无凸缘筒形件冲压模具设计

目录1 绪论 .21.1 模具概述 .21.2 冷冲模具工业的现状 .21.3 冷冲模具的发展方向 .22 工艺方案分析及确定 .32.1 零件工艺性分析 .32.1.1 材料分析 .32.1.2 结构分析 .32.1.3 精度分析 .32.1.4 变形特点的分析 .32.2 工艺方法的确定 .43 零件工艺计算 .43.1 拉深工艺的计算 .43.1.2 预算坯料直径 .4D3.1.3 压边圈的选择 .53.1.5 确定各次拉深半成品尺寸 .53.1.6 拉深工序图 .63.1.7 排样计算 .73.2.1 落料凸、凹模刃口尺寸计算 .73.2.2 首次拉深凸、凹模尺寸计算 .84 冲压设备的选择 .105 模具的总体设计及装配 .105.1 落料凹模的设计 .115.2 凸凹模（落料的凸模、拉深的凹模） .125.3 拉深凸模 .125.4 模柄的选择 .135.5 卸料装置 .135.6 顶杆装置的选择 .135.7 销、钉的选择 .146 模具闭合高度的校核 .147 总装配图 .158 总结 .15参考文献： .16第 2 页 共 16 页1 绪论1.1 模具概述模具是高新技术产业的一个组成部分，是工业生产的重要基础装备用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点，这是其他任何加工制造方法所不及的。目前，模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业，模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。1.2 冷冲模具工业的现状到了21世纪随着计算机软件的发展和进步CADCAECAM技术日臻成熟，其现代模具中的应用越来越广泛。目前我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，仍具有较大的差异，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具。目前仍主要依靠进口。而一些低档次的简单冲模，则已供过于求，市场竞争非常激烈。1.3 冷冲模具的发展方向发展模具工业的关键是制造模具的技术、相关人才以及模具材料。模具技术的发展是模具工业发展最关键的个因素，其发展方向应该为适应模具产品“交货期短” 、 “精度高” 、质量好”和“价格低”的要求服务。为此，急需发展如下几项：1全面推广模具CADCAMCAE技术：随着微机软件发展和进步，普及CADCAMCAE技术的条件已基本成熟，各企业需要加大CADCAM技术培训和技术服务的力度，同时进一步扩大CAE技术的应用范围。2模具扫描及数字化系统：高速扫描机和模具扫描系统具备从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，这样可以大大缩短模具研制制造周期。3电火花加工：电火花加工(EDM)虽然已受到高速铣削的严峻挑战，但其固有特性和独特的加工方法是高速铣削所不能完全替代的。4优质材料及先进表面处理技术：选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高第 3 页 共 16 页模具的寿命就显得十分必要。5模具研磨抛光将自动化、智能化：模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，提高模具表面质量是重要的发展趋势。2 工艺方案分析及确定2.1 零件工艺性分析如图所示拉深零件，材料为08钢，厚度为2mm。其公益性分析内容如下：2.1.1 材料分析08 钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别钢，具有良好的拉深成形性能。2.1.2 结构分析零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角半径为R3，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。2.1.3 精度分析零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到零件的精度要求。2.1.4 变形特点的分析参照1第158页表5-1知该类拉深件拉伸变形特点有：1拉伸时的变形区在毛坯的凸缘部分，其它部分为传力区，不参与主要变形；2毛坯变形区在切向压应力和径向拉应力作用下，产生切向压缩和径向拉长变形；3极限变形参数主要受到毛坯传力区承载能力的限制。2.2 工艺方法的确定凭经验知，该工件不能一次拉深到位，至少需经过两次拉深。而完成该工件需经过第 4 页 共 16 页落料、拉深工序。综合实际情况，可有以下3种方案（如表格2-1所示）供选择：表2-1序号 工艺方案 结构特点1单工序模生产：先落料，再进行第一次拉深、第二次拉深、第三次最后切边模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。2复合模生产：先落料、第一次拉深复合、继而进行后续拉深，最后切边同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也难以提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合中批量生产。3连续模生产：落料后正、反拉深，最后切边正、反拉深模具结构比较复杂，要求工步精确，并需要采用双动力压力机，生产效率高，适合于大量而且具备双动力机的情况。根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。3 零件工艺计算3.1 拉深工艺的计算零件的材料厚度为2mm(1mm)，所以所有的计算以中线为准。3.1.1 修边余量的确定 零件的相对高度 ，经查书冲压工艺及冲压模设计第五章表5-2知63.2180dh修边余量 ，故修正后拉深件的总高应为 。m6 m856793.1.2 预算坯料直径 D由公式 计算出niA14D其中: iAARdHA321223 2214D)(84)(而代入数值 算得m0H85mR4mD105第 5 页 共 16 页3.1.3 压边圈的选择零件的相对厚度 ，经查冲压工艺及模具设计技术问答第9.10521Dt131面知：压边圈为可用可不用的范围，为了保证零件质量，减少拉深次数，决定采用压边圈。3.1.4 确定拉深次数 先判断能否一次拉出零件的总拉深系数 286.0153Ddm总查冷冲模设计表6-8，取 ， ，75.nm由此可知： ,故判断一次拉不出。.286.01总故可根据公式 求得 取较大整数：ndnlg)(27.34n3.1.5 确定各次拉深半成品尺寸1）调整各次拉深系数，使各次拉深后系数均大于冷冲模具表6-6查得的相应极限拉深系数。调整后，实际选取 ， ， ， 。所以各次拉深53.01m78.22.03m84.的直径确定为： 6.53.01Dd413.782m0.54.3m6.04d2）各次半成品的高度计算：取各次的 分别为：凸rmr71r2mr534则由公式可计算出各次 ：h)2.0(4.)(5.01111 rddDkh)3.(.)(2. 2221).0(4.)(5.0333213 rdrdkDh第 6 页 共 16 页)32.0(4.)(25.0 4443214 rdrdkDh其中 ， 。在将所有已知数据带入可求得:nmk1nh75.381h34.2mh78.03h543.1.6 拉深工序图3.1.7 排样计算零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为 1.5mm，零件与条料侧边之间的搭边值为 1.8mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的步距为 106.5mm，条料的宽度应为 m6.109)8.1205()2( 707.max cDB选用规格为 2mm1000mm1500mm 的板料，计算裁料方式如下：裁成宽 109.6mm，长 1000mm 的条料，则每张板料所出零件数为 17935.106.91 n第 7 页 共 16 页裁成宽 109.6mm，长 1500mm 的条料，则每张板料所出零件数为 126495.106.92 n经比较，应采用第二种裁法，零件的排样图如下所示：3.1 落料拉深复合模工艺计算3.2.1 落料凸、凹模刃口尺寸计算根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。落料尺寸为 （冲压模087.15具设计实例查得） ，落料凹模刃口尺寸计算如下：查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙 ，最大间隙 ，凸模制m2.0inZm26.axZ造公差 ，凹模制造公差 。将以上各值代入 m025.p 35d dp校验是否成立。经校验，不等式不成立，故调整如下：inmaxZp016.)(4.minaxZd 024.)(6.0minax所以可按下式计算工作零件刃口尺寸。 m56.187.5)( 024.035.0axdd ）（D)26.14( 01.016.minpp Z第 8 页 共 16 页3.2.2 首次拉深凸、凹模尺寸计算第一次拉深件后零件直径为 55.65mm，由公式 确定拉深凸、凹模间隙值KttZmax，查得 ，所以间隙 ，则Z5.0K325.0mZ首次拉深凹模 。65.7)6()( 08.08.01A AtdD首次拉深凸模 1.720.05.T T第 9 页 共 16 页相关力的计算:压边力和拉深力的计算1）采用压边圈拉深圆筒形零件所需拉深力首次拉深 1KtdFb以后各次拉深 2i ),3(ni，查表知 并05.1K84.276.02.MPab325故可以计算得出： KNF319拉 KNF467拉.拉 9.拉2）压边力计算圆筒形件第一次拉深时压边力： prdDy )2(4121圆筒形件以后各次拉深时压边力： Fnnn1查表得取 MPap2.故可以计算出： 同样的方法求得。KNF67.10压 KN63.42压 3压F4压落料力： 由公式 bLt冲其中取 08 钢的3.KDMPa0求得 NF257冲卸料力： 查冲压工艺及冲模设计 表 3-11 知：X 045.XK故求得 K86.1即可求 KNNNFF 15.4067.132.986.123.57 压拉卸冲总4 冲压设备的选择首次落料拉深：对于浅拉深可按式 ，估算公称压力来选取压力机，参照附录KNF17.208.1总压（见冲压模具设计实例一书）选用公称压力为 800KN 的开式压力机 J21-80，其主要技3B术参数为：公称压力：800KN 滑块行程：130mm第 10 页 共 16 页行程次数：45 次/mm最大装模高度：380mm连杆调节长度：90mm工作台尺寸： mm8054模柄孔尺寸： mm76电动机功率：7.5KW5 模具的总体设计及装配该工件的模具结构如图。主要由上下模座、落料凹模、凸凹模、拉深凸模、上顶块、下顶块、卸料板等零件组成。根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选取 级精度的后侧导柱模架。即：上模座： HT200m502下模座： HT2006导柱： ； 导套： ；35m481253闭合高度 mH24inax导柱、导套的渗碳深度为 0.81.2mm ,硬度为 HRC5862。5.1 落料凹模的设计由于此套模具为复合模，并且是逆出件式，所以凹模内壁采用全直壁式的，材料选择为 Cr12，热处理硬度为 6064HRC，由于压力中心在几何中心，可采用圆形模板。可由经验公式凹模厚度 计算得KbH表 1-6得 K=0.2，圆形凹模的 b 为直径 D。故 ,但考虑到还需要空间安装压边圈，查冲压模具简mKbH2105.明设计手册表 2.62 选用标准尺寸， 。H30第 11 页 共 16 页凹模壁厚 。mHc6342)()32(凹模板长度： 。cDL05105根据表 2.61 选择最接近的直径 200mm 故确定凹模板外形尺寸为：160 40（mm） ，材料 T10A。落料凹模板的尺寸设计如下图：5.2 凸凹模（落料的凸模、拉深的凹模）材料选择为 Cr12，热处理硬度为 5560HRC。根据以求得的刃口尺寸的大小，结合尺寸公差表可有如下设计：第 12 页 共 16 页5.3 拉深凸模凸模设计成简单筒形，刃口无斜度，采用车床加工，由于其直径较大，故设计为直接压入紧固在下模座上。根据以求得的刃口尺寸的大小，结合尺寸公差表可有如下设计：第 13 页 共 16 页5.4 模柄的选择按 JB/T7646.1-1994 选择压入式 ,材料 Q235-AF。1055.5 卸料装置由于落料拉深过程中，若选用选用弹性卸料，则拉深行程中，橡胶亦被压缩，产生不必要的压缩力，增大压力机压力，故采用刚性卸料装置，材料为 45 钢，卸料板与导料尺做成整体，综合卸料板和导料尺的标准，卸料板厚度为 5mm，固定螺钉选用与落料凹模一致，共用 M12 固定，查冲压模具简明设计手册表 15.30，卸料板孔与凹模的单边间隙 Z/2=0.2mm。5.6 顶杆装置的选择按 JB/T7650.1-1994 选择顶杆，材料 45， 热处理硬度 4348HRC ，尺寸12 250。5.7 销、钉的选择1）定位销的选择第 14 页 共 16 页由于排样时，两工件间的纵向搭边距离只有 1.5mm，不能选用废料的后端定位，而落料时工件尺寸为 105mm，凹模的长度不够前端定位所需值，故在凹模上，送料方向添加一个支架，定位销尺寸选用 M12。2）螺钉的选择为使凸凹模固定板安装在上模架和凹模安装在下模架上时不影响模具在压力机上的安装，应采用内六角圆柱头螺钉，其直径和长度应根据强度和所需连接高度选择，参考标准 GB70-85，故采用 M12 螺钉。6 模具闭合高度的