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UNIVERSITY
本科生畢業(yè)設(shè)計
設(shè) 計 題 目:
中錐零件成形工藝分析及模具設(shè)計
系 部：
機電工程系
專 業(yè)：
材料成型及控制工程
學 生 姓 名：
班 級：
學號
指導教師姓名：
職稱
長沙學院教務處
二○一一年二月制
?。?0 13屆）
本科生畢業(yè)設(shè)計說明書
中錐零件成形工藝分析及模具設(shè)計
系 部：
機電工程系
專 業(yè)：
材料成型及控制工程
學 生 姓 名：
班 級：
學號
指導教師姓名：
職稱 講師
最終評定成績
2013年06月
設(shè)計
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計的題目為中錐零件成形工藝分析及模具設(shè)計。該零件是通過對材料為08鋼、厚度為3.5mm的條料進行沖壓的到的。本次設(shè)計對中錐零件工藝性進行了分析，提出工藝改進方案，即增加毛坯直徑、設(shè)置切邊余量。在此基礎(chǔ)上，對多種工藝方案進行分析與比較確定最終的方案，即由落料拉深復合模和切邊模兩套模具完成對工件的成形。在模具的設(shè)計過程中，論文設(shè)計了較高材料利用率的排樣圖，計算了成形過程中所需的工藝力，選擇了合適壓力機并進行了裝模高度校核，計算了主要成形模具零件的主要刃口尺寸，完成了2套模具總體結(jié)構(gòu)和主要模具零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計。本文最后對2套模具的主要成形零件進行了加工工藝路線的制定。
關(guān)鍵詞：中錐件，模具設(shè)計，復合模
ABSTRACT
The forming process analysis and mould design of the middle cone shaped part have been carried out in this paper. This part is made by stamping the strip, where material is 08 steel and thickness of the part is 3.5mm. The process analysis of the part has been applied to improve the process solution, where the blank diameter increases and the trimming allowance is Determined. According to the actual situation, the comprehensive comparison and analysis of process solutions have been gave to determine the final solution, including a blanking drawing compound die and a trimming die. In the mould design process, the layout diagram with the higher material utilization has been designed, the process forces in the forming process have been calculated, the suitable press machine has been chosen and the die set height has been checked, the main cutting edge size of the main forming mould parts have been calculated, and the design for the overall structure and main parts in the 2 sets of dies have been finished. The processing routes of the forming parts in the 2 sets of dies have been formulated finally.
Keywords: Middle cone shaped parts, Mold design, Compound die
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 模具行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.2.1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀 1
1.2.2 模具行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢 2
1.3 國內(nèi)模具的先進制造技術(shù)（AMT） 2
第2章 中錐零件的成形工藝分析 4
2.1 課題內(nèi)容 4
2.2 分析零件的沖壓工藝性 4
2.3 工藝方案的分析、確定及相關(guān)計算 5
2.3.1 計算零件的毛坯尺寸 5
2.3.2 工藝方案的確定 5
第3章 落料、拉深復合模的設(shè)計 7
3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
3.2 復合模工藝力計算 7
3.3 沖壓設(shè)備的選擇 8
3.4 壓力中心的確定 9
3.5 工作零件刃口尺寸計算 9
3.6 排樣圖設(shè)計 9
3.6.1 板料的選擇 9
3.6.2 排樣設(shè)計 9
3.6.3 材料利用率 10
3.7 復合模主要零部件的設(shè)計及計算 10
3.7.1 工作零件 10
3.7.2 定位零件 14
3.7.3 卸料及壓料零件 14
3.7.4 模架的選用 18
3.7.5 連接與固定零件 18
3.8 落料拉深復合模裝配圖 19
3.9 壓力機的校核 21
第4章 切邊模的設(shè)計 22
4.1 切邊模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 22
4.2 切邊模工藝力計算 22
4.3 沖壓設(shè)備的選擇 23
4.4 切邊模壓力中心的確定 23
4.5 切邊模工作零件刃口尺寸計算 23
4.6 切邊模主要零部件的設(shè)計及計算 24
4.6.1 工作零件 24
4.6.2 卸料及壓料零件 25
4.6.3 模架的選用 28
4.6.4 連接與固定零件 29
4.7 切邊模裝配圖 29
4.8 切邊模壓力機的校核 31
第5章 主要零件的制造工藝卡 32
5.1 落料凸模加工工藝過程 32
5.2 落料凹模加工工藝過程 33
5.3 拉深凸模加工工藝過程 34
5.4 拉深凹模加工工藝過程 35
5.5 切邊凸模加工工藝過程 36
5.6 切邊凹模加工工藝過程 37
結(jié) 論 39
參考文獻 40
致 謝 41
36
第1章 緒論
1.1 概述
沖壓成形作為一個涉及領(lǐng)域十分廣泛的行業(yè)，已深入到了制造、生產(chǎn)行業(yè)的方方面面。在國外，沖壓成形被稱為板料成形[1]。
采用沖壓模具來生產(chǎn)工件，具有生產(chǎn)高效率、高質(zhì)量、低成本、節(jié)約能源等優(yōu)點，所生產(chǎn)的工件高精度、高復雜度、高一致性、高生產(chǎn)率、低消耗，這都是其他的加工制造方法所無法比及的，沖壓成形已然成為當代工業(yè)生產(chǎn)的主要手段甚至工藝發(fā)展的方向[2]。從更高的層次上來說，整個模具工業(yè)決定著現(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高。
沖壓作為一種壓力加工過的方法，其三個必要因素是板料、沖壓設(shè)備和沖壓模具，而沖壓模具是一種比較特殊的工藝設(shè)備，它能在沖壓加工過程中將金屬或非金屬材料的板材、管材和型材等加工成沖壓件[3-4]。所以模具的最終目的是使用，是為多、好、快、省地生產(chǎn)出用戶所需的產(chǎn)品。而要保證得到最好的使用效果，模具的設(shè)計質(zhì)量和制造水平是非常重要的。因此，模具工業(yè)的發(fā)展對于國民經(jīng)濟和社會發(fā)展都起著舉足輕重的作用[5-7]。
1.2 模具行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀
21世紀以來，隨著計算機軟件的發(fā)展與進步，CAD/CAE/CAM模具設(shè)計技術(shù)逐漸成熟，在現(xiàn)代模具中的應用也越來越廣泛。目前我國沖壓模具在數(shù)量、質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，存在的差異還是不容忽視的[8-9]?，F(xiàn)有的分析軟件和技術(shù)成果所帶有的局限性要求著我國的模具工業(yè)不斷努力探索新的途徑[10]。如今的形勢下，模具工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志,更是一個國家的工業(yè)產(chǎn)品保持國際競爭力的重要保證之一[11]。
我國的沖壓生產(chǎn)機械化、自動化、集中化程度低，技改投入、工藝應用明顯不足，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢等等都制約著模具工業(yè)的發(fā)展。根據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計調(diào)查，模具的設(shè)計、材料、制造都已滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，一些大型、精密、復雜的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。而一些低檔次的簡單沖模，則已供過于求，市場競爭十分激烈。國外模具自產(chǎn)自配比例一般為30%，相比之下，我國沖模自產(chǎn)自配比例高達60%，這就對沖模專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響。2009年中國模具進出口總額為38.07億美元，比上年下降3.03%。其中進口總額為19.64億美元，同比減少2%；出口總額為18.43 億美元，同比減少4.11%[12]。
1.2.2 模具行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢
現(xiàn)代模具工業(yè)有“Do not decline industry”[13]之稱，汽車、摩托車、電子、通訊和建筑材料等行業(yè)的發(fā)展，特別是汽車覆蓋件模具、塑料模具和壓鑄模具的發(fā)展大大地推動著模具工業(yè)的高速增長，隨著信息化時代和經(jīng)濟全球化不斷深入發(fā)展, 模具行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢將是[14-15]：
(1) 大力推廣模具全三維CAD和CAD/ CAE/ CAM生產(chǎn)技術(shù)及CAPP、ERP、MES、PLM等管理技術(shù)；
(2) 開發(fā)并提高各種模具加工新技術(shù), 如高速高精加工、復合加工、精細電加工、表面光整加工及處理新技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新材料成形技術(shù)、熱壓成形技術(shù)、厚板精沖技術(shù)、連續(xù)復合精沖技術(shù)、大規(guī)模定制生產(chǎn)技術(shù)等；
(3) 努力實現(xiàn)模具掃描及數(shù)字化、可控化，使沖壓技術(shù)具有更大的靈活性；
(4) 沖壓模具的標準化程度不斷提高；
(5) 與模具直接關(guān)聯(lián)的模具制品成形過程在線智能化控制技術(shù)逐漸提升，注重產(chǎn)品制造全過程，更大程度的實現(xiàn)多目標全局綜合優(yōu)化和復合化成型；
(6) 選用材料優(yōu)質(zhì)及表面處理技術(shù)日漸先進。
1.3 國內(nèi)模具的先進制造技術(shù)（AMT）
(1) 快速原型制造技術(shù)（RPM）；
在模具制造領(lǐng)域中，RPM多應用于制造模具設(shè)計制造過程中所用的母模，有直接和間接快速模具技術(shù)之分，其制造環(huán)節(jié)簡單，技術(shù)優(yōu)勢大，能較好的控制模具的尺寸和表面精度、性能、壽命。
(2) 虛擬制造技術(shù)（VMT）
VMT通過計算機的虛擬模型模擬各生產(chǎn)場景，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、分析、檢測等制造全過程，預估產(chǎn)品功能和各方面性能可能存在的問題，旨在提高人們的預測和決策水平。
(3) 反求工程技術(shù)（RE）
RE是經(jīng)過對專業(yè)人員工程設(shè)計經(jīng)驗、思維等的運用，對已有產(chǎn)品的解剖、再創(chuàng)造，對存在實物模型或零件的測量，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進行的重構(gòu)設(shè)計過程。這種技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)代的高新測量技術(shù)，正一步步推動著模具產(chǎn)品快速制造的能力。
(4) 有限元仿真、模擬技術(shù)的應用
有限元分析是融合了CAD、CAM、CG等各類技術(shù)的數(shù)值模擬技術(shù)，它能直接讓設(shè)計人員在計算機屏幕上觀察到材料的變形、流動過程，更清晰的了解材料的應變分布、厚度變化、破裂、曲皺的形成，對于提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量有十分重要的意義[16]。
第2章 中錐零件的成形工藝分析
2.1 課題內(nèi)容
圖2.1 中錐零件
本次畢業(yè)設(shè)計課題為中錐零件成形工藝分析及模具設(shè)計，工件圖見圖2.1，大批量生產(chǎn)，材料為08鋼，厚度為3.5mm，無特殊精度要求。設(shè)計內(nèi)容如下：
（1）、在熟悉沖壓工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)計中錐形件沖壓成形工藝；
（2）、設(shè)計沖壓成形此零件所用的拉深模，設(shè)計生產(chǎn)工藝卡；
（3）、繪制拉深模的二維工程圖及零件圖；
2.2 分析零件的沖壓工藝性
（1） 材料：該零件為中錐形零件，材料為08鋼，08鋼是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，強度、硬度很低，而韌性和塑性極高，具有良好的深沖、拉延等冷加工性能。
（2） 結(jié)構(gòu)形狀：如圖1.0所示，零件結(jié)構(gòu)對稱，有利于材料的合理利用，且有適當?shù)膱A角過渡，便于模具加工。且零件屬于中錐帶凸緣拉深件，拉深高度較大，加工過程中需考慮拉深次數(shù)以及防皺，為保證在整個拉深過程都有足夠的壓邊力，需將毛坯直徑放大，即設(shè)置切邊余量，拉完后再將多余部分材料切去。
（3） 精度：工件尺寸均未注公差，且沒有特殊的精度要求，可按IT14級確定；
2.3 工藝方案的分析、確定及相關(guān)計算
2.3.1 計算零件的毛坯尺寸
該零件為中錐帶凸緣拉深件，計算毛坯展開尺寸時應對凸緣部分和拉深部分的尺寸分別進行計算。
凸緣部分的尺寸計算: ；
拉深部分的尺寸計算：
查文獻[1]，表4-3可知
(2.1)
代入數(shù)據(jù)計算得：
已知單邊切邊余量，
故毛坯尺寸為：
2.3.2 工藝方案的確定
已知相對高度 ，相對厚度；
查文獻[2]可知，此中錐形件需采用帶壓邊裝置的模具，且數(shù)值1.71在1.5～2范圍內(nèi)，可一次成形。
（1）方案擬定：
方案一：先落料后拉深，分別采用單工序模生產(chǎn)；
方案二：先拉深后落料，分別采用單工序模生產(chǎn)；
方案三：先拉深后落料，采用級進模生產(chǎn)；
方案四：落料-拉深復合沖壓，采用復合模生產(chǎn)；
（2）方案分析：
方案一和方案二模具結(jié)構(gòu)簡單，但都需要兩道工序、兩副模具，生產(chǎn)效率低，工人勞動強度大，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。并且方案一先落料后拉深，拉深的過程中因材料較薄，易起皺。在進行第二道工序時，模具又很難精確定位，沖出的制件精度一般，適應于精度要求不高的制件，而且對零件的尺寸和厚度都沒有限制。
方案三，級進模生產(chǎn)，雖然減少了產(chǎn)品的沖壓成形時間，但是考慮到零件拉深工藝的復雜性，模具結(jié)構(gòu)較為復雜且精度要求高，制造周期長，制模成本高，加工也不方便，故亦不宜采用。
方案四，只需一副模具，落料拉深復合模，其模具結(jié)構(gòu)雖然比單工序模復雜，但沖壓件的行位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)批量大時，應該盡可能的把工序集中起來，以提高生產(chǎn)率、降低成本。
（3）方案確定：
根據(jù)設(shè)計需要和生產(chǎn)批量的要求，對上述三種方案分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案四為佳。即拉深、落料在一套復合模中完成，既能保證大批量生產(chǎn)的高效率，又能保證加工精度，而且成本不高，經(jīng)濟合理。但在實際生產(chǎn)中，為保證在整個拉深過程都有足夠的壓邊力，需將毛坯直徑放大，拉完后再將多余部分材料切去。
故經(jīng)過初步研究分析，結(jié)合實際情況，應該設(shè)計兩套模具：
第一套模具,完成落料-拉深復合沖壓；
第二套模具,對前道工序中的制件進行切邊。
第3章 落料、拉深復合模的設(shè)計
3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，采用正裝復合模結(jié)構(gòu)。條料的送進方向和步距由導料板和擋料銷控制。采用剛性卸料，無廢料。為保證先落料后拉深，拉深凸模低于落料凹模一個料厚以上。為防止起皺，采用彈性壓邊圈，彈頂器安裝在下模。采用中間導柱標準模架，由導柱、導套導向。拉深凸模和落料凸模由固定板固定，拉深凹模和落料凹模分別由螺釘和銷釘固定在上、下模板。在拉深凹模處設(shè)計推桿、推板，以防止制件加工過程中因發(fā)生回彈現(xiàn)象卡在拉深凹模內(nèi)。
3.2 復合模工藝力計算
（1）沖裁力的計算
查文獻[4]，公式（3-19）：
式中：F——沖裁力，N；
L——沖裁周邊長度，mm；
t——材料厚度，mm；
——材料抗剪強度，；
K——系數(shù)，一般取1.3；
查文獻[5]表2-5可知，08鋼的抗剪強度：，取310。
代入數(shù)據(jù)，計算得：
（2）推件力的計算
查文獻[4]，公式（3-22）：
式中：F——沖裁力，N；
n——凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)；
——推件力系數(shù)；由文獻[4]表3-14查得；
代入數(shù)據(jù)，計算得：
（3）卸料力的計算
查文獻[4]，公式（3-21）：
式中：F——沖裁力，N；
——卸料力系數(shù)；由文獻[4]表3-14查得；
代入數(shù)據(jù)，計算得：
（4）拉深壓力的計算
查文獻[1],公式（4-8）：
式中：——拉深件直徑；取平均直徑107.7mm；
——抗拉強度；查文獻[5]表2-5可知，08鋼的抗拉強度：，取380；
——系數(shù)；由文獻[3]表19.4-49查得=1
t——材料厚度；
代入數(shù)據(jù)，計算得：
（5）壓邊力的計算
查文獻[3]表19.4-43，得公式:
（3.1)
式中：A——壓邊圈下毛坯的投影面積；
P——系數(shù)；由文獻[3]表19.4-44查得P=2.5；
代入計算得：
綜上，各種沖壓工藝力的總和：
3.3 沖壓設(shè)備的選擇
根據(jù)各種沖壓工藝力的總和，查文獻[4]附錄3，選用型號為JA31-160B的閉式單點壓力機，主要參數(shù)如下表：
表3.1 JA31-160B的閉式單點壓力機主要參數(shù)
公稱壓力
1600KN
閉合高度調(diào)節(jié)
120mm
滑塊行程
160mm
工作臺前后尺寸
790mm
最大閉合高度
480mm
工作臺左右尺寸
710mm
最大裝模高度
375mm
墊板厚度
105mm
3.4 壓力中心的確定
該零件為對稱件，其壓力中心即為幾何中心。
3.5 工作零件刃口尺寸計算
查文獻[4]可知，沖裁圓形件的凸、凹模制造相對簡單，精度容易保證，可以采用分別加工法。對于圓形件，若工件尺寸沒有標注公差，則按未注公差I(lǐng)T14級來處理，而凸、凹模則按IT6和IT7級加工制造，磨損系數(shù)。
查文獻[4]表3-5，，；
由文獻[4]式（3-3）、（3-4）計算凸、凹模刃口尺寸：
式中：、——凹模和凸模制造公差，按IT7、IT6選用；
——制件公差，按IT14級選用，查標準公差值可知為1.15mm；
代入數(shù)據(jù)，計算得：
校核：；0.046+0.029=0.075＜0.2，滿足間隙公差條件。
3.6 排樣圖設(shè)計
3.6.1 板料的選擇
制件的毛坯為簡單的圓形件，考慮到操作方便，宜采用單排。根據(jù)厚度，查文獻[3]表18.3-24，擬選用規(guī)格為3.5×850×1800的板料。
3.6.2 排樣設(shè)計
查文獻[4]表3-8，采用直排形式，見圖3.1。
查文獻[4]表3-9，根據(jù)材料厚度，可得最小搭邊值：
工件間；側(cè)面；
查文獻[4]，公式（3-16）：
條料寬度
式中：——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
——側(cè)搭邊值；
——條料寬度的單向偏差；由文獻[4]表3-10查得
——導料板與最寬條料之間的間隙；其最小值由文獻[4]表3-12查得
代入數(shù)據(jù)，計算得：。
圖3.1 排樣圖
3.6.3 材料利用率
由文獻[4],公式（3-12）：
式中： ——材料利用率；
A——一個步距內(nèi)的實際面積；
S——送料步距；
B——條料寬度；
代入數(shù)據(jù)，計算得：。
3.7 復合模主要零部件的設(shè)計及計算
3.7.1 工作零件
3.7.1.1 落料凸模
選用臺階式圓形凸模，與凸模固定板配合部分按過渡配合（H7/m6）制造。材料為Cr12MoV，熱處理HRC58～62，具體外形尺寸見圖3.2。
圖3.2 落料凸模
3.7.1.2 落料凹模
選用整體式凹模，材料為Cr12MoV，熱處理HRC58～62，其外形尺寸由文獻[4]經(jīng)驗公式（3-41）、（3-41）來確定：
凹模高度 ；
凹模壁厚 ；
式中： b——沖裁件的最大外形尺寸；
K——系數(shù)，根據(jù)板料的厚度，查文獻[4]表3-24可知K=0.22；
代入數(shù)據(jù)，計算得：；
；
凹模外形尺寸:
（3.2）
但考慮到模具的整體結(jié)構(gòu)組合，需要對落料凹模的結(jié)構(gòu)做相應的調(diào)整，以配合剛性固定板的安裝，具體如圖3.3。
圖3.3 落料凹模
3.7.1.3 拉深凸模、凹模
根據(jù)該中錐形件的外形、尺寸，并結(jié)合模具的整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計拉深凸、凹模。查文獻[3]可知，對于非圓形凸、凹模，若拉深件的公差為IT14級，則模具的制造公差采用IT10級。查文獻[3]表19.4-41，可知拉深凸模的出氣孔直徑為5mm。
拉深凸、凹模材料為Cr12MoV，熱處理HRC58～62，具體外形和尺寸如圖3.4、3.5。
圖3.4 拉深凸模
圖3.5 拉深凹模
3.7.2 定位零件
3.7.2.1 導料板
導料板與卸料板分開制造，查文獻[4]可知，導料板厚度H應大于擋料銷的高度與板料的厚度之和2～6mm，取18mm。材料為Q235，其具體尺寸見圖3.6。
圖3.6 導料板
3.7.2.2 擋料銷
選用圓形固定擋料銷，材料為45鋼。具體尺寸見圖3.7。
圖3.7固定擋料銷
3.7.3 卸料及壓料零件
3.7.3.1 剛性卸料板
毛坯材料厚度為3.5mm，大于0.5mm，故采用剛性卸料板。材料為45鋼，對熱處理硬度沒有特殊要求，通過螺栓固定在落料凹模上，卸料可靠、安全。根據(jù)料厚t查文獻[6]表 7-7可得卸料板孔與落料凸模的單邊間隙，具體尺寸見圖3.8.
圖3.8 剛性卸料板
3.7.3.2 推件裝置
為防止制件加工過程中因發(fā)生回彈現(xiàn)象卡在拉深凹模內(nèi)，在拉深凹模處設(shè)計推桿、推板，材料均為45鋼，熱處理HRC43～48。推桿和推板采用螺紋連接，推桿長254mm，其極限位置由限位橫銷控制。具體設(shè)計如圖3.9。
圖3.9 推件裝置 圖3.10 彈性壓邊圈
3.7.3.3 壓邊圈
為防止拉深過程中凸緣部分起皺，設(shè)計彈性壓邊圈，由安裝在下模座的彈頂器推動壓邊圈恢復到初始位置。壓邊圈材料選用T10，熱處理HRC54～58。具體尺寸見圖3.10。
3.7.3.4 頂件裝置
彈性頂件裝置，即彈頂器，裝在下模。通過彈性元件在模具沖壓時貯存能量，模具回程時，能量的釋放將壓邊圈從凹模洞頂出。具體設(shè)計如圖3.11。
圖3.11 彈頂器
3.7.3.4 彈性元件的選用與計算
如圖3.11，彈頂器由雙頭螺柱、螺栓、壓夾板、和橡膠組成。
查文獻[6]可知橡膠的選用原則：
（1）確定橡膠的自由高度
已知橡膠的工作行程,由文獻[6]公式
(3.3)
代入數(shù)據(jù)，計算得，取200mm。
（2）確定橡膠的橫截面積A
根據(jù)橡膠彈簧30%的壓縮量，由文獻[6]表6-9查得橡膠的單位壓力,由文獻[6]公式 （3.4）
代入數(shù)據(jù)計算得。
（3）確定橡膠彈簧的平面尺寸
根據(jù)模架結(jié)構(gòu)選用圓筒形橡膠彈簧如圖3.12。
圖3.12 圓筒形橡膠彈簧
已知內(nèi)徑，代入公式（3.4）后，可得外徑。
（4）校核橡膠彈簧的自由高度
由文獻[6]可知，與外徑D之比應該在如下范圍內(nèi)：
代入數(shù)據(jù)，計算得：，即所選橡膠彈簧能正常工作。
(5）橡膠彈簧的安裝高度
由文獻[6]可知，橡膠的預壓縮量，取20mm。則。
由文獻[6]可知，所選橡膠彈簧比滿足壓縮量的要求，即橡膠允許的最大壓縮量；為保證橡膠不致過早損壞，一般取。代入數(shù)據(jù)，計算得：，在許用范圍內(nèi)。
綜上所述，橡膠彈簧在模具打開狀態(tài)時的高度為180mm,在模具閉合狀態(tài)時的高度則為120mm。
3.7.4 模架的選用
已知凹模周界為400mm×340mm，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)和所選壓力機的裝模高度，由文獻[7]表5.1-1選用中間導柱模架，上、下模座材料為HT200；
由文獻[7]表5.1-5選用：
模架：（GB/T 2851.5-1900）；
上模座： （GB/T 2855.9）；
下模座： （GB/T 2855-10）；
B型導柱：（GB/T 2861-1）；
B型導套：（GB/T 2861-6）；
3.7.5 連接與固定零件
3.7.5.1 模柄
采用壓入式模柄，與上模座孔采用過渡配合H7/m6,并加銷釘以防轉(zhuǎn)動，材料選用Q235。根據(jù)壓力機模柄孔由文獻[8]表11-10查得其相應尺寸，具體見圖3.13。
圖3.13模柄
3.7.5.2 固定板、凹模墊板與墊板
整套模具共有兩塊固定板，兩塊墊板，一塊凹模墊板，外形尺寸均與落料凹模周界基本一致。固定板材料為45，厚度一般取與其對應凹模厚度的0.6～0.8倍，落料凸模固定板厚度取27mm，拉深凸模固定板厚度取40mm。上、下墊板材料為45鋼，熱處理后硬度為42～45HRC，其厚度根據(jù)周界尺寸按國標確定，取為10mm。為保證沖壓時先落料再拉深，拉深凸模應低于落料凹模一個料厚以上，但實際計算可知落料凹模的高度滿足不了要求，需拉深凸模固定板上方添加一塊凹模墊板。材料為45鋼，厚度為46mm。
3.7.5.3 緊固件的選用
螺栓、螺釘和銷釘都是標準件，查文獻[6]按標準選用。所有螺釘均為的內(nèi)六角螺釘，緊固剛性卸料板和落料凹模的六角頭螺栓、螺母規(guī)格也為，連接彈頂器和下模座的雙頭螺柱和螺母規(guī)格為；所有銷釘均為的圓柱銷，具體布局見圖3.14～3.15。
3.8 落料拉深復合模裝配圖
模具裝配圖如圖3.14～3.15所示。
1-下模座 2-導柱Ⅰ 3-下墊板 4-拉深凸模固定板 5-凹模墊板 6-內(nèi)六角螺釘 7-螺母 8-導料板 9-上模座 10-導套Ⅰ 11-落料凸模固定板 12-內(nèi)六角螺釘 13-落料凸模 14-內(nèi)六角螺釘 15-模柄 16-限位橫銷 17-推桿 18-推件塊 19-圓柱銷 20-拉深凹模 21-圓柱銷 22-墊板 23-導套Ⅱ 24-導柱Ⅱ 25-螺栓 26-固定卸料板 27-落料凹模 28-圓柱銷 29-內(nèi)六角螺釘 30-彈性壓邊圈 31-拉深凸模 32-圓柱銷 33-內(nèi)六角螺釘 34-頂桿 35-彈頂器 36-夾壓板 37-螺母 38-雙頭螺柱
圖3.14 復合模主視圖
39-固定擋料銷
圖3.15 復合模俯視圖
模具的工作零件由落料凸模13、落料凹模27、拉深凸模31和拉深凹模20組成，完成對板料的沖裁和拉深。采用中間導柱模架，縱向送料，條料的送進方向和送進距離由導料板8和固定擋料銷39控制。模具先落料后拉深，由固定卸料版26卸料，無廢料。為防止拉深過程中起皺，采用彈性壓邊圈30，彈頂器35由雙頭螺柱38與下模座1緊固。拉深完成后，落料凸模13上行，頂桿34在彈頂器35的作用下推動壓邊圈30向上運動，使工件脫離拉深凸模31，同時推件塊18隨著推桿17向下將工件從拉深凹模20中推出，即完成落料拉深整套動作。
3.9 壓力機的校核
已知模具的閉合高度為370mm，外形尺寸為400mm×400mm。選用的JA31-160B型號的壓力機的技術(shù)參數(shù)為：
公稱壓力：1600KN；
滑塊 行程：160mm；
最大閉合高度：480mm；
墊板厚度：105mm；
工作臺尺寸：790mm710mm；
由文獻[4]可知模具的閉合高度與壓力機裝模高度的關(guān)系為：
式中： ———模具閉合高度
———壓力機的最大閉合高度；
———墊板厚度；
代入數(shù)據(jù)，計算得：；
即壓力機的裝模高度滿足要求。
第4章 切邊模的設(shè)計
4.1 切邊模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
已知設(shè)計第一套模具時，為保證在整個拉深過程中都有足夠的壓邊力，設(shè)置了2.7mm的單邊切邊余量，故第二套模具需按零件的尺寸要求對由第一套模具所得到的件進行切邊。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，將切邊凸模、凸模固定板安裝在下模座上，切邊凹模和壓邊圈則安裝在上模。為防止切邊過程中工件的錐面起皺，需要對傳統(tǒng)壓邊圈的外形結(jié)構(gòu)作適當調(diào)整。采用彈性卸料板，模具打開之后，手工取件，同時將廢料一并取出。采用中間導柱標準模架，由導柱、導套導向。
4.2 切邊模工藝力計算
（1）沖裁力的計算
查文獻[4]，公式（3-19）：
式中：F——沖裁力，N；
L——沖裁周邊長度，mm；
t——材料厚度，mm；
——材料抗剪強度，；
K——系數(shù)，一般取1.3；
查文獻[5]表2-5可知，08鋼的抗剪強度：，取310。
代入數(shù)據(jù)，計算得：
（2）卸料力的計算
查文獻[4]，公式（3-21）：
式中：F——沖裁力，N；
——卸料力系數(shù)；由文獻[4]表3-14查得；
代入數(shù)據(jù)，計算得：
（3）壓邊力的計算
查文獻[3]表19.4-43，得公式:
式中：A——壓邊圈下毛坯的投影面積；
P——系數(shù)；由文獻[3]表19.4-44查得P=2.5；
代入計算得：
綜上，各種沖壓工藝力的總和：
4.3 沖壓設(shè)備的選擇
根據(jù)各種沖壓工藝力的總和，查文獻[4]附錄3，可選用與第一套模具相同型號的JA31-160B的閉式單點壓力機，主要參數(shù)見第三章表3-1。
4.4 切邊模壓力中心的確定
該零件為對稱件，其壓力中心即為幾何中心。
4.5 切邊模工作零件刃口尺寸計算
采用分別加工法，工件未注公差，按IT14級來處理，凸、凹模按IT6和IT7級加工制造，磨損系數(shù)。
查文獻[4]表3-5，，；
由文獻[4]式（3-3）、（3-4）計算凸、凹模刃口尺寸：
式中：、——凹模和凸模制造公差，按IT7、IT6選用；
——制件公差，按IT14級選用，查標準公差值可知為1.15mm，；
代入數(shù)據(jù)，計算得：
校核：；
0.046+0.029=0.075＜0.2，滿足間隙公差條件。
4.6 切邊模主要零部件的設(shè)計及計算
4.6.1 工作零件
4.6.1.1 切邊凸模
臺階式圓形凸模，與凸模固定板配合部分按過渡配合（H7/m6）制造。材料為Cr12MoV，熱處理HRC58～62。已知中錐件結(jié)構(gòu)如圖2.1，故第二套模具無法采用導正銷定位，為保證其定位精確，需根據(jù)工件的外形尺寸對切邊凸模外形做相應的改變，具體外形、尺寸見圖4.1。
圖4.1 切邊凸模
4.6.1.2 切邊凹模
選用整體式圓形凹模，材料為Cr12MoV，熱處理HRC58～62，其外形尺寸由文獻[4]經(jīng)驗公式（3-41）、（3-42）來確定：
凹模高度 ；
凹模壁厚 ；
式中： b——沖裁件的最大外形尺寸；
K——系數(shù)，根據(jù)板料的厚度，查文獻[4]表3-24可知K=0.22；
代入數(shù)據(jù)，計算得：；
；
凹模外徑，取為316mm，具體設(shè)計見圖4.2。
圖4.2 切邊凹模
4.6.2 卸料及壓料零件
4.6.2.1 彈性卸料板
采用彈性卸料板，外形尺寸和切邊凹模外界一致，見圖4.3，厚度為20mm。材料為45，對熱處理硬度沒有特殊要求。根據(jù)料厚t查文獻[6]表 7-9可得卸料板孔與切邊凸模的單邊間隙。
圖4.3 彈性卸料板
4.6.2.2 壓邊圈
因切邊余量僅為2.7mm，為防止切邊過程中錐面部分起皺，設(shè)計彈性壓邊圈，并對傳統(tǒng)壓邊圈的外形稍作改變。為保證在切邊過程中壓邊圈能壓緊工件錐面，采用帶有橡膠彈簧的卸料螺釘連接壓邊圈，裝在上模，見圖4.4。壓邊圈材料選用T10，熱處理HRC54～58。
圖4.4 壓邊圈
4.6.2.3 彈性元件的選用與計算
已知切邊模整套模具有兩處需使用橡膠彈簧，以下由文獻[6]橡膠的選用原則分別對兩處的橡膠彈簧進行選用：
（1）切邊凸模處的橡膠彈簧的選用
1）確定橡膠的自由高度
由公式（3.3）：
式中——橡膠的工作行程，包括卸料板的工作行程h工作 和凸模的總修磨余量h修磨，即=h工作 +h修磨。其中，h工作 =t+1=3.5+1=4.5mm,h修磨一般取5～10mm。
代入數(shù)據(jù)，計算得，取58mm。
2）確定橡膠的橫截面積A
已知此處分布了六個卸料螺釘，即有6個橡膠彈簧。根據(jù)橡膠彈簧30%的壓縮量，由文獻[6]表6-9查得橡膠的單位壓力,代入公式（3.4）計算得。
3）確定橡膠彈簧的平面尺寸
選用圓筒形橡膠彈簧，已知內(nèi)徑，結(jié)合公式（3.4）后，可得外徑。
4）校核橡膠彈簧的自由高度
由文獻[6]可知，與外徑D01之比應該在如下范圍內(nèi)：
代入數(shù)據(jù)，計算得：，即所選橡膠彈簧能正常工作。
5）橡膠彈簧的安裝高度
由文獻[6]可知，橡膠的預壓縮量：
，取8mm。
則。
綜上所述，第一處橡膠彈簧在模具打開狀態(tài)時的高度為50mm,在模具閉合狀態(tài)時的高度則為-h工作=50-4.5=45.5mm。
（2）切邊凹模處的橡膠彈簧的選用
1）確定橡膠的自由高度
已知橡膠的工作行程，由公式（3.3）：
；
代入數(shù)據(jù)，計算得，取48mm。
2）確定橡膠的橫截面積A
已知此處也有6個橡膠彈簧，根據(jù)橡膠彈簧30%的壓縮量，由文獻[6]表6-9查得橡膠的單位壓力，代入公式（3.4）計算得。
3）確定橡膠彈簧的平面尺寸
選用圓筒形橡膠彈簧，已知內(nèi)徑，結(jié)合公式（3.4）后，可得外徑。
4）校核橡膠彈簧的自由高度
由文獻[6]可知，與外徑D02之比應該在如下范圍內(nèi)：
代入數(shù)據(jù)，計算得：；
故所選橡膠彈簧能正常工作。
5）橡膠彈簧的安裝高度
由文獻[6]可知，橡膠的預壓縮量：
，取7mm。
則。
綜上所述，第二處橡膠彈簧在模具打開狀態(tài)時的高度為41mm,在模具閉合狀態(tài)時的高度則為41-12=29mm。
4.6.3 模架的選用
已知凹模周界為，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)和所選壓力機的裝模高度，由文獻[7]表5.1-1選用中間導柱模架，上、下模座材料為HT200；
由文獻[7]表5.1-5選用：
模架：（GB/T 2851.5-1900）；
上模座： （GB/T 2855.9）；
下模座： （GB/T 2855-10）；
B型導柱：（GB/T 2861-1）；
B型導套：（GB/T 2861-6）；
4.6.4 連接與固定零件
4.6.4.1 模柄
采用壓入式模柄，與上模座孔采用過渡配合H7/m6,并加銷釘以防轉(zhuǎn)動，材料選用Q235。因和第一套模具選用了同一型號的壓力機，故模柄孔及其相關(guān)尺寸和第一套模具的相同，如圖3.13。
4.6.4.2 固定板、凹模墊板與墊板
切邊模有一塊固定板，一塊凹模墊板，兩塊墊板，外形尺寸均與落料凹模周界基本一致。
固定板材料為Q235，厚度一般取與其對應凹模厚度的0.6～0.8倍，故切邊凸模固定板厚度取40mm。上、下墊板材料為45鋼，熱處理后硬度為42～45HRC，其厚度根據(jù)周界尺寸按國標確定，取為10mm。
為防止切邊過程中工件錐面起皺，切邊模設(shè)計了配有橡膠彈簧的彈性壓邊圈，于是根據(jù)模具的整體結(jié)構(gòu)添加了切邊凹模墊板，使橡膠彈簧有更好的定位，凹模墊板材料為45鋼，厚度為46mm。
3.7.5.3 緊固件的選用
螺栓、螺釘和銷釘都是標準件，查文獻[9]按標準選用。所有螺釘均為的內(nèi)六角螺釘；所有銷釘均為的圓柱銷，具體布局見圖4.5。
4.7 切邊模裝配圖
切邊模整體的裝配如圖4.5～4.6。
1-下模座 2-導柱Ⅰ 3-下墊板 4-切邊凸模固定板 5-橡膠 6-內(nèi)六角卸料螺釘 7-彈性卸料板 8-切邊凹模 9-上模座 10-導套Ⅰ 11-凹模墊板 12-內(nèi)六角螺釘 13-上墊板 14-橡膠 15-內(nèi)六角卸料螺釘 16-模柄 17-圓柱銷 18-內(nèi)六角螺釘 19-彈性壓邊圈 20-圓柱銷 21-導套Ⅱ 22-內(nèi)六角螺釘 23-切邊凸模 24-圓柱銷 25-內(nèi)六角螺釘 26-內(nèi)六角螺釘 27-導柱Ⅱ
圖4.5 切邊模主視圖
切邊模的工作零件由切邊凸模23、切邊凹模8組成，完成對工件的切邊。模具開始工作時，切邊凹模8和彈性壓邊圈19隨著上模座9一起下行，彈性壓邊圈19接觸到工件并壓緊工件錐面的同時，切邊凹模8繼續(xù)下行，配合切邊凸模23完成切邊。在此過程中，壓邊圈在橡膠彈簧的作用下一直壓緊工件錐面，防止其起皺。切邊完成后，隨著模具的打開，彈性卸料板將廢料從切邊凸模上推出，即完成切邊整套動作。手工取件時，將廢料一并取出即可。
4.8 切邊模壓力機的校核
已知模具的閉合高度為370mm，外形尺寸為。選用的JA31-160B型號的壓力機的技術(shù)參數(shù)為：
公稱壓力：1600KN；
滑塊 行程：160mm；
最大閉合高度：480mm；
墊板厚度：105mm；
工作臺尺寸：790mm710mm；
由文獻[4]可知模具的閉合高度與壓力機裝模高度的關(guān)系為：
式中： ———模具閉合高度
———壓力機的最大閉合高度；
———墊板厚度；
代入數(shù)據(jù)，計算得：；
即壓力機的裝模高度滿足要求。
第5章 主要零件的制造工藝卡
5.1 落料凸模加工工藝過程
圖5.1 落料凸模零件圖
表5.1 落料凸模加工工藝過程卡
序號
工序名稱
加工工藝過程及要求
1
備料
材料為Cr12MoV
2
鍛造
鍛造至，留單邊加工余量5mm~10mm
3
熱處理
退火處理
4
粗車
粗車坯料至φ230×150mm，留單邊加工余量3mm左右，保證基準面互相垂直（以相鄰兩側(cè)面及底面作為基準面）
5
粗車
將坯料的刃口部分粗車至與圖形尺寸相近，留1mm加工余量
6
熱處理
硬度達到58～62HRC
7
精銑
按裝配圖要求加工，均勻銑去周邊坯料的余料及倒角，達到圖紙尺寸及相關(guān)要求，具體見零件圖
8
精磨
對坯料周邊各棱角處去毛刺，表面粗糙度達到圖紙要求
9
檢驗
檢驗各項尺寸精度和形狀位置是否達到圖紙要求
5.2 落料凹模加工工藝過程
圖5.2落料凹模零件圖
表5.2落料凹模加工工藝過程卡
序號
工序名稱
加工工藝過程及要求
1
備料
材料為Cr12MoV
2
鍛造
鍛造至，厚度55，留單邊加工余量5~10mm
3
熱處理
退火處理
4
粗車
按零件圖尺寸粗車坯料，留加工余量3mm左右。保證基準面互相垂直（以相鄰兩側(cè)面及底面作為基準面）
5
粗銑
將坯料的刃口部分粗銑至與圖形尺寸相近，留1mm加工余量
6
銑孔
銑直徑為的螺紋孔和的銷釘孔
7
熱處理
調(diào)質(zhì)處理
8
攻絲
攻M12的螺紋孔
9
精銑
按裝配圖要求加工，均勻銑去周邊坯料的余料及倒角，達到圖紙尺寸及相關(guān)要求，具體見零件圖
10
鉗工
周邊各棱倒鈍去毛刺，拋光
11
熱處理
硬度達到58～62HRC
12
精磨
對坯料周邊各棱角處去毛刺，表面粗糙度達到圖紙要求
13
檢驗
檢驗各項尺寸精度和形狀位置是否達到圖紙要求
5.3 拉深凸模加工工藝過程
圖5.3拉深凸模零件圖
表5.3 拉深凸模加工工藝過程卡
序號
工序名稱
加工工藝過程及要求
1
備料
材料為Cr12MoV
2
鍛造
鍛造至，留單邊加工余量5mm~10mm
3
熱處理
退火處理
4
粗車
粗車坯料至φ190×130mm，留單邊加工余量3mm左右
5
鉆孔
鉆直徑為的通氣孔
6
粗車
將坯料的刃口部分粗車至與圖形尺寸相近，留1mm加工余量
7
熱處理
調(diào)質(zhì)處理，硬度達到58～62HRC
8
精銑
按裝配圖要求加工，均勻銑去周邊坯料的余料及倒角，達到圖紙尺寸及相關(guān)要求，具體見零件圖
9
鉗工
周邊各棱倒鈍去毛刺，拋光
10
精磨
對坯料周邊各棱角處去毛刺，表面粗糙度達到圖紙要求
11
檢驗
檢驗各項尺寸精度和形狀位置是否達到圖紙要求
5.4 拉深凹模加工工藝過程
圖5.4拉深凹模零件圖
表5.4 拉深凸模加工工藝過程卡
序號
工序名稱
加工工藝過程及要求
1
備料
材料為Cr12MoV
2
鍛造
鍛造至，留單邊加工余量5mm~10mm
3
熱處理
退火處理
4
粗車
按零件圖尺寸粗車坯料至臺階狀，留加工余量3mm左右。保證基準面互相垂直（以相鄰兩側(cè)面及底面作為基準面）
5
粗銑
將坯料的通孔部分粗銑至與圖形尺寸相近，留1mm加工余量
6
銑孔
銑直徑為的螺紋孔
7
熱處理
調(diào)質(zhì)處理
8
攻絲
攻M12的螺紋孔
9
精銑
按裝配圖要求加工，均勻銑去周邊坯料的余料及倒角，達到圖紙尺寸及相關(guān)要求，具體見零件圖
10
鉗工
周邊各棱倒鈍去毛刺，拋光
11
熱處理
硬度達到58～62HRC
12
精磨
對坯料周邊各棱角處去毛刺，表面粗糙度達到圖紙要求
13
檢驗
檢驗各項尺寸精度和形狀位置是否達到圖紙要求
5.5 切邊凸模加工工藝過程
圖5.5切邊凸模零件圖
表5.5 切邊凸模加工工藝過程卡
序號
工序名稱
加工工藝過程及要求
1
備料
材料為Cr12MoV
2
鍛造
鍛造至，留單邊加工余量5mm~10mm
3
熱處理
退火處理
4
粗車
粗車坯料至φ200×130mm，留單邊加工余量3mm左右，保證基準面互相垂直（以相鄰兩側(cè)面及底面作為基準面）
5
熱處理
調(diào)質(zhì)處理
6
粗車
將坯料的刃口部分粗車至與圖形尺寸相近，留1mm加工余量
7
精銑
按裝配圖要求加工，均勻銑去周邊坯料的余料及倒角，達到圖紙尺寸及相關(guān)要求，具體見零件圖
8
熱處理
硬度達到58～62HRC
9
精磨
對坯料周邊各棱角處去毛刺，表面粗糙度達到圖紙要求
10
檢驗
檢驗各項尺寸精度和形狀位置是否達到圖紙要求
5.6 切邊凹模加工工藝過程
圖5.6切邊凹模零件圖
表5.6切邊凹模加工工藝過程卡
序號
工序名稱
加工工藝過程及要求
1
備料
材料為Cr12MoV
2
鍛造
鍛造至，留單邊加工余量5~10mm
3
熱處理
退火處理
4
粗車
按零件圖尺寸粗車坯料，留加工余量3mm左右
5
粗銑
將坯料的刃口部分粗銑至與圖形尺寸相近，留1mm加工余量
6
銑孔
銑直徑為的螺紋孔和的銷釘孔
7
熱處理
調(diào)質(zhì)處理
8
攻絲
攻M12的螺紋孔
9
精銑
按裝配圖要求加工，均勻銑去周邊坯料的余料及倒角，達到圖紙尺寸及相關(guān)要求，具體見零件圖
10
鉗工
周邊各棱倒鈍去毛刺，拋光
11
熱處理
硬度達到58～62HRC
12
精磨
對坯料周邊各棱角處去毛刺，表面粗糙度達到圖紙要求
13
檢驗
檢驗各項尺寸精度和形狀位置是否達到圖紙要求
結(jié) 論
本次設(shè)計內(nèi)容是中錐零件成形工藝分析及模具設(shè)計。首先，通過對零件的工藝性進行分析，提出可行的4套工藝方案，然后根據(jù)實際生產(chǎn)情況和設(shè)計要求確定采用落料拉深復合模和切邊模兩套模具完成對工件的成形。再兩套模具的設(shè)計過程中，論文進行如下工作：各種工藝力的計算、壓力中心的確定、壓力機的選用與校核、工作零件刃口尺寸的計算、所有工藝零件和結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計與選用等。
在落料拉深復合模的設(shè)計中，為滿足壓邊圈的工作行程，設(shè)計了外形同落料凹模類似的凹模墊板，且在凸凹模的部分并沒有采用整體式，而是對落料凸模和拉深凹模分別設(shè)計、加工。為保證錐形件能順利從模具中推出，在上下模也分別設(shè)計了推件和頂件裝置。對于切邊模，模具只進行一道工序，設(shè)計的重點主要是定位的精確和工件錐面的防皺，因此在設(shè)計第二套模具時，將切邊凸模和彈性壓邊圈的部分結(jié)構(gòu)也設(shè)計為錐面，保證了加工的順利進行。
論文最后繪制了2套模具的裝配圖以及主要零部件的零件圖。并對該2套模具主要成形零件進行了加工工藝路線的制定。
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