模具设计制造课程设计

1、模具设计与制造课程设计说明书 姓 名：李玉恒 学 号：20091115 班 级：机械11班 指导教师：谢延敏 2013年3月8日1.冲压件工艺性分析 冲压工序：落料、拉深、冲孔 材料:为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的冲压和拉深性能，适合冲裁和拉深。 结构：简单对称。 精度：全部为自由公差，工作厚度变化也没有作要求，要求无严重划伤，无冲压毛刺，孔不允许变形，普通冲裁完全能满足要求。图（1）2. 冲压工艺方案的确定 方案一：先落料，再拉深，最后冲孔，采用单工序模生产。 方案二：先采用单工序模落料，再拉深-冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：先采用单工序模落料，再拉深

2、-冲孔级进冲压，采用级进模生产。 方案四：落料-拉深-冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案五：拉深-冲孔-落料级进冲压，采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但生产成本高而且效率低； 方案二、三同样存在生产效率低的问题，题目要求为中等批量生产，所以仍然不可取； 方案四生产效率较高，安装、调整较级进模容易，操作简单，不存在累积定位误差，工件精度也满足要求； 方案五工件的精度及生产效率都较高，但级进模结构复杂，制造难度大，价格与工位数成比例上升。 结论：采用方案四为佳。3. 各工序模具结构形式 （1）模具的基本结构形式模具的基本结构形式是由条料的送进与定位方式，压料与卸料方式，导向方式及模具的正倒

3、装关系所确定。条料送进方式采用手工送料，要注意操作安全问题。条料在方向上的定位主要是保证条料的送进步距，可通过条料上冲出的轮廓和挡料销共同定位，如图（）所示：条料在方向的定位是为了保证条料送进平直，它可用导尺或导料销定位，如图（）所示：图（）挡料销定位图（）导料销卸料方式采用刚性卸料，即，通过卸料板固定在下模的凹模上以阻碍条料随凸模上移的一种卸料方式，如图（）模具的导向是指模具上下模间的导向，一般都是采用安装在模架上的导柱导套进行导向的。该套模具采用正装，即，凸模装于上模，凹模装于下模。因为正装结构每次废料都被打出，不存在积存废料的问题，故凸凹模的壁厚可相对小些；另外，正装结构在冲裁时可使板料

4、受到顶件板的反顶力，因而冲压件较平整。图（）刚性卸料 （2）模具的总体尺寸模具的总体尺寸主要指模具的平面轮廓尺寸，各模板厚度，模具闭合高度等，由于题目要求精度较高，中等批量生产，所以必须使用带有模架的模具。而模架是由上下模座和导柱导套组成的标准结构，根据模架类型和模架大小直接从标准规范中选用。模具的平面轮廓尺寸是根据工序件轮廓或条料排样图上所有工序轮廓的最小包络矩形来确定的。它主要包括模座和各模板的长宽尺寸。通常个模板在长宽方向的尺寸是一样的，并以凹模板为基准来确定。 （3）模架选用 模架大小需根据凹模板（或凹模固定板）的外廓尺寸大小以及各模板厚度来确定。一般应保证模座的外形尺寸大于凹模板尺寸

5、4070mm，模座厚度一般为凹模板厚度的11.5倍，且模架的闭合高度应能满足安装各模板及成形的要求。所以，模架的选用要根据后面对凸凹模的尺寸计算过后才能确定。 （）凸，凹模的工作尺寸计算）冲裁工序的凸凹模尺寸计算凸凹模间隙的确定冲裁凸凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，如图（）所示：图（5）凸凹模间隙设定工件公差T2，查表可知，max=0.18mm，Zmin=0.14mm； 凸凹模刃口尺寸计算 对于落料工序，刃口尺寸应以凹模为基准，间隙取在凸模上；而对于冲孔工序，刃口尺寸应以凸模为基准，间隙取在凹模上。 凸凹模尺寸系数x和工件公差如表.1所示。表.1 凸凹模尺寸系数x材料厚度t/mm非圆形x值圆

6、形x值10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.36<0.160.16>120.200.210.410.42<0.200.20>240.240.250.490.50<0.240.24>40.300.310.590.60<0.300.30 根据表.1，由于工件公差为IT12，取尺寸系数x=0.75； 材料厚度t为1.5mm，取孔和工件尺寸公差分别为0.1mm和0.15mm； 工件尺寸及公差分布情况如表.2所示。表.2 规则形状（圆形，方形）冲裁时凸凹模的制造偏差/mm基本尺寸凸模偏差凹模偏差180.0200.020>

7、18300.0200.025>30800.0200.030>801600.0250.035>1201800.0300.040>1802600.0300.045>2603600.0350.050>3605000.0400.060>5000.0500.070 由表.1查出凸凹模制造公差： 落料部分：直径为70.5mm，T=0.02mm，A=0.03mm 冲孔部分：直径为3.2mm，T=0.02mm，A=0.02mm 为了保证间隙值，模具加工偏差和模具间隙之间还应该满足下列条件：T+AZmax-Zmin 然而，经过验算，落料部分的模具偏差不满足这个条件，所以

8、对落料部分的模具加工偏差取以下值：T=0.4(Zmax-Zmin)=0.016mmA=0.6(Zmax-Zmin)=0.024mm 落料部分： D凹=(D-x)0+A=(70.5-0.75×0.15)00.03=70.387500.024mm D凸=(D凹-Zmin)-T0=70.2475-0.0160 mm 冲孔部分： d凸=(d+x)-T0=(3.2+0.75×0.1)-0.020=3.275-0.020 mm d凹=(d凸+Zmin)0+A=3.4150+0.02 mm 落料凸模的整体设计 凸模长度已趋标准化，一般不需要计算，但当选用非标准尺寸时，凸模长度可由模具结构

9、确定。如图（6）所示，除考虑凸模固定板厚度h1，卸料板厚度h2和导板厚度h3以外，还要考虑冲压时凸模进入凹模的深度，凸模刃磨量和凸模固定板与卸料板之间的安全距离等因素需要增加的长度h（一般h取1520mm），所以凸模长度L为：L=h1+h2+h3+h。 冲孔凸模的设计 由于零件孔径较小，采用圆形凸模结构和固定方式，用于小直径冲孔，凸模做成阶梯形，用以增加强度。凸模与固定板为过渡配合，固定板用螺钉，销钉与上模板连在一起。图（6） 凸模长度的确定 凹模结构形式和固定方法 图（7）为凹模与下模座用螺钉和销钉固定，系落料，冲孔和拉深等模具的凹模最常用的固定方法。图（7） 凹模1 图（8）为带台阶凹模的

10、固定方法，适于冲小孔的凹模形式。图（8） 凹模2 凹模外形尺寸的确定 凹模轮廓形状和尺寸已趋标准化，一般可根据冲压件形状和尺寸选用；在生产中，凹模高度和壁厚尺寸常用经验公式确定。 复合模使用凸凹模的最小壁厚数值，如表.3所示：表.3 凸凹模的最小壁厚a材料厚度最小壁厚最小直径材料厚度最小壁厚最小直径材料厚度最小壁厚最小直径材料厚度最小壁厚最小直径0.41.4150.92.5182.15.0 254.59.3350.51.61.02.72.55.85.010.0400.61.81.23.22.756.3285.512.0450.72.01.53.8213.06.70.82.31.754.03.5

11、7.8322.04.94.08.5 由于材料厚度为1.5mm，经查表可知最小壁厚a=3.8mm2）拉深工序的凸凹模尺寸计算 凸凹模间隙 拉深模的间隙是指凸，凹模横向尺寸的差值，如图（9）所示：图（9） 拉深模工作的部分参数 单边间隙用c来表示。拉深模间隙对拉深工序有较大的影响。间隙小，工件质量较好，但拉深力大，工件易拉断，模具磨损严重；间隙大，虽然拉深力减小，模具寿命提高了，但工件易起皱，侧壁不直，回弹较大，质量不能保证。 对于圆筒形拉深件模具，不用压边圈时，单边间隙的取值见下式：C=（11.1）tmax式中 tmax材料厚度的最大值 由于零件厚度t=1.5mm，取c=1.5mm； 凸凹模圆角

12、半径 凹模口圆角半径对拉深工序影响很大。rd过小时，毛坯被拉入凹模的阻力就大，拉深力也增加，易使工件产生划痕，变薄甚至拉裂，还使模具寿命降低。rd过大时，会使压边圈下的毛坯悬空，使有效压边面积减小，易起皱。 在不起皱的情况下，凹模圆角半径愈大愈好。一般可采用以下经验公式计算：rd=0.8（D-d）t式中 D毛坯或上道工序的拉深直径； d本道工序的拉深直径； t材料厚度。 因为D=m2d1=29.08125mm d=24mm t=1.5mm；故， rd=2.2mm 凸模的圆角半径rp对拉深工序也有影响。当rp过小时，则角部弯曲变形大，危险断面容易拉断；当rp过大时，则毛坯底部的承载面积减小，悬空

13、部分加大，容易产生底部的局部变薄和内皱。由于零件的内圆角半径为1.5mm，所以凸模的圆角半径rp也取1.5mm。 凸凹模横向尺寸 凸凹模的横向尺寸计算，要根据尺寸的标注要求，模具的磨损趋势和制造公差确定。拉深凸凹模横向尺寸计算公式如表.4所示：表.4 拉深凸凹模横向尺寸计算公式尺寸标注方式凹模尺寸Dd凸模尺寸dp注Dd=（D-0.75)+d0dp=（Dd-2c)0-pDd凹模尺寸dp凸模尺寸 D拉深件外形的基本尺寸 c凸凹模的单边间隙 d凹模的制造公差 p凸模的制造公差 拉深件基本 尺寸D或d的公差 根据零件尺寸可知： D=25.5mm，=0.15mm，c=1.5mm，d=0.025mm，p=

14、0.025mm； 凹模尺寸Dd=（25.5-0.75×0.15）+0.0250=25.3875+0.0250 mm； 凸模尺寸dp=（25.3875-2×1.5）0-0.025=22.38750-0.025 mm。 凸模的结构形式 凸模的结构形式按其形状可分为直通式和台阶式，按其组成方式可分为整体式和镶拼式。当模具工作部分形状较小时，为使凸模有足够的强度，通常采用台阶式，因此在本零件的冲孔工序中，采用台阶式的凸模；而当工作部分形状较大且较复杂时，为便于加工，通常采用直通式，因此对于落料工序，采用直通式凸模。 凸模的固定方式 对凸模的固定要满足两个基本的要求：一是稳定可靠，二

15、是拆装方便。当凸模较细小时，为保证其强度和刚度，通常需增加一保护套。 凸模长度计算 拉深凸模长度的计算参照冲裁凸模的长度计算方法，如图（6）所示。 凹模的结构形式及固定方式 凹模的结构形式及固定形式，与前面冲裁凹模的选用类似。 3）压料，卸料，出料及抬料装置设计 冲孔工序：推料板厚度取20mm，固定板厚度取12mm,凸模修模量取6mm,凸模进入凹模深度取1mm,卸料板与固定板之间的安全距离为15mm。 落料工序：对于落料凸模的长度L为固定板厚度18mm,卸料板厚度8mm,拉深高度16mm，卸料板与固定板之间的安全高度26mm之和。4.主要设计计算（1） 毛坯尺寸计算 图（10） 厚度为1.5m

16、m R=1.5mm， h=21.5mm， d1=19.5mm d2=24mm， d3=28.5mm， d4=55mm 毛坯直径D=70.5mm 冲压件相对高度：h/d2=0.75 凸缘的相对直径：dF /d=d4/d2=55/24=2.29 由于2<2.29<2.5,通过查表可知，修边余量=2.5mm （2）排样及相关计算 根据冲压件形状特征，如果采用少废料和无废料排样时，由于条料宽度的公差及条料导向与定位所产生的误差，使工件的质量和精度难以保证，所以采用有废料直排的排样方式。 经过查表“冲裁金属材料的最小搭边值”可知，由于材料厚度为1.5mm，且毛坯为圆形状，最小工艺搭边值分别为

17、2mm和1.5mm，现取搭边值都为2.5mm，如图（11）所示：图（11） 送料进距：s=D+a=70.5+2.5=73mm条料宽度：b=D+2a=70.5+2×2.5=75.5mm （3）成形次数的确定由于拉深件的材料变形程度较大，通常需经过多次拉深才能成形。拉深件的变形程度可通过拉深系数来衡量，并据此可确定所需的拉深次数和各拉深工序的尺寸。通过查下表： 表.5凸缘的相对直径：dF /d=d4/d2=55/24=2.29坯料的相对厚度：（t/D）×100=（1.5/70.5）×100=2.13通过查表可知，第一次拉深允许的最大相对高度h1/d1=0.37，而零件

18、的相对高度h/d2=0.75，由于h/d2>h1/d1，需多次拉深。如下表：表.6连续拉深时带工艺切口的首次极限拉深系数 凸缘相对直径 dF/d1坯料相对厚度（t/D）×100 >2 <21 <11.10.600.620.641.50.58 0.600.622.00.560.580.602.50.550.560.58表.7连续拉深时带工艺切口的以后各次极限拉深系数拉深系数 mn坯料相对厚度（t/D）×100 >2 <21 <1m20.750.760.78m30.78 0.790.80m40.800.810.82m50.820.840

19、.85 由于凸缘相对直径为2.29，坯料的相对厚度为2.13，由表.7可知； 取m1=0.55，则：d1=m1D=38.775mm ，由表.3可知； 取m2=0.75，则：d2=m2d1=29.08125mm，同理； 取m3=0.78，则：d3=m3d2=22.683375mm<24mm 。 所以，坯料需经过三次拉深成形。（4） 计算冲压力初定设备在冲压生产过程中，冲压力包括：使材料产生塑性变形获得相应工件形状的各工序冲压力，以及卸料力、推件力和顶件力等。由于首次拉深时，t/D=0.0213, 0.045（1-m1）=0.02025 t/D>0.045（1-m1）；第二次拉深时，t

20、/D=0.0213, 0.045（1/m2-1）=0.015 t/D>0.045（1/m2-1）第三次拉深时，t/D=0.0213, 0.045（1/m3-1）=0.013 t/D>0.045（1/m2-1） 综上所述，满足毛坯不起皱，可不需用压边圈。 冲压力计算公式如表.8所示：表.8冲压成形力计算公式工序类型计算公式说明冲裁平刃冲裁F=Ltb L冲裁轮廓总长（mm） t材料厚度（mm） b材料抗拉强度（MPa）拉深不带压边圈F=1.25(D-d1)tb (第一拉深)F=1.3(di-1-di)tb (以后各次拉深 di拉深件的直径（mm） t材料厚度（mm） b材料的强度极限（

21、MPa） F拉深力 D坯料直径（mm）力类型计算公式说明卸料力推件力顶件力f=kF 卸料力、推件力、顶件力的计算方法都是一样，只是系数k的取值不一样。当为冲裁件时，F为冲裁力；当为拉深件时，F为拉深力压边力f=Ap A压料板下的毛坯投影面积（mm） p单位压边力（MPa），需查表获得按照表.8进行计算如下： 落料力：L=D=221.5mm ，t=1.5mm ，b=325MPa F落=Ltb=107.98KN 卸料力：系数如表.9 表.9料厚K卸K推K顶 钢<0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.

22、062.56.50.030.040.0450.05>6.50.020.030.0250.03 由于料厚t=1.5mm，取K卸=0.0425， K推=0.055，K顶=0.06 故，卸料力F卸=K卸×F落=4.59KN； 拉深力：F1=1.25(D-d1)tb=1.25（70.5-38.775）×1.5×325=60.73KN F2=1.3(d1-d2)tb =1.3(38.775-29.08125)×1.5×325 =19.30KN F3=1.3(d2-d3)tb =1.3(29.08125-24)×1.5×325 =

23、10.12KN 故，F拉=F1+F2+F3=90.15KN 压边力：压料板下的毛坯投影面积A=/4(d42-d22)=1923.44mm2 对于08号钢，p取2.5N/mm2 故，F压=Ap=4.81KN 冲孔力：与落料力同理，L=d=10.05mm，t=1.5mm，b=325MPa， F冲=3Ltb=14.70KN； 推件力：根据表.5， K推=0.055 故，推件力F推=K推×F冲=0.81KN综上所述，总冲压力为： F总=F落+F卸+F拉+F压+F冲+F推=223.04KN 根据总冲压力和零件尺寸，初定压力机为J23-25开式可倾压力机。.填写冲压工艺卡片 表. 冲压工艺卡片

24、标记 产品名称冲压工艺规程卡零件名称批量第 页零件图号中等批量共 2 页 材料牌号及技术条件 08号钢要求无严重划伤，无冲压毛刺，孔不允许变形毛坯形状与尺寸圆形半径D=70.5mm选用带料 1.5270序号工序名称 工序草图工装名称及图号设备检验要求 备 注1落料落料模250KN按草图检验 2拉深拉深模250KN按草图检验 3冲孔冲孔模250KN按草图检验 原底 图总号日期更改标记 编制校对 文件号姓名 底图 总号签字 签字签字 日期日期六、零件机械加工工艺方案6.1零件加工工艺性分析凸、凹模的断面形状和尺寸精度是选择加工方法的主要依据。对于圆形断面，一般采用车削加工，经热处理淬硬后再磨削达到

25、图纸要求，圆角部分和某些表面还需进行研磨、抛光。凸、凹模的圆角半径是十分重要的参数，凸模圆角半径通常根据拉深件要求决定，可以一次加工而成；而凹模圆角的设计值不宜过大，要留有修模时由小变大的余地。因为拉深凸、凹模的工作表面和坯料之间产生一定的相对滑动，因此其表面粗糙度要求也较高，一般凹模工作表面粗糙精度Ra应达到，凹模圆角处Ra应达到；凸模工作表面粗糙精度Ra也应达到，凸模圆角处Ra值可以大一点，但一般也应达到。为此，凸、凹模工作表面一定要进行研磨、抛光。拉深凸、凹模工作条件属于磨损型，凹模受径向胀力和摩擦力，凸模受轴向压力和摩擦力，所以凸、凹模材料应具有良好的耐磨性和抗粘附性，热处理后一般凸模

26、应达到HRC，凹模应达到HRC。有时还需采用表面热处理来提高其抗粘附性能力。拉深凸、凹模的淬硬处理有时还可以在试模后进行。在拉深工件中，特别是复杂零件的拉深，由于材料的回弹或变形不均匀，即使拉深模各个零件按设计图样加工得很精确，装配也很好，但拉深出来的零件不一定符合要求。因此，装配后的拉深模，有时要进行反复的冲和修整加工，直到冲出合格件后再对凸、凹模进行淬硬、研磨、抛光。由于拉深过程中，材料厚度的变化、回弹以及变形不均匀等因素的影响，复杂拉深件的坯料形状和尺寸的计算值要与实际值之间往往存在误差，需要在试模后才能最终确定。所以，模具设计与加工的顺序一般是先拉深模后冲裁模。6.2零件加工工艺过程1

27、）落料凹模 图6.1 落料凹模 图6.2 拉深凸模落料凹模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆料2热处理退火3车车外圆、端面、内孔，留单面磨量车床4钳工划线5钳工钻攻和，钻铰，去毛刺钻床6热处理淬火，回火，保证7磨平面磨上下面见光，保证平行度公差要求平面磨床8磨内孔磨内孔，留研磨量0.01mm内圆磨床9研磨研磨达到要求车床10检验2） 拉深凸模拉深凸模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆料2热处理退火3车车两端面，保持长度60mm,钻中心孔车床4车车外圆、圆角、切槽、钻轴向通气孔（深50mm），留单面磨量车床5钳工钻径向通气孔（深）,去毛刺钻床6热处理淬

28、火、回火，保证7钳工研中心孔车床8磨外圆磨及端面到尺寸，磨留研磨量0.01mm，保证同轴度公差要求外圆磨床9平磨磨尺寸的端面平面磨床10钳工研磨达要求，抛光圆角车床11检验3） 模柄（A型） 图6.3模柄（A型） 图6.4 模柄（B型）模柄（A型）加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆料2车车两端面，保持长度95mm,留单面磨量车床3车车外圆、倒角、切槽，留单面磨量车床4磨外圆磨到尺寸，磨和，留研磨量0.01mm，保证公差要求外圆磨床5平磨研磨尺寸端面平面磨床6钳工研磨达尺寸要求车床7检验4）模柄（B型）模柄（B型）加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆料2车车两端面，保持长度80mm,留单边磨余量车床3车车外圆、倒角、切槽，留单面磨量车床4钳工钻通孔，留单面磨量，去毛刺5钳工研中心孔6磨外圆磨到尺寸，磨和留研磨量0.01mm，保证公差要求外圆磨床7平磨研磨尺寸端面平面磨床8钳工研磨达尺寸要求车床9检验5） 落料（首次）拉深凸凹模图6.5 落料（首次）拉深凸凹模落料（首次）拉深凸凹模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成圆料2热处理退火3车车外圆、端面、切槽、内孔，和，留单面磨量车床4热处理淬火，回火，保证硬度58-62HRC5钳工研中心孔达