1779-某型锥形盖冲压工艺及其模具设计

前言模具是现代化的生产重要工艺装备，在国民经济的各个部门都越来越多地依模具来进行生产加工，越来越引起人们的重视，模具也趋向标准化。随着模具的迅速发展，在现代工业生产中，模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺设备。这次毕业设计是在学习完所有机械课程的基础上进行的，是对我综合能力的考核，是对我所学知识的综合运用，也是对我所学知识的回顾与检查。本设计主要分为两部分，一部分是对锥形盖进行冲压工艺分析与计算，一部分是对锥形盖进行模具设计。首先，先对零件进行工艺分析与计算，其中包含工艺分析与设计方案的确定，确定排样，计算冲裁力与选择冲压设备等。其次，对锥形盖进行模具设计，其中主要是模具主要零部件的设计与计算与模具的装配。在进行模具设计时，根据零件的形状并结合手册循序渐进的进行模具设计。这次模具设计是对以前所学知识的一次实践。由于我没有实践经验所以很多东西都要依靠手册。包括数据的选取和工艺性的确定。模具设计包括模具工作零件、定位零件、卸料及推件零件、导向零件和连接固定零件的设计。在设计时要使用到AUTOCAD2007，这类计算机辅助设计软件对于提高设计的速度和质量很有帮助，这也是当今模具行业发展的选择。在近三个月的设计中，为了更好地完成任务，期间还到工厂进行了实习，参观了冲压模具的生产加工过程，这加强了我们的感性认识，更有利于我们完成模具设计。对于本次毕业设计，应该要达到以下目的：综合运用本专业所学的理论与生产实际知识，进行一次冷冲压模设计的实际训练，从而提高我们的独立工作能力。巩固复习四年以来所学的各门学科的知识，以致能融会贯通，进一步了解从模具设计到模具制造的整个工艺流程。掌握模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。本次设计是在周爱娇老师认真、耐心的指导和同学们的帮助、交流下，对模具的经济性、模具的寿命、生产周期、及生产成本等指标下进行全面、仔细的分析下而进行设计的。在此，我对他们表示衷心的感谢。冲模是模具设计与制造专业的主要专业课程之一。它具有很强的实践性和综合性，通过学习这门课程，使我对冲压模具有了新的认识，从中也学到了不少知识，激发了我对冲压模具的爱好。由于本人水平有限，缺乏实践经验，所以在设计中难免产生不足和错误，望各位老师批评和指正，以使我的毕业设计做到合理，同时也为我走出校门步入社会打下坚实的基础。1冲压工艺性分析和方案的确定1.1零件工艺性分析工件锥形盖为图1所示的拉深件，材料08钢，材料厚度0.5mm，大批量生产。图1工件图其工艺性分析内容如下：1.1.1材料分析08钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别钢，具有良好的拉深成形性能。1.1.2结构分析该零件属于旋转体带有凸缘的锥形件，是结构简单带一个阶梯的轴对称曲面形状拉深件，其形状、尺寸符合工艺性要求，所以该零件冲压工艺性较好。零件凸缘上均布着六个ϕ4的小孔和底孔ϕ18，为了保证孔的位置准确和精度，其加工放在拉深结束后冲裁。此外，零件口部圆角半径均为R1，满足拉深件口部圆角半径大于或等于两倍料厚的要求。1.13精度分析零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到零件的精度要求，选精度等级为IT12，工件的所有未注明公差均由文献[1]表2.10查得。1.2工艺方案的确定零件的生产包括落料、拉深、切边、冲孔等工序，其总体工艺过程有以下几种：方案一：先落料，然后拉深，再冲孔，最后切边。采用单工序模生产。方案二：先落料拉深复合，后冲孔切边复合。采用复合模生产。方案三：采用级进模或多工位自动压力机上生产。其中，方案一模具结构简单，但需要四副单工序模，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二需要两副复合模，结构复杂，制造难度加大，成本高，但工件的相对位置精度及生产效率都较高，满足大批量生产要求，工件精度也能满足要求，操作方便。方案三中的级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的冲压生产采用方案二为佳。2模具总体设计2.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压。因为倒装式复合模结构简单，可以直接利用压力机的打杆装置进行推件卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，应用十分广泛，所以模具类型为倒装式复合模。2.2操作与定位方式2.2.1操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，也能满足生产要求，这样就可以降低生产成本，提高经济效益。2.2.2定位方式因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用两个固定挡料销导料，无侧压装置。控制条料的送进步距采用固定挡料销定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。2.3卸料、出件方式2.3.1卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。工件平直度较高，料厚为0.5mm相对较薄，卸料力不大，因为弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。2.3.2出件方式对于复合模生产，应采用上出件比较便于操作与提高生产效率。2.4确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B大于送料方向的凹模长度L故采用纵向送料方式，即由前向后送料。2.5确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。单只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该复合模采用后侧导柱的导向方式，即方案二最佳。3零件的工艺计算3.1拉深工艺计算零件材料厚度为0.5mm，比较小，所以所有计算以毛坯直径为准。3.1.1确定零件修边余量零件的凸缘相对直径 d d ⁄ = 86 32 ⁄ = 2.69 式中 d −凸缘直径；d−锥形件中径。查文献[1]表4.8得修边余量∆h = 2.2mm，所以，修正后拉深件凸缘的直径应为 (86+2×2.2)mm = 90.4mm。3.1.2确定坯料尺寸按照“拉深前毛坯面积等于拉深后工件面积”的原则，查文献[1]表4.13得到以下表面积F的计算公式: F = πd 4 ⁄ = π×32 4 ⁄ mm = 803.84mm S = h +c = (16−6) +(60−32 2 ⁄ ) mm = 17.21mm F = πS (d +d 2 ⁄ ) = π×17.2×(60+32 2 ⁄ )mm = 2485.09mm F = π 4 (d −2r) −d ⁄ = π 4[(70−2×1) −8×1 ] ⁄ mm = 341.51mm F = π 4[2πr(d −2r)+8r ] = ⁄ π 4×[2π×1(70−2×1)+8×1 ]mm = 341.51mm ⁄ F = πd h = π×70×(6−2)mm = 879.20mm F = π 4[2πr(d +2r)−8r ] = ⁄ π 4×[2π×1(70+2×1)−8×1 ]mm = 348.67mm ⁄ F = π 4 d −(d +2r) ⁄ = π 4[90.4 −(70+2×1) ] ⁄ mm = 2345.71mm         F = F +F +F +F +F +F +F = (803.84+2485.09+803.84+341.51+879.20+348.67 +2345.71)mm = 8007.85mm D = 4F π ⁄ = 4×8007.85 π ⁄ mm ≈ 101mm 其中零件凸缘部分的表面积为 F 凸 = F = 2345.71mm ，零件除去凸缘部分的表面积为F ‘ = F +F +F +F +F +F = (803.84+2485.09+803.84+341.51+ 879.20+348.67)mm = 5662.14mm 。3.1.3判定能否一次拉深成形因为零件为带一个阶梯的锥形件，所以首先要判定锥形部分能否一次拉深成形。零件的坯料相对厚度 t D ⁄ ×100% = 0.5 101 ⁄ ×100% = 0.50% 式中 t−柸料厚度；D−柸料尺寸。零件的相对高度 h d = (16−6) 32 ≈ 0.3 ⁄ ⁄ 式中 h−锥形件部分的高度；d−锥底直径。查文献[1]表4.61得h d ⁄ ≤ (0.25~0.3)，符合浅锥形件拉深的条件，所以零件的锥形部分能一次拉深成形。又因为零件带一个阶梯，所以要判定阶梯形部分能否一次拉深成形。零件的坯料相对厚度 t D ⁄ ×100% = 0.5 101 ⁄ ×100% = 0.50%，零件的相对高度 h⁄d = 16⁄32 = 0.5 式中 h−工件高度；d−锥底直径。查文献[1]表4.28得拉深次数为1次，所以零件的阶梯形部分能一次拉深成形。通过以上两次判定可以确定零件可以一次拉深成形。3.1.4拉深系数 m = d D ⁄ = 32 101 = 0.317 ⁄ 式中 d−锥底直径；D−柸料尺寸。3.1.5判定是否用压边圈或拉深筋由于拉深时，毛坯的变形程度不大，拉深后回弹较大，为减小回弹常使用带平面边圈或拉深筋的拉深模。因为零件的坯料相对厚度 t D ⁄ ×100% = 0.5 101 ⁄ ×100% = 0.50%，拉深系度 m = d D ⁄ = 32 101 = 0.317 ⁄ ，查文献[1]表4.31得零件可以用压边圈。3.2落料拉深复合模工艺计算3.2.1落料凸、凹模刃口尺寸根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。落料尺寸为ϕ101 . . mm，落料凹模刃口尺寸计算如下。查文献[1]表2.36得该零件冲裁凸、凹模最小间隙Ζ = 0.040mm，最大间隙Ζ = 0.060mm，查文献[3]表3−6凸模制造公差δ = 0.02mm，凹模制造公差δ = 0.03mm。将上述各值代入δ +δ ≤ Ζ −Ζ 校验是否成立。经校验，不等式不成立。又因为凸、凹模制造公差为 δ ≤ 0.4(Ζ −Ζ ) = 0.4×(0.060−0.040)mm = 0.008mm， δ ≤ 0.6(Ζ −Ζ ) = 0.6×(0.060−0.040)mm= 0.012mm，重新取δ = 0.008mm，δ = 0.012mm，所以可按凸、凹模制造基本公式计算工作零件刃口尺寸凹模刃口尺寸 D = (D −ΧΔ)   = (101.3−1×0.6)   . mm = 100.7   . mm 凸模刃口尺寸 D = (D −Ζ )    = (100.7−0.040) .    mm = 100.66 .    mm 3.2.2拉深凸、凹模尺寸计算拉深后零件标