轴承保持架切底模的设计.docx

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轴承保持架切底模的设计

北方民族大学

学士学位论文

论文题目:

轴承保持架切底模的设计

院（部）名称:

材料科学与工程学院

学生姓名:

俞伟琦

专业:

材料成型及控制工程学号:

20072832

指导教师姓名:

李海玲耿桂宏

论文提交时间:

2011.05.11

论文答辩时间:

学位授予时间:

北方民族大学教务处制

摘要

本文是关于轴承保持架切底模的设计,通过冲压模具的理论基础,对设计要求进行分析设计,简述冲压模具设计的要求,设计内容和具体步骤.在设计过程中利用Autocad,proe出模具二维、三维图，简单、直观、充分的表达出模具的内容。

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。

模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力.

冲压模具，是在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷挤模）。

冲压，是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

关键词:

冲压模具、设计、轴承保持架、切底模

ABSTRACT

Thisarticleisaboutthe designofbearingcagenotchingdie, which usethetheoreticalbasisofthedesignofstampingdie toanalysisrequirementsofthedesign,and briefstampingdiedesign'srequirements , thedesigncontentandspecificsteps.InthedesignprocessusethesoftwaresuchasAutocad,proetodraw two-dimensional,three-dimensionalmapofthedie,andsimplely,intuitively,fullyexpress  thecontent

ofthemold.

Stampingdieisindispensableprocessequipmentinextrusionproduction,andit’sskill-intensiveproducts.Themolddesignandmanufacturingisthedirectrelationtothestampingquality,productivityandproductioncostsandsoon.Thelevelofmolddesignandmanufacturingtechnologyisoneimportantindicatorthatisameasureofanationalproductmanufacturingquality,anditlargelydeterminestheproductquality,efficiencyandnewproductdevelopmentcapability.

Instampingprocessingstampingdieisakindofspecialprocessequipmentthatmaterials（metallicandnon-metallic）areprocessedintoparts（orsemi-finishedproducts）,itiscalledcoldstampingmould（knownascoldextrusiondie）.Stamping,atroomtemperature,whichusethemoldsinstalledinthepresstoputpressureonthematerialtooccurseparationorplasticdeformation,andthustoobtainapressureprocessingmethodofthenecessaryparts.

Keywords：

Stampingdie，Design，BearingCage，Incisionmodel

第1章前言

1.1冲压模具的发展现状及发展趋势

1.1.1冲压模具的发展现状

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。

其主要表现和发展方向如下。

（1）冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。

目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。

特别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（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。

这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制造模具周期。

目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。

其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT16~17级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效益；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。

无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。

（2）冲模是实现冲压生产的基本条件.

在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:

一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。

目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。

我国已能自

行设计制造出达到国际水平的精度达2~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。

我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

1.1.2冲压模具的发展趋势

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。

计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。

其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。

高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为15000~40000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm

/min,加工精度可达±1.5微米，表面粗糙度达Ra=0.1~0.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术。

模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。

此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。

利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。

如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。

一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。

为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。

如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。

在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的4~10倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。

冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。

其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。

特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。

FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。

同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。

1.2冲压模具在当今社会中的地位及作用

模具作为现代制造工业的基本工艺装备之一，对产品的质量和产量有着非常重要的作用，其制造技术水平可以衡量一个国家的产品制造水平。

冲压模具广泛用于各种零件的生产，其设计的是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产效率及经济效益等影响很大。

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。

模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

1.3本次设计的主要内容

1.3.1主要内容：

（1）调研搜集资料，进行方案设计。

（2）根据所给主要参数进行选材、选型计算、校核。

（3）利用CAD（或CAXA）软件绘图（包括：

总图、零部件图）。

（4）完成有设计计算、选材和绘图的完整论文。

1.3.2主要技术指标：

（1）按给定的零件图，进行工艺分析和工艺计算确定下料的尺寸及模具结构。

（2）计算冲压力和模具的压力中心，计算或估算模具各主要零件的厚度。

如凹模、凸模固定板、垫板的厚度。

力求节约成本，简化设计。

（3）选择压力机的吨位和模具的闭合高度。

（4）利拆卸、安装方便、冲压灵活。

（5）用CAD（或CAXA）软件绘制总图1张、零部件图若干张。

1.3.3进度安排：

序号

毕业设计工作进度

日期（起止周数）

1

2011年3月4日提交开题报告

1

2

2011年4月29日提交毕业设计初稿

9

3

2011年5月11日提交毕业设计正式稿

11

4

2011年5月13日指导教师给定成绩和评语

11

5

2011年5月16日交叉评阅教师给定成绩和评语

12

6

2011年5月21日论文答辩

12

第2章冲压模具简介

2.1冲压模的分类

2.1.1根据工艺性质分类

a.冲裁模沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。

如落料

模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。

b.弯曲模使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变

形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。

c.拉深模是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变

形状和尺寸的模具。

d.成形模是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成

形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。

如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。

2.1.2根据工序组合程度分类

a.单工序模在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。

b.复合模只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同

时完成两道或两道以上冲压工序的模具。

c.级进模（也称连续模）在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。

d.传递模综合了单工序模和级进模的特点，利用机械手传递系统，实现产品的模内快速传递，可以大大提高产品的生产效率，减低产品的生产成本，节俭材料成本，并且质量稳定可靠。

2.1.3依产品的加工方法分类

依产品加工方法的不同，可将模具分成冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具等五大类。

a.冲剪模具：

是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。

b.弯曲模具：

是将平整的毛胚弯成一个角度的形状，视零件的形状、精度及生产量的多寡，乃有多种不同形式的模具，如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。

c.抽制模具：

抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。

d.成形模具：

指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状，其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。

e.压缩模具：

是利用强大的压力，使金属毛胚流动变形，成为所需的形状，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。

2.2模具的主要零件、作用及安全要求

2.2.1工作零件

凸凹模是直接使坯料成形的工作零件，因此，它是模具上的关键零件。

凸模但精密而且复杂，它应满足如下要求：

（1）应有足够的强度，不能在冲压过程中断裂或破坏

（2）对其材料及热处理应有适当要求，防止硬度太高而脆裂。

2.2.2定位零件

定位零件是确定坯件安装位置的零件，有定位销（板）、挡料销（板）、导正销、导料板、定距侧刀、侧压器等。

设计定位零件时应考虑操作方便，不应有过定位，位置要便于观察，最好采用前推定位、外廓定位和导正销定位等。

2.2.3压料、卸料及出料零件

压料零件有压边圈、压料板等。

压边圈可对拉延坯料加压边力，从而防止坯料在切向压力的作用下拱起而形成皱褶。

压料板的作用是防止坯料移动和弹跳。

顶出器、卸料板的作用是便于出件和清理废料。

它们由弹簧、橡胶和设备上的气垫推杆支撑，可上下运动，顶出件设计时应具有足够的顶出力，运动要有限位。

卸料板应尽量缩小闭合区域或在操作位置上铣出空手槽。

暴露的卸料板的四周应设有防护板，防止手指伸人或异物进入，外露表面棱角应倒钝。

2.2.4导向零件

导柱和导套是应用最广泛的一种导向零件。

其作用是保证凸凹模在冲压工作时有精确的配合间隙。

因此，导柱、导套的间隙应小于冲裁间隙。

导柱设在下模座，要保证在冲程下死点时，导柱的上端面在上模板顶面以上最少5至10毫米。

导柱应安排在远离模块和压料板的部位，使操作者的手臂不用越过导柱送取料。

2.2.5支承及夹持零件

它包括上下模板、模柄、凸凹模固定板、垫板、限位器等；上下模板是冲模的基础零件；其他各种零件都分别安装固定在上面。

模板的平面尺寸，尤其是前后方向应与制件相适应，过大或过小均不利于操作有些模具（落料、冲孔类模具）为了出件方便，需在模架下设垫板。

这时垫板最好与模板之间用螺钉连接在一起，两垫板的厚度应绝对相等垫板的间距以能出件为准，不要太大，以免模板断裂。

它包括螺钉、螺母，弹簧、柱销、垫圈等．一般都采用标准件。

冲压模具的标准件用量较多，设计选用时应保证紧固和弹性顶出的需要，避免紧固件暴露在表面操作位置上，防止碰伤人手和妨碍操作。

2.2.6冲压工艺设计的主要内容及步骤

（1）冲压件工艺性分析根据冲压件产品图，分析冲压件的形状特点，尺寸大小，精度要求、原材料尺寸规格和力学性能，结合可选用设备规格以及模具制造条件、生产批量等因素，分析零件工艺性。

若工艺性不好，应在不影响产品使用前提下，向有关人员提出修改意见，对产品做出适合工艺性的修改。

（2）确定工艺方案在冲压工艺性分析的基础上，提出各种可能的冲压工艺方案，经过综合分析、比较，最后确定适合于所给生产条件的最佳方案，内容包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式等。

（3）选择模具类型与结构形式根据冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、工厂模具加工条件、操作上的习惯、现有通用机械化自动化装置的特点等确定模具类型和结构形式。

（4）选择冲压设备根据需要完成的冲压工序性质选定设备的类型，并进一步按照冲压加工所需要的变形力、变形功和零件尺寸，选定设备的吨位。

第3章工艺性分析及工艺方案确定

3.1工艺性分析

3.1.1尺寸精度分析

金属冲裁件的经济精度不高于IT11级。

对于经济精度要求高的制件，外形尺寸应低于IT10级，内形尺寸应低于IT9级。

而基本尺寸为

材料厚度4.0mm,是故IT12满足设计要求。

3.1.2结构工艺性分析

此工件只有切底和落料两个工序。

工件形状简单对称,并且工件为无凸缘圆环件,形状外形均满足冲裁工艺的需求。

3.1.3材料工艺性分析

材料Q235钢含碳量适中综合性能好，由于强度低,塑性好,适用于制造受力不大的冲压件和拉深件,并有利于冲压成形和制件质量的提高,还具有良好的冲压成形性能,即有良好的抗破裂性,良好的贴模和定形性,所以具有良好的冲压性能。

3.2工艺方案的确定

3.2.1确定工艺方案的原则

由以上分析可知，冲裁件具有尺寸精度要求不高，板料壁厚为4mm等特点.为保证孔位精度。

采用导正销精定位，自然漏料方式的冲裁模结构形式。

3.2.2工艺方案

由该工件的设计简图可知,该工件涉及到切料,成形,切底三种工序,应设计要求,本设计只设计成形后的切底模。

工艺方案流程图：

切料――拉伸成型――切底――退料。

第4章冲压工艺设计与计算

4.1排样及利用率计算

由于材料是半成品,因而不需要进行排样及利用率的计算.

4.2计算冲裁工序力

因采用刚性卸料装置和自然漏料方式,只用计算冲裁力和推件力即可。

（1）计算冲裁力

由采用Q_235钢,查表1-3得

由平刃冲裁时,冲裁力

为系数，常取

，

为材料抗剪强度则

（2）推件力包括切底和落料两个工序.

查表2-16,得

.取n=3,由式

可得

=

（3）计算冲裁工序力

由于采用则性卸料装置和下出件时,Fx由模具来承担,所以不予考虑。

则冲裁工序力为：

F＝Fc1-Fc2+Ft=1005.8-171.4+112.6=946.2KN,约为946KN。

4.3选择压力机

选用压力机的公称压力应大于冲裁工序力，即

；最大闭合高度应大于冲裁模闭合高度5mm；工作台面尺坟应能满足模具的正确安装。

综上所述，查表1-5可得，可选J23-125开式可倾式曲柄压力机。

4.4冲裁压力中心计算

因为工件图形对称，所以落料时的压力中心在对称中心上。

4.5计算凸\凹模的刃口尺寸

4.5.1确定冲裁间隙

为了保证冲裁模有一定的使用寿命，设计时的初始间隙就必须选用适中间隙范围内的最小冲裁间隙

。

合理最小冲裁间隙的确定可以采用查表法。

即查《模具设计与制造》表2-13确定冲裁间隙为Zmin=0.5mm,Zmax=0.58mm。

4.5.2凸、凹模刃口尺寸计算

计算的刃口尺寸为冲孔刃口尺寸，采用配制加工，刃口尺寸以凸模为基准，凹模尺寸按相应的凸模实际尺寸进行配制，保证双面间隙为0.5mm~0.58mm。

查《模具设计与制造》表2-15，确定所有尺寸的磨损系数为

。

冲孔刃口尺寸均为B类尺寸，取

，则

第5章模具主要零件结构设计

5.1凹模

5.1.1确定凹模的刃口形式

本设计为圆形切底模的设计，其形状简单、精度要求不高、材料厚度不高。

故采用锥形刃口凹模，因为冲裁件或废料容易通过而不留在凹模磨损小。

其缺点是刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后增大。

由于t=4.0，故其

。

5.1.2凹模外形尺寸的确定

凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度、刚度和修模量。

其凹模厚度尺寸可由如下经验公式计算：

，且

。

查资料圆整取标准值

凹模壁厚：

，且

，则

式中

－冲裁件的最大外形尺寸，

；

－系数，参考板料厚度的影响，其值见《冷冲压模具设计》表2-21。

凹模宽度B的确定：

B=b+2c=176+2×65=306取310。

凹模长度L的确定：