推力滚子轴承外罩冲压工艺与模具设计Word下载.docx
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在现代工业生产中,模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺装备,随着我国工业的不断发展,模具的重要性更是不可替代。
提高模具制造工艺水平,保证模具质量、降低生产成本以及先进模具制造技术的开发应用是模具制造业思考的重要课题。
快速原型（RP）与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。
模具表面强化技术也得到广泛应用。
工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。
真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。
激光切割和激光焊接技术也得到了应用
1专业化程度及分布状况
我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。
国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。
这就对专业化产生了很多不利影响。
现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。
而一般冲模专业化程度就较低。
由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。
但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。
例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地。
2冲压模具的发展重点与展望
发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。
可按产品重点、技术重点和其他重点分别叙述。
1）冲压模具产品发展重点。
冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。
目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。
这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。
汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。
高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。
多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。
精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。
2）冲压模具技术发展重点。
模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。
因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。
模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。
为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。
从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。
高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。
高精度加工目前主要是发展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各种精密加工。
提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。
为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。
对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。
3其他发展重点及展望。
其他发展重点及展望的内涵十分丰富，这里只就管理、专业化与标准化及行业调整三个方面作一些分析。
企业管理是一个系统工程，是一门学问，是科学技术。
与工业发达国家模具企业相比，在某种意义上说，我们的管理落后更甚于技术落后。
因此改进管理十分重要，且任务繁重，目前模具企业的管理有许多形式，各有其适应对象，但搞好信息化建设，逐步实现信息化管理已成为发展方向，行业也对此有共识。
由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲压模具的专业化比塑料模和压铸模更低。
这在一定程度上妨碍了冲压模具的发展，根据国内外模具专业化情况来看，专业化可以有多层意思：
1）模具生产独立于其他产品生产，专业生产模具外供；
2）按模具种类划分，专门从事某一类模具（如冲压模具）生产；
3）在某一类模具中，按其服务对象或模具工艺及尺寸大小，选取该类模具中的某种模具（例如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具等等）进行专业化生产；
4）专业生产模具中的某一些零件（如模架、冲头、弹性元件等）供给模具生产企业；
5）按工序开展专业化协作。
例如目前社会上专门从事模具设计的公司、专门进行型腔加工或电加工协作的企业、专门接受测量或热处理委托业务的企业及专业从事抛光业务的企业等等，这种多层次的专业化促进了模具行业的发展。
但专业化的路途仍旧遥远，必须加快进程才能适应形势。
因此，这也是发展重点。
在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。
通过改革与发展，采取各种有效措施，在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，我国冲压模具也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。
“十二五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。
4本次设计的意义
这次毕业设计，是对我三年大学学习效果的有效检验方式。
通过这次设计，能把课本上的知识和现实生产工作有机结合在一起，对即将走上社会工作的我们是一个很好的锻炼。
在设计过程中，要查阅大量的资料，和老师、同学做良好的沟通，这也能培养我细心的习惯和团队合作精神，对我以后的工作、生活是有很大帮助的。
1
零件工艺性分析
零件的冲压工艺性是指从冲压工艺的角度来衡量零件的设计（包括选材、零件结构等）是否合理，即在满足零件使用要求的前提下，能否用最简单最经济的冲压加工方法将零件制成。
零件的工艺性好坏直接关系到其质量、生产力、材料利用率、生产成本等，工件如图
（1）
图
（1）工件
1.2精度要求分析
该零件为成型零件,有较高的加工精度要求。
选择加工工艺及方法时应充分考虑这方面的要求,进而保证零件的使用质量及使用寿命。
尺寸精度：
主要是成型部分尺寸精度及定位孔的尺寸精度要求较高。
形位精度：
上下外表面有平行度要求,相临外表面有垂直度要求,成型部分应保证形状精度。
表面粗糙度：
成形部位Ra1.6μm，重要定位面为Ra0.8μm，其它部位为Ra6.3μm。
1.3模具材料
模具材料是模具的制造基础,合理选择材料,正确实施热处理工艺是保证模具寿命,提高模具质量和使用效能的关键技术。
选择模具材料应考虑其使用性能要求和工艺性能要求。
该零件为凸缘阶梯圆筒零件,要求外形尺寸，没有厚度要求，可选择碳素结构钢Q235作为模具材料，能满足拉伸工艺的要求。
2确定毛坯的种类与尺寸
2.1常见的毛坯种类
常见的毛坯种类有以下几种：
铸件
对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。
目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。
锻件
锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。
因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。
其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。
模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。
型材
型材主要有板材、棒材、线材等。
常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。
就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。
热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。
冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零
焊接件
焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。
其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。
但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。
其它毛坯
其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。
2.2毛坯的选择原则
选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素：
1、零件的生产纲领
大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。
如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；
锻件采用模锻、精锻；
选用冷拉和冷轧型材。
单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。
2、零件材料的工艺性
例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；
钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；
重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。
3、零件的结构形状和尺寸
形状复杂的毛坯，一般采用铸造方法制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。
一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；
如各段直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可考虑选择模锻件。
4、现有的生产条件
选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。
因为我们的加工材料以经给定Q235属于碳素结构钢，这类钢材具有强度和塑性度较好，焊接性也好，在一般的机械零件中应用广泛，故毛坯选择锻件。
2.3毛坯尺寸的确定
锻件毛坯下料尺寸与锻压设备的确定.冲裁凹模外形表面尺寸为：
120mm×
80mm×
17mm，凹模零件材料为Q235，设锻件毛坯的外形尺寸为125mm×
85+4mm×
23+4mm。
1、锻件体积和重量的计算
锻件体积
V锻=（125×
85×
23）=244.38（cm3）
锻件重量
G锻=r·
V锻=（7.85×
244.38）kg≈1.92（kg）
当锻件毛坯的体积在5kg之内，一般需加热1～2次，锻件总耗损系数取5%。
锻件毛坯的体积
V坯=1.05×
V锻=256.60（cm3）
锻件毛坯重量
G坯=1.05×
G锻=2.02（kg）
确定锻件毛坯尺寸
理论圆棒直径
D理=
（mm）=
（mm）=
mm=54.7（mm）
选取圆棒直径为56mm时，查圆棒长度重量可知
当G坯=2.02kg，D坯=56mm时，L坯=105mm。
验证锻造比Y
Y=L坯/D坯=105/56=1.875
符合Y=1.25～2.5的要求。
则锻件下料尺寸为Φ56mm×
105+4（mm）
3、锻压设备吨位的确定
当锻件坯料重量为2.02kg，材料Q235时，应选取300kg的空气锤
2.4锻造的方法
锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。
不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。
金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。
锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦。
金属锻造加工过程包括：
将材料切割成所需尺寸、加热、锻造、热处理、清理和检验。
落料凹模是单件生产，锻造选用自由锻造，自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低。
3拟定工艺路线
3.1定位基准
定位基准有粗基准和精基准之分。
在加工起始工序中。
只能用毛坯上未曾加工过的表面作为定位基准，则该表面称为粗基准。
利用已加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。
1、粗基准的选择
选择粗基准时。
主要考虑两个问题：
一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；
二是合理分配各加工面的加工余量。
对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加工余量。
合理分配加工余量是指以下几点：
1）应保证各主要表面都有足够的加工余量。
2）对于工件上的某些重要表面（如导轨和重要孔等），为了尽可能使其表面加工余量均匀，则应选择重要表面作为粗基准。
3）粗基准应避免重复使用。
4）选作粗基准的平面应平整，没有浇冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。
2、精基准的选择
精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。
选择精基准一般应考虑如下原则：
1）“基准重合”原则
为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。
这一原则称为基准重合原则。
2）“基准统一”原则
当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。
3）“自为基准”原则
当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是“自为基准”原则。
4）互为基准”原则
为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则
5）精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。
该零件为板形零件。
零件的上下表面有平行度要求，可以按照互为基准原则，故选上下表面为精基准，选一侧面为粗基准。
3.2工艺方案确定
在现代工业企业中，产品的制造可以采取几种工艺过程方案，一个零件也可以采用几种不同的方法进行加工。
不同的工艺方案、不同的加工方法，除了在技术上可以达到不同的要求外，在经济上也会有完全不同的效果。
选择工艺方案，需要在保证产品质量的前提下，从经济上对各种方案进行分析比较，从中选出经济效果最好的方案
本次落料凹模的制造属毕业设计同时模具的设计与制造本身属于小批量的生产，所以在加工的时候不需要设计模具其他另部件的结构之类的。
对复杂型面凹模制造工艺应根据凹模形状、尺寸、技术要求并结合本单位设备情况等具体条件来进行制定。
该落料模零件可考虑采用以下两种加工方案:
方案一：
下料→锻造→退火→铣（刨）六面→平磨→钳工（画线,做各孔）→精铣内形→淬火→回火→平磨→钳研抛光。
方案二：
下料→锻造→退火→铣（刨）六面→平磨→划线→钳工（做各孔及钻中心工艺孔）→铣漏料孔→淬火→回火→平磨→数控线切割→钳工研磨。
第一种方案为传统的加工方法做,先用仿形刨或精密铣床等设备将凸模加工出来,用凸模在凹模坯上压印,然后借助精铣和钳工研配的方法来加工凹模。
第二种方案采用电火花线切割设备加工。
淬火前划线铣出漏料孔,淬火后电火花线切割成形部分；
若凸模设计为直通式结构,也可使用同一线切割程序加工,这样可保证凸、凹模形状及配合间隙。
4落料凹模的加工
4.1工艺过程的制定
落料凹模采用数控线切割加工方案来制定具体的工艺过程,主要工艺如下：
表1加工方案
序号
工序名称
工序主要内容
1
下料
锯床下料Ф56mm×
105mm
2
锻造
锻六方125mm×
85mm×
23mm
3
热处理
退火HBS≤230
4
刨削
刨六方120.6mm×
80.6mm×
17.6mm
5
平磨
磨六面对90°
6
钳
倒角去毛刺,划线,做各孔
7
工具铣
钻线切割穿丝孔,铣漏料孔
8
淬火,回火,60～64HRC
9
磨上、下面及基准面,对90°
10
线切割
找正,切割型孔留研磨量0.01～0.02mm
11
钳
研磨型孔
表面加工方法应依据其加工精度与表面粗糙度要求参照各种表面典型加工路线来确定。
由附录表
（1）确定该零件各表面的加工方法如下。
表2加工方法
加工表面
技术要求
加工方法
2×
φ8+0.0250
IT8Ra0.8
钻—粗铰—精铰
φ4+0.0150
IT7Ra0.8
4×
M8-7H
—
钻—攻丝
上下平面
IT14Ra0.8
粗刨—精刨—磨削
异形孔
IT7Ra1.6
电火花线切割
其余表面
IT14Ra6.3
粗刨—半精刨
4.2落料凹线切割
电火花线切割简称线切割。
它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。
它不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。
线切割机床已占电火花机床的大半。
其工作原理如下图所示。
绕在运丝筒4上的电极丝1沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动，装在机床工作台上的工件3由工作台按预定控制轨迹相对与电极丝做成型运动。
脉冲电源的一极接工件，另一极接电极丝。
在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液，电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。
图
（2）线切割原理图
设电极丝直径为Ф0.15mm,单边放电间隙为0.01mm。
建立图（3）所示编程坐标系,按平均尺寸计算凹模刃口轮廊交点及圆心坐标见下表。
表3凹模型孔及平均尺寸凹模刃口轮廊交点及圆心坐标
交点及圆心
X
Y
交点及圆心
y
A
4.1042
11.9692
F
-50.025
-16.0125
B
-14.6975
16..0125
G
C
16.0125
H
-4.1042
-11.9692
D
8.9666
O
E
-8.9666
O1
-60
偏移量D=r+Ф=（0.15+0.01）／2mm=0.085mm穿丝孔在O点,按O→A→B→C→D→E→F→G→H→A的顺序切割,程序如下:
图（3）线切割加工路线图
G92X0Y0
G41D85（插入间隙补偿,此程序段应放在切入线之前）
G01X4107Y11969
G01X—14698Y16013
G01X—50025Y16013
G01X—50025Y8966
G02X—50025Y—8966I—8966J—8966
G01X—50025Y-16013
G01X-14698Y-16013
G01X-4107Y-11969
G03X4107Y11969I-4107J11969
G40（G40应放在退出线之前,取消间隙补偿）
G01X0Y0（切出）
5加工工艺卡
表4凹模刨削加工工艺卡
产品名称
落料凹模
图号
产量
工序
坯料粗加工
送检频次
工装定位夹具
平面虎钳
定位面
定位方向
工作内容
刀具
切削速度
量具
自测频数
校正A面，并加工A面至19.5
刨刀
59次/min
以A面为基准加工A的对面至尺寸17.8
59次/min
千分尺
3次
以B面为基刨削B的对面至122.5
以B面的对面为基准刨削B面至120.8
直角尺
刨削C的对面保证尺寸为82.5，并垂直A面
刨削C面保证尺寸为80.8并且垂直A面
工
件
示
意
图
检查数目
编制
审核
批准
日期
表5凹模磨削加工工艺卡
坯料半精加工
电吸磁铁
切削速度rad\min
以A面为基准磨削B的对面
砂轮
1200
以B的对面为基准磨削A面保证尺寸17.08
其余四个邻面磨平至图样要求即可
2次
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