某型锥口罩冲压工艺及其模具设计.docx

模具是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。在现代工业生产中，产品零件广泛采用冲压、锻压成压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，与成形模具相配套，使坯料成形加工成符合产品要求的零件。模具已广泛应用于电机电器产品、电子和计算机产品、仪表、家用电器、汽车、军械、通用机械等产品的生产中。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。在近几个月的冲压工艺模具毕业设计中，我完成了以下任务：1.分析“追口罩”的冲压工艺性,提出了几种可供选择的工艺方案并进行比较;2.在方案比较的基础上,确定选出了最优的工艺方案，并制定了详细的工艺路线3.按选择的工艺路线计算参数，确定毛坯尺寸、各工序的制件尺寸及总工序图；4.绘制落料和冲孔的总装模具结构设计图及其中主要的零件图。5.撰写毕业设计说明书通过此次毕业设计，让我懂得如何去提出问题、分析问题以及解决问题，让我对模具的结构和原理有了更深层次的认识。关键词：落料、拉深、冲孔、切边、整形、模具设计、冲裁第一章零件的分析及供需方案的确定1.1分析零件的冲压工艺性图01所示“锥口罩”零件，材料10钢，大批量生产。“锥口罩”零件，形状对称，形状复杂程度中等，高度比较高，以3个¢5mm的圆孔定位在机架上，圆孔位置是该零件需要保证的重点。另外，该零件属于盖子，外观上要求不高，只需平整，该零件可以用冷冲压加工成形。材料为10优质碳素结构钢，其剪切、拉深等工艺性较好。料厚InInb产量为大批量生产，零件尺寸适中，未标注公差等级为IT12级，其拉深需作修边处理。图01“锥口罩”零件示意图初步分析可以知道“锥口罩”零件的冲压成形需要多道工序。首先，零件中部是有凸缘的锥形拉深件；其次，零件外圈为有凸缘的圆筒拉深件，最后是3个姬mm的圆孔。由于拉深圆角半径比较小（0.5-1）,因此还需要整形。D卜径/d中径=84/50.对拉深工序，按料厚中心线计算有1.68>1.4,所以属于宽凸缘拉深。另外，零件拉深度大（如最小价梯直径的相对高度，远大于一般带凸缘筒形件第一次拉深许可的最大相对拉深高度），所以拉深成形比较困难，要多次拉深。对于冲裁边工序，考虑到零件总体尺寸较，另外拉深后零件的底部还要冲的孔，所以模具结构设计与模具制造有一定难度，要特别注意模具的强度和刚度。综上所述，“锥口罩”零件由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有：冲裁（落料、冲孔、修边）、拉深（多次拉深）、整形等。由于是多工序、多套模具成形，还要特别注意各工序间的定位。1.2确定工艺方案由于“锥口罩”零件冲压成形需多道次完成，因此制定合理的成形工艺方案十分重要。考虑到生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产率效率，降低生产成本。要提高生产效率，应该尽量复合能复合的工序。但复合程度太高，模具结构复杂，安装、调试困难，模具成本提高，同时可能降低模具强度，缩短模具寿命。根据叶轮零件实际情况，可能复合的工序有：落料与第一次拉深；最后一次拉深和整形;冲孔。根据“锥口罩”零件形状，可以确定成形顺序是先拉深中间的锥形圆筒，然后成形外圈圆筒。这样能保持已成形部位尺寸的稳定，同时模具结构也相对简单。冲孔在最后成形外圈圆筒进行。为保证3个mm的圆孔均匀，冲孔不要逐冲裁。因此“锥口罩”零件的冲压成形主要有以下几种工艺方案：方案一：1）落料；2）第一次拉深；3）整形；4）后续拉深；5）切边;6）冲孔。方案二：1）落料与第一次拉深复合；2）整形;3）后续拉深；4）切边;5）冲孔。方案三：1）落料与第一次拉深复合；2）冲孔;3）整形；4）后续拉深；5）切边。方案四：D落料与第一次拉深复合；2）后续拉深；3）冲孔；4）整形;5）切边。方案一复合程度低，模具结构简单，安装、调试容易，但生产道次多，效率低，不适合大批量生产。方案二至四将落料、拉深复合，主要区别在于整形、后续拉深、冲孔的组合方式以及顺序不同。冲小孔此工序提前进行，使之在最后完成所有工序时容易造成孔的精度要求降低，达不到要求，且在其他工序在进行加工时，小孔易变形，另外，这也加大了工人的劳动时间，易造成较多废料，不经济。需要注意的是，只有当拉深件高度较高，才有可能采用落料、拉深复合模结构形式，因为浅拉深件若采用落料、拉深复合模具结构，落料凸模（同时又是拉深凹模）的壁厚太薄，强度不够。综上所述，从制造、投产、操作和经济效益等各方面考虑，采用最终的方案如下：1）落料；2）首次拉深；3）整形;4）后续拉深；5）切边；6）冲孔。具体方案如下：工序1：落料；0125工序2：首次拉深姬（）加2的圆筒;工序3：首次拉深锥口为。36的锥形圆筒;工序4：整形;工序5：第二次拉深姬Om的圆筒;工序6：第二次拉深锥口为。36机Z的锥形圆筒;工序8：第三次拉深锥口为娼6制的锥形圆筒;工序9：切边;工序10：冲孔。（三力肺）第二章主要工艺参数计算2.1 计算毛坯尺寸1落料尺寸落料尺寸即零件平面展开尺寸，“锥口罩”零件基本形状为圆形，因此落料形状也应该为圆形，需确定的落料尺寸为圆的直径。带有凸缘的筒形拉深成形件，展开尺寸可按有关公式计算。(1)修边余量制件的相对高度hd=3749=0.755,查表4-5,可取修边余量为2。(2)毛坯尺寸根据冲件毛坯尺寸计算简图见图2,利用久里金公式计算毛坯尺寸：d=J8LiXi=8(LXi+L2X2+÷LX0首先将母线分成8段，并计算出各线段的长度L,再计算出各线段重心与回转轴线的距离X,最后计算出4区和ZLjXj图02毛坯尺寸计算简图线段1:L1=16+2=18iX1=38-4=34;1.1X1=18x34=612;线段2:L2=0.5x3.14xl=1.57;X2=25.5;1.2X2=1.57×25.5=0.035;线段3:L3=38-4=34;X3=25;1.3X3=34×25=850;线段4:L4=0.5x3.14x1=1.57;X4=24.5;4X4=1.57×24.5=38.465;线段5:L5=6;X5=21;1.5X5=21×6=126;线段6:L6=05×3.14×l=1.57;X6=17.5;1.6X6=1.57×17.5=27.475;线段7:L7=224-l=13.96;X7=13;1.1X1=13.96x13=190.06;线段8:4=8;乂8=4;1.8X8=8×4=32;将上面计算出的数据代人公式得：D=这LiXi=8(612+40.035+850+38.465+126÷27.475+190.06+32)=124.6tnmV/=1取整得O=I25帆2.2 确定拉深次数，拉深系数和各次拉深直径(1)估算拉深系数根据hd=3850=0.76和tD=l125x100%=0.8,查手册得，拉深系数n=3o(2)确定各次拉深系数查手册，初选町=0.53;n2=0.76;Wt3=0.79;总拉深系数m=dO=50/125=0.4;而mxm2my=0.53×0.76X0.79=0.318<m=0.4；故需要调整初选各次拉深系数，使之与总拉深系数相等。取整后mx-0.6;m2-0.81;W3=0.82;而mlm2m3=0.56×().81×0.82=0.4=tn(3)各次拉深直径4=TW1D1=0.6×125=75mm;d2=TW2J1=0.81×75=6nnJ3=m3d2=0.82×61=50zm;底部锥形圆筒的锥口各次拉深直径d4=g4=0.6×75=45叫J5=m2d4=0.81×45=36mm;底部锥形圆筒底部的各次拉深直径J6=W1J4=0.6×45=27/W?;d1=叫4=0.81×27=20版；J8=mid1=0.82×20=16nvn;(4)确定各次拉深高度计算毛坯相对厚度图tD%=l125×100%=0.8(0.5-10);查得町(0.53-0.55)查表冷冲模设计P169djd%=125/84×1(X)%=1.48(1.3-1.5)/d=36/82.5=0.436查表冷冲模设计P190得出第一次拉深许可相对高度/4(0.45-0.53);d=0.436小于许可范围，所以可以一次拉出，同理，底部锥形圆筒的高度：=11/(36-1.5)=0.318小于许可范围(1tZ,(0.45-0.53),也可以一次拉第三章计算各工序凹凸模工艺参数3.1 计算落料工序凹凸模参数查表3-5和一些相关资料得：Zmax=0.14叽；Zmin=OJO如»4=0.04un;6p=0.03wzz;X=0.75(工件精度在IT1CIT13级或中等批量时)校核间隙满足以下关系：Bp+bd<Zma-Zmin22而I%+dI=(OQ+0.03)如=0.07三>Zmax-Zmin=0.(M三;故不符合条件。所以，需要调整，调整后d=0.02wz;bp=0.01w/w;而IS,+d=().()1+().02)加=0.03a三<Zmax-Zmin=().M三故符合条件。凹模尺寸：Dd=(OmaX-XA)和=025-0.75×0.4)J002112W=124.702三n;凸模尺寸：DP=(D-0.75-2Z)5p=(124.70.246)，OMm=I24.4学露?犯3.2 计算首次拉深的凸凹模工艺参数1 .计算凹、凸模圆角半径Ra及RPlRd=RPl=5mm;2 .计算凸凹模单边间隙Z不用压边圈时：拉深Z均为(11.Wmax=2加(tmax为材料的最大厚度)；使用压边圈时：查表7-58(冲压模具手册)得间隙系数灯=(0.100.12);取灯=0.1;即：Z=tnux+kt=(2+0.1×2)=2.2mm;3 .计算凸凹模工作部分尺寸及公差因本次拉深件尺寸标注在内形，其查表6-31,得凸凹模制造公差：d=0.08=0.05"町所以，首次拉深：dpi=(d+0.5)=(75+0.5×0.3)5=75.lJ005/?/w;ddi=3+0.5+2z)挽=(75+0.5×0.3+2×2.2)J008=79.5：城mm;底部锥形圆筒的锥口首次拉深d=0.07ww;=0.04dn=(J+0.5)=(45+0.5x0.3);“=45.嗜器的相；Pl2x'_Op-V¾t*VI=(d+0.5+2z)d=(45+0.5×0.3+2×2.2)007=49.5Lmmy锥形圆筒底部的首次拉深dp=3+0.5)=(41+0.5×0.3)4=41.1m,13=(J+0.5+2z)=(41+0.5×0.3+2×2,2)J07=45.5歌M3.3计算第二、三、四次拉深的凸凹模工艺参数1 .计算凹、凸模圆角半径RdRd,=lnwRdx=(0.60.8)(八=(1.82.4)w/w;取R(=nnR(J=mm,Rp、=(0.6I.。)/?”，=(1.8-3.0)w%取RP=mm同理可得：Rfy=2mnr,2 .计算凸凹模单边间隙Z不用压边圈时，三次拉深Z均为(1l.l)trnax=2mm;使用压边圈时，查表(5-18)得间隙系数k2=0.5*3=0.3*4=01；即Z2=rmax+k1t=(2+0.5×2)=3加；Z3=，max+A3,=(2+0.3×2)=2.6mm;3 .计算凸凹模工作部分尺寸及公差因拉深件尺寸标注在内形，查表6-31得制造公差：d=0.08，丽»=0.05"叼；所以，第二次拉深姬()加?的圆筒：dp、=(d+0.5A),%=(61+0.5×0.25)=61.1wjz;dd=(J+0.5+2z)jrf=(61+0.5×0.25+2×3)0°8=67.m底部锥形圆筒的锥口第二次拉深；d=0.07如；30=0.04zn/zz;dp、=3+0.5)=(36+0.5x0.25)4=36.mtn,；dd,=(d+0.5A+2Z)和=(36+0.5×0.25+2×3)07=42.1>n;锥形圆筒底部的第二次拉深：dp、=(d+0.5A)，金=(21+0.5x0.3%=21.1雕丽;d八=(d+0.5A+2Z)和=(21+0.5×0.25+2×3)07=27.密黑的阳第三次拉深姬0叼的圆筒：4，=(J+0.5)=(50+0.5×0.25)5=50mndd=(J+0.5÷2z)=(50+0.5x0.25+2x2.6)To8=55.3黑白刀加锥形圆筒底部的第三次拉深：dp=(d+0.5以=G6+0.5×0.25)=16.1三;d%=(d+05A+2z)和=(16+0.5×0.25+2×2.6)J007=21.3nm,3.4计算冲3X姬如77孔的凸凹模工艺参数查表3-5和有关资料得：Zmax=0.14/wn;Zmin=0.10加=0.022nnfl=0.02"叫X=O.75校核间隙：I2，I+1dI=(0.022+0.02)加九=0.042三>Zmax-Zmin=Oa制;故不合条件，所以，需要调整，调整后d-0.02wbp=0.01w/w;而Ip÷dI=(0.01+0.02»M=0.03ww<Zmax-Zmin=OMmm,故符合条件。将已知条件和查得的数据代入得：凸模尺寸：dp=(J,nin+x)=(5+0.75×04)1三?=5.3%01w7w;凹模尺寸：dd=%+Zm%=(5.135+0.246)廿025=5.3歌:由；凹模孔心距尺寸：Ld=(Lmin+)±=72.2±0.05m;2S第四章毛坯排样、利用率、冲裁力、拉深力等计算及压机选用4.1 毛坯排样本工序的落料冲裁件只是简单的图形，查表3-13得搭边数值a=.5nnax=.5mm故条料宽度：B=(125+2×1.5)nm=128“?,步距：s=(125+1.5)Z7?=126.5nnt材料牌号及规格：10钢2000三*1000三毛环尺寸：条料1.5mm*l28mm*2000m = -× 100% =BL15×-×12824128×2000× 100% = 75.3%4.2 计算材料利用率式中n为条料上实际冲裁的零件个数，L为条料长度，B为条料宽度，Al为一个零件的实际面积。4.3 计算各冲裁工序的冲裁力、卸料力、推件力、顶件力及公称压力1 .冲裁力的计算：(F-冲裁力，L-冲裁周边长度，b-材料抗拉强度，t材料厚度，k为系数，常取k=L3)落料：F=KLtT0=(i3××25×103×1×103×300×1O6)2V=153075N;冲姬相机孔：F=ATLrr0=(1.3×-×5×IO-3×1×103×300×IO6)2V=61237V;2 .卸料力(F)、推件力(Fr)及顶件力(FD)的计算查表3T1得片已、kpu>kl分别为0.05、0.055、0.06；Fx=kreF=(0.05×153075)N=7653.75N;落料：F=nkpuF=(1×0.055×153075)N=8419.125/V;Fd=kupF=(0.06×153075)N=91845NFx=kreF=(0.05X6123)N=306.15N;冲婚相机孔：F=nkpuF=(1×0.055×6123)N=336.765N;Fd=kupF(0.06X6123)N=367.38N3 .压力机公称压力的确定落料：工二/+工+6=(7653.75+8419.5+9184.5)N=25257.75N;冲6mm孔：F2=F+Fx+Ft=(306.15+336.765+367.38)N=IolO.28N;4.4计算各拉深工序的压边力、拉深力及确定压力机公称压力1 .压边力、拉深力的计算(1)首次拉深：(拉深¢75Wm)对于同形件压边圈时：F=kdtb;(K一修正系数)，拉深¢75加时k=1;F1=kxdtb=(l7r75XIO-3×l×103×300×106)V=70650N;(九一材料抗拉强度，k一修正系数，由表6-27查得)压边力：Fq=s×q;(s压边圈下毛坯的投影面积，q一单位压边力，由表6-27查得)；对于同形件，第一次拉深时的压边力：O=?。2_(4+23)2=-1252-(75+2x9)2×106×3×106=16864.155N;4(2)第二次拉深：(拉深。61次机)因为(0.090.17)(&-1)=(0.090.17)(-1)=0.03330.06288;而工=0.01639,采用压边圈d61拉深力：F2=k27ltb=(0.95××6×IO-3×1×IO-3×300×IO6)V=54588.97V;=-J12-(J2+2¾J2压边力：4=；752-(61+2×5.8)2×10'6×3×106)yV=2099.6/V;(3)第三次拉深：拉深力：FLkgMh=(0.90×3.14×50×10-3×l×103×3OO×1O6)7V=423907V;Fqi=d12-(d3+2RdJ2q压边力：4=-752-(50+2×3.5)2×10-6×3×106)=5595.48/V;42 .确定压力机公称压力在实际生产中，一般按总的拉深力小于或等于压力机公称压力的50%60%来选择，根据以上计算的各次拉深拉深力，故选择：第一次拉深的工称压力为：F(70650×10%O)N=141300N;取F=160KN;第二次拉深的公称压力为：F(54588.9l°%()N=109176N;取F=160KN;第三次拉深的公称压力为：F(423901°%0)N=84780N;取F=1()()KN;4. 5压力机选用1 .落料因为落料的压力机工称压力计算为25257.75N,查表1370(工艺模具设计手册),选择公称压力为300KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：100nrni;行程次数：80次miT;公称压力时，滑块离下死点距离：7mm；最大封闭高度：300mm；工作台尺寸：630mm(左右)、420mm(前后)。2 .冲°5mm孔冲3x05mm孔的压力机公称压力计算为IO10.28N,查表13-10,选择公称压力：40KN的开式可倾工作台压力机；滑块行程：40mm；行程次数：200次minT；公称压力时，滑块离下死点距离：3mm；最大封闭高度：160mm；工作台尺寸：280InIn(左右)、180mm(前后)。3 .第一次拉深查表选择公称压力为160KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：80mm；行程次数：100次minT；公称压力时，滑块离下死点距离：6mm；最大封闭高度：250mm；工作台尺寸：560mm(左右)、300mm(前后)。4 .第二次拉深查表13-10,选择公称压力为160KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：70mm；行程次数：115次minY公称压力时，滑块离下死点距离：5mm；最大封闭高度：220mm；工作台尺寸：450mm（左右）、300mm（前后）。5 .第三次拉深查表13-10,选择公称压力为100KN的开式可倾工作台压力机，滑块行程：70mm；行程次数：115次minT；公称压力时，滑块离下死点距离：5mm；最大封闭高度：220mm；工作台尺寸：450mm（左右）、300mm（前后）。第五章各工序的模具设计5.1 落料模（1）模架的选用模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查（冲压工艺与模具设计实用技术表265）得模架规格为：模架：1.=315mmB=250mm,H=I80220mm,h=50mm,h2=60mm,S=280nm,R=45mm0（2）其它零部件结构落料凹模将由连接件固定在下模座上，凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用嵌入式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为50X91查冲压工艺与模具设计实用技术表278导柱导套选用标准件，其规格分别为：导柱：40mm×200mm；冲压工艺与模具设计实用技术表253导套：58mm×120mm查冲压工艺与模具设计实用技术表255卸料螺钉为圆柱头内六角式：M12xl00;卸料弹簧：4×18×75（如下图04）Z图04落料模5. 2冲孔3-°5mm（1）模架的选用模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查（冲压工艺与模具设计实用技术表265）得模架规格为：模架：1.=250mmB=200mm,H=190-220mm,hj=45mm,h2=50mm,S=280mm,R=45mmo（2）其它零部件结构落料凹模将由连接件固定在下模座上，凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用嵌入式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为50X91查冲压工艺与模具设计实用技术表278导柱导套选用标准件，其规格分别为：导柱：40mm×200mm；冲压工艺与模具设计实用技术表253导套：58mm×120mm查冲压工艺与模具设计实用技术表255卸料螺钉为圆柱头内六角式：Ml2x100;卸料弹簧：4×18×75（如下图05）图05冲孔模冷冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，被广泛地运用在机械、电子、汽车、航空、轻工业（如自行车、照相机、五金、日用器皿等生产）等领域有广泛的应用。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等,与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包冷压模一定会得到更普及地应用。通过近几个月的冲压工艺模具毕业设计，我完成了以下任务：1.分析“锥口罩”的冲压工艺性,提出了几种可供选择的工艺方案并进行比较;2.在方案比较的基础上,确定选出了最优的工艺方案，并制定了详细的工艺路线3.按选择的工艺路线计算参数，确定毛坯尺寸、各工序的制件尺寸及总工序图；4.绘制落料和冲孔的总装模具结构设计图及其中主要的零件图。5.撰写含以上内容的毕业设计说明书。通过这次毕业设计我在很多方面都得到了提高。在理论上，对以前的基础知识得到了巩固和提高，在实际操作中，熟练了一些绘图软件及一些办公软件，强化了独立完成任务的能力，让我得到了很好的训练，为以后步入社会参加工作打下了比较坚实的基础。由于时间和条件有限，水平和检验的不足，本设计还存在许多不足和有待改进之处，殷切希望老师和同学们批评和指正。参考文献12004机械制图，高等教育出版社，何铭新、钱可强主编,20042模具设计与制造简明手册，上海科学技术出版社，冯炳尧、韩泰荣、殷振海、蒋文森主编.，19853冲压成形工艺及模具设计，华南理工大学出版社，夏琴香主编，4互换性与测量技术基础，机械工业出版社，王伯平主编，20045冲压工艺与模具，电子工业出版社，吴伯杰主编,20046冲压模具与制造，化学工业出版社，薛敬翔主编,20047冷冲压成形工艺与模具设计制造，化学工业出版社，付宏生主编,20058冲压工艺与模具设计实用技术，机械工业出版社，郑家贤主编,20059冲压成形工艺与模具设计，科学出版社，李奇涵主编，2007本设计在周爱娇老师的悉心指导和严格要求下业已完成。从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着周爱娇老师的心血和汗水。感谢你从设计一开始到结束都那么认真严谨的指导，帮助我们解决那么多的问题，不断为我们开拓思路，精心点拨并不断鼓励我们，使学生受益匪浅。在此向周爱娇老师表示深深的感谢和崇高的敬意，同时也要向那些在毕业设计中指导和协助我的同学表示衷心的感谢。不积蹉步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向南昌大学科技学院机械系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们四年来的辛勤栽培。附录：UG建模图