油封盖冲压工艺分析及模具设计-毕设论文.doc

油封盖冲压工艺分析及模具设计摘要用模具技术生产的制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低消耗等特点。由此可见，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。本论文详细的论述了冲压模具的全过程。冲压模具即是在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备。该零件是离合器壳体，该产品的模具采用了由送料机自动给料的加工方法、成本低、生产效率高。该产品的精度要求一般，结构简单。关键是怎样实现机器自动给料，从而省去人工给料的过程。本文还主要论述了冲裁零件的结构工艺分析、凹凸模刃口尺寸的设计计算、冲裁排样与定位元件的设计、冲压力及压力中心的计算和模具的主要零件的结构设计等。改进后的模具可实现自动化，大大降低了成本，提高了生产效率。关键词： 落料、冲孔、模具间隙33Abstract Die technology to produce products with high accuracy, high complexity, high consistency, high production efficiency and low consumption and so on. Thus, die technology has become the measure of a country manufacturing an important indicator of the level determines the product quality, efficiency and new product development capability. This paper discusses in detail the whole process of stamping dies. Stamping die that is in the process of stamping, the material (metal or non-metallic) processing into parts(orsemi-finished products) of a special technical equipment. The parts are baffle, the product of mold using an automatic feeding from the feeder processing methods, low cost and high efficiency. The general accuracy of the product, simple structure. The key is how to achieve an automatic feeding machine, thus eliminating the need for manual feeding process. This article also discusses the major processes of structural stampings, embossing Edge Design Calculation, blanking layout and positioning components, design, red center of pressure and stress calculation and the main part of the structure of mold design. The improved mold can be automated, significantly reducing costs and improve productivity. Key words: blanking, punching, die gap 1、冲压工艺分析 (1)制件材料塑性较好，对拉伸、成形比较合适 。 (2)从制件形状看，属阶梯形拉伸件。阶梯形件的拉伸与圆筒形件的拉伸基本相同。其基本考虑的问题是阶梯件是否可以一次拉成。 （3）毛坯尺寸计算采用一种新的方法，按拉伸件体积不变原则，毛坯直径 按如下公式计算: 式中：T材料体积；t材料厚度。按图1可计算得：D=70.9mm，毛坯相对厚度为tD100=(1.570.9)=0.36,查表得相应筒形件极限拉伸系数为0.50，前者小于后者，可以判断不能一次拉伸成形。小阶梯直径与大阶梯直径之比d2d1=2449=0.49,接近极限拉伸系数0.5，按阶梯形件的多次拉伸原则，先拉出小阶梯法兰件。考虑到直接在壁部修边会使模具结构复杂，成本高，不易操作，在小阶梯法兰件上修边，然后将法兰翻边拉伸大台阶，以保证端口平齐。（4）为保证孔尺寸13.5+00.27mm及同轴度要求，冲孔需放在最后一道工序进行。由上述分析，可初步确定工序顺序为：落料拉伸（小阶梯）修边拉伸（大阶梯）冲孔。从模具结构上分析，小阶梯落料拉伸能否一次拉伸成形需在后面进行工艺计算验证。 2、工艺设计 （1）从工件图倒推各工序图，拉伸工序图可以确定为如图（d）所示。（2）为保证图（d）中尺寸240+0.13mm，其上道工序需适当加大此处直径。根据经验，上道工序直径可定为24.2mm。 按拉伸体积不变原则，可以计算出法兰直径：D=65.5mm。考虑到零件尺寸精度及表面质量要求较高，拉伸间隙比较小，零件局部变薄较严重，可按计算值减少3%，取法兰直径为63.6mm。 由此可以设计出修边工序的工序图，见图（c）。（3）按图（c）加上修边余量即可得出修边前法兰直径，根据相对法兰直径dfd=63.625.5=2.5；df=63.6mm，查表得修边余量为单边2.5mm，修边前法兰直径为：63.6+5=68.6mm,取为69mm。即可设计出拉伸工序图，见图（b）。（4）图2（b）为典型的带法兰筒形拉伸件，相对法兰直径：dfd=2.51.3，属于宽法兰件。 根据图2（b）可以计算零件所用毛坯直径D0=75.6mm，取毛坯直径75mm。 根据毛坯的相对厚度tD0=1.575=0.02及相对法兰直径dfd=2.5查表得第一次极限拉伸系数为m=0.37，零件的拉伸系数m=dD0=（24.2+1.5）75=0.34，小于极限拉伸系数，不能一次拉伸成功，需要进行多次拉伸。 宽法兰筒形件第一次拉伸拉成零件要求的法兰直径，在以后的拉伸工序中法兰直径保持不变，只是逐渐的缩小圆筒部分的直径。因为即使法兰直径产生很小的收缩变形，也能引起筒壁传力区过大的拉力使其不能承受而破坏，造成筒壁拉裂。 在保证第一次拉伸成形的法兰直径不再变化的前提下，第一次拉伸后得到根部与底部的圆角半径较大的中间毛坯，在以后各道拉伸工序中毛坯的高度基本保持不变，仅缩小圆筒部分的直径和 圆角半径，这种方法制成的零件表面光滑平整，厚度均匀，不存在中间工序中圆角部分的弯曲与局部变薄的痕迹。查表得第二次极限拉伸系数m2J=0.73.初步确定各工序拉伸直径，d1=m1JD0=0.3775=27.75mm,d2=m2Jd1=0.7327.75=20.25mm。 从上面计算可以看出，需要俩次拉伸。在多工序拉伸中，拉伸系数的选取直径影响拉伸件质量。考虑到首次拉伸后材料产生硬化，使变形区变形抗力增加，第一次拉伸选取的拉伸系数可以加大一些，直径可以加大到d1=34mm，此时实际第二次拉伸系数m2=d2d1=（24.2+1.5）（34-1.5）=0.77，大于第二次极限拉伸系数0.73，由此可见，首次拉伸直径取34mm是合理的。 为了确保第一次拉伸已形成的法兰直径在第二次拉伸工序中不再发生收缩变形，应把首次拉入凹模的毛坯面积加大，这些多余材料在第二次拉伸中挤 回到法兰部分，使法兰增厚。这样做一方面可以补偿计算上的误差及材料拉伸过 程中的变厚，另一方面也便于试模时的调整。 图（b）中圆筒部分材料体积的 倍为首次拉伸圆筒部分材料的体 积，计算出首次拉伸高度h=12mm，即可设计出落料拉伸工序图，见图2（a） 综上所述，工艺方案最终修订为：落料拉伸二次拉伸修边筒形件拉伸冲孔，各工序图如下： 图1(a) 图1 (b) 图1 (c) 图1 (d) 图1（e）3、工艺计算：3.1、落料拉伸复合模工艺计算 （1）排样、材料利用率模具采用单排排样设计,查表3-10得，搭边值a=1.0，a1=1.2送料步距A=D+a=75+1=76图2(排样图)采用双排挡料销挡料时 B=（D=2a1+）0-=（75+2.4+1）0-1材料利用率=S1/AB100%=()/(4AB)100%=71.4% 材料利用率 ； S1 一个步距内零件的实际面积（mm2）； A 送料步距（mm）； B 送料宽度（mm）；（2）计算工序压力 落料力计算F落= KLt=1.3 Lt 式中： 落料力（KN)； K 安全系数，一般可取K=1.3； L 冲裁轮廓周长（mm），L=3.1475=235.5mm； T 料厚（mm），t=1.5mm 材料的抗剪强度（Mpa）；查表得 =360MP 落料力则为：F落=1.3360235.51.5=165.3KN 卸料力F卸=K卸F落 F卸 卸料力（N）； K卸 卸料力系数（查表知K卸=0.05）； F落 冲裁力（N)； 则： F卸=0.05165.3=8kN 推件力 = nF落=0.05165.3=8.265kN 式中： 推件力（N)； 推件力系数（查表3-8知K推=0.05）； F落 冲裁力(N)； 拉伸力计算 tD=1.575=0.021.5，因此采用压边圈 按式（6-17） =F拉 拉深力（N)； d 拉伸件直径（mm）,d=34-1.5=32.5mm 材料抗拉强度（Mpa）； =400Mpa K修正因数。拉伸系数 m=dD=(34-1.5) 75=0.43 查表6-11得修正系数 k=1，则 F拉=13.1432.51.5400=61.23kN 压边力 压边力FQ用下式计算 FQ=AP 式中，A-压边圈面积，A=4D2-（d1+2R凹）2=3128mm2 P单位压边力，由表6-13查得P=3MPa 则压边力为： FQ=3106312810-6=9.38 kN 故总压力为： F总=F落+F卸+F推+F拉+F压=165.3+8+8+61.23+10.76=253kN 拉深力 对于深拉伸可用式（4-38）F压（1.72.2）（F+FQ）=2（9.38+61.23）=141kN 式中：F压压力机的公称压力（N）； F 拉伸力（N）； FQ压边力（N）。 压力机的选取 参照冷冲模设计表1-3，选用JB23-63压力机，其主要技术参数为： 标称压力：630kN 滑块行程：100mm 最大装模高度：400mm 工作台尺寸：570mm860mm 模柄尺寸：50mm70 连杆调节长度：80mm 工作部分尺寸计算 对于工件未注公差可按IT14计算 根据表2-10（落料、冲孔模刃口始用间隙）查得冲裁模刃口双面间隙 Zmin=0.15mm； Zmax=0.19mm .1落料刃口尺寸计算 750-0.74的凸凹模的制造公差由表2-12得： 凸=0.020mm 凹=0.030mm 由于凸+凹=0.05ZmaxZmin=0.04，故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由表2-13查得，X=0.5，则 D凹=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸X）0+（14） =（750.50.74）0+0.185=74.630+0.185 D凸按凹模尺寸配制。 .2拉伸工作部分尺寸计算 拉伸凸模和凹模的单边间隙可按表4-12中式Z/2=1t计算，Z=3mm 由于拉伸工件的公差为IT14级，故凸凹模的制造公差可采用IT10级精度，查附录E3得 凸=凹=0.100mm，按式（4-24）、式（4-25）可求拉伸凸凹模尺寸及公差如下表工件尺寸d凹=（d-0.75）0+凹d凸=（d凹-Z）0-凸310-0.6230.5350+0.10027.5350-0.1003.2二次拉伸模 拉伸力计算 F啦= 式中：F拉 拉深力（N)； d2 拉伸件直径（mm）,d=25.7mm 材料抗拉强度（Mpa）； =400Mpa K修正因数。 拉伸系数 m=dD=(24.2+1.5) （35-1.5）=0.77查表得修正系数K2=0.85。则 F拉=0.853.1425.71.5400=41.16kN 压边力计算压边力FQ（N）的大小按下式求出：FQ=AP式中，A压边面积（mm2） A=dn-12（dn+2R凹）2=3.14432.52(25.7+6)2=40.32mm2 P单位面积上的压力（MPa），查表知 P=3MPa则压边力为：F压=40.323=0.121kN 拉深部分凹凸模尺寸的计算：拉伸凸模和凹模的单边间隙可按表4-12中式Z/2=1t计算，Z=3mm由于拉伸工件的公差为IT14级，故凸凹模的制造公差可采用IT10级精度，查附录E3得 凸=凹=0.100mm，=0.084mm,按式（4-24）、式（4-25）可求拉伸凸凹模尺寸及公差如下表工件尺寸d凹=（d-0.75）d凸=（d凹-Z）24.224.13721.137 查互换性与测量技术表2-3得，落料凹模制造公差等级选择IT8级，凸模制造公差等级选择IT7级，拉深凹模制造公差等级选择IT8级，凸模制造公差等级选择IT7级。 拉伸时压力机吨位的选择： 拉伸时：F压（1.251.4）（F+FQ） F压1.4（41.16+0.121）=57.79kN 因此选择公称压力为630kN的J23-63压力机，其主要技术参数为： 公称压力： 630KN 滑块行程： 120mm 最大封闭高度： 360mm 封闭高度调节量： 90mm 工作台尺寸： 480mm710mm 工作台垫板尺寸： 250mm 模柄孔尺寸： 50mm70mm 工作台厚度： 90mm 垫板厚度： 90mm 最大倾斜角： 303.3、修边 由于此处修边为垂直修边，因此与冲裁工艺相似。 （1）冲裁力 F冲= KLt=1.3 Lt 式中：F冲 落料力（KN)； K 安全系数，一般可取K=1.3； L 冲裁轮廓周长（mm），L=3.1463.6=200mm； T 料厚（mm），t=1.5mm 材料的抗剪强度（Mpa）；查表得 =360MP 落料力则为：F冲=1.33602001.5=140KN （2）卸料力F卸=K卸F冲 F卸 卸料力（N）； K卸 卸料力系数（查表知K卸=0.05）； F落 冲裁力（N)； 则： F卸=0.05140=7kN （3）推件力 = nF落=0.05140=7kN 式中： 推件力（N)； 推件力系数（查表3-8知K推=0.05）； F落 冲裁力(N)； （4）总压力 F总= F冲+F卸+=154kN （5）凸凹模刃口尺寸的 查表2-10得间隙值：Zmin=0.15 Zmax=0.19 查表2-12得凸凹模的制造公差： 凸=0.020mm 凹=0.030mm满足Zmax-Zmin=0.04mm 凸+凹=0.05mm 故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由表2-13查得，X=0.5，则 D凹=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸X）0+（14） =（63.60.50.74）0+0.185 D凸按凹模尺寸配制。 （6）压力机的选择 从满足冲压力要求看，可以初选400KN规格的压力机 J2340其主要技术参数为： 公称压力： 400KN 滑块行程： 100mm 最大封闭高度： 330mm 封闭高度调节量： 65mm 工作台尺寸： 460mm700mm 模柄孔尺寸： 50mm70mm 工作台厚度： 90mm 垫板厚度： 65mm 最大倾斜角： 303.4筒形拉伸 （1）计算压边力：FQ=AP式中，A压边面积（mm2） A=dn-12（dn+2R凹）2=3.14463.62(50.5+12)2=109mm2 P单位面积上的压力（MPa），查表知 P=3MPa则压边力为： F压=1093=327N （2）拉伸力计算 F啦=已知m=5263.6=0.82，由表4-18查得K=0.4008Al的强度极限b=450MPa将K=0.40，d=50.5mm，t=1.5mm，b=450MPa代入上式，即F=0.43.1450.51.5450N=42814N （3）按式（4-37），压力机的公称压力为：F压1.4（F拉+FQ）=1.4（42814+327.25）N=60KN 故压力机的公称压力要大于60KN（4）拉伸模的间隙由表4-12查得拉伸模的单边间隙为： =1.1t=1.11.5，则：Z=3.3mm （5）拉伸模的圆角半径 凹模的圆角半径r凹按表4-13选取， r凹=4t=41.5mm=6mm 凸模的圆角半径r凸等于工件的内圆角半径，即：r凸=0.5mm （6）凸、凹模工作部分的尺寸和公差 由于工件要求内形尺寸，因此凸模为设计基准，凸模尺寸的计算为： 将模具公差按IT10级选取，则=0.10mm 把dmin=49mm,=0.12mm,=0.10mm代入上式，则凸模的尺寸为：dp=（49+0.40.12）0-0.10mm=49.0480-0.10mm 间隙取在凹模上，则凹模的尺寸按式（4-27）计算，即 把dmin=49mm，=0.12mm，Z=3.3mm，=0.10mm 代入上式，则凹模的尺为： dd=（49+0.40.12+3.3）0+0.10=52.3480+0.10mm（7）凹模通气孔由表4-14查得，凸模的通气孔直径为5mm 说明：拉深模具在单动压力机上拉深，压边圈采用平面式的，半成品用压边圈的凹槽定位，凹槽深度小于1mm以便压料，压边力用弹性元件控制，模具采用倒装结构，出件时用卸料螺钉顶出。由于此拉深为非标准形式，需计算模具闭合高度，其中各模板的尺寸需取国标。模具的闭合高度为：H模=H上模+H压+H固+H下模座+25mm式中，25mm是模具闭合时压边圈与固定板间的距离。取H上模=（30+8+14+30）mm=82mm，H压=20mm，H固=20mmH模=（82+20+20+40+25）mm=187mm（8） 设备的选择 从满足冲压力要求看，可以初选160KN规格的压力机 J2316其主要技术参数为： 公称压力： 160KN 滑块行程： 55mm 最大封闭高度： 220mm 封闭高度调节量： 45mm 工作台尺寸： 300mm450mm 模柄孔尺寸： 40mm60mm 工作台厚度： 90mm 垫板厚度： 45mm 最大倾斜角： 353.5冲孔 （1）冲裁力： F冲= KLt=1.3 Lt 式中：F冲 落料力（KN)； K 安全系数，一般可取K=1.3； L 冲裁轮廓周长（mm），L=3.1413.5=42.39mm； T 料厚（mm），t=1.5mm 材料的抗剪强度（Mpa）；查表得 =360MP 落料力则为：F冲=1.336042.391.5=30KN （2）推件力 = nF落=10.0530=1.5kN 式中： 推件力（N)； 推件力系数（查表3-8知K推=0.05）； F落 冲裁力(N)； （3）总压力 F总= F冲+=30kN+1.5kN=31.5kN （4）凸凹模刃口尺寸 查表2-10得间隙值：Zmin=0.15 Zmax=0.19 查表2-12得凸凹模的制造公差： 凸=0.020mm 凹=0.020mm 满足Zmax-Zmin=0.04mm 凸+凹=0.04mm 因此可采用分开加工的方法，查表2-13得因数X=0.5 凸凹模刃口尺寸按（2-2）计算： 凸模： =（13.5+0.50.27）0-0.27mm =13.635 凹模： =13.785（5）压力机的选择从满足冲压力要求看，可以初选160KN规格的压力机 J2316 ，其主要技术参数为： 公称压力： 160KN 滑块行程： 55mm 最大封闭高度： 220mm 封闭高度调节量： 45mm 工作台尺寸： 300mm450mm 模柄孔尺寸： 40mm60mm 工作台厚度： 90mm 垫板厚度： 40mm 最大倾斜角： 354模具主要工作部分的设计4.1落料拉深模具主要工作部分的设计 本设计采用落料拉深复合模，首先要考虑凹凸模的壁厚是否过薄，本次设计凹凸模的最小壁厚为20.5mm，查冲压资料表2-44满足最小壁厚a1.5t=2.25mm的要求，能够保证强度，所以采用复合模。 （1）落料凹模的设计 落料凹模高度为 H=KS（8mm） =（0.2875）mm=21mm S垂直于送料方向的凹模刃壁件最大距离（mm）； K凹模厚度系数 取凹模孔壁至凹模边缘的最小距离 =30mm 送料方向的凹模长度 L=（75+230)mm=135mm 送料方向的凹模刃壁间最大距离（mm)； 送料方向的凹模孔壁至凹模边缘的最小距离（mm)； 凹模结构图如下： 图3 落料凹模 （2）拉深凸模的设计 根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与固定板的配合按H7/m6。材料选用T10A，淬火硬度为5862HRC，根据凸模直径，选择其上通气孔直径为8mm，凸模长度 L= =0mm+20mm+（49.5mm+10.5mm） =80mm 凸模固定厚度（mm）； 压边圈高度（mm）；Y附加长度，包括凸模修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等；具体结构如图： 图4 拉深凸模 （3）卸料装置的设计 卸料装置采用弹压卸料板装置，以方便卸料，由于卸件力较大，拟选用6个弹簧 每个弹簧应有的预压力为： =8000N/6=1333N 卸料板内孔每侧与凸模保持间隙距离0.15mm;厚度根据冲裁件料厚和卸料板宽度取30mm，选择圆形卸料板，卸料板上安装有弹簧，其尺寸为DH=280mm25mm，卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4348HRC。结构简图如下： 图5 卸料板 卸料板上设置6个卸料螺钉，公称直径为14mm，螺纹部分为M11012mm。卸料钉尾部需要留下足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm有误差时可以通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调节。 （4）为了防止拉深时起皱，需用压边圈，压边圈与凸模的单面间隙选为0.3mm，与凹模的单边间隙取0.5mm，压边圈采用45钢制造，热处理硬度为4245HRC。高度选为20mm，其结构如下图： 图6 压边圈 （5）凹凸模设计 结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凸凹模固定板的配合按H7/m6，材料采用T10A，工作部分热处理淬硬6064HRC，其高度为： L= =55mm+20mm+10.5mm =85.5mm 弹簧安装高度； 卸料板高度； 凹凸模工作高度； 结构图如下： 图7 凹凸模 （6）模柄的设计模柄选择螺钉固定式模柄，材料选用A5，热处理硬度4348HRC，依据模具设计尺寸，参考GB700-65，选用II型，具体结构 图8 模柄4.2冲孔模具主要工作部分的设计 （1）冲孔凹模高度的确定 冲孔凹模高度为 H=Kb （15mm） (22) =（0.4213.5）mm =5.67mm 此处取凹模的高度取15mm b最大孔口尺寸（mm）； K凹模厚度系数凹模壁厚：c=（1.52）H（3040mm） =25.67 =11.34mm 根据零件要求，并考虑总体布局，选择圆形凹模板，刃口高度选择10mm，材料采用T10A，工作部分热处理硬度为6064HRC，结构图如下： 图12 冲孔凹模 （2）冲孔凸模的确定根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式凸模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凹模模固定板的配合按H7/m6。材料选用T10A，淬火硬度为5862HRC，凸模长度： L=h1+h2+h =20mm+10mm+10mm =50mm 凸模固定板的厚度（mm）； 工作长度（mm） h附加长度，一般取20mm 图13 拉深凸模 （3）卸料装置的设计 卸料板内孔每侧与凸模保持间隙距离；卸料板周界尺寸与凹模周界尺寸一样，厚度根据冲裁件料厚和卸料板宽度取10mm，选择圆形卸料板，其尺寸为DH=110mm10mm，卸料板采用45钢制造，淬火硬度为5348HRC。结构简图如下： 图14 卸料板卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为16mm，螺纹部分为M1218mm。卸料钉尾部需要留下足够的行程空间。（4）固定板设计凸模的固定方式有直接固定在模座、用固定板固定和快换式固定三种固定方式，这里选用固定板固定，固定板与凸模为过渡配合（H7/n6），根据国标及凹模尺寸选取凸模固定板尺寸DH=110mm20mm，其结构简图如下 图15 凸模固定板(5) 模架的选用模具的闭合高度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，从生产量、模具结构、产品规格和操作方便等方面考虑，选择滑动导向中间导柱圆形模架，查GB/T 2851.690，所选模架具体参数如下：凹模周界：315mm闭合高度(参考)最小：275mm闭合高度(参考)最大：320mm上模座 数量1 规格：315mm55mm下模座 数量1 规格：315mm65mm 导柱 数量2 规格：45mm260mm 50mm260mm 导套 数量2 规格：45mm140mm53mm 50mm140mm53mm导柱与导套结构从标准中选取，尺寸由模架中的参数决定。导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于1015mm，而下模座