毕业设计（论文）-套环的冲压工艺及模具设计.doc

毕业设计套环冲压工艺及模具设计学生姓名： 席峰 学号： 112018227 系 部： 机械工程系 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 韩海军 二一五年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 套环冲压工艺及模具设计 系部： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学号： 112018227 学生： 席峰 指导教师（含职称）： 韩海军（高工） 1课题意义及目标（1）意义:以套环为设计课题，锻炼学生熟练使用AutoCAD绘图软件的能力，让学生在模具设计，模具选材，模具成型工艺分析，以及资料检索方面获得综合训练和提高，为以后工作奠定较扎实的基础。（2）目标:以所学专业知识为基础，以实用为目的，通过对套环冲压工艺的分析及相关参数的计算，进一步使用AutoCAD绘图软件绘制模具的总装图及零件图，总结出并熟练掌握模具设计的规律和方法。2主要任务1) 绘制模具装配图及零件图2) 编制设计说明书一本3) 电子资料一份3主要参考资料1 高军.冲压工艺及模具设计M.北京:化学工业出版社,2010.3.2 丁松聚.冷冲模设计M.北京:机械工业出版社,2001.103 郑家贤.冲压工艺及模具设计M.北京:机械工业出版社,2005.14 薛启翔.新编冲压工计算手册M.北京:机械工业出版社,2004.35 郝滨海.冲压模具简明设计手册M.北京:化学工业出版社,2004.114进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，完成开题报告2014-12-152014-12-302广泛阅读相关文献，制定设计方案2015-01-012015-03-053完成总体工艺方案的分析和确定2015-03-062015-03-254完成工艺计算和模具关键结构方案设计2015-03-262015-04-305完成模具总体结构设计2015-05-012015-05-056完成模具总装配图，工作零件图2015-05-062015-05-207撰写毕业设计说明书2015-05-212015-06-058完成所有设计资料整理收尾工作，准备答辩2015-06-062015-06-15审核人： 年 月 日套环冲压工艺及模具设计摘 要：本次毕业设计针对套环进行了模具设计。根据套环的外形和生产需求，通过翻阅大量的文献，设计了落料拉深、冲孔、翻边三套模具。首先，通过工艺力的计算进行压力机的选择；其次，根据零件的外形尺寸计算模具主要工作部分的刃口尺寸，对主要工作部件及结构设计；再次，根据凹模外界尺寸选用模架并进行一些必须的校核；最后，画模具装配图。关键词： 落料、拉深、冲孔、翻边Collar stamping process and die designAbstract：The graduation project were designed for the collar. According to the shape and production needs of the collar, design blanking - drawing, punching, flanging three molds by reading a lot of literature. Firstly,choose a proper presses via the calculation of crafts force; Secondly, to calculate the edge size of the working part on the basis of external dimensions and to design the main components and structural; Then, mold selection are based on the external dimensions of the concave mold and do some necessary check; Finally, paint the mold assembly drawing.Keywords: blanking, drawing, piercing and flanging 35目录1 前言12 套环的设计方案与分析22.1 工件图22.2 冲压工艺的分析22.21 材料分析22.22 套环工件成型22.23 套环毛坯直径的计算42.24 精度等级42.3 冲压工艺方案的确定42.4 排样和材料利用率52.41 零件排样52.42 材料利用率63 落料拉深模具73.1 工艺力的计算73.2 压力机的选择73.3 模具主要工作部分的刃口尺寸83.31 落料刃口尺寸计算83.32 拉深尺寸计算93.4主要工作部件及结构设计93.41 落料凹模93.42 卸料板103.43 凸凹模113.44 凸凹模固定板123.45 垫板133.46拉深凸模133.47凸模固定板143.48橡胶的设计计算153.5 模架的选用163.6 拉深功的计算173.7 压力机的校核173.71 闭合高度的校核173.72 滑块行程的校核173.8其他零部件的选用183.9落料拉深模具装配图184冲孔模194.1 工艺力的计算194.2 压力机的选择194.3 冲孔刃口尺寸194.4主要部件结构设计204.41 落料凹模204.42冲孔凸模214.43凸模固定板224.44垫板234.5模架的选用244.6滑块行程的校核254.7其他零部件选用254.8冲孔模具装配图255内翻边275.1 工艺力的计算275.2 压力机的选择275.3 凸模凹模的尺寸计算275.4主要部件的结构设计285.41 内缘翻边凹模285.42 翻边凸模285.43 凸模固定板295.44 垫板305.5模架的选用315.6压力机的校核325.61 闭合高度的校核325.62滑块行程的校核325.7 其他零部件选用325.8翻边模装配图326 参考文献347 致谢35太原工业学院毕业设计1 前言我国在冲压模具还远远不及工业发达的国家，在模具的设计、冲压成形技术、模具设计标准、制造工艺等方面比较薄弱。随着工业产品质量需求不断提高，冲压产品的生产出现了更新快、品种多、精密化、复杂化等特点，冲模正朝效率高、精准的方向发展。冲压模具的设计摆脱了依靠经验进行手工设计，主要以计算机辅助设计和制造技术为主。2 套环的设计方案与分析2.1 工件图零件名称：套环材料：08钢料厚：1.5mm2.2 冲压工艺的分析2.21 材料分析08钢是优质的碳素结构钢。由于强、硬度低，韧性和塑性极高的特点，冲压性能良好。抗剪强度= 255353MPa,抗拉强度b=324441MPa,屈服强度s=196MPa2.22 套环工件成型内翻边可通过平板毛坯上圆孔翻边和拉深件底部冲孔翻边两方法成型。采用平板毛坯上圆孔翻边时可根据中性层长度近似不变的原则先估算出的预冲孔直径。由于材料在翻边时径向几乎没有变化，主要存在切向变形（厚度变薄）。 预制孔直径d=D-r+t2+2h1=31.5-3.14(1+1.52)+210=6mm最大翻边高度 hmax = D21-Kmin+0.43r+0.72t =31.52(1-0.65)+0.43+0.721.5 =6.76mmm1,故可一次拉成。2.24 精度等级套环没有标注公差尺寸或公差等级时，通常按IT14处理。通过查表得：71.53-0.740，300+0.52，20.480+0.52，440+0.62。2.3 冲压工艺方案的确定方案一：落料、拉深、冲孔、翻边，采用单工序模生产；方案二：落料拉深复合，冲孔,翻边模；方案三：落料，拉深，冲孔，翻边采用连续模生产；方案四：落料，拉深，冲孔，翻边整体复合。方案一为单工序模，单工序模显著特点是结构比较简单，由于工序较多，需要落料模、拉深模、冲孔模、翻边模四套模具，生产效率不高，套环成型需要经过多次定位，误差累积多，冲裁件精度降低，很难满足套环的生产要求。方案三为连续模生产，套环是在四个不同的工位上逐步形成的，若要满足其生产要求，四个工位之间必须有非常高的定位要求，送料步距必须严格控制。生产效率也高，但结构极其复杂，模具制造、维修都存在一定的困难。方案四为整体复合模，一次行程可以完成四道工序。具有加工精度高，生产效率高等特点。但制造、安装模具比较复杂，而且调整和维修时难度极大，多个工序整体复合，易发生干涉，套环难以成型。制造模具不仅成本提高，而且周期相应的延长。通过比较，方案二最佳。2.4 排样和材料利用率2.41 零件排样根据零件的毛坯形状，为了保证冲裁件质量，可选用的排样方法为直排有废料。有废料的排样方法可以保护模具。搭边可以使凸、凹模刃口两边均受力，对裁剪材料时产生的误差也有一定的补偿作用，同时可保证条料前进顺利。搭边太小，达不到想要的效果。搭边太大会造成材料浪费。查2表3-10，选侧边搭边值a1=1.2mm,工件间搭边值a=1.0mm送料步距s=D+a=71.53+1.0=72.53mm,条料宽度b=(D+2a1+)-0=(71.53+21.2+1.0)-1.00=74.93-1.00mmD：毛坯的最大外形尺寸；：剪裁时的下偏差（查2表3-11）。2.42 材料利用率计算材料利用率时必须考虑到裁板及料头、料尾等消耗。查4表3-10，板料选用1.5mm600mm1200mm。条料总利用率=(nS_2)/LBn：一块板料冲裁的零件总数s2：冲压一零件的实际面积L：板料的长度B：板料的宽度纵裁时：裁板的条数：n1=B/b=600/74.93=8个余0.56mm每条的个数：n2=L-as=1000-1.072.53=13个余56.11mm一块板总个数：n=n1n2=813=104板的材料利用率：=10471.53246001200100%=58%横裁时：裁板的条数：n1=L/b=1200/74.93=16个余1.12mm每条的个数：n2=(B-a)/s=(600-1.0)/72.53=8个余18.76mm一块板总个数：n=n1n2=168=128板的材料利用率：=12871.53246001200100%=71.4%板料利用率横裁时明显高于纵裁，因此横裁板料。3 落料拉深模具3.1 工艺力的计算冲裁力F冲= KLt=1.3Dt =1.33.1471.531.5353=154.6KN顶件力F顶=K顶F冲 =0.06154.6=9.276KN卸料力F卸=K卸F冲 =0.05154.6=7.73KNK：安全系数，常取K=1.3，：材料抗剪强度L：冲裁件的周长t：材料厚度K卸、K顶：查2表3-8拉深力F拉=Kdtb =13.1431.51.5324=48KNK：修正系数，查2表6-11D：拉深件按中线计时直径（mm）b:材料强度极限（MPa）t：材料厚度（mm）由前面计算知 m1=0.560.6。查1表5-7，采用压边圈。压边力FQ=Ap=496372=15.1KNA：制件的压边面积（mm2）p：单位面积上压边力（MPa）（其值由2表6-13查取3.2 压力机的选择小、中型冲压工件通常选用开式的机械压力机。不仅价格较低，操作起来方便，而且具备一定刚度、精度。 F总=F落+F压=154.6+15.1=169.7 KN。冲裁时选用压力机的标称压力一般比计算的冲压力大30%左右，用来保证所选用压力机有足够的冲压力冲压制件。查5表13-9，选用公称压力为250KN的开式固定台压力机，其主要技术参数：标称压力：250KN行程次数：100次/min滑块行程：80mm最大封闭高度：250mm封闭高度调节量：70mm模柄孔尺寸：50mm70mm工作台尺寸：560mm360mm工作台板厚度：70mm电动机功率：2.2KW凸缘模柄的结构尺寸可查3表2-79。在中、小型模具中，压力机的滑块和模具的模柄相连接。3.3 模具主要工作部分的刃口尺寸3.31 落料刃口尺寸计算查2表3-3得Zmin=0.132mm Zmax=0.240mmZmax-Zmin=0.240- 0.132=0.108mm由2表3-6查得凸模和凹模的制造公差：凸=-0.02mm, 凹=+0.03mm凸+ 凹=0.05mm0.108mmD凹=(Dmax-x)0+凹 =（71.53-0.50.74）0+0.03=71.160+0.03mmD凸=(D凹-Zmin)-凸0 =（71.16-0.132）-0.020=71.028-0.020mmD凹、D凸：分别为落料凹模和凸模的公称尺寸Dmax：毛坯最大极限尺寸x：磨损系数（查2表3-5）：冲裁件的公差凸、凹：分别为凸模、凹模的制造偏差（查2表3-6）Zmin:冲裁模双面间隙（查2表3-3）3.32 拉深尺寸计算通过前面计算可知此阶梯件可一次拉深成型。d凸1=d+0.4-凸10 =30+0.40.52-0.030=30.208-0.030mmd凹1=(d凸+2Z)0+凹1 =30.208+21.50+0.05=33.2080+0.05mmd凸2=(d+0.4)-凸20 =44+0.40.62-0.030=44.248-0.030mmd凹2=(d凸+2Z)0+凹2 =（44.248+21.5）0+0.05=47.2480+0.05mm注：Z：拉深凸凹模单边间隙值（查2表6-15查得）凸、凹：凸模、凹模的制造公差（查2表6-16查得）3.4 主要工作部件及结构设计3.41 落料凹模凹模的外形尺寸取决于冲裁件的最大外形尺寸和材料的厚度。凹模厚度H=Kb(15mm)H=0.2571.53=17.88mmb：毛坯的最大外形尺寸K：考虑板料厚度影响的系数，查2表4-3凹模壁厚c=(1.52)H(3040mm)=1.717.88=30.4mm查2表4-2知，刃口高度h=8mm材料选用T10A,热处理硬度应高于凸模，取6064HRC。结构简图如下：采用销钉和螺钉将凹模固定在下模座上，凹模的底面和内孔壁必须加工光滑，目的是提高冲裁件的精度和模具寿命，粗糙度取Ra=0.80.4m。销孔和底面的粗糙度Ra=1.60.8m。凹模的上、下表面应平行，同时内孔的轴线应与上表面垂直。3.42 卸料板由于08钢材料极软，选用弹性卸料装置比较合适，既具有压料又具有卸料的作用。凸模与卸料板之间的单边间隙取（0.10.5）t=0.15mm。由于落料前对条料有预压作用，成型后的套环质量较稳定。查3表15-27知，卸料板厚度h0=16mm。材料选用45钢，热处理硬度为4348HRC。结构简图如下：3.43 凸凹模复合模具中不可缺少的零件。有内缘外缘两刃口，冲裁件的外形尺寸决定了内、外缘之间壁厚。为了防止内孔储存废料，致使胀力过大，凸凹模可装在上模（正装复合模），此时设计的最小壁厚可以小些。如果材料的材质较软，壁厚可取材料厚度，但应大于等于0.5mm。凸凹模高度H=h1+h2+h3+h4=18+16+26+16=76mmh1、h2、h3、h4分别为零件高度，弹性卸料板的厚度，附加高度，凸凹模固定板厚度。一般来说，拉深凹模半径R凹应尽可能大些，既可以降低极限拉深系数，也可以提高拉深件的质量。R凹1=0.8(D-d1)t=0.8(71.53-47.248)1.5=4.8mmR凹2=0.8(d1-d2)t=0.8(44-33.208)1.5=3.2mm凸模刃口磨损快，需要承受较大的冲裁力。因此，硬度高、韧性好是凸模材料必须具备的。材料选用T10钢，凸凹模工作部分表面粗糙度Ra=0.80.4m,固定部分粗糙度Ra=1.60.8m。热处理硬度6064HRC。结构简图如下：3.44 凸凹模固定板与凸凹模采用H7/m6的配合。凸凹模固定板的外形尺寸取决于凹模外形尺寸。根据凹模外形尺寸及国标JB/T7643.5-94，选取凸模固定板尺寸160mm16mm,材料选用45钢，热处理硬度4348HRC。结构简图如下：3.45 垫板通常凸凹模固定板和上模座之间通过加垫板来避免冲裁时凸模压坏上模座。根据凹模外形尺寸和国标JB/T7643.6-94，选择圆形垫板尺寸160mm8mm，材料选用45钢，热处理硬度4348HRC。结构简图如下：3.46 拉深凸模由于空气压力，拉深后制件紧紧包住凸模，从凸模上脱下时非常困难。如果拉深件材料软或厚度小时，零件很可能被压瘪而不能脱下。因此在拉深凸模上留一定间隙是必须的。凸模长度L=h1+h2+h3=18+14+22=54mmh1、h2、h3分别为工作长度，凸模固定板厚度，附加长度拉深工件时，R凸的影响不大。但是R凸不应太小， R凸=（0.71.0）R凹R凸1=0.84.8=3.84mm R凸2=0.83.2=2.56mm材料选用T10A,热处理硬度5862HRC。拉深凸模固定部分Ra=1.60.8m，工作部分表面粗糙度Ra=0.80.4m。结构简图如下：3.47 凸模固定板凸模通过压入凸模固定板来固定，之间采用H7/m6配合。凹模外形尺寸决定了凸模固定板的外形尺寸。固定凸模的内孔应与凸模固定部分相适应。凸模尺寸大时，可省略凸模固定板，用销钉、螺钉直接固定在模座上。小凸模可用粘接剂来固定，此时固定板内孔需留出一定的间隙。根据凹模尺寸及国标JB/T7643.5-94，选取凸模固定板尺寸80mm14mm,材料选用45钢，热处理硬度4348HRC。结构简图如下：3.48 橡胶的设计计算此模具卸料力较大，橡胶比弹簧承受的载荷大，选用橡胶。除此之外，橡胶在安装和调整方面极为方便，广泛应用于冲裁模中。聚氨酯橡胶是冲模中常用的橡胶。橡胶的截面可选为圆环形的橡胶板设内孔d=72mm，外形尺寸D=d2+1.27pq.橡胶所能产生压力P=7730N,取q=2MPa,D=722+1.2777302=100.5mm。橡胶的工作长度L0=h1+t+h2+h3=1+1.5+1+5=8.5mmq：一般可取23MPa，与橡胶压缩量有关的单位压力h2：一般为0.51mm，凸模进入凹模的深度h1：一般为1mm，卸料板高出凸模的高度t：冲裁件厚度（mm）h3：凸模的总修磨量，一般410mm橡胶的自由长度H=4L0=34mm。橡胶的预压缩量h预=（0.10.5）H,取h预=0.134=3.4mm,HD=34100.5=0.34选用橡胶尺寸1017234.顶件器橡胶的截面选用圆环形的橡胶板设内孔d=10mm，外形尺寸D=d2+1.27pq.橡胶所能产生压力P=9276N,取q=2MPa,D=82+1.2792762=77.1mm橡胶的工作长度L0= 20mm橡胶的自由长度H=4L0=80mm。橡胶的预压缩量h预=（0.10.5）H,取h预=0.180=8mm，HD=8077.1=1.04选用橡胶尺寸781080.3.5 模架的选用冲裁模的间隙大小决定了导柱导套之间的配合，由于冲裁板厚度为1.5mm，选用H6/h7配合的级精度模架。用螺钉把模架的下模座固定在压力机工作台上，通过凸缘模柄将上模座与压力机的滑块连接。模架上固定了模具的所有零部件，承受了冲压过程中的所有载荷。模架的导向装置保证了上、下模座间精确的运动，保证冲压过程制件质量。选用对角导柱模架，不仅导向精度高，应用极为广泛，而且纵向横向都能送料。查3表2-64，选模架参数如下：凹模周界D：160mm最小闭合高度：190mm最大闭合高度：235mm上模座厚度h1=45mm下模座厚度h2=55mm导柱：28180mm导套：2811043mm导柱、导套的结构尺寸可查3表2-54、2-56。选用导柱时，导柱的长度应保证最低工作位置时上表面与上模座上表面的距离应大于等于1015mm，下模座底面与导柱底面之间的距离一般取0.51mm。上、下模座材料选用45钢，热处理硬度2832HRC。导柱、导套材料选用调质20钢，热处理硬度（渗碳）5662HRC。模柄材料选用Q235，热处理硬度4348HRC。3.6 拉深功的计算浅拉深时：F(0.70.8)F0F:拉深力、压边力总和（N）F0:压力机的公称压力（N）F=48+15.1=63.1KN0.7 250=175KN拉深功A1=1F1maxh11000=0.8481810001000=691.21：查1表5-9h1：首次拉深的高度F1max:各次拉深的最大拉深力拉深所需压力机的电动机功率N=An6120012=692.11.2100612000.70.95=2KW2.2KW：取=1.21.4，不均衡系数1：取1=0.60.8，压力机效率2：取2=0.90.95，电动机效率n：压力机每分钟的行程次数3.7 压力机的校核3.71 闭合高度的校核为保证模具安装、工作正常，压力机的最小装模高度模具的闭合高度218=36mm，滑块行程满足要求。3.8 其他零部件的选用卸料螺钉选取M1065两个，凸凹模紧固螺钉M1040四个，凸模紧固螺钉选取M630四个，凹模紧固螺钉选取M1060四个。固定挡料销为A型挡料销，结构尺寸可查3表2-24，选d=8mm。带肩推杆的结构尺寸查3表2-48，顶杆的结构尺寸查3表2-50。导料板厚度6mm，圆柱销1060, 1095，655各两个。顶杆、推杆材料选用45钢，热处理硬度6064HRC。3.9 落料拉深模具装配图4 冲孔模4.1 工艺力的计算冲裁力F冲= KLt=1.3Dt =1.33.1420.481.5353=44.3KN推件力F推=nK推F冲 =10.0544.3=2.2KNK：安全系数，常取K=1.3L：冲裁件的周长t：材料厚度：材料抗剪强度K推：查2表3-84.2 压力机的选择对于小、中型冲压工件，常常选用开式机械压力机。不仅操作方便、价格不高，而且刚度和精度足够。凸缘模柄的结构尺寸可查3表2-79，中、小型模具通过凸缘模柄和压力机滑块相连接。 F总=F冲+F推=44.3+2.2=46.5KN冲孔、落料等计算的工艺力应等于公称压力70%左右，选用公称压力为100KN开式压力机。主要参数如下： 公称压力：100KN最大封闭高度：180mm封闭高度调节量：50mm滑块行程：60mm行程次数：135次/min工作台尺寸：360mm240mm工作台板厚度：50mm模柄孔尺寸：30mm50mm倾斜角：30o4.3 冲孔刃口尺寸查2表3-3得Zmin=0.132mm Zmax=0.240mmZmax-Zmin=0.240- 0.132=0.108mm由2表3-6查得凸模和凹模的制造公差：凸=-0.020mm, 凹=+0.025mm凸+ 凹=0.045mm218=38mm。滑块行程满足要求。4.7 其他零部件选用带肩推杆的结构尺寸查3表2-48。凸模紧固螺钉选取M830四个，凹模紧固螺钉选取M840四个,圆柱销640, 660各两个。顶杆、推杆材料选用45钢，热处理硬度6064HRC。4.8 冲孔模具装配图5 内翻边5.1 工艺力的计算翻边力F内=1.1D-dts=1.13.14(31.5-20.48) 1.5196=11.2KNt：材料厚度（mm）s：材料屈服点（MPa）D：翻边后直径（按中线计）（mm）d：翻边预冲孔直径：（mm）5.2 压力机的选择对于小、中型冲压工件，选用开式机械压力机。不仅操作方便，价格低廉，而且有一定精度和刚度。凸缘模柄的结构尺寸可查3表2-79，中、小型模具通过凸缘模柄与压力机上的滑块连接。F总=F内+FQ=13.64KN, 选用63KN开式压力机。主要参数如下：公称压力：63KN滑块行程：50mm行程次数：160次/min最大封闭高度：170mm封闭高度调节量：40mm工作台尺寸：360mm240mm工作台板厚度：50mm模柄孔尺寸：30mm50mm倾斜角：3005.3 凸模凹模的尺寸计算选取凸、凹模之间的间隙时，应略小于原来材料的厚度，由于圆孔在翻边时，材料径向变化不明显，切向伸长并变薄，凸凹模的单边间隙可查1表6-11.内翻边：D凸= d =30mm D凹= d+2C =30+21.1mm=32.2mmd：翻边凸模的直径C：翻边时凸凹模的单边间隙（查1表6-11）5.4 主要部件的结构设计5.41 内缘翻边凹模厚度取40mm,一般通过销钉和螺钉把凹模固定在下模座上，模的底面与上表面平行，凹模的内孔轴线与上表面垂直，凹模的底面和型孔的孔壁加工时应尽可能光滑，目的是提高模具寿命与冲件的精度，表面粗糙度Ra=0.80.4m。底面和销孔的Ra=1.60.8m。材料选用T10A,热处理硬度6064HRC。结构简图如下：5.42 翻边凸模有预冲孔时，翻边时变形情况良好。凸模长度L=h1+h2+h3+h4=12+22+24=58mmh1、h2、h3、h4分别为凸模固定板厚度，零件高度，附加高度翻边凸模工作部分的表面粗糙度Ra=0.80.4m,固定部分Ra=1.60.8m。材料选用T10A,热处理硬度5862HRC。结构简图如下：5.43 凸模固定板凸模通过压入凸模固定板进行，之间的配合选用H7/m6。根据凹模外形尺寸及国标JB/T7643.5，选取凸模固定板尺寸100mm12mm,材料45钢，热处理硬度4348HRC。结构简图如下：5.44 垫板在固定板和上模