端盖冲压工艺及模具方案设计书文档格式.docx

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第四章模具工作零件刃口尺寸及公差的计算

4.1落料、拉深、冲孔复合模……………………………………………14

第五章模具零件的选用，设计及必要的计算

5.1落料、拉深、冲孔复合模……………………………………………17

第六章压力机的校核

6.1落料、拉深、冲孔模压力机的校核……………………………………23

第七章模具的动作原理及综合分析

7.1落料、拉深、冲孔模的动作原理……………………………………24

第八章凸凹模加工工艺方案

8.1凹模、凸模加工工艺路线………………………………………………25

8.2模具装配………………………………………………………………29

第九章设计心得………………………………………………………………31

第十章致谢辞…………………………………………………………………32

【参考文献】………………………………………………………………………33

前言

随着经济的发展，冲压技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有冲压加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。

冲压工艺与冲压设备正在不断地发展，特别是精密冲压。

高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新高度。

新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广，模具各种表面处理技术的发展，冲压设备和模具结构的改善及精度的提高，显著地延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。

由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。

随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。

可以说，模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。

目前国内模具技术人员短缺，要解决这样的问题，关键在于职业培训。

我们做为踏入社会的当代学生，就应该掌握扎实的专业基础，现在学好理论基础。

毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教案环节。

希望能通过这次设计，能掌握模具设计的基本方法和基本理论。

1.1零件图及零件工艺性分析

一、零件图

图1—1）

工件图：

如图1—1所示

名称：

端盖

材料：

Q235

板厚：

1mm

二、零件的工艺性分析

端盖所用的材料为碳素结构钢Q235,其力学性能如下：

τ=304～373Mpa,

σb=432～461Mpa,σs=235Mpa。

由于图样上未注公差等级，属自由尺寸，确定其精度等级为IT13级，大、中批量生产。

该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，属于普通冲压件，但有几点应该注意：

①根据工件的形状分析，该工件为圆筒形件,因此在加工时要考虑到整形工序；

②零件的底部是有孔的筒形件，因此必须得考虑这一筒形件的成型方案；

③拉深的h/d较大，要考虑能否一次拉成，且最后一次拉深成型是应注意保证R2的圆角；

④大批量生产，应重视模具材料的选择和模具结构的确定，保证模具的寿命；

⑤制件较小，从安全考虑，要采取适当的取件方式，模具结构上设计好推件和取件方式。

1.2、工艺方案的确定

一、零件底部通孔成型方案的确定

底部7个通孔可有多种成型方案：

第一种方案：

拉深成型后再在底部冲孔；

第二种方案：

先在底部冲一小孔，然后在拉深成型。

若采用第一种孔的成型方案，工序集中，工件的质量较高，适合大、中批量生产，图样上对工件精度工件要求不是很高的情况下，可以采用；

第二种方案先在底部冲预制小孔，在拉深的过程中预制孔会变形，而且拉深也会出现缺陷，由于变形的不均匀，拉深的直壁的质量也不好。

综上，采用第一种成型方案。

二、工序的安排

对工序的安排，拟有以下几种方案：

①.落料--冲孔--拉深—整形

②.落料—拉深—冲孔—整形

③.落料—拉深—整形—冲孔

对于方案①，先冲孔再拉深，在拉深的过程中预制孔会变形，而且拉深也会出现缺陷，由于变形的不均匀，拉深的直壁的质量也不好。

方案②将整形放在冲孔的后面，虽然使模具的制造比较简单，可是整形前的毛坯尺寸要求较高，计算复杂，且精度不易保证；

方案③将冲孔放在最后，很容易保证工件的精度，且没有出现方案①②的问题，故此方法为最佳方案。

综上所述，最终确定采用方案③。

第二章工艺设计

2.1计算毛坯尺寸

一、确定拉深次数

⑴选定修边余量

查《冲压手册》表4—5，确定δ=1.2mm

⑵计算工件表面积

为了便于计算,将该零件分成若干个简单几何体计算

圆筒直壁部分的表面积:

A1=πd（h+δ）

=3.14×

109×

（17+1.2）

=6229.132

R2圆球台部分的表面积:

A2=2π（d。

/2+2r/π）πr/2

=2×

3.14×

（109/2+5/3.14）×

2.5/2

=1382.6205

底部表面积为：

A3=πd。

2/4

1092/4

=9326.585

则工件总面积为：

A=A1+A2+9326.585

=6229.132+1382.6205+9326.585

=16938.3375

⑶预算毛坯直径D

根据毛坯表面积等于工件表面积的原则:

πD2/4=A

D=146.8928（圆整147mm）

⑷确定拉深次数

总拉深系数为：

m=dn/D=109/147=0.741

由毛坯相对厚度t/D×

100=1.04

查《冲压工艺及模具设计》P158表2.4.7得第一次拉深系数

m1=0.84～0.65

∴可以一次拉成

2.2、确定排样和裁板方案

这里毛坯直径Φ147mm尺寸比较大，考虑到操作方便，采用单排

由《冲压工艺与模具设计》P45表2.5.2确定搭边值：

工件间：

a1=0.8

沿边：

a=1

进距A=d0+a1=147+0.8=147.8

条料宽度B=d0+2a=147+2×

1=149

查《冲压模具设计资料》选用1500×

4000×

1标准钢板

裁板方案有纵裁和横裁两种，比较两种方案，选用其中材料的利用率较高的一种。

纵裁时：

每张板料裁成条料数：

n1=1500/149=10余10mm

每块条料冲制的制件数n2=（4000-0.8）/147.8=27余8.6mm

∴每张板料冲制的制件数n=n1×

n2=10×

27

=270个

材料利用率η=nF/F。

×

100%

=270×

16963.065/1500×

=76.33%

横裁时：

每张板料裁成的条料数n1=4000/149=26余126mm

每块条料冲制的制件数n2=（1500-0.8）/147.8=10余21.2mm

n2

=26×

10

=260个

材料利用率η=nF/F。

=260×

16963.065/4000×

1500×

=73.51%

由上述计算结果可知，应采用材料利用率高的纵裁，排样图如图2—1所示

图2—1）

2.3工序的合并与工序顺序

根据上面的分析与计算，此件的全部基本工序有落料、拉深、冲孔、整形

根据这些基本工序，可以拟出以下几种方案：

方案⑴：

落料与拉深复合，其余为基本工序；

方案⑵：

落料与拉深复合，冲孔与整形复合，其余按基本工序；

方案⑶：

落料与拉深复合，冲孔、整形为基本工序；

方案⑷：

落料、拉深、与冲孔复合，最后整形；

方案⑸：

全部基本工序合并，采用连续拉深冲压方式

分析上述几种方案：

方案⑴复合程度低，在生产量不大的情况下，采用这一方案可行，因生产率太低，且使用的模具较多；

方案⑵将冲底孔与翻边复合，使模具壁厚较小，模具容易损坏；

方案⑶冲孔与整形复合，使工序不好安排，若整形在前，冲孔在后则不能保证凸缘的形状与精度，其结构虽然解决了壁厚太薄的问题，但模具的刃口不在同一平面内，因此刃口用钝后，刃磨很不方便，所以不可取；

方案⑷采用连续模，将各基本工序合并，生产率高，但将整形单独划分为一个工序，生产率低于第五种方案。

方案⑸没有上述缺点，模具复合程度较高，所需的模具较少，且模具设计容易，其制造费用也较低，产品凸缘的制造精度也可通过最后一次的整形工序来达到，因此选定这一方案。

综上，本次需设计的模具为落料、拉深、冲孔复合模；

2.4计算各工序的压力

已知工件的材料为Q235,是普通炭素结构钢，其力学性能如下：

τ=304～373Mpa,σb=432～461Mpa,σs=235Mpa。

一、落料、拉深、冲孔工序的计算

落料力:

P1=1.3лdtτ（d=147mm,t=1mm）

=1.3π×

147×

1×

350

=210018.9（N）

落料的卸料力：

P2=k卸P1（查表得：

k卸=0.04～0.05）

=0.04×

210018.9

=8400.756（N）

冲孔力（Φ15）：

P3=1.3πd孔tτ

=1.3π×

15×

=21430.5（N）

冲孔的推件力：

P4=n﹒k2﹒p3

（查表2-37凹模型口直壁高度=6mm,n=h/t=6,k2=0.055）

∴P4=4×

0.055×

21430.5

=4286.1（N）

冲孔力（6×

Φ6）：

P5=1.3πd孔tτ

6×

=8752.2（N）

P6=n﹒k2﹒p5

∴P6=4×

8752.2

=1885.844（N）

拉深力：

P7=πdntσbK3（σb取461）

=3.14×

461×

0.9

=142003.674（N）

整形力：

整形力可按照下式计算：

F整形=Aq

式中F——校平力，单位N；

A——校平投影面积（整圆角部分投影面积）mm2，

A=π（d02－6×

d12–d22）/4

=π（1092－6×

62–152）/4

=2860mm2；

q—单位校平力，查《冲压工艺与模具设计》表6—9（P161）可知q=90MPa。

将A和q值代入F整形=Aq即可得整形力F整形=2860×

90=257400N。

根据以上计算和分析,这一工序的最大总压力为：

P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7

=210018.9+8400.756+21430.5+4286.1+8752.2+1885.844+142003.674

=396778.014（N）

总压力完全能够满足整形所需。

2.5压力机的选择

根据以上计算和分析，再结合车间设备的实际情况，选用公称压力为400KN的开式双柱固定台可倾压力机（型号为J23—40）能满足使用要求。

压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模压力中心与压力机滑块的中心重合。

否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

由于该制件的毛坯及各工序均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力机的中心必定与制件的几何中心重合。

第三章模具类型及结构形式的选择

根据确定的工艺方案和零件的形状特点，精度要求，预选设备的主要技术参数，模具的制造条件及安全生产等，选定模具类型及结构形式。

3.1落料、拉深、冲孔复合模的设计

只有在拉深件高度比较高时，才能采用落料、拉深复合模，这是因为浅拉深若采用复合摸，则落料凸模（肩拉深凹模）的壁厚会太薄，造成模具的强度不足。

本模具中，凸凹模壁厚的最小值bmin=26.46mm能够保证强度，故采用复合模的结构是合理的。

落料、拉深、冲孔复合模常采用典型结构，即落料采用正装式，拉深采用倒装式。

工件厚度一般（t=1mm）,故采用弹性卸料装置，弹性卸料装置除了卸料的作用外，在拉深时，还可以起到压边的作用。

顶件时采用弹性顶件装置,弹性力由橡皮产生,由托杆将力传到工件上,将工件顶出。

推件是采用刚性推件装置,将工件从凸凹模中推出。

落料、拉深、冲孔复合模的结构形式如下页图3—1）所示。

图3—1）

第四章模具工作零件刃口尺寸及公差的计算

4.1落料、拉深、冲孔复合模

①落料刃口工件外形落料凹模采用整体结构，直刃口形式。

这种刃口强度较好，孔口尺寸不随刃口的刃磨而增大，适用于形状复杂、精度要求高的工件向上顶出的要求。

落料的基本尺寸为147mm。

查《冲压手册》表2—28，可得凸、凹模刃口的极限偏差：

δ凸=0.025mm

δ凹=0.040mm。

=0.025+0.040=0.065

查《冲压手册》表2—23，可知凸、凹模初始双面间隙Z为：

Zmin=0.15；

Zmax=0.19.

Zmax-Zmin=0.19–0.15=0.04

＞Zmax-Zmin，故凸、凹模分开加工。

又工件的尺寸D-△=147-0.63mm。

又查《冲压手册》表2—30得磨损系数X=1。

落料尺寸由凹模刃口决定，计算以凹模为基准：

D凹=（D-X△）+δ凹

=146.37+0。

040

D凸=（D-X△-Zmin）-δ凸

=146.22-0.025

②计算冲孔（Φ6）模凸、凹模刃口尺寸

δ凸=+0.008mm

δ凹=0.012mm。

=0.008+0.012=0.02

Zmax=0.19。

Zmax-Zmin=0.19–0.15=0.04

<

Zmax-Zmin，故凸、凹模分开加工。

又工件的尺寸D-△=6+0.18mm

又查《冲压手册》表2—30得磨损系数x=1。

冲孔尺寸由凸模刃口决定，计算以凸模为基准：

D凸=（d+x△-Zmin）-δ凸

=6.03-0.008mm

D凹=（D凸+Zmin）+δ凹

=6.18+0.012mm

③计算冲孔（Φ15）模凸、凹模刃口尺寸

δ凸=+0.011mm

δ凹=0.018mm。

=0.011+0.018=0.029

又工件的尺寸D-△=15+0.27mm

=15.12-0.011mm

=15.27+0.018mm

④计算拉深部分刃口尺寸

拉深件尺寸以内径为准，基本尺寸为ø

108mm，公差△=0.54。

计算时以凸模为基准，间隙取在凹模上。

查《冲压手册》表4—74（P305）得其单面间隙C=1～1.1t，取C=1.1t=1.3mm

查《冲压手册》表4—76得拉深模凸、凹模的制造公差分别为：

δ凸=0.025，δ凹=0.040。

凸、凹模刃口尺寸的计算如下：

D凸=（d+0.4△）-δ凹

=（108+0.4×

0.54）-0.025

=108.216-0.025mm

D凹=（d+0.4△+2C）+δ凹

0.54+2×

1.3）+0.040

=110.816+0.040mm

拉深凸模圆角半径R凸=0.5mm；

拉深凹模圆角半径R凹=1.5mm。

第五章模具零件的选用，设计及必要的计算

5.1、落料，拉深、冲孔复合模

①成形零件

一、凸模

凸模材料选用T10A，淬火硬度达到62HRC。

采用带肩凸模（图5-1所示为冲孔凸模、图5—2所示为落料凸模）

图5-1）

图5-1）

二、凹模

落料凹模实际最大外形尺寸b=147mm

查《冲压工艺及模具设计》P68得K=0.19

凹模厚度：

H=kb=0.19×

147=27.93mm（取28mm）

凹模壁厚：

C=（1.5～2）×

H=1.6×

28=44.8mm

所以,凹模最大外形尺寸为：

L=D+2C

=147+2×

44.8

=236.6mm（圆整取277mm）

凹模材料选用T10A，淬火硬度达到62HRC。

凸凹模采用台阶式结构，采用固定板固定，这样简化了模具的结构，节省了材料的成本。

外形尺寸如图5-3所示

图5-3）

②支撑固定零件

上、下模座中间联以导向装置的总体称为模架。

通常都是根据凹模最大外形尺寸D。

选用标准模架。

凹模最大外形尺寸为237mm×

237mm，选用GB2851.3—81中的后侧导柱模架。

模具的闭合高度h=240～285mm，

上模座为250×

250×

50，下模座为250×

65，导柱的基本尺寸为ø

33mm。

上模座选用GB2855.5—81中的后侧导柱上模座，材料为HT200、Ⅱ型。

其主要参数：

L=250mmB=250mm、t=50mm

=260mmS=250mm

=160mm

=290mmR=50mm

=100mm

D=50+0.025mm

（上模座）

下模座选用GB2855.6—81中的后侧导柱下模座，材料为HT200。

L=250mmB=250mmt=65mm

=260mmS=250mm

D=35-0.025mm

（下模座）

模柄选用凸缘式模柄，参见GB2862.1—81。

材料为Q235的Ⅱ型凸缘式模柄。

模柄中打杆孔的直径为ø

17mm其具体参数为：

d=50mmD=100mmh=78mm

h2=18mmD1=62mmd1=13mm

d2=18mmd3=11mmb1=11mm

（模柄）

③卸料零件

由于工件厚度为1.5mm，为保证冲裁件表面的平整采用弹压卸料板卸料。

根据卸料力的大小取卸料板厚度为12mm，根据模座周界大小取卸料橡胶尺寸为250×

70

橡胶的可压缩量为h=H×

0.3=70×

0.3=21mm

凹模深度为3mm，所选橡胶满足使用要求。

④定位零件

采用两颗导料销和一个固定挡料销定位。

固定挡料销在GB2866.11—81中选取直径D=8mm、d=4mm、高度h=3mm的Ⅰ型固定挡料销。

这种零件结构简单，制造、使用方便，直接装在凹模上即可

（挡料销）

（导料销）

凹模上固定挡料销孔与刃口之间的壁厚为3mm，大于允许的最小壁厚2mm，满足强度要求