摩托车侧盖前支承冲压工艺分析与冷冲模设计

xxxxxxxx 大 学毕 业 论 文（设计）论文题目 摩托车侧盖前支承冲压工艺分析与冷冲模设计 姓 名 xxxxxx 学 号 xxxxxx 院 系 xxxxx 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 xxxxx 职 称 xxxxx 中国合肥二o一 五 年 五 月目 录摘 要1引 言2第一章、冲裁件的工艺性分析31.1.冲裁件的结构工艺性31.1.1.冲裁件的形状31.1.2.冲裁件的尺寸精度4第二章、制件冲压工艺方案的确定42.1.冲压工序的组合42.2.冲压顺序的安排5第三章、制件排样图的设计及材料利用率的计算53.1.展开尺寸的计算53.2.制件排样图的设计63.2.1.搭边与料宽63.3.材料利用率的计算8第四章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心84.1.冲压力的计算84.2.压力中心的计算104.3.压力机的选用12第五章、凸、凹模刃口尺寸计算125.1.凸、凹模刃口尺寸计算方法125.1.1.凸模和凹模分开加工125.1.2.凸模和凹模配合加工125.2.弯曲模计算145.3.压包模计算15第六章、模具整体结构形式设计156.1.落料模结构形式：156.2.弯曲模的结构形式166.3.压包模的结构形式17第七章、模具零件的结构设计187.1.落料凸凹模的设计187.2.落料凹模的设计187.3.冲孔凸模的设计19第八章、模具的总装配（以落料冲孔模为例）20设计小结21致 谢21参考文献2125第 25 页 共 28 页摩托车侧盖前支承冲压工艺分析与冷冲模设计摩托车侧盖前支承冲压工艺分析与冷冲模设计作者：xxxxx 指导老师：xxxxx（xxxx大学工学院 2011机制 合肥230036）下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外，有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。摘要:随着模具制造的技能化逐步向科学化发展，逐渐由以前手动方式发展为利用软件等高科技方式来辅助设计的完成。冷冲模是其中的一种。熟练查阅相关技术资料。掌握模具设计与制造的基本技能，如制件工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。冲压工艺与模具设计应结合工厂的设备、人员等实际情况，从零件的质量、生产效率、生产成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全性各个方面综合考虑，选择技术先进、经济合理、使用安全可靠的工艺方案和模具，以使冲压件的生产在保证达到设计图样上的各项技术要求，尽可能降低冲压的工艺成本和保证安全生产。关键词：工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算引言：冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。 冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。 因此，冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。1、冲裁件的工艺性分析 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大的影响。1.1.冲裁件的结构工艺性 1.1.1.冲裁件的形状图1.零件及尺寸弯曲件形状简单，适用模具批量生产，零件材料Q215钢，属于一种碳素钢，厚度t=1.5mm，产品材料性能分析如下：化学成分：C：0.09-0.15Mn：0.25-0.55 Si：0.30 S：0.050（A级）0.045（B级）P：0.045 力学性能：屈服强度215抗拉强度（b/MPa）：335-450抗剪强度（b/MPa）：260-340 伸长率（5/%）： 主要特性：具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能，但强度低。1.1.2.冲裁件的尺寸精度冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量，根据零件图上的尺寸标注及公差，可以判断属于尺寸精度为IT12IT14的经济级普通冲裁。2、制件冲压工艺方案的确定2.1.冲压工序的组合 冲裁工序可以分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。冲裁方式根据生产批量与冲裁件尺寸形状的适应性和模具制造安装调整的难易和成本的高低等因素确定。 综合分析，在满足冲裁件质量与生产率的要求下，选择复合工序冲裁方式，其模具寿命较长，生产率高，操作较方便和工作安全性高。2.2.冲压顺序的安排 落料，弯曲，压包共三种工序，首先根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。冲压该零件需要的基本工序有剪切(或落料)、冲腰圆孔、弯曲和冲凸包。其中弯曲决定了零件的总体形状和尺寸，因此选择合理的弯曲方法十分重要。该零件冲压工序方案：落料冲孔-弯曲-冲凸包落料冲孔：弯曲成型：冲凸包：3、制件排样图的设计及材料利用率的计算3.1.展开尺寸的计算弯曲件厚度为1.5mm，因为成型弯曲件需要经过落料、弯曲，才能最后实现产品型，由于产品形状简单， 所以不需要单独计算弯曲系数及尺寸分析，展开尺寸需要根据实际弯曲模具的间隙和模具结构来调试。弯曲件毛坯的展开尺寸是根据变形中性层长度不变的原理来求出的，对于变形程度很小或对尺寸要不高的弯曲件来说，可以近似的认为变形中性层与毛坯的断面中心相重合，这时，中性层的位置为=r+t/2式中 r弯曲件内层的弯曲半径 t板料的厚度，弯曲公式是L=2a+2b+c+ (r+xt)+ (R+xt)，如下图：其中a=12.5,b=45.5，c=30,r=2,R=4,x=0.4,t=1.5。经过实际计算 L=168.628，取168.6，宽度无变形，还是原尺寸22。所以展开图纸如下图所示：3.2.制件排样图的设计 排样对材料的利用率，工件的尺寸精度，生产率，模具制造难易程度和使用寿命有一定的影响。按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与少、无废料排样两大类。排样又可分直排、斜排、对排、对头斜排、多排、混合排等。有废料排样有如下几种形式： （1)直排 排样时，应优先选用直排，因为直排的模具最简单。但对于三角形、角尺形等工件，采用直排会造成较大的材料浪费，可考虑选择斜排或对排。（2）斜排 斜排将时制模工作量增大。（3）对排 选取对排省料幅度较大。比直排省料可达30%-50%。但需要注意：如果采取送料一次冲一件的方案，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模具费也相差不大，但只实用于条料，不能用卷料。 排样时需考虑如下原则： 1)提高材料利用率（不影响冲件使用性能前提下，还可适当改变冲件的形状） 2)合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。 3)模具结构简单、寿命长。 4)保证冲件的质量和冲件对板料纤维方向的要求。3.2.1.搭边与料宽 搭边值要合理确定，值过大，材料利用率低；值过小，搭边的强度与刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。因此，搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，一般可取等于材料的厚度。 搭边值一般由经验确定，根据所给材料厚度=1.5mm，确定搭边工作间a1为1.5mm, a为1.8mm。具体可见排样图2。 送料步距和条料宽度的确定 (1)送料步距 条料在模具上每次送进的距离成为送料步距。每次只冲一个零件的步距S的计算公式为 S=D+a1 S=22+1.5=23.5mm式中 D平行于送料方向的冲裁宽度； a1冲裁之间的搭边值。 (2)条料宽度 条料宽度的确定原则：最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。当用孔定距时，可按下式计算条料宽度 B-=(Dmax+2a)- =(168.6+21.8)-0.5=172.2-0.5mm 式中 B条料的宽度（mm）； Dmax冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； a侧搭边值； 条料宽度的单向（负向）公差； 条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，剪裁时的公差整带分布规定上偏差为零，下偏差为负值条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料销导向而又无侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。所以剪切条料宽度偏差=0.5, 因此B=172.2-0.5。3.3.材料利用率的计算 一个步距内的材料利用率为=nA/Bh100% =13705.7664/23.5172.2100%=91.575% 式中 A一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）； n一个步距内冲裁件数目； B条料宽度（mm）； h步距； 4、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心4.1.冲压力 冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。 冲裁力的计算:平刃口冲裁力可按下式计算 落料力计算F1=KLt F=1.3377.76641.5340=250465.7532N =250.46KN式中 F冲裁力（N）；L冲裁件周边长度（mm）；377.7764材料抗剪强度（MPa）；（Q215钢260-340MPa） t材料厚度；(mm)；1.5K系数，通常K=1.3； 冲腰圆孔力计算F2=nKL F2=11.3（3.1413+12+12）1.5340=42975.66N =42.98KN 卸料力的计算:从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力；从凹模内向下推出工件或废料所需的力称推件力；从凹模内向上顶工件或废料所需的力称为顶件力。、与和冲件轮廓的形状、冲裁间隙、材料种类和厚度、润滑情况、凹模洞口形状因素有关。在实际生产中常用以下经验公式计算： 式中 F冲裁力；卸料力系数；推件力系数；顶件力系数；n梗塞在凹模内的冲件数（nh/t） h为凹模直壁洞口的高度。、与可分别由表4.1查取。当冲裁件形状复杂、冲裁间隙较小，润滑较差、材料强度高时应取较大的值；反之则应取较小的值。表4.1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚/mm250.060.050.06取为0.04、为0.05、为0.06=(0.04+0.06) （250.46+42.98）=29.344KN。所以落料冲孔模总的冲压力为250.46+42.98+29.34=322.78KN。 弯曲力的计算:此工件U形弯曲时力的计算，选计算公式为 F自=2(kbttb)/(r+t) =2(1.3221.51.5450)/(2+1.5) =16547.14N=16.55KNF自材料在冲压行程结束时的自由弯曲力b弯曲件的宽度 t弯曲件厚度r弯曲件内弯角半径k安全系数 b材料的强度极限 b查表=335450,取450 所以弯曲成型力F总=16.55KN 压包力计算：板料在模具作用下发生局部胀形而形成凸或凹下的冲压方式，角起伏成型，本次设计的产品有两个胀形包，包的高度为0.5mm，相对产品材料厚度1.5mm，这个压包属于不切断的状态。 冲制加强筋的变形力P=kLtbP变形力；k系数，等于0.7-1，加强筋形状狭窄而深时取较大值，宽而浅时取较小值。本次设计取0.7 t弯曲件厚度；1.5mmL加强筋周长，3.146=18.84 b材料的强度极限 b查表=215P=knLtb=0.7218.841.5215=8506.26N=8.51KN4.2.压力中心的计算 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。 采用解析法求压力中心，求YG，XG 落料冲孔模，建立坐标系如下图： F1冲孔力 F1= Ltb，得F1=42.98KN F2落料力 F2= Ltb，得F2=250.46KN Y1F1到X轴的力臂 Y1=0 X1F1到Y轴的力臂 X1=0 Y2F2到X轴的力臂 Y2=0 X2F3到Y轴的力臂 X2=0 根据合力距定理： YG =（Y1F1+ Y2F2+ Y3F3+Y4F4）/（F1+ F2+ F3+F4） XG =（X1F1+ X2F2+ X3F3+X4F4）/（F1+ F2+ F3+F3） YGF冲压力到X轴的力臂；YG =0 XGF冲压力到Y轴的力臂；XG =00所以落料冲孔模具的压力中心为（0，0）。 弯曲模，压包模，计算方法同上，产品都是对称收力， Y1F1到X轴的力臂 Y1=0 X1F1到Y轴的力臂 Y1=0 根据合力距定理： YG=（Y1F1.）/（F1.） YGF冲压力到X轴的力臂；YG=0 XG=（X1F1.）/（F1.） XGF冲压力到Y轴的力臂；YG=0所以弯曲模具的压力中心为（0，0）。4.3.压力机的选用在此取了1.2倍，即公称压力P1=1.2322.78=387.336KNP2=1.216.55=19.86KNP2=1.28.51=10.212KN根据模具大小，模具高度，以及计算的冲压力，本次课题设计的三副模具均可以选择公称压力为400KN的压力机，即J23-400闭式单点压力机。型号为JC2340压力机的基本参数如：（表一）公称压力/KN400垫板尺寸/mm滑块行程/mm100直径80滑块行程次数/（次/min）80模柄孔尺寸/mm直径50深度70最大封闭高度/mm300滑块底面积尺寸/mm封闭高度调节量80立柱距离/mm300工作台尺寸/mm前后350左右4505、凸、凹模刃口尺寸计算5.1.凸、凹模刃口尺寸计算方法5.1.1.凸模和凹模分开加工 这种方法主要适用于圆形或简单刃口。设计时，需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保证冲模的制造公差与冲裁间隙之间满足：d+pZmax-Zmin 5.1.2.凸模和凹模配合加工 配合加工方法，就是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。采用这种方法不仅容易保证冲裁间隙，而且还可以放大基准件的公差，不必检验d+pZmax-Zmin 。同时还能大大简化设计模具的绘图工作。目前，工厂对单件生产的模具或冲制复杂形状的模具，广泛采用配合加工的方法来设计制造。 冲孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式计算： 冲孔时 dp=(dmin+X)+p 落料时 Dp=(Dmax-X-Zmin)-p 孔心距 Lp=Lp 式中 Dp dp分别为落料和冲孔凸模的刃口尺寸（mm）；Dmax 为落料件的最大极限尺寸（mm）；dmin为冲孔件的最小极限尺寸（mm）；工件公差；p凸模制造公差，通常取p=/4；p刃口中心距对称偏差，通常取p=/8；Lp凸模中心距尺寸（mm）；L冲件中心距基本尺寸（mm）；Zmin最小冲裁间隙（mm）； 落料凹模尺寸： Aj1=(Amax-X)- /4 =168.8-0.50.4=163.6; Aj2=(Amax-X)- =22.1-0.50.2=22;Aj3=(Amax-X)- =2.05-0.50.1=2; 落料凸模尺寸：Hj1=(Aj1-2Z)+ =168.6-20.06=168.48;Hj=(Aj2-2Z)+ =22-20.06=21.88Hj=(Aj3-Z)+ =2-0.06=1.94; 冲孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+X)- /4 =12.9+0.50.2=13 冲孔凹模尺寸：Bh1=(Aj1+2Z)- /4 =13+20.06=13.12， 孔心距 Lp=Lp Lp1=120.015.2.弯曲模计算因为凸凹模间隙小了，摩擦力和弯曲力就大,所以对于U形弯曲件，必须选择适当的间隙值，根据弯曲件材料的材料厚度，力学性能，弯边长度和制件精度来确定其凸凹模间隙。Z/2=t+nt其中Z/2-弯曲凸凹模的单边间隙 t-材料厚度的基本尺寸 n-间隙系数经查表格， n=0.1凸模及凹模尺寸计算是依据弯曲件的使用要求来确定的。（1）、制件标注外形尺寸 凹模尺寸为Ld=（Lmax0.75）凸模尺寸为Lp=（LdZ） （2）、制件标注内尺寸凸模尺寸为Lp=（Lmin +0.4） 凹模尺寸为Ld=（Lp+Z） 其中 L弯曲件的外形或内尺寸弯曲件的尺寸偏差L d弯曲凹模的基本尺寸L p弯曲凸模的基本尺寸Z凸凹模双面间隙具体计算如下，制件标注内尺寸，按此公式计算弯曲凸模尺寸为L p=（Lmin +0.4）=34凹模尺寸为L d=（Lp+Z）37由于本次设计弯曲后，产品内尺寸要保证，这就要考虑到模具对产品的影响，尤其是回弹的影响，控制好产品回弹，是这个课题的重点和难点。在设计模具和制造模具时，必须预先将材料的回弹值考虑进去，以便修正模具工作部分的参数。V形件弯曲，按照计算所得回弹值将凸模半径和夹角设计坐直出相应的补偿，U形件弯曲，可将凸模两侧做出回弹角，或可在凹模内的顶板上做成弧面，弯曲卸载后，由于弧面回弹值使两直边产生负回弹以补偿圆角部分的正回弹。或可以采用校正法减小回弹。本次设计的产品，材料厚度大于0.8毫米，整个弯曲属于U形弯曲，属于一般的弯曲件，可将凸模设计成如CAD图所示形状，以加大弯曲变形区的压应力，迫使变形区内层纤维产生同外层纤维一样的伸长应变，凸模卸载后制件都产生缩短的回弹，使回弹值减小。具体尺寸见CAD图。5.3.压包模计算本次设计的压包模具，属于不冲断零件，所以该零件模具间隙可以按冲孔模具来计算，在实际调试模具时，靠冲床高度保证其冲裁深度0.5mm。6、模具整体结构形式设计6.1.落料模结构形式：该模具整体结构采用倒装复合模结构，下模树脂弹压卸料装置，上模采用打料装置，选用10#狭长型后侧导柱标准模架。6.2.弯曲模的结构形式该模具整体结构上模采用刚性结构，下模采用小型氮气缸顶出装置，氮气缸通过顶杆顶模芯，顺利将产品顶出凹模，采用外形定位板定位，选用24#后侧导柱标准模架。6.3.压包模的结构形式该模具整体结构采用类似冲孔模的形式，仅仅冲压行程有要求，结构简单合理。选用10#后侧导柱标准模架。凸包里采用弹簧销顶出。7、模具零件的结构设计7.1.落料凸凹模的设计材料：Cr12Mov硬度：5862HRC（如图），外形与固定板过盈配合，与下模板2-M8螺钉连接，7.2.落料凹模的设计材料：Cr12Mov硬度：5558HRC形状结构：（如图），采用螺钉和销钉与上模固定7.3.冲孔凸模的设计材料：Cr12Mov硬度：5558HRC形状结构：（如图），与固定板过盈配合。8、模具的总装配（以落料冲孔模为例）（1）装配基准件的确定 应以凸凹模为装配基准件。 首先要确定凸凹模在模架中的位置，确定凸凹模组件在下模座的位置， 然后用平行板将凸凹模和下模座夹紧，在下模座上划出弯曲孔线，进而安装下模座其他组件。 （2）安装上模部分 检查上模部分各个零件尺寸是不是满足装配技术条件要求。安装上模调整冲裁间隙，将上模系统各零件分别装于上模座内。 （3）安装下模部分（4）自检 按冲模技术条件进行总装配检查。 （5）检验及试冲结 论 毕业设计是对我们大学四年所学知识的一次综合性的总结。通过这段时间对所做的设计，我巩固了以前学过的知识，提高了查阅资料的能力，使我更加认识到毕业设计的重要性，从而提高了我理论联系实际的设计能力和动手能力。我相信这对我以后的工作和生活都有很大的帮助。 在本次设计中，我学到了许多的东西。首先对于AUTOCAD和word等文档的应用更加熟练；其次，通过模具设计我对于模具设计的流程基本上熟悉。这次设计是对以前所学的专业知识的一次综合性的实践。涉及到机械制图、机械设计、模具设计、互换性以及CAD/CAM各个方面的内容。 设计过程中按照任务书的要求和目的，循序渐进,力求数据准确，结构合理。参考了许多文献资料。由于经验不足，还有许多地方没有考虑全面，有待于完善。总之，学海无涯，在以后的时间里，我要更加努力学习！致 谢 对三年来辛勤教导我的老师和学校致以最崇高的敬意！ 对本次毕业设计指导我和给予我最多的老师表示我最衷心的感谢!毕业设计开始以来，有幸多次聆听老师的教诲。老师以他宽广的知识、高瞻远瞩的学识、在实际生产中所积累的经验。拓宽了我的视野和思维，更为重要的是老师以他对事业孜孜不倦的追求和待人接物谦逊的态度和豁达的胸襟，时刻都在潜移默化地影响着我，这将使我终生受益。参 考 文 献1朱光力主编. 模具设计与制造实训.第1版. 北京：高等教育出版社. 2002. 1341562吴诗 主编. 冲压工艺及模具设计 . 第1版. 西安：西北工业大学出版社. 2001. 40453温松明主编. 互换性与测量技术基础. 第2版. 长沙：湖南大学出版社. 1998. 454冯炳尧 韩泰荣 殷振海 蒋文森编. 模具设计与制造简明手册. 第1版.上海：上海科学技术出版社. 1985. 1 805刘朝儒 彭福荫 高政一主编. 机械制图. 第3版. 北京：高等教育出版社.20016施平主编. 机械工程专业英语. 第5版.哈尔滨：哈尔滨工业大学.2003 .3443457张代东主编. 机械工程材料应用基础. 第1版.北京：机械工业出版社.2001.851038王卫卫主编. 材料成型设备. 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