圆筒形件落料拉深冲孔复合模设计

圆筒形件落料拉深冲孔复合模设计 设 计（论文） （说 明 书） 平顶山工业职业技术学院 年 月 日 毕 业 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 姓名 姜鹏科 专业 机械设计与制造 任 务 下 达 日 期 年 月 日 设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日 设计（论文）题目： A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语 第 页 毕业设计（论文）及答辩评语： 圆筒形件落料拉深冲孔复合模的设计 摘要 本文首先论叙了我国目前冲压模具制造技术发展现状以及发展趋势。正文部分介绍了一种直筒形壳体的落料拉深冲孔复合模具设计,内容主要包括：拉深原理分析、拉深工艺分析及方案比较选择、模具结构的设计计算。 为了提高生产效率主要采用复合冲裁或级进冲裁两种方式。若采用级进模虽然生产效率很高，但模具的结构比较复杂，对制造精度要求较高，一般生产周期长，成本高维护也比较困难。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度较好，生产效率也较高，模具结构较级进模简单生产成本也比级进模的低。 在设计中充分利用了计算机辅助设计(CAD/CAM)：用AutoCAD2000绘制了所有零件图和装配图；用Pro/E2001设计了模具的三维实体造型。能更好详细地叙述整个复合模的设计过程。 关键词：模具，落料拉深，冲孔弯曲，工艺分析，工艺参数，结构方案，复合模，零件设计 Abstract The cylindrical pieces drawing blanking punching die design This text talks about our country hurtles to press the molding tool manufacturing technical present condition and the development trends currently.The text part introduces a design of blanking drawing piercing compound die for cylindrical shell， which is used for the case's body with frank tube shape,which content includes mainly :The principle analysis of Drawing ,the technical analysis for Drawing ,the scheme relatively chosen, design and calculate for the die structure. In order to improve production efficiency mainly adopts the composite blanking or progressive blanking in two ways. If the use of progressive die while the production efficiency is very high, but the mold structure is relatively complex, for the manufacture of high precision requirements in general, long production cycle, high cost and difficult maintenance. Using composite blanking, punched parts accuracy and flatness is better, the production efficiency is high, the die structure is simple and the production cost of progressive die progressive die is lower than. There have fully utilized CAD in the design CAD/CAM:Have drawn all part pictures and installation diagrams with Auto CAD 2000;Have design the three-dimensional entity's modeling of the die with pro/E2001.Still use Flash MX to be made and set out the picture in addition ,demonstrate the working process of whole die.Better detail throughout the compound die design process. Key words: die,drawing blanking, punching bending, process parameter, structure design, Composite molding ,part design 目录 绪论 . 1 第1章 零件的工艺分析 . 2 1.1 零件的材料分析 .2 1.2 零件的结构分析 .2 1.3 零件的工艺性分析 .2 第2章 确定冲压工艺方案 .3 2.1 零件毛坯的尺寸计算 .4 2.1.1 弯曲毛坯尺寸的确定 .4 2.1.2 拉深次数的确定及尺寸计算 .4 2.2 拟定冲压工艺方案 .4 2.3 圆筒件拉深的变形分析 .5 2.3.1 拉深变形过程圆筒形件是最典型的拉深件 .5 2.3.2 拉深过程中坯料内的应力与应变状态 .6 第3章 模具总体结构设计方案 .9 第4章 主要工艺参数的计算 .10 4.1 确定排样与裁板方案 .10 4.1.1 采用纵裁 .10 4.1.2 采用横裁 .10 4.2 计算该工序的冲压力及选择设备 . 11 4.2.1 冲压力计算 . 11 4.2.2 压力机标称压力的确定 .12 4.3 弹性卸料装置的选用 .12 4.4 出件装置 .13 第5章 模具工作部分尺寸的计算 .13 5.1 落料时凸、凹模尺寸计算 .13 5.2 拉深件凸、凹模尺寸计算 .14 5.3 冲孔凸、凹模尺寸计算 .15 5.4 凸、凹模圆角半径 .16 5.5 弯曲凸、凹模设计 .16 5.6 冲裁间隙 .17 5.6.1 .17 5.6.2 间隙对冲压工艺力的影响 .17 5.6.3 .17 5.7 模架的选择 .18 第6章 模具零件的设计 .20 6.1 工作零件 .20 6.1.1 动模上的凸凹模（落料凸模与拉深凹模） .20 6.1.2 定模上的凸凹模（拉深凸模与冲孔凹模） .21 6.1.3 落料凹模 .22 6.1.4 冲孔凸模 .23 6.2 模架的零件 .23 6.2.1 模柄 .23 6.2.2 上模座和下模座 .25 6.3 导向零件 .27 6.3.1 A型导柱 .27 6.3.2 A型导套 .28 6.4 模具的其它零件 .28 第7章 模具装配图 .29 7.1 三维装配图 .29 7.1.1 定模座 .29 7.1.2 动模座 .29 7.1.3 模具总装图 .30 7.2 二维装配图 .30 7.3 模具装配顺序 .32 7.3.1 模架的安装 .32 7.3.2 凸模、凹模和凸凹模的装配 .32 7.3.3 总装 .32 参 考 文 献 .34 致谢 .35 绪论 模具标准件是模具的重要组成部分，对缩短模具设计制造周期、降低模具生产成本、提高模具质量都具有十分重要的技术经济意义。国际模具及五金塑胶产业供应商协会副秘书长王金玲表示，模具标准件的专业化生产和商品化供应，极大地促进了模具工业的发展。广泛应用标准件可缩短设计制造周期达25-40%；可节约由于使用者自制标准件所造成的社会工时，减少原材料及能源的浪费；可为模具CAD/CAM等现代技术的应用奠定基础；可显著提高模具的制造精度和使用性能。通常采用专业化生产的标准件比自制标准件其配合精度和位置精度将至少提高一个数量级，并可保证互换性，提高模具的使用寿命，进而促进行业内部经济体制、经营机制以及产业结构和生产管理方面的改革，实现专业化和规模化生产，并带动模具标准件商品市场的形成与发展。可以说没有模具标准件的专业化和商品化，就没有模具工业的现代化。 近年来随着我国模具工业的迅猛发展，模具零件的标准化、专业化和商品化工作，已具有较高的水平，取得了长足的进步。自1983年全国模具标准化技术委员会成立以来，组织专家对模具标准进行制定、修订和审查，共发布了90多项标准，其中冲模标准22项、塑料模标准20余项。这些标准的发布、实施，推动了模具行业的技术进步和发展，产生了很大的社会效益和经济效益。模标准件的研究、开发和生产正在全面深入展开，无论是产品类型、品种、规格，还是产品的技术性能和质量水平都有明显的提高。 中国模具行业发展规划提出：模具标准件要扩大品种、提高精度，达到互换。其中主要品种，如模架、导向件、推杆、弹性元件等，要实现按经济规模大批量生产。2005年模具标准件使用覆盖率达到60%，2010年达到70%以上(其中大型模具60%零件实现标准化)，基本满足市场需要，模架、导向件、推杆、推管、弹性元件、标准组件、小型标准件(如标准凸凹模、浇口套、定位圈、拉钩等)和热流道元件是发展重点。可见模具标准化及模具标准件方面之艰巨任务和美好前景。中国模具工业协会标准件委员会提出的模具标准化工作的指导思想是：标准化是基础。 国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉指出，随着我国国民经济的快速发展，模具市场的总趋势是平稳向上的。汽车、摩托车行业是模具的最大市场。家用电器、电子通信、建筑器材、仪器仪表、塑料橡胶等行业也有相当可观的模具市场。因此，模具标准件的应用必将日益广泛。在今后的市场经济中模具标准件必将成为一种十分活跃而又高速发展的产品。从长远发展的角度看，我国模具工业必将伴随着知识经济时代的来临而 发生深刻的变革，模具结构的典型化、零部件的标准化、标准化的专业化生产和商品化供应，也是今后发展的必然趋势。因而深信模具标准件行业的发展前景是非常乐观而美好的。 第1章 零件的工艺分析 1.1 零件的材料分析 08F钢强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，正火后切削加工性尚可，退火后导磁率较高，剩磁较少，但淬透性、淬硬性极低。 1.2 零件的结构分析 该零件结构简单，尺寸没有公差要求，尺寸均为自由公差，外形对称。 1.3 零件的工艺性分析 该零件是钢料，该零件形状的基本特征是一般的有凸缘的圆筒形件，为圆筒形件底部有一个10孔，内部圆周直径为28,尺寸均为自由公差，因一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级。所以将内部直径改为28 + 00.3。宽度10 +00.2为 IT11-IT12级精度。主要成形方法是冲裁、拉深、冲孔弯曲。零件的dt/d、h/d都不太大，其拉深工艺性较好。该零件为大批量生产，零件外形简单对称。材料为08F钢，采用冲压加工经济性较好。 零件如图1-1： 图1-1 零件图 第2章 确定冲压工艺方案 冲压工艺方案的确定是制定冲压工艺过程的主要内容，需要综合考虑各方面的因素，有的还需要进行必要的工艺计算，因此，实际确定时通常先提出几种可能的方案。再在此基础上进行分析、比较和择优。从零件的结构和形状可知，所需基本工序为落料、拉深、冲孔、弯曲四种。但工序模具生产效率低难以满足大批量生产的要求，为了提高生产效率主要采用复合冲裁或级进冲裁两种方式。若采用级进模虽然生产效率很高，但模具的结构比较复杂，对制造精度要求较高，一般生产周期长，成本高维护也比较困难。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度较好，生产效率也较高，模具结构较级进模简单生产成本也比级进模的低。 2.1 零件毛坯的尺寸计算 2.1.1 弯曲毛坯尺寸的确定 对于r<0.5t的弯曲件毛坯长度的计算公式 Lz?5?4?5?0.6t?5?5?4?0.6?1?14.6mm 2.1.2 拉深次数的确定及尺寸计算 因板料厚度t为1mm故按厚度中线尺寸计算。 2.1.2.1计算坯料尺寸 2D?d2?4d2H?1.72rd2?0.56r2?29?29?4?29?10.5?1.72?2.5?29?0.56?2.5?2.5?43.94mm L1?LZ?2t?14.6?2?2.5?19.6mm L?L1?D?19.6?43.94?63.54mm 2.1.2.2 确定拉深次数 根据坯料的相对厚度tD?43.94?2.28% 拉伸系数m?dD?34.94?0.66大于极限拉深系数m，所以一次拉深成形。 2.2 拟定冲压工艺方案 根据以上的分析计算，该零件的冲压加工需以下基本工序：落料、拉深、冲10mm的孔、切边、弯曲。 根据以上基本工序，拟定一下冲压工艺方案。 方案一：落料与拉深复合其余按基本工序。 方案二：落料与拉深复合冲孔与切边复合弯曲。 方案一工序组合程度较低，生产率较低。不过各工序模具结构简单，制造费用低，对中小批量生产是合适的。 方案二制作出的零件尺寸精度高，需要两个复合模具，可获得高的生产率，而且操作方便。模具的结构复杂，制作周期长，生产成本高。因此，只在大批量生产中才较适宜。此次生产就是大批量生产故决定采用方案二的冲压工艺方案。 冲压工艺方案为：落料与拉深复合冲孔与切边复合弯曲。 2.3 圆筒件拉深的变形分析 2.3.1 拉深变形过程圆筒形件是最典型的拉深件 平板圆形坯料拉深成为圆筒形件变形过程如图2-3-1 图2-3-1 拉深拉深过程中，其底部区域几乎不发生变化由于金属材料内部的相互作用，使金属各单元体之间产生乐内应力，凸缘区的材料在发生塑性变形的条件下不断地被拉入凹模内 成为筒形零件的直壁。拉深时，凸缘变形区内各部分的变形被拉入凹模内成为筒形零件的直壁。拉伸时，凸缘变形区内各部分的变形是不均匀的，外缘的厚度，硬度最大变形亦最大。 2.3.2 拉深过程中坯料内的应力与应变状态 拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。拉深时，凸缘变形区内各部分的变形的同时，拉深变形区板料有所增厚，而传力区板料有所变薄。这些现象表明，在拉深过程中，坯料内各区的应力、应变状态是不同的，因而出现的问题也不同。为了更好地解决上述问题，有必要研究拉深过程中坯料内各区的应力与应变状态。图2-3-2是拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态。根据应力与应变状态不同，可将坯料划分为五个部分。 图2-3-2拉深过程的应力与应变状态 1).凸缘部分(见图2-3-2、图2-3-2、图2-3-2) 这是拉深的主要变形区，材料在径向拉应力 和切向压应力 的共同作用下产生切向压缩与径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。力学分析可证明，凸缘变形区的是按对数曲线分布的，其分布情况如图所示，在=r处(即凹模入口处)，凸缘上的值最大。 在厚度方向，由于压料圈的作用，产生压应力，通常和的绝对值比大得多。厚度方向上材料的的变形情况取决于径向拉应力和切向压应力之间比例关系，一般在材料产生切向压缩和径向伸长的同时，厚度有所增厚，越接近于外缘，板料增厚越多。如果不压料(=0)，或压料力较小(小)，这时板料增厚比较大。当拉深变形程度较大，板料又比较薄时，则在坯料的凸缘部分，特别是外缘部分，在切向压应力 作用下可能失稳而拱起，产生起皱现象。 2).凹模圆角部分(见图、图、图) 此部分是凸缘和筒壁的过渡区，材料变形复杂。切向受压应力而压缩，径向受拉应力而伸长，厚度方向受到凹模圆角弯曲作用产生压应力。由于该部分径向拉应力 的绝对值最大，所以，是绝对值最大的主应变，为拉应变，而和为压应变。 3).筒壁部分(见图、图、图) 这部分是凸缘部分材料经塑性变形后形成的筒壁，它将凸模的作用力传递给凸缘变形区，因此是传力区。该部分受单向拉应力作用，发生少量的纵向伸长和厚度变薄。 4).凸模圆角部分(见图、图、图) 此部分是筒壁和圆筒底部的过渡区。拉深过程一直承受径向拉应力和切向拉应力的作用，同时厚度方向受到凸模圆角的压力和弯曲作用，形成较大的压应力，因此这部分材料变薄严重，尤其是与筒壁相切的部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。原因是：此处传递拉深力的截面积较小，因此产生的拉应力较大。同时，该处所需要转移的材料较少，故该处材料的变形程度很小，冷作硬化较低，材料的屈服极限也就较低。而与凸模圆角部分相比，该处又不象凸模圆角处那样，存在较大的摩擦阻力。因此在拉深过程中，此处变薄便最为严重，是整个零件强度最薄弱的地方，易出现变薄超差甚至拉裂。 5).筒底部分(见图、图、图) 这部分材料与凸模底面接触，直接接收凸模施加的拉深力传递到筒壁，是传力区。该处材料在拉深开始时即被拉入凹模，并在拉深的整个过程中保持其平面形状。它受到径向和切向双向拉应力作用，变形为径向和切向伸长、厚度变薄，但变形量很小。 从拉深过程坯料的应力应变的分析中可见：坯料各区的应力与应变是很不均匀的。即使在凸缘变形区内也是这样，越靠近外缘，变形程度越大，板料增厚也越多。拉深成形后制件壁厚和硬度分布情况可以看出，拉深件下部壁厚略有变薄，壁部与圆角相切处变薄严重，口部最厚。由于坯料各处变形程度不同，加工硬化程度也不同，表现为拉深件各部分硬度不一样，越接近口部，硬度愈大。 第3章 模具总体结构设计方案 在冲压工艺方案确定以后，根据零件的形状特点、生产批量、模具制造条件、操作与安全要求、以及利用现有设备的可能，确定每道工序所用模具的总体结构方案。 模具总体结构方案的确定包括以下内容： （1） 模具类型 模具类型主要是指单工序模、复合模、和级进模三种，模具类型应根据生产批量、冲件形状与尺寸等因素确定。及根据冲压工艺方案确定采用复合模。 （2） 操作与定位方式 根据生产批量确定采用手工操作、半自动操作或自动化操作；根据坯料或工序件的形状、冲件精度要求、材料厚度、模具类型、操作方式等确定采用坯料的送进导向与送料定距方式或工序件的定位方式。虽然此零件的生产批量较大但合理的安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料。为了便于操作和保证零件的精度且零件不太小所以采用挡料销、导料销作为定位方式。 （3） 卸料与出件方式 根据材料的厚度、尺寸与质量要求、冲压工艺性质以及模具类型等，确定卸料选用弹性卸料装置，出件选用刚性顶件装置。 （4） 模架类型及精度 根据冲压件尺寸与精度，材料厚度、模具类型、送料与操作等因素确定，由于零件厚度薄，冲裁间隙较小且零件为对称的回转体拉深件，则冲裁时一般不会承受大的偏心载荷又是复合模，因此选用中间导柱圆形模架。考虑到零件的精度要求不高但冲裁间隙较小，所以采用级模架精度。 第4章 主要工艺参数的计算 4.1 确定排样与裁板方案 板料规格拟选用19001800mm（ 08F钢板）因为坯料长L=63.54mm、宽b=43.94mm，不算太小考虑到操作方便采用条料单排，取搭边值a=1.8mm a1=1.5mm,则 进 距：S?b?a1?43.94?1.5?45.44mm 条料宽度：B?L?2a?63.54?2?1.8?67.14mm 4.1.1 采用纵裁 每板条料数：n1?900?67.14?13条 余27.18mm 每条零件数：n2?1800?1.5?/45.44?39件 余26.34mm 每板零件数：n1?n2?13?39?507件 材料利用率：?507?1725?/900?1800?54% .5456 4.1.2 采用横裁 每板条料数：n1?1800?67.14?26条 余54.36mm 每条零件数：n2?900?1.5?/45.44?19件 余42.10mm 每板零件数：n1?n2?26?19?494件 材料利用率：?494?1725?/900?1800?52% .5456 由此可件，纵裁有较高的材料利用率，且该零件没有纤维方向行的。故决定采用纵裁法。 图 4-1-2 排样图 4.2 计算该工序的冲压力及选择设备 毛坯如图2-1所示： 图2-1 毛坯 4.2.1 冲压力计算 切边力：F1?Lt?b?135.7?1?304?1.3?53628.64N 卸料力：F?K?F1?0.05?53628.64?2681.432N 推件力：FT?KTF1?0.05?53628.64?2949.58N 冲孔力：F3?Lt?B?10?2?395?24806N F1冲裁力（N） L冲件周边长度（mm） t 材料厚度（mm） B材料抗拉强度（MPa） K? 卸料力系数，数值可查表 4.2.2 压力机标称压力的确定 标称压力是指滑块在工作行程内允许承受的最大负荷，而滑块必须在到达下止点前某一特定距离内允许承受标称压力。标称压力是压力机的主要技术参数。对于冲裁工序，压力机的标称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的1.11.3倍， 即Fg?1.11.3?F? 冲压工艺总力：F?F1?F?FT?F3?84065.652N 标称压力Fg?1.3?F?110KN 因为本工序是切边冲孔复合，因此压力机标称压力时应考虑压力机的许用压力曲线，本工序可选用开式双柱可倾式压力机J23-16压力机。 J23-16压力机的主要技术规格为： 公称压力：160 KN 滑块行程：55 mm 滑块行程次数：120次/min 最大封闭高度：220 mm 封闭高度调节量：45 mm 垫块尺寸：40 mm 模柄孔尺寸：直径40 mm 深度60 mm 4.3 弹性卸料装置的选用 弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧和橡胶）组成。本设计选用弹性元件是橡胶。弹性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.60.8倍。卸料板与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定，一般取0.10.3 mm（料厚时取大值，料薄时取小值）。为了便于可靠卸料，在模具开启状态下卸料板工作表面应高出凸模刃口端面0.30.5 mm。卸料螺钉一般采用标准的阶梯形螺钉，取数量按卸料板形状与大小确定。卸料螺钉的直径根据模具大小可选用812 mm，各卸料螺钉的长度应一致，以保证装配后卸料板水平和均匀卸料。 考虑到模具的结构，选用6个圆筒形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的顶件力为 Fy?F?/n?2681.432/6?447N 确定橡胶的横截面积A:取hy?10%h00,查表的p?1.1MPa，则 A?Fyp?447N/1.1N/mm2?406.4mm2 则橡胶外径D根据 求得 D?d?4A2 确定橡胶的截面尺寸：选用直径为10 mm的卸料螺钉，取橡胶上螺钉过孔直径d=12 mm，?D2?d2?/4?A ?12?4?44?2?18mm 为了保证足够卸料力，可取D=20mm。 卸料板为圆形的常选用3-4个，但由于卸料力比较大经计算选用6个。卸料螺钉的直径根据模具选用10 mm。 4.4 出件装置 出件装置的作用是从把零件从模具内卸出来。把装在上模内的出件装置称为推件装置，装在下模内的称为顶件装置。因本设计的模具装在下模内所以称之为顶件装置。此模具选用的是刚性出件装置利用推件板和推杆把零件从模内推出。在顶件装置中，推件板与凹模空口配合并作相对运动，对它的要求是模具处于闭合状态时，其背后应有一定的空间，以备修模和调整的需要。 第5章 模具工作部分尺寸的计算 5.1 落料时凸、凹模尺寸计算 落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。 根据下表5-1查得，冲裁模刃口双面间隙： Zmin?0.100 ,Zmax?0.140 有查得?d?0.030mm，?p?0.020mm 校核间隙:因为?p?d?0.020?0.03?0.050mm?Zmax?Zmin?0.04mm 不符合?p?d?Zmax?Zmin 则用?p?0.4?Zmax?Zmin?0.4?0.14?0.100?0.016mm ?d?0.6?Zmax?Zmin?0.6?0.14?0.100?0.024mm 则符合?p?d?Zmax?Zmin?0.040mm Dd?D?0?d 0?43.94?0.5?1?0?0.0240?0.024?42.940mm Dp?Dd?Zmin?p?42.94?0.100?0.016?41.940 ?0.016mm 式中 Dp 落料凸模最大直径（mm） Dd落料凹模最大直径（mm） D工件允许最大尺寸（mm） ? 冲裁工件要求的公差 X系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取X=0.5。 5.2 拉深件凸、凹模尺寸计算 拉深时，拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同。 拉深凸模和凹模的单边间隙Z=1.1t=1.1mm，凸凹模制造公差查公差测量与配合可知d = 0.070mm，p =0.040mm，=0.36mm。 拉深件尺