轴承防护盖冲压工艺及模具设计

轴承防护盖的冲压工艺及模具设计摘要：此次的设计内容是轴承防护盖的冲压工艺及模具设计。这次设计是对我的一次考量，利用四年所学专业知识的积累进行一次系统的分析与设计。在我查阅大量相关资料的情况下，对于轴承防护盖的冲压工艺选取采用冲孔、落料、胀形级进冲压以达到生产效率高、模具成本低的目的。在设计时我考虑的主要工序内容包括：1.冲压工艺的分析与计算;2.模具结构的确定;3.模具装配图及零件图的绘制。这次设计不同于以往其他人的设计，我在冲压工艺分析方面融入书本知识以及结合国内外研究情况，选取了一套生产率极高的级进模生产方案。在这个工艺路线的确定下，对模具总体结构方案进行确定；对冲压工艺参数进行计算。在这一系列的工作下，锻炼了我熟练使用AutoCAD绘图软件的能力，让我在模具设计，模具选材，模具成型工艺分析，以及资料检索方面获得综合训练和提高。在这次设计中我简化了模具设计的复杂工序，提高了模具的使用寿命和生产效率，和以往相比是很大的进步。这次设计我遇到了一些困难，在老师的帮助下，在阅读大量书籍的努力下，保质保量的完成轴承防护盖的冲压工艺及模具设计任务。关键词：模具，设计，冲压，轴承防护盖IStampingProcessandDiedesignforBearingcoverAbstract:Thebearingprotectingcoverstampingprocessanddiedesigniscontent.Itisaconsiderationformetousethefourlearnedprofessionalknowledgeaccumulationofasystemanalysisanddesign.Iconsultedalotofinformation,fortheselectionofbearingprotectivecoverstampingprocesswithpunching,blankingandbulginglevelprogressivestampingtoachievehighproductionefficiency,lowcostofmould.InthedesignIconsiderthemainprocessesincluding:1.stampingprocessanalysisandcalculation;2.moldstructure;3dieassemblydrawingsandpartsdrawing.Thedesignisdifferentfromthedesignofotherpeople,Iusethebookknowledgeandthecombinationofdomesticandforeignresearchsituationinthestampingprocessanalysis,selectedahighproductivityofprogressivedieproductionscheme.Inthisprocessline,theoverallstructureofthemoldisdetermined,thestampingprocessparametersarecalculated.Inthisseriesofwork,IcanexercisemyskilledabilitytouseAutoCADdrawingsoftwareandimproveaccesstocomprehensivetraininginmouldmaterial,mouldinjectionmoldingprocessanalysisanddataretrieval.Ihavesimplifiedthecomplicatedprocedureofthemoulddesign,andimprovedtheservicelifeofthemouldandtheproductionefficiency,itisalotofprogresscomparedwiththebefore.Iencounteredsomedifficulties,underthehelpoftheteacherandlookplentyofbooks,thequalityandquantityofthecompletebearingprotectivecoverstampingprocessanddiedesigntask.Keywords:Die,Design,Stamping,Bearingprotectioncover目录1绪论.11.1冲压的概念.11.2冲压工序的分类.11.3冲压工艺的特点及应用.11.3.1冲压工艺的主要特点.11.3.2冲压工艺的应用.21.4冲压技术的现状与发展方向.21.4.1我国冲压技术的现状.21.4.2冲压技术发展方向.21.5轴承防护盖的作用.32.1零件分析.42.2零件材料.42.3零件结构形状.52.4零件的精度和粗糙度.52.4.1精度的确定.52.4.2粗糙度的确定.62.5工艺路线的制定.63确定模具总体结构方案.73.1模具结构的确定.73.1.1送料方式的确定.73.1.2卸料方式的确定.73.1.3出件方式的确定.83.1.4定位方式的确定.83.1.5导向方式的确定.94冲压工艺设计计算.104.1排样设计.104.1.1直排和多排的选择.104.1.2方案一：直排.104.1.3方案二：多排.154.1.4排样最佳方案选择.184.2压力中心的确定.194.3凸模与凹模刃口尺寸计算.19I4.3.1尺寸计算原则.194.3.2凸、凹模刃口尺寸计算.194.3.3绘制凹、凸模具刃口尺寸图.224.4冲压工艺力计算.234.4.1胀形力的计算.234.4.2冲裁力的计算.244.4.3卸料力、推件力和顶件力的计算.254.4.4压力机公称压力的确定.264.5冲压设备的选择.275设计选用模具零、部件和模具总装草图.285.1送料步距的设计.285.2模架选择.295.2.1上模座的选择.295.2.2下模座的选择.305.2.3模柄的选择.305.3导柱、导套的选择.305.4固定板设计.305.5垫板的设计.315.6紧固件的选择.315.6.1螺钉的选择.315.6.2销钉的选择.316绘制模具装配图和工作零件图.326.1绘制模具总装配图.32参考文献.34致谢.35附录.3601绪论1.1冲压的概念冲压是指靠压力机和模具对冲裁件施压，产生分离或塑性变形，获得所需零件的尺寸和形状的一种加工方法。合理的冲压工艺、先进的模具和高效的冲压设备是决定冲压质量、精度和生产效率的关键因素，被称为冲压加工的三要素。1.2冲压工序的分类分离工序与成形工序是冲压加工工序的两大类型，这些单独的工序可以完成一部分零件的加工，但很多时候，仅仅依靠单独的工序往往满足不了加工零件的要求，所以要采用组合形式的加工工序进行设计加工。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)可实现自动化加工，材料利用率高，简单便捷。(2)生产效率高、节约能源和原材料。(3)冲压产品形状不易变形，尺寸稳定。(4)冲压产品互换性好，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，如汽车行业、电子行业以及日常生活用品中处处可见冷冲压产品。1.4冲压技术的现状与发展方向11.4.1我国冲压技术的现状截止到目前，我国的冲压加工、冲压模具设计与欧美发达国家相比存在一些问题，集中表现在我国重工业发展缓慢，对于冲压基础理论及成形工艺掌握的不够彻底、实际操作水平得不到提高从而导致模具设计和模具制造工艺落后、模具专业化水平低等。所以相比其他发达国家，我国的冲压模具在寿命效率、效率、加工精度、生产周期等方面还远落后于他们。1.4.2冲压技术发展方向近些年随着我国工作重心的转变和相关企业的变形，我国引进了相关先进设备又有大量人才的涌入，为我国冲压加工的发展带来了很好的前景。21世纪伴随着计算机技术和制造技术的迅速发展，我国冲压模具制造业出现一片繁荣的景象，已经自主研发模具设计与制造技术，由手工设计、依靠人的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。虽然我国的模具工业和技术和过去相比得到了飞速发展，可仍然存在一些问题，在发展中逐渐解决问题，一步一个脚印的推进我国模具工业的发展。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：(1)延长模具的使用寿命，简化模具设计的复杂工序。(2)掌握快速成形模具制造的技术。(3)研究和开发模具的抛光技术和设备。(4)研究和开发新的成形工艺和模具。1.5轴承防护盖的作用轴承防护盖是一个非常重要且应用广泛的机械零件，它作为轴承的辅助装配体起到了至关重要的作用。(1)防尘和密封。22冲裁件的工艺性分析2.1零件分析冲裁件的工艺性分析是从冲裁件的材料、形状、尺寸精度方面分析，考虑是否符合冲裁加工的工艺要求。零件名：轴承防护盖材料：Q235钢料厚：1.5mm大批量生产2.2零件材料由图2.1分析可知：Q235钢为普通碳素钢，具有良好的塑性，适合冲裁加工。2.3零件结构形状图2.1轴承防护盖3由图2.1可知，所需加工零件的结构简单，形状对称，中心为胀形，四个小圆均匀分布在圆周上，孔与边缘的距离满足要求，料厚为1.5mm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精度的确定冲裁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。由于没有给出设计公差可由表2.1中数据知，按IT13级选取公差值。附表是冲裁件公差与配合。由于材料料厚度t=1.5mm，加工零件的尺寸为200mm，则标注应为，冲孔的标注分别为，由表2-2知中心圆孔与分布小m207.m1247.0圆孔间的孔心距标注为。20.5普通冲模高级冲模孔距尺寸/mm孔距尺寸/mm料厚/mm5000.0500.070pdpd、4d表4.4系数xp表4.3冲裁时凹凸模的制造公差17非圆形圆形10.750.50.750.5材料的厚度/mm工件公差/mm40.300.310.590.600.300.30料厚t=1.5mm，结合式（4-11）（4-16）以及表4.3、表4.4、附表数据可得：1）落料：m240.axZm132.0inZ03.pm045.d75.0x校核间隙：，故符合条件。inmax75.4.Zdp将已知和查表的数据代入公式，即得2）冲孔：冲直径为孔m1420.maxZ132.0inZm02.pm02.d75.0x校核间隙：，故符合条件。inax4.Zdp将已知和查表的数据代入公式，即得m20.127.0minpxdp33idZm45.1972.0maxdDd1419.inpZdp183）凹模孔心距尺寸4.3.3绘制凹、凸模具刃口尺寸图m25.082minLd图4.1落料刃口尺寸与公差图4.2冲孔刃口尺寸与公差194.4冲压工艺力计算4.4.1胀形力的计算（1）判断能否一次胀形成型：计算侧壁胀形的胀形系数，该胀形系数：04.1520maxdK依据Q235钢的极限胀形系数，该加工零件的胀形系数是1.04，小于极限胀形系2.maxK数，则可一次胀形成型。（2）计算胀形单位压力P：MPadtz68.2452.1371.max式中：P胀形单位压力，MPa;胀形变形区真实应力，取，MPa;zbz胀形最大直径，mm；maxdt材料厚度，mm.(2)计算胀形力胀形时，其胀形力可按下式计算：NAPF04.159401.368.24胀4.4.2冲裁力的计算冲裁力是指冲裁时凸模冲穿板料所需的压力。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：4-17bKLt20式中，冲裁力，N；F冲裁周边长度，mm；L材料厚度，mm；t材料剪切强度，MPa；b安全系数。K系数K是考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取。3.1力学性能材料名称牌号材料状态抗剪强度MPa/抗拉强度a/b屈服点MPa/s伸长率%/Q1952553143153901952833Q2353033723754602352631普通碳素结构钢Q275未退火392490490610275152008F2303102753801802730082603602154102002720280400355500250243540052049063532019碳素结构钢45退火44056053068536015查上表可得，故取最大值372MPa。MPa3720b又因为m72.8124041dDL故冲裁力4.4.3卸料力、推件力和顶件力的计算（1）卸料力从凸模上卸下箍着的料所需的力叫卸料力，其计算公式为表4.5冲压常用黑色金属材料（部分）的力学性能N58.03.159bKtF胀21NFKX214.6758.03（2）推件力将卡在凹模内的料顺裁方向推出所需要的力叫做推件力，其计算公式为NFnKT156.278428.03（3）顶件力逆着冲裁件方向将料从凹模内顶出所需要的力一般叫做顶件力，其计算公式为NFKD952.3488.06式中，分别为卸料力、推件力、顶件力系数，见下表（4.6）；DTXK、同时卡在凹模孔内的冲件（或废料）数；nthn/凹模洞口的直壁高度，mm；h材料厚度，mm。t料厚m/tXKTKD0.10.0650.070.50.0450.0550.0630.040.050.0550.030.040.0450.05钢6.50.020.030.0250.03铅、铝合金0.0250.080.030.07纯铜、黄铜0.020.060.030.09表4.6卸料力、推件力和顶件力系数224.4.4压力机公称压力的确定压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力，即压FZF4-18Z由于采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模，故故所以4.5冲压设备的选择因为，即公称压力不是很大，故可选公称压力相对中等类型的N89.7341ZF压压力机，可查下表：材料厚度m/t刃口高度m/h0.540.5.0151.02.562.56.086.0表4.7凹模孔口形式及主要参数XTZFFN89.7341ZF压89.7341214.6715.2768450表4.8开式双柱可倾压力机主要技术参数23型号主要技术参数J23-6.3J23-10J23-16J23-25J23-40J23-63J23-100公称力/KN631001602504006301000滑块行程/m354565100130130130滑块行程次数/1in.170145120105455038最大闭合高度/150180220270330360480最大装模高度/120145180220265280380连杆调节长度/303545556580100前后200240300370460480710工作台尺寸/m左右3103704505607007101080厚度303540506580100垫板尺寸/孔径140170210200220250250直径30304040505060模柄孔尺寸/深度50556060708075最大倾斜角度/()45353530303030查表可选得，开式双柱可倾压力机：型号为J23-100，公称力1000，KN滑块行程130，m滑块行程次数38，1in.最大闭合高度480，最大装模高度380，连杆调节长度100，工作台尺寸前后710，m工作台左右尺寸1080，垫板厚度尺寸100，垫板尺寸孔径250，模柄孔尺寸直径60，模柄孔尺寸深度75，m最大倾斜角度30。245设计选用模具零、部件和模具总装草图5.1送料步距的设计该副模具选用凹模上12的孔做为导正销的导正孔.挡料销与导正销的中心距为：式中：s送料步距；落料凸模直径；TDD挡料销头部直径；挡料销与落料凸模的中心距。1s、5.2模架选择该模具采用对角导柱模架，可以防止模具歪斜。以凹模周边尺寸为依据，选择模架规格凹模厚度；mkbH1025.凹模宽度；cB3凹模长度；L=500mm凹模轮廓尺寸；500mm250mm100mm5.2.1上模座的选择根据凹模周界L=500mm、B=230mm查表得“对角导柱上模座50025050GB/T2855.5”。5.2.2下模座的选择根据凹模周界L=305mm、B=218mm查表得“对角导柱下模座50025060GB/T2855.6”。5.2.3模柄的选择通过以上设计，决定采用压入式模柄。压力机模柄孔的尺寸为60mm75mm，则该副mDssTT1.05.2601.021.02125模具的模柄选择应比压力机模柄孔尺寸小，查表得“A60120JB7646.194”。5.3导柱、导套的选择导柱、导套的尺寸规格根据所选标准模架和模具实际闭合高度确定。2HhHL下模垫上模闭=（50+50+200+100+60-4）mm=456mm式中：H上模上模座的厚度，H上模=50mm；H垫垫板的厚度，H垫=50mm；L凸模的长度，L=200mm；H凹模的厚度，H=100mm；H下模下模座的厚度，H下模=60mm；H2凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=4mm。由以上计算可知道该副模具的闭合高度为456mm，可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-100的最大装模高度（480mm），可以使用。根据模具的闭合高度查表得可得到导柱d/mmL/mm分别为50240，55240GB/T2861.6；导套d/mmL/mmD/mm分别为5015053，5515053GB/T2861.6。5.4固定板设计根据上述可知,由计算凸、凹模轮廓尺寸可知:凹模厚度H=100mm,所以凸模固定板的厚度为h1=1000.8=80取h1=80mm凹模长度L=500mm，所以凹模固定板的长度为500mm；凹模的宽度B=250mm，所以凹模固定板的宽度为250mm。根据上述可知,凸模固定板的尺寸要和凹模固定板的尺寸相同。所以该固定板的尺寸为500mm250mm80mm，材料选用Q235。5.5垫板的设计垫板的厚度一般凹模厚度的0.3-0.5倍,其平面尺寸可与凹模卸料板外形尺寸相同,但应还考虑紧固螺钉及销钉的位置.垫板的厚度H2=H0.5=1000.5=50mm；26凹模的长度L=500mm,所以垫板的长度L2=500mm；凹模的宽度B=250mm,所以垫板的宽度B2=250mm。一般垫板采用的材料为铸铁HT250或铸钢ZG310-570，所以该垫板的尺寸为500mm250mm50mm，材料选用HT250。5.6紧固件的选择冲模紧固零件是连接冲模上其他各部分的重要零部件，它使冲模上各部件保持稳定，保证冲压工件的顺利进行，常用的冲模紧固零件主要包括螺栓、螺钉、螺母和圆柱销等。5.6.1螺钉的选择螺钉的规格应根据冲压力的大小凹模厚度、上下模座厚度等确定，根据设计要求选用螺钉的规格为M10，现选取一个螺钉的公称长度为48mm、性能等级为8.8级、表面氧化为A级内六角圆柱头销钉可标记为“螺钉GB/T70.1M1045”。5.6.2销钉的选择根据设计要求，选用的销钉的公称直径d=8mm，长度根据冲压工艺力大小和凹模厚度等确定，现选取一个销钉的公称长度为40mm。材料为45刚热处理硬度2838HRC、表面氧化处理的A型圆锥可标记为“销GB/T117840”。276绘制模具装配图和工作零件图6.1绘制模具总装配图详细见图纸。6.2绘制主要零件图详细见图纸。28总结在指导老师的帮助下，经过三个多月的努力，终于完成了毕业设计的任务。本次设计是对大批量生产轴承防护盖盖冲孔落料模，经过本次设计，使我对模具设计有了更多的了解和认识。在设计过程中，运用了四年学过的机械加工相关知识，逐步提高了我的理论水平、构思能力和CAD绘图能力，提高了自己分析问题和解决问题的能力。此次设计的这段时间里，我收获颇多，现总结如下：（1）单一依靠大学书本上的知识不足以完成设计，必须去查阅相关资料，去积累和储备知识，明白了学无止境的道理，也懂了坚持的道理，自己能完成毕业设计感到很欣慰。（2）做毕业设计是对于四年专业知识的回顾，知道了自己哪一方面比较薄弱，也知道要把理论运用到实际中很难，自己在三个月的时间里发现问题、解决问题，很大方面锻炼了自己的能力，提高了专业性能。（3）做毕业设计是对计算机办公软件和CAD等软件的回顾，提高了对办公软件的熟练度，也提高了自己的绘图能力，为进入社会做好了从事相关工作的准备。回顾这三个月，在韩老师的帮助下，付出了很大的努力终于完成了这次的毕业设计。当然，在这次设计中，我学到了很多新的知识，提高了绘图能力，锻炼了思维，运用了技巧，这是一次很宝贵的锻炼机会。在设计中可能存在一些不足还望老师指点批评。29参考文献1翁其金，徐新成.冲压工艺及冲模设计M.北京：机械够工业出版社，2004.7（5681）2齐卫东.简明冲压模具设计手册M.北京：北京理工大学出版社，2010.8（3641）3蒙以嫦，梁艳娟.冲压模具设计与制造M.北京：北京理工大学出版社，2010.4（6569）4韩永杰.冲压模具设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.2（4550）5郝滨海.冲压模具简明设计手册M.北京：化学工业出版社，2009.3（3234）6周玲.冲模设计实例详解M.北京：化学工业出版社，2007.1（523）7郭纪林，余桂英.机械制图M.大连：大连理工大学出版社，2005.8（261）30致谢毕业设计是检验大学生对于专业知识以及相关专业软件的运用程度，是对以前所学知识的一次综合运用。这既是对自己学习的检验，也使自己能力得到锻炼，更为以后走上工作岗位打好专业实践基础。通过这次毕业设计，不仅帮助我具体运用和巩固了冲压工艺及冲模设计及相关课程的理论知识，了解了冲压的一般方法和程序，还训练了我查阅相关技术资料（如冲压工艺及冲模设计、冲压模具设计与制造等）的能力，使我能够熟练运用有关资料及手册，熟悉有关国家标准、规范，在使用经验数据，进行估算等方面接受全面训练。通过这次毕业设计，让我对以前感到困惑的知识点有了更清楚的认识和理解。这次毕业设计是在韩海军老师的指导下，顺利完成了对轴承盖的冲裁工艺及模具设计。在此，我对指导老师表以真诚的感谢！31附录附表标准公差数值（摘自GB/T1800.3-1998）标准公差等级基本尺寸/mmIT1IT2IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14IT15IT16IT17IT18大于至mm30.81.22346101425406050.40.611.43611.52.54581218304870.480.751.21.861011.52.5469152236589060.510181.2235811182743701100.180.270.42.718301.52.546913213352841300.210.330.520.830501.52.54711162539621001600.250.390.65080235813193046741201900.30.460.741.21.934.6801202.5461015223554871402200.350.540.85.41201803.55812182540631001602500.40.6311.62.546.31802504.571014202946721151852900.460.721.151.8250315681216233252811302103200.520.85.28.1315400791318253657891402303600.570.85.78.94005008101520274063971552504000.630.971.552.546.39.732500630911162232447011017528044052.84.4711630800101318253650801252003205000.81.2523.25812.58001000111521284