本科毕业论文---汽车雨刷电机外壳冲压工艺及模具设计

第一章前言虽然中国模具工业在过去十多年中的发展取得了令人瞩目的成就，但在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距，如精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高。

许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。

特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量的从国外进口，目前我国模具设计制造水平在总体上要比德、美等国家落后许多，也比韩国、新加坡等国家落后。

我国模具行业具有广阔的市场前景，只有那些能够把握机遇、开拓进取和能够生产高技术含量模具的企业，才能在竞争激烈的市场中占有一席之地。

目前，已有越来越的人认识到模具在制造中的重要地位，认识到模具高技术水平的欠缺。

许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术方面的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

此外，许多研究机构和大专院校也开展模具技术的研究和开发，相信中国模具行业在不远的将来，一定会在国际高端市场占有举足轻重的地位。

随着国内的经济迅速发展，经济水平提高，汽车行业的未来很景气，人们对于汽车的安全性能更加重视，汽车的附属品也随着汽车行业的发展不断的提高要求。

以经济、安全、方便为主。

冲压工艺能够更好的大批量生产质量高的产品。

模具设计与生产越来越成为现代加工业的重要组成部分，所以我选择做冲压工艺及模具设计。

汽车刹车底板是旋转体成形件，是典型的冲压件，通过设计其冲压工艺，可以使我对冲压工艺的设计更加熟悉，提高对冲压工艺工序图、模具装配图、部件图、零件图的读图、绘图和设计能力，从而进一步提高分析和解决实际问题方面的能力，并加深对冲压成型的理解；通过设计其冲压模具，可以巩固所学的专业知识。

第二章 工艺方案的制定2.1 零件的工艺性分析如图2-1所示，汽车电机外壳的零件图，材料为08钢，生产量大。

从图2-1中可以看出，该零件属于带法兰的阶梯圆筒形拉深件。

采用冲压工艺成形，关键在于确定拉深次数。

由于零件带有法兰，应根据实际判断零件属于窄法兰边零件还是宽法兰边零件，从而进行计算。

从材质看08钢属于普通碳素结构钢，其含碳量低，塑性、韧性好，抗剪强度为260~360Mpa ，抗拉强度为330~450Mpa ，有利于各种工序的加工。

总的来说，该零件的冲压工艺性良好。

2.2 计算毛坯尺寸因为零件外形不是简单几何图形，而是由简单几何图形组合的，因此可将零件图分解如图2-2的5个不同的几何形状，分别计算各几何形状的表面积。

计算图（2.2）中（1）的面积得：A 1=()2124d d -⨯π=()=-⨯226470414.3631.142m m式中 ： d —圆环的外直径()mm ； d 1—圆环的内直径()mm ； 计算图（2.2）中（1）的面积得A 2=()r d r 42-⨯⨯ππ=()546414.35214.3⨯-⨯⨯⨯=1420.5362m m 式中 ： r —球环半径()mm ； d —球环外直径()mm ； 计算图（2.2）中（3）的面积得A 3=πdh= 6054⨯π=10173.62m m计算图（2.2）中（4）的面积得=-+=-+=222122)23456(5)2(d d h l 12.0832m m 4A =()212d d l +π=()36502083.12+⨯π=1631.422m m 计算图（2.2）中（5）的面积得222120)(4dh h d d ++==2212)32408(432⨯++=80 mm5A =4804220ππ=d =50242m m 所以毛坯的面积54321A A A A A A ++++==631.14+1420.54+10173.6+1631.42+5024 =18880.72m m考虑修边余量扩大5%计算毛坯直径的图 2.1图 2.22.3 拉深系数和拉深次数的确定4.15070==d d t （2.1） 式中：d t —法兰的外直径；d —直筒外径；由上式知制件的法兰边很小，可当作直筒件来拉深，只在倒数第二道工序拉深出法兰边或锥形法兰，在最后一道工序中进行整形即可。

毛坯的相对厚度为：258.11001592100=⨯=⨯D t （2.2） 式中：t —毛坯的厚度； D —毛坯的直径；总拉深系数为：总m =316.015850==D d （2.3） 式中：d —直筒外径； D —毛坯的外径；由坯料的可初步确定拉深系数的范围为： m 1=0.50～0.53 m 2=0.75～0.76m 3=0.78～0.79 m 4=0.82～0.84可见m 总< m 1，所以工件不可能一次拉深成型。

试取m 1=0.53 m 2=0.76 m 3=0.79由于m 1⨯m 2⨯m 3=0.53=⨯⨯79.076.00.32< m 总 故此制件可在三次拉深后完成。

由于以上的拉深系数都比较接近极限拉深系数，在每次拉深时都有可能引起凸模圆角部分过分变薄，而转到下一次拉深工序中的筒壁上，从而降低了制件的质量，所以正常生产中都应有安全储备，加大拉深系数，改为四次拉深。

根据式ａ：m 1- m '1≈ m 2－ｍ'2≈……≈ｍn －ｍ'n 式ｂ：m '1⨯ｍ'2⨯……⨯ｍ'n ≤ m 总最终取m 1＝0.56 m 2=0.79 m 3=0.83 m 4=0.92 2.3.1 工件尺寸的确定各次拉深后工件的直径尺寸为：d 1= m 1⨯D=0.57⨯159=90.0690≈（mm ）d 2= m 2⨯d 1=0.79⨯90.06=67.54567≈（mm ） d 3= m 3⨯d 2=0.83⨯67.545=52.68553≈（mm ）各次拉深后工件圆角半径：拉深时，平面凸缘区的材料经过凹模圆角流入凸、凹模间隙。

如果凹模圆角半径过小，则材料流入凸、凹模间隙时阻力和拉深力太大，将使拉伸件表面产生划痕，或使危险断面破裂；如果圆角半径过大，则材料在流经凹模圆角时会产生起皱。

首次拉深的凹模圆角半径可由下表1选用。

表1 首次拉深的凹模圆角半径r 1d1d 1d 以后各次拉深的凹模圆角半径可按下式取值：r di =（0.6～0.8）r 1-di （i=2，3……，n ） (2.4）由上式计算得：r 2d =（0.6～0.8）r 1d =7.2～9.6 取：r 2d =9mmr 3d =（0.6～0.8）r 2d =5.4～7.2 取:r 3d ＝6mm拉伸时，若凸模圆角半径过小，拉深过程中危险断面易产生局部变薄，甚至被拉破。

凸模圆角半径过大，拉深时底部材料的承压面积小，容易变薄。

首次拉深的凸模圆角半径为r 1p =（0.7～1.0）r 1d ＝8.4～12 （2.5）取r 1p =10mm中间各次拉深的凸模圆角半径由下式计算：r 1-pi =0.5（d 1-i -d i -2t ） （2.6） 所以r 2p =8mm ； r 3p =4mm ； 计算各次拉深后半成品的底角半径：r i = r pi +2t（2.7） r 1=10+1=11mm r 2=8+1=9mm r 3=4+1=5mm2.3.2 工序件高度H 的确定 各次拉深后工件的高度尺寸为：1h =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-11225.0d d D +()111132.043.0r d d r + （2.8）=0.25()1132.090901143.090901592⨯+⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯ =52.07mm2h =()222222232.043.025.0r d d r d d D +⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛- （2.9） =0.25()932.06767943.067671592⨯+⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯ =76.81mm3h =()333333232.043.025.0r d d r d d D +⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛- （2.10） =0.25()532.05353543.053531592⨯+⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯ =108.62mm式中：1h ，2h ，3h —各次拉深半成品的拉深高度；1d ，2d ，3d —各次拉深半成品的直径，1d =90mm ，2d =68mm ，3d =53mm ；D —毛坯直径；D=159mm 。

第三章 落料拉深模具的设计3.1 模具的结构形式由于复合模采用倒装结构操作简单，能装自动挡料装置，既能提高生产效率又能保证安全生产。

因此此复合模采用倒装结构。

3.2 冲压工艺计算3.2.1排样、裁板方案查表2.8[4]，确定搭边值。

当2t mm =时，搭边值a=1.5mm ，mm a 5.11=。

排样是指冲件在条料上的布置方法，其原则是尽量减少工艺余料，提高材料的利用率，提高经济效益，此次冲压中选用单排排样的方法。

一个进距内的材料利用率η为：%100⨯=Bh nA η=%1005.160162415912⨯⨯⨯⨯⨯π （3.1） =76.33%式中： A —冲裁件的面积（mm 2）；B —条料宽度（mm ）； n —个进距内的冲件数目； h —进距（mm ）；3.2.2计算冲压压力冲裁力公式为 F 总= F 落+ F 拉+ F 推+ F 卸+ F 压 (1) 落料冲裁力F 落F 落=KLt τ=1.3320215914.3⨯⨯⨯⨯ （3.2）=415.38KN式中：k —安全系数，一般选取1.3；L —冲裁件的轮廓周长，L=D π； t —材料厚度；t=2mmτ—材料的抗剪强度，08钢为320MPa ；(2) 拉深力F 拉用压边圈的第一次拉深力F 拉=11k t d b σπ=3.14⨯92⨯2⨯350⨯0.8 （3.3）=161.77KN式中：d 1—筒形件第一次拉深的直径，根据料厚中线计算（mm ）；t —材料厚度；b σ—材料的抗拉强度，此处取350 Mpa ；k 1—系数，查表取0.8； (3) 压边力的计算： 因为258.11001592100=⨯=⨯D t ，所以应该使用压边圈。

压F =()P d D 2124-⨯π=()5.290124.159414.322⨯-⨯ （3.4） =33.72 kN式中：D 1—落料凹模的外径尺寸；D 2—拉深凹模的外径尺寸； P —单位压边力，此处依经验取2.5；(4) 卸料力的计算：F 卸=K 缷F 落=0.06⨯415.38 （3.5）=24.92 kN式中：K 缷—卸料力系数，查表为0.06；F 落—落料时冲裁力 （5）推料力的计算：F 推=nK 推F 落=1⨯0.055⨯415.38 （3.6）=22.85 kN式中：K 推—推料力系数，查表为0.055； n —凹模内料的个数； (6) 总冲压力F 总F 总= F 落+ F 拉+ F 推+ F 卸+ F 压 =415.38+161.77+22.85+24.92+33.72 (3.7)=658.64 kN3.2.3计算模具压力中心由于该零件形状是简单的圆形，所以压力中心为圆心。