复合模具(冲孔、落料、拉伸)毕业设计正文.doc

.摘要本毕业设计的题目是落料、拉深、冲孔模具设计，叙述了冲压的概念、特点、基本工序及应用，分析了冲压技术的现状和发展方向，说明了冲压模具的重要性。本文先对冲压件进行工艺分析，确定工艺方案，以工序少，模具结构简单，生产周期短，经济效益高为原则，选取最佳工艺方案，采用落料、拉深、冲孔复合模。确定了冲压模具总体结构设计方案，进行了工艺分析与相关设计计算，包括拉深次数，排样，利用率，冲压力，拉深力等；还进行了压力机的选择及模具零件主要工作部分尺寸及公差的计算。最后，采用CAD绘制了这一套模具的装配总图和全部非标准件的零件图。关键词：落料；拉深；冲孔目录摘要I1 绪论11.1冲压的概念、特点及应用11.2冲压的基本工序及模具分类21.3 冲压技术的现状及发展方向32 冲压件的工艺性分析52.1冲压件的工艺性分析52.2 端盖冲压工艺方案的确定63 主要工艺参数计算73.1 毛坯尺寸计算73.1.1确定修边余量73.1.2计算毛坯直径73.1.3确定是否需要压边圈73.2 确定拉深次数73.3 排样及材料的利用率83.4 计算工序冲压力93.5 冲压设备的选择103.6 模具零件主要工作部分尺寸计算113.7 弹性元件的设计计算134 落料、拉深和冲孔复合模结构设计144.1 落料凹模设计144.2 冲孔凸模长度及强度校核144.3 落料拉深凸凹模设计184.3.1拉深部分凹模圆角半径的确定184.3.2 凹模拉深部分高度的确定194.4 拉深冲孔凸凹模设计194.5 压边及顶件装置类型设计204.6 压边圈的形式设计214.7 推件块设计214.8 卸料板设计225 标准件的选择235.1 卸料螺钉的选用235.2 模柄的选用235.3 模座的选用236 结论24致谢25参考文献26.1 绪论1.1冲压的概念、特点及应用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。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。 （1） 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。（2） 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。 （3） 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。 （4） 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。 由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。 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。 1.2冲压的基本工序及模具分类 由于冲压加工零件的形状、尺寸和精度要求不同，各企业生产规模和生产条件各异，因此，冲压的方法是多种多样的。根据材料的变形特点及工厂现行的习惯，冲压的基本工序可分为分离工序与成形工序两类。分离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离，并获得一定的断面质量的冲压加工方法。成形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑料变形（通常又分为弯曲、拉深、成形三类），以获得要求的制件形状和尺寸精度的冲压加工方法。冲压模具的形式很多，可根据工艺性质及工序组合程度分为两大类。（1）根据工艺性质分类冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。 弯曲模 使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。 拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具 成形模 是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。（2）根据工序组合程度分类 单工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。 复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。1.3 冲压技术的现状及发展方向改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。2 冲压件的工艺性分析设计内容：工件名称：端盖（如图2-1）生产批量：大批量材料：08图2.1 端盖2.1冲压件的工艺性分析（1）产品结构形状分析 由图2-1可知，圆片落料、圆片拉深、圆片冲孔。产品形状简单对称，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件边缘之间最小距离c满足c1.5t要求。（2）产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析尺寸精度凡图纸上未注公差的尺寸，均属于未注公差尺寸，尺寸精度按IT14级计算，由于普通冲裁尺寸精度高于IT13级，所以采用普通冲裁即可保证零件尺寸精度。冲裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲裁2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度可达12.53.2,毛刺允许高度为0.010.05mm；本零件在断面粗糙度和毛刺高度上没有太严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。（3）产品材料分析 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料是08钢，为极软的碳素钢，强度硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的冷加工性能。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品的厚度公差和表面质量就可以保证。经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。2.2 端盖冲压工艺方案的确定完成此工件需要落料、拉深、冲孔三道工序。第一种方案：采用单工序逐步加工，落料、拉深、冲孔单工序模。特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，不适合大批量生产。第二种方案：采用复合模加工成形。特点：生产率较高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。第三种方案：采用连续模加工成形特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。跟据本零件的设计要求，以及各方案的特点，决定采用第二种方案比较合理。3 主要工艺参数计算3.1 毛坯尺寸计算3.1.1确定修边余量根据冲压件相对高度：h/d=25.5/115=0.220.5，查参考文献2表4.4可知本零件可考虑不加修边余量。3.1.2计算毛坯直径该工件为无凸缘圆筒件如图3.1，h=25.5mm、d=115mm、r=2.5mm毛坯直径为图3.1 毛坯计算图 D= （3.1） = 156（mm）3.1.3确定是否需要压边圈根据坯料相对厚度1.5式中t为坯料厚度，mm查参考文献2表4.70可知需要加压边圈。3.2 确定拉深次数 毛坯相对厚度，查参考文献2表4.15毛坯第一次拉深系数0.530.55工件总拉深系数 （3.2），,所以工件可以一次拉深成形。3.3 排样及材料的利用率根据该冲压件的形状特征，采用单排排样。如图3.2图3.2 排样图查参考文献2表4.15得 当t=1mm时，、送料进距：条料宽度，采用无侧压装置。如图3.3图3.3 无侧压冲裁Z导尺与最宽条料之间最小间隙，查参考文献2表2.18，Z=0.5条料宽度的单位偏差，查参考文献2表2.16，=-0.7mm所以mm导尺间距离AA=B+Z=159mm材料利用率为 (3.3)n板料上冲裁的零件数量零件实际面积L板料长度B板料宽度若n取20，则 取所以条料规格为 3137158.51所以条料利用率为=3.4 计算工序冲压力（1） 落料冲裁力确定 （3.4）式中，=材料抗拉强度，08钢=260360Mpa,取=320Mpa（2） 卸料力确定 （3.5）式中查参考文献2表2.38，=0.040.05，取=0.04。=0.04203.778.15KN（3） 拉深力确定 （3.6）式中K修正系数，查参考文献2表4.75，取K =0.9材料的强度极限，08钢=234441，取=400Mpa=0.93.141151400130KN（4） 压边力确定 （3.7）式中凹模圆角半径，查参考文献2表4.68，取=5.5mmP单位压边力，查参考文献2表4.72，取P=2.5Mpa（5） 冲孔力确定 （3.8）式中工件孔直径，=15mm工件孔直径，=6mm（6） 推件力确定 （3.9）式中n冲孔时卡在凹模内的废料数，取n=3推件力因数，查参考文献2表2.38，取=0.05=30.0566.62=9.99KN（7） 总冲压力确定 （3.10） =435.13KN3.5 冲压设备的选择 为使压力机能安全工作，取（1.61.8） （3.11） =1.7435.13=739.721KN查参考文献2表9.3，选800KN的开式压力机。其主要技术参数如下：公称压力：800KN滑块行程：130mm最大封闭高度：380mm最大封闭高度调节量：100mm工作台尺寸：800（左右）540（前后）工作台垫板孔尺寸：260mm工作台垫板厚度：100mm3.6 模具零件主要工作部分尺寸计算模具的落料凹模、落料拉深凸凹模、拉深冲孔凸凹模、冲孔凸模。模具零件主要工作部分尺寸计算见表3.1。表 3.1 模具零件主要工作部分尺寸计算冲压性质零件尺寸计算公式凹模尺寸凸模尺寸落料查公差表得：，由于，不满足间隙公差条件，应缩小提高制造精度，才能保证间隙在合理范围。取故 ，冲孔查公差表得：，因为，校核结果满足间隙公差要求，为降低制造成本，可按间隙差从新分配制造公差，得故 冲孔查公差表得：，因为，故校核结果满足间隙公差要求= 拉深凸，凹模的制造公差按IT9级制造，查公差表得 =113.15=113.15注：1.冲裁工序：工件未注明公差，按自由公差取IT14级，查参考文献2表2.31，磨损系数取x=0.5;双边间隙查参考文献2表2.31，取，凸模制造精度采用IT6级，凹模制造精度采用IT7级。2.拉深工序：工件未注明公差，按自由公差取IT14级，凸、凹模的制造精度采用IT9级；拉伸单边间隙，查参考文献2表4.64，。3.7 弹性元件的设计计算 为了得到较平整的工件，此模具采用弹压式卸料结构，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状态下起皱的可能。落料卸料采用橡胶作为弹性元件。 橡胶的自由高度H=（3.54）S （3.12）式中H为橡胶的自由高度，mm; S为工作行程与模具修模量或调整量（4mm6mm）之和，mm。S=26+4=30mmH=（3.54）30=105120mm 取H=110mm4 落料、拉深和冲孔复合模结构设计4.1 落料凹模设计（1） 厚度的确定 查参考文献2表2.40，应取=28mm，但考虑到拉深过程所以应取大些，取=55mm，=42mm。如图4.1图4.1 落料凹模（2）长度和宽度L、B的确定L=B=240mm4.2 冲孔凸模长度及强度校核（1）15mm冲孔凸模的校核长度式中 L凸模长度 凸模固定板厚度，取=25mm 卸料板厚度，取=10mm h附加长度，包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等。一般取h=1520mm。如图4.2L=25+10+20=55mm图4.2 凸模长度计算示意图凸模强度压应力校核。校核公式为 （4.1）式中 冲孔冲裁力，=66620N; （4.2）凸模最小断面积，=凸模材料的许用压应力，若凸模材料选用Cr12，=（1000 1600）MPa，取 =1000Mpa因为 所以凸模强度符合要求。凸模刚度细长杆失效校核。凸模校核公式 （4.3）式中 凸模最大自由长度 凸模总压力， E凸模材料弹性模量，一般取E=2.1MPa 凸模最小端面惯性距，圆形断面 （4.4） d凸模最小断面直径, d=15.22mm； 支撑系数，无导板导向=2n安全系数，钢取n=23带入公式，得mm实际 所以凸模刚度符合要求。15mm冲孔凸模如图4.3图4.3 冲孔凸模（2）6mm冲孔凸模长度式中 L凸模长度 凸模固定板厚度，取=25mm 卸料板厚度，取=10mm h附加长度，包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等。一般取h=1520mm。L=25+10+20=55mm 凸模强度压应力校核。校核公式为式中 冲孔冲裁力，=7837.44N;凸模最小断面积，=凸模材料的许用压应力，若凸模材料选用Cr12，=（1000 1600）MPa，取 =1000Mpa因为 所以凸模强度符合要求。凸模刚度细长杆失效校核。凸模校核公式 式中 凸模最大自由长度 凸模总压力， E凸模材料弹性模量，一般取E=2.1MPa 凸模最小端面惯性距，圆形断面 d凸模最小断面直径, d=6.15mm； 支撑系数，无导板导向=2n安全系数，钢取n=23带入公式，得mm实际 所以凸模刚度符合要求。6mm冲孔凸模如图4.4图4.4 冲孔凸模4.3 落料拉深凸凹模设计4.3.1拉深部分凹模圆角半径的确定 （4.5）式中 凹模圆角半径 D毛坯直径 d凹模内径取落料拉深凸凹模。如图4.5。图4.5落料拉深凸凹模4.3.2 凹模拉深部分高度的确定如图中所示h为凹模的拉深部分，其高度应略大于拉深工件的高度，取h=35.5mm。其他尺寸如图3-5。4.4 拉深冲孔凸凹模设计 拉深冲孔凸凹模各尺寸如图4.6。图4.6拉深冲孔凸凹模4.5 压边及顶件装置类型设计本套模具欲采用弹性压边装置，如图4.7。顶杆在端盖拉深过程中顶住压边圈，起到压边作用；在回弹过程中又可以通过压边圈起到顶件的作用。图4.7 弹性压边装置4.6 压边圈的形式设计本套模具欲采用平面压边圈，如图4.8。图4.8 压边圈4.7 推件块设计冲孔结束后推件块负责使工件从冲孔凸模上脱离。考虑到推件块是安放于落料拉深凸凹模内工作的和其与冲孔凸模的配合,推件块形状及尺寸如图4.9。图4.9 推件块4.8 卸料板设计考虑到与落料拉深凸凹模的配合尺寸如图4.10。图4.10 卸料板5 标准件的选择5.1 卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉公称直径为12mm，螺纹部分为M1010。卸料钉尾部应留由足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm，有误差时通过在螺钉卸料板之间安装垫片来调整。5.2 模柄的选用设计模柄时考虑到要在上模座中安装推件装置的顶板，所以选用凸缘式模柄。5.3 模座的选用考虑到工件为一般精度，所以采用较为易于制造的滑动导向模座，且该套模具采用中间导柱模座，这种模座的导柱在模具的中间位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据，选择模座规格，查5表2.9、2.10。上模座厚度取50mm，上模垫板厚度取10mm，固定板厚度取25mm，下模座厚度取65mm，那么，该模具的闭合高度是：式中：L凸模长度,L=55mm H凹模厚度,H=55mm 凸模冲裁后进入凹模的深度,则该模具的闭合高度为233.5mm可见该模具的的闭合高度小于所选压力机的最大装模高度380mm,可以使用。6 结论通过此次毕业设计，本人设计了一套落料拉深冲孔复合模具，对冲压模设计有了一定的理解，掌握了模具设计的基本知识，熟悉了模具工艺分析和设计的基本过程，学会了网上文献检索及借助图册和手册等参考资料进行设计的方法，并对计算机辅助设计及绘图加深了应用程度，学会了对冲压件的工艺性分析，确定冲压工序，优化选择最佳工序，进而进行工艺计算，选择并校核压力机有关工艺参数，确定模具总体结构设计方案，对模具各大零件进行设计，计算并进行强度校核，绘制模具装配图及模具