摩托车离心块固定板冲压工艺与模具设计.docx

中文摘要及关键词摘要：近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是冷冲模具提出了越来越高的要求，2004年，冷冲模具在整个模具行业中所占比例已大大上升，据有关专家预测，在未来几年中，中国冷冲模具工业还将持续保持年均增长速度达到15%左右的较高速度的发展。冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的垫片作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。本次毕业设计是完成摩托车离心块冲压工艺及模具设计。采用落料、拉深、冲孔、修边工艺。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、冲孔复合模、修边的单工序模具装配图和零部件图。本课题通过对摩托车离心块固定板的设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。 关键词: 冲压模具；冲压成型；模具设计AbstractIn recent years, the rapid development of Chinas household electrical appliance industry mould industry, especially cold blunt mould put forward more and more high demand, in 2004, cold in the whole mold industry rush mold the proportion of has greatly rising, experts predict, in the next few years, China cold blunt mould industry will continue to keep an annual growth rate of 15% or so of the high speed development. Stamping forming is the metal forming a kind of important method, it is mainly applied to materials softer metal forming, can be a complex shape of precision stamping forming. This topic is will petrochemical, chemical, electric power industries of the flange gasket seal structure design model, as will the related knowledge of cold blunt mould as basis, this paper expounds the design process of cold blunt mould. The graduation design is complete motorcycle centrifugal block stamping process and mold design. Adopt blanking, deep drawing, punch, deburring process. In the design of workpiece stamping technology analysis, calculated blank layout, blunt pressure, the blade size calculation, etc. The major parts of the overall structure, mould design, painted blanking, deep drawing, punching composite modulus, trimming single procedure mold assembly drawing and parts drawing. This topic through centrifugal blocks of motorcycle fixed board design, strengthening and deepening the knowledge learnt, achieved satisfactory effect, achieve the expected design intent. Keywords: stamping mould; Stamping forming; Mold design 第一章 绪论1.1课题目的和意义摩托车是我们日常生活中使用较为广泛的一种交通工具，摩托车中的制动装置对人车安全起到了至关重要的作用。本设计中的离心块固定板是制动装置中用来固定刹车片的一个零件，该零件的质量直接影响制动效果的好坏。通过完成“摩托车离心块固定板冲压工艺及模具设计”,巩固大学四年来所学专业基础知识和专业知识,并运用所学的冷冲压工艺与模具设计知识,解决冲压工艺中的实际问题,提高分析问题,解决实际问题的能力.本课题着重是为培养综合运用所学知识独立分析、设计、解决实际生产问题和其它一些综合能力，特别是工作能力，养成良好的工作态度、工作作风。另外，还可进一步熟悉有关标准和规范，能够熟练使用有关设计手册和熟悉编写技术文件和设计说明书，进一步提高科技写作的能力，加强对冲压工艺与模具设计的了解。1.2 相关研究动态我国对模具工业的发展也十分重视。国务院于1989年3月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定中，将模具技术的发展作为机械行业的首要任务。现在，我国的模具工业已初具规模，全国已有数以千计的模具专业生产厂和模具生产点，还有数以万计的小型模具企业。可以说，中国在模具设计和制造方面的发展空间很大。近年来，我国模具技术的发展进步主要表现在：（1）研究开发了模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些新的热处理工艺，延长了模具的使用寿命。（2）开发了一些多工位级进模和硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了一批精密的塑料注射模。（3）研发了一些模具加工新技术和新工艺，如三维曲面数控、仿真加工、模具表面抛光、表面皮纹加工及皮纹辊制造技术；模具钢的超塑性成型技术和各种快速制模技术等。（4)模具加工设备已得到较大发展,国内已能批量生产机密坐标磨床、计算机数字控制（CNC）铣床、CNC电火花线切割机床及高精度电火花成形机床等。（5）模具计算机辅助设计和制造（模具CAD/CAM/CAE）已在国内开发并广泛应用。我国的模具技术虽然得到了较大的发展，但仍然不能满足国民经济高速发展的需要，还需花费大量资金向国外进口模具，其原因是：专业化生产和标准化程度低；模具品种少，生产效率低、经济效益较差；模具生产制造周期长、精度不高，制造技术落后；模具生产力量分散、管理落后。因此需要在这些方面进行加强，从而使我国的模具获得更大的发展，打造我国的模具品牌。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 主要模具标准件：国内已有较大产量的模具标准件，主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，但质量较差、品种规格较少。这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展。氮气缸和热流道元件国内至今仍缺乏像样的专业厂生产，主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准，并规模化生产。其他高技术含量的模具：占模具总量近8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸模技术含量高、难度大。镁合金压铸模和真空压铸成形模虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具有理想的发展前景。技术发展重点：在高新技术蓬勃发展的今天，为保证属高新技术产业的模具工业快速发展，模具行业中许多共性技术也必须更上一层楼，应不断开发和推广应用，并积极应用高新技术。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。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级进模式在单工序冲模基础上发展起来的一种多工序、高效率冲模。在压力机一次冲程冲，级进模在其有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工位冲出完整的工件。因级进模式连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高，适用于大批量生产。级进模冲裁可以减少模具数量和设备数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。但级进模结构复杂，制造困难，制造成本高。由于各个工序是在不同的工位上完成的。则因定位产生的累积五彩会影响工件的精度，因此级进模多用于生产批量打、精度要求不高、需要多工序冲裁的小零件加工。级进模的工序安排比较灵活，但不论怎样安排，必须保证送料的连续性，即工件与条料的完全分离工序（落料或切断）必须安排在最后的工位。每一工位可以安排一种或几种工序；也可以特意安排一个或几个空位，以增加凹模的壁厚和强度，或避免模具零件过于紧凑，造成加工和安装困难。1.3研究方法和设计方案 本次毕业设计的冲压件是摩托车离心块固定板的生产过程的设计。该工件如图所示该工件是一个带卡槽的筒行件，对零件的硬度要求较高，这关乎到刹车片的稳定性，除了需要保证好它的公差外还要保证孔的圆角半径R3mm、R4mm还有上面的腰圆型孔R14mm。从以上对摩托车离心块固定板的形状分析当中不难看出，它需要经过落料，拉伸，冲孔，修边等冲压工序，但它需要冲孔、凸凹模尺寸如何计算以及冲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。1.4设计目的毕业设计是整个教学过程中极为重要的环节，通过本课题的完成，全面复习、巩固大学四年所学的专业课程的基本理论，特别是冲压工艺和模具设计方面的基础知识，提高分析问题和解决问题的能力，培养事实求是的科学态度和认真细致的工作作风。通过文献检索、英文翻译、CAD辅助设计，提高计算机应用水平及英文阅读翻译的能力。第二章 摩托车离心块固定板的工艺分析2.1 准备工作设计前必须了解并掌握以下资料：（1）产品零件图和技术要求，材料及其机械性能指标；（2）生产纲领；（3）生产条件：包括设备情况、生产工人技术水平、模具制造能力等；（4）有关技术标准、手册和设计资料；（5）了解国内外同类产品制造工艺及先进技术。在明确了设计任务、收集了有关资料的基础上，分析制件的技术要求、结构工艺性及经济性是否符合冲压工艺要求。本零件是摩托车的一个零件，从技术要求和使用条件来看，零件的精度要求不是很高，但要求具有较高的刚度和强度。本零件是板类零件，形状简单，冲压工艺性好。该零件要用的冲压基本工序有：落料、冲孔、压凸成型模，可以组合多种不同的工艺方案。2.2摩托车离心块固定板的工艺性分析 根据摩托车离心块的用途可以自行选择板材的材料，离心块固定是制动装置中用来固定刹车片的一个零件，该零件的质量直接影响着制动效果的好坏。因此该零件的材料应该具备可塑性、高强度性、高硬度性、适合冲裁加工，综上选择10#钢为优质碳素结构钢。对零件进行分析，观看零件的形状，零件有五个孔，中间的腰弧孔是后面几个工序的中心，因次对它的位置精度要求比较高，因此一套工序应该是进行冲R14的腰弧孔，由于材料的厚度为2.5mm，拉伸的高度也为2.5mm，根据计算可以一次拉伸成功，所以在这一道工序里，可以结合那些齿形，因此，可以作为一道工序，名为压凸拉伸。冲外面的四个小孔可以作为一道工序，以中间那个腰弧孔为基准，作为定位中心，冲裁R3、R4这四个孔，最后进行修边。确定好三道工序后，关键在于如何排列，可以是先压凸拉伸，在冲孔，也可以是先冲腰弧孔再拉伸，还可以先冲边上的四个小孔，在压凸拉伸，或者还可以是一次性冲五个孔再压凸拉伸，工艺方案有多种，因此对于本次课题的工艺方案的确定提出来了问题，需要根据零件的实际使用以及厂家本身条件进行合理选择。2.3 拟定冲压工艺方案根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。方案一：先冲腰弧孔，后压凸拉伸，最后冲四个小孔。单工序模生产。方案二：先压凸拉伸，后冲腰弧孔和四个小孔。复合模生产。方案三：冲腰弧孔压凸拉伸冲四个小孔级进冲压。级进模生产。表2-1 各类模具结构及特点比较模具比较项目单工序模级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸、厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需两副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，但是有明显的不足，其不能够很好的保证好再次冲孔的那副模具的精度，尤其是第二副模具的制造难度很非常的大。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低，对模具的制造精度要求非常的高，而且制造的难度非常的大。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三比较好，但是结合厂家实际情况，目前选择第一种方案，分三副模具单独加工，也便于理解，对学习有很大的帮助。第三章 冲孔落料模的工艺计算及其结构设计3.1工艺计算工艺计算主要指冲压件毛坯尺寸的计算，合理间隙的确定，凸凹模工作部分尺寸的计算，冲压力的计算，模具压力中心与闭合高度的计算等。正确的计算、合理的调试和选择各力，对于选用压力机、模具设计、保证工件的质量以及提高模具的寿命都具有重要意义。工件冲孔落料后的形状和尺寸如图31所示：图3-13.1.1 计算毛坯尺寸由于落料尺寸即零件的平面展开尺寸，摩托车离心块固定板零件的第一道加工工艺为冲裁中间的腰弧孔，因此落料形状也应该为方形。而要确定落料形状，需确定零件弯曲工序毛坯长度。该零件属于一个拉伸件或者说是一个压凸零件，计算毛坯长度。但因拉伸变形时，不仅在圆角变形区产生变薄现象，而且与其相邻的直边部分也产生变薄，加之影响因素较多且难以考虑，所以实际上是用经过修正的公式计算。该零件拉伸2.5mm 。由参考文献16表3-9公式得：弯曲件毛料展开长度计算公式： （3-1）如下图3-2所示：图3-2=100mm ,=2.5mm,=2.5mm ,t=2.5mm.=100+2.5+2.5+0.62.5=106.5mm3.1.2凸、凹模间隙值的确定1、间隙对冲裁工作的影响：冲裁间隙指的是凸凹模刃口缝隙的距离，是冲裁过程中的重要工艺参数。间隙的大小影响冲裁件的质量，冲裁力的大小以及模具的寿命。间隙是影响断面质量的主要因素，间隙在一定的合理范围内时，由凸凹模刃口沿最大剪切力方向产生的裂纹将互相重合，制件断面比较平直、光亮、毛刺很小。间隙过小或过大时，上、下裂纹不重合，出现硬挤裂或者撕裂，断面质量较差，毛刺较大。间隙还影响零件的尺寸和形状精度。间隙增大：材料受的拉应力增大，材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低，但继续增大间隙，冲裁力下降缓慢。间隙减小：材料受的拉应力减小而压应力增大，不易撕裂使冲裁力增加。在间隙合理情况下，冲裁力较小。间隙对卸料力、推件力或顶件力影响显著，增大间隙可以减小卸料力。但间隙过大会使毛刺增大，反而使卸料力增加。冲裁时，坯料对凸、凹模刃口产生侧压力和摩擦力，引起磨损。间隙过小时，侧压力和摩擦力增大，使磨损加剧，寿命降低。间隙过大时，坯料弯曲相应增大，使凸模与凹模端面压力分布不均，容易产生崩刃或产生塑性变形，对模具寿命极其不利。2、 合理间隙的确定原则间隙的大小影响冲件的质量、冲裁力及模具寿命等，但要想用同一间隙值，同时满足上述要求的可能性不大。生产中考虑到模具的制造偏差及使用中的磨损，应选择一个适当的范围作为合理间隙。确定合理间隙的原则是：、合理间隙范围应按零件使用要求分类选用。下列情况应酌情增大间隙值：厚料冲小孔（d1时，取h=68mm； b=0.51 mm。这种型孔适用于所有非圆形型孔，漏料孔是铣削制成的。见图35 图35漏孔凸凹模的厚度，可按冲孔凸模长度公式确定，此工序凸凹模长度取32mm。材料选择Cr12，淬火硬度（热处理）HRC58-62。1、 落料凹模凹模结构设计包括：确定凹模的外形尺寸和凹模板的厚度，选择凹模型孔侧壁的形状，布置凹模板上型孔、螺孔的位置以及标注尺寸等。凹模刃口类型分为直壁刃口和锥形刃口两类。直壁刃口：强度好，刃磨后刃口尺寸不变，但每次冲压后工件会积储在刃口的直壁部分。增加了推件力并加速了孔壁磨损。为减少直壁部分积储工件或废料，可取直壁高度h=48mm,下方做成筒形或23锥形开口。直