河北工程大学毕业设计目录页码第1章 概述 1 1238第2章 零件工艺性分析 3 17422第3章 零件冲压工艺方案的确定 4 833第4章 制件的冲压模具设计 8 22794第5章 冲压模具的试冲与调整 38 16309第6章 结 论 40 11535参考文献 41 13477致 谢 42第1章 概述1.1冲压模具特点模具能够确保冲压产品的尺寸准确，让产品质量保持一致，并且在加工过程中不会损伤产品表面。用模具制造的零件能够选用价格低廉的冲压钢板或钢带作为原料，制作过程无需进行加热，展现出效率高、品质优良、重量轻微、费用节省等多重好处，其性能远超其他加工方式，模具应用已成为当前工业制造的关键技术和未来工艺进步的主要方向。当代制造业的进步与技能提升，很大程度上依赖于模具行业的繁荣发展。九十年代至二十一世纪初，中国逐步从计划经济迈向市场经济，初步构建了市场经济体系，国际分工持续深化，科学技术迅猛发展。经济、科技、市场等层面，我们不断融入世界体系。我们把握时机，直面挑战，坚定执行“以科技引领，以质量为本”的指导方针，有力促进了企业的振兴。要达至复兴，务必持续增强公司自主研发产品与生产制造能力。伴随经济规模及工业制品技术的持续进步，各领域对模具的需求愈发旺盛，技术标准亦日趋严苛。模具通用件之种类、数量、水准及生产集聚度，对整个模具产业的前景具有决定性作用。所以，某些关键的模具通用零件也必须着力推进，并且其进步速度要超过模具整体的发展节奏，这样才能持续提升我国的模具规范化程度，进而增强模具性能，减少模具制造时间并节约开支。鉴于我国的模具商品在国际市场上具备显著的价格竞争力，因此对于出口市场潜力大的模具产品也应优先发展。模具制造的技艺程度和科技成分的深浅，是判断一个国家科技实力与产品加工能力的核心依据，它极大影响着产品的性能、经济价值、新产品的研制水平，决定着该国制造业在全球市场的竞争优势。冲压工艺规程是模具设计的基础，合理的模具结构设计是工艺过程顺利进行的保障，一旦冲压工艺发生变更，通常会导致模具需要重新制作，严重时可能直接作废。加工相同构件，往往有多种工艺方案可供选择，需要遵循技术领先，成本得当，制造快捷，运用稳固的原则，确保构件制造满足所有技术指标，同时获得最优的技术表现和经济效益，所以，制定冲压工艺流程和模具设计是冲压设计的核心环节。这项冲压模具的设计工作，是完成大学所有基础学科、技术学科以及多数专业学科学习后开展的毕业设计任务。该设计具体涵盖了：零件的加工可行性研究、加工流程规划、板材布局方案、下料技巧、材料使用效率测算、工序所需压力估算、施压点定位、设备类型确定、模具种类及构造方案挑选，还有模具组件的选用、构造和优化调整等环节。完成了核心的组装图纸和部件图纸，借助这次毕业设计的整体锻炼，增强了自身剖析难题、处理难题的才干，塑造了自主钻研的倾向，并使自己熟知了模具制作的常规流程和技巧，为日后的职业发展和学术追求构建了稳固的平台。因为本人初次面对这样系统而周全的设计任务，经验尚浅，本事也还欠缺。故在设计中难免会存在不足之处，敬请各位老师给予指正。第2章 零件制造特性研究当前设计对象为汽车玻璃升降装置，采用10号钢作为原料，板材厚度为1.5毫米，计划年产量达到三十万件，具体规格参数请参照图2.1所示汽车玻璃升降装置零件图2.1，该图纸详细标注了各部分尺寸信息，材料特性分析如下，10号钢属于低合金钢类别，具备优良的可塑性，抗拉强度指标为400兆帕，足以确保构件具备充分的刚性与强度，结构特性分析表明，此部件的功能用途是用于汽车玻璃的升降控制，整体构造较为精密复杂该外壳属于旋转体，其外观特征显示它属于常见的凸缘圆筒形零件。它的基本轮廓和大小可以通过拉延、打孔、翻边等冲压工艺来实现。从拉延成形的尺寸角度来看，它的直径与高度之比以及高度与直径之比都比较适中，拉延工艺适应性良好。第二点涉及精度方面，部分尺寸公差要求较高（达到IT11到IT12级标准），因此需要在拉延完成后增加修整工序，并且要采用高精度、小间隙的模具来完成加工。这三个小孔的尺寸比最小冲裁孔径要大，但中心圆的精确度标准很高，属于IT10级，因此需要以内孔作为定位基准，借助精密模具在一次加工步骤里完成全部冲裁工作。从整体来看，这个零件的几何形态、规格参数、精确度指标以及所用材质，都满足冲压制造工艺的各项条件，其冲压加工适应性很强，具备良好的成形能力。第三章 零件冲压工艺方案选定3.1 工序属性与数量设定外壳零件的加工流程主要包括冲切、拉伸、翻边等步骤。底部加工存在三种可行路径，具体如图3.1所示为底孔加工的不同方案第一种方案是先实施阶梯式拉伸再车削去除底部部分第二种方案是先实施阶梯式拉伸再进行底孔冲制第三种方案是先实施拉伸加工再冲制底孔最后进行翻边处理第一种方案车底用料扎实，不过制造速度慢，中等数量生产时不太适合使用。第二种方案在去除底部之前，要求底部圆弧大小接近零件，为此必须增设一道修整流程，而且成品质量难以确保。第三种方案制造效率高，能节省材料，虽然翻边效果一般，却能够符合零件高度尺寸21毫米的标准。所以决定采用第三种方案。3.2 坯料规格核算3.2.1 确定翻边次数翻边系数K=1-翻边高度H=21-16=5毫米翻边直径D=16.5+1.5=18毫米板料厚度t=1.5毫米翻边圆角半径r=1毫米计算得K=1-0.61预冲孔直径：=KD=0.61×18=11毫米翻孔次数判定：参考低碳钢极限翻边系数表可知，选用圆柱形凸模并配合冲孔模预冲时，直径与厚度比值为11/1.5等于7.3极限翻边系数【K】介于0.5到0.61之间，因此可以单次翻边完成成型拉深次数和凸缘直径的确定方法如下：修边余量按照50加2倍RR计算，根据表格查询得到R为2毫米，因此修边余量为50加2乘以2，等于54毫米，毛坯尺寸为65毫米，拉深次数的计算比率为1.5除以65，得到2.3%，凸缘直径与毛坯直径的比率为54除以65，等于0.83，厚度与毛坯直径的比率为23.8除以65，等于0.366，查表得到【】为0.44，【】，所以不能通过一次拉深完成。【】等于0.75，并且【】乘以【】等于0.33，所以【】除以【】得到的结果是0.75，因此需要进行两次拉深加工。由于两次拉深过程中使用的拉深系数都接近极限值，为了确保拉深质量，必须选择比较大的圆角半径，但是零件本身的圆角半径比较小，所以需要在两次拉深之间增加一道整形工序。为了提升零件的制作水平，降低每次拉深时产生的形变，确保生产过程的稳定性，实际操作中增设了一个兼具拉深和整形功能的步骤，因此对拉深系数进行了重新设定：理论上的最大拉深系数为0.44，另一个为0.75，还有一个为0.76。调整后的实际拉深系数分别为：等于0.56，等于0.822，等于0.812，其中后两次数值大致相等，第一次可以稍大一些；通过这些系数计算得出乘积为0.3663；根据前述分析和计算结果，该零件的冲压主要步骤包括：首先进行下料，接着实施初次拉深，然后进行第二次拉深，再进行第三次拉深并完成整形，随后加工直径为mm的孔，接着执行翻孔操作，再冲制三个直径为mm的小孔，最后进行切边处理。成型方法设计：首先进行初次裁切和初步成型结合，接着执行第二次成型，然后实施第三次成型并完成塑形，随后在工件上打直径为mm的孔，之后进行翻边处理，再在工件上打3个直径为mm的孔，最后进行边缘切割。另一种成型方法设计：首先进行初次裁切和初步成型结合，接着执行第二次成型，然后实施第三次成型并完成塑形，随后将打直径为mm的孔和翻边处理合并操作，再将打3个直径为mm的孔和边缘切割合并操作。方案三：先进行下料和初次拉伸的组合工序，接着执行二次拉伸，然后进行三次拉伸并完成整形步骤，再同时进行冲制mm直径的孔和冲制3个mm直径的孔，最后合并翻边与切边工序。方案四：将下料、初次拉伸以及冲制mm直径的孔整合为同一流程，随后实施二次拉伸，接着进行三次拉伸并配合整形，然后单独执行翻边操作，再冲制3个mm直径的孔，最后完成切边步骤。工艺方案经过对比分析，可以明确：方案二存在两个复合工艺，即冲孔与翻边结合以及冲孔与切边结合，这两种工艺的凸凹模壁厚过薄，分别为2.75毫米和2.4毫米，均低于凸凹模最小壁厚标准3.8毫米，导致凸凹模强度不够，模具容易损坏，因此不适合采用此方案。这个方案虽然处理了模壁厚度不足的问题，但在冲制两个毫米的孔和三个毫米的孔组合，以及翻边和切边组合的时候，它们的锋刃并不处在同一个平面，而且磨损速度也不相同，这会给模具调整带来麻烦，而且调整后要确保它们的位置关系准确也很困难。另一个方案里，切割、初次拉伸和冲制两个毫米的孔组合在一起，冲孔的凹模和拉伸的凸模被制作成整体，这也给锋刃的调整带来了难题。预冲的孔洞在后续的两次拉延过程中，有可能出现形状改变，一旦孔洞的尺寸发生变动，就会波及到孔壁的高度和开口的精细程度。方案一不存在这些不足之处，只是工艺流程的连贯性不高，导致生产效率不理想。然而各个工序的模具构造比较简单，便于加工制作，比较适合中等规模的生产任务。经过深入研究和对比，方案一相对更为恰当。3.4排样方案已经明确，板材的规格确定为1.5毫米宽、900毫米长、1800毫米高。因坯料直径65mm不算太小，为操作方便，采用单排排样。宽度尺寸设定：根据表格可知连接边长为2毫米，进给间距为1.5毫米，由此得出：总宽度=基本尺寸+两倍连接边长=65+2×2=69毫米；进给距离计算：总进给距离=基本尺寸+进给间距=65+1.5=66.5毫米；切割方案规划：选用纵向切割方式：切割条数=总宽度/条宽=900/69=13条余3毫米；每条包含数量=（板长-连接边长）/进给距离=(1800-1.5)/66.5=27个；总件数合计=切割条数×每条包含数量=13×27=351件 板的材质使用效率η总=
n总（D2-d2）
/L×B}×100%=
351×(652-112)
长方形材料按横向切割，有效利用率达到百分之六十九点五，通过横向切割，可得到二十六根条状物，每根条状物包含十三件物品，每件物品的间距为六十六点五厘米，宽度方向上每根条状物可容纳八十八件物品，板材的整体利用效率为百分之六十九点五
338×(652-112)
切割效率高达百分之六十六点五，所以决定选用从裁方案。其排布示意图参见图3.2，该图位于第4章中，具体章节为制件的冲压模具设计，其中4.1部分详细阐述了落料拉深复合模具的设计方案，4.1.1小节则着重于工序尺寸的计算过程。由于材料厚度为1.5毫米，因此在进行拉深直径的计算时，需要依据中心线尺寸进行。计算结果为：拉深直径等于0.56乘以65，最终得到36.4毫米，这是中心线直径的数值。凹模的圆角半径经过计算得出为5.4，但由于增加了一个拉深步骤，导致各个拉深步骤的变形程度有所降低，因此允许选择更小的圆角半径值。在此设计中，凹模圆角半径取值为5毫米，而凸模圆角半径则等于凹模半径乘以0.8，即4毫米。首次拉深时，圆角半径需要适当增大，具体数值为凹模半径加上0.75，即5.75毫米；而第二次拉深时，圆角半径则为凸模半径加上0.75，最终得到4.75毫米。拉深深度确定为13.5毫米，4.1.2环节需要计算工序压力，初步选定压力机落料能力为3.14乘以65乘以1.5乘以400，计算结果得出122460牛顿，材料抗拉强度为400，卸料力按照0.05乘以122460计算，最终为6123牛顿，通过查表确认卸料系数为0.05，拉深力根据3.14乘以36.4乘以1.5乘以400乘以1计算，结果为68578牛顿，查表可知拉深系数为1，压边力为4046牛顿，考虑到落料与拉深在冲压过程中并非同步进行，因此总压力需要将三者相加，即122460加上6123再加上4046，最终得出132629牛顿，基于此数据初步选择J23-35型号压力机。确保压力机与模具正常运作，关键在于使冲模施加的力点与压力机滑块的中心轴线对齐。如果不这样做，在冲压过程中，冲模会与压力机滑块发生偏移，导致凸模和凹模之间的间隙变得不一致，进而可能损坏刃口及其他相关部件。更为严重的是，这种情况还可能造成压力机导轨的磨损，进而影响压力机的整体精度。这个零件是形状简单且对称的圆形，其压力中心与几何中心相吻合，因此无需进行压力中心的相关计算。4.1.4部分涉及落料时凸模和凹模刃口尺寸的计算，冲裁间隙是指这两者工作部分之间的距离，如果没有特别说明，通常指的是双边间隙。冲裁间隙对冲裁过程有显著作用，同时也会对模具的使用寿命产生较大影响。间隙的合理数值波动幅度很大，大概在五分之五到五分之一之间，即大约为百分之五到百分之二十五左右。选择较小的间隙能够提升冲压件的品质，而采用较大的间隙则有助于延长模具的使用周期。所以，在确保冲压件质量达标的情况下，应该倾向于使用较大的间隙。合理的冲裁间隙值，需要在设计凸模和凹模的工作尺寸时预先考虑，并且在模具组装过程中必须确保间隙，使其沿着封闭轮廓均匀分布，这样才能获得理想的结果。落料加工的尺寸由凹模的刃口形状决定，即先确定凹模的尺寸，然后相应减小凸模的尺寸，以此来保证最小的合理间隙。毛坯直径确定为65毫米，拉深前未标注公差，按IT14级标准处理，表查得值为0.74毫米，因此落料尺寸为凹模尺寸：系数x与工件精度关联，IT14级时x取0.5作为凹模制造公差，计算得0.185代入公式：凹模尺寸等于落料尺寸减去0.185毫米，凸模尺寸：最小双面间隙值为0.090毫米，表查得代入公式：凸模尺寸等于凹模尺寸减去0.090毫米，4.1.5拉深凸模凹模刃口尺寸计算中，对于多次拉深的首次及中间步骤，毛坯尺寸公差要求不高，此时模具尺寸可直接取用毛坯过渡尺寸即可。零件内部构造有明确规格，所以以凸模作为参照标准。凸模的规格数值：通过查询表格得知，凹模的规格数值：根据表格数据为0.05；单边间隙值z：通过表格查询为1.2，乘以1.5得到1.8毫米，将其代入计算结果为4.1.6。确定落料凹模的形态和规格时，考虑到落料凹模的规格较大，比较容易运用销钉进行定位，用螺钉进行固定，因此决定采用销钉定位，螺钉紧固的方式。这样能够降低凹模外部的加工要求，节省制作时长和费用。凹模采用一体式构造，配备直线型刀口，这种刀口具有较高强度，且孔径不会因刀口研磨而变大，适合零件制造。凹模厚度确定为20毫米，依据计算公式得出，后因拉深行程需求，最终设定为45毫米；凹模宽度为200毫米，通过在基本尺寸基础上增加三倍的凹模厚度计算得出；凹模长度同样是200毫米，由基本长度加上两倍的侧边间隙值计算而来；凹模的具体形态和构造展示在后续内容中；首先是落料凹模的设计方案；在凸凹模及拉深凸模的形状与尺寸选择方面，设计时需兼顾模具的整体布局和垂直高度，推荐采用固定板进行定位，并使用螺钉进行固定安装。其结构尺寸由工件的尺寸决定。凸凹模的长度计算如下，L等于各部分厚度之和，具体为30毫米加上18.5毫米，再加上1.5毫米，最后加上45毫米，总计为95毫米，各组成部分包括凸凹模固定板的厚度，卸料板的厚度，以及为增加长度而设计的部分，其具体形状和尺寸参见图4.2，该凸凹模拉深凸模的设计形状遵循标准规定，采用的是台阶式结构，这种结构具有强度高、刚度好、装配和维修方便的优点，凸模的工作部分尺寸是根据计算结果确定的，而与凸模固定板的配合部分则采用过渡配合方式制造，具体为H7/m6或H7/n6，凸模的最大直径主要用于形成台肩，其作用是便于固定，并确保在工件加工过程中凸模不会发生位移或脱落。长度测算：L=45+22-2=65毫米；落料凹模的厚度为凸模固定板的厚度，具体轮廓与大小参见图4.3；图4.3展示的是拉深凸模；4.1.8节涉及定位零件的设计；导料销设置两个，安放在条料的单边位置；选用符合国家规范的型号，规格定为M8即可；挡料销采用固定式设计，构造精简，加工方便，常用于冲压中、小型裁切零件的定位与距离控制。采用M8型号。4.1.9倾倒与支撑机构的设计示意图见图4.4：顶件装置。为避免板材被凸模卡住，必须配备卸料板，其形态与大小见图4.5：卸料板。落料与拉深复合模具的行程宽，给弹簧的挑选造成不便。即便确定了弹簧，也必定需要选用尺寸更大的模座来安装弹簧。即便只安装六个到十个弹簧，单个弹簧锁承受的压力也会非常可观。所以，采用橡胶制作卸料部件的缓冲材料更为妥当。并且依据模具构造，决定使用四个。模具进行拉深操作时的有效行程长度为十三点五毫米，将橡胶的初始压缩程度设定为百分之十，通过查阅资料可知系数等于一点一，依照这个数值来运用橡胶横截面的计算公式A等于F除以E
