高压锅内胆落料拉深复合模的设计

高压锅内胆落料拉深复合模的设计 高压锅内胆落料拉深复合模的设计与制造 学生姓名:李争 考籍号:201420130214 年级专业:2013级模具设计与制造 指导老师:邓和莲 学 院:娄底职业技术学院 提交日期:2015年月 1 摘 要 本设计是对给定的产品图进行冲压模具设计。冲压工艺的选择是经查阅相关资料和和对产品形 状仔细的基础上进行的;冲压模具的选择是在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂 程度等诸多因素的基础上进行的;产品毛坯展开尺寸的计算是在方便建设又不影响模具成型的前提 下简化为所熟悉的模型进行的。文中还对冲压成型零件和其它相关零件的选择原则及选择进行 了说明，另外还介绍了几种产品形状的毛坯展开尺寸计算的方法和简化模型，以及冲压模具设计所 需要使用的几种参考书籍的查阅方法。 关键词 工艺、工艺性、冲压工序、冲压模具、尺寸 Abstract:This project is a press die designation based on the original product. The election of press process is based on consulting correlation datum and analyzing the form of manufactured product meticulous; The election of press die is based on synthesis considerations on economical efficiency、the processing property of part and complex degree iso many factors; Calculating the work blank of manufactured product unfold dimension is lined feed on the premise of calculation convenience but without contribution die confectioning simplified frequent application cast. In the test, to introduce the election principle and means of press confectioning art and miscellaneous rapport part, otherwise also introducing calculation means on the work blank from of many kinds of product unfold dimension and simplified cast, and the means of looking up on the reference books of designing press die. key words:The craft; the technology capability; press process; punch die; the size. 2 前言 随着经济的发展，冲压技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有冲压加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。 冲压工艺与冲压设备正在不断地发展，特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新高度。新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广，模具各种表面处理技术的发展，冲压设备和模具结构的改善及精度的提高，显著地延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。 由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。可以说，模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。 目前国内模具技术人员短缺，要解决这样的问题，关键在于职业培训。我们做为踏入社会的当代学生，就应该掌握扎实的专业基础，现在学好理论基础。毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节。希望能通过这次设计，能掌握模具设计的基本方法和基本理论。 3 目 录 1 分析零件的工艺性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 2 确定工艺 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 2.1 计算毛坯尺寸 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 2.2 确定是否要压边圈????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.3 计算拉深次数????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.4 确定工艺方案????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 3 主要工艺参数的计算????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 3.1 确定排样、裁板方案????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 3.2 计算工艺力、初选设备????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 3.2.1 计算工艺力 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 (1)落料力 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 (2)推件力 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 (3)拉深力 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 (4)压边力 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 3.2.2 拉深功的计算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 3.2.3 初选压力机 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 3.2.4 计算压力中心 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 3.2.5 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 ????????????????????????????????????????????????????????????? 10 4 模具的结构设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 4.1 模具结构形式的选择??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 4.1.1 模架的选用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 4 4.1.2 模具的闭合高度 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 4.2 模具工作部分尺寸计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 4.2.1 落料凹模 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 4.2.2 拉深凸模 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 4.2.3 凸凹模 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 4.2.4 弹压御料板 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 4.2.5 上垫板 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 18 5 模具的整体安装 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20 5.1 模具的总装配??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20 5.2 模具零件??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 6 选定冲压设备 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 7 模具的装配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 7.1 复合模的装配??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 7.2 凸、凹模间隙的调整??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 8 重要零件的加工工艺过程编制 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 23 9 模具零件加工工艺..................................................29 9.1凸凹模加工工艺过程 ............................................. 29 9.2凹模板加工工艺过程 ............................................. 30 9.3凸模固定板加工工艺过程 ......................................... 27 9.4凸凹模固定板加工工艺过程 ....................................... 28 9.5上垫板加工工艺过程 ............................................. 29 9.6卸料板加工工艺过程 ?????????????????????? 30 结论 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 31 参考文献 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 32 致谢 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 33 5 1 零件图及零件工艺性分析 一、零件图 图1—1) 工件图:如图1—1所示 名称:高压锅内胆 材料:不锈钢 二、零件的工艺性分析 高压锅内胆所用的材料为不锈钢 其力学性能如下:τ=255,353Mpa,σb=295,430 1Mpa, σs=206Mpa。(《冷冲压工艺与模具设计》P322)?冲裁件的形状应力求简单， 23对称，有利于材料的合理利用;?冲裁件的内形跟外形的选取;?冲裁件的精度和粗 4糙度的选用;?冲裁拉伸件，为避免工件变形，拉伸距的选用等。 工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT14级以下，不宜高于IT11级;对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要增加切边工序。 影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称，并能一次拉深成形;拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律;当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹;在保证装配要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度;拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标注内、外 6 形尺寸。 ,/,sb工艺性要求材料具有良好的塑性，屈强比值越小，一次拉深允许的极限变 ,r形程度越大，拉深的性能越好;板厚方向性系数r和板平面方向性系数反映了材料 ,r的各向异性性能，当r较大或较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。 该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，没有长的悬臂和狭槽。尺寸均为自由尺寸且无其他特殊要求，利用普通冲裁方法可以达到零件图样要求。零件材料为不锈钢，退火抗拉强度为325Mpa，屈服强度为195Mpa.此材料具有良好的结构强度和塑性，其冲裁加工性较好。该零件的冲裁性较好，和零件的结构，适合用冲压加工，适于大批大量。 2 确定工艺方案 2.1 计算毛坯尺寸 由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 根据零件的尺寸取修边余量的值为3.6mm。 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。 对于该零件，可看成无凸缘拉深件。 2Dd，4dh毛坯直径: =„„„„„„„„„„„„„„„„2.1 maxf 265，4，63，20==120 毛坯形状如图2.1 7 图2.1 毛坯图 2.2 确定是否需要压边圈 坯料相对厚度 t，100% „„„„„„„„„„„„„„„„2.2 D 1,，100%,0.83% ，1.5%120 所以需要压边圈。 2.3 计算拉深次数 在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。 极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。 d65m,,,0.54零件的总拉深系数为，属于带大凸缘拉深的拉深件。根据总D120 h20t,,0.30，100%,0.4%，，由教材<<冲压工艺与模具设计>>上表4-16、4-18d65D 8 h1查得一次允许的拉深系数，第一次拉深的最大相对高度。 ,0.42~0.53m,0.461d1 因材料为不锈钢,具有良好的强度和塑性,其加工工艺性较好,可减小带凸缘筒形件的首次拉深系数及增大最大相对高度。 hh1使得，所以零件只需要一次拉深。 m,m,,1总dd1 根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:落料、拉深、和修边。 2.4 确定工艺方案 先进行落料，再拉深，修边，以上工序过程都采用单工序模加工。用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。 方案::复合模 落料、拉深、和修边全都在三副单工序复合模中一次加工成型。此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。 方案二:级进模 采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、拉深和修边在同一复合模中完成，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。 方案三 只需要一副模具，生产效率高，操着方便工件精度也能模满足要求。 3 主要工艺参数的计算 该冲裁件材料厚度为1mm，尺寸不大，圆形，因此可采用如下图所示排列比较合理。 由<冲压模具设计手册>查表2.5.2 搭边a和a1的数值为: 9 根据3-14，导板间距为: B0=B+Z= Dmax+2a+2z=125.5+5+1=131.5mm 3.1 确定排样、裁板方案 加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的60%,80%之多。因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%,0.5%。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取: 因此根据式3-13，条料的宽度为 0000125.5(120，2X2.5，1.0)B=(Dmax+2a+z)== mm ,,,,,,0.50.5 进距为:s=125.5+2.2=127.7mm 进距方向 a,1.8mm1 从视测方面来讲，该零件的排样应该采用斜排最合理。 从图2上可知:步 距 s=120+1.8=121.8mm 条料宽度 B=120+2*2=124mm„„„„„„„„3.1 一个进距内的坯料面积: 2 BXS=131.5X65.3=8586mm, 因此材料利用率为: η=(A/BS)X100% =(1256/8586)X100% =65.41% 算得的材料利用率为65.41%. 10 排样图 板料规格拟用1mm×1400mm×4000mm热轧钢板。查《冲压模具设计》GB708-88，为了 操作方便采用横裁。 裁板条数 A4000n,,, 32条„„„„„„„„„„„„3.3 1b124 每条个数 Ba,1440,1.81n,,, 11个„„„„„„„„3.4 2S121.8 每板总个数 n,n，n,32，11,35212 材料利用率 n，S面,,，100%„„„„„„„„„„„„„3.5 总A，B 352，11304,,，100% 1400，4000 ,,71% 3.2 计算工艺力、初选设备 3.2.1 计算工艺力 (1)落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 P,kLt, „„„„„„„„„„„„„„„„3.6 式中 P— 冲裁力(N) L— 冲件的周边长度(mm) t— 板料厚度(mm) , —材料的抗冲剪强度(MPa) 11 K— 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润 滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在(1.0, 1.3)P的范围内，一般k取为1.25,1.3。 在实际应用中，抗冲剪强度的值一般取材料抗拉强度的0.7~0.85。为便于估,,b 算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度的80%。即 ,b „„„„„„„„„„„„„„„„„3.7 ,,0.8,b 因此，该冲件的落料力的计算公式为 „„„„„„„„„„„„„„„„3.8 F,1.3，0.8，Lt,b落 ，0.8，379.84，1，400 =1.3 =39187.2N (2)卸料力 一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算: 卸料力 „„„„„„„„„„„„„„3.9 F,KF1卸 式中 F—— 冲裁力(N) K——顶件力及卸料力系数，其值可查教材表1-7。 1 K这里取为0.05。 1 因此 F,0.05，39187.2,1959.36N 卸 (3)推件力 将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需要的力称为推件力。根据<<冲压工艺与模具设计>>书上公式1-8，则推件力为: F,nKF „„„„„„„„„„„„„„„„3.10 2推 ,1，0.063，39187.2,24687.93N KK —推件力系数，其值可查表1-7，取为0.063。 22 (4)拉深力 一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图3.1。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大;从初期到中期，材 12 料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置;拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。 拉深力 Fmax o 凸模行程 图3.1 拉深力变化曲线 由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为: F,Kdt,,„„„„„„„„„„„„„„„„3.11 b拉 式中 —圆筒形零件的凸模直径(mm) d —系数，这里取1 K , —材料的抗拉强度(MPa) b —材料厚度 t 因此 F,1，,，120，0.5，400,75360N 拉 (5)压边力 压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。 F,AF (N)„„„„„„„„„„„„„„3.12 Qq 2式中 A—初始有效压边面积(mm); F —单位压边力(MPa),这里经查<<模具手册>>得F=2.5 qq 13 2 所以有 F,AF,(10130,73)，2.5,12000NQq 3.2.2 拉深功的计算 拉深所需的功可按下式计算 CPhmaxW, „„„„„„„„„„„„„„„„3.13 1000 式中 —最大拉深力(N) Pmax h —拉深深度(mm) W—拉深功(N?m) C—修正系数，一般取为C=0.6~0.8。 所以 0.8，75360，25W,,1507.2N?m„„„„„„„„„„3.14 1000 3.2.3 初选压力机 压力机吨位的大小的选择，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要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。 F，F因，故总冲压力 拉落 F,F，F，F，F，F，F„„„„„„„„„3.15 ,Q拉落卸推冲 = ，，39187.2，1959.3，24687.93，75360，12000，1507.2 154.7KN = ，，P,1.3~1.6F应选的压力机公称压力取为1.5，则公称压力为: 0, P,1.5F,232.05KN „„„„„„„„„„„„„„„3.16 0, 因此初选闭式单点压力机J31-630B。 3.2.4 计算压力中心 本零件为对称几何体,其压力中心就在它的圆心处，不必计算它的压力中心。 3.2.5 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁间隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的。在决定 14 模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下原则:?落料件的尺寸取决于凹模的磨损，冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸。?考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后变大的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减少的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值。这样，在凸模磨损到一定程度的情况下，任能冲出合格的零件。?在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合理的间隙数值。 采用凸凹模分别加工，凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证，这样就需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于成批制造，主要用于简单，形状(图形，方法或矩形)的冲件。 ?落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。 ，,d„„„„„„„„„„„„3.17 D,(D,X,)d0 0 „„„„„„„„„„„3.18 D,(D,2C)pd,,minp D 式中 —落料凸模最大直径(mm) p D —落料凹模最大直径(mm) d D —工件允许最大尺寸(mm) — 冲裁工件要求的公差 , X —系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取 X=0.5。 对于未标注公差可按IT14级计算，根据教材上表1-3查得，冲裁模刃口双面间隙: Z,0.040mm,Z,0.060mm minmax ,,、—凹、凸模制造偏差，这里可以按IT4来选取: pd 0,120mm凸模制造公差按IT14级精度选取，得落料尺寸，查表得,0.87 ,,0.025mm,,,0.035mm 凸凹 ,,Z,Z校核间隙:,,+,,条件，但相差不大，可作如下调整: ,凸凹maxmin ,,0.4(Z,Z) 凸maxmin 15 0.4，0.02 = ,0.008mm ,,0.6(Z,Z)凹maxmin ,0.6，0.02 ,0.012mm ，,d则 D,(D,X,)A0 ，0.025 = (120,0.16，0.87)0 ，0.025 =119.86 0 0 D,(D,Z)Td,,minp 0 = (120,0.040),0.035 0 =119.96 ,0.035 ?拉深时，拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同， 只是具体内容不同，这里不在复述。 拉深凸模和凹模的单边间隙Z=1.1t=1mm计算凸凹模制造公差，按IT14级精度选 取，由附录表4查得，对于拉深尺寸，。 ,,,,0.052mm,63mm凸凹 因拉深件注内形尺寸，按凸模进行配作: ，,A „„„„„„„„„„„„„3.20 d,(d,0.75,)max0A 式中 d—拉深件外形形尺寸: d—凸模尺寸: p —拉深件公差，这里按IT14级精度选取，查表附录4，可以 , 得=0.74: , 0d,(63,0.5，0.75)即有 =62.995 p,0.052,0.052 拉深凹模则注凸模的基本尺寸,并要求按单面拉深间隙配作: ，0.052，0.052 d,(62.995,2，0.55),61.895d00 4 模具的结构设计 16 4.1 模具结构形式的选择 4.1.1 模架的选用 采用落料、拉深复合模，首先要考虑落料凸模(兼拉深凹模)的壁厚是否过薄。本 4.9mma,1.2t,1.2，2,2.4mm次设计中凸凹模的最小壁厚为，满足钢材最小壁厚的要求能够保证足够的强度，故采用复合模。 模具采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料板。 从生产量和方便操作以及具体规格方面考虑，选择后则导柱模架，由凹模外形尺250，200寸，(GB/T2851.5—1990)在按其标准选择具体结构尺寸如下 340，283，45上模板 HT250 340，283，50下模板 ZG450 28，195导 柱 20钢 28，100，42导 套 20钢 凸缘模柄 Q235 ,60，90 模具闭合高度 MAX 245mm MIN 200mm 4.1.2 模具的闭合高度 所谓的模具的闭合高度H是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力机的装模高度相适应。 模具的实际闭合高度，一般为: H,上模板厚度，垫板厚度，冲头长度，凹模厚度，模„„„„„4.1 凹模垫板厚度，下模板厚度,冲头进入凹模深度 该副模具使用上垫板厚度为10mm，凹模固定板厚度为12mm。如果冲头(凸凹模)的长度设计为110mm，凹模(落料凹模)设计为50mm，则闭合高度为: H,45，10，110，67，50-40,242mm 模 4.2 模具工作部分尺寸计算 4.2.1 落料凹模 落料凹模采用矩形板结构和直接通过螺钉、销钉与下模座固定的固定方式。因生产的批量大，考虑凹模的磨损和保证零件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高 17 h,14mm度，漏料部分沿刃口轮廓适当扩大(为便于加工，落料凹模漏料孔可设计成 近似于刃口轮廓的形状，如凹模 图)。凹模轮廓尺寸计算如下: H,kb,0.2，120,24mm 凹模厚度 C,1.5H,1.5，24,36mm 凹模壁厚 沿送料方向的凹模长度为 L,D，2C,120，2，24,168mm 根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相近的凹模板，其尺寸为 D，H,250mm，50mm。 CrWMn60~64HRC 凹模的材料选用，工作部分热处理淬硬。 图4.1 落料凹模 4.2.2 拉深凸模 18 拉深凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模和固定板的加工，可设计成阶梯形结构，并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过螺钉紧固在固定板上，用销钉定位。凸 CrWMn模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定。凸模的材料选用，工 56~60HRC作部分热处理淬硬。 对于拉深凸模的工作深度，必须从几何形状上做的正确。为了使零件容易在拉深 ,,,,2~5后被脱下，在凸模的工作深度可以作成一定锥度 为了防止拉深件被凹模内压缩空气顶瘪及拉深件与凸模之间发生真空现象而紧箍在凸模上，故在凸模上设计通气孔，以使拉深后容易从凸模上取下。根据凸模尺寸取出孔 d,4mm直径，数量为1个。凸模圆的尺寸确定，首次拉伸可取 一次r,(0.7,1.0)rTT11拉深即等于零件半径r0但零件半径小于拉深工艺要求时，则凸模半径应按工艺性的要求确定()，然后通过整形工序得到零件要求的尺寸。 r,rT 0.8 公式: r,0.8(D,d)t,120,63,3A1 凸、凹模圆角半径的确定 凸、凹模的圆角半径对拉伸制件影响很大。毛坯经凹模圆角进入凹模时，受到弯曲和摩擦作用。凹模半径r过小，因径向拉力较大，易使拉伸件表面划伤或产生断裂;d r过大，由于悬空面积增大，使压边面积减小，易起内皱。因此，合理选择凹模圆角d 半径是极为重要的。一般情况下，只要拉伸变形区不起皱，凹模圆角半径应尽量取大值，这不但有利于减少拉伸力，而且还可以延长凹模寿命。 查【1】p194得表4-1: 表4-1首次拉伸凹模的圆角半径r d1 凸模圆角半径r的大小，对拉伸也有影响。若r过小，r处弯曲变形程度大，危ppp 险断面所受拉力大，制件易产生局部变薄，降低变形程度;若过大，凸模与毛坯接触面小，易产生底部变薄和内皱。 查【1】p194式7-40得: r = (0.7,1.0 )r p1d1 r=r=6? pd 一次拉伸凸模圆角半径应等于制件的圆角半径，但不得小于(2,3)t。如果制件的圆角半径要求小于(2,3)t时，则凸模圆角半径仍取(2,3)t，最后用一次整形工序来得到制件要求的圆角半径。 在实际生产中，应根据现场试模情况对上面所列数值作必要的修正。一般在实际设计中先选取较小的数值，而在试模调整时再逐渐增大，直到冲到合格制件时为止。 r,5mm T 19 L,拉深凸模固定板16mm1 L,垫板厚度10mm2 L,落料凹模厚度24mm3 L，L，L，0.5,16，10，24,50123 图4.2 拉深凸模 4.2.3 凸凹模 该复合模中的凸凹模是主要工作零件，其外形作为落料凸模内形又作为拉深凹模， 20 并且内、外形刃口部分都为非圆形，为便于凸凹模与凸模固定板的配合，凸凹模的安装部分设计成便于加工的长圆形，通过螺钉紧固在凸模固定板上，并用销钉定位。如图4.3 凸凹模的自由长度为:L=凸模固定板厚度+橡胶安装高度+卸料板厚度+材料厚度+凸凹模工作高度=22+26+20+0.5=68.5mm。„„„„„„„„4.2 图4.3 凸凹模 4.2.4 弹压御料板 弹性卸料板的尺寸可以根据弹性元件的数目以及外径来计算。如图4.4。 由于受到橡胶允许承受的载荷较大,安装,调整,灵活,方便,因而是冲裁模中常用的弹性元件,冲裁模中用于卸料的橡胶有合成橡胶和聚氨脂橡胶,其中聚氨脂的性能比合成橡胶优异,是常用的卸料弹性元件。 为了保证卸料正常工作,应该使橡胶的预紧的预压力: F,F „„„„„„„„„„„„„„4.3 yX 21 橡胶的压力与压缩量之间不是线形关系,橡胶的压缩时产生的压力按下式计算: „„„„„„„„„„„„„„„4.4 F,AP 式中 A——橡胶的横截面积 P——橡胶与单位压边力,其值与橡胶的压缩量,形状及尺(MPa) 寸有关 计算橡胶的自由高度,由下式 ,4) „„„„„„„„„„„„„„„„4.5 FH,(3.5工作自 ,2, H,4，(2，1，5)自 ,30mm 计算橡胶的装配高度,由下式 „„„„„„„„„„„„„„„„„„4.6 H,H,HL预自 , „„„„„„„„„„„„„„ 4.7 H,(0.10.15)H预自 按公式计算得: H,0.13，30,4mm预 H,30,4,26mmL 22 图4.4 弹性卸料板 4.2.5 上垫板 垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被压出陷痕而损坏。在设计中我们把垫板的外形尺寸与凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度我们设计为10mm。在上垫板上设计了一个推杆孔，以便安装推杆，还有四个螺钉孔以及两个销孔，这些都是为了与凸凹模和拉深凸模上的各种固定零件的安装相匹配的。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。上垫板的零件图如图4.5所示。 23 4.5上垫板 5 模具的整体安装 5.1 模具的总装配 由以上的设计计算，并经绘图设计，该高压锅内胆落料、拉深复合模装配图如图5.1所示。 24 图5.1总体装配图 5.2 模具零件 该复合模的主要零部件在模具的结构设计中已经进行了仔细的设计，其余的非标准的零件可以根据需要按国标选取使用。所有零件的明细表见表5.1。 表5.1 落料、拉深、复合模零件表 件 名 称 数量 材 料 规 格(?) 标 准 热 处 理 号 ,1 圆柱销 2 12x60 GB/T119.1-2000 2 上垫板 1 45 168x168x10 43,48HRC 3 推 板 1 40 厚度10mm 40,45HRC ,4 凸缘模柄 1 Q235 70x100 JB/T7646.3-1994 ,5 打 杆 1 40 15x135 43,48HRC ,6 推 杆 3 40 6x85 43,48HRC 7 卸料螺钉 4 M12x105 GB2867.6-81 25 9 螺 钉 4 M10x20 GB/T70.1-2000 10 导套 1 20 28x100x42 渗碳58,62HRC 11 导柱 1 20 28x195 渗碳58,62HRC 12 落料凹模 1 CrWMn 16816824 58,62HRC ，， 120，120，12凹模固定13 1 45 43,48HRC 板 14 圆柱销 2 12x100 GB/T119.1-2000 , 15 推件块 1 45 10x69 48,52HRC , 16 顶 杆 2 6x100 JB/T7650.3-1994 43,48HRC , 16 落料凸模 2 Cr12 13x30 58,62HRC , 17 螺 钉 5 M12x70 GB/T70.1-2000 拉深凸凹18 1 45 120x120x22 43,48HRC 模固定板 6 选定冲压设备 冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容，它直接关系到设备的安全和使用的合理，同时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、板料的性能与规格、成本的高低等一系列重要问题。 在前面的设计中，我们已经对冲压设备的吨位以及闭合高度等参数进行了确定。这里根据前面所算出来的各项数据。查表选择压力机，确定选用闭式单点压力机J31-630B,其主要具体参数如下: 公称压力 1000KN 滑块行程 120mm 封闭高度调节量 110mm 工作台尺寸 600460mm ， ,柄孔尺寸 60×80mm 立柱间距离 420mm 工作台板厚 110mm 7 模具的装配 26 7.1 复合模的装配 复合模一般以凸凹模作为装配基件。其装配顺序为:?装配模架，导套与上模座采用配合，导柱与下模座采用基轴制配合;?装配凸凹模组件(凸凹模H7r6R7h6 及其固定板)和凸模组件(凸模及其固定板);?将凸凹模组件用螺钉和销钉安装固定在指定模座(正装式复合模为上模座，倒装式复合模为下模座)的相应位置上;?以凸凹模为基准，将凸模组件及凹模初步固定在另一模座上，调整凸模组件及凹模的位置，使凸模刃口和凹模刃口分别与凸凹模的内、外刃口配合，并保证配合间隙均匀后固紧凸模组件与凹模;?试冲检查合格后，将凸模组件、凹模和相应模座一起钻铰销孔;?卸开上、下模，安装相应的定位、卸料、推件或顶出零件，再重新组装上、下模，并用螺钉和定位销紧固。 7.2 凸、凹模间隙的调整 冲模中凸、凹模之间的间隙大小及其均匀程度是直接影响冲件质量和模具使用寿命的主要因素之一，因此，在制造冲模时，必须要保证凸、凹模间隙的大小及均匀一致性。通常，凸、凹模间隙的大小是根据设计要求在凸、凹模加工时保证，而凸、凹模之间间隙的均匀性则是在模具装配时保证的。 冲模装配时调整凸、凹模间隙的方法很多，需根据冲模的结构特点、间隙值的大小和装配条件来确定。这里用垫片法来调整。 垫片法是利用厚度与凸、凹模单面间隙相等的垫片来调整间隙，是简便而常用的一种方法。其方法如下: ?按图样要求组装上模与下模，其中一般上模只用螺钉稍微拧紧，下模用螺钉和销钉紧固。 ?在凹模刃口四周垫入厚薄均匀、厚度等于凸、凹模单面间隙的垫片(金属片或纸片)，再将上、下模合模，使凸模进入响应的凹模孔内，并用等高垫铁垫起。 ?观察凸模能否顺利进入凹模，并与垫片能否有良好的接触。若在某方向上与垫片接触的松紧程度相差较大，表明间隙不均匀，这时可用手锤轻轻敲打凸模固定板，使之调整到凸模在各方向与凹模孔内碘片的松紧程度一致为止。 ?调整合适后，在将上模用螺钉紧固，并配装销钉孔，打入定位销。 8 重要零件的加工工艺过程编制 在机械制造中，采用各种机械加工方法将毛坯加工成零件，再将这些零件装配成机器。为了使上述制造过程满足“优质、高产、低成本”的要求，首先要指定零件的机械加 27 工工艺规程和机器的装配工艺规程，然后按照所制订的工艺规程来进行机械加工和装配。由于零件的工艺过程可以是多种多样的，工艺人员的任务是从现有生产条件出发，制订出一个切合实际的最优工艺过程，并将其有关内容用文件的形式规定下来。规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。 机械加工工艺规程是指导生产的主要技术文件。按照工艺规程进行生产，才能保证达到产品质量、生产率和经济性的要求。合理的工艺规程在编制后应要满足下述要求: 1.零件所需的工序数量要尽量少，并且要减少或不再采用其他加工方法加工。 2.零件各工序所采用的设备结构要简单、寿命要长。 3.工序中所占用的设备要少，尽可能采用生产机械化与自动化。 4.生产准备周期要短，所需材料要少，成本要低廉。 5.零件的生产工艺流程要合理，做到安全生产。 6.制出的零件应符合技术要求，并且尺寸精度要高，表面质量要好。 7.尽量采用技术等级不高的工人生产，以降低成本。 制订机械加工工艺规程的原则是:在一定的生产条件下，以最低的成本，按规定的速度，可靠地加工出图纸要求的零件。在编制工艺规程时，应注意以下几个问题: 1.技术上的先进性 在编制工艺规程时，应尽量采用新工艺、新技术、先进设备和新材料，以获得较高的生产率，但不应加大操作工人的劳动强度，而应依靠设备的先进性来保证。 2.经济上的合理性 在一定的生产条件下，可能有几种能保证零件技术要求的加工工艺方案，此时应全面考虑，应根据工序数量、机械加工难易程度、通过核算或分析选择经济效益最佳的加工方案，以使零件减少工序及降低成本。同时，加工精度要求不高的零件，尽量不使用高精度的加工设备。 3.创造必要的良好工作条件 在编制工艺规程时，必须保证操作人员有良好而安全的工作条件，并保证所加工的零件的质量合格及减轻工人的劳动强度。 本模具选用导套来编制其加工工艺过程。导套在模具中起定位和导向作用，保证凸、凹模工作时具有正确的相对位置。为了保证良好的导向，导套在装配后应保证模架的活动部分移动平稳。所以，在加工过程中除了保证导套配合表面的尺寸和形状精度外，还应保证导套各配合面之间的同轴度要求。为了提高导套的耐磨性并保持较好的韧性，导套一般选用低碳钢(20钢)进行渗碳、淬火处理， 导套的基本表面是旋转体圆柱体，因此导套的主要加工方法是车削和磨削，对于 28 配合精度要求高的部位，配合表面还要进行研磨。为了保证导套的形状和位置精度，加工时，粗加工一般采用一次装夹同时加工外圆和内孔，精加工采用互为基准的方法来保证内孔和外圆的同轴要求。 9 模具零件加工工艺 9.1凸凹模加工工艺过程 材料:T10A硬度:43,48HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 锻件(退火状态):120x120x108.5mm 2 粗铣 铣六面见光 3 平磨 磨高度两平面到尺寸108.5mm 1( 划线 在长方一侧留线切割夹位6mm后，划凸模轮廓中心 线并划凹模洞口中心线 4 钳工 2( 钻孔 按凹模洞口中心线钻线切割穿丝孔 3( 锪扩凸凹模落料沉孔到要求. 5 热处理 淬火 回火 硬度达43,48HRC. 6 平磨 磨高度到108.5mm 7 线切割 割凸模及四个凹模孔，并单边留0.01-0.02mm研磨余量 1.研配凸凹模并配入凸凹模固定板 8 钳工 2.研配各侧壁到Ra0.8 1.四边垂直度0.02mm 9 平磨 2.上下平行度0.02mm 10 钳工 总装配 11 检验 检验入库 29 9.2 凹模板加工工艺过程 材料:T10A 硬度:43,48HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 锻件(退火状态):120x120x12mm 铣六面尺寸到:120x120x12mm,注意两大平面与两相邻侧面用标准尺2 粗铣 测量达基本垂直 磨光两大平面厚度达12mm，并磨两相邻侧面达到四面垂直，垂直度3 平面磨 为0.02mm 1.划线 划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸。 2.钻孔 钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模洞口穿线孔 。 4 钳工 3 铰孔 铰销钉孔到要求。 4攻丝 攻螺纹丝到要求 。 5 热处理 淬火 回火 使硬度达到43,48HRC。 6 平面磨 磨光两大平面，使厚度达12mm. 7 线切割 割凹模洞口，并留0.01-0.02mm研余量。 1. 研磨洞口内壁洞口内壁侧面达 0.4,m8 钳工 2. 用垫片层保证凸凹模与凸凹模间隙均匀后，凹模的上模座配作销 钉孔 1.磨凹模板上平面厚度达到要求。 9 平磨 2.平行度达到0.02mm 3.垂直度达到0.02mm 10 钳工 总装配。 11 检验 检验入库。 30 9.3凸模固定板加工工艺过程 材料:45钢 硬度:43-48HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 准备配料120x120x22mm。 2 热处理 调质 硬度43-48 HRC 。 3 粗铣 铣六面尺寸为120x120x22mm并保证各面平行度和垂直度。 磨光两大平面厚度达22mm，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度4 平磨 为0.02mm。 1(划线 凸模固定孔中心线，销钉孔中心线，推杆孔中心线，螺纹 过孔中心线 5 钳工 2 .钻孔 钻螺纹过孔和销钉孔及推杆孔到要求，凸模固定孔线切割穿 丝孔。 6 线切割 割凸模安装固定孔，单边留0.01-0.02mm研余量。 7 铣 铣凸模固定孔背面沉孔到要求 8 钳 研配凸模。 1.磨模厚度到要求。 9 平磨 2.平行度达到0.02mm 3.垂直度达到0.02mm 10 钳工 总装配 用透光层使凸模，凹模间隙均匀后，与下模座配作销孔。 11 检验 检验入库。 31 9.4凸凹模固定板加工工艺过程 材料:45钢 硬度:43-48HRC 工序 工序名 工序内容 1 备料 气割下料120x120x22mm 。 2 热处理 调质 硬度43-48 HRC。 3 粗铣 粗铣六面达250x200x22mm,并使两大平面和相邻两侧面基本垂直。 磨光两大平面，厚度达22mm,并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直4 平磨 度0.02mm 1划线 螺纹孔中心线，螺纹过孔中心线，销钉孔中心线，凸凹模 固定孔轮廓线 5 钳工 2 钻孔 钻螺纹底孔螺纹过孔到要求，凸凹模固定孔线切割穿线 孔。 3攻丝 攻螺纹底丝到要求。 6 线切割 割凸凹模安装固定孔，单边留研余量为0.01-0.02mm。 7 钳工 将凸凹模配入安装固定孔。 1.磨厚度到要求。 8 磨 2.平行度达到0.02mm 3.垂直度达到0.02mm 9 钳工 装配 与上模座配作销钉孔。 10 检验 检验入库。 32 9.5上垫板加工工艺过程 材料:45 硬度:43-48 HRC 工序 工序名 工序内容。 1 备料 锻件(退火状态)120x120x10mm。 2 粗铣 铣六面达120x120x10mm。 磨光两大平面，厚度达10mm并磨相邻侧面使四面垂直，垂直度3 平磨 0.02mm。 1划线 螺纹过孔中心线，销钉孔中心线，打杆孔中心线。 4 钳工 2钻孔 钻螺纹过孔，销钉孔，打杆孔到要求。 5 热处理 淬火 回火 硬度:43-48 HRC。 1.磨两大平面厚度达到要求。 6 平磨 2.平行度达到0.02mm 3.垂直度达到0.02mm 7 钳工 总装配。 8 检验 检验入库。 33 9.6卸料板加工工艺过程 材料:45钢 硬度:43-48 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 气割下料120×120×16mm。 2 热处理 调制 43-48HRC。 3 粗铣 铣六面尺寸为120×120×16mm并保证各面平行度和垂直度。 磨光两大平面，厚度达16mm并磨相邻侧面使四面垂直，垂直度为4 平磨 0.04mm。 5 1.划线 销钉孔中心线，螺纹过孔中心线，推件块型孔轮廓线。 钳工 2 .钻孔 钻螺纹过孔和销钉过孔到要求。 6 铣 铣推件块型孔到要求。 7 钳工 配入推件块。 1.磨两大厚度到要求。 8 平磨 2.平行度达到0.04mm 3.垂直度达到0.04mm 9 钳工 总装配。 10 检验 检验入库。 34