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模具设计论文

冲压模具设计与分析

题目：

冲压模具设计与分析

姓名：

易建平

摘要····································································Ⅲ

ABSTRACT····························································Ⅳ

1前言

1.1课题的特点及研究意义·················································1

1.2模具发展行业的研究现状················································1

1.3课题设计思路及研究内容···············································2

2工艺分析及计算

2.1引言··································································3

2.2冲压件工艺分析························································3

2.3冲压件工艺方案的确定··················································3

2.4冲压件工艺计算························································4

2.4.1修边余量的确定·····················································4

2.4.2计算毛坯直径························································4

2.4.3排样及搭边·························································7

2.4.4拉深次数的确定·····················································7

2.4.5拉深凹模圆角的确定·················································8

3模具设计

3.1落料拉深模具设计······················································9

3.1.1落料拉深凸凹模结构的确定及有关尺寸的计算···························9

3.1.2落料凹模结构的确定················································10

3.1.3拉深凸模结构的确定及有关尺寸的计算································11

3.1.4拉深凹模结构形式的选择············································12

3.1.5其他零件的选择····················································13

3.1.6闭合高度的计算····················································14

3.1.7冲裁力的计算及压力机的选择········································15

3.1.8模具总装图························································18

3.2二次拉伸模具设计·····················································19

3.2.1拉深凸模和凹模结构的确定及有关尺寸的计算··························19

3.2.2确定是否使用压边圈················································20

3.2.3其他零件的选择····················································20

3.2.4闭合高度的计算····················································22

3.2.5拉深力的计算及压力机的选择········································22

3.2.6模具总装图························································23

3.3切边模具设计·························································23

3.3.1切边凸模结构的确定及有关尺寸的计算································23

3.3.2切边凹模结构的确定及有关尺寸的计算································23

3.3.3废料切刀··························································23

3.3.4上下模座及导柱导套的选择··········································24

3.3.5闭合高度的计算····················································24

3.3.6切边力的计算及压力机的选择········································26

3.3.7模具总装图························································27

4结论································································29谢辞··································································30

参考文献·······························································31

摘要

本设计课题研究的是太阳能热水器中的一个关键零件过滤器，材料为奥氏体不锈钢钢0Cr18Ni9Ti，厚度为2mm，属于大批量生产尺寸，精度要求一般。

本文的主要内容是分析它的工艺性并设计它的冲压模具。

首先根据该零件的结构特点和所用材料特点进行工艺分析和工艺计算，进而确定出工艺方案。

确定的工艺方案中选用四套模具：

第一套是落料拉深复合模具，第二套是二次拉深模具，第三套为冲侧孔模具，最后一套为盖体落料拉深复合模具;然后根据工艺计算对模具的具体结构和所需各个零件进行设计和选择，通过计算各所需力，初选用压力机为开式可倾工作台压力机，其公称压力为1600KN和250KN；最后在计算机上用CAD绘图软件画出所有的总装图和零件图，并标注各个零件的尺寸，技术要求及其制造标准。

设计过程中参考了各种文献资料和技术标准。

关键词：

冲压模具；工艺分析；模具设计

TypicalStampingsComputer-aidedProcessandDesigningofDies

ABSTRACT

Thesubjectdealswithsomeformsofpressingprocessofconductiveirejoint—thatisanimportantitemofNZJ50.Theitem’smaterialissteel08.Thicknessis0.3mm.Theitemissubjectedtoagreatquantityofproduction.Thesizeprecisionisnormal.

Theimportantcontentisthat：

Wedesigndiesbasingontheitem’scharacteristicandpracticalnecessity.Bypropertechnicalanalysisandtechnicalcalculation,weworkoutthreekindsofdesigningproject.Comparingtheseprojects，weselectthebestprojectofall.Theprojectincludesthreesetsofdies，thefirstoneisablanking-drawingcompounddie,andtheotheroneisasecond-drawingdie，andthelastoneisacuttingdie.Itisefficientandthestructureisnotcomplex.Thencalculatethepressureofeachproce,andchooseproperpressmachine（herethechoiceisJ23-6.3,akindofgap-franepress）.Choosestandarditemsanddesignotheritems.Atlast,drawthemallincomputerbyCAD,whichisaprogrambasingondrawing.Andgiveclearindicationofstandardtomanufacture.Thedesigningprocessreferstosometechnicalstandards,andotherreferencebooks.

Keywords:

stampingdie；technicalanalysis；diedesigning

1前言

1.1课题的特点及研究意义

随着科学技术的不断发展，加工技术不断深化，加工件的精度日益提高，近年来模具的制造也得到长足的进步。

至今，我国模具制造行业的产值已超过机床工业。

有关板料冲压技术方面的问题愈来愈为人们所关注，相应的冲压工艺理论的研究及冲压机理的探讨也随之不断深化，如何从冲压工序基本应力与变形状态的分析着手，改善冲件的质量精度，并提高模具的寿命也就显得愈为重要。

冲压、锻造、压铸、注塑、挤压、旋压等材料加工工艺属于少无切削加工工艺，该类成形工艺方法与切削加工相比，具有生产效率与材料利用率高、产品质量与稳定性好、能耗与成本低等显著特点，因而在电子信息、仪器仪表、交通、轻工、家电等行业中得到广泛应用。

因此，模具是现代加工制造业规模生产不可或缺的工艺装备，材料成形工艺与模具在产品生产的各行各业中发挥着极其重要的作用。

在现代机械制造中，模具设计己成为国民经济中一个非常重要的行业，许多新产品的开发和生产，在很大程度上依赖于模具制造技术，特别是在汽车、轻工、电了和航天等行业中尤显重要。

本课题研究的是NZJ50耐张接头的重要零件——导线包头的成形工艺，该件较小且薄，模具中零件布置较难，成形难度大，所需工序多，生产批量大，要求效率高。

结构形式如图1.1所示。

传统的导线连接是采用压接或炸接的方法，工艺比较复杂，劳动强度大，通常连接一个接头需要花费十几分钟，甚至是几个小时，费时又费力，为了解决这一难题，联合开发的快速导线连接管和耐张接头是输电线路连接器材的更新换代产品，该产品可有效地提高导线连接效率，由几十分钟缩短为几分钟，大大降低了劳动强度和生产成本，特别是因突发事件造成停电事故的抢修中，能迅速排除故障，正常供电，取得良好的社会效益和经济效益。

1.2模具发展行业的研究现状

我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形（型）。

用模具生产制件所具备高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。

近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。

我国模具行业日趋大型化，而且精度将越来越高。

10年前，精密模具的精度一般为5μm现在已达2-3μm。

不久，1μm精度的模具将上市。

随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在1μm以下，这就要求发展超精加工我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成形零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。

通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。

多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。

这种模具缩短了产品的生产周期，今后在不同领域将得到发展和应用。

图1.1过滤器筒体和盖体的结构形式

1.3课题设计思路及研究内容

本设计课题研究的是太阳能热水器中的一个重要零件---过滤器的成形过程。

首先要通过工艺分析及工艺计算确定概零件成形的工艺方案。

然后根据工艺方案，分别设计选择各个零部件，最后设计其总装图，并在CAD上分别画出零件图和总装图。

最后根据设计过程写出毕业设计说明书。

零件图如图1.1所示。

2工艺分析

2.1引言

冲裁工件的工艺性，是指冲裁工件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的形状、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。

冲裁工件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大影响。

一般情况下，对冲裁工件工艺影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。

良好的冲裁件工艺性应能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求，从而显著降低冲裁工件的制造成本。

冲裁工艺对工件几何形状的要求：

（1）冲裁工件的形状尽可能对称、简单和便于实现无废料与少废料排样。

（2）除无废料冲裁或镶拼结构外，应避免尖角，在各直线或曲线的连接处，应用适宜的圆角过度。

（3）冲裁件的悬臂或窄槽不宜太长或太窄，否则会降低模具寿命。

（4）对腰圆形冲裁件，若圆弧半径R>1/2B（B为料宽），则可采用少废料排样，反之就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生。

2.2冲压件工艺分析

该零件为带凸缘筒形件，要求内形尺寸，通过拉深可达到图样要求，零件要求内形尺寸，料厚2mm，材料为奥氏体不锈钢0Cr18Ni9Ti，材料工艺性较好，没有厚度改变的要求。

零件形状简单对称，底部圆角r=5mm＞t，满足拉深圆角要求，凸模圆角r=5mm，查《冲压手册》得凹模圆角为8mm。

通过加工后的整形来满足零件圆角处的要求。

零件图上未标注公差尺寸的极限偏差按GB/T1804-2000规定的IT14级精度。

2.3冲压件的工艺方案的确定

该零件属于大批量生产，尺寸精度要求一般，因不注重实用性，所以采用复合模具较为经济，根据该零件所用材料的特点和结构特点进行工艺分析和工艺计算经分析最终确定出工艺方案：

四套模具:

一套落料拉深模具，一套二次拉深模具，一套冲侧孔模具，盖体落料拉深复合模。

从制作模具的复杂程度分析和零件生产的批量来考虑，零件属大批量生产，工艺性较好，落料拉深是典型的复合模具，效率较高，若后两道工序也采用复合模具，虽效率较单工序高，但模具制造复杂，增加制造成本。

因此确定该零件的工艺方案为落料拉深复合模具，二次拉深模具以及冲侧孔模具，和盖体的落料拉深复合模具，四套模具来完成。

2.4冲压件工艺计算

（1）过滤器筒形件成形设计工艺计算

2.4.1修边余量的确定

一般拉深件在拉深成形后，工件口部或凸缘周边不齐，必须进行修边，以达到工件的要求。

因此，在按照工件图样计算毛坯尺寸时，必须加上修边余量后再进行计算。

因该零件为圆筒形不带凸缘形状如图2.2所示，因此确定该零件毛坯形状为圆形。

图2.2零件图的结构形式

根据相对高度h/d=1.39h为零件凸缘高度88mm；

d为零件拉伸部分外径尺寸为63mm。

查《冷冲压模具设计与指导》表3.1查得该拉深件的修边余量为δ=3.8mm。

2.4.2计算毛坯直径

拉深的毛坯尺寸的最后一次拉深成形的工件尺寸为基础，按照“拉深前毛坯面积等于拉深后工件面积”的关系求出。

（1）毛坯尺寸计算方法与公式。

对于形状简单的旋转体拉深件：

将拉深件划分成若干个简单的集合形状，分别求出各个部分的面积并相加，即得工件面积

=159.2mm

得：

毛坯尺寸为160mm

2.4.3排样及搭边

排样是指冲件在条料带料或板料上布置的方法，根据冲件的几何形状，选择有废料排样。

《查冷冲压模具设计指导》表2.18取搭边值a1=1.8,a2=1.5。

排样如图2.6所示：

图2.6排样图

条料宽度B=D+2a1

=163.2mm

其中D=160mm

查未注公差尺寸的零件偏差可得上偏差0，下偏差-0.52。

2.4.4拉深次数的确定

拉深有凸缘圆筒形件时，不能用无凸缘筒形件的首次拉深系数，因为无凸缘筒形件拉深时是将凸缘部分全部变成工件的侧表面，而有凸缘拉深时，相当于无凸缘拉深的中间阶段。

因此要判断能否一次拉深成形。

材料相对厚度：

t/D=2/160×100﹪

=1.25

r/t=5/2=2.5

查《冷冲压模具设计指导》表7.1可得[m1]=0.52

实际拉深系数：

m=d/D=63/160=0.39

因[m1]＞m，所以该零件不能一次拉深成形。

取m1=0.52，m2=0.75

则：

d1=m1×D=0.52×160

=83.2mm，

d2=m2×d1=0.75×83.2

=62.4mm＜d=63mm。

拉深系数的修正：

修正系数k=1.09

所以m1=0.0.52,m2=0.70

d1=83.2mm,d2=63mm。

拉深高度的确定：

首次拉深高度：

h1=

式中d1—首次拉深直径83.2mm；

D—毛坯直径160mm；

由上式可算得首次拉深高度h1=59.2mm≈60mm+2mm=62mm，

二次拉深高度为工件实际高度h2=88mm。

2.4.5拉深凹模圆角的确定

最小凹模圆角半径R=（4～6）t

=8～10mm，

所以取凹模最小圆角半径为8mm。

凹模底部圆角半径R=0.8

=9.9mm≈10mm，

取凹模底部圆角半径为10mm。

3模具设计

3.1落料拉深复合模具设计

采用顺装式复合模具，凸凹模装在上模上，采用如图3.1所示的结构形式：

图3.1落料拉伸凸凹模

顺装式复合模具最小壁厚参考《冷冲压模具设计指导》表2-27,为1.4mm，最小冲裁直径为D=15mm，根据冲裁部分尺寸，选取D=159.72mm，其制造公差为0.016mm，凸凹模厚度B=36.25mm。

凸凹模采用分开加工的方法，适用于圆形或形状简单的冲裁件，为保证一定间隙，模具制造公差必须满足下列条件：

δp+δd≤Z2-Z1

落料时，制件半径为160mm，查《冲压工艺设计》表3-16得凸模制造公差δp=0.016,凹模制造公差δd=0.024mm,Z2=0.32mm,Z1=0.28mm。

满足要求。

落料凸凹模尺寸计算：

Dp=（D-xΔ-Zmin）0-0.016（3.1a）

Dd=（D-xΔ）0+0.024（3.1b）

其中，Dp—凸模的基本尺寸；

Dd—凹模的基本尺寸；

D—制件的最大外形尺寸160mm；

x—系数，查《冲压工艺设计》表3-14得x=0.75；

Δ—制件制造公差，根据《冷冲压模具设计与指导》冲裁件及拉伸件未标注公差表8-18，可得Δ=0.1。

计算得Dp=159.720-0.016，Dd=1600+0.024。

3.1.2落料凹模结构的确定

经分析落料凹模选用如图3.2所示，该形式适用于冲制薄件及尺寸不大的模具，也适用于把冲件或废料逆冲压方向推出的形状简单的冲裁模。

图3.2落料凹模

凹模尺寸的确定：

凹模厚度：

Hd=kb﹝＞15﹞（3.1c）

=17.05mm

其中k—系数，查《冷冲压模具设计与指导》表2-24取k=0.3；

b—制件的最大外形尺寸，b=63mm。

为计算方便取Hd=20mm。

凹模壁厚：

c=（1.5～2）Hd（3.1d）

=25.58～40mm

取c=38mm。

凹模长度：

B=D+2C（3.1e）

=240mm

凹模阶梯高度h查《冷冲压模具设计与指导》表3-18，h＞4mm时，取h=5mm。

3.1.3拉深凸模结构的确定及有关尺寸的计算

拉深凸模的结构形式选择如下（图3.3）：

图3.3拉伸凸模

当拉深后的冲件从凸模上脱下时，由于受空气的压力而紧紧包住凸模致使工件不容易脱下，因此通常需在凸模上开有通气孔。

通气孔高度h1应大于冲件的高度h，一般取：

h1=60+24（3.1f）

=84mm

为方便计算取h1=21mm。

通气孔直径由《冲压工艺与模具设计》表10.1查得：

d=10mm

拉深模具工作部分尺寸的选取:

拉深件未注公差尺寸的偏差查《冷冲压模具设计与指导》冲裁件及拉伸件未标注公差得:

130-0.4311.2+0.430R70-0.30

由公式（3.1a）和（3.1b）可得：

Dp=（D-xΔ-2z）0-δ

Dd=（D-xΔ）0+δ

其中Dp—凸模的基本尺寸；

Dd—凹模的基本尺寸；

D—制件的最大外形尺寸63mm；

Δ—制件制造公差，根据冲裁件及拉深件未标注公差，查表8-18可得Δ=0.43；

δpδd—凸凹模制造公差，查《冲压工艺设计》表3-16可得δp=0.055，δd=0.08；

z—拉深模单边间隙首次拉伸时z=（1.3~1.5）t=2.6~3mm，取z=2.6，二次拉深z=1.1t=2.2mm。

由上式可计算得Dp=790-0.055，

Dd=83.20+0.08。

3.1.4拉深凹模结构形式的选择

毛坯在拉深过程中，其相对厚度约小，毛坯抗失稳性越差，越容易起皱；相对厚度越大，越稳定，越不容易起皱。

拉伸时，对较薄的材料，为防止起皱，常采用压边圈压住毛坯，判断拉深时毛坯是否会起皱，即是否采用压边圈，是个相当复杂的问题，在处理生产中的实际问题时，可按《冷冲压模具设计指导》表11.1近似判断。

经分析该零件拉深需采用压边圈。

凹模刃口采用如下形式：

图3.4拉伸凹模刃口形式

3.1.5其他零件的选择

（一）上下模座及导柱导套的选择

根据凹模周界的尺寸确定其尺寸分别为：

上模座下模座都为圆模周界250mm的中间导柱模座；

导柱d×L=35×230mm；

导套d×L×D=35×125×48mm。

上下模座采用中间导向装置，其结构如图3.5所示：

图3.5上模座结构尺寸图

导柱导套采用滚动形式，为标准件。