毕业设计（论文）-摩托车油箱注油口冲压件的模具设计.doc

毕 业 设 计 (论 文)题目名称：摩托车油箱注油口冲压件的模具设计姓 名： 所在分院： 机电与汽车分院 专业班级： 数控091 指导教师： 2012年 05月20日5目 录摘要.1关键词.1引言.11工件的冲压工艺分析.12零件冲压工艺方案的确定.2 2.1工件孔冲制的方案.2 2.2计算毛坯尺寸.3 2.3按凸缘筒形件的拉深.4 2.4冲裁排样方式的设计及计算.53第一副模具（落料、拉深、冲孔复合模）的设计与计算.6 3.1各工序压力的计算.6 3.2压力机的初步选用.8 3.3模具类型及结构形式的选择与计算.8 3.4模具工作部分刃口尺寸和公差的计算.9 3.5落料、拉深凸凹模高度的确定.11 3.6落料凹模外形尺寸的设计与粗略计算.12 3.7模具其他零件的设计与计算.12 3.8模具压力中心的设计与计算.134第二副模具（翻边模）的设计与计算.14 4.1计算冲裁力.14 4.2压力机的初步选用.14 4.3翻边凸、凹模刃口尺寸的计算.15 4.4模具结构形式的选择计算.16 4.5压力中心的计算.16 4.6冲模闭合高度的计算.16 4.7模座的选用.165第三副模具（垂直切边模）的设计与计算.17 5.1各工序压力的计算与压力机的初步选用.17 5.2切边凸凹模刃口尺寸和公差.18 5.3模具结构类型及形式的选择与设计.19 5.4压力中心的计算.19 5.5冲模闭合高度的计算.19 5.6模座的选用.19总结.20致谢.20参考文献.21摩托车油箱注油口冲压件的模具设计摘要：本次毕业设计是完成摩托车油箱注油口冲压件的模具设计。详细的叙述了模具的整个设计过程，包括工件的冲压工艺性的分析、零件冲压工艺方案的确定、模具结构形式的确定、模具总体结构的设计、主要参数设计计算等，很好的完成了摩托车油箱注油口冲压件的模具设计。关键词：油箱注油口 冲压工艺 冲压件设计 引言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。模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义，模具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。1工件的冲压工艺分析本次毕业设计的冲压件是摩托车油箱注油口冲压件的生产过程的设计。该工件是一个带凸缘的筒形件，在53mm的内孔中，用来注油要求有较高的光洁度和相对的位置精度。除了要保证它的公差外还要保证它的高度及其孔内的圆角半径r5mm。从以上对摩托车油箱注油口的形状分析当中不难看出，它需要经过落料，拉深，冲预制孔，翻边，修边等冲压工序，但它需要几次拉深，冲预制孔、翻边尺寸如何计算以及冲侧孔应该采用哪种方式和如何布置等成为本次设计的重点和难点。本次设计的模具精度并不需要很高，达到it10-it9均可满足要求。工件图见图1-1。图1-1 摩托车油箱注油口工件图2零件冲压工艺方案的确定2.1工件孔冲制的方案此件虽然是一般带凸缘拉深件，但加工底部53mm孔可以有多种方案：方案一：拉深后再车去底部方案二：拉深后再冲去底部方案三：拉深后冲预制孔再翻边 a 落料、拉深复合，再冲孔、翻边复合 b 落料、拉深、冲孔复合，再翻边在上述三种加工方案中，采用第一种方案，工件的质量较高，但生产率低，而且费料。在工件底部要求不高的情况下，不适宜采用。第二种方案需要增加整形工序，而且质量不易保证。采用第三种方案中，a方案冲孔、翻边复合将使翻边凸模的厚度太薄，加工较麻烦，而且可能造成强度不够等缺点。b可以避免a中的缺点且生产率高，而且省料。另外，按工件使用情况翻边工序完全可以保证工件技术要求。所以采用第三种方案中的b较合理。2.2计算毛坯尺寸在计算毛坯尺寸前，需要先确定翻边前的半成品的形状和尺寸。孔53的高度太大，不能用翻边的办法全部都制造出来，而是一部分要靠拉深形成的。翻边高度具体计算如下：将直径d=54mm，翻边圆角半径r=5mm，板料厚度t=1.0mm带入翻边系数公式得： k0=1-（h-0.43r-0.72t） =1-(26-0.436-0.721) =0.16则预制孔径d=0.1654=8.6从表6-5查得翻边系数k=0.51（采用平底凸模冲制底孔），即计算翻边系数大于表中查得的翻遍系数，说明不能一次翻边而成。取极限翻边系数k0max=0.52翻边极限高度hmax=(1- k)+0.57(r+) =(1-0.52)+0.57(5+0.5) =16.95mm 取翻边高度为h=15mm冲预制孔径：d=0.52d=0.5254=28.08mm冲预制孔为d=28mm冲孔、翻边前半成品如图2-1所示。 图2-1计算毛坯尺寸用图2.3按凸缘筒形件的拉深确定修边余量值：=21.40，查表5-12得=3.0mm所以拉深件实际凸缘直径：df= dt+2=108+23.0=114mm计算毛坯直径：当r=r时毛坯直径 d0= = =119mm确定能否一次拉深成形：由相对凸缘直径和相对毛坯厚度查表 =2.11=100=0.84 查表5-14得【h1/d1】max=0.270.33而实际零件h/d=11/54=0.20.42故此件能一次拉深 摩托车油箱注油口拉深件毛坯尺寸计算如图2-2所示。图2-2 拉深件尺寸计算2.4冲裁排样方式的设计及计算工件毛坯直径119mm尺寸较大，考虑到操作方便，采用单排。查有关表得搭边值：a=1.5，a1=1.5进距：s=d+a1=119+1.5=120.5条料宽度：b=d+2a=119+21.5=122mm板料规格拟选用：111002900采用纵裁: 裁板条数 n1=b/b=1100/122=9余2mm每条个数 n2=(l-a1)/s=（2900-1.5）/120.5=24余13mm每板总个数n3=n1n2 =924=216（个）板的利用率：=100%=71.1% 采用横裁:裁板条数 n1=l/b=2900/122=23余94mm每条个数n2=(b-a1)/s=（1100-1.5）/120.5=9余28mm每板总个数n3=n1n2 =239=207（个）板的利用率：=100%=68.1%综上比较第一种排样方式的利用率高，故采用进行纵裁排样（排样图见图2-3）。图2-3 排样图3第一副模具（落料、拉深、冲孔复合模）的设计与计算3.1各工序压力的计算落料力 p1=1.33.14dtb =1.33.141191350 =170015.5n式中 b(抗剪强度)=350mpa，由冲压手册表8-7查得。 （p1=dtb)计算冲裁力d毛坯直径t冲件材料厚度卸料力 p2=k1p1=0.07170015.5 =11901n式中：k1=0.07,由冲压手册表2-37查得。拉深力 p3=3.14dtbk1 =3.145414501.05 =80117n式中:cp=450mpa,由冲压手册表8-7查得。k1=10.5,由冲压手册表4-86查得。压边力 p4=/4d02-( d1+2r)22.5 =/41192-(54+25) 22.5 =19752.6n冲预制孔的力f冲=1.3d tb =1.33.14281350 =40003.6n式中： b(抗剪强度)=350mpa，由冲压手册表8-7查得， d预制孔直径推件力f推=n.k2f冲 =50.05540003.6 =11000.99n式中：k2=0.063，由冲压手册表2-37查得。 n=5,同时卡在凹模里的废料片数。(设凹模直筒口径高度 h=4,n=h/t=4/0.5=8)3.2压力机的初步选用综上计算所知，因为选用的是弹性卸料结构,所以总压力f总为各力的总和，其中包括卸料力。故f总=p1+p2+p4+f冲+f推件 =170015.5+11901+19752.6+40003.6+11000.99 =242673.69n 243 kn在考虑各因素后，取一安全系数0.7左右，所以必须选用250kn的公称压力机。则根据所需总压力初选公称压力为250kn的开式压力机。（参看冲压手册相关章节543页）压力机的主要技术参数如下表3-1所示。表3-1 压力机的主要技术参数公称压力滑块行程/行程次数/min-1最大闭合高度/25080 100250封高度调节量工作台模柄孔尺寸前后左右直径深 度7036056050703.3模具类型及结构形式的选择与计算本次设计第一副模具采用落料、拉深、冲孔的复合模结构。本次设计的冲压件可一次拉深到所要求的高度，原则上属于浅拉深凸缘形件，落料、拉深、 冲孔复合模采用典型结构，即落料、冲孔采用正装式，拉深采用倒装式。下模座的压边圈兼作压边和 顶件装置，另设刚性推件装置。该结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产率高。适合于拉深深度不太大，材料较薄的情况。在上模部分，为了不让工件底部变形，使其不让刚性接触，采用了连接推杆装置来推动推件块来推出工件。对于此工序，由于拉深深度为11，不算太大，材料厚度为1较薄，因此采用弹性卸料较合适。另外在下模座下部设有气垫装置，它驱动托杆向上运动，使压边圈兼做顶件和压边的作用，且在上模上设有刚性推件装置，并在下模上设有刚性卸料板装置，采用这些结构的特点主要是结构紧凑，布局合理且制造使用都简单方便，唯一的不足是，拉深件有可能留在刚性卸料板内不易出件，有时还需要工人用手工去把它拿出，带来了操作的不便，但是只要托杆长度设计合理，气垫压力足够，就能克服这点不足。另外考虑到装模和操作方便，模具采用后侧布置导柱的模架。第一副模具（落料、拉深、冲孔复合模）装配简图如图3-1所示。图3-1落料、拉深、冲孔复合模装配简图3.4模具工作部分刃口尺寸和公差的计算3.4.1落料凸、凹模的刃口尺寸圆形凸模和凹模可采用分开加工。落料前的毛坯未注公差尺寸的极限偏差，故取落料件的尺寸公差为119由冲压手册表2-31的公式进行计算 d凹=（d-x）+凹 =（119-0.5（-0.87） =119.44式中：x=0.5,由冲压手册表2-30查得，凹=+0.035，由冲压手册表2-28查得。 d凸=（d-x-2cmin）- =(119-0.5（-0.87）-20.07) =119.37 式中：cmin=0.07，由冲压手册表2-25查得，cmax=0.1 凸=-0.025，由冲压手册表2-25查得。 +=0.035+0.025=0.06=2（cmax-cmin）t =2（0.1-0.07）=0.06故上述计算是合理的。落料凹模最小模壁c，由冲压手册表2-39查得为36，实际取为363.4.2拉深凸、凹模的刃口尺寸拉深件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸，故拉深件的尺寸为53由冲压手册表4-75的公式计算 d凸=（d+x）- =(53+0.40.74) =53.3式中：x=0.4,由冲压手册表2-30查得； 凹=+0.05由冲压手册表4-76查得 d凹=（d+x+2c）+凹 =（53+0.40.74+21.05）=55.4式中：x=0.4,由冲压手册表2-30查得，c由冲压手册表4-74取为c=(11.1)t=1.05拉深凹模最小模壁c，由冲压手册表2-39查得为303.4.3冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算冲孔件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸，故冲孔件的尺寸为28 d凸=(d+x)- =(28+0.50.52) =28.26 d凹=(d+x+2cmin) +凹 =(28+0.50.52+20.07) =28.27式中：x=0.5,由冲压手册表2-30查得，cmin=0.07； 由冲压手册表2-25查得，表查得cmax=0.1凹=1/4=0.0213.5落料、拉深凸凹模高度的确定l=h1+h2+h3+h其中：h1为凸模固定板厚度，一般为凸模高度的40%左右，计算取为28。 h2为卸料板的厚度，查课本p23页一般为612 ，取为10。 h3为导料板厚度2 。 h为附加长度，包括修模余量和安全长度，取30。综上，则：l=28+10+2+30故：l=70即凸凹模的长度为70，具体长度根据实际情况调整后再确定。3.6落料凹模外形尺寸的设计与粗略计算 参见课本p63页图3-12： 凹模厚度h=kb（大于15），凹模壁厚c=（1.52h）（大于3040）其中：b冲裁件最大外形尺寸k系数，形状简单取较小值，形状复杂取较大值。故根据课本p64页表33取k=0.20，查冲压设计简明手册p34页：h=kb=0.20x87=17.4（）（但是本次模具不是落料单工序模，因此，落料凹模的对应尺寸应该比拉深凸模原则上高1个料厚t才可满足强度要求.但是在此模具设计，凹模里面还有卸料结构，根据作图得初h取25）凹模壁厚：c=（1.52.5）h，取36。3.7模具其他零件的设计与计算3.7.1模架的选用根据落料凹模的周界尺寸，查冲压手册p591页相关资料，同时为了安装方便，故采用后侧导柱式模架.由于本次落料凹模的周界尺寸长度在200左右，按资料中的lxb选用则上模座为20020050，下模座为20020050的规格，其他结构的尺寸值不变。此时，再反过来校核所初步选用的压力为250kn的公称压力。工作台尺寸：左右为560，前后360。工作台的闭合高度为250，显然可以放下该模座，且最大闭合高度也满足要求，因此所选压力机符合要求。则模柄的规格为直径50，高70，其它结构的尺寸参见冲压简明手册p436页，与此同时，在模座确定以后，导柱，导套的规格和结构尺寸也随之确定下来由冲压简明手册相关章节查得。3.7.2定位零件本副模具采用两个导料销导向送料，为使条料顺利通过导料销的间隙，在计算排样尺寸图时一并算出，此处不在叙述。结构和规格与挡料销相同。同时在本副模具中采用固定挡料销来限制条料的送近步距，使用圆形挡料销，规格为46。该结构的挡料结构简单，制造容易，使用方便，适用于固定卸料板及手工送料的冷冲模结构。3.7.3卸料与推（顶）件装置由于板料厚度为10.8mm，故要采用固定卸料板结构，其结构简单，卸料力大，用于板料厚度较薄的情况。卸料力前面已算出 f卸=11901n采用带导尺的固定卸料板，卸料板只起卸料的作用，卸料板的型孔与凸模的单面间隙为0.5，厚度为10。打杆长度：h（模柄总长+凸凹模高度-推件高度）但是由于使用了三爪推板推出机构，因此打杆长度应在（模柄总长-推板厚度）具体情况根据装配图确定。托杆长度：l（l+h3）其中：l气垫长度 h3气垫上平面与下平面之间隙综上，取l=48。3.7.4固定与连接零件采用固定板将凸凹模固定在上模座上，固定板与凸凹模之间采用阶梯固定的形式。固定板与上模座之间采用内六角螺钉与圆柱销来连接和定位，螺钉尺寸与圆柱销尺寸根据被连接的两部分零件厚度来确定。此外，由于本副模具的尺寸所需冲裁力较大，因此采用垫板的结构。3.8模具压力中心的设计与计算由于落料，拉深和冲预制孔的凸，凹模形状均为对称性形状，因此其压力中心均为其各自的几何形心，故以模座中心为原点，建立直角坐标系，则落料和拉深的压力中心均在原点上。4第二副模具（翻边模）的设计与计算4.1计算冲裁力翻边力f翻边=1.1t(d-d0)s =1.13.141(54-28)196 =17602n式中：s=196mpa,由冲压手册表8-7查得。顶件力顶件力取翻边力的10，则f顶件=10f翻边 =1017602 =1760n4.2压力机的初步选用综上计算所知，因为选用的是弹性卸料结构,所以总压力f总为各力的总和，其中包括卸料力。故f总=f翻边+f顶件 =17602+1760 =19362n 20kn在考虑各因素后，取一安全系数0.7左右，所以必须选用大于20kn的公称压力机.则根据所需总压力初选公称压力为160kn的开式压力机。（参看冲压手册相关章节543页。第二副模具(翻边模)装配简图见图4-1所示。 图4-1 翻边模装配简图4.3翻边凸、凹模刃口尺寸的计算从模具装配图的设计中知道，翻边凸模基本尺寸为53。翻边件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸，故翻边件的尺寸为53。由冲压手册表475的公式计算 d凸=（d+x）- =(53+0.40.74) =53.3式中：x=0.4,由冲压手册表2-30查得， 凹=+0.05由冲压手册表4-76查得 d凹=（d+x+2c）+凹 =（53+0.40.74+21.05） =55.4式中：x=0.4,由冲压手册表2-30查得；c由冲压手册表4-74取为c=(11.1)t=1.05；翻边凹模最小模壁c，由冲压手册表2-39查得为36。4.4模具结构形式的选择计算本副模具主要目的是为了翻边工序，翻边高度为11mm.翻边所需求的精度比较高,故在本次翻边模具的设计中,翻边模的精度为中等精度要求。在本副翻边模的设计中,翻边凹模设计在上模座上。预先拉深后的带凸缘筒形件也放在上模座上,然后利用固定板固定,而固定板利用内六角螺钉和圆柱销钉将其连接与紧固在上模座上。卸料时,上模采推件块推件的方式将坯料从翻边凹模中推出翻边凸模安放在下模座上,采用式嵌入式固定在下模座上.卸料时采用压边圈与限位螺钉的方式进行卸料，压边圈同时还可以起压边得作用，他是气垫压力通过托杆把力传到压边圈上进行压边的。4.5压力中心的计算由于本副模具的翻边位置对称，因此它的压力中心就在中心距的几何中心上。4.6冲模闭合高度的计算由于估算的冲模高度为171，而根据总压力所选的压力机闭合高度为160220，因此初选压力机符合要求。4.7模座的选用在本副模具设计中根据凹模支架的尺寸来选用后侧导柱式模架选用模座的规格如下：上模座16016045下模座16016045其具体的结构尺寸如下：上模座l=160， b=160， t=45， a2=195l1=170， s=170， a1=110， r=42, l2=80， d(h7):42 下模座 l=160， b=160， t=45， l1=170 s=170， a1=110， a2=195， l2=80 r=42, d(r7):28图形及具体的标注尺寸见零件图和冲压手册。导柱导套尺寸具体参数参考冲压手册p606-612页相关的章节。5第三副模具（垂直切边模）的设计与计算5.1各工序压力的计算与压力机的初步选用切边力 f=1.3dtb =1.33.14761350 =108581.2n式中 b(抗剪强度)=350mpa，由冲压手册表8-7查得。 t冲件材料厚度废料刀切断废料所需力（设两把废料刀）f1=21.3(82-76)1350 =5460n综上所计算得 f总=f+f1=108581.2+5460 =114041.2n 114kn则根据总压力初步选用开式压力机公称压力为160kn，其模柄规格直径30mm,高度50mm具体结构尺寸参见冲压手册相关章节。 第三副模具（垂直切边模）装配简图如图5-1所示。 图5-1 垂直切边模装配简图5.2切边凸凹模刃口尺寸和公差取落料件的尺寸公差为76由冲压手册表2-31的公式进行计算 d凹=（d-x）+凹 =（76-0.50.74） =76.37式中：x=0.5,由冲压手册表2-30查得， 凹=0.012，由冲压手册表2-28查得。 d凸=（d-x-2cmin）- =(76-0.50.74-20.07) =76.3式中：cmin=0.07，由冲压手册表2-25查得，表查得cmax=0.1 凸=-0.019，由冲压手册表2-25查得。 +=0.018+0.012=0.032（cmax-cmin） =2（0.1-0.07）=0.06 故上述计算是合理的。 落料凹模模壁c，由冲压手册表2-39查得为36。5.3模具结构类型及形式的选择与设计本次毕业设计第三副模具设计的主要目的是为了得到外形尺76的尺寸精度而进行切边。，由于切下的废料是环状的，则采用废料切刀分段切断废料，使环绕在凸模上的废料脱落卸下，减少了卸料板的使用。这样使模具结构简单，操作易行，生产效率高等优点。5.4压力中心的计算由于本副模具的切边位置对称，因此它的压力中心就在中心距的几何中心上。5.5冲模闭合高度的计算由于估算的冲模高度为172，而根据总压力所选的压力机闭合高度为160 220，因此初选压力机符合要求。5.6模座的选用在本副模具设计中根据凹模支架的尺寸来选用后侧导柱式模架选用模座的规格如下：上模座16016045下模座16016045其具体的结构尺寸如下：上模座l=160， b=160， t=45， l1=210，