顶罩冲压工艺与模具设计毕业设计论文

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毕业设计(论文)

顶罩冲压工艺与模具设计

Top cover stamping process and die design

学生姓名

班级

学院名称机电工程学院

专业名称机械制造及其自动化

指导教师

2015年5月8日

徐州工程学院学位论文原创性声明

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论文作者签名：日期：年月日

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论文作者签名：导师签名：

日期：年月日日期：年月日

摘要

本次毕业设计题目较为简单的分析了发动机顶罩的成形工艺以及模具设计，其中对工件的工艺分析丶排样丶工艺力的计算，并且利用软件绘制零件的三维图以及装配图。该工件有落料丶冲孔丶翻边丶拉伸4个工序，阐述了模具的凸模和凹模的间隙配合方式，制订了加工工艺。

关键词：复合模；汽车发动机顶罩；工艺分析

Abstract

The graduation project topic relatively simple analysis of the engine top cover forming process and die design, including process analysis Dian Dian nesting process of the calculation of the work force, and the use of three-dimensional mapping software to draw parts and assembly drawings. The piece has a blanking punching Dian Dian Dian stretch flanging 4 steps, explained the mold punch and die clearance fit way, developed a process. Keywords Compound die automotive engine top cover Process Analysis

目录

摘要.................................................................................................................................................. I 目录.................................................................................................................................... I 1 绪论 (1)

1.1模具的分类 (1)

1.2冲压模的现状和发展 (1)

1.3市场情况 (1)

1.4产业前景 (1)

1.5发展机遇 (2)

2 工艺设计 (3)

2.1冲压件工艺分析 (3)

2.2工艺方案的确定 (3)

2.3确定模具结构形式 (4)

3主要设计计算 (6)

3.1 毛坯尺寸计算 (6)

3.1.1 修边余量计算 (7)

3.2毛坯尺寸计算 (7)

3.3排样设计 (7)

3.4拉深次数计算 (8)

3.5工艺力计算 (8)

3.6冲裁功的验算 (11)

3.7工作零件刃口尺寸计算 (11)

3.8确定压边圈的需要 (12)

3.9 压力中心的确定 (13)

3.10冲裁模具间隙的影响及其确定 (13)

3.11 拉深翻边零件尺寸计算 (15)

4 主要零部件的设计 (16)

4.1 工作零件的结构设计 (16)

4.2 支撑固定及卸料零件 (22)

4.2.1 上、下模座 (22)

4.2.2 垫板 (23)

4.2.3 模柄 (23)

4.2.4 限位柱 (24)

4.2.5固定板 (24)

4.2.6 弹压卸料板 (24)

5 其他零部件的设计与选用 (26)

5.1 弹性元件 (26)

5.2 卸料螺钉 (26)

5.3 挡料销 (26)

5.4 模架及其他零部件的选用 (26)

6模具的总体设计 (28)

6.1 模具类型的选择 (28)

6.2 定位方式的选择 (28)

6.3 卸料、出件方式的选择 (28)

6.4 导向方式的选择 (28)

6.5 压力机的选择 (28)

7 模具的总装图 (30)

8结论 (32)

致谢 (33)

参考文献 (34)

1 绪论

模具在工业生产中占据占据这一个很重要的地位，素有“工业之母”的称号。别的加工方式和模具比起来各有千秋，模具有以下几个有点：1.效率高 2.互换性好 3.材料利用率高 4.质量好。因此模具广泛的存在于机械行业中，而且能生生不息。

整套模具是由各种零件装配而成的，其中含有基础的上丶下模座，导柱，导套，模架，底座这些零件企业都会做成通用的，这样可以发挥出互换性的优势。至于一些螺钉丶销钉这些比基础零件更加具有通用性，根据国标设计出来可以用在各个方面。核心零件是各种凹模丶凸模，这些则需要根据被制工件的具体情况来确定出，但是企业会适当的根据别的工件做成能够互换的，这样能够在下个订单时减少设计时间从而提高制造的效率。

1.1模具的分类

模具根据不同的方式，有着很多的种类，按照模具的结构形式分类：1.单工序模 2.复合模 3.连续模。按照加工材料的分类：1.塑胶模 2.五金模。五金模中一般有冲压模，压铸模，铸造模和锻压模。本设计就是冲压模，冲压模在当今社会还是有着主导作用的。

1.2冲压模的现状和发展

我国的模具发展行业有着地区不平衡的特征，沿海地区明显要远远由于内陆，可能是长时间与外界便于交流的原因，宁波和黄岩这两个地区的模具水平在中国地区是遥遥领先的。当然我国的模具水平与西方发达国家还是有一定的差距的，比如说制造的精度不够高，制造的质量不够好，速度不够快，这些与人员的素质有着一定的关系，更主要的是材料的各种属性，比如说刚度，硬度，韧性，耐磨度。当今社会材料限制了很多行业发展的速度，同样模具所需要的材料也是制约模具行业前进的一个重要因素。

1.3市场情况

现在全国共有4万多家模具生产厂，有150万人从事着这个行业，为国家带来的经济增长做出很大的贡献，但由于近几年经济的不景气，整个制造业陷入一些低迷状态，一些传统的高消耗型已经逐步关闭，只有一些节能型，创新型的制造厂商还屹立在模具制造行业金字塔的顶端。模具制造业在广东丶浙江丶江苏和上海的产值总量达国家整体的75%以上，欧美国家的客户在中国用1/3的钱买到了2/3的性能，只有不断的提高中国模具行业，才能让高利润的订单放在中国的办公桌上。

1.4产业前景

模具的前景可期，应走多元化道路。虽然我国生产模具的数量是占世界生产的大部分的，但是由于技术问题，一些高端的模具制造并不在中国进行，由此大部分的利润并不在

中国，中国的模具制造业就像是劳动密集型企业。我国的模具制造水平比起两个大国美国和日本还有很大差距，导致了我国生产出来的模具质量不高，生产出来的模具供大于求，就像中国的钢铁业一样，已经开始亏损了。未来模具可以用在国家重点发展的地方，比如国防军工和航空航天，还有民用的汽车上。中国的汽车一直是个诟病，主要还是质量不及外国企业生产的汽车。并不是我们不爱国，不想用本国的东西，而是实在质量之差看不下去。因此，我国模具发展应向高质量丶高技术丶高精度方面发展。

1.5发展机遇

随着互联网的发展和工业4.0的渐渐普及，模具行业发展和挑战并存。根据政府出的经济报告，模具行业整体不是很景气，但是一些通过高新技术发展的企业一直都能创造出很高的产业价值。自动化程度的高低能体现一个企业的技术水平，但是人的创新才是最重要的，这样才能推动模具行业的发展。

互联网未来将成为模具行业走出困境的一个救命稻草，通过网络的订单可以解决供应关系，逐步实现供等于求，私人订制。通过网络的及时沟通，使制造的产品满足市场的需求。同样销售的时候通过网络能够将产品更多的推广给更多用户，及时解决产品的堆积，降低成本，大幅增加利润。

另外企业通过对高校的支持，高校拿出技术来帮助企业的尖端技术的发展，运用在企业的产品上，促进了模具行业的发展。

2 工艺设计

2.1冲压件工艺分析

材料：该冲裁件的材料用的是是普通碳素钢的08钢，，可冲压性能是比较好的。

零件结构：该冲裁件的结构是圆筒形的，通过旋转拉深成型，是轴对称工件。

尺寸精度：IT12的公差等级精度是适用于没有严格要求，而仅要求便于联结的配合。

由于上下两个孔没有什么特殊要求。因此采用IT12精度，高度方面可以采取自由公差，影响不到工件的精度。

结论：适合冲裁

2.2工艺方案的确定

引用文献[1]中表4—7

模具特点比较

比较项目复合模具连续模具

冲压精度高级和中级精度（3～5级）中级和低级（5～8级）

制品形状特

点零件的几何形状与尺寸受到模具结构与

强度方面的限制

可以加工形状复杂丶特殊的制件，

如宽度很小的异形件等

制件品质由于压料冲裁同时得到校平，制件平整

且有较好的剪切断面中丶小制件不平整，高质量制件要

求校平

生产效率制件被顶到模具工作面上，必须用机械

排除，生产效率稍低工序间自动送料，可以自动排除工

件，生产效率高

使用高速自动压力机操作时出件困难在行程次数为每分钟400次或更

多的高速压力机上工作

工作安全性手需伸入模具的工作区，需采用安全的

措施

手不需伸入模具工作区，比较安全

多排冲压法

的应用

很少采用广泛用于尺寸较小的制件

模具制造工

作量和成本

冲裁复杂形状制件比级进模低冲裁简单形状制件比复合模低该零件有落料、冲孔、拉伸、翻边四个简单的工序，可以采用以下三种工作方案：如果采用方案1单工序模，逐步进行各个工序，则加工时需要4个工序，需要用到的模具要有4套。比较大的模具制造费用，并不是很高的生产效率，尺寸精度无法保证，工人操作很不方便，安全系数也不高，所以方案一不合理。

如果采用方案2级进模，虽然只需要1套模具，但是加大了模具制造的难度，而且无法确定工件的尺寸合格性，所以方案三也不合理。

如果采用方案3复合模，采用复合模制冲件时，主要零件有着简单的结构，由于是圆盘型，所以轴对称，另外有几个因素：

1复合模的成本不是太高

2制造的难度也不大

3容易保证尺寸的精度

4操作也方便，安全性好

5生产效率高

综上考虑很多因素，采用方案3是比较符合实际情况的。

2.3确定模具结构形式

引用文献[9]中复合模一节，复合模按凸凹模在模具上的位置分为不同有两种形式：1．顺装式复合模

2．倒装式复合模。

倒装式复合模中凸凹模的位置是在下模部分。此时，凸凹模对冲裁外形轮廓来说是起

冲裁凸模的作用，而对内部的孔来说，则又是起冲孔凹模的作用，他通过凹凸模定位在下模坐上。

这种结构的模具制造简单，操作方便，生产效率高，生产时也比较安全，模具周围清洁。但所得到的冲压件平整度较差。

顺装式复合模的凹凸模位置是在上模部分。冲件由弹顶器自装在下模部分的凹模内顶出置模具的工作面上，废料则有压力机通过推杆自上而下被击落，并和工件一起汇集于模具的工作面上。这是需要及时清除，操作不如倒装式复合摸方便，且不安全。这种结构形式受力情况比倒装式的情况好。

引用文献[9]列出顺装复合模和倒装复合模的特点表格：

模具型式倒装式复合模顺装式复合模

工作零件装配位置

凸模在上模部分在下模部分凹模在上模部分在下模部分凸凹模在下模部分在上模部分

出件方式采用顶板丶顶杆自上模内推

出，下模至模具的工作面上采用弹顶器自下模内顶出至模具的工作面上

冲压的平整度不能达到平整要求较好，对于薄件能达到平整要

求

废料排除废料在凸凹模内积聚到一定

程度后，便从下模部分的漏料

孔或排出槽排除废料不在凸凹模内积聚。压力机回程时，废料即从凸凹模内

推出

凸凹模的强度和寿命凸凹模承受的张力较大，为增

加其强度，凸凹模的最小壁厚

应严格控制

模具寿命比较高受力情况比倒装复合模好，但凸凹模的尺寸易磨损增大

模具寿命较差

生产操作废料自漏料空排除，有利于清

理模具的工作面，生产操作较

安全废料自上而下出落，和工件一起汇集于模具的工作面上，对生产操作不利，不安全

适应性冲压件平整度要求不高，凸凹

模强度足够时采用使用于落料冲裁，平整度要求较高丶以及壁厚较小丶强度

较差的凸凹模

3主要设计计算

3.1 毛坯尺寸计算

在计算毛坯尺寸之前，必须先将翻边前的工件形状构造出来，工件的尺寸要定下来。

有两种情况可以考虑：17.050.030+-φmm 的高度尺寸太大，无法制造出全部的高度仅利用翻边的方法，必须要靠拉伸才能将其中的一部分制造出来。另一种情况是17

.050.030+-φ mm 利用翻

边将全部的高度制造出来，前面所述的方法，有着不一样的翻边前的毛坯形状。具体计算如下：

先通过公式算出翻边高度，由公式转换得到翻边系数，先算出翻边直径

mm mm D 5.28)5.130(=-=

将下列各个数据代入下式中：1.板料厚度t 2.圆角半径值r 3.翻边直径D ，进行计算：

77

.0275.3070.01)5.172.05.143.05(5

.282

1)

72.043.0(2

10=?-=?-?--

=---

=t r H D

k 极限翻边系数min K

凸模

孔的加工方式 t d /

100 50 35 20 15 10 8 6.5 5 3 1 球形

钻孔去毛刺冲孔 0.70 0.60 0.52 0.45 0.40 0.36 0.33 0.31 0.3 0.25

0.20

0.75 0.65 0.57 0.52 0.48 0.45 0.44 0.43 0.42 0.42 —

圆柱形平底

钻孔去毛刺冲孔

0.80 0.70 0.60 0.50 0.45 0.42 0.40 0.37 0.35 0.30

0.25

0.85 0.75 0.65 0.60 0.55 0.52 0.50 0.50 0.48 0.47 —

根据表格查出翻边系数，比较发现上面计算出的系数比表中查的的系数要大，

得出可通过一次翻边得到全部高度

通过查文献[6]发现确定修边余量，才能得出毛坯所需要的尺寸。

3.1.1 修边余量计算

通过计算出工件的高度比值系数：mm d h 15.0/=，发现工件只需要很浅的拉伸即可，修边余量δ这个因素可以先不考虑

3.2毛坯尺寸计算

mm

r dr dH d d 5.79956.019272.125604096356.036472.1106446456.072.14222

20=?-?-+=?-??-??+=

--+=

3.3排样设计

引用文献[2]中冲压用料排样与计算一节： 排样方式的重要性：

1. 提高材料利用率。冲裁过程中不可能将板料100%利用，因此会产生相应的废料。废料是因为冲压的方式丶排样的方式的原因则称为工艺废料。废料是因为制造的工件的原因则称为结构废料。

2. 提高一线职工的工作环境的安全系数。帮助职工避免不必要的体力消耗。

3. 尽量优化模具的结构，让模具在有限的时间和质量中创造出无限的价值。

4. 冲裁出来的工件的质量是排样时设计的重中之重，质量决定了排样方式。 排样设计不但要确定该工件的排样方式，而且需要查表得到搭边值。另外需要计算出条料的宽度，还有送料的步距数值。

排样方式有以下几种：1.直排 2.斜排 3.多排 4.混合排 。这些方式是通过工件的布置方法确定的。

结合该工件的自身因素，决定采用直排。

搭边值是由两部分组成的，一是冲裁件之间的剩下的材料，二是条料的侧面和冲裁件剩下的材料。

搭边的数值应合理确定。确定合理数值必须要保证的三个因素： 1. 经过冲裁后的出工件的品质要比较高 2. 模具耐用时间与设想时差不多

3. 送料的时候不能有偏差，必须达到设计时的位置 下面阐述搭边值对设计的影响：

1. 搭边值的大小要是太大的时候，会使材料产生不必要的浪费，同时增加了制造

的成本

2. 搭边值的大小要是太小的时候，材料的利用效率虽然可以大幅提高，但是毛刺

也会相应的产生。这个时候冲裁时搭边的剩余材料会一起进入凸丶凹模间隙里面。可能对模具的刃口产生破坏性的效果，减小了模具的寿命，反而得不偿失。

两工件间的搭边a 1：mm a 5.11=

工件边缘搭边a ：mm a 2=

步距A 为：mm mm a d A 81)5.15.79(0=+=+=

条料宽度B 为：mm mm a d B 5.83)225.79(20=?+=+=

3.4拉深次数计算

计算此工件可以当成无凸缘的圆筒型件，计算出15.0/min =d h ，通过计算的毛坯相对厚度：

mm D t 89.11005

.795.1100=?=? 翻阅文献得[7]到15.0/min =d h 略比相对数值小，分析出拉伸成型只需要一次就够了。

3.5工艺力计算

落料力计算：

式中 F ——落料力（N ）；

L —— 冲裁件的周长（mm ）；

t ——材料的厚度（mm ）；

——材料剪切强度（MPa ）

K –系数，一般取K=1.3 08钢的抗剪强度：260～360MPa 取320MPa

N

Mpa kLt F b

1557693205.15.7914.33.1落=????==τ

冲孔力计算：

式中 F ——冲裁力（N ）；

L ——冲裁件的周长（mm ）；

t ——材料的厚度（mm ）；

——材料剪切强度（MPa ） K ——系数，一般取K=1.3

抗剪强度如上

N

Mpa KLt F b

352683205.11814.33.1冲=????==τ

推件力计算：

式中 F ——冲裁力（N ）； F 推——推件力（N ）；

K 推——推件力系数；

n ——同一时间内堵在凹模内的工件数量；n=h/t h —— 凹模型口高度（mm ）。

查表 ；n 取3 。

则：

F 推=nK 推F=3×0.055×35268=5819N