圆形锁扣冲压工艺及模具设计.docx

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圆形锁扣冲压工艺及模具设计

湖北汽车工业学院科技学院毕业设计（论文）

课题名称：

圆形锁扣冲压工艺及模具设计

摘要

本课题内容是针对产品，对零件进行工艺分析；分析得出合理工艺方案，选择合理的模具结构，完成装配图和零件图的设计，最后还针对模具零部件及压力机的校核。

课题要求完成一套冲模设计，经工艺分析后确定此次设计包括落料拉深、反拉深、冲孔、翻边四套模具。

关键词：

，拉深，翻边，模具设计

Abstract

Thesubjectcontentisforproducts,Againstpartsforprocessanalysis;analysisprocesscometoareasonablesolution,chooseareasonablemoldstructure,assemblydrawingsandpartdrawingstocompletethedesign,andfinallyagainstthemoldpartsandpresscheck.Emphasisispartdrawingsmustbethree-dimensionaldesignsoftware,theuseofCADsoftwaretodrawassemblydrawing.Requiredtocompleteataskdiedesign,processanalysisafterdeterminingthedesignincludesblanking,drawing,anti-drawing,punching,flangingfivesetsofmolds.Themolddesignfollowstheprinciplesofhighproductivity,lowcostandmultipleuseofthemoldframe.

Keywords:

blanking,drawing,punching,flanging,molddesign

第一章概论…………………………………………………………………………1

1.1课题内容、来源及意义……………………………………………………1

1.2冲压工艺及模具设计的发展………………………………………………1

1.2.1冲压工艺及模具设计的发展…………………………………………1

1.2.2冲压模具设计技术发展趋势…………………………………………2

1.2.3冲压工艺在汽车工业中的应用………………………………………3

第2章冷冲压工艺过程设计………………………………………………………4

2.1零件的工艺性分析…………………………………………………………4

2.1.1零件结构分析…………………………………………………………4

2.1.2零件工艺分析…………………………………………………………5

2.2工艺方案的确定……………………………………………………………6

2.2.1产品制造工艺方案应满足的要求……………………………………6

2.2.2确定工艺方案所考虑的问题…………………………………………6

2.2.3预定工艺方案…………………………………………………………8

2.2.4预定工艺方案分析比较及工艺方案的确定…………………………9

2.2.5拉伸件与拉伸模具常见的问题………………………………………9

2.2.6（冲孔）模具带料问题………………………………………………9

2.3工艺分析计算………………………………………………………………10

2.3.1毛坯尺寸计算………………………………………………………10

2.3.2压力计算……………………………………………………………11

2.3.3模具工作部分尺寸计算……………………………………………12

第3章冷冲压模具设计…………………………………………………………17

3.1反拉深模……………………………………………………………………17

3.1.1模具结构………………………………………………………………17

3.1.2零件结构………………………………………………………………19

3.1.3压力机的选用及校核…………………………………………………21

3.2翻边模………………………………………………………………………23

3.2.1模具结构……………………………………………………………24

3.2.2零件结构……………………………………………………………24

3.2.3压力机的选用及校核………………………………………………25

毕业总结……………………………………………………………………………26

致谢…………………………………………………………………………………27

参考文献……………………………………………………………………………28

第一章绪论

1.1课题内容、来源及意义

本次研究的课题名称是圆形锁扣成形模具，如图所示。

该零件很常用的冲压零件，因此对该课题进行设计研究是必要的，它源于实际生产活动的需求，并且零件最终成形后也将被投入到实际生产中使用，为社会带来经济效益。

如图1-1所示

图1-1零件图

1.2冲压工艺及模具设计的发展

1.2.1国内外模具工业的现状概述

国外，特别是欧美和日韩等发达地区的模具工业起步较早，拥有比较先进的生产管理技术及经验，值得我们国内模具行业学习和借鉴。

在欧美，许多模具企业将高新技术应用于模具的设计和制造，主要体现在：

（1）充分发挥了信息技术带动和提升模具工业的优越性；

（2）高速切削、五轴高速加工技术基本普及，大大缩减制模周期，提高企业的市场竞争力；

（3）快速成形技术和快速制模技术得到普遍应用； 

（4）从事模具行业的人员精简，一专多能，一人多职，精益生产； 

（5）模具产品专业化，市场定位准确；

（6）采用先进的管理信息系统，实现集成化管理；

（7）工艺管理先进、标准化程度高。

日本模具加工的未来发展方向主要表现为无人手修模、无放电加工、加工时间缩短、 五轴加工等方面。

中国虽然在很早以前就制造模具和使用模具，但一直未形成产业。

由于长期以来模具制造一直作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方。

因此一直发展缓慢。

1984年成立了中国模具工业协会，1987年模具首次被列入机电产品目录。

随着中国改革开放的日益深入，市场经济进程的加快，模具及其标准件、配套件作为产品，制造生产的企业大量出现，模具产业得到快速发展。

在市场竞争中，企业的模具生产技术提高很快，规模不断发展，提高很快。

20世纪90年代以来，中国在汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD／CAM技术，开发了汽车车身与覆盖件模具CAD／CAM软件系统，在模具和设计制造中得到了实际应用，取得显著效益。

1.2.2冲压模具设计技术发展趋势

模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备，具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点，被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。

然而，与国际先进水平相比，中国的模具行业的差距不仅表现在精度差距大、交货周期长等方面，模具寿命也只有国际先进水平的50％左右，大型、精密、技术含量高的轿车覆盖件冲压模具和精密冲裁模具，每年都需要花费大量资金进口。

现今，冲压加工技术已发展成为了一种先进制造技术。

当然，冲压技术（分为分离加工和成形加工两大类）无论从理论上或实践上仍会不断向前发展。

1.2.3冲压工艺在汽车工业中的应用

当今汽车制造业已进入了发展新阶段，尤其是冲压技术的不断进步，在很大程度上对汽车制造质量和成本产生直接而重要的影响。

模块化冲压技术、新模具材料、特种冲压成形，尤其是计算机辅助技术极大促进了冲压技术的发展。

随着制造业、汽车工业全球化、网络化和虚拟化的不断深入，汽车冲压工艺技术和模具技术的发展已与先进制造技术、智能技术、电子信息及计算机集成技术等众多学科相互交叉、紧密结合。

汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。

如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等，都是经冲压成形技术，正向精密、多功能、高效节能、安全清洁的生产方向发展。

而汽车覆盖件又是汽车冲压件的关键部分。

所以，冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响。

汽车工业是国民经济的支柱产业，它的提高和发展，既受各行业的影响和制约，同时，反过来，汽车工业的发展，又必然会推动各行业的提高和发展。

由于汽车工业的发展，促进了深拉延钢、汽车大梁用钢、低合金高强度钢、型钢等钢种的产生和发展；由于汽车工业的需要，促进了大吨位压力机、双动压力机、多工位压力机和活动台面压力机的发展；由于汽车工业的发展，促进了实型铸造、刃口堆焊和CAD/CAM技术的应用和发展……由此可见，汽车工业的发展，是推动冲压技术的强大动力。

第2章冷冲压工艺过程设计

2.1零件的工艺性分析

2.1.1零件结构分析

产品零件为圆形锁扣。

其形状如图2-1所示：

图2-1零件图

该工件有两个圆桶形，一个直径36mm，高18mm，一个直径28mm，高12mm，中间以半径为2mm的圆弧面过渡，该零件壁厚为1mm，拉深时要注意起皱和拉裂。

2.1.2零件工艺分析

从图纸上制件的整体看，该制件是经过前面的拉深成形为深圆筒型件，要求用一种合理的冲压工艺来完成该深圆筒件底部孔的冲压，最后在进行拉深件底部内孔翻遍的工序。

从制件的结构形状上看，该制件的整体结构比较简单，属于较深的深圆卷筒型件，但是相对比较对称；

从材料上看，本制件使用的是08AL，属于汽车连接件用钢板，是优质碳素结构钢，具有良好的冷冲压成形性能，用于制造汽车覆盖件,连接件等。

其屈服强度不小于195MPa，抗拉强度为275~380MPa。

查询有关钢材特性手册可知，该材料具有良好的冲压性能，比较适合冲裁；

从制件的尺寸上看，该制件的冲压工艺要求在分别在板料的内外翻边和拉深出卷边来，比较复杂，但通过几道工序也可作出来，虽然会在冲压工作中有一些不便之处； 

从制件的精度要求上看，在制件的图纸上并没有对制件的尺寸精度有特殊标注，可以认为制件的全部尺寸为自由公差，可选择公差为IT14级，尺寸的精度要求不高。

综合以上几方面的考虑，该制件可采用普通的冲压工艺作出。

2.2工艺方案的确定

2.2.1产品制造工艺方案应满足的要求：

合理的制造工艺方案应满足以下要求：

（1）.制件所需的模具结构要简单，占用设备要少。

（2）.使用的模具寿命要高。

（3）.制出的工件应符合技术要求并且尺寸精度要高，表面质量要好。

（4）.尽可能采用生产机械化与自动化。

2.2.2确定工艺方案须考虑的问题

通过对零件图的初步分析和研究，在确定该工件的冷冲压方案时首先必须考虑以下几点：

（1）.工件要严格控制材料的减薄量和工件的动平衡性；板料成形性能主要受到材料本身塑性变形能力的限制，像圆孔翻边成形极限也是如此。

在翻边成形中孔边的变形程度最大，应力状态与单向拉伸应力状态近似。

如果翻边时翻边处有拉裂的现象可以增大凸模的圆角半径。

如图2-3：

图2-2零件在成形时的变形趋势

（2）.尽管自动化技术已用于制造各种薄板金属零件、模具和模具零件之中，但在这些工艺技术的应用主要还是依赖于人的经验和判断。

之所以如此是由于与板料加工相关的可变因素非常多，而且这些因素的相互作用极为复杂，所有这些因素（如金属的流动特性、延展性、模具几何尺寸、模具材料、润滑以及加工速度等）都相互依存，以不同的等级决定零件加工的成败。

因此薄板加工时的成形性能不会决定于一个单一的参数，而且决定于所有的因素的综合。

（3）.以上是对零件图初步分析的结果，这些对于选择合理的冷冲压工艺方案是远远不够的。

要确定出所制造的工件在技术上和经济上都为最合理的工艺方案，还得通过对零件图认真的分析和研究，预先设计几套不同的工艺方案加以仔细的分析和比较，从中选择一种最合理的工艺方案。

2.2.3预定工艺方案

计算拉深次数

材料的相对厚度=T/D×100=1/62×100=1.6（2-1）

拉深系数m总=35/62=0.56（2-2）

查表得m1=0.49<0.56=m总所以，一次拉伸可以达到要求。

根据以上分析和计算，可以进一步明确，该零件的冲压加工需要以下基本工序：

落料，拉深，反拉深，冲孔，翻边。

为了得到技术上和经济上都最为合理的工艺方案，预先设计了两套不同的工艺方案再加以仔细的可行性分析和比较：

方案一：

（1）落料，拉深——

（2）反拉深——（3）冲孔——（4）翻边

工艺草图如下图2-3所示:

图2-3方案一工序

方案二：

（1）落料，拉深——

（2）冲孔——（3）反拉深——（4）翻边工艺草图如下图2-4所示：

图2-4方案二工序

2.2.4预定工艺方案分析比较及工艺方案的确定

方案分析：

为了提高效率，可以把落料和拉深缩减成为落料拉深符合模，这就是第一道工序，而反拉深肯定在落料拉深之后，下来几道工序有如果做成复合模的话都会有冲孔这道工序，如反拉深冲孔，这个复合模会有凸凹模壁厚的问题，而且会影响精度，做成单工序模比较合适，而且容易加工，便于操作。

能改变的只有冲孔这道工序，也就形成了方案一和方案二的区别，也就是冲孔放在反拉深之前，冲孔之后再经过反拉深，孔径肯定会变化，翻边之后里面圆桶形的高度不能保证，由以上可以看出：

方案一较方案二比较好，工艺上更加合理，模具制造成本更低，更经济合理。

2.2.5拉伸件与拉伸模具常见的问题

拉伸件模一般在第1次试拉时拉伸件又皱又裂，这时必须仔细观察分斩压料面的环境，分析各种导致皱裂的原因?

（1）压料面有压痕，凹模圆角半径处开裂，说明进料困难；如果压料面形成波纹，则开始进料容易，以后因为波纹的孕育发生，材料流动困难，从而孕育发生起皱开裂，也就是说在拉伸历程中，材料流动的难易，都会导致拉伸件的起皱和开裂，那么不同的环境就要用不同方法去解决。

（2）.凸凹的发生率会产生变化，如果有不正常的情况发生时，工作人员必须调查技术原因并采取相应改善措施。

（3）.模具或者清洗装置出现急剧破损的情况，凸凹问题会显著增加。

因此，在整个制造过程的每个环节中都应充分考虑细节，尽量避免出现质量问题，影响最终的产品外观。

（4）.如果局部拉伸变形太大，有反成形，则要采纳增加工艺暗语或工艺孔的方法解决。

进料困难一般是因为压料面的进料阻力太大导致的。

如果压料面和凹模圆角表面粗糙度值太商，或有反成形，局部拉伸太大，就要调节外滑块，减小压边力，适当加大凹模圆角，降低表面蛆幢度值和加大拉伸筋槽的间隙。

2.3工艺分析计算：

2.3.1毛坯尺寸计算

（1）毛坯尺寸的计算：

毛胚直径尺寸确定：

（2-3）

经计算取D=61.33mm取D=62mm

（2）排样

排样采用单排。

取其搭边数值：

条料两边a=1.2mm，进距方向a1=1mm，于是有：

进距h=D+a1=62+1mm=63mm（2-4）

条料宽度b=D+2a=62mm+2.4mm=64.4mm（2-5）

如图2-7所示：

图2-5排样方案图

板料规格拟选用1mm×800mm×1500mm

2.3.2压力计算：

（1）落料拉深工序：

冲裁力的计算

F冲=Ltτb

F冲--冲裁力，N;

L--冲件周边长度，mm；

t--板料厚度，mm

τb--抗冲剪强度

F冲=Ltτb=3.14×Dt0.8σb（2-6）

=3.14×70×0.5×0.8×400N

=35168N

卸料力的计算

F卸=F冲K卸=0.05×35168N（2-7）

=1758.4N

拉深力的计算

d1--拉深后零件直径，mm；

σb--抗拉强度，MPa；

t--板料厚度；mm

P拉=3.14×36×1×400×0.75N（2-8）

=34854N

压边力按防皱最低压力公式计算：

Q=π/4[D02-（d1+2rd1）2]p（2-9）

=3.14/4[622-（36+2×2）2]2.5

=4403N

这一工序的最大总压力

F总=F冲+F卸+Q（2-10）

=41329N

拟选用160KN开式压力机

（2）反拉深工序

F拉=πd3tσbK（2-11）

=3.14×29×1×400×0.75N

=27318N

初步选用160KN的压力机

（3）冲孔工序

冲孔力F冲=0.8πdtσb（2-12）

=0.8×3.14×12×1×400N

=12057.8N

初步选用160KN压力机

（4）翻边工序

翻边力按下式进行计算：

F翻=1.1πt（D-d0）σb

t--板料厚度，mm；

D--翻边直径，mm；

d0--毛培孔直径，mm

σb抗拉强度，MPa

F翻=1.1*3.14*1*（29-12）×400（2-13）

=23487N

初步选用160KN压力机

2.3.3模具工作部分尺寸计算：

拉深工序

拉深时凸模与凹模工作部分尺寸计算

图2-6标注外形的其余各工序

凹模尺寸

凸模尺寸

零件标注外形尺寸，

Dd=（D）0+δd（2-14）

=（36）0+0.050mm

=360+0.050mm

Dp=（D-2Z）0-δp（2-15）

=（36-2×0.5×1.1）0-0.030mm

=（36-0.465-1.1）0-0.030mm

=34.90-0.030mm

凹模圆角半径

rd=2.26mm取2mm

凸模圆角半径rp=0.9*rdrp=2.034mm取2mm

凸凹模之间的间隙c=1*tc=1mm

凸模工作表面粗糙度一般要求为Ra=0.8

m；圆角和端面加工为Ra=1.6

。

凹模工作平面与模腔表面要求加工为Ra=0.8

m；圆角表面一般要求为Ra=0.4

m。

凹模厚度H

H--凹模厚度,mm；

P--冲裁力，N；

K1--冲裁轮廓修正系数；见表2-1

K2--凹模材料修正系数；见表2-2

H=1.25*1*

=19.68mm取20mm（2-16）

表2-1冲裁轮廓修正系数K1

轮廓长度/mm

<50

50~70

70~150

150~300

300~500

>500

修正系数K1

1

1.12

1.25

1.37

1.5

1.6

表2-2材料修正系数K2

凹模材料

合金工具钢

碳素工具钢

修正系数K2

1

1.3

D为基本尺寸，mm;d基本内径尺寸，mm;

、

凸、凹模制造公差，值见表2-3

表2-3拉深模凸凹模制造公差

材料厚度

拉深件直径

10--30

30--50

0.5

0.01

0.02

0.02

0.03

0.5--2

0.02

0.03

0.03

0.04

2--3

0.03

0.04

0.04

0.05

Dd=

mm取80*80

mm取Φ52mm

拉深凸模和凹模的形状与尺寸

图2-7凸模

图2-8凹模

翻边工序

翻边时凸模与凹模工作部分尺寸计算

翻遍系数m=d/D=0.14（2-17）

预冲孔直径

得d0=4mm（2-18）

翻边高度

得h=8mm（2-19）

翻遍极限高度

得Hmax=9.12mm（2-20）

拉深件高度

得h1=7mm（2-21）

翻边时凸模与凹模之间的间隙

t1=0.37mm

式中t1--翻边后材料厚度，mm；t--翻边前材料厚度，mm；m--翻遍系数

拉深件地步翻边时凸模和凹模之间间隙见表2-4

表2-4

翻边前材料厚度t

单面间隙Z

0.80

0.60

1.00

0.75

1.20

0.90

1.50

1.10

2.00

1.50

翻边时凸模凹模尺寸计算

图2-9翻边时凸模凹模尺寸确定

凸模尺寸

DP=28mm（2-21）

凹模尺寸

Dd=30mm（2-22）

注：

dmin--制件最小极限尺寸，mm；

--制件公差，mm；Z--单边间隙，mm；制件精度在IT11以上，x=1~1.2，制件精度在IT12~13,取x=0.8~1，制件精度在IT14以下，取x=0.6~0.75

翻边时凸模形状与尺寸，如图2-10

图2-10翻边凸模

凹模的形状与尺寸，如图2-11

图2-11翻边凹模

第三章冷冲压模具设计

3.1反拉深模

3.1.1模具结构

图3-1反拉深模具图，但是零件尺寸比较小，形状比较简单，模具结构也不复杂，模具结构草图如下所示：

1.下模座2.凹模3.定位销4.凸模固定板兼卸料板5.上垫板6.螺钉M10*40

7.上模座8.模柄9.螺钉M14*3010.凸模11.导套12.导柱13.顶板14.螺钉M10*3015.下垫板16.顶杆

图3-1反拉深模主视图

图3-2反拉深模俯视图

工作原理：

零件定位在凹模2上，由模柄8带动上模座7下行，凸模固定板兼卸料板4先接触零件，使零件紧贴内壁，保证拉伸过程中，外沿不翘起，上模座7继续下行，凸模10进行拉深，然后上模座7回程，顶杆3推进顶板13上行，将零件顶出，完成冲压过程。

3.1.2零件结构

模架的选用：

选用后侧导柱模架，查表，凹模周界尺寸为78.4mm*78.4mm，所以模架选取的规格是：

上模座：

80mm*80mm25mm下模座规格80*80*30mm

上模座如图3-3，下模座如图3-4

图3-3拉深模上模座

技术要求：

1.材料为HT200；2.时效处理。

时效处理意义：

通过对零部件的时效处理，可以在毛坯阶段使零件内部的应力释放或相互抵消，以免在半精加工或精加工过程中零部件存在应力失衡而导致零件加工错误进而引起报废。

图3-4拉深模下模座

其他主要零件选用：

导套：

20mm*65mm*23mm导柱：

20mm

模柄的选择：

大型模具通常是用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。

中、小型模具一般是通过模柄将上模座固定在压力机滑块上。

常用的模柄形式有：

（1）旋入式模柄通过螺纹与上模座连接，模柄装卸方便，但与上模座的垂直度误差较大，主要用于中、小型有导柱的模具上。

（2）压入式模柄固定段与上模座孔采用H7/m6过渡配合，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔的场合。

（3）凸缘模柄上模座的沉孔与凸缘为H7/m6配合，并