轴承盖冲压工艺及模具设计

-3-第1章绪论1.1课题的来源及意义随着科技的不断进步和工业的发展，对于轴承盖的需求也在不断提高。新的工业应用和机械设备的出现需要更高性能的轴承盖，以应对更严苛的工作环境和要求。轴承盖作为轴承系统的重要组成部分，其设计对于轴承的性能和整体机械系统的效率有着重要影响。通过深入研究和设计轴承盖，可以优化其结构、材料和制造工艺，提高轴承的负载能力、寿命和运行效率。通过优化轴承盖的设计，可以减少能量损耗和摩擦损失，降低对环境的负面影响。这对于实现可持续的工业发展和资源的有效利用至关重要。1.2研究内容本设计将对轴承盖冲压成型工艺进行具体的分析探讨。针对该轴承盖需要大批量生产等相关要求，对于零件的质量、尺寸、结构以及材料选择等进行相关分析，在此基础之上确定落料以及拉深的模具进行批量生产。在保证最终具备良好性能下，定为冲压件并采用冲压方法对该件进行加工，对所加工的毛坯料的形状、尺寸等进行方案设计，对于所需要的拉深次数以及先后顺序去等进行具体分析。根据所选定的毛坯材料、板厚、拉延筋设置情况，确定合理的拉深系数。对工艺力、压力中心以及模具工作部分的尺寸和公差等方面进行了计算和模具设计。通过理论计算得出了凹模直径计算公式和拉延筋长度公式。对于轴承盖模具当中的主要零件，包括凹凸模、卸料装置以及垫板等进行设计制造以及设备选择，并对其中涉及的重要零件加工工艺编制过程进行探讨分析。对于模具当中各部件清单和装配图予以草拟。通过更为现代化高科技的模具制造技术，改变过去传统落后的零件结构，对于工作设计当中所出现的问题进行优化改进，提高生产效率的同时降低成本，该方法可供同类产品参考[1]。1.3国内外发展状况庞大的市场需求，必将促进我国模具在工业上的调整和发展。尽管我国模具工业及工艺在近十几年中发展迅速，但是离国外工业发达国家还有很大距离，还不能充分适应国民经济高速发展需要。随着国家对制造业投入的加大以及国内市场对产品多样化、个性化要求的提高，我国模具工业的结构调整步伐也必将加快，并逐步向专业化生产过渡。今后十年中国模具工业与技术发展的主要方向将包括如下几个方面：1）过去传统的各类模具规模较小，适合小批量生产，而随着工业生产的需要模具的尺寸变得越来越大。2）CAD/CAE/CAM等众多个先进的设计工具都开始在模具生产设计当中被广泛应用于，并且模具设计制造过程当中，呈现了学科交叉的趋势，现在的模具生产已经与平面设计，数控技术以及互联网大数据等相结合。3）随着我国扫描技术以及数字化系统的进一步应用，在模具制造业当中，也将这些技术应用在模具设计当中。4）现在的模具制造业对于模具相关材料的使用也十分广泛，除了传统的铁制模具之外，还有塑料模具，在塑料模具当中也引入了气注射成型以及高压注射成型等相关技术。5）过去模具没有相应标准化的规定，使得模具制造厂会因为规定不同而产生一定的差异，影响合作和生产，随着模具制造行业的不断扩大，现在国家已经制定了模具的标准化水平，希望能够在模具标准化水平的指导之下，增加模具标准件的使用率。6）过去的模具制造行业使用的材料较为单一，无论物理性能还是化学性能都比较差，现在已经在不断研发出了更加优质的模具材料，并且在模具表面采用更先进的处理技术，以达到提高模具的抗磨性、抗腐蚀性的目的。7）随着对于模具工业产品精度的要求提高，对于模具的精度要求也在不断提高。8）过去对于模具的研磨抛光，主要是人工手动进行抛光，而现在随着机械化、智能化进程的不断加快，现在对于模具抛光已经普遍实行了机械化和自动化。9）现在针对模具生产的相关应用已经更加深入，对于模具测量以及逆向工程都有了较为先进的研究。在工业生产当中，模具是十分关键的设备之一，无论是汽车还是仪器仪表等制品当中，有六成以上的零件都是靠着模具成型的。所以模具工业一直是重要的国民支柱产业之一，利用模具所生产出来的设备精度更高，也比较清洁、环保，对比其他零件制造方法来说是比较有优势的。随着现代科学技术发展，对模具技术要求越来越严格，特别是精密模具，其尺寸精度、形位公差及表面粗糙度指标更苛刻[2]。模具生产水平已经一跃成为衡量国家制造业水平高低的一项关键指标之一，并且制造业的好坏很大程度上取决于模具生产技术的好坏。随着模具生产技术的不断提高，也有利于我国零部件新产品的研发和制造。近年来，随着全球经济的进一步发展，各国都在推行机械化建设，所以模具市场规模也在不断扩大。[3]。我国作为模具大国，近年来也得到了长足的发展。无论是欧美发达国家还是发展中国家都大量进口我国的模具。针对国外模具市场进行分析，可以发现国外所需进口的大量模具普遍集中于精密、复杂的模具当中，而我国模具生产虽然大规模出口，但普遍集中于较小、精度较低的模具上[7]。我国模具产业发展与发达国家相比存在差距。中国模具协会于2004年前往德国模具制造业协会进行访问，通过访问、调查，可以了解到德国作为世界模具生产大国，模具厂家有超过5000家。他们生产各种形状和规格的塑料模具、金属模具、压铸模具、冷挤压成型模等各类产品。2003年，德国模具产值达到了48亿欧元。这些企业大部分为中小企业。德国模具协会当中的成员企业有近90家，占到德国模具出口总产值的9成以上[4]。时代在前进，科技在发展，研发推进新型制造技术离不开专业人才。无论是对于模具的设计还是企业管理人才来说，技术水平较高的这些人在工作中积累了丰富经验。因而人均产值亦很高。我国一位员工年均可以在模具行业获利高达25—30万美元。这说明我国在生产中应用了先进技术，但还没有形成标准化体系。模具标准件在国外先进国家的使用覆盖率超过70%，但在我国的覆盖率仅为45%[5]。

第2章工艺分析2.1轴承盖工艺分析原始资料：如图所示21工件名称：轴承盖材料：08钢厚度：2mm图2-1转子轴承盖示意图工件采用底部带通孔阶梯锥形拉深件且拉深高度不高，冲压材料采用08钢，08钢强度不高，但塑性及韧性较高，具有较好的冲压，拉深及弯曲性能以及较好的焊接性能。因此可采用一次成型或二次成型。主要应用于制作易于加工成形但对强度没有要求的零件。目前，在汽车工业中使用较多的是冲压-拉深或冲剪组合模来完成此零件的冲压与剪切工序，其缺点是设备复杂、成本高。多数生产高精度薄钢板、用来制作深冲压、深拉延等产品，也因产品批量大、工艺分散单一工艺生产无法满足生产需求，要考虑采用工艺集中工艺方法进行加工。在此情况下，本文提出了一种新的模锻方案。经过全面的分析和证明，如果单一地使用拉深，冲孔和落料等复合模进行加工，会使模具结构更加复杂，制造更加困难。若将各工序合并为一道或两道，在一定程度上降低了模具费用。模具制造成本过高，同时如果采用级进、复合等工艺方法，不仅可以达到生产量要求，而且可以确保产品质量及模具合理性。

第3章工艺参数计算3.1计算毛坯尺寸计算拉深系数拉深凹模的尺寸如下图所示：图3-1拉深凹模尺寸图拉深凸模的尺寸如下：图3-2拉深凸模尺寸图确定凸凹模圆角半径：根据设计说明书上要求的未注圆角为R1，则拉深件的拉深高度的计算：由设计任务书可得：凸模与凹模间隙的确定：经过参考文献[6]表4.13查得：拉深凸凹模单边间隙为0.5mm。3.2拉深量的校核判断阶梯形件能否一次拉成，主要根据零件的总高度与其最小阶梯筒部的直径之比，是否小于相应的筒径为的直臂圆筒形件第一次了深深所允许的相对高度，即：式中h，h，h，…，h——各个阶梯的高度（mm）；d——最小阶梯筒部的直径（mm）；h——直径为d的圆筒形件第一次拉深时可能得到的最大高度；——第一次拉深允许的相对高度；先计算相对厚度：凸缘相对直径:从冲压成型工艺教材课本上[7]表4.10查出：=0.22因为≤=0.22，所以该阶梯形件可以一次拉深成形。

第4章排样的设计与计算冲压工艺工作过程当中能够节约材料，减少废物的产生，尤其针对部分工厂批量生产，它节能、成本低的优点更是尤为突出。在使用冲压工艺之前，对冲件尺寸进行合理排样，能够在原本成本较低的基础上进一步降低成本。4.1冲裁件的排样所谓排样，就是将冲件排列到条料，带料或者板料中。它不仅要考虑原材料的消耗和产品生产周期，还要考虑经济效益，这就涉及到如何选择冲件位置及其排列顺序等问题。对冲突进行合理的配置与冲突的形状有着直接联系。根据冲件的形状不同，可以选择不同的排样种类。依据排样种类可以将冲件划分为少排和无排工艺余料冲件。4.2搭边在对冲件进行排样的过程当中，不同冲件之间或者冲件与条料之间的材料被称作搭边，为了防止在制作过程中工件出现缺料等现象，所以在零件设置上就需要设置搭边。搭边主要的功能是确保每一个冲件都能合格以及增加送料的便捷性。搭边的数值与材料强度、排版样式所冲件的大小及形状、条料的进料方式都有着直接关系。搭编制通常需要经过计算来进行确定。所以，查《冷冲模具设计指导》得搭边值：送料近距：（4-1）条料宽度：（4-2）式中D平行于送料方向的冲压件。最佳方案如图4.1所示。4.3材料利用率衡量材料经济利用的指标是材料利用率。板料规格的选用：每张钢板裁板宽度条数：余16mm每条裁板上的冲压件数：（个）（4-3）式中B钢板厚度。每张钢板上的冲压件总数：（个）（4-4）一张板料上总的材料利用率公式为：（4-5）所以，板料的利用率为：（4-6）图4.1排样图

第5章拉深工艺模具的结构设计5.1凸、凹模间隙值的确定凹模、凸模之间的间隙能够影响冲裁件质量以及精度，所以在模具设计时要确定合理的凹凸模间隙。查《冷冲模设计手册》表2-9得：非圆形大于圆形间隙，对冲件的精度在IT14级以下，对断面也没有特殊的要求，因此，取用：5.2冲压件的冲裁方式一次冲裁结束后，为能使下次冲裁顺利进行，需要及时解决出件，卸料和排除废料问题。这些都是在冲床上通过模具来实现的，这些又与冲裁模存在直接关系。因为工艺所选择的冲裁方式不同，所以对于冲件出件以及排除废料等都存在着一定差异。因此在实际生产当中会选择不同的冲裁模来打造不同目的，所选的冲裁方式不同，也会直接对冲裁模的形状以及冲件质量产生直接影响。在冲压过程中，如果遇到有缺陷或无缺陷的工件时，则需及时调整工艺参数以避免产生废品。该副模具按不产品结构及工艺性能采用顶板式顺出件。该模架是利用在工作台上设计的两个对称定位板进行导向，通过调整滑块与导轨之间的距离来改变其相对位置。由于该模具为顺出件式冲裁而成，免去了校平工序，不仅能满足工件所需的平面度，有能够确保安全生产。5.3力的计算5.3.1冲裁力考虑多种因素的影响，可取安全系数为1.3，并取抗剪强度为抗拉强度的0.8倍，于是在生产中冲裁力便可按下式计算：（5-1）式中L冲裁轮廓的总长度()T板料厚度()板料的抗拉强度()查《冲压工艺与模具设计》取。所以：代入数值计算得：5.3.2卸料力、推料力和顶件力的计算在生产中均采用下列经验公式计算：(N)（5-2）(N)（5-3）(N)（5-4）查参考文献[8]表5.1得所以，卸料力：推件力：顶件力：5.3.3拉深力和压边力的计算拉深力计算公式为：（5-5）代入数值计算得：查《冲压工艺与模具设计》表4-4得知压边力的计算公式为:（5-6）由、代入数值计算的：5.3.4拉深时尺寸计算拉深时的单间隙的确定：、所以，取：拉深时的工作部分尺寸的确定（5-7）（5-8）查《冷冲模设计手册》表4—34得：、、所以：5.3.5总冲压力的计算固定卸料顺出件时的总冲压为：（5-9）根据塑件的要求已及对模具的要求固选用卸料顺出件的总冲压力为(如式5-9)选取的压力机公称压力为:所以，初选压力，根据压力机型号为J21-40，其公称压力为。5.4压力中心的计算冲裁模压力中心是冲裁时冲裁力系合力得到的作用点。其作用在冲头上的力叫冲应力，而对被加工零件来说，是工件所受到的摩擦力。为了压力机以及模具能够正常运行，所以要保证模具中心与压力机滑块中心保持一致。因为上述设计图形为对称图形，所以其压力中心也就是这个图形的对称中心。X=180、Y=0.75

第6章冲孔落料工序模具的结构设计6.1落料时尺寸计算由查《冷冲模设计手册》和《互换性与测量技术基础》查得，保证双面间隙为0.12。、、校核：查磨损系数得：x=0.5所以，落料部分：（6-1）（6-2）6.2冲孔时尺寸计算、、校核：所以，冲孔部分：6.3凸凹模的长度的确定落料时的凸模就是拉深时的凹模。落料时凸模长度的确定：（6-3）式中凸模的固定板的厚度工件的高度H附加高度拉深时凸模长度的确定：H――为凹模的高度，在下面会计算出来。其值为35mm。6.4凸模强度的校核查阅《实用模具设计与制造手册》中表2-94凹模强度校核公式，得出：（6-4）（6-5）其中为许用应力，取：以最小的凸模的数据为准，计算得：（6-6）取h=15mm所以凸模强度符合强度要求。6.5凹模的外形与尺寸考虑半成品的零件的外形：查《冲模设计手册》表14-5（C=35--40mm）取：C=40mm凹模的高度为：（6-7）式中k系数B冲裁件的最大外形尺寸为102mm。查《实用模具设计与制造》表2—96得：取：H=查《冷冲模具设计与指导》表1-26，可以用m8的紧固螺钉，材料为45钢许用负载为3100N。查《冷冲模具设计与指导》表14-48：得

第7章附件的设计及计算7.1导料板的导料尺寸导料板的导料尺寸为：（7-1）=材料的利用率为：（7-2）由于送料时条料沿两个导料销进行导料由挡料销定距。7.2条料宽度的设计（7-3）式中工件横向尺寸条料宽度的公差条料与导料的单面间隙7.3模柄设计及固定方式模柄如图7.1所示：图7.1模柄通过查找手册确定选用凸缘式模柄，查《冷冲压模具设计指导》表2-37。模柄的尺寸如下极限偏差极限偏差为模柄采用圆式，镶嵌在上模座上而上模座则与垫板，凹模固定板用螺栓与销钉紧固，打杆由螺母5琐紧。7.4定位零件的设计根据多方面的考虑，选用圆柱销。其公称尺寸为，查《冷冲压模具设计指导》，其长度为；其标记为GB119——86A840其尺寸如下销钉如图7.2所示。图7.2销钉本副模具用挡料螺栓来定位的。它的主要目的是用来控制送料步距。查《冷冲压模具设计指导》表8-33得：螺纹规格d=M12，公称长度l=80mm。标记为GB578286-其他尺寸如下7.5顶管与推板的设计为方便安装在上模中，该副模具使用了刚性推件装置。同时利用圆柱形推板进行推板设计，推板直径约20mm左右，推板长度约70mm。在对凹腔进行成形时，可以根据需要选择不同尺寸大小的凸模，从而实现冲压件质量要求。推板有多种形式，为了确保凸模支承刚度与强度，模具推板外形设计采用梅花外形。7.6打料板的设计打料板采用圆筒形设计，大小与冲落料部件凹凸模相关，应与凹凸模保持1~2毫米间隙。7.7压边圈的设计压边装置型号为刚性压边装置且用压料限位装制时限位距s=（0.8~0.9）mm取为1.2mm按《冷冲压模具设计指导》其选材，属于滚动轴承钢。在生产中，该钢种由于自身特性，使模具寿命大大低于其他常用模具钢，所以，我们通过对模具结构及材质进行分析，提出了改进方案。能确保零件有更高强度GCr15。7.8凸、凹模的固定该模具为凸台式，凸台嵌入凸模固定板内。凸凹模的两端设计为台阶式，嵌入凹模1和拉深凹模中。7.9弹性元件的选用选择标准弹簧的要求，压力要足够。即：（7-4）式中--弹簧的预压力（N）；--卸料力或推件力、压边力（N）；n--弹簧根数。压缩量要足够。即：S≥s=s+s+s（7-5）式中—弹簧允许的最大压缩量（mm）；—弹簧需要的总压缩量（mm）；—弹簧的预压缩量（mm）；—卸料板或推件板、压边圈的工作行程（mm）；—模具的修模量或调整量（mm）；一般取4～6mm。应满足模具对空间要求。同时由于上模板与下模之间有间隙，因此选择适当的弹簧可以使产品具有良好的表面质量。由于模具闭合高度尺寸限制所选弹簧处于预压状态；上，下模座大小限制卸料板区域，同时又限制容许弹簧所占区域，因此所选弹簧根数，直径及长度必须满足模具结构空间。在弯曲时为了修复回弹将凸模工作角度做成87°的，所以卸料时工件可能会包在凸模上，即使不包在凸模上所需的卸料力也很小，为了满足行程的要求采用附录C中的弹簧，中经为35mm，材料直径为6mm，此弹簧的自有高度为170mm，受工作极限负荷时的高度为115.2mm，工作极限负荷为1274N，单圈弹簧压缩量为4.3mm。则（7-6）式中S弹簧允许的最大压缩量（mm）；H为弹簧的自有高度；H为受最大极限负荷时的高度；所以S>s，压缩量足够。弹簧总压缩量=弹簧的预压缩量+弹簧行程=3+51=54mm。取单圈压缩量为4mm，则弹簧所需的有效圈数n=52/4=13圈，弹簧每压缩具有的弹顶力：（7-7）预压缩时具有的弹顶力：（7-8）在模具闭合时的弹顶力：（7-9）通过以上计算可知，所选弹簧能满足工作的要求。

结论本设计为轴承盖冲压模具设计，轴承盖冲压件是底部带翻边孔的圆柱形拉深件，所以在进行工艺设计的过程当中，需要保留相应的余量以及压圈边，基于各种工艺性考虑，进行综合分析，最终决定采用落料，拉深，冲孔，翻边复合模具；为充分利用板料，合理设计板料的排样，其板样材料利用率为百分之七十一。通过对冲裁件进行综合考虑，选择的压力机型号为为，公称压力为。除了压力机型号的选择，还涉及了导料板，打料板以及其他模具设计相关的设备尺寸。经过选择和计算得