φ7.05×14铜外壳拉深成形工艺与级进模具设计含32张CAD图.zip
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设 计 题 目 7.0514铜外壳拉深成形工艺与级进模具设计 1.毕业设计的原始数据: (1)产品图; 2.毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等):零件外形尺寸小,结构简单,但尺寸公差和形位公差要求较高,需对该零件进行冲压成形工艺方案论证,设计合理的模具结构。本题目要求学生具有较强的模具设计能力及创新能力,并熟练运用AutoCAD等软件进行计算机绘图,会查阅相关设计资料及手册。3.毕业设计应完成的技术文件:(1)开题报告一份(文献综述、调研报告、方案论证、完成课题的基本思路及进程计划等);(2)外文翻译;(2000字以上)(3)毕业设计图纸不少于A0 3张;其中要求完成产品二维图、三维图以及模具二维图的绘制。(4)设计说明书一份及光盘;4.主要参考文献:(1)王孝培冲压手册M机械工业出版社,2004(2)高锦张,贾俐俐塑性成形工艺与模具设计M机械工业出版社,2006(3)杨占尧冲压模具图册M高等教育出版社,20045.毕业设计(论文)进度计划(以周为单位):起 止 日 期工 作 内 容备 注第一周第二周第三周第四周第五周第六周第七周第八周第九周第十周第十一周第十二周查阅国内外资料及阅读文献外文翻译及撰写开题报告外文翻译及撰写开题报告外文翻译及撰写开题报告完成零件造型及二维图的绘制确定毛坯排样图和工序排样图进行冲压工艺分析模具总图的设计与绘制模具总图的设计与绘制模具总图的设计与绘制模具零件结构的设计答辩教研室审查意见: 室主任 20XX年1月1日学院(系部)审查意见: 教学院长(主任) 20XX年1月2日中文摘要7.0514铜外壳拉深成形工艺与级进模具设计 本文详细分析了电容器铜外壳拉深的工艺特点和技术要求,根据生产要求采用多工位拉深成形工艺及级进模生产。该级进模有冲切、4次拉深、冲孔、整形、切边等13个工位。设计的过程包括绘制零件图、零件工艺分析、工序排样设计、冲裁力和拉深力的计算、模具结构设计以及冲压设备的选用。本模具采用自动送料系统以及导正销进行定位,用浮顶销和推杆对模具进行导向及出件;采用两块卸料板,使其中一块卸料板处于悬浮状态,以防止卸料板下行压弯拉深工序件;采用复合拉深技术一次成形出减薄口部。关键词:拉深;级进模;模具设计;工艺分析;排样I外文摘要Title 7.05 14 Dopper Shell Drawing Forming Process and Die Design Abstract: In this paper, the process characteristics and technical requirements of capacitor copper shell deep drawing are analyzed in detail. According to the production requirements, multi-station deep drawing forming process and progressive die production are adopted. The progressive die has 13 workstations, such as punching, 4 times drawing, punching, shaping and trimming. The design process includes drawing part drawings, part process analysis, process layout design, calculation of blanking force and drawing force, die structure design and selection of stamping equipment.The die is positioned by automatic feeding system and guide pin, guided and discharged by floating top pin and push rod, suspended by two discharging boards to prevent one discharging board from downward bending and deep drawing, and thinning mouth is formed by compound drawing technology at one time.Key words: deep drawing; progressive die; die design; process analysis; layoutII目 录前 言1第一章 绪论21.1 多工位级进模的研究现状及发展趋势21.2本课题研究的意义4第二章 工艺设计52.1 零件介绍52.2 零件工艺性分析52.3 工艺方案的确定6第三章 工艺计算73.1 排样设计73.1.1 毛坯尺寸计算73.1.2 确定拉深次数83.1.3 确定工艺切口83.1.4 计算各次拉深的半成品尺寸93.1.5 毛坯排样设计103.1.6 工序排样123.1.7 计算材料利用率143.2 冲压工艺力的计算143.2.1冲裁力计算143.2.2拉深力的计算153.2.3 整形力的计算153.2.4 卸料力、顶件力的计算153.3 压力中心计算16第四章 模具总体概要设计174.1 模具概要设计174.2 模具基本结构形式确定174.2.1 正倒装结构174.2.2 定位机构174.2.3 导向机构184.2.4 卸料机构184.3 模具基本尺寸184.3.1 凹模板周界尺寸184.3.2 各个模板的尺寸184.3.3 模架及其组成零件194.4 模具闭合高度194.5 模具结构图194.6 模具工作过程20第五章 模具详细设计225.1 工作零件225.1.1 冲裁凸、凹模225.1.2 拉深凸、凹模刃口尺寸计算265.1.3 凸模、凹模固定方式275.1.4 凸模、凹模材料的选用及技术要求285.2 定位导料零件285.2.1 推杆(托料柱)和浮顶器285.2.2 导正销295.3 卸料零件295.4 导向零件305.5 其他零件305.5.1 模座315.5.2 模柄315.5.3 固定板315.5.4 垫板315.5.5 螺钉和销钉31第六章 设备选择326.1 设备的选择326.2 设备校核336.2.1 压力行程336.2.2.压力机工作台面尺寸33第七章 结论347.1 研究成果347.2 特色与创新347.3 存在的不足34参考文献35致 谢36V前 言冲压工艺在工业生产中的应用十分广泛。我们日常生活中也能找到冲压工艺的影子。在超市中随处可见的易拉罐,就是用拉深工艺完成。小到一个零件,大到一组设备,都可以用冲压完成。冲压所用的设备就为冲压模具,冲压模具可分为单工序模、复合模和级进模。本文所讲的即为级进模。级进模是实现自动化、半自动化生产,确保冲压加工质量稳定的一种模具结构形式。级进模较一般冲压模具而言,结构较为复杂,模具的制造难度及精度要求相对较高,制作周期较长,因而对模具设计及工艺编排专业技术人员的要求更高2。级进模设计的主要步骤是首先进行冲压件的工艺性分析,了解零件的形状结构、材料状态、公差等级、生产批量等。再进行排样图设计,要对零件选择合理的排列顺序,载体的选择与冲件的工序连接形式要恰当,达到最大限度地提高冲压件的材料利用率。最后,对模具中的工作零件、结构零件、辅助零件等进行合理的设计。本文就是针对多工位拉深级进模进行详细的设计,并对模具进行具体的分析,提出模具本身的特色并指出所设计模具的不足。本文共分为八章,主要讲述了7.0514铜外壳拉深件多工位级进模的设计过程,注重工艺理论与模具设计的关系。设计的过程包括工艺设计、排样设计、工艺计算、模具的总体设计、模具零件的详细设计以及冲压设备的选用。拉深件多工位级进模生产效率高,适合大批量零件的生产。本次模具的设计选用的就是多工位拉深级进模,采用自动送料系统以及导正销进行定位、浮料销进行浮料和导向、卸料板进行卸料等以达到符合零件制造精度的目的。1第一章 绪论1.1 多工位级进模的研究现状及发展趋势级进模又称多工位级进模、连续模和跳步模,它是在一副模具中沿被冲原材料(条料或卷料)的直线送进方向,具有至少两个或两个以上等距离工位,并在压力机的一次行程中,在不同的工位上完成两个或两个以上冲压工序的冲压方法。多工位级进模与普通冲模相比要复杂,具有如下特点:(1) 生产效率高。级进模不像单工序模只能完成一道工序,也不像复合模虽然同时完成多道工序但是零件精度难以保证。级进模可以同时完成多道工序,并且可以保证零件的精度和质量。(2) 操作安全简单,易于实现自动化。现在级进模有自动送料系统,可以自动完成条料的送进,代替了手工送料,使操作安全简单。(3) 模具寿命长。多工位级进模通常具有高精度的内、外导向。例如有些模具除了外导向采用滚珠导柱导套导向,内导向还采用小导柱导套来进行精确的导向。为了保证产品零件的加工精度和模具寿命级进模还具有准确的定距系统。(4) 产品质量高、生产成本低。级进模之所以能降低重复定位带来的误差是因为零件产品在级进模中一次成型。级进模的制造费用高,但是生产成本并不高。级进模的材料利用率较低、生产效率高等导致产品零件的综合生产成本不高。(5) 技术要求高。由于级进模要求完成的工序多,所以结构复杂,设计难度系数大。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具,是冲模发展方向之一。在过去级进模因技术水平的限制(主要是制造高精度困难),工位数相对较少。近年来,由于对冲压自动化、高效率、高精度、长寿命提出了更高要求,随着模具设计与制造高新技术的应用与进步,工位数已不再是限制模具设计与制造的关键。冲制件覆盖了电子汽车、通讯、机械、电机电器、仪器仪表和家电等产品范畴。从当前国内制造的精密多工位级进模的水平分析在模具的技术含量、制造精度、使用寿命和制造周期等方面均获得了明显进步。多工位级进模主要用于冲制厚度较薄(一般不超过2mm)、产量大,形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件,精度可达 IT10 级。专家认为,未来多工位级进模具制造技术有以下几大发展趋势:(1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术。现在采用计算机技术来进行冲模的设计与分析是加工行业发展的趋势。各个企业越来越重视CAD/CAM技术培训,并进一步扩大CAE技术的应用范围。这不仅保证模具制造精度和品质,同时也缩短了模具制造周期。(2) 电火花铣削加工以及线切割加工。电火花铣削加工以及线切割加工,大幅度提高了加工效率,并提高了模具的表面质量。用电火花加工来代替传统的型腔加工,而线切割可以加工外形复杂的零件,提高加工速率。(3) 模具扫描及数字化系统。这主要用于“逆向工程”。就是根据已有的产品分析出零件的具体实现方法,进而找出加工零件的方法。(4) 优质材料及先进表面处理技术以及模具研磨抛光将自动化、智能化。模具热处理表面的发展方向是采用真空热处理,而模具研磨抛光的自动化与智能化将提高模具表面质量。(5) 提高模具标准化程度、缩短模具生产周期以及模具自动加工系统的发展等都是我国模具行业以后发展的趋势。我国工业的高速发展,使产品更新换代速度越来越快,对级进模模具的要求越来越高。目前我国模具生产总量虽然已位居世界第三,但设计制造水平在总体上要许多发达国家落后许多。存在的主要问题有:(1)产品质量不高。虽然现在许多厂家实现了自动化,但是自动化的水平还有待提高。而有些厂家还是依靠手工完成,以致影响产品的质量和精度;(2)标准化水平不高;(3)缺乏相关人才。模具行业需要不断的积累经验,而现在大多数人急于求成,不能脚踏实地,所以能够坚持下来的人才并不多,以至于导致人才缺乏的现象;(4)受到外资企业的挑战。我国现在仍处在发展中时期,许多技术还不成熟,而我国又有庞大的市场,所以导致外资企业来我国寻求发展。随着模具工业的发展,多工位级进模作为当代冲压模具中生产效率最高,最适合大量生产应用,且寿命较长的模具,已被越来越广泛的运用。虽然在运用过程中有许多缺点与不足,但在国内技术人士的努力下,其改良与发展也十分迅速。多工位级进模作为一种较先进的模具,会有更多的发展空间。以后许多难以加工的零件都会在级进模的作用下快速加工出来。1.2本课题研究的意义本次毕业设计的课题是7.0514铜外壳拉深成形工艺与级进模具设计。级进模是多任务序冲模,在一副模具内,可以包括冲裁,弯曲成型和拉伸等多种多道工序,具有很高的生产率。本课题要求对给定零件铜外壳进行拉深、冲孔、切断等多工位级进模模具设计,通过对零件进行详细的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺。通过该课题能够让学生掌握中等复杂程度零件冲压模具设计与制造的一般方法,对零件冲压工艺方案的制定、工艺计算及模具设计有了更深层次的认识,并学会对模具设计资料的检索与整合以及对已有资料的充分合理的使用,该实践性课题是对学生理论学习水平的实践和检验,可对以后从事类似的工作有一定的指导性与实践性意义。第二章 工艺设计2.1 零件介绍本次毕业设计的产品见图2.1所示,材料为厚0.53mm的纯铜板料,要求批量为大批量。该零件属于拉深件,且壁厚较薄,在模具设计的过程中要保证零件的形状及精度。2.2 零件工艺性分析该工件总体属于圆筒形拉深件,结构比较简单。大批量生产。要求达到表面光洁、端口平整无变形。零件材料:零件材料为纯铜,有很良好的塑性,料厚为0.53mm属薄料,冲压性能良好。零件的结构:零件需要经过多次拉深成型,成型有一定的难度,但零件的结构对称,冲压性能良好。零件尺寸精度:由图2.2可见,零件总高为14mm,内径为7.05mm,其内部带有台阶。上段(口部)厚度2.2mm,属薄壁深拉深件。内圆角尺寸为0.4mm,虽然小于零件的厚度,但是可以在整形时达到所需圆角。图中零件的标注公差的为IT11级精度,其余未注由图中技术要求可知为IT12级。满足其尺寸精度要求。结论:零件的工艺性可以进行拉深成形。图2.1 铜外壳二维图2.3 工艺方案的确定该冲压件由冲孔、拉深、落料等多个基本工序组成。可有以下3种工艺方案。方案1:先拉深再冲孔最后落料的单工序模具来实现;方案2:采用复合模成型,一副模具中在一个工位上同时完成拉深、冲孔、落料等多个动作。方案3:采用拉深多工位级进模。方案1采用单工序模,冲孔、拉深、落料等多副模具,虽然模具结构简单,但是生产效率低,难以满足该零件大批量生产的要求且产品的精度很不容易掌握。方案2采用复合模,要在一个工位上完成拉深、冲孔、落料等会使模具结构复杂,不便于生产,并且难以达到零件的精度。方案3采用级进模生产,只需要一副模具,而且模具生产效率高,也能满足零件的批量生产要求以及精度要求。综上所述,得到结论:采用方案3多工位拉深级进模。成型步骤为先对条料进行切口,进而整平,然后拉深,待条料完成拉深后,对零件进行整形,满足零件圆角需求,最终切断来完成零件的所有成形工作。第三章 工艺计算3.1 排样设计在进行多工位级进模设计时,首先要设计条料排样图,同一零件可以采用不同的排样形式,排样方式不同,材料利用率不同。条料排样图一旦确定,也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。在本模具中,排样设计总的原则是先对条料进行切口,然后拉深,最后切断,并要考虑模具的强度、刚度,结构的合理性。3.1.1 毛坯尺寸计算图3.1 零件尺寸图零件毛坯尺寸,如图3.1所示。1) 确定修边余量。由参考文献1表5-2得:工件高度h=14mm,相对高度h/d=13.735/7.58=1.81,故得圆筒件的修边余量h=2.0mm。2) 计算毛坯直径。由参考文献1中公式5-9得:毛坯直径为 (3.1)=23.01mm23mm3.1.2 确定拉深次数1) 判断能否一次拉深成型t/D100=0.53/23100=2.3则由参考文献1中表5-3可得=0.58。该零件的总拉深系数=d/D=7.58/23=0.33,即,故该零件不能一次拉深成型。2) 确定拉深系数由参考文献2表4-45以及4-46可得歌词拉深系数,并采用推算法计算各次拉深直径。,因为,故需要4次拉深。3.1.3 确定工艺切口本次的零件结构简单对称,为筒状拉深。在拉深过程中需要板料的宽度不变,所以采用有工艺切口的形式。工艺切口的形式多样,常用的形式如图3.2所示。图3.2 a)所示的切口适用于材料厚度小于1mm,直径大于5mm的圆形浅拉深件,这种切口的缺点是拉深后侧搭边区易产生变形;图3.2 b)所示的切口适用于材料厚度大于0.5mm的圆形小冲件,其特点是不易起皱,应用广泛,但是拉深中带料宽度会缩小,采用这种形式材料利用率较低;图3.2 c)所示切口,其带料的宽度及送料定位工位间距在拉深过程中保持不变,可用于导正销精确定位的场合。而此次设计为了保证较高的材料利用率和零件的精度以及在拉深过程条料的宽度不变,采用c种切口方式。a)b)c)图3.2 带料拉深常用切口形式3.1.4 计算各次拉深的半成品尺寸放大系数 (3.2)设实际采用的拉深系数为,则有按调整好的拉深系数计算各次拉深的半成品直径由参考文献3可得首次拉深凸、凹模圆角半径。即凸模:,取凹模:,取以后各次拉深的圆角半径且,凸模:,取 ,取 ,取凹模:,取 ,取 ,取取,由参考文献1中公式5-13得各次半成品的高度为3.1.5 毛坯排样设计1. 条料搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。其作用是定位,确保冲出合格零件;增加条料刚度,提高生产率;避免毛刺被拉入模具间隙,从而提高模具寿命。搭边值过大,材料利用率低;过小会使搭边的强度和硬度不够,冲裁时搭边可能被拉断,有时还会被拉入到凸、凹模间隙中,使零件产生毛刺,甚至损坏模具刃口。根据生产统计,正常搭边比无搭边时的模具寿命高50%以上。搭边值的大小与材料的力学性能、材料的厚度、零件的形状与尺寸、卸料方式以及送料及挡料的方式有关。由参考文献1表3-3得:材料厚度为0.53mm时,搭边可以取=3mm,2mm。2. 排样形式的确定为了保证零件的精度以及模具的使用寿命采用有废料排样。其有不同的排样形式,如单排、多排、直排或斜排等。根据零件的结构来看,能够选择的排样形式有单排(如图3.3所示)和对排(如图3.4所示)。图3.3 单排图3.4 对排图3.3中的单排的材料利用率为56.96%;图3.4中对排的材料利用率为43.14%。所以根据材料的利用率以及后续模具的方便性,排样方式采用单排形式。3. 条料的宽度由于所设计的模具属于拉深级进模,需要对条料先进行切口,两个切口之间的距离为一个搭边值,所以再根据参考文献1中公式3-3得料宽=23+23+22=33mm 4. 步距级进模的步距是确定条料在模具中每送进一次,所需要向前移动的固定距离。其值的大小与排样方式及工件的形状和尺寸有关。设计级进模时,要合理的确定步距的基本尺寸和精度。步距的基本尺寸,就是模具中相邻工位的距离。级进模任何相邻两工位的距离都必须相等。本次设计的排样方式为单排,步距的基本尺寸等于冲压件的外形轮廓尺寸和以及两个切口之间的距离和两冲压件间的搭边宽度之和,其步距基本尺寸由参考文献1得:S = L + a (3.3)式中S-冲裁步距(mm);L-沿条料送进方向,毛坯外形轮廓的最大宽度值a-沿送进方向的搭边值该零件的步距确定为:S= L + a=23+22+2= 29mm3.1.6 工序排样在多工位级进模冲压中,工序件在级进模内随着冲床一次就向前送一个步距,到达不同的工序。由于各工位的加工内容互不相同,因此,在级进模设计中,要确定从毛坯板料到产品零件的转化过程,既级进模各工位的所要进行的加工工序内容,这一设计过程就是工序排样。1. 工序排样的总体设计为保证材料的塑性流动,获得较小的拉深系数,再加上切边余量,应先安排切口工序再进行拉深。当拉深成形完成后,还要对零件进行冲孔。在拉深模具中,冲孔一般安排在后面,因为先冲孔,在随后的拉深中孔会随着拉深的进行而变形,所以孔要在拉深工序后冲。最后从带料上冲切下零件。2. 空工位的设置空工位指工序经过时,不作任何的冲切加工的工位,即为无效工位。在级进模设置的空工位的目的,一是防止冲压模具工作零件间干涉现象的产生;二是为保证模具有足够的强度与刚度,保证模具的寿命和产品的质量以及模具中特殊机构的设置。空工位的设置原则有:(1)在以侧刃为精定距的级进冲模中,尽可能少设或不设空工位;在以导正销为精定距的级进模冲裁中,可适当地多设置空工位;(2)当模具的工位间距较大时(15mm以上),不宜多设空工位;(3)对精度高、形状复杂、有形位公差要求的,应尽量减少空工位的设置;对形状简单、精度要求较低的可适当设置一些空工位。在该铜外壳拉深级进模具设计中,分别在首次拉深以及整形之后设置了空工位,这样是为了模具成型空间结构的可行性以及合理性。3. 载体的设置级进模冲压过程是连续的,因此,把工序件从第一工位运送到最末工位是级进模的基本功能之一。载体就是级进模冲压时条料上连接工序件并将工序件在模具上稳定送进的那一部分材料。载体要求必须有足够的强度,能平稳的将工序送进。条料载体基本上有四种形式:边料载体、单侧载体、双侧载体、中间载体。在此次模具设计中采用双侧载体。双侧载体比单侧载体更加稳定,具有更高的定位精度。4. 定距形式选择由于多工位级进模将工件的冲压加工工序分布在多个工位上一次完成,要求前后工位工序件的冲切刃口能够准确衔接和匹配,这就要求工序件在每一个工位上都能被准确定位定距。本次设计的定位方式为自动送料与导正销混合定距的方式。首先自动送料系统对条料进行粗定位,当第一个工位冲导正销孔后,导正销对条料进行精确定位。5. 工序排样多工位级进模的工序排样设计是多工位级进模设计的关键,是决定级进模优劣的主要因素之一。根据该零件的要求以及上述工艺特点的分析,设计多工位连续工序排样方案。排样图如图3.5所示:图3.5 排样图具体工位安排如下:冲导正孔冲内切口冲外切口整平第1次拉深空工位第2次拉深第3次拉深第4次拉深整形空工位冲孔切断分离。3.1.7 计算材料利用率根据参考文献1可得材料利用率为: (3.4)则: 3.2 冲压工艺力的计算此次冲压过程中主要有冲裁力、拉深力、整形力、卸料力和顶件力。计算冲压里的目的是选择冲压设备以及校核模具强度。3.2.1冲裁力计算冲裁力是冲裁过程中所需的压力,它的大小随凸模行程不断变化。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。由参考文献1中公式3-6可得平刃冲模的冲裁力为: (3.5)式中 F冲裁力(N);L零件剪切周长(mm);t材料厚度(mm); 材料抗剪强度(MPa);K系数,一般取K=1.3。已知零件材料是纯铜,取=160MPa,材料厚度t=0.53mm,L值由全部冲裁线即冲裁零件周长尺寸组成:表3.1 冲裁力 序号部位 周长L/mm冲裁力F/N1两个直径3mm的导正孔18.84 2770.62两个切口145.063198.2831mm的孔3.14346.34最后落料25.462808.73.2.2拉深力的计算 对于筒状零件的拉深,拉深力的近似计算由参考文献4中公式4.39以及4.40可得:首次拉深: (3.6)以后各次: (3.7)式中:-第i次拉深的拉深力(N); -系数,可在参考文献4中表4.13取值;由此可得: 3.2.3 整形力的计算排样过程中有平整以及整形两个工位,其也是模具冲压力的一部分。其计算可以按公式来计算。A为受力面积,单位为;p为单位面积所受压力,单位为MPa。则可得:平整工位所受的力为 整形工位所受的力为3.2.4 卸料力、顶件力的计算由参考文献1中公式3-7以及3-9得: (3.8) (3.9)所以 综上所述,最终的所有合力为: 3.3 压力中心计算压力中心是指冲压合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄的轴线以及和压力机滑块的中心线重合,以使冲模平稳地工作,减少导向机构滑动件之间的磨损,提高运动精度以及模具和压力机的寿命。由于各个工位都是对称结构,根据参考文献1可得: (3.10) (3.11)即: 位置如图3.6所示。图3.6 压力中心位置图第四章 模具总体概要设计4.1 模具概要设计在此次模具的结构设计大体可以分为两步:第一步根据工序排样的结果确定模具的基本结构框架,确定组成级进模的主要结构单元及形式;第二步确定各结构单元的组成零件及零件间的连接关系。结构设计的结果是模具装配图和零件明细表。在级进模结构设计中概要设计是模具结构设计的开始,它以工序排样图为基础,根据产品零件要求,确定级进模的基本结构框架。结构概要设计包括:(1) 模具基本结构:正倒装关系的确定;定位方式以及导向方式确定;卸料方式以及出件方式确定;(2) 模具基本尺寸:模具工作空间尺寸、各个板的厚度、闭合高度。(3) 模架基本结构:模架的类型;导柱与导套的选择以及模柄类型的选择。4.2 模具基本结构形式确定4.2.1 正倒装结构正拉深模在工作过程中卸料板和凹模压紧位于凹模上的条料,同时凸模和推件杆压紧位于凸模下面的材料,条料在被压紧的过程中完成变形,因此能冲制出平直度较高的零件。而倒装缺拉深的凹模壁厚尺寸受制件尺寸和拉伸系数的影响;凹模圆角半径也受工序件直径差的影响。根据所加工零件的工艺要求,选择正装式拉深模。4.2.2 定位机构为了保证模具正常工作和冲出合格的零件,必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置,即必须定位。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位:一是在与条料方向垂直的方向上的限位;二是在送料方向上的限位,控制条料一次送进的距离。本次级进模垂直方向上的限位由浮顶销来完成,而送料方向上的定距先由自动送料机构进行粗定位,再由导正销来完成精确定位。4.2.3 导向机构导向机构是用来保证上模相对于下模的正确运动。由于模具为多工位拉深级进模结构,并且零件为大批量生产。为了保证零件的稳定性,选用外导向四角滚珠导柱导套定位。再增设小导柱导套对卸料板进行导向,以保护小凸模。4.2.4 卸料机构卸料机构的主要作用是把材料从凸模上卸下,有时也可作压料板用以防止材料变形,并能帮助送料导向和保护凸模等。可分为固定卸料装置以及弹性卸料装置。本次设计的模具采用的是弹性卸料装置,设置了两个卸料板。弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用,所得的冲裁零件平直度较高。4.3 模具基本尺寸本次设计的模具主要有上下模座、上垫板、凸模固定板、卸料板、凹模板、下垫板、顶板等组成。4.3.1 凹模板周界尺寸由工序排样图得模板得长度尺寸不得少于380mm,由参考文献4得选择标准钢板模架滚动导向模架的凹模周界尺寸为500mm160mm30mm。4.3.2 各个模板的尺寸1. 凸模固定板固定板的周界尺寸与凹模周界相同,其厚度为凹模高度的(0.60.8)倍。本级进模凸模固定板的高度H=30mm,凹模固定板的高度H20mm。2. 垫板虽然本级进模的总冲压力不大,但由于凸、凹模均选用的是镶嵌的结构,故上、下模部分均要使用垫板以支撑凸、凹模固定板。为了保证有足够的强度,所以垫板的厚度不能太薄,根据参考文献4,再结合模具本身的结构,选择上垫板的高度H=10mm;而下垫板需要给给推杆留有一定的空间,所以选择下垫板的高度H=20mm。3. 卸料板卸料板包括刚性卸料板和弹性卸料板两种形式。本次模具采用弹性卸料板。弹性卸料板在冲压前对毛坯有预压作用,所以为了是拉深后的毛坯不至于被卸料板压弯,模具中采用两个卸料板。两个卸料板的高度都设置设置为15mm。4.3.3 模架及其组成零件1. 模架的选择模架有上模座和下模座,作用是用于装配和支撑上模或下模所用的零部件。由于模具采用自动送料结构,生产效率很高,考虑到模具导向平稳和导向精度两方面的要求,选冲模标准钢板模架四导柱滚动导向模架。因其具有刚性好,导向平稳,准确可靠等优点。2. 模柄的选择模柄的作用通常将上模与压力机的滑块连在一起。常用的模柄形式有压入式、旋入式、凸缘式、浮动式等。其中压入式用于中、小型模具,可较好的保证轴线与上模座的垂直度。本模具选用的为压入式模柄。4.4 模具闭合高度模具的闭合高度应考虑到将来模具凸模修模时的余量,将各板厚度加起来在加上修模余量就得到模具闭合高度:H=40+10+20+10+15+0.53+30+20+50195.53mm4.5 模具结构图综合前面设计结果绘制模具结构图,如图4.1所示。图4.1 模具结构图4.6 模具工作过程1. 模具各工位的工作内容1) 第1工位。带料从左向右进入模具,由自动送料装置进行粗定位,首先冲导正销孔。2) 第2工位。导正销开始精确定位,进行切内切口。在后续的工序中带料的精确定位由导正销实现。3) 第3工位。切外切口。4) 第4工位。对进行切口过的条料进行整平。5) 第5工位。首次拉深。6) 第6工位。空工位。7) 第79工位。继续拉深,一直将成形部分的形状和尺寸拉出。8) 第10工位。整形,使零件的圆角部分满足要求。9) 第11工位。空工位。10) 第12工位。冲出底孔。11) 第13工位。落料,使工件与条料分离。2. 模具工作过程首先自动送料机构将带料从左向右送入模具的工作部位,当上模部分下行的时候,导正销首先对条料进行导正,接着左卸料板接触带料,右卸料板被顶板顶住,拉深凸模先下来。待右卸料板由于压力作用使其大于顶板向上的力,右卸料板下来将带料压紧在模面上之后,凸模下行完成各个工序;当上模上行时,卸料板将卡在凸模上的条料推下。同时,在下模部分安装有弹顶装置,上模上行一段距离后,卸料板不再压住条料时,顶件块和浮顶装置将条料顶出最大的成型距离。此时,条料完成了一个工位的成型,向前送进一个步距。第五章 模具详细设计5.1 工作零件5.1.1 冲裁凸、凹模1. 冲裁凸、凹模结构设计凸模是以外形为工作表面的零件,是冲模中直接成形冲压件(或进行板料分离)的凸形工作零件。本模具中,由于所冲形状为圆形,如图5.1所示,结构比较简单,所以采用的凸模形式均为圆形凸模。凸模的高度根据凸模固定板、卸料板以及凸模在模具闭合状态下进入凹模的深度和料厚来决定,由此可以计算得出冲裁凸模的长度。图5.1 圆凸模本模具中,凹模采用镶块式凹模,如图5.2所示,这样可以使加工方便,易损部分更换容易,降低了复杂么模具的加工难度。图5.2 镶拼式凹模2. 凸、凹模刃口尺寸计算由于零件几日后简单,采用分别加工法加工模具。表5.1 分别加工法模具刃口尺寸计算公式冲裁工序性质落料冲孔工件尺寸及公差标注基准件凹模凸模基准件磨损规律越磨越大越磨越小基准模刃口尺寸计算公式非基准模刃口尺寸计算公式校核不等式表中,D、d为落料、冲孔工件基本尺寸,单位为mm;、为落料凸、凹模刃口尺寸,单位为mm;、为冲孔凸、凹模刃口尺寸,单位为mm;为工件工差,单位为mm;为磨损系数。、分别为最大、最小合理间隙,单位为mm;、为凸、凹模制造公差,可按IT6、IT7级取用或查表,单位为mm;当这两种方法确定的、不符合表5.1中的不等式要求时,则取 (5.1) (5.2)利用经验值法确定模具双边间隙mm,mm,则mm。公差等级IT=7,1) 工位1冲导正销孔,公差等级IT=7,代入公式得: 2) 工位2、3切口模,工位2切口模: 工位3切口模: 切口模同样为圆凸模,但是在模具结构上与其他凸模的台阶有干涉,所以需要磨掉一部分来安装。图5.2和图5.3分别为加工后的凸模形状。图5.3 工位2切口凸模 图5.4 工位3切口凸模3)工位12冲孔模,公差等级IT=7,由于所冲孔的直径太小,冲孔凸模可以用直径为1mm的冲孔针代替,不过在针的外面要加保护套,保护套的结构为圆凸模(如图5.5所示),在圆凸模上用线切割加工出直径为1mm的孔即可。图5.5 工位12冲孔保护凸模4)工位13落料模,公差等级IT=7,检验:5.1.2 拉深凸、凹模刃口尺寸计算拉深凸、凹模工作部分的尺寸包括凸模和凹模的圆角半径、凸模和凹模之间的间隙、凸模和凹模的横向尺寸(对于本零件来说,即是凸、凹模的直径)。1. 凸、凹模的圆角半径凸、凹模的圆角已在2.1.5节中计算出。首次拉深,二次拉深,三次拉深,四次拉深,整形:整形工位要满足零件圆角要求,所以,2. 凸、凹模间隙c拉深模间隙是指单边间隙c,即凹模和凸模直径之差的一半。凸、凹模间隙c过大,易起皱,工件有锥度,精度差;间隙c过小,摩擦加剧,导致工件变薄严重,甚至拉裂。因此要正确确定凸、凹模之间的间隙。本次零件为圆筒件,由参考文献1,可得凸、凹模的单边间隙c可按下式计算 (5.3)式中,为板料最大厚度,单位为mm,为系数。根据参考文献1中表5-12,可以确定=0.1所以3. 凸、凹模部分横向尺寸1)对于多次拉深中的首次拉深和中间各次拉深,因零件标注的是内形尺寸,故以拉深凸模为基准。由参考文献1可得凸模尺寸为: (5.4)凹模尺寸为: (5.5)拉深模的公差等级为IT6,由参考文献1表5-13得凸模和凹模的制造公差分别为,故可得首次拉深:,二次拉深:,三次拉深:,2)对于一次拉深或多次拉深中的最后一次拉深,需保证拉深后制件的尺寸精度要求。因此应该按拉深件的尺寸公差来确定模具工作部分的尺寸及公差。由参考文献1中公式5-41以及5-42,可得最后一次拉深模具尺寸,又由于组后一次拉深,还需要成形零件的台阶部分,所以要分别计算模具的拉深部分尺寸以及台阶部分尺寸。拉深部分: 台阶部分: 拉深凸模结构如图5.6所示。图5.6 最后一次拉深凸模整形部分的模具横向尺寸和最后一次拉深的尺寸相同。5.1.3 凸模、凹模固定方式1.本模具凸模采用凸模固定板固定,如图5.7所示。凸模与凸模固定板采用H7/m6的过渡配合,并通过台阶压紧在凸模固定板的台阶孔上,防止凸模被拉出。 图5.7 凸模固定方式 图5.8 凹模固定方式2. 本模具凸模均采用的是镶拼式凸模,其固定方式如图5.8所示。5.1.4 凸模、凹模材料的选用及技术要求凸模选用Cr12MoV,热处理后硬度达到5862HRC。凹模选用Cr12MoV,热处理后硬度达到6064HRC。5.2 定位导料零件5.2.1 推杆(托料柱)和浮顶器本模具采用带导向槽浮顶式导料柱。导料槽的作用是引导带料的送进,其在弹簧的作用下顶托带料浮在凹模板上。其特点是导向性好、摩擦阻力小。其在模具内的设置应小于或等于排样设计的工位间距,以使带料的送进和顶托带料浮离凹模平面的浮顶协调,避免带料在送料过程中产生变形。模具的导向浮顶装置如图5.9和图5.10所示。顶件力为:浮顶销:长度为68mm,直径为4mm;弹簧选用1040 GB/T 2089推杆的长度按尺寸取决于冲压件向下拉深的高度尺寸,直径取决于拉深件的直径;弹簧选用1350 GB/T 2089 图5.9 浮顶器 图5.10 推杆 图5.11 导正销5.2.2 导正销 使用导正销的目的是消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差。导正销的种类很多,本模具采用13对(每个工位一对导正销)直径为3mm的固定导正销来精确定位。固定方式如图5.11所示。5.3 卸料零件本模具采用弹性卸料装置。包括卸料板、弹簧、卸料螺钉。本模具中卸料板有两块,防止料被压弯。卸料板的连接结构如图5.11所示。使用卸料螺钉来进行卸料距离的控制,小导柱进行卸料板的导向,弹性元件选用弹簧。小凸模和导正销对卸料板有导向作用,它们之间按H7/h6配做。每个卸料板上有四个卸料螺钉,卸料螺钉的螺纹孔沿卸料板四周分布。卸料力为:卸料板用45钢,淬火硬度43-48HRC。卸料螺钉用45钢,淬火硬度43-48HRC。尺寸为M1055mm。弹簧选用2050 GB/T 2089。图5.11 卸料板连接结构5.4 导向零件导向零件的作用是保证运动导向和确定上、下模相对位置,目的是使凸模能正确进入凹模,并可能地使凸、凹模周边间隙均匀。本模具外导向采用滚珠式导柱导套。导套与上模座、导柱与下模座均为过盈配合。滚珠与导柱和导套接触并轻微过盈,保证接触均匀。导柱导套均采用标准件,规格为:导柱:30170数量3,32170 数量1,JB/T 7187.2;导套:528538 数量3,558538 数量1,JB/T 7187.4。另外,本模具还在凸模固定板上安装了小导柱,在卸料板和凹模固定板上安装了小导套,来对卸料板导向,并起到保护小凸模和导正销的作用。两块卸料板一共安装了6对小导柱小导套。在相对小的卸料板上安装两对小导柱小导套,大点的则安装四对。因为小卸料板两对就足以满足卸料板的导向要求。小导柱规格为:A型小导柱1076。卸料板上小导套规格为:1015。凹模固定板上小导套规格为:1030。5.5 其他零件其他零件主要是连接与固定零件。连接与固定零件的作用是将凸模、凹模固定于上、下模,以及将上、下模固定在压力机上,包括模座、模柄、垫板、固定板、螺钉和销钉等。5.5.1 模座根据模板凹模周界和工作区高度要求,查阅参考文献4,得到上模座:50031540 数量1;下模座:50031550 数量1;导柱:30170数量3,32170 数量1,JB/T 7187.2;导套:528538 数量3,558538 数量1,JB/T 7187.4;弹簧:3063 数量3,3263数量1, GB/T 2089;螺钉:M845数量8 GB/T 70.1。5.5.2 模柄查参考文献5中表22.5-24可得得模柄规格为A50110 JB/T 7646.1;止转销:A812。5.5.3 固定板1. 凸模固定板的规格是500mm160mm20mm 材料选用45钢;2. 由于模具中设置结构使模具下行时卸料板晚于凸模运动。所用凹模固定板规格是500mm100mm30mm 材料选用45钢。5.5.4 垫板1.上垫板规格是500mm160mm10mm,材料选用45钢,淬火硬度43-48HRC,保证上下平面的平行度。2.下垫板规格是500mm160mm10mm,材料选用45钢,淬火硬度43-48HRC,保证上下平面的平行度。5.5.5 螺钉和销钉上、下模各八个内六角紧固螺钉规格均为M845,销钉规格均为A862,两个对角放置。第六章 设备选择6.1 设备的选择冲压设备是完成冲压的三要素之一,设备选择得合适与否将直接影响模具的使用。设备规格的选择应根据冲压件的生产批量、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状与精度等要求进行。模具设备规格的选择应根据冲压件的大小、模具尺寸及工艺变形力等进行。从模具上安装并能开始工作的顺序来考虑,其设备规格的主要参数有以下几个。1) 行程。压力机行程的大小,应该保证坯料的方便放进与零件的方便取出。2) 装配模具的相关尺寸。压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸,还应有模具安装与固定的余地。3) 闭合高度。冲床的闭合高度是指滑块处于下死点时,滑块下表面至工作台上表面的距离。这个高度是冲压操作的空间高度尺寸。冲模的闭合高度应介于压机的最大封闭高度及最小封闭高度之间。一般取: (6.1)4) 设备吨位。设备吨位大小的选择,首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力大于所需变形力,而且还要有一定的力量储备。由前面计算的冲压力要求,根据参考文献5选择开式压力机初选择250KN的开式压力机J23-25,其技术参数如下:公称压力: 250KN公称压力行程: 6mm滑块行程: 80mm行程次数: 100min-1最大装模高度: 250mm装模高度调节量:70mm工作台尺寸: 前后360mm,左右560mm6.2 设备校核6.2.1 压力行程该模具的开模高度大概有40mm,选择的压力机的滑块行程为80mm,所以压力机的行程满足要求。6.2.2.压力机工作台面尺寸由于模具外形尺寸为:前后315mm,左右500mm,而压力机工作台面尺寸为:前后360mm、左右560mm,所以满足条件。主要参数均符合条件,因此最终选用J23-25型压力机。第七章 结论7.1 研究成果 本课题为7.0514铜外壳拉深成形工艺与级进模具设计。拉深件长径比越大,越难拉深。本零件的长径比为2,比较难拉深,模具总体结构也比较复杂。通过对铜壳拉深件的工艺分析和排样设计设计出本模具。模具采用标准四角钢板模架。滚珠导柱、导套导向,并设有小导柱、小导套对卸料板进行导向。并有自动送料机构送料,通过浮顶销导向,导正销精确定位。所设计的模具可保证零件表面质量和尺寸精度。7.2 特色与创新1. 滚动导向模架 采用刚性四角导柱滚珠导向,并有滑动小导柱、小导套对卸料板进行导向。将小导柱固定于凸模固定板上,导套分别装配于卸料板及凹模固定板上。这种导向装置使凸模固定板、卸料板和凹模固定板达到高的相对运动精度,以确保凸模与凹模、导正销与销孔的导向精度。2. 自动定位方式 模具采用自动送料机构送料实现粗定位,由导正销进行精定位。用浮顶销和推杆进行条料的导向以及出件,代替导料板进行条料的导向,使模具结构简单,加工方便。3. 悬浮卸料结构 为了防止上模下行工作时,卸料板先行于凸模使条料变形。模具采用两个卸料板结构。并在模具下行工作的时候采用顶板顶住卸料板,使卸料板处于悬浮状态,进而使凸模先于卸料板运动。待零件进入凹模,卸料板才开始运动。4. 复合拉深技术 拉深件的减薄口部在第四次拉深时采用复合拉深技术一次成形,既减少了模具的工位又能保证零件的尺寸形状和精度等级。7.3 存在的不足模具总体结构比较复杂,卸料板上的弹簧的相互平衡的力较难计算。若模具装配不好,容易使零件出现起皱。零件的圆角太小,模具力度控制不当,会使零件圆角部分出现拉裂。参考文献1 柯旭贵. 冲压工艺与模具设计M. 北京: 机械工业出版社, 2012: 173225.2 姜伯军. 级进冲模设计与模具结构实例M. 北京: 机械工业出版社, 2008: 1249.3 高军, 李熹平, 修大鹏. 冲压模具标准件选用与设计指南M. 化学工业出版社, 2007: 1169.4 杨占尧. 最新冲模模具标准及应用手册M. 北京: 化学工业出版社, 2010: 1250.5 陈炎嗣. 多工位级进模设计与制造M. 北京: 机械工业出版社,2008: 35125.6 郑家贤. 冲压工艺模具设计实用技术M. 北京: 机械工业出版社,2005: 11134.7 陈炎嗣. 多工位级进模的发展与应用J. 金属加工, 2013, (2): 1417.8 李仁贵. 多工位级进模的研究.EB/OL.http:/wenku.baidu.com/view/23d07c770 2768e9951e738e4.html, 2011-11-18.9 张顺福,李中举. 专家谈我国模具制造技术的水平及发展J. 电加工与模具,2004:1120.10 张斌. 级进模设计需考虑的几个问题J. 模具制造, 2004, (2): 3638.11 郑志镇,傅苑渝,李畅,李建军. 级进模结构协同设计的研究与实现J. 中国机械工程, 2006, 17: 309311.12 茹晓兰. 多工位级进模设计J. 现代商贸工业, 2011, (11): 268269.13 S.B.Tor,G.A.Britton,W.Y.Zhan. A knowledge-based blackboard framework for stamping process planning in progressive die designJ. Int J Adv Manuf Technology, 2005, (26): 774778. 14 S.Kumara,R.Singh. A low cost knowledge base system framework for progressive die designJ. Journal of Materials Processing Technology, 2004: 958964.致 谢
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