启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计.docx
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启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计
摘要
综合应用模具设计、冷冲压模具工艺、模具加工工艺学、工程图学等相关课程知识，对启动电机壳体采用多副模的工艺进行模具设计。
本文在已完成开题报告的基础上，着重对复合模工作零件、定位零件、卸料推件零件及模架等主要零件的设计进行说明。
在模具的设计中，按照小批量生产类型，对制件的冲压工艺进行分析，确定工艺方案，拟定排样方法，计算冲裁力，确定压力中心，计算凹凸模刃口尺寸及结构尺寸，得出模具闭合高度，选用标准件进行装配，最终画出模具总装图、三维模型及装配和主要零件加工工艺规程卡片。
模具采用倒装结构，后侧导柱导套模架，导料销导料，弹顶式档料销档料，凸缘模柄，刚性推件及弹性卸料，在保证生产率的同时，尽可能的是模具、方便，且满足冲裁的要求。
关键词：
启动电机壳体；冲压工艺；排样；模具结构；
Abstract
Comprehensiveapplicationofmolddesign,coldstampingmoldprocess,moldprocessingtechnology,engineering,graphicsandotherrelatedcoursesknowledge,startthemotorhousingusingapluralityofmoldprocessformolddesign.Inthispaper,onthebasisofcompleteopeningreportonthedesignofthemainpartsofthecompositemoldparts,positioningparts,dischargepushpartsandmoldbaseinstructions.Inmolddesign,inaccordancewiththetypeofsmallbatchproductionpartsstampingprocessanalysis,todeterminetheprocessplan,intendednestingmethodtocalculatethepunchingpower,todeterminethecenterofpressure,calculatedthebumpEdgesizeandstructuresizemaythemoldshutheight,thechoiceofstandardpartsforassembly,andultimatelydrawcardofthemoldassemblychart,thethree-dimensionalmodelandassemblyandmainpartsprocessplanning.Moldflipstructure,therearsideoftheguidepinsandbushingsmold,thestockguidepinguidematerial,playingthetop-of-filematerialoffoffilematerial,theflangeofthehandle,rigidpushpiecesandelasticunloading,ensuringtheproductivity,althoughpossiblemold,convenient,andsatisfyingtherequirementsofthepunched.
Keywords:
Startthemotorhousing;stampingprocess;nesting;guidepinsandbushings；moldstructure；
1绪论
1.1课题研究的目的和意义
本课题研究的内容是冲压模具标准件参数化绘图系统研究—中间导柱参数化绘图尽管各类冲压模具的结构形式和复杂程度不同，组成模具的零件有多有少，但组成冲压模具的零部件仍主要包括二类零件：
1、一类是工艺零件，这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括有工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；
2、一类是结构零件，这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对冲压模具完成工艺过程起保证作用，或对冲压模具功能起完善作用，包括有导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等。
而且无论是工艺零件还是结构零件，在其相同类别的零件中，它们的结构形态相似度很高，故许多企业在长期的生产过程中，经过经验总结，针对某一类零件，创建了冲压模具的标准件。
标准件的确立，为标准件参数化绘图提供了一个模板，在现实生产中发挥着重大的作用。
所谓冲压模具标准件的参数化绘图是指在冲压模具标准件的基础上的一种二次开发，它的主要工作原理是，将标准件的绘制过程录制并编辑成程序，同时建立相应的人机程序界面，然后在生产实践中修改标准件的参数，通过所编辑的程序形成所需要的零件。
冲压模具标准件参数化绘图系统的应用可使企业在生产过程中省略繁琐的绘图过程，节省大量的劳动时间，明显缩短产品的生产周期，提高工作效率，为提高企业的产品竞争力做出巨大贡献。
1.2课题国内外研究概况
1.2.1国外模具发展概况
高新技术在欧美模具企业得到广泛应用，欧美许多模具企业的生产技术水平在国际上是一流的。
将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速制造优质模具的有力保证。
1、CAD/CAE/CAM的广泛应用，显示了用信息技术带动和提升模具工业的优越性。
在欧美，CAD/CAE/CAM已成为模具企业普遍应用的技术。
在CAD的应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前3D设计已达到了70%～89%。
PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍。
应用这些软件不仅可完成2D设计，同时可获得3D模型，为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。
应用3D设计，还可以在设计时进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。
数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量。
30～50人的模具企业，一般拥有数控机床十多台。
经过数控机床加工的零件可直接进行装配，使装配钳工的人数大大减少。
CAE技术在欧美已经逐渐成熟。
在冲模设计中应用CAE软件，模拟金属变形过程，分析应力应变的分布，预测破裂、起皱和回弹等缺陷。
CAE技术在模具设计中的作用越来越大，意大利COMAU公司应用CAE技术后，试模时间减少了50%以上。
2、为了缩短制模周期、提高市场竞争力，普遍采用高速切削加工技术
高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术，其加工效率比传统的切削工艺要高几倍，甚至十几倍。
目前，欧美模具企业在生产中广泛应用数控高速铣，三轴联动的比较多，也有一些是五轴联动的，转数一般在1.5万～3万r/min。
采用高速铣削技术，可大大缩短制模时间。
经高速铣削精加工后的模具型面，仅需略加抛光便可使用，节省了大量修磨、抛光的时间。
欧美模具企业十分重视技术进步和设备更新。
设备折旧期限一般为4～5年。
增加数控高速铣床，是模具企业设备投资的重点之一。
3、快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用
由于市场竞争日益激烈，产品更新换代不断加快，快速成型和快速制模技术应运而生，并迅速获得普遍应用。
在欧洲模具展上，快速成型技术和快速制模技术占据了十分突出的位置，有SLA、SLS、FDM和LOM等各种类型的快速成型设备，也有专门提供原型制造服务的机构和公司。
1.2.2国内模具发展概况
国内模具工业从起步到发展，历经了半个多世纪，尤其是20世纪90年代以来发展得更加迅速。
近年我国的模具在国际模具行业美好的发展形势下，模具水平有了较大提高，大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。
从模具发展地域来看，我国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，模具生产最集中的地区在江浙和广东等经济技术高的地区。
从模具的需求情况看，汽车工业是模具的最大用户，汽车产量的增幅虽然有较大回落，但车型开发和新车型的上市速度并未放慢，有的还有所加快，汽车工业对模具需求仍旧十分强劲。
电子信息行业、电器和仪器仪表行业、电机行业、建材行业等，也是大量使用模具的行业，这些都对模具产生大量的需求。
中国经济的高速发展对模具工业提出越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。
近年来，我国的模具工业一直以高增长速度快速发展。
除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，如集体企业、合资企业和私营企业，都得到了快速发展，其中集体和私营的模具企业发展得最为迅速，各地从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，形成了许多国内外知名的“模具之城”和最具发展活力的组成之一。
1.3课题研究的主要内容
课题研究内容
零件冲压模具设计原始资料及设计技术要求如下：
图1-1零件图
设计技术要求如下
1.年生产纲领：
100000件
2.要求外文资料翻译忠实原文
3.要求编制的冲压规程合理
4.要求设计的冲压模具满足加工要求
5.要求图纸设计规范，符合制图标准
6.要求毕业设计论文叙述听力清楚，设计计算准确，论文格式规范
课题研究方案
1.复习冲压件的工艺性
2.制定冲压件工艺方案
3.确定毛坯形状，尺寸和下料方式
4.确定冲压类型及结果形式
5.进行必要的工艺计算
6.选择压力机
7.绘制模具总图和非标准零件图
2冲压工艺设计
2.1冲压件简介
形状和尺寸如下图所示。
材料为08F钢，板材厚度1.5mm。
带小凸缘的拉深件。
零件图如下：
图2.1零件图
1．未注公差尺寸分析
图中共有3个尺寸未注公差，查相应《国标》确定其公差和偏差。
对照参考文献[1]，P1～P2，这3个尺寸可分为二类。
第一类，未注公差冲裁件线性尺寸，尺寸有：
φ45；第二类，未注公差成形圆角半径线性尺寸，尺寸有：
R1.5、R0.5。
下面查对应表确定其公差和偏差。
第一类，未注公差冲裁件线性尺寸，查表2-1未注公差冲裁件线性尺寸的极限偏差（即查参考文献[2]，P3～P4，表1未注公差冲裁件线性尺寸的极限偏差），公差等级取m级，可得尺寸φ45的公差和偏差尺寸，最终带偏差的尺寸为:
φ45±0.55。
表2-1未注公差冲裁件线性尺寸的极限偏差[2]
基本尺寸
材料厚度
公差等级
大于
至
大于
至
f
m
c
v
6
30
—
1
±0.15
±0.20
±0.30
±0.40
1
4
±0.30
±0.40
±0.55
±0.75
4
—
±0.45
±0.60
±0.80
±1.20
30
120
—
1
±0.20
±0.30
±0.40
±0.55
1
4
±0.40
±0.55
±0.75
±1.05
4
—
±0.60
±0.80
±1.10
±1.50
第二类，未注公差成形圆角半径线性尺寸，查表2-2未注公差成形圆角半径线性尺寸的极限偏差（即查参考文献[2]，P5，表2未注公差成形圆角半径线性尺寸的极限偏差），可得这2个尺寸的公差和偏差，最终这2个尺寸为：
、
，由于这两个两圆角只能小不能大，故取为：
、
。
表2-2未注公差成形圆角半径线性尺寸的极限偏差
基本尺寸
≤3
＞3～6
＞6～10
＞10～18
＞18～30
＞30
极限偏差
＋1.00
－0.30
＋1.50
－0.50
＋2.50
－0.80
＋3.00
－1.00
＋4.00
－1.50
＋5.00
－2.00
2．已注公差尺寸分析
已注公差尺寸有4个：
、
、
、7±0.1。
这4个尺寸都属于拉深尺寸。
①尺寸
分析。
查表2-3成形冲压件尺寸公差（即查参考文献[1]，P3～P4，表2成形冲压件尺寸公差），得
的公差等级为：
FT1和FT2之间，再查表2-4成形冲压件尺寸公差等级选用（即查参考文献[1]，P6，表A2），得：
φ39的公差等级极高。
表2-3成形冲压件尺寸公差[1]
基本尺寸
板材厚度
公差等级
大于
至
大于
至
FT1
FT2
FT3
FT4
FT5
FT6
FT7
FT8
FT9
FT10
3
10
—
0.5
0.022
0.036
0.060
0.090
0.140
0.240
0.380
0.600
0.960
1.400
0.5
1
0.032
0.050
0.080
0.120
0.200
0.340
0.540
0.860
1.400
2.200
1
3
0.050
0.070
0.110
0.180
0.300
0.480
0.760
1.200
2.000
3.200
3
6
0.060
0.090
0.140
0.240
0.380
0.600
1.000
1.600
2.600
4.000
6
—
0.070
0.110
0.180
0.280
0.440
0.700
1.100
1.800
2.800
4.400
10
25
—
0.5
0.030
0.050
0.080
0.120
0.200
0.320
0.500
0.300
1.200
2.000
0.5
1
0.040
0.070
0.110
0.180
0.280
0.460
0.720
1.100
1.800
2.800
1
3
0.060
0.100
0.160
0.260
0.400
0.640
1.000
1.600
2.600
4.000
3
6
0.080
0.120
0.200
0.320
0.500
0.800
1.200
2.000
3.200
5.000
6
0.100
0.140
0.240
0.400
0.620
1.000
1.600
2.600
4.000
6.400
25
63
—
0.5
0.040
0.060
0.100
0.160
0.260
0.400
0.640
1.000
1.600
2.600
0.5
1
0.060
0.090
0.140
0.220
0.360
0.580
0.900
1.400
2.200
3.600
1
3
0.080
0.120
0.200
0.320
0.500
0.800
1.200
2.000
3.200
5.000
3
6
0.100
0.160
0.260
0.400
0.660
1.000
1.600
2.600
4.000
6.400
6
0.110
0.180
0.280
0.460
0.760
1.200
2.000
3.200
5.000
8.000
表2-4成形冲压件尺寸公差等级选用[1]
加工
方法
尺寸
类型
公差等级
FT1
FT2
FT3
FT4
FT5
FT6
FT7
FT8
FT9
FT10
拉深
直径
高度
带凸缘拉深
直径
高度
弯曲
长度
其他成形方法
直径
高度
长度
②尺寸
分析。
查2-3得φ13的公差等级为：
FT4和FT5之间，再查表2-4得：
φ13的公差等级较高；
③尺寸7±0.1分析。
查表2-3得7的公差等级为，FT2和FT3之间。
再查表2-4得：
7的公差等级极高。
④尺寸
分析。
查表2-3得49的公差等级为：
FT3和FT4之间，再查表2-4得：
49的公差等级较高；
可见整个产品尺寸公差等级较高，部分尺寸公差等级极高。
最终产品图如图2.2所示。
图2.2带公差的产品图
2.2冲压件的工艺性分析
工艺分析包括技术和经济两方面内容。
在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。
因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。
一、冲压件工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要因素：
1．件的外形为圆形，外形简单均匀，适宜冲裁。
2．件无细长的旋臂与窄槽，模具结构简单，适合冲裁。
3．料为08F钢，是常用的冲裁拉深材料，具有良好的冲裁性能和较好的拉深性能。
4．件尺寸属于装配要求不是精确尺寸，可按一般精度定为加工尺寸。
5．产批量，一般来说，大批量生产时，可选用连续和高效冲压设备，以提高生产效率；中小批量生产时，常采用简单模或复合模，以降低模具制造费用。
6．型件的直径尺寸要求较高，需作整形。
表面粗糙度要求不大，拉浓变形量很大，容量引起破裂，需作多次拉深或正反拉深。
7．角半径最小为R0.5，不满足最小圆角半径要求。
综上所述，此工件适宜冲裁和拉深。
二、压件工艺分析如下：
1．图形分析 形状较简单，且左右、前后对称，主要是拉深形状。
2．尺寸分析 尺寸公差主要部份都已经有了，其余尺寸不重要，拉深部分直径公差要求较高。
3．材料 08F，是适合拉深的钢，但拉深较深时，需考虑周全。
08F钢为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。
但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。
大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件和焊接构件。
1）化学成份：
碳C：
0.05～0.11
硅Si：
≤0.03
锰Mn：
0.25～0.50
硫S：
≤0.035
磷P：
≤0.035
铬Cr：
≤0.10
镍Ni：
≤0.30
铜Cu：
≤0.20
2）力学性能：
抗拉强度σb（MPa）：
≥295MPa
屈服强度σs（MPa）：
≥175MPa
伸长率δ5（％）：
≥35
断面收缩率ψ（％）：
≥60
硬度：
未热处理，≤131HB
试样尺寸：
试样尺寸为25mm
3）热处理规范及金相组织：
热处理规范：
正火930℃，≤30min，空冷。
金相组织：
铁素体+极少量珠光体。
4．批量 60万件/每年，批量不是很大。
5．冲压工序 落料、拉深、整形、切边。
6．冲裁间隙
本产品只有落料与冲裁间隙有关，并且精度要求不高，故查表2-5冲裁模初始双面间隙（即参考文献[3]，P20页，表2-10），得双面间隙Z＝0.132～0.240mm。
表2-5冲裁模初始双面间隙Z[3]
材料厚度t
08、10、15，09Mn2、Q235
16Mn
45、50
65Mn
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
小于0.5
极小间隙
0.5
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.6
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.7
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
0.9
0.090
0.126
0.090
0.126
0.090
0.126
0.090
0.126
1.0
0.100
0.140
0.100
0.140
0.100
0.140
0.090
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
1.75
0.220
0.320
0.220
0.320
0.220
0.320
2.0
0.240
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
2.3冲压工艺方案的确定
经过对冲压件的工艺分析后，结合产品进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺、冲压次数，工艺顺序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案。
方案一：
单工序模。
适当整合各冲压工序，需要副模具，此模具经济，制造方便。
方案二：
级进模。
本零件很大，模具很大，模具结构复杂，制造难度高，成本高。
由于第二种方案模具结构复杂，制造成本高，因此选用方案一。
2.4冲压工艺计算
2.4.1工件的毛坯尺寸计算
由于工件主要成型的工序是拉伸，工件的变形主要在拉深处，此工件是带凸缘的零件。
由于材料厚度t=1.5，先将产品尺寸转化为中心层尺寸，结果如下图所示：
图2.3中心层尺寸
1.修边余量
凸缘直径di=45，d=40.5，相对凸缘直径di/d=45/40.5=1.1
查表2-6有凸缘拉深件的修边余量（即查参考文献[3]，P116页，表4-2）得：
修边余量δ=3.5mm
因此工件的外沿直径为di=45+2×3.5=52mm
故含修边余量中心层图形和尺寸如下图所示。
图2.4含修边余量中心层尺寸
表2-6有凸缘拉深件的修边余量[3]
凸缘直径
di（或Bi）
拉深相对高度di/d（或Bi/B）
<1.5
1.5～2.0
2.0～2.5
2.5～3.0
<25
1.8
1.6
1.4
1.2
25～50
2.5
2.0
1.8
1.6
50～100
3.5
3.0
2.5
2.2
2.毛坯尺寸计算
由于工件是凸字型回转体形状，因此工件展开后是一个圆形片，可以直接计算工件的实际尺寸，利用拉深前后体积不变的原则，采用三维软件计算可得毛坯直径：
D=102.11mm
值得注意的是，在确定复杂拉深件的毛坯尺寸和形状时，由于实际情况比较复杂，影响因素很多，如板材的厚度变化、模具的间距大小、模具的尺寸公差等，所以一般是线根据上述公式进行初步计算，然后在通过试验加以修正确定，由于条件有限不能通过试验进行修正，根据拉深件质量要求材料不能变薄，毛坯只能大不能小，同时考虑拉深回弹，需多拉一些，故毛坯直径选为D=102.2mm，总体积为：
12305mm3。
3.是否采用压边圈
t/D=1.5/102.2=1.46%，查表2-7采用或
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