机械毕业设计（论文）-启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计【全套图纸】

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： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 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 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 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 II 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 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。3050 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 45 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，P1P2，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，P3P4，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:450.55。 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 10.150.200.300.40 140.300.400.550.75630 4 0.450.600.801.20 10.200.300.400.55 140.400.550.751.0530120 4 0.600.801.101.50 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 366101018183030 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：、70.1。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，P3P4，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 70.1 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 ：0.050.11 硅 Si：0.03 锰 Mn：0.250.50 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 Z0.1320.240mm。 表 2-5 冲裁模初始双面间隙 Z3 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+23.5=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）2.00.61.50.8 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=40.5/102.20.396 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/D100)凸缘相对直径 df/d0.060.20.20.50.5111.51.5 15 1.1 0.450.520.500.620.570.700.600.800.750.90 11.30.400.470.450.530.500.600.560.720.650.80 1.31.50.350.420.400.480.450.530.500.630.580.70 1.51.80.290.350.340.390.370.440.420.530.480.58 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15mm12=10)t8( 1 d r 表 2-10 首次拉深的凹模圆角半径 rd3 t/mm 2.01.51.51.01.00.60.60.30.30.1 无凸缘拉深(47)t(58)t(69)t(710)t(813)t 有凸缘拉深(610)t(813)t(1016)t(1218)t(1522)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=Dm1=102.20.5153mm 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=102.20.70=71.5449.1 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=53/102.20.52 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/D100 拉深系数 2.01.5m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=m1dt=0.3140.512.6mm d2=m2d1=0.7012.6=8.8251.5 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=104.25104.3mm 条料宽度（刚性卸料有导向无侧压）： （3-2） 0 -max Z)2a+D (B 其中：a2， 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+22+1=107.75mm 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 0.50.51122335 200.050.080.10 20300.080.100.15 30500.100.150.20 50 0.40.50.70.9 50100 0.50.60.81.0 100150 0.60.70.91.1 150200 0.70.81.01.2 200300 0.80.91.11.3 表 3-3 导料板与条料之间的最小间隙 Zmin3 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100200200300100 以下100 以上 约 10.50.510.50.8 150.5110.50.8 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 B0B 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 7082006），及结 合目前市场，故采用尺寸为：宽 1000mm，长 2500mm，厚 1.5mm 的板料。 材料利用率： （3-4）%100 0 S nS 其中：板材总面积 S0=10002500=2500000mm2 S7655mm2 本模具实际产品面积，采用计算机计算。 条料宽度 107.5mm，送料步距 104.3mm。 由于原材料是板料，剪板时有两种裁剪方法，即裁长边和裁短边。 1裁长边 2500/107.8=23.2，共能裁：23 条 1000/104.3=9.6，每条能裁 9 个 共计：239=207 个 2裁短边 无锡太湖学院学士学位论文 24 1000/107.8=9.3，共能裁：9 条 2500/104.3=23.97，每条能裁 23 个 共计：923=207 个 可见在裁短边、裁长边结果是一样的，相对比较还是裁短边能留下更大的余料，故 还是采用第 2 种裁剪方法。 故材料利用率% 4 . 63%100 2500000 7655207 %100 0 S nS 材料利用率大于 60%，排样符合要求。 3.5 凸、凹模刃口尺寸的确定凸、凹模刃口尺寸的确定 本模具有 2 个工序组成，落料和拉深，下面分两个部分分别计算。产品图见图 2.10 所示。 3.5.1 落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定 1计算原则 本产品外形是圆形，属于落料工序，因此计算原则以凹模为基准。 由于形状简单，仅是圆柱类形状，故采用凸、凹分别加工方法来制造，并进行设计 计算。 2凸、凹模制造公差 工件尺寸为，由于此尺寸为落料尺寸，转化为下偏差尺寸为：mm 55 . 0 0 2 . 102 0 55 . 0 75.102 查表 3-4 规则形状（圆形、方形件）冲裁时凸、凹模的制造公差（即查参考文献3， P22 页，表 2-11），得： 凸模偏差 p=0.025mm 凹模偏差 d=0.035mm 表 3-4 规则形状（圆形、方形件）冲裁时凸、凹模的制造公差3 基本尺寸凸模偏差 p凹模偏差 d基本尺寸凸模偏差 p凹模偏差 d 18 0.0200.0201802600.0300.045 18300.0200.0252603600.0350.050 30800.0200.0303605000.0400.060 801200.0250.0355000.0500.070 1201800.0300.040 已知冲裁双面间隙 Zmin=0.132，Zmax=0.240，Zmax-Zmin=0.108mm 因此：p+d=0.025+0.035=0.0600.5mm2.02.5 高温合金2.83.5 N76880 . 23844 AqF压 3拉深部分总冲压力 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 29 F拉=F1+F压=86036+7688=93724N 3.6.3 落料拉深复合模总冲压力落料拉深复合模总冲压力 F总=F落+F拉=166805+93724=174493N 3.7 压力机选用压力机选用 在压力机工作时，由于落料在前，首先冲裁，此后还有很长的拉深，因此压力在冲 裁时压力还没有到达名义压力，开始拉深后压力机的压力还在不断增大，模具后继还需 拉深约 43.5mm，因此压力机的行程必须足够长，再加上落料总冲压量必须大于 47mm。 同时考虑冲压力的保险量，因此压力机在最后不少于 50mm 的行程内必须保证有足够的 冲压力，故压力机行程约大于 100mm。 压力机的冲压力选用 2 倍总冲压力以上，即：F2F总=2174493N349KN。 综合上述，查表 3-11 开式可倾式曲柄压力机的主要技术参数（即查参考文献5， P15 页，表 1-5），选得开式可倾式曲柄压力机型号为：J23-63。 表 3-11 开式可倾式曲柄压力机的主要技术参数5 型号J23-6.3J23-16J23-25J23-40J23-63J23-80J23-100 公称压力/kN631602504006308001000 达到公称压力时滑块距 下止点的距离/mm 3.55678910 滑块行程/mm507080100120130140 行程次数/(次/分钟)16011510080706060 最大封闭高度/mm170220250300360380400 封闭高度调节量/mm4060708090100110 滑块中心到床身 距离/mm 110160190220260290320 前后315450560630710800900工作台 尺寸/mm左右200300360420480540600 前后150220260300340380420 左右70110130150180210230 工作台孔 尺寸/mm 直径110160180200230260300 立柱间距离/mm150220260300340380420 模柄孔尺寸 (直径深度)mm2 30 50 50 70 50 70 50 70 50 70 60 75 607 5 工作台板厚度/mm4060708090100110 倾角/()30303030302525 J23-63 压力机参数如下： 公称压力：630KN 达到公称压力时滑块距下止点的距离为：8 无锡太湖学院学士学位论文 30 滑块行程：120mm 行程次数：70 次/分钟 最大封闭高度：360mm 封闭高度调节量：90mm 工作台尺寸：480mm710mm 工作台孔尺寸：230mm 模柄孔尺寸：50mm70mm 床身最大可倾角：30 图 3.3 可倾式曲柄压力机 3.8 压力中心计算压力中心计算 一副模具的压力中心就是冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的 压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上。否则冲压时会产生偏心载荷， 导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具和压力机的使用寿命，而 且也影响冲压件的质量，因此必须计算其压力中心。对于对称形状的压力中心就是其几 何中心，对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力 系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。本次设 计的工件是对称的，所以压力中心就是工件的几何中心。 由于本产品是回转体类对称形状，故压力中心就在它对称中心上，不用计算。 3.9 落料拉深模主要零部件的结构设计落料拉深模主要零部件的结构设计 3.9.1 落料凹模的结构设计落料凹模的结构设计 1凹模及刃口形状 凹模刃中采用直刃口，下方为台阶形。根据 t=1.5mm，查参考文献3，P53 页，表 2- 26，得：刃口高度取 h6mm，故取 h=8 形状如下图所示。 又考虑到在凹模腔内增加拉深压边圈，故需增大刃口高度，最后取 h=9mm。刃口下 方为较大直径的圆孔，连接处采用 45 度倒角。 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 31 图 3.4 凹模刃口形状 2凹模材料和热处理 查参考文献3，P229-230 页，表 B-1 模具工作零件常用材料及硬度，得：材料为 Cr12MoV，热处理淬火硬度达 6064HRC。 3凹模外形尺寸 凹模外形是圆柱体形 凹模外径为： D凹=D+2c （3-13） 式中，D凹凹模外径，mm； D冲裁凹模直径，mm； c凹模壁厚，mm。 表 3-12 凹模壁厚 c 3 冲裁件材料厚度 t 条料宽度 0.80.81.51.5335 40 2025222824322836 40502228243228363040 50702836304032423545 70903242354538484052 901203545405242544558 1201504052425445584862 已知 D=102.75mm，t=1.5mm，查表 3-12 得： c=4052，取 c=46 所以：D凹=102.75+246200（取大一些整数） 根据参考文献3，P54 页，公式 2-37 凹模厚度： （3-14） 3 21 1 . 0 FKKH 式中，H凹模厚度，mm； F冲裁力，N； 无锡太湖学院学士学位论文 32 K1凹模材料修正系数，合金工具钢取 K1=1，碳素素工具钢取 K1=1.3； K2凹模刃口周边长度修正系数，可参考表 3-13 选取。 表 3-13 凹模刃口周边长度修正系数 K2 3 刃口长度/mm修正系数 K2刃口长度/mm修正系数 K2 5011503001.37 50751.123005001.5 751501.255001.6 已知：F=F落=174311N 刃口长度：102.75=323mm 所以，K1=1.3，K2=1.5 所以：（取大整数）241743111 . 05 . 13 . 11 . 0 33 21 FKKH 考虑拉深需要在落料凹模腔内放置压边圈（也是顶件块），同时保证拉深充分成形 的条件下，对落料凹模高度作适当调整。 对凹模高度的调整：考虑拉深压边圈的需要，凹模高度调高为：77mm。 因此凹模尺寸为：20077。由于由于凹模材料太贵，这么高也不是强度的需要， 故将将凹模分成两个零件：凹模和凹模垫块，凹模垫块材料为 45 钢（相对讲很便宜）， 总高度仍为 77mm。 因此凹模尺寸为：20045，凹模垫块 20032 4凹模固定和定位方式 凹模直接放在凹模垫块，凹模垫块放下模座上，用螺钉将凹模与下模座固定，再用 销与下模座定位。凹模结构和尺寸如下图所示。 启动电机壳体冷冲压工艺及模具设计 33 图 3.5 落料凹模 3.9.2 落料凸模的结构设计落料凸模的结构设计 由于此凸模不仅是落料，还要充当拉深凹模的作用，因此它是一个凸凹模，故它的 内部是拉深部分凹模，同时在其内部还要放置推件块，故它的长度还需由拉深部分最后 确定，此处在考虑拉深后已作调整，计算如下。 1凸模形状及长度 圆柱台阶形 已知凸模刃口直径为：， 0 025 . 0 343.102 故配合部分直径必须大一些，为：112， 凸模总长度：L=H固+h压+H卸+t+1+H拉=40+17.8+16+1+43.2=120mm 注：H固、h压、H卸、H拉分别为固定板厚度、模具闭合后凸模固定板与卸料板间的 高度、卸料板高度、拉深件高度，具体各长度见后面各相应部分计算。 2凸模定位、固定方式 凸模靠圆柱配合面定位，凸台固定。凸台部分直径为