柴油机外罩冲压工艺及模具设计.docx

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柴油机外罩冲压工艺及模具设计

柴油机外罩冲压工艺及模具设计

本次毕业设计完成了对柴油机外罩的冲压工艺和模具设计，在工艺计算的基础上，优化确定出柴油机外罩的冲压生产工艺：

笫一副模具为落料拉深复合模，第二副为再次拉深模,第三副为校形切边复合模。

本次设计完成了上述三幅模具的装配图和部分零件图的设讣计算和绘制，以及冲压工艺过程卡片和设讣说明书的编写。

关键词：

冲压，工艺设计，模具设计

Wehavedonethedesignaboutthepressworkprocessschemdesignandthemoulddesignofthediese1engineoutercoverinthisgraduationdesign.Basedthecraftworkaccount,we

confirmedtheproductioncraftworkaboutpressworkofdieselengineouterwork:

thefirstmoldforfal1sthemateria1drawingsuperposabledie,secondistwodrawingmold,andthethirdisplasticmold・Wehavedonetheassemblagechartofthreemou

Idsabovementionedandthedesignaccountandplottingofpartaccessorychartinthisdesign,aswel1asthewrittingofthepressworkcraftworkprocesscardanddesignmanual.

[Keywords]PressworkProcessschemdesignMoulddesig

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一前言2

二•零件工艺性分析3

三•分析比较和确定工艺方案4

3.1初步计算毛坯尺

寸4

3.2确定工艺方

案5

四•主要工艺参数的确定6

。

4・1确定各中间工序尺寸6

4.2确定排样、裁板方案

10

4•3计算各工序压力，选用压力机

12

五.第一副模具（落料、拉深复合模）的设计和计算15

5」模具类型及结构形式的选择与计算15

5.2模具工作部分刃口尺寸和公差的计算1

6

5.3.落料、拉深凸凹模高度与落料凹模外形尺寸的初步设计与确定18

5.4模具其他零件的设计与计算1

9

5.5模具压力中心的设计与计算

21六•第二副模具（再次拉深）的设计21

6」模具工作部分刃口尺寸和公差的计算21

。

6・2模具结构类型及形式的选择与计算22

63凸模工作表面的技术要求23

6.4模架的选择2

3

七.第三副模具（整形、切边复合模）的设计计算24

7-1模具结构类型及形式的选择与计算

257.2模具工作部分尺寸计算2

5

7.3模具其他零件的设计与计算26

八•冲压工艺过程卡片27

总结与体会30

致谢31

参考文献32

一前言

冲压工艺是塑性加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。

冲圧不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。

冲压加工时，板料在模具的作用下，于起内部产生使之变形的内力。

当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。

冲压生产靠模具和设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且山于操作简便，也便于实现机械化和自动化。

冲压生产利用模具加工，可以获得其他加工方法所不能或难以制造的，形状复杂的零件。

冲压产品的尺寸精度是山模具精度保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可使用。

同时冲压加工不但节能还节约材料，且产品表面质量较好。

因此冲压工艺是一种产品质量较好而且成本低的加工工艺。

用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。

冲压工艺在汽车，拖拉札电机，电器，仪器，仪表，各种民用轻工业产品以及航空和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。

现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。

在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。

二.零件的工艺性分析

零件的冲压工艺性是指从冲压工艺的角度来衡量零件的设计（包括选材、形状结构等）是否合理。

即在满足零件使用要求的前提下，能否用最简单的、最经济的冲压加工方法将零件制成。

零件的工艺性好坏直接关系到其质量、生产率、材料利用率和生产成本等。

工件如图1-1所示：

7

未注圆角R=3mm

图2-1工件图

此工件为有凸缘阶梯圆筒形件，要求外形尺寸，没有厚度不变的要求，此工件满足拉深工艺要求，可用拉深工序加工。

该零件为柴油机外罩，可选用碳素结构钢Q235。

各圆角r=3mm^2t,满足拉深对圆角半径的要求。

由图可知此工件为浅阶梯零件，而且直径比例接近2:

1,即直径差别大不能一次拉出，山经验得知可首次拉成大圆角的圆筒件，然后通过较形得到零件的形状和尺寸，如图1——2所示。

因此该工件的成形工序即为落料，拉深，较形，切边，具体的拉深次数，拉深尺寸等计算将在后面重点叙述。

图2—2

三分析比较和确定工艺方案

3.1初步计算毛坯尺寸

图3—1

（1）•初步计算毛坯尺寸

由相对直径d凸/d=78/44.5=1.75,查得修边余量Ad=3.0,故实际凸缘直径:

d凸=78+2X3.0=84mm

该工件t二1.5mm,因此计算时取中线尺寸计算

各部分尺寸如图3—1所示

£=16.5/wnd2=22.5mm=28.5mm

=38・5mmd5=44.5mm=50.5mm

d1=84mm

=7mm//2=5.5mm

该工件的毛坯展开直径：

D=+2力]+〃2+〃3+〃4）+4（dJh+d,/"）+8力-+d]-df+d孑-d,

=97.16a98/77//?

（2）确定拉深次数

工件最大高度与最小直径之比:

-=兰二口=—=1.089

d24-1.522.5

坯料相对厚度丄x100=—X100=1.53

D98

经查表可知该工件不能一次拉出，即需要多次拉深。

由工件图可知此工件为浅阶梯零件，而且直径比例接近2:

1,即直径差别大不能一次拉出,山经验得知可首次拉成大圆角的圆筒件，然后通过较形得到零件的形状和尺寸。

（即首次拉深出带凸缘筒形件）

凸缘的相对直径$=^=1.82>1.4,为宽凸缘件，即在首次拉深时先拉深成46

工件要求的凸缘直径，而在以后各次拉深工序中，凸缘直径保持不变。

3.2确定工艺方案

通过上述分析讣算，不难看出需包括以下基本工序：

落料，首次拉深，二次拉深，校形，切边

根据这些基本工序，可拟出如下三种方案：

方案一:

落料一一首次拉深一一二次拉深一一较形一一切边

方案二：

落料与首次拉深复合，其余按基本工序

方案三：

落料与首次拉深复合，然后二次拉深，最后将校形与切边复合。

分析比较上述三种方案，可以看到：

方案一中，是按各基本工序进行加工的，每一副模具均为单工序模，模具简单，压力机吨位较小，生产率低，适合于小批量生产。

方案二中，复合模具较复杂，且压力机吨位要求较大，生产率比方案一高，可适合与较大批量生产。

方案三中，模具结构较为复杂，需要大吨位压力机，但生产效率高，适合于大、中批量生产。

综上所述,方案三所得到的工件尺寸精度较其他两种要高，因为在最后是将整形与切边相复合的，即方案三尽量保证了减少工步的原则，因此选择方案三。

因此，该工件的加工需要三副模具，第一副为落料拉深复合模，第二副为再次拉深单工序模，第三副为校形切边复合模。

四主要工艺参数的计算

4.1确定各中间工序尺寸

（1）确定拉深次数

工件最大高度与最小直径之比：

兰=兰二耳=1.089

d24-1.522.5

坯料相对厚度丄XI00=—X100=1.53

D98

经查表可知该工件不能一次拉出，即需要多次拉深。

山工件图可知此工件为浅阶梯零件，而且直径比例接近2:

1,即直径差别大不能一次拉出，山经验得知可首次拉成大圆角的圆筒件，然后通过较形得到零件的形状和尺寸。

（即首次拉深出带凸缘筒形件）

凸缘的相对直径$=^=1.82>1.4,为宽凸缘件，即在首次拉深时先拉深成46

工件要求的凸缘直径，而在以后各次拉深工序中，凸缘直径保持不变。

（2）确定拉深的工序尺寸

1确定拉深①46,h为26的拉深次数

判断一次能否拉出：

由h/d=24.5/44.5二0.55,®=—=1.89

d44.5

1=1^x100%=1.53%

d98

查表得第一次拉深许可的相对高度hjd{=0.42〜0.51,小于工件的相对高度0.55,所以一次不能拉出。

2确定首次拉深的工序尺寸

a.选取mvd{

取首次相对拉深直径d,/d}=1.5,则心=56,取加严0.47

b.确定R凸］及R即

一般来说，大的凹模圆角半径可以降低极限拉深系数，而且还可以提高拉深件的质量。

但凹模圆角半径太大乂会削弱压边的作用，可能会引起起皱现象。

因此凹模圆角半径大小要适当。

凸模圆角半径对拉深工作的影响不象凹模那么显著。

但过小的凸模圆角半径会降低桶壁传力区危险断面的有效抗拉强度。

如果凸模圆角半径过大,会使在拉深初始阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大，因而这部分毛坯容易起皱（称此为内皱）。

山此看来，凹模的圆角半径对拉深成形影响很大，确定此值时要特别注意。

Rlin=0.8=0.87（98-56）x1.5=6.35

则拉深的半成品r=/?

„n+t/2=7.1,取r=7mm

取R凸严R即=6.5mm

b.重新计算毛坯直径：

为保证以后拉深时凸缘不参加变形，宽凸缘拉深件首次拉入凹模的材料面积比零件实际需要的面积多5%,则需对坯料作相应放大。

第一次拉深的半成品，其凸缘的圆环面积A环

A坏二才【4盒+2广）一］

=84,=56,r=7

Ajf=2432x-

环4

工件的面积应等于毛坯的面积

被拉入凹模的面积应等于鋼*中-如;=7172x彳

多拉入凹模5%的材料后，被拉入凹模的面积为1.05=7530.6x-

4

使扩大的毛坯面积A环=1・05知+A环=（7530.6+2432）x-=9962.6x-

44

故扩大后的坯料直径为

4A,

=V9962.6=99.8«100mm

c.计算首次拉深高度0

由D=+4必一3.44JR可解得

所以H{=19.2mm,取19mm

工件的第一次相对拉深高度19.2/56二0.34

曲表查得有凸缘圆筒形件第一次拉深的最大相对高度为0.5&即工件的相对拉深高度小于最大相对拉深高度，所以笫一次拉深直径％56选择合理。

3计算以后各次拉深的工序尺寸

a.确定拉深次数

根据毛坯的相对厚度（t/D）X100=（1.5/100）X100=1.5

山表取值：

川产0.75用推算法确定所需次数

■

d2=m2d}=0.75x56=42mm

即当第二次拉深时，心二42mm。

已小于零件尺寸d=44.5mm,所以不必再拉深，即

是以后还需要拉一次，共拉两次。

b.重新调整各次拉深系数，计算各次拉深后工序件的直径，取心=44.5mm

C.确定后续拉深的圆角半径

因为半成品底部圆角需为大圆角，取工件底部圆角厂2=12〃加,

~5mni

d.第二次拉深高度即拉到半成品要求的高度即24.5mmo最后通过较形工序得到零件的形状与尺寸。

各工序得到的工件图如图4—1所示。

J

If）

•-

1

—

（a）

图4-1各工序得到的零件图

4.2确定排样、裁板方案

这里毛坯直径①100较大，考虑到操作方便，才用单排。

查表得搭边数值:

«=2m

m,=1.5nvn,条料宽度为b=（D+2a）：

由《冲压手册》查得△=1.0

（△为条料宽度的允许偏差）

条料宽度b_A=（D+2a）=104_LOmm

送料步距A二D+"i=10I.5mm

条料规格拟选用：

1.5X1000X2000

裁板方案有纵裁和横裁两种，比较两种方案，选用其中利用率高的一种。

纵裁时：

每张板料裁成的条料数=10004-104=9条

每条冲制的毛坯个数

n2=（A-a：

）/h二（2000-1.5）/101.5=19个每板冲制的毛坯数

n,—n1n；二9X19—171个

冲片面积

A=龙（100/2）2=7850mm2

材料利用率：

Q=n.aA/a-b--一n总一一个条料内冲裁的零件

总数

A—冲裁件的面积

b—条料或带料的宽度

a—条料的长度所以n二n总A/a・b二171X7850/（2000X1000）X100%=67.12%

横裁时：

每张板料裁成的条料数①二2000F104=19条

每条冲制的毛坯个数

n2=（A-ai）/h=（1000-1.5）/101.5二9个每板冲制的毛坯数

伦二n】n：

=19X9=171个

冲片面积

A=^（100/2）2=7850"劝彳

所以n二n总A/a・b=171X7850/（2000X1000）X100%=67.12%

即横裁，纵裁材料利用率相同，所以横裁纵裁均可。

排样图如下4-2所示：

4.3计算各工序压力，选用压力机

已知工件材料为Q235,料厚】.5mm

（1）落料拉深工序

冲裁力：

F.=UtL:

冲裁件的周长H材料厚度：

&材料抗剪强度

查表得：

u350mpa

Fq=Ut=3.14X100X1.5X350=164.85KN

而实际所需冲裁力考虑到凸凹模刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的

变化以及材料厚度偏差，实际冲裁力需增加30%,故选择冲床时的落料力应为:

F落=1.3九=1.3X164.85=214.3KN

落料的卸料力

F卸二0.03F釣

=0.03X214.3=6.42kN

顶件力

K顶二0.06

尸顶=0.06X214.3=9.89KN

压边圈的判断：

用平面端面凹模

不用压边圈的条件是：

t/D>0.045（1-m）

计算得0.015

压边力

F压=3・14/4[LXK-（d,+2r凹）勺q

=12.5KN

拉深因数m=d/D=56/100=0.57由表查得休整因数为k=0・93

拉深力

F拉深二口d1tKiocp

二3.14X56X1.5X0.93X380

二1OOKN

式中：

o“=38OMPa

这一工序的总压力

F总用力=尸箔料+尸卸+尸顶+F压+F拉

=214+6.42+6.98+12.5+100

二343KN

在考虑各因素后,取一安全系数0•7左右

F=343/0.7=583KN

所以必须选用大于583KX的公称压力机.则根据所需总压力初选公称压力为630KN的开式压力机。

（参看《冲压手册》相关章节543页。

技术参数如下表4-3所示

表4一3.630KN开式压力机相关技术参数

公称压力

滑块行程/価

行程次数

/min-1

最大闭合高

度/mm

630KN

120

70

360

封高度调节量

工作台

mm

前后mm

左右mm

90

480

710

（2）再次拉深工序

拉深力：

尸二也注刃

拉深因数m=^-=—=0.79查表：

K二0.82

Ji56

巧，=0.82x3」4x44.5x1.5x380=65RN

压边力：

伤F=2.7KN

顶件力：

F,,取F拉的10%,即为6.5KN

所以：

伦=F拉+伦+心二65+2.7+6.5二74KN

选用压力机公称压力时，总压力为公称压力的0.6〜0.8倍

「＞（1.6~1.8）F=118.4~133KN

选用公称压力为160KN开式压力机，技术参数如下表4-4所示

表4-4.160KN开式压力机相关技术参数

公称压力

滑块行程/価

行程次数

/min-1

最大闭合高度/mm

160KN

70

115

220

封高度调节量

mm

工作台

前后mm

左右mm

60

300

450

（3）校形切边工序

校形力：

F=APA为模具工件接触面积

P为单位压力，选用拉深件减小圆角及整形，即P=150~200

A=-x982=7539.14?

Mm2

4

F吃二7539.14X200=1130KN

落废料：

F=13^Dtr=l.3X3.14X78X1.5X350二167KN

废料刀切断废料所需压力（设两把废料刀）

F=2x1.3x（84-78）x1.5x350=8KN

Fq.=F+F,.+F+F二1130+150.8+167+8=1455KN

选用压力机时，按公称力的70%选择，即F公称〉1.7伦=1921KN

选用公称压力2000KN的开式压力机，其技术参数如下表4-5所示

表4-5.2000KN开式压力机相关技术参数

公称压力

滑块行程/mm

行程次数/mi

n_1

最大闭合高度/mm

2000KN

160

40

450

封高度调节量

mm

工作台

前后mm

左右mm

130

710

1120

五第一副模具（落料、拉深复合模）的设计和计算

5.1模具类型及结构形式的选择与计算

本次设计笫一副模具采用落料，拉深的复合模具结构。

本次设计的冲压件为

图5-1落料拉深复合模

52模具工作部分刃口尺寸和公差的计算

1）落料凸、凹模的刃口尺寸

落料前的毛坯未注公差尺寸的极限偏差，故取落料件的尺寸公差为①100^87落料件为圆形毛坯，可采用分开加工

Zmla=0.132Zmax二0・240

Zmax—2sin-0.240-0.132-0.108mm

d=-0.025,久严+0.035

1^1+^1=0.060

满足分别加工时0』+0凸|

查《冲压手册》得X=0.5

久=（Dmax—X△沪〜（100-0.5X0.87）；0035=99.57；0035

久=（Q厂Zmm）,=（99.57-0.132）%5=99.44九25

2）拉深凸、凹模的刃口尺寸

首次拉深件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注外形尺寸，故拉深件的尺寸公差为①57.5打,4

拉深模的间隙，是指凸模，凹模间横向尺寸之差值。

它影响拉深质量，拉深力大小以及模具的寿命。

因此我们应该确定一个合理的间隙值。

在这次设计中，因为拉深变形量达，拉深件尺寸大，所以在拉深过程中使用了压边圈。

则模具的间隙可以查得一模具设计手册

第一次拉深：

1.2t二1.8

第二次拉深：

1.It二1.65

其中t—板料的厚度

首次拉深凸、凹模的单边间隙c取1.2t,即1.8mm

查《冲压手册》得凸凹模制造公差^=0.10/^,^=0.07/^

D1U|=（D-O.75A）oJ*ul=（57.5—0.75x0.74）7"=56.95：

°」°

D凸=（%-2c）k=53.35h°7

5.3•落料、拉深凸凹模高度与落料凹模外形尺寸的初步设计与确定

1）.落料、拉深凸凹模高度确定：

L二h+hi+hp+lb+hi

其中：

h’为凸模固定板片度，一般为凸模高•度的40%左右，取为20mm;

花为卸料板的厚度，查课本P23页一般为取为8mm;

比为工件高度19mm；

山为导尺高度3mm;

h为附加长度,包括修模余量和安全长度，取15。

综上，则：

L=20+8+19+3+l5

故:

L二65mm

即凸凹模的长度为65mm。

凸凹模如图5-2所示

35

图5-2凸凹模零件图

2）落料凹模外形尺寸的设计确定

参见课本P63页图3-12:

凹模厚度h二Kb（大于15mm）,

凹模壁厚c=（1.5——2h）（大于30——40mm）

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3—3取K二0.25,

则：

查《冲压设计简明手册》P34页：

h二Kb二0.25x100二25（mm）（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。

）初步取为30mm.

凹模壁厚：

c=（l.5—2.5）h,取40mm。

落料凹模零件图如5-3所示

5.4模具其他零件的设计与计算

1）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，故釆用后侧导柱式模架，由于本次落料凹模的周