轴承盖冲压课程设计.doc

学 号_0910121059_ 课程设计课 题 轴承盖冲压工艺设计 学生姓名 万 伟 系 别 机械工程系 专业班级 材料成型及控制工程（1）班 指导教师 刘 建 二0 一 二 年 六 月 目 录轴承盖冲压工艺设计摘 要 本次课程设计的是轴承盖冲压设计，在该次轴承盖冲压设计中，综合运用和巩固冲压工艺以及有关课程的基本理论和专业知识，有了对冲压工艺设计的实质性的认识，为以后做毕业设计和世纪工作打下良好的基础。在此设计过程中学习并掌握了冲压工艺的设计过程和计算方法，培养了自己能够正确设计思想、计算、分析问题和解决问题的能力，如掌握了运用标准、规范、手册和查阅有关技术资料等基本技能。本次设计大致按以下步骤设计：零件的工艺性分析，生产方案的制定，确定冲模类型及结构形式，排样设计，压力中心计算，冲压工艺力计算以及冲压设备的选择。本次设计中，冲裁件按照IT14级计算，图、凹模按照IT7级计算，冲裁件的剪断面的粗糙度可以选择=12.5，由于轴承盖要大批量生产，故采用级进模自动送料方式生产，卸料方式采用弹压卸料装置，出件方式采用向下出件，横向定位采用测压装置，纵向定位采用导正销，导向方式采用导柱导套式导向装置中角导柱的导向方式，排样方式采用多排，压力中心位于，冲压设备选择型号为J23-63开式双柱可倾压力机。本设计中还存在着一些不足，在采用级进模冲裁时，多排冲裁时，当冲裁完一边时需将条料翻转180在进行冲裁，也就意味着要重新定位送进。关键词：冲压；轴承盖；级进模；冲孔；落料；排样；冲压力第一章 概述1.1冲压的概念冲压就是利用冲压模具（凸模与凹模及结构附件）安装在压力机（例如：冲床、油压机等设备）或其他相关设备上，对材料（在常温下）施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定的形状和尺寸零件的一种加工方法。冲压加工的三要素是合理的冲压工艺、先进的模具和高效的冲压设备。冲压加工的三要素是决定冲压质量、精度和生产效率的关键因素，是不可分割的，先进的模具是有配备先进的压力机和优质的材料，才能充分发挥作用，做出一流产品，取得高的经济效益。1.2冲压工序的分类冲压工艺按其变形性质可以分为分离工序与成形工序两大类，每一类中又包括许多不同的工序。如冲裁方面的工序、弯曲方面的工序、拉深方面的工序、成形方面的工序等，统称为基本工序。分离工序是指冲压成型时，变形材料内部的应力超过强度极限，使材料产生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有裁剪和冲裁等。成形工序是指冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服强度,但未达到强度极限，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。上述两类基本工序当大批量生产各种产品时，仅靠这些工序，是满足不了生产需要的，还得采用组合形式的工序，就是把两个或者两个以上的单独基本工序组合起来灵活运用，进行设计。1.3冲压工艺的特点及应用1.3.1冲压工艺的主要特点冲压生产过程的主要特点如下:（1） 依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产效率高，操作简便。（2） 冲压所获得的零件一般无需要进行切削加工，故节约能源和原材料。（3） 冲压所用原材料的表面质量好，且冲件尺寸公差由冲模保证，故冲压产品尺寸稳定。（4） 冲压产品壁薄、质量轻、刚度好，可以加工形状复杂的零件。1.3.2冲压工艺的应用冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛，如汽车、拖拉机、电器仪表、电子、国防以及日用品中随处可见冷冲压产品，如不锈钢饭盒，搪瓷盆，高压锅，汽车覆盖件，冰箱门板，电子电器上的金属零件，枪炮弹壳等。1.4冲压技术的现状与发展方向1.4.1我国冲压技术的现状 目前，我国的冲压技术、冲压模具与先进工业发达国家相比还是有一定差距的，主要表现在我国的冲压基础理论及成形工艺落后、模具标准化程度低、模具设计方法和手段与模具制造工艺及设备落后、模具专业化水平低等。结果导致我国模具在寿命效率、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。1.4.2冲压技术发展方向随着我国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由手工设计、依靠人得经验和常规机械加工技术转向以计算机辅助设计（CAD或三维软件）、数控加工（CNC）的计算机辅助设计与制造（三维造型/CAM）技术转变。计算机辅助设计软件与模具设计和制造技术相结合的模具设计一迅速发展，目前，我国已有相当多的厂家普及了计算机绘图。虽然我国的模具工业和技术在过去十年得到了迅速的发展，但未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：（1） 提高模具的设计制造水平，使其朝着大型化、精密化、复杂化、长寿命化发展。（2） 在模具设计制造中更加普及和应用国产的CAD/CAE/CAM技术。（3） 发展快速制造成形和快速制造模具的技术。（4） 提高模具标准化水平和模具标准化的使用率。（5） 研究和发展优质的模具材料和先进的表面处理技术。（6） 研究和开发模具的抛光技术和设备。（7） 研究和普及模具的高速测量技术与逆向工程。（8） 研究和开发新的成形工艺和模具。1.5轴承盖的作用端盖作为一非常重要的机械零件之一，用途十分广泛。该零件的主要工作表面为左右端面以及左端面的外圆表面，一般作用：（1） 轴承外圈的轴向定位；（2） 防尘和密封，除本身可以防尘和密封外，也常和密封件配合以表达到密封的作用；（3） 位于车床电动机和主轴箱之间的端盖，主要起传送扭矩和缓冲吸震的作用，使主轴箱的转动平稳。第二章 零件的工艺性分析 冲裁件的工艺性分析是指冲裁件的材料、形状、尺寸精度方面是否适应冲裁加工的工艺要求。影响冲裁件的工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要有以下几个方面。2.1 设计任务书 从图2-1可以看出，所冲压的零件名称为轴承盖，材料为Q235钢，料厚为3mm,大批量生产。图2-1 轴承盖示意图2.2 零件材料 由上图分析可知：Q235钢为普通碳素钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工型性，主要用于制作冲击件、紧固件，例如：轴承盖、垫片、垫圈等零件。适合冲裁加工。2.3零件结构形状 由上图可知，零件的结构形状相对简单，结构对称，中心内孔为一大圆孔，无尖锐的清角，无细长的悬臂和狭槽，三个小圆均匀分布在圆周上，空与边缘的距离满足要求，料厚为3mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。2.4零件的精度和粗糙度2.4.1精度的确定表2-1 冲裁件内外形所能达到的经济精度冲裁间件的精度一般不高于IT11级，最高可达IT8IT10级，冲孔比落料的精度约高一级。表2-1是冲裁件内外形所能达到的经济精度。由表中数据可知由于没有给出设计公差，则设计时可按IT14级选取公差值。材料厚度t/mm基本尺寸/mm3366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123IT14IT12IT1335-IT14IT12IT13附表是冲裁件公差与配合。由于里料厚t=3mm，零件的最大尺寸为58mm，则标注应为，冲孔的直径标注分别为、，由表2-2中心圆孔与分布小圆孔间的孔心距标注为。表2-2 冲裁件中中心距公差料厚/mm普通冲模高级冲模孔距尺寸/mm孔距尺寸/mm505015015030050501501503001221.52.523.52.532232.5232.543.53.533432.53.53544345435465545654657665由图4-1和表4-1可知，由于料厚t=3mm选择的自动送料，故取搭边值=3.5mm，=3mm。（2）步距的确定 步距是指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。步距可定义为 (4-1)式中 S冲裁步距理论公差为0，mm； D沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值，mm； 沿送进方向的搭边值，mm；则由上式得：步距=58+3=61mm（3）条料的规格1） 条料的宽度的确定：有测压装置的模具，条料能始终沿基准导料送料，条料宽度B按下列公式计算 条料宽度： (4-2) 导料板间距离： (4-3)式中，条料宽度，mm； 为冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； 搭边值，mm； 条料宽度偏差，mm，其值可查下列表4-2； 表4-2 条料宽度偏差 导料板与最宽条料之间的间隙，mm，其最小值见表4-3.条料宽度B/mm材料厚度t/mm011223350500.40.50.70.9501000.50.60.81.01001500.60.70.91.11502200.70.81.01.22203000.80.91.11.3查上表数据可得条料宽度偏差=0.8mm，导料板与最宽条料件的最小间隙Z=5mm，故条料宽度为： 表4-3 导料板与最宽条料件的最小间隙Z材料厚度t/mm无测压装置有测压装置条料宽度B/mm条料宽度B/mm100以下100200200300100以下100以上00.50.50.51580.510.50.5158120.51158230.51158340.51158450.51158查表4-2数据可得有测压装置时导料板与最宽条料件的最小间隙Z=5mm， 导料板间距离： 2）条料的长度L可根据确定： (4-4)式中，L条料的长度，mm； n一根条料上可冲裁零件的个数，个； D 冲裁件的最大尺寸，mm；由于冲裁件的个数未知，可假设一根条料班上可冲裁零件个数为30个，则条料的长度为 （4）材料利用率计算冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。一个步距内的材料利用率可用下式表示： (4-5) 式中， 一个步距内冲裁件的实际面积,； B条料宽度,mm； S步距,mm。其中计算实际面积的公式如下： (4-6)式中，冲裁件中冲孔小圆直径，mm； 冲裁件中冲孔中心圆直径，mm；则可知一个步距内冲裁件的实际面积为 由上式可得一个步距内的材料利用率 若考虑到料头、料尾和边余料的消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率为 (4-7) 式中， n一一张板料（或带料、条料）上的冲裁件总数目； 一个冲裁件的实际面积,mm 2； B板料（或带料、条料）宽度,mm； L板料（或带料、条料）长度,mm。这里一个冲裁件的实际面积即等于个步距内冲裁件的实际面积 则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率为 （5） 详细排样图图4-2 直排详细排样图4.1.2方案二：多排（1） 搭边值的确定图4-3 冲裁件多排示意图由上图4-1和表4-1可知，由于选择的自动送料，故取搭边值，=3mm。（2） 步距的确定 由式（4-1）可计算出步距： （3） 条料的规格 1）条料的宽度的确定：有测压装置的模具，条料能始终沿基准导料送料，条料宽度B按下式计算： (4-8)式中，条料宽度，mm； 冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； 冲裁件的半径，mm； 搭边值，mm； 条料宽度偏差，mm，其值可查表4-2知；故由上式（4-8）可得 查表4-3可知导料板与最宽条料件的最小间隙Z=8mm，则导料板间距离： 2）条料的长度L可根据确定：条料的长度可按式（4-9）计算： (4-9)式中，L条料的长度，mm； 冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； n一根条料上可冲裁零件的个数，个； 、为搭边值，mm，查表4-1可取 由于冲裁件的个数未知，可假设一根条料班上可冲裁零件个数为30个，则条料的长度为 L： （4） 材料利用率计算 由式（4-5）可计算出一个步距内的材料利用率，其中计算实际面积的公式如下： (4-10)式中，冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； 冲裁件中冲孔小圆直径，mm； 冲裁件中冲孔中心圆直径，mm；则带入数据可得： 由式（4-5）可得一个步距内的材料利用率 若考虑到料头、料尾和边余料的消耗，由式(4-7) 可得一张条料上总的材料利用率，其中，则 图4-2 直排详细排样图（5） 详细排样图4.1.3排样最佳方案选择 比较项目 方案类型一个步距内材料利用率条料的总利用率条料面积/一块条料可冲裁零件数/个 直排55.84%55.72%11921030 多排61.61%59.37%111879.5930 综合对比直排和多排两种方案下，在冲裁相同零件的同时，所用一块条料的面积直排排样是稍大于多排排样，且无论是在一个步距内材料利用率还是条料的总利用率都是多排排样下稍微高于直排，但考虑到零件为大批量生产、凸凹模具的设计与制造和经济效益，排样的最佳方法采用多排。4.2 压力中心的确定冲裁礼合力的作用点称为冲模的压力中心。设计冲裁模时，应该使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心想重合，即冲裁模的模柄中心应该与冲裁模的压力中心一致，以保证冲裁模在压力机上正常、平衡地进行重制工作。若无法使压力中心与滑块中心线完全重合，则设计中考虑采取平衡偏心载荷的措施，但偏载力要控制在尽可能小的范围内，且偏心距离不应该超过冲裁模的模柄尺寸。冲裁形状对称时，其压力中心位于冲裁件轮廓图形的中心。 多模压力中心计算公式： (4-11) (4-12)式中，分别为每个孔的压力中心坐标，分别为各个空的周长，为压力中心。由图4-5可计算得：006124-12-1200图4-5 压力中心示意图所以由式（4-7）、（4-8）可得： 故冲裁的压力中心位于。4.3 凸模与凹模刃口尺寸计算4.3.1 尺寸计算原则 在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，需考虑下述原则： （1）落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，一凸模为基准，间隙取在凹模上。 （2考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件范围内的较小尺寸，设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，凸、凹模虽磨损到一定程度，仍能冲出合格零件。 （3）由于凸、凹模均要与冲裁件或废料发生摩擦，从而导致模具磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使模具间隙愈用愈大，因此在设计新模具是，凸、凹模间隙应取最小合理间隙值。 （4）确定凸、凹模制造公差时，应考虑到制件的精度要求。如果对凸、凹模刃口精度要求过高会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果精度要求过低，则生产出来的零件可能不合格，或使模具寿命下降。 因为零件没有标注公差，则公差数值按IT14精度处理，冲模则可按IT6IT7精度来制造模具。4.3.2 凸、凹模刃口尺寸计算外形由落料获得，和由冲孔同时获得。且凹凸模均按IT7级加工制造,即采用普通冲裁模。凸模与凹模采用分别加工法，该法凹、凸模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。（1）落料 设工件的尺寸为，根据计算原则，落料时以凹模为设计标准。首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸；讲凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。 （4-13） （4-14） （2）冲孔 设冲孔尺寸为，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。首先确定凸模尺寸，是凸模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最大极限尺寸；讲凹模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸。 （4-15） （4-16）（3） 孔心距孔心距尺寸标注为，当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凹、凸模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的解百纳尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称标注偏差。 （4-17） 式中， 落料凹、凸模尺寸，mm； 落料件的最大极限尺寸，mm； 冲孔件的最小极限尺寸，mm； 凹模孔心距的尺寸，公差取工件公差的1/4，即 ； 工件孔心距的最小极限尺寸； 冲裁件制造公差，mm； 最小初始双面公差，mm 凸、凹模的制造公差，mm，可查附录得出。 系数，为了避免冲裁件尺寸都偏向极限尺寸，应试冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸。的值在0.51之间，与冲裁件的精度等级有关，可查表。采用凸、凹模分开加工时，应在图样上分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差，为了保证间隙值，应满足下列公式： （4-17）如果验算不符合上式，出现的情况，当大得不多时，可适当调整以满足上述条件，这时凸、凹模的公差直接按公式和确定。 基本尺寸/mm 凸模极限下偏差凹模极限上偏差180.0200.02018300.02530800.030801200.0250.0351201800.0300.0401802600.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.070表4-5 系数x材料的厚度/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.440.5040.300.310.590.600.300.30料厚t=3mm，结合式（4-9）（4-13）以及表4-4、表4-5、附表数据可得：1） 落料： 校核间隙： ，故符合条件。将已知和查表的数据代入公式，即得 2） 冲孔： 冲孔 校核间隙： ，故符合条件。将已知和查表的数据代入公式，即得 冲直径为孔 校核间隙： ，故符合条件。将已知和查表的数据代入公式，即得 3）凹模孔心距尺寸 图4-6 落料刃口尺寸与公差 图4-7 冲孔（22）刃口尺寸与公差4.3.3 绘制凹、凸模具刃口尺寸图 图4-8 冲孔（4.5）刃口尺寸与公差4.4 冲压工艺力计算4.4.1 冲裁力的计算冲裁时，凸模给材料施加压力，同时，材料也对凸模产生反作用力，通常我们把这种反作用力称为抗力。材料对凸模的最大抗力就是冲财力，它是选择压力机和设计模具的重要依据之一，为了正确选择压力机和设计模具，就必须计算冲裁力。用一般平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下列公式计算： （4-18）式中，冲裁力，N； 冲裁周边长度，mm； 材料厚度，mm； 材料剪切强度，MPa； 安全系数。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。 4-6 冲压常用黑色金属材料（部分）的力学性能材料名称牌号材料状态力学性能抗剪强度抗拉强度屈服点伸长率普通碳素结构钢Q195未退火2553143153901952833Q2353033723754602352631Q2753924904906102751520碳素结构钢08F退火23031027538018027300826036021541020027202804003555002502435400520490635320194544056053068536015查上表可得，故取最大值372MPa。又因为 故冲裁力 4.4.2 卸料力、推件力和顶件力的计算（1） 卸料力卸下包在凸模上材料所需的力叫卸料力，其计算公式为 （4-19） （2） 推件力