毕业设计（论文）水池不锈钢脚落料拉深冲孔复合模

毕业设计用纸常州轻工职业技术学院模具系毕业设计常州轻工职业技术学院毕业设计(论文)说明书题 目水池不锈钢脚落料拉深冲孔复合模 姓 名 学 号 班 级 08设计333 指导教师 职 称 副教授 日 期 2011.05.30 中文摘要在工厂几个月的实习加之与学校理论的相结合促成我完成了水池不锈钢脚的论文的模具设计与制造。本论文主要介绍拉伸件落料拉伸模的设计和制造的过程，期间严格按照国际模具设计和模具工作原理的具体要求而设计，冲裁工艺性以材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，且寿命长，产品质量稳定，操作安全方便为准则，详细对零件的相关尺寸进行计算，分析，并绘制工作零件图及总装图，对主要零件的加工进行了详细工艺分析，工艺流程卡的编制，结合实际生产需要进行了详略得当的叙述，并运用计算机相关软件进行了模具运行过程的画面模拟，经过反复科学论证和对模具实际参数和工艺进行调整和修改，最后实现了水池不锈钢冲裁模具设计这一课题，经实际验证可行有效。关键词：冲裁模，凹凸模，压力中心ABSTRACTA few months internship in factories and combining with school theory has led me to finish the feet of the paper pools stainless steel mold design and manufacturing. This thesis mainly describes tensile modulus tensile blanking the design and manufacturing process, in strict accordance with international mold during mold designing and working principle of the specific requirements and design, cutting technology, process with materials consumption number of simple structure, less, mould and long life, the product quality is stable, safe and convenient operation for the guidelines, detailed the relevant sizes of parts calculation, analysis, and drew the work parts graph and assembly chart of major parts processing, a detailed process analysis and process card, and combining with actual production needs to prepare the detailed slightly proper narrative, and use computer software in the process of mould operation after repeated scientific picture simulation, reasoning and actual parameters and process of mould adjust and modify, finally realizes the pool stainless steel cutting die design the subject, proved feasible and effective.Keywords: Blanking Die， Embossing die, the pressure center.目 录前言 5第一章产品及其工艺性分析与方案确定 61.1冲压件的工艺分析61.2冲压件工艺方案的确定61.3.冲模设计与制造要求7第二章模具的设计 92.1.排样方式的确定及其计算92.2.冲压力的计算及成形次数的确定92.3.压力中心的确定及相关计算 102.4.模具凸凹模的人口尺寸计算 112.5.凸凹模的结构设计 12第三章模具的总体设计 143.1.定位设计的选择 143.2.卸料，出件，导向方式的选择 143.3.导料销，卸料板的设计 143.4.模架及其它零部件的设计 14第四章模具的加工工艺分析 164.1.模具的加工工艺164.2.模具主要部件的加工工艺分析16第五章模具的装配 185.1.模具的装配工艺185.2.模具总装图195.3.模具的组成195.4.模具的工作原理20第六章冲压设备的选定 21第七章总结 22参考资料 23致谢24前言 目前我国冲压技术与工业发达国家相比相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺，模具标准化，模具设计，模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家有相当大的差距，导致我国模具在寿命，效率，加工精度，生产周期等方面与工业发达国家的模具相比长句相当大。现代模具与传统模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代化科学技术的发展，采用先进制造技术，才能达到技术要求。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，模具将有如下发展趋势。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力机每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。 冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。第一章产品及其工艺性分析与方案确定 1.1.冲压件的工艺分析此料板有落料，拉伸，冲孔等工序，材料为10钢，10钢是优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能，既适合冲裁也适合拉伸。工件厚度为2mm，如下图，结构相对简单，精度要求不高，年产量在30万件左右。由于孔边距远大于凸凹模允许的最小壁厚（见冲压模具设计与制造表2.9.5），故可以考虑采用符合冲压工序。 图1 工件图1.2冲压工艺方案的确定该零件包括落料，拉伸，冲孔三个基本工序，可以有以下机种工艺方案：方案一：落料拉伸冲孔，采用复合模具生产。方案二：冲孔落料连续冲压，最后拉伸，采用级进模生产。方案三：先落料，后冲孔，采用单工序模生产，最后再加工拉伸，采用多套模具生产。方案一只需要一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高。方案二也只需要一副模具，生产率也很高，但零件的冲压精度笔方案一差，欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正等，故模具制造，安装较复合模复杂。方案三模具结构简单，但需要多道工序，多幅模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。通过上述三种方案的分析比较，该件的生产采用方案一为佳。 1.3冲模设计与制造要求通常冲压产品的生产流程为：(冲压）产品设计冲压成型工艺设计冲压模具设计冲模制造冲压产品生产。1.冲压产品设计基本内容：针对给定的生产图样，根据其生产批量的大小，企业现有冲压设备的类型规格，模具制造能力及工人技术水平等具体生产条件；从对产品零件图的冲压工艺性分析入手，经过必要的工艺计算，制定出合理的工艺方案（包括工序性质，数量的确定，工序顺序的安排，工序组合方式及工序定位方式的确定），最后编写出冲压工艺卡。基本要求：冲压原材料利用率高，即材料消耗应尽可能减少；根据工厂的具体生产条件，制定的工艺方案应技术上先进可行，经济上合理；工序组合方式和工序排列顺序应符合冲压变形规律，能确保冲压出合格的工件；工序数量尽可能减少，生产效率尽可能高；制定的工艺规程，应方便工厂的生产组织于管理。2.冲压模具设计基本内容：依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛胚的定位，出件，废料排除诸问题以及模具的制造维修方便，操作安全可靠等因素后，设计计算并构思出与冲压设备相适应的模具总体结构，然后绘制模具总装图和所有费标准零件图，要能保证冲压工艺的实施。基本要求：模具结构及尺寸参数应保证能冲压出形状，尺寸，精度均符合图样要求的零件；模具结构应尽可能简单，加工精度合理，制造维修方便，成本低廉；模具要坚固耐用，能满足批量生产的要求；模具要操作方便，工作安全可靠，工人劳动强度要低；生产准备周期要短。3.冲模制造 基本内容：根据模具结构，模具材料，尺寸精度，形位精度，工作特征和使用寿命等项要求，综合考虑各方面的特点，并充分发挥现有设备的一切特长，正确选择激昂工方法和装配方法，选出最佳加工方案，制定出合理得分冲模加工工艺规程。 基本要求：为了生产合格的产品和发挥模具的效能，制造的模具必须有较高的精度；一般要求模具应具有较长的使用寿命；较短的模具制造周期；较低的模具制造成本。 冲模设计与制造必须根据企业和产品生产批量的实际情况考虑，在保证产品质量的前提下，寻求最佳的技术经济性。片面追求生产效率，模具精度和使用寿命必然导致成本的增加，只顾降低成本和缩短制造周期而忽视模具精度和使用寿命必然导致质量的下降。 第二章模具的设计2.1排样方式的确定及其计算设计落料模具首先要设计排样图，冲裁件在条料上合理的排样，是提高材料利用率，降低成本，保证冲件质量及模具寿命的邮箱措施。排样方法分为三种四氟垫片的形状是圆形的，如下图2，查冲压模具设计与制造表2.5.2壳查出最小搭边值，现取搭边值为2mm和2mm，条料宽度为88mm，步距为86mm。图2 排样图2.2冲压力的计算及成形次数的确定该模具是一套落料，拉伸，冲孔复合模，卸料力，冲压力等的计算见下表：表一：条料及冲压力的相关计算项目分类项目公式结果备注毛坯毛坯的直径DD2=d12+4d2h+6.28rd1+8r2D2=362+4*48*23+6.28*5*36+8*25D=83.9冲压模具设计与制造表8.2.7主要设计计算排样冲 裁件面积统计法3474mmA=3.14*（352-102-2.52*3）=3474mm条料宽度B统计法88mm步距S统计法86mmn= A/BS =5805.86/（88*86）一个步距的材料利用率nn=A/BS=5805.86/（90*88）73.3%冲压力冲裁力P1P1=kLtTb=1.3*157*2*310126542NK=1.3T=157mmTb=310MPat=2mm卸料力P2P2=P1*Kx=0.05*12654263271N查表得K=0.05推件力P3P3=nKtP1=1*0.55*1265426327.1NK=0.55拉深力P4P4=3.14*dTbK=3.14*84*310*181765.6Nd=84mmTb=310MPaK=1冲压工艺总力PzPz=P1+P2+P3+P4220961.8N2.3压力中心的确定及相关尺寸计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图所示：在图中，XOY坐标系建立在图示的对称中心线上。则根据力矩原理，可得到压力中心。计算压力中心的步骤如下：按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置在任意位置画出坐标轴x，y。坐标轴位置选择适当可使计算简化。在选择坐标位置时，应尽量吧坐标原点取在某一刃口轮廓的压力中心，或是坐标轴线尽量多地通过凸模刃口轮廓的压力中心，坐标原点最好是几个凸模刃口轮廓压力中心的对称中心。所以，现在我选的坐标原点如图所示。分别计算凸模刃口轮廓的压力中心及坐标位置X1,X2，X3Xn和Y1,Y2Yn。分别计算凸模刃口轮廓的冲裁力F1,F2,Fn或每一个凸模刃口轮廓的周长L1,L2,L3Ln。对于平衡力系，重财力的合力等于各力的代数和。即： F=F1+F2+Fn根据力学定理，合力对某轴的力矩等于各分力对轴力矩的代数和，则可得压力中心坐标（X，Y）计算公式。 X=F1X1+F2X2+FnXn/F1+F2+Fn 因为，F=KtTb（L1+L2+Ln） 所以，X=KtTb（L1X1+L2X2+LnXn）/(L1+L2+Ln) =0同理：Y=0由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心在坐标0点处，这样既可以保证压力机和模具的正常工作，也便于模具的加工与装配。2.4 模具凸凹模的刃口尺寸计算 在确定工件零件刃口尺寸计算之前，首先要考虑工件零件的加工方法，和模具的装配方法，结合该模具特点，工件零件的行装较简单，适宜采用线切割机床，分别加工凹模，凸模，凹模固定板以及卸料板等，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。下面分别进行各个零部件的设计，查表得：冲裁双面间隙Zmax=0.360mm Zmin=0.246mm表二凸凹模的刃口尺寸尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注落料R42R42 0.520RA=(Rmax-X)+A0RT=(RA-Zmin/2)0TRA=84.26+0.022磨损系数X=0.75模具按IT8级制造校核满足A+T（Zmax-Zmin）RT=84.04-0.035冲孔R10R100.520RA=(Rmax+X)-T 0RT=(RA+Zmin/2) 0ARA=20.26-0.013磨损系数X=0.75模具按IT8级制造校核满足A+T（Zmax-Zmin）RT=20.48+0.0210.022+0.0350.040.0570.04因为m总mmin，所以此工件可一次拉深成形。2.5凸凹模的结构设计2.5.1冲孔凸模结合工件外形并考虑加工，将冲孔凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，4个M10螺钉固定在垫片上，与固定凸模的配合按H6/M6，则总长：L=t1+h1+h2+h3+h4+h5 =10+25+10+3+6+10 =64mmt1-凸模固定板的厚度（mm）h1-安全距离（mm）h2-总修磨量(mm)h3-进入凹模深度(mm)h4-导板厚度（mm）h5-卸料板厚度（mm） 图3 凸模2.5.2凹模冲裁的凹模孔采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位子时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模芯厚度：H=kb=0.35*78=27.3mm(查表K=0.30.35)k-系数，考虑板料厚度的影响 b-凹模刃口的最大尺寸凹模型芯壁厚：C=(1.5-2)mm H=40.95-54.6mm取凹模芯厚度：H=78mm,凹模芯壁厚：C=47mm凹模芯尺寸：120mmx120mmx47mm凹模外框厚度取35-40凹模总宽度B=152mm，凹模总长度L=200mm凹模芯壁厚C=55mm,凹模外框尺寸为200mmx200mmx55mm 图4 落料凹模第三章模具的整体设计3.1定位方式的选择因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置，控制条料的送进步距采用机械自动控制，因为条料长度有一定的余量，可以靠操作工目测来设定 3.2卸料，出件，导向方式的选择因为工件料厚为2mm相对较薄，卸料力也较小，又因为是一次冲压产生一个产品, 所以采用上出件比较便于操作与提高生产率。为了提高模具寿命和工件质量，该模采用四导柱的导向方式。3.3导料销，卸料板的设计卸料板的尺寸与凹模的尺寸相同(200mm*152mm),厚度为10mm卸料板采用45钢制造淬火硬度为4045HRC3.4模架及其它零部件的设计该模具采用四导柱模架,这种模架导柱在模具冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜,以凹模固界尺寸为依据选择模具规格.导柱d/mm*L/mm分别为35x160,导套d/mm*L/mm*D/mm分别为,35*70*45上模座厚度H1上模取45mm上模垫板厚度H2取10mm凸模固定板厚度H3为20mm,卸料板厚度H4为10mm落料凹模厚度H5为55mm凸模固定板厚度H6取20mm下模垫板厚度H7取10mm下模座厚度H8取45mm,闭合后橡胶厚度H9为23mm那么该模具的闭合高度:H闭=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7+H8+H9-L=45+10+20+10+55+20+10+45+23-3=235mm式中 凸模进入凹模深度L=3mm第四章 模具的加工工艺分析4.1模具的加工工艺分析4.1.1模具材料模具材料的性能是影响模具寿命的主要因素之一，应依据模具的工作用途和模具类型，合理选择模具材料的种类和牌号。选择的模具材料要有足够的使用性能，良好的工艺性能，合理的经济性能。该模具选用的材料为45#和Cr12MoV两种，上下模板选用的材料是HT200（热处理硬度40-45HRC），模柄材料为45#，固定板选用的材料为45#（淬火HRC40-45），垫板和卸料板选用的材料是45#，压边圈选用的材料为T10A。凸凹模选用是T10A，要经过热处理（淬硬部位要求HRC58-60）。4.1.2模具加工工艺模具在设计好以后，就要根据它的尺寸来确定模具每个部分的尺寸。每块料在使用之前都应该放在磨床上磨平，留出余量。上下模板，凸凹模，模柄，固定板，导板,垫板和卸料板磨平以后，人工去除毛刺，然后划线， 模板的加工确定每个孔，导柱的位置，放在钻床上打孔，攻丝。凸模框和凹模框需要在加工中心上铣出基本的尺寸，不需要二次加工，一次到位。凸模和凹模首先需要在铣床和加工中心上铣出基本形状，然后根据需要选择线切割，对铣床不能加工和加工不到位或者无法加工的地方进行二次加工，之后再进行精加工。模具的制造工艺：设计备料铣毛坯加工中心线切割打孔攻丝热处理装配。4.2模具的主要部件的加工工艺分析4.2.1凸凹模的加工工艺本副复合冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板，凸凹模以及卸料板等，如采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。凸模的加工工艺过程如表三所示工序号工序名称工序内容1备料将毛坯锻成长方体115mmx80mmx85mm2热处理退火3刨刨6个面互为直角,留单边余量0.54热处理调质5磨平面磨6个面互为直角,6钳工划线划出中心孔位置线7加工螺钉孔安装孔及穿丝孔按位置加工螺钉孔,销钉孔及穿丝孔等8热处理按热处理工艺淬火回火达到5862HRC9磨平面精磨上下平面10线切割按图纸线切割轮廓达到要求即可11钳工精修全面达到设计要求检验表三 凸模的加工工艺凹模.固定板以及卸料部分都属于板类零件，加工工艺比较规范。凹模的加工过程与上表3所示凸模的加工过程类似。第五章 模具的装配5.1模具装配工艺如表四所示为模具的装配工序卡片：表四 模具装配工序：序号工序工艺说明1凸凹模预配1装配前仔细检查各凸模形状及尺寸，以及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度形状2将各凸模分别与相应的凹模孔相配检查间隙是否加工均匀不合适者应重新修磨或更换2凸模装配以凹模孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板上的形孔中，并挤紧牢固3装配下模1在下模座上华中心线；按中心预装凹模导料板2在下模座导料板上，用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置并分别钻孔，攻丝。4 装配上模在已装好的下模上放登高垫铁，再在凹模中放入0.12mm的纸片，然后将凸模与固定板组合装入凹模2预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔，销孔位置并钻铰，螺孔，销孔3用螺钉将固定板组合垫板，上模座连接在一起，单不要拧紧。4复查凹凸模间隙并调整合适后，紧固螺钉。6安装导料销，承料板。7切纸检查，合适后打入销钉。5试冲与调整装机试冲并根据试冲结果作相应的调整。 5.2模具总装图 图4总装图 1. 导柱 2.落料凹模 3.导套 4.固定板 5.上模座 6.垫板 7.螺钉M8 8.圆柱销 9.推杆 10.打杆 11.模柄 12.推板 13.螺钉M5 14.螺钉M6 15.凸模 16.推料板 17.凸凹模 18.橡胶 19.卸料板 20.压边圈 21。顶料杆 22凸凹模 23.固定板 24.垫板 25.下模座 26.螺钉M8 27.圆柱销 5.3模具的组成通过以上设计可得如图8所视的总装图，模具上模部分主要由上模板，垫板，凸模固定板，凸模，卸料板等组成。卸料方式采用上出料方式，下模部分由下模座，凹模固定板，凹模等组成。料送由机器自动进给,由导料板控制进料方向来为条料送进的精确定距。5.4模具的工作原理上模具下行，凸凹模17与落料凹模接触开始落料。上模继续下行，凸凹模17与拉伸凸模22接触开始拉伸，拉伸完成后冲孔凸模15开始冲孔，最后上模上行，打杆10推动打板12把工件从凸凹模17中推出，落料废料由橡胶18推动卸料板19推出，冲孔废料部分从下方落出。第六章 冲压设备的选定通过校核；选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求，起主要技术参数如下；公称压力；250KN滑块行程：65mm 最大闭合高度:270mm 最大装模高度:235mm(可见该模具闭合高度235 mm小于所造压力机J23-25的最大高度可以使用。)连杆调节长度：55mm工作台尺寸（前后*左右）：370mm*560mm垫板尺寸：50mm*200mm模柄孔尺寸：40mm*60mm最大倾斜角度：300第七章 总结本课题主要对水池不锈钢脚冲裁模具的设计进行探讨，主要从产品及其工艺性分析与方案确定；模具的设计；模具的总体设计；模具的加工工艺分析；模具的装配；冲压设备的选定等方面进行了探讨。本课题注重其实用性和可行性，在理论的基础上要实现现实的可运用性，所以课题研究是理论和实践论证的综合，在整体设计、工作过程和原理论证都经过了科学有据的理论数据分析和经验总结，由于是大批量生产，所以采用的是便于维护的镶嵌型凹模，不仅便于维护而且降低了生产成本，最终表明此副模具整体设计合理规范、工作过程可行有效、成本适度适合大批量的生产和现有设备的使用。参考文献1.刘建超.张宝忠主编.冲压模设计与制造北京：高等教育出版社，2004.6（2007重印）2.成虹主编.冲压工艺与模具设计.北京：高等教育出版社，20003.徐发越主编.冲模设计应用实例.北京：机械工业出版社，19944.彭建声主编.冷冲压技术问答.北京：机械工业出版社，19945.杜东福主编.冷冲压工艺及模具设计.长沙：湖南科学技术出版社6.陈万林等编.实用模具技术.北京：机械工业出版社，20007.陈剑鹤等编.模具设计基础.北京：机械工业出版社，20038.柴建国等编.机械制造基础.苏州大学出版社，20049.周大隽等编.冲压技术数据手册.北京：机械工业出版社，199810.李云程主编.模具制造工艺学.北京：机械工业出版社，1997装 订 线致 谢本次毕业设计接近尾声，在这里我要感谢王丽萍老师几个月来对我的耐心指导与热情的帮助。如果没有王丽萍老师的帮助我想要完成本次设计简直难如登天。王老师认真负责一丝不苟的工作作风，渊博的知识，平易近人的态度让我获益匪浅。在此，向王老师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意。 还要感谢我的同学钱光满.韩琪.蒋俊杰，他们在我的论文写作过程中提出了很多建设性的意见，并给了我很多启发。 感谢常州轻工学院的全体领导和老师，你们深厚的学术功底和诲人不倦的高尚师德将让我受用一生。 感谢08设计333全班同学给予我的关心、友谊和帮助，是你们给了我美好而难忘的学习生活。 最后，我要衷心感谢我的父母，你们那么辛苦只是为了将我培养出来，是你们一直默默地给与我理解与支持，是你们给了我心灵的港湾，给与我勇敢面对一切困难的勇气和力量，让我能够顺利地完成学业。共24页 第24 页