阶梯盖落料拉深模.doc

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新疆工程学院机械工程系

2013届毕业生毕业设计

题目：

阶梯盖零件落料拉深模具的设计

专业：

计算机辅助设计与制造

班级：

CAD10-11班

学号：

姓名：

孔春雷

指导教师：

陆亦工

完成日期：

2013年4月15日

毕业设计任务书

设计任务与内容（论文要阐述的主要问题）

1、运用大学期间所学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，正确地解决冲压模具设计中的工艺分析、工艺方案论证、工艺计算、模具结构设计和零件设计等问题。

2、提高结构设计的能力。

通过所给产品进行该产品模具设计，获得根据所生产制品来设计出经济高效、省力合理且能保证加工质量的模具的能力。

3、进行技术方面和经济方面的工艺分析。

4、确定工序过程安排、排料方案的确定和最佳模具结构的工艺方案。

5、进行冲裁压力、卸料力、材料利用率、模具压力中心、弹性装置的选用与计算、凸凹模刃口工作尺寸及公差的确定，模架的选取及确定。

6、对所选用的压力机冲压力校核和封闭高度校核等有关工艺参数校核。

7、熟练掌握查阅手册图表资料文献。

充分利用与本冲压设计有关的各种资料，做到科学合理地熟练运用。

论文（设计）完成后要提交的材料

1.设计计算说明书：

设计说明书一份，不少于1.5万字。

2.图纸部分：

装配图1张（0号或1号），除标准件之外的所有零件图。

3.工艺卡片：

1）冲压模具装配工艺卡片

2）凸凹模加工工艺卡片

4.所选冲压设备的主要技术参数表

专业负责人签章：

年月日

发题时间：

2013年1月6日

目录

产品图 -1-

摘要 -2-

1序言 -3-

1.1冷冲压 -3-

1.1.1冷冲压的概念 -3-

1.1.2冷冲压的特点 -3-

1.1.3冷冲压的分类 -4-

1.1.4冷冲压技术的应用 -4-

1.1.5冷冲压模具的组成 -5-

1.2冲压技术的现状及发展方向 -6-

1.2.1冲压成形理论及冲压工艺方面 -6-

1.2.2冲模的设计与制造方面 -8-

1.2.3冲压设备和冲压生产自动化方面 -10-

1.2.4冲压标准化及专业化生产方面 -11-

2零件的工艺性分析 -13-

2.1零件基本情况 -13-

2.2工艺性分析 -13-

2.2.1材料分析 -13-

2.2.2尺寸精度分析 -13-

2.2.3冲压工序分析 -14-

3冲压方案和模具类型的确定 -15-

3.1冲压方案的确定 -15-

3.2复合模 -16-

3.2.1复合模的特点 -16-

3.2.2复合模的设计要点 -16-

4毛坯的选择 -18-

4.1修边余量的确定 -18-

4.2毛坯尺寸计算 -18-

4.3拉深次数的确定 -18-

5必要的工艺计算 -20-

5.1排样设计计算和排样图 -20-

5.1.1排样的原则 -20-

5.1.2排样方法 -20-

5.1.3排样图 -21-

5.2冲压力的计算及初选压力机 -22-

5.3模具压力中心的确定 -22-

5.4尺寸计算 -23-

5.4.1尺寸计算的原则:

-23-

5.4.2间隙的确定 -23-

5.4.3落料刃口尺寸计算 -24-

5.4.4落料凹凸模尺寸计算 -25-

5.4.5拉深凸凹模尺寸计算 -26-

5.5模具闭合高度 -26-

6冲压设备的选择及校核 -27-

6.1校核 -27-

6.2选定设备 -27-

7凹凸模加工工艺和模具装配 -29-

7.1制定凸凹模加工工艺过程 -29-

7.2模具的装配 -30-

7.2.1冲模装配工艺要点 -30-

7.2.2有导柱复合模装配要点 -30-

7.2.3模具装配过程 -31-

总结 -34-

致谢 -35-

参考文献 -36-

附录:

工艺卡片 -37-

产品图

摘要

本课题主要是外壳落料拉深模具设计，冲压方案及压力机的选用。

为企业解决实际的问题。

本课题的设计综合运用了我们所学的机械制图、冷冲压工艺与模具设计、模具设计与制造、冲压模具简明设计手册、公差配合与技术测量基础、冷冲压模具设计指导等专业理论知识、通过设计提高了我的基础理论知识和查阅各种资料的综合分析的能力，使我得到了一次运用所学知识的综合训练。

关键词：

阶梯盖落料拉深模具冲压方案

1序言

1.1冷冲压

1.1.1冷冲压的概念

冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要的零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。

因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。

又因为它主要是用板料加工成零件，所以又称板料冲压。

冷冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料。

1.1.2冷冲压的特点

冷冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。

主要有：

1）冷冲压是少、无切屑加工方法之一，是一种省能、低耗、高效的加工方法，因而冲压件的成本较低；

2）冷冲压件的尺寸公差由模具保证，具有“一模一样”的特征，所以产品质量稳定；

3）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件；

4）冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，其生产率高、操作简便、易于实现机械化和自动化。

由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属于单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高的特点，生产成本比较高。

所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成型加工的优点才能充分体现出来，从而获得好的经济效益。

由于冷冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能的不同，其冲压方法多种多样，但慨括起来可分为分离工序和变形工序两大类。

分离工序是将冲压件和毛坯沿一定的轮廓互相分离；变形工序是材料不产生破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，成为所以需要的形状及尺寸的制件。

1.1.3冷冲压的分类

冷冲压可分为五个基本工序：

1）冲裁使板料实现分离的冲压工序；

2）弯曲将金属材料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的冲压工序；

3）拉深将平面板变成各种开口空心件，或者把空心件的尺寸作进一步改变的冲压工序；

4）成形用各种不同的性质的局部变形来改变毛坯形状的冲压工序；

5）立体压制（冲积冲压）将金属材料体积重新分布的工序。

1.1.4冷冲压技术的应用

目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还有一定差距，主要原因是我国在冲压基础理论及成型工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家上有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。

在现代工业生产中，由于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压产品正朝着复杂化、多样化、高性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化、高效率、长寿命方向发展。

因此各工业部门对冲压技术的发展也提出越来越高的要求。

1.1.5冷冲压模具的组成

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。

概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分

组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

1.2冲压技术的现状及发展方向

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。

其主要表现和发展方向如下：

1.2.1冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。

目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。

特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。

这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。

研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。

目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。

其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达，精度可达级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。

无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。

1.2.2冲模的设计与制造方面

在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:

一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。

目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。

我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达，进距精度，总寿命达1亿次。

我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。

计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。

其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。

高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为）,加工精度一般可达，最好的表面粗糙度），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到,加工精度可达，表面粗糙度达;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。

此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。

利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。

如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。

一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。

1.2.3冲压设备和冲压生产自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。

为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。

如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达以上。

在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。

冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。

其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。

特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。

FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。

同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。

1.2.4冲压标准化及专业化生产方面

模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。

因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。

因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。

目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。

模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。

我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。

但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。

另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。

2零件的工艺性分析

2.1零件基本情况

零件简图：

见下面（零件图）

生产批量：

大批量

材料：

10钢

材料厚度：

图2.1

零件为一旋转体，其形状特征表明，它是一个无凸缘的圆筒形件。

2.2工艺性分析

2.2.1材料分析

零件材料为10钢，其塑性韧性较好，抗剪强度为310MPa，抗拉强度为390MPa，利于各种工序的加工。

2.2.2尺寸精度分析

从零件图上看，其尺寸公差要求不高，故精度不高，属于回转体零件，其未注公差按IT10级处理，既能满足设计要求，又给模具制造带来了很多方便。

2.2.3冲压工序分析

冲压工序可分为单工序冲压、复合工序冲压和连续冲压。

单工序冲压是在压力机一次行程中完成一道工序；复合工序冲压是在压力机一次行程中，在模具的同一位置同时完成两道或两道以上工序；连续冲压是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模，在冲压过程中，条料在模具中依次在不同的工序位置上，分别完成冲件所要求的工序，除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个（或几个）冲压件。

组合冲压工序比单工序冲压生产效率高，加工的精度等级高。

零件形状尺寸通过落料、拉深、整形等冲压工序获得。

该零件尺寸采用的10钢板冲压而成，可保证足够的刚度和强度。

拉深件底部及口部圆角半径偏小，故应在拉深后另加整形工序，并用制造精度较高，间隙较小的模具来进行加工。

3冲压方案和模具类型的确定

3.1冲压方案的确定

冲压方式根据下列因素确定：

1）根据生产批量来确定一般来说小批量与试制生产采用单工序冲压，中批量和大批量生产采用复合冲裁或连续冲裁。

2）根据冲压件尺寸和精度等级来确定复合冲压所得到的冲压件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲压的定位误差，并且在冲压过程中可以进行压料，冲压件较平整。

连续冲压比复合冲压的冲压零件尺寸精度等级低。

3）根据对冲压件尺寸形状的适应性来确定冲压件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲压或连续冲压。

对于尺寸中等的冲压件，由于制造多副单工序模具的费用比复合模昂贵，则采用复合冲压；当冲压件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲压或单工序冲压，宜采用连续冲压。

所以连续冲压可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲压件，且可冲压的材料厚度比复合冲压时要厚，但连续冲压受压力机台面尺寸与工序数的限制，冲压件尺寸不宜太大。

4）根据模具制造安装调整的难易来确定对复杂形状的冲压件来说，采用复合冲压比采用连续冲压较为适宜，因为模具制造安装调整较容易，且成本较低。

5）根据操作是否方便与安全来确定复合冲压其出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲压较安全。

工序的组合和顺序确定

外壳的全部基本工序为：

落料拉深整形

方案一：

落料与拉深复合，其余按基本工序；

本方案虽然符合加工工序，但工序过多，效率过低

方案二：

落料与拉深复合，整形一起；

本方案工序少，能较好保证工件尺寸精度，生产效率也能保证，选此方案比较合理

方案三：

采用多工位级进模或在自动压力机上冲压；

采用此方案，生产效率高，但模具结构复杂，制造周期长，成本高，故只有大批量生产中才适合，适合精度高的工件

综上所述，结合零件尺寸和形状特点和经济性考虑，故采用方案二:

复合模。

3.2复合模

3.2.1复合模的特点

1）冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一致性好；

2）冲件表面较为平整；

3）适宜冲薄料，也适宜冲脆性或软质材料；

4）可充分利用短料和边角余料；；

5）冲模面积较小。

3.2.2复合模的设计要点

1）复合模中必定有一个（或几个）凸凹模，凸凹模是复合模的核心零件。

冲件精度比单工序模冲出的精度高，一般冲裁件精度可以达到IT10、IT11。

2）复合模冲出的制件均由模具型口中推出，制件比较平整。

3）复合模的冲件比较复杂，各种机构都围绕模具工作部位设置，所以其闭合高度往往偏高，在设计时尤其要注意。

4）复合模的成本偏高，制造周期长，一般适合成产较大批量的冲压件。

5）设计复合模时要确保凸凹模的自身强度，尤其要注意凸凹模的最小壁厚。

6）复合模的推件装置形式多样，在设计时应注意打板及忒块活动量要足够，而且二者的活动量应当一致，模具在开启状态推块应露出凹模0.2～0.5mm。

7）复合模中适用的模柄有多种形式，压入式、旋入式、凹缘式、浮动式等均可选用，应保证模柄装入模座后配合良好，有足够稳定性，不能因为设置退料机构而降低模柄强度，或过度增大模具闭合高度。

4毛坯的选择

根据零件材料对加工工艺性能和力学性能的要求，以及零件的形状结构和尺寸，生产类型和生产条件和经济性。

落料毛坯采用10钢型材。

4.1修边余量的确定

零件各尺寸应以零件厚度的中线尺寸代入计算

查表4.2.2《冲压工艺与模具设计》

4.2毛坯尺寸计算

计算工件面积

计算毛坯直径

4.3拉深次数的确定

确定能否一次拉成

查表4.29《冲压模具简明设计手册》

故工件可一次拉深。

若采用接近于极限的拉深系数进行拉深，则需