1、全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计 传动轴防护罩冲压工艺分析及模具设计ANALYSIS OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS AND DESIGN OF THE STAMPING DIE FOR THE SHELL OFSPEAKER学生姓名：学 号： 200741914624年级专业及班级：2007 级机械设计制造及其自动化(6)班指导老师及职称： 提交日期：2011 年 05 月全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任
2、何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年 月 日目 录摘要 1关键词 11 前言 12 设计任务与分析 32.1 设计任务 32.2 零件工艺性分析 43 计算冲裁压力，压力中心和选用压力机 43.1 材料利用率计算 43.2 计算冲裁力，拉伸力及翻边力 43.2.1 落料力 43.2.2 冲孔力 53.2.3 翻边力 53.2.4 拉伸力 53.3 确定模具压力中心 63.4 选用压力机 64 排样设计 64.1 排样方法的选择 64.2 搭边值的选定 6
3、5 模具工作部分尺寸及公差 75.1 冲裁部分 75.1.1 冲裁间隙 75.1.2 冲裁间隙对冲裁件质量的影响 75.1.3 冲裁间隙对模具寿命的影响 75.1.4 对冲裁力的影响 75.1.5 合理间隙的选用 75.1.6 冲裁工作部分尺寸计算 85.2 翻边部分 85.3 拉伸部分 85.4 切边部分 95.4.1 内切边 95.4.2 外切边 96 确定各主要零件结构设计及相关尺寸 106.1 凸模设计 106.1.1 落料凹模 106.1.2 固定板 106.1.3 切边凸模 116.1.4 拉伸凸模 126.2 凹模设计 126.2.1 落料凸模 126.2.2 落料凸模固定板 1
4、36.3 其他零件结构设计 146.3.1 卸料装置设计 146.3.2 推件装置设计 146.3.3 推板设计 146.3.4 顶出装置设计 156.4 定位设计 166.5 选取上下模板及模柄 166.6 校核合模高度 167 模具的装配要点 168 结束语 17参考文献 18致谢 181传动轴防护罩冲压工艺分析及模具设计学 生：指导老师：摘 要：从金属塑性成形理论上研究冲压成形工艺，并对其中关键工序进行模具设计。传动轴防护罩冲压工艺分析及模具设计，冲压件是某个传动轴两端的防护罩。按传统工艺形成一般需要落料，拉伸，冲孔，翻边和内外修边 6 套模具。整个工艺流程长，生产效率低。为此设计一套传
5、动轴防护罩复合模具，可以高效，稳定快速冲压该零件。关键词：冲压件；传动轴；防护罩；复合模 全套图纸，加 153893706Analysis of the Pechnological Process and Design of the Stamping die for the Shell of SpeakerAuthor :Tutor:2(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: From a theoretical study of metal
6、forming stamping process, Analysis of the Pechnological Process and Design of the Stamping die for the Shell of Speaker, Stamping is a drive shaft at both ends of the protective cover. Formed in accordance with the general needs of traditional crafts blanking, drawing, punching, flanging and trimmin
7、g both inside and outside the 6 sets of molds. The whole process long and low productivity. Designed a set of six composite mold processes can be efficient, steady and rapid stamping of the parts.Keywords: Stampingparts; Transmission shaft; Shield; Compound die1 前言模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%-90%的
8、工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础。模具工业发展的关键是模具技术的进步。模具作为一种附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。当前，人们对冷冲压技术的重视程度越来越高。生产效率高、产品一致性好、应用范围广等特点得到了社会各界越来越多的业内人士的认同，模具制造已经迅速发展成为一个新兴的热门行业，整个模具制造中冷冲压模具占到模具总量的 50%以上。与其他设计，制造方法相比，冷冲压工艺和冷冲模设计制造具有显著的特殊性。从 20世纪后期开始，我国对模具技术和模具工业的发展十分重视，政府陆续给予了很多扶植的政策。现在我国冲压模具的设计与制造能力已达
9、到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 虽然如此，我国的复合模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多功能复合模具，是我国重点发展的精密模具品种。但总体上和国外的多功能复合模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存
10、在一定差距。从 20 世纪末，中国人开始认识到模具的重要性到现在为止，人们已清醒的认识到，在国民经济的各行各业总都需要用模具进行生产制造，模具在制造业总起着极为重要的作用。3据模具工业协会统计报道，从 1997 年开始，我国模具工业总产值已经开始超过机床工业总值居亚洲第二，但进口模具仍为亚洲乃至世界第一，而其中复合模具生产值却只占到模具生产总值的一小部分。我国复合模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国家经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档复合模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简
11、单复合模具，已趋供过于求，市场竟争激烈。据中国模具工业协会发布的统计材料，2006 年我国模具总产值约为 710 亿元，出口 10.41 亿美元,进口 10.49 亿美元。我国模具行业经济活动总还有以下几个特点：（1）总产值中 2/3 为自用，1/3 为商品销售；（2）制造模具的比重为冲压模占 50%，塑料模占 33%，压铸模占 6%，其他占 11%;（3）进口模具的比重为塑料模冲压模；（4）模具进口依次为日本，台湾地区，韩国，香港地区，欧美各国；模具与压力是决定冲压质量、精度和生产效率的两大关键因素。先进的压力机只有配备先进的模具，才能充分发挥作用，取得良好效益。模具的发展方向为：充分运用
12、IT 技术发展模具设计、制造。网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体，实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等 IT 技术的应用，也将推动模具工业的发展；缩短金属成形模具的试模时间。当前，发展液压高速试验压力和拉伸机械压力机，特别是机械压力机上的模具试验时间可减少 80%，具有巨大的节省潜力；车身制造中的级进冲模发展迅速。近年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用。但是，级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比较前的简单内零件。当前冲压模具技术发展呈现三大特点：一是效益高，二是成本低，三是安全可靠。改革开放以来，随着国民经济
13、的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡” ；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到4产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力
14、。一些国内模具企业已普及了二维 CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件，个别厂家引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并成功应用于冲压模的设计中 1。2 设计任务与分析2.1 设计任务零件简图：如图 1 所示生产批量：小批量材料：08F材料厚度：1.5mm精度要求：低图 1 工件图Fig.1 Workpiece如图所示冲压件是某传动轴两端的防护罩，材料为 08F,厚度为 1.5mm，精度要求不高。按传统工艺成形，一般需落料、拉伸、冲孔、翻边和内、外修边 6
15、套模具，或落料拉伸、冲孔翻边和 内、外修边 3 套复合模具，整个工艺流程较长，生产效率低。为此设计了一套传动轴防护罩冲压复合模具，可以高效、稳定地冲压该零件。2.2 零件工艺性分析按照回转体成形后表面积不变原则经计算，毛坯直径 D=149mm.考虑到修边余量取D=152mm。该零件属于阶梯形冲压件，相邻阶梯的直径比 90/133=0.68 大于相应筒形件的极5限拉伸系数 0.55，因此每个阶梯可以单独成形，由大阶梯到小阶梯依次拉出。翻边预冲孔的直径 d=18.5mm,翻边系数 k=18.5/30=0.62，极限翻边系数 k=0.6,因此可以冲孔、翻边一次完成 2。3 计算冲裁压力，压力中心和选
16、用压力机3.1 材料利用率计算设利用率是 p：%6.947625.95.42p3.2 计算冲裁力，拉伸力及翻边力3.2.1 落料力冲裁是凸、凹模刃口处的材料内应力达到材料的抗剪强度时，刃口处材料将产生裂纹，继而裂纹扩大使材料分离。因此冲裁是按剪切区的剪切应力来计算的，即 30bFLt式中： 冲裁力（N）;0F材料厚度(mm)；t材料抗拉强度（MPa） ；bL冲裁周长（mm） 。由书中表 4-1 得 H62 板材的抗拉强度为 400Mpa，又材料厚度为 1.5mm，落料力 =280716(N)落F3.2.2 冲孔力根据同上公式得：冲孔力 34854(N)冲3.2.3 翻边力翻边主要用于制出与其他
17、零件的装配部位，或是为了零件的刚度而加工出特定的形状，在大型钣金成形时，还可用作控制材料破坏的手段，根据工具边缘的形状和应力应变状态不同，翻边可分为内空赶边和外缘翻边。翻边力计算公式：（N） 4)(1.dDtps式中： 材料的屈服强度，MPa。s翻边力 =94812（N）翻F3.2.4 拉伸力生产中常用经验公式计算拉伸力，对于圆筒形件，采用压边装置时拉伸力可按下式计算：65kdtFb式中： 为材料的抗拉强度极限；bK翻边系数；d拉伸后工件直径；t材料厚度。翻边预冲孔的直径 d=18.5mm,翻边系数 k=18.5/30=0.62，拉伸力 =93172N拉F拉伸次数 n 的计算：d1拉伸后工件直
18、径；D1拉伸前工件直径； 0min)4.(凸凸 在复合模工作时，冲孔工序与翻边工序同时进行，有力的叠加。然冲孔工序翻边工序及拉伸工序与落料工序是先后进行的，最先进行拉伸工序，在所有工序中，又落料工序所需要的力最大，所以按落料力选用压力机标称压力为：=350859（N）落FFg25.13.3 确定模具压力中心本产品为对称形状制件，压力中心位于制件轮廓图形的几何中心上，即制件的圆心。3.4 选用压力机依据冲裁件的生产批量，工艺方法与性质及冲裁件的尺寸，形状与精度的要求来确定冲压设备类型。最终我选用公称压力为 400KN 的开式压力机。其主要技术参数为 6：公称压力：400 kN；发生公称压力时滑块
19、距下止点距离：6mm；滑块行程：100 mm；行程次数：80 次/min；最大闭合高度：400 mm ；装模高度调节量：80 mm；滑块中心到床身距离：220 mm；工作台尺寸：630 mm420 mm；工作台孔尺寸：300 mm150 mm；7立柱间距离：300 mm；模柄孔尺寸： ；705工作台板厚度：80 mm；4 排样设计4.1 排样方法的选择根据材料的利用情况，排样方法可以分为三种 7：(1)有废料排样沿工件全部外形冲裁，工件周边都留有搭边。因有搭边，这种排样能保证冲裁件的质量，冲模寿命也长，但材料利用率低。(2)少废料排样沿工件部分外形冲裁，只局部有搭边与余料。(3)无废料排样,无
20、任何搭边。4.2 搭边值的选定搭边值与下列因素有关 8：(1)材料的力学性能 硬材料的搭边值可以小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。(2)工件的形状与尺寸 工件尺寸大或是有尖突的复杂形状时，搭边值应大一些。(3)材料厚度 冲裁厚材料时考虑其侧压力大，故搭边值应取大一些，而对于薄材料又因其刚度差，易于拉入凹模，故搭边值应大一些。综合考虑以上因素，查手册选用搭边值为沿边搭边值 2.1a工件间搭边值 05 模具工作部分尺寸及公差5.1 冲裁部分5.1.1 冲裁间隙由书中表 4-4 查得， ，15.0minZ19.0maxZ5.1.2 冲裁间隙对冲裁件质量的影响凸，凹模之间的间隙过小时，凸模刃口附
21、近材料的裂纹向外错开一段距离，这样，上，下两纹中间的部分材料随着冲裁的进行，被第二次剪切影响了断面质量。间隙过大时，凸模刃口附近材料的裂纹向里错开一段距离，材料受到很大拉伸，材料边缘的8毛刺，塌角及斜度较大，也会影响冲裁件的断面质量。另外，间隙过小或过大，都对冲裁件的尺寸偏差有一定的影响 9。5.1.3 冲裁间隙对模具寿命的影响在冲裁模的设计中,凸凹模间隙的合理选取,是保证模具正常工作、提高冲片质量、延长模具寿命的一个关键因素。理想的间隙应该是板料冲裁断裂时,凸凹模刃口边所产生的裂纹在一条直线上,否则冲片边缘将出现不允许的毛刺,使得刃口粘结严重,磨损加快,进而影响模具的寿命。所以,如何选取合理
22、的凸凹模间隙,是模具设计时不容忽视的问题。5.1.4 对冲裁力的影响加大间隙会减小冲裁力,减小间隙会加大冲裁力。当然不能盲目的加大间隙，在加大间隙的同时，必须保证所需产品的尺寸精度 10。5.1.5 合理间隙的选用在确定间隙时，一般要保证 ，在凸模与凹模minaxZ凹凸 配作加工时就不需要此公式来进行校核。为保证一定的间隙，模具的制造公差必须满足下列条件：在保证满足此条件的情况下来计算凸模公差minaxZ凹凸 ，凹模公差 ，根据书中表 3-16 来选取凸，凹模公差。同时必须满足此条件：凸凹得到 =0.030， =0.040.根据书中表 3-2 取 ，凸 凹 19.0maxZ1115.0minZ
23、5.1.6 冲裁工作部分尺寸计算在落料中，先求出： ；凹凹 0)(D再求出： 。min( 凸凸 ZD在冲孔中，先求出： ；)(凸凸 d再求出： 。凹凹 0in(d根据书中表 3-15 查得 ， 。代入上试中5.02.（1） 落料部分04.0918)(凹凹 D03.0min75)凸凸 Z（2） 冲孔部分03.061)( 凸凸 d1204.min75)凹凹 95.2 翻边部分翻边内孔的尺寸精度主要取决于凸模。翻边凸模和凹模的尺寸按式：， .一般情况下，圆孔翻00)(凸凸 D凹凸凹 0)2(ZD边的单向间隙 Z=（0.750.85）t,这样使翻边直壁稍有变薄，以保证筒壁直立。根据书中表 9-3 查得
24、 Z=1.30。代入上式中得到： 03.02)( 凸凸 1340.62凹凸凹 Z5.3 拉伸部分拉伸时首先考虑拉伸模间隙，拉伸模间隙是指单边间隙，即凹模和凸模径之差的一半。拉伸时凸，凹模之间的间隙对拉伸力，工作质量，模具寿命等都有影响。拉伸模凸，凹模间隙过小，使拉伸力增大，从而使板料内应力增大;同时摩擦加剧，导致工件变薄严重，甚至拉裂。间隙过大，对板料的校直作用小，拉伸成的零件侧壁不直，并且在壁部容易起皱，或者工件有锥度，精度差。因此，正确地确定凸模和凹模之间的间隙非常重要。此工件为一次拉伸成型，所以根据书中表 7-20 查得 Z=（11.1）t，因制件尺寸标注在内形，要求以凸模尺寸为基准，通
25、过加大凹模内形尺寸保证间隙，其相应凸，凹模尺寸的计算公式为： 0min)4.(凸凸 d凹凹 0i )2Z根据表 7-21 查得 ， 。取 Z=1.7。将其代入上式3.凸5.凹中得：，03.0min89)4.(凸凸 d。 144.i 122凹凸凹 Z5.4 切边部分覆盖件翻边部分展开后，在增加工艺补充部分时，就必须考虑修边方向，修边方向有垂直修边，水平修边和倾斜修边。修边刃口镶块分块原则：（1）修边凸模和凹模的分块线不能重合，（2）在后续伸长翻边，收缩翻边明显的地方不要分块，如修边在该处分块，则在翻边时易产生冲压缺陷。（3）分块尽量分在直线部分，则在翻边时易产生冲压缺陷。（4）分块点斜率较大时，
26、分块线应沿修边线的法向。 1510根据书中表 3-16 来选取凸，凹模公差。同时必须满足此条件：得到=0.030， =0.040.根据书中表 3-2 取 ，凸凹 19.0maxZ15.0minZ5.4.1 内切边先求出： ；凹凹 0)(D再求出： 。0min)凸凸 Z根据书中表 3-15 查得 ， 。代入上试中5.2.04.092)(凹凹 D03.0min75)凸凸 5.4.2 外切边先求出： ；凹凹 0)(D再求出： 。0min)凸凸 Z根据书中表 3-15 查得 ， 。代入上试中5.2.0409.13)(凹凹 D 03.0min75.)凸凸 6 确定各主要零件结构设计及相关尺寸根据零件设计
27、要求及尺寸，并为使操作方便安全，此模具选用倒装式复合模具。6.1 凸模设计凸模选用镶嵌式结构，整体结构如图所示：图 2 凸模整体结构Fig.2 The overall structure of the punch116.1.1 落料凹模图 3 落料凹模Fig.3 Blanking Die6.1.2 固定板图 4 固定板Fig.4 Plate126.1.3 切边凸模图 5 切边凸模Fig.5 Punch edge6.1.4 拉伸凸模图 6 拉伸凸模Fig.6 Punch stretching136.2 凹模设计凹模也选用镶嵌式结构，整体结构如图所示：图 7 凹模整体结构Fig.7 The ove
28、rall structure of the die6.2.1 落料凸模图 8 落料凸模Fig.8 Blanking punch6.2.2 落料凸模固定板14图 9 固定板Fig.9 Plate6.3 其他零件结构设计6.3.1 卸料装置设计模具为倒装式复合模，材料厚度 t=1.5mm，采用刚性卸料，卸料板厚度为 10。如图所示：图 10 卸料板Fig.10 Discharge plate6.3.2 推件装置设计如图所示：15图 11 推件装置Fig.11 Push installation6.3.3 推板设计为了减小上模座由于挖空后所带来模具刚性变差的问题，推板设计成十字形。如图所示：图 12
29、 十字推板Fig.12 Cross push plate6.3.4 顶出装置设计模具工作完成后，有顶出装置将工件顶出。由橡皮作为弹性原件。16结构如图所示：图 13 顶出装置Fig.13 The top of the device6.4 定位设计定位的作用是用来确定条料或毛坯在模具中送进时有准确的位置，以保证冲出合格的制件。条料或毛坯在模具中的定位：一是送料方向上的定位，用来控制送料的进距，即通常所说的导料；二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为挡料。设计导料销和挡料销，实现定位要求。6.5 选取上下模板及模柄采用 GB/T 2851.1-1990 对角导柱模架，根据凹模的外形直径选相近规
30、格标准模板 ,为 ，上模板厚 50mm,下模板厚 60mm。BLm20选用 GB/T 2861.1-1990 导柱 ， ，导套m16032m16032， 。m481530 48153根据压力机的模柄孔尺寸，选择 压入式模柄 16。706.6 校核合模高度冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离 H。 冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压机的装模高度 是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上平面间的距离。当连杆调17至最短时为压机的最大装模高度 Hmax；连杆调至最长时为为最小装模高度 Hmin。模具闭合高度为 。而压力机的最大闭合高
31、度为 400mm，模架的最大闭合mH260高度 Hmax=265mm,最小闭合高度为 Hmin=220mm。满足关系式：Hmax-5mmHHmin+10mm7 模具的装配要点1 落料、冲孔凸、凹模双边间隙取 0.15mm;拉伸凸、凹模单边间隙取 1.7mm，以减小拉伸小阶梯时，大阶梯的材料向内流动的阻力，避免拉裂;翻边凸、凹模单边间隙取 1.3mm;切边凸、凹模双边间隙取 0.08mm,避免形成大的挤出毛边。2 为保证先落料后拉伸，拉伸凸模上平面应低于落料凹模刃口 2mm;为保证切边、翻边质量，拉伸凸模圆角半径取 3mm，凹模圆角半径取 4mm ,翻边凸模圆角半径取 3mm.3 由于模具各个零件相互之间有位置和装
