调压器口盖冲压模具设计.docx

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调压器口盖冲压模具设计

调压器口盖冲压模具设计

摘要随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备。

而冲压模具主要用于生产具有良好冲压成形性能的金属和非金属制品，通过对模具的设计使零件冲压成型并达到生产使用要求。

本次设计的模具主要有落料拉深模、切边复合模具和内外缘翻边复合模。

在本次设计中，我参考了大量有关冲压模具设计实例等方面的资料。

再结合指导老师的要求，充分运用了资料上所有设计模具中通用的表、手册等首先对其进行工艺分析和理论计算，例如对于落料首次拉深模，进行拉深系数和拉深次数的计算，确定拉深工艺；计算冲裁力和拉深力：

选取压力机；计算拉深间隙等。

同时对模具进行各零件的设计，如：

凸凹模、卸料板、定位销、导柱导套等等。

通过计算和查资料先确定零件的尺寸和样式，然后再集结了自己平时的所学，还有通过学习、了解并使用CACX电子图板、CAD等软件，绘制了各个零件、模具工作部分（凸凹模、拉深凸模、落料凹模）、并在图上标明尺寸。

选取零件材料及其热处理。

最后整合模具所有零件，画出模具总装图，并在图上指出各零件的名称。

关键词调压器口盖复合模工艺性分析模具结构

TheDesignofRegulatorCoversPunchingMold

AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,moldhasbecometheindispensableequipmentmodernization.Mainlyusedforproductionandstampingmoldhasgoodperformanceofstampingmetallicandnon-metallicproducts,molddesignbystampingparts,andachieveproductionrequirements.

Thedesignofthemainmoldforblankinganddrawingmold,trimmingcompounddieandtheinnerandouteredgeflangingmold.Inthisdesign,Irefertoalotaboutstampingmolddesignandotheraspectsofthedata.Combinedwiththeguidanceoftheteacher'srequest,makefulluseofthedataofallmolddesigningeneraltable,manualfirstcarriesontheanalysisofthetechnologyandthetheoreticalcalculation,forexampleforblankinganddrawingmoldforthefirsttime,calculationofdrawingcoefficientandthenumberofdrawing,determinethedrawingprocess;calculationofblankingforceanddrawingforce:

thepresscalculationofthedrawinggap.Atthesametimeofthemolddesign,thepartssuchas:

punch,stripperplate,apositioningpin,guidepinguidesleeveetc..Throughcalculationandchecktheinformationtodeterminethepartsizeandstyle,andthenassembleditsusualschool,andthroughlearning,understandinganduseofCACXelectronicdrawingboard,CADsoftware,drawingparts,workingpartsofmold（mold,drawingmold,blankingmold）,andonthemapspecifysize.Selectionofpartsmaterialsandheattreatment.

Finally,integrateddieallparts,drawthemoldassemblydiagram,andpointsoutthatthenameofeachpartinthechart.

KeywordsRegulatorCoversmultiplespacesintonationalleveltechnologicalanalysismoldstructure.

目　录

第一章绪论

1．1冲压的概念、特点及应用

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。

冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压[1]。

冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模[2]。

冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。

主要表现如下。

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。

这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。

所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。

冲压加工在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。

相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。

在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。

不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。

因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。

1．2冲压的基本工序及模具

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。

概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

1．3冲压技术的现状及发展方向

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。

其主要表现和发展方向如下。

（1）冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。

目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。

特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。

这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。

（2）冲压设备和冲压生产自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。

为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。

如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。

在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的4~10倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业[3]。

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。

冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。

其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。

特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。

FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。

同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。

（3）冲压标准化及专业化生产方面

模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。

因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。

因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。

目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%~80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。

模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。

我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。

但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。

另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。

第2章调压器口盖的工艺分析及工艺方案选取

2．1调压器口盖的结构分析及成工艺计算

图2-1是本次设计的零件图，制造材料为08号钢板，料厚1.0mm。

图2-1调压器口盖零件图

调压器口盖采用1mm的08号钢板冲压制成，保证了足够的强度和刚度.该零件形状属于旋转体，是带凸缘台阶圆筒件，只是圆角半径偏小些，可安排整形工艺实现其圆角.外壳的形状表明，它为拉深件，所以拉深为基本工序。

底部三个互为120°的Φ3.5mm孔和2个分布于底孔左右处Φ2.5的孔为冲孔工序得到。

零件顶部Φ10的部分，可采用翻边成型，生产率较高且比较省料.由于材料较薄，在冲压过程中，容易产生整形不到位，脱模困难，冲压裂纹等缺陷，为解觉以上问题，采用落料拉深复合、整形、冲孔、切边、内外缘翻边工艺流程，可保证工件尺寸精度的要求，也可提高生产率，满足大量生产需要.同时采用弹性卸料和顶件装置，工件平整且操作安全.

毛坯展开尺寸的计算：

由于该拉深零件为多次拉深得阶梯型零件。

在计算毛坯尺寸以前需要先确定翻边前的半成品形状和尺寸，核算翻边的变形程度。

内缘翻边

根据翻边工艺计算公式，翻边系数k[4]为：

（2-1）

将翻边高度H=3mm；翻边直径D=10+1=11mm；翻边圆角半径为1mm；材料厚度t=1m带入式（2-1）中，得翻边系数k=0.6636。

预冲孔孔径d=dk=7.29mm，d/t=7.29，查翻边系数极限值表知，当用圆柱形凸模预冲孔时，极限翻边系数[k]=0.5，现0.6636＞0.5，故能由冲孔后直接翻边获得H=3mm的高度。

为了计算毛坯尺寸，还需要确定余边切量[5]，因为凸缘的直径d=40mm，拉深直径d=13.5mm，所以d凸/d=40/13.5=2.963,查拉深工艺资料，得凸缘修边余量&=1.6mm，实际凸缘直径d'=d凸+2&=（40+1.6）mm=41.6mm≈42mm。

根据凸缘筒形件毛坯直径计算公式：

（2-2）

第二个部分的毛坯尺寸，凸缘直径d=80mm，拉深直径为d=48mm，所以d/d=80/48=1.67。

查拉深工艺资料，得拉深工艺资料，得凸缘修边余量&=3.0mm，实际凸缘直径d'=d凸+2&=（80+3.0）mm=83mm。

代入式（2-2）中，得D≈93mm

第三个部分的毛坯尺寸，凸缘直径d=110mm，拉深直径为d=93mm，所以d凸/d=110/93=1.18。

查拉深工艺资料，得拉深工艺资料，得凸缘修边余量&=4.3mm，实际凸缘直径d'=d凸+2&=（110+4.3）mm=114.3mm≈114mm。

代入式（2-2）中，得D≈128mm

外缘翻边

在此零件中，用模具把毛坯上外凸的边缘，翻成竖边的冲压方式为外曲翻边。

其应力应变类似于浅拉深，属于压缩翻边。

外曲翻边时由于切向受压应力，故容易起皱。

可由变形程度公式[4]：

（2-3）

外曲翻边的高度H=5mmR=110/2=55mm带入变形程度公式（2-3）得Ec=5/5+55=0.083查询外缘翻边允许的极限变形程度表得08号钢的Ecl=0.1故Ec=0.083＜0.1，故可以通过外曲翻边获得5mm的高度。

外缘翻边的外曲翻边毛坯计算，通过参考浅拉深的毛坯进行计算。

所以将上述数据代入式（2-2）中，得总的毛坯尺寸D≈141mm

2．2调压器口盖的工艺方案的确定

初步分析，零件需要进行落料，拉深，冲孔才能成形。

而在落料和冲孔这两道工序中，没有存在比较复杂的问题。

因为没有侧孔，所以冲压方向都是竖直的。

而由于零件拉深方向的一致性，并且有较大的面以承载零件的拉深，所以零件的拉深方向也可以是单一竖直的。

而同样是在拉深工序中，如果没有工艺补充面，零件的尺寸，尤其是高度得不到要求，质量当然也得不到满足。

所以必须设定一定的工艺补充面，以便零件的成形。

而此零件的压边面则是全部工艺补充面，因此其形状是既定的，但由于工艺补充面在成形之后是要切除的，在拉深之后，可以添加一道整形修边工序。

落料和拉深的定位都可以通过定位销或者导料板进行定位，冲孔和整形修边则要通过其它的方式进行定位[6]，观察零件，不难发现其周边都是平直的，没有不规则的弯曲，而其上表面也有相当大的部分的平直曲面，因此，可以根据周边和上表面的平直曲面设计垫板或者凹模来定位。

所以本工件的全部单工序有：

落料Φ141，首次拉深，第二次拉深，第三次拉深，整形，冲预冲孔，冲2个Φ2.5的孔，冲3个Φ3.5的孔，切边，内缘翻边，外缘翻边，共计十道工序。

根据十道基本工序，可以对它们作不同的组合，排出顺序，即可得出工艺方案：

落料→首次拉深→二次拉深→三次拉深→整形→冲预冲孔→冲2个Φ2.5的孔→冲3个Φ3.5的孔→切边→内缘翻边→外缘翻边

其中对落料与拉深复合，内外缘翻边复合，其余按基本工序。

第三章调压器口盖落料拉深模的设计

3．1调压器口盖落料拉深复合模的工艺分析及理论计算

3.1.1拉深系数与拉深次数的确定

工件的高度与最小的直径之比h/dn=20/40=0.5,查阅表格得圆筒形件一次拉深成形[7]的最大相对高度为dt/d1=0.38＜0.5，所以该工件不能一次拉出。

故需进行多次拉深

d3/d2=40/80=0.5,其相应的圆筒形件极限拉深系数为0.5=d3/d2

d2/d1=80/110=0.72,其相应的圆筒形件极限拉深系数为0.53＜d2/d1

其任意两相邻阶梯直径的比值dn/dn-1都不小于相应的圆筒形件的极限拉深系数，所以其拉深方法为由大阶梯到小阶梯依次拉出，而拉深次数则等于阶梯数目，即各阶梯拉深次数之和。

3个阶梯均可以一次拉出，所以拉深次数n=3.

3.1.2确定是否使用压边圈

毛坯相对厚度t/D×102=100/141≈0.71，查表得，t/D＜1.5，应使用压边圈。

3.1.3冲裁力和拉深力的计算及压力机的选择

计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具强度。

压力机的吨位必须大于冲裁力。

一般平刃口模具冲裁时，冲裁力[4]可按下式计算：

（3-1）

P——冲裁力，N；

F——冲切断面积，mm2；

L——冲裁周边长度，mm;

t——材料厚度，mm；

——材料抗剪强度，Mpa；

K——安全系数，一般取K＝1.3，考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度及偏差等因素,钢08的抗剪强度为210--300Mpa，取

=260Mpa。

查出材料的周边长度，为442.74mm.查得，08钢的08的抗剪强度为260Mpa。

将此值代如公式（3-1），

F冲=1.3×442.74×1.0×260=149.65（KN）

而采用钢性卸料装置和下出料方式的总冲压力为：

F总=F冲+F卸+F推（3-2）

卸料力：

F卸=K卸F冲

推料力：

F推=K推nF冲，其中n=h/t，h为凹模刃口直壁高度

由表3-1查得K卸=0.045K推=0.055

表3-1卸料力、推件力和顶件力系数

料厚/（mm）

K卸

K推

K顶

钢

≤0.1

0.065～0.075

0.1

0.14

＞0.1～0.5

0.045～0.055

0.063

0.08

＞0.5～2.5

0.04～0.05

0.055

0.06

＞2.5～6.5

0.03～0.04

0.045

0.05

＞6.5

0.02～0.03

0.025

0.03

铝铝合金紫铜黄铜

0.025～0.08

0.02～0.06

0.03～0.07

0.03～0.09

总冲压力

F总=F冲+F卸+F推=149.65+0.045×149.65+0.055×10×149.65

=238.69KN

因此选用吨位为250KN的闭式双点压力机，型号为JH36-25。

3.1.4拉深间隙的确定

拉深间隙[5]是指凸凹模横向尺寸的差值，双边间隙用Z表示。

间隙过小，工件质量较好，但拉深力大工件容易拉断，模具磨损严重，寿命低。

间隙过大，拉深力小模具寿命提高了，但工件易起皱变厚，侧壁不直，口部边线不齐，有回弹，质量不能保证。

因此，确定间隙的原则是：

既要考虑到板料公差的影响，又要考虑毛坯口部增厚现象，故间隙值一般应比毛坯厚度略大一些，其值按下式计算:

单面间隙[8]：

（3－3）

式中，

板料的最大厚度，；

板料的厚度；

板料的正偏差；

间隙系数，考虑到板料增厚现象；

可知有压边圈拉深时，模具的间隙值：

Z=5.2mm

3.1.5冲裁件的排样及材料利用率

排样如图3-1，其利用率的计算如下：

根据公式，利用率

（3-4）

其中n—个进距内冲件数目;A—冲裁件面积/mm2

B—条料宽度/mm;h—进距/mm

毛坯的面积：

S=V/B（3-5）

其中V为毛坯的体积，B为毛坯的厚度。

η=71%

所以，材料的利用率为71%。

图3-1排样图

3．2落料拉深复合模工作零件的设计

3.2.1凸、凹模间隙值的确定

因为坯料形状复杂，所以选用经过淬硬处理的硬度较高的材料Cr12作为凸凹模的材料。

确定冲裁间隙。

选用经验确定法冲裁间隙。

经验确定法是比较实用的一种冲裁间隙确定法，其值用被冲板料厚度乘以系数表示。

即：

Z=tm（3-6）

式中，Z—合理冲裁间隙（mm）；

t—板料厚度（mm）；

m—为系数，与材料性质有关，见表3-2。

表3-1冲裁间隙系数m

材料

间隙类别

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

低碳钢

08F、10F、10、20、A3、B2

6~~14

14~~20

20~~25

为了合理的选用冲裁间隙，根据制件技术要求，使用特点和生产条件等因素，安表3-2确定拟采用的间隙类别，然后再相