毕业设计论文胀形凸肚件冲压工艺分析及其模具设计

1、胀形（凸肚）件冲压工艺分析及其模具设计摘 要本次课程设计的任务是胀形（凸肚）件冲压工艺分析及其模具设计。胀形是在模具的作用下，毛坯厚度减薄和表面积增大，以获得零件的几何形状的冲压加工方法。胀形模加工的产品具有表面光滑、质量好、回弹变形小、尺寸稳定等优点。胀形主要用于平板毛坯的局部胀形（压凸起，凹坑，加强筋，花纹，图形及标记等）、圆柱空心毛坯胀形及拉形等。本次设计以圆柱空心毛坯胀形为例，对其工艺进行分析并完成其模具的设计。 关键词：胀形,冲压,模具设计bulging (bulging) stamping process analysis and die designabstract the ta

2、sk of the curriculum design is bulging (bulging) stamping process analysis and die design. bulging in the role of the mold, the rough thinning and surface area increases, in order to obtain the geometry of the parts stamping processing methods. bulge-shaped mold processing has the advantage of smoot

3、h surface, good quality, the springback deformation is small, dimensionally stable. bulging is mainly used for the rough local bulging of the flat-panel (raised pressure, pits, strengthen tendons, patterns, graphics, and markings, etc.), the cylindrical hollow blank bulging and stretching. the desig

4、n of cylindrical hollow rough bulging example, process analysis and the design of the mold. key words: bulging , btamping , die design目 录摘 要iabstract ii第1章 绪 论 1 1.1课题的研究背景和意义1 1.2冲压工艺介绍11.3冲压工艺的种类2第2章 胀形工艺简介 3 2.1概念3 2.2胀形工艺的分类3 2.3胀形变形分析3第3章 胀形模工艺设计 5 3.1冲压件工艺性分析5 3.2冲压工艺方案的确定6 3.3工艺设计与计算7 3.4压力机的

5、选择 10 3.5模具压力中心 10第4章 胀形模具设计12 4.1模架 12 4.2模柄 12 4.3卸料装置 13 4.4弹顶和推出装置 14 4.5导向装置（导柱、导套）15 4.6连接零件 15 4.7凸凹模 15 4.8主要组件的装配 18 4.9模具的动作说明 19 4.10模具总装图19参考文献致谢第1章 绪 论 本次课程毕业设计目的是通过设计，培养自己综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力。使我们获得计算机辅助绘图和手册查阅等方面的初步训练，掌握资料收集及整理的方法。掌握模具设计的一般方法及规律，培养实际工程设计能力。1.1课题的研究背景和意义 冷冲压是一种先进的金属加工

6、方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。 由于板料零件重量轻，有足够的强度和刚度，可以根据不同用途，采用不同钢材闸工成各种形状尺寸的零件，以满足产品要求。因此，现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等轻重工业生产中，都大量使用冷冲压零件。国防方面，如飞机，导弹等产品中，采用冷冲压加工的零件比例也是相当大的。1.2冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧

7、和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。冲压是

8、高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。1.3冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 第2章 胀形工艺简介2.1概念胀形: 在模具的作用下

9、，迫使毛坯厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法。 胀形方法主要用于: （1）平板毛坯的局部成形（如压凸起、加强肋、花纹图案及标记）； （2）圆柱形空心毛坯的扩径； （3）整体张拉成形。2.2胀形工艺的分类 1、平板毛坯的局部胀形 用刚性凸模冲压平板毛坯，当毛坯外形尺寸d大于3d时，凸缘部分不能产生切向收缩，变形只发生在与凸模接触的区域内，此时即为平板毛坯的局部胀形。 2、圆柱空心毛坯的胀形 可获得形状复杂的空心曲面零件。常采用刚模胀形、固体软模胀形或液（气）压胀形。 3、张拉成形汽车覆盖件和飞机蒙皮等一些底部曲率半径很大的零件，冲压时底部材料的胀形变形程度不大，成形的主要问题

10、已不是破裂，而是贴模不良或形状冻结性不好，工件出模后出现较大的形状误差。为解决此类问题，可采用张拉成形（拉形）。采用拉形，一方面可以增大材料变形程度，另一方面能够减小甚至消除弯曲时材料内部的压应力成分，从而达到减小零件回弹、增强零件刚度的目的。2.3胀形变形分析 1、变形特点 图是球头凸模胀形平板毛坯示意图，称为局部胀形、局部成形或起伏。变形区局限于毛坯的固定部位。图2.1 胀形变形分析 在凸模力作用下，变形区材料受双向拉应力作用，沿切向和径向产生伸长变形，材料在变形区内、外部之间不发生流动，成形面积的扩大主要靠厚度变薄获得，胀形时毛坯厚度变薄。 在双向拉应力条件下卸载后回弹很小，毛坯贴模性与

11、定形性较好，易得到尺寸精度较高的零件。 变形区无压应力，不会起皱，零件表面光滑、质量好，所以曲率小的曲面零件通常采用胀形或带有胀形成分的拉深成形。 2、成形极限 胀形时变形区材料受双拉，平均应力数值较大，其主要工艺问题是破裂（材料拉伸失稳后因强度不足而引起的破裂），所以胀形的成形极限以零件是否发生破裂来判断。 不同的胀形方法，成形极限的表示方法亦不相同。 局部胀形时常用极限胀形高度hmax表示成形极限； 对于其他胀形方法，成形极限可分别用许用断面变形程度（压筋）、极限胀形系数（圆柱形空心毛坯胀形）以及极限张拉系数等表达。第3章 胀形模工艺设计3.1冲压件工艺性分析图3.1 零件图 如图3.1所

12、示零件图。 生产批量：大批量 材料：a3 厚度：2胀形属于伸长成形。胀形过程中不会产生失稳起皱的现象，且在胀形充分时制件表面很光滑，这是由于材料硬化作用的结果。对空心毛坯的胀形，如图3.1所示，如果毛坯的长度不是很长，胀形时其长度就会缩短，这说明胀形区以外的材料向胀形区内补充，使胀形区的径向拉伸变形得到缓解，而使切向的拉伸变形为最主要的变形，胀形胀破就是切向拉力过大引起的，为了不胀破，需要限制切向最大拉应变不超过材料的许用伸长率。又由产品图可知，该制件侧壁是由空心毛坯胀形而成，对壁厚变化没有要求，尺寸精度不高的，故满足胀形工序加工的要求。图3.1 对空心毛坯的胀形3.2冲压工艺方案的确定 本产

13、品的加工工艺属于圆柱空心毛坯的胀形，常采用刚模胀形、固体软模胀形或液（气）压胀形。1、刚模胀形:模瓣与毛坯间存在较大的摩擦力，材料的切向应力和应变分布很不均匀，很难得到高精度的零件，模具结构也复杂。2、固体软模胀形：模具结构简单，零件变形较均匀，容易保证几何形状，也便于复杂形状的空心件成形，零件表面质量较好。3、液（气）压胀形:在无摩擦状态下成形，极少出现不均匀变形,其优点是密封较易解决，且生产率高。液压胀形适用于表面质量和精度要求较高的复杂形状零件。由于本产品的结构较简单，也要求大批量生产，所以综合考虑，采用气压胀形。3.3工艺设计与计算 1、胀形件毛坯尺寸的计算 （1）计算毛坯直径 当胀形

14、件留有一段不变形时，毛坯的直径等于不变形段的直径，如图3.2（a）所示。所以毛坯直径可取38mm (a) 局部胀形 (b)全长胀形图3.2 空心毛坯胀形工艺参数 （2）计算侧壁胀形的胀形系数，该胀形系数： 依据10钢的极限胀形系数kmax=1.24,该制件的胀形系数为1.11，小于极限胀形系数1.24。则可一次胀形成型。 （3）计算毛坯高度对于一个具体的胀形件，其高度往往是有限的，胀形时两段一般不固定，任其自由收缩，可以缩小胀形区板厚的变薄程度，故胀形工序件的高度或长度应比制件高度增加一收缩量。 式中：  材料的极限胀形系数胀形后工件的最大直径毛坯直径毛坯的高度 坯料的伸长率，其值为

15、 制件胀形区母线长。由几何关系可以计算出。 取为40mm，故胀形前毛坯外径为38mm，高为40mm，厚度为2mm，如图3.3所示（4）毛坯的准备毛坯的拉深过程包括：坯料放入，坯料因其自重作用有一定程度的向下弯曲； 通过压边装置压边，同时压制拉深筋； 凸模下降，板料与凸模接触，随着接触区域的扩大，板料逐步与凸模贴合； 凸模继续下移，材料不断被拉入模具型腔，并成形侧壁；凸、凹模合模，材料被压成模具型腔形状；继续加压使工件定型，凸模到达下死点； 卸载。图3.3 毛坯尺寸 2、胀形力的计算： （1）计算胀形单位压力 胀形单位压力可用下式计算：式中： 胀形单位压力，为； 胀形变形区真实应力，近

16、似估算时取（材料的抗拉强度），为； 胀形最大直径，为mm； 材料原始厚度，为mm。 （2）计算胀形力 胀形时，其胀形力可按下式计算：式中： 胀形力，为n； 胀形单位压力，为； 胀形面积，为。3.4压力机的选择压力机的选择：在实际生产中，为了防止设备的超载，可按来估算压力机的公称压力，参照有关资料选用开式双柱可倾压力机j23-16，其主要技术参数为：公称压力 160kn滑块行程 70mm最大封闭高度 h=220最大装模高度 200工作台尺寸 左右l=450 前后b=300模柄孔直径为 垫板厚度 40mm3.5模具压力中心模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使胀

17、形模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使胀形模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。模具的压力中心，可安以下原则来确定：1、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。2、工件形状 相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。xo=l1x1+l2x2+lnxn/l1+l2+ln yo=l1y1+l2y2+lnyn/l1+l2+ln由于该零件是一个圆形对称件，属

18、于对称中心零件，所以该零件的压力中心在图形的几何中心o处。如图3.5所示：图3.5 压力中心图第4章 胀形模具设计4.1模架 模具除简单冲模外，一般冲模多利用模架的结构。模架的和种类很多，要根据模具的精度要求，模具的类别，模具的大小选择合适的模架.模架的选择可从冲压手册p588页（gb2851.3-81）选择标准架。根据查阅的内容及分析，此胀形模可选用后侧导柱模架导、导柱安装在后侧，有偏心裁荷时容易歪斜，滑动不够平稳，可从左右前三个方向关料操作比较方便。常用于一般要求的小型工件的冲裁和拉深模。选用的模架为后侧导柱模架，其凹模周界为l=160mm，b=160mm，d0=160mm。1）上模座：

19、上模座材料选用45钢，硬度为。由于,所以根据冲压手册p592页（gb2855.5-81）上模座选用的规格为160×160×40。其中，。 2）下模座： 下模座材料选用45钢，硬度为。根据冲压手册p594页（gb2855.6-81）下模座选用的规格为160×160×45。其中，。4.2模柄模柄有多种形式，要根据模具的结构特点，选用模柄的形式模柄的直径根据所选压力机的模柄孔径确定，模柄可根据冲压手册p620页选择，经查阅各种模柄的特点，选用凸缘模柄，这种模柄应用比较广泛，凸缘模柄按b型模柄制造，b型模柄中间有孔可安装卸料螺钉进行打料。模柄选用的材料为b5。根

20、据冲压手册p623页（gb2862.3-81）选用b型凸缘模柄，由于所选压力机的模柄孔直径为，因此所选模柄的规格为。其中，。4.3卸料装置卸件块的主要作用是将冲压的料从凸模或凸、凹模上推下来。卸件块的材料用t10，硬度为，其结构如图4.1所示。图4.1 卸件块卸料螺钉是是卸件块、凸模与上模座的连接件，即要保证卸件块平稳运动，又要保证卸件块、凸模与上模座的连接关系。根据模具的特点，本次设计采用冲压手册p645页（gb2867.5-81）的圆柱头卸料螺钉，材料为45钢，硬度为。 其中，。4.4弹顶和推出装置 弹顶装置由弹簧元件组成装于模具的下面通过顶杆起到顶块从而起到推料的作用，弹顶装置通常在压力

21、机的工作台孔中。顶杆设计的尺寸为直径12mm，长度为80mm。材料45钢，硬度为。顶块的材料为t10，硬度为，其结构如图4.2所示。图4.2 顶块4.5导向装置（导柱、导套）导向装置指得是模架上的导柱、导套。模具在开模，闭模过程中，导柱和导套起导向的作用，使得凸凹模正确的闭合，故此，导柱、导套需要有严格的配合精度及尺寸要求，导柱、导套的选择可以从冲压手册中选取，（取h7/h6配合）1)导柱： 导柱选用的材料为20钢，硬度为渗碳。根据冲压手册p606页（gb2861.1-81）选用a型导柱，规格为。其中，。2)导套： 导套选用的材料为20钢，硬度为渗碳。根据冲压手册p612页（gb2861.6-

22、81）选用a型导套，规格为。其中，油槽数为2个。4.6连接零件此类零件包括螺钉、销钉等，主要作用是联接其它零部件，使之共同完成工件的制造，螺钉和销钉可由冲压手册第十章、第七、八章查选，形状及尺寸见七、八节图所示。本次设计需要4个的内六角螺钉和8个的内六角螺钉，2个的圆柱销，则胀形模上有关螺钉孔的尺寸见冲压手册表10-28。4.7凸凹模 （1）凸模凸模的材料是t10，硬度是。其结构如图4.3所示。图4.3 凸模 （2）上凹模上凹模的材料是t10，硬度是。其结构如图4.4所示。图4.4 上凹模（3）下凹模下凹模的材料是t10，硬度是。其结构如图4.5所示。图4.5 下凹模4.8主要组件的装配1模柄

23、的装配,模柄与上模座的配合要求是h7/m6.装配时，先加工定俭销孔或螺纹孔，再用螺钉将模柄固定在上模座上。然后把模柄端面突出部分锉平或磨平，安装好模柄后，用角尺检查模柄与上模座上平面的垂有度。2、凸模和装配，凸模与上凹模的配合要求为h7/m6.。装配时，先在上凹模里将凸模装入，检查凸模的垂直度，然后将上凹模的上平面与凸模尾部一起磨平。3、卸件块的装配，卸件块起压料和卸料的作用。装配时保证它与凸模之间具有适当的间隙，其装配方法是，先将卸件块装入凸模内，然后再将卸料螺钉通过模柄、上模座和凸模上的通孔与其连接。4、模架的技术要求及装配，组成模架的各零件均应符合相应的技术条件，其中特别重要的是每对导柱

24、，导套的配合间隙应符合要求。装配成套的模架，多项技术指标（上模座上平面对下模座下平面的平行度）导柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座下面垂直度）应符合相应精度等级要求。 装配后的模架，上模座沿导柱上、下移动平稳无阻滞现象，压入上、下模座的导柱导套离其它装表面应有12mm距离，压入后就牢固。装配成套的模架，各零件的工作表不应有碰伤，裂纹以及其它机械损伤模架的装配主要指导柱导套的装配，目前大多数导柱，导套与模座之间采用过盈配合，即将上下模座孔扩大，降低其加工要求，同时将导柱、导套之间冷入粘结剂，即可使用导柱，导套固定，滑动导向模架常用的装配工艺和检验方法有压入导套、压入导套、安装导套。4.9模具的