矩形罩落料拉伸复合模具设计.doc

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1、 毕业设计 矩形罩落料拉伸复合模具设计学生姓名_ _系（部）_ _ 专 业_ _ 指导老师 年 月 日 摘要本次毕业设计是对上矩形罩落料拉伸复合模具设计的要求，分别对模具的工作零部件等几大类零部件作详细设计。设计的主要内容包括工件的工艺分析及工艺方案的确定、工艺计算、落料拉伸复合模具的设计、模具的安装与调整等。在工艺计算部分要对冲压力的计算、拉伸力的计算、模具压力中心的确定、凸凹模尺寸并确定制造公差的计算、弹性元件的选取与计算等内容详细计算。必要时还要对模具的主要零件进行强度验算。在冲裁模的设计部分要对工作零件、定位零件、卸料与顶件零件、导向零件连接与固定零件等结构进行详细的分析设计。要在设计

2、过程中了解模具的工作过程和注意标准的选用，对冲裁模的结构有进一步的了解。在拉伸模的设计部分要确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉深件的弹复，其零件尺寸的公差只在最后一道工序考虑。模具的安装与调试部分要注意因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销定距，因为零件的尺寸精度的要求不是很严格，此定位方法完全可以满足要求。通过模具的安装，了解模具的组成及各部分零部件的作用等。注意模具安装过后的试冲过程中常见的缺陷与解决方法等。为提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该模具采用后侧导柱的导向方式。并且要提高生产效率，保证产品的质量。关键词

3、： 复合模、落料拉伸、拉伸的计算、模具压力中心确定AbstractThe graduation design is on the cover of the rectangular tensile composite material, mold design requirements of the job, mould parts to wait for a few kinds big parts for the detailed design. The main contents include design process analysis and process workpiece de

4、sign, craft calculation, composite die design, drawing mould installation and adjustment, etc.In the process of computation part to hedge pressure calculation, tensile stress calculation, the center, mold size and intensive manufacturing tolerances of calculation, the elastic elements selecting and

5、calculation detailed calculation. When necessary the main parts of mould strength calculation.In the part of the design to work parts, components, unloading location, orientation and a parts and parts connected parts detailed analysis of structure design. In the design process to understand the work

6、ing process of the mould and the standard of the hedge die structure has further understanding. Tensile modulus of design in part to determine the punch and die working parts should be considered when the size of the mould and wear of deep in the size of tolerance, only in the last procedure.Install

7、ation and commissioning of mould part should pay attention to the mould is adopted for the control of the material, send into direction by conducting pin, without pressure device. Control the material progress by sending off from sales spacer, because the dimension precision parts, the demand is not

8、 very strict localization method can satisfy the requirements. Through understanding the installation, mould parts and components of the mould parts. After the installation of mould process of the common defects flush with the solutions.To improve the quality of life and the mold piece, easy install

9、ation, the mould adopts side guide column of spatial. And to improve the production efficiency, ensure the quality of products.Key words:Composite modulus, stretching, The tensile stress calculation, mould centre目 录前言。1第一章 零件工艺性分析。1 第一节 零件材料的化学成份及力学性能。 。2第二节 零件成型工艺分析。2第三节 零件成形工艺方案的确定。4第二章 模具主要设计计算 。

10、5第一节 零件毛坯尺寸的计算。5第二节 零件毛坯排样方式的确定。6第三节 成形次数的确定。7第四节 成形设备的选择及其校核。7第五节 压力中心的确定及其相关计算。8第六节 工作零件工作尺寸的确定。9第三章 模具总体设计 。10第一节 模具类型的选择。11第二节 模具定位方式的选择。11第三节 卸料、出件方式选择。11第四节 模具导向方式的选择。11第四章 模具主要零部件设计 。，。12第一节 工作零件的结构设计。12第二节 定位零件的设计。13第三节 卸料装置及推件装置。14第四节 模架及其组成零件。，。14第五节 连接与固定零件的确定。15第五章 模具装配 。16。第一节 模具总装图及组成。

11、17第二节 主要组件的装配与调试。17第三节 模具总装配。18第四节 模具试模及验收。19第五节 模具工作原理。19第六节 模具的闭合高度及相关校核。19第六章 零件主要成型工艺问题及解决措施。20第一节 拉深件主要成形工艺质量问题及解决措施。，。21第二节 落料件主要成形工艺质量问题及解决措施。22致 谢。23参考文献。24结 论。25 前言利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都有决定性的意义。在现代工业的主要部门，如机械、电子、轻工、交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。百分之七

12、十以上的日用五金及耐用消费零件，都采用模具成型的方法来生产。利用模具将平板毛坯变成开口空心零件的加工方法称为拉深（或拉延）。拉深是主要的冲压工序之一，应用广泛。用这种工艺方法可以制成筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物线形、盒形和其它不规则的薄壁零件，如果与其它冲压工艺相配合，还可以制造形状更为复杂的零件。因此在汽车、拖拉机、电器、仪表电子、轻工等行业中有相当重要的地位。该模具适应于高矩形和高筒形件的拉深，在毛坯排样无中间搭边，冲裁后废料中间自动断开，方便送料，不用设置卸料板送料。该成型方法已经熟练应用于工业生产中。但是在以前模具设计的毛坯计算中都是采用有关手册上所给的公式进行计算，计算量不仅很大，

13、而且当遇到形状复杂的零件（该零件就是属于这种情况）会比较麻烦，且容易出错。所以在本设计中拟采用模具CAD技术对零件的毛坯进行计算，以解决以前模具设计中毛坯计算较为复杂的问题，从而缩短模具设计的周期。从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面：（1）加深理论研究。 加强冲压理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地制定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲压变形中出现的各种实际问题，进一步提高工件的质量。（2）高效率、自动化。为适应市场的发化发展，冲压模具正向高效率、自动化、长寿命、大型化方向发展。（3）大型、超小型及高精度。随着工业产品质量的不断

14、提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量、复杂、大型、精密，更新换代速度快等变化特点。（4）革新模具制造工艺。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，以形成先进的模具制造技术。（5）标准化。 开展模具标准化工作，使模板导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批的生产冲压模具。第一章 零件工艺性分析第一节 零件材料的化学成份及力学性能从零件图上可以得出：零件的外形为类似矩形拉深件，成型工艺为落料、拉深。零件材料为1008钢，查有关手册可以得知：此为美国牌号，它属于优质碳素结构。

15、其中10代表优质炭素结构钢8，后面两位数字代表了含碳量。由该材料的含碳量可以得知：其力学性能与08钢很相似。由于含碳量0.25，因而属于极软低碳钢。强度、硬度很低，塑性、韧性极好，冷加工性好，淬透性、淬硬性极差，由于硫、磷元素的作用，它比08钢容易切削加工。退火后，导磁性能好，宜冲压、冷拉深，符合零件成型工艺要求4。表1.1 08钢化学成份及机械性能1牌号化学成份（）机械性能（MPa）CSiMnbsE080.17-0.240.17-0.370.25-0.35353245300206第二节 零件成型工艺分析1 拉深件工艺性分析（1）拉深件形状应尽量简单，对称。从零件图上可以看出：该零件的外形为类

16、似矩形，而且用圆弧过渡连接，结构对称。即工件在圆周方向上的变形是均的，模具容易加工，其工艺性较好，避免了急剧的轮廓变化。（2）拉深件各部分尺寸比例要适当。 从零件图上可以看出：该零件的设计避免了宽凸缘和深度较大的尺寸（即d凸3d、h2d）。这样在成型中可以减少拉深次数甚至一次拉成。（3）拉深件的圆角半径要适当 拉深件的圆角半径，应尽量大些，以便利于成型和减少拉深次数。拉深件底与壁、矩形件的四壁圆角半径应满足r1t、r23t.从零件图可以得出：该零件底与壁、矩形件的四壁圆角半径应满足上述值得要求。这样就可以不用再另外增加整形工序。（4）拉深件厚度不均匀现象的考虑 由于各处变形不均匀，上下壁厚的变

17、化达1.2t至0.75t。但是只有工件有特殊的要求，才会考虑这些问题，否则可以认为零件壁厚是均匀的。由毕业设计原始资料可以不用考虑壁厚不均匀的现象。（5）拉深件的尺寸精度不宜要求过高 拉深件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度，在一般情况下，拉深件的精度不宜超过表1.2中所列的数值。表1.2 拉深件的尺寸精度1材料厚度拉深件基本尺寸50501001003001.20.300.350.502 落料件工艺性分析根据体积相等，外形相似的原则，可以对该零件进行展开，并求得毛坯的形状及相关尺寸。（详见排样方式的确定）（1） 落料件形状相对简单，对称。 通过排样图可以得知：该落料件形状相对简单、对

18、称，而使得排样废料最少。（2） 落料件外形应避免尖锐的清角。 通过排样图可以得知：该落料件的外形全部用圆弧过渡连接，宜于落料工艺的进行。（3）落料件的尺寸精度和表面粗糙度的确定 对于冲裁件的内、外形的经济精度不高于GB1800-79 IT11级，一般要求落料件的精度最好低于IT10级1。具体数值见表1.3。表1.3 落料件的尺寸精度1（mm） 冲裁类型零件尺寸材料厚度1.2mm普通冲裁100.1810500.22501000.301503000.50冲裁件表面粗糙Ra一般在12.5m以上，具体数值由零件的厚度t=1.2mm，查相关设计手册1表2-12可得Ra=6.3m。第三节 零件成形工艺方案

19、的确定该工件包括落料、拉深两个基本工序，可以有三种工艺方案：方案一：先落料，后拉深。采用单工序模生产。方案二：落料-拉深复合冲压。采用正装复合模生产。方案三：拉伸级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足顾客的要求。方案二只需一幅模具，工件的精度及生产效率都较高。凸、凹的最小壁厚24.5mm比凸、凹许用最小壁厚3.2mm大。但是由于零件的几何形状简单对称，模具制造难度不大。方案三也只需要一幅模具，生产效率高，但模具比较复杂，送进操作不方便，加之工件尺寸比较大。通过对上述三种工艺方案的分析比较，该件若能一次拉深成形，则采取第二种方案为佳。第二

20、章 模具主要设计计算第一节 零件毛坯尺寸的计算由于该拉深件的外形为类似矩形，为得到毛坯的几何形状和尺寸。其需要将工件分成多个部分进行计算。而筒壁上部分的计算需要采用久里金法则（任意一个旋转体的表面积等于该旋转体重心x与该旋转体弧长l的乘积。）进行计算。其他部分则可以采用文献1推荐的公式求出。当将各个部分的表面积分别求出来以后，进行相加便可以的到毛坯的表面积。但是此过程十分的繁琐、麻烦，从而延长了模具的设计周期。为了缩短模具的设计周期，可以采用模具CAD软件（如Proe软件）对拉深件进行展开可以很方便得到：该工件的毛坯的形状及相关尺寸（见装配图），如图2.1、2.2所示。 图2.1 零件立体图

21、图2.2 零件毛坯图将上面的立体图转化为零件图，可以得出毛坯零件图，如图2.3所示。*以上尺寸均为生产经验而得，需要在试模时进一步调整。第二节 零件毛坯排样方式的确定由上面毛坯的零件图，并参考相关设计手册1表2-16确定其排样方式为直排。其排样图如图2.4所示：之所以采用这种排样方式，是因为这是第一次拉深对毛坯尺寸要求不太严格，并且可以提高材料利用率。在毛坯排样无中间搭边，冲裁后废料中间自动断开，方便送料，不用设置卸料板送料。查钢铁材料手册拟采用135mm6000mm的条料进行生产，其步距值为115。所以其一个步距的材料利用率步= 100= 100=74。每个条料可以冲裁52个零件，每张钢板总

22、的材料利用率为73.9。 图2.3 毛坯零件图 图2.4 零件排样图第三节 成形次数的确定由毕业设计任务书可以得知：该零件属于盒形件拉深。根据该零件的相对圆角半径r/B和相对高度H/B值，查相关设计手册1图 4-72可以得到：该零件可以一次拉深成形。 第四节 成形设备的选择及其校核1 冲压力的计算查有关设计手册6可以得出冲裁力的计算公式：F=KLtb FD=KDF Fx=KxF将K=1.3 ，L=382mm，t=1.2mm, b=300MPa代入上述公式可得：F=178776N .同理将KD=0.06，KX=0.05代入上述公式可得：FD=10726.5N，FX=8938.8N.2 拉深力的计

23、算首先由零件的H/B、r/B值查相关设计手册1图4-72可以得知：该拉深件可以一次拉深成型。为简便计算出拉深力可以采用相关设计手册1表4-84所推荐的计算公式：F拉= k1dcp1tb其中k1可以有相关设计手册表4-851并采取插值法得到：k1 =0.70。将b=353MPa，t=1.2mm, dcp1=382代入上述公式可以得到：F拉=144396N。3 成型设备的选择压力机的选择是工艺设计中一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列问题。应根据所完成的工艺性质、批量大小、工件的几何尺寸和精度等级等选定压力机的类型和吨位。采取复合冲压生产，压力

24、机的吨位应该是上述力的总和。F总= F+ FD + Fx + F拉，将上述的值代入可以得到：F总=342873.3N。由此并根据生产工艺的要求采用J23-40压力机。其相关参数见图2.13。表2.1 成型设备的参数公称压力/KN400发生公称压力时滑块离下极点距离/mm7滑块固定行程/mm100滑块调节行程/mm100/10标准行程次数(不小于)(次/min)80(快速型)发生公称压力时滑块离下极点距离/mm2(快速型)滑块行程/mm40(快速型)行程次数(不小于)(次/min)200(最大闭合高度)固定台和可倾/mm300闭合高度调节量/mm80(标准型)滑块中心到机身距离(吼深)/mm22

25、0(标准型)工作台尺寸(左右前后)/mm630420(标准型)工作台孔尺寸(左右前后)/mm300150(标准型)工作台孔尺寸(直径)/mm200活动台压力机滑块中心到机身紧固工作台平面之距离/mm210模柄孔尺寸(直径深度)/mm5070工作台板厚度/mm80倾斜角(不小于)()30选择压力机公称压力时，必须注意当拉深工作行程较大时，尤其落料拉深复合时，应使工艺曲线位于压力机滑块的许用压力之下而不能简单地按压力机的公称压力大于工艺力的原则去确定压力机的规格。否则可能会发生压力机超载而损坏。根据生产经验可以得知：该压力机完全符合该零件生产工艺的要求。第五节 压力中心的确定及其相关计算为保证压力

26、机和模具正常工作，必须使冲模的压力中心与压力机的滑块中心相重合。否则在冲压时会使冲模与压力机的滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，造成刃口和其他零件的损坏，甚至会引起压力机导轨的磨损。影响压力机的精度，对于形状简单而对称的工件如矩形、圆形、正多边形，其冲裁的压力中心与工件的几何中心重合。结合零件图，该冲裁件的压力中心即为工件的几何中心。该工件的冲裁力不大，为便于模具的加工和装配，模具中心选在工件的几何中心。此满足J23-40的模柄孔投影面积范围内，满足要求。第六节 工作零件工作尺寸的确定1 落料凸凹模工作尺寸的计算 对于冲制复杂形状的零件和单件生产的模具，其凸、凹模具常采用配合

27、加工的方法。凸、凹模的尺寸计算，落料件按凹模磨损后尺寸变大，变小，不变的规律可以分为三种。具体可参见相关设计手册1。具体公式可参见表2.2。由零件排样图，该落料件尺寸都属于凹模磨损后尺寸变大的类型。可得落料凹模尺寸的计算公式。表2.2 工作零件刃口尺寸计算尺寸及分类尺寸转换计算公式计算结果备注落料R48.548.5+0.22A凹=（A-X）48.335+0.055R48.5 X=0.75；R65.9 X=0.50 见表3R65.965.9+0.3065.75+0.075* 模具的制造公差取工件公差的1/4*凸模尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为ZminZmax。查相关设计手册可以得到：Zmin=

28、0.126，Zmax=0.120。2 拉深凸凹模工作尺寸的计算 确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉深件的弹复，其零件尺寸的公差只在最后一道工序考虑。根据毕业设计原始资料可以得到：此仅为第一次拉深工序，即该拉深凸、凹模尺寸的计算不用考虑尺寸公差。综上所述，可以得到以下结论：拉深凸、凹模工作的尺寸与拉深件的外形尺寸一样。拉深凸、凹模的工作尺寸见图2.5 、2.6 拉深凸、凹模。 图2.5 拉深凸模 图2.6拉伸凹模 （1）模具的制造公差的确定。结合零件图，对于非圆形凸、凹模制造公差可以根据零件的公差来确定。若拉深件的公差为IT14级以上者，凸、凹模的制造公差则采取IT10级以上；当

29、采用配作时，只在凸模或凹模上标注公差，另一方则按间隙配作，如拉深件是标注外形尺寸时，则在凹模上标注公差，反之则标注在凸模。综上所述，并查相关设计手册7可以得到模具的制造公差值并列表如下：表2.3 拉深凸凹模制造公差基本尺寸 （mm）公差等级mIT10级34018-30843-64830-501006-105850-8012010-187080-120140即模具的制造公差具体值分别详见拉深凸、凹模零件图（2）为防止真空吸附，顺利顶出工件，可在拉深凸模开出气孔。其值可以查表4-771得：d=6.5mm。（3）拉深凸、凹模的圆角半径的确定 拉深凹模圆角半径可以根据零件的材料与厚度查有关手册确定r凹

30、=8mm，而拉深凸模的圆角半径可以按下述的规定来确定。即除最后一次拉深工序外，其它各次拉深工序中，凸模圆角半径r凸可取与凹模圆角半径相等或略小的数值：r凸=（0.61）r凹=8mm。1（4）拉深凸、凹模间隙的确定 对于矩形件的拉深凸、凹模间隙的确定可以参照U型件的弯曲模具间的间隙，但是对于圆角部分，因为材料的料厚变厚，所以这部分的间隙应比直边部分大0.1t。而在多次拉深工序中，除最后一次拉深外，间隙的取向是没有规定的。1查相关设计手册1可以得到：U型弯曲件凸、凹的间隙值约为：（11.1）t。综上所述，可以得到该拉深件凸、凹间隙值：（1.21.32）mm。第三章 模具总体设计第一节 模具类型的选

31、择由零件成型工艺方案可知，采用复合落料及拉深，所以模具类型为复合模。第二节 模具定位方式的选择因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销定距，因为零件的尺寸精度的要求不是很严格，此定位方法完全可以满足要求。第三节 卸料、出件方式选择由排样图可以得知：工件间没有设置搭边值，本套模具因为不用设置冲裁后废料中间自动断开，方便送料，不用设置卸料板送料。为防止工件不能顺利顶出，所以在上模及下模都设置了出件装置，上模采取刚性顶件装置（即利用压力机上的打料衡梁的作用力卸下工件），而在下模上设置弹性顶件装置顶出工件。第四节 模具导向方式的选择为提高模具寿命和

32、工件质量，方便安装调整，该模具采用后侧导柱的导向方式。如图3.1所示 图3.1 后侧导柱模架图3.1 后侧导柱模架第四章 模具主要零部件设计第一节 工作零件的结构设计1 落料凹模的设计凹模采用整体式结构，各冲裁的凹模孔均采用电火花线切割加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按生产经验，查相关手册1得知：壁厚值C=32mm ,高度值H=25mm。具体尺寸可参见零件图。由于上述值的确定是按生产经验而来。故可以不用进行强度校核。2 凸、凹模的设计结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成阶梯式，采用成型磨削加工，而对其上的落料孔采用电火花线切割加

33、工，4个M12的螺钉固定直接将凸、凹模与上模座连接在一起，其与推件块的配合为 。其总长可由上模的具体结构决定：其中h包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度、等，一般取10mm。将L工件=45mm，L垫板=5mm,L推件块=15mm代入以上公式可以得到：L=70mm。对该设计进行强度及长度校核，查有关设计手册可以得到相关校核公式：Amin Lmax1200 查有关设计手册1可以得：=9811569Mpa，取=1000Mpa。查有关设计手册1可以得：J=其中a=128,b=116因而J=9802426mm4由第2.3.1可以得到F=178776N代入可以得到：Amin178.776mm2，Lmax8

34、885mm。 用Proe软件可以很容易得到：A凸min=3350mm2。经过以上计算可以得到以下结论：该凸凹模的设计符合使用要求。3 拉深凸模设计考虑到模具加工工艺，因而将拉深凸模设计成直通式，采用电火花线切割加工。其与顶件块的配合为 。其长度可由下模部分的具体结构决定： 其中h1包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度、推件块的工作行程等，一般取10mm，h2为拉深凸模安装到下模座的深度，一般取5mm。 将L工件=45mm，L顶件块=15mm代入上述公式可以得到拉深凸模的总长：L=75mm。由于上述值均是由生产经验而得到，再加上拉深力并不是特别大，因而对于拉深凸模不需要进行长度及强度的校核.第二

35、节 定位零件的设计由于零件的外形尺寸的要求不是太严格且属于第一次拉深工序，所以采用10的固定挡料销对条料的送进进行定位，完全可以满足要求，且便于模具的加工及装配。其中此零件可以采用标准件型1（具体结构尺寸及技术要求可查GB2866.11-81）。而在沿送料方向的垂直的方向采取8的圆柱销对条料进行导向，其具体结构尺寸及技术要求可查GB119-761。第二节 卸料装置及推件装置由前面卸料、出件方式的确定，可以得知：本套模具不用设置卸料装置，但是为了确保制件顺利从模具卸下来，需要在模具的上模、下模需要设置推件、顶件装置。其中推件块及顶件块的结构尺寸及技术要求可分别参见零件图。第四节 模架及其组成零件

36、该模具采用后侧导柱模架，这种模架的导柱放在模具的后面侧位置，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成由于偏心力矩而引起上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具的寿命。故此模架常用于较小的模具。以落料凹模周界尺寸为依据，选择模架规格1见表7。凹模周界|L:2501上模座 数量1 规格:25020045凹模周界|B:2002下模座 数量1 规格:25020050闭合高度(参考)|最小:1703导柱 数量2 规格:32160闭合高度(参考)|最大:2104导套 数量2 规格:3210542表4.1 模具模架规格其中上模座、下模座的具体结构尺寸及技术要求（4.1、图4.2）可以分别参见GB2855.5-81、GB2855.6-81。导柱、导套的具体结构尺寸及技术要求可以分别参见GB2861.1-81、GB2862.1-81。图4.1 后侧导柱上模座 图4.2 后侧导柱下模座 第五节 连接与固定零件的确定对