盒形件冲压工艺分析及模具设计毕业作品.docx
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盒形件冲压工艺分析及模具设计毕业作品
任务书
设计题目：
盒形件冲压工艺分析及模具设计
1．设计的主要任务及目标
（1）任务：
1）模具装配图及零件图
2）设计说明书一本
3）电子资料一份
（2）目标：
以所学专业知识为基础，以实用为目的，通过对盒形件冲压工艺的分析及相关参数的计算，进一步进行模具的总装图及零件的设计，总结出并熟练掌握模具设计的规律和方法。
2．设计的基本要求和内容
（1）基本要求
1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的设计方案；
2）认真做好各环节计算与分析，使零件的工艺分析正确，模具设计合理；
3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决设计中遇到的问题；
4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；
（2）主要内容
1）对盒形件的工艺性进行科学的分析；对相关参数进行准确的计算。
2）通过查阅相关的模具图册，设计出合理的模具装配图及主要零部件图（不少于5张）。
3）探索总结出一套相关的模具设计规律和方法。
3．主要参考文献
[1]丁松聚.冷冲模设计[M].北京.机械工业出版社.2011.6．
[2]王孝培.冲压设计资料[M].北京.机械工业出版社,1983.12．
[3]编写组.冲模设计手册[M].北京.机械工业出版社,1992.3
[4]王芳．冷冲压模具设计指导书[M].北京．机械工业出版社，1988.10
4．进度安排
设计各阶段名称
起止日期
1
资料查阅，完成开题报告
2013.12.17—2014.03.17
2
制定工艺方案，制定模具大体结构
2014.03.18—2014.03.25
3
绘制总体装配图
2014.03.26—2014.04.30
4
绘制零件图
2014.05.01—2014.06.01
5
撰写毕业设计
2014.06.02—2014.06.12
6
制作答辩PPT，准备毕业设计答辩
2014.06.13—2014.06.20
5．附图
零件图如下：
材料：
1Cr18Ni9Ti
厚度：
0.8mm
盒形件冲压工艺分析及模具设计
摘要:
模具技术生产的制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低消耗等特点。
由此可见，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
本设计详细的论述了冲压模具的全过程。
冲压模具即是在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备。
盥洗池是一个形状相对比较简单但加工工艺并不简单的盒形件，需要的工序有落料、拉深、切边、冲孔、内翻边。
经工艺计算和分析，确定了合理的冲压工艺方案，提出用落料拉深模及切边翻边模两套复合模完成该零件的生产，设计出的模具力求结构简单、制造容易。
关键词：
盥洗池；模具设计；复合模；落料、拉深、翻边
Boxpartsstampingprocessanalysisanddiedesign
Abstract：
Dietechnologytoproduceproductswithhighaccuracy,highcomplexity,highconsistency,highproductionefficiencyandlowconsumptionandsoon.Thus,dietechnologyhasbecomethemeasureofacountrymanufacturinganimportantindicatoroftheleveldeterminestheproductquality,efficiencyandnewproductdevelopmentcapability.
Thispaperdiscussesindetailthewholeprocessofstampingdies.Stampingdiethatisintheprocessofstamping,thematerial（metalornon-metallic）processingintoparts（orsemi-finishedproducts）ofaspecialtechnicalequipment.
Thesinkisarelativelysimpleshapebuttheprocessisnotsimplebox.Itneedsfiveprocedurestofinishtheworkpiece,whichareblanking,drawing,trimmingandflanging.Byusingprocesscalculationandanalysisforsink,twocompounddiesandonesimplediearedesignedtofinishtheworkpiece.Thediesaresimpleinstructureandeasytomanufacture.
Keywords:
sink,diedesign,compounddie,blanking,drawing,flanging
1前言
冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一。
冲压加工的应用十分广泛，不仅可以加工金属材料，而且可以加工非金属材料。
在现代制造业，比如汽车、拖拉机、农业机械、电机、电器、仪表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生产方面，都占有十分重要的地位。
当然，冲压加工在我国也存在着一些问题和不足。
如机械化、自动化程度低、生产集中度低、冲压板材自给率不足、品种规格不配套、科技成果转化慢、先进工艺推广慢、专业人才缺乏、大、精模具依赖进口等，因此，我们将还有很长的路要走。
毕业设计的主要目的有两个：
一是让本人掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用工程软件进行模具设计。
二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。
本文是盥洗池落料、拉深复合模及切边、翻边模设计说明书，结合模具的设计，在老师的指导下，经过多次修改和验证编制而成。
为了达到设计的规范化，标准化和合理性，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。
2设计题目
零件名称：
不锈钢盥洗池
图2-1零件图
生产批量：
中批量
材料种类：
不锈钢（1Cr18Ni9Ti）
材料厚度：
0.8㎜
3零件的工艺分析及方案确定
3.1零件的工艺分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即设计的冲压件在材料、结构、形状、尺寸大小及公差和尺寸基准等各方面是否符合冲压加工的工艺要求。
冲压件的工艺性好坏，直接影响到加工的难易程度。
工艺性差的冲压件，材料损耗和废品率会大量增加，甚至于无法正常生产出合格的产品。
同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。
这里我们重点分析零件的结构工艺性。
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。
此工件为有凸缘的低盒形件，要求外形和翻孔尺寸，要求厚度均匀，其形状满足拉深工艺要求，可用拉深工序加工。
该方形盒形件H≤（0.6~0.7）B,可一次拉深成形。
方形盒形件四壁间的圆角半径R1≥3t，满足拉深工序要求。
另外，由于翻边高度小于该制件的极限翻边高度，故而可以采用一次翻边成形的加工工艺进行加工。
综合以上分析，得出的结论是：
该零件工艺性能较好，适于冲压。
该零件结构较简单、形状呈中心对称，属于方形低盒拉深件。
零件尺寸公差为IT14，工件材料为1Cr18Ni9Ti，材料的屈服强度为≥205MPa，抗拉强度为≥520MPa，伸长率为≥40％。
3.2零件的工艺计算
3.2.1翻孔的高度校核
式中，
D——翻边孔中心直径，mm；
H——竖直边高度，mm；
K——翻边系数；
t——板料的厚度，mm；
r——翻边圆角半径，mm。
上式中，K取最小值，则H为最大值。
将D=40+0.8=40.8mm，查表8-1（参考文献[4]）有Kmin=0.57，r=5mm，t=0.8mm代入上式得到H=11.5mm。
从零件图知盒形件的翻孔高度为10mm，小于计算所得到的高度，即H＜Hmax。
故该制件可以一次翻遍成形。
3.2.2预制孔直径d的计算
由于该制件可一次翻边成形，故而可以近似于在平板毛坯上翻边，此时，其预制孔直径可按下式计算：
式中，
d——预制孔直径，mm；
D——翻边孔中心直径，mm；
H——竖直边高度，mm；
r——翻边圆角半径，mm；
t——板料的厚度，mm。
将D=40+0.8=40.8mm，H=10mm，r=5mm，t=0.8mm代入上式得到:
d=26.25mm。
3.2.3毛坯的尺寸计算
根据已知尺寸：
b=400,h0=150,r=35,r底=15，则有r/b=35/400=0.0875，h0/b=0.375
由盒形件不同拉深情况的分区图（参考文献[3]图4-60）查得该盒形件属Ⅱa区（圆角半径较小的低盒形件）。
（1）盒形件的修边余量
查表4-8（参考文献[3]），取修边余量Δh=8mm,则h=h0+Δh=158mm。
（2）毛坯尺寸的计算
盒形件的拉深毛坯计算可以分为两部分，即1、按圆筒拉深件近似计算盒形件底部圆角部分展开后的半径；2、按弯曲件近似计算盒形件直壁部分展开后的长度。
此外，还要根据盒形件拉深时沿周边的切向压缩与径向拉深变形不均匀的特点对毛坯的形状与尺寸作一定的修正。
1按压弯计算壁部展开长度l
l=h+rf-0.43（r凸+r底）
=158+60-0.43×（15+15）
=205.1mm
取l=205mm
2按拉深计算角部毛坯半径
R=
=
=121mm
则毛坯的展开图如下：
图3-1毛坯展开图
③按式R1=χR
求出角部加大的展开半径R1,其中
则有R1=χR=1.2
121=145.2mm,取R1=145mm。
按式hb=y
求出在直壁部分展开长度上应切去的hb，
查表4-25（参考文献[3]）取y=0.15,则
hb=0.15
=6.655
取hb=7
对展开尺寸进行修正，即将半径增大到R1，将长度减少h
（3）该毛坯的工件展开图
根据修正后的宽度、长度和毛坯角部半径，同时考虑到为使毛坯易于加工及简化模具结构，故用半径Rb=198mm的圆弧过渡将直边连成光滑的外形，就可以得出所要求的毛坯形状和尺寸。
此时该毛坯的工件展开图如下图所示：
图3-2修正后的毛坯图
3.2.4判断能否一次拉成
（1）相对高度h/b=158/400=0.395
角部相对圆角半径r/b=35/400=0.0875
毛坯相对厚度（t/D）
100=0.8/726
100=0.11
查表4-26（参考文献[3]）得，一道工序内所能拉深矩形盒的最大相对高度
h/b0=0.4，而1Cr18Ni9Ti不锈钢的修正系数为1.1~1.15，则
h/b0=0.4
1.1=0.44
从而
h/b＜h/b0
故，该盒形件可以一次拉深成形。
（2）零件总的拉深系数m总=b/bf=400/726=0.55
查表5-19（参考文献[11]）知，不锈钢的首次拉深系数m1=0.52，
m总﹥m1
则该制件能够一次拉深。
3.3工艺方案的确定
零件为盒形拉深件，形状比较简单但工艺并不简单，该零件的生产包括落料、拉深、切边、冲孔、翻边这五个基本工序，通常可以有以下三种方案：
方案一：
采用落料拉深，切边、冲孔翻孔的加工方法；
方案二：
采用落料、拉深、切边、冲孔、翻孔的方法；
方案三：
采用落料、拉深、切边、冲孔、翻孔全部复合的加工方法；
分析：
方案一，模具结构简单，采用两副复合模（落料拉深复合模及切边、拉深冲孔最后翻孔复合模），生产效率较高。
方案二，使用的模具数量较多，工序1和工序2可以合并；
方案三，虽然使用的模具只有一副复合模，生产效率也比较高，但模具结构杂，制造和维修都很困难，且模具精度稍低。
结论：
通过对上述三种方案的综合分析比较，决定选用方案一，使用两副复合模具来完成该零件的加工生产。
4落料拉深复合模设计及主要零件工艺参数计算
4.1零件的工艺计算
4.1.1排样方法及材料利用率计算
冲裁件在板料，带料或条料上的布置方法称为排样。
合理的排样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。
应考虑以下原则：
（1）提高材料的利用率（在不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件形状）。
（2）使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。
（3）使模具结构简单、模具寿命较高。
（4）保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。
根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种：
a有废料排样b少废料排样c无废料排样
根据零件图可选用少废料排样。
沿冲件部分外形切断或冲裁。
只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。
这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。
排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排等。
制件为方形，条料形状为长方形，应根据落料工序设计。
考虑到该制件比较大及操作方便和模具结构简单，故采用单排排样最适宜。
由表2-26（参考文献[3]）得：
搭边值a=10㎜，b=10㎜
⒈送进步距A=D+a=726+10=736㎜
⒉条料宽度
查表3-30（参考文献[11]）知，剪切条料的下偏差Δ=1.0,则
条料宽度B=（D+2b+Δ）
=（726+2×10+1.0）
=747
⒊材料的利用率
查表1-12（参考文献[3]）选取钢板的尺寸为0.8mm×750mm×1500mm,则搭边值a=10mm、b=12mm，钢板上的制件数n=2.
材料利用率
⒋毛坯的排样图
排样图如下：
图4-1排样图
4.1.2压力中心计算
模具的压力中心就是冲裁力合力的作用点。
冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，从而提高模具的寿命。
冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力的作用点方法。
由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力的作用点可转化为求轮廓线的中心。
因为该零件为中心轴对称零件，所以重心在对称中心上。
4.1.3工艺力计算
（1）落料力计算
F落=KLtτ=1.3Ltτ≈Ltσb
式中F落——落料力（N）；
L——工件外轮廓周长（㎜）；
t——材料厚度（㎜）；t=0.8mm
τ——材料的抗剪强度
σb——材料的抗拉强度。
查表1-5（参考文献[3]）得σb=520MPa
K——安全系数。
是考虑到刀口钝化、间隙不均匀、材料力
学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。
常取K=1.3。
工件的轮廓周长L=（726-2×198）×4+2π×198=2563.44mm
则F落=Ltσb=2563.44×0.8×520N=1066.39KN
（2）卸料力计算
F卸=K卸F落
式中K卸——卸料力系数，查表3-8（参考文献[1]）得K卸=0.06
则卸料力K卸=0.06×1066.39KN=63.98KN
（3）拉深力。
由于该零件为盒形件，拉深力按式
F拉=（2b1+2b-1.72r）tσbK4
其中，
F拉——拉深力，N；
b1、b——盒形件的长与宽，mm；
t——材料厚度；
σb——材料的抗拉强度。
查表1-5（参考文献[3]）得σb=520MPa；
K4——一次拉深低矩形件系数，查表4-54（参考文献[3]）有
K4=0.7。
则F拉=（2×400+2×400-1.72×35）×0.8×520×0.7N
=450.89KN
（4）压边力。
计算压边力的公式如下：
FQ=Aq
其中，
FQ——压边力，N;
A——压边圈的面积，mm2；
q——单位压边力，查表5-21（参考文献[4]）得q=4MPa；
A=
=334414mm2
则压边力
FQ=Aq=334414×4N=1337.66KN
故总冲压力为
F总=F落+F卸+F拉+FQ
=1066.39KN+63.98KN+450.89KN+1337.66KN
=2919KN
4.1.4压力机的初选
冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。
冲压生产中常用的冲压设备很多，选用冲压设备时主要考虑下述因素：
冲压设备的类型和工作形式是否适应于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；
冲压设备的压力和功率是否满足应完成的工序要求；
冲压设备的装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具；
冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。
为了安全起见，防止设备过载。
按公称压力F压≥（1.3~1.5）
的原则选择压力机。
查表9-3（参考文献[3]）得，选取公称压力为5000kN的闭式单点压力机JB31-500。
该压力机与模具设计的有关参数为：
公称压力：
5000kN
滑块行程：
700㎜
最大装模高度：
1000㎜
装模高度调整节量：
200㎜
工作台尺寸：
1500㎜（前后）×1700㎜（左右）
4.1.5主要的工作尺寸计算
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。
在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下原则：
考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模。
因此，落料模应先决定凹模的尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理的间隙。
冲孔件的尺寸取决于凸模，因此，冲孔模应先决定凸模尺寸。
用增大凹模尺寸来保证合理的间隙。
②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。
考虑冲件精度与模具精度之间的关系，选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求又要保证有合理的间隙值。
一般冲模精度较冲件精度高2~3级。
工作零件部分主要包括：
拉深凸模、落料凹模、凸凹模。
（1）落料刃口尺寸的计算
根据凸模与凹模刃口尺寸的确定原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。
具体尺寸计算如下：
查表3-7（参考文献[4]）知，冲裁刃口的双面间隙Zmin=0.10mm,
Zmax=0.13mm。
查表3-18知，凸、凹模的制造公差值：
δ凸=0.035mm,δ凹=0.050mm。
校核：
Zmax-Zmin=0.03δ凸+δ凹=0.085
不满足Zmax-Zmin≧δ凸+δ凹条件，故凸模和凹模可以采用配合加
工的方法制作。
对于工序图中未标注公差尺寸R198，可查表得其尺寸的极限偏差Δ=
0.30mm。
查系数值表3-19（参考文献[4]）有χ=0.5。
对于工序图中未标注公差尺寸330，可查表得其尺寸的极限偏差Δ=1.60mm。
查系数值表3-19（参考文献[4]）有χ=0.5。
现以凹模为基准件，根据凹模磨损后的尺寸变化情况，将工序图中的各尺
寸进行分类：
磨损后变大的尺寸：
198
。
磨损后不变的尺寸：
330±1.60。
凹模刃口尺寸计算如下：
第一类尺寸
198凹=（198-0.5×0.30）
=197.85
mm
第二类尺寸e凹=D中间尺寸±
330凹=330±
×1.6=330±0.2mm
凸模由凹模的实际尺寸按间隙要求配作，其双面间隙为0.10~0.13mm（保证双面最小间隙即可）。
（2）拉深工作部分尺寸计算
拉深凸模和凹模的单边间隙按式Z/2=1t计算，Z/2=0.8mm。
由于拉深件的公差为IT14级，故凸凹模的制造公差可采用IT10级精度，为
δ凸=δ凹=0.23mm。
由零件图可知，制件尺寸标注在外形，这以凹模尺寸为基准，通过减少凸模尺寸以保证间隙，其相应的凸凹模尺寸的计算如下：
=（400-0.75×1.4）
=398.95
=（400-0.75×1.4-1.6）
=397.35
凸模和凹模的圆角半径：
①凹模的圆角半径r凹按式r凹=20t=16mm。
②凸模的圆角半径r凸等于工件的圆角半径，即r凸=r=15mm。
4.2模具总体设计
4.2.1模具结构形式的选择
冲压工艺确定之后，应通过分析与比较，尽量选择合理的模具结构形式，让它尽可满足以下要求：
能够冲出合乎技术要求的工件；
能够满足需要的生产率；
使模具制造和修模尽可能方便；
使模具的寿命足够长；
使模具易于安装调解，且操作方便、安全。
（1）模具结构的形式
在确定采用复合模后，便考虑采用正装式还是倒装式复合模。
大多数情况优先采用倒装式复合模，这是因为倒装复合模的冲孔废料可以通过凹凸模，从压力机工作台孔中漏出。
工件由上面的凹模带上后，由推件装置推出，再由压力机上附加的接件装置接走。
条料由上模的卸料装置脱出。
这样操作方便而且安全，能保证较高的生产率。
而正装式复合模，冲孔废料由凸模带上，再由推料装置推出，工件则由下模的推件装置推出，条料由上模卸料装置脱出，三者混杂在一起，如果万一来不及排除废料或工件而进行下一次冲压，就容易崩裂模具刃口。
因此，这副盥洗池毛坯复合模采用倒装式结构。
（2）推件装置
在正装式复合模中，冲裁后工件嵌在下模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。
刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。
但在冲裁时，刚性推件装置虽工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比弹性推荐装置时要低些。
根据生产实际经验，用刚性推件装置已能保证盥洗池展开的所有尺寸精度，又考虑到刚性装置结构比较紧凑，维护方便，故这副模具采用刚性推件装置。
（3）卸料装置
复合模冲裁时，条料将卡在凹凸模外缘，因此需要在下模装卸料装置。
在下模的弹性卸料装置有两种形式：
一种是将弹性零件，
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