阶梯圆桶落料拉深复合模具设计.docx

本科毕业设计（论文）通过答辩摘要此次毕业设计是由蔡昀老师亲自指导，设计一副简单的复合模具，经过数个月的设计，基本完成此次设计的任务。此副模具主要是阶梯圆筒形零件的设计，采用落料拉深两道工序相结合的复合模，本人经查阅相关书籍资料以队此副模具所用到的相关公式数据做出了一个准确的依据。此副模具的设计一共分为四章，和其他模具的设计一样，首先第一章是对零件进行了工艺分析，接着对工艺方案进行了比较，最终确定采用先落料拉深后切边的工艺方案，然后画工序图经过计算选择冲压设备。第二章是选择冲模类型以及结构形式，接着是一些模具设计的相关数据计算。第三章是对模具凸模凹模加工工艺过程以及加工工艺方案的确定，最后填写凸凹模加工工艺规程卡以及编制凸模数控加工程序。第四章是设计总结谢辞以及参考文献。本人在设计过程中得到了其他同学的大力支持，并有蔡昀老师的息心指导，在此表示诚恳的感谢。由于本人水平有限，此次设计难免还存在一些缺点和错误，恳请阅读者批评指正。机械模具毕业设计（论文），优质质量，通过答辩，毕业无忧目录第 1 章 冲压工艺设计11.1 零件的工艺分析11.2 制定冲压工艺方案31.3 画工序图41.4 初选冲压设备61.5 编制冲压工艺卡8第 2 章 冲压模具设计102.1 冲模类型及结构形式102.2 模具设计计算10第 3 章 模具主要零件加工工艺设计143.1 制定凸凹模加工工艺过程143.2 填写凸凹模加工工艺规程卡163.3 编制凸模或凹模数控加工程序19第 4 章 设计总结21致谢22参考文献23第 1 章 冲压工艺设计1.1 零件的工艺分析此零件形状为阶梯圆筒形件，需要采用落料，拉深，切边三道工序，通过计算确定拉深次数。零件材料为 10 钢，根据参考文献1表 1.4.1 得：10 钢的抗剪强度=210MPa。由此可见，其塑性较好，有较高的强度，适合于成形加工。t=260440MPa、抗拉强度s b=300440MPa伸长率d 10 =29%、屈服强度=210MPa。由此可见，其塑性较好，有较高的强度，适合与成形加工。此零件毛坯形状为圆形，故采用冲裁工艺中的落料工序。首先计算出毛坯的尺寸，根据毛坯尺寸要求计算出凸凹模的尺寸，但要注意落料见的尺寸应增加修边余量，以保证零件的高度。后面还有拉深等其它工序，最重要的是毛坯外形尺寸精度要保证下一道工序的完成。拉深见工艺性的好坏，直接影响到该零件能否用拉深方法生产出来，不仅能满足产品的使用要求，同时也能够用最简单，最经济和最快的方法生产出来。拉深见外形尺寸的要求应根据零件的高度以及厚度等选择一次拉深还是多次拉深。1. 计算落料毛坯尺寸：t=0.5mm<1mm.故可以按外形尺寸计算dt » 34 » 1.2查指导表 4-2. 取修边余量d =2.5mmd28则零件外径 D=34+2×2.5=39 由指导表 4-4.将零件分为序号 9 和序号 11 两部分d + 6.28rd + 8r 2 + d 2 - d 211132取d =21.7mm1d =28mm2d =39mm3r=2mm由序号 9 得： D =21.72 + 6.28´1.5´ 21.7 + 8´1.52 + 392 - 282D1=去掉 d1 部分圆面积的材料» 38.9mmpppp211则 A1= 4 D 2 - 4 d 2 = 4 （38.92-21.72） 4 ×104.2.3mmd 2 + 2pr d + 8r 2 + 4d h + 2pr d + 4.56 r 2 + d 2 - d 212 1221 2143由序号 11 得: D2=取d1=5mmd2=9mmd3=12mmd4=21.7mm r1=1.5mmr2=2mmh=0.5mm52 +2p´2´5+8´22 +4´9´0.5+2p´1.5´9+4.56´1.52 +21.72 -122 D 2 =则 A2=pppD 2 =×23.72=×561.7mm2» 23.7 mm4244pp 毛坯的总面积 A=A +A =(1042.3+561.7)=×1604mm2p ´ p ´ 16044412444 Ap所以毛坯直径 D =因此毛坯直径为 40mm2. 确定拉深次数：» 40 mmh= 6» 0.67dn9t0.5D =40= 0.0125t查指导表 4-8 得：当D ×100%=1.25（1.51），一次拉深可得最大相对高度h 为 0.840.65，故零件以以一次拉深成形。d3. 计算拉深系数因该零件兼有凸缘见拉深与阶梯圆筒件拉深的持性，所以近似按此两种拉深方法估算总拉深系数.由参考文献2或（4-15）得：hdd1 .5289 1 ´ 1 + 2 ´ + =mh 2DD总 =h440401 .5= 0 .35 1 + 1 + 1h42查参考文献2表 4-9 当 df 2.83.0 时 m =0.160.20md1总此零件厚度为 0.5mm，拉深件的底部与侧壁间的圆角半径 R1为 1.5mm，1.50.5mm，各阶梯连接处的半径为 1.5mm，1.5>2t=1mm，即满足 R1 ³ t,R2 ³ t ,所以拉深可以顺利进行，不需要增加整形工序，零件产品尺寸为F 34 0-0.14、精度为IT10IT11 级F280-0.52、F 9 0- 0.36，精度为IT14 级，其中F280-0.52、F 9 0- 0.36由拉深工序保证。拉深成形后切除零件多余外边，保证零件最后的外形尺寸公差，故F 34 0由-0.14切边工序保证。1.2 制定冲压工艺方案1.2.1 工艺方案分析比较此零件外壳形状表明它为拉深件，所以拉深为基本工序，其毛坯可用落料工序完成。根据前面的计算，只需要一次拉深，故根据该零件所需基本冲压工序，做出一个合格的零件，可以有三种工艺方案：第一种方案是把落料、拉深、二道工序做一个简单复合模，然后再以切边工序做一个单工序切边模。第二种方案是以落料、拉深、切边工序分开，各做一副单工序模。第三种方案是把落料、拉深、切边三道工序并在一起，做一副多工位的级进模。三种方案的比较：第一种方案:落料、拉深是一个简单复合模，设计简便，制造也不难生产效率 高，装夹方便，切边工序作为单工序模，只要保证一个尺寸精度要求，方便、简单。第二种方案：三道工序分开，分布鲜明，有序进行，看得懂，弄得请，但效率不高，占用设备多，若单用一个设备，则需拆下来，装上去次数多，比较麻烦。第三种方案：三道工序一起进行，效率比较高，但是制造麻烦，周期长，成本高，只有大批量生产中才适合。1.2.2 工艺方案确定根据工艺方案的比较：方案一：落料拉深复合切边方案二：落料拉深切边方案三：落料、拉深、切边级进模综合所有因素，此零件选用方案一。1.3 画工序图1. 工序 1：落料拉深(1)毛坯图图 1-1(2) 工序图图 1-2(3) 排样图a. 计算开料宽度及步距由参考文献1表 2.5.2 取搭边值a min =1.5mma1 min =1.2mm由表 2.5.3 得 减料公差d =0.4mm 导料间隙 C=0.1mm-考虑落料后需自然卸下条料 单恻需冲开 0.5mm 深缺口则开料宽度 B=(D-0.5+ a min +2d +C) 0d=(40-0.5+1.5+2×0.4+0.1) 0-0.4=41.9 0mm-0.4取 B=41.9 0mm-0.4步距A=D+ a 1 min =40+1.2=41.2mm. 取 A=42mmb. 画排样图图 1-32. 工序 2：切边1.4 初选冲压设备图 1-4(1) 计算拉深工艺力，相对厚度 t =1.25%<1.5%Dt=0.5mm 根据参考文献1表 4.5.2 拉深时需采用压边圈。在该模具中可利用凸凹模与成型顶块进行压边。由于该零件只一次拉深 因此拉深时需兼整形。拉深工艺力应按整形力计算。参考弯曲校正力进行计算。查参考文献1表 3.3.3。取单位校正力 q=40MPaF则= qA = 40 ´ p整4´ 39 2= 47759 .4 N总1整F= F= 47759.4N(2) 计算冲裁工艺力F 冲=Lts b= p ×40×0.5×440=27632N由参考文献1取顶件力系数 K 顶=0.08 则 F 顶=K 顶 F 冲=0.08×27632=2210.6N F 总 2=F 冲+F 顶=27632+2210.6=29842.6N(3) 计算冲压工艺力F 总=F 总 1+F 总 2=47759.4+29842.6=77602N 按 F 总=77602N,以及 F 总(0.70.8)F 公得 F 公97002.5110860N查参考文献2表 8-10 初选压力机为 J23-161.5 编制冲压工艺卡表 1-1 冲压工艺过程卡无锡技师学院冲压工艺过程卡产品型号产品名称C003阶梯圆筒零（部）件名称零（部）件型号共 1 页第1 页材料牌号及规格材料技术要求毛 坯 尺 寸每个毛坯毛坯辅助材10 钢工0.5×48×1000可制件数重量料工序号序工 序 内名容称加工简图设工艺装备备注备材料剪床上裁厚度下0板为料48×10000.5mm落料落料与拉1拉深复合模深J23- 10落料与拉落料拉深深复合模编制(日期)审核会签(日(日期)期)更该标处文件签字记数号日标处更该文期记数件号签字日期无锡技冲压工艺过产品型号C003零（部）件名称共 1页师学院程卡产品名称阶梯圆筒零（部）件型号第1 页材料牌号及规格材料技术要求毛 坯 尺 寸每个毛坯毛坯辅助材续表 1-1可制件数重量料10 钢工0.5×48×1000工序号序工 序 内名容称加工简图设备工艺装备备注表切除凸圆切示冲2边达尺寸边要求J23-10切边模压方向检检验所有3验尺寸审核编制(日(会签期)日期)(日期)更该标处文件签字记数号日标处更该文期记数件号签字日期第 2 章 冲压模具设计2.1 冲模类型及结构形式此零件形状为阶梯圆筒形件，分为落料拉深（ C003-1）、切边（C003-2）两副模具，本人设计C003-1 模具，即落料拉深复合模，采用正装式。利用挡料钉定距， 模具本身利用 M8 螺钉固定及 8 销钉定位，本模具采用弹顶器以及打杆作为卸料装置。2.2 模具设计计算1. 压力中心此零件为阶梯圆筒形件，即属于旋转体件，结构对称，所以压力中心应该在其几何中心。2. 各主要零件外形尺寸(1) 落料凹模外形尺寸由参考文献1式（2.8.8） H=Kb查表 2.8.2K 取 0.3b=40mm H1=Kb=0.3×40=12mm按要求需满足 H115mm因为是复合模，另有拉深工序，零件高度为 6mm，材料厚度为 0.5mm，加之有凸模进入凹模的深度，综上所述，查参考文献2，H=25mm由式(2.8.9)凹模壁厚 C=(1.5-2）H1=(1.52)×15=22.530mm按要求需满足 C3040mm故取 C=30mm为便于加工模板取圆形则 D=2×30+40=100(2) 固定板外形尺寸直径 D 与凹模相同 为 100mm厚度 H2=(0.60.8)H1(0.60.8)×25=(1520)mm取 H2=20mm(3) 垫板外形尺寸直径 D=100mm厚度 H3=(612)mm取 H3=8mm各模板采用 8 与 M8 螺钉定位与连接根据参考文献4 孔距取 76mm(4) 凸凹模、凸凹模型芯、成形顶块、拉深凸模外形尺寸根据成型要求凸凹模、凸凹模型芯、成形顶块以及拉深凸凹模长度分别为 41mm、35.5mm、18.5 和 42.5mm。综上所述，归纳所得(单位:mm)落料凹模 100×25GB2858.4-81上、下固定板 100×20GB2858.5-81上、下垫板 100×8GB2858.5-81凸凹模： 46×40凸凹模型芯： 9×35.5 成形顶块： 40×18.5 拉深凸模： 14×42.5联接螺钉：M8GB70-85定位销钉： 8GB119-86孔距 763. 凸凹模间隙及凸凹模工作部分尺寸(1) 落料凸凹模尺寸及公差因为毛坯尺寸 D=40mm，无公差要求根据参考文献1，落料尺寸以凹模为基准，凸模采用配合加工，由于该零件最后需要切边保证最终尺寸，故落料凹模尺寸直接采用计算尺寸 40，另外制造公差取 0.02mm。凸模与凹模配制，双面间隙 0.040.06mm(参考文献1表 2.2.3)。凸、凹模尺寸要求参考零件图。(2) 拉深凸、凹模尺寸及公差由零件图知，工件外形尺寸及公差有要求，故以拉深凹模为基准，其值为：D d 1 =(28-0.75×0.52) + 0 .03 =27.6 + 0 .03D P1 =27.7 -0.03D d 2 =(9-0.75×0.36) + 0 .03D p 2 =(D d 2 -2c) -dp =(8.7-2×0.5) -0.03 =7.7 -0.03 mm注：以上凸、凹模制造公差取 0.03mm4. 选用模架因为凹模周界为 100，根据参考文献3，采用冷冲模滑动导向中间导柱模架， 根据各项指标，选用模架为：模架 100×130150 GB2851.6-81.HT20-40上、下模板厚度分别为 H 上 =25mm. H下=30mm5. 校核压力机(1) 闭合高度校核模具闭合高度 H m =H 上 + H 3 +H芯tH凸 +H 3 +H下=25+8+35.5+0.5+42.5+8+30=149.5mm由2表 8-10 得 压力机最大装模高度 H max =220-40=180mm由2表 8-10 得 压力机最小装模高度 H min =180-45=135mm满足 H max -5H m H min +10 (2)公称压力 F g 校核F g =160KNF总=77.6KN所以 F g 合格。(3) 滑块行程校核根据参考文献2表 8-10 得滑块行程 H 滑=55 模具工作行程 H I =(22.5)H 件 =(22.5)×6=(1215)mm H 滑H I满足使用要求(4) 工作台尺寸校核由参考文献2. 工作台前后尺寸为 300mm，左右为 450 模架型号100×130150由参考文献3. 模架左右为 260 ，前后为 170 ，满足工作台尺寸每边大于模具 5070mm 的要求因为工作台孔尺寸直径为 210 ，能容纳下弹顶器，所以满足要求。第 3 章 模具主要零件加工工艺设计3.1 制定凸凹模加工工艺过程3.1.1 加工工艺过程方案分析(1)凸凹模(落料凸模兼拉深凹模）根据凸模加工方法，可以制定出的凸模加工工艺过程有很多种， 现选两种方案进行比较：方案一：备料（下料、锻造）去应力退火毛坯外形加工（普通车床）数控车削粗加工（外形）数控车削半精加工数控车削精加工内轮廓粗加工（数控加工中心加工）精加工钳工精修淬火、回火研磨（抛光）。方案二：备料（下料、锻造）去应力退火毛坯外形加工（普通车床）数控内轮廓粗加工精加工数控车削外形粗加工半精加工精加工钳工精修淬火、回火研磨（抛光）。方案一的工艺过程占用设备多，拆、装麻烦，影响工件精度，效率较低。 方案二的工艺过程有序进行，能消除热处理变形对凸模精度的影响，加工精度较高。图 3-1* 尺寸与凹模配制双面间隙 0.040.06（2）落料凹模根据凹模形状以及要求，可以制定出的凹模加工工艺过程有很多种。现选两种方案进行比较：方案一：备料（下料、锻造）去应力退火毛坯外形加工（普通车床车削）数控车削内轮廓粗加工半精加工精加工钻削粗加工精加工钳工精修淬火、回火研磨。方案二：备料（下料、锻造）去应力退火毛坯外形加工（普通车床车削）数控加工中心钻半精加工精加工钳工精修淬火、回 火研磨。方案一的工艺过程：设备占用多，以至于影响工件精度，且效率偏低。方案二的工艺过程：加工精度高，成本较大，但效率高，加工方便。图 3-23.1.2.确定加工工艺过程凸凹模的加工工艺过程：选方案二：备料（下料、锻造）去应力退火毛坯外形加工（普通车床）数控内轮廓粗加工精加工数控车削外形粗加工半精加工精加工钳工精修淬火、回火研磨（抛光）。凹模加工工艺过程：选方案二：备料（下料、锻造）去应力退火毛坯外形加工（普通车床车削）数控加工中心钻半精加工精加工钳工精修淬火、回火研磨。3.2 填写凸凹模加工工艺规程卡表 3-1 机械加工工艺规程无锡技师学院机械加工工艺过程卡产品型号C003产品名称阶梯圆筒工7半精加工按照尺寸要求，余量为 0.4mm数控车床8精加工达到尺寸要求，外形留有磨削余量 0.15mm-0.20mm数控车床9淬火、回火提高硬度10钳工去除毛刺，打光内轮廓锉刀、油石11外圆磨磨削外形至尺寸要求外圆磨床12检验检验所有尺寸编制审核批准年月日第页零件名称零件材料毛坯种类毛坯尺寸净重备注凸凹模Cr12MoV圆件58×60工序号12工序名称工序内容设备34备料(锻造)热 处 理 毛 坯 粗 加工内轮廓粗加工精加工外形粗加备制尺寸58×60 圆形件，进行锻造退火(改善切削加工性能)车床车削(光一刀，去处表面氧化层)普通车床内轮廓尺寸留有余量为 0.1mm数控车床5达到尺寸要求，留抛光余量为 0.1mm数控车床6车出外形，余量为 1mm数控车床表 3-2 数控加工工序卡片单位无锡技师学院产品名称或代号零件名称零件图号名称阶梯圆筒凸凹模C003-1-13工序号程序编号夹具名称使用设备车间工步工步内容刀具刀具主轴转速进给速背/侧备注34忽 9H7 孔粗车内轮廓 27.8，斜角60 度，深 2mm5粗车 27.8 0.03 ，斜角 6006度粗车外形 55×5， 53×15（退刀槽 0.5×1.5倒角） 41×30编制审核号号规格中心度吃刀量1钻 9H7 孔T01500r/min0.3钻2钻 9H7 孔至 55 8.9T02500r/min0.3续表 3-2页产品名称或代号零件名称零件图号阶梯圆筒凸凹模C003-1-13T03钻头100r/min0.3T04镗刀500r/min0.3T04镗刀500r/min0.3粗车T05500r/min0.3刀批准第年月日单位无锡技师学院名称工序号程序编号夹具名称使用设备车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度背/侧吃刀量备注7半精车 55×5， 52.5×15(退刀槽 0.5×1.5 倒角) 40.05×30T05粗车刀500r/min0.3精车 55×5， 52×158(退刀槽 0.5×1.5 倒角)T06精车刀500r/min0.3 40 0×300.0159铰 9H7 的孔T07 9绞刀100r/min0.3年月编制审核批准日第页3.3 编制凸模或凹模数控加工程序凸凹模数控加工程序（车削）O0001G43 G80 M03 T0101 S500 G00 X25 Z2G73 U0 W2 R2G73 P5 Q10 U0.1 W01 F0.3 N5G0 X19.3G1 Z0 F0.1G2 X13.55 Z-0.2 R1.5 G1 X10.78 Z-1.8G3 X0.03 Z-2 R1.5 G1 X8N10 G0 Z2G00 X100 Z100 S800 T0101G0 X25 Z2G70 P5 Q10 G00 X100 Z100 T0202 S500G0 X62 Z2 G71 V1 R1G71 P15 Q20 V0.5 W01 F0.3 N15 G0 X50.1G1 Z0 F01 G1 Z-30G1 X52.2 Z-31Z-45 X55N20 Z-50G00 X100 Z100 S1000 T0202 G00 X62 Z2 G70 D15 Q20 G00 X100 Z100 M05M30刀具：T1 镗孔刀T2 外圆刀第 4 章 设计总结数月的毕业设计即将结束，希望老师对我的设计过程作最后的审阅，最全面的指正。在这次课程设计中我通过参考及查阅各种有关模具设计方面的资料，请蔡昀老师指导有关模具方面的问题，特别是采用标准件时所遇到的困扰，老师给予我们想要的解答，使我在着短短的时间里对模具结构及动作过程等有了更深一步的了解。其中在设计过程中，起初设计目标与最终所想有些矛盾，但通过查阅相关书籍都得到了解决，从开始的无从下手到现在的得心应手，至少了解了简单模具设计。这些都是通过自己的努力与老师的指导才得到了现在的水准。经过这几个月的设计，我深信这次课程设计能为我以后的毕业设计做一个很好的基础，甚至对以后的踏上社会也有许多帮助。致谢在这次设计过程中得到了蔡昀老师的帮助，从一开始，课题的选择到后来的设 计过程中，蔡老师给了我很大的帮助，帮我选择课题和寻找相关的资料，特别是老师的悉心知道，使我受益良多，谢谢！致此，感谢蔡老师在我设计过程中给予我的帮助。谢谢！参考文献1成虹，冲压工艺与模具设计，北京，高等教育出版社，2002 2王芳，冷冲压模具设计指导，北京，机械工业出版社，19993 中华人民共和国国家标准 GB2851-2875-81 冷冲模，中国标准出版社4 刘力，机械制图，北京，高等教育出版社，2002 5郭铁良，模具制造工艺学，高等教育出版社，19996陈于萍，高晓康编著，互换性与测量技术，北京高等教育出版社，2002 7吴宗泽，机械零件设计手册，北京，机械工业出版社，19928 许发越，实用模具设计与制造手册，北京，机械工业出版社，19929 朱传礼，林蒲生，高等学校毕业设计论文指导手册机械卷，北京高等教育出版社 经济日报出版社，199810 王之铄，机械设计综合课程设计，北京机械工业出版社，2003