端盖落料拉深冲孔复合模设计.pdf

摘要随着中国工业不断地发展,模具行业也显得越来越重要。本文针对端盖的冲裁艺 性和拉深工艺性,分析比较了成形过程的三种不同冲压艺（单序、复合工序和连续 序）,确定用一幅复合模完成落料、拉深和冲孔的序过程。介绍了端盖冷冲压成形过程,经过对端盖的批量生产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究,按照不降低使 用性能为前提,将其确定为冲压件,用冲压方法完成零件的加工,且简要分析了坯料形状、尺寸,排样、裁板方案,拉深次数,冲压序性质、数目和顺序的确定。进行了艺、压中心、模具工作部分尺寸及公差的计算,并设计出模具。还具体分析了模具的主要零 部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板等）的设计与制造,冲压设备 的选用,凸凹模间隙调整和编制个重要零件的加工艺过程。列出了模具所需零件的详 细清单,并给出了合理的装配图。通过充分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结 构改进、优化设计、优化工艺方法能大幅度提高生产效率,这种方法对类似产品具有一定 的借鉴作用。关键词:端盖;模具设计;复合模;拉深冲孔ABSTRACTWith Chinas industries continue to develop and die industry is also becoming increasingly important.Based on the Cover of the stamping process and the deep drawing process,Comparative analysis of the process of forming three different stamping process(single processes,complex processes and continuous processes)confirm completion of a composite model blanking,drawing processes and punching process.On the cover of the cold stamping process,right after the Cover of the mass production,quality components,and the use of structural components of the analysis,research,in line with lower performance prerequisite to the identification of stampings,Stamping method used to complete the processing components,and a brief analysis of the blank shape,size,layout,the Conference Board,the number of Drawing,stamping processes in nature,number and sequence determination.For the process,the center of pressure,the die size and the tolerance of the calculation,design mold.Also analyzes the mold of the main components(such as punch and die and dump devices,drawing punch,slates,Punch plate,etc.)design and manufacturing,stamping equipment selection,punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process.Die requirements set out a detailed list of parts,and gives a reasonable assembly.By fully utilizing modern manufacturing technology to mold traditional mechanical parts for structural improvements,design optimization,Process optimization methods can greatly enhance production efficiency,the method of similar products have some reference.Keywords:Cover;Mold design;Composite molding;Drawing Punch主要符号表目录!分析零件的工艺性.12确定工艺方案.22.1计算毛坯尺寸.22.2 确定是否要压边圈.32.3 计算拉深次数.32.4 确定工艺方案.43主要工艺参数的计算.53.1 确定排样、裁板方案.53.2 计算工艺、初选设备.63.2.1 计算工艺.6(1)落料.6(2)冲孔.7(3)推件.7(4)拉深.7(5)压边.83.2.2 拉深功的计算.93.2.3 初选压机.93.2.4 计算压力中心.103.2.5 计算凸、凹模刃口尺寸及公差.104模具的结构设计.124.1 模具结构形式的选择.124.1.1 模架的选用.124.1.2 模具的闭合高度.134.2 模具工作部分尺寸计算.134.2.1 落料凹模.134.2.2 拉深凸模.144.2.3 凸凹模.154.2.4 弹压御料板.16主要符号表4.2.5 上垫板.184.2.6 压边圈.195模具的整体安装.205.1 模具的总装配.205.2 模具零件.216 选定冲压设备.227模具的装配.227.1 复合模的装配.227.2 凸、凹模间隙的调整.228重要零件的加工艺过程编制.23结论.26参考文献.27致谢.28附录.30实习报告.371分析零件的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的难易程度。虽然冲压加工 艺过程包括备料冲压加工序必要的辅助序质量检验组合、包装的全过程,但分析工艺性的重点要在冲压加工序这过程里。而冲压加工序很多,各种序 中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件,由于生产单位的生产条件、工艺装备情况 及生产的传统习惯等不同,其工艺性的涵义也不完全样。这里我们重点分析零件的 结构艺性。该零件是端盖,如图1.1,该零件可看成带凸缘的筒形件,料厚t=2mm,拉深后 厚度不変;零件底部圆角半径片1.5mm凸缘处的圆角半径也为R=1.5mm;尺寸公差都 为自由公差,满足拉深工艺对精度等级的耍求。图1.1件图工艺性对精度的要求是一般情况下,拉深件的尺寸精度成在IT13级以下,不宜 高于ITH级;对于精度要求高的拉深件,反在拉深后增加整形工序,以提高其精度,由于材料各向异性的影响,拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的,出现“突耳”现象,需要增加切边序。影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性 对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称,并能一次拉深成形;拉深件的壁厚 公差或変薄量一般不以超出拉深工艺壁厚変化规律;当零件一次拉深的変形程度过大 时,为避免拉裂,需采用多次拉深,这时在保证必要的表面质量前提下,后允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配要求下,取允许拉深件侧壁有一 定的斜度;拉深件的径向尺寸取只标注外形尺寸或内形尺寸,而不能同时标注内、外 形尺寸。工艺性要求材料具有良好的塑性,屈强比/值越小,一次拉深允许的极限変 形程度越大,拉深的性能越好;板厚方向性系数r和板平面方向性系数A反映了材料 的各向异性性能,当r较大或较小时,材料宽度的変形比厚度方向的変形容易,板 平面方向性能差异较小,拉深过程中材料不易変薄或拉裂,因而有利于拉深成形。该零件结构较简单、形状对称,完全由圆弧和直线组成,没有长的悬臂和狭槽。零件尺寸除中心孔和两中心孔的距离尺寸接近ITH级外,其余尺寸均为自由尺寸且无 其他特殊要求,利用普通冲裁方法可以达到零件图样要求。零件材料为20号钢,退火 抗拉强度为400Mpa,屈服强度为206Mpa.此材料具有良好的结构强度和塑性,其冲裁 加工性较好。该零件的冲裁性较好,可以冲裁加工,适于大批大量。2确定工艺方案2.!计算毛坯尺寸由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性,反映到 拉深过程中,就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外,如果板料本身的金属结 构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等,也都会引起冲件口高低不齐的 现象,因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的 时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。根据零件的尺寸取修边余量的值为3.6m联在拉深时,虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化,但如果采用适当的艺 措施,则其厚度的变化量还是并不太大。在设计艺过程时,可以不考虑毛坯厚度的 変化。同时由于金属在塑性変形过程中保持体积不変,因而,在计算拉深件的的毛坯 展开尺寸时,可以认为在変形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。对于该零件,可看成带凸缘拉深件。其相对凸缘最大直径”=9=1.7,Ad=3.6mm,故切边前的凸缘直径为:d 70C1ax=d/max+2Ad=116+2x3.6=123mm.2.1因 4=22=53 20,r 1.5毛坯直径:Omax=、.;+4dh.2.2llld-A l J=a/1232+4x70 x38=160mm毛坯形状如图2.1图2.1毛坯图2.2 确定是否需要压边圈坯料相对厚度xlOO%.2.3D=X100%=1.2%m,查表得凸=0.030相机,凹=0.040mm校核间隙:1b凸丨+丨b凹丨VZmax-Zmm条件,但相差不大,可作如下调整:JPI II 111FX 4.3橡胶的压与压缩量之间不是线形关系,橡胶的压缩时产生的压按下式计算:式中F=AP.4.4A橡胶的横截面积P橡胶与单位压边(M&),其值与橡胶的压缩量,形状及尺寸有关计算橡胶的自由高度,由下式自(3.5 4)工作 4.53=2“自=4x(2+1+5)计算橡胶的装配高度,由下式=自”预.4.6按公式计算得:“预=(0.1 0.15)“自.4.7“预=0.13x30=4mmH L=30 4=26mm图4.4弹性卸料板4.2.5 上垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压,以降低模座所受的单位压,防止模 座被压出陷痕血损坏。在设计中我们把垫板的外形尺寸与凸凹模的外形尺寸相匹配,其厚 度我们设计为10mm。在上垫板上设计了一个推杆孔,以便安装推杆,还有四个螺钉孔以及 两个销孔,这些都是为了与凸凹模和拉深凸模上的各种固定零件的安装相匹配的。在图屮 标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。上垫板的零件图如图4.5所示。图4.5上垫板4.2.6 压边圈在这个设计中,压边圈借助顶杆所施的顶件,既起到压边的效果,又起来把拉深 件顶出拉深凸模,设计高度为15mm,如图4.6图4.6压边圈5模具的整体安装5.I模具的总装配由以上的设计计算,并经绘图设计,该端盖落料、拉深、冲孔复合模装配图如图5.1所示。图5.1总体装配图5.2模具零件该复合模的主要零部件在模具的结构设计中已经进行了仔细的设计,其余的非标 准的零件可以根据需要按国标选取使用。所有零件的明细表见表5.1。表5.1落料、拉深、冲孔复合模零件表件名 称数量材料规格(mm)标 准热处理号1圆柱销2，12x60GB/T119.1-20002上垫板145250 x200 x1043-48HRC3推板140厚度10mm40-45HRC4凸缘模柄1Q235070 x100JB/T7646.3-19945打杆140015x1354348HRC6推杆34006x854348HRC7卸料螺钉4M12xl05GB2867.6-818压边圈145厚度15mm4852HRC9螺钉4M10 x20GB/T70.1-200010导套12028x100 x42渗碳 5862HRC11导柱12028x195渗碳 5862HRC12落料凹模1CrWMn咼 70mm5862HRC13凹模固定 板145250 x200 xl24348HRC14圆柱销2012x100GB/T119.1-200015推件块145,10 x694852HRC16顶杆2，6xl00JB/T7650.3-19944348HRC16冲孔凸模2Crl2，13x305862HRC17螺钉5M12x70GB/T70.1-200018凸凹模固 定板145250 x200 x224348HRC19挡料销345016x13JB/T7649.10-19944348HRC6选定冲压设备冲压设备选择是冲压艺过程设计的项重要内容,它直接关系到设备的安全和 使用的合理,同时也关系到冲压艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效 率、模具寿命、板料的性能与规格、成本的高低等一系列重要问题。在前面的设计中,我们已经对冲压设备的吨位以及闭合高度等参数进行了确定。这里根据前面所算出来的各项数据。查表选择压机,确定选用闭式单点压机 J31-630B,其主要具体参数如下:公称压1000KN滑块行程120mm封闭高度调节量110mm工作台尺寸600 x460mm柄孔尺寸，60X75mm立柱间距离420mm工作台板厚110mm7 模具的装配7.I 复合模的装配复合模一般以凸凹模作为装配基件。其装配顺序为:装配模架,导套与上模座 采用H76配合,导柱与下模座采用尺7/力6基轴制配合;装配凸凹模组件（凸凹模 及其固定板）和凸模组件（凸模及其固定板）；将凸凹模组件用螺钉和销钉安装固定 在指定模座（正装式复合模为上模座,倒装式复合模为下模座）的相反位置上;以 凸凹模为基准,将凸模组件及凹模初步固定在另模座上,调整凸模组件及凹模的位 置,使凸模刃口和凹模刃口分别与凸凹模的内、外刃口配合,并保证配合间隙均匀后 固紧凸模组件与凹模；试冲检查合格后,将凸模组件、凹模和相反模座一起钻餃销 孔;卸开上、下模,安装相取的定位、卸料、推件或顶出零件,再重新组装上、下 模,并用螺钉和定位销紧固。7.2 凸、凹模间隙的调整冲模中凸、凹模之间的间隙大小及其均匀程度是直接影响冲件质量和模具使用寿 命的主要因素之,因此,在制造冲模时,必须要保证凸、凹模间隙的大小及均匀 致性。通常,凸、凹模间隙的大小是根据设计要求在凸、凹模加工时保证,血凸、凹 模之间间隙的均匀性则是在模具装配时保证的。冲模装配时调整凸、凹模间隙的方法很多,需根据冲模的结构特点、间隙值的大 小和装配条件来确定。这里用垫片法来调整。垫片法是利用厚度与凸、凹模单面间隙相等的垫片来调整间隙,是简便而常用的 种方法。其方法如下:按图样要求组装上模与下模,其中一般上模只用螺钉稍微拧紧,下模用螺钉和 销钉紧固。在凹模刃口四周垫入厚薄均匀、厚度等于凸、凹模单面间隙的垫片（金属片或 纸片）,再将上、下模合模,使凸模进入响成的凹模孔内,并用等高垫铁垫起。观察凸模能否顺利进入凹模,并与垫片能否有良好的接触。若在某方向上与垫 片接触的松紧程度相差较大,表明间隙不均匀,这时可用手锤轻轻敲打凸模固定板,使之调整到凸模在各方向与凹模孔内碘片的松紧程度一致为止。调整合适后,在将上模用螺钉紧固,并配装销钉孔,打入定位销。8 重要零件的加工艺过程编制在机械制造中,采用各种机械加工方法将毛坯加工成零件,再将这些零件装配成机 器。为了使上述制造过程满足“优质、高产、低成本”的要求,首先要指定零件的机 械加工艺规程和机器的装配工艺规程,然后按照所制订的工艺规程来进行机械加工 和装配。由于零件的艺过程可以是多种多样的,艺人员的任务是从现有生产条件 出发,制订出一个切合实际的最优艺过程,并将其有关内容用文件的形式规定下来。规定零件机械加工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工艺规程。机械加工艺规程是指导生产的主要技术文件。按照工艺规程进行生产,才能保 证达到产品质量、生产率和经济性的要求。合理的工艺规程在编制后反要满足下述要 求:1.零件所需的序数量要尽量少,并且要减少或不再采用其他加工方法加工。2.零件各工序所采用的设备结构要简单、寿命要长。3.序中所占用的设备要少,尽可能采用生产机械化与自动化。4.生产准备周期要短,所需材料要少,成本要低廉。5.零件的生产艺流程要合理,做到安全生产。6.制出的零件版符合技术要求,并且尺寸精度要高,表面质量要好。7.尽量采用技术等级不高的工人生产,以降低成本。制订机械加工艺规程的原则是:在一定的生产条件下,以最低的成本,按计划 规定的速度,可靠地加工出图纸要求的零件。在编制工艺规程时,应注意以下几个问 题:1.技术上的先进性在编制艺规程时,反尽量采用新艺、新技术、先进设备和新材料,以获得较 高的生产率,但不成加大操作工人的劳动强度,而成依靠设备的先进性来保证。2.经济上的合理性在一定的生产条件下,可能有几种能保证零件技术要求的加工艺方案,此时皮 全面考虑,取根据工序数量、机械加工难易程度、通过核算或分析选择经济效益最隹 的加工方案,以使零件减少序及降低成本。同时,加工精度要求不高的零件,尽量 不使用高精度的加工设备。3.创造必要的良好工作条件在编制艺规程时,必须保证操作人员有良好而安全的工作条件,并保证所加工 的零件的质量合格及减轻工人的劳动强度。本模具选用导套来编制其加艺过程。导套在模具中起定位和导向作用,保证 凸、凹模工作时具有正确的相对位置。为了保证良好的导向,导套在装配后取保证模 架的活动部分移动平稳。所以,在加工过程中除了保证导套配合表面的尺寸和形状精 度外,还成保证导套各配合面之间的同轴度要求。为了提高导套的耐磨性并保持较好 的韧性,导套一般选用低碳钢（20钢）进行渗碳、淬火处理,导套的基本表面是旋转体圆柱体,因此导套的主要加工方法是车削和磨削,对于 配合精度要求高的部位,配合表面还要进行研磨。为了保证导套的形状和位置精度,加工时,粗加工一般采用一次装夹同时加工外圆和内孔,精加工采用互为基准的方法 来保证内孔和外圆的同轴要求。导套的加工艺过程见表8。导套加工应达到的要求见图842材料:20钢 热处理:渗碳层深度0.81.2mm,HRC5862图8 导套表8 加工艺过星表序号工序名称工序内容设备序简图（示意图）1下料按尺寸47加加X105加机切断锯床2车外圆 及内孔车端面保持长度103mm钻O28mm的孔至I）26mm车中42相机的外圆至42.4相机倒角切3mm X 0.5mm的槽至尺寸键28mm的孔至27.6mm僅油槽僅29mm的孔至尺寸倒角车床3车外圆 倒角车45mm的外圆至尺寸 车端面保持长度100mm 倒内外圆角车床4检验5热处理按热处理工艺进行,保证渗 碳层深度0.81.2mm,硬度 58 62HRC6磨内外圆磨42mm外圆达图样要求 磨28mm内孔,留研磨量万能 外圆0.01mm磨床7研磨内孔研磨28mm的孔达图样要求 研磨R2mm的内圆孔车床8检验结论本次设计成功地设计出副落料、拉深、冲孔复合模,在设计过程中对很多艺 进行了详细的计算,在压机的选择上参照了现行选择压机的通用法则。这次设 计解决了采用双动压机进行冲孔、拉深、落料的传统模式,将落料、拉深及冲孔同 时在副装在闭式单动压机上的模具中完成,很大程度的提高了生产效率和制造精 度。很适合中国现在模具高速自动化发展的趋势。参考文献1刘心冶.冷冲压艺及模具设计M.重庆:重庆大学出版社,1998Liu Xinye.Cold stamping technique and Die designM.Chongqing:Chongqing University Press,1998(in Chinese)卢险峰.冲压艺模具学M.北京:机械工业出版社,2000Lu Xianfeng.Stamping technique and die learningM.Beijing:Machine Industry Press,2000(in Chinese)梁柄文.实用板金冲压艺图集M.北京:机械工业出版社,1999Liang Bingwen.Utility plate stamping technique albumM.Beijing:Machine Industry Press,1999(in Chinese)4模具实用技术丛书编委会.冲模设计成用实例M.北京:机械工业出版社,2002Die utility technology series newsroom.Stamping die design apply exampleM.Beijing:Machine Industry Press,2002(in Chinese)5杜东福.冷冲压艺及模具设计M.长沙:湖南科学技术出版社,1990Du Dongfu.Cold stamping technique and Die designM.Changsha:Hunan Science Technology Press.1990(in Chinese)成虹.冲压艺与模具设计M.成都:电子科技大学出版社,2000Cheng Hong.Stamping technique and Die disian M.Chengdu:Electron Technology Uninersity Press,2000(in Chinese)冯柄尧.模具设计与制造简明手册M.上海:上海科学技术出版社,1998Feng Bingyao.Die design and produce simplicity handbookM.Shanghai:Shanghai Science Technology Press,1998(in Chinese)网王树勋,高广升.冷冲压模具结构图册大全M.广州:华南理工大学出版社,1988Wang Shuxun,Gao Guangsheng.Cold stamping die fabric album overallM.Guangzhou:Huanan Science University Press,1988(in Chinese)郑家贤.冲压艺模具设计实用技术M.北京:机械工业出版社,1999Zheng Jiaxian.Stamping technique die design utility technologyM.Beijing:Machine Industry Press,1999(in Chinese)