衬套的冲压工艺及模具设计毕业设计说明书管理资料.docx

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衬套的冲压工艺及模具设计毕业设计说明书管理资料

衬套的冲压工艺及模具设计

摘要：

本设计课题来源于生产实际，更应用于生产实际，衬套是根据不同的工况条件选用不同的类型，选择合理的冲压工艺、设计出合理优化的模具，进一步扩展衬套的使用场合和市场。

来源于生产实际的此课题，根据图纸在指导老师的精心指导下，凭借大学四年所学机械专业知识，参照相关手册、参考工厂实物，分析出零件加工工艺性，制定加工工艺路线并设计计算绘制模具图。

本设计是关于衬套（摩托车发动机零件）冷冲压模具设计，主要包括落料拉深模，整形模，切边冲孔模和翻边模的工艺规程的设计计算和模具设计。

关键词：

衬套；冲压工艺；冷冲压模具；模具设计

TheDesignOfBushing

SStampingProcessAndDie

Student:

HuangJia

Tutor:

DongLiang

（ScienceTechnologyNormalCollege,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）

Abstract:

Thetopicscomefromactualproductiondesign,usedintheactualproduction,thehubisbasedondifferentworkingconditionschosenadifferenttype,selectareasonablestampingprocess,designedtooptimizethereasonabledietofurtherexpandtheuseofoccasionsandthehubmarket.Productionfromthepracticeofthesubject,undertheguidanceofthedrawingsundertheguidanceofteachers,byvirtueofreferencephysicalplant,partsoftheprocessingtechnology,developmentofprocessingtechnologyanddesigncalculationslinedrawingdiemap.thisdesignisaboutcoldpunchofmotostyleisaccessory.Mostlyinvolvedgallingmaterialandpulldeppmould,andfaceliftingmould,andcutsideandpunchmould,andturnoversidemould.Themostlyassignmentistechnicalregulationiscalculationandmoulddesign.

Keywords:

bushing;thestampingprocess;coldstampingdie;diedesign

1前言

衬套一般起衬里的作用。

轴可以是各种形状，衬套也是如此。

因为轴承有间隙，衬套是为了避免轴承轴向串动的。

在运动部件中，因为长期的磨损而造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件，因此设计者在设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为衬套，这样可以减少轴和座的磨损，当衬套磨损到一定程度进行更换，这样可以节约因更换轴或座的成本，一般来说，衬套与座采用过盈配合，而与轴采用间隙配合为无论怎样还是无法避免磨损的，只能延长寿命，而轴类零件相对来说比较容易加工；也有一些新的设计人员不喜欢这样设计，认为这样设计是在制造的时候增加成本，但经过一段时间使用后，维修时要按这种方法改造，但容易千万设备的精度降低，原因很简单，二次加工无法保证座孔中心的位置的，在这个时候，衬套的作用就明显了。

为此，优化工艺制造路线，设计出合理的模具结构，不但可以降低生产成本，还可以提高工件的使用寿命和市场。

在保证零件制造成本、精度的同时，还要考虑所设计的模具成本、寿命、维护等问题。

模具在工作中除了要求足够的强度和韧性的合理性外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命也至关重要。

因此工艺路线的制度和模具设计显得更为重要了[1]。

2冲模工艺的研究现状

由于冷冲压具有表面质量好、重量轻、成本低的优点，它还是一种经济的加工方法，这是其他加工方法不能与之竞争的。

因而冷冲压工艺在机械制造业中得到广泛应用，它在现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表以及飞机、导弹、枪弹、炮弹和各种民用轻工业中已成为主要的工艺之一。

目前，大量产品均可以通过钢板冲压直接生产，有些机械设备往往以冲压件所占的比例作为评价结构是否先进的指标之一。

工业发达国家对冷冲压生产工艺的发展是很重视的，很多国家（包括英、美、法、日等）的模具工业产值已超过机床工业，作为冷冲压原材料的钢带和钢板占全部品种的67%。

通过冷冲压技术加工产品已成为现代工业生产的重要手段和发展方向。

随着科学技术的不断进步，现代工业产品的生产日益复杂与多样化，产品性能和质量也在不断提高，因而对冷冲压技术提出了更高的要求。

为了使冷冲压技术能适应各工业部门的需要，冷冲压技术自身也在不断革新和发展。

冷冲压技术的发展思路就是尽可能地完善和扩充冷冲压工艺的优点，克服其缺点。

在冷冲压技术的发展过程中，应注意以下几方面。

1）冷冲压技术的发展过程中应正确地确定工艺参数及冲模工作部分的形状与尺寸，提高冲压件的质量、缩短新产品试制周期，应在加强冲压成形理论研究的基础上，使冲压成形理论达到能对生产实际起指导作用，逐步建立起一套密切结合生产实际的先进的工艺分析计算方法。

国外已开始采用弹塑性有限元法对汽车覆盖零件的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和可能出现的问题。

2）加快产品更新换代，克服模具设计周期长的缺点。

应大力开展模具计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究。

在我国，目前要特别注意加强多工位级进模CAD/CAM技术的研究。

3）满足大量生产需要以及减轻劳动强度。

应加强冷冲压生产的机械化和自动化研究，使一般中、小件能在高速压力机上采用多工位级进模生产，达到生产高度自动化，进一步提高冲压的生产率。

4）扩大冷冲压生产的运用范围。

使冷冲压既适合大量生产，也适合小批量生产；既能生产一般精度的产品，也能生产精密零件。

应注意开发如精密冲裁（特别是厚料精冲）、高能成形、软模成形、施压和超塑性加工等新成形工艺，还要推广简易模（软模和低熔点合金模）、通用组合模、数控冲床等设备的运用。

此外，对冲压板料性能的改进，模具新材料、模具新加工方法的开发也应进一步加强[2]。

3分析零件的冲压工艺性

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小，占用设备少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单等等。

零件简图见附图（CTCM-00-01）：

零件采用2毫米厚的钢冲压而成，有足够的刚度和强度。

内腔为26个毫米，为IT11——IT12级，那么冲模的制造精度要求为IT8——IT9级就能达到零件的尺寸和精度要求。

根据零件的技术要求，进行冲压工艺性分析，可以认为：

该零件形状属于旋转体，是一般的带凸圆筒件，d凸/d,h/d都比较合适，拉伸工艺性较好，但是其中几个圆角半径R1偏小，这可在拉延完后增加整形工序，来达到零件的尺寸要求。

，有配合要求，底部需留机加工余量车削才能保证尺寸要求（×45度倒角也必须上车床进行车削，不能冲压出来）。

内径26区段的成形，有三种方法：

一种可以采用阶梯拉伸后车去底部；另一种可以采用拉伸后冲去底部；再一种可以采用拉伸后冲底孔，再翻边。

具体方法参见附图（CTCM-00-02）：

其中在这三种方法中，第一种方法车底质量高，但浪费金属材料；第二种方法冲底，要求零件底部的圆角半径压成接近清角（R=0），这就需要增加一道整形工序并且质量不易保证，浪费金属材料；第三种方法采用冲孔翻边，生产效率较高并节省金属材料，因为上端部要上车床，，顺便也需上车床车削，才能达到尺寸要求，综上述三种方法，应采用第三种方法最为合理。

即冲底孔再翻边。

4毛坯尺寸的计算

计算毛坯尺寸需要先确定翻边前的半成品尺寸。

翻边前是否也需要拉成阶梯零件？

这就要核算翻边的变形程度。

内径26处的高度尺寸H=（+2）+（机加工）=13mm

r=3mm

h=（1-K）×D/2+[3]

（1）

h—翻边高度D—翻边后直径

k—翻边系数（Do/d）

D0—预冲孔直径

d—翻孔直边平均直径

r—翻边底部圆角半径

=（26+2）×（1-K）/2+×3

K=

[K]极限

拉延高度h1为：

h1=H-h+r+t

（2）

式中：

H—制件内径26处总高度

h1=+3+2=

翻边前孔径为

d=K×D

D=×28=

翻边前的半成品形状和尺寸如附图（CTCM-00-03）所式：

修边余量为X=

实际凸缘直径d凸=d凸+2X=51+2L5=×=58mm

此零件是形状复杂的旋转体，毛坯直径按古里金定理求出：

古里金定理：

任何形状的母线AB绕轴线YY旋转时所得到的旋转体表面积，等于母线长度L与其重心线旋转所得到的周长2LX

毛坯面积：

Fo=D×D/4（3）

F=Fo

故毛坯直径

D=（8LX）=[8（L1×1+L2×2+L3×3+…+Ln×n）]1/2（4）

式中：

L___工件旋转体的母线长度（以中线计算）（mm）

X____工件旋转体的母线重心至轴线YY的距离（mm）

L1,L2,L3…Ln____各单元体母线的重心至轴线的距离（mm）

d----毛坯直径（mm）

1）按拉延件的母线，分成若干简单的直线和圆弧段1，2，3，4，5，6，7，8.

2）算出各直线段的长度和圆弧段的长度L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8.

L1=（26-2×3）/2=10mm

L2=2R/4=

L3==

L4=2r1/4=

L5=

L6=

L7=

L8=8mm

3）计算重心的距离

X1=10/2=5mm

X2=10+（2R3/2）1/2=

X3=14mm

X4=14+[1-（2R1）1/2/2]=

X5=18+[1-（2R1）1/2/2]=

X6=18mm

X7=18+[1-（2R1）1/2/2]=

X8=24mm

4）用3-5式算出毛坯直径

D=（8LX）1/2=[8（L1×1+L2×2+L3×+…+L8×8）1/2=67mm（5）

5毛坯及裁板方式的经济分析

这里毛坯直径67mm不算太小，考虑到操作方便，采用单排。

料厚为2mm，由表3-20查得搭边数值：

a1=（工件间）A=（侧面）

故进距：

h=D+a1=

条料宽度：

b=D+2a=67+2×=

板料规格拟选用2×900×1800

1）如果采用纵裁：

裁板条数：

n1=B/b=900/=

每条个数：

n2=（A-al）/h=（）/=26个余17mm

每板总个数：

n总=n1×n2=12×36=322个

板的利用率：

n=n总=（D×D-d×d）/4A（6）

=312×（67）/4×900×1800

=

2）如果采用横排：

裁板条数：

n1=A/b=1800/=25余条35mm

每个条数：

n2=（B-al）/h=（）/=13个余8mm

每个总条数：

n总=n1×n2=25×13=312个

板的材料利用率：

n总=N（D×D-d×d）/（4A）×B

=312×（67）/4×900×1800=

由此可见，采用纵裁有较高的材料利用率和比较高的裁剪生产率。

6分析比较和确定拉伸工艺方案

确定拉伸方案

为确定能够拉伸成零件形状，需采用阶梯拉伸，能否一次拉出，通过下面的计算可以说明。

凸缘相对直径：

dt/d1=d凸/d=58/34=>

属于宽凸缘筒形件

毛坯相对厚度：

100×t/D=100×2/67=3

H1/d1=15/28=

许可的最大相对高度[h1/d1]=>。

由于此零件阶梯过渡处圆角半径R1太小，必须增大其圆角半径拉伸，最后增加一道整形工序。

考虑到08F钢塑性好，有能拉成D28两个阶梯直径变化不大，为了使制模容易，本例阶梯拉伸可改成锥形拉伸，虽然有弹复量，但最后有整形工序，可以消除。

锥形拉伸工件图如附图（CTCM-00-05）所示：

因为H/d=15/38=

A=25度

这类零件变形程度不大，属于中等深度锥形件，又由于100t/d=3>，为保证质量防止起皱，本模具增设压边装置，保证能一次拉成如图示的工件。

本例采用锥形拉伸，比阶梯拉伸，明显的有许多优点。

因为阶梯拉伸，有避厚不均匀现象，有明显的印痕，工件表面不光滑，模具加工，结构要复杂些。

确定工序的合并与工序顺序

当工序比较多，不容易一下确定工艺方案时，最好要先确定零件的基本工序，然后将各基本工序，然后将各基本工序作各种可能的组合并排出顺序，以得出不同的工艺方案，再根据各种因素，进行分析比较，找出适合于具体生产条件的最佳方案。

对于本零件的制作，需要包括以下基本工序：

落料，拉延，整形，冲底孔，翻边，切边按六道工序。

根据以上工序，可拟出如下六种方案：

方案一：

落料，拉延，整形，冲底孔，翻边，切边按六道工序，设计六副模具加工该零件。

方案二：

落料，拉延复合，其余按基本工序

方案三：

落料，拉延复合，冲底孔，切边复合，其余按基本工序

方案四：

落料，拉延复合，翻边，切边复合，其余按基本工序

方案五：

落料，拉延复合，整形，然后切边，冲底孔，翻边复合

方案六：

采用带料连续拉伸或者在多工位自动压力机上冲压

综合分析，比较上述六种方案，可以看到：

方案一中，工序的复合程度低，本零件为中批量生产，零件生产率比较低，工人操作繁杂，生产率低。

方案二中，工序的复合，生产率虽然有所提高，但是生产率还不高。

方案四中，翻边与切边复合时它们的刃口不在同一平面上，而后者磨损快慢不一样，这样会给修模带来不方便，修磨后要保持相对位置也有困难。

方案五中，切边冲孔翻边三工序复合，虽然能提高生产率，但是模具比较复杂，由于模壁XX比较小，翻边的凹凸XX只（×3）/2=，小于[2]所列的凹凸模最小壁厚（）×t=4-5毫米，模具容易损坏。

方案六中，采用带料连续拉伸或者多工位自动压力机冲压，可以获得高的生产率，而且操作安全，也避免上棕方案所指出的缺点，但是这一方案需要专用压力机或者自动料装置，而且模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，因此，只有在大批量生产中才比较适宜。

方案三中，没有上述缺点，生产率能得以保证，模具结构比较简单，制造费用低，这在中小批量生产中都是合理的，因此决定采用第三方案。

7落料拉深模工艺分析和模具设计

冲裁力计算

冲裁力—即材料被分离所需的最大抗力，它的大小与材质性质，冲件形状，厚度等有关。

计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲床和设计模具。

用一般的平刃口冲模的冲裁力按下式计算：

Po=Lt=d

[4]（7）

式中：

P0—冲裁力（N）

L—冲裁件轮廓周长（mm）

d—落料件工件直径（mm）

t—材料厚度（mm）

—材料抗剪强度（kg/㎡）

故P0=×67×2×310==130436（N）（约13吨）

考虑到模具刃口的磨损，凹凸模间隙的波动，材料机械性能的不见化，材料厚度及偏差等因素，实际所需冲裁力还需乘以安全系数k。

。

即P=kP0=×130436=169567（N）（约17吨）

落料的卸料力计算

卸料力—即卸下包在凸模上材料所需的力称卸料力。

影响此力的因素有材料的机械性能，材料厚度，模具间隙，零件形状尺寸及润滑情况等。

准确地计算该力是比较困难的，一般由经验公式计算

Px=KP（8）

式中：

PX—卸料力

KX—卸料力系数（KX=,）

P—冲裁力

故：

PX=×169567=8478（N）

拉伸力的计算

在确定拉伸件所压力机吨位时，必须先求得拉伸力。

为了简便地计算拉伸力，采用表推荐的实用公式。

筒形件的首次拉伸力按照下式计算：

P=K1d1t[5]（9）

P—拉伸力（N）

D1—筒形件的第一次工序直径（料厚中线直径）mm

t—材料厚度（mm）

k--材料抗拉强度（MPa）

K1—抗拉力系数

故:

P=K1Nd1==92693（N）（10吨）

压边力必须的计算

压边圈的压力必须适当，如果过大，就要增加拉伸力，因而会使工件位列，而压边圈的压力过低，就会使工件的边裂或凸缘起皱。

压边力的计算公式查表得：

筒形件第一次拉伸（用平毛坯）

Q=[D-（d1+2×Ra）]q/4（10）

Q—单位压边力（kgf/mm2）

D—平毛坯直径（mm）

D1—拉伸直径（mm）

Ra—拉延凹模圆角半径（mm）

Q值可以计算得出，也可以直接由表查得q=，.

Q=[D-（d1+2×Ra）]q/4

=[67×67-（38+2×7）2]×（N）

模具结构形式的选择

由以上通过计算落料，拉伸工艺以后，应通过分析比较，选择合理的模具结构形式，使它尽可能满足以下要求：

能冲出合乎技术要求的零件

1）有合乎需要的生产率

2）模具制造和修模方便

3）模具有足够的寿命

4）模具易于安装调整，而且操作方便，安全[6]。

5）拉伸件高度比较高时，才有可能采用落料拉伸复合模，因为浅拉深件若采用复合模，凸凹模（落料凸模兼拉伸凹模）的壁厚比较薄，强度不够。

本例凸凹模壁厚b=（67-38）/2=，能够保证足够强度，故采用复合模量合理的。

本模具决定采用正装式复合模，即落料采用正装式，拉伸采用倒装式。

为便于与装配图对照，零件序号与装配图一致。

凸凹模5装于上模，落料凹模3装于下模，正装复合模相上出件在下模板下面，不受模具空间位置的限制，可获得比较大的弹力，力的大小可以调节，条料在压紧的情况下，落料拉延，所得出的工件平直度比较高，可以防皱。

工件由上模的打料装置打杆8和推件板7组成，凹凸模孔内不积存废料，所受胀力比较小，不易胀裂；但是落料件落在冲模工作面上，不容易排除。

此条料送进，由带导尺的固定卸料板10导向，冲首件时可以目测定位，待冲第二个工件时则以挡料销挡来定位。

考虑到装模方便，模具采用后侧布置的导柱模架。

1）落料凹模的设计

落料凹模在模具里面起剪切板料的作用，所以要根据板料零件尺寸计算凹模，由于该件材料是08F钢带，其塑性比较好，则采用整体式，模具结构示意图如下：

图1落料冲孔凹模

Fig1Theblankingdiepartsdiagram

在图示中看到标注序号为3的就是落料凹模的结构示意图，模具刃口尺寸的计算：

冲裁凸凹模间隙查表可以得出ZMAX=,ZMIN=。

用分开法计算凹模工作尺寸。

A凹=（A–Xδ）+δ凹

B凹=（B-Xδ）-δ凹

C凹=（C±Xδ）+δ凹

式中x—摩擦系数

△—工件公差

带入数字得到

A1=（30−×）+=+

A2=（301−×）+=+

B=（920××）=−

C=（920+1×）±1/δ×=±

得到凹模刃口尺寸，按照如此尺寸计算凹模刃口尺寸。

查实用冲压手册确定凹模的高度的计算

式中为冲压力FP

带入数据得出

=

所以计算出来的大于经验尺寸，所以可取整数为76mm。

模具厚度可以根据长度确定查表得到就可得到，取为40mm。

2）冲孔凸模的设计

冲孔凸模形式的选择

由于该零件孔较多，且其直径大小不一，为了降低冲裁力，可采用阶梯凸模冲裁，即将小凸模做得短些。

由零件图知该零件有两种直径的孔，则采用二级凸模。

其凸模间的高度H取决于材料厚度，当t〈2mm时，H=t；当t〉2mm时，H=。

而该材料厚度为t=2mm，则H=。

在用计算公式得到凸模的尺寸式70mm。

查冲压模具设计大典，用B型圆凸模。

查到标准件，最后根据模架设计的要求选择长度。

3）凹凸模设计

通过分开法计算落料凹模的尺寸后，然后在落料凹模的尺寸基础上减去冲裁间隙值，就能得到凹凸模的凹凸模的具体尺寸如下：

A1凸=A1−Z=（30−×）++=+

A2凸=A2−Z=（301−×）++=+

B=B−Z=（920+×）+=−

C=（920+1/4×）±1/8×=±

由于考虑倒零件是工字型的对称冲裁，所以凹凸模设计的形状与零件外形保持一致。

将尺寸因素考虑进去就够了。

凹凸模的厚度由冲压手册上的表

卸料装置的选择

本模具结构为什么要采用固定卸料板而不采用弹性卸料装置呢？

假设采用特性卸料装置，由上述计算Px=8478（N）

拟选弹簧10个：

P预单=8478/10=（N）

查表，并考虑到模具结构尺寸，初选弹簧参数为：

D=40mm弹簧外径

F2=最大工作负荷下的总变形量

d=6mm弹簧线材直径

p2=102kg最大工作负荷

H0=80mm弹簧自由长度

T=节距

N=有效圈数

F欲=F2/P2×P欲（11）

=×=（N）

检查弹簧最大压缩量是否满足条件

F欲+F工作+F修=+3+=25>F2

故选择弹簧符合要求

通过在绘图纸上作草图，由于上下模板受卸料板尺寸的限制，所需上模板的尺寸为（240×200×45）mm，所需下模板的尺寸为（240×200×50）mm，如果采用刚性卸料板，则通过作图得上模板的尺寸为（140×140×40）mm，下模板的尺寸为（140×140×50）mm,两者方案比较，采用弹性卸料装置，虽然操作方便，出件比较畅通，但是模具结构复杂庞大，特别是此拉伸件厚，卸料力大，需要较长、较多弹簧，模具结构过于庞大，模具费用增高，成本增高。

而采用刚性卸料板，虽然操作不便，不易出件，但是模具结构紧凑，费用低。

综上所述，模具卸料机构采用刚性卸料板为佳。

顶件装置设计

由于t/D×100=3,可以不用压边装置，本模具压边圈实际上是作为防止拉伸件起皱与顶件作用。

模具顶件装置由压边圈，托杆，托板和橡皮组成，橡皮允许诚然的负荷比较大而且安装调整比较灵活方便。

压边力由上述计算：

Q=（N）

橡皮的形式及截面尺寸如附图（CTCM-00-07）所示：

橡皮的形式及其截面尺寸通过计算可以知道:

取d=28,D=（d2+）

式中：

P–所需工作压力

P-压缩10-35时的单位压力MPa

P=MPa

D=[28+×÷]=（mm）

由所需工作行程，F工作=15，可以按照下式求出橡皮高度：

H自由=F工作/（）

式中：

H自由-橡皮自由状态高度（mm）

F工作-所需工作行程（mm）

H自由=（mm）

为保证橡皮不至于过早失去弹性而损坏，其允许最大压缩量应不超过自由高度的45/100，一般取：

F总=（）H自由

F总==×60=21（mm）

橡皮的欲压缩量一般取其自由高度的10/100-15/100。

即：

F欲=（）H自由

F欲=×60=6（mm）

冲模压力中心的确定

为了保证压力机与模具正常工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相结合，否则，在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其他零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨的磨损，影响压力机精度。

形状简单的工件，如圆形，正多边形，矩形，其冲裁时的压力中