微型电机机壳冲压模具设计文档格式.docx

1、总之，模具行业向着：1） 市场全球化，生产周期进一步缩短方向发展；2） 模具CAD/CAM/CAE集成化、智能化、网络化方向发展；3） 模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展；4） 模具向大型、精密、标准化方向发展； 第1章 冲压件工艺性分析1.1 冲压件的工艺分析1.1.1 产品结构形状及材料分析 1. 结构形状分析 图1-1 微型电机机壳示意图 如图1-1所示，该制件为无凸缘圆筒形件，轴对称回转体，形状简单，在圆周方向上的变形均匀，主要由圆形坯料经过落料、拉深、冲孔、切边几道工序完成，模加工也容易，工艺性好；由于拉深件各部位厚度有较大变化，筒形件圆角部分变薄，故在设计时该制件必须保证

2、外形尺寸；2. 材料分析该制件材料为08F钢，08F钢表示为含碳量为万分之八的沸腾钢。该钢是优质碳素结构钢，性能与08钢相似，但是时效，敏感性比08钢更好。08F钢的塑性很好，抗剪强度=216304MPa,抗拉强度b=275383MPa,屈服点s=177MPa,伸长率10=32。主要用来制造冷冲压件，易于轧成薄板、薄带、冷变形材，冷拉钢丝。板料易于生产冲压拉深件、各类不承受载荷的覆盖件。本次制件为无凸缘圆筒形拉深件，因此，08F作为坯料易于生产制造。1.1.2 制件尺寸精度分析由图1-1可知，零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。图中标注要求的精度要求达到

3、以下精度要求：外形尺寸：直径1022 （IT15） 高度851 （IT14） 厚度t=3 （IT14以下） 圆角半径R=6 （IT14以下）孔的尺寸：20+00.2 （IT11） 16+00.2 （IT12）1.2 冲压工艺方案的确定及模具类型的选择1.2.1 主要工艺参数的确定1. 修边余量的确定 制件的相对高度：h/d=（851.5）/（1023）0.84 查冲压成型工艺与模具设计表51无凸缘圆筒形拉深件的修边余量（）（P164），取修边余量 =3.8。2. 毛坯直径确定该制件拉深为不变薄拉深，查冷冲模设计应知应会表45 常用旋转体的毛坯直径计算公式（P79）得:毛坯直径： D= = =

4、207.516 208 其中式中各尺寸如图1-2所示： 图1-2相关表示量的示意图3. 拉深次数的确定坯料相对厚度t/d=3/2081001.451.5，查冷作成作技术手册表9-3采用或不用压边圈的条件（P616）得：冲压过程中使用压边圈.相对高度h/d=（851.5）/（1023）0.84；制件的拉深系数m0=d/D=102/2080.49；根据坯料相对厚度查设计资料冷作成形技术手册表9-11低碳钢的极限拉深系数（P527）可知m1=0.53，由m0m1 故不能一次拉深成型。由拉深次数计算公式： 拉深次数n=1+ =1+ =1.21所以需要两次拉深。4.拉深系数的确定试取m1=0.6（用压边

5、圈）则： 初次拉深直径d1=Dm1=2080.6=124.8125 再次拉深系数m2=d/d1=102/125=0.8165.拉深高度的确定 初次拉深后的高度h1=0.25（d1）+0.43（d1+0.32r1） =0.25（125）+0.43（125+0.3211.5） 60.4 再次拉深经过切边工序后即达到制件要求的形状和尺寸，即h2=85；即可知制件的拉深示意图如图1-2所示： 图1-3制件的拉深示意图1.2.2 工艺方案的确定由相关参数的计算可知，该制件由落料、初次拉深、二次拉深、冲孔、切边五道工序组成，下面具体分析以下几个方案的优缺点来确定最终的工艺方案。方案一：单工序模：落料，初次

6、拉深，二次拉深，冲孔，切边；方案二：单工序模+复合模：落料-拉深复合模，二次拉深，冲孔，切边单工序模；方案三：落料-拉深复合模，拉深-冲孔复合模，切边单工序模；方案四：复合模：落料-拉深复合模，拉深-冲孔-切边复合模；方案五：单工序模+级进模：落料-初次拉深-二次拉深-冲孔级进模，切边单工序模；模具结构简单，但须要五道工序五套模具，生产率较低， 一般来说，适合小批量生产，与大批量生产不符；同时由于制造多副单工序模具的费用比复合模还要昂贵，则不易采用单工序冲裁；因为该制件结构简单，制件的形位精度和尺寸精度容易保证，模具制造不困难，但须四套模具，成本较高且生产效率不高。采用两套复合模和一套单工序模

7、，模具设计不复杂，精度也以保证，但须三套模具。只需要两套模具，且制造不复杂，生产成本较低且生产率高。只需两套模具，但级进模结构较复杂，模具零部件加工困难，并且级进冲裁受压力机工作台尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。制件平整度不好需校平处理，生产成本高。综上分析，选用方案四，用两套复合模生产。第2章 冲压工艺计算2.1 棑样2.1.1 排样方法的选择在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此合理的棑样是提高材料利用率，降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。棑样的安排按以下步骤进行：选择排样方法确定搭边数值计算条料宽度和送料步距画出棑样图核算利用率。根据制件在条料上的布置形式，棑

8、样可分为直排、斜排、直对排、混合排、多排等多种形式。本次设计毛坯为直径为208的圆形毛坯，考虑条料在落料-拉深复合模上的运动路径及模具设计的尺寸及送料方式，本次采用用于简单几何形状的冲件的直排方式。2.1.2 确定搭边数值合理的搭边值有利于提高冲裁剪的质量，查冲压成型工艺与模具设计表3-9最小搭边值（P56）得：料厚为3的板料可取最小搭边值为： a1=1.8,a=2.2 或 a=2.2,a=2.5考虑材料为08F，考虑制件外形简单，手工送料等综合因素，搭边值可取小一些，因此选择a1=1.8,a=2.2 。2.1.3计算条料宽度和送料步距 导料板之间无侧压装置时，应考虑在送料过程中因条料的摆动而

9、使侧面搭边减少。为了补偿侧面搭边的减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，故按下式计算。条料宽度B= D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a侧搭边值 条料宽度的单向（负向）偏差，可查冲压成型工艺与模具设计表3-10条料宽度偏差（P57） C导料板与最宽条料之间的间隙，其值可查冲压成型工艺与模具设计表3-12导料板与条料之间的最小间隙（P58）则： 条料宽度 B= 送料步距 A=D+a1 =208+1.8 =209.8 导料板间的距离B0=B+C= 2.1.4棑样图根据搭边值、条料宽度、送料步距、导料板间的距离绘制如图2-1所示的棑样图： 图2-1棑样图2.1.5核算利用率根据计算公式可知：材料利

10、用率=100% 73.6%2.2 复合模相关参数计算复合模相关计算主要包括拉深凸模，凹模圆角半径、拉深凸模和拉深凹模的间隙、凸模、凹模、凸凹模的尺寸及公差、冲裁力、压料力、拉深力、卸料力、推件力及顶件力、压力机的公称压力确定等。2.2.1 拉深凸模，凹模圆角半径的确定 拉深凹模的圆角半径在生产上一般在保证工件质量的前提下尽量取最大值，通常可按如下经验公式计算：初次拉深凹模圆角半径： =0.8 =0.8 =12.62 13易得：初次拉深凸模圆角半径=13-3=10再次拉深凸模圆角半径为制件的要求圆角半径，即=6 凹模圆角半径=9 2.2.2拉深凸模和拉深凹模的间隙选择拉深间隙Z是指单面间隙，确定

11、Z时要考虑压边情况、拉深次数和工件精度等，采用压边圈拉深时其值可按下式计算：Z=tmax+t其中，为增大间隙的系数，可查冲压成形工艺与模具设计表5-18增大间隙的系数（P198）。则： 拉深间隙 Z=tmax+t =3+0.13 =3.3 2.2.3凸模、凹模、凸凹模的尺寸及公差制件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模尺寸及公差决定。因此初次拉深的模具尺寸公差没有必要的严格限制，凸、凹模的制造公差p、d可按IT10级选取。以凹模为基准时，拉深凹模尺寸=125+0.18 拉深凸模尺寸为 =（125-23.3）-0.12 =118.4-0.12 落料时以凹模为设计基准，首先确定凹模基本尺寸，使凹模的基本

12、尺寸接近或等于毛坯的最小尺寸，将凹模的尺寸减小到合理间隙值即得到凸模尺寸，即落料凹模刃口尺寸落料凸模刃口尺寸 =2.2.4冲裁力的计算普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算F=KLt；式中，F冲裁力，N；L冲裁周边长度，；t材料厚度，；材料抗剪强度，MPa；K系数，考虑冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3。即：落料时的冲裁力 F冲1=KLt =1.32083300 =243360 N 冲孔时冲裁力 F冲2=KLt =1.320.15 =23575.5 N2.2.5压料力计算采用压边圈的

13、目的是为了防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压边力必须适当，压边力过大会引起拉深力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D100，初次拉深使用压边圈时的压边力。圆筒形件首次拉深压料力/4 = =48190.4 N再次拉深时压料力 =2884.875 N2.2.6拉深力计算采用压边圈时：初次拉深力 F1=d1tbK1 =3.141253000.65 =229612.5 N再次拉深力 F2=d2tbK2 =3.141020.52 =121065.84 N其中，K1、K2查冷冲模设计应知应会表4-22筒形

14、件第一次拉深的系数K1，表4-23筒形件第二次拉深的系数K2（P103）可得。最大拉深力 F1max=3（b+s）（D-d-rd）t =3（300+177）（208-125-13） =300510 N2.2.7 卸料力、推件力及顶件力的计算卸料力、推件力及顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的，所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。影响这些力的因素很多，而且影响规律也很复杂，精确计算这些力的大小比较困难，实际中参照冲裁力经验公式计算：卸料力FX=KXF推件力FT=nKTFKX、KT卸料力、推件力系数，见冲压成形工艺与模具设计表3-14 卸料力、推件力、顶件力系数（P61

15、）；n同时卡在凹模的冲裁件（或废料）数，n=；卸料力FX1=KXF冲1=0.04243360=9734.4 N FX2=KXF冲2=0.0423575.5=943.02 N推件力FT1=n KT F冲1=10.243360=10951.2 N2.2.8压力机的公称压力确定压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和FZ 。落料拉深复合模冲压时，FZ1=F冲1+FX1+FT1+F1 =243360+9734.4+10951.2+48190.4+229612.5 =541848.5 N拉深冲孔切边复合模冲压时，FZ2=F冲2+FX2+FT2+F2 =23575.5+943.02+1060.8

16、975+2884.875+121065.84 =149530.1325 N2.2.9压力设备的选择根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。对于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件，主要采用开式机械压力机。虽然其刚度差，在冲压力的作用下床身变形破坏冲裁模的间隙分布，降低冲裁件表面质量或模具使用寿命，但它提供了极为方便的操作条件，非常容易安装机械化附属装置是其最大特点，因此是目前中、小型冲压设备的主要形式。对于大中型冲压件的生产，多采用闭式结构形式的机械压力机。在实际生产中，为防止设备的超载，可按F压（1.61.8）FZ来估算压力机的公称压力。即F压18

17、66957.6N975327.3N F压2239248.212N269154.2385N 模具闭合高度是指模具在最低工作位置时，上、下模之间的距离，落料拉深模的闭合高度为335，拉深冲孔切边复合模的闭合高度为400，参照相关资料选用落料拉深冲压时选用JA21-160开式双柱固定台压力机。其参数如下：公称压力 1600kN滑块行程 160滑块行程次数 40次/min最大闭合高度 450闭合高度调节量 130滑块中心线至床身距离 380立柱距离 530工作台尺寸： 前后710，左右1120垫板尺寸厚度 130模柄孔尺寸 直径70，深度80滑块底面尺寸 前后460，左右650再次拉深冲孔切边时，模具

18、闭合高度为427，选用J23-100开式双柱可倾压力机（主要依据闭合高度），其主要参数如下：公称压力 1000kN滑块行程 130 滑块行程次数 38次/min最大闭合高度 480最大装模高度 380连杆调节长度 100床身两立柱距离 450工作台尺寸 前后710，左右1080垫板尺寸 厚度100，孔径250模柄孔尺寸 直径60，深度75最大倾斜角度 30电动机功率 10kW。第3章 落料拉深复合模设计本次设计的落料拉深复合模主要包括工作零件，定位零件，压料、卸料零件，导向零件和固定连接零件。3.1 工作零件的结构设计工作零件主要包括落料凸模、落料凹模、拉深凸模和拉深凹模，本次设计将落料凸模与

19、拉深凹模复合设计为凸凹模，因此需设计落料凹模、拉深凸模和凸凹模三个主要工作零件。 3.1.1 拉深凸模由于制件的形状和尺寸不同，冲模的加工及装配工艺条件也不同，所以实际生产中使用的凸模结构形式很多，其截面形状有圆形和非圆形，刃口形状有平刃和斜刃，结构有整体式、镶拼式、直通式、带护套式等，本次设计的制件为圆筒形件，所以拉深凸模选用圆形凸模，查中国模具设计大典标准件圆形凸模部分，确定拉深凸模的结构形式及固定方式 ，分析制件尺寸较大，选用强度刚性较好并且装配修磨方便的台阶式圆形凸模，拉深凸模长度的计算可根据公式L=h1+h2+h3+h计算得出，其中：h1 凸模固定板厚度； h2压边圈（卸料板）厚度；

20、 h3凸模进入凹模深度，即拉深件高度； t料厚；凸模长度L=25+40+60.4+3=128.4 参考中国模具设计大典标准件，选取凸模的高度（厚度）为130。查中国模具设计大典拉深凸模排气孔直径选为8。拉深凸模由于工作过程中受力较大，因此凸模的材料要求有较好的强度和刚度，因此，凸模的材料选用T10A，标准号为GB/T1298,热处理硬度为5660HRC。由计算及标准件参照，拉深凸模的结构及尺寸如图3-1所示：图3-1拉深凸模结构示意图3.1.2 落料凹模落料时以凹模为设计基准，刃口尺寸的计算第二章已给出，参考中国模具设计大典模具用板类零件标准尺寸，确定落料凹模基本尺寸为355355105，落料

21、刃口直径Dd=，落料凹模尺寸及结构形式如图3-2所示，其由螺钉与垫板、下模座固定连接。凹模的材料为9CrSi,标准号为GB/T1299，热处理硬度为6064HRC。3.1.3凸凹模凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和拉深凹模作用的工作零件，它的外缘均是刃口，外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸，从强度方面考虑，其壁厚有最小值限制，查中国模具设计大典表20.1-16 凸凹模最小壁厚a（P406），可知凸凹模最小壁厚a=6.7。有计算知： 拉深凹模尺寸 落料凸模刃口尺寸 因此，将凸凹模设计为台阶式圆形凸模形式部加工成孔125作为拉深凹模尺寸，外形尺寸207.54作为落料凸模尺寸；材料为9CrSi,标准号

22、为GB/T1299，热处理硬度为5862HRC。其外形尺寸及结构形式如图3-3凸凹模结构示意图所示： 图3-2落料凹模结构示意图3.2 其他零件的设计与标准件的选择3.2.1定位零件导料销是送料时对条料的侧向进行导向，以免送偏的定位零件。为节省成本采用标准件。材料为T8A,标准号为GB/T1298，热处理硬度为5054HRC。挡料销是用来挡住冲裁轮廓，来限定条料送进距离。它可分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销，本次使用圆形固定挡料销标准件，A型固定挡料销基本尺寸d=20。材料为45钢,标准号为GB/T699。参考中国模具设计大典冲压模具标准件P948。其优点是结构简单，制造方便。图3-3

23、凸凹模结构示意图3.2.2卸料、压料装置顶杆采用标准件，其规格为M840150，,见中国模具设计大典冲压模具标准件顶杆P949。打杆采用标准件，其规格为M1235190，见中国模具设计大典冲压模具标准件P949。压边圈是采用压边圈的目的是为了防止变形区板料在拉深过程中起皱，拉深时压边力必须适当，如果压边力过大，会引起拉深力的增加，甚至造成制件拉裂；如果压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于拉深系数m和相对厚度t/D100：根据坯料相对厚度t/D1.451.5，因此必须使用压边圈进行压料操作。其尺寸查冲压手册得到，压边圈的长宽高LBH为25025020。3.2.

24、3模架的选用模架是上模座、下模座、导柱和导套的组合体，它是模具的基础，模具的工艺性结构件通过紧固件（销钉螺钉等）安装到模架上形成完整的冲模，模架及其组成零件已经标准化，可查取选用。本次设计的落料拉深复合模选用滑动导向装置中的中间导柱模架，其简图如图3-4所示，因为其导向装置安装在模具的对角线上，滑动平稳，导向准确可靠。其尺寸根据凹模周界（400400）查中国模具设计大典P818P822冲模标准模架及其标准件得其尺寸及材料选用如下：上模座 HT200下模座 导 柱 20钢导 套 模 柄 Q235图3-4中间导柱模架示意图导向零件即导柱、导套，有标准模架的确定，导柱导套的直径分别为45、65，其均为标准件，查中国模具设计大典冲模标准模架及其标准件A型导柱和A型导套。3.2.4连接与固定零件本次设计使用的连接与固定零件包括模柄、固定板、垫板、螺钉与销钉。其均使用标准件，模柄根据压力机型号选择直径为70，固定板、垫板尺寸及结构查中国模具设计大典冲压模具标准板料尺寸得。螺钉销钉查机械制图附录标准件可得。 第4章 再次拉深冲孔切边复合模设计4.1 工作零部件该套模具主要完成