汽车雨刷电机外壳冲压工艺及模具设计说明书

- 1 -目 录目 录 .- 1 -第一章 前言 .- 4 -第二章 工艺方案的制定 .- 1 -2.1 零件的工艺性分析 .- 1 -2.2 计算毛坯尺寸 .- 1 -2.3 拉深系数和拉深次数的确定 .- 3 -2.3.1 工件尺寸的确定 .- 3 -2.3.2 工序件高度 H 的确定 .- 4 -第三章 落料拉深模具的设计 .63.1 模具的结构形式 .63.2 冲压工艺计算 .63.2.1 排样、裁板方案 .63.2.2 计算冲压压力 .63.2.3 计算模具压力中心 .83.2.4 计算模具刃口尺寸 .83.3 模具结构的设计 .103.3.1 落料凹模 .103.3.2 拉伸凸模 .113.3.3 固定板的设计 .123.3.4 模座设计 .123.3.5 垫板的设计 .123.3.6 压边圈的设计 .123.3.7 凸凹模的设计 .133.3.8 卸料板的设计 .133.3.9 模架的设计 .143.3.10 压力机的选取 .143.3.11 模柄的选取 .153.3.12 模具材料的选定 .15第四章 第二次拉深模具的设计 .164.1 二次拉深方案的确定 .16- 2 -4.2 拉深力和压边力的计算 .164.2.1 拉深力的计算 .164.2.2 压边力的计算 .164.2.3 总压力的计算 .174.3 拉深模工作部分尺寸计算 .174.3.1 拉深凸凹模的间隙 .174.3.2 凹模工作部分深度的设计计算 .174.3.3 凸凹模横向尺寸及公差 .174.4 拉深模零件的设计和选用 .174.4.1 凹模的尺寸 .174.4.2 凸模的尺寸 .184.4.3 凸模的通气孔 .184.4.4 固定板的设计 .184.4.5 模座设计 .184.4.6 垫板的设计 .184.4.7 压边圈 .184.4.8 闭合高度的确定 .184.7.9 选择压力机 .194.4.10 模具材料的选定 .19第五章 第三次拉深模具的设计 .205.1 拉深模方案的确定 .205.2 拉深力和压边力 .205.2.1 拉深力的计算 .205.2.2 压边力的计算 .215.2.3 总压力的计算 .215.3 拉深模工作部分尺寸计算 .215.3.1 拉深凸凹模的间隙 .215.3.2 凹模工作部分深度的设计计算 .215.3.3 凸凹模横向尺寸及公差 .215.4 拉深模零件的设计和选用 .225.4.1 凹模的尺寸 .225.4.2 凸模的尺寸 .225.4.3 凸模通的气孔 .22- 3 -5.4.4 固定板的设计 .225.4.5 模座设计 .225.4.6 垫板的设计 .225.4.7 压边圈 .225.4.8 闭合高度的确定 .225.4.9 选择压力机 .235.4.10 模具材料的选定 .23第六章 第四次拉深模具的设计 .246.1 拉深模方案的确定 .246.2 拉深力和压边力 .246.2.1 拉深力的计算 .246.2.2 压边力的计算 .256.2.3 总压力的计算 .256.3 拉深模工作部分尺寸计算 .256.3.1 拉深凸凹模的间隙 .256.3.2 凸凹模横向尺寸及公差 .256.4 拉深模零件的设计和选用 .256.4.1 凹模的尺寸 .256.4.2 凸模的尺寸 .266.4.3 凸模通的气孔 .266.4.4 模座设计 .266.4.5 垫板的设计 .266.4.6 压边圈 .266.4.7 闭合高度的确定 .266.4.8 选择压力机 .266.4.9 模具材料的选定 .27参考文献 .28- 4 -前言虽然中国模具工业在过去十多年中的发展取得了令人瞩目的成就，但在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距，如精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高。许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量的从国外进口，目前我国模具设计制造水平在总体上要比德、美等国家落后许多，也比韩国、新加坡等国家落后。我国模具行业具有广阔的市场前景，只有那些能够把握机遇、开拓进取和能够生产高技术含量模具的企业，才能在竞争激烈的市场中占有一席之地。目前，已有越来越的人认识到模具在制造中的重要地位，认识到模具高技术水平的欠缺。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术方面的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展模具技术的研究和开发，相信中国模具行业在不远的将来，一定会在国际高端市场占有举足轻重的地位。随着国内的经济迅速发展，经济水平提高，汽车行业的未来很景气，人们对于汽车的安全性能更加重视，汽车的附属品也随着汽车行业的发展不断的提高要求。以经济、安全、方便为主。冲压工艺能够更好的大批量生产质量高的产品。模具设计与生产越来越成为现代加工业的重要组成部分，所以我选择做冲压工艺及模具设计。汽车刹车底板是旋转体成形件，是典型的冲压件，通过设计其冲压工艺，可以使我对冲压工艺的设计更加熟悉，提高对冲压工艺工序图、模具装配图、部件图、零件图的读图、绘图和设计能力，从而进一步提高分析和解决实际问题方面的能力，并加深对冲压成型的理解；通过设计其冲压模具，可以巩固所学的专业知识。- 1 -第一章 工艺方案的制定1.1 零件的工艺性分析如图 2-1 所示，汽车电机外壳的零件图，材料为 08 钢，生产量大。从图 2-1 中可以看出，该零件属于带法兰的阶梯圆筒形拉深件。采用冲压工艺成形，关键在于确定拉深次数。由于零件带有法兰，应根据实际判断零件属于窄法兰边零件还是宽法兰边零件，从而进行计算。从材质看 08 钢属于普通碳素结构钢，其含碳量低，塑性、韧性好，抗剪强度为 260360Mpa，抗拉强度为330450Mpa，有利于各种工序的加工。总的来说，该零件的冲压工艺性良好。1.2 计算毛坯尺寸因为零件外形不是简单几何图形，而是由简单几何图形组合的，因此可将零件图分解如图 2-2 的 5 个不同的几何形状，分别计算各几何形状的表面积。计算图（2.2）中（1）的面积得：A = = 631.14 1214d26470.32m式中 ： d圆环的外直径 ；md 圆环的内直径 ；1计算图（2.2）中（1）的面积得A = = =1420.536 2rdr45461.352. 2m式中 ： r球环半径 ；md球环外直径 ；计算图（2.2）中（3）的面积得A = dh= =10173.6 3 60542m计算图（2.2）中（4）的面积得12.083 2212 )3456()(dhl 2m= = =1631.424A2108.计算图（2.2）中（5）的面积得= =80 mm2210)(dhd 221)34(3= =50245A480m所以毛坯的面积- 2 -=631.14+1420.54+10173.6+1631.42+5024 =18880.754321AA 2m考虑修边余量扩大 5%计算毛坯直径的=158.9mm14.3057805.140 D图 2.1)1( )2()3()4( )5(图 2.2- 3 -1.3 拉深系数和拉深次数的确定（2.1）4.1507dt式中：d 法兰的外直径；td直筒外径；由上式知制件的法兰边很小，可当作直筒件来拉深，只在倒数第二道工序拉深出法兰边或锥形法兰，在最后一道工序中进行整形即可。毛坯的相对厚度为： （2.2）258.10591Dt式中：t毛坯的厚度；D毛坯的直径；总拉深系数为： = （2.3）总m316.058d式中：d直筒外径；D毛坯的外径；由坯料的可初步确定拉深系数的范围为：m1=0.500.53 m2=0.750.76 m3=0.780.79 m4=0.820.84可见 m 总 m1，所以工件不可能一次拉深成型。试取 m1=0.53 m2=0.76 m3=0.79由于 m1 m2 m3=0.53 0.32 m 总79.06故此制件可在三次拉深后完成。由于以上的拉深系数都比较接近极限拉深系数，在每次拉深时都有可能引起凸模圆角部分过分变薄，而转到下一次拉深工序中的筒壁上，从而降低了制件的质量，所以正常生产中都应有安全储备，加大拉深系数，改为四次拉深。根据式：m 1- m m2 n式：m m 总 n最终取 m10.56 m2=0.79 m3=0.83 m4=0.921.3.1 工件尺寸的确定各次拉深后工件的直径尺寸为：d = m1 D=0.57 159=90.06 （mm ）90d = m2 d =0.79 90.06=67.545 （mm）67d = m3 d =0.83 67.545=52.685 （mm）53各次拉深后工件圆角半径：拉深时，平面凸缘区的材料经过凹模圆角流入凸、凹模间隙。如果凹模圆- 4 -角半径过小，则材料流入凸、凹模间隙时阻力和拉深力太大，将使拉伸件表面产生划痕，或使危险断面破裂；如果圆角半径过大，则材料在流经凹模圆角时会产生起皱。首次拉深的凹模圆角半径可由下表 1 选用。表 1 首次拉深的凹模圆角半径 r d毛坯相对厚度 0Dt拉深方式2.01.01.00.30.30.1无凸缘件拉深带凸缘件拉深（46）t（610）t（68）t（1015）t（812）t（1520）t由上表可查取：r =（46）t=8 12 r 12mm1d 1d以后各次拉深的凹模圆角半径可按下式取值： r =（0.60.8）r （ i=2，3，n） (2.4）di 1di由上式计算得：r =（0.60.8）r =7.29.62d1取：r =9mmr =（0.60.8）r =5.47.23d2d取:r 6mm拉伸时，若凸模圆角半径过小，拉深过程中危险断面易产生局部变薄，甚至被拉破。凸模圆角半径过大，拉深时底部材料的承压面积小，容易变薄。首次拉深的凸模圆角半径为 r =（0.71.0）r 8.412 （2.5）1p1d取 r =10mm1p中间各次拉深的凸模圆角半径由下式计算：r =0.5（d -d -2t） （2.6）1pi1ii所以 r =8mm； r =4mm；2p3p计算各次拉深后半成品的底角半径：r = r + （2.7）ipi2tr =10+1=11mm1r =8+1=9mm2r =4+1=5mm31.3.2 工序件高度 H 的确定 各次拉深后工件的高度尺寸为：= + （2.8）1h125.0dD1132.0.rdr- 5 -=0.25 132.09143.09152 =52.07mm= （2.9）2h 222.0rdrdD=0.25 93.067943.067159=76.81mm= （2.10）3h 3332 2.0rdrdD=0.25 5.054.05192 =108.62mm式中： ， ， 各次拉深半成品的拉深高度；1h23， ， 各次拉深半成品的直径，d=90mm， =68mm， =53mm；123dD毛坯直径； D=159mm 。济南大学泉城学院毕业设计6第二章 落料拉深模具的设计2.1 模具的结构形式由于复合模采用倒装结构操作简单，能装自动挡料装置，既能提高生产效率又能保证安全生产。因此此复合模采用倒装结构。2.2 冲压工艺计算3.2.1 排样、裁板方案查表 2.84，确定搭边值。当 时，搭边值 a=1.5mm， 。2tmma5.1排样是指冲件在条料上的布置方法，其原则是尽量减少工艺余料，提高材料的利用率，提高经济效益，此次冲压中选用单排排样的方法。一个进距内的材料利用率 为：= （3.1）%10BhnA%105.6249=76.33%式中： A冲裁件的面积（mm ） ；2B条料宽度（mm） ；n个进距内的冲件数目；h进距（mm） ；3.2.2 计算冲压压力冲裁力公式为 F 总 = F 落 + F 拉 + F 推 + F 卸 + F 压(1) 落料冲裁力 F 落F 落 =KLt =1.3 （3.2）3201594.3济南大学泉城学院毕业设计7=415.38KN 式中：k安全系数，一般选取 1.3；L冲裁件的轮廓周长，L= ；Dt材料厚度；t=2mm材料的抗剪强度，08 钢为 320MPa；(2) 拉深力 F 拉用压边圈的第一次拉深力F 拉 = =3.14 92 2 350 0.8 （3.3）1ktdb=161.77KN式中：d 筒形件第一次拉深的直径，根据料厚中线计算（mm） ；1t材料厚度；材料的抗拉强度，此处取 350 Mpa；bk 系数，查表取 0.8；1(3) 压边力的计算：因为 ，所以应该使用压边圈。258.1059Dt= = （3.4）压FPdD145.29014.5.32=33.72 kN 式中：D 落料凹模的外径尺寸；1D 拉深凹模的外径尺寸；2P单位压边力，此处依经验取 2.5；(4) 卸料力的计算：F 卸 =K 缷 F 落 =0.06 415.38 （3.5）=24.92 kN 式中：K 缷 卸料力系数，查表为 0.06；F 落 落料时冲裁力（5）推料力的计算：F 推 =nK 推 F 落 =1 0.055 415.38 （3.6）=22.85 kN式中：K 推 推料力系数，查表为 0.055；n凹模内料的个数；(6) 总冲压力 F 总F 总 = F 落 + F 拉 + F 推 + F 卸 + F 压 =415.38+161.77+22.85+24.92+33.72 (3.7)=658.64 kN济南大学泉城学院毕业设计83.2.3 计算模具压力中心由于该零件形状是简单的圆形，所以压力中心为圆心。3.2.4 计算模具刃口尺寸（1） 、落料凸、凹模的刃口尺寸在冲裁过程中，凸凹模的刃口尺寸及制造公差直接冲裁件的尺寸精度。落料时落料件的外径尺寸等于凹模的内径尺寸，所以落料模应以凹模为设计基准，间隙由减小凸模的尺寸来取得。因为在冲裁过程中，凹模半径越来越小，凸模半径越来越大，所以在设计凸、凹模时应选取最小的合理冲材间隙。冲裁间隙可由表 3.1 选取。表 3.1 冲裁模初始双面间隙08、10、35、Q235、9Mn2V材料厚度 mtZ minZ max1.752.02.10.2200.2460.2600.3200.3600.380由上表可查取 Z =0.246 Z =0.360minmax以分开加工的方法计算刃口尺寸，计算刃口尺寸时需先查取制造公差 、p值。制造公差 、 值可由表 3.2 查取。dpd表 3.2 冲裁时的制造公差基本尺寸 凸模公差 p凹模公差 d303080801201201800.0200.0200.0250.0300.0250.0300.0350.040由上表 3.2 可查取 =0.030 =0.040pd因为 ，所以符合分开加工的条件。此零件的公差等级minaxZdp为 IT14 级，公差 =0.74 mm。落料凹模的刃口尺寸为：D =（D - ） （3.8）dmaxd0=（159+0.74-0.5 ）74.0.济南大学泉城学院毕业设计9=159.37 04.落料凸模的刃口尺寸为：D =（D - Z ）=（D ） （3.9）pdminminaxZ0p=（159+0.74-0.5 ）246.7.03.=159.124 03.式中：D 、D 分别为凸模、凹模的基本刃口尺寸；pdD 落料件的最大极限尺寸；max 落料凹模的制造公差， （mm） ；d 落料凸模的制造公差， （mm） ；p 磨损系数，其值在 0.51 之间，取系数 x=0.5；x 工件的制造公差， （mm） ；Z 最小合理间隙， （ mm） ；min（2） 、拉深凸、凹模的刃口尺寸拉深模的凸、凹模间隙对拉深件质量和模具寿命都有重要的影响。间隙取值较小时，拉深件的回弹较小，尺寸精度高，但拉深力较大，凸、凹模磨损较快，模具寿命低。间隙值过小时拉深件的筒壁将严重变薄危险断面容易破裂。间隙取值较大时，拉深件筒壁的锥度较大，尺寸精度低。因此，拉深模的设计须选取合适的凸、凹模间隙。凸、凹模间隙可由表 3.3 查取。表 3.3 拉深凸、凹间隙总拉深次数3 4各次拉深的凸、凹模间隙mm1 2 3 1、2 3 41.2t 1.1t 11.05t 1.2t 1.1t 11.05t由表 3.3 可查取第一、二次拉深的凸、凹模间隙为：Z 1.2t=2.4mm ；2.1第三次拉深的凸、凹模间隙为为：Z =1.1t=2.2mm；3第四次拉深的凸、凹模间隙为为：Z =11.05t=22.1mm ；4对于电机外壳这种以内形尺寸为主的拉深件应当以凸模为基准，先确定凸模的工作尺寸，然后通过增大凹模尺寸保证凸、凹间隙。在计算拉深凸、凹模的工作尺寸时，首先在表 3.4 中查取拉深凸、凹模的制造公差。济南大学泉城学院毕业设计10表 3.4 拉深凸、凹模制造公差拉深件直径 d/mm2020100材料厚度 t/mm dpdp5.100.040.060.020.040.050.080.030.05由表 3.4 可查取： =0.08 =0.05dp拉深对于首次和中间各次拉深，半成品的尺寸无需严格要求，凸、凹模的尺寸可按下式来计算： D =（D -Z） （3.10）pii0pD =D （3.11）did可以计算出：D =90 ； D = 67 ； D =52 ；1d08.208.3d08.D =90.6 ； D =67.6 ； D =52.8 ；p5.p5.p5.末次拉深的凸、凹模的工作尺寸由下式计算：D =（d +0.4 +Z） （3.12）4mind0D =（d +0.4 ） （3.13）piP可以计算出：D =48.008 ； D =48.0084d08.405.式中：D 拉深凹模的基本尺寸，mm；iD 拉深凸模的基本尺寸， mm；pid 拉深件内径的最小极限尺寸，mm；minD 首次和中间各次拉深半成品外径的基本尺寸， mm； 工件的制造公差，此处取 0.74（mm） ；、 凹、凸模的制造公差，mm；dpZ拉深模间隙，mm； 2.3 模具结构的设计3.3.1 落料凹模(1) 凹模的厚度凹模的厚度根据冲裁力大小，为保证模具的强度及冲压的顺利完成，凹模的厚度必须大于制件的高度，取 H =97mm。a(2) 凹模的刃壁形式因为此复合模具结构简单，废料是逆冲压方向被推出的，结合表 14-7 选择济南大学泉城学院毕业设计11凹模的刃壁形式为序号 6 的形式 5。(3) 凹模的外形尺寸由 3.1 中计