1、新乡学院2009 届毕业设计内孔翻边模具设计论文作者姓名：_ 连自军 _所 在 院 系：_机电工程学院_所 学 专 业： 数控技术指 导 老 师：_ 张国智 _ 论文完成时间：_2009 年 5 月 6 日_ 目录内容摘要 .3关键词 .3Abstract3Key word .31 引言 .32 工艺分析 .33 工艺方案的确定 .34 工艺设计与计算 .44.1 预翻孔直径的计算及成型次数的判断 .44.2 凸凹模间隙大小及凸凹模的工作尺寸及公差 .54.3 压边力、翻孔力以及压力性能参数的计算 .54.4 模具结构原理与主要零部件的设计与选择 .64.4.1 模具结构原理 .64.4.2
2、主要零部件的设计与选择 .74.4.3 凸模和凹模的工艺设计与加工 .94.5 模具设计过程辅助工序 .135 模具总体结构与工作原理 .13参考文献 .15致谢 .161内容摘要：本设计为内孔翻边（翻孔）模具的设计，其主要功能是沿冲压件内孔周围将材料翻成侧立凸缘，此工序是冲压生产中最常见的工序，尤其在汽车，拖拉机领域应用广泛。在模具设计过程中，在预翻孔直径计算与判断可否一次成形上，凸凹模间隙的计算，凹模过渡圆弧大小的选择以及压料力、翻孔力的计算与校核、压力机的选择，模具主要零件的选择等方面上都做了详尽的分析，并设计了整套内控翻边模具。此外，在机加工方面上，对凸模和凹模主要工作面的加工做了分析
3、，在加工过程中，针对其工作面的公差要求，合理的选取刀具以及制定工艺路线，力求使设计的模具在结构上最优化，功能上完备化，价格上经济化。内孔翻边模具属于典型模具，它的的设计对浅拉伸模具，缘翻边模具等的设计都有借鉴意义！关键词：翻孔；凸凹模间隙；压边力；机加工Abstract：T he project is the burring dies design. its main function is to open the hole. This Processes is basic work in stamping production. There is a wide range of applic
4、ations in automobile manufacturing industry and tractor manufacturing industries. In the die design process, I have done a detailed analysis of the judged of hole diameter、 the blanking clearance、 the choice of matrix radius and the blanking force , the presssure-platc-force， the choice of press-Mac
5、hine. In Machining process, I analyzed the main work-face of punch-matrix. According to the tolerance request, choose the reasonable tools and work out the technics so as to make it reasonable as far as possible in structure, maturity in function, economical in the price.The burring dies is typical
6、die. The 2design of the burring dies can give support to the design of drawing dies and flanging dies!Key word: burring; blanking clearance; press-platc-force; machining31 引言内孔翻边模具的设计，零件如图 1.1，材料为 Q235 钢，经过退火，厚度 =1mm，其余参数如图所示，批量生产，试设计该零件的内孔翻边（翻孔）模具。图 1.1 零件图2 工艺分析40 凸缘由冲压毛坯圆孔内孔翻边而成，此工序前为冲孔。在此模具设计过程中
7、，注意零件凸缘厚度和翻空前厚度的不同，因而模具设计时考虑凸凹模的间隙，还需注意零件过渡处圆弧过渡（与毛坯材料厚度有关） 。另外该制件较小， ，设计模具时，考虑退模出料的安全与方便，加工该零件为一次成型，故模具的结构不宜复杂化，应优化合理，考虑经济效益。3 工艺方案的确定由于该制件较简单，且毛坯为冲压成型件，根据其工艺性分析，可确定该零件的冲压方案为：落料-合模翻孔-退模卸料。在毛坯落料过程中还要注意毛坯的导向定位等因素。44 工艺设计与计算4.1 预翻孔直径的计算及成型次数的判断由图可知：D（翻孔直径）=40 H（凸缘高度）=5 r（过度圆弧半径） （毛坯厚度）=1由零件图我们可知过度圆弧未知
8、，由于零件过度圆弧与凹模配合，故凹模的过渡圆弧与零件的过度圆弧半径相同。凹模的过渡圆弧大小与零件厚度有关，当 S2mm 时，r=(2,4) ,当 S2mm 时，r=（1,2）.故由题可知 r=（2，4），取 r=2mm 根据弯曲展开的原则，可由下列式粗略算得预翻孔直径 DoDo=D-(H-0.43r-0.72)=40-2（5-0.86-0.72）=36.58mm则预翻孔相对直径 Do/=36.58，查表 4-1 可得 Q235 钢的极限变形系数 K 翻=0.65.由公式:H 极=D（1-K 翻）/2+0.43r+0.72=7+0.86+0.72 =8.58mm由 H=5H 极 故可判断一次成型
9、。表 4-1 低碳钢极限变形系数54.2 凸凹模间隙大小及凸凹模的工作尺寸及公差（1）由于翻孔时，由于毛坯料孔壁由厚变薄，同时还要保证翻孔凸缘挺直，故凸模与凹模之间的单边间隙 S 应小于材料厚度 ，查表4-2 可得取凸凹模单边S=0.85mm表 4-2 翻孔时凸、凹模单边间隙(mm)坯料厚度 0.3 0.5 0.7 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0毛坯上翻孔0.25 0.45 0.6 0.7 0.85 1.0 1.3 1.7拉伸后翻孔 0.6 0.75 0.9 1.1 1.5（2）凸凹模的工作尺寸及公差 1,2 查资料可得凸凹模的制造公差：d=0.07 p=0.040由凸、凹模工作部分尺
10、寸计算公式：dp=（dmin+0.4）0 -0.040dd=（dmin+0.4+2S）+0.07 0由前面零件图可得：翻孔件的公差：=0.1mm dmin=40mm由此可计算出 ：dp=40.040 -0.040mm dd=41.74+0.07 0mm（3）凸模通气孔：根据凸模直径大小，取通气孔直径为 5mm。4.3 压边力、翻孔力以及压力性能参数的计算（1）模具设计时，压边力可用下列经验公式计算Fr=AP 注： A:压边圈下坯料的投影面积 P：材料单边压边力P 的经验公式：P=48（Z-1.1）Db10-5/t6Z=1/K 翻=D/D0 1.31 t=1D= 34.1mm58.36.5b =
11、375460 取 b=400Mpa计算可得 P0.003400=1.3Mpa F=AP=（5050-36.5836.58）P/4 1185.8N翻孔力计算：F=1.1s(D-Do) 式中：s：坯料屈服极限 ：材料厚度D：翻孔后空的直径 Do：坯料预翻孔直径查表可的 Q235 服极限 s=235Mpa，故可得：F=1.1s(D-Do)=1.13.141235（40-36.58）2776N压力机公称压力由 Fz=F+Fy ,对于翻孔，可归类于浅拉伸，取P1.8FzFz=1.8（2776+1185.8）7.13kN故压力机公称压力 Fz7.13kN4.4 模具结构原理与主要零部件的设计与选择4.4.
12、1 模具结构原理(1)模具类型：根据零件工艺方案分析，该零件较简单，仅需一个工序即可完成，故采用单工序模。(2)操作与定位方案：为降低模具成本，且该模具较简单，零件尺寸7较小，厚度较薄，故可采用手工送料装置，采用挡料销和凸模配合定位。(3)卸料与出件方式：考虑到零件的厚度较薄，可采用顶件块顶出方式卸料。4.4.2 主要零部件的设计与选择(1) 确定凸、凹模工作部分的尺寸时，应考虑模具的磨损，在本次设计的模具中，根据零件要求的精度，凹模，凸模的尺寸公差要求前面计算已得出。另外还应保证凸凹模工作表面的粗糙度，凸凹模的设计由零件尺寸以及前的工艺计算得出，其具体结构如图 4.1，图 4.2 所示 3,
13、4。图 4.1 凸模8图 4.2 凹模(2)模架：模架是由上下模座以及导柱导套等构成，它是模具的基本骨架，根据国标选取中间导柱式模架作为本次设计的基本模架，由凸凹模尺寸，以及前面工艺方面的计算，根据 GB/T2855.11 和GB/T2855.12 分别选取上下模座。导向零件对上下模座进行导向，提高模具的精度以及延长模具的寿命，标准导柱和导套的选取根据所选用的模座采用国标选取。(3)定位元件：定位元件使坯料在模具的凸凹模上有正确的位置。此模具的毛坯定位装置采用下底座凸模自定位和挡料销共同完成，挡料销的选取采用 JB/T7649.5-1994 标准。(4)卸料与出件装置：卸料和出件装置将冲模完成
14、一次冲压所得的零件从模具零件上卸下来的装置，此模具的卸料和出件装置选用弹性卸料装置和打杆顶件块共同作用完成，其具体结构和工作原理见模具9结构原理设计章节。(5)紧固件：设计中用到的螺钉和销钉采用标准件，螺钉使用内六角螺钉，紧固牢靠，螺钉头不外漏，销钉常用圆柱销。4.4.3 凸模和凹模的工艺设计与加工翻孔凸模和翻孔凹模的加工工艺过程分别见表 4-3 和表 4-45。表 4-3 翻孔凸模加工工艺过程表工序号 工序名称 工序内容 设备1 备料 将毛坯锻成 5050mm 圆料，材质 T10A。 2 热处理 退火 3 车车端面保证粗糙度，车凸模外形轮廓（圆弧、锥面） ，钻5mm 轴向通气孔（深 28mm
15、） ，保证凸模主要工作面的尺寸和位置公差。切断（保证长度尺寸） 。数控车床4 钳 钻 5mm 径向通气孔（深 20mm） 钻床4 热处理 淬火、回火，保证 58-62HRC 5 磨平面 磨凸模切断面见光（安装面） 磨床6 检验 表 4-4 翻孔凹模加工工艺过程表工序号 工序名称 工序内容 设备1 备料 将毛坯锻成 9580mm 圆料，材质 T10A。 3 钳 钻 40mm 孔（深 75mm） 钻床4 车 车端面，镗 40mm 孔，保证尺寸公差 41.74+0.07 0mm（保证r2 圆弧光洁度）车削外缘轮廓，保证凸模工作表面粗糙度、尺寸和位置公差，切断。数 控车 床5 热处理 淬火、回火，保证
16、 60-64HRC 6 平磨 磨零件上、下面见光，保证平行度公差要求。 磨床107 检验 选择数控车床加工凸模和凹模保证了凸凹模的尺寸公差和形位公差，使加工过程大大简化，提高效率。翻孔凸凹模机加工工艺及程序编制过程如下：凸模：毛坯尺寸为 50*50mm，工件材质为 T10A。凹模：毛坯尺寸92*80工件材质为 T10A。（1） 零件图分析及工件坐标系的建立 根据对零件图的结构和尺寸标注分析，确定工件坐标系原点位于工件右面的中心点。（2）加工工艺路线设计凸模：1.沿 Z 轴线进刀，粗车外轮廓2.精车外轮廓（补偿刀尖半径）3.钻轴向通气孔（深 28mm）4.切断凹模：1.沿工件中轴线（Z 轴）钻
17、40mm 孔，深 75mm。2.加工工件外轮廓。3.沿轴线精镗内轮廓4.切断 （3） 刀具以及切削参数选择凸模加工刀具参数如表 4-5 所示。外圆粗车采用 T01，切削速度：600r/min，切削深度 2mm，进给速度 0.2mm/r；外圆精车采用 T02，切削速度：800r/min，切削深度 0.5mm，进11给速度 0.1mm/r；切断采用 T03，切削速度 300r/min，切削速度 0.05mm/r。表 4-5 凸模加工刀具参数刀位 刀具名称 刀补号 备注1 外圆粗车刀 01 主偏角 932 外圆精车刀 02 主偏角 933 切断刀 03 刃宽 4mm尾座 5mm 钻头 凹模加工刀具参
18、数如表 4-6 所示。表 4-6 凹模加工刀具参数刀位 刀具名称 刀补号 备注1 外圆车刀 01 主偏角 932 内镗刀 02 3 切断刀 03 刃宽 4mm尾座 40mm 钻头 外圆车刀选用 T01，切削速度 800r/min，进给速度 0.1mm/r；内镗刀选用 T02，切削速度 800r/min，进给速度 0.05mm/r；切断采用 T03，切削速度 300r/min，切削速度 0.05mm/r。凸模加工程序如下：%0001N1 T0101G95M03S600F0.2 一号粗车刀以 600 r/min 转动，进给速度0.2mm/rN2 G00X60Z50 快速移动到换刀点（x60，z50
19、）N3 G00X60Z0 快速移动到程序起点（x60，z0）12N4 G71U2R1P7Q14X0.5Z0.2 粗车循环开始N5 GOOX60Z50 快速移动到换到点N6 T0202G95M03S800F0.1 换二号精车刀，以 800 r/min 转动，进给0.2mm/rN7 G00G42X60Z0 添加刀补，快速移动到程序起点，精加工开始N8 G01X30 直线插补到点（x30，z0） N9 G01X36.58R2 直线插补到点（x36.58，z0）后倒 r2 圆弧N10 G01Z-12 直线插补到点（x36.58，z-12）N11 G01X40.04Z-15 车锥面N12 G01Z-35
20、 直线插补到点（x40.04，z-35）N13 G01X46 N14 G01Z-43N15 G00X60Z50 回到换刀点N16 M30 程序停止，刀具返回凹模加工程序的编制（轮廓外形，内工作面）%0002N1 T0101G95M03S800F0.15 N2 G00X100Z50N3 G00X100Z0 N4 G71U1R1P6Q11X0.2Z0.2N5 G00X100Z50 N6 G00X100Z0N7 G01X50 N8 G01X80C2 尾部倒角 N9 G01Z-60 N10 G01X90 N11 G01Z-73 N12 G00X100Z50N13 T0202G95M03S800F0.0
21、5 N14 G00X0Z10N15 G01X0Z0 N16 G01X50 N17 G01X45.74R2 N18 G01Z-7513N19 G00Z30 N20 GOOX100Z50N21 M30 （注：设备选用华中数控 HNC-21T 型数控车床加工，对于切断，此处未编写程序，在加工过程中，考虑刀具磨损，应根据测量参数输入刀具磨损） 5。4.5 模具设计过程辅助工序翻孔工艺的辅助工序：为保证翻孔过程的顺利进行和提高零件的质量和模具的寿命，需安排一些必要的辅助工序 6。1.润滑：翻孔过程中，毛坯与零件表面之间会产生很大的摩擦，它不仅使翻孔系数和翻孔力增加，而且还会损伤模具和零件表面，翻孔时使用
22、润滑剂可以减少材料与模具之间的摩擦，降低毛坯变形阻力，冷却工作表面，并可以保护零件表面不被损伤以及提高零件的表面质量。翻空时，润滑剂只涂在坯料与凹模相接触的一面，不能涂在与凸模借助的一面，这样会使材料与凸模之间产生滑动从而使材料变薄。查阅资料可以选取 L-AN5 润滑剂（锭子油 43%、鱼肝油 8%、石墨 15%、油酸 8%、硫磺 5%、肥皂水 21%）作为翻孔模具的润滑剂。2.热处理：在翻孔过程中，和其它冷作变形一样，金属会产生硬化，使金属的变形抗力和强度增加，而塑性降低。对于本次设计的模具所加工的零件，若出现加工硬化的现象，应进行退火处理，增加其塑性。5 模具总体结构与工作原理翻孔模的总体
23、设计及总装结构图如图 5.1 所示。其工作原理为：当模具上下模座处于开启状态时，将毛坯放置在下模座，此时下模座上凸模、挡板 3 和压料板共同构成坯料的定位装置，凸模的导正部位尺寸和坯料的预翻孔尺寸构成间隙配合（满足公差要求） ，凹模下降14将毛坯压在压料板上，继续下降完成冲压过程。上模座升起，压料板7 继续和凹模保持压紧状态，当零件被推倒毛坯初始位置时，由于挡板将压料板挡住，零件和压料板脱离，此时零件继续留在凹模中，随着凹模的继续上升，零件会被打杆和推件块构成的卸料装置顶出。完成一次冲压翻孔。图 5.1 内孔翻边（翻孔）模具1：打杆 2：模柄 3：压板 4、10、：紧固螺钉 5：导柱 6:导套
24、 7：压料板 8：销钉 9:顶杆 11、12：凸、凹模固定板 14;凹模 15：推件块 16：凸模 技术标准： (1)装配后的模架，其上下模座沿导柱上下移动应平稳无滞住现象。（2）模架的各零件工作表面不允许有裂纹和影响使用的沙眼、缩孔、机械损伤等缺陷。（3）铸件的非加工表面需清砂处理，表面应光滑平整，无明显凸凹缺陷。15(4)模座上的螺孔基本尺寸按 GB/T196 选取，公差按 GB/T197 选取。(5)未注铸造表面圆角半径为 2-3mm（6）未注倒角 C2参考文献1 曾霞文.模具设计.西安：西安电子科技大学出版社，2006：73 81.2 陈宇萍.互换性与测量技术.北京：高等教育出版社，2
25、005：37 45. 3 刘力.机械制图.北京：高等教育出版社，2004：197208.4 曾令宜.AutoCAD2006 工程绘图教程.北京：高等教育出版社，2006：100110.5 姬清华.数控原理与应用.北京：北京理工大学出版社,2007：170 180. 6 曹立文.新编实用冲压模具设计手册.北京：人民邮电出版社，2007：236243.16致谢本 论 文 是 在 指 导 张 国 智 老 师 的 悉 心 教 诲 指 导 下 完 成 的 ， 在 整 个 毕业 设 计 期 间 ， 得 到 了 导 师 的 认 真 指 导 和 帮 助 ， 张 老 师 严 谨 求 实 的 治学 态 度 ， 踏
26、 实 坚 韧 的 工 作 精 神 ， 将 使 我 终 生 受 益 。 在 此 对 张 老 师 表示 诚 挚 的 敬 意 和 由 衷 的 感 谢 。 同 时 要 感 谢 机 电 学 院 领 导 和 老 师 对 我们 毕 业 设 计 的 重 视 ， 使 得 我 们 在 设 计 过 程 中 再 一 次 将 自 己 大 学 三 年学 习 的 知 识 贯 穿 了 一 遍 ， 此 次 毕 业 设 计 也 可 以 说 是 我 们 从 大 学 毕 业生 走 向 未 来 工 程 师 重 要 的 一 步 。 从 最 初 的 选 题 ， 开 题 到 计 算 、 绘 图直 到 完 成 设 计 。 其 间 ， 查 找
27、资 料 ， 老 师 指 导 ， 与 同 学 交 流 ， 反 复 修改 图 纸 ， 每 一 个 过 程 都 是 对 自 己 能 力 的 一 次 检 验 和 充 实 。 在 设 计 过程 中 ， 还 得 到 寝 室 室 友 们 的 积 极 帮 助 ， 在 此 一 并 表 示 感 谢 。 感 谢 在百 忙 中 评 阅 论 文 和 参 加 答 辩 的 各 位 领 导 和 老 师 ， 由 于 首 次 作 整 套 模具 从 零 开 始 的 设 计 ， 错 误 、 漏 洞 一 定 不 少 ， 望 各 位 老 师 不 吝 赐 教 。大 学 三 年 的 生 活 即 将 随 着 论 文 的 完 成 划 上 句 号 。 最 后 ， 我 感 谢 大学 三 年 以 来 给 过 我 帮 助 和 关 注 的 所 有 人 ， 更 加 感 谢 给 过 我 挫 折 的 所有 人 。 你 们 用 不 同 的 方 式 给 了 我 成 长 ， 也 是 你 们 促 使 我 在 走 过 的 大学 时 光 里 一 直 努 力 ， 终 可 以 在 毕 业 的 那 一 天 无 愧 的 说 一 声 ： 青 春 无悔 !最 后 感 谢 母 校 给 与 本 人 深 造 的 机 会 ！
