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河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 0 1 緒論 隨著工業(yè)產品質量的不斷提高 沖壓零件日益復雜化 沖沖壓模具正向高 效 精密 長壽命 大型化發(fā)展 沖壓模具制造日益復雜 模具制造正由過去 的勞動密集 依靠人工的手工技巧及采用傳統(tǒng)機械加工設備的行業(yè)轉變?yōu)榧夹g 密集型行業(yè) 更多的依靠各種高效 高精密機床 從過去單一的機械加工轉變 為機械加工 電加工以及其他特種加工相組合的時代 1 1 國內模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 目前 我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當落后 主要原因是我國在 沖壓基礎理論及成形工藝 模具標準化 模具設計 模具制造工藝及設備等方 面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當大的差距 導致我國模具在壽命 效率 加工精度 生產周期等方面與發(fā)達國家的模具相比差距相當大 例如 精密加工設備在模 具加工設備中的比重比較低 CAD CAE CAM 技術的普及率不高 許多先進的模 具技術應用不夠廣泛等等 致使相當一部分大型 精密 復雜和長壽命的模具 依賴進口 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展 沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè) 領域內重要的生產手段之一 更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性 在現(xiàn)代工業(yè)生產中 由于市場競爭日益激烈 產品性能和質量要求越來越高 更新?lián)Q代的速度越來 越快 沖壓產品正朝著復雜化 多樣化高 性能 高質量方向發(fā)展 模具也正 朝著復雜化 高效率 高精度 長壽命方向發(fā)展 隨著計算機技術和制造技術 的迅速發(fā)展 沖壓模具設計與制造技術正由手工設計 依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機 械加工技術向以計算機輔助設計 CAD 數(shù)控切削加工 數(shù)控電加工為核心的 計算機輔助設計與制造 CAD CAM 技術轉變 1 2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產關鍵的工藝裝備 在電子 建材 汽車 電機 電器 儀 器儀表 家電和通訊器材等產品中 60 80 的零部件都要依靠模具成型 用模具生產制作表現(xiàn)出的高效率 低成本 高精度 高一致性和清潔環(huán)保的特 性 是其他加工制造方法所無法替代的 模具生產技術水平的高低 已成為衡 圓筒沖壓工藝及模具設計 1 量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志 并在很大程度上決定著產品的質量 效益和新產品的開發(fā)能力 近幾年 全球模具市場呈現(xiàn)供不應求的局面 世界 模具市場年交易總額為600 650億美元左右 美國 日本 法國 瑞士等國家 年出口模具量約占本國模具年總產值的三分之一 國外模具總量中 大型 精密 復雜 長壽命模具的比例占到50 以上 國 外模具企業(yè)的組織形式是 大而專 大而精 2004年中國模協(xié)在德國訪問時 從德國工 模具行業(yè)組織德國機械制造商聯(lián)合會 VDMA 工模具協(xié)會了解到 德國有模具企業(yè)約5000家 2003年德國模具產值達48億歐元 其中 VDMA 會 員模具企業(yè)有90家 這90家骨干模具企業(yè)的產值就占德國模具產值的90 可見 其規(guī)模效益 隨著時代的進步和技術的發(fā)展 國外的一些掌握和能運用新技術的人才如 模具結構設計 模具工藝設計 高級鉗工及企業(yè)管理人才 他們的技術水平比 較高 故人均產值也較高 我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產值約合 1 萬美元 左右 而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多 15 20 萬美元 有的達到 25 30 萬美元 科 學 技 術 不 段 在 飛 速 發(fā) 展 著 我 國 的 模 具 工 業(yè) 根 據(jù) 技 術 的 不 段 更 新 也 朝 著 新 的 起點邁進 雖然我國模具工業(yè)發(fā)展比較的晚 但經(jīng)過廣大模具工作者 的辛勤奮斗 模 具 已 在 向 精 密 復 雜 的 領 域 進 攻 而 且 在 政 府 的 幫 助 下 我 相 信 我 們 會 逐 漸 的 縮 短與發(fā)達國家模具工業(yè)的發(fā)展距離 向更高的 方向前行 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 2 2 零件的工藝性分析 工件名稱 圓筒 生產批量 大批量 材料 鋁 A1100 厚度 1 0mm 工件簡圖 如圖所示 工藝性分析 2 1 材料分析 鋁有較好的延展性 屬于深拉深級別材料 具有良好的拉深成型性能 圓筒沖壓工藝及模具設計 3 2 2 結構分析 零件為無凸緣筒形件 結構簡單 底部圓角半徑為 R4 滿足筒形拉深件底 部圓角半徑大于一倍料厚的要求 因此 零件具有良好的結構工藝性 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 4 3 工藝方案的確定 3 1 確定拉深次數(shù) 有圖可知 h 40mm d 29mm R 4mm 3 1 1 確定修邊余量 由 h 40mm h d 40mm 29mm 1 379 查表 4 1 1 得 h 2 5mm 則拉深件總的 高度 H 為 H 40 2 5 42 5mm 3 1 2 計算毛坯直徑 先判斷能否一次拉出 將 H 42 5mm d 29mm R 4mm 代入公式得 D RdHd 56 072 14 456 0 9 92 75mm 3 1 3 確定是否采用壓邊圈 零件的相對高度 t D 100 1 75 100 1 33 查表 4 7 1 得 1 33 1 5 在采用壓邊圈的范圍內 則需要壓邊圈 3 1 4 確定拉深次數(shù) 毛坯的相對厚度為 100 100 1 33Dt751 查表 4 3 1 得各次的極限拉深系數(shù)為 m1 0 50 m2 0 75 m3 0 78 m4 0 80 零件的總拉深系數(shù)為 圓筒沖壓工藝及模具設計 5 m 0 39總 Dd7529 m 0 39 0 50總 1 故該零件需經(jīng)多次拉深才能達到所需尺寸 d D 0 50 75 37 5mm1 d d 0 75 37 5 28 125mm2 因為 d 0 020mm 故采用凸模刃口尺寸和凹模刃口尺寸配作法制造 落料凹模的刃口尺寸計算公式為 查表 2 6 1 得 x 0 5 凹 x maD0凹 圓筒沖壓工藝及模具設計 9 75 0 5 0 45 D凹 03 74 775 mm03 式中 x 為磨損系數(shù) 沖裁件的公差 凹模的制造公差凹 凸模刃口尺寸按凹模刃口尺寸配作 保證雙面間隙在 0 040 0 060mm 之間 4 2 2 首次拉深凸 凹模尺寸計算 1 凸 凹模尺寸計算 凸 凹模工作部分尺寸及公差 由于多次拉深 工序件尺寸無需嚴格要求 首次拉深以凹模為基準 模具的制造公差按 IT10 級選取 查表 4 13 1 得 第一次拉深單邊間隙 1 1t 1 1 則 z 2 2 2z 第一次拉深凸 凹模尺寸計算 凹模尺寸計算公式為 D d1凹 02 37 5 8 凸模尺寸計算公式 D d 2z 1凸 10 37 5 4 4 05 33 1 0 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 10 式中 制造公差1 2 Z 為拉深模具雙面間隙 2 選取首次拉深凸 凹模圓角半徑 考慮到實際采用的拉深系數(shù)均接近其極限值 故首次拉深凹模圓角半徑 rA1 可應取大些 由凹模圓角半徑公式 得td 8 01 凹 Dr 首次拉深的凹模圓角半徑為 1 5 37 5 因為拉深凹模圓角半徑與拉深凸模圓角半徑相對應 所以 1r 凹凸 3 首次拉深工序件高度的確定 根據(jù)經(jīng)驗公式 可以求得 首次拉深工序件圓底處的圓角td 8 0 凹 Dr 半徑 對應各工序中的凸模圓角半徑 r 1 5 根據(jù)式 4 14 1 求得首次拉深后獲得的工序件的高度為 h 0 25 D21 32 0 43 0 111rdrd 30 5mm 4 2 3 二次拉深凸 凹模尺寸計算 1 二次拉深凸 凹模尺寸計算 二次拉深是最后的一次拉深 由于要求零件尺寸標注在外形 因此 以凹 模為設計基準 模具按 IT10 級選取公差 查表 4 13 1 得 第二次拉深單邊間隙 1 1 05 t 則 z 2 2z 計算出模具的尺寸為 圓筒沖壓工藝及模具設計 11 D d 0 75 2凹 0凹 30 0 75 0 45 84 29 66250 D d 0 75 z 2凸 凸 30 0 75 0 45 2 084 27 6625 0 式中 凸凹模的制造公差 凹凸 Z 為拉深模具雙面間隙 2 選取二次拉深凸 凹模圓角半徑 最后一次拉深的模具的圓角半徑應取工件的圓角半徑為 r r 4mm2凹 凸 3 二次拉深工序件高度的確定 根據(jù)式 4 14 1 求得二次拉深后的工序件高度為 2Dh 5 02 32 0 43 0 22 rdrd 44 7mm 4 3 落料力計算 F KLt落 b 式中 F 落料力落 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 12 K 系數(shù) L 沖裁周邊長度 t 材料厚度 材料抗剪強度 b 系數(shù) K 是考慮到實際生產中 模具間隙值的波動和不均勻 刃口的磨損 版板料力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù) 一般取 K 1 3 查表 1 3 1 得 80MPb a 所以 F 1 3 75 1 80落 24492N 25 5KN 4 4 卸料力和頂件力計算 推件力 F K F卸 卸 落 查表 2 7 1 得 K 0 03 0 08 取 K 0 06卸 卸 所以 F 0 06 25 5卸 1 53KN 頂件力 F K F頂 頂 落 查表 2 7 1 得 K 0 03 0 07 取 K 0 05 頂 頂 所以 F 0 05 25 5頂 1 275KN 式中 K K 卸料力 頂件力系數(shù)卸 頂 F 落料力落 圓筒沖壓工藝及模具設計 13 4 5 壓邊力計算 采用壓邊的目進行而施加的力 拉深時壓邊力必須適當 壓邊力過大會引 起拉深力的增加 甚至造成制件拉裂或嚴重變薄 壓邊力過小則會造成制件直 壁或凸緣部分起皺 的是為了防止變形區(qū)板料在拉深過程中的起皺 保證拉深 過程順利 查表 4 8 1 得單位壓邊力為 0 8 1 2MP 取 1 0MPaa 第一次拉深時 F d 2r p 1壓 D 4 1凹 75 37 5 2 5 1 0 2644 5N 2 6445KN 第二次拉深時 F d d p2壓 4 1 37 5 30 1 0 397 4N 0 3974KN 故總壓邊力 F 壓 F 壓 1 F 壓 2 2 6445KN 0 3974KN 3 0419KN 式中 D 毛坯直徑 d 第一次拉深后工件直徑1 d 拉深完成后工件直徑 p 單位壓邊力 r 第一次拉深圓角半徑1凹 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 14 4 6 拉深力計算 由于采用壓邊圈 查表 1 3 1 得 70 100MP 取 100 MP b ab a 查表 4 6 1 得修正系數(shù) K1 1 K2 0 90 則第一次拉深時拉深力 F d t k1拉 b 3 14 37 5 1 100 1 11775N 11 775KN 第二次拉深時拉深力 F dt k2拉 b 2 3 14 30 1 100 0 90 8478N 8 478KN 式中 F F 第一次拉深力 第二次拉深力1拉 2拉 d 第一次拉深后工件直徑 d 拉深完成后工件直徑 t 料厚 k k 修正系數(shù)12 故總拉深力 F 拉深 F 拉 1 F 拉 2 11 775KN 8 478KN 19 235KN 圓筒沖壓工藝及模具設計 15 4 7 壓力中心計算 由于是圓形工件 如圖所示 所以工件的壓力中心應為圓心即 0 4 8 壓力機的選擇 總壓力為 F F F F F F總 落 卸 頂 拉 壓 25 5 1 53 1 275 3 0419 19 235 50 5819KN 為了保證壓力機安全工作 一般所選壓力機的噸位應比計算的壓力大 30 即 F 1 3F總 總 1 3 50 5819 65 75647KN 由于該制件屬于小型制件 且精度要求適中 則所選壓力機為 J23 16 的開 式雙柱可傾壓力機 其主要技術參數(shù)為 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 16 公稱壓力 160KN 滑塊行程 55mm 最大封閉高度 220mm 封閉高度調節(jié)量 45mm 立柱間隙 220mm 工作臺尺寸 前后 左右 300mm 450mm 墊板尺寸 40mm 210mm 模柄孔尺寸 40mm 60mm 最大傾斜角 35 圓筒沖壓工藝及模具設計 17 5 落料 拉深復合模具結構設計 5 1 模具工作零件設計 5 1 1 落料凸 凹模結構設計 凹模刃口采用直筒形刃口 查表 2 21 1 取得刃口高度 h 6mm 凹模結構 簡單 則采用整體式 落料凸模 落料凹模 查表 2 22 1 得凹模厚度系數(shù) k 0 20 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 18 即 凹模高度 H kb 0 20 75 15mm 凹模壁厚 C 1 5H 1 5 15 22 5mm 凹模外形尺寸的確定 凹模外形長度 L 75 2 22 5 120mm 凹模外形寬度 B 75 2 22 5 120mm 凹模整體尺寸標準化 取為 160mm 160mm 32mm 5 1 2 凸凹模結構設計 凸凹模結構即為落料凸模拉深凹模 其主要以落料凸模的長度為基準 即 計算公式為 L h h Y 12 式中 L 凸模長度 mm 1 h 凸模固定板厚度 mm 取 h 20mm1 h 卸料板厚度 mm 取 h 9mm2 2 Y 附加長度 一般為 15mm 20mm 取 Y 18mm 所以 L 20 9 181 47mm 5 1 3 拉深凸模設計 拉深凸模 L H H Y212 圓筒沖壓工藝及模具設計 19 式中 H 拉深凸模固定板厚度 mm 取 H 16mm 1 1 H 凹模固定板厚度 mm 2 Y 附加長度 取 Y 18mm 所以 L 16 32 182 66mm 拉深凸模采用臺階式 采用車床加工 與凸模固定板按 H7 m6 配作 5 1 4 凸 凹模間隙 沖裁間隙是指沖裁凹模刃口橫向尺寸與凸模刃口橫向尺寸之間的差值 沖 裁間隙較大時 卸料及推件時需要克制的摩擦阻力小 間隙較小時 模具作用的 壓應力越大 磨損也越嚴重 沖裁件精度要求不高時 一般采用較大的間隙值 以提高模具是壽命 該模具由于是多工序模 落料精度不高 由上可知 凸模刃口尺寸按凹模 刃口尺寸配作 保證雙面間隙在 0 040 0 060mm 之間 拉深模的單邊間隙為拉深凹模和凸模尺寸差值的一半 Z 1 2 D d Dp 間隙不合適 會降低制件質量 間隙過大 制件容易起皺 且對拉深件直壁的 校直作用減小 制件易出現(xiàn)口大底小的錐形 間隙過小 會使制件拉斷或變薄 特別嚴重 同時間隙越小 拉深力越大 模具也易磨損 模具間隙查表 4 13 1 得單邊間隙為 1 1 5 2 定位元件設計 為了防止拉深過程中的起皺 生產中主要采用壓邊圈 壓邊圈在模具中起 到壓料和頂出件的作用 模具上定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能 夠正確定位 根據(jù)毛坯形狀 尺寸及模具的結構形式 可以選用不同的定位方 式 擋料銷主要用于定位 保證條料有準確的送進距 擋料銷采用45鋼 熱處 理硬度為44 48HRC 導料銷來導正材料的送進 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 20 為了防止拉深過程中起皺 生產中主要采用壓邊圈 該套模具中壓邊圈起 壓料和頂出制件的作用 5 3 彈性元件設計 選用橡膠作為卸料的彈性元件 橡膠的自由高度計算 H 30 25 H工 作 式中 H 橡膠的自由高度 H 橡膠的壓縮工作行程工 作 卸料板工作行程 H h h t卸 12 4mm 橡膠工作行程 H H h工 作 卸 修 4 5 9mm 式中 h 為凸模凹進卸料板的高度 1 h 為凸模沖裁后進入凹模的深度 2 h 為凸模修磨量為 修 所以 H 30mm3 09 圓筒沖壓工藝及模具設計 21 橡膠預壓縮量 H 0 1 0 15 H預 所以 H 0 15H 0 15 30預 4 5mm 橡膠裝模高度 H H H 30 4 5 25 5mm 取 H 26mm 橡 膠 裝 預 橡 膠 裝 5 4 模架選用 模架 160 160 210 255 上模座 160 160 45 下摸座 160 160 55 墊板 160 160 8 導柱 25mm 130mm 28mm 130mm 導套 25mm 85mm 33mm 28 85mm 33mm 模柄 40mm 80mm 5 5 壓力機高度校核 模具的閉合高度 H H H h H h H H H閉 合 上 模 墊 板 1橡 膠 裝 21下 模 45 8 20 26 9 32 16 55 211mm 模具的閉合高度應介于壓力機的最大裝模高度和最小裝模高度之間 并且 應留有適當余量 10M Hm5 Hmaxax 閉 合 220 5 mm H 220 35 10 mm閉 合 215mm H 195mm閉 合 由計算可知 此壓力機可以使用 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 22 6 模具整體設計 6 1 卸料方式 采用彈性卸料裝置 進行卸料 圓筒沖壓工藝及模具設計 23 6 2 送料方式 采用從前往后送料 6 3 導向裝置 為了提高模具壽命和工件質量 方便安裝調整 該模具采用導柱導套的導 向方式 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 24 7 模具裝配圖 1 下模座 2 銷 3 導柱 4 落料凹模 5 卸料板 6 導套 7 橡膠 8 螺釘 9 上模座 10 銷 11 螺釘 12 打桿 13 模柄 14 墊板 15 凸凹模固定板 16 凸凹模 17 推件塊 18 導料銷 19 拉深凸模 20 壓邊圈 21 拉深凸模固定板 22 螺釘 23 頂桿 24 擋料銷 圓筒沖壓工藝及模具設計 25 結論 通過這次畢業(yè)設計使我熟悉了沖壓模具的整個過程 并且了解了在做沖壓 模具之前首先要對產品的結構形態(tài) 模具的結構形態(tài) 也就是要對產品的工藝 性進行合理的分析 從而才能采取更合適模具 節(jié)約成本的同時還能保證加工 零件的精度要求 其次 考慮好產品的批量以及精度要求以及材料的造價 最 后完成產品的模具設計 模具的裝配圖 零件圖 本次畢業(yè)設計的成功完成使我個人有專業(yè)中學術上的一次難忘的歷程 因 為通過我本人的長時間的思考 設計以及老師多次細心的指導使我知道一套合 格的沖壓模具設計的完成以一套合格的圖紙的完成都需要付出多次的心血和汗 水 通過它可以說明一個人最基本得學習工作態(tài)度 我認為要立志成為一個模 具行業(yè)的佼佼者首先要從每一個細節(jié)作起 做事要有堅韌不拔的毅力 有耐心 謙虛 謹慎 這樣才能成為一名出色的模具設計師 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 26 致謝 首先感謝本人的導師翟德梅老師 他對我的仔細審閱了本文的全部內容 并對我的畢業(yè)設計內容提出了許多建設性建議 翟德梅老師淵博的知識 誠 懇的為人 使我受益匪淺 在畢業(yè)設計的過程中 特別是遇到困難時 他給 了我鼓勵和幫助 在這里我向他表示真誠的感謝 感謝母校 河南機電高等?？茖W校的辛勤培育之恩 感謝材料工程系 給我提供的良好學習及實踐環(huán)境 使我學到了許多新的知識 掌握了一定的 操作技能 感謝和我在一起進行課題研究的同窗宿舍同學 和他們在一起討論 研 究使我受益非淺 最后 我非常慶幸在三年的的學習 生活中認識了很多可敬的老師和可親 的同學 并感激師友的教誨和幫助 圓筒沖壓工藝及模具設計 27 參考文獻 1 原紅玲主編 沖壓工藝與模具設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 2 廖偉主編 沖模設計技法及典型實例解析 M 北京 化學工業(yè)出版社 2012 3 薛啟翔主編 沖壓模具與制造 M 北京 化學工業(yè)出版社 2004 4 楊占堯主編 最新模具標準應用手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2011 5 模具設計與制造技術教育編委會編 模具結構設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 6 洪慎章主編 沖模設計速查手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2012