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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作皖 西 学 院本科毕业论文（设计）论 文 题 目 落料拉深复合模具设计 姓名（学号） 系 别 机械与电子工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 导 师 姓 名 目 录1、毕业论文正文2、皖西学院本科毕业论文（设计）任务书3、皖西学院本科毕业论文（设计）开题报告4、皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表5、皖西学院本科毕业论文（设计）指导教师意见表6、皖西学院本科毕业论文（设计）评阅教师意见表7、皖西学院本科毕业论文（设计）答辩记录表 落料拉深复合模具设计作 者张贺指导教师孙勇摘要：本次毕业设计的内容为用模具生产消音器端盖的坯件，制定出相关
2、的工艺路线，设计出生产所用模具。工艺路线主要包括落料、拉深两道工序，设计为落料拉深复合模。冲压工艺的选择是在查阅了相关资料和对产品外形成尺寸进行了仔细分析的基础上制定的；冲压模具的设计综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性和复杂程度等诸多因素；产品毛坯的展开尺寸计算是在方便计算又不影响零件成型的前提下转化为熟悉的模型进行的。模具主要部分零件给出了相应的尺寸计算，同时给出了详细的零件结构设计，并附有相应的零件图，最后根据零件结构设计和生产零件的要求生成了总装配图。关键词： 落料 拉深 复合模 Blanking and deep drawing composite mold design Abstra
3、ct: The graduation project contents of the billet muffler end cap mold t,develop a process route, design production molds. The process route is mainly two processes include blanking, drawing, design drawing composite blanking mode. The choice of the stamping process is developed on the basis of care
4、ful analysis; stamping die design took into account the economy, parts stamping process as well as the complexity of many factors; rough dimensions of access to relevant information and products formation commencement size calculation is convenient without affecting the parts forming the premise of
5、the model into the familiar. Mold some parts are given the appropriate size calculation gives a detailed part structure design, together with the corresponding parts diagram, according to the requirements of part structural design and production parts to generate the final assembly drawing.Keywords:
6、 Blanking deep drawing composite mold 目录序言11 冲压成形工艺分析21.1 明确设计任务，收集相关资料21.2冲压工艺性分析22 冲压工艺方案的制定及模具结构类型22.1工序性质和数量22.2冲压工艺方案33 确定毛坯的形状，尺寸和主要参数33.1毛坯尺寸和主要参数的计算34 确定排样裁板方式及材料利用率94.1排样方式94.2 搭边与料宽94.3 裁板方法104.4材料的利用率105 确定冲模类型及结构形式115.1确定冲模类型及结构形式116 工序压力、压力中心的计算和压力机的选择116.1工序压力的计算116.2 计算模具压力中心136.3压力机的
7、选择137 计算模具主要工作部分的刃口尺寸147.1刃口尺寸的计算原则：147.2 刃口尺寸的计算及公差的确定148 模具的主要工作部分及结构设计168.1模具主要工作部分的设计168.2 模架的选用238.3其他零部件的说明249 压力机的校核259.1闭合高度的校核259.2 工作台面尺寸的校核259.3滑块行程的校核2510 模具的装配和工作2510.1冲裁间隙的调整2510.2模架的装配2510.3模具总装2610.4模具的总装配图2610.5模具的调试27设计总结28致谢28参考文献29 序言 模具是机械制造中技术先进、影响深远的重要工艺装备,它具有生产效率高、材料利用率高、制件质量
8、优良、工艺适应性好等优点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器等行业，更是汽车制造的四大工艺之一。 模具工业是国民经济的基础工业，受到国家和企业的高度重视，发达国家有“模具工业是进入富裕社会的源动力”的说法，由此可见其受重视的程度。在当代，“模具就是经济效益”的观念已经被越来越多的人接受。模具的技术水平在很大程度上取决于人才的整体水平，而模具技术水平的高低，又决定着产品的质量、经济效益以及新产品的开发能力，因此模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。冷冲压是在常温条件下，利用冲模在压力机上对板料或坯料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得零件所需的形状、尺寸的
9、一种压力加工方法。利用冲压模具生产能够保证产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不会破坏产品表面。用模具生产零部件具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低以及节约能源和材料等一系列优点。而模具则是大批量生产同形状产品的工具，是生产各种工业产品的重要工艺装备。冲压技术的发展现状及方向： (1) 精密冲裁：普通冲裁件有断面粗糙、精度低等缺点，而精密冲裁可以使零件有光洁的断面和较高的精度。 (2) 快速经济模具技术的推广应用：快速模具制造及快速成型技术是在近两来迅速发展起来的，并正向着高精度、更快捷的方向发展。 (3) 应用先进工艺：气体、液体、橡胶、超塑性成型等先进工艺，对某些复杂零件的成型有
10、明显的效果，要深入研究其变形机理，确定合理工艺参数，提高成型效能和实用性(4) 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。(5) 冲压成形技术将更加科学化、数字化，可控化。 (6) 成形过程的数值模拟技术会在实用化方向取得很大发展，并与自动化制造系统很好的集成。 (7) 冲压技术在未来将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小批量多品种混流生产模式和市场多样化、修改化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。1 冲压成形工艺分析1.1 明确设计任务，收集相关资料 冲压工艺设计应在研究设计任务，分析设计题目，了解原始数据和工作条件，明确设计内容和要求的条件下，收集调查研究并掌握有关设计设计的原
11、始资料的基础上的基础上进行，做到有目的的设计，避免盲目性。工艺设计的原始资料主要包括如下内容： （1）冲压件的产品图及技术要求零件图如设计任务书中所示的零件图。技术条件应明确合理。由此可对拉深件的结构，尺寸大小，精度要求以及装配关系，实用性能等有全面了解，以便制定工艺方案，选择模具类型和确定模具精度。 （2）生产类型生产类型是企业生产产业程度的分类，一般分为大量生产、成批生产、小批量生产，该零件的生产类型为大批量生产。 （3）生产组织形式生产类型不相同，零件和产品的组织形式，采用的技术措施和达到的技术经济效果会不同。 （4）工艺装备大批量的的采用专用夹具，标准附件，标准刀具和万能量具，靠划线和
12、试切法达到精度要求。1.2冲压工艺性分析 （1）材料：选取端盖所用的材料为碳素结构钢Q235,其具有良好的冲压性能。 （2）结构形状：冲裁件内，外形要尽量避免尖锐清角。该工件为圆筒形带凸缘拉深件，拉深高度较大。 （3）尺寸精度：零件图上内孔翻边属于IT13级，外缘翻边属于IT11级工件外轮廓所有未注公差尺寸按IT14级。一般冲压均能满足精度要求。2 冲压工艺方案的制定及模具结构类型2.1工序性质和数量2.1.1工序性质的确定在冲压加工中，工序性质指的是冲压件所需的工序种类，落料，冲孔，切边等使材料分离的工序。弯曲拉深局部成形等使材料发生变形的工序。冲压工序性质的确定主要取决于冲压零件的形状尺寸
13、和精度要求。同时还要考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。通常在确定工序性质时需要考虑以下几方面：（1）零件图上直观的确定工序性质，平板件冲压加工时常采用剪裁，落料，冲孔等冲裁工序。 （2）对零件图进行计算分析，比较后确定合理的工序性质。 （3）为改善冲压变形条件，方便工序定位，适当增加附加工序。2.1.2 工序数量的确定 确定工序数量的基本原则是：在保证工件加工质量，生产效率和经效益的前提下，工序数量应尽可能地减少。 该零件精度要求较高，故采用复合模。2.2冲压工艺方案 该零件加工需先落料，然后拉深，在拉深后的底部进行冲孔翻孔，然后进行外缘翻边，最后冲槽。现要求设计该零件加工的第一副落料拉深
14、模具，所以只需要考虑落料和拉深工序，工序组合比较简单，设计为落料拉深复合模。3 确定毛坯的形状，尺寸和主要参数3.1毛坯尺寸和主要参数的计算 零件图如下图所示, 该零件加工需先落料，然后拉深，在拉深后的底部进行冲孔翻孔，然后进行外缘翻边，最后冲槽。现要求设计该零件加工的第一副落料拉深模具，工序组合比较简单，设计为落料拉深复合模。该零件可以假想为有凸缘圆筒形件，根据等面积原则采用解析法求毛坯直径。 图1 零件图（1）首先计算翻孔高度为： = (1) = (2) =30（1-0.60）+0.57（3+1) =14.28mm K极限翻孔系数（查1表6-4） 取实际翻孔高度 h=12.78mm 预冲孔
15、直径为： D+1.14（r+)2h (3) =60+1.14(3+1)212.78 =39.0mm 预拉深高度为： (4) =45-12.78+3+2 =37.22mm展开零件图可得： =120-25+4+26 =134.56 mm 图2 零件展开图（2）切边余量的确定： =134.5660=2.24 根据零件尺寸查表得切边余量 R=3.6mm，故实际凸缘直径 ： =(134.56+23.6)mm=141.76mm (5) 圆整为 =142mm 图3 加入切边余量的零件示意图 (3) 预算毛坯尺寸： D= (6) 依图 图4 毛坯尺寸计算图 可得，d=52mm, R=r=4mm, d=60mm
16、, d=68mm, d=142mm，h=29.22m 图5 毛坯尺寸计算示意图代入公式得： D=mm 168mm（4） 判断能否一次拉深成形： =0.62 100%=1.19% 根据1表5-5、表5-6、图5-18都说明不能一次拉深成形，需要多次拉深。（5） 确定是否用压边圈 100%=1.190.09(1m)100%=5.76 (7） 因此拉深时会起皱，需要用压边圈。（6) 确定首次拉深工序件尺寸 首先假定一个圆筒部分直径d=80mm， 则 ： d/d=141.76/80=1.77 D/d=168/80=2.10 t/D100%=1.19% 查1图5-18，所取值不合适。 重新假定圆筒部分直
17、径 d=90mm，则 : d/d=141.76/90=1.58 D/d=168/90=1.87 t/D100%=1.19% =90/1680.54 查1图5-18，左边得h/d=0.5，右边h/d=0.35，因此假定d=90mm合适。 确定首次拉深的圆角半径R与r的值，取R= r =r，得： r=0.8 （8） = =10mm首次拉入凹模的材料面积比零件实际需要的面积多5%，即首次拉入凹模的材料实际面积为（如下图所示） A=12731.2+（110-68）105%mm （9） =20759.76mm 图6 首次拉深工序图 再多拉入凹模5%材料后，修正的毛坯直径为 D= =169.57mm 首次
18、拉深的高度为 h= (10) =mm =23.86+8.6mm =32.46mm(7) 计算以后各次拉深工序件尺寸，查1表5-3，得： 0.78则 =0.7590mm=67.5mm =0.7867.5mm=52.65mm调整各次拉深系数如下 =0.79 =0.84这时各次拉深后工序件的直径为： =0.7990mm=71.1mm =0.8471.1mm=60mm确定以后各次工序件的圆角半径：由公式 取 设第二次拉深时多拉入凹模的材料面积为3.5%（其余1.5%的材料返回到凸缘），则第二次拉深假想的坯料直径为 =168.9mm第二次拉深后工序件的高度为 =mm=34.82mm最后一道拉深工序拉深后
19、达到拉深件的高度，原来多拉入的1.5%的材料返回到凸缘，拉深工序至此结束。 将以上按中线计算的工序件尺寸换算为外径和总高尺寸，如下图所示： 图7 各次拉深工序图4 确定排样裁板方式及材料利用率4.1排样方式 冲压件在配料上的布置方式称为排样。合理的确定产品的排样方式、坯料形式及尺寸，能够提高产品质量、材料利用率、冲压效率和模具寿命，同时便于冲压操作。 按照材料的利用情况，排样方式分为三种： （1）有废料排样 产品与产品之间、产品与坯料边缘之间均有搭边。 （2）少废料排样 仅在产品与产品（或产品与坯料边缘）之间有搭边 （3）无废料排样 产品与产品之间、产品与坯料边缘之间均无搭边。 根据零件图可以
20、选取少废料排样。这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。 按照产品在坯料上的布置方式分类，排料方式可以分为直排、斜排、多排、对排、混排等。根据零件图可以选取为直排排样。 4.2 搭边与料宽搭边是指排样时产品与产品之间、产品与坯料之间留下的余料。它可以补偿坯料的定位误差，保证模具具有足够的强度，使条料具有足够的刚度，以便送料。综合考虑材料的力学性能和厚度，及零件的外形尺寸和排样方式，初步选取搭边值为a=1.5mm。 图8 零件排样图 条料宽度的选取原则：最小条料宽度要能够保证冲裁件周边有足够的搭边值。最大条料宽度要保证冲裁时在导料板之间顺利送行并与导料板之间有一定的间隙。条料在模
21、具上每次送进的距离称为送料步距（简称为步距或进距）其大小为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。条料宽度 b=D+2a=169.57mm+21.5mm=172.57mm送料步距 s=D+a=169.57mm+1.5mm=171.07mm4.3 裁板方法 板材规格选用2mm1250mm3000mm 设每张钢板裁板条数为n，为了操作方便采取横裁： n=3000%172.57=17条 ， 余66.31mm 每条裁板上的工件数为n，得： n=（B-a）%S =（1250-1.5）%171.07=7个 ， 余51.01mm 每张钢板上的工件总数 n=177=119 个 B钢板宽度1250mm 4.4材
22、料的利用率材料的利用率是指产品的实际面积与所用坯料面积的百分比，即： K=F/ F100% (11) =(n)/(4LB)100% =(1193.14169.57）/(430001250)100% =71.63% K 材料利用率 ； F 产品的实际面积（mm2）； F 坯料面积（mm2）； L 钢板长度 3000mm；5 确定冲模类型及结构形式5.1确定冲模类型及结构形式冲压工艺性分析之后拟定冲压工艺方案时选择复合模，因为零件的几何形状简单对称，工件之间无搭边值，所以复合模结构相对简单，操作方便，能够直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠方便，模具类型为少废料落料拉深复合模。6 工序压力、
23、压力中心的计算和压力机的选择6.1工序压力的计算 已知工件的材料为Q235,是普通炭素结构钢，其力学性能如下：=310380Mpa, =380470Mpa, =240Mpa。（查4表1-1）3.2.1在冲压模具设计时，冲压力是指落料力、卸料力、拉深力、压边力、切边力、冲孔力、推件力和顶件力的总称。它是冲压时选择压力机，进行模具设计时校核强度和刚度的重要依据。 （1）落料力的计算 KLt (12) =1.3Dt =1.33.14169.572340N =470685.62N 470.7KN 落料力（KN)； K 安全系数，一般可取K=1.3； L 冲裁轮廓周长（mm）； T 料厚（mm）； 材料
24、的抗剪强度（Mpa）； （2）卸料力的计算 = (13) =0.04470.7KN 18.83KN 卸料力（N）； 卸料力系数（查1表3-11）； F 冲裁力（N)； （3）拉深力的计算 = (14) =3.149024301N =243036N 243.03KN 拉深力（N)； 首次拉深修正系数（查1表5-10）； 材料抗拉强度（Mpa）； （4）压边力的计算 圆筒形件第一次拉深时压边力 =p （15） =169.57-（90+29）2.5N =33625.65N 33.63KN 首次拉深凹模圆角半径； P 单位压边力（查1表5-9）； 第一次拉深时的压边力（N)； （5）推件力的计算 =
25、nF （16） =10.05470.7KN 23.53KN 推件力（N)； 推件力系数（查1表3-11）； F 冲裁力(N)； （6）顶件力的计算 = F （17） =0.06470.7KN 28.24KN 顶件力（N）； 顶件力系数； F 冲裁力（N)；6.2 计算模具压力中心冲压力合理的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有曲柄的冲模来说，虚实压力中心通过曲柄的中心线。以便于冲模平稳工作，减少导向件的磨损，从而提高模具的寿命。 由于该工件的毛坯和各工序工件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力机的中心必定与制件的几何中心重合，所以模具的压力中心就在圆
26、心部位，无需再次计算。6.3压力机的选择压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。计算总冲压力原则上只计算同时发生的力。拉深力出现在落料力之后，因此最大冲压力出现在冲裁阶段，模具采用弹性卸料装置和上出料方式，故总冲压力为： =+ =（470.70+18.83+28.24）KN =517.77KN对于冲孔、落料等施力行程较小的冲压工序，可以直接选用公称压力大于所需冲压力总和的压力机，对于深拉深、深弯曲等施力行程较大的冲压工序，应按所需工艺力小于或等于压力机公称压力50%60%的条件选取压力机。从满足冲压力要求看，可以初选630KN规格的压力机 JC2363 （查2表3-1），其主要技术参数为： 公称
27、压力： 630KN 滑块行程： 120mm 最大封闭高度： 360mm 封闭高度调节量： 90mm 工作台尺寸： 480mm710mm 工作台垫板尺寸： 250mm 模柄孔尺寸： 50mm80 mm 工作台厚度： 90mm 垫板厚度： 90mm 最大倾斜角： 30 电动机功率： 5.5KW7 计算模具主要工作部分的刃口尺寸7.1刃口尺寸的计算原则： （1）刃口尺寸应保证能冲出合格工件由于落料件的实际尺寸基本与凹模刃口尺寸一致，设计落料模时应以凹模尺寸为基准。因此，落料模应先决定凹模的尺寸，间隙取在凸模上，用减小凸模尺寸来保证合理的间隙。冲孔模的尺寸取决于凸模，因此，冲孔模应先决定凸模尺寸。间隙
28、取在凹模上，用增大凹模尺寸来保证合理的间隙。 （2)刃口磨损一些仍能冲出合格件考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响。刃口磨损后尺寸变大，设计模具时其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸变小，设计模具时其刃口基本尺寸应接近或等于冲件的最大极限尺寸。 （3）设计模具时应取最小合理冲裁间隙 随着凸模与凹模磨损量的不断增大，冲裁间隙也会不断增大。所以模具设计时冲裁间隙应取其允许的最小值。 （4）考虑冲件精度与模具精度之间的关系，选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度高23级。采用分别制造法制造凹凸模。7.2 刃口尺寸的计算及公差的确定
29、（1）落料刃口尺寸的计算： （18） =（169.57-0.750.20）mm =169.42mm （19） =（169.42-0.246）mm =169.17mm 、分别为落料凹、凸模刃口尺寸； D落料件外径的最大极限尺寸； 冲裁件制造公差； X磨损系数，其值在0.51之间，与冲裁件精度等级有关； 最小初始双面间隙； 、分别为凹、凸模的制造公差，取=0.6（） =0.4()； （2） 拉深部分凹凸模尺寸的计算： (20) =（88+0.750.5）mm =88.38mm (21) （88.38+2.12)mm =92.58mm 其中，拉深模的圆角半径=9mm； 、 分别为落料凹、凸模尺寸；
30、D 落料件外径的最大极限尺寸； 拉深件制造公差； Z凹凸模间隙，Z=(22.2）t，取Z=2.1t； X磨损系数，其值在0.51之间，与冲裁件的精度等级有关； 、别为拉深凹、凸模的圆角半径； 查8表3-2得，落料凹模制造公差等级选择IT8级，凸模制造公差等级选择IT7级。8 模具的主要工作部分及结构设计8.1模具主要工作部分的设计本设计采用落料拉深复合模，首先要考虑凹凸模的壁厚是否过薄，本次设计凹凸模的最小壁厚查表（查1表3-16）为4.9mm，满足最小壁厚a1.2t=2.4mm的要求，能够保证强度，所以采用复合模。（1）落料凹模高度的确定落料凹模高度为 H=KS （8mm） (22) =（0
31、.2169.17）mm=33.83mm S垂直于送料方向的凹模刃壁件最大距离（mm）； K凹模厚度系数，考虑板料厚度的影响（查1表3-14）得凹模孔壁至凹模边缘的最小距离 =52mm 送料方向的凹模长度 L=（169.17+252)mm=273.17mm根据 GB2858.481，并考虑总体布局，选择圆形凹模板，尺寸为DH=280mm55mm，刃口高度选择17mm，材料采用T10A，工作部分热处理硬度为6064HRC，结构图如下： 图9 落料凹模 送料方向的凹模刃壁间最大距离（mm)； 送料方向的凹模孔壁至凹模边缘的最小距离（mm)； （2）拉深凸模的设计根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带
32、肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6。材料选用T10A，淬火硬度为5862HRC，根据凸模直径，选择其上通气孔直径为6.5mm，凸模长度 L= =32mm+20mm+（1mm+32.46mm） =84.96mm凸模固定板厚度（mm）；压边圈高度（mm）；Y附加长度，包括凸模刃口修磨量（取为1mm），凸模进入凹模的深度；具体结构如下： 图10 拉深凸模 （3）依据凹模尺寸，查国标GB2858.681，选择圆形垫板尺寸为DH=280mm8mm，材料为45钢， 热处理硬度4348HRC，垫板的结构简图如下： 图11 垫板（4）卸料装
33、置的设计卸料装置采用弹压卸料板装置，以方便卸料，由于卸件力较大，拟选用6个弹簧每个弹簧应有的预压力为： =18830N/6=3138.3N （23）由1.6估算弹簧的极限工作载荷 =5020.8N 查GBT20892009有关弹簧规格，初选弹簧规格为： d=12mm， D=40mm,。计算弹簧预压缩量: （24） =3138.336/5504mm =20.52mm 校核 =（20.52+2+1+6）mm =29.52mm36mm因此所选弹簧是合适的卸料板的工作行程（mm）；凸模或凹凸模的刃磨量（mm）； h总压缩量（mm);卸料板内孔每侧与凸模保持间隙距离0.15mm;卸料板周界尺寸与凹模周界
34、尺寸一样，厚度根据冲裁件料厚和卸料板宽度取20mm，选择圆形卸料板，其尺寸为DH=280mm25mm，卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4348HRC。结构简图如下： 图12 卸料板 卸料板上设置6个卸料螺钉，公称直径为16mm，螺纹部分为M1218mm。卸料钉尾部需要留下足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm有误差时可以通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调节。 （5）固定板设计凸模的固定方式有直接固定在模座、用固定板固定和快换式固定三种固定方式，这里选用固定板固定，固定板与凸模为过渡配合（H7/n6），根据GB2858.581及凹模尺寸选取凸模固定板尺寸DH=280mm32mm，其结构简图如下：