学士学位论文防尘罩落料拉深冲孔复合模具设计.docx
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学士学位论文防尘罩落料拉深冲孔复合模具设计
毕业设计（论文）
防尘罩落料拉深冲孔复合模具设计
学科、专业：
机械设计制造及其自动化
学号：
￣￣
作者姓名：
￣￣￣
指导教师：
￣￣
兰州交通大学
LanzhouJiaotongUniversity
摘要
本毕业论文主要是对落料——拉深——冲孔的复合模具做了详细介绍。
本套模具在对原来的模具充分分析了解的基础上，现设计出了这套复合模具。
这套复合模具不但适用于现代的模具行业，提高了生产效率，同时对冲压件防护罩的成型有很高的精度。
这套复合模具不但可以节约冲压的原材料，同时也为生产工厂带来了经济利益和生产效率，更主要的是这套模具把这几个原本不容易合在一起的制造工艺通过特殊装置在一套模具中实现了。
在很大的程度的提高了生产效率，而且并把原来两套或以上的模具才能完成的工艺用这套复合模具完成了。
本毕业论文主要是阐述了我国模具的现状及发展趋势、并进行了对零件的工艺性分析、冲裁力的计算、压力机的选择、模具总体的设计以及模具的设计计算、标准件的选取、模具装配的设计计算等各方面的分析介绍。
其中零件成型工艺分析主要是对零件的特性和使用的材料性能做了简单的介绍，成型工艺的计算主要是为设计模具的标准件选件打下基础，通过大量的计算来确定一些标准件的选择的尺寸和压力机的压力的型号的确定等。
最后首先用用三维图对整体的结构进行性了绘画以及运动仿真，通过爆炸图对所有的结构有了详细的了解。
于此同时也用二维软件CAD绘制出模具的总装配图和零件图，并详细的阐明装配时需要注意的事项。
关键词：
冲压工艺；模具；设计计算；CAD
ABSTRACT
Thisthesisismainlyforblanking,deepdrawing,punchingcompounddieforgraduationdesign.Idesignedthissetofcompounddiestampingcannotonlysaverawmaterials,aswellasproductionfactorybringseconomicbenefitsandtheproductionefficiency,moreimportantisthemouldthisseveralmanufacturingprocesswhichwasnoteasytogetherthroughspecialdeviceisrealizedinamold.Toalargedegreeofincreasetheproductionefficiency,andtheoriginaloneormoresetofmoldtocompletetheprocesswiththecompositemoldfinished.
Thisthesismainlyexpoundsthepresentsituationanddevelopmenttrendofthemold,andtheanalysisoftechnologyforparts,thecalculationofblankingforce,thechoiceofthepressandthemoldoftheoveralldesignandmolddesignandcalculationofthedesignandcalculation,theselectionofstandardparts,moldassemblyandsoonvariousaspectsofanalysisareintroduced.
Partsformingprocessanalysisismainlyonthecharacteristicsofthepartsandmaterialsusedinperformancemadesimpleintroduction,moldingprocesscalculationismainlylaysthefoundationforthedesignofmoldstandardpartsoption,byalargenumberofcalculationtodeterminethechoiceofsomestandardpartsofthedeterminationofthemodelsizeandthepressureofthepress,etc.Thefirstuseof3dfigurefortheoverallstructureoftheprogressivepaintingandmotionsimulation,throughexplosionfigurehavedetailedunderstandingaboutthestructureofall.Atthesametimealsouse2dCADsoftwaretomapthemoldofthegeneralassemblydrawingandpartdrawing,anddetailedclarifyassemblywhenthemattersneedingattention.
KEYWORDS:
Stampingprocess；Themold；Designcalculation；CAD
摘要
Abstract
第一章绪论
1.1国内外模具的现状
在当前德国工业4.0带动下，中国制造2025的趋势中，在此同时，毫不例外，模具行业也迎来了它的春天。
在当今社会，在市场经济的驱动下，全球化的发展模式下，对工业行业的发展起到了很大的推动作用。
我国的差距主要表现在以下几个方面：
1.国内自配率只有80%左右。
2.我国的制造周期太长，满足不了工业上的要求。
3.我国整个工业的氛围比较低迷，工厂的生产效率低。
4.我国工厂采用的管理水品相当的落后，大多数还采用的是古老的传统方法。
在发达国家，尤其是在德国和日本制造业水平很高，制造的精度也在全球范围内处于领先的地位。
1.2国内外模具的发展趋势
未来在模具制造和模具材料上有科技革新后，模具行业会向超短制造时间（1-3天完成一套模具，需要CAD以及智能化和电子信息化的相结合），模具成本更低（材料以及加工方式的改进），模具精度更高（工艺的革新），朝着这几个方面的发展。
根据模具行业实际情况，我们以后应该在以下几个方面做出重点的准备：
1.我国的法令法规应给做出明确的规定，对整个模具行业有很大的推动，在现在的工业4.0的基础上能对工业行业有很大的助推作用。
2.加快体制改革，努力调整产业结构。
3.我国的工业行业应给和其他的行业相结合，另外，我们应给走出去与国外的高端行业相结合来带动我们的发展。
4.我们应给把这种学术精神带到高等学校中，实现产学研相结合的模式，这样可使的学校企业相结合的模式。
5.在现在的人工智能的基础上，我们应给和电子信息化相结合。
6.在工业上面，我们也应给发展自己的标准，制造标准化。
7.要求人才强行业的精神。
电子信息化，机械化，计算机，3D打印等等新型行业对目前的模具行业起到了牵引带动的作用。
1.3课题研究的目的及论文内容
本论文对防尘罩进行了冲压的工艺分析与模具设计，详细阐述了模具的设计过程，本论文的主要研究内容如下：
1．首先进行的是防护罩零件的工艺确定。
2．冲压模具的选择，压力机的选定。
3．模具的整体装配过程分析，标准件的选取。
1.4本章小结
本章简要介绍了模具行业目前的状况以及发展确实，提对国内外的现状进行了详细的介绍，并对当前的国内外情况进行了对比分析。
简明扼要的介绍了课题的研究主题。
第二章零件的工艺性分析
在确定冲压工艺之前，我们首先在老师给定的任务书的条件下，查阅大量的相关性的操作，我们可以借阅以前做过的内容，站在巨人的肩膀上，认真仔细的分析可靠性强的资料。
工艺设计主要包括如下内容：
任务要求，零件的特性，冲压工艺方案，整体的过程的拟定这几块内容。
2.1零件的特性
2.1.1零件的工艺分析
技术要求：
1.材料：
08F；2.板厚：
2mm；3.批量：
大批量生产。
图2-1防尘罩零件图
图2-2防尘罩三维图
采用冲压工艺时考虑以下几个方面：
（1）冲裁件的精确度等级：
IT10,模具精度IT8。
（2）冲裁件的结构形状最好对称简单。
在模具加工的过程中可以有效地避免因为热处理一家冲压过程产生的尖角处的开裂现象。
同与此同时，还可以有效地减少在尖角处有效地磨损加工模具。
2.1.2零件的材料分析
材料：
08F
查阅《现代机械设计手册》第1卷秦大同，谢里阳主编，第4篇机械工程材料，1.9.4优质碳素结构钢厚钢板的钢带。
表4-1-123质碳素结构钢厚钢板的钢带。
（GB/T711--2008）抗拉强度
。
尺寸规格及允许偏差应符合GB/T709--2006。
材料的物理性质和应用特性：
深冲钢，易于成型同时材料的均匀性较强，是一种碳含量非常低，并且加入了其他相关金属元素的合金钢。
这种钢没有时效性，方便加工利用储存。
2.2冲压工艺方案的确定
依据冲压件防护罩的结构尺寸以及其他的相关要求所确定。
同时也应给考虑材料的物理性质。
但在我们平时的加工中考虑以下几方面：
1.首先我先对零件图进行了详细的分析，认真了解了它的尺寸结构，然后确定冲压的型材。
当防护罩工件的加工精度高时，我们相应的选取精度较高的模具，确定一套准确的加工工艺。
2.紧接着我确定了整个冲压过程中所采用的工序。
3.最后我们可以采取额外的工序来完善加工所产生的缺陷。
2.2.1工艺方案的拟定
在冲压工艺性分析的基础上，我们应给首先发现工艺与模具设计的特点以及难点，通常对比每种方案各的优缺点。
通过对零件图的分析可知，该冲压工艺需要三道加工工序:
落料、冲孔、拉深，为了提高生产的效率，我们采用的是复合工序的复合模具。
但是符合模具制造的要求精度很高，整个模具的配合要求也高，这就要求模具的制造应有较高的精度,从而使得目前的工业加工模具出现的困难，使得整个的生产周期大大的延长了，对于整个模具行业的生产效率严重的滞后作用。
2.2.2工序顺序和组合
根据零件图的要求及大批量生产的要求采用落料，拉深，冲孔的工序。
依据这种加工条件，可以先确定三种工艺方案。
第一种是单一工序的生产方案，第二种是落料拉深冲孔的复合模具，第三种是落料拉深冲孔的连续冲压。
第一种方案结构简单，需要多个模具，生产工序增多；第二种方案使用了一套模具实现了零件的加工，且尺寸与精度可以保证；方案三成品的防护罩精度低。
故采用第二种方案。
所以此模具类型定为复合式冲裁模具。
2.3本章小结
本文对零件的工艺、材料进行了详细的分析，确定了工艺方案，对模具类型，操作与定位方式，卸料与出件方式，模具架类型及精度做了简要的介绍说明。
对整个的冲压工艺有了比较全面的认识。
第3章工艺参数的计算
3.1排样图的确定
该防滑罩工件为无凸缘圆筒形工件，根据数学方法可求得毛坯直径。
如图3-1所示。
其中相关的数据时：
h=10mm,d=40mm,r=2mm。
图3-1防尘罩
3.1.1毛坯尺寸的确定
坯料在加工后，边缘出来毛刺，表面粗糙高，因此考虑是否增加修边余量。
修边余量的确定过程：
确定修边余量△h：
该件h=10mm,d=59mm
所以△h=h/d=10/59=0.169（3-1）
因为△h<料厚=2mm
故该件不需要增加修边余量。
毛坯直径的计算
毛坯直径为：
（3-2）
经计算
=40mm
=10mm
=2mm
解
＝54mm
3.1.2搭边值的确定
搭边是指在坯料加工后排样图中条料所留下的工艺废料。
搭边具有以下的作用是保证了相邻坯料之间的塑形变形和弯曲变形。
从而提高了防护罩的加工精度，在另一方面，节省了材料。
表3-1搭边值的确定单位：
mm
材料厚度
圆形冲裁
非圆形冲裁
往复送料冲裁
自动送料冲裁
l<100
l>100～200
l>200～300
大于
至
a
b
a
b
a
b
a
b
a
b
a
b
普通钢板冲裁件
0
5
1.5
2.0
2.0
2.5
2.5
3.0
3.0
3.5
3.0
3.5
－
－
0.5
1
1.5
2.0
2.0
2.5
2.0
2.5
2.5
3.0
2.0
3.0
2.0
3.0
1
2
1.5
2.0
2.0
2.5
2.0
2.5
2.5
3.0
3.0
3.5
－
－
2
3
2.0
2.5
3.0
3.5
3.0
4.0
3.0
3.5
3.5
4.0
－
－
3
4
2.5
3.0
3.5
4.0
3.5
4.0
4.0
4.5
4.0
5.0
3.0
4.0
4
5
3.0
4.0
4.0
5.0
4.0
5.0
4.5
5.5
5.0
6.0
4.0
5.0
5
6
3.5
4.5
4.5
5.5
4.5
5.5
5.0
6.0
6.0
7.0
5.0
6.0
6
8
5.0
6.0
5.0
6.0
5.0
6.0
5.5
6.5
7.0
8.0
6.0
7.0
8
－
6.0
7.0
7.0
8.0
8.0
9.0
8.0
9.0
8.0
9.0
7.0
8.0
搭边值的选取需要合理，不然可以引起上述的加工缺陷。
搭边值过大，材料的有效利用率将降低；
搭边值过小在加工中体现不出其价值。
我们在确定搭边值时，必须考虑
材料的性能以及冲件的形状与尺寸和相关的精度、厚度、送料及挡料方式，
卸料方式等。
搭边值可以根据表3-1确定。
由模具铸造的工件可以看出来，材料的厚度为2mm，为圆形冲裁，所以
取
=1.5㎜
=2.0㎜
搭边值的数据详细见3-2排样图。
3.1.3条料宽度与导料板间距
条料宽度与导料板间距和冲模具的送料定位方式息息相关，应根据结构的不同分别进行相应的计算。
该防护罩采用的是导料板导向。
为了补偿侧面搭边值，条料宽度应增加1个条料可能的摆动量（值为条料和导料之间的间隙）可按下列公式计算
条料宽度为
（3-3）
mm
导料板间距离为：
（3-4）
mm
式中
——条料宽度方向冲件的最大尺寸，取
=49mm
——侧搭边值，取
=1.5mm，由3.1.2节可知
——条料宽度的单向偏差，mm，见表3-2,取
＝0.6，由条料宽度B取50~100，材料厚度取1~2可知。
——导料板和最宽条料之间见隙，mm，见表3-3。
取
＝0.5，由无侧压装置，条料宽度B
100,材料厚度t为1~5可知。
表3-2条料宽度偏差
条料宽度
材料厚度
～0.5
0.5～1
1～2
2～3
3～5
约20
0.05
0.08
0.10
－
－
20～30
0.08
0.10
0.15
－
－
30～50
0.10
0.15
0.20
－
－
约50
－
0.4
0.5
0.7
0.9
50～100
－
0.5
0.6
0.8
1.0
100～150
－
0.6
0.7
0.9
1.1
150～200
－
0.7
0.8
1.0
1.2
200～300
－
0.8
0.9
1.1
1.3
表3-3导料板与条料的最小间隙
单位：
mm
材料厚度
无侧压装置
有侧压装置
条料宽度
条料宽度
≤100
100～200
200～300
≤100
>100
约1
0.5
0.5
1
5
8
1～5
0.8
1
1
5
8
3.1.4排样及材料利用率
1.排样方法
合理的排样是将考虑工件的加工质量，模具的加工质量，以及生产的成本。
所以需要考虑提高材料的有效利用率，排样使得生产加工方便，便于操作，尽量使得模具的使用寿命延长，要确保冲件的加工质量和精度的要求，根据零件的机构加工特点采用的是直排排样。
图3-2排样图
2.裁板方法
钢板的规格选用的是2mm×800mm×3000mm
横裁时的工件数量n1=3000/59=50条
每个裁板上的工件数量n2=（B－a）/s=（800-1.5）/55.5=14个
B——钢板宽度为800mm
每张钢板上的工件总数：
n总=n1×n2=50×14=700个，算出了每张钢板上的成型用料。
3.材料的利用率
通过计算实际用于成型的材料即可得出材料的利用率。
=
=66.76%
3.2冲裁力的计算
3.2.1落料工艺计算
根据防护罩零件的结构以及相应的加工特点，我们选用的是复合模具。
加工时，把零件从凸模具上取下来的力叫作卸料力，从凹模具内将零件顺着冲裁的方向推出的力叫推件力，逆冲裁的方向顶出的力叫顶件力。
计算公式如下：
落料力F0=Ltτ（3-5）
查阅《冲模设计手册软件版VR1.0》目录之常用冲压模的设计计算--冲裁模具设计计算--设计计算向导--冲裁模具设计计算--力的计算可知。
上式中，L——冲裁件的长度（㎜）
t——材料厚度（㎜）
τ——材料的抗剪性强度（MPa）
考虑到冲裁的过程中压力等等的不同，总的冲裁力在此基础上还的加30%。
故
=1.3F0=1.3Lt
。
为了便于估算，可取抗剪τ等于该材料强度极限σb的80%，即为
τ=0.8
。
方便计算，落料力的计算还可以按照下式计算：
（3-6）
3.2.2拉深工艺计算
1.凸模具和凹模具的间隙
此模具为无压料装置的拉深模具，其凸凹模具间隙按下式确定
Z=
=1.65㎜（3-7）
2.拉深模具的圆角半径
（1）t/D=2/54≤0.1～0.3，且无凸缘，查表知：
r凹=1.0t=2.0㎜
（2）凸模具的圆角半径等于零件的内圆角半径。
3.确定拉深次数
（1）防护罩零件的拉深系数为
m总=d/D=40/54=0.741（3-8）
在此计算中d，为防尘罩的外径，D为落料毛坯直径,具体见3.1.1毛坯尺寸的确定。
（2）坯料的相对厚度为
t/D=3.7%（3-9）
由《冲压成形工艺》由李体彬2008年编著第三章可知，
拉伸的极限系数m1=0.65
因为m总=0.741>0.65=m1
所以零件可以一次拉深成型。
防护罩采用的是一次拉深成型，则有
拉=?
dtσbK=3.14×59×2×300×0.75=83367N（3-10）
3.2.3冲孔工艺计算
冲孔力可按照前面公式（3-5）计算：
F冲=Ltσb=3.14×10×2×300=19970.4N
F卸、F推、F顶是表示卸料、推件、顶件的力。
主要有材料性能、物理性能、材料厚度、模具的间隙、模具的精度、凸凹模具表面粗糙度、压力机、人工操作过程、送料方式、导柱导套对这几个因素产生影响。
在工业中常用下列公式来计算：
F卸=K卸F冲（3-11）
F推=K推F冲（3-12）
=
F冲（3-13）
查表3-4可知，材料为08AI-ZF，材料的厚度为2mm，选取0.5~2.5的区间,所以
卸料力的系数分别为K卸=0.05，推件力的系数为K推=0.06，，顶尖力的系数为K顶=0.055。
因而可得
F卸=998.52N
F推=1198.224N
=1098.372N
表3-4卸料力、推件力、顶件力系数
材料及厚度（mm）
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
0.025～0.08
0.03～0.07
紫铜、黄铜
0.02～0.06
0.03～0.09
综上可得，复合模具总的冲压力为
F=F落+
+F冲+
+F卸+F推
=101736+83367+19970.4+998.52+1198.224+1098.372
=208369N
=1.3F=1.3
208369=270879N
系数1.3是考虑到实际工业生产中的一个修正系数。
根据工业中的经验一般可取K为1.3。
3.3冲压设备的确定
冲压机的作用就是给整个冲压模提供动力，来实现整个工艺流程。
冲压机的主要参数主要有由给定的工件的大小尺寸，以及精度所确定。
查阅《冲模设计手册软件版VR1.0》目录下--压力机--压力机的选择--压力机规格的选择可知，选择压力机JD21-100可倾式压力机。
压力机主要技术参数与规格如下：
公称压力1000KN，滑块行程130mm，滑块行程次数45次/min-1，
最大封闭高度360mm，封闭高度调节量90mm，立柱距离460mm，
工作台板厚度85mm，床身最大倾角
，最小封闭高度220mm。
3.4模具压力中心的确定
模具压力中心的确定的目的是保证整个冲压模机构的正常工作运行。
压力机力的作用点必须要在模具的中心线上，这样就会减少因为因为坯料的不平整所引起的加工缺陷，从而减少模具的损耗，以及保证了防护罩的加工精度，防止导柱导套的损坏，从而反过来影响压力机的精度。
由于该圆形防护罩，就是冲裁时压力中心与零件的几何中心重合。
冲模压力中心的求法，可以采用数学上的几何求法。
该压力中心就在圆心上。
即为X0=0，Y0=0。
3.5防护罩冲压工艺卡
防护罩冲压工艺卡
工厂
冲件工艺卡名
产品型号
零件名称
防护罩
共一页
产品名称
零件型号
第一页
材料牌号及规格
材料技术要求
毛坯尺寸/mm
毛坯制件数
毛坯质量
辅助材料
08F
深冲钢，易于成型均匀性强，合金钢
条料2×80×3000
700
序号
工序名称
工序内容
加工工序简图
设备
工艺装备
备注
1
下料
剪床裁板
剪板机Q11-1000
2
落料
拉深
落料拉深冲孔复合模
压力机
JD21-100
落料拉深冲孔复合模
3
冲孔
落料拉深冲孔
升级会员 