油槽盖冲压模具设计说明书.docx
《油槽盖冲压模具设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油槽盖冲压模具设计说明书.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
油槽盖冲压模具设计说明书
油槽盖冲压模具设计
摘要
本次设计的工件名称是油槽盖。
主要工序有冲孔、落料、拉深等工序。
零件尺寸精度要求高，大批量生产，因而采用复合模具和单工序配合生产。
冲压模具在实际工业生产中应用广泛。
在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。
随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。
冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。
关键词：
冲孔；落料；油槽盖；拉深
Oiltankcoverstampingdiedesign
ABSTRACT
Thedesignoftheworkpieceisthenameoftankcover,oilMainprocessesarestretching,punching,blanking,thethreeprocesses.Sizeofhigh.precisionparts,massproduction,andthuscompositemodel.unchingdiehasbeenwidelyusedinindustrialproduction.Inthetraditionalindustrialproduction,theworkerworkveryhard,andtherearetoomuchwork,sotheefficiencyislow.Withthedevelopmentofthescienceandtechnologynowadays,theuseofpunchingdieintheindustialproductiongainmoreattention,andbeusedintheindustrialproductionmoreandmore.Self-actingfeedtechnologyofpunchingdieisalsousedinproduction,punchingdiecouldincreasetheefficienceofproductionandcouldalleviatetheworkburden，soithassignificantmeaningintechnologicprogressandeconomicvalue.
Keywords：
punching；blanking；Oiltankcoverstamping；stretching
1绪论
我国近年来在技术方面许多模具企业加大了生产技术的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Proe等国际通用软件，并成功应用于冲压模的设计中。
随着微机软件的发展和进步，目前在国内应用的主要软件有美国PTC公司的CAD/CAE/CAM集成化系统PRO/ENGINEER、美国EDS公司的CAD/CAM软件UG-Ⅱ、法国MATRADATAVISION公司的集成化软件、美国SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS软件、美国CV公司的CADDS软件、美国SDRC公司集成化CAD/CAE/CAM软件、英国DELCAM公司CAD/CAM软件DUCT、以色列CIMATRON公司的三维CAD/CAM软件CIMATRON，所以可看出普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度[1]；计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
选题的油槽盖属于薄壁零件，而目前薄壁零件的加工方法很多，如传统的铣削、车削、飞切，磨削、抛光，以及旋压、压铸，混合加工成形等等，每种加工方法都对应着不同类型的薄壁件制造与应用。
切削加工技术具有加工效率高的优点，其中高速铣削广泛应用于航空航天等制造业领域，如加工航空整体结构件等，不但面积大而且形状多为自由曲面。
而对于精度要求较高的薄壁件则需要超精密加工技术来实现，红外探测器中采用的碲镉汞晶片需要超精密磨削或切削来实现10μm级晶片厚度的高精度加工。
这些晶片为了满足特定光学使用要求经常采用具有各向脆性力学特征的红外晶体材料，这对薄壁零件的工艺要求和加工质量保证提出了极高的要求。
有些薄壁件虽然具有回转对称类结构，材料也不特殊，但是需求的制造工艺复杂，机加和混合热处理工序交互进行，这对于最终产品的变形控制和量产的成品率提高十分困难，如航空相机中的轴承环和镜筒类零件等[2]。
由此可见，薄壁件结构形状复杂，外形协调要求较高，零件外廓尺寸相对截面尺寸较大、加工余量大、相对刚度较低，加工工艺性差，精度要求高，在加工过程中极易产生变形，直接影响薄壁件批量化生产成品率的提高。
所以，要能实现大批量生产且产品质量合格，避免变形，就需要投入冲压工艺生产。
因为冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发[4]。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
冲压模具是实现冲压生产的基本条件。
冲压模具的发展趋势主要表现在，大型、精密、复杂、使用寿命长、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品。
目前在我国发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。
我国冲压模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高[5]。
结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进创新、多功能复合模具和复合加工[6]。
冲压模具设计能发展迅速归于与其他加工制造方法相比优点有很多：
（1） 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。
（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低[7]。
1.1本课题的设计和工艺分析
本课题的研究对象是油槽零件的落料拉深冲孔复合模具，做出工艺分析案，计算出工艺参数，设计模具的总体装配图，从而提高了理论分析能力和解决实际问题的独立工作能力。
主要内容具体可以分为以下几个部分：
1、对落料拉深冲孔复合模进行工艺设计和结构设计。
2、主要工作部分尺寸的计算。
3、主要工艺参数的计算。
4、模具的工作总体设计及装配。
5、设计出模具总装配图。
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。
一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、几何公差及技术要求等。
良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工序少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单等[8]。
本课题油槽盖冲压该零件时，普遍采用落料、拉深.冲孔三道工序，生产效率低，成本也高，为此，设计了冲压该零件的落料、拉深、冲孔复合模，是原三道工序合二为一，大大提高了生产效率。
在压力机滑块的每次行程中，在同一副模具的相同位置，同时完成两道或两道以上不同冲压工序的冲模叫复合模。
它结构上的特点是具有一个即能充当凸模又充当凹模的工作零件--凸凹模。
复合模具有以下的优缺点：
工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生产[9]。
它的缺点是：
模具零部件加工制造比较困难，成本较高，并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些内孔间距、内孔与边缘间距较小的下件不宜采用。
由于复合模本身所具有的一些优点较明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择复合模结构。
在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。
因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料[10]。
另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。
金属材料能满足零件工作要求是选择材料的关键。
零件的工作条件是各种各样的，如受力状态、工作温度和环境介质等，应该以该机件的主要失效形式（断裂、磨损、过量变形等）进行分析，找出抵抗失效的主要性能指标[11]。
凸凹模的设计是复合模的重点。
它的设计有两种方案：
有肩式凸凹模和无肩式凸凹模。
前者装配时由钳工直接压进固定板并打入止转销即可，后者还需要钳工进行铆接。
前者的优势是钳工的工作量小，模具的保险系数大[12]。
后者的优势是加工制造起来相对简单。
2工艺方案的分析与确定
本课题的研究对象是油槽盖，材料为Q235，料厚为1.5mm，是形状规则的旋转体零件大批量生产。
油槽盖如图2.1所示。
图2.1零件cad简图
2.1工艺方案分析
2.1.1零件的分析
零件的工程图如图2.2所示
生产批量:
大批量
材料:
Q235
料厚:
1.5mm
图2.2零件工程图
图2.2所示为油槽盖的实物图和剖视图，零件材料为Q235，料厚为1.5mm，零件形状简单，尺寸精度要求不高，是形状规则的旋转体零件，大批量生产。
Q235是普通冷轧钢板，具有很好的折弯延展性和焊接性，Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。
抗剪强度是304-373Mpa，抗拉强度是380-500Mpa，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛[13]。
所以此工件选择Q235钢可以更好的保证工件精度，不易变形。
2.1.2落料拉深工艺分析
拉深是将具有一定形状的板坯，通过模具加工成筒形、锥形、球形、盒形和其他不规则截面的薄壁空心零件。
拉深过程中有5个变形区：
凸缘变形区，筒壁传力区，筒底小变形区，凹模圆角过渡区，凸模圆角过渡区，拉深时，平板坯料受凸模向圆筒侧壁传递的拉力﹐由四周向中心移动﹐直径逐渐缩小这部分金属互相受压。
当板坯的厚度小﹑拉深变形程度大时在压应力作用下﹐圆筒工件的平面法兰部分会出现失稳起皱现象。
为了防止起皱现象和保证拉深件质量﹐在拉深模中常设有压边装置。
拉深件各部位的厚度因受力不同有所不同。
一般是底部中心筒底小变形区厚度不变。
凸缘比原始厚度增加了，在经过凹模圆角部分时，由于受到较大的拉伸作用，其厚度又有所减薄。
底部周边和侧壁下部受拉力作用﹐厚度稍减少。
侧壁上部和平面法兰部分受压力作用﹐厚度稍增加。
由图2.2可见，该工件的加工涉及到落料、拉深、冲孔三种工序内容。
此工件为有凸缘圆筒形工件,要求内形尺寸，没有严格要求厚度不变。
此工件的形状满足拉深的工艺要求，可用拉深工序加工。
工件底部圆角半径r=2mm，大于拉深凸模圆角半径r凸=1~3mm,满足拉深对圆角半径的要求。
尺寸Φ78mm，按公差表查得为IT14级，满足拉深工序对工件公差等级的要求。
2.1.3冲孔工艺分析
由零件图可见凸缘部分均匀分布4个小孔，孔形状要求不大，可直接冲裁出孔，零件有大孔和小孔，冲孔的顺序应该为先小孔后大孔；冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不够，由参考文献[16]表2.18中有
，d为孔直径，t为板料厚度，则5≥0.75；所以全部孔符合冲裁件工艺性要求。
在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断，孔壁与制件直壁间应保持一定距离，使
，查参考文献[16]得图2.3；结合零件图代入数据得：
L=（94-78）/2=8；
8＞2.5+0.5×1.5=2.75，
所以凸缘边孔的位置设计合理，满足要求；同理中心孔也符合冲裁工艺性要求。
图2.3弯曲件和拉深件冲孔位置
2.2工艺方案的确定
根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、拉深和冲孔。
现拟定以下几种工艺方案：
方案一：
先落料，后拉深，再冲孔，采用单工序模生产。
方案二：
落料拉深冲孔复合冲压，采用复合模生产。
方案三：
拉深冲孔落料级进冲压，，采用级进模生产。
方案四：
落料与冲孔复合模+拉深模，两套模具。
方案分析：
方案一模具的结构都比较简单，制造很容易，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。
方案二只需要一副模具，减少了工序数量，没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。
模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，复合模结构虽然较方案一复杂，但是由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。
方案三也只需要一副模具，生产的制件精度不如复合模生产精度高，模具本身制造也有一定的难度，生产效率不如复合模高，并且生产过程中需要克服工件的精确定位问题：
需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。
方案四工序较为集中，模具结构也较为复杂，但是在冲孔后再拉深无法保障工件质量，合理性较差。
通过对上述三种方案的综合比较，并且考虑模具的制造精度及制件的精度，该冲压工艺方案选用方案二较优，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。
本工件首先需要落料，制成直径D=141mm的圆片，然后D=141mm的原板料为毛坯进行拉深，拉深成为内径为Φ78mm、内圆角r为2mm，再冲孔的有凸缘圆筒。
根据以上工艺分析，为了提高生产效率，该零件的加工采用落料冲孔、拉深复合模具的结构进行加工。
3主要的工艺参数计算
3.1毛坯尺寸的计算
3.1.1确定是否加修边余量
由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后工件的边缘不整齐，甚至出现突耳，需在拉深后进行修边，所有在计算坯料直径时，要确定是否需要增加修边余量。
由于其工作相对高度：
（3.1）
查参考文献[16]表5.1可得出不需加修边余量。
表5.1有凸缘圆筒行拉深件的修边余量（单位：
mm）
工件高度
H（mm）
工件的相对高度h/d
>0.5-0.8
>0.8-1.6
>1.6-2.5
>2.5-4
≤10
1.0
1.2
1.5
2
>10-20
1.2
1.6
2
2.5
>20-50
2
2.5
3.3
4
>50-100
3
3.8
5
6
>100-150
4
5
6.5
8
>150-200
5
6.3
8
10
>200-250
6
7.5
9
11
>250
7
8.5
10
12
3.1.2计算毛坯直径D
如图2.1工件图所示
有凸缘圆筒形拉深工件的毛坯尺寸计算公式为：
（3.2）
将d=78mm，H=18mm，r=（2+0.75）mm=2.75mm代入公式（3.2），即得毛坯的直径为：
D=141mm
3.1.3确定是否需要压边圈
采用压边圈是防止起皱的一个有效方法。
是否需要压边，可采用公式3.3进行计算。
由参考文献[16]中表5.11可得
（3.3）
m1=0.53<0.6
所以需要用压边圈。
3.1.4压力中心的计算
模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。
此工件为规则对称工件，所以其压力中心就在工件的中心。
3.2排样和拉深系数确定
3.2.1排样
冲裁件在板料，带料或条料上的布置方法称为排样。
加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的60%～80%之多。
因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%～0.5%。
在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义[14]，加工此零件为大批量生产。
所以合理的排样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。
应考虑以下原则：
1、提高材料得利用率（不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件形状）。
2、合理排样可使操作方便，劳动强度低。
3、模具结构简单寿命长。
4、保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。
根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种：
有废料排样、少废料排样、无废料排样。
根据零件图可选用少废料排样。
沿冲件部分外形切断或冲裁。
只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。
这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。
排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排等[15]。
通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。
同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率[16]。
该工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用直排排样设计。
搭边值为a1=2.0，a=1.5，采用单挡料销挡料。
条料宽为：
b=141mm+2a=144mm
条料的进距为：
h=141mm+2=143mm
式中a——侧面搭边值
a1——冲件之间的搭边值
排样图如图3.1所示
图3.1排样图
3.2.2材料利用率的计算
材料利用率的计算公式为：
；（3.4）
工件的实际面积：
（3.5）
所用材料面积：
mm2（3.6）
材料利用率为：
（3.7）
3.2.3拉深系数的确定
本工件首先落料制成直径D=141mm圆形板料为毛坯进行拉深。
工件总拉深系数
（3.8）
工件总拉深相对高度
（3.9）
（3.10）
查参考文献[16]得m1=0.53，m总>m1，所以工件能一次拉深成形。
3.3工序压力计算
在冲裁模设计中，冲压力是指落料力，缷料力，拉深力，压边力，冲孔力，切边力和推件力的总称。
它是冲裁时选择压力机，进行模具设计校核强度和刚度的重要依据。
1、计算落料力的公式为F落=1.3
（3.11）
式中F落 —— 落料力（Ｎ）
πD—— 工件外轮廓周长，πD＝443mm；
t——材料厚度，t=1.5mm；
——材料的抗剪强度（MPa），查文献[12]得
=370MPa。
落料力则为：
F落=1.3×443mm×1.5mm×370MPa≈320kN
2、卸料力按公式F卸=K卸×F落（3.12）
式中K卸——卸料力因数，查参考文献[16]表2.11可取
K卸=0.05则卸料力则为：
F卸=0.05×320N=16kN
3、拉深力计算
由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。
所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。
对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为:
F拉=Kπdtσb（3.13）
式中F拉——拉深力（N）；
d——拉深件的直径；
t——材料厚度；
σb——材料的抗拉强度（MPa），σb=380MPa；
K——修正因数。
由参考文献[16]表5.6查得修正因数K=0.93；
拉深系数：
拉深力则为：
F拉=0.93×3.14×78×1.5×380≈130kN
4、计算压边力
压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。
×P（3.14）
毛坯外径D=141mm，d=78，rd=2mm；单位压边力P=2.0～2.5Mpa，取P=2.3Mpa
×P
=23754.96N
5、冲孔力计算
F冲孔=1.3Ltτ（3.15）
式中F冲 —— 冲孔力（Ｎ）
Ｌ—— 工件内轮廓周长；
t——材料厚度，t=1.5mm；
τ——材料的抗剪强度（MPa），查得τ=370MPa。
冲孔力则为：
F落=1.3x（3.14x10x10-3+4x3.14x5x10-3）x1.5x10-3x370x106≈6.8kN
6、卸料力按公式（3.12）可得到
F卸=K推×F落
式中K推——推料力因数，其值K卸=0.05
卸料力则为：
F卸=6.8x0.05≈3398.27N
7、总压力：
F总=F落+F卸1+F冲+F推+F卸2+F压
=320kN+16kN+130kN+23754.96N+6.8kN+3398.27N
=499.952kN取F总=500kN
8、拉深功的计算
拉深所需的功可按下式计算:
（3.16）
式中
—最大拉深力（N）
h—拉深深度（mm）
W—拉深功（N·m）
C—修正系数，一般取为C=0.6~0.8。
所以:
N·m
3.4冲压设备的选择
冲压设备选用是冲压工艺设计过程中的一项重要内容。
模具的设计要与冲压设备的类型和主要规格相匹配，否则不能工作。
正确选择冲压设备，关系到设备的安全使用冲压工艺的顺利实施及冲压件质量、生产效率、模具寿命等一系列问题。
冲压设备分类：
1、机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式；
2、按滑块个数可分为单动和双动；
3、按床身结构形式可分为开式（C型床身）和闭式（Ⅱ型床身）；
4、按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。
对于浅拉深可按式F压≥（1.6～1.8）F总，估算公称压力来选择压力机。
查《冲压工艺与模具设计》表1.3选用公称压力为800kN的J21-80开式固定台压力机。
其主要技术参数为：
公称压力：
800kN;滑块行程：
130mm
最大闭合高度：
380mm
封闭高度调节量：
45mm
工作台尺寸：
540mm×800mm
模柄孔尺寸：
Φ60mm×75mm
4主要工作部分尺寸计算
4.1落料刃口尺寸计算
落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸。
因此设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，设计冲孔时，以凸模为基准间隙取在凹模上。
考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。
对基准件刃口尺寸在磨损后减小的其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。
这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的工件。
在确定模具刃口制造公差时，既要能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。
一般模具制造精度比工件精度高3～4级。
若零件没有标注公差，可通过查表查出工件未注公差尺寸的极限偏差。
由公差表查得Φ141为IT14级，取x=0.5mm。
则：
凹模Dd=（Dmax-xΔ）0+δ
升级会员 