1721_油箱注油口冲压工艺及模具设计

1721_油箱注油口冲压工艺及模具设计,油箱,注油,冲压,工艺,模具设计 11 绪 论1.1 课题背景冲压加工是一种金属塑性加工工艺，其坯料主要是板材、带材、管材及其他型材，是利用安装在压力机上的冲模，通过施加压力，在瞬间完成加工过程，把原材料加工成所需要的零件形状和尺寸的成品或半成品。按照冲压时的温度情况有冷冲压和热冲压两种。冷冲压是金属在常温下的加工，一般适用于厚度小于 4mm 的坯料，它具有生产效率高；工件精度的一致性高，互换性好，质量稳定；材料利用率高；产量越大成本越低；可获得用其它方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件；便于在大批量生产中实现机械化或自动化以及不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低的优点。同时冲压加工又具有：冲模制造周期长，制模技术要求高，费用大，在小批量生产中受到一定限制的缺点。随着世界经济技术的不断发展与壮大，冲压技术和模具应用的范围越来越广泛，也越来越受到各行各业的重视，在整个国家经济建设和相关部门中，都涵盖了冲压工艺和模具应用，它不仅与整个机械行业紧密的联系在一起，而且与人们的日常生活有着千丝万缕的关系。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，冲压模具作各个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。1 _/ e( e, r5 _# Q# ( d; s W& 2Y随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD） 、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。模具是工业产品生产应用的重要工艺设备，按成型的对象和方式来分，模具大致可以分为三类：金属板料成型模具（如冷冲压模） ；金属体积成型模具（如锻造模，粉末冶金模，压铸模等）;非金属材料成型模具（如塑料模，玻璃模,陶瓷模等） ，其中使用量最大的是冲压模和塑料模，约占模具总量的 80%左右。模具工业在我国也已成为国民经济发展的重要基础工业之一，国民经济的支柱产业如机械，电子，汽车，石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量的模具，特别是汽车，电机，电器，家电和通信等产品中 60%80%的零件都要依靠模具成型。1.2 冲压工艺及模具设计的发展冲压加工工艺的优点突出，在国民经济各部门中获得了广泛应用。不仅在日常生活用品中占据非常重要的位置，而且在现代航空、航天、兵工、汽车、拖拉机、电机、电器和电子仪表生产中也占有十分重要的地位。可以说，冲压加工已成为许多工业部门的重要加工手段，不采用冲压加工，要想改进产品质量，降低产品成本，迅速更新产品，提高产品市场竞争能力，都是不可能的。随着生产的发展，各工业部门对冲压技术的要求越来越高，因而促进了冲压技术的迅速发展。在大批量生产中，发展高效率、高寿命、高精度冲模 ，如适用于复杂形状零件的多工位连续模、适用于单一品种零件的自动化专用冲模等；在小批量生产和新品试制中，发展通用冲模、组合冲模和锌合金模、聚氨酯橡胶模、薄板冲模、钢带冲模等简易冲模，以便缩短冲模加工周期，降低制模成本，使冲压加工能适应小批量生产和新品试制的需要；组织冲模专业化生产，减少制模手工操作，采用各种先进加工、检测设备和各种新的制模技术，以适应大型、复杂、精密、先进冲模的加工；改进冲模热处理，发展模具表面强化新工艺，开发制模新材料，以便提高冲模的使用寿命和冲压件的质量；大力加强冲模典型化和标准化研究，积极开展冲模的计算3机辅助设计与计算机辅助制造，以便简化冲模的设计与加工，缩短冲压生产准备周期，降低制模成本，提高制模质量；在冲压设计中采用先进技术，如在冲模结构上配置能在冲压过程中控制定位不准、工件重叠、尺寸超差的装置。改进通用压力机的结构，提高刚度和精度；积极开发高速压力机、多工位压力机、数控压力机，提高生产效率，满足大批量生产的需要等等。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具必然会有如下发展趋势：模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。多功能复合模具将进一步发展。多色和多材质塑料成型模具也将有较快发展，这种模具缩短了产品的生产周期和装配周期，今后在不同领域将得到发展和应用。1.3 冲压工艺及模具设计国内外发展水平综述1.3.1 国外研究发展概述美国模具工业美国现有约 7000 家模具企业，90%以上为少于 50 人的小型企业。由于工业化的高度发展，美国模具业早已成为成熟的高技术产业，处于世界前列。美国模具钢已实现标准化生产供应，模具设计制造普遍应用 CAD/CAE/CAM 技术，加工工艺、检验检测配套了先进设备，大型、复杂、精密、长寿命、高性能模具的发展达到领先水平。但自上世纪 90 年代以来美国经济面临后工业化时代的大调整、大变革，也面对强大的国际竞争来自成本压力、时间压力和竞争压力。日本模具工业目前，日本的模具制造技术仍处于世界领先地位。据日本通产省工业统计，日本共有模具生产厂约 10000 家，其中 20 人以下的占 91%以上，即日本模具业以中小企业为主，主要靠专业化分工，完成高质量的模具设计、加工。由于日本的专业化分工做得好，中小模具企业的整体制造水平高，使“日本制造”的模具成为一种品4牌、优质的象征。近年来，日本塑料模具、粉末冶金模具、压铸模具增长明显，冲压模具和锻造模具则相对呈减少趋势。据罗百辉了解，日本模具目前面临五大课题缩短交货期、降低制造成本、提高模具质量和精度、劳动力不足以及迎接亚洲各国的挑战。针对此况，日本许多模具厂家都在积极扩大设备投资。在加工方面，大量采用无人看管的加工单元，或者通过计算机进行联机控制。在设计制造部门几乎都采用 CAD/CAE/CAM 技术，进行动作仿真分析、DNC（直接数字控制）加工。模具的技术开发主要向高精度、高速度、长寿命、复杂、大型、一体化和高性能诸方面发展。新加坡模具工业新加坡是一个只有 300 万人口的小国，在上世纪 80 到 90 年代，政府重视和支持精密模具的发展，出台了很多政策，使模具工业得到快速增长，促进了新加坡经济的快速发展。新加坡拥有各种类型模具以及精密加工相关企业超过 1000 多家，模具年产值超过 45 亿人民币，在亚洲模具业中有着相当重要的影响力和作用。模具企业中上市的有 10 多家。新加坡 65%以上企业生产的模具都是为电子相关业配套的，生产的模具不是大型的，但都是高精密、高水平的模具。新加坡模具企业主要集中在半导体框架/封装模具、五金冲压模具、塑胶模具、硅橡胶模具等领域。德国模具工业德国一向以精湛的加工技艺和出产精密机械、工具而著称，其模具业也充分体现了这一特点。对于模具这个内涵复杂的工业领域，经过多年的实践探索，德国模具制造厂商形成了一个共识：即全行业必须协调一致，群策群力，挖掘开发潜力，共同发扬创新精神，共同技术进步，取长补短，发挥好整体优势，才能取得行业的成功。此外，为适应当今新产品快速发展的需求，在德国不仅大公司建立了新的开发中心，而且许多中小企业也都这样做，主动为客户做研发工作。在研究方面德国始终十分活跃，成为其在国际市场上保持不败的重要基础。在激烈竞争中，德国模具行业多年保持住了在国际市场中的强势地位，出口率一直稳定在 33%左右。据德国工、模具行业组织德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会统计，德国有模具企业约 5000 家，2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有 90 家，这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%。51.3.2 我国模具工业发展概况目前，国内模具市场不断扩大，国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具国际采购的趋向十分明显。因此，展望未来，国际、国内模具市场总体发展前景美好。我国模具工业将会有一个继续高速发展的机遇期。模具是制造业的重要基础工艺装备。模具种品繁多，共有几十大类，其中冲压模具、塑料模具、铸造模具、锻压模具、橡胶模具、粉末冶金模具、拉丝模具 、无机材料成形模具等是最重要的八大类，用于制造业中的几乎所有产品的生产。现代模具制造业已成为技术密集型和资金密集型的产业，他与高新技术已形成相互依托的关系。一方面，模具是直接为高新技术产业化服务的不可缺少的装备；另一方面，模具生产本身又大量采用高新技术和装备，因此，模具制造已成为高新技术产业的主要组成部分。模具成形零件时实现快速、优质、低耗是国家可持续发展战略的要求。在中国，模具生产长期以来一直被当作产品生产的工艺后方，生产的模具也主要是自产自配，直至八十年代，模具才作为产品被列入机电产品目录，当时全国共有生产模具的厂点约为 300 家总产值 10 亿元。经过几十年的发展，中国的模具工业已有了长足的进步。拒不完全统计，现在国内未含港、澳、台统计数据，约有 3000家模具生产厂点，年模具销售额约 1500 亿元，而且年年增长迅速。从 20 世纪八十年达后期开始，中国模具工业发展十分迅速。由于国民经济的发展对模具的需求越来越大，原有的国有模具企业有了很大发展，而三资和乡镇、个体模具企业的发展更为迅速。例如广东省和浙江省，原来模具生产规模不大，在国内未占重要地位，但目前，主要依靠三资企业的广东省全省有很多家模具生产企业和主要依靠乡镇、个体企业的浙江省全省有多家模具生产大企业，其模具生产值已分别占全国的百分之 30 左右。国内不完全统计生产及进口发展状况见表 1，表 2。从表一、表二可见，虽然中国模具工业发展迅速，但仍不能满足我国制造业发6展的需要，特别是中高档模具，在精密、大型、复杂、长寿命类型的模具仍旧供不应求。由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面中国与国际水平相比尚有大差距，所以每年尚需要大量进口。由于中国模具价格比较低廉，水平也在不断提高，因此出口发展很快。近年来每年出口增长幅度比行业增长幅度大得多。在模具产值产量和进出口迅速发展的同时，近年来中国在模具行业进步和模具水平的提高方面也取得了可喜的成绩。现在，我国已能生产精度达到 2m 的多工位级进模，寿命可达三亿冲次以上。个别企业生产的多工位级进模已可在 2000 次/min的高速冲床上使用，精度可达 1m。在大型塑料模具方面，我国已能生产 43 英寸（109cm）大屏幕彩电和 65 英寸（165cm）背投式电视的塑壳模具、10kg 大容量洗衣机全套塑料件模具及汽车保险，整体仪 100t。我国模具企业CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM、PLM、ERP 等数字化信息化技术的使用面正在不断扩大，水平也在不断提高。目前，我国模具总量虽然达到相当大的规模，模具水平也已有了很大提高，但在总体上，我国模具生产的商品化、专业化、标准化程度还较低，商品化模具只占少部分，模具标准件使用覆盖率还不高，专业模具企业只占模具生产长点的少数，而且装备也比较落后。由于资金缺乏，我国的模具企业大都只能购买较低档的国产设备和来自我国台湾的设备，而少用欧美和日本的高档设备，设备数控化程度远低于国际水平，不少企业原先只是附属于大厂、大公司、大集团的模具生产单位，经调整、改革、改制、变成了独立企业法人、面向社会、自负盈亏，充分发挥了人才和技术优势以及设备能力，在模具行业中发挥了很好的作用。以上这些都使模具企业结构越来越适用于市场经济。在企业结构正在不断改善的同时，我们也看到很多专业模具厂还仍旧保持“大而全” 、 “小而全”的组织形式，国外大多呈现“小而专” 、 “小而精”的特点，欧洲某些模具企业已有大型跨国集团发展的趋向。随着塑料工业的快速发展以及产品的轻量化提出越来越高的要求，在模具的生产结构中，塑料模具及铝、镁合金的铸造模具比例组不上升，在十大类模具中，塑料模具已成为总量最多的模具。随着近年来汽车工业的高速发展，为汽车制造配套的模具比例也逐步上升。随着技术的不断提高进步，市场对模具要求越来越高，以大型、精密、复杂、长寿命模具为主要代表的高技术含量的模具在模具总量中的比例也在逐年提高，近年来每年平均约提高一个百分点。模具技术水平的提高和技术结构的改善，在一年一度的国际模具展中得到了比较充分全面的展现。7自我国加入 WTO 以来，模具进出口发展很快，2001-2006 年的数据已列入表二。从这些数据可以计算出进出口总额每年平均增长幅度约为 18.9%,出口每年平均增长幅度为 40.85%进出口逆差及进出口比例情况见表 3。由此可见，进出口增长要比进口增长快得多，虽然仍有大量外贸逆差，但进出口比例关系正在迅速改善，进出口结构渐趋合理。因为模具是制造业的重要基础工艺装备，模具对工业生产的带动作用十分明显，因而模具的布局与工业，特别是与制造业的布局关系十分密切。一般来说，工业地区是制造业发达地区，模具也必然发达。正因为如此模具工业的布局有一个随着工业布局改变而逐步改变的工程。中华人民共和国成立之初至 20 世纪八十年代，我国工业布局北方明显强于南方。自国家实行改革开放政策开始，这一布局逐渐发生了变化。经过二十世纪八十年代至九十年代渐进式变化，进入二十一世纪之后，工业布局已明显出现南方强于北方的变化的状况。随后，模具工业布局也逐步逆转，目前也是南方明显强于北方，尤其以珠三江州和长三角洲为中心的东南沿海地区，已集中了我国模具工业将近 60%的产能。随着环渤海地区经济的迅速发展及国家西部大开发、振兴东北、中部崛起等经济战略布局的实施，今后，模具工业布局也将随之不断变化。如果按照产能大小来看布局，目前情况大概可描述如下：广东和浙江分别是中国模具工业的第一和第二大省，其模具产能分别约占全国总量的 40%和 25%左右，接着是江苏和上海，各有 100 多亿的产能，其在全国总量中的比重正在逐步提高，安徽、山东、辽宁、和天津，近年来发展势头很好，产能提高很快，其发展速度高于全国平均水平，北京、河北、四川、陕西、重庆和湖北目前产能虽然较低，8但也呈现了良好的发展势头。2006 年和 2007 年，中国重点骨干模具企业有 50 家，其分布情况如下图 1 所示：图 1 布局概括图模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密检测和信息网络等诸多学科，是一个综合性学科系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。模具材料、能源、人工费用的不断上涨和模具价格的下降、模具交货期的缩短，这将是今后较长时期内模具企业所必须面对的现实和趋势。我国模具工业面临总体技术水平欠佳，自主创新能力弱，企业核心竞争力不强，在中高档模具领域内缺乏竞争力的状况，在较长时间内还难以彻底改观。面对这样严峻的形势，依靠技术进步，不断提高管理水平和劳动效率和工业生产率及努力降低成本才是模具企业的出路所在。创新是企业的灵魂，是企业前进的引擎，而我国绝大多数模具企业的创新能力薄弱，这也是影响我国模具行业发展的一个重要因素。提高企业的核心竞争力需要创新，提高行业的总体水平更需要创新。技术创新、管理创新、制度创新、理念创新等等，行业发展迫切要求我们加快创新发展步伐。人才，特别是高级人才，包括高技术人员、高级经营管理人才、技师和高级钳工及高级机床操作工的匮乏，已严重制约了我国模具行业的发展。这一问题虽然引起行业、企业以及政府有关部门的重视，并已开始采取了一些措施，但要能满足行业发展需要，恐怕还有待时日。企业的未来取决于人才，行业的未来也取决于人才，因此，加速培养高质量、高水平的人才也必将是一个十分重要的发展趋势。9我们要从模具生产大国向模具生产强国迈进，就必须克服前进道路上的种种障碍和艰难险阻。前途虽然是光明的，机遇也大于挑战，但我们决不能掉以轻心，必须重视困难，看到不足，必须努力奋斗使我们的模具行业更好更快的发展。 1.4 本论文的主要研究内容内容为摩托车油箱注油口的冲压工艺分析及模具设计。该工件是一个带凸缘的筒形件，体积比较小，由于制造摩托车数量很多，需要大批量的注油口零件。因此该零件必须满足生产率高，且注油口可能在使用中需要更换，要求注油口有很好的互换性。 2 工件冲压工艺分析2.1 冲压工艺分析本次毕业设计内容为摩托车油箱注油口的冲压工艺分析及模具设计。该工件是一个带凸缘的筒形件，体积比较小，由于制造摩托车数量大。因此该零件必须满足生产率高，且注油口可能在使用中需要更换，要求注油口有很好的互换性。在满足上面条件的前提下，在制造过程中选择冲压模具来制造该零件，使用冲压模具制造的优点不仅生产率高，零件互换性好。在使用模具制造过程中，还可以提高板材的利用率，通常材料利用率可达 70%85%，降低生产成本。成型的零件机械性能好，冲压件普遍具有重量轻，强度高，表面成形质量好的特点。本次设计完成相关工序的冲压工艺分析、模具设计、凹凸模尺寸及其他辅助零件的设计的油箱装置由上、下壳体焊接而成,其内部形成一定的容积空间以供使用燃油储存,在油箱的顶部设有一个注油口,用于当油箱内可使用燃油不足时,由该注油口添加燃油。 通过对油箱注油口的结构及尺寸的分析,本零件结构属于带有突缘的圆筒型,且圆筒厚度小于 10mm,直径大约 50mm60mm,总体而言本零件的尺寸及结构较小,根据查阅相关资料关于现有阶段关于注油口的加工方法及所学知识,得出注油口的加工方法普遍采用冲压模具成型。关于油箱注油口冲压件的生产过程，由上面分析知道该工件是一个带凸缘的筒形件，在其内孔中用来注油，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。10以上对油箱注油口的形状和尺寸分析中不难看出，它需要经过落料、拉深、冲预制孔、翻边、修边等冲压工序。但对于各工步的先后顺序需要给予综合考虑，需要几次拉深、冲预制孔、翻边尺寸如何计算、采用哪种方式和如何布置排样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。工件图如图 2 所示：11图 2 油箱注油口工件图123 零件冲压工艺方案的确定3.1 工件冲压方案由于需要加工的工件是带凸缘拉深件，经分析加工工件的冲压工艺可以有以下三种方案：方案一：板料冲压拉深冲孔翻边对所有边修整方案二：落料、拉深复合冲孔、翻边复合对所有边修整方案三：落料、拉深、冲孔复合翻边对所有边修整对于上述三种方案，如果采用方案一时，运用的工序达到了五个之多为此就需要更多的模具对其进行支持，同时导致生产效率低下，加工材料的浪费，生产成本高等缺点，而且坯料在模具上放置时需要再次定位，这样会引起定位误差的叠加造成更大的加工误差使工价质量低下。虽然勉强满足了本次需要加工的零件的精度要求，但是不予优先考虑。对于采用第二种方案，冲孔、翻边复合将使翻边凸模的厚度太薄，这样加工起来相当繁琐并且不易，并且很容易造成零件的强度过低，所以不予考虑，如果采用第三种方案，方案一和方案二中的缺点都可以被避免，同时生产效率大大提高，对生产材料的需求也相应减少很多，通过对工件使用情况分析翻边工序能够完全保证技术需要，方案使用了多种工序复合，很好的保证了零件的精度需求，通过以上分析得出应该采用方案三进行设计。3.2 翻边前毛坯尺寸计算本次设计首先确定零件的基本尺寸，然后根据零件冲压的工艺由后向前推出零件毛坯的尺寸，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，由于不知孔 53mm 的高度是否一次翻边成形，因此需要计算翻边所能达到的最大高度。翻边时的工艺计算应根据翻边孔的直径算出预制孔的直径 d，并核算翻边高度是否能一次翻成。翻边的极限高度具体计算如下：直径为 54mm，翻边圆角半径为 5mm，板料厚度为 1.0mm，高为 26mm。预制孔直径 计算:0d（1）12100hrDt13将 ， 代入上式化简后得：012trdDm01trh072.43.2trhdm=54-2(26-0.435-0.721)=7.74mm翻边的极限高度 为:maxh02max 72.43.1trkhd由资料查出翻边系数 k，当 k= 时,即翻边系数(k)为极限翻边系数( ),这时将l lk得到最大的翻边高度 。max因为 =7.74,取 k= =0.5,代入公式：0tdlk02max 72.43.1trkhd= 54/2（1-0.5）+0.435+0.721=16.37mm因为由此计算得到的极限高度 小于零件的设计高度 26mm,所以零件不能直接maxh由翻边而成,应该先将毛坯经过拉深、冲预制孔、再进行翻边的工艺过程。拉深后再翻边时应先决定翻边所能达到的最大高度,然后根据翻边高度及工件的高度来决定拉深件的高度。拉深后翻边的高度 :1h由资料查出 k= =0.52lk2201 00ttmrrdkmd57.2=54/2（1-0.52）+0.575=15.81mm因此取翻边的高度为 =15mm1h冲预制孔的直径:=28.08mmmlmdkhrd1024.取冲预制孔的直径为 =28mm。0d14翻边前拉深的高度 ：2h=26-15+5+1=17mm01trh冲孔、翻边前半成品形状尺寸如下图 3 所示：图 3 冲孔、翻边前工件尺寸图3.3 零件拉深前毛坯尺寸计算根据凸缘的相对直径 的比值不同，有凸缘的筒形件可以分为：窄凸缘筒形df/件（ ）和宽凸缘筒形件（ ） ，因此在进行凸缘筒形件计算时，4.1/df 4.1/f首先应该先确定凸缘件的类型，计算毛坯的尺寸，拉深件的凸缘直径 需要考虑修fd边余量 ，然后判别工件能否一次拉深成形，并计算拉深次数。确定凸缘筒形件的类型：=76mm =54mmfdd=76/54=1.411.40因此可得出此零件为宽凸缘零件通过查表得出修边余量 =3mm拉深件实际凸缘直径： = +2 =82mm1fdf当毛坯凸模圆角等于凹模圆角时,即 R=r 时,毛坯的直径 D 为:drhDf4.321= 575897.3mm零件的相对厚度： .0103.97Dt总的拉深系数： 53.974d查资料得第一次拉深系数 2.1m15因为 所以零件通过一次拉深即可成形完成要求。5.02.1Ddm3.4 冲裁排样方式的设计及计算工件毛坯直径为 97.3mm，因为尺寸比较大，考虑到操作的方便和排样，应该采用单排。查冲压手册表 2-17 得搭边值： a=1.5mm，a 1=1.5mm导尺间距离 s：97.3+3-0.5+0.5=98.8mmtcaDs2条料宽度 b:=97.3+3-0.5=99.8mmb式中：-冲裁件垂直于送料方向的尺寸；D-搭边的最小值，由冲压手册表 2-17 查得 a=1.5a-条料宽度的单向（负向）偏差，游表 2-19 查得 =-0.5-导尺与最宽条料间的单面小间隙，其值由表 2-21 查得 =0.5tc tc板料规格拟选用：110002600采用纵裁: 裁板条数 n1=B/b=1000/99.8=10 余 2mm每条个数 n 2=(L-a1)/s=（2600-1.5）/98.8=26 余 15mm每板总个数 n 3= n1n2=1026=260（个）板的利用率：= 100% 68.16%260.4/(97.38)0采用横裁: 裁板条数 n 1=L/b=2600/99.8=26 余 29mm每条个数 n 2=(B-a1)/s=（1000-1.5）/98.8=10 余 8mm每板总个数 n 3= n1n2 =2610=260（个）板的利用率：= 100%= 68.16%60.4/(97.8)016综上比较两种排样方式的利用率相同，故在这里我可以采用进行纵裁排样见图 4：图 4 纵裁排样图174 第一副模具（落料、拉深、冲孔复合模）的设计与计算4.1 各工序压力计算落料力 ：1PbtDP3.13501.974=139012.51N式中 :强度，由冲压手册表 8-7 查得 =350MPab b冲裁力1P毛坯直径D冲件材料厚度t卸料力 :2P12PK卸= 5.39027.=9730.88N式中： = 0.07， 由冲压手册表 2-37 查得。卸K拉深力 ：3P拉KtdPbm14.3=3.145414501.05=80117.1N式中：抗拉强度， =450MPa，由冲压手册表 8-7 查得bb拉深系数值， =1.05， 由冲压手册表 4-86 查得拉K拉K0.1Dt18压边力 ：4PprdDPm)2(425.2)543.971.=10541.2N预制孔冲裁力 ： 冲FbtLKF冲d=1.3 3.14 28 1 350=40003.6N式中： K 为抗剪强度 K 取 1.3 由冲压手册表 8-7 查得L 为零件剪切周长，L= d d 为冲预制孔直径t 为材料厚度，t=1mm=350MPa 为抗剪切强度，由冲压手册 表 8-7 查得b推件力 ： 推F冲推推 FnK=5 0.055 40003.6=11001N式中： =0.055 为推件力系数 由冲压手册 表 2-37 查得推Kn=5 同时卡在凹模里的废料片数，设凹模孔口直壁高度 h=5mm， 材料的厚度 t=1mm，则 n=h/t=5（个）4.2 压力机的初步选用压力机的种类繁多，按照不同的种类可以把压力机分为不同的类别。如：按驱动滑块力的种类分为机械的、液压的、气动的等；按滑块个数可分为单动、双动、三动等；按驱动滑块机构的种类又可分为曲柄式、肘杆式、摩擦式；按机身结构形式分为开式的、闭式的等等。冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要问题。因为油箱注油口工件属于中小型工件，所以选择具有 C 形床身的开式曲柄压力机。虽然开式压力机的刚度差，并且由于床身的变形而破坏了冲模的间隙分布，降19低了冲模的寿命和冲裁件的质量。但是他却具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械化附属设备和成本低廉等优点。压力机滑块上所允许的最大作用力（许用负荷）是随曲轴转角的不同位置而变化的。这种关系可以用相关曲线图表示，这类曲线一般附在压力机说明书中。 ，完成某零件的冲压负荷曲线，应在压力机滑块的许用负荷曲线之下。对于一般的曲柄压力机，产生公称压力的行程仅为滑块行程的 57%（我国第一机械工业部的标准规定：对开式压力机额定压力行程为 315mm）而在行程的中间点，压力仅为公称压力的 4050%。对于施力行程小于 5%压力机行程的工序直接按压力机公称压力选择设备。如一般的落料、冲孔、压印及弯曲工作。下图 5 为压力机许用负荷曲线与不同的冲压负荷曲线的比较：图 5 压力机许用负荷曲线与不同的冲压负荷曲线的比较1-拉深 2-落料与拉伸 3-校正弯曲F 总 =（P 1+P2+P3+P4+F 冲 +F 推件 ） 0.8=（139012.51+9730.88+80117.1+10541.2+40003.6+11001） 0.8232.3KN 其中：安全系数 k 取 0.8 因此和 250KN 相接近 ，可以拿 250KN 开式曲柄压力机作参考但是对于这种落料、拉深、冲孔复合工序，选择设备吨位时，既不能把以上六个力加起来再乘以安全系数作为设备的吨位，也不能仅按落料力或拉深力乘以个安20全系数作为设备吨位，而应该根据图 5 以及压力机说明书中所给出的允许工作负荷曲线作出判断和选择。通过查找，该复合工序的工艺力可以在 250kN 的开式曲柄压力机上得到，和以上数据相对比参考，因此由冲压手册表 9-3 查得到 250kN 开式曲柄压力机的主要技术参数如下表 4 所示 ：表 4 压力机主要技术参数4.3 模具类型及结构形式的选择与计算根据对零件工艺方案和其形状特点分析，结合精度要求、设备技术参数、模具条件等因素来确定冲模的类型和结构形式。本次设计第一副模具采用落料、拉深、冲孔的复合模结构，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。首先要考虑凹凸模的壁厚是否过薄。本次设计的落料拉深凸凹模的壁厚约为 20mm，拉深冲孔凹凸模的壁厚约为 10mm，上面两个尺寸都满足强度要求，因此可以采用复合模具。下模座的缓冲器可以用来当做压边和顶件装置，同时还设有刚性推件装置，这些装置使得具体操作简单，出件能够畅通进而提高生产率，但它同时也有缺点就是拉深件会留在刚性卸料板内，使得工件不易出来，使得操作变得繁琐，然而本次设计中拉深的深度不大，因此可以采用刚性卸料装置。在上模部分，为了不让工件底部变形，使其不造成刚性接触，采用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 17mm，不算太大，材料厚度为 1mm 比较薄，因此可以采用弹性卸料较合适。公称压力/KN 滑块行程/ 行程次数/min -1 最大闭合高度/250 80 100 250工作台 模柄孔尺寸封高度调节量 前后 左右 直径 深 度70 360 560 50 7021另外在下模座下部设有气垫装置，它能驱动托杆向上运动，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是结构紧凑，布局合理且制造使用都简单方便，唯一的不足的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。同时考虑到装模和操作方便，模具采用了后侧布置导柱的模架。4.4 模具工作部分刃口尺寸和公差的计算4.4.1 落料凸、凹模的刃口尺寸圆形凹模和凸模，可采用分开加工。所落下的料（即为拉深件坯料）按未注公差的自由尺寸，按 IT9 级取极限偏差，工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都按入体原则标注单向公差，故落料件的尺寸取为 mm。由冲压手册087.39表 2-27 的公式查得落料凹、凸模直径尺寸为： m26.)087.53.97()( 035.35. xD凹凹 12.97)14.2 05.05.min c凸凸 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 凸 = -0.025 ，由冲压手册表 2-28 查得由冲压手册表 2-25 查得最小合理间隙 = =0.07mm,最大合理间隙 =minc2iZmaxc=0.10mm.2maxZ得出计算合理06.6.025.3.0minaxc凸凹 有经验公式 （但是本次模具不是落料单工序模，因此，hkb)1(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。 ）式中：k=0.22 为系数，形状简单取较小值，形状复杂取较大值。由冲压手册表 2-40 查得。b 为最大孔口尺寸取为 100mm。22凹模壁厚 由冲压手册表 2-39 查得 c 可取为hc)25.1(mc)403(36mm。通过取标准值凹模的最大半径设计为 160mm，凹模的高度为 44mm。落料、拉深凸凹模高度 L 的确定：L= hh321式中： 为凸模固定板厚度，一般为凸模高度的 40%左右，取为 30mm.1h为卸料板的厚度，一般 =612mm，可取为 8mm.2 2为导料板厚度， 可取为 2mm.33h为附加长度，包括修模余量和安全长度，可取为 50mm.hL=90mm 即凸凹模的长度为 90，具体长度根据实际情况调整后再确定。落料拉深凸凹模零件图如下图:5 所示（表面粗糙度由 冲压手册表 10-23 确定）：图 5 落料拉深凸凹模零件图4.4.2 拉深凹、凸模刃口尺寸计算设计零件尺寸标注的是内行尺寸，因此进行凹凸模设计时，以凸模为基准，间隙取在凹模上，首次拉深件按未注公差的极限偏差考虑，故拉深件的内径尺寸取为23mm，于是拉深凸、凹模的直径尺寸由冲压手册 表 4-75 的公式计算：074.53mcxdD 05.0.531120.74532 ）（）（ 凹凹 m03,-3.0- .)4.()( 。凸 凸 式中： 由冲压手册 表 2-30 查得4.0x由冲压手册表 4-76 查得3.05凸凹 ，c 由 冲压手册 表 4-74 查得为（11.1) 所以 c 可取为 1.05拉深凹模最小壁厚 c 由 冲压手册表 2-39 查得， c=30mm, 拉深凸模和冲孔凹模复合组成拉深、冲孔凸凹模，根据拉深凸模的直径和冲孔凹模的直径之差可以得到凸凹模的壁厚约为 12.5mm,能够保证足够的强度要求，在凸凹模的底部加工四个螺钉孔用来固定下模板。冲孔拉深凹凸模如下图 6 所示（表面粗糙度由冲压手册表 10-23 确定）：图 6 冲孔拉深凹凸模零件图4.4.3 冲孔凹、凸模刃口尺寸计算圆形凹模和凸模，可采用分开加工，冲孔时，应以凸模为基准件。工件尺寸公24差与冲模刃口尺寸的制造公差都按“入体”原则进行标注，冲孔件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，按 IT9 级取极限公差，并标注内形尺寸为 mm。于是，冲孔052.8凹凸模直径尺寸： mxd 0.02. 6)5.028()( 凸凸 cxd 25.min 114.2( 凹凹式中：x=0.5 由冲压手册表 2-30 查得由冲压手册表 2-25 查得最小合理间隙 = =0.07mmminc2iZ由冲压手册表 2-28 查得20.-25.0凸凹 ， 采用凹凸模分别加工方法，为了保证合理的间隙必须满足： minaxcdp因此满足条件m06.45.02.0. 因此冲孔凹模刃口尺寸为 冲孔凸模刃口尺寸为2.18 m02.68冲孔凸模零件图如下图 7 所示(表面粗糙度由冲压手册表 10-23 确定)：图 7 冲孔凸模零件图254.5 模具其他零件的设计与计算4.5.1 模架的选用根据落料凹模的周界尺寸，查冲压手册表 10-30 中的标准，同时为了便于安装，选用后侧滑动导柱导套模架，由于本次落料凹模的周界尺寸长度约为 170mm左右，按资料中的 LXB 选用则上模座为 20020050，其他结构的尺寸值不变，此时，再反过来校核所初步选用的公称压力为 250kN 的压力机。工作台尺寸为：左右为 560mm,前后为 360mm，工作台的闭合高度为 250mm，显然压力机上可以放置所设计的模座，且最大闭合高度也满足要求，因此所选压力机符合要求。模柄的规格选择直径 50mm，高度为 70mm，其他结构的尺寸由冲压手册查询，在模座确定以后，在冲压手册中选择导柱、导套的规格和结构尺寸，导柱尺寸为 30160mm，材料为 15 钢，导套的尺寸为 75110mm，材料为 15 号钢。确定该模具装配图的三个外形尺寸：长度为 272mm，宽度为 270mm,闭合高度为212mm,再往下，便可对工作零件、标准零件及其他零件进行具体结果设计。当然，如果在具体结果设计中牵涉到的上述三个总体尺寸需要调整，也属于冲模结构设计中的正常过程。4.5.2 定位零件模具应该采用两个导料销导向送料，为了能使条料顺利的通过导料销的间隙，在计算排样尺寸图的同时也要一并算出。结构和规格与挡料销的相同。同时在模具中采用固定挡料销来限制条料的送进步距。使用规格为 46mm 圆形挡料销。该结构的挡料结构简单，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。4.5.3 卸料与推（顶）件装置由于板料厚度为 1mm 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 9730.88N，所以应该采用带卸F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0.5mm，厚度为 10mm。打杆长度：H cL2126其中： 为顶出状态时大杆在上模板上平面以下的长度；1L为压床结构尺寸；2为考虑各种误差而加的常数；通常取 =1015mm。c c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= 321L其中： 为气垫在上死点时，托杆在冲模内的长度；L为压床工作台厚度；2为气垫上平面与工作台下平面之间隙。3为安全使用，气垫处于下死点时，要求托杆不脱离冲模，应满足下式： 3Ll其中： 为气垫行程尺度。 综上所述，取 L=48mm4.5.4 固定及连接零件采用固定板将凸凹模固定在上模座上，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。固定套零件图如下图 8 所示(表面粗糙度由冲压手册表 10-23 确定)：27图 8 固定套零件图堆件块零件图如下图 9 所示(表面粗糙度由冲压手册表 10-23 确定)：28图 9 堆件块零件图4.5.5 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。根据以上数据设计的复合模具装配图如下图 10 所示：29图 10 复合模装配简图305 第二副模具（翻边模）的设计与计算5.1 各工序压力计算翻边力 ：翻FsdD)(t1.0翻19628543N762式中： = 196MP 为材料屈服点 由冲压手册表 8-7 查得。st=1mm 为材料厚度=28mm 为预制孔直径0dD=54mm 为拉深件内径尺寸顶件力 ： 顶F顶件力取翻边力的 10% ，则：翻顶 F%10762N5.2 压力的机选用综上计算所知，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： 顶翻总 F= 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。其他要求可参见复合模的压力机选用相关标准，再根据所需总压力及现场条件初选公称压力为 160KN 的开式曲柄压力机。因此由冲压手册表 9-3 查得 160kN开式曲柄压力机的主要技术参数如下表 5 所示：31表 5 压力机主要技术参数5.3 翻边凸、凹模刃口尺寸的计算翻边件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内行尺寸，故翻边件的尺寸为。翻边凸、凹模的刃口尺寸由冲压手册表 4-75 的公式计算为：m074.53凸（凸 )xDdm03.74.053(.凹凹 )2(CxDdm05.)1074.53m.1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)mm = 1.05、 由 冲压手册 表 4-76 查得分别为凸凹0.030mm、0.050mm翻边凹模最小壁厚 c 由冲压手册表 2-39 查得为 30mm，此厚度可以保证足够的强度，符合设计要求。翻边模设计的凹凸模零件图如下图 11 所示(表面粗糙度由冲压手册表 10-23 确定):公称压力/KN滑块行程/ 行程次数/min-1最大闭合高度/160 70 115 220工作台 模柄孔尺寸封高度调节量 前后左右直径深 度60 300 450 160 6032图 11 翻边凹模零件图5.4 翻边模结构设计及模架选择本副模具主要目的是为了翻边工序，翻边高度为 17mm。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,上模采用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的作用，他是气垫压力通过托杆把力传到压边圈上进行压边的。根据凹模的周界尺寸。查冲压手册中的标准，同时为了便于安装，选用后侧滑动导柱导套模架，由于本次凹模的周界尺寸长度为 119mm，按资料选用标准模架，选择上模座尺寸为 16016045mm,下模座尺寸为 16016045mm，其他结构的尺寸值不变，此时，再反过来校核所初步选用的公称压力为 160kN 的压力机。工作台尺寸为：左右为 450mm,前后为 300mm，工作台的闭合高度为 220mm，显然压力33机上可以放置所设计的模座，且最大闭合高度也满足要求，因此所选压力机符合要求。模柄的规格选择直径 30mm，高度为 70mm，其他结构的尺寸由冲压手册查询，在模座确定以后，在冲压手册中选择导柱、导套的规格和结构尺寸，导柱尺寸为 38 135mm，材料为 15 钢，导套的尺寸为 4280mm，材料为 15 钢。确定该模具装配图的三个外形尺寸：长度为 252mm，宽度为 235mm,闭合高度为170mm,往下，便可对工作零件、标准零件及其他零件进行具体结果设计。当然，如果在具体结果设计中牵涉到的上述三个总体尺寸需要调整，也属于冲模结构设计中的正常过程。由于本副模具的翻边结构对称，因此它的压力中心就在翻边模的几何中心上。翻边模装配图如下图 12 所示:图 12 翻边模装配简图346 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 ：切Fbtd3.1切3501764N2.085式中： =350MPa 为抗剪强度，由冲压手册表 8-7 查得bd=76mm 为凸缘直径t=1mm 为材料厚度废料刀切断废料所需力 （设两把废料刀）：1FbtdD)(3.235017681N540根据以上压力计算得到 ：总F1F切总2.40KN4则根据所计算得总压力初步选择开式曲柄压力机，公称压力为 160kN,因此由冲压手册表 9-3 查得到 160kN 开式曲柄压力机的主要技术参数如下表 6 所示：表 6 压力机主要技术参数公称压力/KN 滑块行程/ 行程次数/min -1 最大闭合高度/160 70 115 220工作台 模柄孔尺寸封高度调节量 前后 左右 直径 深 度60 300 450 160 60356.2 切边凹、凸模刃口尺寸计算落料件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，按 IT9 级取公差，并标注内形尺寸为mm。由冲压手册表 2-27 的公式进行计算，于是，切边凹、凸模直径尺074.6寸：凹凹 )(xD017.4.5076m17.9凸凸 )2(incx012.47.50612.87式中：x = 0.5,由冲压手册表 2-30 查得由 冲压手册 表 2-29 查得， =0.018mm;凹凹由冲压手册表 2-29 查得， =0.012mm凸 凸=0.07，由冲压手册表 2-25 查得minc=0.10，由冲压手册表 2-25 查得ax本次模具设计采用凸、凹模分别加工的方法，需要分别标注凸凹模的刃口尺寸及公差，为了保证合理的间隙，必须满足下列条件： minax2c凸凹 06.3.018.2. m凹凸 根据以上计算得出结论， ，因此以cdp .2inax上计算符合凹凸模分开加工的条件，采用凹、凸模加工的方法使得凹、凸模具有互换性，一般采用这种方法加工精度要求较高的零件， ，而且它的制造周期短，但是为了保证合理的间隙，有时就需要采用较小的制造公差使得模具制造困难，同时增加了成本。切边凹模如下图 13 所示(表面粗糙度由冲压手册表 10-23 确定)：36图 13 切边凹模图6.3 模具结构设计及模架的选用本次设计切边模具设计的主要目的是为了得到外形尺 76 mm 的尺寸精度而进074.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，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。根据凹模的周界尺寸。查冲压手册中的标准，同时为了便于安装，选用后侧滑动导柱导套模架，由于本次凹模的周界尺寸长度为 160mm，按资料选用标准模架，选择上模座尺寸为 16016045mm,下模座尺寸为 16016045mm，其他结构的尺寸值不变，此时，再反过来校核所初步选用的公称压力为 160kN 的压力机。工37作台尺寸为：左右为 450mm,前后为 300mm，工作台的闭合高度为 220mm，显然压力机上可以放置所设计的模座，且最大闭合高度也满足要求，因此所选压力机符合要求。模柄的规格选择直径 mm，高度为 70mm，其他结构的尺寸由冲压手册查30询，在模座确定以后，在冲压手册中选择导柱、导套的规格和结构尺寸，导柱尺寸为 28 135mm，材料为 15 钢，导套的尺寸为 4280mm，材料为 15 钢。确定该模具装配图的三个外形尺寸：长度为 252mm，宽度为 235mm,闭合高度为170mm,往下，便可对工作零件、标准零件及其他零件进行具体结果设计。当然，如果在具体结果设计中牵涉到的上述三个总体尺寸需要调整，也属于冲模结构设计中的正常过程。由于本副切边模的切边位置对称，因此模具的压力中心就在中心距的几何中上。切边模装配图如下图 14 所示： 图 14 切边模装配简图38结论三个月既紧张又充实的毕业设计到此结束了，在此期间我到图书馆翻阅了大量资料，这些资料的数量恐怕超过了整个大学四年期间查看的总和，通过艰辛的努力我终于完