集油器冲压模具设计.doc

目 录第一章、前言 2 第二章、集油器的工艺设计 52.1、集油器的工艺分析 52.2分析比较和确定工艺方案62.2.1 计算毛坯尺寸6 2.2、2 确定拉深次数72.3、 确定工序以及工序的合并与顺序72.4、 主要工艺参数的计算82.4.1、 确定排样、裁板方案82.4.2、计算各工序压力、选用压力机92.5、编写冲压过程卡片112.6、模具设计122.6.1、模具结构形式的选择122.6.2、模具工作部分尺寸和公差计算132.6.3、模具的其它零件的结构尺寸的计算142.7、模具中定位和导向零件的设计准则212.8、零件尺寸、精度和表面粗糙度要求212.9、模架技术要求22 2.10、对导柱、导套的要求及加工232.11、对上、下模座的要求及加工232.12、 模具标准件的选用23第三章 参考文献24第一章 前 言我国冲压模具制造企业技术现状及发展趋势一、现状 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。二、未来冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)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。 (3)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CAD数据，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”期间将发挥更大的作用。(4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(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(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。(8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。以上可以看出，冷冲压是一种先进的金属加工方法，它有其它加工方法无法比拟的优点，在模具结构中占有重要的地位且日渐上升。尤其在汽车、电器、仪器、航空等高新技术产业中更见突出，甚至成为拉动经济增长的重要支柱。冷冲压的技术水平在一定程度上反映了一个国家的工业水平。冷冲压技术是可预见的未来的主要加工技术。对于我们从事这一行业的人来说，要熟练掌握这一技术的基本技能，充分吸收先进的成熟的技术。本次设计的是菲亚特拖拉机上的一个集油零件。首先根据必要的计算确定加工工序，选择一个具有代表性的工序绘制模具图，再绘图过程中，根据实际的模具零件结构，在老师的指导下，较合理的选择模具的局部方案。通过到一拖集团考察了解压力机的具体结构，尽量做到根据实际情况设计。在绘图过程中，一些主要的配合、尺寸以及公差都已确定。然后根据草图按要求绘制了相当于一张一号图纸的手工绘图，剩下的在计算机上用CAXA绘出，由于是初次完整的设计，设计上的结构缺陷以及绘图上的错误在所难免，恳请斧正。本次设计最大的收获是获得了设计产品的思路，在工作中应怎样设计好产品，设计中应该注意那些必要的环节，要根据生产的实际情况和工作环境的具体情况设计，在本次设计的模具设计中，由于所选用的压力机的顶杆位置不能直接作用于模具，中间需要一个过渡装置，这个过渡装置在结构上有两种方式，我所设计的是推板从上装入。另一种方式还可以从下装入，则推板的限位有两种方式，卸料螺钉或挡块，我觉得任何一种都可以。本次设计给了我很多的实践经验，感谢学校和老师对这次设计的支持和关怀。第二章 集油器的工艺设计2.1、集油器的工艺分析零件材料为10钢，厚度1.5mm，年产量1万件。零件的使用条件和技术要求以及工艺分析：该零件是菲亚特拖拉机上的用于收集油的部件。此零件是带法兰的圆筒形零件，桶壁和法兰部分由四段圆弧相切而成，深度误差为301，两侧孔中的一圆形侧孔的高度误差为241，另一侧孔由一段圆环和半圆组成，圆环中心的高度误差为25.51，半圆的高度误差为24.51。底部椭圆的长短轴分别为500.3,290.3,且有位置精度要求。外法兰的直径误差为1891，内切部分直径为1821，外切部分直径为1751。可以看出，零件的外形尺寸精度不高，仅有位置精度要求：两侧孔的中心线和椭圆的长轴重合，且椭圆的中心与筒底的中心重合。根据零件的技术要求进行冲压分析。该零件所需的冲压工艺有落料、拉深、切边、冲椭圆孔、冲圆侧孔、冲不规则侧孔。后面的拉深计算说明只需一次拉深。由于零件的制造精度等级不高，模具的制造精度等级一般。2.2、 分析比较和确定工艺方案2.2.1 计算毛坯尺寸 如图所示 先确定零件的具体尺寸（按内形尺寸计算）=arccos（3/6.5）=62.5 L1 =6.5sin=5.77 =arcsin(4.23/31.5)=7.7 L2=25cos=24.77 L3=24.77-3-5=16.77 近似认为为=arctg(15.5/26.3)=30.5 =90按公式（4-3）计算毛坯尺寸 并查表4-9 4-10有如下数据l1=62.525.75/360=6.27 X1=91+6.5-5.750.813=92.83 l1 X1=582.0441l2=7.725.75/360=0.77 X2=91+6.5-5.750.9973=91.77 l2 X2=70.6629l3=7.7225.75/360=3.46 X3=66.2+25.750.9973=91.88 l3 X3=317.9048l4=30.5225.75/360=13.7 X4=66.2+25.750.9535=90.75 l4 X4=1243.275l5=30.525.75/360=3.06 X5=92.55.750.9535=87.02 l5 X5=266.2812l6=3.75/2=5.89 X6=92.5-9.51.910.450.03=85.39 l6 X6=502.9471l7=83.5 X7=41.75 l7 X7=3486.125所以 D2=8li Xi D=227.5 取D=228因为R3、R5的角度不宜确定，可采取近似计算，后面还有修边余量，并不影响毛坯尺寸。因为d凸/d=189/183.5189/173.5=1.031.09由表4-5查得有凸缘的圆筒形拉深件的修边余量=5.0。所以 D= D2=238（mm）2.2.2、 确定拉深次数 因为d凸/d=189/183.5189/173.5=1.031.09,由表4-20查得带凸缘筒形件第一次拉深的最大相对高度h1/d1=0.500.60 由于h1/d1=30/18230/172=0.1650.174。所以能一次拉深成形2.3、 确定工序以及工序的合并与顺序对于此集油器的生产，需要以下工序：落料、拉深、切边、冲底孔、冲圆侧孔、冲不规则侧孔。由于拉深次数只有一次，且冲两侧孔只能在切边之后，切边只能在拉深之后，根据已成熟的冲压工艺技术，可从中拟出如下方案： 方案一 a 落料、冲孔， b拉深， c 切边， d冲圆侧孔、冲不规则侧孔，方案二 a 落料、拉深， b冲孔、切边， c冲圆侧孔、冲不规则侧孔，方案三 a 落料， b 拉深、冲孔， c 切边， d冲圆侧孔、冲不规则侧孔，现在分析各个方案：方案一中落料、冲孔工艺很成熟，但所冲的椭圆形零件在拉深中不能保证位置精度，模具结构简单；方案二中落料、拉深模具，冲孔、切边模具属复合模具，制造周期长，生产成本高，模具较其它方案复杂，但所需工序少，生产效率高，尤其是大批量生产经济效益更为突出。方案三拉深、冲孔工艺很成熟，而且能保证零件的精确度。但相比方案二，工序多生产周期长，效率低。总的来说，方案二是最为适宜的，适合本产品的大批量生产。但也有不足，首先是模具复杂，模具寿命不高，工艺力相对较大，所选的压床较大。2.4、 主要工艺参数的计算2.4.1、 确定排样、裁板方案这里毛坯直径为238mm，属中型零件，考虑到排样方便，采用单排，由表2-17查得搭边数值 =2，1=1.5。进距 =+1=238+1.5=239.5，条料宽度 =+2=238+22=244。板料规格拟选用 1.52441000材料利用率为 =2382/2441000=72.9%2.4.2、计算各工序压力、选用压力机一、落料拉深工序（模具结构见图）落料力按下式计算（2-35）F1=1.3Dt 材料为10钢,所以由表8-7查得=255333MPa，取=320Mpa.F1=1.33.142381.5320=447KN 拉深力按下式计算（8-84）F2=DtbK6 /0.7 由表4-90查得K6=0.9 由表8-7查得b=294432。取b=420MPa所以F2=3.140.91.5420182/0.7=463KN 压边力按下式计算F=AP P查表4-82得P=2.53.0,取P=3.0则 F=3.03.14（2382-1822）/4=55.4KN卸料力按下式计算F卸=K卸F冲 K卸=0.040.05 取K卸=0.05所以F卸=0.05447=22.35KN。由于D-d凸=238-189=4922t=33 所以模具需用压边装置。考虑到落料拉深过程中的压力机滑块行程，虽然落料、拉深并不是同时作用，但压力机的许用压力应远远大于计算的理论压力。考虑到工艺性，选用闭式单点压力机，公称压力1600KN。型号为JC31-160A。二、冲孔、切边工序落料力按下式计算（2-35） F3=1.3Dt=1.33.141891.5320=285KN卸料力按下式计算F卸=K卸F冲 所以F卸=0.05285=14.25KN;冲孔力按下式计算（2-35）F4=1.3Lt=1.33.14（14.5+25）1.5320=78KN卸料力按下式计算F卸=K卸F冲 所以F卸=0.0578=3.9KN;F总=F3F4=285+78=363KN考虑到工作台面，最大封闭高度，可选用表9-3 开式压力机，公称压力400KN。三、冲圆侧孔、冲不规则侧孔工序冲圆侧孔力按下式计算（2-35）F5=1.3Lt=1.33.1441.5320=8KN卸料力按下式计算F卸=K卸F冲 所以F卸=0.058=0.4KN冲不规则侧孔力按下式计算（2-35） F6=1.3Lt=1.31.532039=24KN卸料力按下式计算F卸=K卸F冲 所以F卸=0.0524=1.2KNF总=F5+F6=24+8=32KN考虑到工作台面，最大封闭高度，可选用表9-3 开式压力机，公称压力160KN。在实际选用设备时，尚需考虑模具空间大小、工艺流程、设备负荷情况等因素，再作合理安排。2.5、编写冲压工艺卡片 工序工序说明加 工 草 图设 备型号名称0剪床下料1落料、拉深JC31-160A型闭式单点压力机2冲孔、切边400KN压力机3冲两侧孔630 KN压力机2.6、模具设计 根据确定的工艺方案和零件的形状特点、精度要求、所选设备的主要技术参数、模具制造条件以及安全生产等选定其冲模的类型及结构形式。下面仅讨论第一次工序所用的落料拉深复合模具的设计要点。其它各工序所用模具的设计与次相仿，不再叙述。2.6.1、模具结构形式的选择由于拉深件的高度较低，有可能不适合落料拉深复合模具，因为浅拉深时落料凸模（兼作拉深凹模）的壁厚强度不够。本例中凸凹模壁厚为b=119-92.5=26.5mm，能够保证强度，故采用复合模是合理的。 本落料、拉深复合模具采用如图所示的结构，即落料采用正装式、拉深采用倒装式。模座下的气垫兼作压边与顶件装置，上模有刚性卸料装置，该结构的特点是操作方便、出间畅通无阻，但拉深件用手工取出，生产效率受道一定的影响。考虑到所设计的模具的尺寸、装模方便、以及具体的情况，采用两侧布置的中间导柱圆形模架。2.6.2、模具工作部分尺寸和公差计算一、落料模： 圆形凸模和凹模，可采用分开加工。拉深前的毛坯取未注公差尺寸的极限偏差IT14，故落料件的尺寸公差为2380-1.150。由表2-31的公式进行计算D凹=（D-x）+凹=（238-0.51.15）0+0.045=237.42500.045式中 x=0.5 由表2-30查得。凹=+0.045，由表2-28查得。D凸=（D-X-2Cmin）-凸=（238-0.51.15-0.132）0-0.0030=237.2930-0.030式中 Cmin=0.066，由表2-23查得（同表查得Cmax=0.12）。凸=-0.030，由表2-28查得。|凹|+|凸|=0.045+0.030=0.07555mm在5mm长度内为0.04mm。（15）、导柱和导套的压入端圆角与圆柱面交接处的R=0.2mm的小圆角应在精磨后用油石修出。（16）、滑动和滚动的可卸导柱与导套的锥度配合面，其吻合长度和吻合面积均应在80%以上。 2.9模架技术要求（1）、组成模架的各零件的材料、尺寸、精度、表面光洁度和热处理等均须符合各零件的标准要求和本技术条件规定。（2）、装入模架的每对导柱和导套装配前须经选择配合，其配合要求应符合表10-70规定。（3）、装配后的模架，其上模座沿导柱上、下移动应平稳和无滞住现象。（4）、装配后的模架，其导柱固定端端面应低于下模座底面有0.51mm。（5）、模架的各零件工作表面不允许有影响使用的划痕，浮绣，凹痕、毛刺、飞边和微小砂眼和缩孔等缺陷。（6）、在保证使用质量的情况下，允许用新工艺方法（如环氧树脂，低熔点合金等）固定导套。 2.10对导柱、导套的要求及加工为保证导柱、导套的导向精度，除要求其配合部分尺寸精度外，还应保证配合表面间的配合精度，还应保证配合表面间的同心度，即导柱两配合表面以及导套内外表面间的同心度。导柱第一次装夹磨出表面保证同心度。导套先在内圆磨床上以外圆定位磨内孔，在固定在心轴上以外圆定位磨外圆，以保证内外表面间的同心度。2.11对上、下模座的要求及加工技术要求：（1）、上、下两平面应保持平行，平行度偏差不应超过规定的数值。（2）、安装导柱、导套的孔位置应一致而且要求孔与底面垂直。上、下模座通常用铸铁或铸钢作为毛坯，经过铣削加工后，在平面磨床上磨削上、下两平面，以保持其平行度。为保证安装导柱、导套的孔垂直底面，应磨好上、下平面后再加工孔。孔可在坐标镗床铣床或在专门的双轴镗孔机上进行。2.12 模具标准件的选用本模具所用的标准件有销钉、螺钉、导柱、导套。螺钉为圆柱头螺钉由表10-24 摘自GB70-76。其型号有M12100 4个 M1235-Q 4个 M16100 4个 M1270 4个为普通粗牙螺纹，材料为35钢，热处理硬度 HRC2838表面氧化的圆柱头螺钉。由表10-27（摘自GB119-76）选圆注销，其型号有： 12n650 4个 12n880 2个材料为35钢，热处理硬度为 HRC2838，经过了表面处理。由表10-40（摘自GB2861.2-81）选择B型导柱，所选的导柱有： B45h629075 B50h629075 材 料：20号钢GB699-88。 热处理：渗碳深度0.81.2淬火HRC5862。表面粗糙度为0.2（去除表面材料的加工方法）。 由表10-42（摘自GB2861.6-81）选择A型导套 ，所选的导套有： A45H714053 A50H714053 材 料：20号钢 GB699-88热处理：渗碳深度0.81.2 硬度 HRC5862。第三章 参考文献1 王孝培主编 冲压手册（第二版） 机械工业出版社2 李天佑主编 冲模图册 太原重型机械学院3 黄毅宏主编 模具制