反光镜冲压工艺及模具设计Word文档格式.docx

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一般来说模具行业生产的零件通常会比较复杂，生产周期比较短，对零件的精度要求比较高，因此在制造模具时要选择合适的制造工艺使制造出来的模具能够满足生产的需要。

实际上模具的生产制造过程研，就是研究如何设计出来合理的模具结构，其次研究怎么以较低的成本在较短的时间内生产出质量较高的模具的问题。

质量、周期和成本都是主要的技术经济指标，认真的讲，只是找三个目标的最好值从制造模具的方面考虑不够而是需要研究设计、制造和使用者者三方面的协调。

1.2冲压简介

我们利用压力机对模具施加力，来让模具对坯料施加力，从而让坯料的形状发生变化，然后去得到一定形状、尺寸和性能的产品的这种产品加工工艺方法叫做冲压。

冲压件大多数是在室温或常温温下进行冷加工变形的，它们大多被用作坯件加工成某些需要的零件，因此也被称为冷冲压或金属冲压。

冲压模具有很多种种类，根据工艺有：

（1）冲裁模。

沿

（2）弯曲模。

（3）拉深模。

（4）成形模。

根据工序组合程度有：

（1）单工序模。

（2）复合模。

（3）级进模（也称连续模）。

1.3本课题主要研究方向

本课题主要以反光镜外壳为例，利用UG（UnigraphicsNX）建模，并进行模具设计。

为了实现本次的设计，主要计划完成以下几项工作：

（1）使用UG（UnigraphicsNX）建立成形工艺部分零件的三维立体模型

（2）针对工件的拉深和冲裁工艺，使用UG（UnigraphicsNX）建造拉深模和冲裁模立体模型，并制作装配动画和模具工作原理动画；

（3）绘出本次设计的模具装配图和主要零件的零件图通过去利用UG（UnigraphicsNX）和AutoCAD绘图软件。

第二章冲压件工艺性分析

2.1冲压件工艺性分析

2.1.1材料分析

该工件材料为AZ31镁合金。

AZ231镁合金的特点:

镁合金的密度会很小相较于其他金属或合金每立方厘米1.8g左右，镁合金他的比强度相较于其他的金属来说会比较高，镁合金在比弹性模量方面也会大，镁合金在散热这一方面上也有比较好的性能，镁合金在减震消震方面也会有优势，镁合金在承受冲击载荷方面和在耐腐蚀性能方面也有比较大的优势。

由于镁合金的优良性能，有很多器械行业和机械制造行业在使用，这样可以达到轻量化。

镁合金虽然在比重方面上比塑料重，但是镁合金和塑料相比在同一单位重量上，镁合金的强度会比塑料高，另外在镁合金和塑料两者的零部件强度一样的这种情形下，用镁合金制成的零部件和用塑料制成的零部件相比镁合金明显轻。

另外，由于在比强度方面来说镁合金同样要高于其他合金或者铁，这样的话，在零部件保持较高强度的情况下，镁合金要轻上许多。

不仅这样，镁合金在切削阻力方面上也有很高的性能，这样我们在平时工作或需要机械加工的时候，通常可以以一个较快的速度进行加工。

与其他金属或合金相比，AZ231镁合金还拥有着更好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能和抗辐射性，并且可以做到100％完美回收利用，符合可持续发展的要求。

用AZ231镁合金制造出来的零件的稳定性高，可以保证零件的形状精度和尺寸精度，可以用来做相对来说高精度的机械加工。

AZ231镁合金还有特别好的压铸成型的性能，而且进行压铸后的压铸件壁厚最小可低到0.5mm。

特别适用于制造汽车等薄的各类压铸件。

图2.1反光镜外壳示意图

2.1.2结构形状分析

如图2.1所示，该工件结构形状相对简单，主要通过圆形的坯料经过几道工序加工而成：

落料、一拉、二拉、切边，生产出来的零件工艺性好；

在设计过程中应保证零件的形状精度和尺寸精度，因为在拉伸的过程中工件的各部位厚度会有较大的变化，圆角部分变薄，故保证零件的外形尺寸在模具的设计过程中是十分重要的。

分析反光镜的成型过程，和拉深时的工艺特点，各个位置材料的形变会发生如下特征：

1.径向：

抛物面口部属拉深变形；

底部属存胀形；

中间区域为拉深加胀形的复合变形。

2.宽向：

为拉深加弯曲的复合变形。

3.角部：

变形受长向和宽向变形的影响而更为复杂，其法兰靠近外缘处存在一死区。

通过上述对反光镜拉深变形的分析可以知道其实它不是单一的拉深变形，而是通过几种变形组合起来而形成的复合变形。

因此，也无法用公式精确地来计算拉深系数，只能凭借设计者通过分析积累的经验，来综合考虑毛坯尺寸与反光镜开口尺寸的比值，反光镜高度和开口直径的比值，以及长宽比等因素确定。

对于此反光镜，经分析比较上述参数，需二次成型。

2.1.3制件尺寸精度分析

由图2-1可知，零件图上有一些没有标注公差的尺寸，这些尺寸都属于自有尺寸，我为了可以将我的模具制造变得简单，降低制造模具的成本费用，在确保零件可以保证能正常进行工作的前提下，工件的制造公差等级可按照IT14级来确定。

2.2冲压工艺方案的确定及模具类型的选择

2.2.1修边余量的确定

制件的相对高度：

h/d=（55.5-0.8）/（162-0.8）=0.34

查《冲压工艺及模具设计》取修边余量Δ=3.0mm

2.2.2毛坯尺寸的确定

因为此次制造的工件形状不是规则性状，工件是一个类似锥形和盒型相结合成的一种形态，如果我们像往常一样的传统理论分析方法去进行计算，我们将会很难确定坯料进行展开以后的形状。

通过DYNAFORM分析软件的BSE功能。

求得毛坯直径为194.311mm≈195mm。

考虑到灯体的直径和深度比越小，形状越复杂，灯体的形状通过两次拉深形成。

由此需要采用落料、一次拉深、二次拉深、切边四道基本工序。

下面具体分析一下几个方案的优缺点来确定最终工艺方案：

方案一：

单工序模：

落料，初次拉深，二次拉深，切边；

方案二：

单工序模+复合模：

落料-拉深复合模，二次拉深，切边单工序模；

方案三：

复合模：

落料-拉深复合模，拉深-切边复合模；

方案四：

单工序模+级进模：

落料-初次拉深-二次拉深级进模，切边单工序模；

尽管单工序模的模具比较容易设计和制造，但是却需要四套模具来制造生产，生产起来效率会非常的很低，所以需要四套模具的单工序模不符合本次设计的工艺性；

而且在经济上，制造出多套单工序模具的费用比制造复合模所需要的费用还多，所以本次设计不使用这个方式；

工件的设计是一种结构比较简单的工件，形状精度和尺寸精度都很容易保证，模具不是特别难以制造，但这种方法需要四套模具，不仅成本高，而且生产效率还不高。

此方案仅仅需要两套模具，而且，模具制造出来相对来说不怎么复杂，生产成本低且生产率高。

在次套方案中级进模无论从设计还是结构上来说都非常复杂，模具的量产方面会很困难，模具的零件结构不仅很复杂，而且加工起来也不怎么方便，并且易出现误差。

综上分析，选用方案三，用两套复合模生产。

2.3本章小结

本章进行了对此冲压件的工艺性分析，材料分析、形状结构分析和制件尺寸精度分析。

计算了余量和毛坯尺寸，确定了模具的类型，并确定了模具的冲压工艺方案。

第3章冲压工艺计算

3.1棑样

3.1.1排样方法的选择

进行排样方法的选择→确定搭边数值→计算出条料的宽度和送料步距→画出工件棑样图→核算利用率，是本次设计中所用到的排样方法。

依据之间在坯料上的布置，棑样可分为直排、斜排、直对排、混合排、多排等多种形式。

本次设计中零件为圆形简单几何体，所以选用直排这种较为简单的排样方式。

3.1.2确定搭边数值

提高冲裁剪的质量有效的方式是选用合理的搭边值，查《冲压工艺与模具设计》P43表2-8最小搭边值得：

料厚为3㎜的板料可取最小搭边值为：

a=1.8㎜,a1=2.0㎜

3.1.3计算条料宽度和送料步距

导料板之间无侧压装置时，应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。

为了补偿侧边的减小，条带的宽度应该由条带的可能摆动量增加，因此计算如下：

条料宽度

D—

a1—侧搭边值

Δ—条料宽度的单向（负向）偏差

查《冲压工艺与模具设计》P44表2-9剪切条料公差及导料板与条料间的间隙值

条料宽度200.50-1mm

送料步距A=D+a

=195+1.8

=196.8㎜

3.1.4棑样图

根据边界值，钢带宽度，进给距离和导板之间的距离，画出如图3-1所示的排样图：

图3.1棑样图

3.2复合模相关参数计算

拉伸凸模、凹模圆角半径、间隙、凸模、凹模、凹模和凸模的尺寸和公差、冲裁力、压紧力、拉力、卸荷力、推片力和顶力的设计和计算在复合模具的设计过程中是非常重要的，同时选用合适的标称压力机。

3.2.1拉深凸模，凹模圆角半径的确定

拉深凹模的圆角半径越大越好，如果工件不起皱的情况下。

根据《冲压工艺及模具设计》P170表5.14首次拉深凹模圆角半径rd1可得:

初次拉深凹模圆角半径：

=15㎜

易得：

初次拉深凸模圆角半径

=15-0.8=14.2㎜

再次拉深凸模圆角半径为制件的要求圆角半径

3.2.2拉深凸模和拉深凹模的间隙选择

Z指的是单侧间隙。

在间隙Z的确定中，我们需要考虑的问题有很多:

压边、拉深次数和工件精度。

如果深冲，压边圈的数值可以计算出来；

Z=tmax+ct

其中，c为增大间隙的系数，可查《冲压工艺与模具设计》表5-18增大间隙的系数c（P198）。

则：

拉深间隙Z=tmax+ct

=0.8+0.1×

0.8

=0.88㎜

3.2.3凸模、凹模、凸凹模的尺寸及公差

制件的尺寸精度要按照第二次拉深的的凸、凹模尺寸及公差决定。

因此初次拉深的模具尺寸公差没有必要的严格限制，凸、凹模的制造公差δp、δd可按IT10级选取。

δp、δd可根据《冲压工艺及模具设计》P175表5-16凸模与凹模的制造公差查得。

以凹模为基准时，拉深凹模尺寸

=

=102+0.10㎜

拉深凸模尺寸为

=（102-2×

0.88）-0.12=100.24-0.06㎜

在模具进行落料工作的时候，通常情况下以凹模为设计基准，我们最先要做的是确定出凹模的基本尺寸，要使所设计的模具的尺寸越来越趋近于或等于坯料尺寸的最小值，最后将进行合理的将凹模尺寸划为凸模尺寸，

即

落料凹模刃口尺寸

=195+0.032㎜

落料凸模刃口尺寸

=（195-0.46）

=194.54-0.052㎜

3.2.4冲裁力的计算

普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算

F=KLtτ；

式中，

F—冲裁力，N；

L—冲裁周边长度，㎜；

t—材料厚度，㎜；

τ—材料抗剪强度，MPa；

K—系数，一般取1.3。

即：

落料时的冲裁力F冲1=KLtτ

=1.3×

π×

195×

3×

130

=310.6kN

冲孔时冲裁力F冲2=KLtτ

30×

=47.8kN

3.2.5压料力计算

压边圈主要用于防止板材在拉拔过程中变形。

主要取决于坯料、拉伸系数m和相对厚度t/D100，初次拉深使用压边圈时的压边力。

圆筒形件首次拉深压料力

=48.5kN

3.2.6拉深力计算

采用压边圈时：

初次拉深力F1=πd1tδbK1

K1为与拉深因数有关的修正因数可由《冲压工艺及模具设计》P155表5.4修正因数查得，故：

F1=3.14×

102×

130×

0.86

=107.46kN

3.2.7压力设备的选择

在模具设计的时候，我们首先需要确定我们所设计的模具的冲压件所需要的产量，然后我们根据所需的产量，几何尺寸和精度要求来着手选择适合我们所设计的模具的压力机，从而去满足制件生产的需求。

如果是中小型的拉深或弯曲件，采用开式压力机。

但是，如果工件是大中型冲压件，则大部分生产是采用封闭式机械压力机的形式。

根据《实用冲压技术手册（第2版）》P1672.压床吨位的选择可得：

F1>

F拉+F压+F冲=1028.7kN

F2>

199kN

参照《实用冲压技术手册（第2版）》P539表10-6选用落料拉深冲压时选用JA21-160开式双柱固定台压力机。

其参数如下：

公称压力1600kN

滑块行程160㎜

滑块行程次数40次/min

最大闭合高度450㎜

闭合高度调节量130㎜

380㎜

立柱距离530㎜

前后710㎜，左右1120㎜

垫板尺寸厚度130㎜

模柄孔尺寸直径70㎜，深度80㎜

滑块底面尺寸前后460㎜，左右650㎜

第二次次拉深冲孔切边时，选用J23-4开式双柱可倾压力机（主要依据闭合高度），其主要参数如下：

公称压力400kN

滑块行程100㎜

滑块行程次数45次/min

最大闭合高度330㎜

最大装模高度265㎜

连杆调节长度65㎜

250㎜

床身两立柱距离340㎜

工作台尺寸前后460㎜，左右700㎜

垫板尺寸厚度65㎜，孔径220㎜

直径50㎜，深度70㎜

最大倾斜角度30º

电动机功率5.5kW。

3.3本章小结

本章进行了排样方法的选择及尺寸的计算。

对复合模相关参数进行计算：

凸模凹模圆角半径的确定、间隙选择、尺寸及公差。

对模具冲裁力、压料力、拉深力的计算，并选择了压力设备。

第四章落料拉深复合模设计

这一次，冲裁和拉伸复合模具需要多种部件，主要包括工作部件、定位部件、冲压材料、卸载部件、导向部件和固定连接部件。

4.1工作零件的结构设计

落料凸、凹模、拉深凸、凹模这四种零部件是本次设计中落料拉伸复合模的主要工作零件。

本次设计是为凸凹模设计的，凸模有拉伸模和拉伸模，所以复合模的设计将会有模具的三个主要工作部分，落料凹模、拉伸凸模和凸凹模三个部分。

4.1.1拉深凸模

由于制件的尺寸精度和形状精度的要求都不相同，导致了模具的加工和工艺装配在一定的程度上也不相同，我们使用的凸模形式在模具的设计和生产中都不同：

（1）截面：

圆形凸模，非圆形凸模；

（2）刃口：

平刃凸模，斜刃凸模；

（3）结构：

整体式、镶拼式、直通式和带护套式等；

本次设计采用了圆形台式凹模，拉深凸模长度的计算可根据公式L=h1+h2+h3+h计算得出，

其中：

h1—凸模固定板厚度；

h2—压边圈（卸料板）厚度；

h3—凸模进入凹模深度，即拉深件

高度；

t—料厚；

凸模长度L=25+10+35+3=73㎜

参考《中国模具设计大典》标准件，选取凸模的高度（厚度）为80㎜。

拉深凸模会受到比较大的力在此模具的运行过程中，所以我们必须选择强度特别好的材料来制造拉深凸模，因此，凸模的材料选用T10A，标准号为GB/T1298,热处理硬度要求为56～60HRC。

由计算及标准件参照，拉深凸模的结构及尺寸如图4.1和4.2所示：

图4.1拉深凸模结构示意图

图4.2拉深凸模结构示意图

4.1.2落料凹模

在整套模具中，以凹模为设计基准，根据《中国模具设计大典》中板类零件的标准尺寸，确定出落料凹模的基本尺寸为355×

355×

60，落料刃口的直径Dd=

=195+0.032mm，落料凹模的尺寸以及结构形式如图4.3和4.4所示，通过螺钉将凹模与垫板和下模座固定连接。

凹模选用的材料为T10A，标准号为GB/T1298,热处理硬度要求为56～60HRC。

图4.3落料凹模结构示意图

图4.4落料凹模结构示意图

4.1.3凸凹模

复合模设计与冲裁冲头和拉深模一起设计，其功能有凹模和凸模两部分，凹模和内凸模的内边缘和边都是冲裁部分的尺寸，确定内边缘和外边缘的壁厚，根据《中国模具设计大典》表20.1-16凸凹模最小壁厚a（P406），可知凸凹模最小壁厚a=6.7㎜。

有计算知：

拉深凹模尺寸

=102+0.1㎜

落料凸模刃口尺寸

因此，台阶式圆形凸模的凹凸模设计，以φ102㎜为拉深凹模尺寸，以φ194.54㎜为冲裁凸模尺寸，材料为T10A，标准编号为GB/T1298，热处理硬度要求为56～60HRC，其整体尺寸和结构形式如图5.5和5.6凹凸模结构图所示:

图5.5凸凹模结构示意图

图5-6凸凹模结构示意图

4.2其他零件的设计与标准件的选择

4.2.1定位零件

导料销：

导料销的作用是起到一个对坯料的导向作用，是在模具的坯料送料过程中在侧面进行的，为了去避免条料偏离的定位零件。

本次设计为了节省成本采用标准件。

材料为T8A,标准号为GB/T1298，热处理硬度要求为50～54HRC。

挡料销：

挡料销的作用是起到一个限定坯料的送进距离，是在模具送料过程中挡在坯料轮廓。

本模具设计采用标准件圆形固定齿轮轴，A型固定齿轮轴基本尺寸d=12，材质为45钢，标准编号为GB/T699。

4.2.2卸料、压料装置

顶杆：

顶杆采用标准件，其规格为A10X260；

打杆：

打杆采用标准件，其规格为A15X260；

压边环：

压边环的作用是为了防止工件起皱，尺寸可以通过查冲压工艺手册得到，查得，压边圈的尺寸为Φ195×

10㎜。

4.2.3模架的选用

模架是由上模座，下模座、导柱和导套组合而成，可以通过查取标准件来选择。

第一次落料拉深复合模具设计的模架选用滑动导向装置中的中间导柱模架。

其尺寸根据凹模周界查《中国模具设计大典》P818―P822冲模标准模架及其标准件得其尺寸及材料选用如下：

上模座630X400X60HT200

下模座630X400X60HT200

导柱A40X22020钢

导套A60X170X3520钢

模柄A70Q235

导柱导套也是标准件。

分别为40mm和60mm，根据《中国模具设计大典》冲模标准模架及其标准件A型导柱和A型导套。

4.2.4连接与固定零件

冲压模具的设计使用的连接件和固定件都有模具手柄，固定板，平板，螺钉和销钉，这些连接件和固定件均采用标准，模具手柄通过型号的冲压机来选择直径为70mm，固定板、垫板尺寸及结构查《中国模具设计大典》冲压模具标准板料尺寸得。

螺钉销钉查《机械制图》附录标准件可得。

4.3本章小结

本章对第一套落料拉深复合模进行了总体的设计。

包括对工作部件：

拉深凸模，落料凹模，凸凹模的结构设计和尺寸计算；

其他零件及标准件：

定位零件，卸料、压料装置的选择：

木架的选用；

连接及固定零件的选择。

第五章再次拉深冲孔切边复合模设计

5.1工作零部件

在本次设计中的这套模具主要是完成对零件的再次拉深和切边两道工序。

因此，本套模具中需完成拉深凸模、拉深凹模、切边凸模和切边凹模的设计和计算。

拉深凹模（同时有切边凹模的作用）、凸模（同时充当拉深凸模、切边凸模）两个工作零部件是拉深切边复合模将设计出来的。

5.1.2凹模

本套模具的凹模有两个作用，分别为拉深和切边，拉深凸模的作用主要是为了工件外形尺寸的完成；

因此，拉深模具尺寸以凹模为设计基准，单面间隙Z=（1～1.3）

，对于末次拉深用最小值，Z=1㎜。

由于制件公差在IT14级以下，本次设计中

、

按IT10级选取。

查《机械制图》表9-3标准公差数值（P303）得

=0.090，

=0.060；

查《中国模具设计大典》模具用板类零件标准尺寸，确定拉深模厚度为90mm；

拉深模采用整体模具，采用螺钉或销钉直接固定在模板上。

图5.1和5.2所示的拉深模结构图：

图5.1凹模结构示意图

图5.2凹模结构示意图

5.1.3凸模

本套模具凸模同时具有切边凸模和拉深凸模的作用。

凸凹模结构及尺寸如图6.3和6.4所示。

图6.3凸模结构示意图

图6.4凸模结构示意图

5.2其他零件的设计与标准件的选择

5.2.1卸料、压料装置

由于顶杆和打杆都是标准件，可以根据《中国模具设计大典》冲压模具标准件顶杆打杆P949。

压边圈使用的目的是为了防止板料在形变时发生起皱，本套模具由于拉深系数为0.816，无需使用压边圈。

5.2.2模架的选用

通过上模座，下模座、导柱和导套的组合是模架，模架是整个模具的基础，模架及其部件已经标准化，可以进行检查和选择。

其尺寸如下：

上模座350X270X45HT200

下模座350X270X55HT200

导柱A35X28020钢

导套A48X175X3020钢

模柄A60Q235

复合模具设计的