的成型工序完成后再冲孔。2.3.2工序组合方式的选择冲压工序的组合是将两个或两个以上的工序分析合并在一道工序内完成。减少工序及占用的模具设备和数量，提高效率和冲压件的精度，在确定工序组合时，首先应考虑组合的必要性和可行性，然后再决定是否组合。1）工序组合的必要行主要取决于冲压件的生产批量。2）工序组合的可行性受到多种因素的限制，应保证能冲出形状、尺寸和精度均符合要求的图样，实现其所需动作保证有足够的强度与现有的冲裁设备条件相适应。在工艺性分析的基础上，列出各种可能的冲压工艺方案，包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，并对各种可能工艺方案从产品质量、生产效率、模具制造成本、安全性、经济性等方面进行综合分析论证，选出最佳冲压工艺方案。此次设计的产品为冲压件，材料为08钢板，优质碳素结构钢，具有良好的可冲裁性能，冲裁件结构简单，内、外行无尖锐清角，零件表面粗糙度无特殊要求，对零件图上有尺寸未标注公差，属于自由尺寸，可以按IT14级确定。2.4 工艺方案的确定该零件所需的冲压工序为落料、拉深、冲孔和修边，可拟定出以下三种工艺方案： 方案一：先落料、再拉深,切边和冲孔,采用单工序模具生产。方案二：落料-拉深-冲孔-切边复合冲压。采用复合模生产。方案三：落料-拉深-冲孔-切边连续冲压。采用连续模生产。方案一模具结构，但是需要四到工序，即需要落料模，拉深模，冲孔模，切边模四副模具，生产成本高，生产效率低，只能满足小批量生产。方案二只需一幅模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需一幅模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，须在模具上导正销导正，故其模具制造，安装较复合模复杂。 综上分析，冲裁件的尺寸精度要求不高，形状不大。根据材料厚度（2.0mm），又通过以上3个方案的比较，采用方案2较佳。3必要的工艺计算3.1坯料尺寸的计算：由工件图可知，d凸=1010.25mm,d=(80-2)mm=78mm.有凸缘筒形件的相对直径dt/d=101/78=1.29。因为带凸缘筒形件可分为窄凸缘筒形件dt/d=1.11.4和宽凸缘筒形件（dt/d1.4），所以由上述数据dt/d=101/78=1.29判断该件为窄凸缘筒形件，窄凸缘筒形件拉深时的工艺计算完全按一般无凸缘筒形件的工艺计算方法。（1） 确定修边余量 由H=40-2=38mm, H/d=0.49,查教材表4.1得修边余量=2mm，则拉深件的总高度H为H=(38+2)mm=40mm。（2） 求出毛坯直径D尺寸 D= 133mm3.2判断是否用压边圈因为t/D1001.5, m1=0.50 ,由教材表4.7查得采用压料装置。 首次拉深 再次拉深图-2 压边圈各次拉深采用形式3.3判断能否一次拉深：工件的总拉深系数m总=d/D=78/133=0.59,工件总的拉深相对高度H/d=38/78=0.49,由dt/d=101/78=1.29,t/D100=2/1331001.5，查教材表4.3得窄凸缘筒形件第一次拉深的极限拉深系数m1=（0.500.53）由教材表4.5查得，窄凸缘筒形首次拉深的极限相对高度h1/d1=(0.941.54)，由于m总=0.59m1=（0.500.53），H/d=0.49h1/d1=(0.941.54)故此工件可一次拉深成形。3.4 排样设计3.4.1 确定零件排样方案： 设计复合模时，首先要设计条料排样图。常见的排样方法有：A：根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种：a、有废料排样 b、少废料排样 c、无废料排样根据零件图可选用少废料排样。沿冲件部分外形切断或冲裁，只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。B:排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排等。根据零件形状和排样方法确定单直排排样方式。该工件具有圆形的特点，采用直对排的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。3.4.2 确定搭边与搭肩值：查教材表2.9取得搭边值为工件间a=1.2mm和侧面a=1.5mm3.4.3 计算送料步距和条料的宽度：条料宽度：B（133+21.5）mm136mm步距：S133mm+1.2mm134.2mm图-33.4.4 计算材料的利用率:计算冲压件毛坯的面积：A=（D/2）2=3.14（133/2）2=13885.865mm2一个步距的材料利用率：=NA/BS100%=(113885.865)/( 136134.2) 100%76.1%=76.1%3.5 计算冲压力为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模具的结构上采用压料装置。 压边圈产生的压F落力FQ大小应适当，FQ太小防皱效果不好; FQ太大则会增大传力区危险断面上的拉应力，从而引起材料严重变薄甚至拉裂，因此，实际应用中在保证变形区不引起起皱的前提下，尽量选小的压边力。模具压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳的工作，减少导向件的磨损，从而提高模具寿命。冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力的作用点方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力的作用点可转化为求轮廓线的中心。因为本零件是轴对称零件，所以不用计算压力中心。3.5.1 计算拉深力： 按冲模设计应用实例式（4-35）计算拉深力： F=Kdtb已知m=0.59,由教材表4.6查得修正因数K=0.88,查教材表1.3取08钢的强度极限为b=400MPa,将K=0.88，d=78mm，t=2mm, b=400MPa代入上式即得F=172423.68N。3.5.2 计算压边力：在生产实际中，一次拉深时的压边力可按拉深力的选取，即 FQ=0.25F=43105.92N 3.5.3 计算落料力： 按教材式（2.19）F落=Ltb 式中F落-落料力（N）,L工件外轮廓周长，L=D=417.6mm,t材料厚度，t=2mm, b材料的抗拉强度（MPa）。由冲模设计应用实例查附录A取得b=400MPa,落料力则为：F落=417.62400=334096N3.5.4 计算卸料力： 按教材式（2.20）F卸=K卸F落，式中K卸卸料力因数，其值由教材表2.7查得K卸=0.04卸料力则为F卸=13363.84N3.5.5 计算冲孔力： 按教材式（2.19）F推=Ltb式中L工件内轮廓周长（mm），L=3.14（20mm+26.5mm）=103.62mm冲孔力则为：F冲=103.622400=82896N3.5.6 计算推件力： 按教材式（2.21）F推=nK推F冲求式中K推推件力因数，其值由教材表2.7查得为0.05;n同时卡在凹模内的废料数，n=3.推件力则为F推=30.0582896=12434.4N故总的冲压力为F总=F落+F卸+F冲+F推+F拉+F压658KN4 冲压设备的选用对于浅拉深可按冲模设计应用实例式（4-37）F压（1.61.8）F总估算公称压力选取压力机。参照冲模设计应用实例附录B2选用公称压力为1250KN的开式双柱固定台压力机。其主要技术参数为：公称压力：1250KN 滑块行程/mm：145mm 最大闭合高度：480mm 闭合高度调节量：110mm 工作台尺寸：710mm1080mm 模柄孔尺寸：60mm80mm床身最大可倾角：255 主要工作部分尺寸计算对于工件未注公差可按IT14级计算，也可由书冲模设计应用实例末附录D查得各尺寸的未注公差。凸、凹模刃口尺寸的确定原则1）考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模。因此，落料模应先决定凹模的尺寸，用减少凸模的尺寸来保证合理的间隙。冲孔件的尺寸取决于凸模，因此，冲孔件应先决定凸模的尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理的间隙。2）考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响。刃口磨损后尺寸变大，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，应接近或等于冲件的最大极限尺寸。3）考虑冲件精度和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搞23级。根据教材表2.4查得，冲裁模刃口双面间隙Zmin=0.246mm,Zmax=0.360mm.5.1 落料刃口尺寸计算 1330-的凸、凹模制造公差由教材2.5表查得凹0.04，凸0.030。由于凹凸0.07Zmax-Zmin0.114，故采用凸模与凹模分别制造法制造模具刃口。尺寸公差=1mm，因数x由教材表2.6查得0.5，则：D凹=（Dmax-x） =132.50+0.04mmD=(Dmax-x-Zmin)=132.25mm 5.2 冲孔刃口尺寸计算 对于孔200+0.52的凸、凹模的制造公差由教材表2.5查得凸=0.020mm,凹0.025mm，由于凸+凹=0.045mmZmax-Zmin=0.04mm,故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由教材表2.6查得0.5，则：d凸20=（20+0.50.52）0-0.020=20.260-0.020mmd凹20按按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.220.26mm对于孔6.50+0.36的凸、凹模的制造公差由教材表2.5查得凸=0.020，凹0.020mm由于凸+凹=0.04mm=Zmax-Zmin=0.04mm，故采用分别制造法制造模具刃口因数由教材表2.6查得0.5，则：d凸6.5=（6.5+0.50.36）0-0.020=6.680-0.020mmd凹6.5=（6.5+0.50.36+0.22）0+0.020=6.90+0.020mm凹模型孔中心孔距Ld=L=600.36=60。其中L、Ld分别为工件孔心距和凹模孔心距的最小尺寸。5.3 拉深模的间隙 有压边圈的拉深时单边间隙值查教材表4.13得： =2.2mm，则拉深模的间隙Z=22.2=4.4mm 5.4 拉深模的圆角半径 凸模的圆角半径r凸等于工件的内圆角半径，即r凸=r=2mm。5.5 凸、凹模工作部分尺寸及公差 由于拉深工件的公差为IT14级，故凸、凹模制造公差可采用IT10级精度查冲模设计应用实例书末附录E3得凸=凹=0.12mm，=0.74mm,由于要求零件尺寸标注在外形，因此以凹模为设计基准，计算出模具的尺寸为：D凹=（Dmax-0.75）0+凹=79.910+0.12mmD凸=（Dmax-0.75-Z）0-凸=75.510-0.12mm凹模厚度：H=kb=1330.2=26.6mm,其中k值由冷冲压模具设计指导表2-24查得。凹模壁厚：c=(1.52)H=（39.953.2）mm，取c值为45mm凹模外形尺寸：B=245+90=180mm5.6 确定凸模的通气孔 由教材表4.14查得凸模的通气孔直径为6.5mm。 5.7 弹性元件的选取 为了得到较平整的工件，此模具采用弹压卸料结构，使条料在落料、拉深过程中始终处在一个稳定的压力之下，从而改善了毛坯的变形稳定性，避免材料在切向应力作用下起皱的可能。落料卸料采用橡胶作为弹性元件。橡胶允许承受的负荷较弹簧大，且安装调试方便，故采用的弹性元件为橡胶，主要是黑色橡胶或聚氨酯橡胶，压缩量不能超过自由高度的30%，否则橡胶会过早地失去弹性。橡胶的自由高度H自由=（3.54）s工作，其中s工作=t+1+修模量=（2+1+5）mm=8mm故H自由=（2832）mm,取H自由=30 mm橡胶的装配高度为：H2=（0.850.9）H自由=（25.527）mm，取H2=26mm橡胶的断面面积在模具装配时按模具空间大小确定。6模具的总体设计及主要零部件确定6.1 确定冲模类型机结构形式在冲压工艺性分析后拟定冲压工艺方案时选择复合模，又因零件的几何形状简单对称，工件间无搭边值，复合模结构相对简单，操作方便，又可直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，所以模具类型为少废料复合模。其工作部分工作关系如下图：图-46.2 标准模架的选用冲压模架标准是1991年5月1日由国家技术监督局批准颁布实施的，标准是在冷冲模国家标准的基础上修订的新标准，其中模架产品标准：（GB/T2851.1，GB/T2851.37，GB/T2852.14）工10个。模架的选择一般根据凹模定位和卸料装置的平面而定，选择模座的形状和尺寸，模座外形，尺寸比凹模相应尺寸大4070mm。模座厚度一般取凹模厚度的11.5倍。下模座外形尺寸至少超压力机约50mm，同时选择的模架与闭合后的模具设计的高度相适应。通常所说的模架由上模座、下模座、导柱和导套四部分组成，一般模架不包括模柄。模架是整幅模具的骨架，它是连接冲模主要零件的载体，模具的全部零件都固定在它上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具的上模座和下模座分别于冲压设备的滑块和工作台固定，上下模座的精确定位由导柱导套来实现。模架的选择应从三方面入手：依据产品零件精度，模具工作零件配合精度、高低确定模架精度；根据产品零件精度要求，形状，板料送进方向选模架类型；根据凹模周界确定模架的大小规格。本设计根据主要工作部分尺寸、结构及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选取级精度后侧导柱模架。后侧导柱模架的特点导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具寿命，此模架一般用于较小的冲裁模。选择模架规格：上模座（LBH）：280mm200mm45mm下模座（LBH）：280mm200mm55mm导柱：d/mmL/mm=35mm180mm 20钢导套：d/mmL/mmD/mm=35mm115mm50mm 20钢其中导柱、导套渗碳深度为0.81.2mm，硬度为5862HRc垫板厚度取：12mm凸凹模固定板厚度取：20mm橡胶的装配高度为：26mm卸料板厚度:20mm模架闭合高度：H闭=232mm6.3 模具的工作过程模具打开，将条料沿导料螺钉送进，当条料遇到定位销时，启动压力机，上模下行。凸凹模18与落料凹模20完成落料，上模继续下降，凸凹模18与内凸凹模21进行拉深，在拉深的同时压料板上行，当拉深完成时凸模13、14将冲出三个小孔，加工完成后上模回程，模具打杆碰到压力机打杆，打杆7下行通过顶杆推动推料板17将制件向下推，则制件脱离凸凹模18时，冲下孔的废料由落废料孔落在承料板上取出。模具总装配图如下页图所示：图-51、上模座 2、导柱 3、24销钉 4、9、11、27螺钉 5、推杆 6、推板 7、打杆 8、模柄 10、垫板 12、卸料螺钉 13、14冲孔凸模 15凸模固定板 16、橡皮 17、推件快 18、落料凸模 19、卸料板 20、凹模 21、拉深凸模 22、压料板 23、下模座 25、顶杆 26、承料板 28、导料销 29、 挡料销7模具主要零件的设计7.1 落料凹模的设计此落料凹模的尺寸和厚度已定如下图所示，需要有3个螺纹孔；以便和下模板固定；需要有两个与下模板同时加工的销钉孔；有一个挡料销用的销孔；图-67.2 拉深凸凹模的设计设计的外形尺寸如下图所示。有两个固定用的螺钉孔，以便和下模板固定；在底部加工两个顶杆贯穿用的孔。图-77.3 冲孔拉伸凸凹模的设计凸凹模的加工与设计需要严格要求并严格执行。应为此零件直接参与零件的冲压工序。零件硬度5862HRC，需要进行热处理来提高硬度。图-8结 论大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、在洛阳中国一拖的生产实习，我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是有了全新的理解。在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下，我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识。同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料，通过这些实践，我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺