1、加工油封壳的落料、拉延、冲孔复合模具设计摘 要加工油封壳模具是集落料丶拉延丶冲孔三道工序为一体的复合型模具。经过一系列相关资料的查询，推算出该工件可以用复合模具一次成型，大大提升生产效率，并且质量也能达到所需要求。本次模具设计通过工艺分析，进而确定了工艺方案，计算出了模具工作部分的尺寸，同时也对零件结构进行了设计。然后确定进料方向及定位方式，确定卸料方式。最后根据各个零件的不同要求制定加工工艺。关键词：复合模，分析计算，模具结构设计，压力机BLANKING, DRAWING, PUNCHING COMPOUD DIE DESIGN OF PROCESSING OIL SEAL SHELLABS
2、TRACTOil seal shell mold colony is designed to be expected to gather the blanking, stretching, punching three processes into a composite mold. After some inquiries of relevant information, the projection of the available models of oil steel mold a molding compound. And the mold compound greatly impr
3、oved production efficiency, product quality could meet the necessary requirements. The grinding tool design process scheme was determined by the technology analysis. It calculated the size of the mold work part, as well as for parts structure design. And then it determined the feeding direction and
4、positioning way, so as to the discharge mode. In the end, it determined technology process according to the different requirements of various parts.KEY WORDS: composite modulus;，analysis ，design of mold structure， press machine目 录前 言 1第 1 章 工艺分析 21.1 工件的工艺性分析 .21.1.1 工件图 21.1.2 工件的工艺性分析 2第 2 章工件主要设计
5、计算 32.1 工件分析 32.1.1 毛胚的尺寸 32.1.2 零件拉深次数 32.2 排样图设计 32.2.1 确定排样方案 .32.2.2 排样方法 .42.2.3 搭边与搭侧边 .52.2 4 条料宽度 62.2.5 材料利用率 6第 3 章 主要工艺参数计算 83.1 工序压力的计算 83.1.1 冲裁力的计算 83.1.2 卸料力、推件力及顶件力的计算 83.1.3 拉深力的计算 .103.1.4 冲孔力的计算 113.1.5 压边力的计算 123.2 压力机所需总冲压力的计算 133.3 冲压设备的选择 .13第 4 章 凸模与凹模工作部分尺寸的计算 154.1 冲裁模工作部分尺
6、寸计算并确定其制造公差 154.1.1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 154.1.2 刃口尺寸的计算方法 164.1.3 刃口尺寸计算 18第 5 章 模具结构设计 205.1 主要零部件的选用及设计 205.1.1 模架的选用 225.1.2 上、下模座 225.1.3 凸凹模固定板与垫板 235.1.4 凸凹模具垫板 245.1.5 模柄的设计 255.1.6 导柱和导套 265.1.7 卸料装置 265.1.8 凸模与凸凹模的设计 275.1.9 凹模的设计 275.2 导向方式的选择 .285.3 弹性体的选择 .28第 6 章模具的装配 296.1 模具总体结构设计 296.2 模具
7、装配 296.3 组件装配 296.4 组装上模 306.5 组装下模 306.6 调整间隙 306.7 安装其他辅助零件 306.8 装配后检查 30结 论 31谢 辞 32参考文献 33前 言模具在现代生产中，基于它特定的形状通过一定的方式使原材料成形，是各类工业产品的重要的工艺制造设备。模具设计与制作要求：尺寸准确，表面光滑；寿命高；成本低；适用于大批量生产；复合符合经济效益。我们生活中很多产品都是通过模具生产出来的。例如一些汽车飞机等的零件大部分由模具产出。随着现代化工业和科学技术的发展，人们对工业产品要求越来越高，模具的应用领域也越来越广，其适用性也越来越强，已成为工业国家制造工艺水
8、平的标志和独立的基础工业体系。我国模具工业发展非常迅速，但与工业发达国家相比还有一定的差距。在设计模具结构和选择相关参数的时候，应该考虑到材料刚性，它的导向性，定位方法是否合理，还要注意它的间隙大小，卸料机构等要素。模具上的磨损件更换便捷。所以如何改进其制造技术，提高其生产效率，降低成本，提高产品在市场的竞争力已经成为在工业生产中深入研究的课题。第 1 章 工艺分析1.1 工件的工艺性分析1.1.1 工件图图 1-1 工件图1.1.2 工件的工艺性分析图 1-1 所示的是油封壳零件，材料为 Q215 碳素结构钢厚度为 1.5mm,折弯内角为 R2mm。该零件结构简单对称，是典型的拉深件。其成型
9、工艺为落料，拉深，冲孔。拉深件的圆角半径要适合，通过查表可知一次拉深成型。该零件材料为 Q215 碳素钢，具有足够的强度和良好的冲压性能，适合冲裁拉深。第 2 章 工件主要设计计算2.1 工件分析2.1.1 毛胚的尺寸由已知条件知毛胚直径 D 为 97 2.1.2 零件拉深次数零件的总拉深系数 =d/D=83.5/97=0.86,大于 =0.55，则该零件一次拉深总m1m可达到效果。2.2 排样图设计制件在条料、带料或者板料上的布置方法叫做排样。排样是冲压模设计中必不可少的一项工作。从经济上来说，材料费用占 60%70%，故排样方法对材料的利用至关重要，而且对制件质量、模具结构、生产率以及制件
10、寿命也有非常重要的影响。因此我们需要全面分析影响排样的各种因素，对各种方案进行比较，从而选出最佳的排样。2.2.1 确定排样方案冲压件的排样方法主要是根据材料的经济利用率来确定，排样是否合理主要根据工件的面积与板料面积的比值来决定。搭边是工艺废料但对冲压工艺也有很大作用。由于条料宽度误差、送料时的步距误差等会产生残次品,搭边就是补充送料误差，保证切口表面质量。2.2.2 排样方法1.有废料排样：工件与工件之间，工件与条料侧边之均有搭边。如图 2-1（a)2.少废料排样：工件与工件之间有搭边存在，工件与条料之间无搭边 存在。如图 2-1（b）3.无废料排样：工件与工件之间，工件与条料之间均无搭边
11、存在。如图 2-1（c）按工件排样方式可分为：直排，斜排，混合排，对排，多排。(a) 有废料排样(b) 少废料排样(c) 无废料排样图 2-1 排样方法2.2.3 搭边与搭侧边排样的时候，俩个制件之间或者制件与条料的边沿会产生剩余的废料，称它为搭边。1.搭边的作用：(1)冲压过程中送料的时候会产生误差，条料的宽度也会有误差，这样容易产生次品，为了保证制件质量，用于弥补定位时候产生的误差；（2）送料的时候，应该考虑到条料的强度和刚度，搭边可以保证送料正常进行；冲裁的时候沿所化的轮廓线冲裁，从而保证条料均匀受力，提高产品质量和寿命。搭边虽然是废料，秉着经济的原则应该减少，但如果搭边太小的话，容易增
12、加模具人口的磨损，影响制件的表面质量。一般来说搭边值由经验确定。考虑： （1 )材料的力学性能。搭边值的数值大小与材料的塑形成正比，与材料的强度成反比。（2）材料的厚度与搭边值成正比。（3 )工件的形状和尺寸。当一个工件形状比较复杂的时候，它的圆角半径会比较小而且搭边值比较大。（4 )对排的搭边值通常大于直排的搭边值。（5 )手工送料的时候，有侧压板导向拥有较小的搭边值。 表 2-1 搭边与侧搭边圆形或者类似圆形制件材料厚度 t/mm 1aa0.25 1.8 2.06.5 0.0150.04 0.025 0.030铝、铝合金 0.0300.080 0.0300.70纯铜、黄铜 0.0200.0
13、60 0.0300.090由表 3-1 可知 =0.02500.060 取 =0.04。xKxK则lxF=0.04190.06KN=7.60KN2. 推件力的计算（1）lttFnK式中：n 冲件数，n=1推件力安全系数tK由表 3-1 可知 =0.05 t则lttFnK=10.05190.06KN=9.50KN3 顶件力 的计算dFldFK式中： 顶件力的安全系数dK由表 3-1 可知 =0.060d则ldFK=0.06190.06KN=11.4KN3.1.3 拉深力 的计算拉F拉深力 的计算拉 bdtKF拉式中: K修正系数d拉深件直径，单位为 mmt板料的厚度，单位为 mm 材料的强度极限
14、，单位为bMPa表 3-2 圆筒形件带压边圈的拉伸系数表 3-3 修正系数 K 的数值1m0.550 0.570 0.60 0.620 0.650 0.670 0.70K1.00 0.930 0.860 0.790 0.720 0.660 0.60n0.70 0.720 0.750 0.770 0.80 0.850 0.9021.00 0.950 0.90 0.850 0.80 0.70 0.60取修正系数 k=1 bdtKF拉=13.1483.5mm1.5mm340 MPa=133.7KN3.1.4 冲孔力的计算 tdKF冲式中: K修正系数d拉深件直径，单位为 mmt板料的厚度，单位为 m
15、m 材料的强度极限，单位为tMPabdtKF冲=1.33.1461mm1.5mm320=119.5KN3.1.5 压边力 的计算YFApF压式中：A压边面积，单位为 2mp单位面积上的压边力，单位为 MPa表 3-4 单位压边力 p查表 2-4 取 p=2.5 MPa压边面积 A)(42dDA= 22)5.8397(4m=1912.85则压边力 压FApF压=1912.85 2.52mMPa=4.78KN由于模具采用的是弹性卸料装置和下出料方式，所以压力机所需总冲压力为：zF txlzF式中： 冲裁力，单位为 KNlF 卸料力，单位为 KNx 推件力，单位为 KNt根据所求的数据，代入公式得：
16、txlzF=190.06KN+7.60KN+9.50KN=207.16KN3.3 冲压设备的选择冲压设备的选择主要根据总冲压力来做选择。在公称压力大于所需总冲压力的前提下选择合适的压力机。此外还需要考虑模具的尺寸和精度，模具的工艺要求等。该设计中采用开式固定台压力机，型号选用 J2140 型压力机。具体参数如表 3-5 所示：表 3-5 压力机参数序号 项目 J21-401 公称压力 630KN2 滑块行程 80mm3 行程次数 80 -1min4 最大封闭高度 330mm5 封闭高度调节量 70mm6 工作台尺寸(左右前后) 460mm700mm7 模柄孔尺寸（直径深度） 50mm70 mm
17、8 工作台厚度 90mm9 垫板厚度 90mm10 最大倾斜角 3011 电动机功率 5.5KW第 4 章 凸模与凹模工作部分尺寸的计算4.1 冲裁模工作部分尺寸计算并确定其制造公差4.1.1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则1.实际生产中的经验(1)因为凹模与凸模之间存在间隙导致落料与冲孔时会产生锥度。(2)在计算设计模具的时候，落料过程是根据工件大端尺寸计算设计；冲孔时根据工件小端尺寸设计计算。(3)冲裁过程中，由于凹模与凸模都会跟工件或条料产生摩擦，随着摩擦的过程，凸模与凹模的尺寸也会发生变化。凸模越小，凹模越大，导致它们之间的间隙也会变大。2.在进行模具刃口尺寸及其公差的设计计算过程中，我
18、们要注意以下俩点：(1)在进行落料工序的时候，我们要通过已知的落料件的尺寸来计算凹模尺寸，然后在凸模上调整计算间隙，进行冲孔设计时正好相反。(2)由于模具在落料与冲裁时会产生磨损，在设计时候，应该把凹模基本尺寸取较小值；在对冲孔凸模进行设计时，应该在合理范围内取较大值。4.1.2 刃口尺寸的计算方法因为模具加工方式与刃口尺寸计算公式的差异，所以有 2 种刃口尺寸的加工方法,即凹模与凸模装配在一起的加工方法和凹模凸模分离的加工方法。凹模凸模分离的加工方法是按照条件所给的尺寸与公差加工，通过凹模刃口尺寸来确定间隙，并且凸模与凹模的刃口尺寸与公差各自标注。这种方法的优势是具有互换性，它的缺点是冲裁间
19、隙受到限制，比较适合形状比较简单的冲压件。此冲压件是连续模加工的，所以有简单形状的冲裁也有复杂形状的冲裁，所以简单形状的采用这种计算方法。为了使初始间隙在合理范围内，需要满足下列条件： + pdminaxZ式中：凸模的制造偏差，取负值；p凹模的制造偏差，取正值。d像圆形件这一类结构简单的冲压件比较容易制造而且精度要求也不高制造公差可取 IT8-IT6。若 + ，pdminaxZ可取 =0.4（ ）、 =0.6（ ）作为模具的凸模、凹模pminaxZinax的制造偏差。图 4-1 落料凸凹模的工作部分尺寸的确定dxDd0ma)(in)(pZdp式中：落料凹模基本尺寸，单位为 mmdD落料外径的最
20、大极限尺寸，单位为 mmmax最小初始双面间隙，单位为 mminZ冲裁件制造公差，由表 3-1 取 =0.2磨损系数，其值在 0.51 之间，与冲裁件精度等级有关，可 x按冲裁件的公差值选取，工件公差 由表 3-1 查取。或者按 照冲裁件的公差等级来选取：若制件公差为 IT10 以上，取 =1mmx若制件公差为 IT13IT11，取 =0.75mm若制件公差为 IT14 以下时，取 =0.5mmx表 4-1 磨损系数材料厚度 工 件 公 差 1 0.16 0.170.35 0.36 4 0.30 0.310.59 0.60 500 -0.050 +0.0704.1.3 刃口尺寸计算1.落料刃口
21、尺寸的计算：查标准公差值如表 4-1：由表 4-1 查磨损系数：x=0.5；由表 4-2 查得凸凹模制造偏差： =-0.025mm, =+0.035；板料厚度 t=1.5，材料为 Q215 的pd=0.132mm， =0.240mm。minZaxmZ由于 + =0.06 =0.24-0.13=0.11pdminaxZmmdD0a)(= mm35.87.-9）（= 0356mm0min)(pZdp= mmiaxpD（= mm025.-136.9）（= mm.-4）（2.拉深部分凹凸模尺寸的计算：一次拉深时的单边间隙为 c=（1.52）t，取 c=1.5。拉深件凸凹模制造偏差 =0.035， =-
22、0.025,；拉深件基本尺寸公差 =1。dp 02c-0.75Dpp ）（= 05.-613.84）（ = 025.-ddD0.7）（= 35.8.-5）（= 03.4其中，拉深模的圆角半径 = =2mm。1drp3.冲孔凹凸模工作尺寸计算 03.0min2.0i 61)(ddpZxpp第 5 章 模具结构设计5.1 主要零部件的选用及设计5.1.1 模架的选用模架包括上下模座，导向装置，模柄（或 T 形槽）。上模座与压力机快通过模柄（或 T 形槽）连接在一起；用螺钉把下模座固定在压力机的工作台上。角导柱导套对模架的基本要求：1.要有足够的强度和硬度；2.要有足够的精度，如上下模座要平行，导柱
23、和导套中心要与上下模座垂直，模柄要与上下模座垂直等；3.上下模之间的导向要精确。模架主要分为滑动导向模架和滚动导向模架。滑动导向模架的导套是间隙配合，分为两类：H7/h6,H6/h5。如果按照导套的数量和导柱分布位置分类的话可以分为后侧导柱导套模架，中间导柱导套模架，对角导柱导套模架和四导柱导套模架。它们各有自己的优缺点，可以根据自己的需求进行选择。例如后侧导柱导套模架，它的优点是能从三个方向进行送料，并且很容易操作，缺点是导向情况不好，适用于导向需求不是很严格的情况。如果追求导向精确的话可以选择中间导柱导套模架和对角导柱导套模架，因为它们的导柱中心都在压力中心上，所以导向情况略好，但是操作不
24、是很方便。对于那些对导向要求很高而且偏移很大的大型冲模，四导柱导套模架是个不错的选择。由于四导柱导套模架导柱对称分布在四个角，所以它的导向很好而且很精确，缺点是结构比较复杂。滚动导柱模架是通过导柱和导套之间的滚珠进行滚动导向的，所以它的精确度很高而且寿命很长，常用于高速精确冲裁等精密级模具冲压。模具的闭合高度与压力机的装模高度有关系，指的是模具闭合的时候上模座到下模座的距离加上上下模座模板的高度。中间导柱圆形模架适合大批量生产，而且比较适合本次设计模具结构，此外它的装配操作比较方便简单。如图 5-1 所示。所选模架具体参数如下凹模周界 ：200mm0D闭合高度(参考) 最小：200mm闭合高度
25、(参考) 最大：265mm上模座 数量 1 规格：200mm200mm45mm下模座 数量 1 规格：200mm200mm50mm 导柱 数量 2 规格：35mm210mm 导套 数量 2 规格：35mm115mm43mm导柱和导套尺寸的标准参数可以通过查表获得，而且要注意当冲模处于最低位置的时候，导柱上端与上模座的距离要大于 10mm,下端与下模座底面的距离为1.5mm 左右。导套与导柱和模座之间都是过盈配合，导柱和导套之间是间隙配合。图 5-1 模架图 5-1 中间导柱圆形模架5.1.2 上、下模座模座是模具的结构基础，它由上下模座组成，模具的零件都装配在模座上。上下模座分别由模柄和 T
26、形槽固定在冲床滑块和工作台上。上下模座的外形尺寸根据凹模的尺寸确定。应该注意的是矩形模座的宽度要略微大于凹模宽度。选择模架时，上下模座尺寸已确定，上模座尺寸为 200mm200mm45mm，下模座尺寸为 200mm200mm50mm，如图 5-2、5-3 所示。图 5-2 上模座图 5-3 下模座5.1.3 凸凹模固定板与垫板当凸凹模的尺寸较小时，可以考虑选择凸凹模固定板来进行固定。凸模固定板的外形尺寸根据凹模的边界尺寸设计，厚度可按公式(0.60.8) 选取， 为dHd凸模厚度。材料通常选用 45。在进行凸凹模固定板的设计时，其平面尺寸除应保证凸凹模的安装外，还要有足够的尺寸来安放螺钉和销钉，结构如图 5-4 所示。图 5-4 凸凹模固定板5.1.4 凸凹模具垫板图 5-5 凸凹模垫板5.1.5 模柄的设计模柄如图所示它是一个柄状零件，它被安装在上模座上。根据模柄与压力机的连接方式可以分为这几类：压入式，凸缘式，旋入式，浮动式。应用最为广泛的是压入式。模柄的作用是使上模能够放在压力机的正确位置，并模柄还承担一个力的传动作用。装配模柄时，要保证模柄圆柱面与上模座水平面垂直，其误差不大于 0.05mm，结构如图 5-6 所示。图 5-6 模柄
