落料冲孔拉深切边复合模设计.docx
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落料冲孔拉深切边复合模设计
前言………………………………………………………………………1
.
摘要………………………………………………………………………2.
第一章零件工艺性分析及确定工艺方案……………………………3
.零件工艺分析………………………………………………………3
第1.2节工艺方案确定……………………………………………4
第1.3节排样确定…………………………………………………4
第二章工艺与设计计算…………………………………………………5
第2.1节模具的设计和加工………………………………………5
第2.2节冲裁力的计算……………………………………………6
第2.3节计算各主要零件的尺寸…………………………………8
第2.4节定位零件的设计…………………………………………17
第三章模具的装配…………………………………………………21
第四章结论与展望…………………………………………………….24
结束语……………………………………………………………………25
谢鸣………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………27
前言
冲压加工在汽车、电子、电器、仪表、航空和航天产品及日用品生产中得到了广泛的应用。
20多年来，我国工业发展迅速，产品更新换代快。
冲压模具设计与制造的课程设计的目的是陪养学生对冲压工艺规程编制方法、掌握应用现代化设计手段和运用CAD/CAM软件设计中等复杂程度的冲压模具、编制模具零件的加工工艺和程序并能数控机床进行加工。
冲压件的生产过程一般都是从原材料剪切下料开始的，经过各种工序和其他必要的辅助工序加工出图纸要求的零件，对于某些组合冲压和精度要求较高的冲压件，还需要经过切削、焊接或铆接等加工才能完成。
进行冲压模具设计与制造就是根据已有的生产条件，综合考虑影响生产过程顺利进行的各方面的因素，合理安排零件生产工序，最优的选用并确定各工艺参数，合理设计模具结构、选择加工方法和设备等。
本次设计的是一副落料-冲孔-拉深-切边复合模，这次设计是在老师认真、耐心的指导下进行的，是在对模具的经济、模具的寿命、生产周期及生产成本等因素进行了全面的仔细的分析下而进行设计的。
由于初次设计，水平有限，毕业设计中不妥和错误之处在所难免，还请老师同学多提宝贵意见，以便得以修正，以臻完善，则不盛感激。
设计者:
内容提要
这次设计的是一次成型的落料-冲孔-拉深-切边复合模。
通过学习了冲压与模具设计等相关专业书之后，我自己自行设计的一套集落料-冲孔-拉深-切边的模具。
本次设计的目的不是检验产品是否能够使用，而是掌握如何来设计模具，了解模具设计的关键所在，因为本人是第一次设计模具，所以这次论文是基于我的经验和基础和在指导老师以及同学的帮助下完成的，从零件工艺的分析到确定工艺方按，然后到模具设计步骤，最后装配成一套模具。
针对凸凹模，复合模的结构特点，采用基于参数化的自动和交互设计相结合的方法对凸凹模进行了设计。
为实现凸凹模结构的CAD系统商品化，适用化奠定了基础。
Summary:
Thistimedesignofmodelonceoffalltoanticipate-hurtlethebore-pulldeep-slicethecompoundmoldinside.Passedtostudytowashtopressafterdesigningwithmoldingtooltherelatedprofessioninetc.book,myselfdesignbyoneselfasetoftogathertofalltoanticipate-hurtlethebore-pulldeep-slicethemoldingtooloftheside.
Thepurposeofthisdesignisnotakeytoexaminetheproductwhethercanuse,butcontrolhowcometodesignthemoldingtool,understandthemoldingtooldesignplace,becauseoneselfdesignthemoldingtoolforthefirsttime,sothistimethethesisisahelptobaseonmyexperiencewiththefoundationwithatguideteacherandclassmatestodescendtocompleteof,analyzethecertaincraftfromthesparepartscraftthesquarepress,thenarrivethemoldingtoolthedesignthestep,assemblingfinallyasetofmoldingtools.Aimattheconvexandcavemold,theconstructioncharacteristicsofthecompoundmold,adoptaccordingtotheautothatparameterturnwithhandovertodesignedthemethodthatcombinetogethertoproceedthedesigntotheconvexandcavemoldwitheachother
第1章
零件工艺分析及确定工艺方案
第1.1节零件工艺分析
冲裁的工艺性是从冲压件工艺方面来衡量设计是否合理。
在满足工件零件使用要求的条件下，能够以最经济最简单的方法冲出来就说明工艺性好。
但是工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术和设备等因素的影响。
尺寸公差无特殊要求，所以按IT14级选取，利用普通冲裁方式可达到图样要求。
由于外形简单，形状规则，适宜于冲裁加工。
材料为Q235，热处理40-45HRC.零件的毛坯形式，采用板料，经下料后直接冲裁。
第1.2节确定工艺方案：
确定方案就是确定冲压件的加工路线，合理的工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究比较与其经济效果，然后选择合理的工艺方案。
零件属于大批生产，工艺性好。
若采用落料后拉深在再冲孔，则效率太低，而且质量不易保证。
若采用级进模，则难以控制送料步距，而影响冲件的尺寸精度。
在此冲件中，能保证凸凹模的最小壁厚故采用顺装复合模。
复合模主要有以下几个特点：
1.冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一致性好。
2.冲件表面较为平整。
3.适宜冲裁薄件，也适宜冲裁脆性或软质材料。
4.可充分利用短料或边角余料。
5.冲模面积较小。
在选择工艺方面还考虑了下面的原素:
如果先冲孔再拉深,很有可能出现拉深后所冲的孔会因拉深而变形,又考虑到拉深后原板料可能因所受力有所变化而产生边缘变形,出现何叶形状,所以最后加了一道工序切边,故此冲裁件采用落料拉深冲孔切边复合模为合理，设计方案为分别对凸模组件和凹模组件进行了定位和固紧。
使装配容易和装配精度容易得到保证。
第1.3节排样的确定
排样的目的与作用：
冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法称为排样法，简称排样。
排样的结果表明要画出排样图。
排样是否合理，直接影响到材料的利用率，零件质量、生产率、模具的结构，与寿命及生产操作方式与安全。
因此，冲压工艺和模具设计中，排样是一项极为重要的、技术性很强的工作。
按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与少、无废料排样两大类。
排样又可分直排、斜排、对排、对头斜排、多排、混合排等。
有废料排样有如下几种形式：
1.直排，排样时，应优先选用直排，因为直排的模具最简单。
但对于三角形、角尺形等工件，采用直排会造成较大的材料浪费，可考虑选择斜排或对排。
2.斜排，斜排将时制模工作量增大。
可达15%，因此，如果节省材料不超过5%，用斜排是意义不大的。
3.对排，选取对排省料幅度较大。
比直排省料可达30%--50%。
但需要注意如下问题：
如果采取送料一次冲一件的方案，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模具费也相差不大，但只实用于条料，不能用卷料。
因此在冲完一行程后，需要调头冲另一行，冲加一行时就，条料的钢度很差，给送料造成了困难，有时根本无法送料，操作者普遍不愿意采用这种方案，，因此，只有在生产量为大的的情况下，且调头冲时能保证有足够的钢度时才考虑采用这种方案。
如果采取一次冲两件的方案，既用双凸模，则模具结构复杂了，模具长度增大了，因而模具费用增加了。
可以用通过计算盈亏平衡点，对各方案进行比较，并作出选择。
4.多排，采用多排是为了省料，但省料很有限。
5混合排，如果将一种零件落料后的废料作为另一种工件的原材料，当然也可以提高材料的利用效率。
但这种排样对于小型件既不方便又不安全。
而采用混合排是只有两种零件的板厚与材质相同，并在设计人员的细心安排之下才有可能实现。
第2章工艺与设计计算
第2.1节模具的设计与加工
模具是在pro/Engineer2002平台上设计的，采用三维参数建模技术，利用该软件的装配动能进行干涉和间隙检查，及时的发现设计中的错误并进行修正。
这样大大
提高了数控加工的效率。
缩短了生产周期。
确定毛坯直经D,因r1=r2=r,所以得
D=（df*df+4dH-3.44dr）1/2=（40*40+4*35*9-3.44*35*2）1/2=55.7mm
修边余量的确定
因工件的高H=9mm和工件的相对高度H/D=0.16都不大，拉深后工件口部较齐而修边量不大。
但考虑到下面的原因:
拉深后原板料可能因所受力有所变化,受力不匀恒而产生边缘变形,出现何叶形状,致使工件不平整而不合格,所以最后加了一道工序切边,我们通过增加一点落料的长度,（lp=44）在拉深后把毛坯边缘切掉一部分而成。
拉深系数和拉深次数的确定：
毛坯的相对厚度T/D*100%=3.5%
查表4-5得第一次拉深系数为0.7-0.8取m=0.7
该零件的总拉深系数m=d/D=0.875m>m可知道该零件可一次拉深，其拉深系数为m=0.55查表4-11
第2.2节冲裁力的设计
根据式（2-4）落料时冲裁力F=ltσ=3.14*22*2*450=62172N
冲孔时冲裁力F1=LTσ=3.14*10*1*450=14130N
拉深时拉深力F2=πDTσ（由表4-19）
查表（4-20），K=1所以F=3.14*35*1*450*1=49455N
拉深时压边力：
F3=π/[D-（d1+2Rd）]p查表（4-27）：
p=3Mpa
第2.2.1.rp和rd对拉深过程的影响
凸模圆角半径rp与凹模圆角半径rd值对拉深时允许的变形程度有较大的影响，而且凸模半径rp的值影响超过了凹模半径rd值。
因为挡料板饱满rd区后，rp区对拉深过程的影响就很小了，而rd区却影响拉深的全过程。
被拉入凹模板料不断流经rd区，不仅受到磨察阻力，而且受到两次反复折弯所产生的弯曲阻力，而且受到两
次反复折弯所产生的弯曲阻力。
如果rd值过小，将使筒壁处承受应力σ的峰值增大，即必须取较大拉深系数。
第2.2.2.rp和rd的合理值
当rd（4—6）t时，随—值的增大，允许的rd值可减小，但减小不大。
而当rd4t时，随—值的减小，而mmin值将迅速增大。
因此凹模圆角半径rp的合理值应当不小于4t，t为板料厚度。
从降低筒壁处的拉应力来考虑，rd越大越好，但也不能太大，一方面当rd>6t时再继续增大rd值对提高变形程度没有多大意义；另一方面去过大的rd的拉深系数板料将过早地失去压边，有可能出现拉深后期起皱。
如果将压边
圈对应rd区制成圆弧形，可避免因rd过大造成拉深后期起皱，并可提高变形程度。
第2.2.3.rp和rd值的确定
除前面所述凸模圆角半径rp和凹模圆角半径rd的合理值外，还应当考虑材料种类、板料厚度、变形程度及拉深次数等因数的影响。
rp和rd值除影响拉深的变形程度，还影响拉深工件的质量。
rp或rd值应尽可能取工件要求的圆角半径值。
如果工件图上所标注的圆角半径小于rp或rd的合理值，拉深模的rp和rd仍然须取合理值，待拉深后在用整形方法使圆角半径达到图样要求。
查表（4-7）凹模圆角半径r=（8—5）t取5mm所以
F压=A*Fq=3.14*84*3MP=791N
总的冲裁力为：
F=F1+F2+F3=62172+49455+791=112418N
推件力F推=NKF=1*0.05*142006.5=5621N
落料卸料力F落=KF=5621N
查表K=0.05,又因为此工件为了弹压卸料顺出件,所以此冲裁件的总压力为：
F总=F冲+F推+F卸=112418+5621*2=123660N
冲压设备的选择：
压力机的吨位应当等于冲裁时的总力即Fs>F,且Fs>=（0.7~0.8）F
该模具的总压力F=123.66KN
闭合高度：
H=175mm
根据所需的总压力来看，必须用160KN开式双柱压力机，该压力机的主要技术要求规格为：
最大冲压力：
160KN
滑块行程55mm
连杆调节量40
最大装模高度220
模柄孔尺寸40*50
工作台尺寸300*450
因此根据冲压力合闭高度，工作台尺寸等数据选定该设备是合适的。
压力中心的确定：
模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机的滑块中心线重合，以使平稳工作，减少导向磨损，提高模具及压力机的寿命。
由于落料拉深冲孔的凸模或凸凹模都有是旋转且同心，所以中心就是该旋转体的同心。
第2.3节冲裁模的主要零部件的结构设计
各主要零部件尺寸的确定
2.3.1冲孔凸模
为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都必须满足如下三个原则：
1）精确定位凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位，否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时造成啃模。
2）防止拔出回程时，卸料力对凸模产生拉深作用。
凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出。
3）防止转动
冲孔凸模各尺寸的计算
工件孔尺寸：
12mm
如图所示
查表（2-12）凸模的制造公差为δ=0.02
查表（8-14）=036
查表（2-13），X=0.5根据表（2-11），d=（d+X）则d=（10+0.5*0.36）
（1）弹压卸料方式的凸模长度计算：
L=h1+h4+h5–0.2
式中h1----凸模固定板厚度（mm）;
h4----弹压卸料板厚度（mm）;
h5----预压状态下卸料橡皮（mm），h5=（0.85-0.9）H，H为自由状态下橡皮的厚度，公式中的0.2mm为凸模端面缩进卸料板的距离。
则L=16+14+15=75mm
2.3.2凸模强度的校核
凸模强度校核包括纵向弯曲能力两方面的内容。
（1）凸模抗压能力校核:
凸模能正常工作，其最小截面承受的压力必须小于凸模材料允许的压应力[σ]:
σ=F/A<=[σ]
对于圆形凸模，F=πdtτ代入上式可得：
d>=4tτ/[τ]
式中σ----凸模最小截面的压应力（MPa）；
F----冲裁力（N）；
d----凸模最小直径（mm）；
A----凸模最小截面积（mm²）；
t----板料厚度（mm）；
τ----板料抗剪强度（MPa）；
[σ]----凸模材料许用应力（MPa）；
2.3.3凸模纵向抗弯曲能力的校核
冲裁时凸模纵向抗弯曲能力杆件轴向的压力的欧拉公式进行计算。
凸模无导向时，相当于一端固定，另一端自由的杠杆，由欧拉公式可解得凸模不发生失稳弯曲的最大长度L为L<=πEJ/4nF
式中E----凸模弹性的弹性模量，一般模具钢可取E=2.2*105MPa
J----凸模最小截面惯性矩（mm）；
n----弯曲安全系数；
F----冲裁力（N）；
对于圆形凸模，J=πd/64取n=3代入E值，由上式可得原形凸模无导向时最大允许长度为L<=95d/F。
2.3.4下凸凹模设计：
如图所示
凸凹模的厚度H=Kb=0.35*55=19.25取H=20
此凸凹模是起冲孔落料凹模和拉深作用.所以冲孔凹模尺寸：
查表（2-2）：
δ=0.02查表（8-14）=0.36
查表（2-13）：
X=0.5
根据表（2-11）：
d=（d+X）
则d=（10+0.5*0.36+0.1）=10.18
第3.4.5拉深凸模：
查表（3-34）δ=0.04
查表（4-33）：
D=（26-0.4*0.62）=25.75
查表（8-14）：
=0.62
则D=（26+0.4*0.36）,该凸凹模的材料为12Cr
第3.4.6上凸凹模设计：
如图所示
凸凹模起落料凸模和凹模拉深的作用落料凸模：
查表（2-12）：
δ=0.02
查表（8-14）：
=0.17
查表（2-13）：
X=0.5
查表（2-19）：
Z=0.1Z=0.14
根据表（2-11）：
d=（D-X-Z）=（44.5-0.5*0.62-0.06）=44.13
第3.4.7拉深凹模：
查表（4-34）：
δ=0.07
查表（8-14）：
=0.62
根据表（4-33）：
D=（d+0.4+Z）
根据单面间隙Z/2=t+ctt=t+
查表（3-31）：
C=-0.2则Z=3.02
凹模圆角半径rp=（10-6）t取r=6t=6mm
落料凹模设计：
查表（2-12）δ=0.3
查表（8-14）=0.37
查表（2-13）X=0.5
查表（2-11）D=（D–X）则D=44.5-0.5*0.37）=44.13
凸模固定板：
凸模固定板厚度H=（0.63—0.8）H=12—18，取H为16
此凸模固定板的材料为45钢
如图所示
第2.4节切边模的设计
为了使工件平整,无荷叶状花边,第一次落料尺寸比毛坯长4mm,切边模就是要把这部分切掉.
凹模的设计尺寸:
如图所示:
第2.6节上垫板的采用与尺寸：
是否采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算，冲孔圆孔的凸模阴沉压面的尺寸。
如图所示：
按式2-10，其承压应力为
σ=F/A=（3.14*10*1*450）/（3.14*10/4）=180MPa
由表2-39可得铸铁模σ为90—140MPa
因为σ<=[σ]所以必须采用垫板，垫板厚度取8mm
压边圈：
采用压边圈与不采用压边圈装置的条件，而采用压边装置的目的是为了防止变形区板料在拉深过程中起皱。
当板料相对厚度t/D.较大时，变形程度较小时，可不采用压边装置，而t/D<1.5，所以要采用压边装置。
前面已校核过，该拉深过程中可用压边圈，在拉深凸模上必须用顶件装置，该装置在拉深时能同时起到压边圈的作用。
本装置类型是采用橡胶垫。
如图所示
压边力的计算：
计算压边力是为了确定压边力表的压力，选用橡皮垫时则主要是为了确定橡皮的预压量。
FQ=AFq（N）
式中A----初始有效压边面积（mm²）；
Fq----单位压边力（N）。
初始有效压边面积A是指拉深开始与压边圈和凹模都接触的那部分毛坯面积。
单位压边力Fq是单位面积上防止起皱所需要最小压边力。
推件器的设计：
该推件器装于上模，推件力且可靠，其推件力通过打杆-推杆-打料板推出工件。
推杆选用2个且分布均匀长短一致的杆。
推板装置在上模板的孔内，为了保证凸模
支承刚度和强度，放推板的孔不能全挖孔，推板和打料板的形状均用圆板料，其材料用45号钢。
凸凹模固定板的设计：
此固定板是用来固定凸凹模的，固定板的厚度H=0.8H=10.5取整数12mm
并用螺钉固定在下模座上。
模座的选用：
从该送料方式以及操作方便，模具结构等方面考虑，可选用后侧导柱模架（GB/285113-90）
凹模周界：
查表2—41周界D=113mm闭合高度H=175，可查得上模座（GB/T2855.5）R的尺寸为：
125*125*30，下模座（Gb/T2855.6）的尺寸为125*125*35
导柱（GB/T2861.1）：
22*110
导套（GB/T2861.6）：
22*80*28
选用1级精度的后侧导柱模架，模架为铸铁125*125*150Gb2851.3
卸料橡皮的自由高度：
由于橡胶允许承受的负荷较大，而且安装调整比较灵活方便，因此，它用作为此模具中的特性卸料装置。
根据工件材料厚度为1mm，冲裁时凸模深度取1mm，考虑模具维修时刃磨留量2mm，再考虑开启时卸料高出凸模1mm，拉深时上模下移9mm，落料比下凸凹模高出1mm，则总的工件行程15mm，橡胶的自由高度为30mm.
第2.6节定位零件的设计
本模具是采用手工送料的复合模具，冲孔凸模用固定板压配固定，采用H7/m6配合，刃口部分热处理硬度为58-62HRC，尾部回火至40-50HRC.
凸模的长度应根据冲模的具体结构确定，且应留修磨量，凹模及凸模用螺钉和销钉
固定，热处理硬度为58-62HRC，尾部回火至40-50HRC冲裁时凸模进入凹模深度为1mm，凸模的长度应根据冲模的具体结构确定，凹模及凸模分别用螺钉固定好。
冲模的定位装置用以保证正确的送及料在冲模中的正确位置，本模具采用固定挡料销限定条料的送料距离，采用圆形挡料销，圆柱销高出工作台2mm.
卸料零件的设计：
落料卸料装置采用橡皮卸料，零件采用打料杆卸料。
1.卸料螺钉的设置
1）.卸料螺钉的特点
模具国家标准规定了两种卸螺钉，即圆柱卸料螺钉与圆柱头内六角卸料螺钉。
其特点为：
C.螺纹长度虽短但与光杆段有台阶，可保证旋入弹压卸料后不易轻松。
D.螺纹长度是指光杆段长度且有公差要求，便于保证弹压卸料板工作平面与凹模面平行。
E.螺钉材料为45号钢且要求热处理硬度为35-40HRC，以便保证螺钉有足够的强度，能够承受卸料过程中反复作用的拉应力。
卸料螺钉的设置形式：
如图所示采用模座为通孔形式，很容易保证卸料板与模座平行。
卸料螺钉长度的计算：
L=h2+h3+h0（mm）
式中h2----模座沉孔处实体厚度（mm），对于铸铁模座，h2>d,对于钢板模座，h2的3/4为卸料螺钉直径的公称尺寸；
h3----固定板厚度（mm）；
h0----预压后弹性元件的高度（mm）；
导向零件的设计：
导向零件可保证模具冲压时，上下模精度的位置关系，用两个后侧导柱或导套导向，导柱安装在下模座，导套安装在上模座上，分别采用过盈配合，用滑动导柱导套N型导柱导套的材料为T8，并淬火HRC58--62。
如图所示
模柄的选用：
采用凸缘式模柄，以便在上模座开出较大的空间，容纳推件装置或打料装置的打板，用4个螺钉固定在上模座上。
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