电池壳的冲压模具设计

湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：电池壳的冲压模具设计学 院：湘潭大学兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2010963108姓 名： 高伟韬指导教师： 李玉平完成日期：20 目 录摘要.1Abstract.2第1章 绪论.31.1冲压模具简介.31.2冲压模具的发展现状及技术趋势.4第2章 冲压件的工艺性分析及总体方案的设计.52.1冲裁件的工艺性分析.6 2.2冲孔.6 2.3冲裁精度.6 2.4冲裁工艺方案的选择与确定.7第3章 主要设计计算.83.1排样方式的确定及其计算.8 3.1.1确定合理的排样方式.8 3.1.2确定条料宽度和步距.9 3.1.3计算利用率.93.2冲压力的计算.10 3.2.1冲裁力.103.3压力中心的确定与相关计算.113.4工作零件刃口尺寸的计算.14 3.4.1冲孔.15 3.4.2落料.17第4章 电池壳的拉伸工艺及计算.184.1零件的工艺性分析.18 4.2工艺方法的确定.19 4.3零件工艺计算.19 4.3.1拉伸工艺计算.19 4.3.2确定拉伸次数.19 4.3.3确定各次拉伸半成品尺寸.19 4.4排样计算.21 4.5落料拉伸复合模工艺计算.22 4.5.1落料凹凸模刃口尺寸计算.22 4.5.2首次拉伸凸凹模尺寸计算.23 4.5.3压边力和拉伸力计算.24 4.6模具零部件结构的确定.24 4.6.1落料、拉伸复合模零部件设计.24 4.6.2其他零部件设计.254.7模具闭合高度校核.25第5章 冲床的选用与校核.26 5.1冲床的选用.26 5.2冲床的校核.26第6章 模具的总体结构设计.27 6.1模具的类型选择.30 6.2模架的选择.30 6.2.1模架的形式.30 6.2.2导柱和导套.30 6.2.3模柄的选择.30 6.3定位零件的选择.30第7章 工作零件的设计与计算.317.1凸模.317.1.1凸模的结构形式.317.1.2材料选取.317.1.3凸模的固定形式.317.2凹模.327.3凹凸模.32第8章 模具的装配与检测.34 8.1模具的装配.34 8.2模具的检测.34 8.3常见的试冲缺陷和调整方法.34致谢.36参考文献.37摘 要 本设计为电池壳的冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，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，确定排样和搭边，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，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模；AbstractThedesignforaplateofcoldstampingdiedesign,accordingtothesizeofthedesigncomponents,materials,massproduction,etc.,thefirstpartoftheprocessofanalysistodeterminetheblankingprocessplanninganddiestructureoftheprogram,andthenthroughtheprocessdesigncalculations,determinethenestingandcuttingboard,calculatethepressureandpressurewashedcenters,primarypresses,computingconvexandconcaveDieCuttingEdgedimensionsandtolerances,thefinaldesignselectionofpartsandcomponents,topressforchecking,drawingdieassemblydrawings,aswellasMoldprocessingtechnologyofthemainpartstothepreparationprocedures.Inwhichthestructuraldesign,primarilytothepunchanddie,punchanddie,positioningparts,unloadingandoutofpiecesofequipment,mold,pressingequipment,fasteners,etc.hasbeendesigned,fortheselectionofsomecomponentsarestandardparts,thereisnoin-depthdesign,andstructuraldesign,whilesomepartsfortheprocessingprocessanalysisandultimatelytocompletethisgraduationproject.Keywords:mold;stampingparts;punch;die;punchanddie;第1章 绪论1.1冲压模具简介 在现在工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造，锻造，冲压，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生活生产行业中得到广泛应用。由于采用模具能提高生产效率、节约材料、降低成本，并且可以保证一定的加工质量要求，所以，汽车，飞机、拖拉机电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具加工。随着工业科学技术的，工业产品的品种和数量不断增加，产品的改性换代加快，对产品质量、外观不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来越高。，如果模具设计及制造水平落后，产品质量低劣，制造周期长，必将影响产品的更新换代，使产品失去竞争能力，阻碍生产和经济的发展。因此，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是显而易见的。 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，从而获得所需的零件的一种压力加工方法。冷冲压在工业生产中应用十分广泛，其加工效率高，且操作方便，易于实现自动化；冲压时模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，一般不破坏冲压件的表面质量，而且寿命比较长，所以冲压件质量稳定，互换性好具有“一模一样”的特征；可以加工出尺寸范围比较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料冷变形硬化效应，冲压件强度和刚度均较高；冲压没有切屑废料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的热设备，也是一种省料的加工方法；冲压件陈本较低；但是冲压一般使用的模具具有专用型，有时一个复杂的零件需要数套模具才能加工成型，且模具精度较高，技术要求高，是技术密集型产业，所以只有在冲压件生产批量较大杜锋情况下才能充分的体现从而获得较好的经济效益。1.2冲压模具的发展现状及技术趋势改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用Pro/E、PDX、UG NX、NX Progressive Die Design、I-DEAS、Euclid-IS、Logopress3、3DQuickPress、MoldWorks和Topsolid Progress等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术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做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。第2章 冲压件的工艺性分析及总体方案的设计下图2-1所示为冲裁零件的限位板材料：A3(A3为优质碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能)厚度：3mm生产批量：大批量未标注公差：按IT14级确定44图2-1 限位板2.1冲裁件的工艺性分析 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响，在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。2.2冲孔如图2-1所示，限位板宽b=44mm，厚t=3mm，零件冲孔d=30mm，满足设计要求d2t，且冲裁件外形由直线和圆弧组成，结构简单，无尖角，对冲裁加工较为有利，且圆角半径r0.5t，有利于延长模具寿命。根据表2-1，已知材料A3屈服点大小为235Mpa，选dt为最小孔，满足设计要求。表2-1 自由凸模冲孔的最小尺寸(mm)材料圆孔方形孔矩形孔长圆孔钢700Mpa钢=400-700Mpa钢2t矩形件或边长L50或r0.10.50.04500550.0650.080.52.50.040.050.0500.062.56.50.030.040.0400.056.50.020.030.0250.03查表得： K卸=0.035 K推=0.04 K顶=0.05F卸=0.035170408=5964.2N （3-14） F推=0.04170408=6816.3N （3-15） F顶=0.05170408=10224.5N （3-16）总冲压力：F0 =F +F推+F卸=221531+5964.2+6816.3=234311.5N （3-17）3.3压力中心的确定与相关计算 在设计模具时，要求模具模柄中心（一般情况也是凹模几何中心）与压力中心重合。对要求不高或冲裁力较小或间隙较大的模具，压力中心也不允许超出模柄投影面积范围。（a）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（b）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（c）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。计算压力中心，应先画出凹模型口图，如图3.2所示，在图中将xOy坐标系建立在如图所示的位置上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L10基本线，每条线都要计算出线总长度、力的作用点到x轴的距离及到y轴的距离。L1、L3、L4、L、L、L9是圆弧，其力在x方向的作用点可从有关手册中查出，位于距圆心2R/处；L3、L6、L、L10是直线，力的作用点位于直线中间；L2由1个30mm的圆组成，力的作用点位于30mm的圆心.图3-2压力中心根据下表3-3，代入压力中心计算公式求得该模具的压力中心点的坐标X0= ( L1x1+L2x2+L10x10)/(L1+L2+L10)=0mm （3-18）Y0=(L1y1+L2y2+L10y10)/(L1+L2+L10)=26.04mm （3-19）表3-3:压力中心数据表压力中心数据表基本要素长度L/mm各基本要素压力中心的坐标值XYL1=69.115053.34L2=94.2478044L3= 31.15482228.42L4= 6.90123.7110.17L5= 29.664531.820L6=2814-9L7=28-14-9L8=29.6645-32.820L9=6.901-23.7110.17L10=31.1548-2228.42合计354.8034026.043.4工作零件刃口尺寸的计算在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光亮面的尺寸为基准的。落料件的光亮面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光亮面是凸模刃口挤切材料产生的，故计算刃口尺寸时，应按冲孔和落料两种情况分别进行。 已知材料为A3，厚度3mm，冲裁件精度IT14，公差表如表3-4所示: 表3-4IT12-IT14级公差标准基本尺寸 IT12(mm)IT13(mm)IT14(mm)3mm0.10.140.253-6mm0.120.180.36-10mm0.150.220.3610-18mm0.180.270.4318-30mm0.210.330.5230-50mm0.250.390.6250-80mm0.30.460.7480-120mm0.350.540.87120-180mm0.40.631180-250mm0.460.721.15250-315mm0.520.811.3315-400mm0.570.891.4400-500mm0.630.971.55按照IT14级査取冲裁件中未标注的尺寸公差：计算原则：1.设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上。设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。2.由于冲裁中凸凹模的磨损，设计落料模时，凹模公称尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模公称尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。3.4.1冲孔凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差，其计算公式为： （3-20）（3-21）其中T为凸模下偏差，A为凹模上偏差，x为磨损系数，为工件的公差值冲裁件初始双面间隙如表3-5所示：表3-5冲裁件初始双面间隙表材料厚度08,10,3516Mn40,5009Mn2,A3t/mmZminZmaxZminZmaxZminZmax0.50.040.060.040.060.040.060.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.90.090.1260.090.1260.090.12610.10.140.10.140.10.141.20.1260.180.1320.180.1320.181.50.1320.240.170.240.170.241.750.220.320.220.320.220.3220.2460.360.260.380.260.382.10.260.380.280.40.280.42.50.360.50.380.540.380.542.750.40.560.420.60.420.630.460.640.480.660.480.663.50.540.740.580.780.580.78通过查冲裁件初始双面间隙得：Zmax=0.64mm Zmin=0.46mm Zmax-Zmin=0.18mm （3-22）冲孔部分冲裁凸模，凹模的制作公差如表3-6所示：表3-6 制作公差表基本尺寸凸模偏差凹模偏差基本尺寸凸模偏差凹模偏差1818301830 0.0200.0200.0250.030120180180160 0.0300.0400.045 80120 0.025 0.0351603601360500500300.0350.0400.0500.0500.0600.070查表可得：T=0.02mm A=0.025mm 校核间隙：T+A=0.045mmZmax-Zmin （3-23）所以满足+的条件，制造公差合适。磨损系数如表3-7所示：表3-7 磨损系数表工件精度IT10以上=1工件精度IT11IT13=0.75工件精度IT14=0.5因孔的公差等级为IT14级，所以磨损系数x=0.5表3-8材料厚度材料厚度t()非 圆 形 圆 形 10.750.50.750.5工件公差 4 0.160.200.240.30 0.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.60 0.160.200.241mm)，所以所有的计算以中线为准。修边余量的确定 （4-1）零件的相对高度，经查书冲压工艺及冲压模设计第五章表5-2知修边余量，故修正后拉深件的总高应为预算坯料直径 （4-2）由公式计算出其中: 代入数值 算得压边圈的选择零件的相对厚度，经查冲压工艺及模具设计技术问答第131面知：压边圈为可用可不用的范围，为了保证零件质量，减少拉深次数，决定采用压边圈。确定拉深次数零件的总拉深系数查冷冲模设计表6-8，取，由此可知：,故判断一次拉不出。故可根据公式求得取较大整数： （4-3）确定各次拉深半成品尺寸调整各次拉深系数，使各次拉深后系数均大于冷冲模具表6-6查得的相应极限拉深系数。调整后，实际选取，。所以各次拉深的直径确定为： （4-4）各次半成品的高度计算：取各次的分别为： （4-5）则由公式可计算出各次：其中，。在将所有已知数据带入可求得: （4-6）下图4-2所示为拉深工序图4-2拉伸工序图4.4排样计算零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为1.5mm，零件与条料侧边之间的搭边值为1.8mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的步距为106.5mm，条料的宽度应为 （4-7）选用规格为2mm1000mm1500mm的板料，计算裁料方式如下：裁成宽109.6mm，长1000mm的条料，则每张板料所出零件数为裁成宽109.6mm，长1500mm的条料，则每张板料所出零件数为经比较，应采用第二种裁法，零件的排样图如下图4-2所示：图4-3排样图4.5落料拉深复合模工艺计算4.5.1 落料凸、凹模刃口尺寸计算根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。落料尺寸为（冲压模具设计实例查得），落料凹模刃口尺寸计算如下：查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙，最大间隙，凸模制造公差，凹模制造公差。将以上各值代入校验是否成立。经校验，不等式不成立，故调整如下：所以可按下式计算工作零件刃口尺寸 （4-8）图4-4凹、凸模尺寸图首次拉深凸、凹模尺寸计算第一次拉深件后零件直径为55.65mm，由公式确定拉深凸、凹模间隙值，查得，所以间隙，则首次拉深凹模。首次拉深凸模 （4-9）压边力和拉深力的计算采用压边圈拉深圆筒形零件所需拉深力首次拉深 以后各次拉深 查表知 并故可以计算得出： （4-10）压边力计算圆筒形件第一次拉深时压边力： 圆筒形件以后各次拉深时压边力： 查表得取故可以计算出： 同样的方法求得。落料力： 由公式 其中取 08钢的求得卸料力： 查冲压工艺及冲模设计表3-11知：故求得即可求 （4-11）4.6模具零部件结构的确定4.6.1落料拉伸复合模零部件设计标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得：凹模高度H=Kb=0.2105=21mm凹模壁厚C=（1.52）H=1.821=38mm凹模的外径为D=105+238=181mm （4-12）以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉伸复合模，所以凹模高度受拉伸件高度的影响必然会有所增加，其具体高度将在绘制装配图时确定。另外为了保证凹模有足够的强度，将其外径增加到200mm。模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规模为：上模座290mm300mm45mm，下模座300mm300mm50mm，导柱32mm190mm，导套32mm105mm43mm。4.6.2其他零部件结构拉伸凸模将直接由连接件固定在下模座上，凹凸模由凹凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用凸缘式模柄根据设备商模柄孔尺寸，选用规格为A50100的模柄。4.7模具闭合高度的校核上模座高度50mm，凸凹模高度95mm， 模具闭合时，落料凸模板高度95mm，工件深度40mm，下模座高度65mm，模具闭合高度： （4-13）在压力机最大封闭高度285mm范围内。第5章 冲床的选用与校核5.1冲床的选用冲床吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。故总冲压力 Fp总=F卸+F顶+F=234311.5N234.3KN (5-1)冲床的规格如表5-1所示：表5-1冲床技术参数表冲床技术参数表型号公称压力(吨)滑块行程(MM)行程次数(次/分)最大封闭高度(MM)封闭高度调节量(MM)滑块中心至机身距离(MM)工作台尺寸(前后X左右)模柄尺寸(直径X深度(MM)J23-10104514518035130240X37030X55J23-2525655521055200370X56040X60JC23-4040906525050190375X63042X70JE23-60601007028050235460X80050X78CNC-60气动冲601306030070265900X52050X78OCP-60气动冲601506027075265800X53050X78由以上的设计、计算，确定选用的冲床为J23-25。5.2冲床的校核1