杠杆传力式翻边复合模设计.docx
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杠杆传力式翻边复合模设计
目录
1摘要……………………………………………………………………………2
2冲压工艺方案…………………………………………………………………4
2.1零件的分析…………………………………………………………………4
2.2确定冲裁的工艺方案及模具结构形式……………………………………4
3材料的流变过程………………………………………………………………5
4拉伸过程中毛坯的应力应变状态……………………………………………5
5成形件质量……………………………………………………………………6
6模具的设计……………………………………………………………………6
6.1毛坯尺寸计算……………………………………………………………6
6.2确定拉伸次数……………………………………………………………7
6.3确定拉伸系数……………………………………………………………7
6.4拉伸力的计算……………………………………………………………7
6.5模具结构形式的确定……………………………………………………8
6.6模具其它参数的设计……………………………………………………10
7关键件强度计算………………………………………………………………13
8模具结构及工作过程…………………………………………………………13
9模具安装与调试………………………………………………………………14
10模具装配合理性检查…………………………………………………………14
11模具试冲时的调整……………………………………………………………14
12结论……………………………………………………………………………15
13参考文献………………………………………………………………………16
14致谢……………………………………………………………………………17
摘要
冲压加工技术应用范围十分广泛，在我国民经济各工业部门中几乎都有冲压加工或冲压产品的生产，如汽车、飞机、拖拉机、电器等。
均占有相当大的比重。
我所设计的课题是通过拉伸与翻边复合工艺完成3060收割机钉齿幅盘的模具设计。
利用模具将平板毛坯变成开口空心零件的冲压加工方法称为拉伸。
拉伸是主要的冲压工序之一，应用很广，用拉伸工艺可以制成圆筒形，阶梯形，球形，锥形，盆形和其它不规则的薄壁零件，如果与其他冲压成形工艺配合，还可以制造形状更复杂的零件。
翻边是使平面或曲面的板坯沿一定的曲面翻成竖立边缘的成形方法。
根据翻转曲线封闭与否可分为内孔翻边和外孔翻边两种，按变形的性质，翻边又可以分为伸长类翻边和压缩类翻边。
关键词：
冲压；杠杠传力；钉齿幅盘
Abstract
Stampingprocessingtechnologyapplicationrangeisverywide,almostinmyvariousindustrialdepartmentsofnationaleconomyhasstampingprocessingorstampingproducts,suchascars.Plane.Tractor.Electricapplianceetc.Alloccupiesaconsiderableproportion.
Mydesignsubjectisthroughdrawingandflangingcompositeprocessfinished3060harvesterspike-toothplatemolddesign.
Usingtheopeningmouldplateblankintohollowpartsstampingprocessingmethodcalledastretch.Drawingisoneofthemajorstampingprocess,applicationisverywide,bydrawingprocesscanbemadeintocylindrical,step,spherical,conical,ovalandotherirregularthinwallparts,ifcooperatewithotherstampingformingprocess,alsocanmakemorecomplexshapeparts.
Flangingisflatorcurvedsurfaceoftheslabalongacurvedsurfaceintoerectedontheedgeoftheformingmethod.Accordingtoflipclosedcurveornotcanbedividedintoinnerholeflangingandouterholeflangingtwokinds,accordingtothenatureofthedeformation,flangingandcanbedividedintostretchflangingandcompressiontypeflanging.
Keywords:
stamping;leverageforce;nailtoothplatepicture
2.冲压工艺方案
2.1零件的分析
图1钉齿幅盘
该零件是3060收割机的钉齿幅盘，该零件是根据某系列收割机钉齿幅盘的结构改进设计的，由于结构和功能的需要，为使该拉伸件能一次成型，将材料改为拉伸性能较好的08F。
2.2确定冲裁的工艺方案及模具结构形式
经计算分析，此件的拉伸部分可一次拉伸成型，如按常规工艺其工艺路线为：
落料——冲孔（底部大圆孔及小圆孔）——切工艺口——拉伸——翻边——冲或钻立边上孔，以上工艺要设计6副模具，如果前面加工外行与冲孔采用数控激光切割机加工，那么至少设计3副模具，经过对该零件的特点的深入分析，将拉伸与翻边两工序合并，使6个立边在拉伸过程中没有产生较严重的塑性变形，故立边上的孔也不会出现大的变形。
因此，立边上的9个孔也可以同其它孔一样在数控激光切割机上一次加工出来。
由于拉伸翻边工序复合，成型后冲或钻孔工序取消，并选用单点压力机气顶的双重作用，加工出合格的零件。
从而最大限度地减少了模具的投入，提高了劳动效率，降低了加工成本。
3.材料的流变过程
在拉伸力作用下，毛坯内部的各个小单元之间产生了内应力，在径向产生拉应力，在切向产生压应力。
在这两种应力作用下，凸缘区的材料发生塑性变形并不断地被拉入凹模内，成为圆筒形零件。
4.拉伸过程中毛坯的应力应变状态
4.1平面凸缘区
这是拉伸变形的主要区域，这部分材料的径向拉应力σ1和切向压应力σ3的作用下，发生塑性变形，变形面逐渐进入凹模。
由于压边圈的作用，在厚度方向产生压应力σ2。
材料的流动主要是向径向延展，同时也向毛坯厚度方向流动而加厚。
4.2凸缘圆角部分
这属于过渡区，材料变形较复杂，除有与平面凸缘部分相同的特点外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生压应力σ2。
4.3筒壁部分
在拉伸时，凸模的拉伸力要经由筒壁传递到凸缘部分，故它承受单向拉应力σ1的作用，发生少量的纵向伸长和变薄。
4.4底部圆角部分
这属于过渡区，材料除承受径向和切向拉应力σ1和σ3外，还由于凸模圆角的压力和弯曲作用，在厚度方向承受压应力σ2。
4.5筒底部分
这部分材料基本上不变形，但由于作用于底部圆角部分的拉伸力使材料承受双向拉应力，厚度稍有变薄。
综上所述，拉伸中主要破坏形式是起皱和拉裂。
5.成形件质量
圆筒形件拉伸过程顺利进行的两个主要障碍是凸缘起皱和筒壁破裂。
起皱主要是由于凸缘切向压力超过了板材临界压应力所引起的，与压杆失稳类似，凸缘起皱不仅取决于切向压应力的大小，而且取决与凸缘的相对厚度。
拉伸是产生破裂的原因，是筒壁总拉应力σp增大，超过了筒壁最薄弱处的材料强度时，拉伸件产生破裂，所以此处的承载能力的大小是决定拉伸成型能否顺利进行的关键。
所以提高圆筒行件拉伸中的成行极限的措施是：
5.1防止失稳起皱
如在拉伸中采用压边装置，是常用的防皱措施。
设计具有较高抗失稳能力的中间半成品形状，以及采用厚向异性指数r大的材料等，都有利于提高圆筒行件的成型极限。
5.2防止传力去破裂
通常是在降低凸缘变形抗力摩擦阻力时，同时提高传力区的承载能力，即使传力区承受能力和变形区变形抗力的比值得到提高。
采用屈强比底的材料，以实现承载能力高，变形抗力低，易于成型的目的，通过建立不同的温度条件而改变传力区和变形区的强度性能的拉伸方法，亦可提高拉伸成型的极限变形程度。
6.模具的设计
6.1毛坯尺寸计算
在不变薄的拉伸中，材料厚度虽有变化，但其平均植与毛坯原始厚度十分接近。
因此，毛坯展开尺寸可根据毛坯面积等于拉伸件面积的原则来确定。
展开料计算公式为：
d0=
式中d0——展开料直径mm
d——拉伸件直径mm
h——拉伸件高度mm
r——圆角半径mm
根据图
（1）可知：
d=298mmh=58mmr=8mm代入上式得：
d0=392mm
6.2确定拉伸次数
圆筒形件一次拉伸的条件是：
h<（0.6——0.8）d
由图
（1）可知：
h=60d=298则
所以满足一次拉伸的条件。
6.3确定拉伸系数
有拉伸系数公式
由d=298D=392
则得：
m=
6.4拉伸力的计算
6.4.1拉伸力的计算
在确定拉伸件所需要的压力机吨位时，必须先求的拉伸力。
根据拉伸力的计算公式：
（3）
式中k1——修正系数
d——拉伸件直径.mm
t——拉伸件厚度mm
σb——抗拉强度Mpa
根据金属机械性能表，材料08F的抗拉强度σb=390Mpa,根据拉伸系数计算公式
。
查表知修正系数K1=0.475，将以上数据代入公式（3）得：
P=703KN
6.4.2压边力的计算
在拉伸过程中，压料主要是防止起皱，是否采用压边圈要根据材料的相对厚度
*100是否小于1.5或大于2来决定。
经计算该零件相对材料厚度
所以应采用压边圈。
根据压边力计算公式：
（2）_
式中Pr——压料力。
N
F——压料面积.mm2
P——单位面积压料力Mpa.
压边圈尺寸F=（3922-3022）π=1962cm2根据设计手册可知P=1.16Mpa。
将以上两数代入式
（2）得：
Pr=23KN。
该模具所用冲床的气垫顶出力为70KN，大于Pr,所以在普通单点曲柄压力机上完成此件的拉伸是可行的。
对于单动压床F>F1+F2
F>703KN+23KN=726KN
6.5模具结构形式的确定
拉伸翻边复合模模具结构图如下图
（2）所示：
图2模具结构图
1.下模坐2.带肩推杆3.滑动凸模4.传力杠杆5.滑动凸模压块6.凸模
7.凹模8.上模座9.推板10.带螺纹推杆11.打料板12.打料杆13.模柄14.卸料板15.定位销16.卸料螺钉17.限位块18.气顶芯轴19.销轴20.压边圈21.回力芯轴22.支架
6.5.1凸、凹模的间隙
是指的单边间隙
间隙的影响如下：
A.拉伸力间隙愈小，拉伸力愈大
B.零件质量间隙过大，容易起皱，而且毛坯口部的变厚得不到消除，而间隙过小，则会使零件拉断或变薄特别严重。
C.模具寿命间隙小，则磨损加剧。
因此，确定间隙的原则是：
既要考虑板材本身的公差，又要考虑毛坯口部的增厚。
故间隙值可按下式计算：
式中tmax——材料的最大厚度，其值tmax=t+Δ
其中Δ——板材的偏差
C——最大系数
对于此用压边圈的拉伸工艺可取Z=1.1t既Z=4.4mm.
6.5.2圆角半径的计算
则代入数据：
mm
6.5.3工作部分尺寸的确定
确定凸模和凹模工作部分尺寸，应考虑模具的磨损和拉伸件的弹复。
由公式：
其中：
由数据：
D=302C=4.4
=0.023
=0.20
=0.140
代入数据得：
=301.9+0.20mm
=293.1-0.140mm
6.5.4拉伸凸模的出气孔尺寸
由于
=293.1>200查表得d孔=9.5mm
6.6模具其它参数的设计
6.6.1凹模外形尺寸的确定
凹模的材料我选用T8A，热处理硬度为HRC58-62，凹模的厚度为C=73mm.
高度H=102mm.
6.6.2凸模外形尺寸的确定
由于凸模分凸模和滑动凸模，其材料都选择T8A，热处理硬度为HRC60-64，
其中凸模的外形尺寸已在图纸7中表现出。
而滑动凸模其基本尺寸为长为45mm,宽度为47mm,厚度为卸料板同厚为30mm。
其中与凸模接触的面为一与凸模相配合的圆弧。
6.6.3模座
模座的材料我选择HT20（GB9439-1988），按“冷冲模零件技术条件”（GB/*2870-1981）的规定制造。
6.6.4卸料板与卸料螺钉
卸料板的材料选用Q235，其外形尺寸与凸模上部分外形基本一致，只是在其上多平均分布了3个卸料螺钉孔。
卸料螺钉材料选用45钢，热处理HRC35-40，按GB/T3098.1-1982规定，选用Φ12*80，数量3个。
6.6.5压边圈
压边圈材料选用T8A，热处理HRC56-60，外径为546mm,外径为413mm的圆环，厚度30mm。
其外形如下图：
图3压边圈三维模型
6.6.6打料板
打料板材料选用45钢，热处理HRC43-48.其外径为95mm,孔的直径为26mm.
6.6.7打料杆，推杆与推板
三种材料都选用45钢，热处理HRC43-48.其中打料杆长258mm,直径为26mm.推杆总长129mm,直径为26mm,螺纹长30mm。
推板直径为318mm的圆，厚度25mm.
6.6.8滑动凸模压块
其材料选用T8，热处理HRC58-62。
外形尺寸为长为47mm，宽为45mm,高为52mm的立方体。
6.6.9限位块
材料选用45钢，热处理HRC43-48，外形为一直径为60mm，长度100mm的圆柱。
6.6.10卸料板
卸料板材料选用Q235，热处理HRC35-40。
图4卸料板三维模型
6.6.11支架
支架材料选择45钢,热处理HRC43-48。
6.6.12传力杠杆
传力杠杆材料选择45钢，HRC52-56。
其外形尺寸如图：
图5传力杠杆三维模型
6.6.13其它标准零件
定位销材料选用T8A，热处理HRC54-58，Φ12*50GB/T119-1986
销轴材料选用35钢，热处理HRC28-38，Φ10*50GB/T119-1986
模柄材料选用45钢，按GB2862.3-81B60-120带凸缘的模柄。
6.6.14计算模具的闭合高度
闭合高度应为上模板，下模，凹，凸模等高度的总和为：
102+102+30+30H0=264。
所选择的压力机的闭合高度
Hmax=270mm,Hmin=270-70=200mm
Hmax-5≥H0≥Hmin+10mm满足要求。
6.6.15确定冲床的类型
根据拉深力与翻边力及压边力的大小：
F总=F拉+F压=703+23=723KN
选择100T的压力机。
型号J31-100的闭式单点压力机。
最大闭合高度280mm，滑块行程165mm,工作台尺寸前后左右都是635mm。
7.关键件强度计算
分析模具整体结构，销轴19能否承受翻立边过程中所受的剪切力是该模具设计成败的关键，由于在翻立边过程中，材料的塑性变形比较复杂，没规律可寻，因此无法分析计算翻边力大小，但由于立边的变形远比拉深变形小，所以立边的翻边力也应远小于相应弧长的拉深力，按此分析结论，相应弧长的每个小立边的拉深力为P立=K1ABtσb,经计算AB=45.178，代入数值得P立≈33.5KN。
8.模具结构及工作过程
拉伸翻边模结构如图
（2）所示，模具用于有气顶装置的闭式单点压力机，模具初始状态为气顶将压边圈20与回力芯轴21同时顶气，6个滑动凸模3在传力杠杆4的作用下与凸模6的上表面保持一平面，将割完形与孔的坯料挂在凸模6上的2个定位销15上，压力机滑块下降，凹模7与压边圈20先接触并压紧坯料，当压力机滑块继续下降时，压边圈下行，拉伸开始，已割好工艺口的6个立边随着拉伸的进行，在没有经过较大形变的条件下自由进入卸料板14的开口内，随着拉伸的进行，回力芯轴21在限位块17的作用下下行，由于杠杆原理滑动凸模3上行，将6个立边翻起并校形，压力机滑块上行，上打料装置将零件打下，气顶还原，一次工作行程结束。
9．模具安装与调试
模具的安装和调试得正确与否，直接影响质量和模具的使用寿命。
调试时，用专门的调整工负责模具安装和调试，调试的冲件经首检合格后交操作工正式生产。
在安装调试前应做如下准备工作：
1.熟悉所要调试的零件冲压工艺规程和个工序的要求。
2.检查所要安装的模具尺寸参数与工艺确定的设备规格参数能否满足工艺要求。
3.检查待调试模具的状况是否满足工艺要求。
10.模具装配合理性检查
A.模具间隙大小和间隙的均匀程度：
旋转体零件拉伸凸模和凹模间的间隙要均匀。
B.凸、凹模工作表面的粗糙度：
凸模细于1.6um，凹模工作面和凹模圆角处应细于0.8um，圆角过渡光滑无棱。
C.凸模出气孔通畅，设置合理。
D.压边圈用顶杠长度一致，保证压边力均匀且在拉伸开始，既可产生压边效果。
11.模具试冲时的调整
A.冲压件尺寸精度形状误差和符合冲压件产品设计要求。
B.冲压件表面质量应达到冲压工艺本身的表面质量要求。
C.毛坯和工序间定位可靠，取件方便，卸料通畅。
结论
“养兵千日，用兵一时”。
在毕业设计中，我为能用上四年所学而欣慰，同时我深深的感觉到了基础知识的重要性。
专业课学习时，老是感觉所学知识与实际相差太远。
这种急功近利的思想使自己对一些专业课的学习有所放松，在毕业设计的过程中，我深深的体会到了“书到用时方恨少”的含义。
我的设计为3060收割机钉齿幅盘拉深复合模的设计，在完成此设计的过程中，我首先从工序入手，然后画出零件实体进行分析，零件绘图，查表，找资料及原理的可行性分析，各项的计算，模型的确定及定稿。
在指导老师曾一凡的耐心指导下，我顺利的完成了此模具的设计。
在设计的过程中，让我了解了设计方法对我们学习的重要性，同时也发现了自己的很多不足之处。
深有感触：
1、仅仅了解书本上的知识是远远不够的，只有结合自己的实际情况运用于实践，这样才能更深地了解和学习好知识。
2、我们要在工作中不断的积累经验，学会用自己的知识解决实际问题。
3、觉得自己学到的知识太有限，知识面太窄，以后还有待加强训练和实践。
4、同时我们要不断地向别人学习，尤其要多向老师请教，他们可以让我们少走很多的弯路，同时也让我们知道很多优秀的设计方法和与众不同的设计理念。
5、创新设计是我们未来生存的法宝，所以从现在开始一定要有意识的锻炼和培养自己在这方面能力。
虽然我尽力将设计做到完美无瑕，但限于我的知识水平和实践经验，设计中还存在一些缺点和错误，恳请各位老师提出宝贵的建议。
2014年5月10日
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致谢
本设计的顺利完成，首先要感谢我的指导老师曾一凡。
他为人随和热情，治学严谨细心。
在闲聊中他总是能像知心朋友一样鼓励我，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求我，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，曾老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。
正是曾老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢曾老师。
感谢江西农业大学工学院所有曾经帮助过我的老师和同学，他们为我四年的学习、成长创造了一个良好的环境，不断的充实自我。
他们的教授与帮助，使我获得了大量的知识，圆满完成了学业，在此我深深地表示敬意和由衷的感激之情。
最后，我要感谢所有在论文撰写过程中给我以支持和帮助的老师、同学和朋友们。
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