拉深冲压复合模毕业设计方案.doc

1 分析零件工艺性 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工难易程度。即使冲压加工工艺过程包含备料冲压加工工序必需辅助工序质量检验组合、包装全过程，但分析工艺性关键要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，多种工序中工艺性又不尽相同。即使同一个零件，因为生产单位生产条件、工艺装备情况及生产传统习惯等不一样，其工艺性涵义也不完全一样。这里我们关键分析零件结构工艺性。 该零件是空气滤清器壳，从图1.1中我们能够看出该零件精度要求不是很高，但要求有较高钢度和强度。在零件图中，尺寸为IT14级，其它尺寸未标注公差，能够按自由公差计算和处理。零件外形尺寸为，属于中小型零件，料厚为1.5mm。 图1-1空气滤清器壳 下面分析结构工艺性。因为该零件为轴对称旋转体，故落料片肯定是圆形，其冲裁工艺性很好。零件为带法兰边圆筒形件，且、全部不太大，拉深工艺性很好，圆角半径R3、R6全部大于等于2倍料厚，对于拉深全部很适合。所以，该壳体零件冲压生产要用到冲压加工基础工序有：落料、拉深（拉深次数可能为数次）。用这些工序组合能够提出多个不一样工艺方案。2 确定工艺方案2.1 计算毛坯尺寸因为板料在扎压或退火时所产生聚合组织而使材料引发残余方向性，反应到拉深过程中，就使桶形拉深件口部形成显著突耳。另外，假如板料本身金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑不均匀等等，也全部会引发冲件口高低不齐现象，所以就必需在拉深厚零件口部和外缘进行修边处理。这么在计算毛坯尺寸时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯展开尺寸计算。 依据零件尺寸取修边余量值为4mm。 在拉深时，即使拉深件各部分厚度要求发生部分改变，但假如采取合适工艺方法，则其厚度改变量还是并不太大。在设计工艺过程时，能够不考虑毛坯厚度改变。同时因为金属在塑性变形过程中保持体积不变，所以，在计算拉深件毛坯展开尺寸时，能够认为在变形前后毛坯和拉深间表面积相等。 因为此旋转体零件不是简单结构，我们能够用“形心法”来求得。依据久里金法则，对于任何形状母线AB绕轴线YY旋转所得到旋转体面积等于母线长度L和其重心轴线旋转所得周长2x乘积。即旋转体面积 F=2 lx 因为表面积拉深不变薄，所以面积相等，则 即 因为 、由零件给出尺寸可知： 所以能够计算出 D=194mm 因为设计零件要在一个复合模中完成正反拉深，所以中间有一个正拉深转反拉深过程，我们能够把这两步分开来计算中间尺寸。因为 其中 则 中间过程零件图2.1所表示。 图 2-1 2.2 计算拉深次数在考虑拉深变形程度时，必需确保使毛坯在变形过程中应力既不超出材料变形极限，同时还能充足利用材料塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度许可条件下，采取最大变形程度，即极限变形程度。极限拉深系数值能够用理论计算方法确定。即使得在传力区最大拉应力和在危险断面上抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值通常是在一定拉深条件下用试验方法得出，我们能够经过查表来取值。 该冲压工件需要正反拉深两个过程，所以能够分别计算其拉深系数来确定拉深次数。 2.2.1 正拉深对于正拉深其实际拉深系数为： 且材料相对厚度为 凸缘相对直径为 凸缘相对高度为 由此能够查出 因为凸缘相对高度0.44小于最大相对高度0.5，且实际拉深系数0.52大于最小极限拉深系数0.50，所以正拉深过程能够一次拉深成功。2.2.2 反拉深对于反拉深其实际拉深系数为： 且材料相对厚度为 凸缘相对直径为 凸缘相对高度为 由此能够查出 因为凸缘相对高度0.48小于最大相对高度0.65，且实际拉深系数0.79大于最小极限拉深系数0.51，所以反拉深过程也能够一次拉深成功。2.3 确定工艺方案依据以上分析和计算，能够深入明确该零件冲压加工需要包含以下基础工序:落料、正向拉深和反向拉深。 依据这些基础工序，能够拟出以下多个工艺方案： 方案一 优异行落料，再正拉深，最终进行反拉深，以上工序过程全部采取单工序模加工。方案二 落料和正拉深在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行反拉深。方案三 落料、正拉深和反拉深全全部在同一个复合模中一次加工成型。方案四 采取带料连续拉深，或在多工位自动压力机上冲压成型。分析比较上述四种方案，能够看出：方案一 用此方案，模具结构全部比较简单，制造很轻易，成本低廉，但因为结构简单定位误差很大，而且单工序模通常无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。 方案二 采取了落料和正拉深复合模，提升了生产率。对落料和正拉深精度也有很大提升。因为最终一道反拉深工序是在单工序模中完成，使得最终一步反拉深工序精度降低，影响了整个零件精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。方案三 此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大提升。没有中间取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能确保加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具结构也很紧凑，外廓尺寸比较小，但模具结构和装配复杂。方案四 采取带料连续拉深或多工位自动压力机冲压，能够取得较高生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用压力机或自动送料装置。模具结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 依据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、正反拉深在同一复合模中完成。这么既能确保大批量生产高效率又能确保加工精度，而且成本不高，经济合理。 3 关键工艺参数计算3.1 确定排样、裁板方案加工此零件为大批大量生产，冲压件材料费用约占总成本60%80%之多。所以，材料利用率每提升1%，则能够使冲件成本降低0.4%0.5%。在冲压工作中，节省金属和降低废料含有很关键意义，尤其是在大批量生产中，很好确实定冲件形状尺寸和合理排样降低成本有效方法之一。 因为材料经济利用直接决定于冲压件制造方法和排样方法，所以在冲压生产中，能够按工件在板料上排样合理程度即冲制某一工件有用面积和所用板料总面积百分比来作为衡量排样合理性指标。 同时属于工艺废料搭边对冲压工艺也有很大作用。通常，搭边作用是为了补充送料是定位误差，预防因为条料宽度误差、送料时步距误差和送料歪斜误差等原所以冲出残缺废品，从而确保冲件切口表面质量，冲制出合格工件。同时，搭边还使条料保持有一定刚度，确保条料顺利行进，提升了生产率。搭边值得大小要合理选择。依据此零件尺寸经过查表取搭边值为 进距方向 于是有 进距 条料宽度 板料规格拟用1.5mm800mm1600mm热轧钢板。因为毛坯面积较大所以横裁和纵裁利用率相同，从送料方便考虑，我们能够采取横裁。裁板条数 8条余16mm每条个数 4个余16.5mm每板总个数 材料利用率 计算零件净重G 式中 密度，低碳钢取。内第一项为毛坯面积，第二项为底孔废料面积，第三项（）内为切边废料面积。3.2 确定各中间工序尺寸整个冲压过程包含落料、正拉深和反拉深三个过程，在正反拉深过程中，因为是一次冲压成型，所以各次拉深凸、凹模圆角尺寸必需和零件要求相一致，则正拉深凸模圆角为 3mm正拉深凹模圆角为 3mm正拉深高度为 46mm反拉深凸模圆角为 6mm反拉深凹模圆角为 3mm反拉深高度为 40mm第一个过程为落料正向拉深，成型后图3.1所表示。图3-1 正向拉深第二个过程为反向拉深，成型后图3-2所表示。图3-2 反向拉深3.3 计算工艺力、初选设备3.3.1 落料、正拉深过程(1) 落料力平刃凸模落料力计算公式为 式中 P 冲裁力（N） L 冲件周围长度（mm） t 板料厚度（mm） 材料抗冲剪强度（MPa）K 修正系数。它和冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多个原因相关。其影响范围最小值和最大值在（1.01.3）P范围内，通常k取为1.251.3。在实际应用中，抗冲剪强度值通常取材料抗拉强度0.70.85。为便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度80%。即 所以，该冲件落料力计算公式为 (2) 卸料力通常情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需力称卸料力。影响这个力原因较多，关键有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸和润滑情况等。所以要正确地计算这些力是困难，通常见下列经验公式计算：卸料力 式中 F 冲裁力(N) 顶件力及卸料力系数，其值可查表。 这里取为0.04。所以 (3) 拉深力带凸缘圆筒形零件拉深力近似计算公式为 式中 圆筒形零件凸模直径（mm） 系数，这里取1.0。 材料抗拉强度（MPa）所以 (4) 压边力压边力大小对拉深件质量是有一定影响，假如过大，就要增加拉深力，所以会使制件拉裂，而压边圈压力过小就会使工件边壁或凸缘起皱，所以压边圈压力必需合适。适宜压边力范围通常应以冲件既不起皱、又使得冲件侧壁和口部不致产生显著变薄为标准。压边力大小和很多原因相关，所以在实际生产中，能够依据近似经验公式进行计算。 式中 D毛坯直径（mm） d冲件外径（mm） q单位压边力（MPa） 这里q值取2.5。所以 3.3.2 反拉深过程(1) 反拉深力通常反拉深力要比正常拉深力大20%。即 所以有 (2) 顶料力逆着冲裁方向顶出卡在凹模里料所需要力叫顶料力，顶料力经验计算公式为： 式中 F冲裁力（N） 顶料力系数，这里查表取0.04。所以有 3.3.3 拉深功计算拉深所需功可按下式计算 式中 最大拉深力（N） h 拉深深度（mm） W拉深功（Nm） C修正系数，通常取为C=0.60.8。所以 Nm3.3.4 初选压力机压力机吨位大小选择，首先要以冲压工艺所需变形力为前提。要求设备名义压力要大于所需变形力，而且还要有一定力量贮备，以防万一。从提升设备工作刚度、冲压零件精度及延长设备寿命见解出发，要求设备容量有较大剩下。最新见解认为，我们只需要使用设备60%-70%容量，甚至50%，即取工艺变形力2倍。上述设备吨位选择标准，对于冲裁、弯曲等工序已不存在什么问题。但对于本设计所使用拉深，可能还不保险。因为拉深和冲裁不一样，最大变形力不是发生在冲床名义压力位置，而是发生在拉深成型中前期，这时即使最大变形力小于压力机名义压力，但最大变形力发生位置远离名义压力位置而不保险。于是就需要用到压力机许用力行程曲线。 对于此次设计复合模，依据工艺力大小和出现位置，查表初选吨位为1250KN。 4 模具结构设计4.1 模具结构形式选择采取落料、拉深复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）壁厚是否过薄。此次设计中凸凹模壁厚为 能够确保足够强度，故采取复合模。模具落料部分能够采取正装式，正拉深部分采取倒装式，反拉深部分采取正装式。模座下缓冲器兼作压边和顶件，另外还设有弹性卸料装置弹性顶件装置。这种结构优点是操作方便，出件通畅无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具结构变复杂,要简化能够采取刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上不便，结合此次设计综合考虑，采取弹性卸料板。从导向精度和运动平稳和具体规格方面考虑，能够采取中间导柱模架（GB/T2851.51990）。4.2 模具工作部分尺寸计算4.2.1 落料虫裁模刃口是尖锐锋利，多为直角，故冲裁模刃口尺寸是指光而得到平滑面，所以落料件外径尺寸应等于凹模内径尺寸，冲孔件内径尺寸应等于冲头外径尺寸。模具两刃口尺寸中总有一个基准尺寸，设计和制造模具时，可分别依据工件精度要求，决定第一件为基准件，把间隙取在另一件上。故落料件以凹模为基准，冲孔以凸模为基准。模具工作部分加工时要注意经济上合理性，精度太高，则制造困难、成本高；精度太低，则又可能加工不出合格产品。所以，模具精度应随工件精度要求而定，这么才会有好经济性。冲裁件尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分尺寸。冲裁间隙合理也要靠凸、凹模刃口部分尺寸来实现和确保。所以正确确定刃口部分尺寸是相当关键。在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下标准： a落料件尺寸取决于凹模尺寸，冲裁件尺寸取决于凸模尺寸。b考虑到冲裁时凸、凹模磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大数值。这么，在凸模磨损到一定程度情况下，能冲出合格零件。c在确定模具刃口制造公差时，要既能确保工件精度要求，又要确保合理间隙数值。通常模具制造精度比工件精度高24级。对于落料 式中 落料凸模直径（mm） 落料凹模直径（mm） D 工件外径公称尺寸（mm） 冲裁工件要求公差X 系数，为避免多数冲裁件尺寸全部偏向于极限尺寸，此处可取X=0.5。、凹、凸模制造偏差，这里能够按IT7来选择，其值全部为0.046。 实用间隙最小值，能够经过查表选择 所落下料（即为拉深坯料）按未注公差自由尺寸IT14级选择极限偏差，故落料件尺寸取为，还必需满足下列公式 有 所以满足条件。 落料凹模外形尺寸确实定 凹模厚度 凹模壁厚 式中 b冲裁件最大外形尺寸 K系数，考虑坯料厚度t影响，其值可查表取，K=0.2。 所以有 调整到符合标准，凹模外径设计尺寸为mm。4.2.2 正拉深拉深模直径尺寸确实定标准，和冲裁模刃口尺寸确实定基础相同，只是具体内容不一样，这里不在复述。正拉深时，因零件是标注外形尺寸，故拉深件外径尺寸为。由式 以上各式中，冲头制造偏差及按公差IT8选择，其值全部为0.072，间隙C可查表取值。有 4.2.3 反拉深反拉深件按未注公差极限偏差考虑，且因零件是标注内形尺寸，故拉深件内径尺寸取为。由式 式中 制造偏差和按IT8选择0.072，C值取1.65。有 5 选择模架、确定闭合高度5.1 模架选择由凹模外形尺寸，选择中间导柱模架（GB/T2851.51990）在按其标准选择具体结构尺寸以下上模板 HT250下模板 ZG450导 柱 20钢 导 套 20钢凸缘模柄 Q235 模具闭合高度 MAX 350mm MIN 305mm该副模具没有漏料问题，故无须考虑漏料孔尺寸。5.2 模具闭合高度所谓模具闭合高度H是指模具在最低工作位置时，上下模座之间距离，它应和压力机装模高度相适应。模具实际闭合高度，通常为： 该副模具使用上垫板厚度为8mm，凹模固定板厚度为8mm。假如冲头（凸凹模）长度设计为140mm，凹模（落料凹模）设计为130mm，则闭合高度为： 查开式压力机设备参数表知，1600KN压力机最大闭合高度为450mm（封闭调整高度为130mm）。因为模具闭合高度绝对不能大于所选压力机，所以初选1250KN吨位压力机装模高度过小，这里我们采取1600KN开式压力机。故实际设计模具闭合高度为 压力机装模高度必需符合模具闭合高度要求。其关系式为 式中 、压力机最大和最小装模高度 H模具闭合高度 所以有 故闭合高度设计合理。5.3 压力中心因为该零件落料、拉深均为轴对称形状，故无须进行压力中心计算。6 模具关键零部件结构设计6.1 落料凹模落料凹模内外形尺寸和厚度在前面计算中已算出，这里需要有三个螺纹孔，方便和下模板固定，而且还需要有两个和下模板同时加工销钉孔，在其内圈设计了限位倒角，以限制压边圈行程。在落料凹模上还有一个销孔，用来安装挡料销。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。落料凹模零件图图6.1所表示。图6-1 落料凹模6.2 凸凹模凸凹模工作部分尺寸在前面设计计算中已经算出，这里依据零件加工深度设计出凸凹模内外形尺寸。在凸凹模上设计了四个螺纹孔，方便和上模板固定，而且同时配作两个销钉孔。在其内部设计了限位倒角，以限制压边圈行程，在上圆口设计了安装反拉深凸模沉槽。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。凸凹模零件图图6.2所表示。图6-2 凸凹模6.3 反拉深凸模反拉深凸模工作部分尺寸在前面设计计算中已经算出，这里依据零件反拉深拉伸深度设计出凸模内外形尺寸。在反拉深凸模上设计了三个推杆孔，方便安装推杆。在其内部设计了透气孔，以使拉深后冲压件不受空气压力而紧紧地包住在凸模上能顺利脱下。在顶端设计了圆凸缘结构，方便装配在凸凹模上和上模板固定。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。反拉深凸模零件图图6.3所表示。图6-3 反拉深凸模6.4 反拉深凹模反拉深凹模工作部分尺寸在前面设计计算中已经算出，这里依据零件反拉深深度设计出凹模内外形尺寸。在反拉深凹模上设计了三个螺纹孔，方便和下模板固定。在其内部设计了一个螺纹大孔，用以安装碟型弹簧。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。反拉深凹模零件图图6.4所表示。图6-4 反拉深凹模6.5 弹性卸料板弹性卸料板尺寸能够依据弹簧数目和外径来计算。作为冲模卸料或推件用弹簧，是属于标准零件。标准中给出了弹簧相关数据和特征曲线，我们能够按需要选择。通常选择弹簧（材料为65Mn弹簧钢）标准，应该是在满足模具结构要求前提下，确保所选择弹簧能够给出要求作用力和行程。为了确保冲模正常工作，在冲模不工作时候，弹簧也应该在预紧力作用下产生一定预压紧量，这时预紧力应为为了确保冲模正常工作所必需弹簧最大压紧量为：式中 弹簧最大许用压缩量 弹簧预紧量 工艺行程 余量，关键考虑模具刃磨量和调整量，通常取510mm因为卸料力为14825N，初定弹簧根数为8根，则每根弹簧上卸料力为图6-5 弹性卸料板依据所需预紧力和弹簧总压缩量，参考弹簧选择表，初选弹簧规格，弹簧直径D=60mm，弹簧丝直径d=10mm，序号为85号。在反拉深凹模上设计了三个螺纹孔，方便和下模板固定。在其内部设计了一个螺纹大孔，用以安装碟型弹簧。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。反拉深凹模零件图图6.5所表示。6.6 上垫板垫板作用是直接承受和扩散凸模传输压力，以降低模座所受单位压力，预防模座被压出陷痕而损坏。在设计中我们把垫板外形尺寸和凸凹模外形尺寸相匹配，其厚度我们设计为8mm。在上垫板上设计了三个推杆孔，方便安装推杆，还有四个螺钉孔和两个销孔，这些全部是为了和凸凹模和反拉深凸模上多种固定零件安装相匹配。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。上垫板零件图图6.6所表示。 图6-6 上垫板6.7 凹模固定板凹模固定板作用是对凹模进行限位止动，以求得位置保持一定和可靠方向性。在设计中我们把凹模固定板外形尺寸和落料凹模和反拉深凹模外形尺寸相匹配，其总厚度我们设计为24mm。在凹模固定板中间设计了一个高16mm凹模固定块，是为了固定反拉深凹模。在固定板上设计了三个顶杆孔，方便安装顶杆，还有七个螺钉孔和两个销孔，这些全部是为了和落料凹模和反拉深凹模上多种固定零件安装相匹配。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。凹模固定板零件图图6.7所表示。图6-7 凹模固定板7 选定冲压设备7.1 压力机规格冲压设备选择是冲压工艺过程设计一项关键内容，它直接关系到设备安全和使用合理，同时也关系到冲压工艺过程顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、板料性能和规格、成本高低等一系列关键问题。在前面设计中，我们已经对冲压设备吨位和闭合高度等参数进行了确定。这里依据前面所算出来各项数据。查表选择压力机，其关键具体参数以下 公称压力 1600KN滑块行程 160mm行程次数 40/次最大封闭高度 450mm封闭高度调整量 130mm工作台尺寸 1120710mm柄孔尺寸 7080mm工作台板厚 130mm电动机功率 15KW7.2 电动机功率校核对于此次设计因为行程比较长，设备吨位即使足够，但设备含有功不一定能满足拉深要求。碰到这种情况，可能出现拉深时压力机行程速度减缓，甚至会损坏设备电动机。为此，还需要对拉深功进行核实。因为 Nm 所以，压力机电动机功率可按下式进行核实 式中 W拉深功（Nm） n压力机行程次数（次/min） N电动机功率（KW） 压力机效率， 电动机效率， K不均衡系数，所以有 经核实后拉深所需要功率小于压力机电机功率15KW，符合要求、8 模具总装图8.1 模具总装配由以上设计计算，并经绘图设计，该空气滤清器壳落料、正反拉深复合模装配图图7-1所表示。图7-1 落料、正反拉深复合模装配图8.2 模具零件该复合模关键零部件在模具结构设计中已经进行了仔细设计，其它非标准零件能够依据需要按国家标准选择使用。全部零件明细表见表7.1。 表7-1 落料、正反拉深复合模零件表件号名 称数量材 料规 格（）标 准热 处 理1上模板1HT250500x400x60调质处理2弹 簧885号GB2089.1-3弹性卸料板1Q275460x380x184圆柱销216x70GB/T119.1-5凸凹模1Cr12270x220x1406062HRC6上垫板145270x220x84348HRC7推 板140110x124045HRC8凸缘模柄1Q23570x100JB/T7646.3-19949打 杆14020x1604348HRC10反拉深凸模1Cr12140x945862HRC11推 杆34010x804348HRC12螺 钉4M10x30GB/T70.1-13上压边圈14581x244852HRC14螺 钉4M16x50GB/T70.1-15螺 钉4M16x150GB2867.6-8116左导套12050x160x70渗碳5862HRC17左导柱12050x320渗碳5862HRC18右导套12055x160x70渗碳5862HRC19右导柱12055x320渗碳5862HRC20落料凹模1Cr12360x1305862HRC21凹模固定板145360x330x84348HRC22圆柱销216x160GB/T119.1-23下压边圈14598x264852HRC24顶 杆316x180JB/T7650.3-19944348HRC25反拉深凹模1Cr1298x265862HRC26碟形弹簧19号GB/T1972-27螺 钉3M10x50GB/T70.1-28顶料板14584x164348HRC29螺 钉3M16x80GB/T70.1-30下模板1ZG450500x400x75调质处理31挡料销34516x13JB/T7649.10-19944348HRC。参考文件 【】郑家贤. 冲压工艺和模具设计实用技术.北京：机械工业出版社，.【】冲模设计手册编写组.冲模设计手册.北京：机械工业出版社，1999.【】刘心治.冷冲压工艺及模具设计.重庆：重庆大学出版社，1995.【】卢险峰.冲压工艺模具学.北京：机械工业出版社，1997.【】周大隽.冲模结构设计要领和范例.北京：机械工业出版社，【】中国机械工程学会锻压学会.锻压手册.北京：机械工业出版社，.【】钟毓斌.冲压工艺和模具设计.北京：机械工业出版社，. 【】彭建声.简明模具工实用技术手册.北京：机械工业出版社，.【】模具制造手册编委会.模具制造手册.北京：机械工业出版社，1992. 【10】苏伟 姜庆华.具概论.人民邮电出版社