階梯圓筒的落料拉深復合模具設計【沖壓模具】

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第 23 頁 第1章 沖壓工藝設計 1.1 零件的工藝分析 此零件形狀為階梯圓筒形件，需要采用落料，拉深，切邊三道工序，通過計算確定拉深次數(shù)。 零件材料為10鋼，根據(jù)參考文獻[1]表1.4.1得：10鋼的抗剪強度=210MPa。 由此可見，其塑性較好，有較高的強度，適合于成形加工。=260～440MPa、抗拉強度b=300～440MPa﹑伸長率10=29%、屈服強度=210MPa。 由此可見，其塑性較好，有較高的強度，適合與成形加工。 此零件毛坯形狀為圓形，故采用沖裁工藝中的落料工序。 首先計算出毛坯的尺寸，根據(jù)毛坯尺寸要求計算出凸凹模的尺寸，但要注意落料見的尺寸應增加修邊余量，以保證零件的高度。后面還有拉深等其它工序，最重要的是毛坯外形尺寸精度要保證下一道工序的完成。 拉深見工藝性的好壞，直接影響到該零件能否用拉深方法生產(chǎn)出來，不僅能滿足產(chǎn)品的使用要求，同時也能夠用最簡單，最經(jīng)濟和最快的方法生產(chǎn)出來。 拉深見外形尺寸的要求應根據(jù)零件的高度以及厚度等選擇一次拉深還是多次拉深。 1.計算落料毛坯尺寸： t=0.5mm<1mm. 故可以按外形尺寸計算 查《指導》表4-2. 取修邊余量=2.5mm 則零件外徑 D’=34+2×2.5=39㎜ 由《指導》表4-4.將零件分為序號9和序號11兩部分 由序號9得： 取 =21.7mm =28mm =39mm r=2mm ∴ D1=38.9mm 去掉d1部分圓面積的材料 則 A1=D-d=（38.92-21.72）≈×104.2.3mm2 由序號11得: D2= 取 d1=5mm d2=9mm d3=12mm d4=21.7mm r1=1.5mm r2=2mm h=0.5mm ∴ 則 A2=D=×23.72=×561.7mm2 ∴ 毛坯的總面積 A=A1+A2=(1042.3+561.7)=×1604mm2 ∴ 所以毛坯直徑 因此毛坯直徑為40mm 2.確定拉深次數(shù)： 查《指導》表4-8得：當 ×100%=1.25（＜1.5～1），一次拉深可得最大相對高度為0.84～0.65，故零件以以一次拉深成形。 3.計算拉深系數(shù) 因該零件兼有凸緣見拉深與階梯圓筒件拉深的持性，所以近似按此兩種拉深方法估算總拉深系數(shù). 由參考文獻[2]或（4-15）得： 查參考文獻[2]表4-9 當＞2.8～3.0時 [m1]=0.16～0.20＜m總 此零件厚度為0.5mm，拉深件的底部與側(cè)壁間的圓角半徑R1為1.5mm，1.5＞0.5mm，各階梯連接處的半徑為1.5mm，1.5>2t=1mm，即滿足R1t,R2t ,所以拉深可以順利進行，不需要增加整形工序，零件產(chǎn)品尺寸為、精度為IT10～IT11級、，精度為IT14級，其中、 由拉深工序保證。拉深成形后切除零件多余外邊，保證零件最后的外形尺寸公差，故由切邊工序保證。 1.2 制定沖壓工藝方案 1.2.1 工藝方案分析比較 此零件外殼形狀表明它為拉深件，所以拉深為基本工序，其毛坯可用落料工序完成。根據(jù)前面的計算，只需要一次拉深，故根據(jù)該零件所需基本沖壓工序，做出一個合格的零件，可以有三種工藝方案： 第一種方案是把落料、拉深、二道工序做一個簡單復合模，然后再以切邊工序做一個單工序切邊模。 第二種方案是以落料、拉深、切邊工序分開，各做一副單工序模。 第三種方案是把落料、拉深、切邊三道工序并在一起，做一副多工位的級進模。 三種方案的比較： 第一種方案:落料、拉深是一個簡單復合模，設計簡便，制造也不難生產(chǎn)效率高，裝夾方便，切邊工序作為單工序模，只要保證一個尺寸精度要求，方便、簡單。 第二種方案：三道工序分開，分布鮮明，有序進行，看得懂，弄得請，但效率不高，占用設備多，若單用一個設備，則需拆下來，裝上去次數(shù)多，比較麻煩。 第三種方案：三道工序一起進行，效率比較高，但是制造麻煩，周期長，成本高，只有大批量生產(chǎn)中才適合。 1.2.2 工藝方案確定 根據(jù)工藝方案的比較： 方案一：落料拉深復合→切邊 方案二：落料→拉深→切邊 方案三：落料、拉深、切邊級進模 綜合所有因素，此零件選用方案一。 1.3 畫工序圖 1.工序1：落料拉深 (1)毛坯圖 圖1-1 (2)工序圖 圖1-2 (3)排樣圖 a.計算開料寬度及步距 由參考文獻[1]表2.5.2 取搭邊值=1.5mm =1.2mm 由表2.5.3得 減料公差=0.4mm 導料間隙C=0.1mm 考慮落料后需自然卸下條料 單惻需沖開0.5mm深缺口 則開料寬度 B=(D-0.5++2+C) =(40-0.5+1.5+2×0.4+0.1) =41.9mm 取B=41.9mm 步距A=D+=40+1.2=41.2mm. 取A=42mm b.畫排樣圖 圖1-3 2.工序2：切邊 圖1-4 1.4 初選沖壓設備 (1)計算拉深工藝力，相對厚度=1.25%<1.5% t=0.5mm 根據(jù)參考文獻[1]表4.5.2 拉深時需采用壓邊圈。在該模具中可利用凸凹模與成型頂塊進行壓邊。 由于該零件只一次拉深 因此拉深時需兼整形。拉深工藝力應按整形力計算。參考彎曲校正力進行計算。查參考文獻[1]表3.3.3。取單位校正力q=40MPa 則 (2)計算沖裁工藝力 F沖=Ltb=×40×0.5×440=27632N 由參考文獻[1]取頂件力系數(shù)K頂=0.08 則 F頂=K頂F沖=0.08×27632=2210.6N F總2=F沖+F頂=27632+2210.6=29842.6N (3)計算沖壓工藝力 F總=F總1+F總2=47759.4+29842.6=77602N 按F總=77602N,以及F總≤(0.7～0.8)F公 得 F公≥97002.5～110860N 查參考文獻[2]表8-10 初選壓力機為J23-16 1.5 編制沖壓工藝卡 表1-1 沖壓工藝過程卡 無錫技師學院 沖壓工藝過程卡 產(chǎn)品型號 C003 零（部）件名稱 共1 頁 產(chǎn)品名稱 階梯圓筒 零（部）件型號 第 1 頁 材料牌號及規(guī)格 材料技術(shù)要求 毛 坯 尺 寸 每個毛坯可制件數(shù) 毛坯重量 輔助材料 10鋼 0.5×48×1000 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 加 工 簡 圖 設 備 工藝裝備 備注 0 下料 剪床上裁板 48×1000 材料厚度為 0.5mm 1 落料拉深 落料與拉深復合模 J23-10 落料拉深 落料與拉深復合模 編制(日期) 審核(日期) 會簽(日期) 標記 處數(shù) 更該文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該文件號 簽字 日期 續(xù)表1-1 無錫技師學院 沖壓工藝過程卡 產(chǎn)品型號 C003 零（部）件名稱 共 1 頁 產(chǎn)品名稱 階梯圓筒 零（部）件型號 第 1 頁 材料牌號及規(guī)格 材料技術(shù)要求 毛 坯 尺 寸 每個毛坯可制件數(shù) 毛坯重量 輔助材料 10鋼 0.5×48×1000 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 加 工 簡 圖 設 備 工藝裝備 備注 2 切邊 切除凸圓邊達尺寸要求 ↓ ↓ J23-10 切邊模 ↓表示沖壓方向 3 檢驗 檢驗所有尺寸 編制(日期) 審核(日期) 會簽(日期) 標記 處數(shù) 更該文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該文件號 簽字 日期 第2章 沖壓模具設計 2.1 沖模類型及結(jié)構(gòu)形式 此零件形狀為階梯圓筒形件，分為落料拉深（C003-1）、切邊（C003-2）兩副模具，本人設計C003-1模具，即落料拉深復合模，采用正裝式。利用擋料釘定距，模具本身利用M8螺釘固定及Ф8銷釘定位，本模具采用彈頂器以及打桿作為卸料裝置。 2.2 模具設計計算 1．壓力中心 此零件為階梯圓筒形件，即屬于旋轉(zhuǎn)體件，結(jié)構(gòu)對稱，所以壓力中心應該在其幾何中心。 2．各主要零件外形尺寸 (1)落料凹模外形尺寸 由參考文獻[1]式（2.8.8） H=Kb 查表2.8.2 K取0.3 b=40mm H1=Kb=0.3×40=12mm 按要求需滿足H1≥15mm 因為是復合模，另有拉深工序，零件高度為6mm，材料厚度為0.5mm，加之有凸模進入凹模的深度，綜上所述，查參考文獻[2]，H=25mm 由式(2.8.9)凹模壁厚C=(1.5-2）H1=(1.5～2)×15=22.5～30mm 按要求需滿足C≥30～40mm 故取 C=30mm 為便于加工模板取圓形 則D=2×30+40=100 (2)固定板外形尺寸 直徑D與凹模相同 為100mm 厚度H2=(0.6～0.8)H1(0.6～0.8)×25 =(15～20)mm 取H2=20mm (3)墊板外形尺寸 直徑D=100mm 厚度H3=(6～12)mm 取H3=8mm 各模板采用Φ8與M8螺釘定位與連接 根據(jù)參考文獻[4] 孔距取76mm (4)凸凹模、凸凹模型芯、成形頂塊、拉深凸模外形尺寸 根據(jù)成型要求凸凹模、凸凹模型芯、成形頂塊以及拉深凸凹模長度分別為41mm、35.5mm、18.5和42.5mm。 綜上所述，歸納所得 (單位:mm) 落料凹模Ф100×25 GB2858.4-81 上、下固定板Ф100×20 GB2858.5-81 上、下墊板Ф100×8 GB2858.5-81 凸凹模： Ф46×40 凸凹模型芯：Ф9×35.5 成形頂塊：Ф40×18.5 拉深凸模：Ф14×42.5 聯(lián)接螺釘：M8 GB70-85 定位銷釘：Ф8 GB119-86 孔距Ф76 3.凸凹模間隙及凸凹模工作部分尺寸 (1)落料凸凹模尺寸及公差 因為毛坯尺寸D=40mm，無公差要求 根據(jù)參考文獻[1]，落料尺寸以凹模為基準，凸模采用配合加工，由于該零件最后需要切邊保證最終尺寸，故落料凹模尺寸直接采用計算尺寸Ф40，另外制造公差取0.02mm。凸模與凹模配制，雙面間隙0.04～0.06mm(參考文獻[1]表2.2.3)。凸、凹模尺寸要求參考零件圖。 (2)拉深凸、凹模尺寸及公差 由零件圖知，工件外形尺寸及公差有要求，故以拉深凹模為基準，其值為： D=(28-0.75×0.52)=27.6 D=27.7 D=(9-0.75×0.36) D=(D-2c)=(8.7-2×0.5)=7.7mm 注：以上凸、凹模制造公差取0.03mm 4.選用模架 因為凹模周界為Ф100，根據(jù)參考文獻[3]，采用冷沖?；瑒訉蛑虚g導柱模架，根據(jù)各項指標，選用模架為：模架100×130～150 GB2851.6-81.HT20-40 上、下模板厚度分別為H=25mm. H=30mm 5.校核壓力機 (1)閉合高度校核 模具閉合高度H=H+ H+HtH+H+H =25+8+35.5+0.5+42.5+8+30=149.5mm 由[2]表8-10得 壓力機最大裝模高度H=220-40=180mm 由[2]表8-10得 壓力機最小裝模高度H=180-45=135mm 滿足H-5≥H≥H+10 (2)公稱壓力F校核 F=160KN＞F=77.6KN 所以F合格。 (3)滑塊行程校核 根據(jù)參考文獻[2]表8-10得滑塊行程H=55㎜ 模具工作行程H=(2～2.5)H=(2～2.5)×6=(12～15)mm H＞H 滿足使用要求 (4)工作臺尺寸校核 由參考文獻[2]. 工作臺前后尺寸為300mm，左右為450㎜ 模架型號100×130～150 由參考文獻[3]. 模架左右為260㎜，前后為170㎜，滿足工作臺尺寸每邊大于模具50～70mm的要求 因為工作臺孔尺寸直徑為210㎜，能容納下彈頂器，所以滿足要求。 第3章 模具主要零件加工工藝設計 3.1 制定凸凹模加工工藝過程 3.1.1 加工工藝過程方案分析 (1)凸凹模(落料凸模兼拉深凹模） 根據(jù)凸模加工方法，可以制定出的凸模加工工藝過程有很多種， 現(xiàn)選兩種方案進行比較： 方案一：備料（下料、鍛造）—─去應力退火─—毛坯外形加工（普通車床）——數(shù)控車削粗加工（外形）——數(shù)控車削半精加工——數(shù)控車削精加工——內(nèi)輪廓粗加工（數(shù)控加工中心加工）——精加工——鉗工精修——淬火、回火——研磨（拋光）。 方案二：備料（下料、鍛造）—─去應力退火─—毛坯外形加工（普通車床）——數(shù)控內(nèi)輪廓粗加工——精加工——數(shù)控車削外形粗加工——半精加工——精加工——鉗工精修——淬火、回火——研磨（拋光）。 方案一的工藝過程占用設備多，拆、裝麻煩，影響工件精度，效率較低。 方案二的工藝過程有序進行，能消除熱處理變形對凸模精度的影響，加工精度較高。 圖3-1 * 尺寸與凹模配制雙面間隙0.04～0.06 （2）落料凹模 根據(jù)凹模形狀以及要求，可以制定出的凹模加工工藝過程有很多種。 現(xiàn)選兩種方案進行比較： 方案一：備料（下料、鍛造）—─去應力退火─—毛坯外形加工（普通車床車削）— —數(shù)控車削內(nèi)輪廓粗加工——半精加工——精加工——鉆削粗加工——精加工——鉗工精修——淬火、回火——研磨。 方案二：備料（下料、鍛造）—─去應力退火─—毛坯外形加工（普通車床車削）——數(shù)控加工中心鉆——半精加工——精加工——鉗工精修——淬火、回火——研磨。 方案一的工藝過程：設備占用多，以至于影響工件精度，且效率偏低。 方案二的工藝過程：加工精度高，成本較大，但效率高，加工方便。 圖3-2 3.1.2.確定加工工藝過程 凸凹模的加工工藝過程： 選方案二：備料（下料、鍛造）—─去應力退火─—毛坯外形加工（普通車床）——數(shù)控內(nèi)輪廓粗加工——精加工——數(shù)控車削外形粗加工——半精加工——精加工——鉗工精修——淬火、回火——研磨（拋光）。 凹模加工工藝過程： 選方案二：備料（下料、鍛造）—─去應力退火─—毛坯外形加工（普通車床車削）——數(shù)控加工中心鉆——半精加工——精加工——鉗工精修——淬火、回火——研磨。 3.2 填寫凸凹模加工工藝規(guī)程卡 表3-1 機　械　加　工　工　藝　規(guī)　程 無錫技師學院 機械加工工藝過程卡 產(chǎn)　品　型　號 產(chǎn)　品　名　稱 C003 階梯圓筒 零件名稱 零件材料 毛坯種類 毛　坯　尺　寸 凈　重 備　注 凸凹模 Cr12MoV 圓件 Φ58×60 工序號 工序名稱 工　　序　　內(nèi)　　容 設　備 1 備料(鍛造) 備制尺寸Φ58×60圓形件，進行鍛造 2 熱處理 退火(改善切削加工性能) 3 毛坯粗加工 車床車削(光一刀，去處表面氧化層) 普通車床 4 內(nèi)輪廓粗加工 內(nèi)輪廓尺寸留有余量為0.1mm 數(shù)控車床 5 精加工 達到尺寸要求，留拋光余量為0.1mm 數(shù)控車床 6 外形粗加工 車出外形，余量為1mm 數(shù)控車床 7 半精加工 按照尺寸要求，余量為0.4mm 數(shù)控車床 8 精加工 達到尺寸要求，外形留有磨削余量0.15mm-0.20mm 數(shù)控車床 9 淬火、回火 提高硬度 10 鉗工 去除毛刺，打光內(nèi)輪廓 銼刀、油石 11 外圓磨 磨削外形至尺寸要求 外圓磨床 12 檢驗 檢驗所有尺寸 編制 審核 批準 年　月　日 第　　頁 表3-2 數(shù)控加工工序卡片 單　位 名　稱 無錫技師學院 產(chǎn)品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 階梯圓筒 凸凹模 C003-1-13 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車　　間 工步號 工步內(nèi)容 刀具號 刀具規(guī)格 主軸轉(zhuǎn)速 進給速度 背/側(cè)吃刀量 備注 1 鉆Φ9H7孔 T01 中心鉆 500r/min 0.3 2 鉆Φ9H7孔至55 T02 Φ8.9鉆頭 500r/min 0.3 3 忽Φ9H7孔 T03 100r/min 0.3 4 粗車內(nèi)輪廓Φ27.8，斜角60度，深2mm T04 鏜刀 500r/min 0.3 5 粗車Φ27.8，斜角60度 T04 鏜刀 500r/min 0.3 6 粗車外形Φ55×5，Φ53×15（退刀槽0.5×1.5倒角） Φ41×30 T05 粗車刀 500r/min 0.3 編制 審核 批準 年　月　日 第　　頁 續(xù)表3-2 單　位 名　稱 無錫技師學院 產(chǎn)品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 階梯圓筒 凸凹模 C003-1-13 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車　　間 工步號 工步內(nèi)容 刀具號 刀具規(guī)格 主軸轉(zhuǎn)速 進給速度 背/側(cè)吃刀量 備注 7 半精車Φ55×5，Φ52.5×15 (退刀槽0.5×1.5倒角) Φ40.05×30 T05 粗車刀 500r/min 0.3 8 精車Φ55×5，Φ52×15 (退刀槽0.5×1.5倒角) Φ40×30 T06 精車刀 500r/min 0.3 9 鉸Φ9H7的孔 T07 Φ9絞刀 100r/min 0.3 編制 審核 批準 年　月　日 第　　頁 3.3 編制凸?；虬寄?shù)控加工程序 凸凹模數(shù)控加工程序（車削） O0001 G43 G80 M03 T0101 S500 G00 X25 Z2 G73 U0 W2 R2 G73 P5 Q10 U0.1 W01 F0.3 N5 G0 X19.3 G1 Z0 F0.1 G2 X13.55 Z-0.2 R1.5 G1 X10.78 Z-1.8 G3 X0.03 Z-2 R1.5 G1 X8 N10 G0 Z2 G00 X100 Z100 S800 T0101 G0 X25 Z2 G70 P5 Q10 G00 X100 Z100 T0202 S500 G0 X62 Z2 G71 V1 R1 G71 P15 Q20 V0.5 W01 F0.3 N15 G0 X50.1 G1 Z0 F01 G1 Z-30 G1 X52.2 Z-31 Z-45 X55 N20 Z-50 G00 X100 Z100 S1000 T0202 G00 X62 Z2 G70 D15 Q20 G00 X100 Z100 M05 M30 刀具： T1 鏜孔刀 T2 外圓刀 第4章 設計總結(jié) 數(shù)月的畢業(yè)設計即將結(jié)束，希望老師對我的設計過程作最后的審閱，最全面的指正。 在這次課程設計中我通過參考及查閱各種有關(guān)模具設計方面的資料，請蔡昀老師指導有關(guān)模具方面的問題，特別是采用標準件時所遇到的困擾，老師給予我們想要的解答，使我在著短短的時間里對模具結(jié)構(gòu)及動作過程等有了更深一步的了解。其中在設計過程中，起初設計目標與最終所想有些矛盾，但通過查閱相關(guān)書籍都得到了解決，從開始的無從下手到現(xiàn)在的得心應手，至少了解了簡單模具設計。這些都是通過自己的努力與老師的指導才得到了現(xiàn)在的水準。 經(jīng)過這幾個月的設計，我深信這次課程設計能為我以后的畢業(yè)設計做一個很好的基礎，甚至對以后的踏上社會也有許多幫助。 致謝 在這次設計過程中得到了蔡昀老師的幫助，從一開始，課題的選擇到后來的設計過程中，蔡老師給了我很大的幫助，幫我選擇課題和尋找相關(guān)的資料，特別是老師的悉心知道，使我受益良多，謝謝！ 致此，感謝蔡老師在我設計過程中給予我的幫助。 謝謝！ 參考文獻 [1]成虹，沖壓工藝與模具設計，北京，高等教育出版社，2002 [2]王芳，冷沖壓模具設計指導，北京，機械工業(yè)出版社，1999 [3]中華人民共和國國家標準GB2851-2875-81冷沖模，中國標準出版社 [4]劉力，機械制圖，北京，高等教育出版社，2002 [5]郭鐵良，模具制造工藝學，高等教育出版社，1999 [6]陳于萍，高曉康編著，互換性與測量技術(shù)，北京高等教育出版社，2002 [7]吳宗澤，機械零件設計手冊，北京，機械工業(yè)出版社，1992 [8]許發(fā)越，實用模具設計與制造手冊，北京，機械工業(yè)出版社，1992 [9]朱傳禮，林蒲生，高等學校畢業(yè)設計論文指導手冊機械卷，北京高等教育出版社 經(jīng)濟日報出版社，1998 [10]王之鑠，機械設計綜合課程設計，北京機械工業(yè)出版社，2003 南京工程學院繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計專用紙