机械毕业设计（论文）-电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 电喇叭底座 冷冲压工艺及模具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标 注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何 其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 95 学 号： 0923219 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 来源于无锡金立有限公司，是电器产品上的一个零件。 模具是机械工程及其自动化专业的一个专业方向，选择模具方 向的毕业设计题目完全符合本专业的要求，从应用性方面来说，模具 又是生产效率极高的工具之一，能有效保证产品一致性和可更换性， 具有很好的发展前途和应用前景。该产品外形适中，冲压工艺设计很 复杂，计算过程很繁，其正确性非常重要，要求学生要有良好的心理 素质和仔细认真的作风，因此对本课题的研究对学生也是一次很好 的煅练机会。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 综合应用各种所学的专业知识，在规定的时间内对产品进行冷冲 压工艺分析，制订完整的冲压工艺方案，并完模具设计、数据计算和 图纸（所有图纸折合 A0 不少于 2.5 张）绘制，具体内容如下： 1完成模具装配图：2 张（A0 或 A1）； II 2零件图：主要是非标准件零件图（不少于 5 张）； 3冷冲压工艺卡片：1 张 ； 4设计说明书：1 份（15000 字以上，其中参考文献不少于 10 篇，外文 不少于 5 篇）； 5翻译 8000 以上外文印刷字符，折合中文字数约 5000 字的有关技 术资料或专业文献，内容要尽量结合课题。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 用模具技术生产的制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低消耗 等特点。由此可见，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定 着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 本论文详细的论述了冲压模具的全过程。冲压模具即是在冲压加工中，将材料（金 属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备。 该零件是电喇叭底座，该产品的模具成本低、生产效率高。根据要求分析零件的工 艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板， 计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、 部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进 行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、 模架、冲压设备、紧固件等进行了设计。 生产使用寿命长的电喇叭底座。 关键词：关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模； IV Abstract Die technology to produce products with high accuracy, high complexity, high consistency, high production efficiency and low consumption and so on. Thus, die technology has become the measure of a country manufacturing an important indicator of the level determines the product quality, efficiency and new product development capability. This paper discusses in detail the whole process of stamping dies. Stamping die that is in the process of stamping, the material (metal or non-metallic) processing into parts(orsemi-finished products) of a special technical equipment. The part is electric horn base, This products mold with low cost brings high production efficiency. according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. Making the working-life of electric horn base more longer. Key words: Die; Banking; Punch; Die; Main punch; V 目录目录 摘 要.III ABSTRACTIV 目录 V 1 绪 论.1 1.1 本课题的研究内容和意义1 1.2 国内外的发展概况2 1.3 本课题应达到的要求4 2 冲压工艺设计.6 2.1 冲压件简介6 2.2 冲压件的工艺性分析7 2.3 冲压工艺方案的确定9 2.4 冲压工艺计算9 2.4.1 工件的毛坯尺寸计算.9 2.4.2 工序分析.11 2.4.3 拉深工序及尺寸计算.11 2.4.4 整形分析.13 2.4.5 工序汇总.14 2.4.6 各工序尺寸公差的确定.14 2.5 产品所需模具14 3 落料拉深模设计.16 3.1 模具结构16 3.2 确定其搭边值17 3.3 确定排样图17 3.4 材料利用率计算19 3.5 凸、凹模刃口尺寸的确定20 3.5.1 落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定20 3.5.2 拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差.21 3.6 落料拉深复合模冲压力22 3.6.1 落料部分冲压力.22 3.6.2 拉深部分冲压力.23 3.6.3 落料拉深复合模总冲压力.24 3.7 压力机选用24 3.8 压力中心计算25 3.9 落料拉深模主要零部件的结构设计26 3.9.1 落料凹模的结构设计.26 3.9.2 落料凸模的结构设计.28 VI 3.9.3 落料卸料板设计.29 3.9.4 拉深凹模的结构设计.30 3.9.5 拉深凸模设计.30 3.9.6 压边圈设计.31 3.9.7 推件块设计.32 3.10 标准件确定33 3.10.1 模架确定.33 3.10.2 弹顶器的确定.33 3.10.3 上模螺钉确定.34 3.10.4 上模销确定.34 3.10.5 下模螺钉确定.34 3.10.6 下模销确定.35 3.10.7 模柄确定.35 3.10.8 模柄上固定螺钉的确定.35 3.10.9 推杆确定.35 3.10.10 拉深凸模上固定螺钉的确定.35 3.10.11 下模推杆的确定.35 3.10.12 条料定位零件的设计.36 3.11 模具闭合高度、校验压力机36 4 切边模设计.37 4.1 模具结构37 4.2 切边凸、凹模刃口尺寸的计算37 4.3 切边模冲压力38 4.4 压力机选用39 4.5 压力中心计算39 4.6 切边模主要零部件的结构设计40 4.6.1 切边凹模的结构设计.40 4.6.2 切边凸模的结构设计.41 4.6.3 切边凸模固定板设计.42 4.6.4 切边凸模垫板设计.43 4.6.5 定位柱设计.43 4.6.6 推件块设计.44 4.7 标准件确定45 4.7.1 模架确定.45 4.7.2 上模螺钉确定.45 4.7.3 上模销确定.45 4.7.4 下模螺钉确定.45 4.7.5 下模销确定.45 VII 4.7.6 模柄确定.46 4.7.7 模柄上固定螺钉的确定.46 4.7.8 推杆确定.46 4.7.9 圆废料切刀确定.46 4.8 模具闭合高度、校验压力机47 5 结论与展望.48 5.1 结论48 5.2 不足之处及未来展望48 致 谢.49 参考文献.50 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 1 1 绪绪 论论 用模具技术生产的制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低消耗 等特点。由此可见，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定 着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 本设计是对给定的模具产品图进行冲压模工艺分析和模具设计，在综合考虑了经济 性、零件的冲压工艺性以及复杂程度和精确度等诸多因素的基础上进行冲压工艺分析与 计算的，并提出了合理的工艺方案和结构形式，介绍了模具设计中的排样与送料方式和 卸料与导向方式，讨论了主要工作件间隙的确定和刃口尺寸及冲压力的计算，并选择合 适的压力机，设计中主要对模具工作部分尺寸进行计算和主要零部件的设计以及加工工 艺的制定。 该模具提高了制件质量和生产效率，降低了模具成本，制件质量符合生产要求。 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 冲压是在室温下，利用安装在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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。 在冲压加工中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装备，称为冲压模具。冲模在现 实冲压加工中是必不可少的工艺装备，与冲压件“一摸一样”的关系，若没有符合要求 的冲模，就不能生产出合格的冲压件；没有先进的冲模，先进的冲压成型工艺就无法实 现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不 可少的三要素。冲模在种类繁多的模具中占有十分重要的地位，是工业生产中应用最为 广泛的模具，从产量上看，它占了模具总产量的 30%以上，从产值上看，它占了模具总 产值的 50%左右。 冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独 特的优点。生产的制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消 耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。但需要指出的是，由于进行冲压成形加工必须 具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、 精度高、技术要求高、生产成本高（占产品成本的 10%30%）等特点。所以，只有在冲 压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效 益。 模具工业作为现代社会的一种新兴工业，它能够节约能源、节约原材料以及较高的 生产效率，它能够保证比较高的加工精度等特点。模具市场在世界上大部分都是供不应 求的，它的市场需求量大致 580 亿至 660 亿美元之间，与此同时，模具工业在我国也迎 来了一轮新的发展前景。模具工业在我国最近几年总产值保持 12.5%的年增长率，截止至 2006 年底模具产值预计超过 550 亿元。 在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、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应用。由于采用模具进行生 产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、 无锡太湖学院学士学位论文 2 飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁， 其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工 序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实 际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋 压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、 均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性； 均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺 性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高 的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲 压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的 生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进 模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间， 能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲 压技术合理地应用于小批量多品种生产。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、 排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常 重要的问题。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 发展现状一：生产集中度低 许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中 度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱； 摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造 企业小而散，集中度仅 39.2%。 突破点：走专业化道路 迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分 离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及 几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际 上有竞争实力的冲压零部件供应商。 发展现状二：机械化、自动化程度低 美国 680 条冲压线中有 70%为多工位压力机，日本国内 250 条生产线有 32%为多工 位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中 小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比 重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的 510 倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 3 我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。 突破点：加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高 机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线， 特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造， 使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、 柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化 成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国 内旧设备，使其发挥新的生产能力。 发展现状三：科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形 成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。 技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企 业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化 汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。 突破点：走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科 研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校 和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实 体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。 发展现状四：冲压板材自给率不足，品种规格不配套 目前，我国汽车薄板只能满足 60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化 镀锌板、超宽板（1650mm 以上）等都依赖进口。 突破点：所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展， 并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。 发展现状五：大、精模具依赖进口 当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化 程度尚低，大约为 40%45%，而国际上一般在 70%左右。 突破点：提升信息化、标准化水平 必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广 CAD/CAM/CAE 一体化技 术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进程，提 高精度和互换率。力争 2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60%，2010 年达到 70%以上基 本满足市场需求。 我国已拥有 2 万多家模具生产企业，年产值超过了 300 亿元。经过几十年的发展， 我国的冲压模具总量位居世界第三位，加工技术装备基本已与世界先进水平同步。以汽 车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模。用 CAD/CAM/CAE 软件进行三维设计和模 拟，靠高速、精密的加工设备生产，用新型研磨或抛光代替传统的手工研磨抛光，提高 无锡太湖学院学士学位论文 4 模具质量。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展 提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以 15%左右的增 长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是 工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。 目前，中国有 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。在模具工业的总产值 中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还 有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。许多模具企 业十分重视技术发展，中国工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具 水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产大屏幕彩电塑壳注射模具、大容量洗衣机 全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产 照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型 模具材料等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作出 了贡献。进入 21 世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新 整合，中国装备制造业在加入 WTO 以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造 业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多采用由模具工业提供的产品。 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。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、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应用。由于采用模具进行生 产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、 飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。 据国际技术协会统计，2011 年产品零件粗加工的 80%，精加工的 60%都由模具加工完成。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目 的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的 目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。 本课题旨在提供一种能有效消除底座引起膜片产生的破坏性共振、使电喇叭的声音 清脆、工作电流小、工作电压变化范围宽、基频高、声压大、使用寿命长的电喇叭底座。 运用所学的专业知识，以与专业相关联的课程为出发点，设计了零件的工艺、编制了零 件的加工工序，并熟悉了大学所学过的软件 AutoCAD 和 UG。在设计思想中尽可能体现 了我所学的、掌握的和了解的知识。清晰的找出了自己这四年来所学知识的种种漏洞， 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 5 并得以改正，使我对于自身专业又有了全新的认识，为我之后的学习和工作奠定了坚实 的基础。 此课题主要考虑以下几个方面的内容： 1、分析冲压件的图样及技术条件。 2、对冲压件进行工艺分析，合理进行排样设计。 3、计算冲裁、冲裁力，确定压力机参数，选择合理的冲压设备。 4、确定模具的具体结构，绘制草图。 5、绘制模具的装配图及主要零件图。 6、零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。 7、根据开题的研究过程撰写设计说明书。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2 冲压工艺设计冲压工艺设计 2.1 冲压件简介冲压件简介 形状和尺寸如下图所示。材料为 08 钢，板材厚度 2mm。带凸缘的拉深件，料厚 2mm，批量生产每年 20 万件。 零件图如下： 图 2.1 零件图 1.未注公差尺寸分析 图中有 6 个尺寸未注公差，其中 R3 有相同的 4 个就算 1 个，查相应国标确定其 公差和偏差。对照参考文献2，P1P2，这 6 个尺寸可分为三类。第一类，未注公差冲 裁件线性尺寸，尺寸有：123.5；第二类，未注公差成形件线性尺寸，尺寸 有：45、85、18、32.5；第三类，未注公差成形圆角半径线性尺寸，尺寸有：4 个 R3。下面查对应表确定其公差和偏差。 第一类，未注公差冲裁件线性尺寸，查参考文献2，P3，表 1 未注公差冲裁件线性 尺寸的极限偏差，公差等级取 m 级，可得这 1 个尺寸的公差和偏差，最终这 1 个尺寸 为：123.50.70。 第二类，未注公差成形件线性尺寸，查参考文献2，P3P4，表 4 未注公差成形件 线性尺寸的极限偏差，公差等级取 m 级，可得尺寸 45、85、18、32.5 的公差和偏 差，最终这个尺寸为：451.00、851.00、180.80、32.21.00。 第三类，未注公差成形圆角半径线性尺寸，查参考文献2，P5，表 2 未注公差成形 圆角半径线性尺寸的极限偏差，可得这个尺寸的公差和偏差，最终这个尺寸为：。 00 . 1 30 . 0 3 R 最终带全公差的产品图如图 2.2 所示。 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 7 图 2.2 带公差的产品图 2.2 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性分析 工艺分析包括技术和经济两方面内容。在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件 的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济 方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济 效益。因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单最经济的 方法冲压出来。 一、冲压件工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要因素： 1件的外形为圆形，外形简单均匀，适宜冲裁。 2件无细长的旋臂与窄槽，模具结构简单，适合冲裁。 3料为 08 钢，是常用的冲裁拉深材料，具有良好的冲裁性能和较好的拉深性能。 4件尺寸属于装配要求精确尺寸，此尺寸可定为加工尺寸。 5产批量，一般来说，大批量生产时，可选用连续和高效冲压设备，以提高生产效 率；中小批量生产时，常采用简单模或复合模，以降低模具制造费用。 6冲压件的直径尺寸要求不高，整形不是必须的。表面粗糙度要求不大，拉深变形 量很大，容量引起破裂，需作多次拉深。 7圆角半径最小为 R3，不满足最小圆角半径要求，估计需作整形。 综上所述，此工件适宜冲裁和拉深。 二、压件工艺分析如下： 1图形分析 形状较简单，且左右、前后对称，主要是拉深形状。 2尺寸分析 尺寸公差主要部份都已经有了，其余尺寸不重要。 3材料 08，是适合拉深的钢，但拉深较深时，需考虑周全。 为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、 弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。大多 轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖 零件和焊接构件。 1）化学成份： 碳 C ：0.050.12 硅 Si：0.170.37 无锡太湖学院学士学位论文 8 锰 Mn：0.350.65 硫 S ：0.035 磷 P ：0.035 铬 Cr：0.10 镍 Ni：0.25 铜 Cu：0.25 2）力学性能： 抗拉强度 b(MPa)：330450MPa 屈服强度 s(MPa)：200MPa 伸长率 5()：32 断面收缩率 ()：60 硬度 ：未热处理，131HB 试样尺寸：试样尺寸为 25mm 3）热处理规范及金相组织： 热处理规范：正火 930，45min，空冷。 金相组织：铁素体+极少量珠光体。 4批量 5 万件/每年，批量不是很大。 5冲压工序 落料、拉深、整形、切边。 6冲裁间隙 查表 2-1 冲裁模刃口初始值间隙（即查参考文献3，P35 页，表 2-13），得双面间 隙 Z0.220.26mm。 表 2-1 冲裁模刃口初始值间隙3 材 料 名 称 45；T7，T8(退火)； 磷青铜(硬)；铍青 铜(硬) 10，15，20 冷轧钢 带；30 钢板； H62，H68(硬)； 2A12，硅钢片 Q215，Q235；08，1 0，15；H62，H68( 半硬)；磷青铜(软)； 铍青铜(软) H62，H68(软)；纯铜 (软)； 3A12，5A02，1060， 1050A，1035，1200， 8A06，2A12 力 学 性 能 HBW190 Rm600MPa HBW=140190 Rm400600MPa HBW=70140 Rm300400MPa HBW70 Rm300MPa 初 始 间 隙厚 度ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax 1.50.270.310.210.250.150.190.100.14 1.80.340.380.270.310.200.240.130.17 2.00.380.420.300.340.220.260.140.18 2.50.490.550.390.450.290.350.180.24 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 9 2.3 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 经过对冲压件的工艺分析后，结合产品进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺、 冲压次数，工艺顺序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案。 方案一：单工序模。适当整合各冲压工序，需要副模具，此模具经济，制造方便。 方案二：复合模。本零件很大，工序较多，冲压工艺复杂，模具设计难度太大，模 具结构十分复杂，制造难度高，成本高。 方案三：级进模。本零件很大，模具很大，模具结构复杂，制造难度高，成本高。 综上所述，产品要求本身也不高，在能达到产品要求的原则下，为了节省成本，制 造和加工方便，采用方案一。 2.4 冲压工艺计算冲压工艺计算 2.4.1 工件的毛坯尺寸计算工件的毛坯尺寸计算 由于工件主要成型的工序是拉伸，工件的变形主要在拉深处，此工件是带凸缘的零 件。由于材料厚度 t=2，先将产品尺寸转化为中性层尺寸，结果如下图所示： 图 2.3 中性层尺寸 1.修边余量 表 2-2 有凸缘拉深件的修边余量3 拉深相对高度 dt/d 或 Bt/B 凸缘直径 dt(或 Bt) 2506.05.04.03.0 凸缘直径 dt=123.5，d=87，相对凸缘直径 dt/d=123.5/871.41 无锡太湖学院学士学位论文 10 查表 2-2 有凸缘拉深件的修边余量（即查参考文献3，P120 页，表 4-3），得： 修边余量 =4.3mm 因此工件的外沿直径为 dt=123.5+4.32=132.1132mm 含修边余量的中性层尺寸如下图所示。 图 2.4 含修边余量的中性层尺寸 2.毛坯尺寸计算 由于工件是凸字型回转体形状，因此工件展开后是一个圆形片，可以直接计算工件 的实际尺寸，根据参考文献3，P121 页，公式 4-2，算可知毛坯直径计算公式： （2-1） n i i aAD 1 44 由于形状复杂，计算很繁，故利用计算机和三维 CAD/CAM 软件进行计算，中性层 面积为：S=18839.7mm2。 因此毛坯直径：154.9 18839.7 22 S D 值得注意的是，在确定复杂拉深件的毛坯尺寸和形状时，由于实际情况比较复杂， 影响因素很多，如板材的厚度变化、模具的间距大小、模具的尺寸公差等，所以一般是 先根据上述公式进行初步计算，然后在通过试验加以修正确定。由于条件有限不能通过 试验进行修正，考虑拉深回弹，需多拉一些，故毛坯直径选为 D=155mm。 3.是否采用压边圈 t/D=2/1551.29%，查表 2-3 采用或不采用压边圈的条件（即查参考文献3，P128 页，表 4-10）得，第一次拉深时必须采用压边圈，以后各次拉深，如果 t/D2.00.61.50.8 2.4.2 工序分析工序分析 按照产品件的冲压工序看，通过运用 CAD/CAM 三维软件仿真，初步得出冲压工序 过程，落料拉深整形切边。 下面主要分析拉深和整形工序。 2.4.3 拉深工序及尺寸计算拉深工序及尺寸计算 1.能否一次拉出 下面采用查表法。 由于材料厚，转化为中性尺寸，如图 2.4 所示，d=47，高度 h=30.5，dt=dF=132 t/d=t/d=2/47=4.3 %，dF/d1=132/47=2.8，d/dt=47/132=0.36， 相对高度：h/d=30.5/47=0.65， 总拉深系数：m=d/D=47/1550.30 查表 2-4 带凸缘圆筒形件第一次拉深时的拉深系数极限值（即查参考文献4，P73 页，表 2-21）得，拉深极限系数应略小于 0.33，故取 0.32，因本工序拉深系数为 0.30， 故不能一次拉出来，虽然拉深件是有两个台阶，但为了保险还是认为不能一次拉出。 表 2-4 带凸缘圆筒形件第一次拉深时的拉深系数极限值4 材料的相对厚度 t/d100 凸缘相对直径 dFdl 2.01.5876879887 3.3 确定排样图确定排样图 在冲压零件中，材料费用占 60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料，因此材 料的利用率是一个重要问题，必须认真计算，确保排样相对合理，以达到较好的材料利 用率。 排样方法可分为三种： 1有废料排样 2少废料样 3无废料排样 少废料排样的材料利用率也可达 70%90%。但采用少、无废料排样时也存在一些缺 点，就是由于条料本身的公差以及条料导向与定们所产生的误差，使工作的质量和精度 较低。另外，由于采用单边剪切，可影响断面质量模具寿命。 根据工件的形状和批量，对模寿命有一定要求，故采用有废料排样方法。 排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿 定位误差，保证冲出合格的工件。还可以使条料有一定的刚度，便于送进。 无锡太湖学院学士学位论文 18 本产品外形是圆形，第一副模具是落料拉深复合模，只需考虑落料的排样，故采用 单排直排方式。由于料厚为 2mm，落料外形尺寸也较大，每根条料比较重，故采用手动 前后送料方式送料。 落料尺寸为。70 . 0 155 送料步距： A=Dmax+a1 （3-1） Dmax为工件最大尺寸，故 Dmax=155.7mm A=Dmax+a1=155.7+2=157.7mm 条料宽度（刚性卸料有导向无侧压）： （3-2） 0 -max Z)2a+D (B 其中：a2.5， 1.0mm，查表 3-2 条料宽度偏差 （即查参考文献5，P31 页， 表 2-17 条料宽度偏差 ） Z=1，查表 3-3 条料与导料板之间的间隙（即查参考文献5，P32 页，表 2-18 条料与导料板之间的最小间隙 Zmin） B=Dmax+2a+Z=155.7+22.5+1=mm 0 1 7 . 161 表 3-2 条料宽度偏差 5 条料厚度 t 条料宽度 B 0.50.51122335 200.050.080.10 20300.080.100.15 30500.100.150.20 50 0.40.50.70.9 50100 0.50.60.81.0 100150 0.60.70.91.1 150200 0.70.81.01.2 200300 0.80.91.11.3 表 3-3 导料板与条料之间的最小间隙 Zmin3 无侧压装置有侧压装置 条料宽度 B条料宽度 B材料厚度 t 100 以下100200200300100 以下100 以上 约 10.50.510.50.8 150.5110.50.8 导料板间距离： 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 19 （3-3）Z B0B B0161.7+1=162.7 因此实际条料最小宽度为 160.7mm，最大宽度为 161.7mm，送料步距为：157.7mm。 排样图如图 3.2 所示。 图 3.2 排样图 3.4 材料利用率计算材料利用率计算 在冲压零件中，材料利用率是非常重要的，较高利用率是企业降低成本的途径之一。 由于本产品采用复合工序的单副模具生产，送料采用手动送料，因此可以假设原材 料为条料，查参考文献6，P1-13 页，表 2-7 冷轧钢板的规定（GB/T 7082006），及结 合目前市场，故采用尺寸为：宽 1000mm，长 2500mm，厚 2mm 的板料。 材料利用率： （3-4）%100 0 S nS 其中：板材总面积 S0=10002500=2500000mm2 S17047.7mm2 单件产品实际面积，采用计算机计算。 条料宽度最大为 161.7mm，送料步距 157.7mm。 由于原材料是板料，剪板时有两种裁剪方法，即剪长边和剪短边。 1剪长边 2500/161.7=15.5，共能裁：15 条 1000/157.7=6.3，每条能裁 6 个 共计：156=90 个 2剪短边 1000/161.7=6.2，共能裁：6 条 2500/157.7=15.8，每条能裁 15 个 共计：615=90 个 可见在裁短边、裁长边结果总个数是一样的，相对比较还是剪长边，每条重量好多， 工人操作少辛苦一些，故采用第 1 种裁剪方法。 无锡太湖学院学士学位论文 20 故材料利用率% 4 . 61%100 2500000 17047.790 %100 0 S nS 材料利用率大于 60%，排样符合要求。 3.5 凸、凹模刃口尺寸的确定凸、凹模刃口尺寸的确定 本模具有 2 个工序组成，落料和拉深，下面分两个部分分别计算。产品图见图 2.8 所 示。 3.5.1 落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定 1计算原则 本产品外形是圆形，属于落料工序，因此计算原则以凹模为基准。 由于形状简单，仅是圆柱类形状，故采用凸、凹分别加工方法来制造，并进行设计 计算。 2凸、凹模制造公差 工件尺寸为，由于此尺寸为落料尺寸，转化为下偏差尺寸为：70 . 0 155 0 4 . 1 7 . 155 查表 3-4 规则形状（圆形、方形件）冲裁时凸、凹模的制造公差（即查参考文献5， P22 页，表 2-11），得： 凸模偏差 p=0.030mm 凹模偏差 d=0.040mm 表 3-4 规则形状（圆形、方形件）冲裁时凸、凹模的制造公差5 基本尺寸凸模偏差 p凹模偏差 d基本尺寸凸模偏差 p凹模偏差 d 18 0.0200.0201802600.0300.045 18300.0200.0252603600.0350.050 30800.0200.0303605000.0400.060 801200.0250.0355000.0500.070 1201800.0300.040 已知冲裁双面间隙 Zmin=0.22，Zmax=0.26，Zmax-Zmin=0.04mm 因此：p+d=0.03+0.04=0.070.04，即 p+dZmax-Zmin 所以：凸、凹制造公差需作调整。 d=0.6(Zmax-Zmin)=0.60.04=0.024mm p =0.4(Zmax-Zmin)= 0.40.04=0.016mm 3落料凸、凹模刃口尺寸计算 查参考文献5，P37 页，落料公式 2-8、公式 2-9，得公式如下： （3-5） d D D d 0max )(凹模 （3-6） 0 minmax )( pp ZD D 凸模 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 21 式中 Dmax=155.7，=1.40，Zmin=0.22 根据 t=2mm，圆形件，工件公差 1.4，查表 3-5 磨损系数 （即查参考文献5，P22 页，表 2-12），得：=0.5 所以 024 . 0 0 024 . 0 0 155)40 . 1 5 . 0 7 . 155( d D 0 016 . 0 0 016 . 0 78.154)22 . 0 155( p D 表 3-5 磨损系数 5 非圆形工件圆形工件 10.750.50.750.5 材料厚度 t/mm 工件公差/mm 10.16 0.170.35 0.36 0.16 0.16 12 0.20 0.210.41 0.42 0.20 0.20 24 0.24 0.250.44 0.50 0.24 0.24 4 0.30 0.310.59 0.60 0.30 0.30 3.5.2 拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 1拉深凸、凹模间隙 此产品主体部分仅需 1 次拉深，材料厚度 t=2mm，采用压边圈，查表 3-6 有压边圈 时的单边间隙值 Z（即查参考文献5，P125 页，表 4-10），得 1 次拉深的单面间隙 Z： 第 1 次拉深：Z=1t=2mm（这是本课题研究的第一副模具参数） 表 3-6 有压边圈时的单边间隙值5 总拉深次数 12345 拉深工序 1121231、2341、2、345 凸、凹模之间的单边间隙 11.1t1.1t 11.05t1.2t1.1t 11.05t1.2t1.1t11.05t1.2t1.1t 11.05t 2凸、凹模工作部分尺寸及其公差 由于本次拉深是仅有的 1 次拉深，故对尺寸公差有一定的要求，要求的是内形尺寸， 故以凸模为基准，内径尺寸为：，凸、凹模尺寸公式采用参考文献5，P130 页，具 0 d 体公式如下： （3-7） 0 )4 . 0( p d d p 凸模尺寸 （3-8） dd ZdZd d pd 0 0 )24 . 0()2(凹模尺寸 式中，dd凹模的基本尺寸，mm； 无锡太湖学院学士学位论文 22 dp凸模的基本尺寸，mm； d 拉深件的内径尺寸，mm； d凸模制造公差，mm； p凹模制造公差，mm。 拉深件内径尺寸为：，转化为单向尺寸：185 2 0 84 所以：d=84，Z=2 查表 3-7 拉深凸、凹模制造公差（即查参考文献5，P130 页，表 4-13），得凸、凹 模制造公差：p=0.05，d=0.08 表 3-7 拉深凸、凹模制造公差5 拉深件直径 d 20 20100100材料厚度 t pdpdpd 0.5 0.010.020.020.03 0.51.50.020.040.030.050.050.08 1.50.040.060.050.080.060.10 所以拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差为： mmd d p p 0 05 . 0 0 05 . 0 0 8 . 84)24 . 084()4 . 0( 凸模尺寸 mmZd d d pd 08 . 0 0 08 . 0 0 0 8 . 88)22 8 . 84()2( 凹模尺寸 凸模圆角 rp=6mm，凹模圆角 rd=6mm。 3.6 落料拉深复合模冲压力落料拉深复合模冲压力 冲压力大小是保证冲压完成的主要动力，同时也是选择压机的主要依据之一，因此 必须认真计算冲压力。本模具冲压力（F总）有二大部分组成，即落料部分力（F落）和拉 深部分力（F拉）组成，故只需考虑压力机在整个冲压运动过程中是否有足够的动力提供， 因此取两者之和为总的冲压力，下面分别进行计算。 3.6.1 落料部分冲压力落料部分冲压力 根据本模具的结构，采用刚性卸料，故冲压力仅包括落料冲裁力。 已知材料 08 钢，板材厚度 t=2mm。 材料的抗剪强度，查表 3-8 部分冲压常用金属材料及其力学性能（即查参考文献3， P10 页，表 1-3 部分冲压常用金属材料及其力学性能），取中间值 =310MPa。 1冲裁力 （3-9）DtKKLtF 冲 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 23 N3942523102 7 . 1553 . 1 冲 F 式中 L落料件的周长，mm D落料件的直径，155.7mm t 板料厚度，2mm 材料抗剪强度，MPa 2落料部分总冲压力 F落=F冲=394252N 表 3-8 部分冲压常用金属材料及其力学性能3 材料名称材料牌号热处理状态 抗剪强度 b/MPa 抗拉强度 b/MPa 下屈服强度 ReL/MPa 伸长率 11.3/(%) 电工用纯铁 wc0.5mm2.02.5 高温合金2.83.5 N267840 . 213392 AqF压 3拉深部分总冲压力 F拉=F1+F压=218089+26784=244873N 3.6.3 落料拉深复合模总冲压力落料拉深复合模总冲压力 F总=F落+F拉=394252+244873=639125N 3.7 压力机选用压力机选用 在压力机工作时，由于落料在前，首先冲裁，此后还有很长的拉深，因此压力在冲 裁时压力还没有到达名义压力，开始拉深后压力机的压力还在不断增大，模具后继还需 电喇叭底座冷冲压工艺及模具设计 25 拉深约 25mm，因此压力机的行程必须足够长，再加上落料总冲压量必须大于 28mm。同 时考虑冲压力的保险量，因此压力机在最后不少于 30mm 的行程内必须保证有足够的冲 压力，故压力机行程约大于 60mm。 压力机的冲压力选用 2 倍总冲压力以上，即：F2F总=2639125N1279KN。 综合上述，查参考文献4，P479 页，表 A-7（续），选得开式曲柄压力机型号为： J23-160，其参数如下： 公称压力：1600KN； 达到公称压力时滑块距下止点的距离为：12mm； 滑块行程：160mm； 行程次数：40 次/分钟； 最大封闭高度：450mm； 封闭高度调节量：130mm； 工作台尺寸：1120mm710mm； 工作台孔尺寸：400mm； 模柄孔尺寸：70mm80mm； 工作台板厚度：130。 图 3.3 固定台曲柄压力机 3.8 压力中心计算压力中心计算 一副模具的压力中心就是冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的 压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上。否则冲压时会产生偏心载荷， 导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具和压力机的使用寿命，而 且也影响冲压件的质量，因此必须计算其压力中心。对于对称形状的压力中心就是其几 何中心，对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力 系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。本次设 无锡太湖学院学士学位论文 26 计的工件是对称的，所以压力中心