碟形托盘冲压模设计

碟形托盘冲压模设计

蝶形托盘冲压模设计

摘要该论文分析了蝶形托盘的工艺性，介绍了其特殊复合模总体设计结构和排样方案。实践证明:该模具结构合理、可靠，并能保证产品质量，对此类零件的复合模设计有重要参考价值。采用复合模便于生产批量大，尺寸小的工件，可以提高生产率，操作安全，保证质量，但复合模工序安排较为重要，设计中应充分考虑各工序的顺序，提高工作效率，提高模具寿命和降低模具成本。主要工序包括：a落料拉深，b冲孔。本设计分别论述了产品工艺分析，冲压方案的确定，工艺计算，模板及零件设计等问题。本设计的内容是确定复合模内型和结构形式以及工艺性，绘制模具总图和非标准件零件图。该端盖级进模总体设计结构和排样方案经分析论证和实际投产检验。实践证明:模具结构灵活、可靠，并能保证产品质量，成本低，对此类零件的级进模设计有重要参考价值。通过本论文我掌握了模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。关键词：蝶形托盘，落料，拉深，冲孔，复合模设计碟形托盘冲压模设计STAMPINGDIEBUTTERFLYTRAYABSTRACThepaperanalyzestheprocessofbutterflytray,introduceditsuniquestructureanddesignofcompositedielayoutprogram.Provedthatthemoldstructureisreasonable,reliable,andcanensureproductquality,onthepartofthecompositemolddesignsuchanimportantreferencevalue.Compositemodeltofacilitatelargebatchsizes,smallsizeoftheworkpiece,canimproveproductivity,Caozuoanquan,Baozhengzhiliang,butthearrangementofcompositemoldprocessismoreimportanttobefullyKaolvSheJiZhongShunXuvariousprocesses,improveGongzuoxiaolvimprovedielifeandJiangDimoldcost.Mainprocessesinclude:ablankingdrawing,bpunching.Thedesignprocessofproductswerediscussed,stampingscheme,andprocesscalculation,templateandcomponentdesignissues.Thisdesignistodeterminethecontentandstructureofcomposite-moldtypeofformandtechnique,drawingdiesandnon-standardpiecesofpartsofGeneralPlanmap.Thecoverofprogressivediedesignstructureandlayoutoftheprogramthroughdemonstrationandactualproductiontest.Practicehasprovedthat:moldstructureflexible,reliable,andcanensureproductquality,lowcostofsuchpartsprogressivediedesignhasimportantreferencevalue.Throughthisdissertation,Imasteredthebasicmolddiedesignskillstoknowhowtoanalyzepartsoftheprocessofhowtodeterminetheprocessplan,understandthebasicstructureofthemold,increasedcomputingpower,graphicscapability,familiarwiththenormsandstandards,whiletheBranch-relatedcoursesareacomprehensivereview,independentthinkingwasalsohigher.KEYWORDS:butterflytray,blanking,drawing,punching,compounddiedesign碟形托盘冲压模设计目录前言TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章设计任务书和产品图 4\o"CurrentDocument"第2章零件的冲压工艺性分析 5§2.1零件的工艺性分析 5§2.2冲压工序的确定 5§2.3排样形式及材料利用 6§2.3.1排样形式的确定 6§2.3.2材料利用率的计算 6§2.4拉深次数的确定 7§2.5确定是否使用压边圈 7§2.6冲压工艺的计算 7§2.6.1计算冲裁力 7§2.6.2计算压边力 8§2.6.3计算拉深力 8§2.6.4总压力的计算 8§2.7压力中心的计算 9\o"CurrentDocument"第3章主要工作部分尺寸设计 9§3.1落料凸、凹模尺寸计算 9§3.1.1刃口尺寸计算的基本原则 9§3.1.2落料刃口尺寸计算 9§3.2拉深凸、凹模尺寸计算 10§3.2.1拉伸工序尺寸的计算 10§3.2.2凸、凹模工作部分尺寸的设计计算 11\o"CurrentDocument"第4章模具结构形式的选择和设计 12§4.1模具结构形式的选择 12§4.1.1总体结构 12§4.1.2卸料装置 12§4.1.3导向装置 12§4.2压力机的选择 13§4.3弹性元件的设计 14§4.4模具工作零件和非标准零件的设计 15§4.4.1落料凸凹模设计 15§4.4.2拉伸凸模设计 15§4.4.3模具非标准零件 16§4.4.4模具标准零件的选择 16\o"CurrentDocument"第5章 冲孔模具主要工艺参数的计算 19§ 5.1压力计算 19§5.1.1冲裁力的计算 19§5.1.2卸料力的计算 19§5.1.3总推件力 19§ 5.2总冲压力的计算 19§ 5.3压力中心的计算 20§ 5.4压力机的选用 20\o"CurrentDocument"第6章 主要工作部分尺寸设计 21§ 6.1刃口尺寸计算的基本原则 21§ 6.2冲孔刃口尺寸计算 21§6.2.1冲裁间隙的确定 22§6.2.2刃口尺寸计算 22\o"CurrentDocument"第7章 冲压模具的结构设计 23§7. 1模具草图构思 24§7. 2模具类型的选择 24§7. 3冲孔凸模的设计 24§7.3.1凸模结构型式 24§7.3.2周围冲孔凸模的设计 25§7.3.3冲孔凸模长度及强度校核 25§7. 4定位、卸料零件的设计 26\o"CurrentDocument"第8章模架的选择与固定零件的设计 27§8. 1模架的选择 27§8. 2固定零件的设计 27§8.3螺钉、销钉的选用 27结论 28\o"CurrentDocument"参考文献 29致谢 30外文资料译文 31-LX. —1—前言冲压成型是机械制造中先进的加工方法之一，它是利用材料的塑性变形能力改变其几何形状与尺寸，从而达到冲压成型的目的。但是由于冲压成型所用板料毛坯的几何形状的特点，以及所用设备与模具的特殊性，使冲压成型具有塑性加工普遍的特点与一般规律外，还有一些与一般规律不一样的特点和规律。它是建立在塑性变形的基础上，利用压力机通过模具对板料加压，使其产生塑性变形或者分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。冲压成型与其它加工方法相比较，无论在技术方面还是经济方面，都有许多独特的优点：（1）在压力机的简单冲击下，能获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他方法难以加工甚至无法加工；（2）所加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性；（3）冲压加工是无屑加工，材料利用率高；（4）生产率高，生产过程容易实现机械自动化；（5）操作简单，便于组织生产；（6）制造成本低廉。正是冲压成型有上述优点，所以其应用范围十分广泛，在电子工业产品的生产中，已成为不可缺少的主要加工方法之一，据概略统计在电子产品中，冲压件（包括板金件）的数量占零件总数的85%以上此外，冲压成型在汽车、拖拉机、电机、仪器仪表等机械工业和国防工业以及日常生活用品的生产方面，也占据着十分重要的地位。[9]冲模是冲压生产的重要组成部分，根据零件质量要求的不同，模具结构也不同，对于小批量生产，一般采取简单模具，对于大批量生产，除了一般简单模具之外，还有复合模、专用模。现在，随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）在冲压行业已经得到普遍应用。CAD/CAM的发展,几乎推动了整个领域的设计革命，大大提高了产品开发速度，缩短了产品从开发到上市的周期，提高了产品的质量，最终提升产品的市场竞争力。[9]目前，冲压工艺和冲压设备不断发展，特别是精密冲压以及液压成型、快速成型、超塑性成型等新工艺的应用将使冲压技术大幅度提高。冲压模具制造技术的发展趋势：（1） 全面推广CAD／CAM／CAE技术CAM／CAE技术的应用是模具制造技术发展的动力。随着电脑软件的开发和应用，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度，进一步扩大CAE技术的应用范围。（2） 模具检测设备向精密、高效和多功能方向发展精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达2〜3口m,目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能（3） 模具加工设备向高速、一体化方向发展国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达40000〜100000r/min,快速进给速度可达到30〜40r/min,加速度可达lg,这样就大幅度提高了加工效率，并可获得RaW口m的加工表面粗糙度。另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成型加工的挑战。高速切削加工与传统切削加工相比还具有温升低（加工工件只升高3°C）、热变形小等优点。高速铳削加工技术的发展，促进了模具加工技术的发展，特别是对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。（4） 一体化加工中心是目前正在发展的新技术在丰田模具制造厂，近年已投入使用了一个粗精加工一体化、高速、高精度、五面加工中心。它的优点是集各种机床优点之大成，除底面加工外，一次装卡。粗、精、卧，高功率、高精度、高速等面面俱到，十八班武艺样样精通，加工效率很高。无疑这是一个十分理想的技术，它代表着数控加工技术的发展的方向。（5） 模具材料及表面处理技术发展迅速模具工业要上水平，材料应用是关键。若选材和用材不当，将使模具过早失效，因此选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。（6） 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到认同在成型工艺方面，主要有冲压模具功能复合化，模具加工系统自动化等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和整体制造水平的提高。在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。[1]本次的毕业设计是在学完基础课和专业课，并且进行了生产实习和课程设计后的基础上进行的。可以说是对即将毕业的我们所学专业知识及创新能力的一种综合检验。本篇论文主要介绍外壳的冲压工艺分析和模具设计，并详细介绍了其中的一副模具：落料拉深冲孔复合模。在本次设计中得到了院系的热情支持与帮助，特别是指导老师张庆丰的热心指导，在此表示衷心的感谢！第1章设计任务书和产品图本设计零件为带凸缘圆筒形外壳拉深、冲孔件，材料为Q235钢,厚度为3mm。产品图如图1-1：碟形托盘冲压模设计第2章工件的工艺性分析工件的工艺性分析是指工件对冲压工艺的适合性，即冲压件的结构形状、尺寸大小、精度要求及所用材料方面是否符合冲压加工的工艺要求［1］。该零件材料为Q235冷轧钢，料厚3mm。零件材料的机械性能如表2-1：表2-1零件材料的机械性能材料名称牌号材料状态机械 性 能碳素Q23已退火T/MPa0b0s5X10E/103结构钢5/MPa/MPa100MPa310〜380〜124032186380470§2.1冲压件的结构工艺性（1） 该冲压件为带凸缘圆筒形拉深件，在拉深底部冲孔。（2） 外形无夹角，相连处都为圆角。（3）D凸/d,h/d都比较合适，拉深工艺性较好。§2.2冲压工序的确定该工件加工的基本工序有落料，拉深，冲孔。完成该零件的成型可能的工艺方案有以下几种：方案一：落料与拉深复合模+落料与冲孔模复合模；方案二：落料模+拉深模+冲孔模；方案三：落料与冲孔复合模+拉深模。工艺方案的分析：方案一工序相对集中，生产效率也较高；方案二工序较为分散，模具的结构简单，制造方便；方案三工序也较为集中，模具结构也较为复杂，但是在冲孔后再拉深无法保障工件质量，合理性较差。综上所述，可选用方案一。查《冲压模设计应用实例》表4-7，因制件为带凸缘的简单筒型件，故可将原工件分为几个部分，利用表面积相等求出毛坯直径。D二J1262—902„26.5(3.14„90+4„26.5)二J28371.8沁169计算得D=169mm，d=15mm。工件的相对高度为d/d=1.33,修边余量为R=3。故实际凸缘直径为td=120+6=126t故毛坯直径为169mm,冲孔直径为15mm。§2.2排样形式及材料利用率§2.2.1排样形式的确定根据排样原则,为了使模具结构简单、模具寿命高以及保证工人操作方便安全、减轻工人劳动强度,采用直排法。查《冲压工艺学》表2-11查得搭边值d=2.0,边d=1.8。排样图如图3-1所示1图3-1排样图§2.2.2材料利用率的计算A材料利用率的计算公式：,=—0€100%A工件的实际面积：A=448407.7mm2所用材料面积：A=L€B=174€(20€169+21€1.8)=594697.2mm2材料利用率,= €100%=75.4%594697.2§2.3拉深次数的确定本工件首先落料制成直径D=154mm圆形板料为毛坯进行拉伸。工件总拉伸系数m=-=空=0.31总D87由相对厚度可以从冲压模具设计实例表4-2查得首次拉伸极限拉伸因数m=0.47。因m>m,故可一次拉深成型。总查表得：m0.31m<m1= 总1所以工件能一次拉深成形。§2.4确定是否使用压边圈采用压边圈是防止起皱的一个有效方法。是否需要压边,可采用下述公式进行计算。因0.045(1-m)=0.031总t3而毛坯的相对厚度一=——€100%=1.775%D169所以丄V0.031,D故需要用压边圈。§2.5冲压工艺的计算

§2.5.1计算冲裁力已知工件材料为Q235钢，料厚为3mm,t=310MP,€=380〜ab§2.5.1计算冲裁力已知工件材料为Q235钢，料厚为3mm,t=310MP,€=380〜ab470MP。取€=400MP。aba落料力F=LKTT=3.14X169X1.3X3X350=724350N落查《实用冲压工艺及模具设计手册》表2-15得：K=0.02，卸卸料力冲孔力冲裁力F=KXF=0.02X724350=14488N卸卸落F=1.3X3.14X15X3X350=64291.5NF=F＋F+F=803129N冲落卸§2.5.2计算压边力F二兀/4(1692—902)X3=48200N压§2.5.3计算拉深力：根据公式：F二Knd。t计算：b拉深力F=0.6X3.14X90X400X3=203472N§2.5.4拉计算推件力：F=2X0.04X64300=2572N推§2.5.5总压力的计算F=总F＋F＋F+

拉压冲F=466697N推§2.6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。此工件为圆形对称工件，所以其压力中心就在工件的中心。第3章主要工作部分尺寸设计§3.1落料凸、凹模尺寸计算§3.1.1刃口尺寸计算的基本原则落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸。因此设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，设计冲孔时，以凸模为基准间隙取在凹模上。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小的其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的工件。在确定模具刃口制造公差时，既要能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。一般模具制造精度比工件精度高3〜4级。若零件没有标注公差，怎可通过查表查出工件未注公差尺寸的极限偏差。§3.1.2落料刃口尺寸计算冲裁间隙的确定根据《冲模工艺及模具设计手册》，查表3-8得冲裁该工件的刃口间隙：x=0.5Z=0.36mm Z=0.42mmx=0.5min max€、€—分别为凹模和凸模的制造偏差,凸模偏差取负向（相当凹凸于基准轴的x公差带位置），凹模偏差取正向（相当于基准孔的公差带位置）。此工件为圆形，由冲压模具设计实例表2-12查得€=0.02 €=-0.02pd由于€+€>Z-Z故可采用凸凹模配合加工的方法。pd maxmin冲孔刃口尺寸计算对于©51的凸凹模制造公差由表2-12查得€=0.020,€=0.020凸凹由于€+€>Z-Z,故采用凸凹模配合加工的方法。由表2-13凸凹 minmax得x=0.5,则d=(d+x€)=15.575o 。凹 -0.02d按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.15〜0.19mm。凸该冲裁件为落料件，只要计算落料凹模尺寸及制造公差，凸模由凹模的实际尺寸按间隙要求配作。根据《冷冲模设计》公式3-5：落料凹模尺寸：D=(D -x€)6dd max 0D=(169-0.5…1)„0.04=168.5„0.04d 0 0落料凸模尺寸D=(D-Z) =(D-x€-Z)0p d min-, min-,ppD=(168.5-0.36) =168.140p -0.03 -0.03§3.2拉深凸、凹模尺寸计算设计制件可一次拉伸或者多次拉伸的末次拉深，r应取与制件底部圆t角相等数值，如果拉深零件图上所标注的圆角半径小于r的合理值，t拉深模的仍需取合理值。等拉伸后再用整形方法使圆角半径达到图样要求。此工件需一次拉伸成形，所以r值取与制件底部圆角相同的值t艮卩r=25mm.t§3.2.1拉深工序尺寸的计算此工件需一次拉深成形，工序尺寸计算相对简单，只对凸、凹模工作尺寸即圆角半径r进行计算，但多次拉深成形还需对每次拉深工a序件的高度进行计算，对工序件高度计算的目的是为了确定各工序压边圈的高度。凹模的圆角半径r，一般来说，大的圆角半径可以降低拉深系数，a还可以提高拉深件的质量，所以凹模圆角应尽可能取大一些。但r过a大，拉深时板料将过早的失去压边，有可能出现拉深后期起皱。故凹模圆角半径r的合理值应当不小于4t(t为板料厚度)。a拉伸时凹模圆角半径取r=10mma凸模圆角半径r，r对拉深变形的影响，不像r那样影响拉深的tta全过程。但r过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉伸系数t不利。故r的合理取值应不小于(2-3)t。只有变形程度较小时，才t允许取r=2t。t§3.2.2凸、凹模工作部分尺寸的设计计算由《冲模设计应用实例》中表2-7得：Z€1.1x3€3.3mm因此拉深间隙为Z=3.3mm因为d=24查《冲模设计应用实例》表2-12得,€0.02,€0.02dp因为此工件要求内形尺寸精度较高，设计凸、凹模时应以凸模设计为基准进行计算，考虑到凸模会越磨越小，其尺寸计算由《冲模设计应用实例》中式4-26和4-27得：拉深凸模尺寸d€(d „0.5…)op min 一,pd€(84x0.5x0.035)0 =84.018p 一0.050 一0.035拉深凹模尺寸d€(d „0.4…„Z)+sddmind€(108+0.4x0.8+4)„0-08=108.32+0.08d第4章模具结构形式的选择和设计模具实际要根据上述确定的工艺方案，零件的形状特点，精度要求，模具制造条件以及安全生产等选定其冲模的类型几结构形式。下面就分析最主要的工序-落料拉深复合模的设计。§4.1模具结构形式的选择§4.1.1总体结构本套模具采用落料拉深冲孔复合模。对于此种复合模，落料一般采用正装，拉深采用倒装。模座下的弹顶器兼起压边和顶件的作用，另设有刚性卸料板和推件块，落料的废料由弹性卸料板从凸凹模上推出，而制件由压边圈顶出。该结构具有操作方便，出件畅通，生产率高等优点，但弹性卸料装置使模具结构复杂化且体积较庞大。因此，要选择工作台面尺寸较大的压力机。§4.1.2卸料装置卸料装置分为刚性卸料和弹性卸料装置。落料卸料采用弹性卸料装置是因为刚性卸料装置尽管可以缩小模具的闭合高度，模具的尺寸，但会使拉深件开模后留在刚性卸料板内，不易出件，操作比便，从而影响生产率，且噪音较大。拉深卸料采用推件块推出。刚性卸料装置一般适用于拉深深度较大，材料厚度较厚的制件，弹性卸料装置常用于复合冲裁模。本套模具中用橡胶提供弹力。§4.1.3导向装置综上所述，该零件的落料拉深复合模采用导柱导套导向，分别装在上下模座上。结构草图如图4-1所示，此模具用从右向左的方式送料。其工作过程为：压力机滑块下行，上下模合模，落料后在拉深凸模、凸凹模和压边圈的作用下进行拉深。合模结束后，滑块回程，在弹性卸料板的作用下卸下废料，制件在压边圈的作用下顶出或打杆碰到压力机的横销推动推件块，使推件块向下运动，将制件推出。§4.2压力机的选择根据所需要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。对于中小型的冲裁件弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。据《中国模具设计大典》，为安全起见，防止设备的超载，压力机要有足够的备用压力，可按总冲压力F的（1.6〜1.8）倍的原则选取压力机所需压力。经总计算，冲裁此工件的压力机公称压力为1600KN。由上面设计可知，凸、凹模的闭合高度是250左右，再加上10mm的垫板，取标准的上下模座，厚度分别为55、60mm，所以整套模具的闭合高度在365左右。因此，本模具选择的压力机根据《冲压模具设计师手册》表15-1选取公称压力为1600KN的开式固定台压力机，该压力机与模具设计的有关系参数为：型号：JH23-160公称压力/KN：1600滑块行程/mm：60滑块行程次数/次.mm-1:60最大闭合高度/mm：500封闭高度调节量/mm：110滑块中心线到机身的距离/mm：320立柱距离/mm：420工作台尺寸：前后/mm：600左右/mm：900工作台孔尺寸，前后/mm：230左右/mm：420直径/mm：300模柄孔尺寸：直径/mm：60深度/mm：70床身最大可倾角，30度设计中应使模具闭合高度满足：h+10WhWh—5min 模 max即250mmWhW380mm模本设计装模高度为325mm,故满足设计要求。§4.3弹性元件的设计为了得到较平整的零件,次模具采用弹压式卸料装置,使条料在落料,冲孔同时始终处于稳定状态之下,从而改善毛坯的稳定性,避免材料在切应力作用下起皱的可能。上卸料装置采用橡胶作为弹性元件按式1-4计算橡胶的自由高度H二（3.5〜4）S自由 工作S—工作行程与模具修模量和调整量（4〜6）mm之和工作S=30-10+1.5+6=27.5mm工作所以H==（3.5〜4）S=96.25〜110mm自由 工作取H二=110mm自由由式1-5计算橡胶的装配高度为：H=（0.85〜0.9）H==（0.85〜0.9）110=93.5〜100mm2自由

取H=100mm2橡胶的断面面积在模具装配时按空间大小确定。§4.4模具工作零件和非标准零件的设计：§4.4.1落料凸凹模设计一、 凸凹模的结构形式，主要根据冲裁件的形状和尺寸而定。因为落料为©169的圆形制件，因为材料为Q235,冲裁力又在装配过程中刃口不被划伤，保证精度，所以直接与上模座采用嵌入式结构配合，二者采用过盈量较小的配合H7/r6。其草图如图4-2：■1■1- M丸[图4-2凸凹模二、 选取材料查《冲压手册》表8-36选T10A,淬火58-62HRC三、 凸凹模的校核在一般情况下，凸模的强度是足够的，所以不用进行强度计算但对于特别细长的凸模或板料或板料厚度较大的情况下，应进行压应力和弯曲应力的校核检查其危险断面的尺寸和自由强度是否满足强度要求。因为该凸凹模直径为€169所以不需要校核。即凸凹模的设计合理。§4.4.2拉深凸模设计凸模的结构形式拉深凸模同凸凹模一样直接与下模座采用嵌入式结构配合，二者也采用过盈量较小的配合H7/r6,其配合部分外形尺寸€84。选取材料查《冲压手册》表8-36选Cr12MoV，淬火60-62HRC。凸凹模的校核因为该凸凹模直径为申84凸模的强度是足够的，所以不用进行强度校核。即凸凹模的设计合理。其草图如图4-3。§4.4.3模具非标准零件本设计中模具非标准零件除工作零件外，还有：垫板、卸料板推件块、顶杆、压边圈、打杆等。这些零件相对较简单，容易设计在此不做说明。§4.4.4模具标准零件的选择本设计中模具主要零件有：上模座、下模座、螺钉、销钉、弹簧、导柱、导套等，其规格如下a.上模座315X50b.下模座315X60c.螺钉上模座与模柄，凸凹模固定螺钉（共4个）GB/T70.1-2000内六角圆柱头螺钉M20X100下模座与凸模固定螺钉（共4个）GB/T70.1-2000内六角圆柱头螺钉M24X102卸料螺钉（共4个）M12X140d.销钉上模座与垫板，凸凹模定位销钉（共2个）M12X120凹模与下模座定位销钉（共2个）M24X130c挡料销AX8X10X3导柱（共2个）€45x260 €50x260导套（共2个）€45x130x63 €50x130x68导料销的选用根据《冲模设计手册》，选用A20JB/T7649.10-1994型导料销，其材料为45钢，热处理硬度为43〜48HRC。卸料零件的设计该模具采用弹性卸料装置，由橡胶、卸料螺钉和卸料板组成。按《冲模设计手册》，选用4X22X130GB2089-1980型圆柱螺旋压缩弹簧，2个弹簧可提供足够的卸料力；选用M12X100GB/T3098.3-2000型圆柱头内六角卸料螺钉；选用圆形卸料板，其设计如图4-4所示：

顶件装置的选用该模具采用上出件，顶件装置是由橡皮垫、压边圈、顶杆组成碟形托盘冲压模设计第5章落料冲孔复合模具主要工艺参数的计算§5.1压力计算§5.1.1冲裁力的计算冲孔根据《冲压工艺学》公式2-10得F€1.3LtT1中心孔冲裁力F€1.3X3.14X15X3x350=64291.5N1落料冲裁力F=1.3X3.14x169X3X350=724350N2总冲裁力F€F,F€788641.512§5.1.2卸料力的计算根据《冲压工艺学》表2-10得K=0.02X根据《冲压工艺学》公式2-15得卸料力F=KF=0.02X724350=14488N卸X2§5.1.3推件力的计算根据《冲压工艺学》表2-10得K=0.04推根据《冲压工艺学》公式2-13得F=nK(F+F)=2X0.04X788641.5=63091N推推12§5.1.4顶件力的计算根据《冲压工艺学》表2-10得K=0.05推根据《冲压工艺学》公式2-14得F=KF=0.05X788641.5=39432顶推§5.2总冲压力的计算初步设计采用弹性卸料装置，则总冲压力为：F€F+F+F总 卸推F€326350+7354.8+32635=366339.8N总§5.3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。此工件为圆形旋转对称工件，所以其压力中心就在工件的中心。§5.4压力机的选用根据总压力可以确定压力机为机械式单动压力机，工称压力位160吨第6章主要工作部分尺寸设计§6.1刃口尺寸计算的基本原则落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料凹模为设计基准。冲孔件的尺寸是由凹模决定的，因此应以冲孔凹模为设计基准。凸模和凹模应考虑磨损规律。凹模磨损后会增大落料件的尺寸，凹模磨损后会减小冲孔件的尺寸。为了提高模具寿命，在制造新模具时应把凹模尺寸做得趋向于落料件的最小极限尺寸，把凸模尺寸做得趋向于冲孔件的最大极限尺寸。凸模和凹模之间应保证有合理间隙。对于落料件，凹模是设计基准，间隙应由减小凸模尺寸来取得；对于冲孔件，凸模是设计基准，间隙应由增大凹模尺寸来取得。由于间隙在模具磨损后会增大，所以在设计凸模和凹模时取初始间隙的最小值Z。min凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。而偏差应按接入体方向标注。尺寸计算要考虑模具制造特点。§6.2冲孔落料刃口尺寸计算§6.2.1冲孔凹凸模的确定根据《冲模工艺及模具设计手册》，查表3-8得Z=0.42mmmax冲裁该工件的刃口间隙：Z=0.42mmmaxmin€凸€凸—分别为凹模和凸模的制造偏差由冲压工艺学中表2-7查取系数咒，0.5€=0.4(Z-Z)TOC\o"1-5"\h\zp max min€，0.6(Z-Z)d max minZ－Z=0.42－0.36=0.06max min€=0.02€，0.02pd可采用分开加工的方法。中心孔凹凸模的确定d=(d+,)o=(15+0.5X0.43)0 —15.2150TOC\o"1-5"\h\zpl 11 -0.02 -0.02丄 -€pld=(d+Z)+€d=(15.215+0.36)+0.02=15.575+0.02€1p1min0 0 0§6.2.2落料凹凸模的确定D„(D 一x,)€dd max 0D„(169-0.5xI》0。40„168.5+0.040d00D„(D-Z) „(D-x,-Z)0p d min-€ min-€ppD„(168.5―0.36) „168.140p -0.03 -0.03第7章冲压模具的结构设计§7.1模具草图构思冲压模具是冲压生产的主要工艺设备。冲压件的冲压质量、生产效率以及生产成本等，都与模具类型及其结构设计有直接关系。冲压生产对模具结构的基本要求是：在保证冲出合格工件的前提下，不仅应于生产批量相适应，而且还要具有结构简单，操作方便、安全，使用寿命长，易于制造、维修，成本低廉等特点。具体草图如图7-1所示该模具为导柱式冲孔模，导套17压入上模座，导柱与导套之间为间隙配合，采用H6/f5。图中的模具结构采用两个导柱与导套并布置在模具的后侧，便于工人操作。导柱与导套的入口处均有较大圆角因此当模具开启时，即使导柱导套脱离，在闭合时仍能顺利导入。这副模具采用了由卸料板、卸料弹簧、卸料螺钉垫圈组成的弹性卸料装置和由安装在下模部分的弹簧、垫圈与顶杆组成的由下向上的弹性顶件装置。在冲压过程中仅对冲裁件有良好的压平作用，在冲裁完毕时还可以将工件顺利顶出，减小了工人的操作难度。§7.2模具类型的选择由于该工件为单一冲孔件，但需要先落料再拉深，因此模具结构形式采用凸凹模配合的结构。§7.3冲孔凸模的设计§7.3.1凸模结构型式普通冲裁凸模的长度是根据冲裁模的结构来确定的。凸模的长度公式：L€H+H+H+H+H1234式中 H一凸模固定板厚度（mm）1H一卸料板厚度（mm）2H一导尺（导板）或坯料厚度（mm）3H一凸模进入凹模的深度（mm）4H一附加长度（mm）。主要考虑凸模的总修模量（10〜15mm）及模具闭合状态下，卸料板到凸模固定板之间的安全距离（15〜25mm）等因素。由《冲模设计手册》上的标准要求，周围冲孔凸模和中心冲孔凸模选用GB2863.2-81B型圆柱圆凸模；为了保证冲裁质量，中心冲孔凸模和周围冲孔凸模做成比压料板厚度小的形式，在冲孔凸模进行冲裁之前压料板先给工件一个预紧力，这样既保证了冲裁质量又对凸模起到了导正作用。§7.3.2冲孔凸模的设计由于3个冲孔凸模同时工作，周围冲孔凸模的长度由凸模固定板厚度、橡胶垫厚度和压料板的厚度之和。结构如图7-2所示。

弹】弹】訂"工w1./ fIT：■■§7.3.3冲孔凸模长度及强度校核本套模具有周围冲孔凸模和中心冲孔凸模两种，在这里只校核小凸模，即周边凸模的强度和刚度。冲孔凸模长度L=42mm凸模强度 压应力校核强度校核F=倖二64300x4 =353.5MPa<b]=1200MPaA3.14x15.2152 压min所以凸模强度符合要求。凸模刚度校核凸模校核公式凸模校核公式Lmax式中L--凸模最大自由长度maxP--凸模总压力E--凸模材料弹性模量，一般取aJ--凸模最小断面惯性矩，圆形断面maxD--凸模最小断面直径…--支撑系数，无导板导向=2N—安全系数，钢取n=2〜3代入公式得L=1942mmmax实际L=42.5mm<L所以凸模刚度符合要求。max§7.4定位、卸料零件的设计一卸料装置的设计该模具采用弹性卸料装置，由弹簧、压边圈、卸料螺钉和卸料板组成。按《冲模设计手册》，选用12X80X120GB2089-1980型圆柱螺旋压缩弹簧，可提供足够的卸料力；选用M8X65GB/T7650.5-1994型带圆头卸料螺钉；为了将工件顺利并精确地压入凹模的圆槽，卸料板的上面设有圆形孔，其具体设计与第一部拉伸设计类似，在这里不作详细介绍。二顶件装置的设计由于冲裁时工件与凹模的圆形槽配合较为紧密，为了将冲裁好的工件顺利取出，该模具采用顶件装置。该顶件装置由弹簧、压边圈和顶杆组成。碟形托盘冲压模设计第8章模架的选择与固定零件的设计§8.1模架的选择架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。整副模架是由上、下模座、模柄及导向装置组成。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。凹模外形尺寸确定后，参照《冷冲压模具的国家标准》选取后侧导柱模架，其技术参数如下：上模座(GB/T2855.5-90)：315mmx50mm,材质为HT200；下模座(GB/T2855.6-90)：315mmx60mm,材质为HT200；导柱：45X260 GB/T2861.1,材质为20钢；导套：45X140X63GB/T2861.3,材质为20钢；§8.2固定零件的设计模具中的连接与固定零件,主要包括模柄、模板、凸模(或凹模)固定板、垫板、螺钉与销钉等。这些连接与固定零件,大都已有国家标准,设计模具时可按标准选用。模柄的选用B60X125JB/7646.1-1994型压入式模柄。垫板232X50JB/T7643.6-1994型圆形垫板。凹模垫板为了安装顶件装置,在满足压力机所需的模具闭合高度的情况下,设计凹模垫板。§8.3螺钉、销钉的选用€€12X120M24X102€24X130M12X1402个销钉：GB/T70.1-20004个螺钉：GB/T70.1-20002个销钉：GB/T70.1-20004个卸螺料钉GB/T70.1-2000碟形托盘冲压模设计结论通过这段时间的毕业设计，我认识到谨慎态度在学习、工作中重要性，也发现自己所学知识的一些不足，并在查阅资料的过程中不断充实自己。经过这次设计，我认识到在冲压模具设计中，主要涉及到两个方面的问题：一是模具结构的整体构思，二是技术标准的选用。在设计中，整体构思非常重要，一次完整的设计全部由整体构思所引导，若没有一个完善的整体构思，设计过程将会很难顺利进行。技术标准的选用也至关重要，选用合理的技术标准会很大程度上减小模具的设计、制造难度。在这次设计中，我综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练,从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能,懂得了怎样分析零件的工艺性。在此次毕业设计中我获得主要的结论如下：设计过程中，态度要端正、认真、一丝不苟；搞好一次设计，就要善于发现问题，仔细审视自己的设计思路；发现问题后，要仔细研究，也要虚心向别人求教，以求解决在这次设计过程中，当然还有许多不足之处和有待需进一步研究解决的问题。不过，我会在今后不断地进行钻研和学习，以提高自己各方面的能力。碟形托盘冲压模设计参考文献[1]王鹏驹.成虹.冲压模具设计师手册.北京：机械工业出版社，1999.[2]肖景容、姜奎华.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，2008.[3]王爱珍.冲模设计应用实例.北京：机械工业出版社，2006.[4]杨玉英.实用冲压工艺及模具设计手册.北京：机械工业出版社，2005.[5]周玲.冲模设计实例讲解.化学工业出版社[6]李天佑.冲模图册.北京：机械工业出版社，1988.谢建、杜东福.冲压工艺及模具设计技术问答.上海：上海科学技术出版社，2005.何永熹、武充沛.几何精度规范学.北京：北京理工大学出版社，2006.付宏生.冷冲压成形工艺与模具设计制造.北京：化学工业出版社，2006.[10]付建军.模具制造工艺.北京：机械工业出版社，2007.[11]冷冲模国家标准[12]史铁梁.冷冲压设计指导.北京：机械工业出版社，1999.[13]涂光祺.冲模技术.北京：机械工业出版社，2002.[14]赵大兴工程制图.北京：高等教育出版社，2006重印.[15]齐乐华工程材料与机械制造基础.高等教育出版社，2006.4.碟形托盘冲压模设计致谢通过这次毕业设计，我深切体会到团体力量的重要性。无论是参考资料的互借，还是问题的探讨，都对这次设计的顺利进行起到至关重要的作用。并且在我的导师张庆丰老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，给我指引了正确的方向。使我有清晰明朗的思路。张老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。这次毕业设计能够顺利完成，材料科学与工程系的领导对我的大力支持和帮助，离不开同学们的热心帮助，更离不开张庆丰老师对我的耐心指导和支持，借此向他们再次表示衷心的感谢。最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，是你们给我提供了得以专心设计的物质条件，和精神支柱，这对我顺利完成设计中举足轻重，谢谢你们!最后，再次对关心、帮助我的老师，同学和亲人们表示衷心地感谢！黃延民2010年6月EVALUATIONANDPREDICTIONOFTHEFORMINGLIMITOFAZ31BMAGNESIUMALLOYSHEETSINACROSS-SHAPEDCUPDEEPDRAWINGPROCESSInthisstudy,theformabilityofAZ31Bmagnesiumalloysheetswasinvestigatedthroughexperimentalandnumericalapproaches.Tensiletestsandlimitdomeheighttestswerecarriedoutatseveraltemperaturesbetween25€Cand300€Ctoobtainthemechanicalpropertiesandforminglimitdiagram(FLD).Theinterfacialheattransfercoefficientbetweentwoadjacenttoolsandtheconvectioncoefficientwereestimatedbycomparingthetooltemperaturesobtainedfromtrialheattransferanalyseswithactualmeasureddata.TheFLD-basedcriterionconsideringthestrainpathandtheblanktemperaturewasusedtopredictbyfiniteelementanalysis(FEA)theforminglimitinacross-shapedcupdeepdrawingprocess.AcomparisonoftheFEAandexperimentaldatashowedthatthiscriterionwasveryusefulandreasonable.Inparticular,thetemperatureofeachformingtoolthatprovidedthebestformabilityofAZ31sheetswasdeterminedbycoupledtemperature-deformationanalyses.Apracticalmethodthatcangreatlyreducetheformingtimebyincreasingthepunchspeedduringtheformingprocesswassuggested.Keywords:AZ31Bmagnesiumalloysheet,forminglimitdiagram(FLD),FLD-basedfailurecriterion,cross-shapedcupdeepdrawing,heatingandcoolingchannels,coupledtemperature-deformationfiniteelementanalysis.INTRODUCTIONMagnesiumisasilverywhitemetalthathasadensityof1.74g/cm;thisisone-fourththedensityofironandtwo-thirdsthatofaluminum.Whenalloyedwithothermetals,magnesium'sheatconductivityincreasestobecometwicethatofiron.Inaddition,becauseofitsexcellentelectromagneticwaveshieldingproperties,vibrationabsorption,andcorrosionresistance,magnesiumisattractingincreasingattentionforuseinelectronicappliancesandautomobileparts.Magnesiumalloysusuallyhaveverypoorformabilityatroomtemperaturebecauseoftheirhexagonalclose-packedcrystalstructure.At200°Corhigher,however,theyexhibitmuchbetterformabilityandnearsuperplasticbehavior.Conventionally,diecastingorsqueezecastinghavebeenusedformanufacturingmagnesiumalloyparts,butthesemethodsrequiresolidificationfromtheliquidorsemisolidstateofthematerial,whichmayresultincastingdefectsandcausesafetyproblemsinthefinalproduct.Warmorhotpress-workingtechnologyformagnesiumalloysheetshasbeenrecognizedasapromisingalternativeforresolvingtheseproblemswhilestillexistincontrollingtheprocessparameters,suchasthemaintainingreasonableproductivity.However,difficultiesformingspeedandtemperature,sincemagnesiumisaveryrate-sensitivematerial,especiallyatelevatedtemperatures.Researchonthematerialproperties,includingtheformabilityofmagnesiumalloysheets,hasbeenactivelyconductedforthelastdecade.Yoshiharaetal.,Huangetal.andZhangetal.haveinvestigatedtheformabilityandtheeffectofablankholdingforceinawarmdeepdrawingprocessthroughexperimentsandFEA.Nakaetal.obtainedtheforminglimitdiagram(FLD)ofanAl—Mgalloysheetforvarioustemperaturesandformingspeeds,andChenandHuangevaluatedtheformabilityofAZ31magnesiumalloysheetsthroughcuptestsandV-bendingtests.Banabicetal.producedaFLDforAA5083at550€Cusingbulgeforming.Siegertetal.obtainedFLDsforAZ31magnesiumalloyattemperaturesintherangeof200€Cto350€C,alsobypneumaticbulging.Yasumasaetal.investigatedthestretchformabilityofAZ31MgalloyusingErichsentestsatroomtemperatureandstretchformingtestsat250€C.Abu-Farhaetal.obtainedthelimitingstrainsofAZ31—H24Mgalloysheetbypneumaticstretchingatelevatedtemperatures.K.S.Kimetal.investigatedhightemperaturedeformationbehaviorofAZ31Mgalloyonthebasisofaprocessingmap(s-0.6).Recently,theauthorscarriedoutanexperimentalstudytoobtaintheFLDofanAZ31Bsheet,andtoinvestigateitsspringbackcharacteristicsatelevatedtemperatures.Inthisstudy,thestress-straincurvesandtheFLDsofAZ31Bmagnesiumalloysheetswereobtainedthroughuniaxialtensiletestsandlimitingdomeheight(LDH)testsatvarioustemperaturesfromroomtemperatureto300€C.Cross-shapedcupdeepdrawingtestswereperformedforvarioustooltemperaturecombinationsusingaspeciallydesignedandfabricatedtoolset.Coupledthermal-deformationFEAswerealsocarriedout.AFLD-basedfailurecriterionwasadoptedtopredictthefailureinitiationintheanalyses,takingthestrainpathandtheblanktemperatureintoconsideration.Theresultsofthisapproachwereverifiedbycomparingthemtoexperimentaldata.Additionally,amethodinvolvingcontrollingthepunchspeedappropriatelyduringtheformingprocesswassuggestedtoreducetheformingtimebyalargeamount.MATERIALTESTSTensiletestsUniaxialtensiletestswereconductedattemperaturesof25€C(roomtemperature),100€C,150€C,200€C,250€C,and300€Cfor0.5-mm-thickAZ31Bsheetspecimenswiththetensileaxesof0,45,and90orientationsfromtherollingdirection(RD).ThetestsusedASTME8sub-sizespecimenswithagaugelengthof25mm,andauniversaltestingmachine(INSTRON5582)withacapacityof100kNandamaximumspeedof500mm/min.TheINSTRONAdvancedVideoExtensometer(AVE)enabledustomeasuremoreeasilyandmoreaccuratelythananyothermethodavailabletheelongationofthespecimensinahotchamber.Testswereperformedwithaconstantcrossheadspeed of0.5mm/s,whichcorrespondedtoastrainrateof0.02/s.Awaitingtimeofmorethan20minwasrequiredtoreachthedesiredtemperaturebeforepressingthestartbuttonineachtest.TheresultsoftensiletestsatvarioustemperaturesareshowninFig.1.Asthetemperatureincreased,theflowstressdecreasedwhilethetotalelongationincreased;thematerialwasclearlysofterattemperaturesof200€Corhigher.2.2.FLDtestsLDHtestswereperformedtodeterminetheFLDofAZ31BsheetsusingthediesetsuggestedintheNUMISHEET'96benchmarkproblem.Heatcartridgesandthermocoupleswereinstalledattheproperlocationsineachtoolsothatthetemperatureofthedie,blankholder,andpunchcouldbecontrolledindependently.Fourkindsofspecimenwerecutfromthesamematerialsheetasthatusedinthetensiletests,withwidthsof25mm,50mm,85mm,and175mm,andalengthof175mmintherollingdirection.Withrectangularspecimens,obtainingtheforminglimitbyinducingfailureinthedesireddeformationmodeisdifficult,soNakajimaspecimenswithacircularcutwereusedinsteadasshowninFig.2.Thetestswereperformedunderdryfrictionconditionswithoutlubricantexceptfortheadditionaltestswiththe175x175-mmspecimens,inwhichwater-solublegraphitepowderwasappliedontheblanksurfacebeforetheteststoinducefailureinthebalancedbiaxialmode.Electrochemicaletchingisusuallyusedtoapplygridpatternstosheetspecimens,butnoproperelectrolyteformagnesiumalloysheetsisyetcommerciallyavailable.Usingelectrolytesdesignedforaluminumorsteelmaycausesignificantdeteriorationintheforminglimitbecauseofthenotcheffectofetchedgridlines.Inthisstudy,asilk-screeningtechniquewasusedtoprintasquaregridpatternof2x2mm,whichsometimespeeledoffwhenthedeformationwasverylarge.Experimentswerecarriedoutwithapunchspeedof0.1mm/sattemperaturesof25€C,100€C,150€C,200€C,250€C,and300€C.MeasurementsoftheprincipalstrainsweremadeusingtheAutomatedSurfaceInformationAnalysisSystem(ASIAS)developedbytheauthors;theerrorrangeofthissystemwasaslowas0.17%instrainundernormalconditions,sincesystemcanprocessimageswitharesolutionof8mega-pixelsorhigherandcanmeasurethecoordinatesofthegridpointswithsub-pixelprecision.Figure3illustratestheprocessforobtainingaforminglimitcurve(FLC),usingASIASasanexample,andtheFLDofanAZ31Bmagnesiumalloysheetatvarioustemperatures.TheFLCincreasedrapidlyupto150€Candthereafterincreasedslowlyupto300€C,atwhichpointitwasmorethansixtimeswhatithadbeenatroomtemperature.Thelimitminorstrainswerescatteredovertherangeof—0.4to—0.3accordingtotemperaturesforthe25-mm-widespecimensandovertherangeof0.3to0.5forthelubricated175-mm-widespecimens.ThickblacklinesinFig.3(b)aretheFLCsobtainedbyactualtestsandmeasurements,whilethethingraylinesaredrawnbylinearinterpolationatevery25€Cbetweenthethicklines.TheseFLCswereusedtopredictthefailureinitiationintheFEAoftheformingprocesses.EXPERIMENTWITHCROSS-SHAPEDCUPDEEPDRAWINGToolsetdesignTheFLCisoftenusedasaparameterinFEAtocontrolwherethematerialexceedsitsformability.Itisalsousedinworkshopstoanalyzeactualandpotentialproblemsofsheetformingortocomparetheformabilityofdifferentmaterials.WeappliedtheFLD-basedfailurecrit