毕业设计（论文）-通气阀外壳冲压模具设计

PAGE1第1章．落料拉深复合模设计1.1冲裁件工艺性分析零件图如下：图1：零件图名称：离合器上盖材料：H62壁厚：0.3mm此件的外形尺寸精度不高，故取IT13级即可满足要求。工件外形对称，易于成型。材料为H62，质软，查表得知其力学性能较好，易于冲裁及拉深成型。1.2．确定工艺方案方案一：经分析，采用单工序模，此件可通过落料、拉深、反拉深、冲孔、翻边及切边工序完成。单工序模模具制作简单、成型简便、成本低，但工作效率低。方案二：采用复合模，此件可通过落料拉深、反拉深、冲孔、翻边及切边工序完成。采用复合模，模具制作相对复杂，但加工产品简单效率高。经分析，采用方案二进行加工，可以提高生产效率，简化加工过程。在加工过程中，为保证零件的高度，需要一定的修边余量，所以需要进一步的进行修边工序。另外因为圆角0.5mm和1mm过小，在拉深过程中无法实现，所以必须有最终的整形工序。1.3落料拉深复合模的主要设计计算1.3.1拉深工艺计算确定修边余量计算毛坯直径由于rp<rd，d/r=16.5/1=16.5《20，故可按公式4-59）计算毛坯直径D=≈41mm判断能否以此一次拉成t/d=1/41≈2.4%，m总=d/D=17.1/41≈0.42查表4-11可知，首次拉深系数m1=0.48~0.5.m总<m1，故不能够一次拉深成型。确定凸凹模的圆角半径由公式（4-15）得rd=0.8=23.9mm，rp=（0.7~1.0）t取rd=rp=4mm5.确定排样图为了方便落料，采用无搭边的排样方法，同时还可以省略固定卸料板的使用。条料宽度的计算：采用导料销导料的导向方式。由公式（2-9）得B={D+2(a1+△)+c1}0-△经分析，为提高材料的利用率，采用无横搭边排样。查表得纵搭边a1=1.0mm，下料公差△=0.5mm，查表2-3得c1=0.1mm。计算得B={41+2（1.0+0.5）+0.1}0-0.5=44.10-0.5mm排样图如下：图2：排样图1.3.2刃口尺寸的计算落料刃口尺寸计算冲裁间隙的确定由于零件对落料的要求并不高，而且拉深留有足够的修边余量，所以为降低制造成本并延长模具寿命，选用较大的凸凹模间隙值即可。查课本表1-3得双面间隙值Z=2C=0.10～0.14mm。（2）采用配作法制模只计算凹模刃口尺寸，凸模尺寸不需要计算，在凸模的工作图上只注凹模相应刃口尺寸的相应刃口的基本尺寸，不注公差。凹模形状简单，为圆形，制造偏差为IT7级。工件尺寸按IT13级，查表2-21得补偿刃口磨损量系数x=0.75，查表得件的公差值△=0.46由公式A=得凹模刃口尺寸A==mm拉深工作部分尺寸拉深间隙的确定拉深时，采用压扁圈，故Z/2=（0.9~0.95）t。由于拉深过程属于浅拉深，则取Z/2=0.95t=0.9mm拉深凸模与凹模工作尺寸查表得△=0.39mm，δp=0.03mm，δd=0.05mmDp===mmDd==mm1.3.3力的计算冲裁力的计算冲裁力的计算由以下公式可知F冲=1.3Lτbt查附录2得：τb=255MPaL=D=129mm，t=1mmF冲=1.3×129×255×1=42677N≈42.6KN拉深力及压边力的计算拉深力的计算根据公式（4-29）得F=dtδbK查附录2知δb=294MPa，查表4-1得修正系数K=0.79故拉深力F=dtδbK=17.1×1×294×0.79=12471N≈12.5KN压边力的计算由公式FQ=/4查表4-4得P=2MPa故FQ=/4[412-（17.1+2×4）2]×2=3628N拉深过程的力F总=F+FQ≈48KN经分析，F冲/0.3≈140KN，故选择型号为J23-25的压力机。1.4落料拉深复合模的总体设计1.4.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，由冲压工艺分析可知，采用复合冲压方式生产，所以模具类型为落料、拉深复合模。1.4.2定位方式的选择控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销定位。第一件的冲压位置因为条料长度有一定的余量，可以靠操作工目测来定。为了提高模具的寿命、工件质量、方便安装调整和送料，该复合模采用对角导柱的导向方式，出件方式为逆出件。模具结构如下：图3：落料拉深装配图1.5落料、拉深复合模主要零部件的设计在确定模具的设计方案时，不仅要考虑总体设计方案，同时也要对主要零部件的结构进行设计。对于结构极其复杂的模具，若总体方案设计时难以清楚表达模具中某个零件的结构特征时，也往往先勾画出该零件的结构草图，一边衡量该零件对模具总体结构的适应性。模具的主要零件的结构设计，就是确定工作零件、定位零件、卸料和出料零件、导向零件以及连接与固定零件的结构形式和固定方法。1.5.1工作零件的结构设计由于工作零件结构形状简单对称，所以模具的工作零件均采用整体结构，拉深凸凹模、拉深凸模、落料凹模结构见零件图纸。1.凸模（1）拉深凸模的结构形式及其固定方法由于该工件是圆形件结构相对简单且对称，而它的拉深的工序形状也为圆形，所以本副模具采用台肩固定式圆形凸模。（2）拉深凸模长度的计算本副模具中有落料凹模、拉深凸模及凸凹模，它们的凸模长度的计算分别如下：拉深凸模长度L1：L1=H1+H2-料的厚度式中：L1：凸模长度（mm）h1：凹模的厚度h2：凸模固定板厚度得L1=16+26-1=41mm2.凹模凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口也有平刃和斜刃。经分析，此零件的形状简单，故本副模具中的凹模采用直筒式刃口的整体式凹模，故其轮廓尺寸计算如下：凹模厚度Ha=k1×k2≈26mm凹模壁厚，查《冲压工艺与模具设计》表2-17，C=35mm凹模厚度取：C=26mm凹模宽度：B=D+2C=135mm；凹模长度：L=B=135mm；结合模具本身实际情况选择凹模宽度B=160mm，L=160mm；故：凹模的轮廓尺寸为160mm×160mm×26mm。（3）凸、凹模凸、凹模是复合模中同时具有落料凸模和拉深凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸、凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。凸、凹模的最小壁厚，目前一般按经验值确定，倒装复合模的凸、凹模的最小壁厚见冲压模具设计与制造表2-9-6。正装复合模的凸、凹模的最小壁厚可比倒装的小些。本副模具中的凸凹模既是落料凹模又是拉深凸模凸凹模长度L2：L2=62mm1.5.2定位零件冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及其在模具中的正确位置。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的方向上的限位，保证条料沿正确方向送进，称为送进导向；二是送料方向上的限位，控制条料一次送进的距离（步距）称为送料定距。对于块料或工序件的定位，基本上也是在两个方向上的限位，只是定位零件的结构形式与条料有所不同而已。属于送进方向的定位零件有导料销、导料板、侧压板等；属于送料定距的定位零件有用挡料销、导正销、侧刃等；属于块料或工序见的定位零件有定位销定位板等。导料销本副模具中采用导料销导料，以保证条料在送进时不发生偏移。导料销设两个，并位于条料的同侧，从右向左送料时，导料销装在后侧；从前向后送料时，导料销装在左侧。导料销设在凹模面上（一般为固定式的）。挡料销因为固定挡料销结构简单，容易生产，广泛用于冲制中、小型冲裁件的挡料定距。该工件不属于大型冲裁件，本副模具也没有才采用级进和单工序模。所以本副模具采用的是A型固定挡料销定距。3.推件装置和顶件装置推件和顶件的目的都是从凹模中卸下冲件或废料。向下推出的机构称为推件，一般装在上模内；向上顶出的机构称为顶件，一般装在下模内。推件装置推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置。一般刚性的用得较多，由打杆、推板、连接推杆和推件块组成。有的刚性推件装置不需要推板和连接推杆组成中间传递结构，而由打杆直接推动推件块，甚至直接由打杆推件。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆和推件板（块），将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。弹性推件装置其弹力来源于弹性元件，它同时兼起卸料和压料的作用，尽管出件力不大，但出件平稳无撞击，冲件质量较好，多用于冲压大型薄板以及工件精度要求较高的模具。本副模具采用的是刚性推件装置装置。它是由锁紧螺母和推杆组成的刚性推件装置。顶件装置顶件装置一般是弹性的。其基本组成有顶杆、顶件块和装在下模底下的弹出器，弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是弹簧和橡胶。这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高。本副模具采用的是比较简单的顶出装置，直接用顶杆顶出。它的工作原理是：顶杆直接推压料器，再由压料器推出工件。4.模架及其它零部件的选用（1）模架导柱模模架导柱模模架按导向形式分为滑动导向和滚动导向，此模具采用对角导柱滑动导向，送料方向为横向。（2）导柱和导套零件导向装置导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对于生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较常的模具，一般都采用导向装置。模具中应用最广泛的是导柱和导套。导柱和导套一般采用过盈H7/h6，分别压入下模座和上模座的安装孔中。导柱、导套之间采用间隙配合，其配合人尺寸必须小于冲裁间隙。导柱、导套一般选用20钢制造。为了增加表面硬度和耐磨性，应进行表面渗碳处理，渗碳后的淬火硬度为58-62HRC。5、连接与固定零件模具的连接零件有模柄、固定板、垫板、螺钉、销钉等。这些零件大多有标准，设计时可按标准选用。（1）模柄压入式模柄与模座孔采用过渡配合H7/n6、H7/h6。这种模柄可较好保证轴线与上模座的垂直度。适用于各种中、小型冲模，生产中最常见。模柄需要按照压力机模柄孔尺寸来选取，模柄孔尺寸为Φ40×60mm，所以模柄应该也选择直径为Φ40mm的，有打杆孔的模柄，其高出上模座的部分应该小于或等于60mm。具体尺寸参考部标确定。本副模具采用的是压入式模柄。模柄的材料采用Q235。（2）固定板凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6-0.8倍，其平面尺寸可与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。本副模具中采用了凸模固定板，其厚度为16mm固定板的凸模按安装孔与凸模采用过渡配合H7/n6，材料选用的是T10A。（3）螺钉螺钉和销钉都是标准件，设计模具是按标准选用及可。螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉。螺钉、销钉规格应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。由《冲压模具设计与制造》表2-9-14查得螺钉规格应选：M10。所选销钉的规格有：φ10mm。1.6压力机规格的确定经前面力的计算后，选择型号为J23-25的压力机，经校核，符合使用要求。压力机的参数如下：公称压力：250KN滑块行程：65mm最大闭合高度：270mm闭合高度调节量：55mm工作台尺寸：370mm×560mm模柄孔尺寸：φ40mm×60mm1.7整形因工件的厚度很薄，圆角很小，仅是工件厚度的一倍，所以很多方面不能通过一道工序完成，因此通过整形模具，使工件圆角、工件外形达到工件的尺寸要求。1.8修边通过修边模具使工件的外形尺寸达到工件的要求，在计算零件坯料的时候已经留出了修边余量。1.9主要工作零件的加工工艺路线表1凸凹模的加工工艺路线工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆柱体，尺寸为Φ80mm×70mm2热处理退火3车外圆将毛坯加工到外形要求尺寸，在台阶处留出退刀槽车床4钻孔钻通孔φ10mm钻床5镗孔将φ10mm的孔加工到φ17.1mm数控铣床6热处理淬火、回火，保证58~62HRC7磨保证凸模的精度要求，磨圆角，磨床拉深凸模的加工工艺路线工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆柱体，尺寸为φ27mm×41mm2热处理退火3车车两端面保证，保证长度41mm车床4车车外圆、圆角、切槽，φ5mm轴向通气孔（深21mm），车床5钳工钻φ5mm径向通气孔，去毛刺钻床6热处理淬火、回火，保证58~62HRC7钳工研中心孔车床8磨外圆磨φ14.5mm留研磨量0.01mm，并保证同轴度公差要求外圆磨床9平磨磨φ14.5mm尺寸的端面平面磨床10钳工研磨φmm达要求，抛光R3圆角车床11检验落料凹模的加工工艺路线工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成长方体，尺寸为165mm×165mm×30mm2热处理退火3车将毛坯加工到尺寸160mm×160mm×26mm车床4线切割用线切割机把凹模孔加工到要求形状，留出余量0.01mm线切割机5磨将凹磨加工到要求尺寸磨床6热处理淬火、回火，保证58~62HRC第2章．翻孔模具的设计翻边是在成形毛坯的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲线翻成竖立边缘的冲压方法。2.1翻孔工艺计算底孔直径的计算查表知极限翻边系数Kfmin=0.62由公式d0=DKfmin=6.5×0.62≈4mm翻边高度的计算由公式hmax=0.5D(1-Kfmi)+0.57rp，极限翻边系数Kfmin=0.62hmax=0.5×6.5×0.38+1.14≈2.4mm翻边力的计算翻边力由公式F=1.2K0πDtσb计算式中K0为翻边力系数，σb板料抗拉强度查表K0=0.15，σb=294MPa故经计算F≈2.9KN顶件力F顶=K顶F=0.06×2.9=174NF总=F+F顶=3KN4.压力机的选择根据以上力的计算，选择型号为J23-10的压力机。该压力机与模具设计有关系的参数为：公称压力：100KN滑块行程：45mm最大闭合高度：180mm闭合高度调节量：35mm工作台尺寸：240mm×370mm模柄孔尺寸：Φ30mm×35mm2.2翻孔凸、凹模尺寸的计算（1）翻孔凸凹模间隙计算查表得，翻孔时凸凹模单边间隙值为Z=0.75mm翻孔凸凹模工作尺寸计算查标准公差值得Δ=0.18mm，δp=0.018mm，δd=0.011mmDP===mmDd===mm2.3翻孔模具零件设计翻孔模的结构与拉深模相似，采用倒装的结构形式。翻孔过程中不进行冲裁，故不需要设置模架。采用带有锥头导向段的台阶式凸模，对工件底孔进行定位。模具图详见翻孔模的装配图图纸。2.4翻孔模主要工作零件的加工工艺路线翻孔凸模的加工工艺路线工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆柱体，尺寸为φ6mm×54mm2热处理退火3车车端面保证，保证长度54mm车床4车车外圆保证尺寸、圆角、做出锥形台阶车床5热处理淬火、回火，保证58~62HRC6检验翻孔凹模的加工工艺路线工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆柱体，尺寸为Φ126mm×47mm2热处理退火3车将毛坯加工到尺寸Φ126mm×47mm车床4线切割用线切割机把凹模孔加工到要求形状，留出余量0.01mm线切割机5磨将凹磨加工到要求尺寸磨床6热处理淬火、回火，保证58~62HRC第3章．修边和整形3.1修边由于在拉深的时候设置了2.0mm的修边余量，所以在需要进行修边工序。考虑到整形工序之后工件的形状为规则的圆筒状，所以修边的方式有采用冲压模具重裁掉跟使用车床车削两种方案。修边工序设置在落料拉深之后，凸缘部分拉深之后，方便装夹。故采用切边模进行修边。3.2整形此整形的目的在于使拉深过后的零件的圆角满足要求。对于最终的拉深件，较小的凸缘圆角半径要求外部向圆角部分补充材料。由于初始圆角半径为2mm，而最终的圆角半径为1mm和0.5mm，所以圆角半径变化较大，可以使半成品高度大于零件高度，整形时从直壁部分获得材料补充，所以在拉深时在凸缘处设置了修边余量，可供整形时补充。整形模具的圆角设为1mm.整形模具与最后一步的拉深模具相似，圆角与零件的圆角相同。总结通过设计离合器上盖的落料拉深复合模及翻孔模，我巩固了以往所学并学到了很多新的知识。在设计过程中我遇到了一些问题，我积极查阅资料，向老师咨询，及时地解决了问题。在设计过程中，我对材料了了更加广泛、深入的认识；对模具设计有了更为准确的认识，明确了需要注意的问题，掌握了模具结构；对模具设计过程更加熟悉。在本次设计过程中，我查阅了大量的有关冲压模具设计的资料与实例，对模具产业有了详尽的认识与了解，提高了自己的理论知识水平。在设计之初，我就遇到了问题，主要是毛坯的计算及工艺安排顺序，通过老师的帮助，最终确定了模具的结构，完成了设计目标