0081-张力盘冲压成形工艺及冲孔落料拉深复合模设计【全套14张CAD图+说明书】
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张力
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落料拉深
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张力盘冲压成形工艺及模具设计
摘要：本设计的题目为张力盘冲压成形工艺及模具设计的设计,体现了薄板类冲裁零件的要求、内容及方向，有一定的设计意义。通过对该零件模具的设计，进一步加强了本人冲压模设计的基础知识，为设计更复杂的冲压模具做好了铺垫和吸取更深刻的经验。
本设计运用冲压成形工艺及模具设计的基础知识，首先分析了冲裁件的冲压工艺性，为确定冲裁工艺方案做好了准备；然后计算冲裁力和模具刃口尺寸，便于选取压力机及确定工作零件的尺寸和结构；最后分析了制件的特征，确定模具的设计参数、设计要点及推件装置的选取。
本冲裁件上孔为非规则形状的孔,为了便于冲孔凸模的加工，所以在设计时把冲孔凸模设计成直通式,然后,将其铆接在凸模固定板上。此外,该制件的尺寸较大,为保证凹模的加工精度,在设计时应将其设计成凹模组件。为了方便制件的取出，本副模具采用倒装结构形式,同时,为了简化模具结构采用弹性推件装置。
关键词： 冲压模 倒装复合 凹模组件 弹性推件
- 内容简介：
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- 1 - 1 绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。 国内模具的现状和发展趋势 国内模具的现状 我国模具近年来发展很快，据不完全统计， 2003 年我国模具生产厂点约有 2 万多家，从业人员约 50 多万人， 2004 年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任 务饱满， 2004 年模具产值 530 亿元。进口模具 美元，出口模具 美元，分别比 2003 年增长 18%、 进出口之比 2004 年为 ，进出口相抵后的进净口达 美元，为净进口量较大的国家。 在 2 万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有 20 多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。 近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数 量增加，能力提高较快； 三资 及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。 虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足 : 第一， 体制不顺，基础薄弱 。 “ 三资 ” 企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 - 2 - 第二， 开发能力较差，经济效益欠佳 平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 15 20 万美元，有的高达 25 30 万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工 艺装备水平低，且配套性不好，利用率低 虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和 用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套 现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专 业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受 “ 大而全 ”“ 小而全 ” 影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚 。 第五，模具 材料及模具相关技术落后 模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。 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，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括 以下几方面 : 1） 模具日趋大型化； - 3 - 2） 在模具设计制造中广泛应用 术； 3） 模具扫描及数字化系统； 4） 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5） 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 6） 发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 7） 模具的精度将越来越高； 8） 模具研磨抛光将自动化、智能化； 9） 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； 10） 开发新的成形工艺和模具。 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， 60 80的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为 600650 亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占 本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中 ,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例 占到 50%以上 ； 国外模具企业 的组织形式 是 大而专 、 大而精 。 2004 年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织 机 械 制 造 商 联 合 会（ 模具协会了解到，德国有模具企业约 5000 家。 2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（ 员模具企业有 90 家，这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%，可见其规模效益。 - 4 - 随着时代的进步和技术的发展， 国外的一些 掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计 、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才 ，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我 国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右， 而 国外模具工业发达国家大多 15 20 万美元，有的达到 25 30 万美元。 国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上 ，而我国才达到 45 张力盘模具设计与制造方面 张力盘模具设计的设计思路 冲裁是冲压工艺的最基本工序之一，它是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切边、修边、切舌、剖切等工序，其中落料和冲孔是最常见的 两种工序。冲裁在冲压加工中应用极广。它既可直接冲出成品零件，还可以对已成形的工件进行再加工。普通冲裁加工出来的制件的精度不高，一般情况下，冲裁件的尺寸精度应在 以下，不宜高于 。 只有加强冲裁变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲裁变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。 张力盘是典型的冲压件，该模具工作过程很简单就是冲压、落料、拉深，根据零件图的结构和尺寸精度以及材料的性能确定完成该冲件所需要 的模具类型 合考虑各种因素后不采用复合模。根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次冲裁能不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度 ,改变导柱和导套的高度的同时 ,还要注意保证导柱和导套的强度 . 导柱和导套的高度可根据冲裁凸凹模与落料凹模工作配合长度决定设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。 张力盘 冲压模具设计的进度 - 5 - 用时间 10 天； 用时间 5 天； 用时间 30 天； 用时间 5 天 - 6 - 2 张力盘的冲压工艺性分析 零件名称：张力盘 生产批量：大批量 材 料： 度： 件图：如图 1. 40 图 1 零件图 由工件图看，该工件有冲孔，落料，拉深三道工序，材料为 有良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构相对简单，工件中心有 5孔，在拉深过程中变形小不考虑零件尺寸公差无特殊要求，按照选取。工件形状简单，形状规则始于冲裁加工。 - 7 - 3 冲压工艺方案的确定 方案 一：先落料再冲孔，最后拉深，采用单工序模生产 方案二：先冲孔落料，再拉深，采用两套模具生产 方案三：冲孔落料拉深复合模，用一套复合模具生产 分析方案一，其加工复杂，模具太多，生产成本太高，不便采用。方案二其缺点去如一故不适合。方案三与一、二相比较，其模具的设计与 制造比较复杂困难，但能缩短生产周期，降低模具制造成本，提高生产效益，因此，采用方案三最好。 - 8 - 4 主要设计计算 毛坯的计算 根据等面积原则，用解析法求该零件的毛坯直径。首先将该零件分析成圆，圆环，圆锥台、三个简单的几何体。由表 4得它们的面积公式分别为： 4=22= /4(=(40= L(d1+2=则毛坯展开尺寸 D=43.9 查表 4得拉深的修边余量 h=2.0 毛坯的直径 D=43.9 2.0 7.9 D=48排样 该工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排样设计。根 据表 2得搭边值 1.5 mm,a= 2 用双排导料销导料 条料的宽 b=48a= 52 料的进距为 h=48+49.5 裁单件时料的利用率根据公式 (2算 100= %= - 9 - 图 2 排样图 计算工序压力 落料力的计算 按式（ 2 F 落 =F 落 N） L = D=48=mm t=1.2 由书本附录查得 =310 料力则为： F 落 =310N 卸料力的计算 按照式（ 2 F 卸 =K 卸 +F 落 - 10 - K 卸 其值由表（ 2得 K 卸 = 卸 =N 冲孔力的计算 按照式（ 2： F 冲 = L=5 5.7 冲孔力为 : F 冲 =310=N 推件力计算 按照式（ 2 F 推 = F 冲 K 推 其值由表（ 2得 K 推 = n=2 则推件力为： K 推 =2 103 拉深力计算 该零件为浅伸，故可以按照由压边圈的圆筒形的工件近似计算。按照式（ 4 F 拉 =K b F 拉 N） d=25- 11 - 由书末附录查得 b=380拉深因数 m=d/D=25/48=表（ 4得修正因数 K=拉深力为： F 拉 =380= 压边力的计算 压边力 以下计算 P 式中 A=（ 48 = 由表（ 4得 P=压边力为： 总冲压力为： F 总 =F 落 +F 卸 +F 推 +F 拉 +F 压 +F 冲 =冲压设备的选择 对于浅拉深可按照式（ 4F 压 （ F 总。 估算压力来选取压力机，参照书末附录 由 F 压 （ F 总可得： - 12 - F 压 (公称压力： 250块行程： 65大闭合高度： 270闭 高度调节量： 55作台尺寸： 370560柄孔尺寸： 40 60- 13 - 5 主要工作部分尺寸计算 模具的落料凹模，凸凹模，冲孔凹模，冲孔凸模及镶拼凸凹模的工作关系：见装配图所示。 对于工件未标注公差尺寸的应按照 算，也可以按照书末附录查得尺寸的未标注公差。 根据表（ 2得冲裁模刃口双面间隙： 落料刃口尺寸计算 48的基本尺寸按照 互换型与测量技术），表（ 3得 查表（ 2： S 凹 =S 凸 =于 S 凹 + S 凸 采用凹模与凸模配合的加工方法。因数有表（ 2得 X= 凹 =（ 0+S 凹 =（ 0+ 凹 按照凹模尺寸配制其双面间隙 工作部分结构尺寸如下图所示： - 14 - + 0 照凹模配制图 3 冲孔刃口尺寸计算 对于 5 基本尺寸按照 公差要求查书互换性与测量技术上表（ 3得公 差为 50+凹模的制造公差由表（ 2 S 凹 =S 凸 =于 S 凹 + S 凸 因此采用配合加工法加工。查表（ 2 X= 则： d 凹 =(d+ 0 =（ 5+2mm d 凹按照凸模尺寸配制，其双面间隙在 工作部分结构尺寸如下图所示： - 15 - 照凸模尺寸配制图 4 根据工件的基本尺寸计算该工件能进行一次拉深成形。 拉深工作部分尺寸计算 拉深凸模和凹模的单边间隙可以按照表（ 4式 Z/2=1t 计算，Z/2=Z= 由于拉深工件的公差为 ，故凸凹模的制造公差克采用 书末附录得 S 凹 =S 凸 =照式（ 4（ 4以求拉深凹凸模尺寸及公差如下表一 : 表 一 工件尺寸 d 凹 =（ 0 +S 凹 d 凸 =（ d 凹 0 - S 凹 220 - 0 . 5 2 0 . 0 8 4 0 . 0 8 4 250 - 0 . 5 2 0 . 0 8 4 0 . 0 8 4 - 16 - 6 弹性元件的设计计算 为了得到较为平整的原件，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，从而改善了毛坯的稳定性，避免材料在切向应力的作用下起皱的可能。 橡胶的自由高度 上卸料采用橡胶作为弹性元件，按照式（ 1算橡胶的自由高度： H 自由 =（ 4） S 工作 H 自由 S 工作 4 6和 S 工作 =（ +1） = 自由 =（ 4） 42 H 自由 =39式（ 1算橡胶的装配高度为： H 自由 =（ 39 4胶的断面面积在模具装配时按照模具空间大小来装配。 橡胶的装配高度 下顶块压边采用橡胶作为弹性元件，按照式（ 1算橡胶的自由高度： H 自由 =（ 4） S 工作 - 17 - S 工作 =（ ） = H 自由 =（ 4） 38 H 自由 =36式（ 1算橡胶的装配高度 H 自由 =（ 36 = 1胶断面面积在模具装配时按照模具空间大小确定 - 18 - 7 模具的总体设计及装配 该工件的模具结构如图所示： 主要由上下模座，落料凹模，凸凹模，冲孔凸模，冲孔凹模，镶拼凸模，镶拼凹模，下顶块，上顶块，卸料板等零件组成。 根据主要工作部分尺寸，结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可以选取 I 级精度的后侧导柱模架，即： 上模座： 14012040 模座： 14012050 柱： 250 20 钢 导套： 9038 20 钢 导柱导套渗碳深度为： 硬度为： 58 62料凸凹模，冲孔凸凹模，镶拼凹模，镶拼凸模材料均采用 处理硬度为 60 64料板，上顶板，下顶板，垫板，固定板的材料均采用 45 钢。 该模具将成形部分做成镶拼凹模 8，镶拼凸模 7，这样当冲裁刃口便钝后，只要 将刃口部分按照常规修磨一下，然后将镶拼件旋转一个角度取出后，将反面磨去刃磨量即可以装入再使用。 下顶块 6 除了起到压边作用，另外当工件拉深到下顶块触到下固定板时，下顶块就起到了限位的作用，当上模回程时，拉深件有了一个校正的过程。 由于受 250式压力机工作台孔尺寸的限制，该模具的顶件压边装置安装在下模妨碍了冲孔废料的排出，下模座则开设了一个卸漏料孔，并由螺钉来限位，使托板与下模座之间保持一定的间距，从而保证废料能够依靠自重顺利排出。 为了保证让冲孔凹模与落料凹模的同心要求，将冲孔凹模与落料凹 - 19 - 模用螺栓连 接在一起，并与固定板成 H7/过渡配合，这样给拆卸装备带来了方便。 - 20 - 8 模具的总装图 冲裁模的总装图 图 5 由以上设计，可得到模具的总装图，其工作过程是：上模部分通过模柄安装在压力机滑块上 ,下模部分通过螺栓压板安装在压力机工作台面上。导料销和挡料销固定在凹模上 ,条料沿导料销送进 ,由定位装置控制其送进步距。压力机行程一次冲压一次；冲裁完毕 ,压力机滑块回程 ,带动上模部分上行 ,卡在凸模外的料由卸料板卸下；卡在凹模内的制件由推件装置卸出 ,完成一次冲压。 - 21 - 结束语 张力盘属于典型的冲裁件， 分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定该制件的冲裁力及模具刃口尺寸，然后选取相应的压力机。本设计主要是落料凸、凹模及冲孔凸、凹模的设计，需要计算凸凹模的间隙、工作零件的尺寸和公差。此外 ,还需要确定模具工艺零件和结构零件以及模具的总体尺寸，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。 由于在零件制造前进行了预测，分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷，采取了相应的工艺措施。因此，模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。 张力盘冲裁件的形状结构较为简单，但是其尺寸相对较大不适合选用标准模架。要保证零件 的顺利加工和取件，模具必须有足够的长度，因此需要改变上、下模座的长度，以达到要求。模具工作零件的结构也较为简单，它可以相应的简化模具结构。便于以后的操作、调整和维护。 张力盘冲孔落料拉深模具的设计，是理论知识与实践有机的结合，更加系统地对理论知识做了更深切贴实的阐述。也使我认识到，要想做为一名合格的模具设计人员，必须要有扎实的专业基础，并不断学习新知识新技术，树立终身学习的观念，把理论知识应用到实践中去，并坚持科学、严谨、求实的精神，大胆创新，突破新技术，为国民经济的腾飞做出应有的贡献。 - 22 - 参 考 文 献 1 中国机械工程协会、李春胜、黄德彬主编 北京：化学工业出版社， 2 肖祥芷、王孝培主编 卷 子工业出版社， 3 机械工业部编 1996）第 5 卷 械工业出版社， 1996 4 王孝培主编 北京：机械工业出版社， 5 中国机械工程学会、中国模具设计大典编委会编 3 卷） 西科学技术出版社， 6 任嘉卉主编 北京：机械工业出版社， 7 王建中、李洪主编 沈阳：辽宁科学技术出版 - 23 - 社， 8 郭成、储家佑主编 北京：中国标准出版社，9 中国标准出版社、全国模具标准化技术委员会编 压模具卷（下） 国标准出版社， 10 许发越主编 北京：机械工业出版社， 11 林慧国等主编 北京：机械工业出版社 ， 12 陈锡东、周小玉主编 北京：机械工业出版社，2001.7 张力盘冲压成 形 工艺及模具设计 摘要 ： 本设计的题目为 张力盘 冲 压成形工艺及模具设计 的设计 ,体现了薄板类冲裁零件的要求、内容及方向，有一定的设计意义。 通过对该零件模具的设计，进一步加强了本人冲压模设计的基础知识， 为设计更复杂的冲压模具做好了铺垫和吸取更深刻的经验。 本设计运用冲压成 形 工艺及模具设计的基础知识，首先分析了冲裁件的冲压工艺性 ，为确定 冲裁工艺方案做好了准备；然后计算冲裁力 和模具刃口尺寸，便于选取压力机及确定工作零件的尺寸和结构 ；最后 分析了制件的特征，确定模具的设计参数、 设计要点及推件 装置的选取 。 本 冲裁件 上 孔为 非规则形状的孔 ,为了便于冲孔凸模的加工 ，所以在设计时把冲孔凸模设计成直通式 ,然后 ,将其铆接在凸模固定板上。 此外 ,该制件的尺寸较大 ,为保证凹模的加工精度 ,在 设计时应将其设计成凹模组件。为了方便制件的取出 ， 本副模具采用倒装结构形式 ,同时 ,为了简化模具结构采用弹性推件装置。 关键词 ： 冲压模 倒装复合 凹模组件 弹性推件 of of of a of d m y of to wa y ex of t he of of f of to of of of of of of of on of in to in of as a in ed In of to of be to To of u se at in to y a of t. of 机 械 加 工 工 序 卡 4工序名称 粗铣 工序号 02 零件名称 凹模 零件号 00件重量 同时加工零件数 1 材 料 毛 坯 牌 号 硬 度 型 号 重 量 设 备 夹 具 名 称 辅 助 工 具 名 称 型 号 铣床 虎钳 游标卡尺 安 装 工 步 安装及工步说明 刀 具 量 具 走 刀 长 度 走 刀 次 数 切 削 深 度 进给量 主 轴 转 速 切 削 速 度 基 本 工 时 一次 1 铣上平面 75 面铣刀 游标卡尺 1 200 / 00r/ 一次 1 铣下平面 75 面铣刀 游标卡尺 1 200 / 00r/ 一次 2 铣两端面 20 立铣刀 游标卡尺 1 60 / 00r/ 一次 2 铣两端面 20 立铣刀 游标卡尺 1 60 / 00r/ 设 计 者
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