铰链底座冲压工艺与模具设计本科学位论文.doc

济 南 大 学 毕 业 设 计-1-1 前言冲压是靠压力机和模具对板材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件的成形加工方法。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。冷冲压工艺大致可区分为分离工序和成形工序两大类 1。五金件中铰链占据重要位置。铰链的质量好坏直接关系到家具、门的使用。本设计所做的铰链主要用于家具，属于大批量生产件，要求精度不高。家具铰链根据安装组合的不同分为直插式和自卸式，此铰链底座为自卸式铰链底座。利用冲压加工铰链底座能够得到较高精度的铰链，随着经济的发展，模具技术得到了很大的发展，尤其是进入 21 世纪以来，各种特种加工技术应用到模具加工上，使模具的加工更加方便，精度变的更高。考虑到经济以及工人的劳动强度等因素，设计的模具结构要简单，有利于装夹和加工。本设计采样大量的标准件和通用件，提高互换性，提高模具的生产周期，降低成本，提高经济效益。本设计尽量采用现代加工方法、特种加工和计算机技术，以适应时代的发展和要求。本人虽然查阅了大量的相关资料，但是肯定还会不少缺陷，望老师不吝赐教。1.1 研 究 现 状本设计为铰链底座的设计，铰链底座为冷冲压件，冷冲压件一般不再经切削加工或者仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但是冲压件容易出现一些缺陷，起皱和拉裂就是主要问题之一，可以利用有限元分析 2 减少缺陷。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以 15%左右的速度快速发展和扩张，模具工业企业的所有制成分也发生了空前的变化，除了国有专业的模具厂外，集体、合资和私营等性质的所有制成分也得到了快速发展。近些年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资，将技术进步视为企业发展的重要动力和源泉。大多数国内模具企业已普及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软 件，并成 功应 用于冲压模的设计中 3。目前 我国模 具工业 的发展 步伐日 益加快，“十一 五期间”产品 发展重 点主要 表现在：4（1）汽车覆盖件模具；（2）精密冲模；（3）大型及精密塑料模；济 南 大 学 毕 业 设 计-2-（4）主要模具标准件；（5）其他高技术含量的模具。在国外，冲压的机械化、自动化程度已经非常高。美国 680 多条冲压线中有 70%为多工位的压力机，日本国内 250 多条生产线有 32%为多工位的压力机。近年来,英、美等 国在冲 压生产中 不断扩 大工业 机器人 的使用 数目,进一 步提高 了单机和 冲压生 产线的 自动化 程度和效 率，与 配有自 动送料 的生产 方式相比,也更 具适应 性。据英 国机器 人 协 会 统 计,到 2000 年 底 为 止,主 要 资 本 主 义 国 家 拥 有 的 工 业 机 器 人 台 数 为:日 本13000 台、美 国 6250 台、西 德 3500 台、瑞 典 1300 台、英 国 1 1 52 台。其 中,冲 压 机器人尚属少数,如英国仅 27 台、西德 70 台等 5。五金冲压就是利用冲床及模具将铁、铝、铜等板材及异性材使其变形或断裂，达到具有一定形状和尺寸的一种工艺。冲压工具可以在允许的范围内调整，呈现一个更加均 匀材料 的变形，并导致 更高的 品质零 部件的 生产 6。铰链 底座属 于五金件，五金冲压有时也称为板材成形,但是又略有不同。板材成型是指利用用板材、薄壁管、薄型材等作为原材料进行。利用塑性加工的成形方法统称为板材成形，此时厚板方向的变形一般不着重考虑。五金件在生活中得到了大量的应用，模具的发展促使五金件的质量和结构更快的发展，从而促使家具、门等生活用品的质量和机构更快的发展。1.2 设 计 的 目 的 和 意 义随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压及模具技术也在不断革新与发展，主要表现在以下几个方面：7 1)工艺分析计算方法现代化；2)模具设计制造现代化；3)冷冲压生产机械化与自动化；4）发展新的成型工艺；5）不断改进板料的冲压性能。铰链的冲压工艺及模具设计也在不断革新与发展，铰链广泛的应用促使其工艺不断优化以达到大批量生产和降低成本的目的。冲压件的工艺是否合理，对冲压件的质量、模具寿命和生产率有很大影响。铰链底座冲压工艺及模具设计的目的和意义是通过对铰链底座测绘，分析零件的冲压工艺性，设计最优的工艺方案。使之不仅达到产品的使用要求，同时也能够用最简单、最经济和最快的方法生产出来。济 南 大 学 毕 业 设 计-3-2 工艺方案的确定2.1 工 艺 分 析首先查阅关于铰链底座冲压工艺及模具设计的相关资料。包括书籍、期刊、论文、设计手册和设备技术参数等。通过查阅资料，对冲压行业及国内外的现状和未来发展方向、研究水平有了一定的了解；对铰链底座的冲压工艺和模具的设计有了一个初步的构思。冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求。冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响 8。工件要有一个好的工艺性必须满足以下几点：9(1)对于冲裁件的形状要尽可能的简单、对称、排样的废料要少；而对于拉深件来说，要尽量避免非常复杂的和非对称的拉深，同时尽量减少其高度，使其可能用一次或两次拉深工序来成。（2）冲 裁件的 外形或 内孔交 角处，拉深件 的底与 壁、凸 缘与壁、盒形 件的四 壁间都应采用圆角过渡，避免产生清角。(3)冲裁件要尽可能避免产生过长的悬臂与狭槽，孔的孔径不能太小。(4)设计拉深件时，应明确表明是必须保证件的外形还是内形，不能同时标注内外形尺寸。制定铰链的冲压工艺方案时，应该考虑两个重要原则：（1）确保模具的使用寿命 确定适宜的预备形状，经济合理的加工方法，工序数目和加工程序，确保模具的使用寿命和满足生产要求。（2）确保产品质量要求 确定最理想的变形条件，以获得满足力学性能的要求，高质量、高精度的冲压件。2.2 模 具 设 计 步 骤铰链底座的冲压模具设计过程大体包括：（1）毛坯形状及尺寸的确定；（2）拉深次数的确定；（3）工艺方案的确定；（4）装配图及零件图的绘制；（5）标注有关尺寸并确定技术要求；（6）零件校核。济 南 大 学 毕 业 设 计-4-3 工艺方案的确定根据产品样件进行测绘，设计符合国家标准的产品的零件图之后，可对零件的冲压工艺进行分析。（1）样件的图片及三维造型 10 如图 1，零件图如图 2。A B图 1 A 样 件 照 片 B 三 维 造 型图 2 样 件 零 件 图该零件壁厚不厚，且精度要求不高，主要用于家具门的连接，强度要求不高，主要保证外表面的质量。根据以上的分析计算，进一步确定该零件的冲压加工需包括以下基本工序：落料、首次拉深、二次拉深、冲方形孔、冲两锥形孔、冲侧边四个小孔、冲前侧孔、切边、济 南 大 学 毕 业 设 计-5-翻边（浅拉 深）。根 据这些 基本工序，拟出 最佳工 艺方案：落料 和首次拉 深复合，其余按基本工序。材料选择为 Q 235 钢带。其加工过程如图 6 所示，图 3 加 工 工 序 图确定工艺方案后，然后进行各道工序模具的设计，模具材料的选择，冲压设备的选择等济 南 大 学 毕 业 设 计-6-4 落料拉深复合模具设计在一套模具中，若能一次完成冲孔、落料、拉深、弯曲等工序中的两个或者多个工序，这样的模具成为复合模具。复合模的特点主要有：1）生 产效率 高。因 为在一 套模具 中能完 成多道 工序，所以能 够大大 减少冲 压设备的占用，减少操作人员数量，减少周转时间，从而提高生产效率。2）提 高冲压 件的质 量。在 复合模 具中几 道工序 是在同 一个工 位上完 成，不 用再次定位，可以减少重复定位的误差，从而保证冲压件的位置精度，提高冲压件的质量。3）对 模具的 制造要 求高。复合模 具的结 构比简 单模具 的结构 要复杂，要求 模具制造要有较高的精度，制造周期相对较长，因此模具成本显著提高。4.1 毛 坯 尺 寸 和 形 状 的 确 定由 于 该 零 件 的 拉 深 形 状 为 不 规 则 的 形 状（如 图 4），为 了 方 便 计 算 毛 坯，将 其 看作等长等宽的长方形（即盒形件，如图 5）进行毛坯的计算。由于变形区的周边上应力应变分布不均匀，再者零件的几何参数、材料性能、模具结构等因素对这种不均匀变形的影响极其复杂，因此不能精确计算出毛坯的形状和尺寸，只能对不同的几何参数范围给出相应的较为合理的毛坯形状。图 4 拉 深 不 规 则 形 状 图 5 拉 深 形 状确 定 毛 坯 尺 寸 的 原 则 是 变 形 前 后 毛 坯 的 面 积 等 于 零 件 的 表 面 积 11。但 是 毛 坯 的形 状 必 须 保 证 材 料 在 整 个 周 边 上 的 分 布 符 合 于 零 件 周 边 每 个 点 上 都 形 成 等 高 侧 壁 的需要。根据零 件特殊的形 状分析：零 件长度方向 上的最大凸 缘长度为 4.4m m,而宽度 上有锥形孔的存在的部分凸缘大一些，没有的部分凸缘小一些。考虑到此特征，为节约材料，计算毛坯以长度方向上的最大凸缘为基准来计算。经计算得毛坯如图 6 所示。济 南 大 学 毕 业 设 计-7-图 6 毛 坯 形 状其中毛坯圆角 R=4.7 m m。4.2 拉 深 次 数 的 确 定盒形件的高度 H 和宽度 B 的比值称为相对高度，H/B 0.5 时是低矩形件，H/B 0.5 时是高矩形件。低矩形件只需要一次拉深，而高矩形件要多次拉深。由 于 该 拉 深 件 的 最 小 宽 度 B=16.3 m m，拉 深 的 深 度 为 H=12.4m m。H/B=0.849 0.5，所以为髙矩拉深。根据第一次拉深因数来判断拉深次数。m=r/R(1)式（1）中：r 为工件圆角半 径，R 为毛坯圆角的 假想半径。则 m=r/R=3/8.81=0.34；而 r/B=3/16.3=0.21。由参考文献 12 得，mc=0.36，因为 m mc故不能一次拉深出来，需要多次拉深。拉深因数也可以用拉深高度 h 与圆角半径 r 表示：m=1/r h/2(2)若取 m1=0.4，则用式（2）计算拉深高度 h,得h1=9.37 m m如果取第一次的拉深深 度为 h1=8.6 m m；而工件的总高度为 12.4 m m，则第二次拉深的高度为 3.8 m m。m=1/r h/2=1/3/6.8=0.59根据 r/B=0.21，由参考文献 13 得 mc 2=0.54 0.59,因此可以进行两次拉深完成。济 南 大 学 毕 业 设 计-8-4.3 排 样冲压过程产生的废料包括两个方面：1）工艺废料：包括搭边、料头和料尾。损失在搭边方面的废料一般约占 8%至 10%；冲裁过程中出现的料头和料尾在条料上不够一个整个冲件的条料约占 0.5%至 10%；2）设计废料:由于零件的 结构形状特点所造成的 废料损失。其中约有 6%损失在不合理的几何形状方面；而损失在不能利用的废料上（如冲孔）约占 20%。（一）排样方法 1 如图 7 所示，选择板厚为 0.8 m m，宽为 65 m m 的 Q 235 的带，搭边值 a=2 m m图 7 排 样 方 法 1利用率的计算：=0FF 100%（3）=1F FF 100%式中 材料利用率，F冲件的有用面积，F0材料的总面积，F1冲裁该件时所产生的废料的面积F0=6370 mm2F=4338.9 mm2=6 3 7 09.4 3 3 8100%=68.1 1%（二）排样方法 2 如图 8 所示 选择板厚 0.8 m m,宽度为 100 m m 的钢带，搭边值 a=2m m。济 南 大 学 毕 业 设 计-9-图 8 排 样 方 法 2利用率的计算：F0=9800 m m2F=8677.8 mm2代入公式（3）得=0FF 100%=9 8 0 08.8 6 7 7 100%=88.5%（三）排样方法 3 如图 9 所示 选择厚为 0.8 m m，宽为 100 m m 的钢带,搭边 a=2m m。图 9 排 样 方 法 3利用率的计算：F0=6230 m m2F=4338.9m m2代入公式（3）得：=69.65%综上，本零件的原料为 Q 235 的钢带，所以采用自动送料装置，故送料方向最好只有一个。再考虑到利用率等因素，所以选择排样方法 3。4.4 模 具 结 构 形 式 的 选 定在工艺分析中已经选择了模具的类型：落料拉深复合模、二次拉深模、冲方形孔模、冲两锥形孔模、冲侧面四个小孔模、切边模和翻边（浅拉深）模。工艺方案确定以后，模具结构形式的选定也是一项相当关键的内容。它直接关系到冲压过程的生产济 南 大 学 毕 业 设 计-10-效率、冲件的生产成本、冲件的质量和尺寸精度以及模具的寿命高低。本次的冲件厚度为 0.88 mm，大批量生产且冲裁力不大，故对模具工作零件、定位零件、卸料及压料零件导向零件等可以按照一般的模具设计进行选定。4.4.1 凹凸模配置位置复合模根据凹凸模的配置位置不同，可以分为倒装式和顺装式，凹凸模在下的为倒装式，反之为顺装式。本设计选用倒装式，倒装可以使大部分质量集中到下部，重心下降。工件卡在凸凹模上，利用推件杆推出。在上模上安装卸料板，保证带料能够顺利脱离上模。这样装置操作方便安全，而且可以保证较高的生产率。4.5 模 具 的 具 体 设 计4.5.1 冲裁的压力中心冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲压时模具的压力中心一定要与冲床滑块的中心重合。否则滑块就会受到偏心载荷，使模具倾斜，间隙不均，从而导致冲床滑块与导轨以及模具的不正常磨损，降低冲床和模具的寿命。建立如图 10 所示的坐标：图 1 0 毛 坯 坐 标由于毛坯关于 y 轴对称，故压力中心一定在 y 轴上，即 x=0。冲裁模压力中心的计算公式为：y=(4)S 1=96 m m,S 2=S 6=33.7 m m,S 3=S 5=21.4 m m,S 4=83.57 m mY 1=0 m m,Y 2=Y 6=16.85 m m,Y 3=Y 5=33.7 m m,Y 5=26.6 m m代入公式（4）得：y=1 9.35 m m所以压力中心坐标为(0,19.35)4.5.2 凸、凹模间隙落料时的冲裁间隙的大小对断面的质量、冲裁力、模具寿命等的影响很大，所以济 南 大 学 毕 业 设 计-11-冲裁间隙是冲裁模具设计中的一个重要工艺参数。由文献14查的 Zm i n=0.07 m m,Zm a x=0.10 m m。拉深凸凹模间隙同样影响着拉深件的质量，拉深确定间隙的原则是：既要考虑板料公差的影响，又要考虑毛坯口部增厚的现象，故间隙一般应比毛坯厚度略大些。由文献14查的首次拉深的间隙为：Z=1.92 m m4.5.3 凸、凹模工作部分尺寸和公差对于复合模具来说，工作部分包括凸凹模、凹模和凸模三个部分，本模具为落料拉深复合模具所以应分别确定工作部分的工作尺寸。（一）落料部分的工作部分的尺寸计算按 工件 成形 后的 精度 为 I T 10 级 来计 算，由于 落料 为不 规 则形 状，故计 算时 将分为圆弧部分和矩形部分。1）圆弧部分落料以凹模为准，凸、凹模的制造公差应满足：凸 凹 Zm a x Zm i n（5）式中凸凸模制造公差；凹凹模制造公差。查文献 14 表 3-1 1 得：凸=0.01 m m,凹=0.02 m m，满足条件。则工件尺寸为 D 0。落料时，尺寸公差分配如下：D凹=（D x）0 凹D凸=（D凹 Zm i n）凸0=（D x Zm i n）凸0（6）其中，x=0.5，=0.07 m m，Zm i n=0.07 m m，凸=0.01 m m,凹=0.02 m m。代入公式（6）得：D凹=5 3.6 50 0。0 m mD凸=5 3.0 9 5 0.0 0m m2）矩形部分a 长度方向，工件尺寸为 9 6 0.0 70m m，则利用公式（6）得：济 南 大 学 毕 业 设 计-12-L凹=9 5.9 6 50 0。0 m m D凸=9 5.8 9 5 0.0 0m mb 宽度方向，工件尺寸为 3 3.7 0.0 70m m，利用公式（6）得：L凹=3 3.6 6 50 0。0 m m L凸=3 3.5 9 5 0.0 0m m4.5.5 力的计算冲裁力是选择冲压设备吨位和检验模具强度的一个重要的依据。平刃口凸模冲裁力的计算公式为：P=kL t（7）式中 P 冲裁力（N）L 冲件的周边长度（mm）t 板料厚度（mm）材料的抗冲裁强度（MPa）k 修正系数。1)落料(1)冲裁力k=1.3 L=248.07 m m t=0.8 m m=320M P a 14 代入公式（7）得：P=63.5 K N(2)卸料力 F卸=K卸P=0.06 63.5=3.81(K N)(3)推件力 F推=n K推P=0.05 63.5=3.175(K N)2)拉深此拉深部分为不规则形状，近似看作矩形盒状的拉深，拉深力的近似计算公式为：P=(2A+2B-1.72r)t bK(8)A=32.5 m m,B=26.4 m m,t=0.8 m m,b=440M pa,K=0.2代入公式(6)得：P=7.88 K N则 F总=78.365 K N4.5.6 压力机的选用和模具闭合高度的确定冲压设备的选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容。它直接关系到设备的安全和合理的使用，同时也关系到冲压工艺过程能否顺利的完成以及模具的寿命、产品的质量、生产的效率、成本的高低等一系列重要问题。济 南 大 学 毕 业 设 计-13-铰链底座为小型冲压件，但是要大批量生产，形状较复杂。常用的冲压设备有单柱固定台压力机（J 1 1）、开式双柱可倾式压力机（J 23）、闭式单点压力机（J 31），以及多工位自动压力机、万能液压机、摩擦压力机等 15。各 工 序 所 需 总 力 为 F总=78.365 K N，所 选 压 力 机 的 公 称 压 力 应 在 所 需 压 力 的 1.3倍以上。即F公 称=1.3 F总=1.3 78.365=101.87 K N由此选择 JA31-160B 型压力机。冲 模 的 闭 合 高 度 h模是 指 模 具 在 最 低 的 工 作 位 置 时，下 模 座 的 底 面 至 上 模 座 顶 面的距离。在设计模具时应与压力机相协调，由所选压力机知装模高度最大值为 205mm,设计的模具的高度应小于模具的最大闭合高度，即hm i n 0 m m h模 hm a x 5 m m查文献 14 得：hm a x=0 5 m m hm i n=4 0 m m则 5 0 m m h模 0 0 m m所以选择 h模=162m m4.5.7 凹模设计（1）凹模外形尺寸的确定a.按经验公式计算凹模的高度：h=kb公式中 k 系数，查的 k=0.5b最大尺寸，b=60.3m m则 h=30.15m m 圆整取 h=30m m。4.5.8 拉深凸模设计根据加工的零件确定凸模的结构形式。（1）凸模的长度 根据加工零件初步确定凸模长度 l=73m m，材料为 C r 12M oV。（2）强度校核冲裁时凸模因承受了全部的压力，所以承受了相当大的压应力，在一般情况下，凸模的强度是足够的，但是在凸模特别细长或者凸模的截面尺寸很小时，就必须校核，包括凸模最小截面的承受能力和抗纵向弯曲能力的校核。济 南 大 学 毕 业 设 计-14-a.凸模承受能力的校核对凸模最小断面上的承受能力进行校核时，必须使冲裁力 P 小于或等于危险断面所允许的最大压力。即=PAm i n c(9)其中 P=7.88 K N，Am i n=753.02 m m，查的材料 C r 12M oV 的 c=1.2 03M pa代入公式(7)得：=0.01 03M pa c合格b.失稳弯曲应力的校核由于凸模没有导向装置，其应力情况近似于一端固定、另一端自由的压杆。这时凸模不发生失稳的最大冲裁力 P 可以用欧拉极限力公式确定。经运算，其凸模的自由长度 l 为：l E J4 n P(10)其中 l 凸模的自由长度（m m）;E 弹性模量，对于工具钢，其值为 2.15.05(M P a);J 凸模断面的轴惯性矩（m m4）;n 安全系数，对于淬火钢，n=2 3;未淬火钢，n=4 5;P 冲裁力（N）。其中 P=7.88 K N,E=.05M P a,J=3.47 04m m4,n=2代入公式（10）中得：l 5 0 m m凸模的实际长度为 73m m,小于 250 m m。合格4.5.9 凸凹模设计在落料拉深复合模具中，复合模具很重要。它既关系到落料的质量又关系到拉深的质量。主要根据落料凹模和拉深凸模设计。其工作部分尺寸即是落料凸模尺寸和拉深凹模尺寸。4.5.10 推件及压边装置设计本套复合模具采用倒装式，拉深件容易卡在凸凹模内，故设计推件杆将加工件从凸凹模内推出。推件杆为刚性的，刚性推件装置的推理较大、工作可靠。本模具采用弹性压边圈，弹性压边圈有两种形式：弹簧和聚氨酯橡胶。后者能够承受较大载荷，接触面积大，考虑到模具的闭合高度，采用聚氨酯橡胶的串联形式。4.5.1 1 卸料装置设计本模具在冲压完成后，带料会卡在凸凹模上面，本套模具采用弹簧卸料装置，弹济 南 大 学 毕 业 设 计-15-簧能产生较大的力，而且卸料板起到承料的作用。（1）卸料板弹压卸料板不仅起到卸料的作用，同时还起到压料的作用。卸料板与凸模的间隙大小以不致使冲件或者废料被拉进间隙为准。对 于 弹 压 卸 料 板，卸 料 孔 每 侧 的 的 间 隙 c=0.1 0.2t,t 为 冲 压 件 的 厚 度，此 处t=0.8m m。则 c=0.08 0.16m m。取 c=0.16m m。此套模 具凸凹模为 不规则形状，卸料孔的尺寸为凸凹模基础上加上 0.16m m。根据文献 14 选择卸料弹簧的材料为 60S i 2M n，规格为：压簧 4 0 3 04.5.12 导向零件设计导向零件用于提高模具的精度、减少冲床对模具精度的不良影响，同时还可以节约 模 具 的 调 整 时 间，以 及 提 高 重 建 的 精 度 及 模 具 寿 命。铰 链 底 座 的 厚 度 为 t=0.8m m,不是很厚。精度要求较高，故采用四导柱高精度模架。4.5.13 定位装置设计模 具 的 定 位 零 件 是 用 以 保 证 在 冲 压 加 工 过 程 中 材 料 和 毛 坯 的 正 确 送 进 及 正 确 地将工件安放到模具上，已完成下一步的冲压工序。本套模具主要有挡料销和定位销。挡料销用于限定条料的搭边和左右的位移，挡料销固定在凹模上面，使带料只沿着进给方向送进。定位销主要控制带料的送进距离。总装配如图 1 1济 南 大 学 毕 业 设 计-16-图 1 1 落 料 拉 深 复 合 模1，起 重 轴 销 2，上 模 座 3，导 套 4，导 柱 5，凹 模 6，内 六 角 螺 钉 7，弹 性 体 8，凸 模 固 定 板9，凸 模 1 0，内 六 角 螺 钉 1 1，内 六 角 螺 钉 1 2，间 隔 盘 1 3，压 边 圈 1 4，卸 料 板 1 5，凸 凹 模1 6，弹 簧 1 7，下 模 垫 板 1 8，下 模 座 1 9，销 2 0，推 件 杆 2 1，内 六 角 螺 钉 2 2，挡 料 销 2 3，内六 角 螺 钉4.5.14 材料选择模具零件材料的选择对模具的寿命及冲压件的质量影响都非常大。对于材料的选用，应根据不同的使用要求，考虑其经济性。并充分利用材料的特性，选择相应的模具材料。由冲压工艺与模具设计实用技术表 2-105 及表 2-106 选择材料如下：1）凹模、凸模、凹凸模均采用 C r 12M oV；2）导柱、导套采用 20 钢；3）起重轴销、卸料板、压边圈采用 Q 235 钢；4）螺钉、定位销、挡料销、固定板、垫板均采用 45 钢；5）上、下模座均采用 H T 250。综述：本模具为落料拉深复合模具，毛坯为 Q 235 的带料，采用弹性压边圈压边，利用挡料销和定位销定位，保证定位精度。采用四导柱模架，且导柱导套要精磨。卸料板既能够起到卸料作用，又能起到承料的作用。整套模具能够顺利完成此工序的工作，并且能够得到复合条件的成形件。济 南 大 学 毕 业 设 计-17-5 二次拉深模具设计由工艺分析知，此零件需要进行两次拉深才能完成。此模具主要根据第一套模具进行设计，其中上、下模座和导柱、导套以及部分零件采用第一套的零 件，这样能够提高互换性，并且在维修方面较容易，节约成本。5.1 设 计 要 点此套模具为二次拉深模具，所以除了应考虑到与其他模具一样的设计方法和步骤外，还需要考虑以下特点：（1）拉 深工艺 的计算 要有较 高的准 确性，从而拉 深凸模 长度的 确定必 须满足 工件拉深高度的要求，且在拉深凸模上必须有一定尺寸的通气孔。（2）二 次拉深 的凸模 较长，选用凸 模材料 时须考 虑热处 理时的 弯曲变 形。同 时凸模在板上的定位、紧固的可靠性。（3）压边圈与毛坯接触的一面要平整。（4）对于形状复杂或多次拉深的拉深件,一般很难确切计算出坯件形状和尺寸,往往经拉深后,才能设计和制造拉深模件。5.2 凸 模 设 计初选凸模的长度为 77 m m，凸模的断面与第一套 相同，由公式（9）（10）得此凸模的强度合格。5.3 力 的 计 算1）拉深力二次拉深仍然是不规则形状的拉深，近似看作矩形盒状的拉深。拉深力根据公式（6）得：P=7.88 K N2）压边力压边力的大小对拉深件的质量有一定的影响：如果压边力太小，则在冲件仍然会出现起皱。而当压边力增大时，在压边圈与板料之间的摩擦力增大，侧壁会出现变薄现象，甚至拉裂。由于此加工件为不规则形状，则：FQ=APP（1 1）其中AP压边圈下的毛坯的投影面积（m m）；济 南 大 学 毕 业 设 计-18-P 单位压边力（M P a）。查文献 14 表 5-29 得：P=3.0M P aAP=1.77 03m m代入公式（1 1）得：FQ=5.31 K N5.4 压 力 机 的 选 择压力机的公称压力应大于 1.3 倍的总压力，即F 1.3（P+FQ）代入数据得：F 54.4 K N另 外 考 虑 到 此 次 拉 深 系 数 为 0.59，拉 深 深 度 为 3.8 m m，故 选 择 的 压 力 机 的 型 号为 J A 31 160B。5.5 模 具 闭 合 高 度由 第 一 套 模 具 知 所 选 压 力 机 装 模 高 度 最 大 值 为 205mm,设 计 的 模 具 的 高 度 应 小 于模具的最大闭合高度，即hm i n 0 m m h模 hm a x 5 m m确定模具闭合高度为 162m m。5.6 模 具 其 他 零 件 的 设 计此套模具的模架与第一套的模具相同，定位和压边以及推件装置均和第一套相同。其总装配图如图 12 所示：图 1 2 二 次 拉 深 模 具济 南 大 学 毕 业 设 计-19-1，起 重 轴 销 2，上 模 座 3，导 套 4，导 柱 5，弹 性 体 6，凸 模 固 定 板 7，凸 模8，内 六 角 螺 钉 9，内 六 角 螺 钉 1 0，间 隔 盘 1 1，压 边 圈 1 2，凹 模 1 3，下 模 垫 板1 4，下 模 座 1 5，销 1 6，推 件 杆 1 7，内 六 角 螺 钉5.7 模 具 材 料 选 择此次拉深的高度不大，且拉深件的壁厚不厚，拉深力不大，冲击较小。选择的材料如下：1）凹模、凸模均采用 C r 12M oV；2）导柱、导套采用 20 钢；3）起重轴销、压边圈采用 Q 235 钢；4）螺钉、定位销、固定板、垫板均采用 45 钢；5）上、下模座均采用 H T 250。综述：此套模具是二次拉深模具，毛坯为落料拉深的成形件，凸模为不规则形状。具有良好的导向性，严格保证模具零件的各部件的尺寸精度。合理的压边力能够得到较好的表面，利用凹模本身定位，减少定位误差。济 南 大 学 毕 业 设 计-20-6 冲方孔模具设计6.1 力 的 计 算1）冲裁力的计算冲裁力是冲裁的重要数据。计算的公式为公式（7）。其中，L=46.4 m m k=1.3 t=0.8 mm=320MPa代入公式（7）得：P=1 1.88 K N2）卸料力 F卸=K卸P=0.06 1 1.88=712.8（N）6.2 压 力 中 心 的 确 定方孔形状是几何对称的，其压力中心就是其几何中心。6.3 压 力 机 选 择 及 模 具 闭 合 高 度 的 确 定压力机的公称压力应大于 1.3 倍的总压力，即F 1.3（P+F卸）代入数据得：F 16.371 K N所选压力机为 J A 31 160B，闭合高度为 162m m。6.4 模 具 的 具 体 设 计6.4.1 凸、凹模间隙由文献 14 表 3-17 查得 Zm i n=0.07 m m,Zm a x=0.10 m m6.4.2 凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差此为冲孔模具以凸模为准。查文献 14 表 3-1 1 得：凸=0.01 m m,凹=0.02 m m。满足条件。工件为 I T 10，在长度方向尺寸为 4.60 0.0 7m m，宽度方向上 8.60 0.0 7m m。则 d凸=（d x）凸0d凹=（d凸 Zm i n）0 凹=（d x Zm i n）0 凹（12）式中 d凸、d凹冲孔凸、凹模尺寸（m m）；济 南 大 学 毕 业 设 计-21-工件的制造公差；x因数查得 x=0.5，=0.07 m m，Zm i n=0.07 m m，凸=0.01 m m,凹=0.02 m m。所以在长度方向上，L凸=4.6 3 5 0.0 0m m，L凹=4.7 0 50 0.0 m m。在宽度方向上，L凸=8.6 3 5 0.0 0m m，L凹=8.7 0 50 0.0 m m。6.4.3 凸模设计初选凸模长度为 80m m，材料：C r 12M oV，并采用阶梯式增加凸模的强度。将 P=1 1.88 K N，Am i n=125.56 m m代入公式（9）中得：=95M P a c失稳弯曲应力的校核：P=1 1.88 K N，J=2.23 03m m4。代入公式（10）得：l 339.65 m m，实际 l=80m m，所以凸模合格。6.5 模 具 其 他 主 要 零 件 的 设 计本套模具仍然采用第一套的模架，利用承料板和定位销定位，压边、起重仍然使用第一套相同型号的零件，以提高互换性，节约成本。其装配图如图 13 所示：图 1 3 冲 方 孔 模 具1，起 重 轴 销 2，上 模 座 3，导 套 4，导 柱 5，弹 性 体 6，凸 模 固 定 板 7，凸 模8，内 六 角 螺 钉 9，内 六 角 螺 钉 1 0，间 隔 盘 1 1，压 边 圈 1 2，凹 模 1 3，下 模 垫 板1 4，下 模 座 1 5，销 1 6，推 件 杆 1 7，内 六 角 螺 钉 1 8，承 料 板济 南 大 学 毕 业 设 计-22-6.6 模 具 材 料 的 选 择本套模具为工序中冲方孔工序的模具，冲裁力不大。现选择材料如下：1）凹模、凸模均采用 C r 12M oV；2）导柱、导套采用 20 钢；3）起重轴销、卸料板采用 Q 235 钢；4）螺钉、定位销、固定板、垫板、承料板均采用 45 钢；5）上、下模座均采用 H T 250。综述：当压力机滑块下降时，模具闭合，压边圈与工件接触并施加压边力。因为工件经过拉深工序，需在凹模上添加承料板，并起到定位作用。冲孔废料通过排料孔排出模具。济 南 大 学 毕 业 设 计-23-7 冲锥形孔模具设计7.1 力 的 计 算1）冲裁力 此工序需要冲压两个锥形孔，冲裁力为两个力的合力。R=2.2 m m，则 L=27.65m m k=1.3 t=0.8 m m=320M P a。代入公式（7）得：P=7.08 K N2）卸料力 F卸=K卸P=0.06 7.0 8=0.4248（K N）所以 F总=P+F卸=7.5048 K N7.2 压 力 中 心 的 确 定本套模具冲压的为两个锥形孔，是规则几何形状，且两个锥形孔对称，所以压力中心在两个锥形孔的圆心连线的中点。7.3 压 力 机 选 择 及 模 具 闭 合 高 度 的 确 定压力机的公称压力应大于 1.3 倍的总压力，即F 1.3（P+F卸）代入数据得：F 9.756 K N所选压力机为 J A 31 160B，闭合高度为 162m m。7.4 模 具 的 具 体 设 计7.4.1 凸、凹模间隙由文献 14 表 3-17 查得 Zm i n=0.07 m m,Zm a x=0.10 m m。7.4.2 凸、凹模工作部分的尺寸及制造公差此为冲孔模具以凸模为准，凸、凹模的制造公差应满足：凸 凹 Zm a x Zm i n式中凸凸模制造公差；凹凹模制造公差。济 南 大 学 毕 业 设 计-24-查文献 14 表 3-1 1 得：凸=0.01 m m，凹=0.02 m m。满足条件。工件为 I T 10，则 d0=4.40 0.0 7m m。并查得 x=0.5，=0.07 m m，Zm i n=0.07 m m，凸=0.01 m m，凹=0.02 m m。代入公式（12）得：d凸=4.4 3 5 0.0 0m m，d凹=4.5 0 50 0.0 m m。7.4.3 凸模设计初选凸模长度为 69m m，材料：C r 12M oV，并采用阶梯式增加凸模的强度。将 P=7.08/2=3.54 K N，Am i n=15.21 m m代入公式（9）中得：=232.5M P a c失稳弯曲应力的校核：P=7.08/2=3.54K N，J=1.4 03m m4。代入公式（10）得：l 8.459m，实际 l=69m m，所以凸模合格。7.4.4 模具其他主要零件的设计本套模具仍然利用第一套的模架，利用橡胶动力卸料，在橡胶之间用间隔板隔开。凹模上面开槽，使拉深部分能够放进去。其装配图如 14 所示。图 1 4 冲 锥 形 孔 模 具1，起 重 轴 销 2，上 模 座 3，导 套 4，导 柱 5，弹 性 体 6，凸 模 固 定 板 7，凸 模8，内 六 角 螺 钉 9，内 六 角 螺 钉 1 0，间 隔 盘 1 1，卸 料 板 1 2，凹 模 1 3，下 模 垫 板1 4，下 模 座 1 5，销 1 6，内 六 角 螺 钉济 南 大 学 毕 业 设 计-25-7.5 模 具 材 料 的 选 择本套模具为工序中冲两个锥形孔工序的模具，冲裁力不大。现选择材料如下：1）凹模、凸模均采用 C r 12M oV；2）导柱、导套采用 20 钢；3）起重轴销、卸料板采用 Q 235 钢；4）螺钉、定位销、固定板、垫板均采用 45 钢；5）上、下模座均采用 H T 250。综述，此套模具的特点是冲的孔有一定 的锥度，冲头有两个。当模具闭合时，冲头同时下降，凹模刃口的上面有一定的锥度的凹槽，在冲孔之前先压出一定锥度的凹坑，到达凹模刃口后，开始冲孔，冲孔废料由废料口排出，凹模、垫板和下模座上面开有两个废料通道。济 南 大 学 毕 业 设 计-26-8 冲侧边四个小孔模具设计由于小孔在侧面，故需要采用斜楔式结构，斜楔结构是按照冲压加工的需要将压力机垂直方向的力转化为水平方向的力。四个小孔同时冲出，需要四个冲头，再者孔的精度要求不高，所以冲头不需要非常精确的定位，由于孔很小，以及考虑待加工件的外形特征，此套模具没有凹模。8.1 力 的 计 算1）冲裁力此处为直接用冲头冲孔，无凹模。冲裁力为四个孔的合力。其中k=1，L总=50.27 m m，t=0.8 m m，=320M P a代入公式（7）得：P=12.87 K N2）卸料力 F卸=K卸P=0.06.8 7=0.7722（K N）所以 F总=P+F卸=13.6422 K N8.2 压 力 中 心 的 确 定小孔为圆孔，几何形状对称，而且冲孔凸模横向运动，设左侧两个两个孔的圆心连线的中点为 A，右侧两个孔的圆心