轴端盖罩冷冲压工艺及模具设计

摘要

冲压生产是一种先进的金属加工方法。它是利用模具和冲压设备对板材金属进行加工，通过冲压生产可以获得所属要的零件形状和尺寸。本课题是轴端盖罩零件的冲压模具的设计，本产品外形是圆形，根据设计零件的尺寸、材料、生产批量等要求，分析零件的工艺性，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，确定冲裁工艺路线方案，从而设计一套复合模具，本次模具选取的是简单的二次拉深工艺模，综合考虑冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及冲压设备与制模条件，操作方便与安全。模具1：落料拉深复合模和模具2：第2次拉深模，第一副模具是落料拉深复合模，卸料采用弹性（弹簧）卸料结构，工件采用推件块刚性推出，推出机构装在上模部份，压边装置装在下模部份，采用弹性（弹簧）结构，同时也起向上推件作用。条料采用手动送料装置，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。由于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。

采用单排直排方式在保证工件的尺寸和形状位置精度要求的同时，尽量的提高材料的利用率和生产效率。随着计算机技术的不断发展，采用CAD/CAE/CAM一体化技术可以准确、快速的完成模具设计制造。本文主要是介绍说明了轴端盖罩零件成形的各个工序及其模具的设计及尺寸计算，在结构设计的同时，对主要零件的设计和装配要求技术进行了分析。设计时考虑到模具设计合理、简单，便于制造和修模，有利于缩短模具生产制造周期，降低成本。

关键词：盖罩零件；冲压工艺；复合模；模具设计

Abstract

Stamping production is a kind of advanced metal processing method. It is the use of mould and stamping equipment to carry on the processing of sheet metal. Through stamping production, we can get the shape and size of the parts which we need. This topic is about the design of the stamping mould for the shaft end cover parts. According to requirements of part size, material, production batch, etc. we should analyze the manufacturability of parts, and determine a medium manufacture route to design a set of compound mould. The mould selection of deep drawing technology is a simple quadratic model, considering the shape of the stamping characteristics, size, accuracy and stamping equipment and molding conditions, convenient operation and safety. Mold 1: blanking deep drawing die and mould 2: the second drawing die, first deputy die blanking, deep drawing composite modulus is discharging structure of elastic unloading (spring), artifacts using push a piece of rigid, launch mechanism mounted on the upper die, blank holder device installed in mold parts, the structure of elastic (spring), and push up a role as well. Manual feeding device for the strip material, article sample between artifacts and artifact and between the material side of excess stock is called on. On the position error compensation, ensure rushed out of the qualified parts. Can also make the strip material has certain rigidity, easy to into. As the first vice mould is blanking, deep drawing composite modulus, just consider the layout of blanking, the single straight line method is adopted.We not only should ensure the size and shape of the workpiece position accuracy requirements, but also try to improve material utilization and production efficiency. Along with the unceasing development of computer technology, it is accurate and fast to use the integration technology of CAD/CAE/CAM to complete the die designing and manufacturing. This paper mainly illustrates the shaft end cover parts forming process and the mold of each design and size calculation, the structural design of the main parts, meanwhile, the design and assembly required technologies are analyzed. When designing, we consider that the die structure should be reasonable and simple to manufacture and repair and advantageous to reduce the manufacturing cycle of die production and the costs.

Keywords: shaft end cover parts; Stamping process; Composite modulus; Die design

目录

摘要................................................................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................... II 目录............................................................................................................................................ V 1 绪论 (1)

1.1 本课题的研究内容和意义 (1)

1.2 国内外的发展概况 (3)

1.3 本课题应达到的要求 (5)

2 冲压工艺设计 (6)

2.1 冲压件简介 (6)

2.2 冲压件的工艺性分析 (8)

2.3 冲压工艺方案的确定 (10)

2.4 冲压工艺计算 (11)

2.4.1 工件的毛坯尺寸计算 (11)

2.4.2 工序分析 (12)

2.4.3 拉深尺寸计算 (13)

2.4.4 工序汇总 (17)

2.4.5 各工序尺寸公差的确定 (17)

2.5 产品所需模具 (17)

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 (22)

3.5 凸、凹模刃口尺寸的确定 (22)

3.5.1落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定 (22)

3.5.2 拉深凸、凹模工作部分尺寸及其公差 (24)

3.6 落料拉深复合模冲压力 (25)

3.6.1 落料部分冲压力 (25)

3.6.2 拉深部分冲压力 (26)

3.6.3 落料拉深复合模总冲压力 (27)

3.7 压力机选用 (27)

3.8 压力中心计算 (29)

3.9 落料拉深模主要零部件的结构设计 (29)

3.9.1 落料凹模的结构设计 (29)

3.9.2 落料凸模的结构设计 (31)

3.9.3 条料定位零件的设计 (31)

3.9.4 落料卸料板设计 (32)

3.9.5 凸凹模（落料凸模）固定板设计 (32)

3.9.6 凸凹模（落料凸模）垫板设计 (33)

3.9.7 拉深凹模的结构设计 (34)

3.9.8 拉深凸模设计 (35)

3.9.9 压边圈设计 (35)

3.9.10 推件块设计 (36)

3.10 标准件确定 (36)

3.10.1 模架确定 (36)

3.10.2 弹性组件设计 (37)

3.10.3 卸料螺钉确定 (38)

3.10.4 上模螺钉确定 (38)

3.10.5 上模销确定 (38)

3.10.6 下模螺钉确定 (38)

3.10.7 下模销确定 (38)

3.10.8 模柄确定 (39)

3.10.9 推杆确定 (39)

3.10.10 模柄上固定螺钉的确定 (39)

3.10.11 拉深凸模上固定螺钉的确定 (39)

3.10.12 下模推杆的确定 (39)

3.10.13 弹顶器的确定 (39)

3.11 模具闭合高度、校验压力机 (40)

4 二次拉深模具设计 (41)

4.1 确定模具的结构形式 (41)

4.1.1 正、倒装结构的选择 (41)

4.1.2 工件定位方式选择 (42)

4.1.3 推件方式的选择 (42)

4.1.4 压边方式的选择 (42)

4.1.5 导向方式的选择 (42)

4.2 拉深凸、凹模工作部分尺寸的确定 (42)

4.2.1 拉深凸、凹模刃口尺寸确定原则 (42)

4.2.2 拉深凸、凹模工作部分尺寸和公差 (42)

4.3 二次拉深模的冲压力计算 (43)

4.3.1 拉深力 (43)

4.3.2 压边力 (43)

4.3.3 拉深部分总冲压力 (44)

4.4 压力机选用 (44)

4.5 压力中心计算 (44)

4.6 拉深模主要零部件的结构设计 (44)

4.6.1 拉深凹模的结构设计 (44)

4.6.2 拉深凸模设计 (45)

4.6.3 压边定位圈设计 (46)

4.6.4 推件块设计 (47)

4.6.5 限位装置设计 (47)

4.7 标准件确定 (48)

4.7.1 模架确定 (48)

4.7.2 上模螺钉确定 (48)

4.7.3 上模销确定 (48)

4.7.4 模柄确定 (49)

4.7.5 模柄防转紧定螺钉的确定 (49)

4.7.6 带螺纹推杆的确定 (49)

4.7.7 带螺纹推杆螺母的确定 (49)

4.7.8 弹性元件设计 (49)

4.7.9 弹顶器的确定 (50)

4.7.10 拉深凸模上固定螺钉的确定 (50)

4.7.11 带肩推杆的确定 (50)

4.8 模具闭合高度、校验压力机 (50)

5 结论与展望 (52)

5.1 结论 (52)

5.2 不足之处及未来展望 (52)

致谢 (53)

参考文献 (54)

1 绪论

1.1 本课题的研究内容和意义

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一。冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。

近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。冲压作业方式的进化，冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃。结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三方面组合又形成现代冲压新的生产模式-计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融为一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技术水平提高到一个新的高度。在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三大要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和加入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造。生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。

（1）冲压加工的生产效率较高，操作方便，易于实现机械化与自动化。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种比较节省材料，节能的加工方法，所以冲压件的成本较低。

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。总的概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，根据组合的方法不同，又可将其分为复合，级进，复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件进行定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。

本设计题目为轴端盖罩的冷冲压及模具设计，冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课，技术基础课和专业课后所设置的一个重要的实践性教学环节。用模具生产的制件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗性，是其他加工制造方法所不能比拟的。对做毕业设计的毕业生有一定的设计设计目的及意义。

其目的有以下几点：1.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，全面系统巩固课堂教学的基本知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，提高综合能力的培训及扩大模具领域的新知识，从而培养和提高学生独立工作的能力。2.巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。3. 掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。本课题的意义是：通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冷冲模设计的基础，为设计更复杂的冷冲模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。

本课题的要求是：

1.系统总结，巩固过去所学基础课和专业课的知识。

2.运用所学只是解决模具领域内的实际工程问题，一次进行综合知识的训练。

3.通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握技术和科研的基本过程和基本方法。

4.提高和运用于工程技术有关的人文科学，价值工程的技术经济的综合知识

同时，冷冲压模具的整体过程是从分析总体方案开始直到完成全部技术设计，这些期间需要通过计算，绘图和修改等步骤。在设计过程中应注意的以下的问题：㈠合理选择模具结构

根据零件图样及技术要求，结合生产实际情况，提出模具结构方案、分析比较、选择最佳结构。

㈡采用标准零部件

应尽量选用国家标准件及工厂冲模标准件。使模具设计典型化及制造简单化，缩短设计制造周期，降低成本。

㈢其它

1对导柱、导套的要求：

模具完全对称时两导柱的导向直径不易设计得相等，避免合模时误装方向而损坏模具刃口。导套长度的选取应保证开始工作的导柱进入导套10～15mm。

2取放制件方便：

设计拉深模时，所选设备的行程应是拉深深度（即拉深件高度）的2~2.5倍。

1.2 国内外的发展概况

目前，我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中产值过亿元的模具企业只20多家中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品，专业模具厂数量增加，能力提高较快，“三资”及私营企业发展迅速，国企股份制改造步伐加快等。

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的变化，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的发展。浙江宁波和黄岩地区的模具之乡，广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业：科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心，中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。目前，我国冲压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、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与发达国家的模具相比差距相当大。远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足：第一体制不顺，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中。但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总

体水平和高新技术方面。第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15-20万美元，有的高达25～30万美元。与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低，虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低等带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差，由于长期以来受“大而全”、“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响对模具制造周期影响尤甚。第五，模具材料及模具相关技术落后，模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本、国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差等也直接影响模具水平的提高。

例如：精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低，AD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。在现代工业生产中，由于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压产品正朝着复杂化、多样化高、性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化、高效率、高精度、长寿命方向发展。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以计算机辅助设计CAD，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CAD/CAM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及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/E、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并且成功应用于冲压模的设计中。未来冲压模具的发展趋势: 模具行业在今后的发展中。首先要更加关注其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。如汽车生产中90%以上的零部件都要依赖模具成型。在电子产品中，冲压件约占80%~85%，在汽车农业机械产品中，冲压件约占75%~80%。在轻工产品中，冲压件约占90%以上。此外，在航空及航天工业生产中，冲压件也占有很大的比例。在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40%左右。而模具技术水平的高低在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。其次要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地区的差距。中西部很多地区已经意识到模具产业的