端盖冲压成形工艺及模具设计【盒形件 金属盖】【含8张cad图纸+文档全套资料】
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盒形件 金属盖
端盖冲压成形工艺及模具设计【盒形件
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端盖冲压成形工艺与模具设计1绪论以冲压方法为主制造的零件，比较有代表性且与人们日常生活密切相关的有汽车覆盖件、搪瓷和不锈钢器皿、各种家用电器的外壳等，它们带来了产品层出不穷的外观变化。冲压方法也能制造不少产品内部的某些零件，甚至是关键零件，如链轮、汽车大梁、支架等。在制件尺寸大小、制件复杂程度、等方面，冲压方法都有非常大的适用范围。冲模在很大范围内涵盖了其它模具（冷锻模、塑料模、压铸模、粉末冶金模等）的共同内容，所以掌握冲模技术，对了解其它类模具业很有帮助。冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。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。（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。1.1冲压模具在工业生产中的地位在现代工业生产中，模具是生产各种产品的重要工艺装备。80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列有点，在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛的应用，成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具工业对国民经济和社会发展，起着越来越重要的作用。模具制造水平的高低，也成为了衡量一个国家机械制造水平的作用标志之一。在模具工业中，冲压模具占有重要的比重。从模具角度看，模具是现代制造业中不可或缺的装备，发达国家的模具总产值，早已超过了工作母机（机床）的总产值，其中为冲压工艺服务的冲模约占模具总量的40。据有关文献介绍，冲压方法的增值率达到原材料的312倍，具有明显的综合技术经济优势。1.2 冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1) 冲压成形理论及冲压工艺方面：冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2) 冲模是实现冲压生产的基本条件：在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达25微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，,加工精度可达1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面：性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面：模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。1.3冲压模具的分类由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分,在组成上，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。2落料拉深复合模21 冲压件的工艺分析2.1.1制件的结构分析零件如图所示： 未注圆角R1 生产批量：大批量 材料：Q235材料厚度：1mm图1 制件图如上图所示：该工件属于圆筒形件拉深，形状简单对称，所有尺寸均为自由公差，对工件厚度变化也没有作要求， 只是该工件作为另一零件的盖。口部尺寸69可以稍作小些。而工件总高度尺寸14mm可在拉深后采用修边达到要求。1、材料：该冲裁件的材料镀锌铁皮是锌铁合金，具有较好的可拉深性能。2、零件结构：该制件为圆桶形拉深件，故对毛坯的计算要有。3、单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。4、凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。2.1.2冲裁件断面质量 板料厚度为1mm，查模具毕业设计手册，生产时毛刺允许高度为0.15mm，本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求，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。2.1.3制件的尺寸精度零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以采用国家标准的板材，其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。 查公差表可得工件基本尺寸公差为：、2.2工艺方案及模具结构类型2.2.1工艺方案分析该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产。方案二：落料+拉深复合，后拉深二。采用复合模+单工序模生产。方案三：先落料，后二次复合拉深。采用单工序模+复合模生产。方案四：落料+拉深+再次拉深。采用复合模生产。方案五：落料、拉深级进模。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，但制造成本高。方案三也只需要二副模具，制造难度大，成本也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。方案五也只需一副模具，生产效率高，但模具制造比较复杂，调整维修麻烦，送进操作不方便，工且件精度较低。通过对上述五种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案五为佳。2.2.2主要工艺参数的计算(1)确定修边余量该件h=14mm，h/d=14/40=0.35,查冲压工艺与模具设计表4-1可得则可得拉深高度H： H=h+=14+1.2=15.2mm(2)计算毛坯直径D 图2 制件的分解图根据表面积相等原则，用解析分解法求出零件的毛坯直径D: D= =90.5mm (3)确定拉深次数该工件底部有一台阶，按阶梯形件的拉深来计算，求出h/d=15.2/40=0.38,根据毛坯相对厚度t/D=1/90.5100=1.1,查表发现h/d小于表中数值，能一次拉深成形。所以能采用落料-拉深复合冲压。2.3确定排样图和裁板方案排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应等情况，以选择较为合理的排样方案。根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：（一）有废料排样：冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。（二）少废料排样：只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。（三）无废料排样：冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。综上分析，并考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料直排的排样方式。由t=1mm,在模具专业毕业设计手册，查板材标准，宜选规格为750mm1000mm1mm的冷轧钢板。采用横裁时，剪切条料尺寸为93。一块板可裁的条料为8，每条可冲零件个数10个零件。则一张板材的材料利用率为：=（nA0/A）100=（10845.2545.253.14/1000750）100=68.6采用纵裁时，剪切条料尺寸为93。一块板可裁的条料为10，每条可冲零件个数8个零件，则一条板材的材料利用率为：=（nA0/A）100=（89345.2545.253.14/1000750）100=66.6根据以上分析，横裁时比纵裁时的板材的材料利用率相同，这里采用横裁，排样图如图所示： 图3 排样图2.3.1 搭边的选取排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。搭边值的大小与下列因素有关： 材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。 工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。 材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。 送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。由冲压工艺与模具设计表2.9 确定搭边值根据零件形状按圆形取工件间最小搭边值=0.8，侧边最小搭边值a=1.0。则取=a=1.0 mm。2.3.2送料步距、条料宽度及板料间距计算1. 送料步距 送料步距是指两次冲裁间板料在送料方向移动的距离，用S表示，其值等于冲裁件相应部分宽度加上工件间搭边值，即：S=d+ =90.5+1.0=91.5 2.条料宽度及板料间距的计算条料宽度按下式： （2-1） 其中为冲裁件宽度方向的最大尺寸；为导料板与最宽条料之间的间隙查表取C=0.5。B=(90.5+21.0+0.5) =93 mm则一个步距的材料利用率=nA/BS100%=13.1445.2545.25/9391.34=76%2.4计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机2.4.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知采用复合冲压，但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下表表1-1 正装复合模与倒装复合模的比较序号正装倒装1对于薄冲压件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便、不安全，孔的废料又打棒打出操作方法能装自动拨料装置即能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3装凹模的面积较大，有利于复杂重建用拼块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板4废料不会在凸凹模孔内积聚，每次又打棒打出，可减少孔内废料的涨力，又利于凸凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求又较大的壁厚以增加强度。该冲件属于普通冲裁，精度要求不高又属于大批量生产，刃壁较薄，采用倒装比较合适，因此选用倒装复合模。2.4.2冲压力的计算冲裁力：根据落料毛坯可算得一个毛坯周边长度：L=D=90.53.14=284.2 查冷冲压工艺及模具设计附表1可知：MPa;（1）落料力的计算F=1.3Lt式中L冲裁轮廓的总长度；t板料厚度；-板料的抗拉强度查冲压工艺与模具设计附表1可知：=320MPa 。故：F=1.3284.21300=110.826KN（2） 卸料力和推件力件力的计算=Kx F =KT F式中Kx为卸料力系数,KT为推件力系数查冷冲压工艺及模具设计附表3可知：Kx=0.05, KT=0.05。故： =KxF =0.05110.826 =5.541KN =KT F =0.05110.826 =5.54KN（3）拉深力的计算查冷冲压工艺及模具设计表得，K1=0.6F=d3tK1=3.146913200.6=41.599KN（4）压边力的计算采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压边力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D100 由于t/D100=1/90.5100 =1.11.5 拉深系数=40/69=0.580.6故：查冲压工艺与模具设计表4-3知，拉深需要采用压边装置。压边力:=3.1490.590.5-(69+28)852.3/4=1.743KN式中rA初定8mm；p=2.3 MPa(p为单位压边力)综上所述：=+ + =154.168KN2.4.3压力中心的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。模具的压力中心应与模柄的轴线重合。 图4 压力中心由于是圆形工件，如图4所示，所以工件的压力中心应为圆心即O(45.25,45.25)2.4.4压力机的初选择由于该制件数亿小型制件，且精度要求不高，因此选用开始可倾压力机，它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的有点。根据冲压工艺总力计算结果并结合工件的高度选择压力机，前面已经算得总压力为165.262 KN，查冲压工艺与模具模具设计表7.3提供的压力机公称压力中可初选取压力机的型号为：J23-25. 当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。2.5模具工作零部件刃口尺寸的计算因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类：（1）按凸模与凹模图样分别加工法：它主要用于圆形或简单规则形状的工件,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，具有互换性，精度也容易保证。（2）按凸模与凹模配作法加工：常用于冲制复杂形状、间隙较小的冲模。这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，工艺比较简单，不必校核的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。但是，加工后，凸、凹模必须对号入座，不能互换。所以，经以上分析并结合工件的结构和要求，采用分别加工凸、凹模。2.5.1落料模刃口尺寸的计算查表可得 0.12 mm,=0.18 mm -0.18-0.120.06 mm 0.035 mm，-0.025 mm由此可得 故能满足分别加工的要求。查表可得磨损系数X0.5，落料件基本尺寸为90.5 mm，取精度为IT14，则其公差。由此可得 (mm) (mm)2.5.2拉深模工作部分尺寸的计算对于制件一次拉深成形的拉深模，其凸模和凹模的尺寸公差应按制件的要求确定。此工件要求的是外形尺寸，设计凸、凹模时，应以凹模尺寸为基准进行计算。由此可得：(mm)(mm)式中： D拉深件的基本尺寸，69mm； 拉深件的尺寸公差，可知其值为0.74mm。 Z-拉深凸、凹模的双边间隙，查冲压工艺与模具设计表4.13可知Z=2mm。 工件底部尺寸43mm、40mm、3mm属于过渡尺寸，要求不高，为操作方便，实际生产中直接按工件尺寸做拉深凸、凹模该处的尺寸。2.5.3 拉深间隙的计算拉深间隙指单边间隙，即。拉深工序采用压边装置，并且可一次成形，查冲压工艺与模具设计表4.13可知Z=2mm.2.5.4 拉深凸、凹模圆角半径的计算（1）凹模圆角半径的计算 一般来说，大的可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量，所以尽可能大些但太大会削弱压边圈的作用，所以由下式确定： 3.71这里=5mm,而工件底部圆角是过渡尺寸，要求不高，则取=2mm。式中： D坯料直径，mm； 凹模直径，由于拉深件外径为69 mm,此处取值为69 mm。（2）凸模圆角半径的计算对拉深件的变形影响，不像那样显著，要求不高，为操作方便,实际生产中直接按工件尺寸做拉深凸模的圆角半径。2.6模具主要零部件的设计2.6.1工作零部件的结构设计2.6.1.1落料凹模的结构设计在落料凹模内部，由于要设置推件块，所以 凹模刃口采用直筒形刃口，凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强度与刚度，凹模板的厚度还应考虑修磨量，并查冲压工艺与模具设计表2.21，取得刃口高度h=5mm。落料凹模板的厚度H的确定： H=ks 为系数，查冲压工艺与模具设计表2.22得k=0.30。s为凹模刃口的最大尺寸()H=0.3090.5=27.15mm，凹模壁厚C=1.5H=40.7mm，凹模的材料选用CrWMn，工件部分淬硬至HRC6064 凹模板长度L、宽度B的计算 L=D+2C=90.5+240.7 =171.9 mm B=D+2C=90.5+240.7=171.9 mm故确定凹模板外形尺寸为：19640（mm）图5 落料凹模2.6.1.2拉深凸模的结构设计为实现先落料后拉深，模具装配后，应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低，其长度可按下式计算：L=Hg+Ha-Ht=20+40-3=57 mm拉深凸模采用台阶式，也是采用车床加工,与凸模固定板的配合按H7/m6的配合,拉深凸模结构如下图所示：图6 拉深凸模2.6.1.3凸凹模的结构设计凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模，其长度应根据落料凸模的要求计算，壁厚根据落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直径计算。另外结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凸凹模固定板的配合按H7/m6，凸凹模长度L=52mm,具体结构可如下图所示。由于凸凹模型孔较多，为了防止型孔淬火变形，除了采用工作部分局部淬火（硬度6064HRC）外，材料也用淬火变形小的CrWMn模具钢，结构如下图所示：图7 凸凹模2.6.1.4压边圈设计为了防止拉深过程中起皱，生产中主要采用压边圈，查冲压工艺与模具设计表4-3知，拉深需要采用压边装置。由于压边圈在落料凹模内，所以，设计压边圈时，应使压边圈的工作面高落料凹模刃口面0.5mm,以保证落料前先压料，拉伸后能将工件从落料凹模内推出。压边圈采用T8A钢制造，热处理硬度为5458HRC。其结构如下图所示： 图8 压边圈2.6.2 定位方式的选择及标准化为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位精度要求高时，要考虑粗定位和精定位两套装置。定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，以保证冲制出合格的零件。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。2.6.2.1挡料销的选择及标准化属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。挡料销则多用于复合模和单工序模中。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，国家标准中常见的挡料销有三种形式：固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。固定挡料销安装在凹模上，由于安装在凹模上，安装孔可能会造成凹模强度的削弱，固定挡料销常有于倒装复合模中，始用挡料销用于级进模中开始定位。所以本模具采用固定挡料销，挡料销采用H7/r6安装在卸料板上。2.6.2.2导料销的选择及标准化 属于送料导向的定位零件又导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。导料销则多用于复合模和单工序模中。因此选导料销做为导向且位于条料的同侧，一般设2个，从前向后送料时导料销装在左侧（固定式），选用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的右侧（条料从右向左送进）尺寸规格为:12X2，材料45，为标准件。2.6.3 卸料装置的选择及标准化2.6.3.1弹性卸料板的结构形式常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。前者是刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于材料厚度大于0.8的模具，后者是柔性结构，兼有压料和卸料两个作用。其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中，因此选取弹压卸料板。弹压卸料板与凸模的配合间隙值查表的=0.1表1.1弹压卸料板与凸模的配合间隙值材料厚度0.50.511单面间隙0.050.10.15在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.30.5。查卸料板的厚度表得卸料板厚度,弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸,所以卸料板的尺寸196mm，材料45，结构如下图：图9 卸料板2.6.2.2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M816mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后， 应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。卸料螺钉选用标准件圆柱头卸料螺钉，国标GB2867.5-81,规格为M632。2.6.3.3弹簧的选用卸料采用弹簧作为弹性单元，弹簧的自由高度为：=（3.54） 式中弹簧的自由高度（mm）; 工作行程与模具修磨量和调整量（410mm）之和。 =（2.3+6）mm=8.3mm则 =(3.54)8.3mm=29.0533.2mm取=30mm。弹簧的装配高度为：（0.850.9）=25.527.0mm2.6.4推件、顶件装置的选择及标准化推件装置装在上模内，一般通过冲床滑块内的打料机构完成推件的动作。这里利用压边圈兼推件，所以这里不再设计专门的推件装置利用弹性元件顶出。顶件装置的作用是将工件从凹模中顶出，利用弹簧和气垫驱动顶杆，顶杆推动顶件块将工件顶出。弹性顶件块的压力由标准缓冲器提供。2.6.5 支撑固定零件的设计及标准化2.6.5.1模架的选用该模架选用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式，带有导柱的冲裁模适合于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，且导柱模结构比较完善，导向装置安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠对后侧导柱的导向方式可从左右和前后两个方向进行送料。由标（GB/T2851-20）中取模架GB/2851-2008:200mm200mm200240mm，从而确定以下材料和尺寸：模架上模座20020045 HT200GB/T2855.1-2008； 下模座20020050 HT200 GB/T2855.2-2008； 闭合高度为200240 模柄选取压入式模柄，B4073，GB2862.381 Q235A2.6.5.2 凸凹模固定板凸凹模固定板外形尺寸和落料凹模一样196mm，厚度：30 mm，材料45钢。图10 凸凹固定板2.6.5.3拉深凸模固定板的设计拉深凸模固定板与拉深凹模外形尺寸一样196mm，厚度：20mm，材料:45钢。结构图如下图所示：图11 拉深凸模固定板2.6.5.4垫板的设计垫板的作用是直接承受和扩散拉深凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被压出凹坑，影响拉深凸模的正常工作。垫板外形尺寸与拉深凸模固定板相同196mm，其厚度取10mm，材料为45钢。结构如下图所示：图12 垫板2.6.6导向零件的设计与标准化导柱:A28h5150(mm)，材料T10A，热处理硬度为（渗碳）50-62HRC GB/T2861.1-2008；导套:B28H69042(mm)，材料T10A，热处理硬度为（渗碳）57-60HRCGB/T2861.6-2008。导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。 导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/r6,导套的外径与上模座之间的配合为H7/r6，导柱的下部与下模座之间的配合为H7/r5。2.6.7紧固件的设计与标准化上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上4个，45钢，国标GB/T70.12000，尺寸为M12X60；下模螺钉：4个，45钢，国标GB/T70.12000，尺寸为M12X65；销钉：销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上模2个，45钢，尺寸为10X85，下模2个，45钢，尺寸为10X65，国标GB/T70.12000。2.7 压力机的初选及校核2.7.1 压力机的选择由以上的设计、计算，确定压力机的规格尺寸如下：查表选取国产250开式可倾压力机:J23-25其最大装模高度为270 最小装模高度为130模柄孔尺寸为直径40，深度为60工作台尺寸左右为450、前后300， 工作台孔尺寸：左右220、前后110立柱间距离：220床身最大可倾斜角3502.7.2 装模高度的校核为了保证模具和压力机相适应，冲模的闭合高度H应介于压力机的最大装模度和最小装模高度之间，其关系式为： （5-1） 式中冲模的闭模高度；最大闭模高度；最小闭模高度； 垫板高度； 最大装模高度； 最小装模高度；则 =50+45+10+40+57+52+1-17=198式中：H凸凹模-凸凹模的高度，H凸凹模=52mm；H凹模-凹模的厚度，H凹模=40mm；H入-凸凹模进入落料凹模的深度，H入=17mm；H下模座-下模座的高度，H凸凹模=50mm；H上模座-上模座的厚度，H上模座=40mm；H垫板-垫板的厚度，H垫板=10mm；t=1mm。有此可知,则所选则的压力机符合要求。2.8凹模强度的校核凹模的强度校核公式为P/Fmin式中： P落料冲裁力，N； Fmin凹模最小断面面积，； 凹模材料的许用压应力，单位MPa。此处材料选用CrWMN，查表可得（10001600），MPa，取1200 MPa。由前可知凹模的冲裁力P110.826 kN110826 N，Fmin6429.3 mm2。由此可得P/Fmin1108266429.317.238 MPa，所以符合要求2.9模具总装图和工作原理2.9.1模具总装图由以上设计过程，可得到如下图的模具总装图。为实现先落料，后拉深，应保证模具装配后，拉深凸模的端面比落料凹模端面低3mm。2.9.2工作原理模具的工作过程：将条料沿着弹性卸料板上的固定导料销从右向左送进，在固定挡料销的作用下定位，压力机滑块带着上摸下行，落料凹模下表面先接触条料，并与压边圈一起压住条料，先落料，后拉深；当拉深结束后，上摸回程，落料后的条料由弹性卸料板从凸凹模上卸下，拉深成形的工件由下模的顶件块在弹性顶件器的作用下将工件从凸凹模中弹性顶出，然后用手将工件取走后，将条料往前送进一个步距，进行下一下工件的生产。图13 模具装配图1-下模座；2、12、13、15-螺钉；3、7-销钉；4-凸凹模固定板；5-凸凹模；6-固定挡料销；8-落料凹模；9-拉深凸模固定板；10-垫板；11-上模座；14-模柄；16、21-弹簧；17-导套；18-拉深凸模；19-压边圈；20-卸料板；22-顶件块；23-导柱；24-卸料螺钉；25-顶杆；26-双头螺栓，27-托板；28-橡胶；29-垫片；30-螺母3总结这次的毕业设计是大学三年中的最后一个环节，是对三年的学习生活中所学的知识一个汇总和概括，使我们每个人都能总合运用所学的知识进行设计。本设计涉及的课程很多，涉及到机械制图、冲压工艺及模具设计、模具制造技术、金属材料与热处理、成型设备、CAD绘图等相关课程的知识。而这两次课程设计则是和这次毕业设计设计最接近，最有相似之处的，它们为我的毕业设计的顺利进行起到了很好的铺垫作用。此次课程设计也是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计
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