冷冲模课程设计说明书带底孔的宽凸缘筒形件工艺分析与模具设计Word格式.docx

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2.2.1产品材料成形性能分析·

.4

2.2.2产品结构工艺性分析·

4

2.2.3产品拉深尺寸精度·

5

第3章工艺方案及工艺卡片制定·

6

3.1冲压工艺方案分析与确定·

3.2工艺卡片设计·

7

第4章工艺计算·

8

4.1计算毛柸尺寸·

4.2排样·

4.2.1搭边·

9

4.2.2条料宽度·

4.2.3材料利用率·

4.3拉深工序尺寸计算·

10

4.3.1拉深系数及拉深次数的确定·

4.3.2工件凸缘性质确定·

4.3.3确定各工序的圆角半径·

4.3.4确定各次拉深高度·

4.4力的计算·

4.5计算模具压力中心·

11

第5章复合模结构的确定·

12

5.1模具的典型结构·

5.2定位装置·

13

5.3.工件的卸除·

5.4导向零件·

5.5模架·

第6章模具工作零部件的设计·

14

6.1凹模的设计·

6.2凸凹模的设计·

6.3.定位圈的设计·

15

第7章模具主要零件加工工艺规程·

16

7.1垫板·

16

7.2凸凹模固定板·

7.3凸凹模·

7.4凹模·

7.5凸模·

结束语·

17

参考文献·

18

第1章概论

1.1冲压设计概论

随着冲压技术的不断进步和冲压生产的迅速发展，对冲压设计工作提出了愈来愈高的要求。

冲压设计是一项技术性很强的工作，其设计过程是实质上是再创造的的劳动过程。

冲压设计质量的优劣，不仅直接影响冲压产品的质量、成本及生产效率，而且也影响着冲压生产的组织与管理。

因此，冲压设计工作不仅要求设计人员具有较好的理论基础、丰富的实践经验、熟练的设计技能和认真负责的态度，而且还要求设计人员能在不断积累总结设计经验的基础上，及时获取最新的科学技术知识，尽快掌握现代化的设计手段。

只有这样，冲压设计工作才能适应工业生产迅速发展的需要。

1.2冲压设计的基本内容

冲压设计包括工艺设计和模具设计两方面内容。

冲压工艺设计是针对给定的产品图样，根据其生产批量的大小、冲压设备的类型规格、模具制造能力及工人技术水平等具体生产条件，从对产品零件图的冲压工艺分析入手，经过必要的工艺计算，制定出合理的工艺方案，最后编写出冲压工艺卡片的综合性的分析、计算、设计过程。

冲压模具设计则是依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛柸的定位、出件、废料排除诸问题以及模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素后，构思出与冲压设备相适应的模具总体结构，然后绘制出模具总体装配图和所有非标准零件图的整个绘图设计过程。

1.3冲压设计的一般工作程序

在实际生产中，冲压件的形状、尺寸及其精度要求各异，且具体生产条件也不尽相同，这常给开始从事冲压设计的人员带来一定困难。

从另一方面看，只要遵循冲压变形的基本规律，搞清楚冲压基本工序的各自变形特点，尽管冲压件的形状、尺寸及精度要求不同，冲压设计的基本原则与方法则还是大同小异的。

一般情况下按以下工作程序进行：

（1）搜集冲压设计必要的原始资料；

（2）分析产品零件图的冲压工艺性；

（3）确定冲压工艺方案；

（4）确定模具类型；

（5）选择冲压设备；

（6）编写冲压工艺过程卡；

（7）重新审查产品零件图和冲压工艺过程卡；

（8）进行模具的总体设计；

（9）进行模具的主要零部件设计；

（10）绘制模具总装配图和零件图；

（11）校核模具图样；

（12）编写模具设计计算说明书。

第2章产品工艺分析

2.1产品冲裁工艺分析

制件名称：

口盖

料厚：

1mm

材料：

LY12M

零件技术要求：

1．制件表面不得有擦伤划痕；

2．料厚1mm。

零件图如图2.1所示

图2.1口盖形件

2.1.1产品结构形状分析

由图2.1可知，产品为圆形落料、拉深的筒形件。

产品形状结构比较简单，且对称，无狭槽、尖角；

且带加强筋的筒形件的中间半圆形尺寸满足冲压要求。

2.1.2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析

2.1.2.1尺寸精度

任务书对冲件的技术要求为制件表面不得有划伤，无其它特殊要求，故定为IT14级。

查《冲模设计基础》得，冲件上各尺寸公差值，并标注如上图。

2.1.2.2冲裁件断面质量

因为一般用普通冲裁方式冲1～2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.5～3.2

，毛刺允许高度为0.05～0.1mm；

本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。

2.1.2.3产品材料分析

对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。

本设计的产品材料为08Al，属优质有色金属材料，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。

另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。

经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。

2.1.2.4产量要求

零件图中无产量要求，但考虑到此零件可能被用于标准件，故初步定为中等批量生产。

适合中等批量生产的冲压加工方法，最好采用复合模或连续模。

2.2产品拉深工艺分析

拉深是利用拉深模将板料冲压成各种空心件的一种加工方法，是冲压生产中最广泛的工序之一。

拉深成形时主要考虑的问题是，位于凸缘部分的材料因切向压缩极易起皱，位于凸模圆角区的材料因受到径向强烈拉伸而严重变薄，甚至断裂。

材料的种类、零件的结构形状、模具结构及工作部分的表面质量对拉深成形能否顺利进行都有重要的影响。

2.2.1产品材料成型性能分析

本设计的产品材料为LY12M，具有良好的塑性，较大的应变强化指数及较小的屈强比，在以拉深为主的凸模圆角区不易产生局部集中变形，有利于延缓危险断面过度变薄或发生破裂。

2.2.2产品结构工艺性分析

2.2.2.1拉深件的圆角半径要求

拉深件底部圆角半径应满足

，一般取

；

凸缘圆角半径

。

本次课程设计，如图2.1示：

rd=5mm，满足要求，故拉深后不再增加整形工序。

2.2.2.2

拉深件各部分尺寸比例要适当，拉深件高度不宜太大，一般控制在

其中，h为拉深件高度，d为拉深件直径。

本次课程设计：

h=17mm，d=38mm满足

即工件满足尺寸比例要求

综上可知，产品的结构形状简单、对称，无急剧的外形变化，拉伸高度小于筒形半径，无过小圆角半径且凸缘宽度适当，整体上各部分尺寸比例适当。

2.2.3产品拉深尺寸精度

拉深件的径向尺寸精度一般不高于IT13级，本产品无过高尺寸精度要求，故成形后不需增加校形工序。

第3章工艺方案及工艺卡片确定

3.1冲压工艺方案分析与确定

该零件所需的冲压工序为：

落料，拉深，冲孔，修边。

可拟定以下三套工艺方案：

方案一：

用简单的模具，即为三套简单的模具分别完成落料、拉深和冲孔修边三个工序。

方案二：

用复合模，即用一套复合模完成落料、拉深、冲孔、修边三个工具。

方案三：

用复合模和简单模具相结合，即用一套复合模完成落料和拉深，一套完成拉深冲孔。

用一套简单模具完成修边工序。

分析比较几套方案的优缺点：

模具结构简单，模具的制造加工和装配较为容易，并且修模容易，但是由于采用四套模具造成制件的累计误差较大，而且需要投入的人力较多，操作复杂，成本高且效率低，不适合大批量生产。

复合模，模具结构复杂，模具的生产制造和装配较为苦难，更主要的是由于结构复杂，因而导致修模较为困难，并且复合模具较为笨重，但是复合模生产的产品精度高，适合制件精度要求较高的大批量生产，生产率很高，并且操作方便，节省劳动力。

两套模具相结合的方案，将简单与复合模具的优点集中在一起很好的克服了简单模具生产精度低，操作困难，复合模的生产制造和修模困难的缺点，实现了高效率，高精度，简单操作的大批量生产。

综上所述，选取方案三，复合模与简单模具相结合，复合模完成落料冲

孔，简单拉深模实现对矩形件的拉深工序。

3.2工艺卡片设计

根据以上工艺方案分析，绘制工艺卡片如图3.1：

图3.1工艺卡片

第4章工艺计算

4.1计算毛坯尺寸

查《冲压手册》表4-5,dp/d=70/38=1.8

查《冲压手册》知：

修边余量δ=3

故实际外径为

d=

+2

=70+2*2.65=76

按《冲压手册》表4-7中序号（20）所列公式计算毛坯直径

式（4.1）

=87.8mm取88mm

4.2排样

零件外形为圆形，可以采用单排、交叉双排或多排；

考虑到零件为中等批量生产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用单排结构。

如图4.2所示。

图4.1排样图

4.2.1搭边

查《冷冲压模具设计与制造》表2.8，确定搭边值a、a1。

当t=1时，a=1.5，a1=1.5

4.2.2条料宽度

B=D+2a=88+2*1.5=91mm式（4.2）

4.2.3材料利用率

式（4.3）

式中

—一个歩距内冲裁件数目；

A——冲裁件面积（包括内形结构废料）；

C——歩距长度；

B——板料宽度；

取n=1；

C=121.5；

B=123

A=0.25×

3.14×

882=6079.4mm2

η=1×

6079.4/（89.5×

91）=75%

4.3拉深工序尺寸计算

4.3.1拉深系数及拉深次数的确定

工件总的拉深相对高度：

H/d=17/38=0.44式（4.4）

工件总的拉深系数：

m=d/D=38/88=0.43式（4.5）

由df/d=87/59=1.475和t/D*100=1.13

查《冲压手册》表4-20得第一次拉深时的最大相对高度h1/d1=0.51

表4-21得第一次拉深事的极限系数m=0.44

因为

，m总

故制件一次拉深不出来。

查《冲压手册》表4-15知[m1]=0.55,[m2]=0.78,

d1=m1*D=48.4式（4.6）

D2=m2*d1=37.9＜38式（4.8）

故需要2次拉深。

4.3.2工件凸缘性质确定

由凸缘的相对直径，dp/d=70/38=1.8＞1.4属于宽凸缘拉深件。

4.3.3确定各工序的圆角半径

查《冲压手册》表4-78得：

rd1=6rp1=6;

rd2=5rp2=5

4.3.4确定各次拉深高度

由《冲压手册》表4-19有关公式：

1.首次拉深:

h1=0.25/d1（D*D-d*d）+0.43（r1+r2）+0.14/d1（r2*r2-r1*r1）式（4.9）

=10.5

2.二次拉深:

h2=0.25/d1（D*D-d*d）+0.43（r2+r3）+0.14/d2（r3*r3-r2*r2）式（4.10）

=17

4.4力的计算

（1）计算拉伸力

带法兰圆筒形件的拉深力p=3.14Kfd1t

式（4.12）

第一次拉深时df/d1=115/85.68=1.15m1=0.55Kf=1

由设计手册可查的

=280MPa代入上式得P1=64.2KN

第二次拉深时K2=0.88代入上式得P2=55KN

（2）压边力计算

式（4.13）

带入数值得Q1=24.6KNQ2=5.8KNQ3=2.2KN

（3）冲裁力计算

F=1.3Lt

由设计手册可查的

=280MPa

则剪切修边力=64.4KN

落料力=105KN

冲孔力=13.7KN

根据F压≥（1.6~1.8）F总=（64~85.4）KN来估算公称压力选取压力机，因制件为小型冲裁件，采用开式压力机，虽然它的刚度差，但它具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装附属设备和成本低的特点。

故选J23-16压力机

4.5计算模具压力中心

由于该零件完全对称，所以模具的压力中心在几何图形的中心上。

第5章复合模结构的确定

5.1模具的典型结构

图5.1拉深冲孔复合模具结构

图5.1所示为单冲床上使用的拉深冲孔复合模。

工作时，将拉深的制件放入定位凹圈上。

依靠其定好位置。

上模下行时，由凸模将拉深制件顶住，成形凹模下行并将制件压住。

随后进行成形。

此时，凹模通过上模座紧紧地压住了毛坯拉深制件，防止成形时起皱。

上模回程时，上面的带肩推杆定距将工件从定位凹模上顶出，直到带肩推杆停止，最后将制件从定位凹模上推出。

该模具采用的有推杆等组成的卸料装置，直接装在模具上。

5.2定位装置

采用固定式凹模横向定位，采用过盈配合，安装在下模座上；

螺钉纵向紧固。

5.3工件的卸除

采用带肩推杆将工件从凹模上顶出，落在模具工作表面上。

5.4导向零件

导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便，而且阻挡操作者视线，所以不采用；

若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；

针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。

而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本

5.5模架

若采用对角导柱模架，则受力平衡，滑动平稳。

若采用后侧导柱模架若采用后侧导柱模架，可三方向送料，操作者视线不被阻挡，但结构比较大，须要的料多。

若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，便于取制件，机构紧凑。

本设计决定采用中间导

第6章模具工作零部件的设计

6.1凹模的设计

如下图6.1可得凹模的结构尺寸

图6.1凹模图

6.2凸凹模的设计

如下图6.2可得凸模的结构尺寸

图6.2凸凹模图

6.3.定位圈的设计

如下图6.3可得定位圈的结构

图6.3定位圈图

第7章模具主要零件加工工艺规程

7.1垫板

（1）备料

（2）锻造（3）退火4）刨铣六个面（6）磨六个面（7）划线／作孔及销孔（8）热处理：

HRC43~48（9）退磁处理后研磨（10）检验

7.2凸凹模固定板

（1）备料

（2）锻造（3）退火（4）刨铣六个面（6）磨上下面（7）划线／作螺纹孔及销孔（8）凸凹模固定孔和外轮廓粗加工：

粗铣（9）凸凹模固定孔：

精铣（10）热处理：

HRC35~40（11）退磁处理后研磨（12）检验

7.3凸凹模

（1）备料

（2）锻造（3）退火（4）刨铣六个面（6）磨上下面（7）划线（8）型孔和外轮廓粗加工：

粗铣（9）工作部分型孔和外轮廓：

精铣（10）热处理：

HRC56~60（11）退磁处理后研磨（12）检验

7.4凹模

（1）备料

（2）锻造（3）退火（4）刨铣六个面（6）磨上下面（7）划线／作螺纹孔及销孔（8）型孔和外轮廓粗加工：

粗铣（9）工作部分型孔：

精铣

（10）热处理：

HRC60~62（11）退磁处理后研磨（12）检验

7.5凸模

（1）备料：

棒材

（2）铣上下两端面（3）磨上下两面（4）车削加工（5）热处理：

HRC60~62（6）退磁处理后研磨（7）检验

结束语

本次冷冲压模具课程设计，带凸缘的筒形综合考虑采用这种方法加工的工件外观乎整、无毛刺、产品质量较高，而且大大件零件冲压工艺分析与模具设计，分为落料，拉深，冲孔，修边等几个工序。

提高了生产效率。

而且这个制件的设计大多查阅资料设计并手工绘制装配图和零件图。

从零件的材料来看，此件可以大批量生产，产生的废料也不多。

参考文献

1.王秀凤，冷冲压模具设计与制造（第2版），北京：

北京航空航天大学出版社，2008.7

2.冲模设计手册/《冲模设计手册》编写组编著，北京：

机械工业出版社，1996.6

3.江维建，冷冲压模具设计，广州：

华南理工大学出版社，2005.7

4.刘占军，多工位级进模设计及实例精解，北京：

化学工业出版社，2009.2

5.田嘉生，冲模设计基础，北京：

航空工业出版社，1994.9

6.李名望，冲压模具设计与制造技术指南，北京：

化学工业出版社，2008.6

7.林承全，冲压模具课程设计指导与范例，北京：

化学工业出版社，2008.1

8.周玲，冲模设计实例详解，北京：

化学工业出版社，2007.1