模具设计说明书

毕业设计说明书

题目:轴碗冲压工艺及模具设计

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摘要

本设计是对给定的产品图进行冲压模具设计。冲压工艺的选择是经查阅相关资料和和对产品形状仔细分析的基础上进行的；冲压模具的选择是在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度等诸多因素的基础上进行的；产品毛坯展开尺寸的计算是在方便建设又不影响模具成型的前提下简化为所熟悉的模型进行的。文中还对冲压成型零件和其它相关零件的选择原则及选择方法进行了说明，另外还介绍了几种产品形状的毛坯展开尺寸计算的方法和简化模型，以及冲压模具设计所需要使用的几种参考书籍的查阅方法。

【关键词】工艺、工艺性、冲压工序、冲压模具、毛坯展开尺寸

Abstract

This project is a press die designation based on the original product. The election of press process is based on consulting correlation datum and analyzing the form of manufactured product meticulous; The election of press die is based on synthesis considerations on economical efficienc y、the processing property of part and complex degree iso many factors; Calculating the work blank of manufactured product unfold dimension is lined feed on the premise of calculation convenience but without contribution die confectioning simplified frequent application cast. In the test, to introduce the election principle and means of press confectioning art and miscellaneous rapport part, otherwise also introducing calculation means on the work blank from of many kinds of product unfold dimension and simplified cast, and the means of looking up on the reference books of designing press die.

【key words】The craft；the technology capability；press process; punch die;

The unfold dimension of the work blank.

前言…………………………………………………………………………………

第一章零件图及工艺方案的拟订

1.1零件图及零件工艺性分析 (6)

1.2工艺方案的确定 (7)

第二章工艺设计

2. 1 计算毛坯尺寸 (8)

2. 2确定排样和裁板方案 (9)

2. 3 工序的合并与工序顺序 (10)

2. 4 计算各工序的压力 (11)

2. 5 压力机的选择 (12)

第三章模具类型及结构形式的选择

3. 1落料、拉深、冲孔复合模的设计 (13)

第四章模具工作零件刃口尺寸及公差的计算

4. 1落料、拉深、冲孔复合模 (14)

第五章模具零件的选用，设计及必要的计算

5. 1落料、拉深、冲孔复合模 (17)

第六章压力机的校核

6. 1落料、拉深、冲孔模压力机的校核 (23)

第七章模具的动作原理及综合分析

7. 1 落料、拉深、冲孔模的动作原理 (24)

第八章凸凹模加工工艺方案

8. 1 凹模、凸模加工工艺路线 (26)

8. 2 模具装配 (31)

第九章设计心得 (33)

第十章致谢辞 (34)

【参考文献】 (35)

前言

随着经济的发展，冲压技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有冲压加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。

冲压工艺与冲压设备正在不断地发展，特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新高度。新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广，模具各种表面处理技术的发展，冲压设备和模具结构的改善及精度的提高，显著地延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。

由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。可以说，模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。

目前国内模具技术人员短缺，要解决这样的问题，关键在于职业培训。我们做为踏入社会的当代学生，就应该掌握扎实的专业基础，现在学好理论基础。毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节。希望能通过这次设计，能掌握模具设计的基本方法和基本理论。

第一章零件图及工艺方案的拟订

1.1零件图及零件工艺性分析

一、零件图

图1—1）

工件图：如图1—1所示

名称：轴碗

材料：20钢

板厚：1.5mm

二、零件的工艺性分析

轴碗所用的材料为20钢,是优质炭素结构钢，其力学性能如下：τ=275～392Mpa,σb=355～500 Mpa, σs=245Mpa。

由图样上所注公差尺寸，查《互换性与技术测量》，确定其精度等级为IT13级，大、中批量生产。该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，属于普通冲压件，但有几点应该注意：

①根据工件的形状分析，该工件为圆筒形件,可看作是两个直壁圆筒形件的组合,因此在加工时要考虑到整形工序；

②零件的底部不是实心的，而是一个无底的筒形件，因此必须得考虑这一筒形件

的成型方案；

③拉深的h/d较大，要考虑能否一次拉成，且最后一次拉深成型是应注意保证R3的圆角；

④有一定的生产批量，应重视模具材料的选择和模具结构的确定，保证模具的寿命；

⑤制件较小，从安全考虑，要采取适当的取件方式，模具结构上设计好推件和取件方式。

1.2、工艺方案的确定

一、零件底部通孔成型方案的确定

底部通孔?30mm孔可有多种成型方案：

第一种方案：采用阶梯凸模拉深成型后再车去底部；

第二种方案：采用阶梯凸模拉深成型后再冲去底部；

第三种方案：先在底部冲一小孔，然后在拉深成型。

若采用第一种孔的成型方案，工件的质量较高，但生产率底，而且费料，在工件要求不是很高的情况下，不宜采用；第二种方案在工件冲底较第一种方案生产率高，而且工序比较集中；采用第三种方案，先在底部冲一预制小孔，在拉深的过程中预制孔会变形，而且拉深也会出现缺陷，由于变形的不均匀，拉深的直壁的质量也不好。综上，采用第二种成型方案。

二、工序的安排

对工序的安排，拟有以下几种方案：

①.落料 -- 冲孔 -- 拉深—整形

②.落料—拉深—冲孔—整形

③.落料—拉深—整形—冲孔

对于方案①，先冲孔再拉深，在拉深的过程中预制孔会变形，而且拉深也会出现缺陷，由于变形的不均匀，拉深的直壁的质量也不好。方案②将整形放在冲孔的后面，虽然使模具的制造比较简单，可是整形前的毛坯尺寸要求较高，计算复杂，且精度不易保证；方案③将冲孔放在最后，很容易保证工件的精度，且没有出现

方案①②的问题，故此方法为最佳方案。

综上所述，最终确定采用方案③。

第二章工艺设计

2.1 计算毛坯尺寸

一、确定拉深次数

⑴选定修边余量

查《冲压手册》表4—5，确定δ=1mm

⑵计算工件表面积

为了便于计算,将该零件分成若干个简单几何体计算大圆筒直壁部分的表面积:

A1=πd(h + δ)

=3.14×42.5×(2 + 1)

=400.35

小圆筒直壁部分的表面积:

A2=πd(h + δ)

=3.14×28.5×(8.5 + 1)

=850.155

R3圆球台部分的表面积:

A3=2π(d。/2 + 2r/π) πr/2

=2×3.14×(35/2 + 7.5/3.14) ×3.14×3.75/2 =735.34875

底部表面积为：

A4=πd。2/4

=3.14×352/4

=961.625

则工件总面积为：

A= A1 + A2+ A3 + A4

=400.35 + 850.155 + 735.34875 + 961.625

=2947.47875

⑶预算毛坯直径D

根据毛坯表面积等于工件表面积的原则:

πD2/4=A

D=57.914(圆整58mm)

⑷确定拉深次数

由毛坯相对厚度t/D=0.026

凸缘相对直径d f/d=0.84

查《冲压工艺及模具设计》P158表2.4.7得第一次拉深允许的最大相对高度 h/d n=0.58

∵ (h1 + h2)/d n=(8.5 + 5)/28.5=0.474

(h1+ h2)/d n＜h/d n

∴可以一次拉成

2.2、确定排样和裁板方案

这里毛坯直径Φ=60mm尺寸比较大，考虑到操作方便，采用单排

由《冲压工艺与模具设计》P45表2.5.2 确定搭边值：

工件间：a1=1；

沿边： a=1.2

进距 A=d0+a1=58 + 1=59

条料宽度 B=d0+2a=58+2×1.2=60.4

查《冲压模具设计资料》选用 1250×1500×1.5标准钢板

裁板方案有纵裁和横裁两种，比较两种方案，选用其中材料的利用率较高的一种。

纵裁时：

每张板料裁成条料数：n1=1250/60.4=20 余42mm

每块条料冲制的制件数 n2=（1500-1）/59 =19 余28mm

∴每张板料冲制的制件数 n=n1×n2=20×19

=380个

材料利用率η=nF /F。×100%

=380×2640.74 /1250×1500×100%

=53.51%

横裁时：

每张板料裁成的条料数 n1=1500/60.4=24 余50.4mm

每块条料冲制的制件数 n2=（1250-1）/59=21 余10mm

∴每张板料冲制的制件数 n=n1× n2=24×21

=504个

材料利用率η= nF /F。×100%

=504×2640.74 /1250×1500×100%

=70.98%

由上述计算结果可知，应采用材料利用率高的横裁，排样图如图2—1所示

图2 —1）

2.3 工序的合并与工序顺序

根据上面的分析与计算，此件的全部基本工序有落料、拉深、冲孔、整形根据这些基本工序，可以拟出以下几种方案：

方案⑴：落料与拉深复合，其余为基本工序；

方案⑵：落料与拉深复合，冲孔与整形复合，其余按基本工序；

方案⑶：落料与拉深复合，冲孔、整形为基本工序；

方案⑷：落料、拉深、与冲孔复合，最后整形；

方案⑸：全部基本工序合并，采用连续拉深冲压方式

分析上述几种方案：

方案⑴复合程度低，在生产量不大的情况下，采用这一方案可行，因生产率太低，且使用的模具较多；

方案⑵将冲底孔与翻边复合，使模具壁厚较小，模具容易损坏；

方案⑶冲孔与整形复合，使工序不好安排，若整形在前，冲孔在后则不能保证凸缘的形状与精度，其结构虽然解决了壁厚太薄的问题，但模具的

刃口不在同一平面内，因此刃口用钝后，刃磨很不方便，所以不可取；

方案⑷采用连续模，将各基本工序合并，生产率高，但将整形单独划分为一个工序，生产率低于第五种方案。

方案⑸没有上述缺点，模具复合程度较高，所需的模具较少，且模具设计容易，其制造费用也较低，产品凸缘的制造精度也可通过最后一次的整

形工序来达到，因此选定这一方案。

综上，本次需设计的模具为落料、拉深、冲孔复合模；

2.4 计算各工序的压力

已知工件的材料为20钢,是优质炭素结构钢，其力学性能如下：τ=275～392Mpa,σb=355～500 Mpa, σs=245Mpa。

一、落料、拉深、冲孔工序的计算

落料力: P1=1.3лdtτ（d=58mm,t=1.5mm） =1.3 π×58×1.5×392

=139212.528(N)

落料的卸料力： P2=k

卸P1（查表得：k

卸

=0.04～0.05）

=0.04×139212.528 =5568.50112(N)

冲孔力： P3=1.3 πd孔tτ

=1.3 π×27×1.5×392

=64805.832(N)

冲孔的推件力：P4=n﹒k2﹒p3

(查表2-37 凹模型口直壁高度=6mm,n=h/t=4,k2=0.055)

∴P4= 4×0.055×64805.832

=14257.28304(N)

拉深力： P5=πd n tσb K3(σb取500)

=3.14×30×1.5×500×0.9

=63585(N)

整形力：整形力可按照下式计算：

整形

= Aq

式中 F——校平力，单位 N ；

A——校平投影面积（整圆角部分投影面积）mm2，

A = π（d

2－d2）/4

= π（442－302）/4

= 813.26 mm2；

q—单位校平力，查《冲压工艺与模具设计》表6—9（ P161 ）可知q =90MPa 。

将A和q 值代入F

整形= Aq即可得整形力F

整形

= 813.26×90 = 73193.4 N 。

根据以上计算和分析,这一工序的最大总压力为：

P=P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + F

整形

=139212.528+5568.50112+64805.832+14257.28304+63585+73193.4

=360622.54416(N)

2.5 压力机的选择

根据以上计算和分析，再结合车间设备的实际情况，选用公称压力为400KN 的开式双柱固定台可倾压力机（型号为J23—40）能满足使用要求。

压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模压力中心与压力机滑块的中心重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件

加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。由于该制件的毛坯及各工序均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力机的中心必定与制件的几何中心重合。

第三章模具类型及结构形式的选择

根据确定的工艺方案和零件的形状特点，精度要求，预选设备的主要技术参数，模具的制造条件及安全生产等，选定模具类型及结构形式。

3.1 落料、拉深、冲孔复合模的设计

只有在拉深件高度比较高时，才能采用落料、拉深复合模，这是因为浅拉深若采用复合摸，则落料凸模（肩拉深凹模）的壁厚会太薄，造成模具的强度不足。本模具中，凸凹模壁厚的最小值 bmin=15mm能够保证强度，故采用复合模的结构是合理的。

落料、拉深、冲孔复合模常采用典型结构，即落料采用正装式，拉深采用倒装式。工件厚度一般（t=1.5mm）,故采用弹性卸料装置，弹性卸料装置除了卸料的作用外，在拉深时，还可以起到压边的作用。

顶件时采用弹性顶件装置,弹性力由橡皮产生,由托杆将力传到工件上,将工件顶出;推件是采用刚性推件装置,将工件从凸凹模中推出。

落料、拉深、冲孔复合模的结构形式如下页图3—1）所示。

图3—1）

第四章模具工作零件刃口尺寸及公差的计算

4.1 落料、拉深、冲孔复合模

①落料刃口工件外形落料凹模采用整体结构，直刃口形式。这种刃口强度较好，孔口尺寸不随刃口的刃磨而增大，适用于形状复杂、精度要求高的工件向上顶出的要求。落料的基本尺寸为58mm 。查《冲压手册》表2—28，可得凸、凹模刃口的极限偏差： δ

凸

= 0.020 mm

δ凹 = ??

??+++030.0025.0020.0 mm ，选δ

凹

= 0.030 mm 。

δδ凹凸+ = 0.020 + 0.030 = 0.050

查《冲压手册》表2—23，可知凸、凹模初始双面间隙Z 为： Z min = 0.14； Z max = 0.19.

Z max - Z min = 0.19 – 0.14= 0.05

δδ凹凸+ =

Z max - Z min ，故凸、凹模分开加工。又工件的尺寸D -△=58-0.74mm 。又查《冲压手册》表2—30得磨损系数X= 0.5 。落料尺寸由凹模刃口决定，计算以凹模为基准：

D 凹 = （D-X △）+δ凹

= 57.36

D 凸 =（D-X △-Z min ）-δ凸

= 57.49 -0.020

②计算冲孔模凸、凹模刃口尺寸

查《冲压手册》表2—28，可得凸、凹模刃口的极限偏差： δ

凸

= -0.020 mm

δ凹 = ??

??+++030.0025.0020.0 mm ，选δ

凹

= 0.025 mm 。

δδ凹凸+ = 0.02 + 0.025 = 0.045

查《冲压手册》表2—23，可知凸、凹模初始双面间隙Z 为： Z min = 0.14； Z max = 0.19。

Z max - Z min = 0.19–0.14 = 0.05

δδ凹凸+ < Z max - Z min ，故凸、凹模分开加工。又工件的尺寸D -△=15

+ 0.43

又查《冲压手册》表2—30得磨损系数x = 0.5 。冲孔尺寸由凸模刃口决定，计算以凸模为基准：

D 凸= （d+x △-Z min ）-δ凸

= 27.215-0.020 mm

D 凹= （D 凸+Zmin ）+δ凹

= 27.335

+0.030

③计算拉深部分刃口尺寸

拉深件尺寸以内径为准，基本尺寸为?27mm ，公差△1=0.52。基本尺寸为?41mm 公差△2=0.62的计算时以凸模为基准，间隙取在凹模上。

查《冲压手册》表4—74（P305）得其单面间隙C = 1～1.1t ，取C = 1.1t = 1.3 mm

查《冲压手册》表4—76得拉深模凸、凹模的制造公差分别为：

` δ凸= 0.020，δ凹= 0.025 。

凸、凹模刃口尺寸的计算如下：

D凸1=（d + 0.4△1）

-δ凹

=（27 + 0.4×0.52）-0.050

=27.208-0.050 mm

D凹1=(d + 0.4△1 + 2C)+δ凹

=（30 + 0.4×0.3 + 2×1.3）+0.081 = 32.848+0.08 mm

D凸2=（d + 0.4△2）

-δ凹

=（41 + 0.4×0.62）-0.050

=41.248-0.050 mm

D凹2=(d + 0.4△2 + 2C)+δ凹

=（44 + 0.4×0.3 + 2×1.3）+0.081 = 44.848+0.081 mm

拉深凸模圆角半径R

凸= 1.45mm ；拉深凹模圆角半径R

凹

= 3.05mm 。

第五章模具零件的选用，设计及必要的计算

5.1、落料，拉深、冲孔复合模

①成形零件

一、拉深凸模

凸模材料选用T10A，淬火硬度达到62HRC。采用阶梯式凸模（如图5-1所示）

深20

孔深25

图5-1）

二、凹模

落料凹模实际最大外形尺寸b =58 mm

查《冲压工艺及模具设计》P68得K =0.25

凹模厚度： H=kb =0.25×58 =14.5 mm(取15mm)

凹模壁厚： C=（1.5～2）×H=1.6×15=24mm

所以,凹模最大外形尺寸为：

L=D+2C

=58+2×24 =116mm

凹模材料选用T10A ，淬火硬度达到62HRC 。凸凹模采用台阶式结构，采用固定板固定，这样简化了模具的结构，节省了材料的成本。外形尺寸如图5-2所示

其余

图5-2）

②支撑固定零件

上、下模座中间联以导向装置的总体称为模架。通常都是根据凹模最大外形尺寸D 。选用标准模架。凹模最大外形尺寸为116 mm ×116 mm ，选用GB2851.3—81中的后侧导柱模架。模具的闭合高度h = 160～190mm ，

上模座为125×125×35，下模座为125×125×45 ，导柱的基本尺寸为?22mm 。

上模座选用GB2855.5—81 中的后侧导柱上模座，材料为HT200、Ⅱ型。其主要参数：

L= 125mm B = 125mm 、 t = 30mm 1L = 130 mm S = 130mm 1A = 85mm

2A =150mm R = 35mm 2l = 60mm

D =35

+0.025

(上模座)

下模座选用GB2855.6—81中的后侧导柱下模座，材料为HT200。其主要参数：

L= 125mm B = 125mm t = 45mm

1L = 130 mm S = 130mm 1A = 80mm

2A = 150mm R = 35mm 2l = 60mm

D =22

-0.020

(下模座)

模柄选用凸缘式模柄，参见GB2862.1—81。材料为Q235的Ⅱ型凸缘式模柄。模柄中打杆孔的直径为?17mm 其具体参数为：

d = 50mm D = 100mm h = 78mm h 2 = 18mm D 1= 62mm d 1 = 13mm d 2 = 18mm d 3 =11mm b 1 = 11mm

(模柄)

再由凹模板和模架尺寸确定其它模具模板的尺寸如下：

上垫板：125×125×14

凸凹模固定板：125×125×14

空心垫板：125×125×16

③卸料零件

采用弹性卸料板卸料，根据卸料力的大小取卸料板的厚度为8mm。由《冲压手册》表10-1选用圆柱螺旋压缩弹簧,其材料为60Si2Mn,热处理硬度为HRC=43--48

设使用弹簧的个数为6个，F

卸

=4658N则每个弹簧所承受的负荷为

顶=4658/6=776.3（N），由F

> F

顶

,选择标准弹簧的规格为：

6x32x95(GB2089-50)

j =1390, h

=29.8 h

顶

=29.8/1390x776.3=16.6

∴ F

顶

工

修模

=16.6+2.2+6=24.5< h

∴选用的弹簧满足要求

④定位零件

采用两颗导料销和一个固定挡料销定位。固定挡料销在GB2866.11—81中选取直径D = 8mm 、d =4mm 、高度h = 3mm 的Ⅰ型固定挡料销。这种零件结构简单，制造、使用方便，直接装在凹模上即可