油封钢圈拉深模具设计.doc

冲压课程设计
（油封钢圈）

学 校 ：安徽农业大学经济技术学院

专 业 ：10机制（2）班

姓 名 ：周天坤

学 号 ：10530076

完成日期：2013年12月5号

油封钢圈拉深模具设计
摘要：
油封钢圈拉深模具的设计是集落料、拉深、冲孔三道工序为一体的复合型模具。经过一些相关资料的查询，推算出该型号的油封钢圈可用复合模具一次成型。并且采用复合模具大大提高了生产效率，产品的质量也能达到所需要求。此套模具的设计一共分为两部分：第一部分，先对零件进行工艺分析，接着对工艺方案进行了比较，最终确定采用拉深复合模加工制件工艺方案。第二部分，设计模具的结构，首先计算主要工作零件的尺寸，选取合适的模具外形尺寸，确定凹凸模工作部分尺寸。然后确定进料方向以及定位方式。确定卸料方式。最后根据各个部件的不同要求制定加工工艺。
关键词：复合模；分析计算；模具结构设计；制定工艺
0.前言
模具在现代生产中，是以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形，是各种工业产品制造的重要工艺设备。模具设计制作的要求是：尺寸精确、表面光洁；结构合理、生产效率高、易于自动化；制造容易、寿命高、成本低；设计符合工艺需要，经济合理。
　　模具结构设计和参数选择须考虑刚性、导向性、卸料机构、定位方法、间隙大小等因素。模具上的易损件应容易更换。在大批量生产中应采用高效率、高精度、高寿命的模具。
　　冲压拉深复合模，可采用硬质合金作为镶块，以提高寿命。在小批量生产和新产品试制中，应采用结构简单、制造快、成本低的简易模具，如组合冲模、薄板冲模、聚氨酯橡胶模、低熔点合金模、锌合金模、超塑性合金模等。模具已开始采用计算机辅助设计(CAD)，即通过以计算机为中心的一整套系统对模具进行最优化设计。这是模具设计的发展方向。
冷作模具长时间使用后必须磨刃口，研磨后刃口面必须进行退磁，不能带有磁性，否则易发生堵料。弹簧等弹性零件在使用过程中弹簧最易损坏，通常出现断裂和变形现象。采取的办法就是更换，在更换过程中一定要注意弹簧的规格和型号，弹簧的规格和型号通过颜色、外径和长度三项来确认，只有在三项都相同的情况下才可以更换。模具使用过程中冲头易出现折断、弯曲和啃坏的现象，冲套一般都是啃坏的。冲头和冲套的损坏一般都用相同规格的零件进行更换。冲头的参数主要有工作部分尺寸、安装部分尺寸、长度尺寸等。紧固零件，检查紧固零件是否松动、损坏现象，采取的办法是找相同规格的零件进行更换。压料零件如压料板、优力胶等，卸料零件如脱料板、气动顶料等。保养时检查各部位的配件关系及有无损坏，对损坏的部分进行修复，气动顶料检查有无漏气现象，并对具体的情况采取措施。如气管损坏进行更换。
冲压模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术□，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工，国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。(3)模具扫描及数字化系统□，高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。
工件的零件图：如图1-1所示
生产批量：大批量
材料：08钢
材料厚度：1.8mm

图1-1 工件图
1．拉深件工艺性分析
（1）拉深工序：落料、拉深、冲孔；
（2）材料分析：为08钢，此钢的抗剪强度310MPa；抗拉强度为390MPa；伸长率为32%。此种材料有足够的强度，具有良好的冲压性能，适合冲裁拉深。
（3）结构分析：结构相对简单，拉深件底部圆角r1=4mm大于工件的料厚，无需加整形；工件的中间的底孔径d=φ9mm
排除或选择理由
单工序模
1
单工序模：落料—拉深—冲孔
适于中小批量生产；模具结构简单，但生产成本高而且生产效率低，一次行程只能完成一个工序；同时单工序模很难保证所要求的精度等级。

级进模
2
级进模：落料—拉深—冲孔
对条料宽度或带料要求严格，工件不太平整，有时要校平，同轴度、对称度及位移度误差较大，一般能达到IT11级以下，不适合该工件IT8级左右的要求。
复合模
3
复合模： 落料—拉深—冲孔复合
机床一次行程可完成落料、拉深、冲孔三个工序，生产率较高；达到工件八级精度的要求；比采用级进模制造难度低，适于大批量生产。
结论：最佳工艺方案——落料—拉深—冲孔复合模
3．主要设计计算
（1）毛坯直径的计算

图 3-1 工件简图
如图3-1，根据零件尺寸，其相对高度为：
H/d=（8.5-0.9）/（21.4+1.8）=0.328
参考《冷冲压工艺与模具设计》表4-2取修边余量δ=1.0
依图样零件计算尺寸：
H=8.5-0.9+1=8.6（mm）
d=21.4+1.8=23.2（mm）
代入公式 D=
=
=33.58（mm）
D取34（mm）
（2）排样方式的确定及其计算
参考《冷冲压工艺与模具设计》表2-14，确定搭边值ａ=1.5 ａ1=2.5。设计排样图，如图3-2）所示：

图 3-2 排样图
条料宽度的确定：参考《冷冲压工艺与模具设计》表2-17取△=0.5

β—条料宽
（3）拉深次数的计算
毛坯的相对厚度：
t/D×100=（1.8/34）×100=5.29
参考《冷冲压工艺与模具设计》表4-6得 m1=0.5, m2=0.7,m3=0.75,m4=0.78
d1 =m1×D=0.5×34=17<23.2(d)
所以一次拉深可以成形
拉深系数m=d/D=23.2/34=0.68
m1
4．工作零件尺寸计算
为了容易保证冲裁，拉深间隙，刃口尺寸计算采用配合加工法计算，先按照工件尺寸计算出基准件的公称尺寸及公差尺寸，然后配制另一个相配件。
（1）拉深凹、凸模圆角计算
参考《冷冲压工艺与模具设计》凹模圆角半径按公式

=3.5
凸模的圆角半径rp 取工件圆角半径即 rp =4mm
（2）拉深凹、凸模工作尺寸计算
参考《冷冲压工艺与模具设计》表4-14得拉深单边间隙
Z=1t=1.8mm
参考《冷冲压工艺与模具设计》表4-15得δd =0.08，δp =0.05

dp —凹模的基本尺寸，△—制件公差，dmin —拉深件内径的最小极限尺寸，dd —凹模的基本尺寸
（3）落料凹、凸模工作尺寸计算
刃口尺寸有变大（A）、变小（B）和不变（C）三种情况。其计算公式如下：
A=(Amax- x△)d0
B=(Bmin+x△)0d
C=C平均± 0.125△
一般当冲裁件精度在IT10以上时，x=1
冲裁间隙，参考《冷冲压工艺与模具设计》表2-2 取Z=15%.t=0.27
参考《冷冲压工艺与模具设计》表2-4，凹、凸模的制造公差按
δd =-0.02，δp =+0.03
由于落料尺寸是计算得出的尺寸，因此凹模可直接取计算出来的尺寸，即

由凹模尺寸算凸模的基本尺寸为

（4）冲孔凹、凸模工作尺寸计算

5．模具结构设计
（1）模具类型的选择
由拉深工艺分析可知，采用落料、拉深、冲孔复合，所以模具类型为复合模。
（2）定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用落料孔作为精定距，由挡料销定距。而第一件的调料的放置位置因条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。
（3）卸料、出件方式的选择
因为工件料厚为1.8mm，料厚为较薄厚度，卸料力也不大，故可采用弹性卸料。又因为是复合模具生产，所以采用上出件比较便于操作，同时能提高生产效率。
（4）导向方式的选择
导柱和导套对生产批量大，要求模具寿命长、工件精度较高的冲模，一般采用导柱、导套来保证上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动的两种。滑动导柱、导套均为圆柱形，其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广泛的导向装置。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合。导套和导柱之间采用间隙配合，根据冲压工序性质、冲压件的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍有不同，对于此次设计，采用H7/f7配合即可。滚动导柱、导套是一种无间隙、精度高、寿命长的导向装置，适用于高速、精密冲裁模以及硬质合金模具的冲压工作，对此次普通拉深模的设计显然不适用。故采用滑动式导柱导套。为了方便安装调整，采用中间导柱的导向方式。
（5）弹性体的选择
弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性零件，橡胶允许承受的负荷比弹簧大，且安装调整方便，成本低，是在模具中广泛使用的弹性元件。所以采用橡胶作为弹性元件。在模具装配时，根据模具大小确定橡胶的断面面积。
6．主要零部件设计
（1）工作零件的结构设计
①凸凹模
结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成台阶式，采用线切割加工做内孔，外表面用车加工，镶嵌进上模固定板上，便于装配和更换。与凸模固定板的配合按H7/m6。其总长L=14+12+8+18=52mm
②冲孔凸模
因为所冲的孔为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面利于加工，另一方面便于装配和以后更换。
③凹模
凹模采用整体凹模，落料的凹模孔采用线切割机床加工，参考《冷冲压工艺与模具设计》
其轮廓尺寸为凹模厚度 H=kb=0.42×34=14.28mm（查表得k=0.42）
参考《冷冲模国家标准》H取14mm
凹模壁厚 c=1.5×H=21mm
参考《冷冲模国家标准》 凹模直径取D=80mm
（2）卸料部件的设计
采用卸料板卸条料，尺寸规格为 80×8。推件块推出成形件尺寸高28mm，与工件接触端的直径25mm，表面粗糙度及精度要求都不太高，采用车加工即可
（4）模架的设计
参考《冷冲压工艺与模具设计》模架选GB/T2855.11冷冲模滑动导向模架A型中间导柱模架。
7．模具零件加工工艺
（1）凸模

图 7-1 冲孔凸模

图 7-2凸模/冲孔凹模

图 7-3 拉深凹模/落料凸模
所有工作凸、凹模的材料均选用CrWMn， 热处理需要达到硬度值：HRC 40～45（参考《模具材料与热处理》）。主要的技术要求：尾部与凸模固定板按H7/m6配合
零件的加工工艺制定（参考《模具制造工艺学》）：
①冲孔凸模 由外圆柱和两端平面组成的（如图7-1所示）。精度要求为IT8级，采用精车可达到要求。为使模具工作部分能够保证精度，刃口部位最后采用平磨后续加工。
工艺路线为： 备料→球化退火→粗车削→精车削→热处理→磨削 （如表7-1所示）
表7-1
序号
工序名称
工序内容
1
备料
选用材料为CrWMn的棒料，按尺寸13mm´44.5mm切断
2
退火
球化退火，提高料到可加工性
3
车削
按尺寸要求加工出凸模，留单边加工余量0.15mm
4
精车削
精车达到尺寸要求，留研磨余量0.01mm
4
淬火
淬火+低温回火，硬度HRC 40～45
5
磨削
使得冲孔凸模刃口部分达到所需精度
②落料凸模：该零件由外圆柱、内孔和两端平面组成，（如图7-3所示），精度为IT8级。
工艺路线为：备料→锻造→退火→铣削→车削→淬火＋低温回火→磨削（见表7-2）
表 7-2
序号
工序名称
工序内容
1
备料
按体积不变的原则备一块毛坯，尺寸为39´53mm
2
锻造
反复异向锻造
3
退火
球化退火，使得毛坯易加工
4
铣削
铣端面，留0.1的加工余量
5
车削
车外圆及内孔柱面，并保证同轴度，留研磨余量0.01mm
6
淬火
淬火+低温回火，硬度HRC 40～45
7
磨削
磨削外圆、内孔，使得落料凸模刃口部位达到所需粗糙度和精度
③拉深凸模：同落料凸模了类似由外圆柱、内孔和两端平面，（如图7-2所示），精度等级为IT8级。
工艺路线为：备料→锻造→热处理→铣削→车削→调质→磨削（见表7-3）
表 7-3
序号
工序名称
工序内容
1
备料
按体积不变的原则备一块毛坯，尺寸为25´51mm
2
锻造
反复异向锻造
3
热处理
球化退火，使得毛坯易加工
4
铣削
铣端面，留0.1的加工余量
5
车削
车外圆及内孔柱面，并保证同轴度，留研磨余量0.01mm
6
调质
淬火+低温回火，硬度HRC 40～45
7
磨削
磨削外圆、内孔，使得落料凸模刃口部位达到所需粗糙度和精度
（2）凹模

图 7-4 落料凹模模板
如图7-4所示，该凹模为圆板形，用铣削、磨削，由于精度要求不高，型孔、销钉孔用钻、扩、铰，螺纹孔用钻、扩、攻丝，凹模孔用线切割加工。
加工路线为：备料→锻造→球化退火→铣→平面磨→钳工→淬火＋低温回火→磨表面→线切割，（如表7-4所示）
表 7-4
序号
工序名称
工序内容
1
备料
按体积不变的原则备一块毛坯
2
锻造
反复异向锻造，尺寸80×14
3
热处理
球化退火，提高零件的机械加工性能
4
铣
铣削板料的两端面，上下单边留0.3～0.5mm的加工余量，并保证上下端面平行度不超过0.008mm
5
平面磨
磨上下面，留余量0.1～0.2mm端面对角尺
6
钳工
画线，钻、扩、铰型孔、销钉，钻螺纹孔，
打落料孔的穿丝孔
7
热处理
淬火+低温回火
8
平磨
平磨上下面至尺寸精度要求
9
线切割
割型孔
卸料板、固定板的加工过程跟凹模类似。
8．模具的装配工艺
复合拉深模的装配过程应分六个总体步骤：
（1）组件装配
检查标准模架装配精度。组装模柄，先将模柄压入上模板，再钻铰骑缝销钉孔，压入圆柱销钉；然后磨平模柄大端面。在压入过程中，应随时利用角尺检查模柄柄部是否垂直与上模板的上平面。组装凸、凹复合模以及冲孔凸模。将凸凹模、凸模分别压入各自对应的固定板内，保证凸凹模或凸模与固定板的垂直度，并磨平凸模底面；然后放上凹模，磨平凸模和凹模刃口面
（2）组装上模
即把凸模组合、凹模、凸凹模组合及推件块等装入上模。
在装配时翻转上模板找出模柄孔中心，划出中心线和安装用的轮廓周边线；然后按照外轮廓线放正凸模固定板、落料凹模/拉深凸模固定板及落料凹模，初步找正冲孔凸模和落料凹模的位置之后，夹紧上模部分，按照凹模螺孔配钻凸模凸模固定板和上模板的螺钉孔。装入垫板和全部推件装置，用螺钉将上模部分连接起来，不要固定死，并检查顶出器是否灵活。
（3）装配下模
将拉深凸模/冲孔凹模复合模压入固定板，保证凸凹模和固定板垂直并磨平底面。将卸料板套在凸凹模上，配钻固定板上卸料螺钉的安装孔。将装入固定板上的凹凸模组合，放在下模板上合上上模。根据上模找正凸凹模在下模板上的位置。夹紧下模部分后移去上模，在下模板上划出排料孔线，并配钻安装螺钉的孔和卸料螺钉的孔。加工下模座的排料孔，按凸凹模内孔尺寸每边加大约1～2mm。用螺钉连接凸凹模固定板，垫板和下模板，并钻铰销钉孔，打入销钉进行定位。
（4）调整间隙
将上、下模合模，以凸凹模为基准，用切线法精确找正冲模孔凸模位置。如果凸模与凸凹模孔对得不正，可轻轻敲打凸模固定板，利用没有紧固定螺钉进行间隙调整，直到间隙均匀后，钻铰销钉孔，打入圆柱销进行定位。再次检查凸、凹模间隙，如果因钻铰销钉孔而引起间隙变化时，应取出定位销，再次调整，直到间隙均匀为止。
（5安装其他辅助零件
安装调整卸料板、导料销、定位销等辅助零件。
（6）装配后检查
拉深模装配完成后，应对其各部分做一次全面检查。如，模具闭合高度、卸料板上的导料销、挡料销让位孔等是否合适，模具零件是否有装错，漏装以及螺钉是否拧紧等，然后再以切纸样检查合适与否进行试模、调整。
注：（参考《模具制造工艺学》、《模具制造技术基础》）， 安装时上模座的上端面应和下模座的底面保持平行。试模时落料孔应畅通无阻，保证冲孔废料都不被卡在拉深模具内。并且卸料和顶出工件的机构能顺利卸下调料同时顶出工件。

图 8-1 总装图
结束语
本次设计是有落料、拉深、冲孔的复合模设计。经过多天的查阅资料，老师的指导和与同学的讨论，设计出以上落料、拉深、冲孔的复合模。
此次设计是由我独立完成，其中的图形是利用AutoCAD绘制。设计该模具，需要在四个方面进行设计：材料的工艺性分析；相关计算；模具的总体设计以及装配；工作零件的设计。
要在这么短的时间内设计出一副复合模具，对我来说是有一定的难度的，设计中存在一些不足，因缺少实际工作经验，有些尺寸精度还不够合理，模具结构不能达到最优化，还待我以后进一步完善。
答谢辞
感谢老师给我这次做设计的机会，促使学到更多的知识，让我能够学以致用，对我受益匪浅，并感谢老师在我遇到困难时给予我指导，出现错误时及时帮我纠正；感谢室友的帮助，让我体会到互相讨论、互相帮助能有事半功倍的效果，一个人的力量有限，群体的力量不可估量。

参考文献
[1] 李剑鹤.冷冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2] 吴兆祥.模具材料及表面热处理[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 李云程.模具制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2001.
[4] 杨桂府.模具制造技术基础[M]北京：清华大学出版社，2007.

模具总装图及零件图（附图）

目 录
第一章 总论 1
1.1项目名称与承办单位 1
1.2研究工作的依据、内容及范围 1
1.3编制原则 3
1.4项目概况 3
1.5技术经济指标 5
1.6结论 6
第二章 项目背景及建设必要性 8
2.1项目背景 8
2.2建设的必要性 9
第三章 建设条件 11
3.1项目区概况 11
3.2建设地点选择 错误！未定义书签。
3.3项目建设条件优劣势分析 错误！未定义书签。
第四章 市场分析与销售方案 13
4.1市场分析 13
4.2营销策略、方案、模式 14
第五章 建设方案 15
5.1建设规模和产品方案 15
5.2建设规划和布局 15
5.3运输 18
5.4建设标准 18
5.5公用工程 20
5.6工艺技术方案 21
5.7设备方案 21
5.8节能减排措施 24
第六章 环境影响评价 25
6.1环境影响 25
6.2环境保护与治理措施 26
6.3评价与审批 28
第七章 项目组织与管理 29
7.1组织机构与职能划分 29
7.2劳动定员 29
7.3经营管理措施 30
7.4技术培训 30
第八章 劳动、安全、卫生与消防 31
8.1编制依据及采用的标准 31
8.2安全卫生防护原则 31
8.3自然灾害危害因素分析及防范措施 32
8.4生产过程中产生的危害因素分析及防范措施 32

8.5消防编制依据及采用的标准 34
8.6消防设计原则 35
8.7火灾隐患分析 35
8.8总平面消防设计 35
8.9消防给水设计 36
8.10建筑防火 36
8.11火灾检测报警系统 37
8.12预期效果 37
第九章 项目实施进度 38
9.1实施进度计划 38
9.2项目实施建议 38
第十章 项目招投标方案 40
10.1招标原则 40
10.2项目招标范围 40
10.3投标、开标、评标和中标程序 40
10.4评标委员会的人员组成和资格要求 42
第十一章 投资估算和资金筹措 43
11.1投资估算 43
11.2资金筹措及使用计划 45
第十二章 财务评价 47
12.1费用与效益估算 47
12.2财务分析 48
12.3不确定性分析 49
12.5财务评价结论 50
第十三章 建设合理性分析 51
13.1产业政策符合性分析 51
13.2清洁生产符合性分析 51
13.3规划符合性分析 51
13.4项目建设环保政策符合性分析 51
13.5环境承载性分析 51
13.6结论 52
第十四章 结论与建议 53