中锥零件成形工艺分析及模具设计-锥形件冲压模具【含CAD图纸+PDF图】
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UNIVERSITY本科生毕业设计设 计 题 目: 中锥零件成形工艺分析及模具设计 系部： 机电工程系 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 长沙学院教务处 二一一年二月制（20 13届）本科生毕业设计说明书 中锥零件成形工艺分析及模具设计系部： 机电工程系 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩 2013年06月 设计 摘 要 本次毕业设计的题目为中锥零件成形工艺分析及模具设计。该零件是通过对材料为08钢、厚度为3.5mm的条料进行冲压的到的。本次设计对中锥零件工艺性进行了分析，提出工艺改进方案，即增加毛坯直径、设置切边余量。在此基础上，对多种工艺方案进行分析与比较确定最终的方案，即由落料拉深复合模和切边模两套模具完成对工件的成形。在模具的设计过程中，论文设计了较高材料利用率的排样图，计算了成形过程中所需的工艺力，选择了合适压力机并进行了装模高度校核，计算了主要成形模具零件的主要刃口尺寸，完成了2套模具总体结构和主要模具零件结构的设计。本文最后对2套模具的主要成形零件进行了加工工艺路线的制定。 关键词：中锥件，模具设计，复合模ABSTRACT The forming process analysis and mould design of the middle cone shaped part have been carried out in this paper. This part is made by stamping the strip, where material is 08 steel and thickness of the part is 3.5mm. The process analysis of the part has been applied to improve the process solution, where the blank diameter increases and the trimming allowance is Determined. According to the actual situation, the comprehensive comparison and analysis of process solutions have been gave to determine the final solution, including a blanking drawing compound die and a trimming die. In the mould design process, the layout diagram with the higher material utilization has been designed, the process forces in the forming process have been calculated, the suitable press machine has been chosen and the die set height has been checked, the main cutting edge size of the main forming mould parts have been calculated, and the design for the overall structure and main parts in the 2 sets of dies have been finished. The processing routes of the forming parts in the 2 sets of dies have been formulated finally.Keywords: Middle cone shaped parts, Mold design, Compound die目 录 摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 概述11.2 模具行业的现状及发展趋势11.2.1 模具行业的现状11.2.2 模具行业的技术发展趋势21.3 国内模具的先进制造技术（AMT）2第2章 中锥零件的成形工艺分析42.1 课题内容42.2 分析零件的冲压工艺性42.3 工艺方案的分析、确定及相关计算52.3.1 计算零件的毛坯尺寸52.3.2 工艺方案的确定5第3章 落料、拉深复合模的设计73.1 模具结构设计73.2 复合模工艺力计算73.3 冲压设备的选择83.4 压力中心的确定93.5 工作零件刃口尺寸计算93.6 排样图设计93.6.1 板料的选择93.6.2 排样设计93.6.3 材料利用率103.7 复合模主要零部件的设计及计算103.7.1 工作零件103.7.2 定位零件143.7.3 卸料及压料零件143.7.4 模架的选用183.7.5 连接与固定零件183.8 落料拉深复合模装配图193.9 压力机的校核21第4章 切边模的设计224.1 切边模模具结构设计224.2 切边模工艺力计算224.3 冲压设备的选择234.4 切边模压力中心的确定234.5 切边模工作零件刃口尺寸计算234.6 切边模主要零部件的设计及计算244.6.1 工作零件244.6.2 卸料及压料零件254.6.3 模架的选用284.6.4 连接与固定零件294.7 切边模装配图294.8 切边模压力机的校核31第5章 主要零件的制造工艺卡325.1 落料凸模加工工艺过程325.2 落料凹模加工工艺过程335.3 拉深凸模加工工艺过程345.4 拉深凹模加工工艺过程355.5 切边凸模加工工艺过程365.6 切边凹模加工工艺过程37结 论39参考文献40致 谢4136第1章 绪论 1.1 概述冲压成形作为一个涉及领域十分广泛的行业，已深入到了制造、生产行业的方方面面。在国外，冲压成形被称为板料成形1。采用冲压模具来生产工件，具有生产高效率、高质量、低成本、节约能源等优点，所生产的工件高精度、高复杂度、高一致性、高生产率、低消耗，这都是其他的加工制造方法所无法比及的，冲压成形已然成为当代工业生产的主要手段甚至工艺发展的方向2。从更高的层次上来说，整个模具工业决定着现代工业品的发展和技术水平的提高。冲压作为一种压力加工过的方法，其三个必要因素是板料、冲压设备和冲压模具，而冲压模具是一种比较特殊的工艺设备，它能在冲压加工过程中将金属或非金属材料的板材、管材和型材等加工成冲压件3-4。所以模具的最终目的是使用，是为多、好、快、省地生产出用户所需的产品。而要保证得到最好的使用效果，模具的设计质量和制造水平是非常重要的。因此，模具工业的发展对于国民经济和社会发展都起着举足轻重的作用5-7。 1.2 模具行业的现状及发展趋势 1.2.1 模具行业的现状21世纪以来，随着计算机软件的发展与进步，CAD/CAE/CAM模具设计技术逐渐成熟，在现代模具中的应用也越来越广泛。目前我国冲压模具在数量、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，存在的差异还是不容忽视的8-9。现有的分析软件和技术成果所带有的局限性要求着我国的模具工业不断努力探索新的途径10。如今的形势下，模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,更是一个国家的工业产品保持国际竞争力的重要保证之一11。我国的冲压生产机械化、自动化、集中化程度低，技改投入、工艺应用明显不足，吸收、转化、推广速度慢等等都制约着模具工业的发展。根据中国模具工业协会的统计调查，模具的设计、材料、制造都已满足不了国内汽车发展的需要，一些大型、精密、复杂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。而一些低档次的简单冲模，则已供过于求，市场竞争十分激烈。国外模具自产自配比例一般为30%，相比之下，我国冲模自产自配比例高达60%，这就对冲模专业化产生了很多不利影响。2009年中国模具进出口总额为38.07亿美元，比上年下降3.03%。其中进口总额为19.64亿美元，同比减少2%；出口总额为18.43 亿美元，同比减少4.11%12。 1.2.2 模具行业的技术发展趋势现代模具工业有“Do not decline industry”13之称，汽车、摩托车、电子、通讯和建筑材料等行业的发展，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展大大地推动着模具工业的高速增长，随着信息化时代和经济全球化不断深入发展, 模具行业的技术发展趋势将是14-15：(1) 大力推广模具全三维CAD和CAD/ CAE/ CAM生产技术及CAPP、ERP、MES、PLM等管理技术；(2) 开发并提高各种模具加工新技术, 如高速高精加工、复合加工、精细电加工、表面光整加工及处理新技术、快速成型与快速制模技术、新材料成形技术、热压成形技术、厚板精冲技术、连续复合精冲技术、大规模定制生产技术等；(3) 努力实现模具扫描及数字化、可控化，使冲压技术具有更大的灵活性；(4) 冲压模具的标准化程度不断提高；(5) 与模具直接关联的模具制品成形过程在线智能化控制技术逐渐提升，注重产品制造全过程，更大程度的实现多目标全局综合优化和复合化成型；(6) 选用材料优质及表面处理技术日渐先进。 1.3 国内模具的先进制造技术（AMT）(1) 快速原型制造技术（RPM）； 在模具制造领域中，RPM多应用于制造模具设计制造过程中所用的母模，有直接和间接快速模具技术之分，其制造环节简单，技术优势大，能较好的控制模具的尺寸和表面精度、性能、寿命。(2) 虚拟制造技术（VMT） VMT通过计算机的虚拟模型模拟各生产场景，实现产品的设计、工艺规划、分析、检测等制造全过程，预估产品功能和各方面性能可能存在的问题，旨在提高人们的预测和决策水平。(3) 反求工程技术（RE） RE是经过对专业人员工程设计经验、思维等的运用，对已有产品的解剖、再创造，对存在实物模型或零件的测量，根据所得数据进行的重构设计过程。这种技术结合了现代的高新测量技术，正一步步推动着模具产品快速制造的能力。(4) 有限元仿真、模拟技术的应用 有限元分析是融合了CAD、CAM、CG等各类技术的数值模拟技术，它能直接让设计人员在计算机屏幕上观察到材料的变形、流动过程，更清晰的了解材料的应变分布、厚度变化、破裂、曲皱的形成，对于提高生产效率和生产质量有十分重要的意义16。第2章 中锥零件的成形工艺分析 2.1 课题内容图2.1 中锥零件本次毕业设计课题为中锥零件成形工艺分析及模具设计，工件图见图2.1，大批量生产，材料为08钢，厚度为3.5mm，无特殊精度要求。设计内容如下：（1）、在熟悉冲压工艺的基础上，设计中锥形件冲压成形工艺；（2）、设计冲压成形此零件所用的拉深模，设计生产工艺卡；（3）、绘制拉深模的二维工程图及零件图；2.2 分析零件的冲压工艺性（1） 材料：该零件为中锥形零件，材料为08钢，08钢是优质碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延等冷加工性能。（2） 结构形状：如图1.0所示，零件结构对称，有利于材料的合理利用，且有适当的圆角过渡，便于模具加工。且零件属于中锥带凸缘拉深件，拉深高度较大，加工过程中需考虑拉深次数以及防皱，为保证在整个拉深过程都有足够的压边力，需将毛坯直径放大，即设置切边余量，拉完后再将多余部分材料切去。（3） 精度：工件尺寸均未注公差，且没有特殊的精度要求，可按IT14级确定；2.3 工艺方案的分析、确定及相关计算2.3.1 计算零件的毛坯尺寸该零件为中锥带凸缘拉深件，计算毛坯展开尺寸时应对凸缘部分和拉深部分的尺寸分别进行计算。凸缘部分的尺寸计算: ；拉深部分的尺寸计算：查文献1，表4-3可知 (2.1)代入数据计算得：已知单边切边余量，故毛坯尺寸为：2.3.2 工艺方案的确定已知相对高度 ，相对厚度； 查文献2可知，此中锥形件需采用带压边装置的模具，且数值1.71在1.52范围内，可一次成形。（1）方案拟定：方案一：先落料后拉深，分别采用单工序模生产；方案二：先拉深后落料，分别采用单工序模生产；方案三：先拉深后落料，采用级进模生产；方案四：落料-拉深复合冲压，采用复合模生产；（2）方案分析：方案一和方案二模具结构简单，但都需要两道工序、两副模具，生产效率低，工人劳动强度大，难以满足大批量生产要求。并且方案一先落料后拉深，拉深的过程中因材料较薄，易起皱。在进行第二道工序时，模具又很难精确定位，冲出的制件精度一般，适应于精度要求不高的制件，而且对零件的尺寸和厚度都没有限制。方案三，级进模生产，虽然减少了产品的冲压成形时间，但是考虑到零件拉深工艺的复杂性，模具结构较为复杂且精度要求高，制造周期长，制模成本高，加工也不方便，故亦不宜采用。方案四，只需一副模具，落料拉深复合模，其模具结构虽然比单工序模复杂，但冲压件的行位精度和尺寸精度容易保证，且生产批量大时，应该尽可能的把工序集中起来，以提高生产率、降低成本。（3）方案确定：根据设计需要和生产批量的要求，对上述三种方案分析比较，该件的冲压生产采用方案四为佳。即拉深、落料在一套复合模中完成，既能保证大批量生产的高效率，又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。但在实际生产中，为保证在整个拉深过程都有足够的压边力，需将毛坯直径放大，拉完后再将多余部分材料切去。故经过初步研究分析，结合实际情况，应该设计两套模具： 第一套模具,完成落料-拉深复合冲压； 第二套模具,对前道工序中的制件进行切边。第3章 落料、拉深复合模的设计3.1 模具结构设计根据零件的结构特点和技术要求，采用正装复合模结构。条料的送进方向和步距由导料板和挡料销控制。采用刚性卸料，无废料。为保证先落料后拉深，拉深凸模低于落料凹模一个料厚以上。为防止起皱，采用弹性压边圈，弹顶器安装在下模。采用中间导柱标准模架，由导柱、导套导向。拉深凸模和落料凸模由固定板固定，拉深凹模和落料凹模分别由螺钉和销钉固定在上、下模板。在拉深凹模处设计推杆、推板，以防止制件加工过程中因发生回弹现象卡在拉深凹模内。3.2 复合模工艺力计算（1）冲裁力的计算查文献4，公式（3-19）： 式中：F冲裁力，N； L冲裁周边长度，mm； t材料厚度，mm； 材料抗剪强度，； K系数，一般取1.3；查文献5表2-5可知，08钢的抗剪强度：，取310。代入数据，计算得：（2）推件力的计算查文献4，公式（3-22）： 式中：F冲裁力，N； n凹模内的冲裁件数； 推件力系数；由文献4表3-14查得；代入数据，计算得：（3）卸料力的计算查文献4，公式（3-21）： 式中：F冲裁力，N； 卸料力系数；由文献4表3-14查得；代入数据，计算得：（4）拉深压力的计算查文献1,公式（4-8）： 式中：拉深件直径；取平均直径107.7mm； 抗拉强度；查文献5表2-5可知，08钢的抗拉强度：，取380； 系数；由文献3表19.4-49查得=1 t材料厚度；代入数据，计算得：（5）压边力的计算查文献3表19.4-43，得公式: （3.1)式中：A压边圈下毛坯的投影面积； P系数；由文献3表19.4-44查得P=2.5；代入计算得：综上，各种冲压工艺力的总和： 3.3 冲压设备的选择根据各种冲压工艺力的总和，查文献4附录3，选用型号为JA31-160B的闭式单点压力机，主要参数如下表：表3.1 JA31-160B的闭式单点压力机主要参数公称压力1600KN闭合高度调节120mm滑块行程160mm工作台前后尺寸790mm最大闭合高度480mm工作台左右尺寸710mm最大装模高度375mm垫板厚度105mm3.4 压力中心的确定该零件为对称件，其压力中心即为几何中心。3.5 工作零件刃口尺寸计算查文献4可知，冲裁圆形件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，可以采用分别加工法。对于圆形件，若工件尺寸没有标注公差，则按未注公差IT14级来处理，而凸、凹模则按IT6和IT7级加工制造，磨损系数。查文献4表3-5，；由文献4式（3-3）、（3-4）计算凸、凹模刃口尺寸： 式中：、凹模和凸模制造公差，按IT7、IT6选用；制件公差，按IT14级选用，查标准公差值可知为1.15mm；代入数据，计算得：校核：；0.046+0.029=0.0750.2，满足间隙公差条件。3.6 排样图设计3.6.1 板料的选择制件的毛坯为简单的圆形件，考虑到操作方便，宜采用单排。根据厚度，查文献3表18.3-24，拟选用规格为3.58501800的板料。3.6.2 排样设计查文献4表3-8，采用直排形式，见图3.1。查文献4表3-9，根据材料厚度，可得最小搭边值：工件间；侧面；查文献4，公式（3-16）：条料宽度 式中：条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；侧搭边值；条料宽度的单向偏差；由文献4表3-10查得导料板与最宽条料之间的间隙；其最小值由文献4表3-12查得代入数据，计算得：。图3.1 排样图3.6.3 材料利用率由文献4,公式（3-12）：式中： 材料利用率； A一个步距内的实际面积； S送料步距； B条料宽度；代入数据，计算得：。3.7 复合模主要零部件的设计及计算3.7.1 工作零件3.7.1.1 落料凸模选用台阶式圆形凸模，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6）制造。材料为Cr12MoV，热处理HRC5862，具体外形尺寸见图3.2。图3.2 落料凸模3.7.1.2 落料凹模选用整体式凹模，材料为Cr12MoV，热处理HRC5862，其外形尺寸由文献4经验公式（3-41）、（3-41）来确定：凹模高度 ；凹模壁厚 ；式中： b冲裁件的最大外形尺寸； K系数，根据板料的厚度，查文献4表3-24可知K=0.22；代入数据，计算得：； ；凹模外形尺寸: （3.2）但考虑到模具的整体结构组合，需要对落料凹模的结构做相应的调整，以配合刚性固定板的安装，具体如图3.3。图3.3 落料凹模3.7.1.3 拉深凸模、凹模根据该中锥形件的外形、尺寸，并结合模具的整体结构，设计拉深凸、凹模。查文献3可知，对于非圆形凸、凹模，若拉深件的公差为IT14级，则模具的制造公差采用IT10级。查文献3表19.4-41，可知拉深凸模的出气孔直径为5mm。拉深凸、凹模材料为Cr12MoV，热处理HRC5862，具体外形和尺寸如图3.4、3.5。 图3.4 拉深凸模 图3.5 拉深凹模3.7.2 定位零件3.7.2.1 导料板导料板与卸料板分开制造，查文献4可知，导料板厚度H应大于挡料销的高度与板料的厚度之和26mm，取18mm。材料为Q235，其具体尺寸见图3.6。图3.6 导料板3.7.2.2 挡料销选用圆形固定挡料销，材料为45钢。具体尺寸见图3.7。 图3.7固定挡料销3.7.3 卸料及压料零件3.7.3.1 刚性卸料板毛坯材料厚度为3.5mm，大于0.5mm，故采用刚性卸料板。材料为45钢，对热处理硬度没有特殊要求，通过螺栓固定在落料凹模上，卸料可靠、安全。根据料厚t查文献6表 7-7可得卸料板孔与落料凸模的单边间隙，具体尺寸见图3.8.图3.8 刚性卸料板3.7.3.2 推件装置为防止制件加工过程中因发生回弹现象卡在拉深凹模内，在拉深凹模处设计推杆、推板，材料均为45钢，热处理HRC4348。推杆和推板采用螺纹连接，推杆长254mm，其极限位置由限位横销控制。具体设计如图3.9。 图3.9 推件装置 图3.10 弹性压边圈3.7.3.3 压边圈为防止拉深过程中凸缘部分起皱，设计弹性压边圈，由安装在下模座的弹顶器推动压边圈恢复到初始位置。压边圈材料选用T10，热处理HRC5458。具体尺寸见图3.10。3.7.3.4 顶件装置弹性顶件装置，即弹顶器，装在下模。通过弹性元件在模具冲压时贮存能量，模具回程时，能量的释放将压边圈从凹模洞顶出。具体设计如图3.11。图3.11 弹顶器3.7.3.4 弹性元件的选用与计算如图3.11，弹顶器由双头螺柱、螺栓、压夹板、和橡胶组成。查文献6可知橡胶的选用原则：（1）确定橡胶的自由高度已知橡胶的工作行程,由文献6公式 (3.3)代入数据，计算得，取200mm。（2）确定橡胶的横截面积A根据橡胶弹簧30%的压缩量，由文献6表6-9查得橡胶的单位压力,由文献6公式 （3.4）代入数据计算得。（3）确定橡胶弹簧的平面尺寸根据模架结构选用圆筒形橡胶弹簧如图3.12。图3.12 圆筒形橡胶弹簧已知内径，代入公式（3.4）后，可得外径。（4）校核橡胶弹簧的自由高度由文献6可知，与外径D之比应该在如下范围内：代入数据，计算得：，即所选橡胶弹簧能正常工作。(5）橡胶弹簧的安装高度由文献6可知，橡胶的预压缩量，取20mm。则。 由文献6可知，所选橡胶弹簧比满足压缩量的要求，即橡胶允许的最大压缩量；为保证橡胶不致过早损坏，一般取。代入数据，计算得：，在许用范围内。综上所述，橡胶弹簧在模具打开状态时的高度为180mm,在模具闭合状态时的高度则为120mm。3.7.4 模架的选用已知凹模周界为400mm340mm，结合模具结构和所选压力机的装模高度，由文献7表5.1-1选用中间导柱模架，上、下模座材料为HT200；由文献7表5.1-5选用：模架：（GB/T 2851.5-1900）；上模座： （GB/T 2855.9）；下模座： （GB/T 2855-10）；B型导柱：（GB/T 2861-1）；B型导套：（GB/T 2861-6）；3.7.5 连接与固定零件3.7.5.1 模柄采用压入式模柄，与上模座孔采用过渡配合H7/m6,并加销钉以防转动，材料选用Q235。根据压力机模柄孔由文献8表11-10查得其相应尺寸，具体见图3.13。图3.13模柄3.7.5.2 固定板、凹模垫板与垫板整套模具共有两块固定板，两块垫板，一块凹模垫板，外形尺寸均与落料凹模周界基本一致。固定板材料为45，厚度一般取与其对应凹模厚度的0.60.8倍，落料凸模固定板厚度取27mm，拉深凸模固定板厚度取40mm。上、下垫板材料为45钢，热处理后硬度为4245HRC，其厚度根据周界尺寸按国标确定，取为10mm。为保证冲压时先落料再拉深，拉深凸模应低于落料凹模一个料厚以上，但实际计算可知落料凹模的高度满足不了要求，需拉深凸模固定板上方添加一块凹模垫板。材料为45钢，厚度为46mm。3.7.5.3 紧固件的选用螺栓、螺钉和销钉都是标准件，查文献6按标准选用。所有螺钉均为的内六角螺钉，紧固刚性卸料板和落料凹模的六角头螺栓、螺母规格也为，连接弹顶器和下模座的双头螺柱和螺母规格为；所有销钉均为的圆柱销，具体布局见图3.143.15。3.8 落料拉深复合模装配图 模具装配图如图3.143.15所示。1-下模座 2-导柱 3-下垫板 4-拉深凸模固定板 5-凹模垫板 6-内六角螺钉 7-螺母 8-导料板 9-上模座 10-导套 11-落料凸模固定板 12-内六角螺钉 13-落料凸模 14-内六角螺钉 15-模柄 16-限位横销 17-推杆 18-推件块 19-圆柱销 20-拉深凹模 21-圆柱销 22-垫板 23-导套 24-导柱 25-螺栓 26-固定卸料板 27-落料凹模 28-圆柱销 29-内六角螺钉 30-弹性压边圈 31-拉深凸模 32-圆柱销 33-内六角螺钉 34-顶杆 35-弹顶器 36-夹压板 37-螺母 38-双头螺柱 图3.14 复合模主视图39-固定挡料销图3.15 复合模俯视图模具的工作零件由落料凸模13、落料凹模27、拉深凸模31和拉深凹模20组成，完成对板料的冲裁和拉深。采用中间导柱模架，纵向送料，条料的送进方向和送进距离由导料板8和固定挡料销39控制。模具先落料后拉深，由固定卸料版26卸料，无废料。为防止拉深过程中起皱，采用弹性压边圈30，弹顶器35由双头螺柱38与下模座1紧固。拉深完成后，落料凸模13上行，顶杆34在弹顶器35的作用下推动压边圈30向上运动，使工件脱离拉深凸模31，同时推件块18随着推杆17向下将工件从拉深凹模20中推出，即完成落料拉深整套动作。3.9 压力机的校核已知模具的闭合高度为370mm，外形尺寸为400mm400mm。选用的JA31-160B型号的压力机的技术参数为： 公称压力：1600KN； 滑块行程：160mm； 最大闭合高度：480mm； 垫板厚度：105mm； 工作台尺寸：790mm710mm； 由文献4可知模具的闭合高度与压力机装模高度的关系为： 式中： 模具闭合高度 压力机的最大闭合高度； 垫板厚度；代入数据，计算得：；即压力机的装模高度满足要求。第4章 切边模的设计4.1 切边模模具结构设计已知设计第一套模具时，为保证在整个拉深过程中都有足够的压边力，设置了2.7mm的单边切边余量，故第二套模具需按零件的尺寸要求对由第一套模具所得到的件进行切边。根据零件的结构特点和技术要求，将切边凸模、凸模固定板安装在下模座上，切边凹模和压边圈则安装在上模。为防止切边过程中工件的锥面起皱，需要对传统压边圈的外形结构作适当调整。采用弹性卸料板，模具打开之后，手工取件，同时将废料一并取出。采用中间导柱标准模架，由导柱、导套导向。4.2 切边模工艺力计算（1）冲裁力的计算查文献4，公式（3-19）：式中：F冲裁力，N； L冲裁周边长度，mm； t材料厚度，mm； 材料抗剪强度，； K系数，一般取1.3；查文献5表2-5可知，08钢的抗剪强度：，取310。 代入数据，计算得：（2）卸料力的计算查文献4，公式（3-21）：式中：F冲裁力，N； 卸料力系数；由文献4表3-14查得；代入数据，计算得：（3）压边力的计算查文献3表19.4-43，得公式: 式中：A压边圈下毛坯的投影面积； P系数；由文献3表19.4-44查得P=2.5；代入计算得：综上，各种冲压工艺力的总和： 4.3 冲压设备的选择根据各种冲压工艺力的总和，查文献4附录3，可选用与第一套模具相同型号的JA31-160B的闭式单点压力机，主要参数见第三章表3-1。4.4 切边模压力中心的确定该零件为对称件，其压力中心即为几何中心。4.5 切边模工作零件刃口尺寸计算采用分别加工法，工件未注公差，按IT14级来处理，凸、凹模按IT6和IT7级加工制造，磨损系数。查文献4表3-5，；由文献4式（3-3）、（3-4）计算凸、凹模刃口尺寸：式中：、凹模和凸模制造公差，按IT7、IT6选用；制件公差，按IT14级选用，查标准公差值可知为1.15mm，；代入数据，计算得： 校核：；0.046+0.029=0.0750.2，满足间隙公差条件。4.6 切边模主要零部件的设计及计算4.6.1 工作零件4.6.1.1 切边凸模台阶式圆形凸模，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6）制造。材料为Cr12MoV，热处理HRC5862。已知中锥件结构如图2.1，故第二套模具无法采用导正销定位，为保证其定位精确，需根据工件的外形尺寸对切边凸模外形做相应的改变，具体外形、尺寸见图4.1。图4.1 切边凸模4.6.1.2 切边凹模选用整体式圆形凹模，材料为Cr12MoV，热处理HRC5862，其外形尺寸由文献4经验公式（3-41）、（3-42）来确定：凹模高度 ；凹模壁厚 ；式中： b冲裁件的最大外形尺寸； K系数，根据板料的厚度，查文献4表3-24可知K=0.22；代入数据，计算得：； ；凹模外径，取为316mm，具体设计见图4.2。图4.2 切边凹模4.6.2 卸料及压料零件4.6.2.1 弹性卸料板采用弹性卸料板，外形尺寸和切边凹模外界一致，见图4.3，厚度为20mm。材料为45，对热处理硬度没有特殊要求。根据料厚t查文献6表 7-9可得卸料板孔与切边凸模的单边间隙。图4.3 弹性卸料板4.6.2.2 压边圈因切边余量仅为2.7mm，为防止切边过程中锥面部分起皱，设计弹性压边圈，并对传统压边圈的外形稍作改变。为保证在切边过程中压边圈能压紧工件锥面，采用带有橡胶弹簧的卸料螺钉连接压边圈，装在上模，见图4.4。压边圈材料选用T10，热处理HRC5458。图4.4 压边圈4.6.2.3 弹性元件的选用与计算已知切边模整套模具有两处需使用橡胶弹簧，以下由文献6橡胶的选用原则分别对两处的橡胶弹簧进行选用：（1）切边凸模处的橡胶弹簧的选用1）确定橡胶的自由高度由公式（3.3）：式中橡胶的工作行程，包括卸料板的工作行程h工作 和凸模的总修磨余量h修磨，即=h工作 +h修磨。其中，h工作 =t+1=3.5+1=4.5mm,h修磨一般取510mm。代入数据，计算得，取58mm。2）确定橡胶的横截面积A已知此处分布了六个卸料螺钉，即有6个橡胶弹簧。根据橡胶弹簧30%的压缩量，由文献6表6-9查得橡胶的单位压力,代入公式（3.4）计算得。3）确定橡胶弹簧的平面尺寸选用圆筒形橡胶弹簧，已知内径，结合公式（3.4）后，可得外径。4）校核橡胶弹簧的自由高度由文献6可知，与外径D01之比应该在如下范围内：代入数据，计算得：，即所选橡胶弹簧能正常工作。5）橡胶弹簧的安装高度由文献6可知，橡胶的预压缩量：，取8mm。则。 综上所述，第一处橡胶弹簧在模具打开状态时的高度为50mm,在模具闭合状态时的高度则为-h工作=50-4.5=45.5mm。（2）切边凹模处的橡胶弹簧的选用1）确定橡胶的自由高度已知橡胶的工作行程，由公式（3.3）：；代入数据，计算得，取48mm。2）确定橡胶的横截面积A已知此处也有6个橡胶弹簧，根据橡胶弹簧30%的压缩量，由文献6表6-9查得橡胶的单位压力，代入公式（3.4）计算得。3）确定橡胶弹簧的平面尺寸选用圆筒形橡胶弹簧，已知内径，结合公式（3.4）后，可得外径。4）校核橡胶弹簧的自由高度由文献6可知，与外径D02之比应该在如下范围内：代入数据，计算得：；故所选橡胶弹簧能正常工作。5）橡胶弹簧的安装高度由文献6可知，橡胶的预压缩量：，取7mm。则。 综上所述，第二处橡胶弹簧在模具打开状态时的高度为41mm,在模具闭合状态时的高度则为41-12=29mm。4.6.3 模架的选用已知凹模周界为，结合模具结构和所选压力机的装模高度，由文献7表5.1-1选用中间导柱模架，上、下模座材料为HT200；由文献7表5.1-5选用：模架：（GB/T 2851.5-1900）；上模座： （GB/T 2855.9）；下模座： （GB/T 2855-10）；B型导柱：（GB/T 2861-1）；B型导套：（GB/T 2861-6）；4.6.4 连接与固定零件4.6.4.1 模柄采用压入式模柄，与上模座孔采用过渡配合H7/m6,并加销钉以防转动，材料选用Q235。因和第一套模具选用了同一型号的压力机，故模柄孔及其相关尺寸和第一套模具的相同，如图3.13。4.6.4.2 固定板、凹模垫板与垫板切边模有一块固定板，一块凹模垫板，两块垫板，外形尺寸均与落料凹模周界基本一致。固定板材料为Q235，厚度一般取与其对应凹模厚度的0.60.8倍，故切边凸模固定板厚度取40mm。上、下垫板材料为45钢，热处理后硬度为4245HRC，其厚度根据周界尺寸按国标确定，取为10mm。为防止切边过程中工件锥面起皱，切边模设计了配有橡胶弹簧的弹性压边圈，于是根据模具的整体结构添加了切边凹模垫板，使橡胶弹簧有更好的定位，凹模垫板材料为45钢，厚度为46mm。3.7.5.3 紧固件的选用螺栓、螺钉和销钉都是标准件，查文献9按标准选用。所有螺钉均为的内六角螺钉；所有销钉均为的圆柱销，具体布局见图4.5。4.7 切边模装配图 切边模整体的装配如图4.54.6。1-下模座 2-导柱 3-下垫板 4-切边凸模固定板 5-橡胶 6-内六角卸料螺钉 7-弹性卸料板 8-切边凹模 9-上模座 10-导套 11-凹模垫板 12-内六角螺钉 13-上垫板 14-橡胶 15-内六角卸料螺钉 16-模柄 17-圆柱销 18-内六角螺钉 19-弹性压边圈 20-圆柱销 21-导套 22-内六角螺钉 23-切边凸模 24-圆柱销 25-内六角螺钉 26-内六角螺钉 27-导柱图4.5 切边模主视图切边模的工作零件由切边凸模23、切边凹模8组成，完成对工件的切边。模具开始工作时，切边凹模8和弹性压边圈19随着上模座9一起下行，弹性压边圈19接触到工件并压紧工件锥面的同时，切边凹模8继续下行，配合切边凸模23完成切边。在此过程中，压边圈在橡胶弹簧的作用下一直压紧工件锥面，防止其起皱。切边完成后，随着模具的打开，弹性卸料板将废料从切边凸模上推出，即完成切边整套动作。手工取件时，将废料一并取出即可。4.8 切边模压力机的校核已知模具的闭合高度为370mm，外形尺寸为。选用的JA31-160B型号的压力机的技术参数为： 公称压力：1600KN； 滑块行程：160mm； 最大闭合高度：480mm； 垫板厚度：105mm； 工作台尺寸：790mm710mm； 由文献4可知模具的闭合高度与压力机装模高度的关系为： 式中： 模具闭合高度 压力机的最大闭合高度； 垫板厚度；代入数据，计算得：；即压力机的装模高度满足要求。第5章 主要零件的制造工艺卡5.1 落料凸模加工工艺过程图5.1 落料凸模零件图表5.1 落料凸模加工工艺过程卡序号工序名称加工工艺过程及要求1备料材料为Cr12MoV2锻造锻造至，留单边加工余量5mm10mm3热处理退火处理4粗车粗车坯料至230150mm，留单边加工余量3mm左右，保证基准面互相垂直（以相邻两侧面及底面作为基准面）5粗车将坯料的刃口部分粗车至与图形尺寸相近，留1mm加工余量6热处理硬度达到5862HRC7精铣按装配图要求加工，均匀铣去周边坯料的余料及倒角，达到图纸尺寸及相关要求，具体见零件图8精磨对坯料周边各棱角处去毛刺，表面粗糙度达到图纸要求9检验检验各项尺寸精度和形状位置是否达到图纸要求5.2 落料凹模加工工艺过程图5.2落料凹模零件图表5.2落料凹模加工工艺过程卡序号工序名称加工工艺过程及要求1备料材料为Cr12MoV2锻造锻造至，厚度55，留单边加工余量510mm3热处理退火处理4粗车按零件图尺寸粗车坯料，留加工余量3mm左右。保证基准面互相垂直（以相邻两侧面及底面作为基准面）5粗铣将坯料的刃口部分粗铣至与图形尺寸相近，留1mm加工余量6铣孔铣直径为的螺纹孔和的销钉孔7热处理调质处理8攻丝攻M12的螺纹孔9精铣按装配图要求加工，均匀铣去周边坯料的余料及倒角，达到图纸尺寸及相关要求，具体见零件图10钳工周边各棱倒钝去毛刺，抛光11热处理硬度达到5862HRC12精磨对坯料周边各棱角处去毛刺，表面粗糙度达到图纸要求13检验检验各项尺寸精度和形状位置是否达到图纸要求5.3 拉深凸模加工工艺过程图5.3拉深凸模零件图表5.3 拉深凸模加工工艺过程卡序号工序名称加工工艺过程及要求1备料材料为Cr12MoV2锻造锻造至，留单边加工余量5mm10mm3热处理退火处理4粗车粗车坯料至190130mm，留单边加工余量3mm左右5钻孔钻直径为的通气孔6粗车将坯料的刃口部分粗车至与图形尺寸相近，留1mm加工余量7热处理调质处理，硬度达到5862HRC8精铣按装配图要求加工，均匀铣去周边坯料的余料及倒角，达到图纸尺寸及相关要求，具体见零件图9钳工周边各棱倒钝去毛刺，抛光10精磨对坯料周边各棱角处去毛刺，表面粗糙度达到图纸要求11检验检验各项尺寸精度和形状位置是否达到图纸要求5.4 拉深凹模加工工艺过程图5.4拉深凹模零件图表5.4 拉深凸模加工工艺过程卡序号工序名称加工工艺过程及要求1备料材料为Cr12MoV2锻造锻造至，留单边加工余量5mm10mm3热处理退火处理4粗车按零件图尺寸粗车坯料至台阶状，留加工余量3mm左右。保证基准面互相垂直（以相邻两侧面及底面作为基准面）5粗铣将坯料的通孔部分粗铣至与图形尺寸相近，留1mm加工余量6铣孔铣直径为的螺纹孔 7热处理调质处理8攻丝攻M12的螺纹孔9精铣按装配图要求加工，均匀铣去周边坯料的余料及倒角，达到图纸尺寸及相关要求，具体见零件图10钳工周边各棱倒钝去毛刺，抛光11热处理硬度达到5862HRC12精磨对坯料周边各棱角处去毛刺，表面粗糙度达到图纸要求13检验检验各项尺寸精度和形状位置是否达到图纸要求5.5 切边凸模加工工艺过程图5.5切边凸模零件图 表5.5 切边凸模加工工艺过程卡序号工序名称加工工艺过程及要求1备料材料为Cr12MoV2锻造锻造至，留单边加工余量5mm10mm3热处理退火处理4粗车粗车坯料至200130mm，留单边加工余量3mm左右，保证基准面互相垂直（以相邻两侧面及底面作为基准面）5热处理调质处理6粗车将坯料的刃口部分粗车至与图形尺寸相近，留1mm加工余量7精铣按装配图要求加工，均匀铣去周边坯料的余料及倒角，达到图纸尺寸及相关要求，具体见零件图8热处理硬度达到5862HRC9精磨对坯料周边各棱角处去毛刺，表面粗糙度达到图纸要求10检验检验各项尺寸精度和形状位置是否达到图纸要求5.6 切边凹模加工工艺过程图5.6切边凹模零件图表5.6切边凹模加工工艺过程卡序号工序名称加工工艺过程及要求1备料材料为Cr12MoV2锻造锻造至，留单边加工余量510mm3热处理退火处理4粗车按零件图尺寸粗车坯料，留加工余量3mm左右5粗铣将坯料的刃口部分粗铣至与图形尺寸相近，留1mm加工余量6铣孔铣直径为的螺纹孔和的销钉孔7热处理调质处理8攻丝攻M12的螺纹孔9精铣按装配图要求加工，均匀铣去周边坯料的余料及倒角，达到图纸尺寸及相关要求，具体见零件图10钳工周边各棱倒钝去毛刺，抛光11热处理硬度达到5862HRC12精磨对坯料周边各棱角处去毛刺，表面粗糙度达到图纸要求13检验检验各项尺寸精度和形状位置是否达到图纸要求结 论 本次设计内容是中锥零件成形工艺分析及模具设计。首先，通过对零件的工艺性进行分析，提出可行的4套工艺方案，然后根据实际生产情况和设计要求确定采用落料拉深复合模和切边模两套模具完成对工件的成形。再两套模具的设计过程中，论文进行如下工作
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