离合器板冲成形模具设计

图 １ 图 ２所 示为洗衣 机离合 器外壳 体， 料为 、 材
工艺路线安排如下 ： ①一次拉深大圆筒 ； ②二次拉
０ Ｆ钢板 ， ８ 厚度 １６ｍ ． ｍ。该零件是 带凸缘的拉深件。 其 中 ， ０ ． ｍ和 ７ｍ １ ９４ｍ １ ｍ的圆筒须拉深 出来 ，３ ，ｏ １ ，
ｍ 的孔 以及 ， ０ ． ｍ圆筒侧面上的弧形方孑须直 ｍ １ ９４ｍ １ Ｌ 接冲出。除此之外 ， 还有许多小子需要冲出， Ｌ 还需要翻 边、 压筋等工序。因此该零 件的工艺路线非 常复杂。 在各工序 中， 拉深工序是关键 。
关键词 ： 板料成形
工艺参数
正交试验 优化
Ｒｅ ｅ ｒｈｏ ｈ ｔ ｚ ｔ ｎ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｉａ ｒｍｅｅ ｓｏ ｅ ｔ ｓ ａｃ ｎｔｅ Ｏｐｉ ａｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇｃ ｌ ｍｉ ｏ Ｐａａ ｔｒ ｆＳｈ ｅ
Ｍｅａ ａ ｎ ｙ Ｏｒｈ ｇ ｎ ｌ ｘ ｅ ｉ ｎ ｔｌ Ｄｒ ｗｉｇ ｂ ｔ ｏ ｏ ａ ｐ ｒ Ｅ ｍｅ ｔ Ｙ Ｎ ｉ ｎ Ｄ Ｎ ｉ ’ｎ Ｅ ｉ Ａ Ｇ Ｌｊ 。 Ａ Ｇ Ｘ ｎ ａ ，Ｒ Ｎ Ｗｅ ａ
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Ｄ 橇 具 技术 ｉ ｅ ＆
离 合 器 外 壳 拉深 工 艺及 模 具 设 计
岳 奎
（ 合肥工业大学机械与汽车工程学院， 安徽 合肥 ２００ ） ３０９ 摘 要： 针对离合器外壳的结构特点 。 制定了该零件的成形工艺。给出了模具 的结构简图并分析了其结构的
（ 陕西 科技 大 学机 电工程 学 院 ， 陕西 成 阳 ７ ２８ ） １０ １
摘
要： 成形工艺参数影响金属板料的拉深成形性能 。 对多道次拉深的影响显著性因素也不一致。针对影响
板料 拉深 成 形性能 的 主要 因素 ， 运用 正 交试验 方 法确定 出了影 响首 次 和二次 拉深成 形 性能 的显 著性 因素 。通 过优 化组 合 参数 。 高 了拉 深成 形效 率 。 提

1﹑分离工序：是使冲压件与板料沿一定的轮廓线相分离的工序。

2、成形工序：是保证坯料在不被破坏的条件下发生的塑性变形，并转化成所需要求的制件形状的工序。

3﹑变形抗力：塑性成形时，使金属发生变形的外力称为变形力，而金属抵抗变形的反作用力，称为变形抗力。

4﹑板料的冲压成型性能：指板料对各种冲压加工方法的适应能力。

5﹑板料的贴膜性：指板料在冲压成型过程中取得模具形状的能力。

6﹑成形极限：指板料成形过程中能达到的最大变形程度，在此变形程度下材料不发生破裂。

7﹑冲裁：是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序.8﹑冲裁间隙：指凸模和凹模刃口横向尺寸的差值的一半。

9﹑模具压力中心：指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

10﹑排样：指冲压件在条料或板料上的布置方法。

11﹑搭边：排样时零件之间及零件与条料侧边之间留下的工艺余料。

12﹑步距：是每次将条料送入模具进行冲裁的距离。

13﹑单工序冲裁模：指在压力机一次行程内只完成一种冲压工序，而不论冲裁的凸（或凹）模是单个还是多个。

14﹑级进模：指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的冲模。

15﹑弯曲：是将金属板料毛坯﹑型材﹑棒材或管材等按照设计要求的曲率或角度成形为所需形状零件的冲压工序。

16﹑拉深：是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种加工方法。

17﹑拉深系数：是表示拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯的直径之比。

18﹑翻边：是将毛坯或半成品的外边缘或孔边缘沿一定的曲线翻成竖立的边缘的冲压方法。

19﹑缩口：是将预先成形好的圆筒件或管件坯料，通过缩口模具将其口部缩小的一种成形工序。

20﹑级进冲压：指压力机的一次行程中，在模具的不同工位同时完成多种工序的冲压。

21﹑载体：是指级进模冲压时，条料内连接工序件并运载其稳定前进的这部分22﹑冲压工艺规程：是指导冲压件生产过程中的工艺技术文件。

凹模定位板01020304夹板紧固螺栓顶杆弹簧分析图纸选择模具类型设计模具结构030201选择材料和热处理工艺进行试模粗加工热处理备料精加工抛光总装试模冲裁适用于加工各种形状的薄板零件，具有加工精度高、生产效率高、成本低等优点。

但冲裁过程中会产生废料，模具磨损也较快。

冲裁原理及工艺特点工艺特点冲裁原理间隙选择间隙计算冲裁间隙的选择与计算排样设计搭边值选择冲裁件的排样与搭边确定模具类型模具结构形式模具类型与结构形式根据产品形状和尺寸，设计凸模的结构和尺寸，考虑凸模强度、刚度和使用寿命。

凹模设计根据产品形状和尺寸，设计凹模的结构和尺寸，考虑凹模的加工精度和使用寿命。

根据产品要求，设计定位销的结构和尺寸，确保定位销能够准确固定产品位置。

挡料装置设计根据产品要求，设计挡料装置的结构和尺寸，确保挡料装置能够准确控制产品送料位置。

定位销设计VS模具的夹持与固定装置夹持器设计固定座设计模具材料选择模具结构设计模具强度计算模具强度校核模具刚度定义根据冲裁件的材料、厚度和精度要求，确定模具的刚度要求。

模具刚度校核标准模具刚度优化模具刚度校核03模具稳定性优化01模具稳定性定义02模具稳定性校核标准模具的稳定性分析为保证模具的使用寿命，需要选择具有足够硬度的材料，以便抵抗磨损和保持其形状。

模具材料的硬度模具材料的韧性模具材料的抗疲劳性模具材料的耐腐蚀性为了使模具能够承受冲击和弯曲，需要选择具有足够韧性的材料。

由于模具在长期使用中会受到循环应力的作用，因此需要选择具有较好抗疲劳性能的材料。

对于需要接触腐蚀性材料的模具，应选择具有较好耐腐蚀性的材料。

模具材料的选择原则碳素工具钢低合金工具钢高碳高铬工具钢不锈钢常用模具材料及其特性退火淬火正火回火01030204模具材料的热处理工艺复杂零件的冲裁模具设计通常适用于生产批量较大、对精度要求较高的场合。

在设计时，需考虑以下因素1. 材料：选择适合冲裁的材料，如不锈钢、高强度钢等。

目录摘要 (2)绪论 (4)第一章零件图和零件方案的拟订 (6)一．零件图及零件工艺性分析 (6)二、工序分析 (7)第二章落料模的设计与计算 (7)一、毛坯尺寸计算 (7)二、冲压工艺方案的确定 (7)三、模具结构形式的确定 (8)四、主要工艺设计计算 (8)五、主要零部件的设计 (12)第三章弯曲模的设计与计算 (15)一、冲压工艺分析及工艺方案的制订 (15)二、弯曲力的计算 (16)三、零件设计与计算 (17)第四章冲孔模的设计与计算 (20)一、冲压工艺性分析及工艺方案的确定 (21)二、冲裁工艺方案的确定 (22)三、冲压工艺参数计算 (23)四、零部件的设计 (25)结束语……………………………………………………………………….........……………29参考文献………………………………………………….…………………………………………30摘要模具技术水平的高低是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一.我们国家工业的进一步发展要求模具行业向大型的、精密的、复杂的、高效的、长寿命的和多功能的方向发展.模具制造业属于典型的面向资源单件订货的制造行业；满足项目交货期是模具企业进行生产计划与控制主要的追求目标；模具企业大多为多项目生产,在单项目进度的同时需要保证多项目总工期的按时完成；由于资源分配不合理以及生产过程中不确定性因素的影响,多项目任务间的资源争夺频繁发生,项目间的资源争夺直接限制了各项目的生产率,严重影响到多项目的完工期；传统的资源冲突消解方法已不能满足现实多变的模具动态多项目生产环境；因此,如何及时科学地消解模具生产中的资源冲突,对于多项目的成功实施有着重大意义；近年来，我国模具需求越来越高，模具的大力生产制造势在必行；模具制造技术还需要很大程度的提高；关键词：冷冲压；模具设计计算；板形件；板料成形；模具；AbstractMould level of technology is the measure of a country manufacturing level one of the important marks. The further development of our country industry requirements to large mould industry, precision, complex, high efficiency, long life and multifunctional direction. Die and mould industry belongs to typical resource-oriented piece order of manufacturing industry. To meet project delivery time is mould enterprises to carry out the production plan and control the main pursuit of the goal. Mold enterprise for production projects, mostly in single project progress at the same time as the need to make sure that the total project time limit for a project completed on time. Due to the unreasonable allocation of resources and the influence of uncertainty factors in the process of production, resources among multiple project tasks for the frequent, project resource contention between productivity directly limits the various purposes, seriously affect the completion date is multiple purpose. Traditional resource conflict resolution methods cannot satisfy the reality and changeable mold dynamic multi-project production environment. Therefore, how to dispel the resource conflicts in the mold production scientifically, in time for the successful implementation with a number of great significance.In recent years, China's mold demand is higher and higher, vigorously of mould manufacturing is imperative. Also need to greatly improve mould manufacturing technology.Key words: cold stamping; Mold design and calculation; Strip shape; Sheet metal forming. Die;绪论模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”；我国模具行业发展在各个地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区；而且我国模具设计制造水平在总体上比很多国家落后许多，在加上产品质量和标准化水平不高；我国模具行业市场前景广阔，发展持续增长，机遇与挑战并存；当前汽车、IT、建材、展具、医疗、卫浴等诸多产业当中，80%以上的零部件都是有模具制造出来的，我国模具工业发展比较晚，一直没有形成产业规模，经过十五，十一五高速发展，现代模具产业在新兴工业化道路上驶上了快车道，模具作为重要的制造装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务，模具在制造业产品研发、创新和生产中所具有的独特的重要地位，是的模具制造能力和水平的高低也称为国家创新能力的重要标志；我国模具工业的现状与发展目前,国内模具市场越来越大,国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具国际采购的趋向十分明显.所以,看向未来,国际、国内模具市场总体发展前景是一片美好.我国模具工业将会有一个继续高速发展的机遇期.与世界发达国家的差距目前全世界模具年产值超过600亿美元；日本、美国等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业；虽然中国模具工业近几年设计、制造技术、模具质量水平等取得了很大的发展，但与发达国家相比仍存在较大的差距；模具设计体系规范模具设计软件系统开发是当务之急；制造工业水平国内模具生产厂家公益条件参差不齐，不少厂家特别是私人企业，由于设备不全套，很多工件依赖手工完成，严重影响精度和质量；而欧美许多模具企业的生产技术水平在国际上是一流的；调试水平模具的最终目的是生产出来合格的产品；国内模具的质量和性能检验大多数就在用户处，容易给用户造成大量的损失和浪费；然而国外大多都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的各种工作条件试模，所以能在最短的期限内达到较好的效果；原材料问题国外材料综合机械性能、耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度军明显优于国产材料；材料从根本上影响国产磨具的外观质量和使用寿命；价格因素对用户来说合理的质量价格比是最好选择，所以说进口模具价格比国产模具高8-10倍，仍然有其市场空间；配套体系我国模具生产企业往往忽视与其它设备、原料供应商合作，无形中使用户走了许多弯路；4 .冷冲压工艺的特点（1）冷冲压是少、无切屑加工的方法，所获得的冲压件一般不需要再次加工；(2)冷冲压加工方法是一种高效率的加工方法；(3)冲压件的尺寸精度由模具保证，所以精度高，质量稳定，可批量生产；(4)冷冲压可以加工壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂等其他方法无法加工的零件，是其他加工方法所不能替代的加工方法；另外，冷冲压加工不需要加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，成本费用较低；由于具有上述突出特点，冷冲压在生产中得到了广泛的应用；全世界的钢材中，有大多数是板材，其中的绝大部分是经过冲压制成；第一章零件图及零件工艺方案的拟定一．零件图及零件工艺性分析1.零件图：根据零件图分析零件的工艺路线，制造要求；材料:08钢厚度: 205mm图1-1工件名称：铰链该零件材料厚度t=2.5mm<3.2mm,属于薄板冲裁；零件外形相对简单；外轮廓圆角半径满足表1-1的要求，零件外形符合冲裁件外形设计规范；表1-1 冲裁件的外形圆角半径连接角度α≥90oα<90oα≥90oΑ<90o 简图低碳钢黄铜、铝高碳钢、合金钢0.30t0.24t0.45t0.50t0.35t0.70t0.35t0.20t0.50t0.60t0.45t0.90t零件最大尺寸为64mm，属于小型冲件；由于图中未标注公差等级，确定其精度等级为IT14级，批量生产；2.冲压件的材料性能；该零件材料为08钢，查表1-2可知其抗剪强度τ=255~253MP，具有良好的冲压性能，满足冲压工艺要求；表1-2 08钢的主要力学性能抗剪强度抗拉强度伸长率屈服强度弹性模量255-353MPa 330-450MPa 32% 200MPa 1.9×MPa 二、工序分析由零件图可知，该铰链成形工序为落料——弯曲——冲孔；该工序成形的主要难点在与四个孔中两对孔的同心度；故冲孔要在弯曲工序后面，并且需要用侧冲孔的方式，并且两对孔同时冲；弯曲时后端两个耳朵将会向下，凹模应该留出合适的空隙；第二章落料模的设计与计算一、毛坯尺寸计算由零件图可知，落料是只是横向尺寸不同，故长度方向尺寸增加；总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，查表2-1得中性层位移系数x=0.28.表2-1 中性层位置因子k与r/k比值的关系r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8k 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28r/t 1 1.2 1.5 2 2.5 3 4 5 7.5k 0.31 0.33 0.36 0.37 0.40 0.42 0.44 0.46 0.5中性层半径ρ=r+kt=2+0.28×2.5=2.8(mm)ρ————中性层半径（mm）r————弯曲半径（mm）K————中性层位置因子t————材料厚度（mm）弯曲件的展开尺寸：L=64-5+44-5+2.8×3.14/2=106.5(mm)二、冲压工艺方案的确定本单工序冲裁模可以采用以下三种方案：方案一：采用无导向的单工序冲裁模；方案二：采用导板导向的单工序冲裁模；方案三：采用导柱导向的单工序冲裁模；方案一模具结构简单，尺寸小，重量轻，模具制造容易，成本低，但冲漠在使用安装时麻烦，需要调试间隙的均匀性，冲裁精度低且模具寿命短；它适合于精度要求低、形状简单、批量小的冲裁剪；方案二精度高，模具使用寿命长，但模具制造较复杂，冲裁时视线不好；方案三冲裁精度最高，使用寿命长；但与前两种方案相比，成本高；由于产品批量较大，故采用导柱导向的单工序冲裁模；采用滑动导向的标准模架，不仅能满足冲压工艺要求降低，缩短模具的制造周期，还能降低成本，所以本工件采用滑动导向的单工序冲裁模；三、模具结构形式的确定（1）操作方式选择：采用手工送料操作方式；（2）定位方式的选择：选用导料板、固定挡料销定位方式；（3）卸料方式的选择：本工件坯料较厚，所以选择固定板卸料；（4）模具结构简图的绘制：四、主要工艺设计计算(1 )调料宽度：60mm；根据调料宽度50~100mm，材料厚度t=2.5mm，据表2-2，得调料宽度偏差Δ=-0.8mm，查表2-3得调料与导板之间的间隙C=0.8mm；表2-2 调料宽度偏差(mm)调料宽度B （mm）材料厚度t(mm)~1 1~2 2~3 3~5~50 -0.4 -0.5 -0.7 -0.9 50~100 -0.5 -0.6 -0.8 -1.0 100~150 -0.6 -0.7 -0.9 -1.1 150~220 -0.7 -0.8 -1.0 -1.2 220~300-0.8-0.9-1.1-1.3表2-3 调料与导料板之间的单面间隙C (mm)板料厚度t无侧压装置有侧压装置调料宽度≤100>100~200>200~200≤100 ≥100 ≤10.5 0.5 1 5 8 >1~50.81158送料步距为S=L+α1=109mm.调料宽度：B -Δ0=(D max +C)-Δ0=53+0.8=53.88.00-（mm) B ————调料宽度D max ————调料宽度方向冲裁件的最大尺寸 Δ————调料宽度的单向偏差C ————调料与导料板之间的单面间隙 导料板间距A=B+C=54.16mm (2) 材料利用率计算K=na/A ×100=73%其中，K 为材料利用率；n 为条料上生产的冲件数； a 为每一冲件的面积； 为条料面积； (3) 冲压力计算落料尺寸L=393.16mm,落料力：F 落=1.3τLt=1.3×393.16×2.5×353=4.5105×105N推件力计算：设同时卡在凹模中的工件数为1，查表得推件力系数k=0.055, F 推=nK T ×F=2×0.055×451.05=49620N 总冲压力F 总=F 落+F 推=500670N (4) 压力机选择；选择的压力机的标称压力应大于总冲压力，查《冲漠设计手册》，选择型号为J21-63系列开始固定台压力机，压力机的参数为： 公称压力：630KN;滑块行程：120nn;压力机工作台面尺寸：540mm×840mm（前后×左右）;压力机工作台漏料孔尺寸：290mm×330mm(前后×左右)；滑块模柄孔尺寸： 50mm×70mm;压力机最大装模高度：270mm;连杆调节量：70mm；(5)落料模刃口尺寸计算模具的刃口尺寸计算对于整个模具来说是非常重要的，模具的凸、凹模之间的间隙对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响；冲裁模间隙是制定冲裁工艺和设计模具时要确定的一个非常重要的工艺参数；因此确定合理的冲裁间隙至关重要，确定合理的冲裁间隙大小的方法有两种：一、理论确定法；二、经验确定法；理论确定法的主要依据是保证裂纹重合，根据材料的力学性能、板料厚度等因素来确定间隙值；但理论确定法在实际生产加工中使用不太方便，所以生产中广泛使用的是经验确定法，用经验公式来确定间隙数值，加工方便适应各种情况，非常实用；影响凸、凹模间隙值因素有多种，而断面质量和和尺寸精度要求也各不相同；所以，在实际生产中很难确定统一的间隙值，我们只能够根据相应要求及材料的力学性能、所用板料的厚度，来确定一个适当的范围作为合理间隙值；当间隙偏大时，会导致毛刺较高较厚；当间隙偏小时，会导致端面质量有一定的缺陷；因此合理的间隙值极为重要，合理间隙值的最小值我们称为最小合理间隙Z min ，最大值称为最大合理间隙Z max ；在设计和制造模具时还应考虑到模具凸、凹模在使用中会因磨损而使间隙增大，故应按最小间隙 Z min确定模具间隙值；在设计冲裁工艺的时候，应该考虑到冲裁件对冲裁工艺的适应效果，也就是适应性；.冲裁零件的形状，本次设计的零件为“铰链”形状简单、对称；外形没有尖角有利于模具的制造，还能提高模具寿命；2.零件的精度要求，设计是零件的精度要求也是非常重要的考虑因素；一般通过增加余料来提高精度，也就是搭边，选取合理的搭边值不仅可以提高零件的精度还可以提高模具的寿命；一副模具的凸、凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的重要因素也是主要因素；因此，在冲裁模设计中，正确确定与计算凸、凹模刃口尺寸及其公差是极其重要的；下面根据参考文献和计算凸、凹模刃口尺寸及其公差的原则和有关公式来分别确定凸、凹的刃口尺寸；根据零件形状特点，尺寸要求和查《冷冲模设计》可得：（1）落料时通常先确定凹模的尺寸大小，再根据最小合理间隙来确定凸模的尺寸大小；落料件尺寸的基本计算公式为：D D= (D max– XΔ)0+δDD P= (D P– Z min)0-δP=(D – XΔ- Z min) 0-δP查得最小间隙Z min =0.29mm，最大间隙Z max =0.35mm，凹模制造公差δD=0.040mm，凸模制造公差δT=0.030mm；将以上各值代入:δD+δP < Z max- Z min校验是否成立，经校验，不等式不成立，可减小δD、δP的值，按下面公式取值δP =0.4（Z max- Z min）=0.024mmδ D =0.6（Z max- Z min）=0.036mm所以落料时工作零件刃口尺寸为：D D1=106.460+0.03 mmD P2=106.520-0.02 mm搭边值的确定搭边值时排样时需要考虑的一个重要因素，搭边值的选取要合理，因为它会对工件的精度造成较大的影响。