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1、转子轴承盖的冲压工艺及模具设计 绪 绪 论论 模具作为提高生产率，减少材料消耗，降低产品成本，提高产品质量和市场 竞争力的重要手段，已愈来愈受到各国工业部门的重视。目前,世界上模具工业的 年产值约为 680 亿美元。 我国 2004 年模具产值为 530 亿元， 模具出口 4.91 亿美元， 同时进口 18.13 亿美元。我国已成为世界上净出口模具最多的国家。但大型多工位 级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能 生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比，仍有很大差距。 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。 近年来，模具工业一直以
2、 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制 成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得 到了快速发展。 到目前， 中国约有模具生产厂家 2 万多家， 从业人员有 50 多万人， 全年模具产值高达 450 亿元人民币以上。 中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中 西部地区，南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角 地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。 而在模具制造领域中占有重要地位的冲压模具生产技术与工业发达国家相比 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
3、艺及设备方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具 在其寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相 当大。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、小批量，复杂、 大型、精密，更新换代速度快等变化特点，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计算 机辅助设计、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技术转 变。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发 展的重要动力。一些国内模具企业已普
4、及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG、家 电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 Pro/Engineer、IDEAS、EuclidIS 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow、CFlow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并 成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技 术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。 经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步；在提高模具
5、 质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 未来冲压模具制造技术发展趋势：模具技术的发展应该为适应模具产品“交货 期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。这一要求急需发展如下几项： (1) 全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展 和进步，普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 CAD/CAM 技术培训和技术服务的力度；进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算机和网络的 发展正使 CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为 可能，实现技术资源的
6、重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2) 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的 表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高 速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。 目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3) 模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所 需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速 安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数 控系统的加工程序、不同格式的 CAD 数
7、据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具 扫描系统已在汽车、摩托车、 (4) 电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型 电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加 工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领 域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得 到发展。 (5) 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已 达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 (6) 优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用
8、相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热 处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相 沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。 (7) 模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研 究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是 重要的发展趋势。 (8) 模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随 行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同
9、步系统； 有质量监测控制系统。 作为一名未来的模具设计工程师，这次冲压模具的设计，就是我工作前进行模 具设计的一次练习，是我对自己三年所学知识的一次综合性运用；使我将所学的 知识系统的连贯起来。在老师的指导下，进一步认识到自己的不足，进而加以提 高。这次设计使我对冲压模具的设计规程有了更加深入的了解，认识到了冲压模 具在社会生产领域中的重要性，这让我对自己所从事的工作充满了自豪感，对自 己的以后的工作充满了希望和信心。我以后一定会尽自己最大的努力，在模具制 造和设计的这一行业中做出最大的贡献，为我国的模具事业发展奉献自己微薄的 力量。 由于资料收集不足，文字水平有限，在设计中难免有许多不尽人意
10、之处，还恳 请老师给予引导指正。第一章 第一章 冲压工件的工艺分析冲压工件的工艺分析 由工件图上看，该工件外形简单对称，且从变形的程度来看，属局部浅拉深 的起伏件，因此，在起伏过程，能否一次成形，保证工件平整且无裂纹是该工件 模具设计的关键。再者，两孔中心距公差为0.1mm，需较高精度的冲裁模具，工 作部分达 7 IT 级以上。零件技术要求表面发蓝、打光无毛刺，零件需修整工序。 落料、冲孔、拉深复合模落料、冲孔、拉深复合模 工件名称：转子轴承盖 生产批量：大批量 材料：08 钢. 厚度：2mm. 工件简图：如图 1 所示：图 1 第二章.第二章.冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 该工件包括
11、落料、冲孔、拉深三个基本工序，可以有以下三种工艺方案： 方案一：先落料、再冲孔、最后拉深。采用单工序模生产。 方案二：落料冲孔拉深复合冲压。采用复合模生产。 方案三：冲孔、拉深级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构相对简单，但需三道工序三副模具，劳动量大，生产效率低， 且精度难以满足工件生产的需要。方案二只需一副模具，生产效率高，尽管模具 结构较复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。且工件冲孔 部分需较高精度,用复合模容易保证工件质量。方案三也只需一副模具，生产效率 高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之工件尺寸偏大,工件精度难以保 证。通过对上述三种方案的比较分析，
12、该件若能一次拉深，则其冲压生产采用方案 二为佳。第三章主要设计计算第三章主要设计计算 3.1 毛坯尺寸的计算： 根据等表面积原则,用解析法求该零件的毛坯直径。首先将该零件的拉深部分 分成圆、圆环、圆锥台三个简单的几何体,而将该零件的两个耳畔另计。具体计算 见表 1 32 排样及相关计算： 采 用有 废料 斜排 的排 样方式 ,相关计算见表 1,查板材标准,易选用 mm mm 1000 750 的冷轧钢板,每张钢板可剪裁为 8 张条料( mm mm 1000 95 ),每张 条料可冲 10 个工件,故每张钢板的材料利用率为 69。 .3 成形次数的确定: 该工件底部有一台阶,按阶梯形件的拉深来计
13、算,求出 31 . 0 20 / 2 . 6 / = = d h ,根 据毛坯相对厚度 2 . 2 90 / 2 / = = d t ,查表 3 . 4 . 4 发现小于表中数值,能一次拉深成形, 所以能采用落料-冲孔-拉深复合冲压。 .4 冲压工序压力计算: 该模具拟采用正装复合模,具体压力计算见表 1 所示,根据冲压工艺总力并结合工件高度, 初选双式压力机 63 23 J 。 表 表 主要设计计算主要设计计算 项目分类 项目 公式 结果 备注 毛坯 毛坯 直径 D D= ( ) + + + + + + 2 2 4 4 4 15 3 4 2 2 1 1 2 2 2 3 2 1 d d l d
14、 d l d d d 90mm排样 条 料 宽 度 B B=D+2a 94mm 从表 4-4 查得修边余量h=3mm; 由表 2-16 查得搭边值 1 a 1.5mm.a=2mm 条料与导料板间隙 1 5 . 0 min = = n mm c 步 距 S=D+ 1 a +C 91.5mm 一 个 步 距 的 材 料 利 用 率 100 = BS na 74 冲压力 落 料 力 落 F 落 F L b 187.2k N 工件外轮廓周长 L=200mm b 360mm 卸 料 力 卸 F 卸 F 卸 落 F 5.616k N 查表 2-15 得 卸 0.3mm 冲 孔 力 冲 F 冲 F 1.3
15、1 L 83.468 kN 工件内轮廓周长 1 L 89.2mm 推 件 力 推 F 推 F 推 冲 F 178.4k N 查表 2-15 得 推 0.05mm n-卡在凹模内的工件数.n=4 拉 深 力 拉 F 拉 F 修 K b dt 92.079 kN 修 K =0.79 b =400MPa 压 边 力 压 F 压 F =AP 6.8kN A-压边圈面积 P单位压边力， 查表4-16得P2.5MPa35.冲压设备的选择： 对于浅拉深可按式( ) ( ) 8 . 1 6 . 1 37 4 压 F 总 F ， 估算公称压力来选取压力机。 参照书 末附录 3 B ，选用型号为 63 23 J ，公称压力为 kN 630 的双式压力机，其主要技术 参数如下： 公称压力： kN 630 滑块行程： mm 130 最大闭合高度： mm 360 封闭高度调节量： mm 80 工作台尺寸： mm mm 710 410 模柄孔尺寸： mm mm 80 50 .6 工作部分的尺寸计算： 落料凹模、凸凹模、冲孔凸模及镶拼凸凹模的工作关系如图5所示。 对于工件未注公差可按 14 IT 计算，也可由书本末附录 1 D 查得各尺寸的未注公 差。工件底部尺寸 mm mm mm mm 4 . 46 . 39 . 21 . 20 及 R1 因为属于过度尺寸,要求不 高,为简单方便,在实际
