模具毕业设计36钢圈切边模的设计制造

钢圈切边模的设计制造（中南大学成教学院）一、前言模具工业是国发经济发展的重要基础工作之一。

模具是成形制品或零件生产的一个重要的装备。

从航空航天，汽车等行业的零部件，到计算机电子电器，各种家电产品的生产现代工业发达的国家，对模具工业都十分重视，因乃至人们的日常生活用品，几乎各行各业都有用模具生产的制品和零部件。

模具技术水平的高低反映了一个国家制造业的能力。

随着我国经济的改革和发展，从中央到地方都认识到了模具的重要，都把模具摆到重要位置。

先进技术和先进设备的引进，促进了我国实用模具技术和相关技术的不断进步。

模具的品种和形式不断丰富，许多大学和科研生产部门都建立了模具技术方面的研究和开发机构，模具工程技术人员不断创新，模具技工学校推陈出新，百花齐放，这些都给中国模具工业的发展注入新的活力。

目前，国内外模具工业发展很快，模具产值已超过机床工业的产值，我国模具工业作为一个独立的，新型的工业，正处于飞速发展阶段，已成为国民经济的基础工业之一。

其发展前景十分广泛，据预测，未来我国将成为世界模具工业强国。

现在由于我国起步晚，底子薄，“九五”期间虽有较快的发展，但与发达国家相比，差距还是相当的大。

许多模具还需要进口，模具制造高级技能人才，也供不应求，为进一步加快我国模具工业的发展，当务之急就是普及先进模具设计与制造技术，培养专业高级人才。

这是本地一副为手扶拖拉机厂生产配套零件（钢圈）的切边模具，我在对这副模具进行拆装、维修的过程中发现了很多值得学习的东西，颇有收获。

现把自己对其中设计和制造方面的理解和体会整理成文， 作为毕业设计的内容。

二、设计任务分析工件名称：工农12型手扶拖拉机钢圈第二道生产工序，工件如图1所示。

材料：08生产批量：大批量 工农12型手扶拖拉机钢圈的生产分为下料拉深、切边、第二次拉深和冲孔这几道工序，本次的设计任务是其中的第二道工序。

这道工序的目的是为了使第一道下料拉深出来的制品周边材料均匀，从而使下道拉深工序完成后产品的高度一致。

这个制品的外形直径为φ348mm ，毛坯直径φ356mm ，单边切除的余料 4 mm 。

由于工件的外形尺寸相对较大，这对设计和制造提出了较高的要求。

三、方案的初步选定方案的确定实际上就是如何解决切边废料顺利排出的问题。

通常采取的有如下两种方案：方案一是切边时将废料从冲压机工作台孔落下；方案二是将工件冲下后从工作台孔落下；方案三是将废料顶出后图1与工件同时取出采用方案一和方案二的前提是冲压机的工作台上有一个能够掉下废料或者工件的孔，显然这种冲压设备还不多见，是不合理的。

而比较可取的是方案三。

四、方案的详细设计（一）零件的工艺性分析冲裁件的工艺性是指零件对冲裁加工工艺的适应性，即加工的难易程度。

良好的冲压工艺性，是指在满足零件使用要求的前提下，能以生产率高最经济的方式加工出来。

冲压的基本工艺分为分离工序与变形工序两类.其中分离工序包括剪裁、落料、冲孔等工序。

变形工序包括弯曲和拉延等工序。

本文分析的工件加工工艺属于分离工序这一类。

1、分离工序中剪裁、落料、冲孔的特点：①剪裁：是使坯料按不封闭的轮廓分开的工序。

往往作为备料工序，即把坯料剪裁成条料或带料等。

②落料及冲孔；是使坯料按封闭轮廓分离的工序。

落料是将坯料按封闭轮廓分离，其分离部分是成品，周边剩余部分为废料。

冲孔是将坯料按封闭轮廓分离，分离部分是废料，周边为成品。

显然，这副切边模属于落料工序。

2、冲裁件对结构的基本要求①冲裁件的形状应力求简单、规则、使排样时废料最少。

②制件内、外形转角处应避免设计成尖角，一般在圆角处应使R≥0.5t。

③冲孔制件的孔不能太小。

冲裁可冲出的最小孔径。

④制件上孔与孔之间的距离，制件孔与边缘之距离c值不宜太小，一般要求c≥2t，并保证应大于3～4mm。

3、冲裁件的尺寸精度和粗糙度制件的尺寸精度以不高于IT12 级为宜。

如无特殊的要求，外形尺寸应低于IT10级，内形尺寸精度应低于IT9级。

对精度要求高于IT10级的冲裁件，应在模具结构设计方面采取措施，如提高定位精度，采用弹压卸料顶件装置，提高模具制造精度或采用精冲技术等。

制件的断面要求质量不高时，材料厚度和硬度的影响尤甚。

通常材料厚度t<1mm的制件，断面粗糙度可达Ra6.3um。

本文所提的钢圈切边工序是一个纯切边落料的圆简形件，没有冲孔和其它影响冲裁的内容，冲裁的断面粗糙度也没有特别的要求，尺寸精度为自由公差，按IT13级精度查表得到φ348的公差为0.89，具有良好的冲压裁工艺性。

（二）冲裁间隙Array1、什么叫冲裁间隙冲裁模的凸模横断面，一般小于凹模孔，凸、凹模刃口部分，在垂直于冲裁力方向的投影尺寸之差，称为冲裁间隙。

间隙有两种含义：一般指凸模与凹模间每侧空隙的数值，称为单边间隙；另一种指凹模与凸模间两侧空隙之和，成为双面间隙。

对于圆形刃口的凸、凹模来说，双面间隙是两者直径之差，常用Z来表示,如图-2所示，计算的方法见式（4-1）。

Z=D d-D p （4-1）式中Z—冲裁间隙；D d----凹模刃口尺寸；D p----凸模刃口尺寸；2、间隙对冲裁的影响实践证明，间隙的大小，分布是否均匀等，对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力和模具寿命有直接的影响。

凸、凹模之间的间隙大小可分为三种情况，即间隙合理，间隙过大，和间隙过小。

①间隙合理，材料在分离时，凸、凹模刃口处的裂纹重合，冲裁断面比较平直、光滑，圆角和毛刺均较少，制件质量较好。

但合理的冲裁间隙并非是一个绝对值，而是某一个数值范围，在此范围内都可得到冲裁断面好的制件。

间隙过大，凸、凹模刃口处的裂纹不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里面边，材料受很大的拉深，光亮带小，毛刺，踏角及斜度都较大。

间隙过小，裂纹也不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边, 两条裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压，在断面上形成第二次光亮带，并在其间出现夹层和毛刺。

②尺寸精度落料或冲孔后，因发生弹性恢复，会影响尺寸精度。

间隙小到一定界限，由于压缩变形弹性恢复，落料件尺寸会大于凹模尺寸，而使冲出的孔小于凸模。

间隙大到一定的界限，由于拉伸变形弹性恢复，落料件尺寸会小于凹模，而使冲出的孔大于凸模。

间隙对于落料和冲孔精度的影响是不同的，而且与材料的轧制的纤维有关。

③冲裁力和模具寿命间隙大时，冲裁力有一定程度的减小，卸料力和推件力也随之减小。

冲裁时坯料对凸、凹模刃口产生侧压力，并在凸模与被冲孔之间以及凹模与落料件之间均有摩擦力。

间隙越小，侧压力和摩擦力随之增大。

此外，在生产中，模具因受制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而间隙分布也不可能十分均匀。

因此，过小的间隙会使凸、凹模刃口磨损加剧，寿命下降。

而较大的间隙则可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减小不均匀的不利影响，从而提高了模具的寿命；但间隙过大，坯料弯曲相应增大，使凸模与凹模刃口断面上的压力分布不均匀，易产生崩刃和塑性变形，因而对模具寿命不利。

3、间隙值确定确定冲裁间隙值的主要依据，是在保证断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。

具体可按以下三个原则选取：①当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，为提高模具奉命和减少冲裁力，一般选用较大的间隙值。

②当冲裁件尺寸精度要求较高，或对断面质量有较高要求时，应选择较小的间隙值。

③在设计冲裁模刃口尺寸时，考虑到模具在使用过程中的磨损，会使刃口间隙增大，应按最小间隙值来计算间隙值。

确定冲裁间隙时，一般有经验确定法、查表法等。

本设计的产品材料厚度为3mm,采用经验确定法。

间隙值Z＝（10～19）%t （4-2）。

则Z＝（10～19）%×3＝（0.3～0.48）mmZmin＝0.3 mm，Zmax＝0.48 mm。

Zmax、Zmin分别为凸、凹模的最大和最小间隙。

（三）冲压工艺计算1、刃口尺寸计算原则冲裁时，冲孔直径和落料件外形尺寸均取决于光亮带的尺寸。

该尺寸通常由通用量具实测得到，也是确定冲件尺寸的唯一依据。

实践证明，落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸；冲孔的尺寸接近于凸模刃口的尺寸。

所以，落料时取凹模作为设计的基准件；冲孔时取凸模作为设计的基准件。

计算凸、凹模尺寸时应遵守的原则如下：①落料时，先确定凹模刃口尺寸，其大小应接近于或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损至一定尺寸范围内，也能冲出合格制件。

凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙。

②冲孔时，先确定凸模刃口尺寸，其大小应取接近于或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损至一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。

凹模刃口的基本尺寸应比凸模刃口基本尺寸大一个合理间隙。

凸、凹模的制造公差与制件精度和形状有关，一般比制件精度高2～3级。

③冲裁模刃口尺寸均按“入体原则”标注，即凹模刃口尺寸偏差标注正值，凸模刃口尺寸偏差标注负值，而对孔心距，不随刃口尺寸磨损而变的尺寸取为双向偏差。

2、凸、凹模加工时尺寸与公差的计算①凸、凹模的加工方法凸、凹模的加工方法一般有两种，一种是凸、凹模分开加工。

另一种是凸、凹模配合加工。

凸、凹模分开加工时，是指凸模与凹模分别按图加工尺寸，要求凸、凹模具有互换性；当制件形状复杂或凸凹配俣间隙较小时，采用分开加工法比较因难。

此时，可采用配合加工法，即先加工凸模(或凹模)。

这种加工法容易保证凸凹模间的间隙。

本文所述的这种形状简单的圆形件，采用第一种方法较为适宜。

为了保证凸、凹模间初始间隙合理，不仅凸、凹模要分别标注公差，而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件：δp+δd≤(Zmax-Zmin) （4-3）式中：δp、δd -----凸、凹模制造公差；Zmax、Zmin------凸、凹模最大与最小双面间隙。

圆形和规则的形状可按凸模IT6，凹模IT7级精度查标准公差表选取。

落料件凸、凹模尺寸计算公式如下：D d＝（Dmax－xΔ）0δd（4-4）D p =( Dmax – xΔ- Zmin)δp 0 （4-5）式中：D d------落料凹模刃口尺寸（mm）；D p------凸模刃口尺寸（mm）；Dmax---------落料件最大极限尺寸（mm）；δd----------凹模上偏差（mm）；δp----------凸模下偏差（mm）；Δ-----------冲裁件公差x----------磨损系数，其值与制造精度有关，可按下列关系选取：冲裁件精度IT10以上时，x＝1冲裁件精度IT11～IT13以上时，x＝0.75冲裁件精度IT14以下时，x＝0.5。

②凸、凹模加工时尺寸与公差的确定根据上文已有的计算数据，Zmin＝0.3 mm，Zmax＝0.48 mm。

Zmax- Zmin＝0.18 mm。

δp按IT6、δd按IT7查标准公差表，得：δp＝0.036，δd＝0.054δp+δd＝0.09＜(Zmax-Zmin)冲裁件精度为IT13，取x=0.75，落料模刃口尺寸为：D d＝（Dmax－xΔ）0δd＝（348－0.75×0.48）0+0.054=347.640+0.054=347.6 +0.04+0.094D p =( Dmax – xΔ- Zmin)δp 0=(348-0.75×0.48-0.3) -0.036 0=347.34 -0.036 0 =347.3 +0.006 +0.04根据以上计算，凹模刃口尺寸为φ347.6 +0.04+0.094，凸模刃口尺寸为φ347.3 +0.006 +0.04。