油封钢圈冲压工艺及模具的设计【落料拉深冲孔复合模】【说明书+CAD】
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落料拉深冲孔复合模
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书1 绪 论冲压是一种先进的少无切削加工方法,具有节能省材,效率高,产品质量好,重量轻,加工成本低等一系列优点,在汽车,航空航天,仪器仪表,家电,电子,通讯,军工,日用品等产品的生产中得到了广泛的应用.据统计,薄板成型后,制造了相当于原材料的12倍的附加值,在国民经济生产总值中,与其相关的产品占四分之一,在现代汽车工业中,冲压件的产值占总产值的59%.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。1998年3月在国务院关于当前产业政策要点的决定模具被列为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位,把发展模具工业摆在发展国民经济的重要位置.目前,我国冲压模具在产值占模具总产值的40%以上,处于主导地位。拉深是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它不仅可以加工旋转体零件，还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是，加工出来的制件的精度都很底。一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级。只有加强拉深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，才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决拉深变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。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。1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1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18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，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。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，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1520万美元，有的高达2530万美元，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CAD/CAM应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。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，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； 2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； 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。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。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-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，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（VDMA）会员模具企业有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。 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1520万美元，有的达到 2530万美元。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IT12级以下，不宜高于IT10级。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IT12级以下，不宜高于IT10级。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。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。通过在图书馆借阅相关手册和书籍，更系统而全面了细节问题。锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质。设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。2 制件的工艺性分析2.1 油封钢圈的工艺性分析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，拉深成形性能比较好，又因为是大批量生产，工序分散的单一工序生产不能满足生产需要，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，既能满足生产量的需要，又能保证产品质量和模具的合理性。2.2 主要工艺参数的计算2.2.1 毛坯尺寸计算 计算毛坯直径。该工件为无凸缘圆筒形件，根据等面积原则，用解析法求毛坯直径。如下图所示，将工件分为三个简单的几何体，如图中的1、2、3部分。第1部分第2部分第3部分图1 计算毛坯直径图按工件厚度中心层计算，h=7.6、d=23.2、r=4.9,则毛坯直径为D=dd+4dh-1.72rd-0.56rr=23.223.2+423.27.6-1.724.923.2-0.564.94.9=1034.544832确定是否加修边余量。 根据冲压件相对高度：h/d=7.623.20.330.5,可不考虑加修边余量。确定是否需要压边圈。 根据冲压件相对厚度 t/D100=1.832100=5.6251.5所以不需要压边圈。2.2.2 确定拉深次数。 根据冲压件的相对高度（h/d） h/d=7.623.20.33 查手册可知0.33远远小于一次拉深时的允许拉深相对高度0.700.75，可以一次拉深成形。 根据工件的拉深系数（d/D） d/D=23.232=0.725 查手册可知0.725大于圆筒形件的极限拉深系数0.530.55，也可一次拉深成形。2.2.3 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，如下图所示，查资料选择搭边值：a=a1=1.5. 进料步距：s=D+a1=32+1.5=33.5(mm) 条料宽度：b=D+2a=32+21.5=35(mm)式中 D-平行于送料方向的冲压件宽度。 板料规格的选用：1.8mm1000mm2000mm每张钢板裁板条数：为了操作方便，采用横裁，即n1=200035=57条，余5mm。每条裁板上的冲压件数： n2=B/s=100033.5=29（个）式中 B-钢板宽度，1000mm 每张钢板上的冲压件总数：n总= n1n2=5729=1653（个） 板料的利用率： =(3.14n总DD)/(4LB100) =3.1416533232420001000100=66.4 图2 排样图2.2.4 计算工序冲压力。 落料力 P落=1.33.14Dt =1.33.14323201.8 =75239.424N75.24kN 其中 -材料的抗剪强度，08钢为260360MPa，取320MPa。 t-材料厚度，1.8mm。 卸料力 P卸 =K卸P落 =0.0475.24 =3.01kN 其中 K卸-卸料力系数，钢为0.0250.06，取0.04. 拉深力 P拉=3.14Kdtb =3.140.4523.21.8400 =23602.752N 23.61kN 其中 K-修正系数，K=0.45； t-材料厚度，1.8mm； b-材料的强度极限，08钢b=324441，取b=400 MPa。 冲孔力 P冲=1.33.14D孔t =1.33.1493201.8 =21161.088N21.17kN 其中 D孔-工件孔直径，D孔=9mm t-材料厚度，1.8mm； -材料的抗剪强度，08钢为260360MPa，取320MPa。 推件力 P推=nK推P冲 =30.0521.17 =3.18kN 其中n-冲孔时卡在凹模内的废料数，n=3； K推-推件力系数，K推=0.05 总冲压力 P总=P落+P卸+P拉+P冲+P推 =75.24+3.01+23.61+21.17+3.18 =126.21kN2.3 冲压设备的选择。 为使压力机能正常安全工作，取 P压机（1.61.8）P总 =1.8126.21 =227.178kN 故选400kN的开式压力机。其主要技术参数如下: 型号：JH23-40 公称压力：400kN 滑块行程：80mm 最大封闭高度：330mm 工作台尺寸：460mm700mm 垫板尺寸：65mm320mm 模柄孔尺寸：50mm70mm 立柱间距：340mm 电动机功率：5.5kW3 模具的总体设计3.1 模具具体结构设计3.1.1 正倒装结构的确定根据上述分析，采用倒装复合模具可直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作。3.1.2 送料方式的确定因是大批量生产，采用手动送料方式。3.1.3 定位装置的确定因该制件采用的是倒装复合模，所以直接用挡料销和导料销即可。3.1.4 导向方式的选择为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于该零件导尺寸不大，且精度要求不是太高，所以宜采用后侧导柱模架。3.1.5 卸料、压料方式本模具采用倒装结构,卡于凸凹模上的废料可由卸料板推出,而冲孔废料则可以在下模座中开设通槽，使废料从孔洞中落下。顶件压边装置安装在下模妨碍了冲孔废料的排出。3.1.6 出件方式本模具采用倒装结构，工件留在落料凹模孔洞中，应在凹模孔设置推件块推出。3.2 模具的结构零部件的设计与计算3.2.1 冲裁工序 工件尺寸精度查公差表均为IT14级，零件尺寸及公差如下： 查设计手册可得：磨损系数x=0.5 , Zmax=0.330 , Zmin=0.230 ， 工件公差=0.2;凸模制造精度采用IT6级，凹模制造精度采用IT7级。 落料部分（32）图3 落料凹模查公差表得：凹=0.030mm 凸=0.020mm 凹 +凸=0.050mm D凹=（Dx）=（320.50.2） =31.9(mm) D凸=（D凹Zmin）=（31.90.230） =31.67(mm) 由于凸+凹 =0.05mmZmaxZmin=0.10mm，满足间隙公差条件，为降低制造成本，可按间隙差重新分配制造公差。 凸=0.4（ZmaxZmin）=0.04 凹=0.6（ZmaxZmin）=0.06 故 D凸=31.67mm D凹=31.9mm 冲孔部分（9）图4 冲孔凸模查公差表得凸=0.020 凹=0.020 凸+凹 =0.040 d凸 =（d+x）=（9+0.50.2） =9.1mm d凹 =（d凸+Zmin） =（9.1+0.230） =9.33mm由于凸+凹 =0.04mmZmaxZmin=0.10mm，满足间隙公差条件，为降低制造成本，可按间隙差重新分配制造公差。 凸=0.4（ZmaxZmin）=0.04 凹=0.6（ZmaxZmin）=0.06 故 d凸 =9.1mm d凹 =9.33mm 3.2.2 拉深工序（25）图5 凸凹模图6 凸凹模 工件未注公差按IT14级，凸、凹模制造精度采用IT9级，拉深单边间隙Z/2=1.1t。（t为材料厚度） 凸、凹模的制造公差，查表得凸=凹=0.5 D凹=（D0.75）=（250.750.2） =24.85mm D凸=（D凹Z）=（24.8521.11.8） =20.89mm 3.3 弹性元件的选用 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，避免材料在切向压力的作用下产生起皱的可能。上、下卸料均采用橡胶作为弹性元件，其高度和断面面积在模具装配时按模具空间大小确定。3.4 定位零件的设计在本模具中采用的是条料，所以选用导料销和挡料销来实现对冲裁条料的定位。导料销一般设两个，并位于条料的同一侧。从左向右送料时，导料销装在右侧，从前先后送料时导料销装在左侧。导料销在本模具中直接 安装在凹模板上。在装配图中很容易看到。挡料销同样起定位的作用，用它挡住搭边或冲件轮廓，以限定条料的送进距离。在本模具中试用固定挡料销，其结构简单、制造容易，在中销模具中广泛应用作定距；但其存在着缺点：销孔距离凹模刃壁较近，削弱了凹模的强度。所以在本模具中选用钩型挡料销。这种挡料销销孔距离凹模刃壁较远不会削弱凹模的强度。但为了防止钩头在使用的过程中发生转动，需考虑防转。3.5 导向装置的设计导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大，零件的要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置，本模具中应用导柱导套装置来完成导向.3.6 打料装置的设计在本模具中采用打杆推动连接推杆来完成打料动作，打杆穿过模柄凸露在模具的外面，当完成一次冲裁时压力机滑块回程，打杆与压力机的打料横杆相碰，打杆推动连接推杆将卡在凸凹模的凹模孔内的圆形废料打下，当注意的是：第一：需要保证打杆在模柄内的顺利滑动，须间隙配合。第二：需要保证连接推杆在凸凹模内的顺利滑动，须间隙配合。3.7 顶件装置的设计顶件装置一般是弹性的，在本模具中是由顶杆、顶件块和装在下模座下面的弹顶器组成，这种结构的顶件力容易调节，工作可靠。3.8 顶件块的设计本模具采用顶件块将制件从卡在凹模内小凸模上刮下，顶件块在冲裁的过程中实在凹模中运动的零件，对它有如下的要求：模具处于闭合状态时其背后有一定的空间，以备修磨和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模和凸模的配合应保证顺利滑动，不发生干涉。为此顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造。顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合。3.9 顶杆的设计在本模具中选用四个顶杆与弹顶器上的托板相配合，四个顶杆均匀分布，传送的橡皮的推件力较为平稳，在此需要注意的是：顶杆、的直径不能太小，以免在克服橡皮弹力时发生挠曲。还有顶杆与下模上的孔相配合，必需保证其在孔内顺利的滑动，所以顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造。3.10 落料、拉深、冲孔复合模的结构设计3.10.1 模具总装图1、22 橡胶 2 限位钉 3 下模座 4、19 顶杆 5 凸凹模 6 落料凹模 7 卸料板 8 推料板 9 镶块 10凸凹模11上固定板 12上垫板 13 上模座 14 模柄 15 打杆 16、17、27 螺钉 18 打板 20 盖板 1 导套 23 导柱24 下固定板 25 下垫板 26 下模座图7 模具总装图3.10.2 模具各个零件材料的选用该工件的模具结构如图，主要由上下模座，落料凹模、凸凹模、冲孔凸模、冲孔凹模、顶块，卸料板等零件组成。 根据主要工作部分尺寸结构参照有关资料，可选取I级精度的后侧导柱模架， 即： 上模座：; （） 下模座：; （） 导柱： ; （） 导套： 。 （） 导柱、导套渗碳深度为0.81.2mm.硬度为 。 落料凹模、凸凹模、凹模材料均采用MoV，热处理硬度为。 卸料板、顶块、垫板、固定板材料均采用45钢。 该模具将成形部分作成中间带镶块的结构，这样当冲裁刃口变钝后，只要将刃口部分按常规重新修磨一下，然后将镶拼件旋转一个角度后，将反面磨去刃磨量即可装入在使用。 凸凹模还能起到压边的作用，另外当工件拉深到下顶块触到下固定板时，凸凹模又起到限位的作用，当上模回程时，拉深有了一个校正的过程。 由于受400kN开式压力机工作台孔的限制，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。为了保证冲孔凹模与落料凹模的同心度要求，将冲孔凸模与落料凹模用螺栓连接在一起，并与固定板成的过度配合，这样给拆卸、装配带来了方便。结 束 语油封钢圈属于不太复杂的零件，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。本设计主要是冲孔凸、凹模以及拉深工艺的设计，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。 油封钢圈的形状结构一般，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。油封钢圈冲压成形工艺及模具的设计，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
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