固定套落料冲孔复合模设计-毕业说明书CAD图纸课程文论
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固定套落料冲孔复合模设计【摘要】从固定套的冲压工艺分析入手，针对它的结构特点，详细分析了其成形工艺性，制定出切实可行的工艺方案，采用较简单的模具结构，生产出了合格的产品。详细介绍了落料、冲孔复合模具结构的设计过程。并包括各个工序的顺序及确定工序件尺寸。冲压模具的设计首先是要从冲压工艺方面对所要设计的固定套进行分析与计算，接着在分析与计算的基础上，参看相关的冲压设计资料，从而确定冲压工艺方案，再在此基础上考虑各工序的复合，最后进入冲压模具具体结构的设计。在此基础上对各副冲压模具的主要零部件的尺寸进行设计与计算，期间要参考大量与冲压相关的资料和翻阅各种冲压手册，并通过计算以确定各副模具具体的结构及尺寸，通过不断的计算与修改，冲压工序的选择是经查阅相关资料和对工件形状仔细分析的基础上进行的；冲压模具的选择是在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度等诸多因素的基础上进行的；产品毛坯展开尺寸的计算是在方便计算但不影响模具成型的前提下简化为所熟悉的模型进行的。文中还对冲压模具成型零件和其他相关零件的选择原则及选择方法进行了说明。关键词:固定套、模具设计、冲压工艺、毛坯展开尺寸.Abstract:Starting from the stamping process analysis of the fixed sleeve, according to its structural characteristics, the forming process of the fixed sleeve is analyzed in detail, a feasible process plan is formulated, and a relatively simple die structure is adopted to produce qualified products. The design process of blanking and punching compound die structure is introduced in detail. And include the sequence of each process and determine the size of process parts. First of all, the design of stamping die is to analyze and calculate the fixed sleeve to be designed from the aspect of stamping process. Then, on the basis of analysis and calculation, refer to the relevant stamping design data, so as to determine the stamping process plan, and then consider the combination of various processes on this basis, and finally enter the design of the specific structure of stamping die. On this basis, the dimensions of the main parts of each pair of stamping die are designed and calculated. During this period, a large number of materials related to stamping and various stamping manuals should be consulted, and the specific structure and dimensions of each pair of dies should be determined through calculation. Through continuous calculation and modification, the selection of stamping process is the basis of consulting relevant materials and careful analysis of workpiece shape The selection of stamping die is based on the comprehensive consideration of many factors such as economy, stamping process and complexity of parts; the calculation of product blank development size is simplified to the familiar model on the premise of convenient calculation but not affecting the mold forming. The selection principle and method of stamping die parts and other related parts are also described.Key words:ixing sleeve, die design, stamping process, blank size目录1 引 言12 零件的工艺性分析13 零件冲压工艺方案的确定23.1 计算毛坯尺寸23.2 计算拉深次数34 冲压工艺性分析34.1 材料34.2形状尺寸44.3尺寸精度45 设计工艺计算55.1 排样55.1.1 确定搭边值55.1.2 排样方法的确定55.1.3 确定条料送进步距65.1.4 确定条料宽度65.1.5 材料的利用率计算75.2冲压力的计算75.2.1冲裁力F计算75.2.2卸料力75.2.3推件力（冲孔）85.3压力机选择85.4压力中心的确定95.5刃口尺寸的计算95.5.1加工方法的确定95.5.2刃口尺寸的计算96 模具总体结构设计106.1工作零件的结构及尺寸确定116.1.1凹模结构及尺寸116.1.2凸凹模结构及尺寸136.1.3冲孔凸模结构及尺寸136.2定位零件的设计146.3卸料部件的设计146.3.1卸料板设计146.3.2卸料螺钉的选用146.4模架及其他零部件选用146.4.1模座146.3.2模柄的选用146.3.3导柱、导套的选用146.3.4固定板的选用146.3.5垫板的确定146.3.6螺钉和销钉的选择157模具总装图16总 结17参考文献18致 谢191 引 言 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工亚企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营业得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现也有几千家。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分叫车覆盖件模具。此外，研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。本次设计主要是完成大批量生产的固定套零件的冲压工艺及模具的设计。从中掌握冲压工艺及模具设计的过程，以及相关资料的查找和计算。2 零件的工艺性分析制定固定套的工艺方案，并设计模具。零件材料为08钢、厚度1.0mm，大批量生产,如图1.1。图 1.1(一)技术方面：该零件形状属旋转体，是无凸缘筒形件，形状较简单且对称。筒形部分由圆筒部分组成。属于一般高度的筒形件。且相对高度t/d0=1.46%，圆角半径不小，利于成形，可一次拉深成，但应采用压边圈。零件上尺寸无标注公差，可按自由公差处理，拉深件精度等级一般在IT13以下，本设计中采用IT14级。零件材料为08钢,属于奥氏体不锈钢，具有高的塑性，低的屈服点和大的板厚方向性系数，利于冲压加工。但随着拉深的进行，材料加工硬化速度快，不适合多次拉深，故中间需要进行退火以改善材料的塑性。这便增加了加工的周期。由于不锈钢的抗拉强度比一般钢板要大，冲压力大，增大了对凸、凹模侧壁部分的磨损，使模具寿命也大为降低。冲压不锈钢零件时，凸、凹模材料一般多选用高鉻工具钢，如：Cr12、Cr12MoV等，以增加模具零件的抗磨损能力。奥氏体不锈钢的有关特性见表1.1：表1.1b/MPas/MPa5/MPa(%)HB5502004550187该零件上40区段的形成，可有三种方法：一种可以采用阶梯拉深后冲去底部；另一种采用阶梯拉深后车去低部；再一种可以先落料冲孔再翻边。这几种方法中，第一种冲底，要求零件底部的圆角半径压成接近清角，这就需要增加一道整形工序且质量不易保证；第二种车底的质量高，但生产效率低，且费料；第三种采用翻边，生产率较高且省料，翻边端部虽不如以上的好，但该零件高度18为未注公差尺寸，翻边完全可以保证要求，所以采用第三种方法是较合理的。（二）经济方面：该零件要求大批量生产。对于大批量的冲压生产，生产效率必须考虑，而降低成本的着眼点则主要放在不变成本上，即可以采用钢带冲模、板模橡胶模、组合冲模、低熔点合金模等简易模具以降低模具制造费用。还可采用单工序分散冲压和简易模，尽可能地采用模具标准件，扩大模具典型结构，缩短模具制造周期。3 零件冲压工艺方案的确定3.1 计算毛坯尺寸 计算毛坯尺寸需要先确定翻边前的半成品尺寸。 40处的高度尺寸为 h=18-15+0.5=3.5mm 根据翻边公式，翻边的高度h为 h=D(1-K)/2+0.43r+0.72t 经变换后 K=1-2(h-0.43r-0.72t)/D=1-2(3.5-0.431.5-0.721)/39=0.89即翻边出高度h=3.5mm时，翻边系数K=0.89 d=DK=390.89=34.7mmd/t=34.7/1.0=34.7,查表，当采用圆柱形凸模，用冲孔模冲孔时，K(极限翻边系数)=0.55K=0.89,即一次能安全翻出h=3.5mm的高度。翻边前的半成品形状和尺寸如图3.1所示。计算工件相对高度H/d=14.5/79=0.179 ，查表得修边余量=0.5mm。毛坯展开尺寸按中心线计算如下：取毛坯直径 D = 103.5 mm3.2 计算拉深次数由于该零件是圆筒形状，总高度为14.5，所以可以由圆筒形状来进行计算。按整个是圆筒形，则计算如下：由毛坯相对厚度(t/D)100=(1.0/103.5)100=0.97，查表知，此件拉深需使用压边圈。再由毛坯相对厚度1.46和工件相对高度h/d=(14.5+0.5)/79=0.186，查表得n=1次（所查的表适用于08、10钢）。4 冲压工艺性分析固定套所需基本冲压工序如下：落料；冲孔；拉深；翻边；切边。根据这些基本工序，可拟出如下四种方案：方案一、按基本工序采用单工序模具。方案二、落料与拉深复合，冲底孔与翻边复合，其余按基本工序。方案三、落料与冲底孔复合，拉深与翻边复合其分析比较上述四种方案，可以看到：方案二中，冲底孔与翻边复合，经计算模壁厚度=(39-34.7)/2=2.15 mm,小于的凸凹模最小壁厚2.3 mm，不满足强度要求。方案一中，虽没有上述的缺点，单工序模具结构也简单且制造费用低，但工序复合程度低，生产率低，制造成本也相对多一些。所以采用方案三队零件进行加工生产。本次设计主要对零件的落料冲孔模具进行设计。4.1 材料该零件采用08钢，经查资料得，其中抗拉强度b=MPa，屈服强度s=MPa。4.2形状尺寸图4.1 零件落料冲孔图该工件结构较简单。孔径；大于工艺允许值1.0t。孔变距为34.4，大于工艺允许值，均满足冲裁的加工要求。4.3尺寸精度该零件尺寸未标注公差，为自由公差，可按 IT14级精度确定，尺寸精度较低，普通冲裁（经济精度为IT11）满足要求。经查公差表，各尺寸公差分别为:落料尺寸有：冲孔尺寸有：结论：该零件适合冲裁。5 设计工艺计算5.1 排样5.1.1 确定搭边值见表5-1，根据零件形状的尺寸为103.5,厚度为1.0mm,所以取工件间a1=0.8mm，沿边a=1.0m。表5-1 搭边的参考值（低碳钢）材料厚度圆件及r2t的工件矩形工件边长L50mm矩形工件边长L50mm或r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t5.1.2 排样方法的确定根据零件的结构特征，为了操作方便和保证零件精度，所以选择采用直排有废料排样方式。如2图所示。图5-1 排样图5.1.3 确定条料送进步距 根据CAD图形分析得 送料步距： S=104.3mm5.1.4 确定条料宽度见表3得条料宽度B=(DMax+2a+Z)-0 DMaX条料宽度方向冲裁件的最大尺寸mm侧搭边值Z导料板与最宽条料之间的间隙，见3，取Z=0.5条料宽度偏差，见表4，取代入上式得表5-2 导料板与条料之间的最小间隙材料厚度t无侧压装置有侧压装置条料宽度B条料宽度B100以下100200200300100以下100以上0.50.50.51580.510.50.5158120.51158230.51158340.51158450.51158表5-3 条料宽度偏差条料宽度B材料厚度t1122335500.40.50.70.9501000.50.60.81.01001500.60.70.91.11502200.70.81.01.25.1.5 材料的利用率计算（1）一个制件面积计算 ，用CAD方法进行查询 （2）材料利用率的计算：一个步距内的材料利用率为 =nA/Bs100% 式中：A： 一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内），mm； n： 一个步距内冲裁件数目;B： 条料宽度，mm； s： 步距，mm；一个步距内的材料利用率为 =A/(B*S) =68.75%5.2冲压力的计算5.2.1冲裁力F计算落料冲裁周长用CAD法查询知L落：L落325.15mm冲孔冲裁周长用CAD法查询（下图）知L孔：L孔109.3mm 冲裁力 F=KLt0 式中 F-冲裁力，N K-安全系数，K=1.3 0-材料的抗剪强度（MPa），取294 MPa代入上式可得F落=KL落t0=1.3325.151294=124.3KNF孔=KL孔t0=1.3109.31294=41.8KN5.2.2卸料力卸料力 FX=KXF式中见表6，取Kx=0.05则： FX=KXF落=0.05124.3KN6.2KN5.2.3推件力（冲孔）推件力 FT=nKTF式中见表6,KT=0.055 n-取6则：FT=nKTF=60.05541.813.8KN表5-4 KX、KT、KD值料厚t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.110.080.060.050.03铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.095.3压力机选择根据模具结构，总冲压力FZ ：FZF落+ F孔 + FX+ FT124.3+41.8+6.2+13.8186.1kN F压（1.11.3）FZ =（1.11.3）186.1=204.7241.9kN因为经过以上的计算，所以选择冲压设备J23-35，它的主要技术参数见下表：表5-5 J23-35型压力机主要技术公称压力/t35滑块行程/mm80行程次数/(次数/min)50最高闭合高度/mm280连杆调节长度/mm60滑块中心线至床身距离/mm205工作台尺寸/mm前后380左右610垫块尺寸/mm厚度60孔径150立柱间距离/mm300模柄孔尺寸（直径/mm深度/mm）4060最大倾斜角305.4压力中心的确定压力中心的坐标定在所有工位的中心。计算公式: = = 由于零件为圆形对称的零件，所以零件的压力中心为零件的圆心。 5.5刃口尺寸的计算5.5.1加工方法的确定因固定套零件外形于内形均较复杂，故宜采用配作加工。5.5.2刃口尺寸的计算落料尺寸有：冲孔尺寸有：1、落料：以凹模为基准配作凸模（1）落料凹模磨损后尺寸变大有： mm 计算公式为： AA=(Amaxx)0+A见表8得: X=0.5,A取/4故：A=(103.50.50.87)0+0.87/4=103.0650+0.2175落料凸模刃口尺寸按凹模刃口实际尺寸配作，保证双面间隙为0.10.14mm2、冲孔：以凸模为基准配作凹模，A取/4凸模磨损后变小的尺寸有：计算公式为：冲孔凹模刃口尺寸按凸模刃口实际尺寸配作，保证双面间隙为0.10.14mm表5-6 x系数表料厚t/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.310.590.600.300.30表5-7 冲裁模初始双面间隙Z材料厚度t08,10,35,09Mn2,08钢16Mn40,50ZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙10.10.140.10.140.10.14 6 模具总体结构设计图6-1 模具总体设计图6.1工作零件的结构及尺寸确定6.1.1凹模结构及尺寸依据压力中心的数据安排型孔位置，使压力中心与模柄中心重合。经验计算公式：凹模厚H H=ks(H8)垂直于送料方向的凹模宽度B B=s+（2.54.0）H送料方向的凹模长度L L=s1+2s2式中： k系数 s垂直于送料方向的凹模刃壁间的最大距离。 s1送料方向的凹模刃壁间的最大距离。 s2送料方向的凹模刃壁到凹模边缘的最小距离，查文献。 凹模厚度 H=ks=(0.150.2)103.5=(15.520.7)mm，考虑凹模内设置推件装置H选25mm.凹模宽度 B=s+(34)H=103.5+(34)25=178.5203.5mm(送料方向)凹模长度 L=s1+2s2=103.5+242=191.5mm表6-1凹模厚度系数ks材料厚度t11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22表6-2 凹模孔壁至边缘距离s2材料宽度B材料厚度t0.80.81.51.53.03.05.04020222832405022253035507028303640709034364246901203842485212015040455255选用国家标准矩形凹模尺寸：凹模最终确定尺寸为：20020025mm材料选用Cr12.详见零件下图：图6-2 凹模6.1.2凸凹模结构及尺寸取凸凹模固定板1=20mm,卸料板厚卸=16mm,弹簧预压后装配高度弹=26.5mm,则凸凹模长度： L凹凸=1+卸+弹=16mm+20mm+26.5mm=62.5mm详见下图：图6-3 凸凹模6.1.3冲孔凸模结构及尺寸冲孔凸模尺寸 ，详见下图：图6-4 冲孔凸模6.2定位零件的设计固定挡料销 45钢 GB/T7649.10-90 数量1根固定导料销 45钢 GB/T7649.10-90 数量2根6.3卸料部件的设计 6.3.1卸料板设计 卸料板 20020016 45钢6.3.2卸料螺钉的选用卸料螺钉 M1059 JB/T7650.594 数量4根6.4模架及其他零部件选用6.4.1模座下模座20020045 GB/T2855.51990上模座20020040 GB/T2855.619906.3.2模柄的选用选用标准的凸缘式模柄：模柄 4060mm JB/T7646.1-19946.3.3导柱、导套的选用导柱A 28h6210 GB/T2861.1-1990导套A 28H710042h6 GB/T2861.6-19906.3.4固定板的选用（1）凸凹模采用挂台联接，凸凹模固定板外形尺寸为与凹模一致，得；凸凹模固定板 20020020mm JB/T7643.1-1994（2）冲孔凸模采用挂台固定，厚度取20mm，选用标准矩形模板加工，得；凸模固定板 20020020mm JB/T7643.1-19946.3.5垫板的确定外形尺寸与凹模一致，按标准组合厚度，得：上垫板 20020010 JB/T7643.3-199下垫板 20020010 JB/T7643.3-1996.3.6螺钉和销钉的选择（1）上模采用螺钉和销钉固定螺 钉 M1090 GB7086 数量4根圆柱销 10200 GB11986 数量2根（2）下模采用螺钉和销钉固定螺 钉 M1060 GB7085 数量4根圆柱销 1065 GB11986 数量2根7模具总装图 综上所述，绘出下图所示的模具总装图。图11 模具装配图模具闭合高度计算如下：H闭=H上模座+H上垫板+H橡+H卸+H凸凹+H凹+H空心+H凸+H下垫板+H下模板（0.52.5）=228 上式中：H上模座为40mm，H上垫板为10mm，H橡为25mm,H卸为16mm，H凸凹为20mm，H凹为25mm,H凸为20mm, H下垫板为10mm，H下模座为45mm，（0.52.5）为凸模冲裁后进入凹模的深度。总 结我这次的毕业设计是通过计算机软件来实现的，所涉及的软件中办公软件有word，二维图的绘制是通过CAD实现的。通过本次设计，不难看出，和传统的设计相比，对于计算机软件与模具的设计相结合相比以往的设计，周期大大的缩短了。同时在对于模具上的错误的修改可以更贱的便捷，同时也可以通过软件对所设计的模具进行检验，可以在模具的加工前大大的降低模具设计的失误，能有效的节约设计失误所带来的升本的增加。本次设计的过程中，从零件的设计到零件的选材每一步都很有指向性。冲压模具相关行业是基础行业，无论是从模具的设计还是模具的加工装配都需要大量的人力资源。在最开始了解冲压件件到对冲压件的冲压模具的设计过程的学习，我深刻的了解到冲压模具设计的复杂性。对于一个合格的冲压件设计，如果想要生产制造，就必须通过大量的模拟试验，确定所设计的模具合理与否，然后进行图纸的绘制，确定合适的模具。在学校接触的模具都是小型且简单的模具，然而本次设计的是较为复杂的冲压件，所用到的模架也和学校中接触的小型模架很不一样，由于本次设计的工艺性比较简单，所以采用了一般模具。因为课题的热门性，前人的很多成果对我有了很大的帮助，很多文献论文上都有针对冲压件以及冲压模具设计的资料。总的来说，本次课题对自己既是一个全新的领域也是一个深入学习的机会。通过这次设计，既让我学到了很多的模具相关知识，也间接大致的了解了冲压件的冲压工艺流程，对以后的进一步的研究做了一个很大的铺垫。这次毕业设计让我明白，我虽然缺乏模具设计的经验，但是只要抱着学习，严肃，负责，严谨的态度，我相信自己能做得很好。参考文献1 张超英.冲压模具与制造.北京：化学工业出版社2003.62 罗学科.模具识图与制图.北京：化学工业出版社 2003.63 韩洪涛.机械制造技术.北京：化学工业出版社 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