启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 启动电机壳体冷冲压工艺启动电机壳体冷冲压工艺 及模具设计及模具设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号 0923279 学生姓名 李鹏飞 指导教师 钟建刚 职称 副教授 职称 II 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 启动电机壳体 冷冲压工艺及模具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的成果 其内容除了在毕业设计 论文 中特别加以标 注引用 表示致谢的内容外 本毕业设计 论文 不包含任何 其他个人 集体已发表或撰写的成果作品 班 级 机械 96 学 号 0923279 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一 题目及专题 一 题目及专题 1 题目 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 2 专题 二 课题来源及选题依据二 课题来源及选题依据 来源于无锡毅立模具有限公司 是电器产品上的一个零件 模具是机械工程及其自动化专业的一个专业方向 选择模具方 向的毕业设计题目完全符合本专业的要求 从应用性方面来说 模 具又是生产效率极高的工具之一 能有效保证产品一致性和可更换 性 具有很好的发展前途和应用前景 该产品外形较大 冷冲压工 艺设计复杂 计算过程较繁 其准确性非常重要 要求学生要有良 好的心理素质和仔细认真的作风 因此对本课题的研究对学生也是 一次很好的煅练机会 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 综合应用各种所学的专业知识 在规定的时间内对产品进行 冷冲压工艺分析 制订完整的冲压工艺方案 并完成整副模具设 计 数据计算和图纸 所有图纸折合 A0 不少于 3 张 绘制 具 体内容如下 II 1 完成模具装配图 2 张 A0 或 A1 2 零件图 主要是非标准件零件图 不少于 5 张 3 冷冲压工艺卡片 1 张 4 设计说明书 1 份 15000 字以上 其中参考文献不少于 10 篇 外文不少于 5 篇 5 翻译 8000 以上外文印刷字符 折合中文字数约 5000 字的有 关技术资料或专业文献 内容要尽量结合课题 四 接受任务学生 四 接受任务学生 机械 96 班班 姓名姓名 李鹏飞 五 开始及完成日期 五 开始及完成日期 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六 设计 论文 指导 或顾问 六 设计 论文 指导 或顾问 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 III 2012 年年 11 月月 12 日日 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 IV 摘摘 要要 综合应用模具设计 冷冲压模具工艺 模具加工工艺学 工程图学等相关课程知识 对启动电机壳体采用多副模的工艺进行模具设计 本文在已完成开题报告的基础上 着 重对复合模工作零件 定位零件 卸料推件零件及模架等主要零件的设计进行说明 在 模具的设计中 按照小批量生产类型 对制件的冲压工艺进行分析 确定工艺方案 拟 定排样方法 计算冲裁力 确定压力中心 计算凹凸模刃口尺寸及结构尺寸 得出模具 闭合高度 选用标准件进行装配 最终画出模具总装图 三维模型及装配和主要零件加 工工艺规程卡片 模具采用倒装结构 后侧导柱导套模架 导料销导料 弹顶式档料销 档料 凸缘模柄 刚性推件及弹性卸料 在保证生产率的同时 尽可能的是模具 方便 且满足冲裁的要求 关键词 关键词 启动电机壳体 冲压工艺 排样 模具结构 V Abstract Comprehensive application of mold design cold stamping mold process mold processing technology engineering graphics and other related courses knowledge start the motor housing using a plurality of mold process for mold design In this paper on the basis of complete opening report on the design of the main parts of the composite mold parts positioning parts discharge push parts and moldbase instructions In mold design in accordance with the type of small batch production parts stamping process analysis to determine the process plan intended nesting method to calculate the punching power to determine the center of pressure calculated the bump Edge size and structure size may the mold shut height the choice of standard parts for assembly and ultimately draw card of the mold assembly chart the three dimensional model and assembly and main parts process planning Mold flip structure the rear side of the guide pins and bushings mold the stock guide pin guide material playing the top of file material off of file material the flange of the handle rigid push pieces and elastic unloading ensuring the productivity although possible mold convenient and satisfying the requirements of the punched Key words Start the motor housing stamping process nesting guide pins and bushings mold structure VI 目目 录录 摘 要 III Abstract IV 1 绪 论 1 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 2 课题国内外研究概况 1 1 2 1 国外模具发展概况 1 1 2 2 国内模具发展概况 2 1 3 课题研究的主要内容 2 2 冲压工艺设计 4 2 1 冲压件简介 4 2 2 冲压件的工艺性分析 7 2 3 冲压工艺方案的确定 8 2 4 冲压工艺计算 9 2 4 1 工件的毛坯尺寸计算 9 2 4 2 工序分析 10 2 4 3 拉深尺寸计算 10 2 4 5 整形 15 2 4 5 工序汇总 16 2 4 6 各工序尺寸公差的确定 16 2 5 产品所需模具 16 3 落料拉深模设计 20 3 1 模具结构 20 3 2 确定其搭边值 20 3 3 确定排样图 21 3 4 材料利用率计算 23 3 5 凸 凹模刃口尺寸的确定 24 3 5 1 落料部份凸 凹模刃口尺寸的确定 24 3 5 2 拉深凸 凹模工作部分尺寸及其公差 25 3 6 落料拉深复合模冲压力 26 3 6 1 落料部分冲压力 26 3 6 2 拉深部分冲压力 27 3 6 3 落料拉深复合模总冲压力 28 3 7 压力机选用 28 3 8 压力中心计算 30 3 9 落料拉深模主要零部件的结构设计 30 VII 3 9 1 落料凹模的结构设计 30 3 9 2 落料凸模的结构设计 32 3 9 3 落料卸料板设计 33 3 9 4 凸凹模 落料凸模 固定板设计 35 3 9 5 凸凹模 落料凸模 垫板设计 35 3 9 6 拉深凹模的结构设计 36 3 9 7 拉深凸模设计 37 3 9 8 落料凹模垫板设计 38 3 9 9 压边圈设计 39 3 9 10 推件块设计 40 3 10 标准件确定 41 3 10 1 模架确定 41 3 10 2 弹顶器的确定 41 3 10 3 上模螺钉确定 42 3 10 4 上模销确定 42 3 10 5 下模螺钉确定 42 3 10 6 下模销确定 43 3 10 7 模柄确定 43 3 10 8 模柄上固定螺钉的确定 43 3 10 9 推杆确定 43 3 10 10 拉深凸模上固定螺钉的确定 43 3 10 11 下模推杆的确定 43 3 10 12 条料定位零件的设计 44 3 11 模具闭合高度 校验压力机 44 4 切边模设计 45 4 1 模具结构 45 4 2 切边凸 凹模刃口尺寸的计算 45 4 3 切边模冲压力 47 4 4 压力机选用 47 4 5 压力中心计算 48 4 6 切边模主要零部件的结构设计 48 4 6 1 切边凹模的结构设计 48 4 6 2 切边凸模的结构设计 50 4 6 3 切边凸模固定板设计 50 4 6 4 切边凸模垫板设计 51 4 6 5 定位柱设计 52 4 6 6 推件块设计 53 4 7 标准件确定 53 VIII 4 7 1 模架确定 53 4 7 2 上模螺钉确定 54 4 7 3 上模销确定 54 4 7 4 下模螺钉确定 54 4 7 5 下模销确定 54 4 7 6 模柄确定 54 4 7 7 圆废料切刀确定 55 4 7 8 推杆确定 55 4 7 9 模柄紧定螺钉的确定 56 4 8 模具闭合高度 校验压力机 56 5 结论与展望 57 5 1 结论 57 5 2 不足之处及未来展望 57 致 谢 58 参考文献 59 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 1 1 绪绪 论论 1 1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 本课题研究的内容是冲压模具标准件参数化绘图系统研究 中间导柱参数化绘图尽 管各类冲压模具的结构形式和复杂程度不同 组成模具的零件有多有少 但组成冲压模 具的零部件仍主要包括二类零件 1 一类是工艺零件 这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触 包括 有工作零件 定位零件 卸料与压料零件等 2 一类是结构零件 这类零件不直接参与完成工艺过程 也不和坯料有直接接触 只对冲压模具完成工艺过程起保证作用 或对冲压模具功能起完善作用 包括有导向零 件 紧固零件 标准件及其它零件等 而且无论是工艺零件还是结构零件 在其相同类别的零件中 它们的结构形态相似 度很高 故许多企业在长期的生产过程中 经过经验总结 针对某一类零件 创建了冲 压模具的标准件 标准件的确立 为标准件参数化绘图提供了一个模板 在现实生产中 发挥着重大的作用 所谓冲压模具标准件的参数化绘图是指在冲压模具标准件的基础上的一种二次开发 它的主要工作原理是 将标准件的绘制过程录制并编辑成程序 同时建立相应的人机程 序界面 然后在生产实践中修改标准件的参数 通过所编辑的程序形成所需要的零件 冲压模具标准件参数化绘图系统的应用可使企业在生产过程中省略繁琐的绘图过程 节省大量的劳动时间 明显缩短产品的生产周期 提高工作效率 为提高企业的产品竞 争力做出巨大贡献 1 2 课题国内外研究概况课题国内外研究概况 1 2 1 国外模具发展概况国外模具发展概况 高新技术在欧美模具企业得到广泛应用 欧美许多模具企业的生产技术水平在国际 上是一流的 将高新技术应用于模具的设计与制造 已成为快速制造优质模具的有力保 证 1 CAD CAE CAM 的广泛应用 显示了用信息技术带动和提升模具工业的优越性 在欧美 CAD CAE CAM 已成为模具企业普遍应用的技术 在 CAD 的应用方面 已经超 越了甩掉图板 二维绘图的初级阶段 目前 3D 设计已达到了 70 89 PRO E UG CIMATRON 等软件的应用很普遍 应用这些软件不仅可完成 2D 设计 同时可获得 3D 模型 为 NC 编程和 CAD CAM 的集成提供了保证 应用 3D 设 计 还可以在设计时进行装配干涉的检查 保证设计和工艺的合理性 数控机床的普遍 应用 保证了模具零件的加工精度和质量 30 50 人的模具企业 一般拥有数控机床十 多台 经过数控机床加工的零件可直接进行装配 使装配钳工的人数大大减少 CAE 技 术在欧美已经逐渐成熟 在冲模设计中应用 CAE 软件 模拟金属变形过程 分析应力应 变的分布 预测破裂 起皱和回弹等缺陷 CAE 技术在模具设计中的作用越来越大 意 无锡太湖学院学士学位论文 2 大利 COMAU 公司应用 CAE 技术后 试模时间减少了 50 以上 2 为了缩短制模周期 提高市场竞争力 普遍采用高速切削加工技术 高速切削是以高切削速度 高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术 其加 工效率比传统的切削工艺要高几倍 甚至十几倍 目前 欧美模具企业在生产中广泛应 用数控高速铣 三轴联动的比较多 也有一些是五轴联动的 转数一般在 1 5 万 3 万 r min 采用高速铣削技术 可大大缩短制模时间 经高速铣削精加工后的模具型面 仅 需略加抛光便可使用 节省了大量修磨 抛光的时间 欧美模具企业十分重视技术进步 和设备更新 设备折旧期限一般为 4 5 年 增加数控高速铣床 是模具企业设备投资的 重点之一 3 快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用 由于市场竞争日益激烈 产品更新换代不断加快 快速成型和快速制模技术应运而 生 并迅速获得普遍应用 在欧洲模具展上 快速成型技术和快速制模技术占据了十分 突出的位置 有 SLA SLS FDM 和 LOM 等各种类型的快速成型设备 也有专门提供 原型制造服务的机构和公司 1 2 2 国内模具发展概况国内模具发展概况 国内模具工业从起步到发展 历经了半个多世纪 尤其是 20 世纪 90 年代以来发展 得更加迅速 近年我国的模具在国际模具行业美好的发展形势下 模具水平有了较大提 高 大型 精密 复杂 高效和长寿命模具又上了新台阶 从模具发展地域来看 我国 模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性 模具生产最集中的地区在江浙和广东等经 济技术高的地区 从模具的需求情况看 汽车工业是模具的最大用户 汽车产量的增幅 虽然有较大回落 但车型开发和新车型的上市速度并未放慢 有的还有所加快 汽车工 业对模具需求仍旧十分强劲 电子信息行业 电器和仪器仪表行业 电机行业 建材行 业等 也是大量使用模具的行业 这些都对模具产生大量的需求 中国经济的高速发展 对模具工业提出越来越高的要求 也为其发展提供了巨大的动力 近年来 我国的模具 工业一直以高增长速度快速发展 除了国有专业模具厂外 其他所有制形式的模具厂家 如集体企业 合资企业和私营企业 都得到了快速发展 其中集体和私营的模具企业发 展得最为迅速 各地从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家 形成了许多国内 外知名的 模具之城 和最具发展活力的组成之一 1 3 课题研究的主要内容课题研究的主要内容 课题研究内容 零件冲压模具设计原始资料及设计技术要求如下 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 3 图 1 1 零件图 设计技术要求如下 1 年生产纲领 100000 件 2 要求外文资料翻译忠实原文 3 要求编制的冲压规程合理 4 要求设计的冲压模具满足加工要求 5 要求图纸设计规范 符合制图标准 6 要求毕业设计论文叙述听力清楚 设计计算准确 论文格式规范 课题研究方案 1 复习冲压件的工艺性 2 制定冲压件工艺方案 3 确定毛坯形状 尺寸和下料方式 4 确定冲压类型及结果形式 5 进行必要的工艺计算 6 选择压力机 7 绘制模具总图和非标准零件图 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 冲压工艺设计冲压工艺设计 2 1 冲压件简介冲压件简介 形状和尺寸如下图所示 材料为 08F 钢 板材厚度 1 5mm 带小凸缘的拉深件 零件图如下 图 2 1 零件图 1 未注公差尺寸分析 图中共有 3 个尺寸未注公差 查相应 国标 确定其公差和偏差 对照参考文献 1 P1 P2 这 3 个尺寸可分为二类 第一类 未注公差冲裁件线性尺寸 尺寸 有 45 第二类 未注公差成形圆角半径线性尺寸 尺寸有 R1 5 R0 5 下面查对应 表确定其公差和偏差 第一类 未注公差冲裁件线性尺寸 查表 2 1 未注公差冲裁件线性尺寸的极限偏差 即查参考文献 2 P3 P4 表 1 未注公差冲裁件线性尺寸的极限偏差 公差等级取 m 级 可得尺寸 45 的公差和偏差尺寸 最终带偏差的尺寸为 45 0 55 表 2 1 未注公差冲裁件线性尺寸的极限偏差 2 基本尺寸材料厚度公差等级 大于至大于至fmcv 1 0 15 0 20 0 30 0 40 14 0 30 0 40 0 55 0 75630 4 0 45 0 60 0 80 1 20 1 0 20 0 30 0 40 0 55 14 0 40 0 55 0 75 1 0530120 4 0 60 0 80 1 10 1 50 第二类 未注公差成形圆角半径线性尺寸 查表 2 2 未注公差成形圆角半径线性尺 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 5 寸的极限偏差 即查参考文献 2 P5 表 2 未注公差成形圆角半径线性尺寸的极限偏 差 可得这 2 个尺寸的公差和偏差 最终这 2 个尺寸为 由于这 00 1 30 0 5 1 R 00 1 30 0 5 0 R 两个两圆角只能小不能大 故取为 0 30 0 5 1 R 0 30 0 5 0 R 表 2 2 未注公差成形圆角半径线性尺寸的极限偏差 基本尺寸 3 3 6 6 10 10 18 18 30 30 极限偏差 1 00 0 30 1 50 0 50 2 50 0 80 3 00 1 00 4 00 1 50 5 00 2 00 2 已注公差尺寸分析 已注公差尺寸有 4 个 7 0 1 这 4 个尺寸都属于拉深尺 1 0 0 39 027 0 0 13 3 0 0 49 寸 尺寸分析 查表 2 3 成形冲压件尺寸公差 即查参考文献 1 P3 P4 表 1 0 0 39 2 成形冲压件尺寸公差 得的公差等级为 FT1 和 FT2 之间 再查表 2 4 成形冲压39 件尺寸公差等级选用 即查参考文献 1 P6 表 A2 得 39 的公差等级极高 表 2 3 成形冲压件尺寸公差 1 基本尺寸板材厚度公差等级 大于至大于至FT1FT2FT3FT4FT5FT6FT7FT8FT9FT10 0 50 0220 0360 0600 0900 1400 2400 3800 6000 9601 400 0 510 0320 0500 0800 1200 2000 3400 5400 8601 4002 200 130 0500 0700 1100 1800 3000 4800 7601 2002 0003 200 360 0600 0900 1400 2400 3800 6001 0001 6002 6004 000 310 6 0 0700 1100 1800 2800 4400 7001 1001 8002 8004 400 0 50 0300 0500 0800 1200 2000 3200 5000 3001 2002 000 0 510 0400 0700 1100 1800 2800 4600 7201 1001 8002 800 130 0600 1000 1600 2600 4000 6401 0001 6002 6004 000 360 0800 1200 2000 3200 5000 8001 2002 0003 2005 000 1025 60 1000 1400 2400 4000 6201 0001 6002 6004 0006 400 0 50 0400 0600 1000 1600 2600 4000 6401 0001 6002 600 0 510 0600 0900 1400 2200 3600 5800 9001 4002 2003 600 130 0800 1200 2000 3200 5000 8001 2002 0003 2005 000 360 1000 1600 2600 4000 6601 0001 6002 6004 0006 400 2563 60 1100 1800 2800 4600 7601 2002 0003 2005 0008 000 无锡太湖学院学士学位论文 6 表 2 4 成形冲压件尺寸公差等级选用 1 公差等级加工 方法 尺寸 类型FT1FT2FT3FT4FT5FT6FT7FT8FT9FT10 拉深 直径 高度 带凸缘 拉深 直径 高度 弯曲长度 其他成 形方法 直径 高度 长度 尺寸分析 查 2 3 得 13 的公差等级为 FT4 和 FT5 之间 再查表 2 4 027 0 0 13 得 13 的公差等级较高 尺寸 7 0 1 分析 查表 2 3 得 7 的公差等级为 FT2 和 FT3 之间 再查表 2 4 得 7 的公差等级极高 尺寸分析 查表 2 3 得 49 的公差等级为 FT3 和 FT4 之间 再查表 2 4 3 0 0 49 得 49 的公差等级较高 可见整个产品尺寸公差等级较高 部分尺寸公差等级极高 最终产品图如图 2 2 所 示 图 2 2 带公差的产品图 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 7 2 2 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性分析 工艺分析包括技术和经济两方面内容 在技术方面 根据产品图纸 主要分析零件 的形状特点 尺寸大小 精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求 在经济 方面 主要根据冲压件的生产批量 分析产品成本 阐明采用冲压生产可以取得的经济 效益 因此工艺分析 主要是讨论在不影响零件使用的前提下 能否以最简单最经济的 方法冲压出来 一 冲压件工艺性的因素很多 从技术和经济方面考虑 主要因素 1 件的外形为圆形 外形简单均匀 适宜冲裁 2 件无细长的旋臂与窄槽 模具结构简单 适合冲裁 3 料为 08F 钢 是常用的冲裁拉深材料 具有良好的冲裁性能和较好的拉深性能 4 件尺寸属于装配要求不是精确尺寸 可按一般精度定为加工尺寸 5 产批量 一般来说 大批量生产时 可选用连续和高效冲压设备 以提高生产效 率 中小批量生产时 常采用简单模或复合模 以降低模具制造费用 6 型件的直径尺寸要求较高 需作整形 表面粗糙度要求不大 拉浓变形量很大 容量引起破裂 需作多次拉深或正反拉深 7 角半径最小为 R0 5 不满足最小圆角半径要求 综上所述 此工件适宜冲裁和拉深 二 压件工艺分析如下 1 图形分析 形状较简单 且左右 前后对称 主要是拉深形状 2 尺寸分析 尺寸公差主要部份都已经有了 其余尺寸不重要 拉深部分直径公差 要求较高 3 材料 08F 是适合拉深的钢 但拉深较深时 需考虑周全 08F 钢为极软的碳素钢 强度 硬度很低 而韧性和塑性极高 具有良好的深冲 拉 延 弯曲和镦粗等冷加工性能 焊接性能 但存在时效敏感性 淬硬性及淬透性极低 大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形 强度低的深冲压或深拉延的 覆盖零件和焊接构件 1 化学成份 碳 C 0 05 0 11 硅 Si 0 03 锰 Mn 0 25 0 50 硫 S 0 035 磷 P 0 035 铬 Cr 0 10 镍 Ni 0 30 铜 Cu 0 20 2 力学性能 抗拉强度 b MPa 295MPa 无锡太湖学院学士学位论文 8 屈服强度 s MPa 175MPa 伸长率 5 35 断面收缩率 60 硬度 未热处理 131HB 试样尺寸 试样尺寸为 25mm 3 热处理规范及金相组织 热处理规范 正火 930 30min 空冷 金相组织 铁素体 极少量珠光体 4 批量 60 万件 每年 批量不是很大 5 冲压工序 落料 拉深 整形 切边 6 冲裁间隙 本产品只有落料与冲裁间隙有关 并且精度要求不高 故查表 2 5 冲裁模初始双面 间隙 即参考文献 3 P20 页 表 2 10 得双面间隙 Z 0 132 0 240mm 表 2 5 冲裁模初始双面间隙 Z 3 08 10 15 09M n2 Q235 16Mn45 5065Mn 材料厚度 t ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax 小于 0 5极小间隙 0 50 0400 0600 0400 0600 0400 0600 0400 060 0 60 0480 0720 0480 0720 0480 0720 0480 072 0 70 0640 0920 0640 0920 0640 0920 0640 092 0 80 0720 1040 0720 1040 0720 1040 0640 092 0 90 0900 1260 0900 1260 0900 1260 0900 126 1 00 1000 1400 1000 1400 1000 1400 0900 126 1 20 1260 1800 1320 1800 1320 180 1 50 1320 2400 1700 2400 1700 240 1 750 2200 3200 2200 3200 2200 320 2 00 2400 3600 2600 3800 2600 380 2 3 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 经过对冲压件的工艺分析后 结合产品进行必要的工艺计算 并在分析冲压工艺 冲压次数 工艺顺序组合方式的基础上 提出各种可能的冲压分析方案 方案一 单工序模 适当整合各冲压工序 需要副模具 此模具经济 制造方便 方案二 级进模 本零件很大 模具很大 模具结构复杂 制造难度高 成本高 由于第二种方案模具结构复杂 制造成本高 因此选用方案一 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 9 2 4 冲压工艺计算冲压工艺计算 2 4 1 工件的毛坯尺寸计算工件的毛坯尺寸计算 由于工件主要成型的工序是拉伸 工件的变形主要在拉深处 此工件是带凸缘的零 件 由于材料厚度 t 1 5 先将产品尺寸转化为中心层尺寸 结果如下图所示 图 2 3 中心层尺寸 1 修边余量 凸缘直径 di 45 d 40 5 相对凸缘直径 di d 45 40 5 1 1 查表 2 6 有凸缘拉深件的修边余量 即查参考文献 3 P116 页 表 4 2 得 修边余量 3 5mm 因此工件的外沿直径为 di 45 2 3 5 52mm 故含修边余量中心层图形和尺寸如下图所示 图 2 4 含修边余量中心层尺寸 表 2 6 有凸缘拉深件的修边余量 3 拉深相对高度 di d 或 Bi B 凸缘直径 di 或 Bi 1 51 5 2 02 0 2 52 5 3 0 251 81 61 41 2 25 502 52 01 81 6 50 1003 53 02 52 2 无锡太湖学院学士学位论文 10 2 毛坯尺寸计算 由于工件是凸字型回转体形状 因此工件展开后是一个圆形片 可以直接计算工件 的实际尺寸 利用拉深前后体积不变的原则 采用三维软件计算可得毛坯直径 D 102 11mm 值得注意的是 在确定复杂拉深件的毛坯尺寸和形状时 由于实际情况比较复杂 影响因素很多 如板材的厚度变化 模具的间距大小 模具的尺寸公差等 所以一般是 线根据上述公式进行初步计算 然后在通过试验加以修正确定 由于条件有限不能通过 试验进行修正 根据拉深件质量要求材料不能变薄 毛坯只能大不能小 同时考虑拉深 回弹 需多拉一些 故毛坯直径选为 D 102 2mm 总体积为 12305mm3 3 是否采用压边圈 t D 1 5 102 2 1 46 查表 2 7 采用或不采用压边圈的条件 即查参考文献 3 P121 页 表 4 7 得 第一次拉深时采用压边圈 以后各次拉深 如果 t dn 1 1 0 或拉 深系数 mn 0 8 仍要用压边圈 表 2 7 采用或不采用压边圈的条件 3 第一次拉深以后各次拉深 拉深方法 t D 100 m1 t D 100 mn 用压边圈 1 5 0 6 1 02 0 0 6 1 5 0 8 2 4 2 工序分析工序分析 按照产品件的冲压工序看 下凹部分是反拉深 通过运用 CAD CAM 三难软件仿真 初步得出冲压工序过程 落料 拉深 整形 切边 下面主要分析拉深和整形工序 2 4 3 拉深尺寸计算拉深尺寸计算 1 能否一次拉出 只需分析大直径部分能否一次拉出 下面采用查表法 中心层尺寸如图 2 4 所示 d 40 5 高度 h 47 5 df 52 t d 1 5 40 5 3 7 df d 52 40 5 1 28 d df 40 5 52 0 78 t D 1 46 相对高度 h d 47 5 40 5 1 17 总拉深系数 m d D 40 5 102 2 0 396 查表 2 8 凸缘件第一次拉深系数 即查参考文献 3 P136 页 表 4 14 得 拉深极 限系数为 0 51 因本工序拉深系数为 0 396 故不能一次拉出来 表 2 8 凸缘件第一次拉深系数 3 毛坏相对厚度 t D 100 凸缘相对直径 df d0 06 0 20 2 0 50 5 11 1 5 1 5 15 1 1 0 45 0 520 50 0 620 57 0 700 60 0 800 75 0 90 1 1 30 40 0 470 45 0 530 50 0 600 56 0 720 65 0 80 1 3 1 50 35 0 420 40 0 480 45 0 530 50 0 630 58 0 70 1 5 1 80 29 0 350 34 0 390 37 0 440 42 0 530 48 0 58 综上所述 由于拉深系数太小 高度太高 故不能一次拉出 需多次拉深 2 第 1 次拉深计算 为保证拉深能顺利进行 第 1 次拉深计算时 不仅要考虑第 1 次拉深系数 还要考 虑第 1 次拉深的高度极限 以后各次拉深按照拉深系数逐渐增大的原则设计 1 第 1 次拉深凹模圆角半径的确定 查参考文献 3 P126 首次拉深凹模圆角半径公式 4 26 2 1 tdDrd 8 0 1 式中 D 毛坯直径 mm d 本道拉深后的直径 mm t 工件厚度 mm 已知 D 102 2mm d 40 5 t 1 5 所以 mm7 75 1 5 40 2 102 8 0 8 0 1 tdDrd 又根据表 2 10 首次拉深的凹模圆角半径 rd 即查参考文献 3 P126 页 表 4 11 得15mm 12 10 t 8 1 d r 表 2 10 首次拉深的凹模圆角半径 rd 3 t mm 2 0 1 51 5 1 01 0 0 60 6 0 30 3 0 1 无凸缘拉深 4 7 t 5 8 t 6 9 t 7 10 t 8 13 t 有凸缘拉深 6 10 t 8 13 t 10 16 t 12 18 t 15 22 t 综合考虑取 中心层半径为 R10 75mm mmrd10 1 2 第 1 次拉深凸模圆角半径的确定 查参考文献 3 P127 首次拉深凸模圆角半径 无锡太湖学院学士学位论文 12 2 2 1 1 0 17 0 dp r r 得 10710 0 17 0 1 rp 所以取 转化为外形尺寸为 R11 5 10 1 p r 由于产品底部还有一个凸台 为了拉深顺利 根据反拉深原理 首次拉深凸模头部 采用球形 即凸模圆角半径与凸模半径相等 3 按第 1 次拉深极限系数计算 第 1 次拉深后直径为 d1 D m1 102 2 0 51 53mm 第 1 次拉深高度计算 按照毛坯直径 102 2 可计算出总体积 V 12305mm3 利用三维 CAD CAM 软件 依 据体积不变的原则 可计算出制件高度为 49 1mm 查表 2 9 得 拉深相对高度极限约为 0 70 所以 h1 102 2 0 70 71 54 49 1 因此第一次按直径 53 拉深 49 1 的高度 是一定能实现的 因此初定第 1 次拉深后制件形状和尺寸如下图所示 图 2 5 第 1 次拉深件中心层尺寸 3 大直径部分以后各次拉深计算 拉深次数和各次拉深系数确定 按上述分析第 1 次拉深系数为 m1 53 102 2 0 52 已知 t D 1 46 查表 2 11 带凸缘圆筒形件第二次以后各道拉深系数的极限值 即 查参考文献 4 P74 页 表 2 23 带凸缘圆筒形件第二次以后各道拉深系数的极限值 近似得 m2 0 75 m3 0 78 m4 0 80 表 2 11 带凸缘圆筒形件第二次以后各道拉深系数的极限值 4 材料的相对厚度 t D 100 拉深系数 2 0 1 5 1 5 1 0 1 0 0 6 0 6 0 3 0 3 0 15 m20 730 750 760 780 80 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 13 m30 750 780 790 800 82 m40 780 800 820 830 84 所以 d1 53 d2 m2 d1 0 75 53 39 75m总 故不能一次拉出 查表 2 11 得以后各次拉深系数近似为 m2 0 70 m3 0 73 m4 0 78 所以 d1 m1 dt 0 31 40 5 12 6mm d2 m2 d1 0 70 12 6 8 8251 5 1 10 590 570 550 530 50 1 1 1 30 550 540 530 510 49 1 3 1 50 520 510 500 490 47 1 5 1 80 480 480 470 460 45 1 8 2 00 450 450 440 430 42 2 0 2 20 420 420 420 410 40 2 2 2 50 380 380 380 380 37 2 5 2 80 350 350 340 340 33 2 8 3 00 330 330 320 320 31 各次拉深凸 凹是圆角半径确定 首次拉深凹模圆角半径为 mmtdDrd55 1 16 5 40 8 0 8 0 1 第 2 次拉深凹模圆角半径为 取 3mm4 3 8 06 0 12 dd r r 因此第 1 次拉深凸模圆角半径为 4mm 第 2 次拉深凸模圆角半径为 2 5mm 按所有拉深次数排序为 第 3 次拉深尺寸 拉深系数 0 395 拉深后直径为 16 凸模圆角 R4 凹模圆角 R5 第 4 次拉深尺寸 拉深系数 0 72 拉深后直径为 11 5 凸模圆角 R2 5 凹模圆角 R4 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 15 计算各次拉深件尺寸 第 3 次拉深计算 利用三维 CAD CAM 软件进行计算 在总体积 12305mm3 不变 的原则下 计算拉深后的尺寸 计算出拉深高度为 8 1 此时制件中心层尺寸如下图所 示 图 2 7 第 3 次拉深件中心层尺寸 第 4 次拉深计算 利用三维 CAD CAM 软件进行计算 在总体积 12305mm3 不变 的原则下 计算拉深后的尺寸 计算出拉深高度为 9 3 此时制件中心层尺寸如下图所 示 图 2 8 第 4 次拉深件中心层尺寸 2 4 5 整形整形 由于第 2 次和第 4 次拉深后各圆角半径达不到最终尺寸要求 故必须通过整形才能 实现 因此在最后必须增加一次整形 如果在实际操作中还不能达到要求可以分二次进 行整形 这样一定能达到圆角尺寸要求 整形后中心尺寸如下图所示 无锡太湖学院学士学位论文 16 图 2 9 整形后中心层尺寸 2 4 5 工序汇总工序汇总 根据以上分析 可以总结出各工序顺序为 落料 第 1 次拉深 第 2 次拉深 第 3 次拉深 第 4 次拉深 整形 切边 2 4 6 各工序尺寸公差的确定各工序尺寸公差的确定 落料的大小直接影响拉深件的修边余量 因此必须要有公差要求 第 1 次拉深到第 4 次拉深仅是中间过程基本不需设置公差 仅第 2 和第 4 次拉深的直径是产品件的公差 也不需另行确定 整形也已经有公差要求 切边尺寸已确定公差 下面主要确定落料直 径的公差和未注公差尺寸的公差 根据落料直径 102 2 对照参考文献 2 P1 P2 它属于未注公差冲裁件线性尺 寸 查表 2 1 公差等级取 m 级 可得尺寸 102 2 的偏差为 0 55 由于 102 2 是最 小尺寸 故最终尺寸为 mm 55 0 0 2 102 2 5 产品所需模具产品所需模具 在保证产品质量的前提下 适当将各工序组合 可以节省模具数量及生产制造成本 主有一处工序组合 落料和第 1 次拉深组合 结果共有 5 副模具 各副模具制品尺寸和 形状分别如下 模具 1 落料拉深复合模 落料尺寸 1 5mm 第一次拉深后产品尺寸mm 55 0 0 2 102 和形状如下图所示 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 17 a 中心层尺寸 b 产品尺寸 图 2 10 第 1 次拉深件 模具 2 第 2 次拉深模具 产品尺寸和形状如下图所示 a 中心层尺寸 b 产品尺寸 图 2 11 第 2 次拉深件 模具 3 第 3 次拉深模具 产品尺寸和形状如下图所示 a 中心层尺寸 b 产品尺寸 图 2 12 第 3 次拉深件 模具 4 第 4 次拉深模具 产品尺寸和形状如下图所示 无锡太湖学院学士学位论文 18 a 中心层尺寸 b 产品尺寸 图 2 13 第 4 次拉深件 模具 5 整形模具 产品尺寸和形状如下图所示 a 中心层尺寸 b 产品尺寸 图 2 14 整形后产品件 模具 6 切边模具 产品尺寸和形状如下图所示 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 19 a 中心层尺寸 b 产品尺寸 图 2 15 切边后产品件 本课题研究前第一副模具和最后一副模具 即模具 1 落料拉深复合模和模具 6 切边 模 以下所有计算和设计仅做这两副模具 无锡太湖学院学士学位论文 20 3 落料拉深模设计落料拉深模设计 3 1 模具结构模具结构 落料凹模装在下模上 落料凸模 确切说是凸凹模 装在上模部份 拉深凹模 即 凸凹模 装在上模部份 拉深凸模装在下模部份 卸料采用刚性卸料结构 工件采用推 件块刚性推出 推出机构装在上模部份 压边装置装在下模部份 采用弹性 弹簧 结 构 同时也起向上推件作用 条料采用手动送料装置 本模具结构图如图 3 1 所示 图 3 1 落料拉深复合模结构 3 2 确定其搭边值确定其搭边值 考虑到成型范围 应考虑以下因素 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 21 1 材料的机械性能 软件 脆件搭边值取大一些 硬材料的搭边值可取小一些 2 冲件的形状尺寸 冲件的形状复杂或尺寸较大时 搭边值大一些 3 材料的厚度 厚材料的搭边值要大一些 4 材料及挡料方式 用手工送料 无侧压装置的 5 卸料方式 刚性卸料 6 材料为 08F 产品形状是圆形 综上所述 查表 3 1 搭边值 a 和 a1 即查参考文献 3 P31 页 表 2 16 搭边值 a 和 a1 确定其搭边值为 两工件间的搭边值 a1 1 5mm 工件侧面搭边值 a 2mm 表 3 1 搭边值 a 和 a1 3 手工送料 圆形非圆形往复送料 自动送料 材料厚度 aa1aa1aa1aa1 876879887 3 3 确定排样图确定排样图 在冲压零件中 材料费用占 60 以上 排样的目的就在于合理利用原材料 因此材 料的利用率是一个重要问题 必须认真计算 确保排样相对合理 以达到较好的材料利 用率 排样方法可分为三种 1 有废料排样 2 少废料样 3 无废料排样 少废料排样的材料利用率也可达 70 90 但采用少 无废料排样时也存在一些缺 点 就是由于条料本身的公差以及条料导向与定们所产生的误差 使工作的质量和精度 较低 另外 由于采用单边剪切 可影响断面质量模具寿命 根据工件的形状和批量 对模寿命有一定要求 故采用有废料排样方法 排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边 搭边的作用是补偿 定位误差 保证冲出合格的工件 还可以使条料有一定的刚度 便于送进 无锡太湖学院学士学位论文 22 本产品外形是圆形 第一副模具是落料拉深复合模 只需考虑落料的排样 故采用 单排直排方式 由于料厚为 1 5mm 落料外形尺寸也较大 每根条料比较重 故采用手 动前后送料方式送料 落料尺寸为 55 0 0 2 102 送料步距 A Dmax 2a1 3 1 Dmax为工件最大尺寸 故 Dmax 102 75mm A Dmax 2a1 102 75 1 5 104 25 104 3mm 条料宽度 刚性卸料有导向无侧压 3 2 0 max Z 2a D B 其中 a 2 0 7mm 查表 3 2 条料宽度偏差 即查参考文献 3 P31 页 表 2 17 条料宽度偏差 Z 1 查表 3 3 条料与导料板之间的间隙 即查参考文献 3 P32 页 表 2 18 条料与导料板之间的最小间隙 Zmin B Dmax 2a Z 102 75 2 2 1 107 75 mm 0 7 0 8 107 表 3 2 条料宽度偏差 3 条料厚度 t 条料宽度 B 0 50 5 11 22 33 5 200 050 080 10 20 300 080 100 15 30 500 100 150 20 50 0 40 50 70 9 50 100 0 50 60 81 0 100 150 0 60 70 91 1 150 200 0 70 81 01 2 200 300 0 80 91 11 3 表 3 3 导料板与条料之间的最小间隙 Zmin 3 无侧压装置有侧压装置 条料宽度 B条料宽度 B材料厚度 t 100 以下100 200200 300100 以下100 以上 约 10 50 510 50 8 1 50 5110 50 8 导料板间距离 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 23 3 3 Z B0 B B0 107 8 1 108 8 因此实际条料最小宽度为 107 1mm 最大宽度为 107 8mm 送料步距为 104 3mm 按这样计算 工件间最小搭边为 1 55mm 侧边最小搭边为 2 025mm 侧边最大搭边为 2 525mm 完全符合搭边要求 排样图如图 3 2 所示 图 3 2 排样图 3 4 材料利用率计算材料利用率计算 在冲压零件中 材料利用率是非常重要的 较高利用率是企业降低成本的途径之一 由于本产品采用复合工序的单副模具生产 送料采用手动送料 因此可以假设原材 料为条料 查参考文献 6 P1 13 页 表 2 7 冷轧钢板的规定 GB T 708 2006 及结 合目前