冲压拉深模的设计..

冲压工艺及冲压模设计 课程设计 设 计 说 明 书 起止日期 2011 年 1 月 3 日 至 2011 年 1 月 16 日 学 生 姓 名 班 级 学 号 成 绩 指 导 教 师 签 字 机械工程学院 部 2010 年 01 月 16 日 2 目 录 第一章 拉深件工艺分析 3 1 1 制件介绍 3 1 2 产品结构及形状分析 3 1 3 产品尺寸精度 粗糙度 断面质量分析 3 1 3 1 尺寸精度 3 1 3 2 冲裁件断面质量 3 1 3 3 产品材料分析 4 1 3 4 生产批量 4 第二章 零件冲压工艺计算 4 2 1 翻孔工序的计算 4 2 2 零件毛坯尺寸计算 5 2 2 1 确定修边余量 a 5 2 2 2 确定坯料直径 5 2 2 3 确定工艺方案 5 2 2 4 排样 计算条料宽度及确定步距 5 2 3 冲裁力的计算 6 2 4 确定拉深工序件尺寸 6 2 4 1 判断能否一次拉深成形 6 2 4 2 确定首次拉深件尺寸 7 2 4 3 计算第二次拉深工序件的尺寸 7 2 5 计算拉深工序的力 8 2 6 工作部分尺寸计算 8 2 6 1 拉深间隙的计算 8 2 6 2 拉深凸 凹模尺寸的计算 8 第三章 设计选用模具零件 部件 9 3 1 拉深凹模的设计 9 3 3 2 拉深凸模的设计 9 3 3 压边 卸料及出件装置设计 10 3 3 1 压边圈 10 3 3 2 推出与顶出装置 11 第四章 模架的选择 12 4 1 模架的选用 12 4 2 导柱与导套 13 4 3 模柄的选用 13 第五章 模具材料和热处理 14 第六章 模具的总装配图 15 第七章 填写冲压工艺卡 16 设计总结 18 参考文献 19 4 第一章 拉深件工艺分析 1 1 制件介绍 零件名称 芯子隔套 材料 08 钢 料厚 1mm 批量 大批量 零件图 如图 1 所示 图 1 1 2 产品结构及形状分析 由图 1 可知 产品为圆片落料 有凸缘筒形件拉深 圆片冲孔 产品结构简单 对称 1 3 产品尺寸精度 粗糙度 断面质量分析 1 3 1 尺寸精度 查参考资料 4 上表 5 11 可知 拉深件直径的极限偏差为 30 6 25 4 高度的极限偏差为 78 1 3 2 冲裁件断面质量 板料厚度为 1mm 查参考资料 4 表 2 67 可知冲裁件生产时毛刺允许高度 为 0 12mm 由于本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求 所以只要模具 精度达到一定要求 冲裁件的断面质量可以保证 1 3 3 产品材料分析 冲压材料不仅要满足产品设计的技术要求 还要满足冲压工艺要求和冲压后的 加工要求 因此 对于冲裁件材料一般要求其力学性能是强度低 塑性高 表面质 量和厚度公差符合国家标准 本设计产品所用的材料是 08 钢 为优质碳素结构钢 5 其力学性能是强度 硬度和塑性指标适中 经热处理后 用冲裁的加工方法是完全 可以成形的 1 3 4 生产批量 产品生产批量为大批量生产 适于采用冲压加工的方法 最好是单工序模 模 具制造简单 维修方便 第二章 零件冲压工艺计算 2 1 翻孔工序的计算 由参考资料 1 表 6 4 可得极限翻边系数 58 0min K 由参考资料 1 式 6 10 可知 翻孔的高度 为 axh m195 072 43 12407 43 0 1 2dhminmax trK 取整 hmax 由参考资料 1 式 6 12 预制孔直径 为 0d 实际取整 d 58 in0 3d0 由参考资料 1 式 6 13 可得拉深高度为 1h mrhH5 3 23max1 综上所述 拉深后的毛坯图如下所示 6 2 2 零件毛坯尺寸计算 2 2 1 确定修边余量 a 板料厚度为 1mm 故按外形尺寸计算 查参考资料 1 表 5 75 1406 df 可得 故拉深件的实际凸缘直径m0 3 m6230 2 ft 2 2 2 确定坯料直径 由参考资料 1 式 5 13 可得 975 240 38406r4 3d220 dhDf 2 2 3 确定工艺方案 通过分析计算可以得出该零件的正确工艺方案是 落料 第一次拉深 第二次 拉深 冲孔 第四道工序为翻边 达到零件形状和尺寸要求 2 2 4 排样 计算条料宽度及确定步距 采用单排方案 如下图 由参考资料 4 圆件 的圆角的零件间间距 沿边间距t2r mb8 0 mb0 1 送料步距 调料的宽度 调料的长mS8 6 0 B612 度 L 根据附录 选用 裁板的方式为 301 7 采用横裁可裁条料数为 条 余 8mm 每条板料可468301 BLn 冲制件数 件 则每张板料可冲制件为8 6 0 2 n 件 经计算采用竖裁每张板料可冲制件数也是 352 件 3548 板料利用率为 28 76 19 8 07 5 2 75 21 bD 2 3 冲裁力的计算 本模具采用刚性卸料 根据公式 3 24 文献 1 计算冲裁力 F 查文献 3 表 2 29 可知 08 钢的抗剪强度为 则 MPab706 NKLtFb 19253 1 落 由于该毛坯为圆 压力中心在圆心 2 4 确定拉深工序件尺寸 2 4 1 判断能否一次拉深成形 7625 043h d 3 19t D 4 6540d t 12 97mF 查参考资料 1 上表 5 5 5 6 以及图 5 18 可知 带凸缘圆筒形件的 极限拉深系数 首次拉深极限相对高度 比较可知 51 0 F 53 0 42 1 dh 不能一次拉深成形 查参考资料 4 可知需要进行 2 次拉深 8 2 4 2 确定首次拉深件尺寸 根据上面求出的 以及 查参考资料 4 上表 5 Ddt t 5 21 tr 40 可得第一次拉深系数 46 0m1 查表 9 36 可得首次拉深凹模圆角半径 mt101 凹 则第一次拉深后的直径为 497 1 高度为 3 25 12Rrdht 67 30 64 0 总的拉深高度为 30 5mm 而拉深次数为 2 为了确保第二次拉深质量 充分发 挥板材在第一次拉深变形中的塑性潜力 实际定为第一次拉深高度 mh21 拉深后图形如下 2 4 3 计算第二次拉深工序件的尺寸 查参考资料 1 上表 5 3 可得 75 02 m 则第二次拉深凹模圆角半径 Rr凹 拉深直径为 md406 348 12 拉深高度为 h3 拉深次数 n 凸缘直径 td筒体直径 d 高度 h 圆角半径 R 圆角半径 r 1 97 45 20 10 10 2 97 40 30 5 2 5 2 5 9 2 5 计算 拉深工序的 力 查参考资料 1 式 5 24 可知 第二次拉深用普通的平端面凹模拉深时毛 坯不起皱的条件为 代入数据得 按照 1 7 0 9 1mdt 08 1 d mt 公式判断要使用压边圈 按参考资料 1 公式 5 29 计算得拉深力为 NKtPb 50869 410 32 按参考资料 1 公式 5 27 压边力为 ApQ5 14 式中 的值按相应表选取为q2mN 总拉深力 NP403086 总 拉深功 JhCFA153 57 13max 初选公称压力为 250 kN 的 JH21 系列开式固定台压力机 型号为 JH21 25 其最大装模高度为 250mm 装模高度调节量为 50mm 工作台孔尺寸为 150mm 主电 机功率为 2 2 kW 2 6 工作部分尺寸计算 2 6 1 拉深间隙的计算 拉深间隙指单边间隙 即 拉深工序采用压边装置 查2 拉 凸拉 凹 DZ 参考资料 1 式 5 55 可得拉深间隙为 式中 k 为间隙系数 tZ max 查 1 表 5 18 可知 k 0 1 故得 1 0 2 6 2 拉深凸 凹模尺寸的计算 2 6 2 1 凸凹模圆角半径的计算 第二次拉深为最后一次拉深 故拉深凹凸模的圆角半径都等于工件的圆角半径 2 5mm 即 mr5 2 凸凹 2 6 2 2 拉深模工作部分尺寸计算 查参考资料 1 表 9 38 可得拉深模工作部分尺寸 mm 01 4 05 4 07 75 拉 凹 dD mm 01 01 4 8372 2 拉 凸 Z 10 式中 D 拉深件的基本尺寸 mm 拉深件的尺寸公差 从零件图可知其值为 0 05mm 拉深凸模出气孔的尺寸由参考资料 4 表 9 39 可得出气孔直径 md5 第三章 设计选用模具零件 部件 3 1 拉深凹模的设计 凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉 销钉与固定板固定的方式连接 凹模 刃口采用直刃壁结构 尺寸为 刃壁的高度取 2 5mm 模具的壁厚根据m01 4 条料的宽宽 68mm 和料厚 t 1mm 选取 查阅文献 5 表 2 48 选取凹模壁厚 C 25mm 凹模长度等于宽度为 LB1480268 凹模板厚度按文献 5 97 页公式估算 321 FKH 式中 则 m52190 5 313 该模板的厚度要求较厚 可以省略垫板 凹模板直接与下模座连结固定 那么确定凹模板的总体尺寸大小为 HLB48 3 2 拉深 凸模 的设计 其结构尺寸为 根据模具结构 凸模的长度 L 可由安装固定的厚m01 837 度 下推板厚度 拉深深度 和附加长度 h 之和再减去一个板厚取得 1h2h3h 根据模架结构取固定厚度为 22mm 下推板此处的作用相当于压边圈 其厚度 取为 18 mm 附加长度主要考虑满足制件的拉深深度要求 取 5 mm 由此可得凸模 的长度为 51493 2 11 KNF 选 取系 数 参 考 表凹 模 刃 口 周 边 长 度 修 正 素 工 具 钢 取凹 模 材 料 修 正 系 数 碳冲 裁 力 11 m751 30182321 thhL 其固定方式直接用螺钉 销钉连结在模座上 作为拉深凸模 要开设排气孔 大小为 具体结构尺寸如图所示 m5 3 3 压边 卸料及出件装置设计 3 3 1 压边圈 根据模具的总体结构的要求 使用弹性压边装置中的带限位装置的压边圈 由 于第二次拉深的零件尺寸较小 故弹性装置使用橡皮垫结构 使其压边力随行程的 变化极小 该装置在冲模完成后用于顶出工件 即做卸料板 压边圈与凹模板间隙 配合 内圈大于凸模直径 2mm 结构如图所示 12 3 3 2 推出与顶出装置 根据模具的结构 该拉深工件首先需要从下凸模中顶出 然后再从凹模内推出 顶出装置如上图所示 采用橡皮垫式平板压边圈顶出 推出装置安装在上模内 通过冲床滑块内的打料机构 将拉深后的工件从凸凹 模的凹模内推出 为了尽量保证制件表面光滑 故采用推块将制件从凹模内顶出 13 第四章 模架的选择 4 1 模架的选用 模架包括上模座 下模座 导柱和导套 冲压模具的全部零件都安装在模架上 选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑 一般在长度及宽度上都应比凹模 大 30 40mm 模版厚度一般等于凹模厚度的 1 1 5 倍 根据凹模板的尺寸 120mm 120mm 参考文献 5 表 10 31 选取滑动标准模架 选用的模架为 上模座 下模座分别为 模架 250 250 210 255 GB T2851 3 上模座 250 250 50 GB T2855 5 下模座 250 250 65 GB T2855 6 凹模 120 120 52 导柱 35 200 GB T2861 1 导套 35 115 43 GB T2861 6 根据模具的结构 可知其闭合高度为 654321hhH 闭 合 式中 H 闭合 模具的闭合高度 mm h1 上模座厚度 mm h2 拉深深度 mm h3 凸模高度 mm h4 凹模的厚度 mm h5 下模座厚度 mm h6 凸模装入下模座的深度 取 15mm 将前面计算的数值代入 mH 2476525 10 闭 合 介于 210mm 和 255mm 之间 符合设计要求 闭 合 14 4 2 导柱与导套 根据模架的选取 采用 A 型导套 参考文献 5 表 15 21 选用的型号为 导套 A35H7 115 43 GB T 2861 6 导柱采用 B 型 按文献 5 表 15 4 选用 的型号为 导柱 B35h6 200 35 GB T 2861 2 导柱与导套为 H7 h6 的间隙配合 导柱导套与模架均为 H7 r6 的过盈配合 为了保证使用中的安全性和可靠性 当模具处于闭合位置时 导柱上端面与上 模座的上平面应留 10 15mm 的距离 导柱下端面与下模座下平面应留有 2 5mm 的距 离 导套与上模座上平面六不小于 3mm 的距离 上模座开横槽以便排气 4 3 模柄的选用 根据压力机模柄孔的尺寸 直径 40 mm 深度 65 mm 查参考文献 5 表 15 20 选择 C 型凸缘式模柄 可知其参数如下 d 40 极限偏差 0 05 mm d 1 122 mm 总高度 L 91 mm 凸缘高 L1 23 mm 模柄倒角高度 L2 4 mm 打杆孔 d2 11 mm 凸缘螺钉环绕直径 d3 81 mm 凸缘 固定螺钉沉孔的直径 d4 9 mm 沉孔台阶直径 d5 15 mm 台阶高度 h 9 mm 材料为 Q235 如下图所示 15 第五章 模具材料和热处理 使用的模具材料应具备良好的耐磨性 韧性和较高的强度 硬度 本模具为冲 裁拉深复合为第二次拉深模 又为大批量生产 要求凹模能承受较大的拉应力 凸 模承受较大的压应力 因此凹模和凸模必须具有较高的强度和耐磨性 对于拉深的 凸模和凹模 由于与工件接触 受到比较强烈的磨损选用耐磨性良好的和淬透性好 的模具钢 凹模和凹模材料选用 T20A 均进行淬硬的热处理 使凹模工作部分热处理硬 度为 60 62HRC 凹模和凸模工作部分热处理淬硬 58 62HRC 其他结构件的材料见 装配图明细表 16 第六章 模具的总装配图 1 下模座 2 卸料螺钉 3 导柱 4 压边圈 5 导套 6 凸模 7 上模座 8 12 17 螺钉 9 推板 10 推杆 11 模柄 13 凹模 14 螺母 15 特种螺钉 16 顶杆 工作原理 经首次拉深后的毛坯件放在压边圈 4 的下凹圈内定位 压边圈通过顶杆 16 由橡皮垫压边 通过三根特种螺钉 15 对压边圈进行限位 用以控制压料间隙 防止压料力过大 17 第七章 填写冲压工艺卡 产品型号 零件名称 芯子隔套 共 页 厂名 冷冲压 工艺卡 片 产品名称 零件型号 第 页 材料牌号及规格 材料技术 要求 毛坯尺寸 每毛坯可 制件数 毛坯重量 辅助材料 08 钢 板料 3000mm 6 00mm 1mm 352 件 工 序 号 工序 名称 工序 内容 加工简图 设备 工艺 装备 工时 0 下料 剪床 上裁 板 1 首次拉深 JH21 110 18 2 再次拉深 3 翻边切边 剪床 上裁 板 4 检验 按产 品零 件图 检验 编制 日 期 审核 日 期 会签 日期 标 记 处数 更 改 文 件 号 签字 日期 标记 处数 更改 文件 号 签字 日期 19 设计总结 经过这次的设计 我学到了很多上课无法学到的东西 虽然算不上是经验 但 是总算有种接触专业的感觉 我设计的是芯子隔套的二次拉深模 经过几次的修改 总算有点成形的样子 这个设计是我们二个人一组开始的 每个人的数据和材料各不相同 这样既培养了 我们的团队精神 又锻炼了我们处理问题的能力 更重要的是 我们从中学到了如 何一个人去解决问题 查找资料 为了做好这个设计 我们都很努力 经常到了凌 晨两三点 还抱着资料翻找 不想就这样搁置 我们都抱以极大的热诚来完成了它 对自己更是充满了信心 对自己设计的成果虽然算不上最好的 但是我很开心 因 为 在最初的怀疑到坚信到完成 我做到了 这次设计少不了的当然还有老师的细心指导 为了能让我们顺利完成 老师每 天都在跟进我们 及时指出我们的错误 让我们减少了修改的分量 谢谢老师 20 参考文献 1 王孝培主编 冲压设计资料 机械工业出版社 2 李天佑主编 冷冲模图册 机械工业出版社 3 王芳主编 冷冲模设计指导 机械工业出版社 4 张正修主编 冲压技术实用数据速查手册 机械工业出版社 5 郝斌海主编 冲压模具简明设计手册 化学工业出版社