无凸缘圆筒形件冲压成形工艺及模具设计.doc

无凸缘圆筒形件冲压成形工艺及模具设计绪 论冲压使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工成为冷加工。冷冲压除部分冷挤和冷锻等体积冲压工序外，主要原料材料是板料（金属和非金属），因此，有“板料冲压”之称。在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，成为冲压模具。冲模在实现冲压加工中是必不可少的工艺设备，与冲压件是“一模一样”的关系，若没有符合要求的冲模，已不能生产出合格的冲压件；没有先进的冲模，先进的冲压成型工艺就无法实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成型工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。根据冷冲压材料变形的基本方式不同，冷冲压可分为冲裁、弯曲、引伸、冷挤、成型等几种基本工序。用于上述各工序的冷从模，分别称为冲裁模、弯曲模、引申模、冷挤模、成形模等。分析这些工序的特征，解决相应的特征，解决相应工序模具的设计问题，便是本课程的基本任务。对冷冲压的新工艺、模具的性技术及其新材料、模具寿命问题和自动送进能够料装置等，亦将作适当的分析。冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。生产的质检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。模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。但需要指出的是，由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属但见小批量生产，具有难加工、精度要求高、生产成本高的特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。由于冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中得到了广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位。板料冲压加工在国民经济制造行业中占有十分重要的地位,在机械、电子、汽车、航空、轻工业(如自行车、照相机、五金、日用器皿等生产)等领域有广泛的应用。由于冲压加工具有生产率高、生产成本低、操作简单、适合大批量生产等优点，在我国现代化建设中有着广阔的发展前景，因而需要大量的工程技术人员，国外发达国家对冲压加工技术的应用、研究和开发都比较重视。我国也非常重视冲压技术人才的培养，全国除了有几十所设有金属塑性加工专业外，还有为数众多的专科学校、职业技术学校培养冲压工艺与模具的各级各类技术人才。并且冲压是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。模具使大批量生产同行产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。冷冲压的推广和发展少、无且屑加工是提高机械加工、提高生产率的技术发展方向。介于模具是实现少、无切屑加工的重要工艺装备之一，因此，随着生产的高速度发展个冷冲压、精冲压、冷挤压、温（热）挤压、半液态挤压、旋压、爆炸成型等少、无且屑加工新工艺的推广使用，对模具的产量和质量提高到了很高的要求，许多企业因为模具影响来新工艺的应用，设置影响到产品试制或生产，以模具技术水平的先进与落后（主要表现在模具制造周期、使用寿命、模具制造精度及成本等四个方面）是能否多快、好、省的发展机电工业产品的关键，也是衡量工业发展程度的重要标志之一。“产品要发展，模具是关键”这一点，应该引起我们的足够重视。近年来，我国模具行业的广大工人、干部和技术人员，以实现四个现代化为奋斗目标，在模具结构、加工工艺新材料应用和模具使用等方面取得来可喜的成绩，为机电产品的生产和发展做出了贡献。当前各种模具设计和制造技术的发展主要趋势是：(1) 模具的设计与结构纲要与成型工艺的高速自动精密化相适应，即发展高效率、高寿命、高精度的模具；(2) 积极开展标准化工作，扩大标准件范围，推行模具典型组合结构，最大限度地缩减模具临时的设计和制造工作量。(3) 采用计算机辅助设计，提高设计质量，缩短设计周期。(4) 减少模具制造中的手工操作比例，采用计算机辅助制造模具，提高加工自动化程度，发展电工技术，发展反馈控制自动仿行机床，扩大数控铣床的应用。(5) 发展各类建议模具及建议模具的各类材料，以适应小批和试制的生产需要；(6) 发展高强度、高寿命及特殊性能的模具钢材；(7) 发展模具表面处理工艺，提高寿命。总的来说我国模具工业起步晚、基础差，就总量来看，大型、精密、复杂、长寿命模具产需矛盾仍然十分突出。为了进一步振兴模具工业，国家有关部门进一步部署，相信在政府的大力支持下，通过本行业和相关行业以及广大模具工作者的共同努力，我国模具工业水平必将大大提高，为国家经济建设做出更大的贡献。冲压模具设计与制造课程设计 1零件及其冲压工艺分析图 1-1 该零件为空心圆筒形件的拉深，形状简单对称，所有尺寸均为自由公差，对零件的厚度变化也没有要求。在满足工艺性要求时，进行大批量生产，一般采用拉深成形。圆筒形件的毛坯为圆形板料，可以通过落料获得。因此，该零件在满足冲压工艺性要求的前提下，采用的冲压工序是落料、拉深，可在最后再安排一道修边工序达到要求。该零件的外径为20，精度等级为IT14级，拉深工艺容易保证。该零件的圆角半径R2能满足拉深工艺对该处圆角的要求。R（23）t 上所述，该零件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺要求。在大批量生产时，可用冲压加工。冲压的基本工序是落料拉深。1.1 工艺计算由图可知，因为材料的厚度是0.5，所以： 零件的直径为 20 零件的高度为 10 圆角的半径为 2 料的厚度为 0.5 图1-21.2 毛坯尺寸的计算由于板料的厚度是0.5，故可直接但工件的尺寸计算，不必按中心线尺寸计算。因此：查实用冲压技术手册表4-410。可查得：修边余量1 则H1 依据圆筒形件拉深时的毛坯尺寸计算公式（式41）10为：将，代入上式中，即得毛坯的直径为： 1.3 拉深次数的确定1.3.1 确定是否用压边圈因 由冲压模具设计与制造表4.4.43可查得：可以不用压边圈，但是为了保险起见，首次拉深仍采用压料圈。采用压料圈后，首次拉深可以选择较小的拉深系数，有利于减少拉深次数。查表4.4.35可得极限拉深系数：0.500.53 取 0.530.750.76 取 0.76零件所需的拉深系数：所以该零件能一次拉深成形。2 工艺方案的确定根据以上分析，冲压该零件可能有以下三种方案：方案一：先落料，后拉深。采用单工序模生产。单工序模易于制造和维修，模具在冲床上安装时，调整间隙的均匀度困难，凸模与凹模的相对正确位置只能靠冲床导轨与滑块的配合精度来保证，因此模具的导向精度低，使用安全性差，不是与薄板料的冲裁。虽然模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求方案二：落料拉深复合模。采用复合模生产。调料在复合模中进行冲裁时，一次定位就可以完成冲裁件的内外形尺寸，故制件的内外形的位置尺寸精度高，生产效率高、生产效率高，适合位置精度高、生产批量大的制件选用。但这种模具结构复杂，制造困难、周期长，当制件内外形尺寸像差较小时也不宜选用复合模。复合模结构上的特点是具有既是落料凸模又是冲孔凹模的所谓凸凹模。利用复合模能够在模具的同一部位上同时完成制件的落料和冲孔工序，从未而保证冲裁件的内孔与外援的相对位置精度和平整性、生产效率高；而且条料的定位精度比连续模低，模具轮廓尺寸也比连续模小。但是，模具结构复杂，不易制造，成本高，适合于大批量的生产。而且只需一副模具，生产效率高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难方案三：拉深级进冲压。采用级进模生产。压力机一次冲程中，在模具不同部位上同时完成数道冲裁工序的模具，称为连续模。使用连续模可以减少模具和设备数量，提高生产效率，而且容易实现生产自动化。但连续模比简单模制造复杂，成本也高。虽然只需一副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便。 通过对上述方案的分析比较，该件若能一次拉深，则其冲压采用方案二为佳9。3 主要工艺参数的计算 3.1 毛坯尺寸的计算根据表面积相等原则，有解析法求该零件的毛坯直径D。已求得D 3.2 排样及相关尺寸的计算 根据零件的工艺性的要求，采用有废料直排的排样方式，排样图3-3所示如下：3.2.1 冲裁件面积的计算 3.2.2 板料厚度是0.5 ，则表2.5.2可查得 工件间的搭边值： 1.2 侧面间的搭边值： 1.5 条料与导料板的间隙： 0.5 因此条料宽度的值如下： 3.2.3 步距3 3.2.4 一个步距内材料的利用率33.2.5 成形次数的确定由前所述，零件可一次拉深成形，所以采用落料拉深复合模。 3.3 冲压工序压力的计算3.3.1 计算压边力由表4.243确定压边力的计算：式中， ， ，由表4.25查得:。把各已知数据代入上式，得压力为：3.3.2 计算压边力查表4.173计算拉深力已知，由表4.18查得，。代入上式得 N3.3.3 计算冲裁力3已知， ，代入上式为3.3.4 综合以上计算可得总的冲压力 N 故 N 因该副模具采用的是正装的复合模，固定卸料与推件。3.3.5 选用冲压设备设备类型选择的主要依据是所完成的从压工序性质、生产批量、冲压件的尺寸及精度要求、现有设备条件等。中小型冲压件主要选用开式单柱（或双柱）的机械压力机；大、中型冲压件多选用双柱闭式的机械压力机。根据冲压工序可分别选用通用压力机、专用压力机（挤压压力机、精压力、双动拉伸压力机等）；大批量生产时，可选用高速压力机或多工位自动压力机；小批量生产，尤其大型后半零件的成行时，可采用液压机。压力机技术参数选择主要依据是冲压件尺寸、变形力大小及模具尺寸，并进行必要效核。压力机的行程，必须保证成型备料能够放入、成型零件能够取出。压力机的装模空间必须与冲模总体结构尺寸相适应。压力机工作台面的尺寸应大于模具的总体平面尺寸，并留有安装固定的余地。压力机的装模高度货币和高度应与模具的闭合（封闭）高度相适应。模具与压力机相关的尺寸以在以上算出来。冲模的闭合高度是指指模具工作形成终了时，上模座的上平面只小木做得下平面之间的距离。而压力机装模高度是指压力机滑块在下止点时，滑块下平面之垫板上平面之间的距离。封闭高度和装模高度相差一个垫板厚度。没有垫板的压力机，其封闭高度与装模高度相等。冲模的封闭高度必须在压力机的最大装模高度和最小装模高度之间。一般取：式中： 压力机最大封闭高度（）； 压力机最小封闭高度（）； 冲模的封闭高度（）； 垫板高度（）。根据冲压工艺力计算结果并结合工件高度，初选开式双柱可倾压力机。其参数如下： 公称压力： 25 吨 滑块行程： 65 行程次数： 120次 最大闭合高度： 220毫米 连杆的调节长度： 45毫米 工作台前后×左右： 300×450毫米 电动机的功率： 1.5千瓦4 模具工作部分尺寸的计算4.1 拉深模的间隙由表查得拉深模的单边间隙为 则拉深模的间隙 4.2 拉深模的圆角半径凹模的圆角半径按表选取， 。4.3 凸凹模工作部分的尺寸和公差由于共建要求内形尺寸，则以凹模为设计基准。土木尺寸的计算见表。将模具公差按级选取，则 。把 ， ， 代入上式，则凹模尺寸为间隙取在凸模上，则凸模的尺寸按表计算，即把 ， ， ， 代入上式，则凸模尺寸为 4.4 确定凸模的通气孔由表4.323查得，凸模的通气孔直径为5。5 计算成型部件的尺寸5.1 冲裁凸、凹模刃口尺寸的计算由图可知，该零件属于无特殊要求的一般落料件。外形尺寸34根据表查得其公差为， 。 由表查的：Zmax0.03 Zmin0.02ZmaxZmin0.030.020.01 由标准公差表查得： 工件尺寸34，公差等级为IT14级。由此可得到：取x0.5。 设凸、凹模按IT6和IT7级加工制造, 则查表2.4. 14可得:：0.03，0.02。（ = 校核 0.0160.0250.0410.01。（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小 、，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内。由此可取：0.4(ZmaxZmax) 0.4×0.010.0040.6(ZmaxZmax) 0.6×0.010.006 6 模具的总体设计6.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，为提高生产率，降低模具的制造难度，减少制造成本，常用落料拉深复合模，但要求落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚不能过薄，否则强度不够，此设计中凸凹模的壁厚为：由板料厚度t=0.5，可查的凹模的最小壁厚a=1.6，最小直径D=15。因此能保证其足够的强度，采用复合模是合理的。6.2 定位方式的选择为了保证模具正常工作并冲出合格的制件，要求在送进的平面内，毛坯（块料、条料）相对于模具的工作零件处于正确的位置。毛坯在模具中的定位有两方面内容：一是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向；二是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。因为该模具使用的是条料，所以导料采用导料板。送进步距的控制采用挡料销。6.3 卸料、出件方式由于拉深深度不能太大，材料较薄，因此可采用落料正装式，拉深倒装式，模座下安装铰冲器，兼作压力与冲件装置，另设有弹性卸料和刚性推件装置模具采用固定卸料，刚性打件，并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。6.4 连接与固定零件的选择冲模的连接与固定零件大都以标准化了，设计时查阅模具零件手册选用7。6.4.4 模柄模柄又称为模把。通过它将上模与冲床的滑块连在一起。模柄的结构形式有：通用模柄；压入式模柄，与上模板压入时H7/h6配合，模柄装入后要与上模板一起平顶面，并与模柄轴线有良好的垂直度；螺旋式模柄，它具有拆卸方便，又不降低上模板强度等优点，但这种模柄轴线与上模板垂直度较差；根据以上模柄的特点，应选择压入式模柄。6.4.2 垫板 垫板的作用是直接承受和扩散凸模传来的压力，以减少上模板所承受的单位压力，保护凸模顶端面的上模板面不被凸模顶端压陷，冲模是否加垫板，要根据上模板单位承压力的大小确定。6.5导向方式的选择该副模具可以选用的导柱有后侧的导柱和中间导柱，后侧导柱一般应用于公差等级要求不高的情况下。但是由于导柱在一侧，冲压时容易产生偏心力矩，使模具偏斜，影响模具寿命和工件的质量。而中间导柱应用于公差等级要求高的场合。因为工件的公差等级要求一般，且工件较小，对工件的质量无特殊要求。所以考虑到装模力使模具采用后侧布置导柱导套模架。7 主要零部件设计7.1 工作零件的结构设计为了实现先落料后拉深，模具装配后，使拉深凸模的端面比落料凹模端面低。图7-1所示为拉深凸模，其长度可按下式计算：式中：凸模固定板的厚度，； 凹模固定板的厚度，； 装配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根据板厚大小，决定；凸凹模因为型孔较多，为了防止淬火变形，除了采用工作部分局部淬火（硬度5862HRC）外，材料也用淬火变形小的模具钢。7.2 其他零部件的设计与选用7.2.1 弹性元件的设计顶件板在成形过程中一方面起压边作用，另一方面还可以将成形后在拉深凸模上的工件卸下，其压力由标准缓冲器提供。7.3.2 模架及其他零部件的选用模具选用中间导柱标准模架，可承受较大的冲压力。导柱，导套分别为206532。上模座厚度取25，即=25；上模垫板厚度取10，即=10；弹性卸料板厚度取10，即=10；下固定板厚度取10，即=10；下模垫板厚度取10，即=10；下模座板厚度取30，即=10；模具闭合高度： = + = （2.5+10+36+20+10+10+3015）=126；式中： 凸、凹模的高度，=36； 凹模的厚度，=20； 凸、凹模进入落料凹模的深度，=15；可见该模具闭合高度小于所选压力机的最大装模高度（170），可以使用。8 模具总装图由以上设计，画出模具总装图（如图8-1所示），为了实现落料，后拉深，应保证模具装配后拉深凸模的端面比落料凹模端面低3。模具工作过程：将条料送入弹性卸料板12下长条形槽中，平放在凹模面上，并靠着槽的一侧，压力机滑块带着上模下行，凸凹模9下表面首先接触条料，并与压边圈14一起压住条料，先落料，后拉深。当拉深结束后，上模回程，落料后的条料弹性卸料板12从凸凹模上卸下，拉深成形的工件由压力机上活动横梁通过推件块5从凸凹模中刚性打下，用手工将工件取走后，将条料往前送进一个步骤，进行下一个工件的生产。9 工作零件的加工工艺本副模具工作零件都是旋转体，形状比较简单，加工主要采用车削。9.1 凸模加工工艺过程圆形凸模加工比较简单，热处理前毛坯经车削加工，配合面留有适当磨削余量；热处理后，经外圆磨削即可达到技术要求。9.1.1 凹模加工工艺过程热处理前可采用钻、铰（镗）等方法进行粗加工和半精加工。热处理后型孔可通过研磨或内圆磨削精加工。9.1.2 凸凹模工作型面的机械加工方法凸凹模零件一般由两部分组成，即工作部分（用于冲压工件）和非工作部分（用于装配和连接等），非工作部分可采用普通机械加工方法，如车、铣、刨、磨、钳 等。工作部分由于形状结构复杂，经热处理后硬度高等原因，热处理之前采用车、铣、刨、磨等进行粗加工或半精加工，热处理之后再进行精加工9。 10 模具的装配本模具的装配选择凸、凹模为基准件，先装上模，再装下模。具体装配过程如下：10.1装配下模部分10.1.1 在已装配凹模的固定板上面安装定位板将已经装好凹模、定位板的固定板置于下模座上，找正中心位置，用平行夹头夹紧，依靠固定板的螺钉孔在钻床上对下模座预钻螺纹孔锥窝。拆开固定。按已经预钻的锥窝钻螺纹底孔并攻螺纹，再将凹模固定板重新置于下模座上找正位置，用螺钉紧固，钻、铰定位销孔，装入定位销8。10.2装配上模部分 （1）将卸料板套装在凸凹模上，两者之间垫入适当高度的等高垫铁，用平行夹头夹紧。以卸料板上的螺孔定位，在上垫板上钻出锥窝。 （2）将已装入卸料板的凸凹模插入凹模孔中，在凹模和卸料板之间放等高垫铁，并将垫板置于固定板上，再装上上模座。用平行夹头夹紧上模座和卸料板，以卸料板上的孔定位，在上模座上钻锥窝。然后拆开以锥窝定位钻孔后，用螺钉将上模座、垫板、卸料板连接并稍加紧固。 （3）调整凸、凹模的间隙将已装好的上模部分套装在导柱上，调整位置使凸凹模插入凹模孔中，根据配合间隙采用前述调整配合间隙的适当方法，对凸、凹莫间隙调整均匀。并以纸片作材料进行试冲。如果纸样轮廓整齐、无毛刺或周边毛刺均匀，说明配合间隙均匀。如果只有局部有毛刺，说明配合间隙不均匀，需重新调整均匀为止。（4）配合间隙调整好，将凸凹模卸料板螺钉紧固。钻铰定位销孔，宾杆状定位销定位10。 （5）在橡胶圈的作用下卸料板处于最低位置时，凸凹模下端应比卸料板下沿短0.5，并上下灵活运动。10.3 冲裁模具的试冲 模具装配以后，必须在生产条件下进行试冲。通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因以利改正。并能够对模具进行适当的调整和修理，直到模具正常工作冲出合格之间为止。 冲裁模具经试冲合格后，应在模具模座正面打刻编号、冲模图号、制件号、使用压力机型号、制造日期等。并涂油防锈后经检验合格入库。结 论本课程设计是我们进行完了三年的模具设计与制造专业课程后进行的，它是对我们三年来所学课程的又一次深入、系统的综合性的复习，也是一次理论联系实践的训练。它在我们的学习中占有重要的地位。通过这次毕业设计使我再复习老知识的同时学到了许多新知识，对一些原来一知半解的理论也有了进一步的的认识。特别是原来所学的一些专业基础课：如机械制图、模具材料、公差配合与技术测量、冷冲模具设计与制造等有了更深刻的理解，使我进一步的了解了怎样将这些知识运用到实际的设计中。同时还使我更清楚了模具设计过程中要考虑的问题，如怎样使制造的模具既能满足使用要求又不浪费材料，保证工件的经济性，加工工艺的合理性。在设计的过程中通过冲压手册、模具制造简明手册、模具标准应用手册等队要设计的问题进行查询，我了解了通过更多的途径去了解我要做的设计，使设计更具合理性。也使我学会了设计过程中对资料的查询和运用。通过对落料拉深模的设计，使我对拉深模有了深刻的认识，特别是这种带有落料拉深复合模具的设计。在模具的设计过程中也遇到了一些难以处理的问题，虽然设计中对它们做出了解决 ，但还是感觉这些方案中还是不能尽如人意，如压力计算时的公式的选用、凸凹模间隙的计算、卸件机构选用等。 一个多月断断续续的设计与研究，修改再修改，终于可以暂时画上个句号，但由于缺乏实践经验，对一些零部件的设计以及相关尺寸的计算，压力计的选用等方面还存在很多疑惑，难免有疏漏之处，恳请老师给予指正。致 谢本次设计是一次学期总结，也是对所学专业的总结。收笔之余，首先感谢专业老师的指导，特别是毕业设计指导老师原老师，在她的指点和教诲下，我顺利完成了设计。随着毕业设计的结束，大学三年学习也将画上句号，此时此刻心情复杂。三年来作为学生，当然最重要的任务就是学习，尤其要重视专业课的学习，没有过硬的知识在将来人才的竞争中就要成为弱者。通过这三年的学习，我已经彻底的适应了大学这种“师傅领进门，修行在个人”的教学方式。我觉得这种方式非常好，让我们在得到老师正确指导的同时，还可以自己安排时间进行自学，让我们懂得应该抓紧时间充实自己，尽量多学一些东西。给了我们充分的学习自由，在也不会机械的“填鸭”了，让我们多了许多可以充实自己的时间。我认为学问未必全在书本上，很多知识都需要自己的探索，在探索中掌握，所以我认为别管做什么都要靠自己独立完成，这样才能好的锻炼自己。就本次设计，基本上是自己独立完成，在图书馆的来回奔波中，使我体会到时间的紧迫。通过自己的努力，毕业设计也圆满结束，不管结果如何，拿着自己的劳动成果，心中有一种成就感，我知道这当然离不开老师们的谆谆教导。这次设计不但是对所学知识的巩固和演练，也为以后的事业打下一定基础，受益匪浅！参考文献 钟毓斌.冲压工艺与模具设计.机械工业出版社 翁其金.冷冲压与塑料成型.机械工业出版社 冲压模具设计编写组.冲压模具设计手册.机械工业出版社 任嘉卉.公差与配合手册.机械工业出版社 刘建超，张宝忠.冲压模具设计与制造.高等教育出版社 王秀凤，万良辉.冷冲压模具设计与制造.北京航空大学出版 史铁粮.模具零件设计手册.机械工业出版社 杨玉英,崔令江.实用冲压工艺及模具设计手册.机械工业出版社 吴伯杰冲压工艺及模具.电子工业出版社 许发樾实用冲压技术手册机械工业出版社