空气滤清器外壳模具设计

常州工学院毕业设计 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书 题目 空气滤清器外壳模具设计 二级学院 直属学部 无锡技师学院 专业 数控车 班级 学生姓名 学号 指导教师姓名 职称 评阅教师姓名 职称 2015 年 05 月 常州工学院毕业设计 1 摘 要 随着中国工业不断地发展 模具行业也显得越来越重要 本论文便是设计加工空 气滤清器壳的模具 首先对加工零件进行了加工工艺和结构工艺的分析 通过计算毛 坯尺寸和拉深系数提出了四种方案 最后确定采用落料 正反拉深复合模 对模具的 排样做出了合理的布置 使材料利用率达到较高的水平 计算了冲压过程中所需要的 各种冲压工艺力 包括落料力 卸料力 压边力 拉深力 顶料力等 并对压力机进 行了合理的吨位初选 复合模在结构上采用了正装的形式 计算出了落料 正拉深和 反拉深工作部分的尺寸 对模具的闭合高度进行了合理的确定 还设计出模具的主要 零件落料凹模 凸凹模 反拉深凸模 反拉深凹模 凹模固定板等 列出了模具所需 零件的详细清单 并给出了合理的装配图 由于拉深的深度较大 对压力机的电机也 进行了功率校核并提出了润滑的附加工序 能使拉深顺利完成 最后对模具的一个主 要零件导套进行了简单的加工工艺路线的制定 本设计对于采用单动压力机进行正反 拉深具有一定的参考作用 关键词 滤清器 模具设计 复合模 正反拉深 空气滤清器外壳模具设计 2 ABSTRACT Develops unceasingly along with the Chinese industry the mold profession also appears more and more importantly The present paper then is designs the processing air filter shell the mold First has carried on the processing craft and the structure craft analysis to the processing components Proposed through the computation semifinished materials size and the drawing coefficient four kind of plans finally determined uses falls the material the pro and con drawing superposable die Has made the reasonable arrangement to the mold platoon type enables the material use factor to achieve the high level Has calculated each ramming craft strength which in the ramming process needs including falls nearby the material strength the ex denning strength the pressure the strength the drawing strength the top material strength and so on and has carried on the reasonable tonnage primary election to the press The superposable die has used the true thing form in the structure calculated fell the material the drawing and the counter drawing effective range size Closed has carried on the reasonable determination highly to the mold but also designs the mold the major parts to fall the material concave mold the convex concave mold the counter drawing raised mold the counter drawing concave mold the concave mold dead plate and so on Listed the mold to need the components the detailed detailed list and has produced the reasonable assembly drawing Because the drawing depth is big also carried on the power to the press electrical machinery to examine and to propose the lubrication attachment working procedure could cause the drawing smoothly to complete Finally led the wrap to mold major parts to carry on the simple processing craft route formulation This design regarding uses the single acting press to carry on the pro and con drawing to have the certain reference function Keyword graduation thesis mold design superposable die pro and con drawing 常州工学院毕业设计 3 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 录 3 1 分析零件的工艺性 5 2 确定工艺方案 6 2 1 计算毛坯尺寸 6 2 2 计算拉深次数 7 2 2 1 正拉深 8 2 2 2 反拉深 8 2 3 确定工艺方案 9 3 主要工艺参数的计算 11 3 1 确定排样 裁板方案 11 3 2 确定各中间工序尺寸 12 3 3 计算工艺力 初选设备 13 3 3 1 落料 正拉深过程 13 3 3 2 反拉深过程 14 3 3 3 拉深功的计算 15 3 3 4 初选压力机 15 4 模具的结构设计 17 4 1 模具结构形式的选择 17 4 2 模具工作部分尺寸计算 17 4 2 1 落料 17 4 2 2 正拉深 18 4 2 3 反拉深 19 5 选用模架 确定闭合高度 20 5 1 模架的选用 20 5 2 模具的闭合高度 20 5 3 压力中心 20 6 模具的主要零部件结构设计 21 6 1 落料凹模 21 6 2 凸凹模 22 6 3 反拉深凸模 22 空气滤清器外壳模具设计 4 6 4 反拉深凹模 23 6 5 弹性卸料板 24 6 6 上垫板 26 6 7 凹模固定板 26 7 模具的整体安装 28 7 1 模具的总装配 28 7 2 模具零件 29 8 选定冲压设备 32 8 1 压力机的规格 32 8 2 电动机功率的校核 32 9 附加工序 34 10 主要零件的加工 35 11 总结 37 致 谢 38 参考文献 39 常州工学院毕业设计 5 1 分析零件的工艺性 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度 虽然冲压加工工 艺过程包括备料 冲压加工工序 必要的辅助工序 质量检验 组合 包装的全过程 但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里 而冲压加工工序很多 各种工序 中的工艺性又不尽相同 即使同一个零件 由于生产单位的生产条件 工艺装备情况 及生产的传统习惯等不同 其工艺性的涵义也不完全一样 这里我们重点分析零件的 结构工艺性 该零件是空气滤清器壳 从图 1 1 中我们可以看出该零件的精度要求不是很高 但要求有较高的钢度和强度 在零件图中 尺寸 为 IT14 级 其余尺寸未标注公012 差 可以按自由公差计算和处理 零件的外形尺寸为 属于中小型零件 料厚为 1 5mm 图 1 1 空气滤清器壳 下面分析结构工艺性 因为该零件为轴对称旋转体 故落料片肯定是圆形 其冲 裁的工艺性很好 零件为带法兰边圆筒形件 且 都不太大 拉深工艺性较dDFh 好 圆角半径 R3 R6 都大于等于 2 倍料厚 对于拉深都很适合 因此 该壳体零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有 落料 拉深 拉深 的次数可能为多次 用这些工序的组合可以提出多种不同的工艺方案 空气滤清器外壳模具设计 6 2 确定工艺方案 2 1 计算毛坯尺寸 由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性 反映到 拉深过程中 就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳 此外 如果板料本身的金属结 构组织不均匀 模具间隙不均匀 润滑的不均匀等等 也都会引起冲件口高低不齐的 现象 因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理 这样在计算毛坯尺寸的 时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算 根据零件的尺寸取修边余量的值为 4mm 在拉深时 虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化 但如果采用适当的工艺 措施 则其厚度的变化量还是并不太大 在设计工艺过程时 可以不考虑毛坯厚度的 变化 同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变 因而 在计算拉深件的的毛坯 展开尺寸时 可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等 因为此旋转体零件不是简单结构 我们可以用 形心法 来求得 根据久里金法 则 对于任何形状的母线 AB 绕轴线 Y Y 旋转所得到的旋转体面积等于母线长度 L 与其重心轴线旋转所得周长 2 x 的乘积 即 旋转体面积 F 2 lx 2 1 因为表面积拉深不变薄 所以面积相等 则 204DF 即 2 20 因为 2 376543210 FF 2 421 rd 2 5 112 2 6 213rhdF 2 7 24dr 2 8 21235 rF 常州工学院毕业设计 7 2 9 2 3236 rdrF 2 10327h 由零件给出的尺寸可知 md5 791 md5 102 h38h2 349 r6r3 所以可以计算出 D 194mm 由于设计的零件要在一个复合模中完成正反拉深 因此中间有一个正拉深转反拉 深的过程 我们可以把这两步分开来计算中间尺寸 因为 2 11 57 0 43 0212112 rrhdD 其中 m194 m5 h5 r1r32 则 d14 中间过程的零件如图 2 1 所示 图 2 1 2 2 计算拉深次数 在考虑拉深的变形程度时 必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的 变形极限 同时还能充分利用材料的塑性 也就是说 对于每道拉深工序 应在毛坯 侧壁强度允许的条件下 采用最大的变形程度 即极限变形程度 空气滤清器外壳模具设计 8 极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定 即使得在传力区的最大拉应力与在 危险断面上的抗拉强度相等 便可求出最小拉深系数的理论值 此值即为极限拉深系 数 但在实际生产过程中 极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法 得出的 我们可以通过查表来取值 该冲压工件需要正反拉深两个过程 因此可以分别计算其拉深系数来确定拉深次 数 2 2 1 正拉深 对于正拉深其实际拉深系数为 2 1252 0194 Ddm 且材料的相对厚度为 2 13 7 0194 0 dt 凸缘的相对直径为 2 14 510 dF 凸缘的相对高度为 2 154 510dh 由此可以查出 min 5 0ax dh 因为凸缘的相对高度 0 44 小于最大相对高度 0 5 且实际拉深系数 0 52 大于最小 极限拉深系数 0 50 所以正拉深过程可以一次拉深成功 2 2 2 反拉深 对于反拉深其实际拉深系数为 2 1679 051 Ddm 且材料的相对厚度为 2 1703 145 0 dt 常州工学院毕业设计 9 凸缘的相对直径为 2 1826 157901 dF 凸缘的相对高度为 2 1948 05793dh 由此可以查出 1 min 650ax dh 因为凸缘的相对高度 0 48 小于最大相对高度 0 65 且实际拉深系数 0 79 大于最小 极限拉深系数 0 51 所以反拉深过程也可以一次拉深成功 2 3 确定工艺方案 根据以上分析和计算 可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序 落料 正向拉深和反向拉深 根据这些基本工序 可以拟出如下几种工艺方案 方案一 先进行落料 再正拉深 最后进行反拉深 以上工序过程都采用单工序模加工 方案二 落料与正拉深在复合模中加工成半成品 再在单工序模上进行反拉深 方案三 落料 正拉深和反拉深全都在同一个复合模中一次加工成型 方案四 采用带料连续拉深 或在多工位自动压力机上冲压成型 分析比较上述四种方案 可以看出 方案一 用此方案 模具的结构都比较简单 制造很容易 成本低廉 但由于结构简单定 位误差很大 而且单工序模一般无导向装置 安装和调整不方便 费时间 生产效率 低 方案二 采用了落料与正拉深的复合模 提高了生产率 对落料以及正拉深的精度也有很 大的提高 由于最后一道反拉深工序是在单工序模中完成 使得最后一步反拉深工序 的精度降低 影响了整个零件的精度 而且中间过程序要取件 生产效率不高 方案三 此方案把三个工序集中在一副复合模中完成 使得生产率有了很大的提升 没有 空气滤清器外壳模具设计 10 中间的取放件过程 一次冲压成型 而且精度也比较高 能保证加工要求 在冲裁时 材料处于受压状态 零件表面平整 模具的结构也非常的紧凑 外廓尺寸比较小 但 模具的结构和装配复杂 方案四 采用带料连续拉深或多工位自动压力机冲压 可以获得较高的生产效率 而且操 作安全 但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置 模具的结构比较复杂 制 造周期长 生产成本高 根据设计需要和生产批量 综合考虑以上方案 方案三最适合 即落料 正反拉 深在同一复合模中完成 这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度 而且 成本不高 经济合理 常州工学院毕业设计 11 3 主要工艺参数的计算 3 1 确定排样 裁板方案 加工此零件为大批大量生产 冲压件的材料费用约占总成本的 60 80 之多 因 此 材料利用率每提高 1 则可以使冲件的成本降低 0 4 0 5 在冲压工作中 节 约金属和减少废料具有非常重要的意义 特别是在大批量的生产中 较好的确定冲件 的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式 所以在冲压生产 中 可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总 面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用 通常 搭边的作用是为了 补充送料是的定位误差 防止由于条料的宽度误差 送料时的步距误差以及送料歪斜 误差等原因而冲出残缺的废品 从而确保冲件的切口表面质量 冲制出合格的工件 同时 搭边还使条料保持有一定的刚度 保证条料的顺利行进 提高了生产率 搭边 值得大小要合理选取 根据此零件的尺寸通过查表取 搭边值为 ma2 进距方向 5 1 于是有 进距 3 1aDh5 19 41 条料宽度 3 2mb822 板料规格拟用 1 5mm 800mm 1600mm 热轧钢板 由于毛坯面积较大所以横裁 和纵裁的利用率相同 从送料方便考虑 我们可以采用横裁 裁板条数 8 条余 16mm 3 3 19601bAn 每条个数 4 个余 16 5mm 3 4 5 12haB 每板总个数 32821 n 材料利用率 3 5 10 42 BAdD 空气滤清器外壳模具设计 12 10680 194 322 7 计算零件的净重 G 3 6 FtG g3085 710 4102 619422 式中 密度 低碳钢取 385 7cmg 内的第一项为毛坯面积 第二项为底孔废料面积 第三项 内为切边废料面 积 3 2 确定各中间工序尺寸 整个冲压过程包括落料 正拉深以及反拉深三个过程 在正反拉深过程中 由于 是一次冲压成型 所以各次拉深的凸 凹模圆角尺寸必需与零件要求相一致 则 正拉深凸模圆角为 3mm 正拉深凹模圆角为 3mm 正拉深高度为 46mm 反拉深凸模圆角为 6mm 反拉深凹模圆角为 3mm 反拉深高度为 40mm 第一个过程为落料正向拉深 成型后如图 3 1 所示 图 3 1 第二个过程为反向拉深 成型后如图 3 2 所示 常州工学院毕业设计 13 图 3 2 3 3 计算工艺力 初选设备 3 3 1 落料 正拉深过程 1 落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 3 7 kLtP 式中 P 冲裁力 N L 冲件的周边长度 mm t 板料厚度 mm 材料的抗冲剪强度 MPa K 修正系数 它与冲裁间隙 冲件形状 冲裁速度 板料厚度 润滑情况等多 种因素有关 其影响范围的最小值和最大值在 1 0 1 3 P 的范围内 一般 k 取为 1 25 1 3 在实际应用中 抗冲剪强度 的值一般取材料抗拉强度 的 0 7 0 85 为便于估 b 算 通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度 的 80 即b 3 8b8 0 因此 该冲件的落料力的计算公式为 3 9LtF 31落 N3905 14 3 N706 2 卸料力 一般情况下 冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响 会使落料件梗塞在 凹模内 而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上 从凸模上将冲件或废料卸下来所需的 力称卸料力 影响这个力的因素较多 主要有材料力学性能 模具间隙 材料厚度 零件形状尺寸以及润滑情况等 所以要精确地计算这些力是困难的 一般用下列经验 公式计算 空气滤清器外壳模具设计 14 卸料力 3 10FK1 卸 式中 F 冲裁力 N 顶件力及卸料力系数 其值可查表 1 这里取 为 0 04 1 因此 N4825 卸 3 拉深力 带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为 3 11tKdFFbp 拉 式中 圆筒形零件的凸模直径 mm p 系数 这里取 1 0 材料的抗拉强度 MPa b 因此 NF18460 拉 4 压边力 压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的 如果过大 就要增加拉深力 因 而会使制件拉裂 而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱 所以压边圈的 压力必须适当 合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱 又使得冲件的侧壁和口部 不致产生显著的变薄为原则 压边力的大小和很多因素有关 所以在实际生产中 可 以根据近似的经验公式进行计算 3 12qdDQ 420 式中 D 毛坯直径 mm d 冲件的外径 mm q 单位压边力 MPa 这里 q 的值取 2 5 所以 3 13 NQ54039 2 10 1942 3 3 2 反拉深过程 1 反拉深力 通常反拉深力要比正常拉深力大 20 即 3 14拉反 F2 1 所以有 3 152 KtdFb 反 常州工学院毕业设计 15 5 039 1574 321 N860 2 顶料力 逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力叫顶料力 顶料力的经验计算公式 为 3 16FKD 顶 式中 F 冲裁力 N 顶料力系数 这里查表取 0 04 D 所以有 1482 顶 3 3 3 拉深功的计算 拉深所需的功可按下式计算 3 1710maxhCPW 式中 最大拉深力 N maxP h 拉深深度 mm W 拉深功 N m C 修正系数 一般取为 C 0 6 0 8 所以 N m 3 1867941084 3 3 4 初选压力机 压力机吨位的大小的选择 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 最新的观点认为 我们只需要使用设备的 60 70 的容量 甚至 50 即取工 艺变形力的 2 倍 上述设备吨位的选择原则 对于冲裁 弯曲等工序已不存在什么问题 但对于本 设计所使用的拉深 可能还不保险 因为拉深与冲裁不同 最大变形力不是发生在冲 床名义压力的位置 而是发生在拉深成型的中前期 这时虽然最大变形力小于压力机 的名义压力 但最大变形力发生的位置远离名义压力的位置而不保险 于是就需要用 到压力机的许用力行程曲线 本次设计的工艺力行程曲线图如图 3 3 所示 空气滤清器外壳模具设计 16 图 3 3 图中零点为滑块的下死点 滑块在距下死点 86mm 处开始冲压零件 曲线 1 为落 料力的负荷曲线 曲线 2 为正拉深力的负荷曲线 曲线 3 为压边力的负荷曲线 曲线 4 为反拉深力的负荷曲线 曲线 5 为 1250KN 压力机的许用力 行程曲线 P 点处为压 力机到达公称压力的位置 其余卸料力和顶料力由于力不大 可以放在压力机预留力 中考虑 从图中我们可以看出冲压的最大总压力 出现在离下死点 86mm 后就需达到 对 于这种落料拉深复合工序 选择设备吨位尺寸时 既不能把以上几个力加起来 再乘个 系数值 作为设备的吨位 也不能仅把落料力或拉深力加起来 再乘个系数 作为设备吨 位 而应该根据压力机说明书中所给出的允许工作负荷曲线作出判断和选择 对于本次设计的复合模 根据工艺力的大小和出现的位置 查表初选吨位为 1250KN 常州工学院毕业设计 17 4 模具的结构设计 4 1 模具结构形式的选择 采用落料 拉深复合模 首先要考虑落料凸模 兼拉深凹模 的壁厚是否过薄 本次设计中凸凹模的壁厚为 mb462109 能够保证足够的强度 故采用复合模 模具的落料部分可以采用正装式 正拉深部分采用倒装式 反拉深部分采用正装 式 模座下的缓冲器兼作压边与顶件 另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置 这 种结构的优点是操作方便 出件畅通无阻 生产效率高 缺点是弹性卸料板使模具的 结构变复杂 要简化可以采用刚性卸料板 其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出 带来操作上的不便 结合本次设计综合考虑 采用弹性卸料板 从导向的精度和运动的平稳以及具体规格方面考虑 可以采用中间导柱模架 GB T2851 5 1990 4 2 模具工作部分尺寸计算 4 2 1 落料 虫裁模刃口是尖锐锋利的 多为直角 故冲裁模刃口尺寸是指光而得到的平滑面 所以落料件的外径尺寸应等于凹模内径尺寸 冲孔件的内径尺寸应等于冲头的外径尺 寸 模具两刃口尺寸中总有一个基准尺寸 设计和制造模具时 可分别根据工件的精 度要求 决定第一件为基准件 把间隙取在另一件上 故落料件以凹模为基准 冲孔 以凸模为基准 模具工作部分加工时要注意经济上的合理性 精度太高 则制造困难 成本高 精度太低 则又可能加工不出合格的产品 因此 模具的精度应随工件的精度要求而 定 这样才会有好的经济性 冲裁件的尺寸精度取决于凸 凹模刃口部分的尺寸 冲裁间隙的合理也要靠凸 凹模刃口部分的尺寸来实现和保证 所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的 在 决定模具刃口尺寸及制造公差时 需考虑以下原则 a 落料件的尺寸取决于凹模尺寸 冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸 b 考虑到冲裁时凸 凹模的磨损 在设计凸 凹模刃口尺寸时 对基准件刃口尺 寸在磨损后增大的 其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值 对基准件刃口 尺寸在磨损后减小的 其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值 这样 在凸 模磨损到一定程度的情况下 能冲出合格的零件 c 在确定模具刃口制造公差时 要既能保证工件的精度要求 又要保证合理的间 隙数值 一般模具制造精度比工件精度高 2 4 级 对于落料 4 1dXDd 0 空气滤清器外壳模具设计 18 4 20min 2 pCDdp 式中 落料凸模直径 mm p 落料凹模直径 mm d D 工件外径的公称尺寸 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 凹 凸模制造偏差 这里可以按 IT7 来选取 其值都为 0 046 d p 实用间隙最小值 可以通过查表选取minC 132 0min 4ax 所落下的料 即为拉深的坯料 按未注公差的自由尺寸 IT14 级选取极限偏差 故 落料件的尺寸取为 还必须满足下列公式015 9 4 3minax2Cpd 有 13 04 09 46 所以满足条件 dXDd 0 046 5 1 4293 min pCp 046 132 046 1 落料凹模的外形尺寸的确定 凹模厚度 4 4KbH 凹模壁厚 4 5C 0 2 51 式中 b 冲裁件最大外形尺寸 K 系数 考虑坯料厚度 t 的影响 其值可查表取 K 0 2 所以有 mH8 3 mC 70 5 调整到符合标准 凹模外径设计尺寸为 mm 36 4 2 2 正拉深 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 只是具体内 容不同 这里不在复述 正拉深时 因零件是标注外形尺寸 故拉深件的外径尺寸为 012 由式 4 6dDd 0 75 常州工学院毕业设计 19 4 70 275 pCDdp 以上各式中 冲头制造偏差 及 按公差 IT8 选取 其值都为 0 072 间隙 C 可d 查表取值 有 4 8mt6 1 072502 d7 1 072 3 p072 9 4 2 3 反拉深 反拉深件按未注公差的极限偏差考虑 且因零件是标注内形尺寸 故拉深件的内 径尺寸取为 87 01 由式 4 90 4 pdDp 4 10dC 2 式中 制造偏差 和 按 IT8 选取 0 072 C 的值取 1 65 d 有 072 84 1 p072 3 8 03 dD 06 空气滤清器外壳模具设计 20 5 选用模架 确定闭合高度 5 1 模架的选用 由凹模外形尺寸 选择中间导柱模架 GB T2851 5 1990 在按其标准选择360 具体结构尺寸如下 上模板 HT25045 下模板 ZG4507 导 柱 20 钢 3203205 导 套 20 钢16716 凸缘模柄 Q235 模具闭合高度 MAX 350mm MIN 305mm 该副模具没有漏料问题 故不必考虑漏料孔尺寸 5 2 模具的闭合高度 所谓的模具的闭合高度 H 是指模具在最低工作位置时 上下模座之间的距离 它 应与压力机的装模高度相适应 模具的实际闭合高度 一般为 5 1冲 头 进 入 凹 模 深 度下 模 板 厚 度凹 模 垫 板 厚 度 凹 模 厚 度冲 头 长 度垫 板 厚 度上 模 板 厚 度模 H 该副模具使用上垫板厚度为 8mm 凹模固定板厚度为 8mm 如果冲头 凸凹模 的长度设计为 140mm 凹模 落料凹模 设计为 130mm 则闭合高度为 36 5m 1 40 6 813075460 模 查开式压力机设备参数表知 1600KN 压力机最大闭合高度为 450mm 封闭调节 高度为 130mm 因为模具的闭合高度绝对不能大于所选的压力机 所以初选的 1250KN 吨位的压力机装模高度过小 这里我们采用 1600KN 的开式压力机 故实际设计模具的闭合高度为 340m 模H 压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求 其关系式为 5 2105minax H 式中 压力机的最大和最小装模高度maxin H 模具的闭合高度 所以有 10 345 3045 故闭合高度设计合理 5 3 压力中心 由于该零件落料 拉深均为轴对称形状 故不必进行压力中心的计算 常州工学院毕业设计 21 6 模具的主要零部件结构设计 6 1 落料凹模 落料凹模的内外形尺寸和厚度在前面的计算中已算出 这里需要有三个的螺纹孔 以便与下模板固定 而且还需要有两个与下模板同时加工的销钉孔 在其内圈设计了 限位倒角 以限制压边圈的行程 在落料凹模上还有一个销孔 用来安装挡料销 在 图中标注尺寸精度 形位公差及粗糙度 落料凹模的零件图如图 6 1 所示 图 6 1 落料凹模 空气滤清器外壳模具设计 22 6 2 凸凹模 凸凹模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出 这里根据零件的加工深度 设计出凸凹模的内外形尺寸 在凸凹模上设计了四个螺纹孔 以便与上模板固定 而 且同时配作两个销钉孔 在其内部设计了限位倒角 以限制压边圈的行程 在上圆口 设计了安装反拉深凸模的沉槽 在图中标注尺寸精度 形位公差及粗糙度 凸凹模的 零件图如图 6 2 所示 图 6 2 凸凹模 6 3 反拉深凸模 反拉深凸模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出 这里根据零件反拉深 的拉伸深度设计出凸模的内外形尺寸 在反拉深凸模上设计了三个推杆孔 以便安装 推杆 在其内部设计了透气孔 以使拉深后的冲压件不受空气的压力而紧紧地包住在 常州工学院毕业设计 23 凸模上能顺利脱下 在顶端设计了圆凸缘结构 以便装配在凸凹模上与上模板固定 在图中标注尺寸精度 形位公差及粗糙度 反拉深凸模的零件图如图 6 3 所示 图 6 3 反拉深凸模 6 4 反拉深凹模 反拉深凹模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出 这里根据零件的反拉 深深度设计出凹模的内外形尺寸 在反拉深凹模上设计了三个螺纹孔 以便与下模板 固定 在其内部设计了一个螺纹大孔 用以安装碟型弹簧 在图中标注尺寸精度 形 位公差及粗糙度 反拉深凹模的零件图如图 6 4 所示 空气滤清器外壳模具设计 24 图 6 4 反拉深凹模 6 5 弹性卸料板 弹性卸料板的尺寸可以根据弹簧的数目以及外径来计算 作为冲模卸料或推件用的弹簧 是属于标准零件 标准中给出了弹簧的有关数据 和特性曲线 我们可以按需要选取 一般选用弹簧 材料为 65Mn 弹簧钢 的原则 应该是在满足模具结构要求的前提下 保证所选用的弹簧能够给出要求的作用力和行 程 为了保证冲模的正常工作 在冲模不工作的时候 弹簧也应该在预紧力 的作用0P 下产生一定的预压紧量 这时预紧力应为0F 常州工学院毕业设计 25 6 1nP 0 为了保证冲模正常工作所必需的弹簧最大压紧量 为 F 6 2 0F 式中 弹簧最大许用压缩量 弹簧预紧量0 工艺行程 余量 主要考虑模具的刃磨量和调整量 一般取 5 10mm 由于卸料力为 14825N 初定弹簧的根数为 8 根 则每根弹簧上的卸料力为NnP185342 图 6 5 弹性卸料板 根据所需的预紧力和弹簧的总压缩量 参照弹簧的选取表 初选弹簧的规格 弹 簧的直径 D 60mm 弹簧丝的直径 d 10mm 序号为 85 号 空气滤清器外壳模具设计 26 在反拉深凹模上设计了三个螺纹孔 以便与下模板固定 在其内部设计了一个螺 纹大孔 用以安装碟型弹簧 在图中标注尺寸精度 形位公差及粗糙度 反拉深凹模 的零件图如图 6 5 所示 6 6 上垫板 垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力 以降低模座所受的单位压力 防 止模座被压出陷痕而损坏 在设计中我们把垫板的外形尺寸与凸凹模的外形尺寸相匹 配 其厚度我们设计为 8mm 在上垫板上设计了三个推杆孔 以便安装推杆 还有四 个螺钉孔以及两个销孔 这些都是为了与凸凹模和反拉深凸模上的各种固定零件的安 装相匹配的 在图中标注尺寸精度 形位公差及粗糙度 上垫板的零件图如图 6 6 所 示 图 6 6 上垫板 6 7 凹模固定板 凹模固定板的作用是对凹模进行限位止动 以求得位置保持一定和可靠的方向性 在设计中我们把凹模固定板的外形尺寸与落料凹模和反拉深凹模的外形尺寸相匹配 其总厚度我们设计为 24mm 在凹模固定板中间设计了一个高 16mm 的凹模固定块 是为了固定反拉深凹模 在固定板上设计了三个顶杆孔 以便安装顶杆 还有七个螺 钉孔以及两个销孔 这些都是为了与落料凹模和反拉深凹模上的各种固定零件的安装 常州工学院毕业设计 27 相匹配的 在图中标注尺寸精度 形位公差及粗糙度 凹模固定板的零件图如图 6 7 所示 图 6 7 凹模固定板 空气滤清器外壳模具设计 28 7 模具的整体安装 7 1 模具的总装配 由以上的设计计算 并经绘图设计 该空气滤清器壳落料 正反拉深复合模装配 图如图 7 1 所示 常州工学院毕业设计 29 图 7 1 落料 正反拉深复合模装配图 7 2 模具零件 该复合模的主要零部件在模具的结构设计中已经进行了仔细的设计 其余的非标 准的零件可以根据需要按国标选取使用 所有零件的明细表见表 7 1 表 7 1 落料 正反拉深复合模零件表 件 号 名 称 数 量 材 料 规 格 标 准 热 处 理 1 上模板 1 HT250 500 x400 x60 调质处理 2 弹 簧 8 85 号 GB2089 1 2000 3 弹 性卸料 板 1 Q275 460 x380 x18 4 圆柱销 2 16x70 GB T119 1 2000 5 凸 1 Cr12 270 x220 x140 60 空气滤清器外壳模具设计 30 凹模 62HRC 6 上垫板 1 45 270 x220 x8 43 48HRC 7 推 板 1 40 110 x12 40 45HRC 8 凸缘模柄 1 Q235 70 x100 JB T7646 3 1994 9 打 杆 1 40 20 x160 43 48HRC 10 反 拉深凸 模 1 Cr12 140 x94 58 62HRC 11 推 杆 3 40 10 x80 43 48HRC 12 螺 钉 4 M10 x30 GB T70 1 2000 13 上压边圈 1 45 81x24 48 52HRC 14 螺 钉 4 M16x50 GB T70 1 2000 15 螺 钉 4 M16x150 GB2867 6 81 16 左导套 1 20 50 x160 x70 渗碳 58 62HR C 17 左导柱 1 20 50 x320 渗碳 58 62HR C 18 右导套 1 20 55x160 x70 渗碳 58 62HR C 19 右导柱 1 20 55x320 渗碳58 62HR 常州工学院毕业设计 31 C 20 落料凹模 1 Cr12 360 x130 58 62HRC 21 凹 模固定 板 1 45 360 x330 x8 43 48HRC 22 圆柱销 2 16x160 GB T119 1 2000 23 下压边圈 1 45 98x26 48 52HRC 24 顶 杆 3 16x180 JB T7650 3 1994 43 48HRC 25 反 拉深凹 模 1 Cr12 98x26 58 62HRC 26 碟形弹簧 1 9 号 GB T1972 2000 27 螺 钉 3 M10 x50 GB T70 1 2000 28 顶料板 1 45 84x16 43 48HRC 29 螺 钉 3 M16x80 GB T70 1 2000 30 下模板 1 ZG450 500 x400 x75 调质处理 31 挡料销 3 45 16x13 JB T7649 10 1994 43 48HRC 空气滤清器外壳模具设计 32 8 选定冲压设备 8 1 压力机的规格 冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容 它直接关系到设备的安全和 使用的合理 同时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量 零件精度 生产效 率 模具寿命 板料的性能与规格 成本的高低等一系列重要问题 在前面的设计中 我们已经对冲压设备的吨位以及闭合高度等参数进行了确定 这里根据前面所算出来的各项数据 查表选择压力机 其主要具体参数如下 公称压力 1600KN 滑块行程 160mm 行程次数 40 次 1min 最大封闭高度 450mm 封闭高度调节量 130mm 工作台尺寸 1120 710mm 柄孔尺寸 70 80mm 工作台板厚 130mm 电动机功率 15KW 8 2 电动机功率的校核 对于本次设计由于行程比较长 设备的吨位虽然足够 但设备具备的功不一定能 满足拉深的要求 遇到这种情况 可能出现拉深时压力机行程速度减缓 甚至会损坏 设备的电动机 为此 还需要对拉深功进行核算 常州工学院毕业设计 33 因为 N m 7 167941084 W 因而 压力机的电动机功率可按下式进行核算 7 22121603 7560 KWnKnN 式中 W 拉深功 N m n 压力机行程次数 次 min N 电动机功率 KW 压力机效率 1 8 0 61 电动机效率 2 952 K 不均衡系数 4 K 所以有 WN 907 6123 5 9 经核算后拉深所需要的功率小于压力机的电机功率 15KW 符合要求 空气滤清器外壳模具设计 34 9 附加工序 在拉深过程中 金属材料与模具的表面直接接触 由于相互间作用的压力很大 当板料在凹模表面滑动时 就产生很大的摩擦 结果使拉深时所需的力和冲件侧壁内 部的拉应力有所增大 这不但降低了模具的使用寿命 而且还容易划伤冲件的表面 当拉应力变大时 还会使侧壁厚度变薄 以致降低了冲件的精度 如果采用润滑剂 使得在板料与凹模表面之间存在着一层薄膜 将其滑动表面相 互隔离 因而减小了摩擦力 并减小了模具的磨损 从而使冲件的的表面质量的尺寸 精度都有所提高 对于本次设计我们可以采用混合的润滑剂 其具体成分如下 锭子油 40 黄 油 40 滑石粉 11 硫 磺 8 酒 精 1 其中硫磺应以粉末状态加入 冲压之后从零件上清除润滑剂有各种各样的方法 通常有用软抹布手工擦除 在 碱液中电解除油 在专门的溶液中热除油 润滑剂溶解于三氯化乙烯中和在汽油或其 它溶剂中消除等几种 常州工学院毕业设计 35 10 主要零件的加工 本次设计中 只对模具中的一个重要零件进行简单的工艺路线的分析 其余的零 件将不在具体分析和计算 在这里选择导套为加工对象 导套 护套及套类凸模均为套类零件 其加工工艺基本相同 导套和导柱一样 是模具中应用最广泛的导向零件 尽管其结构形状因应用部位不同而各异 但构成导 套的主要表面是内 外圆柱表面 可根据其结构形状 尺寸和材料的要求 直接选用 适当尺寸的热轧圆钢为毛坯 在机械加工过程中 除保证导套配合表面的尺寸和形状精度外 还要保证内外圆 柱配合表面的同轴度要求 导套的内表面和导柱的外圆柱面为配合面 使用过程中运 动频繁 为保证其耐磨性 需有一定的硬度要求 因此 在精加工之前要安排热处理 以提高其硬度 在不同的生产条件下 导套的制造所采用的加工方法和设备不同 制造工艺也不 相同 现以本次设计的冲压模滑动式导套为例 介绍导套的制造过程 其零件图如图 10 1 所示 根据图 10 1 所示导套的精度和表面粗糙度要求 其加工方案可选择为 备料 粗 加工 半精加工 热处理 精加工 光整加工 导套的加工工艺过程如表 10 1 所示 空气滤清器外壳模具设计 36 图 10 1 导套零件图 表 10 1 导套的加工工艺过程 工序 号 工序名 称 工序内容 设备 1 下料 按尺寸 76x165 切断 锯床 2 车外圆 及内孔 车端面保证长度 162 5 钻 55 内孔至 52 车 70 外圆至 71 并倒角 镗 55 内孔至 54 4 和油槽至尺寸 镗 57 内孔至尺寸并倒角 车床 3 车外圆 倒角 车 73 外圆至尺寸 车端面至尺寸 车床 4 检验 5 热处理 按热处理工艺进行 保证渗碳深度为 0 8 1 2 硬度为 58 62HRC 常州工学院毕业设计 37 6 磨削内 外圆 磨 70 外圆达图纸要求 磨内孔 55 留研磨余量 0 01 万能磨 床 7 研磨内 孔 研磨 55 内孔达图纸要求 研磨 55 内孔口圆弧 车床 8 检验 空气滤清器外壳模具设计 38 11 总结 本次设计成功地设计出一副落料 正反拉深复合模 在设计过程中对很多工艺力 进行了详细的计算 在压力机的选择上参照了现行选择压力机的通用法则 这次设计 解决了采用双动压力机进行正反拉深的传统模式 将落料 正拉深及反拉深同时在一 副装在开式单动压力机上的模具中完成 很大程度的提高了生产效率和制造精度 很 适合中国现在模具高速自动化发展的趋势 常州工学院毕业设计 39 致 谢 经过半年的忙碌和工作 本次毕业设计已经接近尾声 作为一个本科生的毕业设 计 由于经验的匮乏 难免有许多考虑不周全的地方 如果没有曾立平导师的督促指 导 以及一起工作的同学们的支持 想要完成这个设计是难以想象的 在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于模具制造方面的知识 尤其对冲压 模具有了较全面的了解 对模具整个设计过程有了更深层次的认识 独立设计能力有 了很大的提高 在设计过程中我查阅了许多设计相关的资料尤其是国家标准 使我掌 握了查阅国家标准的方法 这将对我以后从事设计工作带来很大的帮助 设计中我还 使用过 AUTOCAD 和 PRO E 等电脑软件 使用这些软件的能力也有很大的提高 总 之 通过这次毕业设计 让我在大学里所学的专业知识得以运用 使我的设计能力有 了进一步的提高 空气滤清器外壳模具设计 40 参考文献 郑家贤 冲压工艺与模具设计实用技术 北京 机械工业出版社 2005 Zheng Jiaxian Ramming craft and mold design practical technology Beijing Mechanical industry Press 2005 in Chinese 冲模设计手册编写组 冲模设计手册 北京 机械工业出版社 1999 Dies the design handbook compilation group Dies the design handbook Beijing Mechanical industry Press 1999 in Chinese 刘心治 冷冲压工艺及模具设计 重庆 重庆大学出版社 1995 Liu Xinzhi Cold ramming craft and mold design Chongqing Chongqing University Press 2005 in Chinese 卢险峰 冲压工艺模具学 北京 机械工业出版社 1997 Lu Xianfeng Ramming craft mold study Beijing Mechanical industry Press 1997 in Chinese 周大隽 冲模结构设计要领与范例 北京 机械工业出版社 2005 Zhou Dajun Dies the structural design main point and the model Beijing Mechanical industry Press 2005 in Chinese 中国机械工程学会锻压学会 锻压手册 北京 机械工业出版社 2002 China mechanical engineering academic society forging and stamping academic society Forging and stamping handbook Beijing Mechanical industry Press 2002 in Chinese 钟毓斌 冲压工艺与模具设计 北京 机械工业出版社 2002 Zhong Yubin Ramming craft and mold design Beijing Mechanical industry Press 2002 in Chinese 彭建声 简明模具工实用技术手册 北京 机械工业出版社 2004 Peng Jiansheng Concise mold labor practical technical manual Beijing Mechanical industry Press 2004 in Chinese 模具制造手册编委会 模具制造手册 北京 机械工业出版社 1992 Mold manufacture handbook academic society Mold manufacture handbook Beijing Mechanical industry Press 1992 in Chinese