车锁前壳体冲压工艺与模具设计

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1、毕业设计（论文）题 目：车锁前壳体冲压工艺与模具设计 学 生： 指导老师： 系 别： 专 业： 班 级： 学 号： 2009年6月本科毕业设计(论文)作者承诺保证书本人郑重承诺：本篇毕业设计(论文)的内容真实、可靠。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。学生签名：年 月 日本科毕业设计(论文)指导教师承诺保证书本人郑重承诺：我已按有关规定对本篇毕业设计(论文)的选题与内容进行了指导和审核，该同学的毕业设计（论文）中未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。指导教师签名：年 月 日目 录摘 要1ABSTRACT21 概论11.1 课题的背景及意义11.2 国内外现状及

2、发展趋势11.2.1 现状11.2.2 发展趋势22 工件的工艺性分析32.1 工艺分析32.2 工艺方案确定42.3 展料与实体图53 带凸缘筒形件的确定73.1 工艺计算73.1.1 修边余量确定73.1.2 拉深次数确定83.2 工位布置及排样设计84 压力机选择95 凸凹模确定125.1 设计基准选择125.2 凸凹模设计135.2.1 毛坯落料凸凹模设计135.2 2 拉深凸凹模设计175.2.3 冲孔凸凹模设计195.2.4 切边模设计205.2.5 冲孔模设计206 主要零部件的结构设计216.1 模板确定216.2 卸料与推件装置226.3 导柱导套选择236.4切边236.5

3、 紧固零件的选用247 模具装配总图257.1 毛坯落料模装配图257.2 拉深模装配图267.3 冲孔模装配图267.4 切边模装配图287.5 冲孔模装配图298 总结30致谢31参考文献32II车锁前壳体冲压工艺与模具设计摘 要本次设计的零件为带凸缘拉深冲孔切边件自行车锁前壳体。课题采用的材料冷轧板及1mm厚度保证了足够的强度和刚度。该零件形状大致为圆形和矩形结合，利用合理排样来减小废料。它的材料为冷轧板，具有良好的性能，即通过冷轧，可以得到厚度更薄、精度更高的冷轧带钢和钢板，而且平直度高、表面光洁度高、表面清洁光亮、易于进行涂镀加工、品种多，用途广，同时具有冲压性能高和不时效、屈服点低

4、的特点。首先对零件进行了工艺性分析，有落料、拉深、冲孔、切边等一系列工序。此件为中小批量生产，各工位有相互的尺寸关系，采用级进模和复合模在设计上比较困难，故选可选择单工序模来做，设计简单、方便。经过计算分析完成该模具的主要设计计算，凸、凹模工作部分的设计计算，还有工位布置和主要零部件的结构设计，选择合适的模具材料。在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定工件的冲压成形工艺方案，正确设计模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。关 键 词：冲压模，阶梯孔，拉深，排样，设计Lock before the shell stamping process and Die des

5、ignAbstractParts which I design for the flange cylindrical drawing parts the bicycle lock before the shell. Materials used in the subject of cold-rolled plates and 1mm thickness to ensure sufficient strength and stiffness. Roughly the shape of the parts for the combination of circular and rectangula

6、r,reasonable use of nesting to reduce waste.Its cold-rolled sheet materials,With good performance ,through cold rolling, the thickness can be thinner, higher precision cold-rolled strip and plate,flatness and high surface finish high, bright surfaces clean,coated easy processing, varieties, uses wid

7、ely ,at the same time stamping with high-performance and non-limitation, and low yield point.First of all, parts of the process was analysised, have blanking, deep drawing, punching, cutting-edge series of processes. This case for small and medium-volume production, the workers are of the size of th

8、e mutual relations, the use of progressive die and the composite modulus in the design more difficult, so choose the option to do single-process mode, the design of simple, convenient.After completion of the analysis of the mold design，convex and concave die part of the design work，there are the maj

9、or components of layout and design of the structure， choose a suitable mold material. Mold design to be a comprehensive analysis of the workpiece, and then to determine a reasonable work program of the metal forming process, the correct mold design mold structure and a point of order processing comp

10、onents in order to get the best cost-effective technology.Keywords：Stamping Die, Ladder hole, Drawing, Layout, DesignI1 概论1.1 课题的背景及意义设计的主要目的：通过对自行车锁前壳体的分析设计合理的模具，使该模具能满足车锁生产的要求。车锁前壳体是自行车锁的上壳，属拉深件系列，由于要拉深、冲孔、切边等一系列的工序，且生产批量适中，采用级进模来设计是有困难的，故采用单工序模生产。也是检验对所学相关课程理论、技能的理解程度；培养理论联系实际的良好作风。设计的主要意义是：通过此次设

11、计了解设计冲压模的一般程序，了解相关的理论知识并加以应用和巩固；熟练的运用有关技术资料，如冷冲模国家标准、冷冲压技术及其他有关规范等；初步的掌握设计冷冲压模具的能力，为将来的工作打下初步的基础。1.2 国内外现状及发展趋势1.2.1 现状模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。我国近年来模具工业发展很快，从19962002年间，我国模具制造业的产值年均增长14%左右，2003年增长25%左右，达到450亿元人民币，约合50亿美元，位居世界第三。但是就我国

12、模具行业的现状看，产品结构不尽合理，大多数产品都是低值产品，而技术含量高的模具仍需进口，2002年我国进口模具12.72亿美元，这说明我国模具工业虽然发展迅速，但与需求相比，仍然供不应求，主要缺口是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面。虽然近年来我国模具行业发展迅速，但是离国内的需要和国际水平还有很大的差距。制造产业是一个国家的综合国力及技术水平的体现，而模具行业的发展是制造产业的关键。针对这种情况，国家出台了相应的政策，正积极发展模具制造产业。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成形型。用模

13、具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。模具工业的发展和进步，在很大程度上取决于模具加工设备、软件及切削刀具的制造水平。如今，人们对手机、电脑、汽车、手表、数码电子等商品的要求一点也不低于发达国家。但另一方面，我国生产这些商品所需模具的工作母机即模具加工设备的制造水准，从总体上来说还是比较低的。这就出现了一个奇怪的现象，这些年我国模具生产所需的先进加工设备、制造软件及切削刀具进口越来越多。去年，我国机床进口约60亿美元，其中用于模具生

14、产的就占十分之一；去年我国模具生产所需超硬质合金和陶瓷等超硬刀具销售额约12亿元，其中90%依赖进口。 随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。因此，大力发展模具工业可以促进我国更快的走向工业化国家。1.2.2 发展趋势(1)推广CAD/CAM/CAE技术：模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技

15、术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工：国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。 (3)模具扫描及数字化系统：高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不

16、同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。 (4)电火花铣削加工。 (5)提高模具标准化程度：我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术：选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20% 30% 。因此，选用优质钢材和应用表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，如采用粉末冶金工艺制造的粉末高速钢等。模具钢品种规

17、格多样化、产品精细化、制品化，尽量缩短供货时间亦是重要发展趋势。 我国冲压模具产品的质量和生产工艺水平,总体上比国际先进水平低许多,而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品质量水平低主要表现在精度、表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上;生产工艺水平低则主要表现在加工工艺、加工装备等方面。在模具寿命上，合理选择模具材料是非常重要的。压力容器作为冲压模具的产品之一，其分析标准一定要与国际相符合。为此，国内较有实力的压力容器制造厂为了使生产的压力容器产品能顺利进入国际市场,陆续取得ASME认证证书。 模具制造产业是制造产业之一，而制造产业标志着一个国家的综合国力及技术水平。因此大力发展模具制造产业

18、是国家经济建设中所必须计划到的。本次设计车锁前壳体模具虽然不能为整个行业做出什么贡献，但我希望能够通过本次的设计制作有所体会和认识，发现一些问题，提供一些有用的资料。 2 工件的工艺性分析2.1 工艺分析拉深件的工艺性是指拉深件对拉深工艺的适应性。在一般情况下，对拉深件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的拉深工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。该零件为车锁前壳体，属中批量生产，且其形状相对复杂、不规则、设计合理排样、减小废料。且选用冷轧板，厚度为1mm， 厚度保证了足够的强度和刚度，该材料由于在常温下轧制，不产生氧化铁皮，因此，冷

19、板表面质量好，尺寸精度高，再加之退火处理，其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板，属于深拉延产品及形状较复杂产品的钢材，故此工件的形状满足拉深工件的要求，可用拉深工序加工。工件除了拉深工序外还有冲孔、切边工序，各工序间有相互尺寸关系。工件图如2-1所示。 图2-1 制件图2.2 工艺方案确定分析下表221得，采用：单工序模具结构简单，制造成本低，只需要一道工序一副模具才能完成，易于加工和模具的维修，适用于中小批量或试制件。复合模要在一副模具中完成几道冲压工序，模具寿命长，故障时间短，效率高，可获得尺寸范围广。该工件有拉深、冲阶梯孔、切边多道工序无法在复合模完成。级进模即使结构复杂价格昂贵，但级进

20、模有自动送料和自动出件等装置，适于制件的大批量生产，生产率高，冲制件质量可靠、稳定。虽然可以完成拉深、冲孔、侧切、切边等多道工序，效率比单工序模更高，但是级进模设计复杂，适于大批量生产，不适合该件中小批量的要求。从批量、精度、设计难度等方面考虑，通过分析对上述三种方案的比较，用单工序模最佳。工艺方案及顺序如下图2-2：落料 拉深 冲孔 切边 冲孔 图22 工艺方案工艺方案比较查文献1如表2-1所示：表21 冲压工艺方案项目单工序模级进模复合模无导柱有导柱冲压精度低较低较高，相当于IT10IT13高，相当于IT8IT11制件平整程度不平整一般不平整，有时要校平因压料较好，制件平整制件最大尺寸和材

21、料厚度不受限制300mm以下厚度达6mm尺寸250mm厚度在0.16之间尺寸300mm厚度常在0.05m3mm冲模制造的难度程度及价格容易、价格低导柱、导套的装配采用先进工艺后不难简单形状制件的级进模比复合模具制造难度低，价格亦低形状复杂的制件用复合模比级进模制造难度低，相对价格低生产率低较低可用自动送料出料装置，效率较高工序组合后效率高使用高速冲床的可能性只能单冲不能连冲有自动送料装置可以连冲，但速度不能太高使用于高速冲床高达400次/分以上由于有弹性缓冲器，不宜用高速，不宜连冲材料要求可用边角料条料要求不严格条料或卷料要求严格除用条料外，小件可用边角料，但生产率低生产安全性不安全手在冲模过

22、程区不安全比较安全手在冲模工作区不安全，要有安全装置冲模安装调整与操作调整麻烦操作不便安装、调整较容易、操作方便安装、调整较容易，操作简单安装、调整比级进模更容易，操作简单2.3 展料与实体图由于该工件尺寸复杂，繁琐，不易计算，为方便展料先画出其实体图，如图2-3，2-4所示： 图23 实体图1 图24 实体图229 将如图所示实体图，用dynaform进行展料、分析，得到如图2-5所示坯料。 图25毛坯图3 带凸缘筒形件的确定3.1 工艺计算3.1.1 修边余量确定一般拉深件，在拉深成形后，工件口或凸缘周边不齐，必须进行修边以达到工作的要求。因此，在按照工件图样计算毛坯尺寸时，必须加上修边余

23、量后再计算。计算可查文献（7）表2-2。此件可分为两部分，一部分为筒形件，其修边余量h需按h/d（h为拉深的深度，d为制件的直径）即h/d=10/（117-21.6）=0.09mmh=4.3另一部分为带凸缘的矩形拉深件，其修边余量B需按Bf/B的值来确定，矩形宽边的凸缘尺寸为4，Bf=31+4=35mm Bf/B=35/31=1.13 B=2.5表22 带凸缘圆筒形拉深件的修边余量 3.1.2 拉深次数确定 非旋转体类工件总的拉深系数为周长比m=l/L=0.96.毛坯的相对厚度值t/D100%=8.3%，可查表知极限拉深系数m=0.55，由于m=0.9618300.0200.02530800.

24、0200.030801200.0250.035表5-2冲裁模初始双边间隙 材料厚度t/mm08、10、35、Q235Q34540、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0921.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.0240.1700.2400.1700.2401.

25、750.2200.3200.2200.3200.2200.320工件无特殊要求，工件内外形公差均为IT14。毛坯落料无特殊要求，切拉深后有切边工序，此时精度均为IT14.落料R2.5，R3,查文献4公差表得为0.25 =0.02 =0.02 ，R19, 20.4查公差表得为0.6 =0.02 =0.03 , R28,70,73查公差表得为0.6 =0.025 =0.035.Zmin=0.072mm，Zmax=0.104mm，系数x=0.5.d =0.04Zmax-Zmin=0.032mmd =0.4（Zmax-Zmin）=0.40.032=0.013mmp =0.6（Zmax-Zmin）=0.

26、60.032=0.020mm以下计算，单位为mm。R3R19R3R20.4R2870735.2 2 拉深凸凹模设计拉深凸模装在下模，拉深凹模装在上模，如下图5-2,5-3所示： 5-2 拉深凹模 5-3 拉深凸模查文献6拉深模的间隙是指单边间隙，间隙过小增加摩擦阻力，使拉深件容易破裂，且易擦伤零件表面，降低模具寿命；间隙过大，则拉深时对毛坯的校直作用小，影响零件尺寸精度。因此，拉深模的间隙单面一般比毛坯厚度略大一些。该件拉深时，间隙可按下面方法确定：=1.1mm式中 板料最大厚度； 间隙系数； 材料厚度。该拉深工序件为外形尺寸可取自由公差即选择IT14级，故拉深件尺寸为， ， 由拉深模工作部分

27、尺寸的计算公式可得：凸模工作部分尺寸：拉深凹模工作部分尺寸：式中 冲孔凸凹模的刃口尺寸(mm)； 冲孔件孔的最大极限尺寸(mm)； 工件的制造公差(mm)； 凸凹模制造公差；= 0.03 =0.05。工件外径，单位mmR46=44.02=46.22R56=54.02=56.2250=48.02=50.2223=21.02=2322拉深无需按严格要求,该件一次成形。5.2.3 冲孔凸凹模设计由于需要冲的孔尺寸较小，选用台阶式凸模镶在凸模固定板里面，通过固定板与上模座用螺钉连接。凸模固定板要为工件让位，模具闭合冲孔完后通过废料可直接冲卸料孔排出。结构如下图5-4 、5-5所示 5-4冲孔结构 5-

28、5凹模板冲圆孔24，孔5，以及键形孔两个键形孔两端半圆直径为4，查公差表得孔4，5值为0.25 =0.02 =0.02 . Zmin =0.072mm，Zmax =0.104mm，系数x=0.5.以下计算，单位为mm。 5.2.4 切边模设计 5-6切边模 垂直切边的结构如上5-6 图所示。5.2.5 冲孔模设计与前面的冲孔工序相似，其结构如5-7所示5-7冲孔模结构冲圆孔24，孔22，尺寸为73的矩形孔，查公差表得孔4，2值为0.25 =0.02 =0.02 . Zmin =0.072，Zmax =0.104，系数x=0.5.以下计算，单位为mm。 6 主要零部件的结构设计6.1 模板确定根

29、据各个模块确定模板宽度和长度，厚度。各副模具模架选择如下：落料模：上模座575mm X 350mm X 50mm下模座575mm X 350mm X 60mm拉深模：上模座620mm X 440mm X 40mm下模座620mm X440mm X 50mm冲孔模：上模座335mm X 280mm X 35mm下模座335mm X 2800mm X 40mm切边模：上模座375mm X 350mm X 50mm下模座375mm X 350mm X 60mm冲孔模：上模座375mm X 350mm X 50mm下模座375mm X 350mm X 60mm6.2 卸料与推件装置弹压卸料板是级进模上

30、常用的卸料装置。卸料板要求卸料平稳，有足够的卸料力。另外，在卸料板上还可以安装些小凸模、导正销等工作部件。为此在卸料板与上模座之间经常增设小导柱、导套。如图6-1，6-2。 图6-1 图6-2在简单的单工序模中，直接用整体式就可以了，通过螺钉、销钉固定在基体上。卸料板各工作型孔应与凹模型孔、凸模固定板的型孔保持同轴。另外，卸料板各型孔与对应的凸模的配合间隙为凸模与凹模间隙的1314才能起到对凸模的导向和保护作用。在设计卸料板时，其型孔的表面粗糙度应为Ra0.40.8m，卸料板要有足够的强度和硬度。 弹压卸料板在模具上深入到两导料板之间，故要设计成反凸台形，凸台与导料板之间有适当的间隙。 挡料销

31、的选择：固定挡料销分为圆形与钩形两种。一般装在凹模上，用固定挡料销。由于本模具装置要求在卸料板上装对条料起一定的导料作用，又要求简单，所以可以采用圆形挡料销，因为其结构简单，制造加工方便，如图6-3。 图6-3选用弹性推件装置将冲出的工件或落料从上模的凹模型孔内向下推出使用的装置称为推件装置。由推件块、弹簧、堵头三部分组成。6.3 导柱导套选择选用独立导柱，把独立导柱通过支座安装在上下模板上，如图6-4。 图6-46.4切边采用垂直切边。示意图如6-56-5垂直切边6.5 紧固零件的选用模具中紧固零件主要包括螺钉、销钉。其中螺钉主要起拉紧、连接冲模各类零件，使其成为一体。而销钉则起定位作用。选

32、用时一般选用内六角螺钉。其特点是紧固牢靠，由于螺钉头埋在模板内，则模具的外型比较美观。查文献5螺钉一般拥35钢制作，其头部淬火硬度为3540HRC；销钉可以用T7、T8及45钢制成，淬火硬度为4852HRC。销钉的外表面粗糙度Ra要求较高，一般在1.60m以上。销钉常采用圆柱行结构，圆柱销在每副冲模中不能小于两个。7 模具装配总图7.1 毛坯落料模装配图如图7-1,7-2所示： 7-1落料模主视图 7-2落料模俯视图7.2 拉深模装配图如图7-3，7-4所示：7-3拉深模主视图7-4拉深模俯视图7.3 冲孔模装配图如图7-5，7-6所示： 7-5冲孔模主视图7-6冲孔模俯视图7.4 切边模装配

33、图如图7-7，7-8所示： 7-7切边模主视图 7-8切边模俯视图7.5 冲孔模装配图如图7-9，7-10所示： 7-9冲孔模主视图7-10冲孔模俯视图8 总结本文是围绕自行车锁前壳体展开的，其目的是在所学冲压知识的基础上，完成车锁前壳体的落料、拉深、冲孔、切边等工艺的模具设计。经过近两个月时间的研究，完成了对车锁前壳体工艺方案的制定和模具的设计。本文主要结论如下：1. 通过对车锁前壳体制件图的分析，采用单工序模来完成。其工艺路线是：落料拉深冲孔切边冲孔。2. 通过对车锁前壳体拉深高度和板料性能的研究，决定采用一次拉深成形完成课题的拉深；通过对制件刃口的研究，决定采用垂直切边切内形与外边。3.

34、 通过本次设计，我增强了对工艺顺序的合理安排，了解了各种单工序模设计中应注意的问题，为以后设计累积经验。致谢首先，衷心感谢我的导师黎文峰副教授在这次设计过程中给予我的悉心指导与帮助。从接受课题到现在完成毕业设计论文，我得到了老师精心的指导和无微的帮助，尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中，导师提出了许许多多宝贵的设计意见，在最后的论证修改过程中老师还在百忙之中，抽出时间为我们提供了必要的指导和帮助。老师们渊博的学术知识、严谨的治学态度、勤勉的生活作风、敏锐的思路和实事求是的工作作风，对我的严格要求使我受益匪浅、享用终生。在此，对老师表示我最真诚的尊敬和最诚挚的感谢。由于我的学识水平、时

35、间和精力有限，文中肯定有许多不尽人意和不完善之处，我将在以后的工作、学习中不断以思考和完善。其次，要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，在此感谢他们。总之，我的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的这些日子里，我们合作的非常愉快，教会了我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第30页 共35页参考文献1 翁其金，徐新成.冲压工艺及冲模设计.北京：机械工业出版社，2004.07.23-25.2 翁其金，冷冲压技术. 北京：机械工

36、业出版社.2000.11.45-47. 3 冲模设计手册编写组.冲模设计手册. 北京：机械工业出版社，1988.07.102-105.4 张玉，刘平.几何量公差与测量技术.沈阳：东北大学出版社，1999.09.55-57.5 徐进等.模具材料应用手册，北京：机械工业出版社，2002.7.88-92.6 马正元.冲压工艺与模具设计，北京：机械工业出版社，1998.05.114-117.7 大典编委会.中国模具设计大典3，南昌：江西科学技术出版社，2003.01.334-340.8 张毅.现代冲压技术，北京：国防工业出版社，1994.6.121-125.9 王孝培.冲压手册（第二版），北京：机械工业出版社，1990.11.98-102.10 李天佑.冲模图册，北京：机械工业出版社，1988.11.41-43.如需模具总装图零件图，请联系QQ：23369113Email：23369113第 30 页 共 35 页