水泵进水罩落料、拉深及压坑的模具设计.docx

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1、太原科技大学毕业设计 目 录摘要IIIAbstractIV前言1第1章 零件冲压工艺分析及其确定21.1 零件图形分析21.2 工艺方案比较和确定31.3 模具设计与制造要求4第2章 复合模设计52.1 工艺参数计算52.2 压力机选择 102.3 确定压力中心142.4 计算凸、凹模刃口尺寸142.5 凸模、凹模结构设计182.6 其他零部件设计202.7 模架选取232.8装配图24第3章 压坑模设计273.1 零件分析273.2 压力机选择273.3 凸、凹模刃口尺寸计算293.4 凸、凹模结构设计303.5 模架选取 323.6 装配图 33参考文献35致谢36附录37英文资料 37中

2、文翻译 43水泵进水罩落料、拉深及压坑的模具设计华科学院 成型082203H 杜晓勇 指导教师：关明 王全聪摘要本次毕业设计的主要任务是水泵进水罩冲压工艺分析及其模具设计，在设计中对冲压模具设计过程和要点进行认真详细的分析和学习，完成工艺分析、模具结构设计、基本工艺计算、模具零部件设计与计算、以及冲压设备的选择，绘制出两套模具总图、所有非标零件图，并编制了冲压工艺卡。在其中有一特点就是压坑模是一种反拉深模，设计比较独特。通过这次毕业设计的学习，我巩固了以前所学知识，加强了自己的自身实践，并对模具行业有了一定得了解。关键词：水泵进水罩，冲压工艺，复合模，压坑模Pump water to cove

3、r blanking Deep drawing and pressure pits mold designHuake Academy Forming 082203H Du Xiaoyong Director:Guan Ming Wang QuancongAbstractThe graduation design is the main task of the feed water pump cover stamping process analysis and the mold design, in the design of stamping mould design process and

4、 points are seriously detailed analysis and study, complete process analysis, die structure design, basic process calculation, mould parts design and calculation, and stamping equipment choice, rendering the two sets of mold assembly drawing, all non-standard parts graph, and compiled the stamping p

5、rocess card. In it there is a characteristic is pit mode is a FanLa deep mode, the design is unique. Through the study of graduation design, I consolidate the previous knowledge, strengthen their own practice, and to mould industry have must understand. Keywords: Water pump cover, stamping technolog

6、y, composite die, pit mode IV太原科技大学毕业设计前言随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断的增长。今年来模具行业一直以15左右的增长速度快速的发展，模具工业行业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂，集体、合资、独资和私营也得到了快速的法展。模具材料方面，模具的材料包含的范围很广，从一般的碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、马氏体时效到硬质合金、难熔合金、高温合金非铁金属等都可使用其中主要是合金工具钢的模具钢。目前，中国合金工具钢的产量以居世界前列，其中合金模具钢约为10万吨。上学以来，通过对机械制图、机械设计基础

7、、热处理、数控技术、模具制造技术、塑料模具工艺与塑料模具设计、冲压工艺与模具设计、各种设备等课程的学习，以及上学期间的金工实习和毕业实习使我对自己所学专业有了很深刻的认识。认识到该专业有很大的发展前途，有很广泛的就业前景。模具设计是一个很重要的专业实训环,通过对金属制件进行冲压、弯曲、拉深，成形工艺与冷冲模的综合性分析设计训练，要达到如下目的：通过毕业设计，帮助学生具体运用和巩固模具结构及设计课程及相关课程的理论知识，了解冷冲模具的设计的一般方法和程序；通过查阅相关技术资料，使自己熟练的运用有关资料，熟悉有关国家标准、规范，使用经验数据，进行估算等方面接受全面的训练；掌握模具设计的基本程序和方

8、法综合运用模具结构及设计及相关专业课程的知识，并按照相关的技术规范，进行冲压模具设计的基本技能训练，为今后的实际工程设计打好必要的基础；通过这俩套模具的设计，加深了对所学知识的了解。 第1章 零件冲压工艺分析及确定1.1零件图形分析工件名称：水泵进水罩 生产批量：大批量 材 料：08F，是优质碳素结构钢，塑性好、组织均匀、晶粒大小适当具有良好的拉深性能。 厚 度：2mm 工件图如图1.1： 图1.1 零件图本次毕业设计的冲压件是带侧孔的筒形件冲压件的生产过程的设计。该工件是一个带凸缘的筒形件，用要求有较高的光洁度和相对的位置精度。从以上对工件的形状分析当中不难看出，它需要经过落料、拉深、冲预、

9、切边等冲压工序，但它需要几次拉深需要计算，以及冲侧孔应该采用哪种方式和如何布置等成为本次设计的重点和难点。本次设计的模具精度并不需要很高，达到IT10-IT9均可满足要求。通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的冲压件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓和形状问题，又要求大批量生产，因此可以用冲压方法生产。1.2 工艺方案比较和确定（1）生产该零件需要的基本工序和次数为：a,落料 b，拉深 c，压坑 d，切边 e,冲孔（2）工序组合和方案比较根据以上几道工序和上面的分析，主要有以下几种组合方案：方案一：（a）落料与拉深复合 （b）压坑 （c）切边 （d）冲孔方案二：（a）落料、拉深和压坑复合 （b）

10、切边 （c）冲孔方案三：（a）落料、拉深、压坑和切边复合 （b）冲孔方案四：（a）落料、拉深、压坑、切边、冲孔级进模以上几种方案的分析与比较：方案一：从生产效率，模具结构和寿命方向考虑，将全部工序分别在四套模具上完成，有利于降低冲裁力和提高模具寿命，同时模具结构比较简单，操作方便简单。方案二：将落料、拉深和压坑复合，可以节省一道工序，但是模具的结构比方案一复杂，缺点经济费用高。：方案三:把四个工序复合，可以大大节省人力和设备，但是模具结构复杂，设计很困难。方案四：该方案实质是把五道工序分别布置在连续模的各工位上，优点是生产效率高，缺点是模具费用高，结构复杂。通过以上的方案的分析与比较，可以看出

11、，在一定的生产批量条件下，选用方案一是合理的，确定了工艺方案以后，确定模具结构形式，各工序的冲压力，计算冲压设备的选用。所以，完成该制件的设计要四套模具。第一套：落料、拉深复合模；第二套：压坑模；第三套：切边模；第四套：冲孔模1.3模具设计与制造要求1.3.1冲模设计基本内容 冲模设计基本内容就是依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛坯的定位、出件、废料排除等诸多因素以及模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素后，设计计算并构思出与冲压设备相适应的模具总体结构，然后绘制出模具图。1.3.2冲模设计基本要求（1）冲模结构及其尺寸参数应保证能冲压出形状、尺寸、精度均符合图样要求的零件。（2）模具结够应

12、尽可能简单，加工精度合理，制造维修方便，成本低廉。（3）模具要结构合理、选材得当，具有足够的寿命，能满足大批量生产的要求。（4）模具结构应方便操作、工作安全可靠，尽可能降低操作者的劳动强度。（5）具有尽可能短的生产准备周期。1.3.3模具制造基本内容 根据模具结构、模具材料、尺寸精度、形为精度、工作特性和使用寿命等项要求，综合考虑各方面的特点，并充分发挥现有设备的一切特长，正确选择加工方法和装配方法，选出最佳加工方案，制定出合理的冲模加工工艺过程。1.3.4冲模制造基本要求（1）必须具有较高而合理的精度。（2）具有较长的使用寿命。（3）具有较短的制造周期。（4）具有尽可能低的制造成本。第2章

13、复合模设计2.1工艺参数计算通过落料和拉深复合模所要生产的工件为图2.1：图2.1 工件图由零件图进行分析：属于有凸缘拉深，由参考文献1表4-5知：其中=186mm d=178mm 故 =1.04 故属于窄凸缘。由参考文献1中表知修边余量=5mm 2.1.1毛坯尺寸的计算按零件图型的分析,将其分成：A A A A A A 六部分。由参考文献1中表4-6的公式知：A： d=196mm d=186mm 如图2.2图2.2A=0.7854(d-d)=0.785(196-186)=3000.228 mmA: d=186mm r=3mm 如图2.3图2.3A=4.94rd-6.28r=4.943186-

14、6.289=2700 mmA：d=180 mm h=63-8=55mm 如图2.4图2.4A=dh=3.1418055=31086mmA: d=164mm r=8mm 如图2.5图2.5A=4.94rd+6.28r=4.9481646.2864=6883.2A: d=142mm d=164mm h=5mm c=10252S= 如图2.6A=S()=3.1410=4804.2mm 图2.6A:知 D=142mm 如图2.7图2.7A=0.7854D=0.7854142=15836.8mm故A= A+ A+ A+ A+ A +A =3000.228+2700+31086+6883.2+4808.2

15、+15836.8 =64310.2mm故D=286.22mm2.1.2拉深次数的确定当=1.1 且=0.70由参考文献1表4-20知=0.57-0.70 而=0.345故可以一次拉出来。且属于窄凸缘，可以先拉成筒形，然后将凸缘翻出。2.1.3排样(!)冲裁件在板料，带料或条料上的布置方法称为排样。合理的排样是降低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。应考虑以下原则：提高材料利用率（不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件的形状）。 合理排样可使操作方便，劳动强度低。模具结构寿命长。保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。A:根据零件图选用少废料的利用率情况，排样有三种： a,有废料排样 b

16、,少废料排样 c,无废料排样根据零件图可选用少废料排样。沿冲件部分外形切断或冲裁。只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。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。B: 排样的形式分为直排式、斜排式、直对排、斜对排、混合排等。确定排样裁板方案：该工件采用落料、拉深、冲孔工序设计，根据零件的结构简单，故采用直排单排有废料排样设计。（2）根据分析采用直排单排具有搭边:由制件知落料： D=286.22mm故D 2t由参考文献1中表 2-18 知，当 2时，查知：工件间= 1.5 mm , 沿边= 2 mm (材料为08F)。搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进

17、凹模，增加刃口磨损给出了钢（WC0.05%0.25%）的搭边值。对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数：钢（WC0.3%0.45%） 0.9钢（WC0.5%0.65%） 0.8硬黄铜 11.1 硬铝 11.2软黄铜，纯铜 1.2该制件是矩形工件，根据尺寸从表1.1中查出：两制件之间的搭边值a1=1.5（mm）,侧搭边值a=2(mm)。搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表2.1 搭边a和a1数值材料厚度圆件及r2t的工件矩形工件边长L50mm矩形工件边长L50mm或r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.250.250.50.50.80.81.2

18、1.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t（3）条料的宽度和导尺距离的计算： a,采用无侧压 b,材料的

19、排样加工此零件为大批量生产，冲压件的材料费用占总成本的60-80之多。因此，材料利用率每提高1，则可以使冲件的成本降低0.4-0.5。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样是降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常搭边的作用是为了补充送料的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原

20、因而冲出残废的废品，从而保证冲件的切口表面质量，冲制出合格的制件。同时，搭边还使条料保持有一定得刚度，保证条料的顺利进行，提高了生产率。搭边值的大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取： 由参考文献1知=1.5mm =2mm进距：S=b+=286.22+1.5=287.75mm条料宽度：条料宽度的确定原则：最小条料宽度要保证冲裁件零件周边有足够的搭边值。最大条料宽度要能在冲裁时顺利在导板之间送行与导料之间有一定得间隙。根据零件图要求，导料板之间采用无侧压。 故条料的宽度：B=L+2=186.22+22=290.22mm 取B=292mm 根据以上分析板料规格选为:29001800故排样图如图

21、2.8：（见下一页）图2.8 排样图（4）材料利用率：由参考文献2P35知：100 其中n=1 b=68mm h=19mm 故=100=76.55 2.2压力机选择2.2.1 计算在各工序所需要力 在冲裁设计中，冲压力是指落料力，卸料力，拉深力，压边力，冲孔力，切边力和推件力的总称。它是冲裁时选择压力机的重要依据。(1)落料工序所需要的力： 查参考文献2中表2-2知：08F的= 216-304MPa 取=250MPa F = dt =3.14286.222250 =449365.4N 其中 ： 材料的抗剪强度 由参考文献1中表2-37知K=0.04-0.05 取K=0.04 备注:一般情况下冲

22、裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件硬塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以精确计算这个力是困难的，一般用下列经验公式： F= K F =0.04449365.4 = 17974.62N 其中:K 卸料力系数 F=nk F （其中n=4） =40.055449365.4 =4943.015N 其中： n同时卡在凹模里的工件数目。k 推件力系数。故F=F+F+ F =4 17974.62+17974.62+449365.4 =472283.035

23、N =472.283KN(2)拉深工序所需要的力： 一般情况下拉深力随凸模行程变化而变化，在拉深过开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，材料冷作硬化的减少速度超过了变形区面积增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深力。 由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。所以实际生产

24、中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。 由参考文献1中表4-84知选用下列公式计算拉深力： F=d 其中： d 筒形件的第一次工序直径，根据料厚中线计算，单位是mm 材料抗拉强度 t 材料厚度 由前面知只需要拉深一次：由前面知d=mD=178mm 由参考文献1中表4-85知：k=1.0mm 由参考文献2中表2-1知=275-383MPa 取=340MPa故 F=d = 3.1417823401 = 380065.6N因采用压边圈，故压边力为：F=AP 其中: A 在压边圈下毛坯的投影面积 P 单位压边力由参考文献3中表4-27知： P = 3 由以上分析知

25、： A= 11058.73mm 故F= AP = 11058.733 = 33176.19KN 故 F= F+F =472283.035+380065.6 =885524.825N2.2.2 压力机选择冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容，它直接关系到设备的安全和使用的合理，用时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、板料的性能与规格、成本的高低等一系列问题。 在前面的计中，我们已经对冲压设备的吨位以及闭合高度等参数进行了确定这里根据前面所算出的各项数据选用。（安全起见，防止设备的超载，可按公称压力F（1.6-1.8）F的原则选用压力机。）压力机应根据冲

26、压工序的性质、生产批量的大小、模具的外形尺寸以及现有设备情况等进行选择。常用冲压设备的工作原理和特点如表2.2.2所示：表2.2常冲压设备的工作原理和特点类 型设备名称工作原理特点机械压力机摩擦压力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。结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不至损坏制件。但飞轮轮缘摩擦大，生产效率低，适用于中小型件的冲压加工，对于校正、压印和成型等冲压工序由为适用。曲柄压力机利用曲柄连杆机构进行工作，电动机通过带轮及齿轮带动曲柄传动，经连杆使滑块做直线往复运动。生产效率高，适用于各类冲压加工。高速冲床工作原理与曲柄压力机相

27、同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。生产效率高，适用于大批量生产，模具一般采用多工位级进模。液压机油压机水压机利用帕斯卡原理，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。压力大，而且是静压力，但生产效率低。适用于拉深、挤压等成形序。故（1.6-1.8）F=（1.6-1.8）885524.825=1416.84KN-1593.94KN 该压力机的主要参数为：公 称 压 力 1600KN 最大封闭高度 450mm 最小装模高度 280mm 封闭高度调节量 130mm 工作台尺寸 左右 970mm 前后 650mm 模柄孔直径为 70

28、mm80mm2.3 确定压力中心 为了保证压力机和模具正常的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相吻合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其他零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。对于形状简单而对称的工件冲裁时压力中心和其几何中心重合。该零件为简单对称零件故压力中心就围其几何中心。2.4计算凸、凹模刃口尺寸凸、凹模刃口尺寸的确定原则：（1）考虑落料和冲孔的区别,落料件的尺寸取决于凹模。因此，落料模应该先决定凹模的尺寸，用减少凸模尺寸来保证合理的间隙。冲孔件的尺寸取决于凸模，因此，冲孔模应先决定凸模尺寸。用增大凹模尺

29、寸来保证合理的间隙。（2）考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响。刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最大极限尺寸。（3）考虑冲件精度和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合理的间隙。一般冲模精度比冲件精度高2-3级。（4）凸凹模分别加工时的工作部分尺寸 采用凸凹模分别加工法，需要分别标注凸、凹模刃口尺寸及公差，为了保证合理间隙必须满足下列条件： 若出现 的情况，但大的不多时，凸凹模公差 按公式0.4（）和0.6（）适当调整，以满足上述条件。凸凹模分别加工的工作部分尺寸的计算公式见表2.3：表2.3 凸、模分别加工工作部分尺寸的计算公式工序性质冲件尺

30、寸凸模尺寸凹模尺寸落料冲孔表中 D、 分别为落料凸、凹模的刃口尺寸。 、 分别为冲孔凸、凹模的刃口尺寸。 D 落料件外形的最大的极限尺寸。 d 冲孔件孔径的最小极限尺寸。 分别为凸、凹模的制造公差。 零件的公差。 Z最小合理间隙。2.4.1落料模凸、凹模刃口尺寸（1）采用凸、凹模分别加工法，凸凹模具有互换性，在精度要求高的行业，一般采用这种加工方法，而且它的制造周期短。但是为了保证合理间隙，就需要采用制造公差，使模具制造困成本高。 采用分别加工时，需要分别标注凸、凹模的刃口尺寸及公差，为了保证合理间隙，必须满足下列条件： 若出现 的情况，但大的不多时，凸凹模公差按公式0.4（）和0.6（）适当

31、调整，以满足上述条件。（2）对于形状复杂或薄料的冲裁件的冲裁，为了保证凸、凹模之间的一定间隙值，一般采用配合加工。此方法是先加工好其中一件（凹模或凸模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使他们之间保持一定得间隙。 因没有标注公差尺寸由参考文献1中表10-11尺寸公差知取落料件的公差为：由参考文献1中表2-28知 =-0.030 =+0.045由参考文献1中表2-30知=0.5 =1.15故=（D- =（286.22-0.51.15 =由参考文献1中表2-23知08刚得=0.18 =0.13 =（D- =（285.64-0.13 =285.51故|+|=0.030+0.045=0.0

32、75mm11.8故所选用弹簧是合适的。2.7模架选取 冲模模架标准是1991年5月1日由国家技术监督局批准颁布实施的，该标准是在冷冲模国家标准的基础上修订的新标准，其中模架产品标准共10个。模架的选择一般凹模定位和卸料装置的平面而定，选择模座的形状和尺寸，模座外形，尺寸比凹模相应尺寸大40-70mm。模座厚度一般取凹模厚度的1-1.5倍.下模座外形尺寸至少超过压力机约50mm,同时选择的模架与闭合后的模具设计的高度相适应。通常所说的模架由上模座、下模座、导柱、导套四部分组成，一般标准模架不包括模柄。模架是整副模具的骨架，它是连接冲模主要零设备的滑块和工作台固定，上下模之间的精确位置由导柱导套来

33、实现。模架的选择从三方面入手：依据产品零件的精度，模具工作零件配合精度、高低确定模架精度、根据产品零件精度要求、形状、板料送料方向选模架类型：根据凹模周界尺寸确定模架的大小规格。根据条料的宽度和凹模尺寸的大小，选用适用中等精度，中小尺寸冲压件的后侧导柱模架,从右向左送料，操作方便。(后侧导柱模架的特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸凹模都容易磨损，从而影响模具的寿命，此模架一般用于较小的冲裁模)。模 架 L=400mm B=292mm HT200上模板 LBH=400mm292mm60mm HT200下模板 LB

34、H=400mm292mm75mm HT200导 柱 dL=45mm260mm 20钢导 套 dLD=45mm140mm53mm 20钢模座的闭合高度：H= 60+36+10+45+10+36+75+63=335mm验证闭合高度是否合理：由冲压手册知：H+10 HH-5 即 290mm335mm 375mm故满足要求。2.8装配图（1）条料的导向与固定： 设计了一个挡料销和两个导料板来保证条料送料的方向与近距。（2）装配图中各零件的固定： 大多数采用螺钉固定，有的采用螺钉和销钉固定，具体见装配图。(3)这套复合模注意的一点是：拉深凸模与凹模保证高度差，拉深凸模磨损较小，落料凹模因刃口磨损需要磨锋，高度会逐渐减少，故拉深凸模与凹模给以5mm的高度差，不仅保证了落料凹模的刃磨余量，也保证