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1、扬声器盆架的冲压工艺及模具设计论文学位论文济南大学泉城学院1 前言1.1 国内模具行业的现状模具是对多种原料进行成型加工的重要工艺设备，模具工业是国民经济的基础，是高新技术产业化的重要领域。模具加工成型零件具有效率高、质量好、成本低、省材料等一系列优点，模具已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。随着工业生产的增长和科学技术的进步，模具技术-特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术水平的高低，已经成为衡量一个企业、一个国家制造水平的重要标志之一。近几年，我国模具行业的发展速度很快，模具产业总产值保持13%的年增长率。在模具生产方面，国内已经能够生产精度达2m的精密多工位级进模，工位数

2、已多达160个；在大型塑料模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5大容量洗衣机的全套塑料模具；在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等等；在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模；在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具；其他类型的模具，也都达到了较高的水平，可以替代进口模具。虽然中国模具工业在过去十多年取得了令人瞩目的发展，但是在模具制造精度、模具寿命及模具生产周期等方面，与世界发达国家相比仍存在较大的差距。模具行业是工业的基础行业，工业的各个领域都广泛地使用模具。在电子、汽车、电机、电器

3、、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60%一80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产零件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，并且己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。模具作为工业生产的基础工艺装备，在国民经济中占有重要的地位。随着计算机软件的发展和进步，其现代模具中的应用将越来越广泛。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少

4、的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。技术先进国家如日本、美国 、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。其中， 日本 模具廠商在技術上較重視拋光與研磨加工制程，德國模具廠商則由提高機械加工與放電加工的精度與效率著手，以降低手工加工的時間。其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制造，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相

5、比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求， 市場競爭激烈。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。 1.2 模具工业的发展趋势目前，中国经济的持续高速发展为模具工业的发展提供了广阔的空间。为了适应用户对模具制造的短期交货、高精度、低成本的迫切要求，模具产品必然会有如下发展趋势：（1）模具日趋大型化（2）模具的精度越来越高（3）多功能复合模具将进一步发展（4）快速经济模具的前景十分广阔（5）模具技术含量将不断提高（6）标准件的应用将日益广泛（7）新设备、新工艺将得到更广泛应

6、用（8）新材料和现金表面处理技术的应用将更为普遍2 明确设计任务，搜集相关资料冲压工艺设计在收集、调查、研究并掌握有关设计设计的原始资料的基础上进行，做到有的放矢，避免盲目性。工艺设计的原始资料主要包括如下内容：（1） 冲压件的产品图及技术要求根据零件图，明确技术条件，由此对拉深件的结构，尺寸大小，精度要求以及装配关系，实用性等有全面的了解，以便制定工艺方案，选择模具类型和确定模具精度。（2） 生产类型生产类型是企业生产产业程度的分类，一般分为大量生产、成批生产、小批量生产。根据生产纲领和产品零件的特征或工作的每月担负的工序数，确定该零件的生产类型为大批量生产。（3） 生产组织形式生产类型不相

7、同，零件和产品的组织形式，采用的技术措施和达到的技术经济效果会不同。3 冲压工艺分析如图所示零件生产批量：大批量；材料：Q235；尺寸精度：零件图上的形状尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件的公差。工件结构形状：制件需要进行落料，拉深，冲孔，翻孔四道基本工序，尺寸较小结论：该制件可以进行冲裁制件为大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证模具的复杂程度和模具的寿命。4 制定冲压工艺方案及模具整体结构设计 .工序性质和数量（1）工序性质的确定在冲压加工中，工序性质是指冲压件所需的工序种类，剪裁、落料、冲孔、切边等使材料产生分离的工序。弯曲拉深局部成形等使材料产生变形的工序。冲压

8、工序性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。同时还应该考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。通常在确定工序性质时应当考虑以下几方面：1）从零件图上直观的确定工序性质，平板件冲压加工时常采用剪裁、落料、冲孔等冲裁工序。当平面度要求较高时采用较平的工序进行精压，当零件的断面质量尺寸精度要求较高时，需增加修整工序或采用精密冲裁工艺进行加工。2）对零件图进行计算分析，比较后确定工序性质。3）为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序。预冲工序工艺切口达到改善冲压变形条件，提高成形质量。根据零件图分析冲压加工时须用落料、冲孔、拉深、翻边等工序。（2）工序数量的确定确定工序数量的基本原则是：在

9、保证工件质量、生产率和经济要求的前提下，工序数量应尽可能的减少。该零件采用复合模和单工序模混合使用的方法。.冲压工艺方案的制定根据扬声器盆架的结构可知制造扬声器盆架的冲压工艺有落料，拉伸，冲中心孔，冲4个腰孔，切边，翻边等几道工序，初步拟定以下五种方案：方案一：落料，拉伸，冲中心孔，冲4个腰孔，切边，翻边方案二：落料，冲中心孔，冲4个腰孔，拉伸，切边，翻边方案三：落料冲中心孔，冲4个腰孔，拉伸，切边，翻边方案四：落料拉伸，冲中心孔，冲4个腰孔，切边，翻边方案五：落料拉伸冲中心孔，翻边，冲4个腰孔方案一采用的是单工序模具，这样虽然可以完成制造，但是工序分散，需要大量的操作工人，浪费财力与物力。方

10、案二和方案三都是先冲孔再拉伸，这样会使已经冲好的孔变形，相反，如果先拉伸再冲孔，并采取一定的压模措施，则变形就会相对较小。方案四与方案五都采用了复合模具，与单工序模具和连续模具相比，复合模对条料的送进定位要求较低，且结构紧凑，精度和加工效率较高。方案五把落料拉伸和冲中心孔复合，避免了中心孔的定位误差。综合以上各方案，从经济性，效率性和保证加工精度等方面考虑，最佳方案为方案五：落料拉伸冲中心孔，翻边，冲4个腰孔。.模具总体结构设计（1）模具类型的选择由冲压工艺分析可知，落料拉伸冲中心孔采用复合模具，冲腰孔和翻边工序则可采用单工序模。（2）定位方式的选择因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采

11、用导料销，有侧压装置。控制条料的送进步距采用导正销定距。（3）卸料方式的选择因为工件厚度为0.8mm，相对较薄，卸料力不大，故可采用弹性料装置卸料。(4)导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用对角导柱的导向方式。5 模具设计工艺尺寸计算5.1 计算毛坯尺寸1该工件为无凸缘阶梯型件，根据等面积原则采用解析法求毛坯直径。1）确定坯料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后工件的边缘不整齐，甚至出现突耳，需在拉深后进行修边，所有在计算坯料直径时，要确定是否需要增加修边余量。由于其工作相对高度为所以不需要加修边余量2）计算毛坯直径由零件图可知，该零件可以拆成5个规则形

12、状的部分计算：毛坯直径为：3)确定是否需要压边圈因为 式中 t-坯料厚度，mmD-毛坯直径，mm2确定拉深次数判断阶梯型件能否一次拉成，可用下式来判断：式中、-各个阶梯的高度（mm）；-最小阶梯直径（mm）-直径为dn的圆筒形件第一次拉深时的最大相对高度（mm）无凸缘筒形件半成品高度的确定-各次拉深后的直径；-各次拉深半成品底部的圆角半径；-各次拉深半成品高度；D-毛坯直径因为 而 所以可以一次拉深成功5.2 排样、计算条料宽度及步距的确定5.2.1 搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方

13、便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验值之一。表52搭边a和a1数值材料厚度圆件及r2t的工件矩形工件边长L50mm矩形工件边长L50mm或r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a 0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.0

14、1.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模。该制件是圆形工件，根据尺寸可从上表中查出：两制件之间的搭边值=1.0mm，侧搭边值a=1.2mm5.2.2 条料宽度的确定计算条料宽度有三种情况需要考虑：1有侧压装置时条料的宽度；2无侧压装置时条

15、料的宽度；3有定距侧刃时条料的宽度。有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。条料宽度公式： D-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a-侧搭边值查下表可知条料宽度偏差为0.5则 表53 条料宽度公差(mm)条料宽度B/mm材料厚度t/mm0.50.5112200.050.080.1020300.080.100.1530500.100.150.205.2.3 导料板间距的确定导料板之间距离为Z-导料板与条料之间的最小间隙(mm)所以 A=B+Z=65.9+5715.2.4 排样（1）冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样时冲裁模设计中的一项很重要的工作。在冲压零件的成本中，材料费用约

16、占60%以上，排样方案对材料的经济利用具有很重要的意义，不仅如此，排样方案对冲件质量、生产率、模具结构及寿命等都有重要影响。冲裁排样有两种分类方法。一是从废料角度来分，可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。有废料排样时，工件与工件之间，工件与条料边缘之间都有搭边存在，冲裁件尺寸完全由冲模保证，精度高，并具有保护模具的作用，但材料利用率低。少或无废料排样时，工件与工件之间，工件与条料边缘之间存在较少搭边，或没有搭边存在，材料的利用率高，模具结构简单，但冲裁时由于凸模刃口受不均匀侧向力的作用，使模具易于遭到破坏，冲裁件质量也较差。另一种是按工件在材料上的排列形式来分，可分为直排法、斜排样、

17、对排法、混合排、多行排、裁搭边法等形式。本方案采用有废料多行排样方法。排样图如下5.2.5 材料利用率（1）排样的经济程度用材料利用率来表示。一个步距内的材料利用率用下式表示：式中 A-冲裁件的面积（mm）；B-条料宽度（mm）；N一个步距内冲裁件的数目；h-步距（mm）。整张板料或带料上材料总的利用率为=式中 N-板料或带料上冲裁件总的数目； A-冲裁件的面积；L-板料或带料的长度；B-板料或带料的宽度。所选毛坯规格为：6501300横裁时的条料数为可冲19条每条件数为板料可冲总件数1019=190材料的利用率为纵裁时的条料数为可冲9条每条件数为板料可冲总件数为920=180材料的利用率为所

18、以采用横裁的方法。总总是要小于，这是因为整板上材料的利用率还要考虑冲裁时料头、料尾及剪板机下料时余料的浪费。6 冲压力及压力中心计算冲压力的计算（1）落料拉深冲中心孔工序1）冲裁力冲压力包括冲裁力、卸料力、推料力、顶料力，计算冲压力是选择压力机的基础。冲裁力式中 F-冲裁力（N）；L-冲裁件周边长度（mm）；t-材料厚度（mm）；-材料抗剪强度（M）。2）卸料力、推料力、顶料力卸料力是将箍在凸模上的材料卸下所需的力，即F卸=k卸F推料力是将落料件顺着冲裁方向从凹模孔推出所需的力，即F推=k推F顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模孔所需的力，即F顶=k顶F式中 k卸-卸料力系数；k推-推料力系数

19、；k顶-顶料力系数；n-凹模孔内存件的个数；F-冲裁力。表61 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxKtKd钢0.10.10.50.50.252.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09落料力计算F落料=F卸料=0.0555.4=2.77KNF压边=3KNF冲孔=F推=0.726KNF总=F落+F卸+F拉+F压+F冲+F推=55.4+2.77+58.6+3+

20、13.2+0.726=133.696133.7根据总的冲压力，结合实际，选开式双柱可倾压力机J23-25，技术规格如下：公称压力：250KN滑块行程：65mm最大闭合高度：270mm最大装模高度；220mm作台尺寸（前后左右）：370mm560mm垫板尺寸（厚度孔径）：50mm200mm模柄孔尺寸：40mm60mm最大倾角高度：30（2）冲腰孔工序和翻孔工序这两个工序的计算方法与第一道工序的计算方法是一样的，根据计算，可确定冲腰孔工序和翻边工序所选的压力机为J23-16，技术规格如下：公称压力：160KN滑块行程：55mm最大闭合高度：270mm最大装模高度；220mm工作台尺寸（前后左右）：

21、300mm450mm垫板尺寸（厚度孔径）：40mm210mm模柄孔尺寸：40mm60mm最大倾角高度：35 模具压力中心的确定由于该零件属于对称中心零件，所以零件的压力中心在在图形的几何中心上7 刃口尺寸的计算 落料凸、凹模刃口尺寸的计算落料时，所加工零件的尺寸为67,材料为Q235，查表得冲裁模初始双面间隙为Zmin=0.07,Zmax=0.10;而零件的制造公差，查表可得，且所以采用凸模与凹模配合加工的方法（零件精度IT10以上x=1,工件精度IT14时，x=0.5） 拉深模刃口尺寸的计算查表可知，此拉深模的制造公差为，且有压边圈拉深时凸凹模单边间隙值，所以Z=1.6凹模尺寸 D凹=D凸=

22、圆角半径 r凹=mmr凸=(0.61)r凹=3.3mm 冲中心孔模及翻孔模刃口尺寸的计算中心孔的制造采用翻边的工序，所以，要先冲一个预制孔，计算预制孔的尺寸H=1.7翻孔系数为由查表知，若采用圆柱形凸模，得低碳钢极限翻边系数为0.55，小于计算值，所以该工件能够一次翻边成形。计算翻孔力翻孔凸凹模的间隙查表可知为0.6mm8 主要零部件的设计8.1凹模的设计模具厚度的确定公式为：H=Kb式中：K系数值，考虑板料厚度的影响；b 冲裁件的最大外形尺寸；安上式计算后，选取的H值不应小于（1520）mm;表81 系数值Ks/mm材料厚度t/mm1336501001002002000.300.400.20

23、0.300.150.200.100.150.350.500.220.350.180.220.120.180.450.600.300.450.220.300.150.22查表101得：K=0.3H=0.363=18.9mm取H=20mm模具壁厚的确定公式为：C=(1.52)H=1.520220=3040mm凹模壁厚取C=35mm凹模宽度的确定公式为：B=b+2C=63+235=133mm查表取标准取B=200mm因为材料为圆形的，所以凹模长度=宽度=200mm8.2外形凸模的设计因为该制件形状不是复杂，但有弯曲部分，所以将落料模设计成直通式凸模，直通式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，直通式

24、凸模采用线切割机床加工。可以直接用2个M8的螺钉固定在垫板上，凸模与凸模固定板的配合按H7/h6。外形凸模的高度是凸模固定板的厚度、卸料板的厚度、导料板的厚度的总和，外形凸模下部设置1个导正销，借用工件上的孔作为导正孔。外形凸模长度为：L=H1 +H3+（1520）mmH1凸模固定板厚度；得H1=0.8H凹=0.820=16mm(标准为20mm)H3卸料板厚度；查表105得H3=6mm (1520)附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离。（附加长度取15）L=20+6+15=41mm导正销的直线部分应为(0.50.8）t ，导正销伸入定位孔时，板料应处于

25、自由状态。在手工送料时，板料由挡料销定位，导正销将工件导正的过程的将板料向后拉回约0.2mm。必须在卸料板压紧板料之前完成导正。在外形凸模的底部钻安装导正销，采用H7/h6的配合，为防止其脱落，在凸模上打横向孔，用销钉固定导正销。8.3内孔凸模的设计因为内孔凸模是圆凸摸，仍然选用直通式凸模，采用线切割加工。与凸模固定板采用H7/h6配合。凸模长度与外形凸模长度相等为45mm。凸模材料应选T10A，热处理5660HRC，凸模与卸料板之间的间隙见表103查得凸模与卸料板的间隙选为0.035mm。表82 凸模与卸料板、导柱与导套的间隙序号模具冲裁间隙Z卸料板与凸模间隙Z1辅助小导柱与小导套间隙Z21

26、0.0150.0250.0050.007约为0.00320.0250.050.0070.015约为0.00630.050.100.0150.025约为0.0140.100.150.0250.035约为0.028.4卸料部分的设计（1） 卸料板的设计本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有用外形凸模导向，对内孔凸模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，卸料板的厚度按表105选择，卸料板厚度为6mm。卸料板与2个凸模的间隙以在凸模设计中确定了为0.035。卸料板采用45钢制造，热处理淬火硬度4045HRC。表83 固定卸料板厚度冲件厚度t卸料板宽度2000.866810120.81.568

27、1012141.53810121416(2) 卸料橡胶的确定（3）定位零件的设计定位零件采用活动挡料销定位。采用活动当料销制造简单、使用方便。活动挡料销固定在卸料板上，挡料销的位置应保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能，活动挡料销的位置可以由公式确定。式中c送料步距；D在送料方向上工件的尺寸；d挡料销头部直径；0 .1导正销往前推的活动余量；所以e=64-63/2+10/2+0.1=37.6mm即活动挡料销的位置在距导正销37.6mm处。采用45钢制造，热处理硬度4348HRC。8.5模架及其它零件的设计8.5.1上下模座本模具采用滑动导向后侧导柱模架。滑动导柱、导套都是圆柱形的，其加工方

28、便，可采用车床加工，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离15mm。而下模座底面与导柱底面的距离为5mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用R7/h5的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用R7/h5的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/h6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳淬硬5660HRC。导柱的直径、长度，按标准选取。导柱：d/mmL/mm分别为22150，32190；导套：d/mmL/mmDmm分别为228533，3210543 模座的的尺寸L/mmB/mm为160mm160mm,200mm200mm。模座的厚度应为凹模厚度的1.52倍,上模座的厚度为45（35），上垫板厚度取10，固定板厚度取20，下模座的厚度为50（40）mm。8.5.2模柄模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有：（1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。（2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。（3）带螺纹的