柴油机油箱拉深模具设计毕业设计论文

毕业设计（论文） 题 目： 柴油机油箱拉深 模具设计 学 生 ： 指导教师 ： 学 院 ： 工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2011 年 6 月 本科毕业设计 (论文 )作 者承诺保证书 本人郑重承诺：本篇毕业设计 (论文 )的内容真实、可靠。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日 本科毕业设计 (论文 )指导教师承诺保证书 本人郑重承诺：我已按有关规定对本篇毕业设计 (论文 )的选题与内容进行了指导和审核，该同学的毕业设计（论文）中未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。 指导教师签名： 年 月 日 目 录 摘 要 . I . 1 题的背景及意义 . 1 内外现状及发展趋势 . 1 展现状 . 1 展趋势 . 2 2. 工件的工艺性分析 . 3 艺分析 . 3 艺方案确定 . 3 3 拉伸工艺及拉伸模设计 . 3 计要点 . 3 艺计算 . 4 坯尺寸的计算 . 5 伸力的计算 . 6 边力计算 . 7 力机的选择 . 8 深凸、凹模工作部分设计 . 9 、凹模的结构 . 9 、凹模的圆角半径 . 9 、凹模间隙 Z 的确定 . 10 、凹模工作部分尺寸及公差 . 11 他零件的设计 . 13 向装置的确定 . 13 边圈的设计 . 13 料筋的设计 . 13 位机构的设计 . 14 整块的设计 . 14 固零件的选用 . 14 深模总装图 . 14 4. 冲孔切边模的设计 . 15 裁力及压力中心计算 . 15 裁力的计算 . 15 力中心的计算 . 16 力机的选择 . 16 料力的计算 . 16 力机公称压力的计算 . 17 凹模确定 . 18 边凸凹模设计 . 18 孔凸凹模设计 . 19 凹模尺寸计算 . 19 、凹刃口尺寸的计算原则 . 19 板确定 . 24 位导向零件 . 24 卸料装置 . 24 性卸料装置 . 24 料切刀装置 . 25 向装置 . 25 孔切边模装配总图 . 26 5 总结 . 27 谢 辞 . 28 参考文献 . 29 I 汽油发电机油箱下壳体冲压成型工艺分析及模具设计 摘 要 本次设计的零件为凸缘盒形件拉深件 汽油发电机油箱下壳体。下壳体采用的材料钢及 度保证了足够的强度和刚度。该零件外 形基本 对称，材料是适于制造高变形性能，深拉延产品及形状 较复杂产品的钢材。 首先对零件进行了工艺性分析，有拉深、冲孔、切边等一系列工序。而且生产批量大，各工位有相互的尺寸关系，经过计算分析采用一次拉伸与冲孔切边的工艺生产方案，可提高材料的利用率。经过计算分析完成该模具的主要设计计算，凸、凹模工作部分的设计计算，还有工位布置和主要零部件的结构设计，选择合适的模具材料。拉伸又称拉延、压延或引伸。它是利用拉伸模具在压力机的压力作用下，将预先剪裁或冲裁成一定形状的平板毛坯，拉制成立体空心件的加工方法。拉伸成型是板材立体成形的最重要方法，以拉伸成形为主体的冲压件非常多，在 很多工业及生活用品中都又拉伸成形的制品，是冲模发展方向之一。在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定工件的冲压成形工艺方案，正确设计模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。 关 键 词： 拉伸 模，拉深，切边，冲孔，设计 。 he of o. to of is We of is of of of I of a of to of of of of of of a as or It is of in be or of a of of It is of in be or of a of of of be A 题的背景及意义 设计的主要目的：通过对发电机油箱下壳体的分析设计合理的模具，使该模具能满足发电机油箱下壳体生产的要求。油箱下壳体属拉深件系列，需采用拉深，冲孔切边等一系列的工序，而且生产批量很大，经过分析可采用普通的拉伸单工序模和冲孔切边复合模。 设计的主要意义是：通过此次设计了解设计冲压模的一般程序，了解相关的理论知识并加以应用和巩固；熟练的运用有关技术资料，如冷冲模国家标准、多工位级进模 与冲压自动化、冷冲压技术及其他有关规范等；初步的掌握设计冷冲压模具的能力， 也是检验对所学相关课程理论、技能的理解程度；培养理论联系实际的良好作风，为将来的工作打下初步的基础。 内外现状及发展趋势 展现状 模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备 ,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点 ,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法 比拟。我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。模具在很大冲压生产靠模具与设备完成其加工过程，生产率高，操作简便，易于实现机械化和自动化，可以获得其他加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品一般不需要再经过机械加工便可使用，冲压加工过程一般也无需加热毛坯。所以，冲压生产不但节约金属材料，而且节约能源，冲压产品一般还具有重量轻和刚性好的特点。 虽然近年来我国模具行业发展迅速，但是离国内的需要和国际水平还有很大的差距。制造产业是一个国家的综合国力及技术水平的体现，而模具行业的发 展是制造产业的关键。针对这种情况，国家出台了相应的政策，正积极发展模具制造产业。 2 展趋势 （ 1）制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。 （ 2）精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济。其中精密冲裁技术得到了较快发展，精 密冲裁是一种先进制造技术，可取代某些零件的切削加工，具有优质、高效、低耗、应用广的特点。以齿圈压板精冲而论，在普通液压机上进行精冲，工艺装备简单而工件精密 3。它以金属板材为原料，采用少无切削的塑性加工方法，一次成形即可得到尺寸精度高、剪切面粗糙度低的零件，采用精冲技术生产的零件称为精冲件。 (3) 随着计算机图形技术的发展成熟，近年来在冲压成形领域兴起了计算机辅助设计(计算机辅助工程 (计算机辅助制造 (术。该技术的出现对传统冲压技术的变革产生了重要的影响。尤其是板料成形数值模 拟技术的出现，使板料冲压成形技术彻底摆脱了 经验 和 定性 的水平，进入了 科学 和 定量 的发展阶段。采用这一技术进行板材冲压成形工艺过程的模拟，可以预知冲压成形过程中金属的流动、应力应变及厚度场的分布、模具受力及皱曲、破裂、冲击线等可能的缺陷及失效形式。这为优化工艺参数和模具结构提供了极为有效的工具，在减少甚至取消试模过程，缩短产品开发周期，降低产品开发成本方面发挥着越来越重要的作用，已逐渐成为指导模具设计和优化的重要手段。 (4)高速铣削加工，国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (5)模具扫描及数字化系统，高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 据，用于模具制造业的 逆向工程 。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在 十五 期间将发挥更大的3 作用。 (6)优质材料及先进表面处理技术，选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积、等离子喷涂等技术。 2. 工件的工艺性分析 艺分析 拉深件的工艺性是指拉深件对拉深工艺的适应性。在一般情况下，对拉深件工艺性影响最大的 是 几何形状尺寸和精度要求。良 好的拉深工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。 本次毕业设计的冲压件是 发电机外壳 冲压件的生产过程的设计 。该 冲压件属于盒形件的拉伸， 属于大批量生产。 由参考文献 5选用 钢， 厚度为 厚度保证了足够的强度和刚度，该材料是 适于制造高变形性能，深拉延产品及形状较复杂产品的钢材，故此工件的形状满足拉深工件的要求，可用拉深工序加工。 从以上对 发电机油箱下壳体 的形状分析当中不难看出 工件除了拉深工序外还有冲孔、切边工序，各工序间有相互尺寸关系。 艺方案确定 油箱 下 壳体为尺寸较大 的盒形件 ，材料较薄，表面质量要求高。 下 壳体成形时的变形性质不单是拉深，而且还有局部胀形， 随零件形状尺寸不同而差别很大，很难进行 典型的工艺分析计算。经过分析计算该盒形件可一次性拉伸成型， 坯料要在拉深成形工序后进行冲孔和切边。 工序安排为 ：（ 1）油箱下 壳体的拉深 ；（ 2） 油箱 下 壳体冲孔切边 3 拉伸工艺及拉伸模设计 由于该冲压件精度要求不高，且制件尺寸大，故采用导滑块单工序拉伸模。 拉伸是利用专用模具将平板毛坯制成开口空心零件的一种冲压工艺方法。 计要点 设计确定拉深 模结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度，应注意以下几点 ： （ 1）拉深高度应计算准确，且在模具结构上要留有安全余量，以便工件稍高时仍能适应。 4 （ 2）拉深凸模上必须设有出气孔，并注意出气孔不能被工件包住而失去作用。 （ 3）有凸缘拉深件的高度取决胜于上模行程，模具中要设计有限程器，以便于模具调整。 （ 4）弹性压料设备必须有限位器，防止压料力过大。 （ 5）模具结构及材料要和制件批量相适应。 （ 6）模架和模具零件，要尽是使用标准化。 (7）放入和取出工件，必须方便安全。 艺计算 图 3伸件二维图 产品外形尺寸： 320 320 150料： 钢板及钢带在室温下储存，保证使用时不出现拉伸应变痕 用途：超深冲压用 。 取 屈服强度p： 150抗拉强度b： 260材料厚度： 术要求： 5 兰边不平度应不小于 性能： 在室温 下的机械强度与其基材的机械强度一致。在同样的高温下 ,0 倍因此钢板厚度可至少减少 30%。由于在热浸镀加工过程中 ,熔融的铝立即与空气中的氧反应形成一层 护层 ,使钢板表面立即钝化。这个保护层非常稳定且不溶于水，即使后来钢板表面被划伤，这个保护层也具有自愈功能。因此，化学腐蚀有极强的耐蚀性。 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。 表 3压工艺方案 坯尺寸的计算 确定能否一次拉伸成形： 如果盒形件的相对高度 H/r 不超过下表中所列的极限值，则盒形件可以用一道拉深工序成形，不然应采用多道工序拉深成形。 表 3形件首次拉深成形的最大相对高度 相 对 圆 角 半 径 r/B 对高度 H/r 23 46 812 1015 r/B=30/295=H/r=70/30=以该盒形件可以一次拉深成形 毛坯外形尺寸 ： 由于该盒形件结构复杂且发电机油箱下壳体冲压件要求的尺寸不高，所以采用估算法求毛坯外形尺寸。 长度方向上： 6 8+ 12241 +03+ 16241 +43+32 2 =度方向上： 0 2+ 12241 2+190+20 = 3形件的修边余量 h 所需拉深工序数目 1 2 3 4 修边余量 h ( ()H ()H ()H 盒型件的拉深高度为 H=h+ h 其中弯曲部分的展开长度为 l=H+ H 盒形件高度（包括修边余量 h ）； 圆角拉深部分展开后的毛坯半径 R 为 )取拉伸高度 H=h+ h =66+6=H+0= 2= 0*2 =伸力的计算 计算拉深力的目的，是为了合理地选用压力机和设计拉深模具。在整个拉深过程中，除了需要使用毛坯变形的拉深力外，还有压边力。所以，总的拉深力为拉深力与压边力之和。拉深力根据拉深件危险断面上的拉力必须小于材料的强度极限为原则进行计算。 盒形件拉深 力 ： 式中 L 盒形件 周边长（ ; b 材料的抗拉强度（ N/ 2； t 材料厚度（ 7 K系数， K= L=134 2+228 2+2 30=260=边力计算 拉伸时，压边力过大，会增大拉伸力，引起拉伸时制件破裂；压力过小，制件在拉伸时会出现边壁或凸缘起皱。因此，控制适当的压边力是很重要的。但压边力的计算只是为了确定压边装置，而在生产中则是通过试模调整确定压边力的大小。压边力 Q 可按表 所列公式计算，拉伸时单位压边力 q 值可按表 3 得 表 3 边力 Q 的计算公式（ N） 拉伸情况 公式 式中： 2 N/ 2 1d 第一次 第 n 次拉伸直径（ 凹 拉伸任何形状的制件 Q= F q 圆筒形件首次拉伸 Q=q.)2(4 212 凹 圆筒形件以后各次拉伸 q.)2(d4 221 凹n 表 3伸时单位压边力 q 的数值 材 料 名称 铝 紫铜、硬铝（退火的或刚淬火的） 黄铜 压轧青铜 20； 08 钢 镀锡钢板 软化状态的耐热钢 高 合 金钢、高锰钢、不锈钢 单 位 压力 q N/ 2 2 形件的压边力 8 Q= F q （取 q=） 估算在压边圈下毛坯投影面积 F=216 366295=21531 2Q= F q=21531 的拉伸力 F=P+Q=力机的选择 采用液压机，液压机的公称压力应大于 F = P+Q=压机参数 查参考文献 1如 表 3称压力及顶出力均符合要求。模具闭合高度为 236液压机最小闭合高度 100000在凹模上部加垫座，垫板高度 204模具最终闭合高度为 440 下底板尺寸 780480小于工作台尺寸 960800该设备可用于本道工序的成型。 表 39 深凸、凹模 工作部分设计 、凹模的结构 设计拉伸模时，凸模与凹模的结构是否合理，将 直接关系到拉伸件的质 量 盒拉伸过程中材料的变形程度。根据该冲压件的拉伸工艺特点， 该冲压件的外 尺寸大，所需的拉伸力大，所以 采用 压边圈的拉伸凸凹模结构。凹模采用整体式 如图 3凸模也采用整体式 如图 3 图 3模结构 图 3模结构 、凹模的圆角半径 拉伸模的圆角半径，应尽量可能设计的大些。大的圆角半径可以降低拉伸 系数，而且可提高拉伸件的质量。但圆角半径太大，会降低压边圈的作用 ，引起 拉伸件起皱，不利于拉伸。首次拉伸凹模圆角半径，可采用查表 所列数值，毛 坯材料较薄应取大值，毛坯材料较厚取小值；拉伸钢件取大值，拉伸有色金属取 小值。矩形件的拉伸凹模圆角半径，考虑到角部的变形量较大，为便于金属的流 动，角部的凹模圆角半径可略大于直边的凹模圆角半径。 表 3伸凹模圆角半径 拉伸形式 毛坯相对厚度（ t/D） 00 dpdpdp 表得尺寸 295、 196 的d=p= 0 2 9 5 ）（d= 5 ）（D = 0 1 9 6 ）（d = 0 ）（D = 寸 60、 66 的d=p= 60 ）（d= ）（D = 66 ）（d= ）（D = 3 3模 13 他零件的设计 向装置的确定 凹模和压边圈采用下模背靠导向块式导向；导向机构应 对称布置，导向尺寸应根据模具的工作形成和轮廓尺寸而 定，导向间隙一般为 结构如图 3 压边圈的设计 在拉深模中，压边圈的作用是用来防止在拉深过程中 产品边壁或凸缘起皱。影响起皱的因素有毛坯的厚度、拉深系数和凹模工作部分的形状。相对厚度愈小，毛坯抵抗失稳的能力就愈差，就愈容易起皱；拉深系数愈小，变形程度大，也就容易起皱；平端面凹模比锥形凹模拉伸时容易起皱。 压边圈由液压机液压垫顶出，其压边力的大小不会随凸模行程而产生大的变化，不会造成拉深后期压边力陡升，筒壁拉力增大。 结构图如图 3 3边圈 料筋的设计 拉伸宽凸缘的矩形件时，为防止凸缘平面与圆角半径处起皱， 可在压边圈上镶嵌拉伸凸筋，并在拉伸凸筋 相 对应的拉伸凹模上 应作出凹槽。 为了增加进料阻力，使拉伸件表面承受足够的拉应力，减少由 于回弹而产生的凹面、扭曲、松弛和波纹等缺陷，还常在凹模上采 用拉伸筋。在拉伸筋的作用下，板料在拉 伸使还可增大径向拉应力，减少切向压应力，以防止起皱现象的发生。 如 图 3拉伸筋 用螺钉固定 在 压边圈 的镶 件 上。 图 3向块 图 3料筋 图 34 位 机构 的设计 在压边圈上加工定位块滑槽，定位块在上面能够根据坯料的尺寸进行调节。在纵轴方向上布置两个定位块，横轴方向上布置一个定位块，便于冲压作业。 整块 的设计 调整块的作用主要是通过调整块的高度来调节压边圈对坯料的压力，若压边力过大使制件拉裂或变薄，过小时凸缘易起皱。调整块的高度可在试模时视拉深情况调整，但调整块上表面与压边圈表面距离不能大于板厚 固零件的选 用 模具中紧固零件主要包括螺钉、销钉。其中螺钉主要起拉紧、连接冲模各类零件，使其成为一体。而销钉则起定位作用。选用时一般选用内六角螺钉。其特点是紧固牢靠，由于螺钉头埋在模板内，则模具的外型比较美观。螺钉一般拥 35 钢制作，其头部淬火硬度为 3540钉可以用 45 钢制成，淬火硬度为 4852钉的外表面粗糙度 求较高，一般在 深模总装图 图 3深模主视图 15 图 3伸模 俯视图 4. 冲孔切边模的设计 裁力及压力中心计算 裁力的计算 冲 裁力是指冲裁时凸模所承受的最大压力，包括施加给板料的正压力和摩 阻力。 平刃口冲裁模的冲裁力 F 一般按下式计算： 式中 F 冲裁力 )(N ； L 冲裁周边长度 )( t 材料厚度 )( b材料抗剪强度 )(2 K 系数。 系数 K 是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取 。 为计算简便，也可以按下式估算冲裁力： 16 式中 b材料抗拉强度 )(21=308 2+138 2+2 100 1/12 4 1101孔周长 5 4+ 裁周边长 L=2 1322入 公式 得， F 1322 1 260 343720N 力中心的计算 冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。对于有模柄 的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响产品质量和降低模具寿命甚至损坏模具。 确定压力中心，主要对复杂制件的落料模、多凸模冲孔模以及级进模与意义。 在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压 过程中发生变化的情况，或者由于冲件的形状特殊从模具结构考虑，不宜于使压力中心与模柄中心线相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。 由于该冲压件的冲裁形状几乎是对称的，只有一小部分是在偏心位置上，对压力中心的影响不大。所以可以以产品的几何中心为压力中心，进行切边冲孔。 力机的选择 料力的计算 卸 料力是从压力机或卸料装置中获得的。所以在选择设备的公称压力或设计 冲模时，应分别予以考虑。影响卸料力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞 口的结构、搭边大小、润滑情况等， 实际工作中通常采用经验公式： X 式中 为卸料力 )(N ； F 为冲裁力 )(N ； 为卸料力系数， 见表 4里取 17 表 4料力系数 料厚 t/K 钢 、铝合金 纯铜、黄铜 ：卸料力 系数 在冲多孔、大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。 X =343720N=15467N 力机公称压力的计算 压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。计算总冲压力 原则上只计算同时发生的力，并应根据不同的模具结构分别对侍。 Z 式中 卸料力 )(N ； F 冲裁力 )(N 。 代入，得 3 6 03 5 9 1 8 71 5 4 6 73 4 3 7 2 0 表 4 力机参数 型号 参数 称力 00 公称力行程 块行程 50 每分钟行程次数 075 最大装模高度 30 装模高度调节量 0 喉深 10 立柱间距 14 工作台板厚度 00 18 工作台板尺寸 (000 600 180 滑块底面尺寸 (40柄孔尺寸 (D2)50 力机参数 查参考文献 4得 表 4 公称压力 F=800冲压力 360 模具闭合高度为 198 压力机最大装模高度 330 模具下底板尺寸 630380 工作台尺寸 1000600公称力行程 厚 +凸、凹模刃模量。 该设备可用于本道工序的成型。 凹模确定 边凸凹模设计 图 4边凸模 图 4边凹模 凸模冲裁处留出一条切口，深度大概 2右，冲裁时就不至于被切断。该切边凸凹模采用倒装式结构，凸模用螺钉固定在下模座上。 凹模采用矩形板状结构装在凹模固定板，在实际生产中，由于冲 裁件的形状和尺寸千变万化，因而大量使用外形为圆形或矩形的凹模板，在其上面开设所需要的凹模洞口，用螺钉和销钉直接固定在模板上。 凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺孔（或沉孔）间、螺孔与 销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。 切边凸、凹模结构如图 4 49 孔凸凹模设计 图 4孔凸模 图 4孔凹模