外壳件落料拉深模具及其计算程序设计.docx

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外壳件落料拉深模具及其计算程序设计

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毕业设计（论文）

外壳件落料拉深模具及其计算程序的设计

HOUSINGMEMBERBLANKINGDRAWINGDIEDESIGNANDCALCULATIONPROGRAM

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本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

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对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

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年月日

摘要

冲压技术包括工艺设计和模具设计两个方面。

它既是冲压生产技术准备工作的基础，又是组织正式生产的依据。

冲压设计工作在冲压生产中有着举足轻重的地位。

随着科技的进步，时代的发展，冲压加工已经成为现代化工业生产领域内不可或缺的生产手段之一，更加体现出特有的优越性和重要性。

本次设计是针对外壳件冷冲模设计。

设计中广泛应用AutoCAD对其结构进行设计。

本次的设计先确定冲压的工艺方案，计算出毛坯的尺寸，确定其撘边值，从而确定排样图，计算出各工序的冲压力，之后要计算零件的刃口尺寸。

确定模具的结构，正、倒装模具的选择，定位方式的选择以及卸料出件方式的选择。

然后要设计冲模零件，比如导向零件的设计，卸料装置和承料装置的设计等。

最后确定选择什么装备，通过模具的一些生产要素来确定设备的类型和规格。

用vb软件设计本次设计中一些计算的程序。

通过CAD绘制出零件图、模具图和装配图。

关键词：

落料；冲孔；拉深；翻边；冲压技术

Abstract

Stampingtechnology,includingprocessdesignanddiedesignaspects.Itisstampingonthebasisoftechnicalpreparation,andisbasedontheorganization'sofficialproduction.Stampingdesignworkhasapivotalroleinstampingproduction.Withtheprogressofthedevelopment,stampingtechnologyhasbecomeoneofthemeansofproductioninthemodernindustrialproductionindispensable,morereflecttheuniqueadvantagesandimportance.

ThisdesignisforhousingpieceDiedesign.DesigniswidelyusedAutoCADdesignitsstructure.Thefirstisdesignedtodeterminethestampingprocessscheme,calculatedblankdimensions,determineitsDaboundarytodeterminelayoutdiagram,calculatedpunchpressureofeachstep,andthentocalculatethesizeofthepartedge.Determinethestructureofthemold,itis,flipthemoldoptionstochoosethewayofpositioningandunloadingawayofselectingmembers.Thentodesignadieparts,suchasdesign-orientedpartsofthedesign,dischargingdeviceandthereceptiondevice.Finalizechoosewhatequipmenttodeterminethedevicetypeandsizethroughanumberoffactorsofproductionmolds.Vbsoftwaredesignwiththedesignofsomeoftheproceduresinthiscalculation.PartsdiagramdrawnbyCAD,moldandassemblydrawings.

Keywords:

BlankingPunchingDrawingFlangeStampingTechnology

1绪论

1.1课题研究的目的及意义

经过对此课题的钻研,要驾驭机械工艺配备设计的普通方法及基本工序。

稳固模具设计和模具制作等理论知识在生产中的运用；用CAD做毕业设计；知道怎么获取材料、手册查阅。

自己综合使用理论去处理分析实际问题。

这个零件成形难度比较高，因为需要对成品进行冲孔和整形，所以冲压过程很复杂。

它需要多道工序。

由于工序间存在定位误差，所以会形成缺陷，还有一些其他因素的影响，比如模具的数量大需要操作的人员及冲床较多，所以生产效率低，而且成本高。

所以，有必要对过程更新，经过分析，复合模具最适合这种情况。

它可以提高零件质量和生产效率，降低设备投资和工具的成本和更低的配件费。

1.2国内外模具研究概况

1.2.1国内模具研究概况

1.2.1.1我国模具技术的现状

从改革开放到现在，中国经济比以前有了飞跃性的发展，模具销量在市场上不断增加。

最近几年，模具行业快速发展，每年以已经约15％的速度增长，所有制成分的模具工业企业都发生了很大的变化。

“模具之乡”——宁波浙江宁波和黄岩区;广东省一些大型企业和乡镇企业的迅速崛，建立了模具制造中心。

中国现在紧跟着世间发展的步伐，国人素质的提高，人们对产品的质量越来越看重。

而所有链条中的最基本的要素之一就是模具制造，模具制造技术的高低限制了企业的发展空间。

它是国家制造业水平的体现。

最近几年来，很多企业的技术都有了很大的进步，都提高了对它的投资力度因为现在技术进步已经是一个企业能够快速发展的重要因素及动力。

二维CAD在一些国内模具企业中已经得到了普及，而且开始使用一些国际通用软件，更进一步的在冲压模的设计中能够成功的运用。

一些大型冲压模具像汽车覆盖件模具，这些模具的制造技术已经有了比较明显的进步。

通过这些年的努力，我们在模具CAD/CAE/CAM方面有了很大的发展。

从改革开放到现在，中国模具工业虽然有了很大的进步，但是我们和美国、德国和日本的国家相比，我们国家还有很多缺陷，和他们还有很大的差距。

[5]

现在人们日益关注和重视我国模具行业的发展。

“模具是工业的生产技术和设备，”这句话已经得到了大家的共识。

现实生活中很多及我们息息相关的产品都是靠模具成形的。

模通过模具做出来的东西往往是它本身价值的很多倍。

　中国现在的模具行业不仅要继续提高它的生产能力，今后更要注重行业的结构调整和提高技术的发展水平。

调整结构这方面，主要从企业结构调整产品结构向中高档模具开发，改善进出口结构。

[12]

1.2.1.2未来冲压模具制造技术发展

模具技术应该满足模具产品的质量、精度、价格和交易时间。

满足这些要求的条件：

1.全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计的发展方向。

随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAM/CAE技术已经能在大部分领域使用，企业会越来越重视这些技术的重要性，会加大培训力度;让技术能用在更多的领域。

由于互联网在世界范围内的快速发展，让CAD/CAM/CAE技术能够跨领域进行工作的可能性得到大大的提升。

2.模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统能够缩短模具的研制周期，它可以扫描实物或模型到加工成功所需的功能。

另外一些快速扫描系统，可以直接装在已有的机床上，直接进行工作，能够快速完成信息采集，从而生成加工系统程序。

扫描系统已在汽车等交通行业，以及电脑电视等电器行业成功使用，相信在为了的几年内会有更好的发展。

1）电火花铣削加工

电火花铣削技术，也被叫做电火花创成加工技术，这是能够替代传统的加工电极模腔技术，它是简单的管状电极作为三维或二维轮廓加工的高速旋转，这是电火花领域的一个重要的里程碑。

这种技术已经在国外使用，这个技术在将来会有更好的发展。

2）提高模具标准化程度

我国现在模具标准化程度在提高，但和发达国家还有一些差距。

3）优质材料及先进表面处理技术

用来提高模具的寿命，采用好的材料和用正确的表面处理技术来提高。

能否最大程度的发挥模具钢材料性能最主要是靠模具热处理和表面处理。

采用真空热处理是现在模具热处理的一个主要发展方向。

4）模具研磨抛光将自动化、智能化

不仅模具的使用寿命收表面质量的影响，外观质量也会有影响，提高模具表面质量的发展趋势可以考研究自动化，智能化研磨和抛光的方法。

5）模具自动加工系统的发展

这是中国的长期发展目标。

模具自动加工系统应该由很多部分组成，它应该有多台机床合理组合，同时还应该有定位夹具，并且需要数控同步系统和质量监测系统。

几种机型的适用情况：

1）数控铣和加工中心用于完成较大铣削量的工件的加工设备

2）数控雕铣机用于完成较小铣削量，或软金属的加工设备

3）高速切削机床用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备[15]

1.2.2国外模具研究概况

1）国外模具技术状况

在国际上，美国的模具产业发展的比较好，像福特汽车公司早在20世纪80年代就着手规划CAD/CAM系统，并且构建了环网系统。

并在接下来的几年里加大对系统的技术升级，它公司的汽车外壳全都使用模具技术做的外板，在20世纪末，CAD/CAM已全面在此产业使用。

其他国家想法国、德国的汽车厂也都是采用一些模具软件作为它们的主要发展模式。

2）模具制造能力状况

随着高科技的发展，许多制造工艺技术在外国出现：

（1）高速铣削加工。

这个技术能让模具的质量和工件切削的工作效率都能得到提高。

转速达到一分钟一万转，在发达国家该技术已广泛应用于模具制造[8]。

（2）多轴联动加工;

（3）精密电火花加工

（4）快速制模;

（5）最近开发出一种可以运用磁力和磁性磨粒子对模具表面进行加工的研磨抛光技术，这个技术的开发，使抛光自动化得到了更大更好的发展。

本次毕业设计主要应用了AutoCAD软件进行模具装配图和零件图的绘制。

1.3课题的主要研究内容

在冲压模具的生产和加工中，它的设计就显得很重要[9]，不仅模具的工艺过程，受结构设计的影响，对质量和效率都有。

我从很多方面找了有关于冲压模具设计的知识，并对它们进行了比较，选出最适用的方案，因此，这个设计要考虑以下方面：

1）查阅模具相关资料，认真学习，了解设计要求，查阅外文资料，；

2）熟悉冲压件（外壳件）的图样和技术条件；

3）分析冲压件（外壳件）的工艺性，为进行设计做好准备；

4）选用适合的设备，确定设备参数；

5）确定模具的具体结构以及模架的参数，绘制复合模具的装配图及主要零件图。

零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核；

6）根据课题研究过程，撰写毕业设计说明书。

2冲压工艺设计和冲压力的计

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3落料、冲孔、拉深、翻边复合模的设计

3.1模具零件刃口尺寸计算

3.1.1尺寸计算原则

冲裁件尺寸的精度会受很多因素的影响，最先影响的是刃口尺寸，同时模具刃口尺寸和公差还用来保证模具的合理间隙[13]。

实践出现的问题：

1）凸凹模的间隙会让落下的料或是冲出的孔会有锥度；

2）在使用中，落料件和冲孔的孔径分别是以大端以及小端尺寸为准；

3）在冲裁中，凹凸模会及零件发生摩擦，凸模和凹模会磨损变化，间隙最后变得比以前大；

4）拉深时，凸凹模的尺寸会受到拉深的影响。

因此，决定尺寸和公差时，应考虑：

1）凹模和凸模的尺寸会分别决定落料制件尺寸和冲孔时的尺寸，所以以凹模为准；

2）因为凸凹模在制件过程中会受到磨损，在设计时，凸模用公差范围内较大尺寸；

3）同样，在设计拉深和翻边模时，应用公差范围内较大尺寸；

4）由于制件的精度要求会影响到冲模刃口的制造公差，所以决定公差是要考虑精度要求。

考虑以上因素，所以会用凸凹模结合加工。

3.1.2模具间隙的选择

模具间隙俗称单面间隙，用C表示。

双面之间的间隙用Z表示。

拉深、翻边V形工件时，用压力机闭合高度来控制凸凹模间隙[15]。

下面是落料、冲孔复合模间隙的影响因素：

1）冲裁间隙对冲裁件质量的影响

指冲裁件的质量是指切割表面质量。

零件表面应光滑。

尺寸大小不得超过规定的图纸公差。

当在一定范围内的控制的凸、凹模间隙值。

间隙过小时，毛刺会出现在断面上。

间隙过大时，减少制件的光亮带。

2）间隙对冲裁力的影响

间隙比合理间隙小时，冲裁力受间隙的影响会变大。

3）间隙对模具寿命的影响

大间隙能延长模具的使用时间。

4）凸、凹模间隙的确定

根据以上条件确定：

间隙选择：

选择Ⅲ型，间隙适中，R减小，α正常，拉毛正常。

落料、冲孔复合模刃口始用间隙为：

2Cmax=0.36mm，2Cmin=0.246mm

1/2Zmax=0.18mm，1/2Zmin=0.123mm

3.1.3尺寸分类

工件毛坯尺寸如图2.3所示，将工件尺寸进行分类如下：

1）外形尺寸

A类：

把产品零件图尺寸化成A0-△，△为工件公差；

158±0.1=

158.10-0.2mm

2）内形尺寸

B类：

刃磨后凹模尺寸两边增大的，把产品零件图尺寸化成E+△0

310+0.2=

310+0.2mm

3.1.4凸、凹模尺寸计算

孔Φ310+0.2mm的圆形凸模和凹模分开加工，其余尺寸配合加工，先做凸模，配做凹模，用复合模冲工件，落料凹模刃壁垂直。

1）分开加工的尺寸

先计算分开加工的尺寸：

E0+△=310+0.2mm

查表得：

当t=2.0mm时，

2Cmax=0.26mm，2Cmin=0.22mm

即1/2Zmax=0.13mm，1/2Zmin=0.11mm

δ需满足以下两式：

δ≤0.4（2Cmax-2Cmin）即δ≤0.016mm

δ≤△-Ms△=0.2mm；查表取Ms=0.05mm,即δ≤0.15mm

比较δ≤0.016mm及δ≤0.15mm，取δ=0.016mm

=0.26-0.22-0.016=0.024mm

式（3.1）

其中，E=31，N7查表按△=0.2，δ=0.016mm得N7=0.145mm,

因Ms=0.05mm，查表得N2=0.015。

故dE=31+0.145+0.015=31.16mm

式（3.2）

=31.16+0.22=31.38mm。

故凸模为Φ31.160-0.016，凹模为Φ31.480+0.024。

2）配合加工尺寸

配合加工的尺寸计算如下：

（1）

158.10-0.2mm（A类）

△=0.2，查表得δ=0.04mm，MS=0.05mm；

即

≤0.26-0.22=0.04mm

即

≤0.2-0.05-0.04=0.11mm

综合以上两式取

=0.04mm。

式（3.3）

dA=158.1-0.22-0.112-0.02=157.748mm

式（3.4）

DA=157.748+0.22=157.968mm

故凸模尺寸为

=157.7480-0.04mm；

凹模尺寸为

=157.9680+0.04mm。

同样的

43的尺寸为：

凸模尺寸为

=42.7480-0.04mm；

凹模尺寸为

=42.9680+0.04mm。

（2）118.20-0.4mm（B类）

△=0.4，查表得δ=0.06mm，MS=0.05mm；

即

≤0.13-0.11=0.02mm；

即

≤0.4-1/2×0.05-0.06=0.315mm，

综合以上两式取

=0.02mm。

式（3.5）

则da=118.2-1/2×0.22-0.212-1/2×0.02=117.868mm

式（3.6）

则Da=118.868+0.11=117.978mm

故凸模尺寸为117.8680-0.06mm；

凹模尺寸为117.9780+0.02mm。

（3）114±0.5mm（C类）

△=0.1mm，δ=0.02mm，

=0.012mm，

故凸模尺寸为=114±0.01mm；

凹模尺寸为=114±0.006mm。

（4）47±0.05mm（L类）

△=0.1mm，δ=0.02mm，

=0.012mm,

故凸模尺寸为=47±0.01mm；

凹模尺寸为=47±0.006mm。

3.2冲模工作零件的设计及计算

3.2.1凸模的计算和校核

1）冲孔凸模

（1）凸模的结构形式

落料、冲孔复合模的冲孔凸模选用带台肩的凸模，此凸模及Fixingplate紧配合，上端带台肩[16]，形状如图3.1所示：

（2）凸模的长度计算

根据模具的具体结构形式，冲孔凸模固定板厚度h1=20mm；

落料凹模间隙应该取h2=5mm；

凸模及凹模重合高度应该为26mm。

则冲孔凸模总长为：

L=h1+h2+1=20+5+26=51mm，

落料、冲孔模凸模选择圆凸模31×51-T10A

代号为JB/T5826。

图3-1冲孔凸模

（3）凸模强度校核

在凸模长度确定后，我们要校准凸模的承压和抗弯能力，这样能防止凸模纵向失稳或折断。

应该使用Cr12MoV，HRC58~62制成的凸模。

在中心轴压力下，凸模的导向方式影响保持稳定的最大长度。

带台肩式的凸模允许的最大长度按式（3.7）计算。

式（3.7）

式中C——系数（查表）；

d0——凸模大端直径（mm）；

E——凸模材料弹性模量。

按l0/lmax=0.8,d0/d=1.8，查表得C=0.239，将t=2.0mm，

=300MPa，d0=5.85mm代入公式得lmax=63.265mm。

因此，该凸模结构满足设计所需要的强度要求。

2）拉深、翻边凸模

（1）凸模的结构形式

拉深、翻边凸模其结构采用螺栓的凸模，这个凸模能够及螺栓紧密配合在一起，上端还带有螺纹孔，基本形状如图3-2所示：

图3-2拉深、翻边凸模

2）凸模的长度计算

根据模具的具体结构形式，则凸模总长为：

L=h1+h2+1=18+8.5=26.5mm

3）凸模强度校核

在凸模长度确定以后，为防止纵向弯曲和断裂，应检查凸模的承载和抗弯能力。

凸模冲裁时会受到两种力的作用，即平均压应力和刃口接触应力。

本次设计中，选择用Cr12MoV，HRC58~62制成的凸模。

在中心轴压力下，凸模的导向方式影响保持稳定的最大长度。

凸模允许的最大长度计算如式（3.8）。

式（3.8）

式中C——系数（查表）；

d0——凸模大端直径（mm）；

E——凸模材料弹性模量，对于钢材可取210000MPa。

按l0/lmax=0.8,d0/d=1.8，查表得C=0.239，将t=2.0mm，

=300MPa，d0=5.85mm代入公式得lmax=63.265mm。

因此该凸模结构符合强度要求。

3.2.2凹模的计算和校核

1）凹模厚度h通过冲裁力查表进行选择，已知t=2.0mm，

=300MPa。

式（3.9）

根据式（3.9），则

图3-3落料凹模

P0=1.3×300×360.5203×2.0=281205.834（N）≈281.206KN

经过查表得：

h=51mm。

又根据冲件料宽（>150~160mm），冲件料厚（>1.5~3mm），经查表取壁厚为20mm。

则凸模长L=（51-20）-5+14+20+18=78mm；

则凹模外形尺寸为D×d×h=198×158×51

2）冲孔、翻边凹模，其形式如下图3-4；

图3-4冲孔、翻边凹模

由上述计算和公式可以得出：

凹模外形尺寸为：

d×

×D×

=43×37×51×41

3.2.3凸凹模的计算和校核

在本次设计中，凸凹模存在在复合模中，从强度上看，最小值限制壁厚。

冲模结构对最小壁厚。

作为一个冲孔凹模，当选锥形圆柱型孔口凹模，刃口强度高，磨削后孔口尺寸不变，冲裁力和孔壁的磨损会受打破孔遗留的废料和工件的影响，这样会降低凹模的总寿命，复杂的形状，精度要求高的工件就适合这种凹模。

其结构形式如下图3-5所示：

图3-5落料、拉深模结构图

查得：

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由Cr12MoV制成,热处理硬度HRC58~62，凸凹模的厚度78mm。

4模具结构零件设计

4.1确定模具的结构形式

根据冲压工艺模具的选定的类型，所选择的过程是落料，翻边，冲压，拉伸翻边复合模的组成结构。

通过确定模具的形状，尺寸，精密和冲压设备和制模条件，在操作方便和安全为前提的情况下，它因该解决的内容主要包括：

模具结构选择以及定位，磨具卸料和导向类型的选择。

通过以上的比较，所以应该选择的组成方法是落料、冲孔、拉伸和翻边复合模具的组成形式。

4.1.1正、倒装结构的选择

复合模不但有落料凸模的作用，同时又具有拉深凹模的作用。

我们将落料凹模装在下模，凸模又装在上模的方法叫做正装复合模，反之是倒装复合模。

倒装复合模具有结构比较简单，同时操作又很方便的特点。

4.1.2定位方式的选择

为了确保在冲压的工艺过程中，冲压坯在模具必须有正确的位置。

因此，定位方式的选择，是在模具结构设计中的一个重要组成部分。

在采用定位方式的时候需要依据毛坯形状，毛坯的尺寸还有模具的结构形式的不同，采用不同的定位形式，这些不同的定位需要满足以下的要求：

1）保证定位的可靠性

2）保证操作的稳定性

3）保证定位的精确性

4）保证定位基准的准确性

本次设计选择这种定位方式：

控制条料的送进方向。

定位零件一般包括两个部件：

导料板和侧压板。

通常将导料板用于各种不同的模具，而侧压板则通常用在级进模，这些两块板的选用让条料能够正常稳定的沿着导料板的基准平面进行送进。

4.1.3卸料、出件方式的选择

要正确的选用的模具形式的结构，就一定要准确的给出落料出件的方法。

模具一般的卸料方式分为三种：

通常采用的是刚性方式，其次是弹性，废料切刀属于较少的卸料方式。

出件的方式也分为刚性和弹性推料。

为了能使模具结构简单，有较高的安全性，必须在选择出料方式时，考虑到零件磨具的种类、工件品质还有操作起来的方便度等问题。

综上所述，本次设计采用的卸料方