后端盖零件的冲压工艺及模具设计.pdf

概述及选题背景 第 1 页 共 39 页 后端盖零件冲压工艺及模具设计 后端盖零件冲压工艺及模具设计 1.概述及选题背景概述及选题背景 1.1 设计研究的来源、目的和意义设计研究的来源、目的和意义 来源：本次研究的题目来源于材料成型与控制专业的理论研究和工厂的实习生产。目的：为了适应教学的需要，对汽车（马达）的轴类端盖产品的冲压工艺和模具设计进行设计研究。意义：冲压加工成型工艺是产品加工成型的重要工艺之一，其应用范围十分广泛，在国民经济各个部门中，几乎都有冲压加工产品，它与整个机械行业及人民的生活密切相关；另外冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特优点，如生产件的高精度、高复杂程度、高一致性、高稳定性、高生产率、耗费低，特别适宜大批量生产，易于机械化和自动化。为了适应冲压技术的发展和社会的需求，提升自己在机械设计和冲压模具方面的能力，使自己对冲压成型工艺有一个新的认识，加深各个工艺流程的深刻理解，对教师教学起到辅助作用；同时，在指导教师的帮助下，通过这次毕业设计，能够更好的让教材的理论知识与实际相结合，也为以后的进一步学习奠定基础。1.2 设计研究的内容及解决问题的主要思路设计研究的内容及解决问题的主要思路 1.2.1 主要研究内容：主要研究内容：a)冲压工艺方案的选择；b)冲压工艺规程的制定；c)各工艺方案中冲压模具的设计；d)相关计算及压力机的选择；1.2.2 需重点研究的关键问题 需重点研究的关键问题 a)通过计算所得数据与相关资料手册的查询对比选择合理的冲压工艺方案；b)由所选择的冲压工艺方案进行模具的初步设计；c)由初步设计的模具类型、产品的工艺尺寸计算冲裁、拉深、翻边等工艺过程中的力学性能，进而选取合理的冲压设备（压力机）；d)由压力机的参数量值确定各套模具的尺寸，并通过力学性能的分析，选择适宜的后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 2 页 共 39 页 模具材质。1.2.3 设计中解决关键问题的总体思路：设计中解决关键问题的总体思路：a)根据产品图纸，用经计算求得的工艺尺寸及各台阶的拉深次数选择合适的工艺方案路线；b)由工艺方案路线初步设计模具；c)根据初步设计的模具类型，工艺尺寸理论计算冲压各工艺中的力学性能，并由其力学性能，选择各工艺中合理的冲压设备；d)通过所选冲压设备的参数量值（行程、装模高度等）确定各模具的具体尺寸，由冲压过程中的力学性能及模具尺寸，选择最佳模具材质。1.3 设计研究的指导思想及解决问题的技术要求 设计研究的指导思想及解决问题的技术要求 在此次毕业设计研究过程中，满足产品冲压工艺性能及其生产方式的优越性，成形过程的安全性和经济性始终是此次设计研究的主体指导思想。在满足产品工艺性要求下，产品成形过程中的工艺方案路线的选择，冲压工艺规程的制定，各工艺方案中的冲压模具设计，相关压力的计算和压力机的选择，模具的具体零件的尺寸和材料的选择同样也是本次设计研究中应解决的主要问题和技术要求。1.4 选题背景 选题背景 在国际市场化竞争日益激烈的今天，大量工业产品的生产对机械制造业的需求越来越大，要求也越来越高。而冲压工艺应用范围十分广泛，在国民经济各个部门中，几乎都有冲压加工产品，如交通运输工具、电机、电器、仪表、石油化工以及轻工日用产品中均占有相当大的比重。它与整个机械行业及人们的生活密切相关。另外冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特优点，如生产件的高精度、高复杂程度、高一致性、高稳定性、高生产率、耗费低，特别适宜大批量生产，易与机械化和自动化。有鉴于此，结合自己目前在工作单位的具体方向，在进行此次毕业设计研究的过程中，通过与指导老师的沟通，我选取了一个很普通常见的小型轴类端盖零件的冲压工艺及模具设计。虽然这一产品看上去结构简单，但是从板料到产品，中间所经历的冲压成形工序和模具设计涉及到整个冲压技术和机械设计学科的方方面面。整个设计研究过程在冲压成形工艺中，很具有代表性，其中所必须的成形工艺路线有落料、引深、多次引深、冲孔、修边、整形、翻孔八种冲压工艺，包揽了除折弯概述及选题背景 第 3 页 共 39 页 和冷挤压外的全部冲压工艺及模具设计。每一种工艺对应一套模具、一台压力机，同样也对应一种力学性能和装配方式。做为机械设计专业的毕业生，虽然在校期间很少接触到材料模具这一综合学科，但材料模具同样也是我们机械学科毕业生所应该掌握的能力。为适应冲压技术的发展和社会的需求，提升自己在机械设计和冲压模具方面的能力，更好地利用自己在学校学习的专业理论知识，结合在工作单位的具体方向及实践经验，通过工厂的实际生产及工厂师傅和学校老师的耐心指导而进行本次设计研究。1.5 国内外冲压工艺现状、发展趋势及存在的主要问题 国内外冲压工艺现状、发展趋势及存在的主要问题 目前，在我国，冲压技术与发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。我国的模具新技术起步并不晚，虽然有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成主要生产力；先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢；技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小型企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压工艺与模具设计，其适用范围有限，而且精度不宜控制，不便于操作，安全系数也不高，而在国外，已经有大流水冲压线作业的高技术、高效率的自动一体化加工中心，其冲压工艺与模具设计方面已经在机械制造业中占主导地位。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快等变化特点。为了充分发挥冲压加工适宜于大批量生产的优越性，扩大其应用范围，近年来，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。1.5.1 冲压成型理论及冲压工艺 冲压成型理论及冲压工艺 加强冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、使用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲压变形中出现的各种实际后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 4 页 共 39 页 问题，进一步提高冲压件的质量。研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺已经其他高效率、经济成形工艺等，进一步提高冲压技术水平。特别需要注意的是，随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进有一步完善，近年来，国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值，帮助设计人员实现优化设计。1.5.2 模具先进制造工艺及设备 模具先进制造工艺及设备 模具制造计算机现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统技术渗透、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面：a)高速铣削加工 普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和低的切削参数，高速铣削加工相对与普通铣削加工具有：高效、高精度、高的表面质量、可加工高硬材料等几个优点，在模具制造中得到广泛的应用，并逐步代替部分磨削加工和电加工。b)电火花铣削加工 电火花铣削加工（又名电火花创成加工）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统用成形电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成形电极。日本三菱公司新推出的 EDSCAN8E 电火花创成加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM 集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。c)慢走丝线切割技术 目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。最大切割速度已达m,加工精度可达1.5 m+，加工表面粗糙度 Ra 为0.10.2m。直径0.030.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的乍槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30以上锥度的精密加工。d)磨削及抛光加工技术 概述及选题背景 第 5 页 共 39 页 磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等先进设备。e)数控测量 产品结构的复杂，必然导致模具零件形状的复杂。传统的几何检测手段已无法适应模具的生产。现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进行模具零件的几何测量，模具加工过程的检测手段也取得了很大进展。三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗震保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。1.5.3 模具新材料及热处理、表面处理模具新材料及热处理、表面处理 随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。而提高模具质量和寿命最有效的办法就是开发和应用模具新材料及热处理、表面处理新工艺、不断提高使用性能，改善加工性能。材料方面上，冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53（Cr8Mo2SiV）等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13,5等。热处理、表面处理新工艺方面上，为提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热处理、表面处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、渗氮等表面硬化方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）已经盐浴渗金属（TD）等方法是几种发展较快、应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。1.5.4 模具模具 CAD/CAM 技术技术 计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结合，形成了计算机辅助设计后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 6 页 共 39 页 与计算机辅助制造（CAD/CAM）这一新技术。CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM能显著缩短模具设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量，已成为人们的共识。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程（CE）的模具CAD/CAM技术正成为发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造一体化。2 工艺规程的制定及设计方案的论证工艺规程的制定及设计方案的论证 2.1 零件的冲压工艺性分析及冲压工艺规程的制定 零件的冲压工艺性分析及冲压工艺规程的制定 制定工艺时首先应仔细了解零件的使用条件和技术要求，并进行工艺分析。冲压工艺性是指零件对冲压工艺的适应性，即零件的材料、形状、尺寸精度以及其它技术要求是否适应冲压加工的工艺要求，是从冲压加工的角度对零件加工的设计提出的工艺要求。该零件是轴类的端盖零件，部件中的传动轴装于端盖外壳的内腔，并通过端盖外壳凸缘上均匀分布的 6 个小孔6 以铆钉铆接在轴座上，传动轴以间隙配合装在端盖外壳上18 的承托部位，传动轴通过承托部位及其他一系列组件将动力传递给其他需要工作的部件，实现部件的机械传动功能。外壳采用 1mm 的钢板冲成，保证了足够的钢度和强度。外壳与内腔主要采用配合形式。为使端盖与底板铆装后，保证外壳承托部位的18 孔与轴套同轴，6 个小孔6与18 的相互位置要准确，小孔中心圆直径82。根据零件的技术要求，进行冲压工艺性分析，可以认为：该零件形状属旋转体，是一般带凸缘圆筒件，且 d/d,h/d 都比较合适，拉深工艺性较好。圆角半径也刚好，由于老师所给图纸资料的产品图中未注明公差精度，根据产品的实际作用和使用的性能要工艺规程的制定及设计方案的论证 第 7 页 共 39 页 求，所以在产品零件公差上取用自由公差，其中有的配合尺寸上采用配合公差。初步设定其中主要尺寸公差未IT10IT12级之间，或许其中有的尺寸精度偏高，这可在最后一次拉深工艺中采取较高的模具制造精度和较小的模具间隙，并安排顺带整形工序达到。由于6 的小孔中心距要求较高精度，按一些资料中的规定，需采用高级冲模（即工作部分采用 IT7 以制造精度）同时一次冲出 6 个孔，且冲孔时应以62 内孔定位。均布 图图 1 端盖零件图端盖零件图 影响冲压工艺性的因素很多，在一般情况下，对冲压工艺性影响最大的是零件的几何形状、尺寸和精度要求等。良好的冲压工艺性应能满足材料省、工序少、产品质量稳定、操作方便及模具加工较易、寿命较高等要求。从图 1 可以看出，本零件形状简单、规则。有利于选取少废料排样。凸缘上的 6mm孔与边缘之间的距离为 6mm，满足模具强度要求。最小圆角半径和最小孔尺寸均达冲压工艺要求。尺寸公差无特殊要求，按 IT7 级选取。因此，本零件冲压工艺性良好。2.2 工艺设计的工作程序工艺设计的工作程序 工艺设计包括工艺路线制定和模具设计，是冲压生产前十分重要的技术准备工作，对于产品质量、劳动生产率、冲压件成本、减轻劳动强度和保证安全生产斗有重要影响。工艺人员应于产品设计人员、模具制造工人和冲压生产工人紧密结合，从现有的生产条件出发，综合地考虑各方面的因素，尽量采用国内、外先进技术，有根据地选择和设计出技术上先进、经济上合理、使用上安全可靠的工艺方案和模具结构，以便使冲压件和后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 8 页 共 39 页 生产在保证达到设计图纸上所提出的各项技术要求的基础上，尽可能降低冲压件的工艺成本和保证安全生产。2.2.1 设计的原始资料 设计的原始资料 a)冲压件的图纸及技术条件；b)原材料的尺寸规格、机械性能和工艺性能；c)生产的批量（大批、中批和小批）；d)供选用的冲压设备的型号、规格、主要技术参数及使用说明书；e)模具制造条件及技术水平；f)各种技术标准、设计手册等技术资料。2.2.2 设计的主要内容及步骤设计的主要内容及步骤 a)分析冲压件的工艺性 根据产品图纸分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求。良好的冲压工艺性应保证材料消耗少，工序数目少、占用设备数量少、模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单等等。如果发现冲压件的工艺性很差，则应会同设计人员，在保证产品使用要求的前提下，对冲压件的形状、尺寸、精度要求乃至原材料的选用进行必要的合理修改。b)分析比较和确定工艺方案 在冲压件工艺性分析的基础上，以极限的变形参数、变形趋向性分析及生产的批量为依据，提出各种可能的冲压工艺方案（包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式），以产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和寿命高低、工艺成本、操作方便与安全程度等方面，进行综合分析、比较，然后确定适合于所给生产条件的最佳方案。c)选定冲模类型及结构形式，设计模具总图及零件图 根据确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便、经济合理与安全的要求，以及利用现有通用机械化自动化装置的可能等，选定模具类型及结构形式。然后进行必要的计算（包括模具零件的强度计算，压力中心的确定，弹性元件的选用和核算等），设计模具总图、列出模具零件明细表、设计模具工作部分（凸、凹模模具及复合模设计 第 9 页 共 39 页 等）及非标准零件的零件图。d)选择冲压设备 根据工厂现有设备情况以及要完成的冲压工序性质，冲压加工所需的变形力，变形功及模具闭合高度和轮廓尺寸的大小等主要因素，来合理的选定设备类型和吨位。以上步骤在许多场合需要交叉反复进行，如工艺方案是否切实可行，往往与模具强度有关，模具结构和形式的选定，又与使用的冲压设备类型和技术参数有关。如方案在中途被否定后，又要另选新的方案，则需再次进行必要的计算。2.2.3 编写工艺文件及设计计算说明书编写工艺文件及设计计算说明书 为了稳定生产秩序，进行文明生产，需根据不同生产类型，编写不同详细程度的工艺规程。在大量和大批生产中，一般需编制每一个工件的工艺卡片、每一工序的工序卡片和材料的排样卡片。成批生产中，需编制工件的工艺过程卡片。小批生产中，只需填写工艺路线表。对一些重要冲压件的工艺制定和模具设计，在设计的最后阶段应编写设计计算说明书，以供日后查阅。设计计算说明书应包括下列主要内容：a)冲压件的工艺性分析；b)毛坯尺寸的展开计算；c)排样及裁板方式的经济性分析；d)工序次数的确定，半成品过渡形状及尺寸计算；e)工艺方案与技术、经济综合分析比较；f)选定模具结构形式的合理性分析；g)模具主要零件结构形式、材料选择、公差配合、技术要求的说明；h)凸、凹模工作部分尺寸与公差的技术；i)模具主要零件的强度计算、压力中心的确定、弹性元件的选用和核算等；j)选择冲压设备类型及吨位的依据；k)其他需要说明的内容。后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 10 页 共 39 页 3 工艺设计工艺设计 在分析冲压工艺性的基础上，提出各种可能的冲压工艺方案，经过综合分析、比较，确定适合于所给生产条件的最佳方案。包括基本工序的种类、工序数目、工序顺序以及工序组合形式的安排等。3.1 选择冲压基本工序 选择冲压基本工序 剪切、落料、冲孔、切边、弯曲、拉深、翻边、成形等是常见的冲压工序，各种工序有其不同的性质、特点和用途，编制工艺时，主要是根据冲压件的形状、尺寸、公差及生产批量等要求，合理地选择这些基本工序。一般冲压件都可以从零件图上直观地分析出需要哪些基本工序。如：带各种孔的平板件需要冲孔、落料或剪切工序；多角弯曲件主要由剪切或落料与剪切工序组成；空心件用落料、拉深和切边等工序：无底空心件用落料、冲孔、翻边等工序。综上所述，根据此零件的形状、尺寸、公差及生产批量的要求，可确定加工此零件需要落料、拉深、冲孔、翻边、切边这几种基本工序。3.2 计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸 在计算毛坯尺寸前，需要先确定翻边前的半成品的形状和尺寸。这里有两种情况：一种情况是，18mm 的高度尺寸太大，不能用翻边的办法把全部高度都制造出来，而是有一部分靠拉深形成的。另一种情况是，18mm 的全部高度由翻边 而成。上面两种情况，翻边前毛坯的形状和尺寸是不一样的。具体计算如下：工件上 18mm 处的高度 H（35-30+1）mm=6mm 按照翻边高度 H 的计算公式 H=trDdD72.043.0120+1，式中Dd0=K0，经过变换得到翻边系数计算公式，再将翻边直径 D=（18+1）mm=19mm、翻边圆角半径r=3mm，板料厚度 t=1mm 代入翻边系数公式 概述及选题背景 第 11 页 共 39 页 K0=1-()trHD72.043.02 =1-()58.0172.0343.06192=则预冲孔孔径 d0=K0D=0.58 19=11mm 从参考文献2表 1-46 查得最小翻边系数 K0=0.52（采用平底凸模冲制底孔），计算的翻边系数大于表中查得翻边系数，说明 18mm 全部高度可一次翻边而成。为了计算毛坯尺寸，还需确定修边余量，按带凸缘拉深件考虑 凸缘直径100=tdmm；拉深直径（最大）d=64mm；相对直径：56.164100=ddt 查参考文献1表 5-12 得修边余量=3.6mm。切边前凸缘直径Fd=（100+23.6）mm=107.2mm。则冲孔翻边前半成品 如图 2 所示。图 2 计算毛坯尺寸用图 图 2 计算毛坯尺寸用图 形状复杂的旋转体拉深件可根据久里金法则求毛坯尺寸，即任何形状的母线绕轴线旋转一周所得到的旋转体面积，等于该母线的长度与其行心绕该轴线旋转所得周长的乘积，如图 3所示。旋转体中性面的面积为 图 3 旋转体中性面的面积计算公式图 3 旋转体中性面的面积计算公式 后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 12 页 共 39 页 LRAx2=拉深前毛坯的面积与该面积相等，则有 LRdx2420=LRdx80=式中 A 旋转体的面积，单位为mm2；Rx 旋转体母线形心到旋转轴线的距离（旋转半径），单位为mm；L旋转体母线长度，单位为mm（中性面）；d0毛坯直径，单位为mm。由以上分析可知，只要知道旋转体母线长度及其形心的旋转半径，即可求出毛坯直径。首先沿厚度中线把 零件轮廓线分成直线和圆弧，并算出各直线和圆弧的长度1，2，n。找出每一段的形心，并算出每一形心到旋转轴的距离 Rx1，Rx2，Rxn。直线的 图 4 解析法求毛坯尺寸图图 4 解析法求毛坯尺寸图 形心在中点上，圆弧的形心不在弧线上，按参考文献1中表 5-5 公式计算。则计算各线段长度与其旋转半径的乘积总和为 xnnxxxiniiRlRlRlRl+=22111 =+5.7319.11423.100128254.8871.202672041.2895.346=+则所求毛坯直径为 0188 2026.71128nixiidl Rmm=概述及选题背景 第 13 页 共 39 页 3.3 确定排样和裁板方案确定排样和裁板方案 冲裁件在条料或板料上的布置方式称作排料。排料是冲裁模设计中的一项极其重要的工作。排料方案对材料利用率、冲裁件质量、生产率、生产成本和模具结构型式都有重要的影响。此后端盖零件的毛坯直径 128mm 尺寸比较大，考虑到操作方便，采用单排。其排样图 5 所示。图 5 排样图图 5 排样图 查参考文献2表 1-20 得搭边数值：沿送进方向搭边2amm=；侧边搭边 b=1.5mm；则进距 A=d0+(1282)130ammmm=+=；条料宽度 B()021282 1.5131dbmmmm=+=+=；板料尺寸，选用 2000 x 900 x 1mm 标准钢板。裁板方案有纵排和横排两种，比较两种方案，选用其中利用率高的一种。纵裁时，每张板料裁成条料树 19006(120)130nmm=条条 每张条料冲制的制件数 ()22000215130nmm=个个 余48 每张板料冲制件数 后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 14 页 共 39 页 126 1590nn n=个 材料利用率 ()2290128114100%63.8%900 2000=横裁时，每张板料裁成条料数 1200015(35)131nmm=条条 每块条料冲制制件数 ()290026130nmm=个个 余118 每张板料冲制制件数 1215 690nn n=个 材料利用率 ()2290128114100%63.8%900 1800=由上述结果可知，两种裁截时材料利用率一样，所以采用任何一种进行裁截都是一样。3.4 确定冲压次数和冲压顺序确定冲压次数和冲压顺序 这里所指的冲压次数是指同一性质工序拉深重复进行的次数。可根据制件的形状、尺寸以及板料许可的变形程度来确定。并同时确定中间工序半成品尺寸。此零件为典型的阶梯形拉深件。首先判断阶梯能否一次拉深成形（参看图 1）：相对高度值 2210.3363Hd=相对厚度 011001000.78128td=相对直径 107.21.7063dd=凸 由相对直径可以得知，此产品为宽凸缘零件。查概述及选题背景 第 15 页 共 39 页 参考文献5冲压手册 表 4-20、4-21 可查出凸缘筒形件首次拉深极限相对高度110.370.44hd=:，2Hd也满足，所以第一台阶面能一次拉深成形。进行验算证实第一台阶面也可以一次拉深成形。验算如下：由于第一台阶面的拉深的前后，毛坯的中心层面积 S 不变，在第一台阶的拉深过程中，拉深直径为 d=63mm，可通过公式计算出拉深的高度 h。2243.44128107.24 633.44 63 5.524.1Dddhdrhh=+=+凸 h=24.121,能满足产品要求。说明：对于不能一次拉深成形的阶梯形拉深件，当相邻阶梯的直径比12312nddddddn、均大于圆筒形件的极限拉深系数时，则由大到小拉深，其拉深次数和阶梯数相等。当某相邻两阶梯直径比小于圆筒形极限拉深系数时，这两个阶梯之成形应先拉小直径，再拉大直径。对于第二台阶面的拉深工艺分析：第二次拉深系数22138 10.6263dmd+=相对厚度 011001000.78128td=在第二次拉深过程中，应该是一个不带凸缘的筒形件拉深过程。由参考文献5冲压手册 表 4-15 可查出无凸缘筒形件二次拉深系数2(0.76,0.78)m，22mm100N/mm2应采用垫板；凸模与钢模座接触面单位压力200 N/mm2应采用垫板；单位压力的计算公式：p=P/F=1.3Lt/F 后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 32 页 共 39 页 式中：p 单位压力；P 冲裁力（牛）；F 凸模大端面积（mm2）；则根据计算可知，应采用垫板。其尺寸为 D=160mm，H=20mm。4.3.5.5 螺钉与销钉 螺钉与销钉用于对模具板件固定与定位，通常两者选用相同的直径。螺钉的直径与布置间距可参照表 3 按凹模厚度选定。螺钉以选用内六角型为宜，拧入被连接件的深度：铸铁为d2；钢为d5.1（d为螺钉工作直径）。表 3 螺钉直径与间距 凹模厚度h 螺钉直径 最小间距 最大间距 13 M5 15 50 1913 M6 25 70 2519 M8 40 90 3225 M10 60 115 32 M12 80 150 连接件的销钉孔应同时钻、铰。销孔与孔采用6/7 mH过渡配合，孔壁的表面粗糙度值应达到mRa6.1，销钉压入连接件与被连接件的深度应分别不小于d5.1与d5.2（d为销钉直径）。4.4 冲模压力中心计算冲模压力中心计算 冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为了保证冲模和压力机正常和平稳地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而与压力机滑块的中心线相重合。如果压力中心不在模柄轴线上，滑块会承受偏心载荷，冲压时会使冲模与压力机滑块产生歪斜，从而导致滑块导轨和模具导向装置的不正常磨损。同时引起凸、凹模间隙不均匀，使刃口迅速变钝，甚至造成刃口损坏，降低模具使用寿命。所以设计冲模特别是多工位连续模时，必须确定模具的压力中心。有两个对称轴的平面图形，其压力中心就是其几何中心。有一个对称轴的图形，其压力中心位于对称轴上。任意复杂形状的冲裁件，其几何外形轮模具及复合模设计 第 33 页 共 39 页 廓都可以分解成直线段、圆弧段和曲线段，可分别求出各线段的压力中心后，再求整个图形的压力中心。直线段的压力中心位于其中点上。本设计中零件形状为对称的工件，故其压力中心即为其几何中心，即中心轴。4.5 冲模的闭合高度冲模的闭合高度 冲模的闭合高度，是指冲模处于闭合状态（工作行程最低点）时，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应，通常应满足下列关系式：)10()5(minmax+HHH 式中：manH压力机的最大闭合高度（mm）；minH压力机的最小闭合高度（mm）；H 冲模的闭合高度。4.6 选定压力机选定压力机 选择合适的压力机型号，使之与模具形成合理的配置关系，可提高模具使用过程中的安全可靠性，从而提高产品质量、生产率和模具寿命。选择压力机型号主要是使其技术规格能符合模具成形工艺的要求，主要考虑公称压力、闭合高度、滑块行程以及工作台垫板尺寸等。由于本设计中，产品的零件属于小型零件，在其冲裁、拉深、翻边、整形等工艺过程中，常规采用开式曲柄压力机。虽然开式曲柄压力机的的刚度差，并且由于床身的变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的寿命和冲裁件的质量。但是，它具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械化附属设备和成本低廉等优点，所以目前仍然是中小件生产的主要设备。在本设计中选用的开式曲柄压力机的型号有多种，其主要技术规格如下表所示：后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 34 页 共 39 页 表 4 压力机的技术规格 公称压力/KN 65 160 250 400 630 滑块行程/mm 50 70 80 100 120 最大闭合高度/mm 170 220 250 300 360 闭合高度调节量/mm 40 60 70 80 90 工作台前尺寸/mm 315 450 560 630 710 工作台后尺寸/mm 200 300 360 420 480 直径/mm 30 30 50 50 50 模柄孔尺寸 深度/mm 50 50 70 70 70 垫板厚度/mm 30 40 50 65 80 滑块中心线至床身距离/mm 100 150 180 210 250 则根据闭合高度的调节量 mmHHM75minmax=和闭合高度的计算公式)10()5(minmax+HHH 可知 205mm H265mm，根据上述各计算，取闭合高度 H=205mm。则上、下 模座分别为 45mm、55mm。附图 第 35 页 共 39 页 5 附图 附图 落料、拉深、冲孔、整形、翻边工序及组合工序的模具结构设计总装配图如下附图。附图 1：落料拉深复合模装配总图。附图 2：冲孔修边复合模装配总图。后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 36 页 共 39 页 附图 3：落料及第一台阶面拉深复合模结构设计。附图 4：第二台阶面第二次拉深及整形复合模结构设计。结论 第 37 页 共 39 页 结 论 结 论 本文分析了后端盖零件的冲压工艺性，并对其进行了工艺规程设计和各种工艺方案的比较，最后选定一种符合本设计给定条件的最优方案。即落料-拉深台阶面第一次拉深台阶面第二次拉深、整形冲翻边预孔、冲边孔、切边翻边方案。绘制出落料拉深、冲孔切边复合模结构草图，结合草图，详细分析了冲裁模中各主要零件的结构设计和尺寸计算，然后画出落料、拉深、冲孔、翻边、切边等模具（复合模）装配总图。模具生产已经越来越引起重视，但是许多模具工作者在确定工艺方案、设计模具时，注意考虑的是满足产品质量和数量的要求，极少考虑经济效益。而在现代工业生产与市场经济条件下，必须具有现代技术经济效益观念。在工艺设计过程中，应考虑到节省能源，减少材料消耗，降低生产成本，实施安全生产，保证获得利润等等。本此设计的模具具有很多方面的优点，如生产率高、成本较低，而且，模具的制造周期较短，在节省时间的同时，也减少了设计的预算。设计完成后，我觉得自己在专业上特别是在模具方面的知识水平提高了不少，同时也领悟到在科学技术领域必须有务实和精益求精的态度。唯其如此，才能取得长足的进步和发展。当然，由于时间较为仓促、知识结构还不够完善，设计过程中出现一些不足及错误之处在所难免，恳请各位老师批评指正！参 考 文 献 1 马正元 韩啓主编.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，1998.5 2 黄费哲 曾经梁 编.冷冲压工艺及模具设计指导.湖南文理学院，2002.8 后端盖零件的冲压工艺及模具设计 第 38 页 共 39 页 3 王芳冷冲压模具设计指导北京：机械工业出版社，1998 4 钟毓斌 主编.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，2000.5 5 陈孝康 陈炎嗣 周兴隆编著.实用模具技术手册.北京：中国轻工业出版社，2001 6 涂光祺 主编.冲模技术.北京：机械工业出版社，2002.10 7 中国机械工业教育协会主编.冷冲压设计制造.北京：机械工业出版社，2001.9 8 王孝培 主编.冲压手册.修订本.北京：机械工业出版社，1990 9 冲模设计手册编写组.冲模设计手册.北京：机械工业出版社，1998 10 陈炎嗣 郭景仪 主编.冲压模具设计与制造技术.北京：北京出版社，1991 11 姜奎华 主编.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，1997 12 卢险峰 编著.冲压工艺模具学.北京：机械工业出版社，1998 13 万战胜等编著.冲压模具设计.北京：中国铁道出版社，1983 14 邱永城 编.多工位级进模设计.北京：国防工业出版社，1999 15 许发越 等编.冲压设计应用实例.北京：机械工业出版社，1993 16 中国机械工程学会 中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典.第 3 卷.南昌：江西科学技术出版社，2003.1 17 Force calculations in the drop forging of porous powder preforms on crank presses，I.D.Radomyselskii,G.A.Baglyuk,G.E.Mazharova，powder Metallurgy and Metal Ceramics，Volume 24,Number 3/1985，3 月。18 Crank press，Bigun,Oleg Pavlovich(ULIT,SA)Rodov,Grigory Matveevich(ULIT,SA)，United States Patent 4034666 19 Crank press，Ozaki,Yutaka(Ehime,JP)Tado,Masashi(Iyomishima,JP)，United States Patent 6178803 20 Crank press drive，Vlasov,Viktor Ivanovich(ULIT,SA)Guriev,Jury Timofeevich(ULIT,SA)Lebedev,Viktor VladimirovichNoskov,Vladimir Andreevich(ULIT,SA)Svistunov,Vladimir Efimovich(ULIT,SA)Kholmogorov,Mikhail Vladimirovich(ULIT,SA)ArtemovJuryMitrofanovich(ULIT,SA)Vysotsky,Petr Nikolaevich(ULIT,SA)，United States Patent 3983738 21 Crank driving device for press，Imanishi,Shozo(Sagamihara,JP)，United States Patent 5105684。第 39 页 共 39 页