宽凸缘圆筒件落料拉深复合模具设计说明书.docx

冲压工艺与模具设计课程设计冲压工艺与模具设计课程设计报告设计题目宽凸缘圆筒件落料拉深复合模具设计学生姓名CYX学生学号专业班级学院名称机械与运载工程学院指导老师2016年 9月 9日摘 要随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。本文针对宽凸缘圆筒零件的冲裁工艺性和拉深工艺性，分析比较了成形过程的三种不同冲压工艺（单工序、复合工序和连续工序）。简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、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，凸凹模间隙调整。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图和零件图。关键词：落料；拉深；复合模；凸缘圆筒件目 录1 前言11.1 冲压模具在制造业的地位11.2 拉深工艺概述12 工件尺寸及分析32.1 工件尺寸等基本信息32.2 工件材料分析32.3 结构和精度分析43 工艺分析53.1工序尺寸的计算53.2模具类型的选择83.3排样尺寸的计算104 落料拉深复合模整体方案设计124.1整体工作原理概述124.2各零件作用概述124.3模具的形式134.4判断是否选用压边圈134.5拉深模间隙134.6定位与卸料装置145 零件具体设计155.1 落料凹模155.2 落料拉深凸凹模155.3 拉深凸模165.4 卸料板165.5 凸凹模固定板165.6 垫板的设计175.7 模架175.8 导柱导套176 落料拉深冲压力的计算196.1冲裁力196.2卸料力、推件力和顶件力196.3压边力的计算196.4拉深力的计算196.5压力机的选择20结束语22参考文献231 前言1.1 冲压模具在制造业的地位冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。比如冲裁就是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离的一种冲压工序。而拉深则是利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工序件变成开口空心件的一种成形冲压工艺。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。目前，工业生产中普遍采用模具成形工业方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通的压力机设备每分钟可成形零件几件到几十件，高速压力机的生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪表、等产品，有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，有90%左右的零件时用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专用的工艺设备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。1.2 拉深工艺概述拉深则是利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工序件变成开口空心件的一种成形冲压工艺。拉深件几何形状可分为旋转体件拉深、盒形件拉深和复杂形状件拉深等三类。其中，旋转体拉深件又可分为无凸缘圆筒形件、带凸缘圆筒形件、半球形件、锥形件、抛物线形件、阶梯形件和复杂旋转体拉深件等。用拉深工艺与翻边、胀形、扩口、缩口等其他冲压成形工艺配合，还能制造形状极为复杂的零件。因此在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、电子等工业部门的生产过程中，以及人民日常生活用品的生产中，拉深工艺占有相当重要的地位。为实现拉深工艺所使用的具叫做拉深模。与冲裁模比较，拉深模结构相对较简单，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度，拉深模的一般结构如图1.1所示。图1.1拉深模结构2 工件尺寸及分析2.1 工件尺寸等基本信息工件为一宽凸缘圆筒拉深件，其具体尺寸如图2.1，图2.1 宽凸缘圆筒件拉深高度：19mm；筒形中径：15mm；凸缘直径：41mm；圆角半径：2mm材料厚度：1.0mm；生产批量：大批量；材料：10钢；未注公差：IT14。2.2 工件材料分析10钢为优质碳素结构钢，具有良好的拉深成形性能。其强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。2.3 结构和精度分析零件为一有凸缘的圆筒形件，外形为直线和曲线结合，结构相对比较简单，底部圆角半径为R2，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的结构工艺性。工件加工工序主要由落料工序、拉深工序组成。零件精度为IT14，由于精度要求不高，普通拉深即可达到零件的精度要求。在零件工艺性分析的基础上制定其工艺路线如下：零件的生产包括落料、拉深（需计算确定拉深次数）、翻边切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑工序的复合。3 工艺分析3.1工序尺寸的计算（1）确定切边余量：凸缘直径df=41mm ；中径d=15 ；df/d=41/152.7 （大于1.4，为宽凸缘筒形件。）；查 冲压工艺与模具设计 （魏春雷主编，以下简称 冲模设计 ）表5-6，取修边余量=1.6mm ；则加上切边余量的凸缘直径为Df=df+2=44.2mm 。（2）计算毛坯直径D：由冲模设计表5-7中的公式计算得D=(Df2+4dh-3.44dr)=(44.22+41519-3.44152)54.7mm 。（3）判断能否一次拉深：拉深总系数m总 =d/D=15/54.70.27 ；毛坯相对厚度（t/D）100=（1/54.7）1001.83 ；Df/d=44.2/152.95 ；查冲模设计表5-8取第一次拉深系数m1 =0.31 ；m总 0.04（不满足间隙公差条件）；缩小T，A，提高制造精度 ；T=0.4（Zmax-Zmin）=0.016mm ；A=0.6（Zmax-Zmin）=0.024mm ；所以落料凹模刃口尺寸为DA=（Dmax-x）0+A=（56.5-0.50.74）0+0.024=56.130+0.024 mm 。（2）刃口高度和壁厚：落料凹模刃口高度：薄料取5-7个料厚左右既可，料厚为1mm，故刃口高度取6mm。落料凹模壁厚：c=2H=34mm 。342+56.13=124.13，故设计其外形尺寸为124mm。（3）结构说明：落料凹模通过四个M5的内六角沉头螺钉与卸料板固定。底部有四个M8的螺纹孔，用以与下模座固定，安装时由两个6的销孔实现定位。上表面有一个深度为10mm，直径为6mm的挡料销孔用以安装挡料销，在模具工作时，实现板料的纵向定位。5.2 落料拉深凸凹模（1）充当落料凸模作用的刃口尺寸：由上文可知T=0.4（Zmax-Zmin）=0.016mm ；故充当落料凸模作用的刃口尺寸为DT=（DA-Zmin）-T0=（56.13-0.100）-0.0160=56.03-0.0160 mm 。（2）充当拉深凹模作用的尺寸：Dd=(Dmax-0.75)0d=(28.8-0.750.52)00.04=28.400.04 ；圆角半径rd1=4.2mm 。5.3 拉深凸模（1）拉深凸模尺寸：Dp=(Dmax-0.75-2Z)d0=(28.8-0.750.52-21.2)-0.020=26-0.020圆角rp1=4.2mm 。（2）结构说明：拉深凸模上的通孔道为排气孔，用以防止在拉深过程中凸模与零件之间形成密闭空间。如果气体被封闭在凸模与零件之间，会产生一定的气压，影响零件的成形和脱模。5.4 卸料板（1）尺寸设计卸料板的尺寸要和凹模的一致，所以我们计算出落料凹模的外形，也就确定了卸料板的外形，卸料板的厚度我们设计为8mm，其中导料槽的深度占5mm。根据落料凹模的尺寸，从而可以确定卸料板的尺寸124mm8mm。（2）卸料板材料的选择卸料板主要的功能是卸料，同时还有对凸模保护的作用，所以强度和硬度都有具有较高的要求，所以我们一般情况下都选择45号钢。45钢是常用的优质碳素结构钢，经过调质处理后，具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。（3）卸料板整体精度的确定外轮廓精度要求不高，所以使用IT14级，表面粗糙度Ra6.3。内轮廓精度的要求要高于外轮廓，因此使用IT11级，表面粗糙度为Ra3.2。上下表面要经常接受碰撞冲击，精度要求较高。因此使用IT11级，表面粗糙度为Ra3.2。螺钉孔和销，导向槽具有定位功能，所以精度要求高，使用IT7级，表面粗糙度Ra3.2。5.5 凸凹模固定板凸凹模固定板的作用主要是固定落料拉深凸凹模，保证其有足够的强度，使落料拉深凸凹模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。落料拉深凸凹模与凸凹模固定板的配合按H7/m6。则凸凹模固定板的高度H固 =（0.60.8）H落料凹模 。=（0.60.8）25 = 1520 mmH落料凹模为落料凹模工作部分的高度，大约为25mm。根据模具需要选择凸凹模固定板厚度15.5mm。5.6 垫板的设计垫板外形尺寸参考落料凹模的尺寸，选择垫板厚度为8.5mm。故垫板尺寸为124 mm8.5mm。5.7 模架 若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。由于本例只需一个方向送料，故采用中间导柱模架即可。标准模架的选用：标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸。凹模高度H=52mm，凹模的外径D=124mm。根据以上选择模架规格为：滑动导向上模座 中间导柱圆形12530 GB/T 2855.1-2008；滑动导向下模座 中间导柱圆形12535 GB/T 2855.2-2008。 5.8 导柱导套 针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用。根据上下模座对导柱导套进行选型，选型如下：导柱选型：滑动导向导柱A 22150 GB/T 2861.1-2008；滑动导向导柱A 25150 GB/T 2861.1-2008。导套选型：滑动导向导套A 228028 GB/T 2861.1-2008；滑动导向导柱A 258028 GB/T 2861.1-2008。6 落料拉深冲压力的计算6.1冲裁力计算冲裁力一般按下列公式计算：F=kLt ；式中:F为冲裁力，亦称落料力；k一般取1.3；为材料的抗剪强度，取=330Mpa；t为料厚，为1mm；L为材料轮廓长度，即冲裁剪圆周长。所以p0=1.333056.5176147.5 N 。6.2卸料力、推件力和顶件力查 冲模设计表3-15，取K卸=0.04，K推,0.055，K顶=0.06 。因为所设计落料凹模为直刃口，直刃口部分的高度h=6mm，故n=h/t=6/1=6。F卸= K卸F=0.0476147.5=3045.9 NF推= nK推F=60.05576147.525128.7F顶= K顶F=0.0676147.54568.96.3压边力的计算10号钢属于软钢，查 冲模设计表5-12取单位压边力为2Mpa。压边力大小为Q=4D12-d1+2rd122=456.52-28.8+24.2222840.6 N6.4拉深力的计算10号钢的抗拉强度b=335 Mpa，根据冲模设计表5-13取修正系数k1取1。根据首次拉深力的计算公式计算得P=d1tbk1=28.81 335130310.1 N其中:d1拉深后直径； t 板料厚度；6.5压力机的选择对于中小型冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形会破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量。不过，开式机械压力机操作条件的极为方便，容易安装机械化附属装置。这使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。对于大中型冲压件的生产，则多采用闭式结构形式的机械压力机。 液压机常用于在小批量生产当中，尤其是大型厚板冲压件的生产。液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载。在需要很大的施力行程时，液压机与机械压力机相比具有明显的优点。但是，液压机的速度小，生产效率低。而且，由于某些操作因素的影响，零件的尺寸精度不太稳定。 摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是，摩擦压力机的行程次数较少，生产率低，而且操作也不太方便。综合以上因素，由于本文所加工工件为中小型冲裁拉深件，对表面质量的要求不是很高，板料较薄，故选用开式压力机比较合适。压力机公称压力P0应大于总的工艺力，总工艺力为拉深力与压边力的和。即 P总=P+Q=30310.1+2840.6=33150.7 N。一般来说，对于浅拉伸，有P0（1.61.8）P总 ；对于深拉伸，有P0（1.82.0）P总 。所以选取P0=1.8P总=59671.26 N60 KN。按照公称压力的大小，按照下表6.1选用设备。初选压力机设备型号为J2325。该压力机其余技术参数亦见下表：型号J23-25J23-35J23-40J23-63公称压力/KN250350400630滑块行程/mm65100100130最大闭合高度/mm270290330360闭合高度调节/mm55606580滑块中心线至床身距离/mm200200250260工作台板厚度/mm50556580模柄孔尺寸/mm直径40405050深度60607080表6.1 开式压力机规格及参数结束语通过对带凸缘圆筒件的相关工序计算和具体模具的设计、计算，我对落料拉深复合模的设计流程有了更深的了解，包括零件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构的形式的选择、必要的工艺计算、主要的零件设计、总装配图及零件图的绘制。在设计的过程中，有些数据、尺寸是一点也马虎不得的，只要一个数据有误，就得全部的改动，使设计难度大大的增加。几番修改之后，才算完成了初步设计。本文中也许仍然存在一些小纰漏，望读者见谅。在这次设计中，我感觉要完成设计不仅要有扎实的专业的知识，还要有过硬的计算机的基础保障，方才能很好的完成这次设计。所以我们今后的学习中不仅要学习好应该所学的，还要尽可能多的去扩展我们的其他方面的领域，只有这样我们才能做得过更好。除了复合模之外，在查阅资料的过程中对连续模和单工序模也有了简单的了解。越是了解得多越发现冲压和模具这门课的博大精深，产生越来越浓厚的兴趣。在设计过程中遇到许多疑问，比如导料销、卸料板、导料板的设计等等，这方面的资料相对于模架等零件较为稀少，感谢老师的帮助，才得以完成了这几部分的设计。参考文献 1魏春雷主编冲压工艺与模具设计(第二版)M北京：北京理工大学出版社.20082谢建，杜东福编冲压工艺与模具设计技术问答M上海：上海科学技术出版社.2005.3杨沿平主编机械精度设计与检测技术基础(第2版)M北京：机械工业出版社.2012.4朱冬梅，何建英，胥北澜主编画法几何及机械制图(第六版)M北京：高等教育出版社.2008.23