拨禾轮中轴小皮带轮的拉深、切边复合模具设计

摘 要本设计为拨禾轮中轴小皮带轮的拉深、切边复合模设计，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，确定拉伸及切边工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算切边凸、凹模刃口尺寸和公差以及拉伸工序凹凸模的尺寸公差，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，主要对切边及拉伸的凸模、凹模、定位零件、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；模架；切边；拉深；凸凹模；第 2 页 共 15 页绪论冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。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。（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。由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用第 3 页 共 15 页集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合、级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。此设计针对所给的零件进行了一套复合冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度） ，拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，拉深，切边，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。第 4 页 共 15 页目录摘要绪论一、冲压件工艺分析 .7二、工艺方案及模具结构类型 .71.工艺方案分析 .82.主要工艺参数的计算.83.模具类型.94.模架类型及精度.95.凹凸模设计.9三、计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机 .91.拉深力的计算 .103.压力机的选择 .10四、工件零件刃口尺寸的计算 .10五、拉深凹凸模尺寸和公差的确定 .111.整体落料凹模板的厚度 H 的确定 .112.凹模板长度 L 的计算 .123.凸模尺寸的确定计算 .12六、模具总装配图 .13参考文献第 5 页 共 15 页致谢结论1、冲压件工艺分析图 11、材料：该冲裁件的材料 Q235 是碳素工具钢，具有较好的可拉深性能。2、零件结构：该制件为圆桶形拉深件，故对毛坯的计算要求。3、单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。4、凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。5、生产批量：大批量6、尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按 IT14 级确定工件尺寸的公差。 零件外形:直径 105 , 高度 4.4 074.02.利用普通拉伸方式可以达到零件图样要求。第 6 页 共 15 页二、工艺方案及模具结构类型1.工艺方案分析该工件包括拉深，切边两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，在拉伸。采用单工序模生产。方案二：先拉伸，再切边，采用单工序模生产。方案三：拉深+切边。采用复合模。方案一模具结构简单，但需两道道工序两幅副模具，而且周边容易产生褶皱难以达到质量要求。方案二只也二副模具，能保证工件的精度但生产效率较底。方案三只需要一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述四种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合模。2.主要工艺参数的计算因上序以算好毛坯直径，故本工序无需计算毛坯直径。(1)确定修边余量该 H=4.4-1.5=2.9mm, d=150-3=147mm, 则 H/d=2.9/ 147=0.02 查表 5-5 得无凸圆零件切边余量 = 0mm 则可得拉深高度 HH=h+ =2.9+1.5=4.4mmh(2)确定拉深次数按毛坯相对厚度 t/D=1.5/150 和工件相对高度 H/d=4.4/150=0.03062.查冲压工艺与模具设计表 4-15 可得 n=1，初步确定需要一次拉成。(3)画出工序件简图工序简图如下图 2 所示： 第 7 页 共 15 页图 23.模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件凸凹模，凸模装在上模称为正装式复合模。结构简单，便于操作，因此采用正装式复合冲裁模。4.模架类型及精度考虑到切边和拉伸的精度及送料与操作的方便性，模架采用中间导柱的模架，用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用 I 级模架精度。5.凹凸模设计由于此设计为切边、拉伸复合模因此成型部分设计成拉伸凸模以及复合凹凸模两部分拉深凸模的结构形式与固定方法：此零件为圆形件，切边刃口及拉伸凸模便于加工，拉伸凸模采用台阶固定在固定板上，拉伸凸模与固定板采用间过盈配合；并完全固定。三、计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机1.拉深力的计算首次拉深时拉深力 =d 1t bk1F式中： 为首次拉深时工件的直径；1d为材料抗拉强度（MPa） ；b为修正系数。1K查冲压工艺与模具设计表 4-1 无法得知 k1值，故 k1取最小值 0.2;第 8 页 共 15 页首次拉深力： =d 1t bk1F=3.14*148.5*1.5*400*0.2 =5.595KN2.压力中心的计算图 3由于是圆形工件，如图 4 所示，所以工件的压力中心应为工件中心。3.压力机的选择由于该制件为批量小型制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机，它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉。根据总压力选择压力机，前面已经算得压力机的公称压力为 202.47 KN，查 冲压工艺与模具模具设计表 7.3 提供的压力机公称压力中可选取压力机的型号为：J23-16F四、工件零件刃口尺寸的计算刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，用配作法，因此凸模基本尺寸与凹模尺寸相同，保证单边间隙 (mm)2/minZ第 9 页 共 15 页图 4查冲压工艺与模具设计表 1-3 可知： 02.maxZ3in拉深模的单边间隙为：Z= =0.015 mm2/minZ4/0ax)(Dd式中 x 为补偿刃口磨损量系数。查冲压工艺与模具设计表 2-21 可知：x=0.5 取落料的尺寸公差 IT14，则公差为 =0.2mm所以切边凸模的尺寸为： 4/0max)(Dd=（150-0.5 0.4）/.=149.8 mm03.五、拉深凹凸模尺寸和公差的确定1.整体落料凹模板的厚度 H 的确定：H= 321.0落 料Fk式中 为凹模材料的修正系数，碳素工具钢取 =1.3；1k 1k第 10 页 共 15 页为凹模厚度按刃口长度修正系数，查冲压工艺与模具设计表 2-18 可2k知： =1H= 321.0落 料Fk=1.3*1* 310*6.8=39.59mm2.凹模板长度 L 的计算L=D+2C查冲压工艺与模具设计表 2-17 可知：C 取 2836mm，根据要求 C 值可取30mm故： L=D+2C=150+2*30=210 mm因凹模板内需加压料板 故加 35mm故确定凹模板外形尺寸为：直径 210*75（mm） 。凸模板尺寸按配作法计算。图 53.凸模尺寸的确定计算第一次拉深模,由于其毛坯尺寸与公差没有必要予以严格的限制,这时凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可,以凸模为基准.取公差等级为IT12=0.2mm.第 11 页 共 15 页d 凸 =d -0 凸 =1470-0.12mm拉深凸模采用台阶式，也是采用车床加工,与凸模固定板的配合按 H7/m6的配合,拉深凸模结构如下图 6 所示。图 6六、模具总装配图1.拉深模总装配图如下图 7 所示 第 12 页 共 15 页图 7 1. 模柄、2 上模板、3.内六角螺栓、4 凸模、5.凸模固定板、6 导套、7.导料板、8.导柱、9.凹模固定板、10.凹模、11.下模板、12.顶杆、13.弹簧、14.内六角螺栓第 13 页 共 15 页参考文献1魏春雷、徐彗明M.冲压工艺与模具设计.北京理工大学出版社 2涂序斌.模具制造技术M.北京理工大学出版社（第二版）3邓明.实用模具设计简明手册M.机械工业出版社4徐茂功 桂定一.公差配合与技术测量M.北京机械工业出版社，20005张定华.工程力学M.北京高等教育出版社，20006梁耀能.工程材料及加工工程M.北京机械工业出版社，20017马希青，苏梦香，赵月罗.机械制图M.中国矿业大学出版社,2001.第 14 页 共 15 页致谢在即将走上工作岗位的时候，有这样一次设计、有这样的一个总结，很高兴，很兴奋，也很感激。虽然它还不是很成熟，但已散发着淡淡的香气。感谢默默付出的老师们！关心支持我的同学、朋友们！毕业设计的完成，我要感谢我的指导老师们的大力支持。是他们的耐心指正和教导才使我的毕业设计逐渐趋于完善。更重要的是他们给了我自己解决问题的方法,鼓励我提出针对性的有用的问题,从细微之处一点一滴的指导我们。通过这次实践，我更进一步熟悉模具的设计，锻炼了工程设计实践能力，培养自己独立设计能力。即将走向工作岗位，在今后的工作中，我将继续加强理论的学习，再接再厉，将所学的知识付诸实践，总结经验，不断进步！在此感谢,各位老师在设计过程给我的帮助和鼓励，谢谢！ 签名：刘湘云第 15 页 共 15 页结论通过这次毕业设计使我熟悉了冲压模具的整个过程，并且了解了在做冲压模具之前首先要对产品的结构形态，模具的结构形态。也就是要对产品的工艺性进行合理的分析，从而才能采取更合适模具，节约成本的同时还能保证加工零件的精度要求。其次，考虑好产品的批量以及精度要求以及材料的造价。最后完成产品的模具设计、模具的装配图、零件图。本次毕业设计的成功完成使我个人的所有专业中学术上的一次难忘的历程，因为通过我本人的长时间的思考、设计以及老师多次细心的指导使我知道一套合格的冲压模具设计的完成以及一套合格的图纸的完成都需要付出多少次的心血和汗水，通过它可以说明一个人最基本的学习工作态度，我认为要立志成为一个模具行业的佼佼者首先要从每一个细节做起，做事要有坚忍不拔的毅力，有耐心、谦虚、谨慎这样才能成为一名出色的模具工程师。