700T轮辐的模具毕业设计说明书.docx

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700T轮辐的模具毕业设计说明书

摘要

本毕业设计的课题来源于机械制造有限公司提出产品要求的题目，主要任务是设计生产7.00T轮辐的模具。

本设计主要围绕冲压模具设计展开，设计宗旨为降低生产成本，提高生产效率，提高模具寿命，而且要求操作方便，维修简单。

本文设计的冲压模具采用单工序冲裁模，按照分配任务主要完成轮辐边孔的冲裁设计。

此工序利用冷冲压技术可以达到高的加工要求获得良好的经济性。

根据生产要求，采用手工送料方式以毛坯的中心孔用定位销定位。

为了便于操作降低模具成本采用弹性卸料方式冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

本文对零件加工工艺进行力详细的分析，对模具的工作零件进行力必要的设计计算，特别是刃口，及冲裁间隙分析计算、选择。

根据要求，对辅助零件标准化选择。

最后加工出的模具能达到企业的要求。

关键词：

模具；冲裁；冲裁间隙；

Abstract

ThedesignofthesubjectfromDayemanufacturethelimitedcompanyproductrequirements,maintaskistodesignproduction7.00Tspokesmould.

Themaincontentsofthisdesignisaboutthedesignofthestampingdies,Itsaimatlowertheproductioncost,increasingproductionefficiency,liftthemoldingtoollifespanandrequestforoperateconvenience,fixbrieflyandeasily.

Thispaperdesignsthestampingmouldadoptssingleprocedurepunchdie,accordingtothedistributionofthemaintaskofthecuttingedgeofthehole.Thisprocessusingcoldstampingtechnologycanachievehighprocessingrequirementstoobtaingoodeconomy.Accordingtotheproductionrequirements,manuallyfeedontheedgewithpositioningpinblank.Inordertofacilitateoperationsusingelasticmouldcostreducedischargingmodestampingandwastefromthepunchdirectlyunderthepushofdies.theholeunderawayout..

Thispaperpartsprocessingtechnologyforce,adetailedanalysisoftheworkingpartsofmolddesignandcalculationofthenecessaryforce,especiallytheblade,andthecuttingclearanceanalysisandcalculation,thechoice.Accordingtotherequirementsofauxiliaryparts,standardizationofchoice.Finallythemouldprocessingcanachievebusinessrequirements.

Keywords:

die,Cutting,Cuttingclearance,

绪论

我国经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。

近10年来，中国模具工业的一直以每年15%左右的增长速度快速发展。

但与发达国家相比，中国模具工业无论在技术上，还是在管理上，都存在较大差距。

特别在大型、精密、复杂、长寿命模具技术上，差距尤为明显。

中国每年需要大量进口此类模具，在模具产品结构上，中低档模具相对过剩，市场竞争加剧价格偏低，降低了许多模具企业的效益。

而中高档模具能力不足。

模具的开发能力较弱，技术人才严重不足，科研开发和技术攻关投入少。

国外方面：

我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。

专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。

国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。

2004年，模具进出口之比为3.7﹕1，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。

目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。

  随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。

为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。

 1.冲压成形理论及冲压工艺

  加强冷冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冷冲压变形中出现的各种实际问题，进一步提高冲压件的质量。

 研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺以及其它高效率、经济成形工艺等，进一步提高冷冲压技术水平。

  值得特别指出的是，随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值技术结果，帮助设计人员实现优化设计。

 2.模具先进制造工艺及设备

  模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。

随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。

 模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面：

 1．高速铣削加工2．电火花铣削加工3．慢走丝线切割技术4．磨削及抛光加工技术5．数控测量

3.模具新材料及热、表处理

  随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。

而提高模具质量和寿命最有效的办法就是开发和应用模具新材料及热、表处理新工艺,不断提高使用性能,改善加工性能。

（1）模具新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。

主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。

目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：

一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。

如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53（Cr8Mo2SiV）等。

另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。

如德国的320CrVMo13，5等。

（2）热处理、表处理新工艺为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。

除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。

其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。

它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。

第1章模具冲压理论基础

1.1塑性变形理论基础

冲压成形是金属塑性成形加工方法之一，是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术。

要掌握冷冲压成形加工技术，就必须具有金属塑性变形理论的基础知识.

1.1.1塑性变形的基本概念

在金属材料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用，所以在没有其它外力作用的条件下，金属物体将保持自有的形状和尺寸。

  弹性变形-----当物体受到外力作用之后，它的形状和尺寸将发生变化即变形，变形的实质就是原子间的距离产生变化。

假如作用于物体的外力去除后，由外力引起的变形随之消失，物体能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。

  塑性变形-----如果作用于物体的外力去除后，物体并不能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为塑性变形。

塑性变形和弹性变形都是在变形体不破坏的条件下进行的（即连续性不破坏）

  通常用塑性表示材料塑性变形能力。

  塑性-----指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。

金属的塑性不是固定不变的，影响它的因素很多，除了金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等内在因素之外，其外部因素——变形方式（机械因素即应力状态与应变状态）、变形条件（物理因素即变形温度与变形速度）的影响也很大。

影响金属塑性的主要因素如表1.1所示。

表1.1影响金属塑性的主要因素

衡量金属塑性高低的参数称为塑性指标（延伸率δ、断面收缩率ψ）。

   塑性指标-----是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法测定。

目前应用比较广泛的是拉伸试验，对应于拉伸试验的塑性指标，用延伸率δ和断面收缩率ψ表示。

δ和ψ的数值由下式确定：

 需要指出，各种试验方法都是相对于特定的受力状况和变形条件的，由此所测定的塑性指标，仅具有相对的比较意义。

  变形力-----塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。

 变形抗力-----金属抵抗变形的力称为变形抗力，它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。

 金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。

一般会产生加工硬化或应变刚现象，即金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向异性；由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残余应力保留在材料内部。

1.1.2金属的屈服条件 

  众所周知，在材料单向拉伸中，由于质点处于单向应力状态，只要单向拉伸应力达到材料的屈服极限，该质点即行屈服，进入塑性状态。

在多向应力状态时，显然就不能仅仅用某一应力分量来判断质点是否进入塑性状态，必须同时考虑其它应力分量。

研究表明，只有当各应力分量之间符合一定的关系时，质点才进入塑性状态。

这种关系叫做屈服条件，或屈服准则，也称塑性条件或塑性方程。

  满足屈服条件表明材料处于塑性状态。

材料要进行塑性变形，必须始终满足屈服条件。

对于应变硬化材料，材料要由弹性变形转为塑性变形，必须满足的屈服条件叫初始屈服条件；而塑性变形要继续发展，必须满足的屈服条件则叫后继屈服条件。

在一般应力状态下，塑性变形过程的发生、发展，实质上可以理解为一系列的弹性极限状态的突破——初始屈服和后继屈服材料是否屈服和进入塑性状态，主要取决于两方面的因素：

（1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理机械性质——转变的根据。

（2）材料所处的应力状态——转变的条件。

  目前在工程上常用的屈服条件可表示如下：

          σ1-σ3=βσS

  式中σ1、σ3、σS——最大主应力、最小主应力和屈服应力；

  β——应力状态系数，其值在1～1.155之间。

当б2＝（σ1+σ3）/2时，β＝1.155；当б2＝б1或б2＝б3时，β=1。

一般近似取1.1。

1.1.3金属塑性变形时的应力应变关系   

  弹性变形阶段，应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，与加载历史无关；而塑性变形阶段，应力与应变之间的关系则是非线性的、不可逆的，与加载历史有关。

应变不仅与应力大小有关，而且还与加载历史有着密切的关系。

 目前常用的塑性变形时应力与应变关系主要有两类：

一类简称增量理论，它着眼于每一加载瞬间，认为应力状态确定的不是塑性应变分量的全量而是它的瞬时增量；另一类简称全量理论，它认为在简单加载（即在塑性变形发展的过程中，只加载，不卸载，各应力分量一直按同一比例系数增长，又称比例加载）条件下，应力状态可确定塑性应变分量。

为了便于理解和比较，在此仅介绍全量理论。

 全量理论认为在简单加载条件下，塑性变形的每一瞬间，主应力差与主应变差成比例

ψ——非负比例系数，是一个与材料性质和变形程度有关的函数，而与变形体所处的应力状态无关。

 了解塑性变形时应力应变关系有助于分析冲压成形时板材的应力与应变。

通过对塑性变形时应力应变关系的分析，可得出以下结论：

（1）应力分量与应变分量符号不一定一致，即拉应力不一定对应拉应变，压应力不一定对应压应变；

（2）某方向应力为零其应变不一定为零；

 （3）在任何一种应力状态下，应力分量的大小与应变分量的大小次序是相对应的，即б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。

 （4）若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即若б1＝б2，则有ε1＝ε2。

1.2冲压材料

（1）对冲压材料的要求

 冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后继的加工要求（如切削加工、焊接、电镀等）。

冲压工艺对材料的基本要求主要是：

a．对冲压成形性能的要求

为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。

而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关，通常要求材料应具有：

良好的塑性，屈强比小，弹性模量高，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小.不同冲压工序对板材性能的具体要求如表1.2所示。

表1.2不同冲压工序对板材性能的具体要求

b．对材料厚度公差的要求

 材料的厚度公差应符合国家规定标准。

因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。

c．对表面质量的要求

 材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。

表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好。

（2）常用冲压材料

 冲压用材料的形状有各种规格的板料、带料和块料。

板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压，对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。

带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也是做成带料供应。

块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。

 冷冲压常用材料有：

a.黑色金属：

普通碳素结构钢、优质碳素钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。

对厚度在4mm以下的轧制薄钢板，按国家标准GB/T708-1991规定，钢板的厚度精度可分为A（高级精度），B（较高精度），C（普通精度）级

 对优质碳素结构钢薄钢板，根据GB/T710-1991规定，钢板的表面质量可分为Ⅰ（特别高级的精整表面），Ⅱ（高级的精整表面），Ⅲ（较高的精整表面），Ⅳ（普通的精整表面）组；每组按拉深级别又可分为ｚ（最深拉深），ｓ（深拉深），ｐ（普通拉深）级：

 b.有色金属：

铜及铜合金、铝及铝合金、镁合金、钛合金等。

c.非金属材料：

纸板、胶木板、塑料板、纤维板和云母等。

 关于各类材料的牌号、规格和性能，可查阅有关手册和标准。

表1.3.6给出了常用冷冲压材料的机械性能，从表中数据，可以近似判断材料的冲压性能 

1.3冲压变形时板材变形区受力情况分析

图1.1所示是无压边装置的模具对板料进行冲裁时的情形。

凸模１与凹模２都具有与制件轮廓一样形状的锋利刃口，凸凹模之间存在一定间隙。

当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：

    F1、F2──凸、凹模对板料的垂直作用力；

    F3、F4──凸、凹模对板料的侧压力；

    μF1、μF2──凸、凹模端面与板料间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，一般从模具刃口指向外；

    μF3、μF4──凸、凹模侧面与板料间的摩擦力

    从图中可看出，由于凸、凹模之间存在间隙，F1、F2不在同一垂直线上，故板料受到弯矩M≈F1Z/2作用，由于M使板料弯曲并从模具表面上翘起，使模具表面和板料的接触面仅限在刃口附近的狭小区域，其接触面宽度约为板厚的0.2～0.4。

接触面间相互作用的垂直压力并不均匀，随着向模具刃口的逼近而急剧增大。

。

图1.1冲裁时作用于板料上的力

1-凸模    2-板材     3-凹模

冲裁变形过程

 图1.2所示冲裁变形过程。

如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下三个阶段。

1．弹性变形阶段（图2.2.2Ⅰ）在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。

同时，凸模稍许挤入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口，但材料内的应力末超过材料的弹性极限。

2．塑性变形阶段（图2.2.2Ⅱ）

  因板料发生弯曲，凸模沿宽度为b的环形带继续加压，当材料内的应力达到屈服强度时便开始进入塑性变形阶段。

凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。

随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终，此时冲裁变形抗力达到最大值。

由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。

间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。

3．断裂分离阶段（图2.2.2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）

  材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。

已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。

随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。

  从图1.3所示冲裁力-凸模行程曲线可明显看出冲裁变形过程的三个阶段。

图中OA段是冲裁的弹性变形阶段；AB段是塑性变形阶段，B点为冲裁力的最大值，在此点材料开始剪裂，BC段为微裂纹扩展直至材料分离的断裂阶段，CD段主要是用于克服摩擦力将冲件推出凹模孔口时所需的力。

图1.2冲裁变形过程

图1.3冲裁力曲线

1.4模具零件加工

1.4.1模具零件加工方法

模具材料的选用，不仅关系到模具的使用寿命，而且也直接影响到模具的制造成本，因此是模具设计中的一项重要工作。

在冲压过程中，模具承受冲击负荷且连续工作,使凸、凹模受到强大压力和剧烈磨擦，工作条件极其恶劣。

因此选择模具材料应遵循如下原则：

●根据模具种类及其工作条件，选用材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳性等；

●根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料；

●满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小；

●满足经济性要求。

在模具制造中，通常按照零件结构和加工工艺过程的相似性，可将各种模具零件大致分为工作型面零件、板类零件、轴类零件、套类零件等。

其加工方法主要有机械加工、特种加工二大类，机械加工方法主要包括各类金属切削机床的切削加工，采用普通及数控切削机床进行车、铣、刨、镗、钻、磨加工可以完成大部分模具零件加工，再配以钳工操作，可实现整套模具的制造。

机械加工方法是模具零件的主要加工方法，即使是模具的工作零件采用特种加工方法加工，也需要用机械加工的方法进行预加工。

  随着模具质量要求的不断提高，高强度、高硬度、高韧性等特殊性能的模具材料不断出现和复杂型面、型孔的不断增多，传统的机械加工方法已难以满足模具加工的要求。

因而，直接利用电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能等特种加工的工艺方法相继得到了很快的发展，目前以电加工为主的特种加工方法在现代模具制造中已得到了广泛应用，它是对机械加工方法的重要补充。

1.4.2模具零件的毛坯选择

  模具零件的毛坯主要有锻件、铸件和型材（如热轧板、圆棒等）上的切割件等。

毛坯类型的选择主要根据模具零件质量要求、结构尺寸和生产批量等因素来决定，通常凸、凹模等工作零件的毛坯采用锻件，模座、大型模具零件的毛坯采用铸件，垫板、固定板等零件的毛坯则采用型材上的切割件。

不同方法得到的毛坯，其加工余量不同，必须合理确定毛坯的加工余量，加工余量过大，浪费材料和工时，而加工余量过小，则不能保证消除毛坯的表面缺陷，甚至造成废品。

关于毛坯的加工余量可查阅相关工艺设计手册。

1.4.3模具零件的机械加工

   用机械加工方法加工模具零件，要充分考虑模具零件的材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工艺路线。

尽可能通过加工设备来保证模具零件的加工质量，减少钳工修配工作量，提高生产效率和降低成本。

常用机械加工方法在模具零件加工中的应用如表1.5.1所示。

表2常用机械加工方法在模具零件加工中的应用

 1.4.4模具零件常用精加工方法比较

   模具制造技术是技术密集的综合加工技术，是先进制造技术的重要体现。

现代模具制造一般要涉及多种先进加工方法，模具零件常用精加工方法比较如表1.5.13所示。

第2章冲压工艺分析

2.1零件分析

2.1.1材料

该冲裁件的材料Q235-C为普通碳素钢。

具有较好的可冲压性能。

力学性能为：

抗剪强度310-380MPa,抗拉强度375-460Mpa，屈服强度为235Mpa，伸长率为21%~25%

2.1.2零件结构

图2.1零件图

该零件为汽车轮辐，此零件结构为圆形盘类零件，中间有直径为150MM的中心孔。

在直径为200MM的直径上有6个32的孔平均分布，拐角处有圆弧连接。

在零件边缘有宽度为38的U型孔零件的厚度均为10MM，因此该零件结构上适合冲压制造。

2.1.3尺寸精度

冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级,

未注公差的尺寸属自由尺寸按IT14确定工件尺寸的公差

零件板料厚度为10MM属于厚板材，冲压模具一般能达到得冲压精度为IT14级

尺寸Φ150

属IT14级精度

Φ200±0.13属IT12级精度

Φ

属IT14级精度

Φ367.8

属IT10级精度

未注公差尺寸级精度计算查表得

R15±0.215

R5±0.15

50±0.37

38

利用冲压技术要保证的尺寸有Φ150

，Φ

，38

均属于IT14精度等级的尺寸，；利用普通冲裁技术可以达到要求

Φ367.8

为成型模具加工后得到的尺寸，利用成型变形模具能达到工程要求由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.因此本零件利用冲压模具可以达到尺寸精度要求。

结论：

7.