油封钢圈拉深模具设计毕业设计论文(1).doc

油封钢圈拉深模具设计摘要：油封钢圈拉深模具的设计是集落料、拉深、冲孔三道工序为一体的复合型模具。经过一些相关资料的查询，推算出该型号的油封钢圈可用复合模具一次成型。并且采用复合模具大大提高了生产效率，产品的质量也能达到所需要求。此套模具的设计一共分为两部分：第一部分，先对零件进行工艺分析，接着对工艺方案进行了比较，最终确定采用拉深复合模加工制件工艺方案。第二部分，设计模具的结构，首先计算主要工作零件的尺寸，选取合适的模具外形尺寸，确定凹凸模工作部分尺寸。然后确定进料方向以及定位方式。确定卸料方式。最后根据各个部件的不同要求制定加工工艺。关键词：复合模；分析计算；模具结构设计；制定工艺0.前言模具在现代生产中，是以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形，是各种工业产品制造的重要工艺设备。模具设计制作的要求是：尺寸精确、表面光洁；结构合理、生产效率高、易于自动化；制造容易、寿命高、成本低；设计符合工艺需要，经济合理。 模具结构设计和参数选择须考虑刚性、导向性、卸料机构、定位方法、间隙大小等因素。模具上的易损件应容易更换。在大批量生产中应采用高效率、高精度、高寿命的模具。冲压拉深复合模，可采用硬质合金作为镶块，以提高寿命。在小批量生产和新产品试制中，应采用结构简单、制造快、成本低的简易模具，如组合冲模、薄板冲模、聚氨酯橡胶模、低熔点合金模、锌合金模、超塑性合金模等。模具已开始采用计算机辅助设计(CAD)，即通过以计算机为中心的一整套系统对模具进行最优化设计。这是模具设计的发展方向。 冷作模具长时间使用后必须磨刃口，研磨后刃口面必须进行退磁，不能带有磁性，否则易发生堵料。弹簧等弹性零件在使用过程中弹簧最易损坏，通常出现断裂和变形现象。采取的办法就是更换，在更换过程中一定要注意弹簧的规格和型号，弹簧的规格和型号通过颜色、外径和长度三项来确认，只有在三项都相同的情况下才可以更换。模具使用过程中冲头易出现折断、弯曲和啃坏的现象，冲套一般都是啃坏的。冲头和冲套的损坏一般都用相同规格的零件进行更换。冲头的参数主要有工作部分尺寸、安装部分尺寸、长度尺寸等。紧固零件，检查紧固零件是否松动、损坏现象，采取的办法是找相同规格的零件进行更换。压料零件如压料板、优力胶等，卸料零件如脱料板、气动顶料等。保养时检查各部位的配件关系及有无损坏，对损坏的部分进行修复，气动顶料检查有无漏气现象，并对具体的情况采取措施。如气管损坏进行更换。冲压模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工，国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。(3)模具扫描及数字化系统，高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。工件的零件图：如图1-1所示生产批量：大批量材料：08钢材料厚度：1.8mm 图1-1 工件图1拉深件工艺性分析（1）拉深工序：落料、拉深、冲孔；（2）材料分析：为08钢，此钢的抗剪强度310MPa；抗拉强度为390MPa；伸长率为32%。此种材料有足够的强度，具有良好的冲压性能，适合冲裁拉深。（3）结构分析：结构相对简单，拉深件底部圆角r1=4mm大于工件的料厚，无需加整形；工件的中间的底孔径d=9mmd1-2r1（d1拉深件内圈直径21.4mm，r1拉深件底部圆角4mm）可以拉深冲孔一次成形。（4）精度分析：精度等级为IT6到IT7之间，为保证精度，取IT6精度，精度要求较高。根据尺寸8.5的公差为0.2，查表公差等级为IT8，精度要求较高。用较精密的冲压拉深即可完成。（5）结论：此工件形状简单，所用材料及厚度和尺寸精度要求均适合拉深成形工艺要求，所以采用拉深成形工艺，不但可以提高零件的强度和刚性，还可以取得更好的经济效益。2拉深工艺方案的确定工艺方案对照见表2-1。表2-1 工艺方案的比较比较项目序号工艺方案排除或选择理由单工序模1单工序模：落料拉深冲孔适于中小批量生产；模具结构简单，但生产成本高而且生产效率低，一次行程只能完成一个工序；同时单工序模很难保证所要求的精度等级。级进模2级进模：落料拉深冲孔对条料宽度或带料要求严格，工件不太平整，有时要校平，同轴度、对称度及位移度误差较大，一般能达到IT11级以下，不适合该工件IT8级左右的要求。复合模3复合模： 落料拉深冲孔复合机床一次行程可完成落料、拉深、冲孔三个工序，生产率较高；达到工件八级精度的要求；比采用级进模制造难度低，适于大批量生产。结论：最佳工艺方案落料拉深冲孔复合模3主要设计计算（1）毛坯直径的计算图 3-1 工件简图如图3-1，根据零件尺寸，其相对高度为：H/d=（8.5-0.9）/（21.4+1.8）=0.328参考冷冲压工艺与模具设计表4-2取修边余量=1.0依图样零件计算尺寸： H=8.5-0.9+1=8.6（mm）d=21.4+1.8=23.2（mm）代入公式 D= = =33.58（mm）D取34（mm）（2）排样方式的确定及其计算参考冷冲压工艺与模具设计表2-14，确定搭边值=1.5 1=2.5。设计排样图，如图（3-2）所示：图 3-2 排样图条料宽度的确定：参考冷冲压工艺与模具设计表2-17取=0.5条料宽（3）拉深次数的计算毛坯的相对厚度： t/D100=（1.8/34）100=5.29参考冷冲压工艺与模具设计表4-6得 m1=0.5, m2=0.7,m3=0.75,m4=0.78 d1 =m1D=0.534=1723.2(d)所以一次拉深可以成形拉深系数m=d/D=23.2/34=0.68m14工作零件尺寸计算为了容易保证冲裁，拉深间隙，刃口尺寸计算采用配合加工法计算，先按照工件尺寸计算出基准件的公称尺寸及公差尺寸，然后配制另一个相配件。（1）拉深凹、凸模圆角计算参考冷冲压工艺与模具设计凹模圆角半径按公式 =3.5凸模的圆角半径rp 取工件圆角半径即 rp =4mm（2）拉深凹、凸模工作尺寸计算参考冷冲压工艺与模具设计表4-14得拉深单边间隙 Z=1t=1.8mm参考冷冲压工艺与模具设计表4-15得d =0.08，p =0.05 dp 凹模的基本尺寸，制件公差，dmin 拉深件内径的最小极限尺寸，dd 凹模的基本尺寸（3）落料凹、凸模工作尺寸计算刃口尺寸有变大（A）、变小（B）和不变（C）三种情况。其计算公式如下：A=(Amax- x)d0B=(Bmin+x)0dC=C平均 0.125一般当冲裁件精度在IT10以上时，x=1冲裁间隙，参考冷冲压工艺与模具设计表2-2 取Z=15%.t=0.27参考冷冲压工艺与模具设计表2-4，凹、凸模的制造公差按d =-0.02，p =+0.03由于落料尺寸是计算得出的尺寸，因此凹模可直接取计算出来的尺寸，即由凹模尺寸算凸模的基本尺寸为 （4）冲孔凹、凸模工作尺寸计算 5模具结构设计（1）模具类型的选择由拉深工艺分析可知，采用落料、拉深、冲孔复合，所以模具类型为复合模。 （2）定位方式的选择因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用落料孔作为精定距，由挡料销定距。而第一件的调料的放置位置因条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。（3）卸料、出件方式的选择因为工件料厚为1.8mm，料厚为较薄厚度，卸料力也不大，故可采用弹性卸料。又因为是复合模具生产，所以采用上出件比较便于操作，同时能提高生产效率。（4）导向方式的选择导柱和导套对生产批量大，要求模具寿命长、工件精度较高的冲模，一般采用导柱、导套来保证上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动的两种。滑动导柱、导套均为圆柱形，其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广泛的导向装置。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合。导套和导柱之间采用间隙配合，根据冲压工序性质、冲压件的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍有不同，对于此次设计，采用H7/f7配合即可。滚动导柱、导套是一种无间隙、精度高、寿命长的导向装置，适用于高速、精密冲裁模以及硬质合金模具的冲压工作，对此次普通拉深模的设计显然不适用。故采用滑动式导柱导套。为了方便安装调整，采用中间导柱的导向方式。（5）弹性体的选择弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性零件，橡胶允许承受的负荷比弹簧大，且安装调整方便，成本低，是在模具中广泛使用的弹性元件。所以采用橡胶作为弹性元件。在模具装配时，根据模具大小确定橡胶的断面面积。6主要零部件设计（1）工作零件的结构设计 凸凹模 结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成台阶式，采用线切割加工做内孔，外表面用车加工，镶嵌进上模固定板上，便于装配和更换。与凸模固定板的配合按H7/m6。其总长L=14+12+8+18=52mm 冲孔凸模 因为所冲的孔为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面利于加工，另一方面便于装配和以后更换。 凹模 凹模采用整体凹模，落料的凹模孔采用线切割机床加工，参考冷冲压工艺与模具设计其轮廓尺寸为凹模厚度 H=kb=0.4234=14.28mm（查表得k=0.42）参考冷冲模国家标准H取14mm凹模壁厚 c=1.5H=21mm参考冷冲模国家标准 凹模直径取D=80mm（2）卸料部件的设计采用卸料板卸条料，尺寸规格为 808。推件块推出成形件尺寸高28mm，与工件接触端的直径25mm，表面粗糙度及精度要求都不太高，采用车加工即可（4）模架的设计 参考冷冲压工艺与模具设计模架选GB/T2855.11冷冲模滑动导向模架A型中间导柱模架。7模具零件加工工艺（1）凸模图 7-1 冲孔凸模图 7-2凸模/冲孔凹模图 7-3 拉深凹模/落料凸模所有工作凸、凹模的材料均选用CrWMn， 热处理需要达到硬度值：HRC 4045（参考模具材料与热处理）。主要的技术要求：尾部与凸模固定板按H7/m6配合零件的加工工艺制定（参考模具制造工艺学）：冲孔凸模 由外圆柱和两端平面组成的（如图7-1所示）。精度要求为IT8级，采用精车可达到要求。为使模具工作部分能够保证精度，刃口部位最后采用平磨后续加工。工艺路线为： 备料球化退火粗车削精车削热处理磨削 （如表7-1所示）表7-1序号工序名称工序内容1备料选用材料为CrWMn的棒料，按尺寸13mm44.5mm切断2退火球化退火，提高料到可加工性3车削按尺寸要求加工出凸模，留单边加工余量0.15mm4精车削精车达到尺寸要求，留研磨余量0.01mm4淬火淬火+低温回火，硬度HRC 40455磨削使得冲孔凸模刃口部分达到所需精度落料凸模：该零件由外圆柱、内孔和两端平面组成，（如图7-3所示），精度为IT8级。工艺路线为：备料锻造退火铣削车削淬火低温回火磨削（见表7-2）表 7-2序号工序名称工序内容1备料按体积不变的原则备一块毛坯，尺寸为3953mm2锻造反复异向锻造3退火球化退火，使得毛坯易加工4铣削铣端面，留0.1的加工余量5车削车外圆及内孔柱面，并保证同轴度，留研磨余量0.01mm6淬火淬火+低温回火，硬度HRC 40457磨削磨削外圆、内孔，使得落料凸模刃口部位达到所需粗糙度和精度拉深凸模：同落料凸模了类似由外圆柱、内孔和两端平面，（如图7-2所示），精度等级为IT8级。工艺路线为：备料锻造热处理铣削车削调质磨削（见表7-3）表 7-3序号工序名称工序内容1备料按体积不变的原则备一块毛坯，尺寸为2551mm2锻造反复异向锻造3热处理球化退火，使得毛坯易加工4铣削铣端面，留0.1的加工余量5车削车外圆及内孔柱面，并保证同轴度，留研磨余量0.01mm6调质淬火+低温回火，硬度HRC 40457磨削磨削外圆、内孔，使得落料凸模刃口部位达到所需粗糙度和精度（2）凹模图 7-4 落料凹模模板如图7-4所示，该凹模为圆板形，用铣削、磨削，由于精度要求不高，型孔、销钉孔用钻、扩、铰，螺纹孔用钻、扩、攻丝，凹模孔用线切割加工。加工路线为：备料锻造球化退火铣平面磨钳工淬火低温回火磨表面线切割，（如表7-4所示）表 7-4序号工序名称工序内容1备料按体积不变的原则备一块毛坯2锻造反复异向锻造，尺寸80143热处理球化退火，提高零件的机械加工性能4铣铣削板料的两端面，上下单边留0.30.5mm的加工余量，并保证上下端面平行度不超过0.008mm5平面磨磨上下面，留余量0.10.2mm，端面对角尺6钳工画线，钻、扩、铰型孔、销钉，钻螺纹孔，打落料孔的穿丝孔7热处理淬火+低温回火8平磨平磨上下面至尺寸精度要求9线切割割型孔卸料板、固定板的加工过程跟凹模类似。8模具的装配工艺复合拉深模的装配过程应分六个总体步骤：（1）组件装配检查标准模架装配精度。组装模柄，先将模柄压入上模板，再钻铰骑缝销钉孔，压入圆柱销钉；然后磨平模柄大端面。在压入过程中，应随时利用角尺检查模柄柄部是否垂直与上模板的上平面。组装凸、凹复合模以及冲孔凸模。将凸凹模、凸模分别压入各自对应的固定板内，保证凸凹模或凸模与固定板的垂直度，并磨平凸模底面；然后放上凹模，磨平凸模和凹模刃口面（2）组装上模即把凸模组合、凹模、凸凹模组合及推件块等装入上模。在装配时翻转上模板找出模柄孔中心，划出中心线和安装用的轮廓周边线；然后按照外轮廓线放正凸模固定板、落料凹模/拉深凸模固定板及落料凹模，初步找正冲孔凸模和落料凹模的位置之后，夹紧上模部分，按照凹模螺孔配钻凸模凸模固定板和上模板的螺钉孔。装入垫板和全部推件装置，用螺钉将上模部分连接起来，不要固定死，并检查顶出器是否灵活。（3）装配下模将拉深凸模/冲孔凹模复合模压入固定板，保证凸凹模和固定板垂直并磨平底面。将卸料板套在凸凹模上，配钻固定板上卸料螺钉的安装孔。将装入固定板上的凹凸模组合，放在下模板上合上上模。根据上模找正凸凹模在下模板上的位置。夹紧下模部分后移去上模，在下模板上划出排料孔线，并配钻安装螺钉的孔和卸料螺钉的孔。加工下模座的排料孔，按凸凹模内孔尺寸每边加大约12mm。用螺钉连接凸凹模固定板，垫板和下模板，并钻铰销钉孔，打入销钉进行定位。（4）调整间隙将上、下模合模，以凸凹模为基准，用切线法精确找正冲模孔凸模位置。如果凸模与凸凹模孔对得不正，可轻轻敲打凸模固定板，利用没有紧固定螺钉进行间隙调整，直到间隙均匀后，钻铰销钉孔，打入圆柱销进行定位。再次检查凸、凹模间隙，如果因钻铰销钉孔而引起间隙变化时，应取出定位销，再次调整，直到间隙均匀为止。（5）安装其他辅助零件安装调整卸料板、导料销、定位销等辅助零件。（6）装配后检查拉深模装配完成后，应对其各部分做一次全面检查。如，模具闭合高度、卸料板上的导料销、挡料销让位孔等是否合适，模具零件是否有装错，漏装以及螺钉是否拧紧等，然后再以切纸样检查合适与否进行试模、调整。注：（参考模具制造工艺学、模具制造技术基础）， 安装时上模座的上端面应和下模座的底面保持平行。试模时落料孔应畅通无阻，保证冲孔废料都不被卡在拉深模具内。并且卸料和顶出工件的机构能顺利卸下调料同时顶出工件。图 8-1 总装图结束语本次设计是有落料、拉深、冲孔的复合模设计。经过多天的查阅资料，老师的指导和与同学的讨论，设计出以上落料、拉深、冲孔的复合模。此次设计是由我独立完成，其中的图形是利用AutoCAD绘制。设计该模具，需要在四个方面进行设计：材料的工艺性分析；相关计算；模具的总体设计以及装配；工作零件的设计。要在这么短的时间内设计出一副复合模具，对我来说是有一定的难度的，设计中存在一些不足，因缺少实际工作经验，有些尺寸精度还不够合理，模具结构不能达到最优化，还待我以后进一步完善。答谢辞感谢老师给我这次做设计的机会，促使学到更多的知识，让我能够学以致用，对我受益匪浅，并感谢老师在我遇到困难时给予我指导，出现错误时及时帮我纠正；感谢室友的帮助，让我体会到互相讨论、互相帮助能有事半功倍的效果，一个人的力量有限，群体的力量不可估量。参考文献1 李剑鹤.冷冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，2007. 2 吴兆祥.模具材料及表面热处理M.北京：机械工业出版社，2005. 3 李云程.模具制造工艺学M.北京：机械工业出版社，2001. 4 杨桂府.模具制造技术基础M北京：清华大学出版社，2007.模具总装图及零件图（附图）1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. 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