引出环冲压工艺性分析及模具的设计环毕业设计论文.doc

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1、引言冲压技术在机械、航空、汽车、电子、轻工、仪表和家电等工业部门生产中应用十分广泛。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件、适合大批量生产等优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产、增强效益、更新产品等方面具有重要作用。冲压加工的材料利用率较高，一般可达7085，冲压加工的能耗也较低，由于冲压生产具有节材、节能和高生产率等待点，所以冲压件成批量生产时，其成本比较低，经济效益较高。当然，冲压加工与其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比较复杂，模具价格又偏高。因此，对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模，经济上不合算

2、。目前为了解决这方面的问题题，正在努力发展某些简易冲模，如聚氨南橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等，同时也在进行冲压加工中心等新型设备与工艺的研究。本次毕业设计题目是引出环冲压工艺分析及模具设计，它要求综合运用四年所学知识完成设计任务，掌握冲压基本成形原理，按要求确定冲压工艺方案编制冲压工艺规程，设计合理的模具结构，合理选择模具材料和选用压力机，掌握模具生产设计的基本流程，具备模具CAD/CAM的初步知识，为以后的工作学习做好准备。1 零件工艺性分析与设计计算制定冲压工艺时，先要分析制件的工艺性，即根据产品图纸认真分析制件能否用冲压加工的方法制造，产品结构是否都合理，需要对产品

3、提出哪些修改意见。通常在分析制件的工艺性尚属合理以后，列出几种不同的冲压工艺方案，并进行综合分析、比较，然后确定适合具体生产条件的最经济的合理方案，并在最经济的原则下决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，确定材料的消耗量。最后，根据制定的工艺方案和制件的形状特点、精度要求、生产批量，模具加工条件，操作习惯与安全性，以及现有设备的自动化装置等，确定冲模类型，选定设备的类型和压力大小。1.1 零件工艺性分析引出环零件如图11 所示, 材料为复铜可伐带, 厚度0.5mm,为批量生产。零件需要通过落料、拉深、反拉伸实现。该零件形状有点复杂，厚度较薄，制件尺寸精度不是很高，如下图所示。需要注意的是该零件较薄容

4、易拉裂。采用单工序模生产, 需多次定位,零件精度低, 难以保证零件的合格, 且生产效率低。因需多次定位, 同一批零件质量波动较大, 不能满足产品设计及大批量生产的要求。因此考虑采用多副复合模来完成, 可大大提高零件制造精度及产量,降低生产成本。查表可知优质复铜可伐带的材料特点为，退火处理后，抗剪强度=214304Mpa 取=300Mpa，抗拉强度b为275383Mpa，取b=350Mpa，屈服强度s=177Mpa，延伸率=32，由此可知此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性较好。图1-1 零件图由于零件主要用于电子产品范围内使用，尺寸精度定为IT12可以满足要求，所以所需控制的尺寸有m

5、m、mm、mm、mm、mm、和高度约为mm、mm。1.2 方案确定1.2.1提出工艺方案根据以上分析，引出环可以有以下四种冲压加工方案：方案一：用3副简单模来完成。第一副反拉伸模，拉伸出14得圆，同时得到了R2得圆角,第二副拉深模，拉出半径为3mm的圆角，第三副落料模，用来将工件从板材上裁下来。方案二：用2副模具来完成零件的制作。第一副复合模，用来完成拉伸出23圆筒和半径为1和2的圆角，得到半成品工件。第二副反拉伸模，通过反拉伸得到所需要得零件,完成所有工序。方案三：用1副级进模具来完成。先拉伸出23得圆筒并将侧刃冲出，然后通过侧刃定位向前推进，完成反拉深工序，最后将工件从板材上裁下来。方案四

6、：用1副模具来完成零件的制作。即先落料再拉伸得到一个半成品，最后反拉深成形。1.2.2选定工艺方案第一方案的特点是化整为零，将原先复杂的几道工序分解成落料、拉深、反拉伸三个简单的步骤，从而可以简化模具结构，便于模具制造，另外，所需冲压力也因此而减小了。但该方案的缺点是，需要四副模具，生产效率较低。由于需要多次定位，使得累计误差较大，工件精度也将得不到保证，且操作不便。方案二是在方案一的基础上改进的一个方案。主要是将前面的几道零碎的单工序用一个复合模来完成，是将各工序复合在一起一次冲成，得到半成品，因而生产效率比第一个方案有所提高，材料利用率也较高，操作也较安全。并保证了各个圆角的精度，同时不致

7、于影响到拉深系数，即可以拉出较深的筒形件，然后在反拉伸模上完成零件得反拉伸成形。该方案精度高，易于实现，适合大批量生产。方案三采用一个级进模生产。在一副模具的一个工位内完成了拉伸、反拉深。本方案用了三个异型的凸模和一圆形凸模来冲孔。然后通过侧刃定位，进行拉深、落料工序。该工艺效率比方案二提高了，但精度不好控制，且槽孔易变形，易拉裂。方案四与方案三基本相同，不同的是改变了零件的排样方式，将方案三的两道工序合为一道。这种方案缺点是模具结构复杂，加工及装配精度要求高，零件质量难控制，且拉深时槽孔容易变形，易拉裂，零件刚度也不容易保证。优点是可一次成形，加工工序少。以上四个方案分析比较结果表明，方案一

8、生产效率低，制件精度低，不适宜于大批量生产；方案二精度较高，生产周期较长；方案三与方案四生产效率高，材料利用率较高且槽孔易变形、易拉裂。方案四的模具尺寸小，但模具结构复杂，加工及装配精度要求高，零件质量难控制，工位也比较多，零件刚度也不容易保证。综合以上的分析，最终选择了方案二。1.3 模具结构设计在选择冲模结构方案时，除了考虑冲压件的质量、技术要求外，还要结合批量大小与现有冲压设备，对冲压成本进行综合分析。一般情况下，简单模造价低于复合模，复合模造价低于级进模且复合模精度和效率较高。生产过程稳定，产品一致性较好。对于复合模，模具结构很大程度取决于条料排样，条料排样一旦确定，则确定了以下几个方

9、面：（1）确定了模具的工位以及各工位的作业内容，也就是明确了被冲工件在模具中的冲制顺序。（2）确定了被冲工件排列样式（单排、双排、多排等）、方位（正排、斜排等）、也就明确了材料利用率的高低。（3）确定了模具的步距尺寸、精度及定距方式，也就明确了模具精度的高低。（4）确定了条料宽度、供料方式、条料纤维方向与送料方向的关系以及送料方式，也就明确了该模具冲压时自动化程度的高低。（5）确定了模具的基本总体结构，也就明确了模具的复杂程度。1.3.1模具的总体结构方案模具的总体方案为采用两副模具生产引出环零件。一副为落料、拉深复合模，一副为反拉伸模。总共设计使用两副模具.(1) 复合模 模具类型 根据零件

10、的冲裁工艺方案，采用落料、拉深复合模。 操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，且零件尺寸和厚度不是很大，刚好适合手工送料。但是为了保证零件的精度和减少材料料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，特采用导料板导向和挡料销定位。 卸料与出件方式考虑到零件厚度较小，为了简便，所以采用弹性卸料方式。为了便于操作和提高生产率，废料从凹模洞口推下，冲件由弹性顶件装置顶出。 模架类型及精度为了便于取出工件，采用后侧导柱模架，因为后侧导柱模架的工作面敞开。又因为零件精度要求不是很高，冲模间隙较小，因此采用级模架精度。(2) 冲孔模 模具类型 根

11、据零件的冲裁工艺方案，采用单工序冲孔模。 操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，且零件尺寸和厚度不是很大，刚好适合手工送料。且由于该模具的特殊性，不需要特定的导料和定位装置。 卸料与出件方式考虑到零件厚度和尺寸都较小，属于半成品后续加工，又是手工操作，卸料与出件方式可以手工操作。为了便于操作和提高生产率，废料采用由切断凸模直接从凹模洞口推下。 模架类型及精度由于该冲孔模具的特殊性，不需要一般模具所需的模架，模架需要自行设计。1.3.2冲裁件的排样及材料利用率（1）坯料直径的计算由于该零件是有凸缘的筒形件，必须先求出拉深前坯料的直

12、径。拉深时，坯料的形状必须适合金属流动的要求，坯料尺寸一般忽略厚度的变化，按“坯料面积等于制件面积”的原则确定。筒形件拉深无疑应采用圆形坯料，也就是只要求出它的直径，即可确定坯料尺寸。由于材料各向异性及拉深金属流动的差异，制件端口会出现高低不平的现象，为保证制件的尺寸需增加修边余量，筒形件在计算坯料尺寸时必须计入余量。有凸缘筒形件坯料的直径仍然可以依据变形前后面积相等的原则计算： (1-1)其中相对凸缘直径=53/23=2.3，凸缘直径小于100，查表可得其修边余量=2.5。包括修边余量的凸缘直径=53+22.5=58mm.所以mm.（2）选择排样方法冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。

13、排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还合影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中项很重要的工作。要提高材料的利用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料可分为两种情况 结构废料 出于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料，称为结构废料，它决定于工件的形状，一般不能改变。 工艺废料 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料，称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此提高材料利用率主要应从减少工艺废料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。合理的排样方法，应是将工艺废料减

14、到最少。在考虑提高材料的利用率的同时，应使模具结构简单，模具寿命高，操作方便安全。（3）排样排样是否合理将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构与寿命等。根据材料的合理利用情况，排样方法可分为：有废料排样、少废料排样、无废料排样三种。有废料排样用于冲裁形状较复杂、尺寸精度要求较高的冲件。因此，冲件质量好，模具寿命高，但材料利用率低。少废料排样只在冲件之间或冲件与条料边缘之间留有搭边，此种方法因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺易被凸模带入间隙，也影响冲模寿命，但材料利用率较高，冲模结构简单，一般用于形状较规则、某些精度尺寸要求不高的冲件。无废料排样无任何搭

15、边废料，冲件质量和模具寿命质量更差一些。但材料利用率最高。可用于形状规则对称，尺寸精度不高或贵重金属材料的冲件。少、无废料排样法材料利用率高，且模具结构简单，所需冲裁力小，但其应用范围有很大的局限性，既受到制件形状、结构限制，且由于条料宽度误差及送料误差均会影响制件尺寸而使尺寸精度下降，同时刃口是单面受力，所以磨损加快，端面质量下降，此外制件的外轮廓毛刺方向不一致。综合考虑各种各种因数，该零件选用有废料直排形式。如图1-1所示。图1-1 有废料直排形式 （4）确定搭边值、条料宽度和步距搭边是排样时冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余量。其作用时补偿条料的剪裁误差、送料步距误差

16、，补偿由于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差；使凸、凹模刃口能沿封闭轮廓线冲裁，受力平衡，合理间隙不易破坏，模具寿命与制件断面质量都能提高。搭边的合理数值主要确定于板料厚度t、材料种类、冲裁件大小及冲裁件的轮廓形状等。一般来说，板料愈厚，材料硬度愈低，以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则合理搭边值也应愈大。图1-2所示的搭边值通常是由经验确定的。图1-2 板料冲裁时合理的搭边值查表可得：mm； mm。条料在模具上每次送进的距离成为步距。对于该零件来说：A=D+=57+1.5=58.5mm条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定条料宽度B的上偏差为0，下偏差为负值（-）。为了准确送进

17、，模具上一般设有导向装置。但使用导料板导向而又无侧压装置时，在宽度方向上也会长生送料误差。条料宽度B的值应保证在这2种误差的影响下，仍能保证在冲裁件与条料侧面有一定的搭片值。模具的导料板之间有侧压装置时，如图1-3（a）所示，条料宽度按下式计算： （1-3）式中：D冲裁件与传送方向垂直的最大尺寸； 冲裁件与条料侧边之间的搭边； 板料裁剪时的下偏差。当条料在无侧压装置的导料板之间送料时，如图1-3（b）所示，条料宽度按下式计算： （1-4） 式中：b条料与导料板之间的间隙。 图1-3 条料宽度的确定（a）无侧压装置时 （b）有侧压装置时1-导料板 2-凹模由于该冲裁模具没有侧压装置，所以用式（1

18、-4）计算，查表可得： =0.3mm；b=0.5mm。所以 B=mm（5）材料利用率冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。其计算公式如下：一个进距内的材料利用率为： （1-5）式中：一个步距内制件的实际面积(包括冲出的小孔在内)； n一个进距内冲件数目； 一个步距内所需毛坯面积；A送料步距；B条料宽度。实际材料利用率还应考虑板料剪裁时的剩余边料和条料冲裁时的料头料尾消耗，工厂常用一下经验公式估算： （1-6）式中： 材料实际利用率； K料头料尾等消耗系数。纵裁时K=0.9，横裁时K=0.85，斜裁时K=0.7

19、5。所以，条料、带料和板料的利用率比一个进距内的材料利用率要低。其原因是就是条料和带料有料头和料尾的影响，另外用板材剪成条料还有料边的影响。本设计中材料利用率为： = =% =63%由于坯料是纵裁的，所以材料总利用率=0.963%=56.6%。1.3.3冲压力计算（1）冲裁力的计算模具冲裁部分有1个47mm的落料圆孔，其中拉伸圆筒得形成形由后面得工序完成。由于冲裁加工的复杂性和变形过程的瞬间性，使得建立十分精确的冲裁理论计算公式相对困难。通常所说的冲裁力是指作用于凸模的最大抗力。采用平刃口凸模和凹模冲裁，其冲裁力的计算见式（1-7） （1-7）式中： 冲裁力 （N）； 冲裁件的周长 （mm）；

20、 材料厚度 （mm）； 材料抗剪强度 （Mpa）。考虑到凸、凹模刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需增加30%，故选择冲床时的冲裁力（N）应为： （1-8）式中： 材料的抗拉强度（Mpa）。各冲裁区只是冲裁线的长度不同，材料抗剪强度=300Mpa，抗拉强度b=350Mpa，材料厚度=0.2mm。由于工件形状比较复杂，冲裁时的剪切周边长度由落料圆和冲孔圆构成。由于反拉伸成形的技术要求与拉伸成形有着类似的计算,无需冲裁,这里就不做说明了.=（D+d）=3.14(57+10)=210.38mm平刃口模具的冲裁力可按下式（1-3）计算： 1.3bt

21、bt 350210.380.2 14726.6N =14.73kN式中： 冲裁力； 材料的抗剪强度； b材料的抗拉强度； 冲裁周边总长； t材料厚度； 1.3考虑到模具间隙不均匀、刃口的磨损、材料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。对于拉伸力的计算将会在下面的计算中给出,这里就不做说明.（2）推件力的计算由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而落下部分的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力称为卸料力；把落料件从凹模洞口中顺着冲裁方向推出去的力称为推件力；逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力。卸料力的影响因素较多，主要有：材料的力学性

22、能与厚度、冲件形状与尺寸、冲模间隙与凹模孔口机构、排样的搭边大小及润滑情况等。在实际计算中，这些力通常用下列经验公式进行计算。F卸K卸 （1-9）F推nK推 （1-10）F顶K顶 （1-11）式中： 冲裁力 （N）；n 卡在凹模洞口中的工件或废料的数目；K卸、K推、K顶 分别为卸料力、推件力、顶件力因数。复合模具采用弹性卸料装置及下出料方式，因此需要计算卸料力和推件力。经查资料可知，K推=0.1，=0.08；取凹模刃口高度h=7mm，因凸模深入凹模5mm， 则n=h/t10，故F推nK推 =100.114.73=14.73kN =0.0814.73=1.18kN通过计算,现在已经得到了拉伸直径

23、和冲孔力的大小,其中还计算了在冲孔过程中的推件力,通过这几个步骤,就能基本完成工件的基本成形,最后通过反拉伸的工序就能得到所需要的零件.（3）拉深力和压边力的计算为了合理选择冲压设备和设计模具，应该求出拉深力。一般概念上的拉深力是指其峰值，理论计算复杂烦琐，实用性不良。生产中常用经验公式进行近似计算。由于本复合模具采用弹性压边圈（在下面会讨论到），所以筒形件有压边圈拉深时的拉深力： （1-11）式中： P拉深力（N）； D筒形件直径(mm) t板料厚度（mm） 修正系数 材料强度极限（MPa）查相关资料可得K=1，=350 MPa所以 =13.14200.2350 =4396N4.5kN压边力

24、的大小要根据既不起皱又不拉裂这个原则，在试模中加以调整，设计压边装置时应考虑便于调节压边力。在生产中，压边力为压边面积乘以单位压边力，即 （1-12）式中：压边力（N）； F在压边拳下坯料的投影面积（）； Q单位压边力。其中 =138.13由于08F为普通钢且零件厚度tZmax-Zmin=0.02不满足：+ZmaxZmin所以必须采用单配加工。经分析，凸模磨损后尺寸减小，属于B类尺寸。现以凸模为基准件计算刃口尺寸。 （2-8）令查资料得Zmax=0.06mm，Zmin=0.04mm该制件尺寸为落料， ： （2-9）其中=0.21/4-（0.06-0.04）=0.03所以 凹模的刃口尺寸按凸模的

25、实际尺寸配制，并保证双面间隙在0.040.06mm之间。（3）凸模长度确定凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的。图2-4 凸模长度的计算根据如图2-4，其凸模长度用下列公式计算： （2-10）式中： L凸模长度(mm)凸模固定板厚度(mm)；固定卸料板厚度(mm)；导料板厚度(mm)；h附加长度，它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等。一般取A1520mm。在本模具中，h1=20mm，在本模具中没有固定卸料板和导料板，凸模进入凹摸的深度为2mm，修磨量为6mm，凸模固定板与卸料板之间的安全距离为18mm。所以本模具凸模长度为：L=20+2+18=40mm2.1

26、.3凸模的校核一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，没必要进行校核，但对于特别细长的凸模应进行压应力和弯曲应力校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。（1）承压能力的校核：当凸模断面小而冲裁力相当大(冲厚板料)时，必须对凸模进行抗压强度校核，可按下式计算： （2-11）对于圆形凸模： （2-12）式中： 凸模最小截面的压应力（PMa）； A凸模最小截面积（）； F凸模纵向所受的压力； t材料厚度（mm）； d凸模工作部分最小直径（mm）； 冲裁材料的抗剪强度（Mpa）； 凸模材料的许用抗压强度（MPa）。凸模所受的冲裁力为F=21.50KN，只需校核圆形凸模的最小直径即可，即d=53mm，t=0.2，=300Mpa,由于凸模材料是CrWMn，淬火硬度为58-62HRC，且凸模有导向,所以取=Mpa.根据公式 mm而 d=53mm即 d=0.12mm故该凸模设计合理。无导向装置的凸模：凸模无