端盖冲压工艺与模具设计综述模板.doc

毕业设计说明书题 目:端盖冲压工艺及模具设计 年级、 专业: 机械 0807401 姓 名: 杨 笑 学 号: 15 指 导 教 师: 付 文 智 完 成 时 间: 摘 要本设计是对给定产品图进行冲压模具设计。冲压工艺选择是经查阅相关资料和和对产品形状仔细分析基础上进行；冲压模具选择是在综合考虑了经济性、零件冲压工艺性和复杂程度等很多原因基础上进行；产品毛坯展开尺寸计算是在方便建设又不影响模具成型前提下简化为所熟悉模型进行。文中还对冲压成型零件和其它相关零件选择标准及选择方法进行了说明，另外还介绍了多个产品形状毛坯展开尺寸计算方法和简化模型，和冲压模具设计所需要使用多个参考书籍查阅方法。【关键词】工艺、工艺性、冲压工序、冲压模具、毛坯展开尺寸AbstractThis project is a press die designation based on the original product. The election of press process is based on consulting correlation datum and analyzing the form of manufactured product meticulous; The election of press die is based on synthesis considerations on economical efficiency、the processing property of part and complex degree iso many factors; Calculating the work blank of manufactured product unfold dimension is lined feed on the premise of calculation convenience but without contribution die confectioning simplified frequent application cast. In the test, to introduce the election principle and means of press confectioning art and miscellaneous rapport part, otherwise also introducing calculation means on the work blank from of many kinds of product unfold dimension and simplified cast, and the means of looking up on the reference books of designing press die.【key words】The craft； the technology capability； press process; punch die; The unfold dimension of the work blank.目 录序言 第一章 零件图及工艺方案拟订 1.1 零件图及零件工艺性分析 6 1.2 工艺方案确实定 7第二章工艺设计 2. 1 计算毛坯尺寸 82. 2确定排样和裁板方案 9 2. 3 工序合并和工序次序 102. 4 计算各工序压力 112. 5 压力机选择 12第三章 模具类型及结构形式选择3. 1落料、拉深、冲孔复合模设计 13第四章 模具工作零件刃口尺寸及公差计算4. 1落料、拉深、冲孔复合模 14第五章 模具零件选择，设计及必需计算 5. 1落料、拉深、冲孔复合模 17第六章 压力机校核 6. 1落料、拉深、冲孔模压力机校核 23第七章 模具动作原理及综合分析7. 1 落料、拉深、冲孔模动作原理 24第八章 凸凹模加工工艺方案 8. 1 凹模、凸模加工工艺路线 258. 2 模具装配 29第九章 设计心得 31第十章 致谢辞 32【参考文件】33前 言伴随经济发展，冲压技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎全部有冲压加工生产，它不仅和整个机械行业亲密相关，而且和大家生活紧密相连。冲压工艺和冲压设备正在不停地发展，尤其是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压和液压成形、超塑性冲压等多种冲压工艺快速发展，把冲压技术水平提升到了一个新高度。新型模具材料采取和钢结合金、硬质合金模具推广，模具多种表面处理技术发展，冲压设备和模具结构改善及精度提升，显著地延长了模具寿命和扩大了冲压加工工艺范围。因为冲压工艺含有生产效率高、质量稳定、成本低和可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，和日常生活用具等行业应用很广泛，占有十分关键地位。伴随工业产品不停发展和生产技术水平不停提升，冲压模具作为个部门关键基础工艺装备将起到越来越大作用。能够说，模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平关键指标。现在中国模具技术人员短缺，要处理这么问题，关键在于职业培训。我们做为踏入社会现代学生，就应该掌握扎实专业基础，现在学好理论基础。毕业设计是专业课程理论学习和实践以后最终一个教学步骤。期望能经过这次设计，能掌握模具设计基础方法和基础理论。第一章 零件图及工艺方案拟订1.1零件图及零件工艺性分析一、零件图 图11）工件图：图11所表示名称：端盖材料：Q235板厚：1mm二、零件工艺性分析端盖所用材料为碳素结构钢Q235,其力学性能以下：=304373Mpa,b=432461 Mpa, s=235Mpa。因为图样上未注公差等级，属自由尺寸，确定其精度等级为IT13级，大、中批量生产。该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，属于一般冲压件，但有几点应该注意：依据工件形状分析，该工件为圆筒形件,所以在加工时要考虑到整形工序；零件底部是有孔筒形件，所以必需得考虑这一筒形件成型方案；拉深h/d较大，要考虑能否一次拉成，且最终一次拉深成型是应注意确保R2圆角；大批量生产，应重视模具材料选择和模具结构确实定，确保模具寿命；制件较小，从安全考虑，要采取合适取件方法，模具结构上设计好推件和取件方法。1.2、工艺方案确实定一、零件底部通孔成型方案确实定底部7个通孔可有多个成型方案：第一个方案：拉深成型后再在底部冲孔；第二种方案：先在底部冲一小孔，然后在拉深成型。 若采取第一个孔成型方案，工序集中，工件质量较高，适合大、中批量生产，图样上对工件精度工件要求不是很高情况下，能够采取；第二种方案先在底部冲预制小孔，在拉深过程中预制孔会变形，而且拉深也会出现缺点，因为变形不均匀，拉深直壁质量也不好。综上，采取第一个成型方案。二、工序安排对工序安排，拟有以下多个方案：.落料 - 冲孔 - 拉深 整形.落料 拉深 冲孔 整形.落料 拉深 整形 冲孔对于方案，先冲孔再拉深，在拉深过程中预制孔会变形，而且拉深也会出现缺点，因为变形不均匀，拉深直壁质量也不好。方案将整形放在冲孔后面，即使使模具制造比较简单，可是整形前毛坯尺寸要求较高，计算复杂，且精度不易确保；方案将冲孔放在最终，很轻易确保工件精度，且没有出现方案问题，故此方法为最好方案。总而言之，最终确定采取方案。第二章 工艺设计2.1 计算毛坯尺寸一、确定拉深次数选定修边余量 查冲压手册表45，确定=1.2mm计算工件表面积为了便于计算,将该零件分成若干个简单几何体计算圆筒直壁部分表面积:A1=d(h + ) =3.14109(17 + 1.2) =6229.132 R2圆球台部分表面积: A2=2(d。/2 + 2r/) r/2 =23.14(109/2 + 5/3.14) 3.142.5/2 =1382.6205底部表面积为： A3=d。2/4 =3.141092/4 =9326.585 则工件总面积为： A= A1 + A2 + 9326.585 =6229.132 + 1382.6205 + 9326.585 =16938.3375预算毛坯直径D依据毛坯表面积等于工件表面积标准: D2/4=A D=146.8928(圆整147mm) 确定拉深次数总拉深系数为：m = dn/D = 109/147=0.741由毛坯相对厚度t/D100=1.04查冲压工艺及模具设计P158表2.4.7得第一次拉深系数 m1=0.840.65 能够一次拉成2.2、确定排样和裁板方案这里毛坯直径147mm尺寸比较大，考虑到操作方便，采取单排由冲压工艺和模具设计P45表2.5.2 确定搭边值：工件间：a1=0.8沿边： a=1进距 A=d0+a1=147 + 0.8=147.8 条料宽度 B=d0+2a=147+21=149查冲压模具设计资料 选择 150040001标准钢板裁板方案有纵裁和横裁两种，比较两种方案，选择其中材料利用率较高一个。纵裁时： 每张板料裁成条料数：n1=1500/149=10 余10mm每块条料冲制制件数 n2=（4000-0.8）/147.8 =27 余8.6mm每张板料冲制制件数 n=n1n2=1027=270个材料利用率 =nF /F。100% =27016963.065 /15004000100% =76.33% 横裁时： 每张板料裁成条料数 n1=4000/149=26 余126mm 每块条料冲制制件数 n2=（1500-0.8）/147.8=10 余21.2mm 每张板料冲制制件数 n=n1 n2=2610=260个 材料利用率 = nF /F。100% =26016963.065 /40001500100% =73.51%由上述计算结果可知，应采取材料利用率高纵裁，排样图图21所表示 图2 1）2.3 工序合并和工序次序依据上面分析和计算，此件全部基础工序有落料、拉深、冲孔、整形依据这些基础工序，能够拟出以下多个方案：方案： 落料和拉深复合，其它为基础工序；方案： 落料和拉深复合， 冲孔和整形复合，其它按基础工序；方案： 落料和拉深复合，冲孔、整形为基础工序；方案： 落料、拉深、和冲孔复合，最终整形；方案： 全部基础工序合并，采取连续拉深冲压方法分析上述多个方案：方案复合程度低，在生产量不大情况下，采取这一方案可行，因生产率太低，且使用模具较多；方案将冲底孔和翻边复合，使模具壁厚较小，模具轻易损坏；方案冲孔和整形复合，使工序不好安排，若整形在前，冲孔在后则不能确保凸缘形状和精度，其结构即使处理了壁厚太薄问题，但模具刃口不在同一平面内，所以刃口用钝后，刃磨很不方便，所以不可取；方案采取连续模，将各基础工序合并，生产率高，但将整形单独划分为一个工序，生产率低于第五种方案。方案没有上述缺点，模具复合程度较高，所需模具较少，且模具设计轻易，其制造费用也较低，产品凸缘制造精度也可经过最终一次整形工序来达成，所以选定这一方案。综上，此次需设计模具为落料、拉深、冲孔复合模；2.4 计算各工序压力已知工件材料为Q235,是一般炭素结构钢，其力学性能以下：=304373Mpa,b=432461 Mpa, s=235Mpa。一、落料、拉深、冲孔工序计算 落料力: P1=1.3dt （d=147mm,t=1mm） =1.3 1471350 =210018.9(N)落料卸料力： P2=k卸P1 （查表得：k卸=0.040.05） =0.04210018.9 =8400.756(N)冲孔力(15)： P3=1.3 d孔t =1.3 151350 =21430.5(N)冲孔推件力：P4=nk2p3 (查表2-37 凹模型口直壁高度=6mm,n=h/t=6,k2=0.055)P4= 40.05521430.5 =4286.1 (N)冲孔力(66)： P5=1.3 d孔t =1.3 61350 =8752.2(N)冲孔推件力：P6=nk2p5 (查表2-37 凹模型口直壁高度=6mm,n=h/t=6,k2=0.055)P6= 40.0558752.2 =1885.844(N)拉深力： P7=dntbK3 (b取461) =3.1410914610.9 =14.674(N)整形力：整形力可根据下式计算： F整形 = Aq式中 F校平力，单位 N ； A校平投影面积（整圆角部分投影面积）mm2 ，A = （d026d12 d22）/4 = （1092662152）/4= 2860 mm2 ； q单位校平力，查冲压工艺和模具设计表69（ P161 ）可知q =90MPa 。将A和q 值代入F整形 = Aq即可得整形力F整形= 286090 = 257400 N 。依据以上计算和分析,这一工序最大总压力为： P=P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 =210018.9+8400.756+21430.5+4286.1+8752.2+1885.844+14.674 =396778.014(N) 总压力完全能够满足整形所需。2.5 压力机选择依据以上计算和分析，再结合车间设备实际情况，选择公称压力为400KN开式双柱固定台可倾压力机（型号为J2340）能满足使用要求。压力中心确实定模具压力中心是指冲压时诸冲压力协力作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模压力中心和压力机滑块中心重合。不然，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机使用寿命。因为该制件毛坯及各工序均为轴对称图形，而且只有一个工位，所以压力机中心肯定和制件几何中心重合。第三章 模具类型及结构形式选择 依据确定工艺方案和零件形状特点，精度要求，预选设备关键技术参数，模具制造条件及安全生产等，选定模具类型及结构形式。3.1 落料、拉深、冲孔复合模设计 只有在拉深件高度比较高时，才能采取落料、拉深复合模，这是因为浅拉深若采取复合摸，则落料凸模（肩拉深凹模）壁厚会太薄，造成模具强度不足。本模具中，凸凹模壁厚最小值 bmin=26.46mm能够确保强度，故采取复合模结构是合理。 落料、拉深、冲孔复合模常采取经典结构，即落料采取正装式，拉深采取倒装式。工件厚度通常（t=1mm）,故采取弹性卸料装置，弹性卸料装置除了卸料作用外，在拉深时，还能够起到压边作用。 顶件时采取弹性顶件装置,弹性力由橡皮产生,由托杆将力传到工件上,将工件顶出;推件是采取刚性推件装置,将工件从凸凹模中推出。落料、拉深、冲孔复合模结构形式以下页 图31）所表示。 图31）第四章 模具工作零件刃口尺寸及公差计算4.1 落料、拉深、冲孔复合模落料刃口 工件外形落料凹模采取整体结构，直刃口形式。这种刃口强度很好，孔口尺寸不随刃口刃磨而增大，适适用于形状复杂、精度要求高工件向上顶出要求。落料基础尺寸为147mm。查冲压手册表228，可得凸、凹模刃口极限偏差： 凸 = 0.025 mm 凹 = 0.040 mm。 = 0.025 + 0.040 = 0.065查冲压手册表223，可知凸、凹模初始双面间隙Z为： Zmin = 0.15； Zmax = 0.19. Zmax - Zmin = 0.19 0.15= 0.04 Zmax - Zmin ，故凸、凹模分开加工。又工件尺寸D-=147-0.63mm 。又查冲压手册表230得磨损系数X=1 。落料尺寸由凹模刃口决定，计算以凹模为基准： D凹 = （D-X）+凹 = 146.37+0。040 D凸 =（D-X-Zmin）-凸 = 146.22 -0.025 计算冲孔（6）模凸、凹模刃口尺寸查冲压手册表228，可得凸、凹模刃口极限偏差： 凸 = +0.008 mm 凹 = 0.012 mm。 = 0.008 + 0.012 = 0.02查冲压手册表223，可知凸、凹模初始双面间隙Z为： Zmin = 0.15； Zmax = 0.19。 Zmax - Zmin = 0.190.15 = 0.04 Zmax - Zmin ，故凸、凹模分开加工。又工件尺寸D-=6+ 0.18mm又查冲压手册表230得磨损系数x = 1 。冲孔尺寸由凸模刃口决定，计算以凸模为基准： D凸= （d+x-Zmin）-凸 = 6.03-0.008 mm D凹= （D凸+Zmin）+凹 = 6.18+0.012 mm计算冲孔（15）模凸、凹模刃口尺寸查冲压手册表228，可得凸、凹模刃口极限偏差： 凸 = +0.011 mm 凹 = 0.018 mm。 = 0.011 + 0.018 = 0.029查冲压手册表223，可知凸、凹模初始双面间隙Z为： Zmin = 0.15； Zmax = 0.19。 Zmax - Zmin = 0.190.15 = 0.04 Zmax - Zmin ，故凸、凹模分开加工。又工件尺寸D-=15+ 0.27mm又查冲压手册表230得磨损系数x = 1 。冲孔尺寸由凸模刃口决定，计算以凸模为基准： D凸= （d+x-Zmin）-凸 = 15.12-0.011 mm D凹= （D凸+Zmin）+凹 = 15.27+0.018 mm计算拉深部分刃口尺寸 拉深件尺寸以内径为准，基础尺寸为108mm，公差=0.54。计算时以凸模为基准，间隙取在凹模上。查冲压手册表474（P305）得其单面间隙C = 11.1t ，取C = 1.1t = 1.3 mm 查冲压手册表476得拉深模凸、凹模制造公差分别为： 凸= 0.025，凹= 0.040 。凸、凹模刃口尺寸计算以下：D凸=（d + 0.4）-凹 =（108 + 0.40.54）-0.025 =108.216-0.025 mmD凹=(d + 0.4+ 2C)+凹 =（108 + 0.40.54 + 21.3）+0.040 = 110.816+0.040 mm拉深凸模圆角半径R凸= 0.5mm ；拉深凹模圆角半径R凹= 1.5mm 。第五章 模具零件选择，设计及必需计算5.1、落料，拉深、冲孔复合模成形零件 一、凸模凸模材料选择T10A，淬火硬度达成62HRC。采取带肩凸模（图5-1所表示为冲孔凸模、图52所表示为落料凸模） 图5-1）图5-1）二、凹模落料凹模实际最大外形尺寸b =147 mm 查冲压工艺及模具设计P68得K =0.19凹模厚度： H=kb =0.19147 =27.93 mm(取28mm)凹模壁厚： C=（1.52）H=1.628=44.8mm所以,凹模最大外形尺寸为：L=D+2C =147+244.8 =236.6mm（圆整取277mm）凹模材料选择T10A，淬火硬度达成62HRC。凸凹模采取台阶式结构，采取固定板固定，这么简化了模具结构，节省了材料成本。外形尺寸图5-3所表示 图5-3） 支撑固定零件上、下模座中间联以导向装置总体称为模架。通常全部是依据凹模最大外形尺寸D。选择标准模架。凹模最大外形尺寸为237 mm237 mm，选择GB2851.381中后侧导柱模架。模具闭合高度h = 240285mm ，上模座为25025050，下模座为25025065 ，导柱基础尺寸为33mm 。上模座选择GB2855.581 中后侧导柱上模座，材料为HT200、型。其关键参数：L= 250mm B = 250mm、 t = 50mm = 260 mm S = 250mm = 160mm =290mm R = 50mm = 100mm D =50+0.025mm (上模座)下模座选择GB2855.681中后侧导柱下模座，材料为HT200。其关键参数：L= 250mm B = 250mm t = 65mm= 260 mm S = 250mm = 160mm = 290mm R = 50mm = 100mm D =35-0.025mm (下模座)模柄选择凸缘式模柄，参见GB2862.181。材料为Q235型凸缘式模柄。模柄中打杆孔直径为17mm其具体参数为：d = 50mm D = 100mm h = 78mmh2 = 18mm D1= 62mm d1 = 13mmd2 = 18mm d3 =11mm b1 = 11mm (模柄)卸料零件因为工件厚度为1 .5 mm，为确保冲裁件表面平整采取镇压卸料板卸料。依据卸料力大小取卸料板厚度为12mm，依据模座周界大小取卸料橡胶尺寸为25025070橡胶可压缩量为h=H0.3=700.3=21mm凹模深度为3mm，所选橡胶满足使用要求。定位零件 采取两颗导料销和一个固定挡料销定位。固定挡料销在GB2866.1181中选择直径D = 8mm 、d =4mm 、高度h = 3mm 型固定挡料销。这种零件结构简单，制造、使用方便，直接装在凹模上即可 (挡料销) (导料销)凹模上固定挡料销孔和刃口之间壁厚为3mm，大于许可最小壁厚2mm，满足强度要求。故所选挡料销适宜。上、下模座螺钉选择由凹模周界250 250选择M16内六角圆柱头螺钉参考模具各零件具体情况，上模座选择四颗M16X45内六角圆柱头螺钉固定。下模座选择四颗M16X50内六角圆柱头螺钉固定。 ( 螺钉)卸料螺钉 查冲压模具简明设计手册表15-34选择卸料螺钉 选择M16X180圆柱头内六角卸料螺钉 ( 卸料螺钉 ) 其关键参数：d1=20 l=20 d2=30 H=20 t=10 s=14 d3=17 d4=16 d5=13 L=180上、下模座销钉选择由凹模周界250250选择10圆柱销钉 依据模具实际情况 上模座选择两颗1090圆柱销钉定位 下模座选择两颗1090圆柱销钉定位 (圆柱销钉)参考模具各零件具体情况，合理部署螺钉、圆柱销位置，从GB7076和GB11976中选合适规格和尺寸。导向装置 本模具采取圆形导柱、导套式导向装置。导柱和导套之间采取间隙配合，配合精度为H7/R6 。导柱和导套相对滑动，要求配合表面有足够强度，又要有足够韧性。所以材料选择20钢，表面经渗碳淬火处理，表面硬度为5862HRC。导柱选择GB2861.281中B型导柱，直径d = 35mm 、极限偏差为R7 、长度L = 230mm l=65mm。导套选择GB2861.681中A型导套，直径d =35mm 、D=50、极限偏差为H7 、长度L =125mm 、H=48mm 、l=25mm。 第六章 压力机校核6.1 落料、拉深-冲孔模压力机校核1、闭合高度校核所选压力机最大闭合高度为300mm，闭合高度调整量为80mm垫板尺寸为65mm Hmin=300-80=220 此次设计模具闭合高度为260 Hmax-5=295 Hmin+10=230 满足 Hmax-5 HHmin+102、工作台面尺寸校核所选压力机工作台尺寸为：左右：360 前后：250而模具外形尺寸为：250250依据工作台面尺寸通常应大于模具底座5070mm，工作台面尺寸满足其工作台孔尺寸为260，大于废料尺寸，能够漏料3、滑块行程校核滑块行程应确保方便地放入毛坯和取出零件，对于拉深工序，滑块行程应大于零件高度2倍 零件高度2倍=220=40mm而滑块行程为80mm, 滑块行程满足4、电动机功率校核因为此副模具含有拉深，而拉深功较大，可能出现压力足够而功率不足现象。 拉深功：=CFmaxn/1000 =0.714.67410/1000 =994.025718(J) 所需压力机电机功率为：P=Kn/601000 =1.3994.025718100/6010000.70.9 =3.42(kw) 电机功率完全满足。 综上，所选压力机J23-40满足需要。第七章 模具动作原理及综合分析7.1 落料、拉深、冲孔模动作原理本模具在一次行程过程中完成制件落料、拉深、冲孔全部工作当压力滑块下行时，首先在凸凹模20和凹模2作用下，从条料上落下147mm毛坯料，毛坯料被压在凸凹模20和下面有托杆压料块28之间，以后在凸凹模26作用下进行拉深，当压力机滑块靠近下死点时，在凸模12作用下冲出15mm和66mm孔。压力机滑块下降到底点，冲模处于镦死状态，整形处工件和模具刚性接触，当压力机滑块上行时，成形凸模在托杆作用下将制件从凸模上顶出，最终在打杆作用下将制件推出。此次设计模具为复合模，在压力机一次行程中，经一次送料定位，在模具同一部位同时完成几道工序,其冲裁件相互位置精度高,对条料定位精度较低。这两副模具生产率高,冲压件精度高,但模具结构较复杂,制造精度要求高,制造难度大,成本也较高。这种模具适适用于生产批量大,精度要求高,内外形尺寸差较大冲裁件。冲孔废料由凸凹模孔向下排除使操作方便。此次设计模具全部采取手工送料和取件,这关键是考虑到中国人力资源丰富,且手工送料和取件能够使模具结构简单化。所选模架螺钉等零件全部是从标准件中选择,这么可有效降低成本。从安全角度考虑,模具结构还有不足,需要改善。模具图图71所表示）图71）第八章 凸凹模加工工艺方案81凸模,凹模加工工艺路线凹模加工工艺卡南充职业技术学院工艺过程综合卡片产品名称端盖零件名称凹 模零件图号第4页材料牌号12MoVCr12Mov 毛坯种类铸件零件重量 kg毛重尺寸261x75净重性能每 台件 数每 件 批 数工序号工 序 内 容加工车间设备名称及 编 号工艺装备名称及编号技术等级工时定额夹具刀具量具单件1粗 车 外 圆机加工车间三爪卡盘外圆粗车刀游标卡尺2精 车 外 圆机加工车间三爪卡盘外圆精车刀游标卡尺3钻 孔机加工车间三爪卡盘钻孔刀游标卡尺4镗 孔机加工车间三爪卡盘镗刀游标卡尺5车 断机加工车间三爪卡盘车断刀6钻 孔机加工车间专用夹具钻 头游标卡尺7攻 螺 纹钳工车间专用夹具螺纹刀凸凹模加工工艺卡南充职业技术学院工艺过程综合卡片产品名称轴碗零件名称凸凹模零件图号第5页材料牌号12MoVCr12Mov 毛坯种类铸件零件重量 kg毛重尺寸203x200净重性能每 台件 数每 件 批 数工序号工 序 内 容加工车间设备名称及 编 号工艺装备名称及编号技术等级工时定额夹具刀具量具单件1粗 车 外 圆机加工车间三爪卡盘外圆粗车刀游标卡 尺2精 车 外 圆机加工车间三爪卡盘外圆精车刀游标卡 尺3车 槽机加工车间三爪卡盘车断刀游标卡 尺4钻 孔机加工车间三爪卡盘钻头游标卡 尺5镗 孔机加工车间三爪卡盘镗刀6车 断机加工车间