凸缘拉深件的落料拉深模具设计【毕业论文+CAD图纸全套】

摘要首先简要的概述了冲压模具在社会发展领域中的作用及其以后的发展方向，点明了模具设计的重要意义。然后依据工件图进行了工艺性分析，进而确定了设计方案，计算出了模具工作部分的尺寸，设计出工作零部件；然后依据设计要求选择出各个标准零部件，最后设计出了模具的总装配图。在设计中，最重要的就是设计方案的确定、坯料的计算和工作零部件的设计，这是设计的关键，这些设计的正确与否直接关系到设计成本的高低及设计的模具能否正常工作。设计过程中，首先对凸缘拉深件的落料工序、拉深工序和凸缘的修整工序进行了分析，并对与这些工序相关的模具在设计和制造中存在的若干关键性问题进行了研究。所要解决的难题就是如何计算并防止出现拉深皱曲,拉深破裂,拉深凸耳等缺陷,使得冲压成形达到我们所要求的质量。然后用CAD制图软件画出了十几张零件图，安插在设计说明书书中。最后画出了凸缘拉深件落料拉深复合模的装配图一张。关键字拉深件、拉深、落料目录摘要第1章模具的现状与发展111模具的现状112冲压模具的发展重点与展望2第2章凸缘拉深件工艺性分析421冲压件工艺性分析4211计算毛坯尺寸5212确定拉深次数6213确定半成品尺寸7214拉深工序图822冲压工艺方案的确定10第3章工艺设计1231计算压边力和拉深力12311计算压边力12312计算拉深力12313计算公称压力1432计算模具工作部分尺寸14321模具间隙14322拉深模圆角半径15323凸凹模工作部分尺寸1533确定凸模通气孔16第4章确定排样、裁板方案1741确定条料宽度B1742确定步距A1743工件的面积S1744材料利用率17第5章落料拉深模复合模的设计1851落料拉深复合模工作部分的设计18511计算落料凸凹模刃口18512冲裁力的计算19513落料凹模的设计20514首次拉深凸模的设计2152导料板、导料销2253压边圈的设计2354凸凹模（落料凸模和拉深凹模）的设计2355模柄24第6章冲孔切边模复合模的设计2561冲孔切边复合模工作部分的设计25611计算冲孔凸凹模刃口25612冲裁力的计算2662冲孔凸模设计2763冲孔凹模设计2764落料拉深复合模运动部分零件的设计28641模架与紧固零件的选取28642压料装置的选择29643压力机的选择和校核29644落料拉深复合（首次拉深）模总装图30总结致谢参考文献第1页共52页第1章模具的现状与发展11模具的现状根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。一、冲压模具市场情况我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12M，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到RA15M的精冲模，大尺寸精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。模具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。第2页共52页其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。12冲压模具的发展重点与展望发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可按产品重点、技术重点和其他重点分别叙述。冲压模具产品发展重点。冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。2、冲压模具技术发展重点。模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1M以下和表面粗糙度RA01M的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。3、其他发展重点及展望。其他发展重点及展望的内涵十分丰富，这里只第3页共52页就管理、专业化与标准化及行业调整三个方面作一些分析。企业管理是一个系统工程，是一门学问，是科学技术。与工业发达国家模具企业相比，在某种意义上说，我们的管理落后更甚于技术落后。因此改进管理十分重要，且任务繁重，目前模具企业的管理有许多形式，各有其适应对象，但搞好信息化建设，逐步实现信息化管理已成为发展方向，行业也对此有共识。由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲压模具的专业化比塑料模和压铸模更低。第4页共52页第2章凸缘拉深件工艺性分析21冲压件工艺性分析拉深件名称凸缘拉深件生产批量大批量材料08AL料厚1MM技术要求工件要求平整,无拉深痕迹,未注公差IT14。凸缘拉深件零件图第5页共52页此工件为带凸缘拉深件，要求零件尺寸标注在外形，零件尺寸厚度不变。此工件的形状满足拉深件工艺要求，可用拉深工序加工。凸缘上带有三个孔，采用冲孔工艺加工。良好的拉深工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。拉深件的材料应具有良好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。零件材料为08AL，厚度为1MM，且其刚度相对不高，易变形。凸缘拉深件零件，要满足D凸D12T，而求外轮廓与直壁断面最好形状相似，否则，拉深困难，切边余量大。211计算毛坯尺寸1确定修边余量一般拉深件，在拉深成形后，工件口或凸缘周边不齐，必须进行修边以达到工作的要求。因此，在按照工件图样计算毛坯尺寸时，必须加上修边余量后再计算,查表11得22MM。表11有凸缘圆筒形拉深件的修边余量凸缘的相对直径DT凸缘直径DT15152225252518161412205025201816501003530252210015043363025第6页共52页150200504235272毛坯直径尺寸的计算MDRDHDRDDD761031604986534726012485222321212确定拉深次数1毛坯厚度的计算第一次拉深096713DTT所以查表12可知要用压边圈拉深。表12采用压边圈的条件第一次拉深以后各次拉深拉深方法（T/D）/M1（T/D）/MN用压边圈2006015080第7页共52页2总的拉深系数有凸缘圆筒形件的拉深系数拉深，有凸缘圆筒形件拉深时，相当无凸缘拉深过程的中间阶段。这只需要比较工作实际所需的总拉深系数和H/D与凸缘件第一次拉深的极限拉深系数和极限拉深相对高度即可。根据表13查出第一次拉深允许的拉深系数为053055，零件所需求的拉深系数MD/D33/103760318M，12总MMM03150100，取得65MM以后各拉深凸模的通气孔直径为凸模直径50，取得5MM通气孔的开口高度H应大于制件的高度H，一般取HH（510）MM计算得47，57，65。1H23H第20页共52页第4章确定排样、裁板方案板材规格选用11101500。由于坯料直径10376MM不算太小，考虑到操作方便，采用单排。41确定条料宽度B查模具设计与制造表18，得搭边值A10MM，A108MM，则BD2A103762110576MM42确定步距AADA1103760810456MM第21页共52页43工件的面积SSR23145188845142244材料利用率01001SSAB84514/1045610576）100760式中S一个步距内制件的实际面积，MM；12S一个步距内所需毛坯面积，MM；02A送料步距，MM；B条料宽度，MM。排样图第5章落料拉深模复合模的设计51落料拉深复合模工作部分的设计511计算落料凸凹模刃口落料1037的凸、凹模刃口尺寸得计算。由于落料件结构简单，精度要第22页共52页求不高（公差等级取IT14级，则其尺寸为1037），所以采用分别制造087的方法制作凸、凹模。凸、凹模刃口尺寸计算公式如下凹模尺寸D（DX）凹MAX凹0凸模尺寸D（DZ）凸凹MIN0凸式中D，D落料凸模和凹模的基本尺寸，MM；凹凸D落料件最大极限尺寸，MM；MAX冲裁件的公差，MM；X磨损系数，查冲压工艺与模具设计一书中表121选取；凸凹模的制造偏差，按冲裁件的1/31/4选取，或可查凸凹,冲压工艺与模具设计一书中表122选取。查表得087MM，X05MM，0035，0025，凹凸01MM，014MMMINZMAXZ代入公式得D（103705087）1033凹035035第23页共52页D（103301）1032凸025025校核MINAXZ凸凹0035MM0025MM006MM004MM（满足间隙公差条件）512冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算FKLTB式中F冲裁力（KN）L冲裁周边长度（MM）T材料厚度（MM）材料抗剪强度MPABK系数，一般取13。在一般情况下材料的抗拉强度B13，为计算方便可按下式估算冲裁B力F13LTLT（215410）BBB计算得F13325614101735KN第24页共52页卸料力查表113，0025006）FK卸卸卸K0061735104KN卸推件力NF（查表113，0055，NH/T1）推推推10055173595KN推该落料冲孔复合模采用正装结构及弹压卸料和下出料（冲孔废料）方式，则总冲压力总F卸推1735104951934KN从满足冲压工艺力的要求看，可选用200KN开式压力机。513落料凹模的设计在落料凹模内，由于要设置推荐块，所以凹模刃口应采用直通形刃口，由于凹模简单，同时为了降低凹模加工难度和凹模结构的复杂程度，得到较高的结构强度，凹模采用整体式。查冲压工艺与模具设计一书表125，得H5MM，取得刃口高度H6MM。凹模外形尺寸计算公式如下凹模厚度HKB（15MM）凹模壁厚C（152）H（3040MM）式中B冲裁件的最大外形尺寸；第25页共52页K凹模厚度系数，考虑板料厚度的影响。查冲压工艺与模具设计一书表126，得K（01502），取02代入计算得H021037207MMC15H15207311MM取凹模厚度H25MM，凹模壁厚C35MM凹模宽度BB2C10372351737MM，取175MM凹模长度与宽度相等。取L175MMB175MM落料凹模的结构设计如图下所示，材料选用CRWMN,热处理硬度为6064HRC。第26页共52页图落料凹模514首次拉深凸模的设计拉深凸模的工作部分尺寸已经在前面计算部分（凸、凹模工作部分尺寸）计算过，此处根据模具的结构设计确定其结构尺寸，为便于凸模的加工，凸模采用直通式，材料选用CR12MOV,热处理硬度为5862HRC第27页共52页图首次拉深凸模52导料板、导料销1对条料或卷料的侧边进行导向，以保征其正确的送料进方向的板件或销。条料靠着导料板或导料销的一侧导向送进，以免送偏，导料销一般用两个，多用于单工序模和复合模。因为是从右向左送料，与条料相靠的导料板或导料销装在后侧。导料板通常选用Q233或Q235钢制造，导向面及上、下表面的表面粗糙度应达到1608M。AR第28页共52页导料板选用整体式，导料板之间的宽度应等于条料的最大宽度加上一间B隙值。因无侧压装置，间隙取0515MM。导料板的厚度H8MMT1MM。2挡料销该单工序模具只需要一个固定挡料销。选用圆柱头固定挡料销，此挡料销结构简单，制造方便，当固定部分和工作部分的直经差别较大时，不致于削弱凹模的强度。装在凹模上。53压边圈的设计该模具中，凸凹模首先将落料件推入落料凹模，设置在落料凹模内的压边圈在气压的作用下对落料件施压，起到压料作用，防止拉深毛坯进行拉深时起皱。推件块的结构和尺寸设计如图示。推件块采用45钢，热处理硬度为4348HRC。图压边圈54凸凹模（落料凸模和拉深凹模）的设计本模具为落料拉深复合，除了落料凹模和拉深凸模外，还有一个落料凸模和拉深凹模组成的凸凹模。根据模具结构的设计需要，凸凹模的结构设计如图第29页共52页所示。凸凹模安装时应保证凸凹模的轴线与模柄轴线重合。凸凹模的强度校核查冲压工艺与模具设计一书表127得凸凹模的最小壁厚为27MM，而实际最小壁厚为735MM，故强度满足要求。凸凹模的外形采用分别制造法得到，内孔刃口尺寸由冲孔凸模的实际尺寸进行配做，保证双面合理间隙值在ZMIN0246ZMAX0360之间。凸凹模材料为CR12MOV,热处理硬度为6264HRC。图46凸凹模55模柄使模具的中心线与压力机的中心线重合，并把上模固定在压力机滑块的连接零件上。选择凸缘模柄，用34个螺钉固定在上模座的窝孔内，模柄的凸缘与上第30页共52页模座的窝孔采用H7/JS6过渡配合。模柄直径可取与模柄孔相等，采用间隙配合H11/D11，模柄长度应小于模柄孔深度510MM。模柄通常采用Q235或Q275钢制造，其支撑面应垂直于模柄的轴线（垂直度不应超过002100）。压入式模柄配合面的粗糙度应达到1608M，AR模柄压入上模座后，应将底面磨平。第6章冲孔切边模复合模的设计61冲孔切边复合模工作部分的设计611计算冲孔凸凹模刃口冲孔的凸、凹模刃口尺寸得计算。结构简单，精度要求不高（公差等级取IT14级，则其尺寸为5），所以采用分别制造的方法制作凸、凹模。凸、087凹模刃口尺寸计算公式如下凸模尺寸D（DX）凸INM0凸凹模尺寸D（DZ）凹凸MIN凹0式中D，D冲孔凸模和凹模的基本尺寸，MM；凹凸D冲孔件最小极限尺寸，MM；INM冲裁件的公差，MM；第31页共52页X磨损系数，查冲压工艺与模具设计一书中表121选取；凸凹模的制造偏差，按冲裁件的1/31/4选取，或可查凸凹,冲压工艺与模具设计一书中表122选取。查表得087MM，X05MM，002，002，凹凸01MM，014MMMINZMAXZ代入公式得D（505087）54凸0202D（5401）55凹00校核MINAXZ凸凹002MM002MM004MM004MM（满足间隙公差条件）612冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算第32页共52页FKLTB式中F冲裁力（KN）L冲裁周边长度（MM）T材料厚度（MM）材料抗剪强度MPABK系数，一般取13。在一般情况下材料的抗拉强度B13，为计算方便可按下式估算冲裁B力F13LTLT（215410）BB计算得N卸料力查表113，0025006）FK卸卸卸K0068405KN卸推件力NF（查表113，0055，NH/T1）推推推100558405KN推该落料冲孔复合模采用正装结构及弹压卸料和下出料（冲孔废料）方式，则总冲压力总F卸推84050594KN第33页共52页从满足冲压工艺力的要求看，可选用160KN开式压力机。62冲孔凸模设计因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面使加工更简单，另一方面又便于装配与更换。拉深凸模的工作部分尺寸已经在前面计算部分（凸、凹模工作部分尺寸）计算过，此处根据模具的结构设计确定其结构尺寸，为便于凸模的加工，凸模采用直通式，材料选用CR12MOV,热处理硬度为5862HRC。图冲孔凸模63冲孔凹模设计冲孔凹模的结构设计如图下所示，材料选用CRWMN,热处理硬度为6064HRC。第34页共52页图冲孔凹模64落料拉深复合模运动部分零件的设计641模架与紧固零件的选取由于该模具的冲压行程较大，经考究知选用行程较大、导向精度高的滚动导向模架，经查中国模具设计大典一书表2249，选用中间导柱模架，其标记为250X200X2300GB/T28522。最小闭合高度为230MM，最大行程为120MM。1模架各零件标记上模座250MMX200MMX50MMGB/T28563下模座250MMX200MMX60MMGB/T28564导柱32MMX215MMGB/T28613第35页共52页35MMX215MMGB/T28613导套32MMX150MMX48MMGB/T2861835MMX150MMX48MMGB/T28618保持圈32MMX395MMX84MMGB/T28611035MMX425MMX84MMGB/T286110弹簧2MMX37MMX87MM2MMX40MMX88MM压板16MMX20MM螺钉M6X16MM2模具最小闭合高度为HHHTHH上模座推件块拉深凸模下模座506128060253MM在模具的闭合高度范围内。3紧固件的选择该模具采用内六角螺钉和销钉紧固，具体选用标准件如下内六角螺钉M1030GB/T701985M1060GB/T701985M10X45GB/T701985M10X70GB/T701985第36页共52页642压料装置的选择弹性压料装置通常有三种结构形式橡皮压边装置；弹簧压边装置；气垫式压料装置。随着拉深深度的增加，需要压边的凸缘部分不断减少，故需要的压边力也减小，由三种压边装置的压边力的变化曲线知，橡皮和气垫式的压边力恰好与需要的压边力相反，随着拉深深度的增加，其压边力亦增加，这种情况会使拉深力增大，从而导致零件断裂，因此橡皮和气垫式结构通常由于浅拉深。弹簧压边装置的压边效果较好，压边力基本不随工作行程而变化。因此，为保证拉深件的拉深质量，该模具选用弹簧压边装置。643压力机的选择和校核1压力机的选择由413知，首次拉深所要求的公称压力F1393KN，由413知，落1压料力和推件力F836KN，由于落料和拉深分别进行，因此取F912KN。总为了保证冲压力的足够，一般冲裁时压力机吨位应比计算的冲压力大30左右，即F912X1311856KN，根据模具的外形尺寸和公称压力，最终选总取压力机型号为J21160的开式固定台压力机。其主要技术参数为公称压力1600KN滑块行程160MM最大装模高度400MM连杆调节长度200MM工作台尺寸710MMX710MM（前后X左右）模柄孔尺寸70MMX80MM（直径X深度）2压力机的校核滑块行程长度的校核滑块行程长度应保证毛坯能顺利地放入模具和冲压件能顺利的从模具中取出，特别是成形拉深件和弯曲件，应使滑块行程长度大第37页共52页于制件高的2530倍。首次拉深件深36MM，滑块行程160MM,大于拉深件高的三倍，因此滑块行程长度满足要求。闭合高度的校核该模具设计的最小闭合高度为253MM，凸凹模刚好接触到板料时的闭合高度，模具闭合高度为292MM。模具的闭合高度应介于压力机的最大和最小闭合高度之间，并考虑留有适当的余量。计算公式如下HH10HHH5MIN1MAX1式中H模具闭合高度H压力机的最大闭合高度MAXM连杆调节量计算得（40020010）MM253MM292MM4005MM即210253MM292MM395MM因此，压力机装模高度满足要求。644落料拉深复合（首次拉深）模总装图如图411所示为落料拉深复合模。上模部分装有凸凹模5（落料凸模与拉深凹模），下模部分装有落料凹模11与拉深凸模10。为保证冲压时先落料后拉深，拉深凸模10上端面低于落料凹模11的刃口高度。件13为弹性压边圈，压边装置安装在下模座上。第38页共52页图411首次拉深装配图第39页共52页结论本课题研究的是关于凸缘拉深件的冲压工艺及模具设计，零件材料为08钢，厚度为1MM，且其刚度相对不高，易变形。通过对零件的整体分析，制造此零件需要多次拉深冲压。因而本课题所要解决的难题就是如