毕业设计盒形零件冲压工艺与模具设计文档格式.docx
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IV
Abstract
Inrecentyears,theuseofbox-shapedpartsismoreandmorewide,whichmakesthediedesignbecomesparticularlyimportant.Owingtothestressanddeformationofthebilletdistributingunevenlyalongtheperipheryduringbox-shapedpartsstampingprocess,itproposesnewrequirementsfordietechnologyoftheboxparts.
First,thisarticlereviewedthedevelopmentofapplications,technologycharacteristics,formingprincipleforthestamping.Then,tostarttechnologyanalysis,constituteprocessscheme,calculateblankdimensionandrelatedtechnologicalforceforthebox-shapedparts.Forthemostimportant,thearticledesignedeachdiepartsstructureaccordingtothebox-shapedpartstructure,drawnpartsdiagramandmoldassemblydiagram.
Thebox-shapedpartsmakeof08steel.Ithaslowstrength,andhardness,hightoughnessandductility,itissuitablefordeepdrawingpartsmanufacturing.Itsstraightwallisnottoohigh,andcanbecompletedbyadeepdrawing,butthecylindricaldrawingpartsclosetothepunchingparts.Inordertoimprovethelifeofstampingformingequipment,toguaranteepartsquality,thearticlegetthefinishedboxpartsbytheblanking-drawingcompounddie,cylinder-shapeddrawingdieandthepunchingdie.andproposeimprovementmeasuresforpossibledefects.
Inthebox-shapedpartsformingprocess,thecomplexityoftheblankflowdeterminestheimportantofthebox-partedpartstryoutprocess.Intheactualproductionofthebox-shapedpart,forthesakeofremovingtheworkpiecedefects,itadjuststhecornerradiusofapunchanddie,gapsizeandtheblankholderforceonthebasisoftestmoldresults.
Keywords：
Stampingprocess;
Thebox-shapedparts;
Drawing;
Molddesign
目 录
1绪论 1
1.1冲压工艺的发展优势 1
1.2冲压成形的主要方法 1
1.3冲压成形缺陷 2
1.4冲压成形的设备 3
1.4.1冲压加工设备 3
1.4.2冲压加工模具 4
1.5模具设计的研究方向 4
1.6冲压模具的发展趋势 5
2设计课题及分析 6
2.1设计课题 6
2.2工艺性分析 6
2.2.1材料性能分析 6
2.2.2精度和表面粗糙度分析 6
2.2.3结构工艺性分析 6
2.3工艺方案的选择 7
3工艺计算 8
3.1毛坯尺寸的计算 8
3.1.1修边余量的确定 8
3.1.2毛坯尺寸的确定 8
3.2拉深次数的确定 10
3.2.1矩形盒拉深 10
3.2.2圆筒形拉深 11
3.3排样形式和材料利用率 12
3.3.1排样形式的确定 12
3.3.2搭边值的确定 13
3.3.3材料利用率的计算 14
3.4冲压力计算 15
3.4.1落料工艺力 15
3.4.2矩形盒拉深工艺力 16
3.4.3圆筒形拉深工艺力 17
3.4.4冲孔工艺力 17
3.5压力中心的确定和压力机的预选 18
3.5.1压力中心的确定 18
3.5.2压力机的预选 18
4模具设计 18
4.1模具类型及结构形式的比较选择 19
4.2凸、凹模刃口尺寸计算 19
4.2.1 落料 19
4.2.2矩形盒形拉深 21
4.2.3圆筒形拉深 23
4.2.4 冲孔 24
4.3模具主要零部件的设计 25
4.3.1落料拉深正装式复合模 25
4.3.2圆筒形拉深模 35
4.3.3倒装式冲孔模 42
4.4模具装配图 48
4.4.1落料拉深正装式复合模装配图 49
4.4.2圆筒形拉深模 50
4.4.3倒装式冲孔模 50
5压力设备的选择 51
6结束语 52
参考文献 53
致谢 54
1绪论
冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。
冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。
冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；
没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。
1.1冲压工艺的发展优势
与其他的机械、塑性等加工方法比较而言，冲压加工工艺在其技术上和经济上具备了诸多的独特优势，具体表现在以下几个方面：
一是冲压加工工艺的操作便利，易于实现工艺的机械自动化。
由于冲压加工工艺的实现是通过冲压模具、冲压设备而完成的，而普通压力机每分钟的行程量可达到几十次，若是高速的压力机每分钟的行程量则可为上百至千次，并且压力机的每次行程都有可能获取一个冲件，从而使其加工工艺的生产效率得到了大大的提高。
二是冲压工艺的质量稳定，具有良好的互换性。
这是因为在进行冲压加工时，冲压模具使其冲压件的形状尺寸的精度得到了良好的保证，冲压件的表面质量通常都会受到较好的保护，再加之所使用的冲压模具的使用寿命较长，从而使得同一冲压模具制成的冲压件具有一模一样的特点。
三是小到秒表大到汽车覆盖，冲压加工工艺可加工出形状复杂、尺寸跨度大的零件，再加上板料在冲压加工工艺过程中的冷变形硬化效应，使其所得冲压件的刚强度比较高。
四是冲压加工工艺是一种省料、节能的加工方法，在其冲压加工过程中几乎没有碎料的产生 ，使得材料的利用率较高，并且在此过程中无需外来其他的加热设备 ，因而所得冲压件的成本也较低。
但冲压工艺的优越性只有在冲压件大量生产的情况下也会得到充分的体现，其所获取的经济效益也会随之体现的更为突出。
1.2冲压成形的主要方法
冲压成形工序按照材料的变形特点可分为：
分离工序、变形工序。
分离工序是指
29
冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，使材料发生断裂而产生分离，从而形成零件（如冲裁、剪切）。
变形工序是指冲压成形时，变形材料内部的应力超过屈服极限σs，使材料产生塑性变形，从而形成零件（如弯曲、拉深、成形、冷挤压）。
按照冲压成形工序的不同组合，可将冲压模具分为：
单工序模、复合模、连续模。
单工序模是指在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。
其模具结构简单，制造周期短，模具通用性好，不受冲压件尺寸的限制即适合于中小型冲压的生产，也适合于一些外形尺寸较大、厚度较厚的冲压件的生产；
但制件精度不高，生产效率低。
根据其特点，单工序模适合于生产一些对精度要求不高，生产批量不大的工件，它能满足研制周期短，开发速度快，制造成本低的发展要求，所以显得非常实用。
复合模是指只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。
由于是在冲床的一次行程内，完成数道冲压工序，因而不存在累积定位误差，使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直，适宜冲制薄料和脆性或软质材料，且生产效率高，模具结构紧凑，面积较小。
但其凸凹模璧厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度。
根据其特点，复合模一般只有在当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整时才选用。
级进模是指在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。
其工序件自动送料，可以自动排除冲件，生产率高，冲裁结构较简单的零件时的工作量和成本比复合模低。
但制件的平整度低，当生产高精度制件时需校平；
生产对制件的定位要求也很高，需要导向和定位装置。
根据其特点，级进模适用于生产精度要求不高，需要大批量生产的情况下。
1.3冲压成形缺陷
冲压成形缺陷的种类很多，冲压成形缺陷大体上分为分离工序缺陷和变形工序缺陷。
分离工序的变形局限于切口区，以剪切变形为主，伴随着撕裂（由于间隙的存在），总之是以板料分离为主要目的，如果出现整体变形，则认为是缺陷或废品。
分离工序的缺陷有断口缺陷、制件整体缺陷等。
变形工序的变形量较大（有的分布于整个制件），如果出现断裂，则认为是废品。
变形工序缺陷是指制件形状、尺寸、几何位置、表面质量不合要求。
以下是对几种常见冲压件的成形缺陷分析。
冲裁件的成形常见缺陷主要有：
毛刺、制件表面翘曲不平，尺寸精度差。
毛刺是由于金属件表面的余屑，冲裁间隙过大、过小或不均匀，刃口钝或模具结构
不当造成的。
制件表面翘曲不平是由于材料在轧制卷绕时产生的内部应力，在冲裁后移到表面造成的。
弯曲件成形常见缺主要有陷有:
回弹（跳），尺寸和形状偏差，弯曲裂纹，表面擦伤，挠曲和扭曲及偏移等。
回弹是指塑性弯曲时伴随有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致。
弯曲裂纹是由于弯曲开裂产生在弯曲变形区的外缘，是在拉应力作用下产生的。
挠曲常发生在宽板弯曲中，弯曲后沿宽度b方向，变形区棱线发生两头翘起，中间凹陷的现象；
窄板在弯曲变形时，中性层外侧材料受拉变长，内侧受压缩短。
扭曲是指弯曲制件沿宽向发生扭转，使两端面投影不能重合。
偏移是毛坯在弯曲变形过程中发生位置改变，使弯棱线偏离预定位置，而造成制件报废；
偏移是弯曲工序中仅次于回弹，而经常出现的质量问题。
杯筒类拉深件的成型常见缺陷主要有：
起皱、破裂与裂纹、回弹。
起皱是由于杯筒类制件的起皱多产生于近凹模口部的法兰边上，是由于周向压应力使板料失稳所致。
破裂与裂纹的产生和径向拉应力超过材料颈缩失稳点有关，所以一切增大径向拉应力的因素都会导致出现该类废品。
方箱类拉深件的成形常见缺陷主要有：
箱壁刚度不足、角处破裂、其它缺陷
（类似与杯筒件）。
箱壁刚度不足是由于箱壁在拉深过程中，压边圈下的法兰边周向压应力为零，料流进模阻力很小，径向拉应力也不大，故该处材料应变量很小，不能产生加工强化，成形后该处在很小外力作用下也会产生大面积弹性变形，有人称此现象为“油壹”的效应。
圆角处破裂是由于为了防止直边刚度差，增大了直边的进料阻力，使成形抗力升高了，所以助长了转角处拉裂倾向。
1.4冲压成形的设备
冲压成形中的设备主要包括有：
冲压加工设备、冲压加工模具。
即压力机和冲模。
1.4.1冲压加工设备
冲压工作是将冲压模具安装在冲压设备上进行的，因而模具的设计要与冲压设备的类型和主要规格相匹配，否则不能工作。
正确选择冲压设备，关系到设备的安全使用，冲压工艺的顺利实施及冲压件的质量，生产效率和模具寿命等一系列重要问题。
冲压设备类型主要根据所要完成的冲压工艺性质、生产批量、冲压件的尺寸大小
和及精度要求等来选择。
第一，对于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件等，主要选用开式机械压力机，开式压力机然刚度不高，并且在较大冲压力的作用下床身的变形会改变冲模间隙分布、降低模具寿命和冲压件表面质量，但由于它提供了极为方便的操作条件和易于安装机械
化附属装置的特点，所以目前仍是中小型冲压件生产的主要设备。
另外，在中小型冲压件生产中，若采用导板模或工作时要求导柱、导套不脱离的模具，应选用行程较小的偏心压力机。
第二，对于大中型冲压件，多选用闭式机械压力机，包括一般用途的通用压力机和专用的精密压力机，双动或三动拉伸压力机等。
其中，薄板冲裁或精密冲裁时应选用精度和刚度较高的精密压力机；
在大型复杂拉深件的生产中，应尽量选用双动或三动拉伸压力机，因而可使所用模具结构简单，调整方便。
第三，在小批量生产中，多采用液压机或摩擦压力机。
液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点，因而特别适应大型厚板冲压件的生产。
由于液压机具有速度低，生产效率不高，造价低廉，以及不易发生超载破坏等特点，因而在小批量生产中常用来弯曲大而厚的弯曲件，尤其适用于技平、整形、压印等成形工序。
但摩擦压力机的行程次数小，生产效率低，而且操作不太方便。
第四，在大批量生产或成形复杂件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。
如表1.1所示是各种冲压加工设备工作的原理及特点。
表1.1各种冲压加工设备工作原理及特点
类型 名 称 工作原理 特 点
摩擦压力机
机械
压 曲柄压力机力
机
高速冲床
液
油压机
压
水压机
利用摩擦盘与飞轮之间相互接触并传递动力，借助螺杆与螺母相对运动原理而工作。
利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。
工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高。
利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。
结构简单，飞轮轮缘磨损大，生产率低。
适用于中小型件冲压加工。
生产率高，适用于各类冲压加工。
生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工位级进模。
压力大，而且是静压力，但生产率低。
适用于拉深、挤压等成形工序。
在选定冲压设备的类型之后，应该进一步根据冲压件的大小、模具尺寸技冲压力来选定设备的规格。
冲压设备规格主要由以下参数确定：
公称压力、滑块行程长度、行程次数、工作台面尺寸、滑块模柄孔尺寸、闭合高度。
1.4.2冲压加工模具
在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备。
对应于相应的成形工序有：
单工序模、复合模和级进模。
1.5模具设计的研究方向
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与进步。
现今，模具设计的主要研究方向归结于以下几个方面：
第一，模具设计更加注重计算机技术与模具技术的结合。
计算机技术与模具技术完美结合（如pro/E、UG等软件的应用，数控技术的发展等），大大减少了模具设计与制造人员的重复劳动，使设计人员可以把主要精力放在创新和开发上。
第二，开发简易制模工艺。
简易制模工艺的研究，为了及时的更新产品的花色品种，降低成本和适应小批量产品生产的要求，开展了简易制模工艺。
第三，实现模具的标准化。
目前发达国家有完美的标准化体系列，包括零件标准和模架标准，国际化组织对一些通用件的使用越来越多，其大大提高了他们的互换性。
1.6冲压模具的发展趋势
在信息化社会和经济全球化不断发展的进程中，模具产品向以大型、精密、复杂、长寿命模具为代表的，方向发展；
模具生产向管理信息化、技术集成化、设备精良化、制造数字化、精细化、加工高速化及自动化和智能控制及绿色制造方向发展。
模具是制造业的重要工艺装备，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。
以下这些模具产业技术前景广阔，经过努力可以取得成果并可以产业化和广泛推广应用的一些关键技术作为模具产业技术[1]。
第一，模具数字化设计制造及企业信息化管理技术。
该技术是国际上公认的提高模具行业整体水平的有效技术手段，能够极大地提高模具生产效率和产品质量，并提升企业的综合水平和效益。
这类高技术含量的模具，与国际先进水平相比，我们尚有差距。
差距主要表现在精度、寿命、制造周期及使用稳定性和可靠性等方面，模具数字化设计制造技术的落后是造成产品落后的最主要原因之一。
第二，大型及精密冲压模具设计制造技术。
模具大型化和精密化一直是重要发展趋势，高强度板和不等厚激光焊接板的冲压成形技术应用已越来越普遍，高强度钢板热冲压成形和大型铝合金板冲压成形技术在汽车生产中的应用也日益增多；
由于高速冲床的运行速度越来越高，集成电路脚距越来越细密，接插件精度越来越高且体积越来越小，因此超精密加工在进一步发展。
大型及精密冲压模具生产技术的提高，不但
能提高汽车和高档电子产品的性能及自主创新能力，还将带动模具行业整体水平的提高。
第三，高档模具标准件生产技术。
模具标准件是模具的基础，广泛使用模具标准件不但能缩短模具生产周期和提高模具质量，而且还能降低模具生产成本及有利于模具维修。
目前我国模具标准件生产落后于模具生产，这里只选取对模具生产影响最大的两种模具标准件作为突破口先行突破，这就是模具用高压氮气缸和温控能达到±
1℃的热流道及系统。
此外，斜锲机构在冲压模中具有十分重要的作用，无油润滑推杆推管在精密塑料模具中也非常重要，也属于应予大力发展的高档模具标准件。
这些产品生产技术的突破，将有助于提升我国大型精密模具的水平。
2设计课题及分析
2.1设计课题
如图2.1所示盒形零件，大批量生产，材料08钢，料厚0.5mm。
制定工件的冲压工艺规程以及进行冲压模具的设计。
2.2工艺性分析
图2.1盒形件的三视图
如图2.1所示为盒形零件的三视图，针对该零件各部分的材料属性、精度公差、形状尺寸作如下工艺性分析。
2.2.1材料性能分析
制件材料为08钢，性能指标见表2.1，是一种碳素结构钢，强度、硬度低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲等冷加工性能，常用来制造拉深件。
表2.108钢力学性能指标
抗拉强度
σb（MPa）
σs（MPa）
（％）
08钢
≥325
≥195
≥33
≥60
此制件用08钢
340
210
35
62
材料
屈服强度
伸长率δ（％）
断面收缩率ψ
2.2.2精度和表面粗糙度分析
除特殊标出的公差尺寸，制件的公差尺寸为IT14级，制件壁厚公差没有特殊要求，一般冲压成形设备即可满足。
尺寸标注时按生产要求只需标注内尺寸。
该制件对表面粗糙度无特殊要求，因而在保证必要的表面质量前提下，允许内、外表面在拉深过程中产生痕迹。
2.2.3结构工艺性分析
该盒形零件的形状对称，但结构比较复杂，存在着正反两个方向的拉深工艺，分别为矩形盒拉深和盒底的圆筒形拉深，以及冲孔工艺。
对于拉深工艺，此制件的两次拉深工艺均可一次拉深完成，零件的工艺性较好；
在保证装配要求的前提下，允许拉深侧壁有一定的斜度。
对于矩形盒拉深，由图2.1知制件底与壁圆角rd=1mm，转角半径r=2.5mm，厚度t=0.5mm，尺寸满足rd≥2t，r≥3t的工艺条件，应力集中程度不大，冲压工艺性良好；
但盒形拉深变形区周边上应力分布不均匀，故制件上口形状不均，拉深后要进行修边。
对于盒底的圆筒形拉深，由图2.1知制件底与壁圆角rd=0.5mm，凸缘与壁圆角r=0.5mm，尺寸不满足rd≥2t，R≥2t的工艺条件，拉深后要进行整形；
且08钢的流动性强，拉深时凸缘部分（即盒形件的底部）存在较大的金属流动，若先冲孔后拉深会导致孔变形，因而不适合采用先冲孔后拉深的工艺方法，应该先进行圆筒形拉深再冲孔。
对于冲孔工艺，冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不足易折断，由于制件材料属于软钢，由图2.1知孔径d=3.3mm，则圆孔满足d≥t的工艺条件，故凸模强度足够，冲
孔工艺性良好；
但制件孔边离拉深壁的距离C=0.85mm，尺寸不满足C≥2t的工艺条件，因而冲孔时拉深壁与凸模易发生接触而导致折断，且其距直壁较近，难以加保护套保
护凸模，因此冲孔凸模的设计是一个有待解决的难题。
综上所述，该盒形零件存在一些工艺性较差的部位，在我们模具设计时应该注意避免盒形件产生成形缺陷及损坏成型设备。
2.3工艺方案的选择
该盒形零件的冲压成形包括落料、矩形盒拉深、反向圆筒形拉深、冲孔、切边、整形等冲压加工工序，包括以
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