冷沖模課程設(shè)計(jì)說明書-帶底孔的寬凸緣筒形件工藝分析與模具設(shè)計(jì)

1、冷沖模課程設(shè)計(jì)說明書xxxx號件的工藝分析與模具設(shè)計(jì) 院 系 航空宇航工程學(xué)部 專 業(yè) 飛行器制造工程（鈑金與模具） 班 號 學(xué) 號 00 姓 名 xxxxx 指導(dǎo)教師 xxxxx 沈陽航空航天大學(xué)xxxx年xx月 xx日 摘 要本次冷沖模課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容為帶底孔的寬凸緣筒形件工藝分析與模具設(shè)計(jì)，分析了拉深沖孔件的結(jié)構(gòu)工藝性，提出了合理的成形工藝。確定合理的沖壓工藝方案，零件沖壓成形的方向和模具結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了工藝參數(shù)的計(jì)算，且對模具的設(shè)計(jì)、工作過程、裝配、調(diào)試工藝作了闡述。該次設(shè)計(jì)需要多種模具來完成此工件的加工。該工藝特點(diǎn)是首先進(jìn)行落料拉深，然后拉深沖孔 ，最后修邊。采用這種方法加工的工件外觀乎

2、整、無毛刺、產(chǎn)品質(zhì)量較高，而且大大提高了生產(chǎn)效率。在設(shè)計(jì)過程充分利用了各種可以利用的方式，查閱相關(guān)資料和有關(guān)手冊，手工繪制裝配圖和相關(guān)的零件圖，同時在反復(fù)的思考中不斷深化對各種理論知識的理解。關(guān)鍵詞：落料.拉深、沖孔、修邊、模具結(jié)構(gòu)、工藝目錄第1 章 概論1 1.1 沖壓設(shè)計(jì)概論 1 1.2 沖壓設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 1 1.3 沖壓設(shè)計(jì)的一般工作程序 1第2章 產(chǎn)品工藝分析 32.1 產(chǎn)品沖裁工藝分析 32.1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀分析 32.1.2 產(chǎn)品尺寸精度、粗糙度、斷面質(zhì)量分析32.2產(chǎn)品拉深工藝分析 42.2.1 產(chǎn)品材料成形性能分析 .42.2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性分析42.2.3 產(chǎn)品拉深

3、尺寸精度5第3章 工藝方案及工藝卡片制定6 3.1 沖壓工藝方案分析與確定6 3.2 工藝卡片設(shè)計(jì)7第4章 工藝計(jì)算8 4.1 計(jì)算毛柸尺寸8 4.2 排樣8 4.2.1 搭邊9 4.2.2 條料寬度9 4.2.3 材料利用率9 4.3 拉深工序尺寸計(jì)算10 4.3.1 拉深系數(shù)及拉深次數(shù)的確定10 4.3.2 工件凸緣性質(zhì)確定10 4.3.3確定各工序的圓角半徑104.3.4確定各次拉深高度10 4.4 力的計(jì)算10 4.5 計(jì)算模具壓力中心11第5章 復(fù)合模結(jié)構(gòu)的確定 12 5.1 模具的典型結(jié)構(gòu) 12 5.2 定位裝置 13 5.3. 工件的卸除 13 5.4 導(dǎo)向零件 13 5.5 模

4、架 13第6章 模具工作零部件的設(shè)計(jì)14 6.1 凹模的設(shè)計(jì)14 6.2 凸凹模的設(shè)計(jì)14 6.3. 定位圈的設(shè)計(jì)15第7章 模具主要零件加工工藝規(guī)程16 7.1 墊板 16 7.2 凸凹模固定板 167.3 凸凹模 167.4 凹模 167.5 凸模 16結(jié)束語17參考文獻(xiàn)18第1章 概論1.1沖壓設(shè)計(jì)概論隨著沖壓技術(shù)的不斷進(jìn)步和沖壓生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對沖壓設(shè)計(jì)工作提出了愈來愈高的要求。沖壓設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，其設(shè)計(jì)過程是實(shí)質(zhì)上是再創(chuàng)造的的勞動過程。沖壓設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣，不僅直接影響沖壓產(chǎn)品的質(zhì)量、成本及生產(chǎn)效率，而且也影響著沖壓生產(chǎn)的組織與管理。因此，沖壓設(shè)計(jì)工作不僅要求設(shè)計(jì)人員具有較

5、好的理論基礎(chǔ)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、熟練的設(shè)計(jì)技能和認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，而且還要求設(shè)計(jì)人員能在不斷積累總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，及時獲取最新的科學(xué)技術(shù)知識，盡快掌握現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段。只有這樣，沖壓設(shè)計(jì)工作才能適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展的需要。1.2 沖壓設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容沖壓設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容。沖壓工藝設(shè)計(jì)是針對給定的產(chǎn)品圖樣，根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小、沖壓設(shè)備的類型規(guī)格、模具制造能力及工人技術(shù)水平等具體生產(chǎn)條件，從對產(chǎn)品零件圖的沖壓工藝分析入手，經(jīng)過必要的工藝計(jì)算，制定出合理的工藝方案，最后編寫出沖壓工藝卡片的綜合性的分析、計(jì)算、設(shè)計(jì)過程。沖壓模具設(shè)計(jì)則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程，在認(rèn)真考慮毛柸的定位、

6、出件、廢料排除諸問題以及模具的制造維修方便、操作安全可靠等因素后，構(gòu)思出與沖壓設(shè)備相適應(yīng)的模具總體結(jié)構(gòu)，然后繪制出模具總體裝配圖和所有非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的整個繪圖設(shè)計(jì)過程。1.3沖壓設(shè)計(jì)的一般工作程序在實(shí)際生產(chǎn)中，沖壓件的形狀、尺寸及其精度要求各異，且具體生產(chǎn)條件也不盡相同，這常給開始從事沖壓設(shè)計(jì)的人員帶來一定困難。從另一方面看，只要遵循沖壓變形的基本規(guī)律，搞清楚沖壓基本工序的各自變形特點(diǎn)，盡管沖壓件的形狀、尺寸及精度要求不同，沖壓設(shè)計(jì)的基本原則與方法則還是大同小異的。一般情況下按以下工作程序進(jìn)行：（1） 搜集沖壓設(shè)計(jì)必要的原始資料；（2） 分析產(chǎn)品零件圖的沖壓工藝性；（3） 確定沖壓工藝方案；（4

7、） 確定模具類型；（5） 選擇沖壓設(shè)備；（6） 編寫沖壓工藝過程卡；（7） 重新審查產(chǎn)品零件圖和沖壓工藝過程卡；（8） 進(jìn)行模具的總體設(shè)計(jì)；（9） 進(jìn)行模具的主要零部件設(shè)計(jì)；（10） 繪制模具總裝配圖和零件圖；（11） 校核模具圖樣；（12） 編寫模具設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。第2章 產(chǎn)品工藝分析2.1產(chǎn)品沖裁工藝分析 制 件 名 稱：口蓋 料 厚：1mm 材 料：LY12M 零件技術(shù)要求：1制件表面不得有擦傷劃痕； 2料厚1mm。 零件圖如圖2.1所示圖2.1 口蓋形件2.1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀分析由圖2.1可知，產(chǎn)品為圓形落料、拉深的筒形件。產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)比較簡單，且對稱，無狹槽、尖角；且?guī)Ъ訌?qiáng)筋的筒形

8、件的中間半圓形尺寸滿足沖壓要求。2.1.2 產(chǎn)品尺寸精度、粗糙度、斷面質(zhì)量分析2.1.2.1尺寸精度 任務(wù)書對沖件的技術(shù)要求為制件表面不得有劃傷，無其它特殊要求，故定為IT14級。查沖模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)得，沖件上各尺寸公差值，并標(biāo)注如上圖。2.1.2.2沖裁件斷面質(zhì)量 因?yàn)橐话阌闷胀_裁方式?jīng)_12mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度Ra可達(dá)12.53.2，毛刺允許高度為0.050.1mm；本產(chǎn)品在斷面粗糙度上沒有太嚴(yán)格的要求，單要求孔及輪廓邊緣無毛刺，所以只要模具精度達(dá)到一定要求，在沖裁后加修整工序，沖裁件斷面的質(zhì)量就可以保證。2.1.2.3產(chǎn)品材料分析 對于沖壓件材料一般要求的力學(xué)性能是強(qiáng)度低，塑性高

9、，表面質(zhì)量和厚度公差符合國家標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品材料為08Al，屬優(yōu)質(zhì)有色金屬材料，其力學(xué)性能是強(qiáng)度、硬度低而塑性較好，非常適合沖裁加工。另外產(chǎn)品對于厚度與表面質(zhì)量沒有嚴(yán)格要求，所以盡量采用國家標(biāo)準(zhǔn)的板材，其沖裁出的產(chǎn)品表面質(zhì)量和厚度公差就可以保證。 經(jīng)上述分析，產(chǎn)品的材料性能符合冷沖壓加工要求。2.1.2.4產(chǎn)量要求零件圖中無產(chǎn)量要求，但考慮到此零件可能被用于標(biāo)準(zhǔn)件，故初步定為中等批量生產(chǎn)。適合中等批量生產(chǎn)的沖壓加工方法，最好采用復(fù)合模或連續(xù)模。2.2產(chǎn)品拉深工藝分析拉深是利用拉深模將板料沖壓成各種空心件的一種加工方法，是沖壓生產(chǎn)中最廣泛的工序之一。拉深成形時主要考慮的問題是，位于凸緣部分的材

10、料因切向壓縮極易起皺，位于凸模圓角區(qū)的材料因受到徑向強(qiáng)烈拉伸而嚴(yán)重變薄，甚至斷裂。材料的種類、零件的結(jié)構(gòu)形狀、模具結(jié)構(gòu)及工作部分的表面質(zhì)量對拉深成形能否順利進(jìn)行都有重要的影響。2.2.1產(chǎn)品材料成型性能分析 本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品材料為LY12M，具有良好的塑性，較大的應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)及較小的屈強(qiáng)比，在以拉深為主的凸模圓角區(qū)不易產(chǎn)生局部集中變形，有利于延緩危險斷面過度變薄或發(fā)生破裂。2.2.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性分析2.2.2.1拉深件的圓角半徑要求 拉深件底部圓角半徑應(yīng)滿足，一般取；凸緣圓角半徑。本次課程設(shè)計(jì)，如圖2.1示：rd=5mm，滿足要求，故拉深后不再增加整形工序。2.2.2.2拉深件各部分尺寸比例要適

11、當(dāng)，拉深件高度不宜太大，一般控制在其中，h為拉深件高度，d為拉深件直徑。 本次課程設(shè)計(jì)：h=17mm ，d=38mm滿足；即工件滿足尺寸比例要求綜上可知，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀簡單、對稱，無急劇的外形變化，拉伸高度小于筒形半徑，無過小圓角半徑且凸緣寬度適當(dāng)，整體上各部分尺寸比例適當(dāng)。2.2.3產(chǎn)品拉深尺寸精度 拉深件的徑向尺寸精度一般不高于IT13級，本產(chǎn)品無過高尺寸精度要求，故成形后不需增加校形工序。第3章 工藝方案及工藝卡片確定3.1 沖壓工藝方案分析與確定該零件所需的沖壓工序?yàn)椋郝淞?，拉深，沖孔，修邊。可擬定以下三套工藝方案： 方案一：用簡單的模具，即為三套簡單的模具分別完成落料、拉深和沖孔修邊

12、三個工序。 方案二：用復(fù)合模，即用一套復(fù)合模完成落料、拉深、沖孔、修邊三個工具。 方案三：用復(fù)合模和簡單模具相結(jié)合，即用一套復(fù)合模完成落料和拉深，一套完成拉深沖孔。用一套簡單模具完成修邊工序。 分析比較幾套方案的優(yōu)缺點(diǎn)： 方案一：模具結(jié)構(gòu)簡單，模具的制造加工和裝配較為容易，并且修模容易，但是由于采用四套模具造成制件的累計(jì)誤差較大，而且需要投入的人力較多，操作復(fù)雜 ，成本高且效率低，不適合大批量生產(chǎn)。 方案二：復(fù)合模，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具的生產(chǎn)制造和裝配較為苦難，更主要的是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而導(dǎo)致修模較為困難，并且復(fù)合模具較為笨重，但是復(fù)合模生產(chǎn)的產(chǎn)品精度高，適合制件精度要求較高的大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)率

13、很高，并且操作方便，節(jié)省勞動力。 方案三：兩套模具相結(jié)合的方案，將簡單與復(fù)合模具的優(yōu)點(diǎn)集中在一起很好的克服了簡單模具生產(chǎn)精度低，操作困難，復(fù)合模的生產(chǎn)制造和修模困難的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效率，高精度，簡單操作的大批量生產(chǎn)。綜上所述，選取方案三，復(fù)合模與簡單模具相結(jié)合，復(fù)合模完成落料沖孔，簡單拉深模實(shí)現(xiàn)對矩形件的拉深工序。3.2工藝卡片設(shè)計(jì)根據(jù)以上工藝方案分析，繪制工藝卡片如圖3.1：圖3.1 工藝卡片第4章 工藝計(jì)算4.1計(jì)算毛坯尺寸查沖壓手冊表4-5, dp/d=70/38=1.8查沖壓手冊知：修邊余量 =3故實(shí)際外徑為 d=+2=70+2*2.65=76；按沖壓手冊表4-7中序號（20）所列公式

14、計(jì)算毛坯直徑 式（4.1） = 87.8 mm 取88mm4.2排樣 零件外形為圓形 ，可以采用單排、交叉雙排或多排；考慮到零件為中等批量生產(chǎn)，如果采用交叉雙排或多排，則模具尺寸和結(jié)構(gòu)就會相應(yīng)增大，從而增加模具生產(chǎn)成本，所以本設(shè)計(jì)決定采用單排結(jié)構(gòu)。如圖4.2所示。圖4.1 排樣圖 4.2.1 搭邊查冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造表2.8 ，確定搭邊值a、a1。當(dāng)t=1時，a=1.5，a1=1.54.2.2 條料寬度B=D+2a=88+2*1.5=91mm 式（4.2） 4.2.3 材料利用率 式（4.3） 式中 一個歩距內(nèi)沖裁件數(shù)目； A沖裁件面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料）； C歩距長度； B板料寬度；取n=

15、1；C=121.5；B=123A=0.253.14882=6079.4mm2=16079.4/(89.591)=75% 4.3拉深工序尺寸計(jì)算4.3.1拉深系數(shù)及拉深次數(shù)的確定工件總的拉深相對高度：H/d=17/38=0.44 式(4.4)工件總的拉深系數(shù)：m=d/D=38/88=0.43 式（4.5) 由df/d=87/59=1.475和t/D*100=1.13查沖壓手冊表4-20得第一次拉深時的最大相對高度h1/d1=0.51表4-21得第一次拉深事的極限系數(shù)m=0.44因?yàn)?，m總 故制件 一次拉深不出來。查沖壓手冊表4-15知m1=0.55,m2=0.78, d1=m1*D=48.4

16、式(4.6) D2=m2*d1=37.938 式(4.8)故需要2次拉深。 4.3.2工件凸緣性質(zhì)確定由凸緣的相對直徑，dp/d=70/38=1.81.4屬于寬凸緣拉深件。4.3.3確定各工序的圓角半徑查沖壓手冊表4-78得：rd1=6 rp1=6; rd2=5 rp2=5 4.3.4確定各次拉深高度由沖壓手冊表4-19有關(guān)公式：1. 首次拉深: h1=0.25/d1(D*D-d*d)+0.43(r1+r2)+0.14/d1 (r2*r2-r1*r1) 式(4.9) =10.52.二次拉深: h2=0.25/d1(D*D-d*d)+0.43(r2+r3)+0.14/d2 (r3*r3-r2*r

17、2) 式（4.10）=174.4力的計(jì)算（1）計(jì)算拉伸力帶法蘭圓筒形件的拉深力p=3.14Kfd1t 式(4.12) 第一次拉深時 df/d1=115/85.68=1.15 m1=0.55 Kf=1由設(shè)計(jì)手冊可查的=280MPa 代入上式得P1=64.2KN第二次拉深時K2=0.88 代入上式得P2=55KN（2）壓邊力計(jì)算 式(4.13)帶入數(shù)值得Q1=24.6KN Q2=5.8KN Q3=2.2KN (3)沖裁力計(jì)算F=1.3Lt,由設(shè)計(jì)手冊可查的=280MPa則 剪切修邊力=64.4KN 落料力=105KN 沖孔力=13.7KN根據(jù)F壓（1.61.8）F總=(6485.4)KN來估算公稱

18、壓力選取壓力機(jī)，因制件為小型沖裁件，采用開式壓力機(jī)，雖然它的剛度差，但它具有操作空間三面敞開，操作方便，容易安裝附屬設(shè)備和成本低的特點(diǎn)。故選J23-16壓力機(jī)4.5計(jì)算模具壓力中心 由于該零件完全對稱，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心上。第5章 復(fù)合模結(jié)構(gòu)的確定5.1 模具的典型結(jié)構(gòu) 圖5.1拉深沖孔復(fù)合模具結(jié)構(gòu) 圖5.1所示為單沖床上使用的拉深沖孔復(fù)合模。工作時，將拉深的制件放入定位凹圈上。依靠其定好位置。上模下行時，由凸模將拉深制件頂住，成形凹模下行并將制件壓住。隨后進(jìn)行成形。此時，凹模通過上模座緊緊地壓住了毛坯拉深制件，防止成形時起皺。上模回程時，上面的帶肩推桿定距將工件從定位凹模上頂

19、出，直到帶肩推桿停止，最后將制件從定位凹模上推出。 該模具采用的有推桿等組成的卸料裝置，直接裝在模具上。5.2 定位裝置 采用固定式凹模橫向定位，采用過盈配合，安裝在下模座上；螺釘縱向緊固。5.3 工件的卸除 采用帶肩推桿將工件從凹模上頂出，落在模具工作表面上。5.4 導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件有許多種，如用導(dǎo)板導(dǎo)向，則在模具上安裝不便，而且阻擋操作者視線，所以不采用；若用滾珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，雖然導(dǎo)向精度高、壽命長，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以也不采用；針對本次加工的產(chǎn)品的精度要求不高，采用滑動式導(dǎo)柱導(dǎo)套極限導(dǎo)向即可。而且模具在壓力機(jī)上的安裝比較簡單，操作又方便，還可降低成本5.5 模架 若采用對角導(dǎo)柱模

20、架，則受力平衡，滑動平穩(wěn)。若采用后側(cè)導(dǎo)柱模架若采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，可三方向送料，操作者視線不被阻擋，但結(jié)構(gòu)比較大，須要的料多。若采用中間導(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對稱分布，受力平衡，滑動平穩(wěn)，拔模方便，便于取制件，機(jī)構(gòu)緊湊。 本設(shè)計(jì)決定采用中間導(dǎo)第6章 模具工作零部件的設(shè)計(jì)6.1 凹模的設(shè)計(jì)如下圖6.1可得凹模的結(jié)構(gòu)尺寸 圖6.1凹模圖6.2 凸凹模的設(shè)計(jì) 如下圖6.2可得凸模的結(jié)構(gòu)尺寸 圖6.2凸凹模圖 6.3.定位圈的設(shè)計(jì) 如下圖6.3可得定位圈的結(jié)構(gòu) 圖6.3定位圈圖 第7章模具主要零件加工工藝規(guī)程7.1墊板 （1）備料（2）鍛造（3）退火 4） 刨銑六個面（6） 磨六個面（7）劃線作孔及銷孔（8）熱處理：HRC4348（9）退磁處理后研磨（10）檢驗(yàn)7.2凸凹模固定板 （1）備料（2）鍛造（3）退火 （4） 刨銑六個面（6） 磨上下面（7）劃線作螺紋孔及銷孔（8） 凸凹模固定孔和外輪廓粗加工 ：粗銑（9） 凸凹模固定孔：精銑（10）熱處理：HRC3540（11）退磁處理后研磨（12）檢驗(yàn)7.3凸凹模 （1）備料（2）鍛造（3）退火 （4） 刨銑六個面（6） 磨上下面（7）劃線（8） 型孔和外輪廓粗加工