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1、编码2017-JXSJ专业代码080202-163本科毕业设计 电饭煲传感器外壳冲压工艺与模具设计 学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化学 号4113010502学生姓名王峰指导教师管红艳提交日期2017年 5 月 18 日诚 信 承 诺 书本人郑重承诺和声明:我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文(设计)中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。毕业设计作者签名： 年 月 日摘 要本文讲
2、述了电饭煲传感器外壳采用冲压模具制造的简单过程。首先本文对冲压模具市场前景作了简要分析，其次对电饭煲传感器外壳零件做了简单分析，又对制作工艺做了简单的计算。本文对电饭煲传感器外壳的工艺进行了分析和计算，最终确定了基本的工艺方案，采用落料、拉深、冲孔复合模进行加工。并对卸料力、顶件力和拉深力等进行了详细的计算。还写了在设计过程中模具的结构，主要有凸凹模的设计、落料模的设计、拉深模的设计、冲孔模的设计。重点对落料凹模、拉伸凸模、冲孔凸模和卸料装置进行了详细的计算，其中还对卸料弹簧的应力进行了校核。对排样图、压力中心的分析计算。为了能使设计更加清晰，还用CAD软件画了模具的剖视图、零件图等。利用三维
3、软件画出了实体图。关键词：凹凸模;落料凸模;拉伸凸模;冲孔凸模;工艺计算ABSTRACTThis paper describes the simple process of the application of stamping mould for the electric cooker sensor casing. Firstly, the market foreground of the pressing mould is analyzed briefly, and the second is the simple analysis of the shell parts of the el
4、ectric cooker sensors, and the production process is calculated. In this paper, the calculation of the technology of the electric cooker sensor casing, as well as the unloading force, the top force and the drawing force and so on. Also wrote in the production process of the structure of the mold, ma
5、inly the design of concave and convex die, blanking die design, drawing die design, punching die design. The paper focuses on the detailed calculation of blanking die, stretching convex mould and punching die unloading device, which also check the stress of unloading spring. Analysis and calculation
6、 of the layout and pressure center. In order to make the design clearer and CAD software to draw the mold cross-section, parts drawings and so on. The entity graph is drawn with 3d software. Keywords: Bump die; Blanking convex die; Stretch convex mold; Punching punch; Process calculation目 录1 绪论11.1
7、设计的背景和意义11.2 冲压模具市场情况11.3 冲压模具未来的发展重点与展望21.4 设计的内容和思路21.5 解决的主要问题22 冲压件工艺分析33 工艺计算43.1 拉深件展开尺寸计算43.2 冲压工艺力的计算43.2.1 冲裁力的计算43.2.2 卸料力、顶件力及推件力的计算53.2.3 拉深力的近似计算53.2.4 拉深功的计算63.3 冲压设备的选择64 模具主要工作部分的尺寸计算94.1 落料刃口尺寸计算94.2 拉深工作部分尺寸确定94.3 排样图的设计与材料利用率的计算124.4 压力中心的计算135 模具主要零件设计与选择145.1 拉深凸模设计145.2 冲孔凸模设计1
8、45.2.1 凸模承压力校核145.2.2 抗纵向弯曲应力的校核155.2.3 冲孔凸模固定端面的压力155.3 垫板尺寸的选择165.4 落料凹模165.5 卸料装置的设计175.6 弹簧设计195.6.1 弹簧材料及许用应力195.6.2 弹簧相关几何尺寸的计算195.6.3 卸料弹簧的选择215.6.4 卸料弹簧有关尺寸计算225.7 挡料销的设计235.8 弹顶装置的设计235.9 模具的动作过程及特点24总 结28致 谢29参考文献301 绪论1.1 设计的背景和意义重要的机械制造工艺：冲压模冲压产出效率高，原材利用率高，产品质量好，适应性强等优良的工艺特点，被普遍应用于轻工、电子、
9、电器、仪器、仪表、重工、汽车、机械、航空、航天等。一个国家的工业化发展也需要依靠模具设计这门技术实现。模具小到生活中用到的锅碗瓢盆，大到汽车的覆盖件等等，可谓是无处不在。因此模具在人们生产中起到非常重要的作用，可以称之为“工业之母”。现在模具的发展明显影响着我国的经济发展，所以要重视模具的发展。模具具有以下优点：1、冷冲压技术与其他加工方法相比：冷冲压工艺操作方便，便于组织生产，生产方法是一种高效率和低消耗，适合大规模生产。部分冷冲压产品通常不需要进一步机械加工，且零件兼容性好、成本较低、高强度、高刚度、重量轻。2、冷冲压技术主要结合模具CAD/CAM技术，产品的设计过程中直接从三维模型到二维
10、图，可以大大缩短设计时间、提高设效率、提高生产质量和减少设计开发任务。与传统模具设计相比，它不管是在提高生产效率、降低成本、保证产品质量、还是在降低劳动强度等方面都具有明显的优势。1.2 冲压模具市场情况1、模具CAD/CAM技术状况CAD/CAM技术在21世纪初开始越来越受欢迎，现在使用CAD/CAM技术的冲压模具企业都具有高效的生产能力。DL图设计和实施模具设计2D CAD、3D已经被大多数企业使用，已经逐渐取代部分工件图表生产。冲压成形CAE软件，很多知名大学都已经开发出一种高水平的软件，并具有自主知识产权,已成功地应用于生产实践，得到良好的效益。汽车工业在开发新车型时，大都采用冲压模具
11、生产，涵盖提供快速生产和制造，它标志着RPM应用模具试生产车身大封面技术是成功的。2、模具设计与制造能力状况代表性是精密机电一体化自动多功能模具阀板的核心，并达到国际水平。但总体来说，与国外制造精密多工位级进模具相比，使用寿命长，但是模具结构和功能还存在一定差距。3、专业化程度及分布状况我国专业化程度较低的模具企业，模具生产比例过高。冲压模具生产国外的一般比例为30，而冲压模具生产在中国的比例为60。它有很多专业化的不利影响，其中低水平的专业化和一般模具最为明显。但汽车覆盖部分高度专业化，多功能精密冲压模具的专业制造商很多没有按照冲压能力分配，通常取决于投资者的决策。1.3 冲压模具未来的发展
12、重点与展望汽车罩部件模具开发专注于大中型模具高档汽车罩部件的高技术要求，特别是模具壳部件。高强度板和不等厚板冲压模具、大型多工位级进模具、顺序模具将在未来更快发展。多功能，多工位连续冲模发展的重点是精度高，效率高，寿命长的级进模具。本质在于模具开发着重于厚板冲孔模、精密冲孔模,并不断提高其准确性，特别是在计算机模拟薄板成形过程分析技术。1.4 设计的内容和思路这个话题是冷冲压模具设计的主要内容，根据电饭锅传感器外壳的制造过程和其拉深成形冲压复合模具设计。应该首先学习机械设计、机械CAD/CAM、冷冲压技术，再研究需要掌握相关的理论知识，控制理论的基础是实践。同时对设计传感器外壳的模具图纸冲孔模
13、结构和生产过程进行全面的理解。使用AutoCAD 2014画二维装配图和零件图。1.5 解决的主要问题1、工艺工序分析计算。2、力的计算。3、冲压设备的选择。4、模具主要零部件的设计。5、模具装配图的绘制。6、模具三维图的绘制。2 冲压件工艺分析对于冲切技术切削工件的质量来说，材料利用率，生产率，模具制造难度，模具寿命，操作模式和冲压设备的选择都有很大的影响。一般情况下，影响最大的是对冲切削件制造的几何形状，尺寸，精度要求。良好的工艺性能满足材料的冲切工序、工艺、产品质量稳定、减少模具操作、操作方便、寿命长等特点，从而大大降低了冲切件的制造成本。本制件电饭煲传感器外壳，它为圆筒形零件，体积小可
14、采用冲压工艺完成。该工件是一个圆筒上边带有凸缘，圆通底面带有三个小圆孔，一个为中心孔，另外两个成中心对称。本制件材料为1060铝，抗拉强度为75Mpa，屈服强度为35Mpa，有可塑性，加工简单。工件厚度为0.5mm，中心孔直径2.5，成中心对称孔直径为5，工件深度为11，工件直径为35.5，凸缘直径为43.5。本制件采用落料、拉深、冲孔复合模具完成。工件图如图2.1所示。图2.1 电饭煲传感器外壳工件图3 工艺计算3.1 拉深件展开尺寸计算由于金属板的聚集或退火组织造成的压力，使材料产生残余的应力，反映在深拉工艺中，使拉深件筒口形成部分明显凸耳现象。另外，如果不均匀的材料结构，不均匀的模具间隙
15、，润滑等，也可能造成拉深件高度不整齐的现象，因此必须在拉深前保证外边缘加工。零件的大小和切边余量的计算，然后进行毛坯尺寸计算。1、拉深次数计算。对于本制件，其相对高度：Hd=1135.5=0.310 （31）相对厚度： (tD)100=(0.558)100=0.8 （32）相对直径：dfd=43.535=1.24 （33）由以上数据可得，本工件一次拉深完成。对于该零件，为带凸缘拉深件。2、毛坯直径： D=df2+4dH-1.72dr1+r2-0.56(r12-r22) （34）式中 D毛坯直径(mm)；df零件凸缘直径(mm)；d圆桶直径(mm)；H零件高度（mm）；r1底面圆角半径（mm）；
16、r1凸缘圆角半径（mm）。因dfd=43.535=1.24 （35）修边余量：d=2.5mm 将数值代入公式（34），得：D1=43.52+435.511-1.7235.52+1-0.5612-22=54mm3.2 冲压工艺力的计算3.2.1 冲裁力的计算 （36）式中 F冲裁力（N）；L冲裁件的内轮廓长度（mm）；t（mm）；b材料的抗拉强度（MPa）。（36）因此，该零件的冲裁力为： F=Ltb=35.53.140.5400=22294N3.2.2 卸料力、顶件力及推件力的计算1、卸料力：一般来说，从板料冲裁件冲切后受到弹性形变和收缩的影响。一般采用以下公式:卸料力：F卸=K1F （37）
17、式中 F冲裁力(N)；K1顶件力及卸料力系数，查表3.1。这里取K1为0.04。因此F卸=0.0422294=891.76N 2、顶件力：F顶=K1F （38）F顶=0.0422294=891.76N3、推件力：根据表3.1取K2为0.05。推件力为:F推=K2F （39） F推=10.0522294=1114.7N式中 K2推件力系数。3.2.3 拉深力的近似计算拉深力的变化不大，从开始到结束，材料的冷加工硬化面积减少生长快于变形面积，深拉力逐渐增加，在第一拉力峰值位置；中间深拉变形区面积减小后，冷加工硬化速度增加，所以拉深力逐渐下降。在拉深完成后，由于工件要从凹模中卸下，发生缓慢下降曲线，
18、这样的结果是摩擦力作用，而不是拉深变形力。因此，通常在危险段的拉深应力在生产过程中小于其材料的拉深强度作为基础，通过经验公式计算。 采用圆柱件近似计算公式，拉深力为：F拉=Kdtb （310） d筒形的凸模径（mm）；系数，这里取1；b材料的抗强度（MPa）；t材料厚。将数值代入公式（310），得：F拉=13.1434.50.5400=21666N图3.1 力变化曲线表3.1 顶件力系数K顶材料厚度t/mmK顶钢0.10.10.52.56.56.50.140.060.030.00.00.00.03.2.4 拉深功的计算拉深功可按照公式（311）计算：W=CPmaxh1000 （311）式中 P
19、max大深力（N）；h（mm）；W拉深功（Nm）；C修正系数，一为C=0.。所以将数值代入公式（311），得： W=0.821666111000=190.661N3.3 冲压设备的选择由于该零件拉深为一次拉深，所以可以按公式概括计算：F（0.70.8）F （312）式中 F拉深工艺力；F压力机的公称压力。F设Fi+Q （313）式中 F设单动力压力机的公称压力（KN）；Fi冲压过程中所需要的的力（N）；Q压边力，这里不需要压边力（N）。结合公式（312）、（313），得：F设F落F拉F顶0.70.8=22294+21666+891.760.70.8=56.06564.074KN查国标GB/T
20、14347.2009开式压力机型与基本参数，初选设备为63kN的开式可倾式曲柄压力机JB2345。具体参数如表3.2。表3.2 可倾式曲柄压力机JB2345的数据表基本参数名称基本参数值公称压力（FN）/KN63公称力行程（Sg/mm）直接传动2-齿轮传动-滑块行程（S）/mm可调最大56-最小8-固定56-滑块行程次数（n）/次/min可调最大80-最小80-固定160-最大装模高度（H）/mm230装模高度调节量（H/mm35滑块中心线至机身距离（喉深C）/mm150工作台板尺寸/mm左右（L）400前后（B）280工作台板厚度（h）/mm60-工作台孔尺寸/mm左右（L1）150前后（B
21、1）150直径（D）120立柱间距离（A）/mm130续 表3.2基本参数名称基本参数值滑块底面尺寸/mm左右（E）140前后（F）120滑块模柄孔直径/mm40最大倾斜角/（）304 模具主要工作部分的尺寸计算4.1 落料刃口尺寸计算在计算凸凹模尺寸时，要对凸凹模各自尺寸进行分别计算，要考虑到各自尺寸公差。在计算时要考虑到凸凹模配合间隙，因此需要计算冲头和刃口的尺寸和公差，设计图纸和注释，便于批量生产，它主要用于简单，规范的冲件形状。因模具基本尺寸公差应取其最小尺寸公差，基本尺寸就是凹模基本尺寸减去合理的最小间隙。落料凹模如图4.1所示，落料凸模如图4.2所示。Dd=（D-X)0d （41）
22、DP=(Dd-2Cmin)-p0 （42）式中 DP落料凸模最径（mm）；Dd落料凹模最大直径（mm）；D工件允许最寸（mm）； 工件要求的；d、p、凸模制造偏；X系数，为了大多数尺寸趋向于极限尺寸，在此推荐X =.。未标记的公差可以计IT平，模具间隙：Zmin=0.120mm Zmax=0.160mm刃口尺寸计算54mm，料尺54-10mm。 凸=0.030mm 凹=0.040mm：凸+凹Zmax-Zmin。凸=0.4(Zmax-Zmin) （43） p=0.40.03=0.012mm 凹=0.6(Zmax-Zmin) （44） d=0.60.04=0.024mm将数值代入公式（41）、（4
23、2），得：Dd=（D-X)0d=53.5-0.0240mm DP=(Dd-2Cmin)-p0=53.480+0012mm4.2 拉深工作部分尺寸确定拉深模的直径尺寸确定原则，与确定落料模切边尺寸基本相同，只有具体内容不同。拉深凹模如图4.2所示，拉深凸模如图4.3所示。凸模和凹模单侧间隙Z=1.1mm ， t=0.55mm。对于拉深尺寸35.5mm，凸=凹=0.046mm。根据拉深件内形尺寸，按凸模尺寸进行配作：dp=d+0.5- （45）即有dp=（35.5+10.55）-0.0460=36.1-0.0460拉深凹模： dd=（35.5+20.55）0+0.046=36.60+0.046冲孔
24、时，对于冲孔5mm孔，凸=凹=0.02mm，按IT14级精度选取，=1mm校核间隙：|凸|+|凹|=Zmax-Zmin，满足条件，故可以采用凸模与凹模配合加工方法，因X=0.5，则为：d凸=(d+X)- 0 （46） d凸=（5+0.52）-0.0200=5.5-0.0200mm d凹=(d+X)0 + （47） d凹=（5+0.51+0.120）0+0.020=5.620+0.020mm 图4.1 落料凹模图 图4.2 凸凹模图4.3 拉深凸模4.3 排样图的设计与材料利用率的计算由于条料宽度误差、位置距离误差、倾斜度误差等问题，造成工件的不合格。为了确保冲压切口表面质量、生产合格的工件，所
25、以要确定工件搭边值，根据此零件的尺寸，通过查有关数据得:值a=2mm；方向a1=2mm；从图4.4可知：进距S=54+2=56mm；条料宽度：b=54+22=58mm板料规格（高宽长）： 0.5mm560mm580mm为了操作方便采用横裁。板料条数： n1=Ab=58058=10条每条个数： n2=BS=56056=10个每板总个数： n=n1n2=1010=100个材料利用率：=nS面AB100% （48）将数值代入公式（48），得： =1002723.14580560100%=71%图4.4 排样图4.4 压力中心的计算关于这个工件的压力中心计算，首先这个工件为圆筒形工件，所以为中心对称工
26、件，压力中心在其对称中心，然后筒底面有三个圆形孔，一个在其中心位置，另外两个成中心位置对称，所以压力中心也在中心位置。综上所述本工件不需要计算压力中心。5 模具主要零件设计与选择 5.1 拉深凸模设计在模具设计中，要求其模具结构合理。其稳定性直接影响成型质量，弯曲力的大小，模具成本，模具寿命等。可以根据拉深外观尺寸，确定基本的绘图工作。一部分穿孔大小、延伸凸模高度应该打到下死点的拉深长度在23毫米。拉深模量测量类型，即不对称型拉深模量。具有弹性顶板微小方向和定位，可有效防止钢坯移动。小批量生产使用更易伸展，当然还要考虑降低回弹等其他方面的问题。拉深方向可以向下拉深，大规模生产通用杯时的处理，尤
27、其是级进模过程中，必须考虑模具光滑程度，直而平坦，也可以向上伸展。设计应注意以下问题:1、拉深时,拉深冲头必须安装在固定板上打孔。模具冲头缩进卸料板后，条料送到后跟随导料销定位，卸料板压材料，冲压拉深工作开始。2、冲孔凸模应安装在固定板上打孔，考虑到因为压力不紧，成形不好。所以冲孔凸模与冲孔凸模固定板要采用过盈配合，以保证冲孔精度。也应该材料，以便顶部的弹性卸料装置和夹紧装置在弹性顶件后能保证顺利配合。：选择向上拉深。拟定穿孔时工件被认为是静止不动的，向下打孔。5.2 冲孔凸模设计标准件的穿孔保证了冲裁的质量，为避免毛刺，所以冲模下料比一般宽，通常超过切料。使用，与固定零件一致。冲孔冲头为圆形
28、。固定方式使用过盈配合，冲头固定板匹配H7/m6组装。冲孔凸模如图5.1所示。图5.1 冲孔凸模5.2.1 凸模承压力校核时，小于压应力。即：=FAmin （51） 凸应力（MPa）； F压力（MPa）； Amin面积（mm2）。将数值代入公式（51），得： =22294N196.25mm2=113.6（MPa）=90140MP所以需加垫板。5.3 垫板尺寸的选择根据要求垫板材料选用Cr12，根据模具总设计特点确定垫板尺寸为120mm120mm15mm，如图5.2所示。图5.2 垫板图5.4 落料凹模落料凹模为矩形板结构直接采用冲模和螺钉，销钉固定方式。考虑到生产批次，模具磨损和保证零件质量，
29、模具刃口采用直刃口壁结构，边缘部分刃口高，边缘轮廓的落料适当增大（为了方便加工，冲模孔落料可设计为类似于刃口轮廓的形状)。凹模轮廓尺寸计算如下：凹模厚度：H=kb （58） H=0.2175=35mm凹模壁厚：C=1.5H （59） C=1.535=52.5mm 沿送料方向的凹模长度为：L=b+2C （510）L=120mm 计算凹模轮廓，相似凹模板的选择和计算值，其大小： DL=120mm120mm凹模的材料选用SKD11，工作部分热处理淬硬6064HRC 。其结构如图5.3所示。图5.3 落料凹模5.5 卸料装置的设计将材料从冲头上取出，防止条料的变形，并能帮助进给引导。设计时方面：5%2
30、0%冲裁力。够的刚度、其厚度可：H=(0.81)Hd （511）式中 H度（mm）；Hd度（mm）。所以将数值代入公式（511），得：H=0.8Hd=0.835=25mm但卸料板有一小部分向下压力，根据模具总尺寸设计卸料板尺寸，将卸料板宽度定为120毫米，长度定为120毫米，所以最终尺寸为120mm120mm25mm。 3、推板要求般选用材。虑在计算研磨冲头的用量与46mm。形状不同设计其结构。卸料装置一般分为刚性卸料和弹性卸料，以两种形式取出模板。刚性卸料板使用硬、厚度大，工件切割精度不高，结构简单，卸料力大。弹性卸料板卸荷弹力小，但有压力作用，使用于相对平整的卸料件。可以保证工件精度，工件
31、的平整度，选择弹性卸料可压料，并能卸料。减少组织结构，减少体积，节约成本等。弹性卸料板结构如图5.4所示。图5.4 卸料板5.6 弹簧设计5.6.1 弹簧材料及许用应力1、圆柱螺旋弹簧按载荷分类圆柱为三类：（1）通过加载次数1106倍以上的；（2）通过循环加载次数106次内外弹簧的负荷；（3）是静态循环加载作用下1103次在簧下；三种弹簧的许用应力p和许用弯曲应力Bp有的值，由表5.1知。2、对许用应力的更正Gt=KtG （512）式中 G常温下的切应力模量；Gt工作温度下的切应力模量；Kt温度修正系数。表5.1 弹簧的许用应力（摘自GB/T1239.61992） （MPa）钢丝类型或材料碳素
32、钢丝琴钢丝不锈钢丝52Mn55MnB6Mn6MnA5VA55nA60nA拉深弹簧许用切应力p类（s ）0.4 b0.36 b304545类（s ）(0.300.36) b(0.270.30) b354045类（s ）(0.240.30) b(0.220.27) b253030注：s实验切应力；s实验弯曲应力；b材料抗拉强度。由于本工件是大量生产，所以选择I类，材料65Mn。许用应力285MPa。5.6.2 弹簧相关几何尺寸的计算1、d及中径D计算公式为：d1.6KFC （513）式中 K；C；许用应力MPa。查文献6 表22-6取K=1.23，C=6.5。弹簧拉力F的计算：弹簧压力 F等于导料
33、板与凹模之间的摩擦力F摩。又因F摩=mg （514） m=v （515）式中 =0.1，45钢。=7.810-3gmm3 g=9.8NKg v22914010-5106.510=222150mm3 将数值代入公式（514）、（515），得： F摩=0.17.810-3gmm3222150mm39.8NKg=1.7N再乘以安全系数1.5，则：故F=2.55N 将数值代入公式（513），得：d1.61.236.52.55N285MPa=0.42mm 取d=3mm。D=Cd （516）D=6.53=19.5mm 2、有效圈数n的计算n=Gd4f8D3F=GD8C4K （517）式中 G剪切弹性模数，
34、G=8000；f弹簧的工作变形量。将数值代入公式（517），得：n=800019.586.541.23=8.9 取整n=9。3、Pb可以根据公式（518）计算：b2.5=6019.2 （518）故mm节距：P=d+b=3+4.69=7.69mm （519）4、弹簧的自由长度H0度HnH0=n+1.5d+2D1 （520） D1=D-d=16.5mm 将数值代入公式（520）得：H0=9+1.53+216.5=64.5mm Hn=H0+4.69=64.5+4.69=69.19mm5、弹簧丝展开长度LL=Dn=3.1419.595=51.07mm （521）图5.5 弹簧结构5.6.3 卸料弹簧的
35、选择1、，即：P预0.5P卸n （522）式中 P预弹簧的预压力N；P卸卸料力N； n弹簧数量。2、弹簧压缩量，即： F1F总=F预+F工作+F修磨 （523）式中 F预弹簧的预压缩量；F总弹簧所需要的总压缩量；F工作弹簧的工作路程；F1弹簧最大压缩量；F修磨凸模修模量，一般取46mm。根据模具总结构确定弹簧数量，所以弹簧数量最后确定为4个，每个弹簧的力量份额计算如下：将数值代入公式（522）得P预0.5P卸n=0.55491.4/4=N根据P预686.43N还有模具总结构，可供选择的弹簧为6267的弹簧。P预=1120N686.43N 图5.6行程表。 图5.6 负荷行程曲线表5.2 弹簧尺寸弹号HH1F1=H-H1F预F总=F预+F工作+F修磨035165904.32.75506.52.577107.63.433注： F工作=t+1=2.5mm F修磨=6mm6467的弹簧都满足F1F总，考虑到卸料板到上模座的高度，选用62弹簧。序号62弹簧规格：外径D=20mm，钢丝直径d=5mm，在自由状态下的弹簧高度H=50mm。弹簧装配高度
