不锈钢餐盘模具设计.docx
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不锈钢餐盘模具设计
目录
摘要3
引言4
第一章、冲裁件的工艺性分析4
1.1.冲裁件的结构工艺性5
1.1.1.冲裁件的形状5
1.1.2.冲裁件的尺寸精度5
第二章、制件冲压工艺方案的确定6
2.1.冲压工序的组合6
2.2.冲压顺序的安排6
第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算6
3.1.展开尺寸的计算6
3.2.制件排样图的设计8
3.2.1.搭边与料宽8
3.3.材料利用率的计算9
第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心9
4.1.落料拉深模9
4.2.压力中心的计算10
4.3.压力机的选用10
第五章、凸、凹模刃口尺寸计算11
5.1.拉深模11
5.2.落料凸、凹模刃口尺寸12
5.2.1.计算原则12
第六章、模具整体结构形式设计13
第七章、模具零件的结构设计14
7.1.落料凹模的设计14
7.2.拉深凸模的设计15
第八章、模具零件的加工工艺16
第九章、模具的总装配17
致谢18
参考文献18
摘要
随着国家实力的提高，科学技术水平也在不断的提高，当然了我们的模具制造的水平也在不断的科学化发展。
其生产方法也在不断的由手动方式改变为利用高科技软件来辅助达到的设计要求，提高了生产的效率。
冷冲模算是其中的一种。
这次设计的主要目的就是，把我们大学四年所学的理论知识和实践知识综合运用起来。
通过自己设计的模具不仅巩固和提高相关专业知识，熟悉模具设计制造的方法、步骤和相关技术要求。
而且还锻炼自己如何更有效的查阅相关自己想要，需求的资料也是一种不可或缺的能力。
模具设计与冲压工艺应该从零件的质量、、生产的成本、效率，劳动的强度、环境的保护以及生产的安全性等各个方面综合考虑。
选择生产效率高的、生产成本较低的、生产安全的工艺方案和模具。
关键词：
模具设计制造；冲压工艺；环境保护；经济合理。
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Abstract
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Withtheimprovementofnationalstrength,scientificandtechnologicallevelhasbeenimproved,andofcourseourmoldmanufacturinglevelisconstantlyscientificdevelopment.Itsproductionprocesshasalsobeenchangedtotakeadvantageofhigh-techsoftwaretoassistachievethedesignrequirementsofthemanualmode,improvetheefficiencyofproduction.
Dieregardedasoneofthem.
Themainpurposeofthisdesignisthatthetheoreticalandpracticalknowledgelearnedourcomprehensivefour-yearuniversitytousethem.
Throughtheirownmolddesignnotonlyconsolidateandenhancerelevantexpertise,familiarwithmolddesignandmanufacturingmethods,proceduresandrelevanttechnicalrequirements.Butalsohowtomoreeffectivelyexercisetheirownaccesstorelevanttheywant,demandforinformationisanindispensablecapability.
Molddesignandstampingprocessshouldstartwiththequalityofparts,,variousaspectsoftheproductioncost,efficiency,intensityoflabor,environmentalprotectionandproductionsafetycomprehensiveconsideration.Choosehighproductionefficiency,lowerproductioncosts,productionsafetytechnologyprogramanddie.
keywords:
Moulddesignandmanufacture；stampingprocess；environmentalprotection；economicandreasonable
引言
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“冲压主要是利用安装在冲压机施加在材料上的压力，以产生塑性变形或分离设备模，而获得一个压力处理方法。
”
冲压是工程技术模制材料为材料的加工或塑性加工压力的一种方法。
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冲压用于冲压工具模具，简称冲模。
只有有了先进的模具，才会有先进的冲压工艺，两者为相辅相成的两个技术。
它们只有相互合作才可以得到好的冲压件。
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冲压与其他的工艺相比有很多的优点，冲压加工生产效率高，操作方便，易于实现机械化和自动化；不损伤冲压的表面质量，模具寿命一般比较长，冲压质量稳定，互换性效果好，可以处理相对较大的尺寸范围，适用范围比较广。
成本还是低的。
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很多时候复杂的零件需要大量的模具来加工成型，模具制造精度高，技术要求高，所以在大批量生产的时候他的优点才会体现出来。
在现代工业生产中，冲压模具尤其是在像大批量生产中的应用非常广泛。
我由衷的希望冲压技术能够飞速的在中国发展起来，给中国的工业带来又一次的进步与飞跃。
在中国现代化的进程，冲压生产的却有着至关重要的地位。
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过程分析计算方法，现代模具的设计与制造技术，冲压生产机械化和自动化，新的成型工艺和技术，继续改善金属板的性能，提高其成型能力和结果。
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第一章、冲裁件的工艺性分析
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冲压分类主要分为分离工序和成形工序两大类。
当然，分离工序也被称为冲裁，冲压其作用是从沿着一定轮廓的板分开，而且还保证在分离部分相关的质量要求。
“成形工序是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，并具有合格的工件的所需形状和尺寸。
”
冲压工艺有是冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正。
由于表面和内部性能冲压钣金冲压对成品的质量是非常大的，所以冲压材料要求精确的厚度，均匀;表面光滑，无斑点，无疤痕，无跌打损伤，无表面裂纹;统一屈服强度无明显方向;均匀延伸率;低屈服比;硬化低。
由于冲压的工作效率高，很容易导致安全问题，安全性的冲压是一个关键问题。
冲压件的质量，结构形状的刀具寿命和生产率的由冲切部件，尺寸精度等级，材料厚度以及是否打孔处理要求的影响是非常大的。
1.1.冲裁件的结构工艺性
1.1.1.冲裁件的形状
图1.零件及尺寸
此制件的形状较简单，就两个盒形拉深，中心距离有要求，另外，外形很人性化的设计，圆弧带翻边，产品必须要无毛刺，否则刮手，产品对称，有圆角过渡，便于模具的加工和减少冲压时在尖角处开裂的现象，同时也可以防止尖角部位刃口的过快磨损。
1.1.2.冲裁件的尺寸精度
冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量，根据零件图上的尺寸标注及公差，可以判断属于尺寸精度为IT12—IT14的经济级普通冲压。
产品尺寸要求不高，外观要求高，材料选择不锈钢1Cr13,具有很好的可冲裁性，其抗剪强度为320-380MPa，抗拉强度为400-470MPa，伸长率21%，工件结构形状简单，冲裁件内，外形均无尖锐清角，对模具寿命不影响。
第二章、制件冲压工艺方案的确定
2.1.冲压工序的组合
该工件，从产品外观看，包括落料、拉深、切边、翻边等基本工序，可以采用以下三种工艺方案：
方案一：
先落料，拉深，拉深，切边，翻边，采用单工序模生产。
方案二：
落料拉深，切边，翻边，采用复合模生产。
方案三：
拉深3次，切边级进冲压；然后单独翻边模生产。
各方案之间的比较
方案一、单工序模冲裁：
模具结构简单，但成本高而生产效率低，不适合大批量生产；
方案二、复合模冲裁：
模具结构简单,适于生产精度要求较高的软材料或薄板料冲压件,适合该铝产品。
方案三、连续模冲裁：
又称级进冲裁,属于多工序冲压模,其主要优点是生产效率高,容易实现生产机械化和自动化.
结论：
通过以上工艺比较，结合实际，宜采用方案二为佳。
2.2.冲压顺序的安排
落料拉深，切边，翻边共三道工序，由于3道工序对于毕业设计来说工作量比较大，因此，本设计中只设计落料拉深这道工序。
第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算
3.1.展开尺寸的计算
此产品拉深之后还有切边，翻边等工序，所以计算展开尺寸时，反过来，即先计算切边尺寸，通过此尺寸查表得出切边余量，也就是拉深后外形尺寸，最后按此尺寸计算展开尺寸，由于产品是两个盒形，计算展开时只需要按其中一个来计算，对于这样的产品，毛坯形状和尺寸的而确定应根据零件的r/H或者H/B的值来进行，根据翻边高度3mm，按弯曲计算展开尺寸，查找资料，双角弯曲，r＜0.5t，所以计算公式为L=a+b+c+0.6t,其中长度计算a=2,b=318,c=2，t=1,L=322.6，宽度a=2,b=174,c=2，t=1,L=178.6。
根据材料厚度及拉深形状，结合实际生产经验，拉深后切边余量为5mm。
所以拉深后的外形尺寸为332.6×188.6。
如何确定是一次拉深成型的低盒形件，还是多次拉深的高盒形件，通过比例计算可以推算出，H≤0.3B，则为低盒形，H≥0.3B，则为高盒形，其中H为拉深高度，B为盒形件的短边长度。
本次设计的课题中，H=30，B=110，H≤0.3B，属于低盒形件，低盒形件是指一次课拉深成型，或虽两次拉深，但第二次仅用来整形的零件，这种零件拉深时仅有微量材料从角部转移到直边，即圆角与直边间的相互影响很小，计算步骤如下：
本次设计课题拉深盒形，正方形，所以展开长度和宽度一样，两个盒形一起，只需要单独计算其中一个，当R1=R2，即拉深R角尺寸一样时，
宽度D²=Dψ×Dψ+4×d×H-3.44×r×d
其中Dψ=178.6，H=30，r=6，d=110,计算结果，D=206.95，取整207
长度D²=Dψ×Dψ+4×d×H-3.44×r×d
其中Dψ=162.6，H=30，r=6，d=110,计算结果，D=193.31，取整193
经过以上计算，展开尺寸为腰圆，长度为207，宽度为193，结合切边形状及拉深材料流动方向，结合实际经验，初步确定展开尺寸如下，此尺寸目前是待定，在实际生产时需调节。
展开图纸如下图所示：
拉深次数的确定
判断能否一次拉深，以一边为基准计算
H/d=30/207=0.1449
（t/D）×100=0.4831
m=d1/D=110/207=0.53
根据以上数据查表得首次最小拉深系数m1=0.48，由于m1＜0.53（实际拉深系数），故能一次拉深成型，另外根据数据查表，首次拉深的最大相对高度H1/d1=0.34，由于0.34＞0.1449，也能说明该产品能一次拉身成型。
3.2.制件排样图的设计
3.2.1.搭边与料宽
1．搭边“排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。
”搭边的作用是补偿补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。
搭边值一般由经验确定，根据所给材料厚度δ=1.0mm，确定搭边工作间a1为1.5mm,a为1.8mm。
具体可见排样图。
2．送料步距和条料宽度的确定
送料步距条料在模具上每次送进的距离成为送料步距。
每次只冲一个零件的步距S的计算公式为
S=D+a1
（1）
S=207+1.5=208.5mm
式中D——平行于送料方向的冲裁宽度；
a1——冲裁之间的搭边值。
（2）条料宽度条料宽度的确定原则：
“最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。
”
当用孔定距时，可按下式计算
条料宽度B-Δ=（Dmax+2a）-Δ
=（353+2×1.8）-0.5=356.6-0.5mm
式中B——条料的宽度（mm）；
Dmax——冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
a——侧搭边值；
Δ——条料宽度的单向（负向）公差；
剪切条料宽度偏差Δ=0.5,因此B=356.6+0.5=357.1-0.5。
导料板间距离：
B0=B=357.1mm
3.3.材料利用率的计算
一个步距内的材料利用率η为
η=nF/Bs×100%（3）
η=1×62784.56/356.6×208.5×100%=84.44%
式中F——一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）；
n——一个步距内冲裁件数目；
B——条料宽度（mm）；
s——步距；
第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心
4.1.落料拉深模
落料力计算
F=KLδτ（4-1）
F=1.3×960.23×1.0×380=474353.62N
=474.35KN
式中F——冲裁力（N）；
L——冲裁件周边长度（mm）；960.23mm
τ——材料抗剪强度（MPa）；320-380MPa
δ——材料厚度（mm）；1.0
K——系数，通常K=1.3；
拉深力用理论计算很复杂，一般采用经验计算方法，经验公式建立的基点是，拉深力的数值略小于拉深件危险断面的断裂力；断裂与拉深力的比值用系数K表示；K值的大小取决于拉深件的形状及变形方式。
其数值由实验确定。
拉深力可按下式计算
P=2Ktδ（4-2）
P=2×408.5×0.72×1.0×470=276472.8N
=276.473KN
式中F——拉深力（N）；
l——拉深周长（mm）；CAD计算结果为408.5
τ——材料抗拉强度（MPa）；400-470MPa
t——材料厚度（mm）；1.0mm
K——修正系数（查表可得），K=0.72；
压料力可按下式计算
P1=0.08F=0.08×276.473
=22.12KN
所以落料拉深的总的冲压力为F总=F+P1=474.35+276.473+22.12=772.943KN
4.2.压力中心的计算
采用解析法求压力中心，
该产品两副模具中，尺寸都是沿X轴Y轴对称，所以力到X轴和到Y轴的力臂都是0
根据合力距定理：
YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）
XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）
所以冲压力到X轴的力臂；YG=0，到Y轴的力臂；所以农村里安装一个电话接听XG=0
4.3.压力机的选用
初步确定压力机的型号：
F公称≥F总，某高度适合本次设计的模具
因此选择压力机的型号为：
拉深，JD21—100开式压力机
型号为JD21—100压力机的基本参数如：
（表二）
公称压力/KN
1000
垫板尺寸/mm
直径φ100
滑块行程/mm
120
厚度200
滑块行程次数/（次/min）
75
模柄孔尺寸/mm
直径70
深度80
最小封闭高度/mm
215
滑块底面积尺寸/mm
封闭高度调节量
85
滑块中心线至床身距离/mm
床身最大可倾角
30°
立柱距离/mm
600
工作台尺寸/mm
前后420
600
左右630
1000
工作台孔尺寸
第五章、凸、凹模刃口尺寸计算
5.1.拉深模
凸凹模圆角半径对拉深工作影响很大。
“毛坯经凹模圆角进入凹模时，受弯曲和摩擦作用，若凹模圆角半径过小，因径向拉力增大，易使拉深件表面划伤或产生断裂；若过大，则压边面积小，由于悬空增大，易起内皱。
”因此，合理的选择凹模圆角半径很重要。
具体数值查表可得。
拉深模间隙是单面间隙，即凹模和凸模直径之差的一半。
本次设计的模具结构为有压边圈的，在选择间隙时可以直接查表，拉深一次成型，所以查表可知间隙为（1-1.3t），t为材料厚度。
凸、凹模工作部分尺寸的确定，主要考虑模具的磨损和拉深件的回弹。
尺寸公差在最后一道工序考虑，本次设计只有一次拉深，所以在设计模具和计算刃口尺寸时，第一次拉深，间隙可以适当放大，产品图上面看看，
1）、制件标注外形尺寸
凹模尺寸为
Ld=（Lmax–0.75Δ）
凸模尺寸为
Lp=（Ld–0.75Δ–Z）
（2）、制件标注内尺寸
凸模尺寸为
Lp=（Lmin+0.4Δ）
凹模尺寸为
Ld=（Lp+0.4Δ+Z）
其中L—拉深件的外形或内尺寸
Δ—拉深件的尺寸偏差
Ld—拉深凹模的基本尺寸
Lp—拉深凸模的基本尺寸
Z—凸凹模双面间隙
对于拉深，制件标注内孔尺寸，按此公式计算
凸模尺寸为
Lp1=（Lmin+0.4Δ）
=110
Lp2=（Lmin+0.4Δ）
=110
Lp2=（Lmin+0.4Δ）
=22
凹模尺寸为
Ld1=（Lp+0.4Δ+Z）
=110+1+1+0.4=112.4
Ld2=（Lp+0.4Δ+Z）
=110+1+1+0.4=112.4
Ld3=（Lp+0.4Δ+Z）
=22+1+0.4=23.4
凸、凹模工作表面粗造度要求：
凹模工作表面和型腔表面粗造度应达到0.8；圆角处的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
5.2.落料凸、凹模刃口尺寸
5.2.1.计算原则
设计落料模先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上。
影响模具寿命的各种因素中最主要的一个是间隙。
配合加工方法，就是指得是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。
采用这种方法不仅容易保证冲裁间隙，而且还可以放大基准件的公差，不必检验δd+δp≤Zmax-Zmin。
同时还能大大简化设计模具的绘图工作。
目前，工厂对单件生产的模具或冲制复杂形状的模具，广泛采用配合加工的方法来设计制造。
落料凹模尺寸按下列公式计算：
落料时Dp=（Dmax-XΔ-Zmin）-δp
落料凸模尺寸按下列公式计算
落料时Bp=（Dp-2Z-Zmin）+δp
式中Dp——为落料凹模的刃口尺寸（mm）；
Dmax——为落料件的最大极限尺寸（mm）；
Δ——工件公差；
Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；
δp’——刃口中心距对称偏差，通常取δp’=Δ/8；
Zmin——最小冲裁间隙（mm）；
落料凹模尺寸：
Dp1=（Dmax-XΔ）-Δ
=353.25-0.5×0.5=353
;
Dp2=（Dmax-XΔ）-Δ
=207.65-0.5×0.3=207.5
落料凸模尺寸：
Bp1=（Dp1-2Z）+Δ
=353-2×0.04=352.92
;
Bp2=（Dp2-2Z）+Δ
=207.5-2×0.04=207.42;
第六章、模具整体结构形式设计
落料拉深结构形式：
本次设计的课题，由于凹模外形尺寸比较大，冲裁力也大，所以建议采用模具这样的结构，模具下面增加小型氮气缸，确保每次拉伸时气缸的压力均匀，如此才能长期生产出合格的产品。
第七章、模具零件的结构设计
7.1.落料凹模的设计
因制件形状简单，总体尺寸不大，选用整体式矩形凹模较为合理。
选用Cr12MoV为凹模材料。
凹模周界由《冷冲压工艺与模具设计》得出凹模周界的计算公式厚度H=Kb（≥15mm）
式中：
b——冲裁件的最大外形尺寸，b=353
K——系数，查表得K=0.14
则H=0.14×353=49.42mm
凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=49.42~74.13mm
所以凹模长度方向为480mm，宽度方向为380mm。
由《模具设计指导》表5-43矩形凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为480×380mm。
硬度：
58～62HRC，（如图）
7.2.拉深凸模的设计
材料：
Cr12Mov
硬度：
55～58HRC
形状结构：
（如图）
由《模具设计指导》表5-4，可得复合模的典型组合尺寸480×340（单位为mm）（JB/T8066.1—1995）。
而由此典型组合标准，即可方便的确定其他冲模零件的数量、尺寸及主要参数。
其零件参数如下表所示：
凹模周界
凸模长度
配用模架闭合高度H
孔距尺寸
最小
最大
S
S1
S2
S3
480×340
110×70
零件名称及标准编号
下垫板
凸模固定板
凹模
固定板
480×340×10
480×340×20
480×340×48
480×340×18
螺钉
圆柱销
卸料螺钉
弹簧
螺钉
圆柱销
圆柱销
M8×60
φ8×50
M8×60
M10×60
φ8×60
φ10×60
选择标准模架
由凹模周界尺寸及模架闭合高度在189~229mm之间，查《模具设计指导》表5-7选用标准模架，经查，无合适的标准模架，导柱长度不够，无法选择经济合理的标准模架，所以建议选用非标准模架，比如自制的非标准钢板模架，导柱导套分别于上下模板过盈配合，上模座厚度50，下模座厚度55，导柱32×180，导套55×80。
第八章、模具零件的加工工艺
1、拉深凸模的加工工艺
拉深凸模的加工工艺卡
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
备料
将毛坯锻成115mmX115mmX75mm
2
热处理
退火
3
铣
铣六面，
铣床
4
钳工
划线，钻螺纹孔M10，
钻床
5
热处理
淬火,回火,保证HRC60~64
6
磨加工
磨上下平面
平面磨床
7
退磁
钳工退磁
8
线切割
线切割加工外形部分，保证尺寸
线切割
9
钳工
磨各配合面达要求
10
检验
2、落料凹模的加工工艺
凹模加工工艺卡
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
备料
将毛坯锻成490mmX330mmX65mm
2
热处理
退火
3
铣六面
铣加工，保证外行尺寸，留0.3-0.5的磨量
车床
4
钳工
划线，钻螺纹孔M10，销钉孔φ9.8,和型腔部分的穿丝孔φ5mm，
钻床
5
热处理
淬火,回火,保证HRC60~64
6
磨加工
磨刀口平面
平面磨床
7
退磁
钳工退磁
8
线切割
线切割加工，保证内孔尺寸
线切割
9
钳工
磨各配合面达要求
10
检验
第九章、模具的总装
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