锥形油杯冲压模具设计.docx

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锥形油杯冲压模具设计

摘要………………………………………………………………………………3

1.前言……………………………………………………………………………4

2.零件的工艺性分析……………………………………………………………5

3．零件冲压工艺方案的确定……………………………………………………6

3.1计算毛坯尺寸……………………………………………………………6

3.2计算拉深次数……………………………………………………………8

3.3确定工序的合并与工序顺序……………………………………………9

4．主要工艺参数的计算…………………………………………………………10

4.1确定排样、裁板方案……………………………………………………10

4.2确定各中间工序尺寸…………………………………………………11

4.3计算各工序压力、选用压力机……………………………………………12

5．编写冲压工艺过程卡片……………………………………………………14

6．落料、拉深复合模具的设计………………………………………………17

6.1模具结构形式选择………………………………………………………17

6.2模具工作部分的设计……………………………………………………18

6.3模具其它零件的设计与计算……………………………………………21

7．再次拉深模具的设计………………………………………………………22

7.1模具结构形式选择………………………………………………………22

7.2拉深凸模和凹模工作部分的设计…………………………………………23

7.3模架的选用…………………………………………………………………24

7.4压力机的校核………………………………………………………………25

8．冲孔、翻边复合模具的设计…………………………………………………25

8.1模具结构形式选择…………………………………………………………25

8.2冲孔、翻边复合模具工作部分的设计………………………………………26

8.3模架的选用…………………………………………………………………27

8.4压力机的校核…………………………………………………………………28

结论……………………………………………………………………………28

总结与体会………………………………………………………………………29

致谢词……………………………………………………………………………29

参考文献……………………………………………………………………………30

摘要

从锥形油杯的冲压工艺分析入手，针对它的结构特点，详细分析了其成形工艺性，制定出切实可行的工艺方案，采用较简单的模具结构，生产出了合格的产品。

详细介绍了落料、拉深复合模具，再次拉深模具和冲孔、翻边复合模具等的模具结构的设计过程。

并包括各个工序的顺序及确定工序件尺寸。

冲压模具的设计首先是要从冲压工艺方面对所要设计的锥形油杯进行分析与计算，接着在分析与计算的基础上，参看相关的冲压设计资料，从而确定冲压工艺方案，再在此基础上考虑各工序的复合，最后进入冲压模具具体结构的设计。

在此基础上对各副冲压模具的主要零部件的尺寸进行设计与计算，期间要参考大量与冲压相关的资料和翻阅各种《冲压手册》，并通过计算以确定各副模具具体的结构及尺寸，通过不断的计算与修改，冲压工序的选择是经查阅相关资料和对工件形状仔细分析的基础上进行的；冲压模具的选择是在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度等诸多因素的基础上进行的；产品毛坯展开尺寸的计算是在方便计算但不影响模具成型的前提下简化为所熟悉的模型进行的。

文中还对冲压模具成型零件和其他相关零件的选择原则及选择方法进行了说明。

【关键词】油杯、模具设计、拉深、冲压工艺、毛坯展开尺寸

Abstract

Onthebasisoftheanalysisofthecompressorgreasecupwithtaper’sstructureandregardingthestructurecharacteristicsofthegreasecup,theprocessorformingthegreasecupisanalyzedindetail.Apracticaltechnologicalprocesshasbeenworkedout.Relativelysimplestructuresofthedieshavebeendesignedandqualifiedpartshavebeenmanufacturedwithdies.Thedesignandmanufactureforthecompoundtoolsofblankinganddrawingisintroducedindetail.Theseconddrawingdieandacompoundtoolsofpierceandtrimarealsointroduced，includingdeterminationoftheoperationsequenceandoperationpositionparts’dimensions.Thefirstthingtodesignthecompressdiesistheanalysisandlotsofcalculationforthegreasecupwithtaperonbasisofstampingtechnologicalprocess.Theelectionofpressprocessisbasedonconsultingcorrelationdatumandanalyzingtheformofmanufacturedproductmeticulous;Theelectionofpressdieisbasedonsynthesisconsiderationsoneconomicalefficiency、theprocessingpropertyofpartandcomplexdegreearemanyfactors;Calculatingtheworkblankofmanufacturedproductunfolddimensionislinedfeedonthepremiseofcalculationconveniencebutwithoutcontributiondieconfectioningsimplifiedfrequentapplicationcast.Inthetext,tointroducetheelectionprincipleandmeansofpressconfectioningartandmiscellaneousrapportpart,otherwisealsointroducingcalculationmeansontheworkblankformofmanykindsofproductunfolddimensionandsimplifiedcast,andthemeansoflookinguponthereferencebooksofdesigningpressdie.

【Keywords】greasecup,diedesign,drawing,stampingtechnologicalprocess,

Theunfolddimensionoftheworkblank

1.前言

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工亚企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营业得到了快速发展。

浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现也有几千家。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分叫车覆盖件模具。

此外，研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

本次设计主要是完成年产6000件锥形油杯的冲压工艺及模具的设计。

从中掌握冲压工艺及模具设计的过程，以及相关资料的查找和计算。

2.零件的工艺性分析

制定锥形油杯的工艺方案，并设计模具。

零件材料为1Cr18Ni9、厚度1mm，年生产6000件。

（一）技术方面：

该零件形状属旋转体，是无凸缘筒形件，形状较简单且对称。

筒形部分由圆筒部分圆锥部分组成。

锥形部分的h/d=20/48=0.41在0.3～0.7之间，属于中等高度的锥形件。

且相对高度100t/d0=2，圆角半径不小，利于成形，可一次拉深成，但应采用压边圈。

零件上尺寸无标注公差，可按自由公差处理，拉深件精度等级一般在IT13以下，本设计中采用IT14级。

零件材料为1Cr18Ni9,属于奥氏体不锈钢，具有高的塑性，低的屈服点和大的板厚方向性系数，利于冲压加工。

但随着拉深的进行，材料加工硬化速度快，不适合多次拉深，故中间需要进行退火以改善材料的塑性。

这便增加了加工的周期。

由于不锈钢的抗拉强度比一般钢板要大，冲压力大，增大了对凸、凹模侧壁部分的磨损，使模具寿命也大为降低。

冲压不锈钢零件时，凸、凹模材料一般多选用高鉻工具钢，如：

Cr12、Cr12MoV等，以增加模具零件的抗磨损能力。

奥氏体不锈钢的有关特性见下表：

表一

σb/MPa≥

σs/MPa≥

δ5/MPa≥

ψ（%）≥

HB≤

550

200

45

50

187

该零件低部ø20区段的形成，可有三种方法：

一种可以采用阶梯拉深后冲去底部；另一种采用阶梯拉深后车去低部；再一种可以采用拉深后先冲底孔，再翻边。

这三种方法中，第一种冲底，要求零件底部的圆角半径压成接近清角，这就需要增加一道整形工序且质量不易保证；第二种车底的质量高，但生产效率低，且费料；第三种采用翻边，生产率较高且省料，翻边端部虽不如以上的好，但该零件高度64为未注公差尺寸，翻边完全可以保证要求，所以采用第三种方法是较合理的。

（二）经济方面：

该零件要求年产6000件，对冲压工艺来说属于小批量生产。

对于小批量的冲压生产，生产效率可以不预考虑，而降低成本的着眼点则主要放在不变成本上，即可以采用钢带冲模、板模橡胶模、组合冲模、低熔点合金模等简易模具以降低模具制造费用。

还可采用单工序分散冲压和简易模，尽可能地采用模具标准件，扩大模具典型结构，缩短模具制造周期。

3.零件冲压工艺方案的确定

3.1计算毛坯尺寸

计算毛坯尺寸需要先确定翻边前的半成品尺寸。

Ø20处的高度尺寸为h=64-60+1=5mm

根据翻边公式，翻边的高度h为

h=D（1-K）/2+0.43r+0.72t

经变换后

K=1-2（h-0.43r-0.72t）/D=1-2（5-0.43×1-0.72×1）/21=0.63

即翻边出高度h=5mm时，翻边系数K=0.63

d=D×K=21×0.63=13mm

d/t=13/1=13,查表，当采用圆柱形凸模，用冲孔模冲孔时，[K]（极限翻边系数）=0.55

翻边前的半成品形状和尺寸如图所示。

计算工件相对高度H/d=59.5/47=1.27，查表得修边余量δ=3mm。

毛坯展开尺寸按中心线计算如下：

将整体分解成图形1）、2）、3）、4）。

4dh=4×47×43=8084

图一

L=

=

=16.2

2（d1+d2）×L=2×（41+47）×16.2

=2864

图二

h=r（1-Cosа）

=4×（1-Cos79º）=3.8

L=3.14rа/180º

=3.14×4×79º/180º=5.5

4dL+8rh=4×32×5.5+8×4×3.8=830

图三

d2=322=1024

图四

毛坯直径D=

=113mm

3.2计算拉深次数

由于该零件不完全是圆筒形状，还包括高20mm的锥形部分，所以不能笼统的由圆筒形状来进行计算。

先估算一下锥形部分的拉深。

锥形部分的相对高度H/D=20/42=0.48,其值在0.3～0.7之间，查表知，此锥形属于中等深度锥形，相对厚度（t/d1）×100=（1/60）×100=1.6,可以一次拉成。

若按整个是圆筒形，则计算如下：

由毛坯相对厚度（t/D）×100=（1/113）×100=0.88，查表知，此件拉深需使用压边圈。

再由毛坯相对厚度0.88和工件相对高度h/d=（59.5+3）/48=1.3，查表得n=2次（所查的表适用于08、10钢）。

由毛坯相对厚度0.88查表，初定m1=0.53,m2=0.8。

则：

d1=m1×d0=0.52×113=59mm（按中线直径）

d2=m2×d1=0.8×59=47mm（按中线直径）第二次即可拉出圆筒的内径。

考虑到第一次和第二次拉深时所用的都不是极限拉深系数，所查到的表也只适用于08、10钢，而本工件所用的是1Cr18Ni9，塑性都较前二者的好，并且零件锥形部分的高度属中等，底部圆角半径也不算小，所以在第二次拉深中将圆筒直径ø48和圆锥部分同时拉成。

但在第一次拉深后应将工件进行退火处理以改善1Cr18Ni9材料的塑性。

3.3确定工序的合并与工序顺序

锥形油杯所需基本冲压工序如下：

落料，首次拉深，二次拉深，冲ø13孔，翻边，切边。

根据这些基本工序，可拟出如下四种方案：

方案一、落料与首次拉深复合，其余按基本工序。

方案二、落料与首次拉深复合，冲ø13底孔与翻边复合，其余按基本工序。

方案三、落料、首次拉深与冲ø13底孔复合，其余按基本工序。

方案四、采用带料连续拉深或在多工位自动压力机上冲压。

分析比较上述四种方案，可以看到：

方案三中，落料、首次拉深与冲ø13底孔复合，拉深凸模与冲孔凹模做成一体会给修模带来困难。

尤其是冲完底孔后再经二次拉深，不能保证孔径大小不会受到拉深变形区的影响。

若孔径一旦变化，将回影响到翻边的高度尺寸和翻边口缘质量。

方案四中，采用带料连续拉深或多工位自动压力机冲压，虽然可获得高的生产率，而且操作安全，也避免了上述方案所指出的缺点，但这一方案需要专用压力机或自动送料装置，而且模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，不适合6000件的小批量生产。

方案二中，冲ø13底孔与翻边复合，经计算模壁厚度ɑ=（20-13）/2=3.5mm,大于表2-42所列的凸凹模最小壁厚2.7mm，满足强度要求。

所以冲孔与翻边复合是行得通的。

方案一中，虽没有上述的缺点，单工序模具结构也简单且制造费用低，但工序复合程度低，生产率低，与方案二相比要多一副模具，制造成本也相对多一些。

既然方案二已经可以满足强度的要求，且在中小批量生产中也是合理的，因此决定采用第二方案。

方案二的冲孔、翻边工序中，于冲压行程临近终了时，模具可对工件产生刚性锤击而起到整形作用，故无需另加整形工序。

4．主要工艺参数的计算

4.1确定排样、裁板方案

工件毛坯直径ø113不算小，考虑到操作方便，采用单排。

由表3-20查得搭边数值为：

侧向搭边a=1mm,沿送进方向搭边a1=0.8mm

条料宽b=113+2a=113+2×1=115mm

进距h=113+a1=113+0.8=113.8mm

选用钢板规格为1mm×750mm×1000mm

裁板方案有横裁和竖裁两种，比较两种方案，选用其中材料利用率高的一种。

采用竖裁：

裁板条数n1=750/115=6条余60mm

每条个数n2=（1000-0.8）/113.8=8个余88.8mm

每板个数n3=n1×n2=6×8=48个

冲件面积s=л（1132-132）/4=9923mm2

材料利用率η=（48×9923/750×1000）×100%=63.5%

采用横裁：

裁板条数n1=1000/115=8条余80mm

每条个数n2=（750-0.8）/113.8=6个余68mm

每板个数n3=n1×n2=8×6=48个

材料利用率ηˊ=η=63.5%

二者差不多，但考虑裁剪的方便，为使裁剪的次数减少，选择竖裁。

计算零件的净重G及材料消耗定额G0

G=A×t×γ=（л1132/4-л132/4-2л×24×3）×10-2×1×10-1×7.85

=74g

式中γ为密度，取γ=7.85g/cm3。

（）内第一项为毛坯面积，第二项为底孔废料面积，第三项为切边废料面积。

G0=（L×B×t×γ）/351

=（750×10-1×1000×10-1×1×10-1×7.85）/351=17g=0.017㎏

4.2确定各中间工序尺寸

（1）首次拉深

首次拉深直径d1=m1•D=0.52×113=59mm（中线直径）

各次半成品底部圆角半径可以用理论公式计算，计算后仍需圆整，这就使得计算既不精确又较繁琐。

因此，生产中常常是凭经验直接确定。

这里主要是根据最后一工序凸模圆角半径等于工件底部圆角半径，前一工序的圆角半径应大于后一工序的圆角半径的原则确定。

根据这一原则，筒壁和底部交接处取圆角半径为r1=5mm（=5t）。

将各数代入首次拉深高度公式得：

h1=0.25（d02/d1-d1）+0.43r1（d1+0.32r1）/d1

=0.25×（1132/59-59）+0.43×5×（59+0.32×5）/59=40mm

（2）二次拉深

口部直径d2=m2•d1=0.8×59=47mm（中线直径）

底部圆角半径取r2=4mm，达工件要求。

拉深高度也按工件要求h2=63mm。

4.3计算各工序压力、选用压力机

（1）落料、拉深工序（公式中系数查有关表得）

落料力：

P1=1.3•τ•L•t=1.3•τ•л•d•t

=1.3×300×133л×1=162872N

式中τ-材料抗剪强度（N/mm2）,L-材料轮廓长度（mm），t-材料厚度（mm）。

拉深力：

P2=K1•л•d1•t•σb

=1.1×60л×1×550=113982N

落料的卸料力：

P3=K•P1=0.04×162872=8144N

压料力：

P4=л[d02-（d1+2r）2]q/4

=л[1332-（60+2×5）2]×2.5/4=25098N

这一工序的最大总压力，在离下死点40mm稍后些就需达到：

P总=P1+P2+P3+P4=310098N≈311kN

当拉深行程较大，特别是采用落料拉深复合模时，不能简单地将落料力和拉深力等迭加去选择压力机，因为压力机的公称压力是指在接近下死点时的压力机压力。

因此，压力机的压力曲线，如果不注意压力曲线，很可能由于过早地出现最大冲压力使压床超载损坏。

一般可按下式作概略计算：

对深拉深件P总≤（0.5～0.6）P压

式中P总——拉深力和压边力的总和。

在复合模冲压时，还包括其他变形力。

P压——压力机的公称压力。

在这里取P总≤0.6P压，即P压≥（P总/0.6=518KN）

由于此零件的拉深高度较深，因此在选择压力机时还需考虑滑块行程的大小。

滑块行程大小的选择依据是，应保证方便的放入毛坯和取出零件。

对于上出件的拉深等工序，滑块行程应大于零件高度的两倍。

即：

滑块行程≥（2×零件高度+5mm=2×40+5=85mm）

根据上述要求，查表选取公称压力为630KN的开式压力机。

（2）二次拉深工序

拉深力：

P1=K2•л•d2•t•σb

=0.8×3.14×48×1×550=66317N

压边力：

P2=л[d12-（d2+2r2）2]q/4

=3.14×[602-（48+2×4）2]×2.5=911N

取P总≥[（P1+P2）/0.6≈114kN]

滑块行程≥（2×零件高度+5mm=2×60+5=125mm）

选用800KN开式压力机。

（本可以选择小吨位的液压机即可满足高行程的要求，但由于资料有限，无法查到相关液压机，所以暂且先选用800KN的开式压力机。

（3）冲孔、翻边工序

冲孔力：

P1=1.3л•d•t•τ

=1.3×3.14×13×1×300=15920N

翻边力：

P2=1.1л•t•σs•（d-D0）

=1.1×3.14×1×200×（19-13）=4145N

顶件力取翻边力的10%，则P3=0.1×4145≈415N

整形力：

P4=A•p=л（482-202）×150/4=224196N≈225KN

滑块行程≥（2×零件高度+5mm=2×64+5=133mm）

整形力最大，故按整形力选用压力机，这里选用公称压力为500kN，型号为Y32-50的四柱万能液压机。

（4）切边工序

F=1.3л•D•t•τ=1.3×3.14×48×1×300=58781N

废料刀切断废料所需压力：

Fˊ=1.3×3×1×300=1170N

总压力：

F总=F+Fˊ=58781+1170=59951N≈60kN

滑块行程≥（2×零件高度+5mm=2×64+5=133mm）

选用公称压力为500kN，型号为Y32-50的四柱万能液压机。

在实际选用设备时，尚需考虑模具空间大小、工艺流程、设备负荷情况等因素，再作合理安排。

5．编写冲压工艺过程卡

冲压工艺卡

标记

产品名称

冲压工艺规程卡

制件名称

年产量

第页

产品图号

制件图号

共页

材料牌号及技术要求

1Cr18