材料成型及控制工程毕业设计-毕业设计说明书-摩托车油箱注油口冲压工艺及 模具设计

1、题 目:摩托车油箱注油口冲压工艺及 模具设计 学 院（系）: 材料科学与工程学院 年级、 专业: 2002级材料成型及控制工程 姓 名: 王 丽 杭 学 号: 20020513 指 导 教 师: 查五生教授 完 成 时 间: 2006年6月1日 目 录摘要 31 前言 32 零件的工艺性分析 43 零件冲压工艺方案的确定 53.1 冲压工艺方案的计算 53.2 确定工艺方案 53.3 按凸缘筒形件的拉深 73.4 冲裁排样方式的设计及计算 84 第一副模具（落料、拉深、冲孔复合模）的设计与计算：9 4.1各工序压力的计算 9 4.2压力机的初步选定 10 4.3 模具类型及结构形式的选择与计算

2、 114.4模具工作部分刃口尺寸和公差的计算 12 落料凸、凹模的刃口尺寸 124.4.2 拉深凸、凹模的刃口尺寸 13 冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算 144.5 落料、拉深凸、凹模高度的确定 144.6落料凹模外形尺寸的设计与粗略计算 15 4.7模具其他零件的设计与计算 15 模架的选用 15 定位零件 16 卸料与推（顶）件装置 16 固定与连接零件 164.8模具压力中心的设计与计算 165第二副模具（翻边模）的设计与计算 165.1各工序压力的计算与压力机的初步选用 165.2 压力机的初步选用 175.3翻边凸、凹模刃口尺寸和公差的计算 18 5.4模具结构类型及形式的选择与设计 1

3、95.5压力中心的计算 195.6冲模闭合高度的计算 195. 7 模座的选用 196第三副模具（垂直切边模）的设计与计算 206.1各工序压力的计算与压力机的初步选用 206.2 切边凸凹模刃口尺寸和公差 216.3模具结构类型及形式的选择与设计 226.3压力中心的计算 226.4冲模闭合高度的计算 226.5模座的选用 22心得与体会 23 致谢词 24 参考文献 24摘 要本次毕业设计是完成摩托车油箱注油口冲压工艺及模具设计。采用落料、拉深、冲孔、翻边、切边工艺。设计中分析了工件的冲压工艺性，计算了毛坯排样、冲压力、刃口尺寸计算等。进行了模具总体结构、主要零部件的设计，绘制了落料、拉深

4、、冲孔复合模和翻边、切边的单工序模具装配图和零部件图。 关键词: 冲压工艺 冲压模具设计 装配图Abstract:The main program for this graduation design is to finish press process and the design of motorcycle tank pouring orifice. The press process of blanking，drawing, perforating, flaring, trimming are adopted. In this paper, the process suitability

5、 of part is analysed. The process parameters, such as blank layout and press force are calculated. The general construction of mold and main parts are designed. The compound die of blanking，drawing,perforating and the simple press tool of flaring,trimming and detail drawings of main parts are drawn.

6、Key words: Press process Press tool design assembly diagram1 前言随着经济的发展，冲压技术应用应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有冲压加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。冲压工艺与冲压设备正在不断地发展，特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新高度。新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广，模具各种表面处理技术的发展，冲压设备和模具结构的改善及精度的提高，显著地延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。由

7、于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。2 工件的冲压工艺分析本次毕业设计的冲压件是摩托车油箱注油口冲压件的生产过程的设计。该工件是一个带凸缘的筒形件，在53mm的内孔中，用来注油要求有较高的光洁度和相对的位置精度。除了要保证它的公差外还要保证它的高度及其孔内的圆角半径R5mm。从以上对摩托车油箱注油口的形状分析当中不难看出，它需要经过落料，拉深，冲预

8、制孔，翻边，修边等冲压工序，但它需要几次拉深，冲预制孔、翻边尺寸如何计算以及冲侧孔应该采用哪种方式和如何布置等成为本次设计的重点和难点。本次设计的模具精度并不需要很高，达到IT10-IT9均可满足要求。工件图见图2-1。 图2-1 摩托车油箱注油口工件图3 零件冲压工艺方案的确定3.1 工件孔冲制的方案此件虽然是一般带凸缘拉深件，但加工底部53mm孔可以有多种方案：方案一：拉深后再车去底部方案二：拉深后再冲去底部方案三：拉深后冲预制孔再翻边 a 落料、拉深复合，再冲孔、翻边复合 b 落料、拉深、冲孔复合，再翻边在上述三种加工方案中，采用第一种方案，工件的质量较高，但生产率低，而且费料。在工件底

9、部要求不高的情况下，不适宜采用。第二种方案需要增加整形工序，而且质量不易保证。采用第三种方案中，a方案冲孔、翻边复合将使翻边凸模的厚度太薄，加工较麻烦，而且可能造成强度不够等缺点。b可以避免a中的缺点且生产率高，而且省料。另外，按工件使用情况翻边工序完全可以保证工件技术要求。所以采用第三种方案中的b较合理。3.2 计算毛坯尺寸在计算毛坯尺寸前，需要先确定翻边前的半成品的形状和尺寸。孔53的高度太大，不能用翻边的办法全部都制造出来，而是一部分要靠拉深形成的。翻边高度具体计算如下：将直径D=54mm，翻边圆角半径r=5mm，板料厚度t=1.0mm带入翻边系数公式得： K=1-（H-0.43r-0.

10、72t） =1-(26-0.43×6-0.72×1) =0.16则预制孔径d=0.16×54=8.6从表6-5查得翻边系数K=0.51（采用平底凸模冲制底孔），即计算翻边系数大于表中查得的翻遍系数，说明不能一次翻边而成。取极限翻边系数K0max=0.52翻边极限高度hmax=(1- K)+0.57(r+) =(1-0.52)+0.57(5+0.5) =16.95mm 取翻边高度为h=15mm冲预制孔径：d=m×D=0.52×54=28.08冲预制孔为 d=28mm冲孔、翻边前半成品如图3-1所示。图3-1 计算毛坯尺寸用图3.3 按凸缘筒形件的

11、拉深确定修边余量值：=2>1.40 查表5-12得=3.0mm所以拉深件实际凸缘直径：dF= dt+2=108+2×3.0=114mm计算毛坯直径：当r=R时毛坯直径d0= = =119mm确定能否一次拉深成形：由相对凸缘直径和相对毛坯厚度查表 =2.11=×100=0.84 查表5-14得【h1/d1】max=0.270.33而实际零件h/d=11/54=0.2<【h1/d1】max=0.270.33查表5-13得m1=0.42而且m= d1/d0=54/119=0.45>0.42故此件能一次拉深摩托车油箱注油口拉深件毛坯尺寸计算如图3-2所示。 图3-

12、2 拉深件尺寸计算 3.4 冲裁排样方式的设计及计算工件毛坯直径119mm尺寸较大，考虑到操作方便，采用单排。查有关表得搭边值： a=1.5，a1=1.5进距：s=D+ a1=119+1.5=120.5条料宽度：b=D+2a=119+2×1.5=122mm板料规格拟选用：1×1100×2900采用纵裁: 裁板条数 n1=B/b=1100/122=9余2mm每条个数 n2=(L-a1)/s=（2900-1.5）/120.5=24余13mm每板总个数 n3= n1· n2 =9×24=216（个）板的利用率：=×100%=71.1%采用横

13、裁: 裁板条数 n1=L/b=2900/122=23余94mm每条个数 n2=(B-a1)/s=（1100-1.5）/120.5=9余28mm每板总个数 n3= n1· n2 =23×9=207（个）板的利用率：=×100%=68.1%综上比较第一种排样方式的利用率高，故采用进行纵裁排样（排样图见图3-3） 图3-3 排样图4 第一副模具（落料、拉深、冲孔复合模）的设计与计算4.1各工序压力的计算落料力 P1 =1.3×3.14×D×t×b=1.3×3.14×119×1×350=170

14、015.5N式中 b(抗剪强度)= 350 MPa，由冲压手册表8-7查得。P1 (=Dtb)计算冲裁力D毛坯直径t冲件材料厚度卸料力 P2=K1 P1=0.07×170015.5 =11901N式中：K1 = 0.07， 由冲压手册表2-37查得。拉深力 P3=3.14×d×t×b K1 =3.14×54×1×450×1.05 =80117N式中：cp = 450 MPa , 由冲压手册表8-7查得。 K1 = 10.5 , 由冲压手册表4-86查得。压边力 P4= /4 d02-( d1+2r)2×2

15、.5= /41192-(54+2×5) 2 ×2.5= 19752.6N冲预制孔的力F冲 = 1.3d tb= 1.3×3.14×28×1×350= 40003.6 N式中： b(抗剪强度)= 350 MPa，由冲压手册表8-7查得，d预制孔直径推件力F推 =n.K2 F冲=5×0.055×40003.6=11000.99 N式中：K2 = 0.063， 由冲压手册表2-37查得。N = 5 ,同时卡在凹模里的废料片数。(设凹模直筒口径高度 h = 4 ,n= h/t = 4/0.5 = 8)4.2 压力机的初步选

16、用综上计算所知，因为选用的是弹性卸料结构,所以总压力F总为各力的总和，其中包括卸料力.故F总=P1+ P2 + P4 +F冲+F推件= 170015.5+11901+19752.6+40003.6+11000.99= 242673.69N243 KN在考虑各因素后，取一安全系数0.7左右，所以必须选用250KN的公称压力机.则根据所需总压力初选公称压力为250KN的开式压力机。（参看冲压手册相关章节543页。压力机的主要技术参数如下表4-1所示表4-1 压力机的主要技术参数公称压力滑块行程/行程次数/min-1最大闭合高度/25080 100250封高度调节量工作台模柄孔尺寸前后左右直径深 度

17、7036056050704.3 模具类型及结构形式的选择与计算本次设计第一副模具采用落料、拉深、冲孔的复合模结构。本次设计的冲压件可一次拉深到所要求的高度，原则上属于浅拉深凸缘形件，落料、拉深、 冲孔复合模采用典型结构，即落料、冲孔采用正装式，拉深采用倒装式。下模座的压边圈兼作压边和 顶件装置，另设刚性推件装置。该结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产率高。适合于拉深深度不太大，材料较薄的情况。在上模部分，为了不让工件底部变形，使其不让刚性接触，采用了连接推杆装置来推动推件块来推出工件。对于此工序，由于拉深深度为11，不算太大，材料厚度为1较薄，因此采用弹性卸料较合适。另外在下模座下部设有气

18、垫装置，它驱动托杆向上运动，使压边圈兼做顶件和压边的作用，且在上模上设有刚性推件装置，并在下模上设有刚性卸料板装置，采用这些结构的特点主要是结构紧凑，布局合理且制造使用都简单方便，唯一的不足是，拉深件有可能留在刚性卸料板内不易出件，有时还需要工人用手工去把它拿出，带来了操作的不便，但是只要托杆长度设计合理，气垫压力足够，就能克服这点不足。另外考虑到装模和操作方便，模具采用后侧布置导柱的模架。第一副模具（落料、拉深、冲孔复合模）装配简图如图4-1所示图4-1落料、拉深、冲孔复合模装配简图4.4 模具工作部分刃口尺寸和公差的计算 落料凸、凹模的刃口尺寸圆形凸模和凹模可采用分开加工。落料前的毛坯未注

19、公差尺寸的极限偏差，故取落料件的尺寸公差为119 由冲压手册表2-31的公式进行计算D凹 = （D-x）+凹=（119-0.5×（-0.87）=119.44式中： x = 0. 5,由冲压手册表2-30查得， 凹 = +0.035，由冲压手册表2-28查得。D凸 = （D-x-2Cmin）-= (119-0. 5×（-0.87）-2×0.07) = 119.37 式中： Cmin = 0.07，由冲压手册表2-25查得，表查得Cmax = 0.1）凸 = -0.025 ，由冲压手册表2-25查得。+ = 0.035+0.025 = 0.06 = 2（Cmax-Cm

20、in）t = 2×（0.1-0.07）=0.06故上述计算是合理的。落料凹模最小模壁c ，由冲压手册表2-39查得为36，实际取为36 拉深凸 、凹模的刃口尺寸拉深件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸，故拉深件的尺寸为53由冲压手册表4-75的公式计算d凸=（D+x）-=(53+0.4×0.74) =53.3式中：x = 0.4,由冲压手册表2-30查得凹 = +0.05由冲压手册表4-76查得D凹 = （D+x+2C）+凹=（53+0.4×0.74+2×1.05）=55.4式中：x = 0.4,由冲压手册表2-30查得，c由冲压手册表4-74

21、取为 c = (11.1)t = 1.05拉深凹模最小模壁c ，由冲压手册表2-39查得为30 冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算冲孔件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸，故冲孔件的尺寸为28d凸= (d+x)-=(28+0.5×0.52) =28.26d凹= (d+x+2Cmin) +凹=(28+0.5×0. 52+2×0.07)=28.27式中： x = 0.5,由冲压手册表2-30查得，Cmin = 0.07，由冲压手册表2-25查得，表查得Cmax = 0.1）凹 = 1/4 = 0.0214.5 落料、拉深凸凹模高度的确定L=h1+h2+h3+h其中：

22、h1为凸模固定板厚度，一般为凸模高度的40%左右，计算取为28。h2为卸料板的厚度，查课本P23页一般为612 ，取为10。 h3为导料板厚度2 。 h为附加长度，包括修模余量和安全长度，取30。综上，则：L=28+10+2+30 故：L=70即凸凹模的长度为70，具体长度根据实际情况调整后再确定。4.6 落料凹模外形尺寸的设计与粗略计算 (具体情况根据装配图确定)参见课本P63页图3-12： 凹模厚度h=Kb（大于15），凹模壁厚c=（1.52h）（大于3040）其中：b冲裁件最大外形尺寸 K系数，形状简单取较小值，形状复杂取较大值。故根据课本P64页表33取K=0.20，则：查冲压设计简明

23、手册P34页：h=Kb=0.20x87=17.4（）（但是本次模具不是落料单工序模，因此，落料凹模的对应尺寸应该比拉深凸模原则上高1个料厚t才可满足强度要求.但是在此模具设计，凹模里面还有卸料结构，根据作图得初h取25）凹模壁厚 ：c=（1.52.5）h，取36。4.7 模具其他零件的设计与计算 模架的选用 根据落料凹模的周界尺寸，查冲压手册P591页相关资料，同时为了安装方便，故采用后侧导柱式模架.由于本次落料凹模的周界尺寸长度在200左右，按资料中的LXB选用则上模座为200×200×50，下模座为200×200×50的规格，其他结构的尺寸值不变。此

24、时，再反过来校核所初步选用的压力为250KN的公称压力。工作台尺寸：左右为560，前后360。工作台的闭合高度为250，显然可以放下该模座，且最大闭合高度也满足要求，因此所选压力机符合要求。 则模柄的规格为直径50，高70，其它结构的尺寸参见冲压简明手册P436页，与此同时，在模座确定以后，导柱，导套的规格和结构尺寸也随之确定下来由冲压简明手册相关章节查得。 定位零件 本副模具采用两个导料销导向送料，为使条料顺利通过导料销的间隙，在计算排样尺寸图时一并算出，此处不在叙述。结构和规格与挡料销相同。同时在本副模具中采用固定挡料销来限制条料的送近步距，使用圆形挡料销，规格为4×6。该结构的

25、挡料结构简单，制造容易，使用方便，适用于固定卸料板及手工送料的冷冲模结构。 卸料与推（顶）件装置由于板料厚度为1 0.8mm，故要采用固定卸料板结构，其结构简单，卸料力大，用于板料厚度较薄的情况。卸料力前面已算出 F卸=11901N采用带导尺的固定卸料板，卸料板只起卸料的作用，卸料板的型孔与凸模的单面间隙为0.5，厚度为10。打杆长度：H（模柄总长+凸凹模高度-推件高度）但是由于使用了三爪推板推出机构，因此打杆长度应在（模柄总长-推板厚度）具体情况根据装配图确定。托杆长度：L（l+h3）其中：l气垫长度 h3气垫上平面与下平面之间隙综上，取L=48 。 固定与连接零件 采用固定板将凸凹模固定在

26、上模座上，固定板与凸凹模之间采用阶梯固定的形式。固定板与上模座之间采用内六角螺钉与圆柱销来连接和定位，螺钉尺寸与圆柱销尺寸根据被连接的两部分零件厚度来确定。此外，由于本副模具的尺寸所需冲裁力较大，因此采用垫板的结构。4.8 模具压力中心的设计与计算 由于落料，拉深和冲预制孔的凸，凹模形状均为对称性形状，因此其压力中心均为其各自的几何形心，故以模座中心为原点，建立直角坐标系，则落料和拉深的压力中心均在原点上。5 第二副模具（翻边模）的设计与计算5.1 计算冲裁力翻边力F翻边 = 1.1t(D- d0) s=1.1×3.14×1×(54-28) ×196=

27、17602N式中：s = 196 MPa , 由冲压手册表8-7查得。顶件力顶件力取翻边力的10，则F顶件 = 10×F翻边= 10×17602= 1760 N5.2 压力机的初步选用综上计算所知，因为选用的是弹性卸料结构,所以总压力F总为各力的总和，其中包括卸料力.故F总= F翻边+F顶件= 17602+1760= 19362 N20 KN在考虑各因素后，取一安全系数0.7左右，所以必须选用大于20KN的公称压力机.则根据所需总压力初选公称压力为160KN的开式压力机。（参看冲压手册相关章节543页。第二副模具(翻边模)装配简图见图5-1所示。 图5-1 翻边模装配简图5

28、.3 翻边凸、凹模刃口尺寸的计算从模具装配图的设计中知道，翻边凸模基本尺寸为53。翻边件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸，故翻边件的尺寸为53由冲压手册表4-75的公式计算d凸= （D+x）-=(53+0.4×0.74) =53.3式中： x = 0.4,由冲压手册表2-30查得， 凹 = +0.05由冲压手册表4-76查得D凹 = （D+x+2C）+凹=（53+0.4×0.74+2×1.05）=55.4式中：x = 0.4,由冲压手册表2-30查得，c由冲压手册表4-74取为 c = (11.1)t = 1.05翻边凹模最小模壁c ，由冲压手册表2-

29、39查得为365.4 模具结构形式的选择计算 本副模具主要目的是为了翻边工序，翻边高度为11mm.翻边所需求的精度比较高,故在本次翻边模具的设计中,翻边模的精度为中等精度要求。 在本副翻边模的设计中,翻边凹模设计在上模座上。预先拉深后的带凸缘筒形件也放在上模座上,然后利用固定板固定,而固定板利用内六角螺钉和圆柱销钉将其连接与紧固在上模座上。卸料时,上模采推件块推件的方式将坯料从翻边凹模中推出翻边凸模安放在下模座上,采用式嵌入式固定在下模座上.卸料时采用压边圈与限位螺钉的方式进行卸料，压边圈同时还可以起压边得作用，他是气垫压力通过托杆把力传到压边圈上进行压边的。5.5 压力中心的计算由于本副模具

30、的翻边位置对称，因此它的压力中心就在中心距的几何中心上。5.6 冲模闭合高度的计算由于估算的冲模高度为171，而根据总压力所选的压力机闭合高度为160220，因此初选压力机符合要求。5.7 模座的选用在本副模具设计中根据凹模支架的尺寸来选用后侧导柱式模架选用模座的规格如下：上模座160×160×45下模座160×160×45其具体的结构尺寸如下：上模座L=160， B=160， t=45 A2=195L1=170， S=170， A1=110， R=42, l2=80 D(h7):42 下模座 L=160， B=160， t=45， L1=170 S=1

31、70， A1=110， A2=195 l2=80 R=42, d(r7):28 图形及具体的标注尺寸见零件图和冲压手册。导柱导套尺寸具体参数参考冲压手册P606-612页相关的章节。6 第三副模具（垂直切边模）的设计与计算6.1 各工序压力的计算与压力机的初步选用切边力 F = 1.3dtb= 1.3×3.14×76×1×350= 108581.2 N式中 b(抗剪强度)= 350 MPa，由冲压手册表8-7查得。t冲件材料厚度 废料刀切断废料所需力（设两把废料刀）F1=2×1.3×(82-76)×1×350 =5

32、460N 综上所计算得 F总=F+ F1=108581.2+5460 =114041.2N 114KN则根据总压力初步选用开式压力机公称压力为160KN，其模柄规格直径30mm,高度50mm具体结构尺寸参见冲压手册相关章节。第三副模具（垂直切边模）装配简图如图6-1所示。 图6-1 垂直切边模装配简图 6.2 切边凸凹模刃口尺寸和公差取落料件的尺寸公差为76 由冲压手册表2-31的公式进行计算D凹 = （D-x）+凹=（76-0.5×0.74）=76.37式中： x = 0.5,由冲压手册表2-30查得， 凹 =0.012，由冲压手册表2-28查得。D凸 = （D-x-2Cmin）-

33、= (76-0.5×0.74-2×0.07)= 76.3式中： Cmin = 0.07，由冲压手册表2-25查得，表查得Cmax = 0.1）凸 = -0.019 ，由冲压手册表2-25查得。+ = 0.018+0.012 = 0.03 2（Cmax-Cmin） = 2×（0.1-0.07）=0.06故上述计算是合理的。落料凹模模壁c ，由冲压手册表2-39查得为36.6.3 模具结构类型及形式的选择与设计本次毕业设计第三副模具设计的主要目的是为了得到外形尺76的尺寸精度而进行切边。，由于切下的废料是环状的，则采用废料切刀分段切断废料，使环绕在凸模上的废料脱落卸下

34、，减少了卸料板的使用。这样使模具结构简单，操作易行，生产效率高等优点。6.4 压力中心的计算由于本副模具的切边位置对称，因此它的压力中心就在中心距的几何中心上。6.5 冲模闭合高度的计算由于估算的冲模高度为172，而根据总压力所选的压力机闭合高度为160 220，因此初选压力机符合要求。6.6 模座的选用在本副模具设计中根据凹模支架的尺寸来选用后侧导柱式模架选用模座的规格如下：上模座160×160×45下模座160×160×45其具体的结构尺寸如下：上模座L=160， B=160， t=45 L1=210 A1=110， A2=195， S=170， R

35、=45, l2=80 D(h7):42 下模座L=160， B=160， t=45 L1=210 A1=110， A2=195， S=170， R=45,l2=80 d(r7):28 图形及具体的标注尺寸见零件图和冲压手册。导柱导套尺寸具体参数参考冲压手册P606-612页相关的章节。心得与体会通过本次毕业设计，在理论知识的指导下，结合认识实习和生产实习中所获得的实践经验，在老师和同学的帮助下，认真独立地完成了本次毕业设计。在本次设计的过程中，通过自己实际的操作计算，我对以前所学过的专业知识有了更进一步、更深刻的认识，同时也认识到了自己的不足之处。到此时才深刻体会到，以前所学的专业知识还是有用的，而且都是模具设计与制造最基础、最根本的知识。本次毕业设计历时