湖南Y12型拖拉机轮圈落料与首次 2.docx

湖南Y12型拖拉机轮圈落料与首次 2.docx

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湖南Y12型拖拉机轮圈落料与首次2

引言………………………………………………………………………………2

毕业设计任务书……………………………………………………………………3

毕业设计指导书……………………………………………………………………4

设计说明书…………………………………………………………………………8

一、设计课题………………………………………………………………………8

二、设计过程………………………………………………………………………9

（一）、零件的工艺性分析……………………………………………………9

（二）、工件的毛坯面积的计算………………………………………………10

（三）、第一工序件尺寸计算…………………………………………………12

（四）、落料与首次拉深模设计程序…………………………………………13

⒈工序件的工艺分析………………………………………………………13

⒉工序件工艺方案的确定…………………………………………………14

⒊排样……………………………………………………………………15

⒋模具的压力中心的确定…………………………………………………15

⒌冲压设备的选择…………………………………………………………15

5.1落料力的计算………………………………………………………15

5.2拉深力的计算………………………………………………………16

5.3压边力的计算………………………………………………………16

⒍主要工作部分尺寸的计算………………………………………………18

6.1落料刃口尺寸计算…………………………………………………18

6.2拉深工作部分尺寸计算……………………………………………19

6.3拉深凹模的圆角半径………………………………………………20

⒎模具主要零件的结构设计………………………………………………20

7.1落料凹模的结构设计………………………………………………21

7.2固定卸料板的结构设计……………………………………………21

7.3其它非标准零件的结构设计………………………………………22

⒏压力机的校核……………………………………………………………25

⒐模具的动作分析…………………………………………………………26

⒑模具的安装………………………………………………………………26

（三）参考文献…………………………………………………………………28

设计体会…………………………………………………………………………29

引言

本说明书为机械类冷冲压模具设计说明书，是根据冷冲压模具设计指导一书上的设计过程及相关工艺规定所编写的。

本说明书的内容包括：

毕业设计任务书、毕业设计指导书、毕业设计说明书、毕业设计体会、参考文献等。

编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了冷冲压模具的设计方法和基本步骤，以及各种参数的具体计算过程和计算方法，如冷冲压工序件的成型工艺、模具刃口尺寸、压力设备的选择等。

本说明书在编写的过程中，得到了曾立平教授和郭雪娥教授以及相关老师和同学的悉心指导和热情帮助，在此一并表示谢意！

由于本人知识水平和能力有限，在本说明书中难免有各种各样的问题和错误，敬请各位老师和同学批评指正。

设计者：

李德军

2006年5月2日

任务书

一、设计题目

冷冲压模具设计（湖南Y12型拖拉机轮圈落料和首次拉深模设计）。

二、原始数据

1、冲压件零件图（包括零件尺寸、精度、材料等）。

2、生产批量为大批大量。

三、设计要求

1、在保证规定的生产率和高质量的冲压件的同时，力求降低生产成本，模具的使用寿命长。

2、设计的冷冲模必须保证操作安全、方便。

3、冲模零件必须具有良好的工艺性，即制造装配容易、便于管理。

4、便于搬运、安装、紧固到冲床上并且方便、可靠。

5、在保证模具强度的前提下，注意外形美观，各部分比例协调。

四、设计图纸

模具总装配图一张。

全部的模具零件图纸（其中要求至少有一张电脑绘图）。

五、设计说明书

1、资料数据充分，并且要标明数据出处。

2、计算过程详细、完全。

3、公式的字母含义应标明，有时候还要标注公式的出处。

4、内容条理清楚，按步骤书写。

5、说明书要求用计算机打印出来。

六、自选一个重要的模具零件编制其工艺加工路线。

指导书

一、题目：

湖南Y12型拖拉机轮圈落料和首次拉深模设计。

二、取得必要的资料。

1、注有技术要求的产品零件图。

2、工件加工过程工艺卡。

3、工件的生产批量。

4、原材料规格与毛坯情况。

5、冲压车间的设备资料。

6、模具制造技能和设备条件及可以采用的模具标准情况。

三、分析冲压零件的工艺性

分析冲压件的工艺性包括技术和经济两方面，在技术方面，根据产品图纸，主要分析冲压件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等方面的因数，是否符合冲压工艺要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量分析生产成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。

1、冲压件的形状和尺寸：

冲压件的形状和尺寸不同，对冲压工艺的要求也将不相同。

2、冲压件的尺寸精度：

冲压件的精度与冲压工艺方法、模具的结构型式及制造精度等有关。

3、尺寸标注：

冲压件的尺寸标注应该符合冲压工艺要求。

4、生产批量：

生产批量的大小，直接影响模具的结构型式，一般大批量生产时，可以选用级进模和高效率的冲压设备来提高生产率；小批量生产时，可以采用单工序模具和售价比较低的冲压设备来进行生产以降低模具的制造费用和零件的生产费用。

5、其它方面

在对冲压件进行工艺分析时，除了考虑上述因素外，还应该分析冲压件的厚度、板料性能及冲压基本工序常见的生产问题对冲压工艺性的影响。

四、确定工艺方案及模具型式：

1、根据对冲压零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，根据所需的冲压基本工序，如落料、冲孔、拉深、整形等。

2、根据初步工艺计算，确定工序数目，如冲压次数、拉深次数等。

3、根据各工序的变形特点、质量要求等确定工序顺序。

一般可以按照下列原则来进行：

1）、对冲带孔或者带有缺口的冲裁件，如果选用简单模具，一般先落料，再冲孔或者切口，使用级进模，则先冲孔或者切口后落料。

2）、对于带孔的拉深拉深件，一般先拉深，后冲孔，但是孔的位置在零件的底部且孔径尺寸要求不高时，也可以先冲孔而后拉深。

3）、对于形状复杂的拉深件，为了便于材料的变形和流动，应该先形成内部形状，再拉深外部形状。

4）、整形或者校平工序，应该在冲压件基本成形以后进行。

4、根据生产批量和条件（冲压加工条件和模具制造条件）确定工序组合。

生产批量大的时候，冲压工序应该尽可能地组合在一起，采用复合模冲压；小批量生产的时候采用单工序简单模。

五、进行必要的工艺计算

1、计算毛坯尺寸，进行排样和计算条料宽度及材料利用率。

2、计算冲压力（冲裁力、拉深力、卸料力、推件力、压边力等），对于厚板冲裁、

拉深工艺，还需要计算冲裁功、拉深功及功率。

3、确定模具的压力中心。

4、计算凹、凸模工作部分尺寸，确定凹、凸模间隙。

5、计算或者估算模具各主要零件的高度尺寸及卸料、压边所需要采用的弹性元件的

自由高度。

6、对于拉深工序，还需要决定拉深方式（是否决定采用压边圈），计算拉深次数和

中间工序的半成品尺寸。

六、进行模具的整体设计

模具的整体设计是指在上述分析计算的基础上画出模具的整体草图并且初步计算出模具的闭合高度，大致确定出模具的外形尺寸。

七、模具主要零部件的结构设计

1、设计工作部分零件，如凸模、凹模的结构型式，或者根据国家标准选择其结构型式及固定型式。

2、根据具体情况确定定位形式，如可调定位板，固定挡位板，后动挡料销，定距侧刃等，并且选择或者是设计定位零件的结构。

3、决定卸料或者是推件的型式，如采用刚性或者是弹性的卸料方式，则应该对弹簧或者是橡胶块进行选择与计算。

4、根据国家标准选择导向和安装紧固零件，如导柱、导套、模柄、上、下模座等的结构型式。

八、选定冲压设备

对于曲柄压力机必须满足以下的要求：

1、压力机的公称压力必须大于冲压的工艺力。

2、压力机闭合高度必须满足模具的闭合高度要求。

3、对于拉深工序所选用的压力机，其工作行程必须大于工序中工件高度的2～2.5倍，以便于放入毛坯和取出工件。

4、压力机的工作台面尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并且要留有固定模具的位置。

九、绘制模具总图

模具总图包括：

1、主视图：

绘制模具工件位置的剖面图。

2、俯视图：

一般情况下绘制下模部分的全俯视图，也可以一半绘制下模部分的俯视图，另一半绘制上模部分的俯视图。

3、侧视图、仰视图及局部剖视图等。

4、工件图：

一般将工件图绘在右上角。

5、排样图

6、列出零件明细表，注明材质和数量，凡是国家标准件必须注明其规格。

7、技术要求及说明，技术要求包括冲压力，所选设备的型号，模具的闭合高度，模具的冲裁间隙及其其它要求。

十、绘制各非标准零件图

零件图上应该注明其全部尺寸、公差与配合、形位公差、表面粗糙度、

所用材料、热处理方法及其它要求。

十一、根据上述设计步骤，整理设计数据，编写设计说明书。

设计说明书

一、设计课题:

湖南Y12型拖拉机轮圈的落料与首次拉深模设计

零件名称：

湖南Y12型拖拉机轮圈

生产批量：

大批量

材料：

Q235钢板

板料厚度：

t=3mm

零件简图：

如下图所示

二、设计过程

（一）零件的工艺性分析

这是一个有底的且带锥形阶梯的阶梯型壳形零件,大端跟小端的直径相差较大，在其底部有两条对称的加强筋和均布的18个直径为Φ13mm的孔，结构比较复杂，但其高度不大，零件的尺寸精度也不高，零件壁厚为3mm、没有壁厚均匀的要求，材料为Q235钢板，各处的圆角半径见上图，经分析，该零件各处的圆角半径，材料性能及尺寸精度符合拉深工艺的各项要求，可以用拉深的方法来完成零件壳形部分的成型，再利用冲孔，切边来完成零件的加工。

根据工件的加工工艺分析，初步拟定零件按如下的步骤来完成加工：

落料——拉深——冲孔——切边

根据带锥形阶梯的阶梯形零件的工艺性要求，零件的阶梯形部分不能一次拉深成形，应该先拉深其大端直径的阶梯部分，接着拉深其锥形阶梯部分，最后拉深其小端直径的阶梯部分。

因为零件的加工工序比较多，如果利用单工序模，则所需的模具比较多，模具的设计、生产成本比较高，再者该零件为大批量生产，如果用单工序模则零件的生产成本会比较高，零件的生产效率也比较底，但是如果采用复合模或者级进模，则模具的设计和加工难度大，模具的维修也会比较麻烦，但是零件的生产效率会较单工序模成倍的提高，零件的生产成本也会在此因素下大副的降低。

综合考虑到模具的生产成本和加工难易，零件的生产批量及生产效率，为了使产品所获得的经济效率最高，决定将落料和大端直径阶梯拉深成形这两道工序复合，利用一副模具完成（落料、拉深复合模）；小端直径阶梯和其底部的加强筋这两道工序复合，利用一副模具完成（拉深、成形复合模）；零件的锥形阶梯部分利用一副模具完成（拉深模）；零件底部中心的Φ100的孔及均布的18个Φ13的小孔部分利用一副模具来完成（冲孔模）还可顺便完成零件的整形；零件的修边工作（即13+1.0尺寸的保证）则利用后续机械加工来保证。

综上所叙，决定用三副模具来完成此零件的落料、拉深工序和一副模具来完成零件的冲孔工序，加上修边工序，总共需5道工序来完成该零件的加工。

第一副模具为落料，拉深复合模，用于工件大端直径阶梯部分成型，加工后工件的尺寸和形状如下图1所示：

图1第一步工序件

第二副模具为拉深模，用于工件锥形阶梯部分成型，加工后工件的尺寸和形状如下图2所示：

图2第二步工序件

第三副模具为拉深成形模，用来完成工件底部阶梯和加强筋部分成型，加工后工件的尺寸和形状如下图3所示：

图3第三步工序件

第四副模具为冲孔模，用来完成工件底面18×Φ13小孔和Φ100孔的加工。

（二）计算工件的毛坯面积

该零件不属于基本的旋转体，其旋转母线比较复杂，故采用复杂旋转体零件表面积计

算的方法，将其分解为几个简单的基本旋转体分别计算其面积，再累加为该工件的毛坯面积，根据该工件的结构分析可以得出，其底部加强筋的表面积不需要算入整个工件的毛坯面积之中。

先作出计算毛坯的分析图：

以工件壁厚的中性层画出工件图，其各类尺寸如图4所示：

图4毛坯计算分析图

如图所示将母线分解成圆弧ab、bc、de、fg、gh和直线Lcd、Lef、Lhj，设各段圆弧所对应的圆心角分别为：

α1、α2、α3、α4、α5

①：

计算各段圆弧所对应的圆心角

α1＝arccos[12.52+12.52—（11.52+11.52）1/2]/2×12.5×12.5

α2＝90°

α3＝90°

α4＝70°

α5＝90°

②：

　求各段圆弧的长度lab、lbc、lde、lfg、lgh和各段直线段的长度lcd、lef、lhj　

因为圆弧ab不是基本的圆弧段，其圆弧的一个端点与其圆心的连线既不平行也不垂直于旋转轴，将圆弧ab延长为圆弧bk，使得k点与圆弧ab圆心Ｏ的连线垂直于旋转轴ＯＯ１，则圆弧bk为基本圆弧段，圆弧bk对应的圆心角为α６，则根据几何关系可得：

α６＝arccos（1/12.5）=85.4

　lak=（α６／１８０）π×Ｒ＝（８５.４／１８０）×３.１４×１２.５

=８.６mm

取圆弧bk等于圆弧ab，则圆弧ab的弧长lab=18.6mm

lbc=α2/180πRbc=90/180×3.14×5.5=8.653mm

lde=α3/180πRde=90/180×3.14×8.5=13.345mm

lfg=α4/180πRfg=70/180×3.14×6.5=7.94mm

lgh=α5/180πRgh=90/180×3.14×7.5=11.775mm

lcd=15.05mm

lef=4.1mm

lhj=343/2=171.5mm

③：

求各段圆弧和直线段的旋转半径rab、rbc、rcd、rde、ref、rfg、rgh、rhj

如图4可知：

圆弧bc、de、fg、gh、ak都是基本圆弧段，其圆弧的一个端点与其圆心的连线都垂直与旋转轴OO1，其中圆弧bc、fg、的圆心在其重心和OO1轴的一侧；圆弧de、gh、ak的圆心在其重心和OO1轴的中间，取圆弧ab的旋转半径等于圆弧ak的旋转半径，则：

rab=rak=C+ar=208.8+180/（π*α６）Sinα６×12.5=217.2mm

rbc=C—ar=209.8—180/（π*α2）Sinα2×5.5=206.3mm

rde=C+ar=194.5+180/（π*α3）Sinα3×8.5=199.9mm

rfg=C—ar=185.5—180/（π*α4）Sinα4×6.5=180.5mm

rgh=C+ar=171.5+180/（π*α5）Sinα5×7.5=176.3mm

rcd=204mm

ref=185mm

rhj=85.75mm

表1毛坯计算附表（mm）

序号

l

r

lr

序号

l

r

lr

圆弧ab

18.6

217.2

4039.92

圆弧fg

7.94

180.5

1433.17

圆弧bc

8.653

206.3

1781.4005

圆弧gh

11.775

176.3

2075.93

直线cd

15.05

204

3070.2

直线hj

171.5

87.75

15049.1

圆弧de

13.345

199.9

2667.66

∑lr=30875.8805

直线ef

4.1

185

758.5

根据复杂旋转体拉深件的表面积计算原理，毛坯表面积与拉深件表面积相等原则，则有：

π/4×D*D=A1+A2+A3+……+An-1+An

=2π（l1r1+l2r2+l3r3+……+ln-1rn-1+lnrn）

则毛坯的直径D为：

D=8（l1r1+l2r2+l3r3+……+ln-1rn-1+lnrn）

=8Σlr

≈497（mm）

该零件为阶梯形工件，所涉及到的工艺加工方法主要为拉深，考虑到修边方面修边余量的影响，决定在算得的理论直径值的基础上多给引入5%的金属，则实际上的毛坯尺寸为D=509.3mm，取为D=510mm

（三）计算第一工序件的工序尺寸

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。

如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：

九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载！

该论文已经通过答辩

5.2拉深力的计算

按式：

F拉=kπdtσb

式中F拉——拉深力（N）

d——拉深件的直径，d=443.375mm

t——材料厚度（mm）

σb——材料的强度极限（MPa），根据有关工具书附录可查

得σb=380MPa

k——修正系数，由表5查得k=0.35

拉深力则为：

F拉=kπdtσb=0.35×3.14×443.375×3×380

=555487（N）

表5修正因数K的数值

m1

0.55

0.57

0.60

0.62

0.65

0.67

0.70

0.72

0.75

0.77

0.80

k1

1.00

0.93

0.86

0.79

0.72

0.66

0.60

0.55

0.50

0.45

0.40

m2

0.70

0.72

0.75

0.77

0.80

0.85

0.90

0.95

k2

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

0.70

0.60

0.50

注：

表中k1为首次拉深的修正因数k，k2为再次拉深的修正因数k。

5.3压边力的计算

按式：

F压＝π/4[D*D-（d1+2r凹）*（d1+2r凹）]P

式中F压——压边力（N）

P——单位压边力，由表6查得P＝3.0MPa

r凹——凹模圆角，r凹＝6t＝18mm

则压边力为：

F压＝π/4[D*D-（d1+2r凹）*（d1+2r凹）]P

＝59403（N）

表6在双动压力机上拉深时单位压边力的数值

制件复杂程度

单位压边力P/MPa

制件复杂程度

单位压边力P/MPa

难加工件

3.7

易加工件

2.5

普通加工件

3.0

注：

在实际加工过程中，应根据计算的压边力，在试模中加以调整，使工件既不起皱也不被拉裂

则总的冲压力为：

Ｆ总＝F落＋F拉＋F压＝1932296＋555487＋59403

　　　　　　　　　　＝2547186（Ｎ）

　　　　　　　　　　　　＝2547（kＮ）

对于浅拉深可按　Ｆ压≥（1.6～1.8）Ｆ总　估算压力机的公称压力来选择压力机，则压力机的公称压力　Ｆ压≥（4075～4584.6）kN，参照有关压力机的技术参数，选用公称压力为6300ＫＮ的J45-315型闭式单点双动机械压力机。

其主要的技术参数如下：

总公称压力/kN6300

内滑块公称压力/kN3150

内滑块公称压力行程/mm30

外滑块公称压力/kN3150

内滑块行程/mm850

外滑块行程（或工作台行程）/mm425

行程次数/次/min5.5～9

低速行程次数/次/min

内滑块最大装模高度/mm1120

外滑块最大装模高度/mm1070

内滑块装模高度调节量/mm300

外滑块装模高度调节量/mm300

最大拉深高度/mm400

立柱间距/mm1930

内滑块尺寸/mm左右1000前后1000

外滑块尺寸/mm左右1550前后1600

垫板尺寸/mm左右1800前后1600厚度220

气垫压力（压紧力/顶出力）/kN1000/120

气垫行程/mm400

主电动机功率/kW75

6、主要工作部分尺寸计算

模具的主要工作部分为落料凹模、落料凸模、拉深凹模、拉深凸模，它们的工作关系如图7所示：

对于工序件的未注公差，按有关规定，军用品为IT13，民用品为IT14，此处用IT14级计算，相关数值可以在相关的公差表格中查知。

根据表7查得，冲裁模

刃口双面间隙为：

Zmin=0.36mm

Zmax=0.42mm

表7落料、冲孔模刃口始用间隙

材料名称

45、T7、T8（退火）等

10、15、20、硅钢片等

Q215、Q235、纯铜等

力学性能

HBS≥190

σb≥600MPa

HBS=140～190

σb=400～600MPa

HBS=70～140

σb=300～400MPa

厚度t

初始间隙Z

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

3

0.62

0.68

0.49

0.55

0.36

0.42

注：

此表引用于模具实用技术丛书编委会《冲模设计应用实例》1999年5月第1版——机械工业出版社P34表2-10

6.1落料刃口尺寸计算

Φ510按IT14级公差计算标注为Φ510-1.75根据规则形状（圆形、方形件）

冲裁时凹模、凸模的制造公差表格8可查知：

冲裁Φ505-1.75圆片的凹、凸模的制造公差为δ凹=0.070mm、δ凸=0.050mm，由于δ凹+δ凸＞Zmax–Zmin，故采用凸模与凹模配合的方法加工。

补偿刃口磨损量系数x由表9可以查知x=0.5

则：

D凹=（Dmax–XΔ）+δd

=（510–0.5×1.75）+0.07

=509.125+0.07

D凸按凹模尺寸配制，其

双面间隙为0.3～0.42mm

其工作部分结构尺寸如图

6所示图6凹，凸模工作部分结构尺寸

表8规则形状（圆形、方形件）冲裁时的凸模、凹模的制造公差（mm）

基本尺寸

凸模公差

δ凸

凹模公差

δ凹

基本尺寸

凸模公差

δ凸

凹模公差

δ凹

≤18

0.020

0.020

＞180～260

0.030

0.045

＞18～30

0.020

0.025

＞260～360

0.035

0.050

＞30～80

0.020

0.030

＞360～500

0.040

0.060

＞80～1