发动机支承限位件的模具设计与制造毕业设计说明书.docx
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发动机支承限位件的模具设计与制造毕业设计说明书
毕业设计说明书
课题：
发动机支承限位件的模具设计与制造
系别：
机械系
专业：
精密模具设计与制造
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
完成时间：
1
第一章前言
第二章课题简介
第三章工艺分析
第四章工艺方案的确定
第五章模具结构的设计
第六章冲孔模主要参数的计算
第七章冲孔模的模具结构的设计
第八章切边模的设计
第九章整形模的设计
第一十章绘制模具零件图和装配图
第一十一章参考文献
第一十二章毕业设计小结
第一十三章附录
第一章前言
本产品是一个冲裁件。
经过落料拉深、冲孔、切边、整形、等多道工序组合而成。
产品结构比较简单，通过对本产品的设计流程的了解。
本人掌握了模具设计工艺及模具加工工艺的流程。
通过对毕业课题的设计，我在模具上的专业知识得到进一步的巩固和提高。
在指导老师的帮助下我更进一步了解了模具的知识。
第二章课题简介
本课题是无锡中捷减震器有限公司所做的汽车发动机支承限位件，是一个比较典型的冲压件。
产品有孔、拉伸、切边等多道工序组成。
它作用于汽车上发动机的支承限位。
该产品实物图如下
其形状.尺寸如下图所示
。
其材料为SPCC钢板，料厚为2.0mm,制件尺寸精度为IT14，批量生产。
要采用冲压生产。
图1-1
第三章工艺分析
一．工艺分析
该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，一般批量，属普通冲压件，但要注意几点：
1.制件上的两个￠10的孔有同轴度要求，设计模具的时候要考虑到。
2.有一定的批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。
二．工艺方案的分析与确定
该冲压件是一个回转体零件，其形状特征表明它是一个带凸缘的圆筒形零件，其主要的形状和尺寸可以由拉深、冲孔、切边等冲压工序获得。
作为拉深成形尺寸，其相对植d凸/d、h/d都比较合适，拉深工艺性比较好。
￠100＋0.4的公差要求不是很高，但是拉深底部以的圆角半径R8比较大，口部的圆角半径R3适中，故在拉深成形之后应另加整形工序，并用制造精度较高、间隙较小的模具来进行加工完成。
1.工艺方案的分析与比较：
该零件外壳的形状表明它为拉深件，所以拉深为基本工序，底部的孔由冲孔来完成。
2.工艺方案的确定：
工序的组合和顺序确定：
对于外壳这样工序较多的冲压件，可以先确定出零件的基本工序，再考虑对所有基本工序进行可能的组合排列，将由此得到的各种工艺方案进行分析比较，从中确定出适合于生产实际的最佳方案。
外壳的全部基本工序为：
落料、拉深、冲孔、切边、整形等五道工序，据此可以排出以下三种工艺方案组合：
方案一：
落料，拉深，冲孔，切边，整形；
方案二：
落料与拉深复合，其余按基本工序；
方案三：
落料，拉深与冲底孔复合，其余按基本工序；
分析比较以上三种方案，可以看出：
方案一中各工序都按基本工序做，工序复合程度低，生产效率太低，模具数量也会增加，由此也增加了生产成本；方案三中，虽然解决了一方案中的问题，但是，冲孔凹模与拉深凸模做成一体，这样就给修磨带来的困难，而且孔径一旦发生变化，将会直接影响到拉深质量的好坏；
方案二没有上述的缺点，工序复合程度适中，单工序模具结构简单，制造费用低，这在中小批量生产中是合理的，因此决定采用方案二。
3对以上工序进行综合分析确定模具进行以下工艺组合：
1）.落料拉深：
把一个外形在凹凸模上进行冲裁的零件的展开形状，由于落料的同时可以进行拉深，决定在落料的同时拉深。
这样可以让拉深在落料的过程中冲裁完毕。
2）.冲孔：
在半成品件的底部以及两侧冲孔，并保证其公差精度；
3）.切边：
将上述两道工序后的半成品上多余的边切除；
4）.整形：
在加工的最后，为保证零件的使用和制造要求，再加一步整形工序。
根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料拉伸、冲孔、切边、整形四种。
按先后顺序组合，可得如下方案：
落料拉伸-冲孔-切边-整形，复合工序冲压。
三落料拉深件毛坯尺寸的确定
（1）拉深时毛坯尺寸的确定
A：
确定修边余量由于材料的各向导性以及拉深时金属流动条件的差异，拉深后工件口部不平，通常拉深后需切边，因此计算毛坯尺寸时应在高度方向上或凸缘上增加修边余量&，它的值可根据零件的相对高度查表4.2.1、4.2.2《冲压工艺与模具设计》得到：
&=1.8
B:
计算工件表面积
圆筒直壁部分的表面积为A1=3.14d（h+&）
式中d为圆筒部分的中径
圆角球台部分的表面积为A2=2*3.14（0.5d0+2r/3.14）=3.14/4（2r*3.14*d0+8r*r）
式中d0为底部平板部分的直径；
R为工件中线在圆角处的圆角半径
底部表面积为：
A3=0.25*3.14d0*d0工件的总面积为A=3.14d（h+&）+0.25*3.14（2r*3.14d0+8r*r）+0.25*3.14d0*d0
=8388.9
C求出毛坯尺寸
设毛坯的直径为D所以0.25*3.14*D*D=8388.9
D=103.4
（2）落料的毛坯尺寸
D1=D+8.5+2
=113.9
2）计算拉深次数：
毛坯的相对厚度：
t/D×100=2×100/103.4≈1.9
查表得：
各次的拉深系数，m1=0.49,m2=0.74,m3=0.77,m4=0.79
则，零件的总拉深系数m总=d/D=57.5/102≈0.56
因为m总＞m1,，所以该零件一次拉深即能成形。
目前零件的材料厚度t=2㎜，圆角半径r=8㎜，约为1.5t,该值过小，而且零件的直径又不是很大，一次拉深难以满足零件的要求。
因此需要在拉深后还要增加一道整形工序，以得到更小的口部圆角半径。
（3）确定排样、裁板方案：
这里的毛坯为简单的长圆形，而且尺寸也不是很小，考虑到操作方便，适宜采用单排。
据表查得，工件间距离a1=1.2㎜;
搭边距离a=1.5㎜；
条料下料剪切公差δ=0.6㎜；
条料宽度B=（D＋2a＋δ）0-δ
=（113.9＋2×1.5＋0.6）㎜
=117.5㎜
查得，轧制钢板拟选用规格为2㎜×650㎜×1300㎜的板材。
采用纵向冲裁和纵向排样的方案，可得材料利用率为：
η=ns/LB×100%=72.4%
本例拟采用此方案进行冲裁和排样。
排样图如下：
三、模具结构形式的确定
1）落料拉深模：
因制件较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。
它还可对冲孔凸模起导向作用。
为方便操作和取件，选用液压保险开式固定压力机，纵向送料。
因制件比较归则，故采用定位销定位，生产方便，模具制造方便，节约成本。
终上所述，选用弹性卸料纵向送料典型组合结构形式，中间滑动导柱。
2）冲孔模：
因制件的尺寸较小，采用弹顶板卸料，选用液压保险开式固定台压力机，为达到较高的精度，采用定位板定位，采用中间滑动导柱。
第四章、工艺方案的确定
1、计算各工序压力、压力中心，初选压力机。
1）落料拉深工序
〈1〉落料力计算
F落料=KpLtτ=1.3*248.06*2*480N=309578.88N=309.6KN
τ--材料的抗剪强度
L--冲裁周边总长
t--材料厚度
Kp--系数一般取1.3
其中K为安全系数，冲裁周边总长L=248.06mm,材料厚度为t=2mm,材料的抗剪强度†=480MPa（查资料·2表4-12得）
〈2〉卸料力计算
当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或因弹性扩张而梗在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模。
为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料刮下。
将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。
从凸模上刮下材料所需的力称为卸料力。
影响卸料力的因素很多，要精确地计算很困难。
在实际生产中常采用经验公式计算：
F卸=K卸*F落料=0.05*309578.88N=15478.944N=15.5KN
③拉深力的计算：
F拉深=（πd-1.72r）tσbk5
=（3.14×82-1.72×4）×2.5×480×0.85N
=295619.275N
≈296.62KN
当采用落料、拉深复合时，不能简单的将落料力与拉深力迭加来选择压力机，（因为压力机的公称压力是指在接近下死点时的压力机压力）。
因此，应该注意压力机的压力曲线。
否则很可能过早的出现最大冲压力而使压力机超载损坏。
一般可按下式做概略计算：
浅拉深时：
ΣF=（0.7～0.8）F0
深拉深时：
ΣF=（0.5～0.6）F0
本制件属于浅拉深，则：
最大压力≤（0.7～0.8）F0
因此拉深力F=F0/0.7=296.62/0.7≈423.6KN
④确定是否需要压边装置并计算压边力：
合理的压边是拉深制件质量的保障，拉深时压边力必须适当，压边力过大，会引起拉深力的增加，甚至造成制件拉裂或严重变薄超差；压力过小，则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，防皱效果不好。
解决拉深工作中的起皱问题的主要方法就是采用防皱压边圈，至于是否采取压边装置主要取决于毛坯或以后各道工序的拉深系数m和相对料厚t×100/D。
由该制件的相对料厚为t/D=2.4，m=0.56；经查表可知：
该制件在拉深过程中不需要采用压边装置。
⑤总压力计算：
F总=F落＋F卸＋F拉深
=309.6KN＋15.5KN＋423.6KN
=748.7KN
⑥初选压力机：
由于该制件体积不是很大，而且精度要求不是很高，因此可以选用开式双柱固定台压力机。
它具有三面敞开，操作方便成本低廉的优点由于落料、拉深复合模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在拉深阶段反倒要小的多。
因此若按总的压力来选取压力机，很能出现总的压力满足要求，但是在初始阶段冲时已经超载。
同时，选用拉深压力机还应该对拉深功进行核算，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。
因此精确确定压力机压力应当根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。
但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际条件，在现有压力机中选取。
在这里根据总压力为748.7KN,查得，提供的压力机公称压力序列中选取1000KN的压力机，型号为JD21-100.由此可知，电动机的功率远远大于拉深所需压力机的电动机功率。
故可以选用此电动机。
（7）查资料《冲压工艺与模具设计》P358
选用开式双柱双柱固定台压力机J23-63及其它主要技术参数：
公称压力：
p=1000KN
滑块行程：
H=120mm
行程次数：
75/min
最大闭合高度：
H=400mm
最大装模高度：
H=300mm
闭合高度调节量：
H=85㎜
立柱间距离：
L=480㎜
工作台尺寸：
前后600㎜，左右1000㎜
工作台垫板孔径：
200㎜
工作台板厚度：
100㎜
模柄孔尺寸：
￠60×80㎜
电动机功率：
7.5KW
（8）确定压力中心：
由于该制件的毛坯以及各个工序件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。
（9）.冲裁间隙的确定：
确定合理间隙的方法有理论确定法与经验确定法：
a.理论确定法：
理论确定法的主要依据是保证上下裂纹会合，以便获得良好的断面。
由于理论计算间隙的方法在实际生产中使用不方便，故目前间隙值的确定广泛使用的是经验公式和图表。
b.经验确定法：
根据研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。
对于尺寸精度、断面垂直度要求高的制件应选用较小间隙值，对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主。
其可按下列经验公式选用：
软材料：
t>1㎜,c=（3%～4%）t
t=1～3㎜c=（5%～6%）t
t=3～5㎜c=（8%～10%）t
硬材料：
t>1㎜,c=（4%～5%）t
t=1～3㎜c=（6%～8%）t
t=3～5㎜c=（8%～13%）t
本制件属于硬材料，所以间隙值是：
c=（6%～8%）t=（6%～8%）×2
=0.12～0.16㎜
本制件的间隙取0.14㎜
第五章、模具结构设计
查资料《冲压工艺与模具设计》P57、58
在压力机的一次工作行成中，在模具同一部位同时完成数个冲压工序的模具，称为复合冲裁模。
如下页图所示是落料拉深复合模的基本结构。
在模具的一方是落料凹模中间装着拉深凸模，而另一个方面上凸凹模外部是拉深的凸模。
内孔是拉深的凹模。
若落料凹模装在上模上，称为倒装复合模。
反之，称为顺装复合模。
5-1复合模的特点是：
结构紧凑，生产率高，制件精度高，特别是制件对外形的位置度容易保证。
另一方面，复合模结构复杂，对模具零件精度的要求较高，模具的装配精度要求也较高。
5-2倒装复合模:
其结构是落料凹模在上模,落料凸模在下模。
倒装复合模一般采用刚性推件装置把卡在凹模内的制件推出。
刚性装置一般是由推杆、推块、推销组成。
废料直接由凸模从凸凹模内孔推出。
凸凹模洞口若采用直刃，则模内有积存废料且胀力较大。
根据一般模具的基本特征和本产品的自身特点，采用上出件倒装复合模。
基本结构如下图
根据确定的冲压工艺方案和制件的形状特点、要求等因素确定冲模的类型,材料及结构形式。
〈1〉模具结构形式的选择
模具的对材料的要求是很高的，所以材料的选择很重要。
在这里，我们选用Cr12Mov作为其材料，因为该制件的生产批量大，而Cr12Mov具有强度高，韧性好，耐磨性好抗回火稳定性和热处理变形小的高性能模具材料。
〈2〉模具工作部分的尺寸和公差的确定
1）计算落料凸、凹模的刃口尺寸：
由资料
（1）表2.2.3查得2Cmin=0.246mm,2Cmax=0.360mm,则2Cmax-2Cmin=（0.36-0.246）mm=0.114mm
凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则
冲孔：
D凸=（Dmin+xΔ）=（81+0.75*0.18）0-0.017=81.140-0.017mm
D凹=（D凸-2Cmin）=81.14-0.114）+0.0180=81.03+0.0180mm
校核：
0.017+0.018=0.025＜0.26mm
落料：
Dd=（Dmax-xΔ）=（
由此可得该尺寸能保证间隙在合理的范围内，故可取。
<3>模具结构设计
1）凹模周界尺寸计算:
因制件形状简单,尺寸较小,故选用整体式凹模比较合理.
1凹模厚度尺寸H的计算:
由凹模的计算公式为
H=[F落料*（1/10）]⅓
=（309578.88*0.1）⅓
=50.23mm
把凹模厚度圆整成
落料拉伸凹模外形尺寸的计算:
因为凹模孔口轮廓为非圆形,则凹模壁厚可按下式计算
W=1.2H=60mm
则落料拉伸凹模的模壁就是D=L+2W=109.6+2*42=192.6mm.将其圆整为200mm
2落料拉伸凸模的强度和刚度校核
凸模承载能力的校核：
凸模最小断面承受的压应力
，必须小于凸模材料强度允许的压应力[
]，即
对于非圆形凸模有：
[3]P143
8
--凸模的最小断面面积（
）
--凸模纵向总压力（N）
[
]-凸模材料的许用应力
对于一般工具钢，凸模淬火硬度HRC为58～62时，取1000～1600MPa
=21371.6/1000～1600=21.4～13.4MPa
由已知S=24040.6
>
即落料拉伸凸模承载压力面积完全合格。
由于本产品的生产纲领为10万件,即在冲裁过程中由于材料的厚度及材料本身属于硬质材料,为此需要经常磨刃口,适当给落料凸模适当加厚，取H=72mm。
2）选择模架及确定其他冲模零件的有关标准:
根据凹模周界尺寸D=103.4mm,查资料
（2）表5-5选取典型结构并结合实际得600*1000,并选用滑动独立中间导柱矩形模架.
3）卸料.压边弹性元件的确定
冲压工艺中常见的弹性元件有弹簧和橡胶等,但是由于这副模具所需的卸料力较小,如果选用橡皮,即使使用1个橡皮,它所承担的负荷也将无法达到弹性效果.同时由于这是一副落料拉伸复合模,模具的行程较小,.因此我们选用弹簧作为卸料的弹性元件.
五.校核压力机安装尺寸
模座的外形尺寸为450mm*300mm,闭合高度为221mm,,由资料
（2）表4-33查得JD21-100型压力机的工作台尺寸为600mm*1000mm,最大闭合高度为400mm,故符合安装要求.
第六章、冲孔模的主要参数的计算
1.模具结构形式的选择
由于该工序中一共要冲5个孔，该制件的生产批量又很大，所以模具的磨损很严重，在冲孔模中还要考虑到凸模的强度和刚度，以及快速更换凸模的结构。
这5个孔中有2个是在产品的侧面其余在底部且有一不是圆孔为了节省时间降低成本所以我们要将这5个孔同时进行加工。
2.模具工作部分的尺寸和公差的确定
1）计算冲孔凸凹的刃口尺寸：
根据凸，凹模的刃口尺寸计算公式，先计算出冲孔凸模的刃口尺寸
D=10±0.5mmD1=6mm
d=44±0.1mm
其中D为二侧孔的尺寸D1为2小孔的尺寸，d为大孔的凸模直径。
在这里，我们在考虑材料厚度以及配合间隙的情况下凹模的刃口尺寸可按凸模的尺寸配作。
在这里，我们就不做详细计算。
冲孔模的凸模尺寸
冲孔模的凸凹尺寸
3.计算冲孔模的压力，压力中心，初选压力机。
1）冲裁力的计算
F冲=KptLτ=1.3*2*（3.14*20*2+2*4+2*3.14*6+2*3.14*10）*480N
=1.3*2*（3.14*40+8+3.14*12+3.14*20）*480N
=1.3*2*（125.6+8+37.68+63.8）*480N
=2.6*112838.4N
=293379.84N
=293.4KN
2）卸料力的计算
F卸=K*F冲=0.05*293.4KN=14.67KN
3）确定是否需要压边装置并计算压边力：
由于该制件是冲孔模，故不需要压边装置，所以也就没有压边力。
4）总压力计算
F=F冲+F卸
=（293.4+14.67）KN
=308.07KN
5）初选压力机：
根据总压力为308.07KN，从资料
（2）表4-31提供的压力机公称压力序列中选取400KN的压力机，型号为JG23-40。
6）确定压力中心；
由以上三道工序可知该制件的压力中心与制件的几何中心重合。
7）冲孔凸模的计算：
冲头φ10选用材料：
Cr12
a.承压能力校核
S=314㎜2
Fmin≥p/[σc]=32499/2000～3000
=16.2495～10.816㎜2
既S>>16.2495㎜2完全合格。
b.抗纵向弯曲能力校核：
查资料《使用冲压模具设计手册》P144
Lmax≤π√αEj/P;
E——凸模材料的弹性模数，一般模具钢为2.2×100000；
P——冲裁力，N；
Lmax——凸模上可能发生失稳弯曲部分长度L的最大值；
α——凸模前端的系数，有导向α=2；
J——凸模最小断面的惯性矩；
J=πd/64=3.14×10/64=0.491
Lmax≤π√αEj/P
=3.14√2×220000×0.491/32499
=8.01㎜
用同上的方法可得到φ6的尺寸Lmax=4.36mm
3.冲孔凸模的形状的确定；
（1）φ10的冲头选用材料：
Cr12
形状如下图：
（2）φ6的冲头选用材料：
Cr12
形状如下图：
第七章.冲孔模的模具结构设计
一、凸与凹模刃口尺寸的计算
正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模的主要任务之一。
从生产实践中可以发现：
1）由于凸、凹模之间存在间隙，使得落下的制件或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
2）在测量与使用中，落料件以大端尺寸为基准，冲孔孔径以小端尺寸为基准。
3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越来越大。
由此在决定模具刃口尺寸及制造公差时需要考虑以下原则：
（1）落料件尺寸应由凹模尺寸决定，冲孔件的尺寸应由凸模尺寸决定。
故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
（2）考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，设计落料模时凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。
这样在凸、凹模磨损一定程度下，仍能冲出合格的制件。
（3）确定冲模刃口公差时，应考虑制件的公差要求。
如果对刃口尺寸精度要求太高，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期，如果对刃口尺寸精度要求过低，会使模具的寿命降低，生产出来的制件可能不合格。
若制件没有标注公差，对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形件，一般可按IT7—IT6级制造模具。
冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。
二凸凹模的结构形式
此模具的凸模采用的是整体式凸模结构，凸模的长度根据模具结构的需要来确定，其长度应比凸模固定板、卸料板、导料板的长度和多出（15—20）mm。
凸模材料的选择应使得模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有较高的硬度和适当的韧性。
而该制件形状复杂寿命也要求较高，所以选择Cr12MoV制造。
它具有较好的淬透性、淬硬性、耐磨性、抗回火稳定性和热处理变形小等优点，可用于大批量生产的模具。
三冲孔时的刃口尺寸计算：
根据以上原则，冲孔时以凸模为基准，首先确定凸模的刃口尺寸，使凸模基本尺寸基本尺寸接近或等于工件孔的尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2Cmin。
凸模制造偏差取负偏差，凹模制造偏差取正偏差。
其计算的公式如下所示：
dp=（dmin+X△）上偏差为0下偏差为负的δp，
dd=（dp+2Cmin）上偏差为正δd，下偏差为0。
在同一工步中在制件上冲出的孔时，凹模型孔中心距Ld可按下面公式计算：
Ld=（Lmin+0.5△）±0.125△
1）则凸模各尺寸：
dp=10+0.5X0.2=10.1mm
dp=6+0=6mm
2）凹模各尺寸：
dd=10.1+0.17=10.2mm
dd=6+0.170=6.2mm
经过校核符合合理的公差范围
3）孔中心距的尺寸计算：
Ld=（Lmin+0.5△）±0.125△
Ld=（68.5+0）±0.125X0=68.5mm
Ld=（54+0）±0.125X0=54mm
四凹模的固定方法和主要技术要求
凹模采用螺钉和销钉固定，螺钉和销钉的数量、规格及位置可根据凹模的大小在标准的典型组合中查得，螺钉和销钉的位置可根据结构的需要作适当的调整。
螺孔和销孔之间以及它们到模板边缘的尺寸，应满足有关技术要求。
凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行，型孔的表面有粗糙度的要求，Ra=0.8-0.4μm凹模材料的选择与凸模一样，但热处理后
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