轴承盖冲压工艺课程设计.doc

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1、目 录摘要第一章 概述 1 1.1冲压的定义与特点1 1.2冲压的基本工序及冲压模具1 1.3冲压工艺的应用与发展21.4冲压课程设计的目的与意义2 第二章 冲压的工艺分析3 2.1设计任务书3 2.2冲压工艺对材料的要求32.3冲压工艺对结构与尺寸的要求4 2.4冲压工艺对尺寸精度的要求.4 第三章 冲压工艺方案和模具结构形式的确定5 3.1冲压工艺方案的比较与确定53.2模具类型的选择 6 3.3送料及操作方式63.3.1送料方式的选用63.3.2操作方式确定63.4卸料及出件方式63.4.1卸料方式的确定6 3.4.2出件方式的确定73.5定位与导向方式73.5.1定位方式73.5.2导

2、向方式8 3.6模架8 第四章 冲压设计的主要计算10 4.1排样104.1.1排样方案的初步设计10 4.1.2排样相关数值的确定方法11 4.1.3方案一、二相关数值的具体计算13 4.1.4 方案一、二的比较及排样方案的确定154.1.5 排样图的确定154.2 压力中心的确定16 4.3 凸、凹模的刃口尺寸计算17 4.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则184.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算方法184.3.3刃口尺寸计算194.3.4刃口图形20 4.4冲压力的计算214.4.1冲裁力的计算214.4.2卸料、推件力、顶件力的计算214.4.3压力机公称压力的计算22 4.5

3、 冲压设备的选择22总结.24 致谢25 参考文献26附表 部分黑色金属的力学性能27附表 部分精度等级标准公差值（GB 180079）28附表 开式双柱可倾式压力机（部分）技术参数29轴承盖冲压工艺课程设计摘 要塑性成形工艺(冲压)课程设计是我们课程学习实践中的一个重要的环节。而我们本次的的冲压工艺设计的任务，是对常用的简单冲压零件轴承盖进行相应的工艺设计。在设计的过程中，综合运用和巩固了冲压工艺等课程及有关课程基础理论和专业知识，初步掌握了冲压工艺设计的一般流程和方法。这次课程设计，使我对工件的工艺分析有了更深层次的理解。通过对压力中心的确定和刃口相关尺寸的计算，掌握了运用数学、理论力学等

4、知识处理相关实际问题的思路和方法；通过绘图、查表等的实际操作，培养了准确选定、综合分析、熟练运用相关表格和数据的能力。按照实际的设计流程，此次设计主要可分为三步：首先，进行相关的工件冲压工艺分析，接着确定生产的工艺方案和模具的结构及形式，最后，进行工件冲压工艺的相关计算和确定合适的冲压生产设备。本次设计中，工件的冲裁精度经查表选用IT14精度等级，一般的，凸、凹模的精度高于冲裁件的精度56级，根据相关经验并查表选取7级精度。工件为大批量生产，选用自动送料方式省时、高效。由于先落料后冲孔，采用级进模进行生产并采用弹性卸料的卸料方式，最终的排样方式为多排，提高材料利用率。落料()凸、凹模的尺寸为

5、和。同理冲孔（）的凸、凹模尺寸分别为和，冲孔（）的凸、凹模尺寸可同理确定。最后计算的冲压力为509kN，选用J23-63开式双柱可倾压力机满足生产要求。本设计中仍存在缺陷和不足，如材料的料厚为3mm，较厚，根据相关生产经验和实际选用刚性卸料方式可能更为适合，因此，存在力的大小和料厚对卸料装置准确选取的影响。关键词：冲压工艺，方案，结构形式，排样，冲压力第一章 概述1.1冲压的定义与特点冲压加工是借助于常规或专用的冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料、模具和设备 是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，

6、被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工(或压力加工)的主要方法之一，也隶属于材料成形工程技术。冲压加工中的具体方法或技术经验可称为冲压工艺。而所谓模具是指制造一定数量产品的专用模型、工具。模具的类别很多。冲压模也称为冷冲模或冲模。与塑性加工的其他方法及机械加工中其他冷、热加工方法相比，使用模具冲压加工有其独特的优点。首先生产效率高一般冲压设备的行程次数为每分钟几十次，象高速冲床每分钟达数百次千次以上，而且每一次冲压行程有可能就得到一个产品零件。其次，冲压产品质量好，强度高，冲压产品由模具精度保证了可不需再机加工尺寸形状且不破坏(冷轧板材的)表面质量，冷变形硬化效应提高了零件的强度

7、；模具的寿命，确保了冲压产品形状、精度和性能稳定性。此外，冲压加工一般没有切屑碎料生成，金属材料耗材少，且不需要加热设备，也节省了材料、燃料和能源等，因此，可以说冲压加工是一种节能并具很高经济效益的加工方法。1.2冲压的基本工序及冲压模具由于冲压件的形状、尺寸和精度要求不同，因此，冲压加工的方法是多种多样的。根据材料的变形那个特点及工厂现行的习惯，冲压的基本工序可以分为分离工序与塑性变形工序两大类。分离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。塑性变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，以获得所要求的形状、尺寸和精度的冲压加工方法。为了提高劳动生产

8、率，常常将两个以上的基本工序合并成一个工序称为复合工序。冲压模的形式很多，一般可按下列不同特征分类：(1)按工序性质分类 可分为落料模、冲孔模、切断模、且切边模、切舌模、剖切模、整修模、精冲模等。(2)按工序组合程度分类 可分为单工序模(俗称简单模)、复合模和级进模(俗称连续模)。(3)按模具导向方式分类 可分为无导向的开始模和有导向的导板模、导柱模等。(4)按卸料与出件方式分类 可分为固定卸料式与弹压卸料模具、顺出件与逆出件式模具。(5)按挡料或定距方式分类 可分为挡料销式、导正销式、侧刃式等模具。(6)按凸、凹模所用的材料不同分类 可分为钢模、硬质合金模、钢带冲模、锌基合金模、橡胶冲模等。

9、(7)按自动化程度分类 可分为手动模、半自动模和自动模。1.3冲压工艺的应用与发展鉴于冲压工艺具有很大优越性，冲压加工在国民经济各个领域中应用范围相当广泛。例如，在宇航、航空、军工、机械电机电子铁道交通化工医疗器具、及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界全用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系据有关调查统计自行车缝纫机手表里有80%是冲压件；电视机、收录机摄像机里有90%是冲压件。还有，食品金属罐盒，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压零件。当然冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害，而且操作着的安全事故时有

10、发生。不过这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是随着计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快而完善地得到解决。冲压加工及其模具技术一直在不断的向前发展。国内外21世纪发展方向和动向主要有以下一些方面：(1)冲压加工的自动化无人化精密化。(2)冲压生产中批量要求的两种趋势大批量生产及多种小批量生产。(3)冲压加工的基本理论研究，变形过程数值解析、计算机模拟及优化设计(包括专家系统、人工智能及工程中的计算机集成)。(4)冲压新工艺及新模具的研究与开发，如精密剪切、无毛刺冲裁及特种拉深等。

11、(5)冲压新材料的研制与开发，如高强度、高伸长率钢板、旨在减轻重量和减少振动的各种复合板材等。(6)冲压新材料及模具热处理新技术的研制、开发以及推广应用。(7)冲模CAD-CAM一体化及冲模工程中的计算机集成。1.4冲压课程设计的目的与意义此次课程设计是冲压工艺课程的一个重要实践教学环节，同时是对学生工艺设计的系统性的训练。此次课程设计涉及的知识面广、衔接紧密、结构整合和综合性强、实用性强。让我们熟悉了冲裁件的工艺性分析、冲压工艺方案的确定、模具结构形式的确定、设计工艺计算、冲压设备的选取等内容。使我们做到理论联系实际，能够综合运用和巩固冲压工艺的课程及有关课程的基础理论和专业知识，培养了我们

12、从事冲压工艺设计的初步能力，同时也培养了个人的较强实践动手能力和对模具设计专业知识的系统化、完整化，以及对于工程技术的严谨性。冲压在现代社会生产中发挥着重要的作用，因此，仅就本次设计任务本身轴承盖来说，其在工业中的应用非常广泛，能够独立、准确地设计好其生产与制造的相关工艺方案，对于提高其生产率，提高冲压件的性能有很大的好处，对于我们今后走向工作岗位也会有很大的帮助。第二章 冲压的工艺分析 冲压的工艺性是指该工件在冲压中的难易程度。良好的冲裁工艺性应保证材料的消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单等。影响冲压工艺性的因素很多，如冲压件的形状特点，尺寸大小，尺寸、标注方法

13、等精度要求和材料性能等。下面介绍影响冲压工艺性的一些主要因素，并对给定的任务书进行相关分析。2.1设计任务书由课程设计任务书可知，工件材料为Q235，料厚为3mm，大批量生产。 图2-1 轴承盖设计任务图2.2冲压工艺对材料的要求选择冲压材料时首先应满足冲压件的使用要求，一般来说，对于机器上的冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度，电机电器上的某些冲压件要求有较高的导电性和导磁性汽车飞机上的冲压件要求有足够的强度并尽可能减轻质量，化工容器要求耐腐蚀等同时还应满足冲压工艺对材料的要求以保证冲压过程顺利完成即应具有良好的塑性和表面质量以及板料厚度公差应复合标准规定等.冲压常用的材料的力学性能以及板料

14、和带料的规格可查阅相关的资料。其中板料的尺寸较大可用于大型零件的冲压，带料的宽度在300mm以下，长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料。条料是根据冲压件的需要，那个板料剪切而成的，用于中小形型件的冲压。块料适用于单件小批量生产和价值昂贵的有色金属的冲压。根据设计任务书，所给定的材料为普通碳素钢Q235，查阅相关资料其材料状态为未退火，抗剪强度(b)310380MPa，抗拉强度(b)380470MPa，伸长率(10)21%25%,屈服强度(b)235MPa。2.3冲压工艺对结构与尺寸的要求不同形状和尺寸的冲压件，有不同的要求。(1)对于冲裁件冲裁件的形状应力求简单规则使排样时废料最少。(2

15、)冲裁件的内、外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。如无特殊要求，在各直线或曲线的连接处允许有R0.25t的过渡。(3)冲裁件的形状应尽量避免有过长的凸出悬臂和过窄的凹槽。对于软钢、黄铜等材料其宽度b1.5t，高碳钢或合金钢等硬材料b2t，板料厚度小于1mm时按1mm，考虑悬臂和凹槽的长度最大为5b。(4)为避免工件变形，冲裁件的最小孔边距不能过小。(5)在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔壁与直壁之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。(6)冲孔时因受凸模强度的限制孔的尺寸不应太小用无导向模和有导向的凸模所能冲制的最小尺寸。对于所给定

16、的工件，其结构形状相对简单，工件有四个圆孔(其中位于边部的3个圆孔直径为4.5mm，中心圆孔的直径为22mm)，孔与孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为3mm满足许用壁厚的要求，所以工件可以进行冲裁加工。2.4冲压工艺对尺寸精度的要求冲裁件的精度一般可分为精密级和经济级两类，精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而所谓经济级是指模具达到最大许可磨损时其所完成的冲压加工在技术续航可以实现而在经济上最合理的精度。为了降低冲压成本获得最大的技术经济效果在不影响冲裁件使用要求的前提下应尽可能采用经济精度。表2-1 冲裁件内外形所能达到的经济精度材料厚度t/mm 基本尺寸/mm 3 366101

17、018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123IT14IT12IT1335IT14IT12IT13对于所给定的工件，其尺寸全部为自由公差，可根据表2-1采用IT14级精度。尺寸精度较低，普通冲裁即能满足要求。第三章 冲压工艺方案和模具结构形式的确定3.1冲裁工艺方案的比较与确定由给定的工件知工件结构相对简单只有落料和冲孔两个工序。将外形视为落料，需要冲的孔分别是一个22mm的圆孔和3个4.5mm的圆孔。因工件只包含落料冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案。方案一 先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二 落料和冲孔复合，采用复合模生产。方案三 先冲孔再落

18、料连续冲压，采用级进模生产。单工序模、级进模和复合模的特点分别如下：表3-1 单工序模、级进模和复合模的比较比较项目单工序模级进模复合模工件尺寸精度较低一般IT11级以下较高，IT9级以下工件形位公差工件不平整，同轴度、对称度及位置度误差大不太平整，有时要较平，同轴度、对称度及位移度误差较大较高，冲床在一次行程内可完成两个以上工序冲压生产率低，冲床一次行程内只能完成一个工序高，冲床在一次行程内能完成多个工序较高，冲床在一次行程内可完成两个以上工序实现操作机械化、自动化的可能性较易，尤其适合于多工位冲床上实现自动化容易，尤其适应于单机上实现自动化难，工件与废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械

19、化操作对材料要求对材料宽度要求不严，可用边角料对条料或带料要求严格对条料要求不严，可用边角料生产安全性安全性较差比较安全安全性较差模具制造的难易程度较易，结构简单，制造周期短，价格低形状简单件，比用复合模制造难度低形状复杂件，比用级进模的制造难度低应用通用性好，适合于中、小批量生产和大型件的大量生产通用性性较差，适合于形状简单，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生产通用性较差，适合于形状复杂、尺寸不大、精度要求较高件的大批量生产结合上面的表格分析可知：方案一模具结构简单，生产周期短，但需两道工序和两副模具，成本较高而生产效率较低。方案二只需一副模具，工件精度及生产效率都高，工件最小壁厚大于凸、凹

20、模许用最小壁厚，模具强度满足要求但工件的定位精度比级进模低，模具轮廓尺寸较小。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。模具制造工作量和成本在冲裁所给工件时比复合模低。综合上面的分析可得：该工件的冲压生产选用方案三更为合理，即选用级进模。3.2模具类型的选择级进模是在压力机一次行程中在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序。级进模所完成的同一零件的不同冲压工序是按一定的顺序相隔一定步距排列在模具的送料方向上的压力机一次行程得到一个或数个冲压件因此生产效率很高减少了模具设备的数量便于实现冲压生产现代化级进模多用于生产批量大精度要求较高需要多工序冲裁的小零件加工。对于所给定的工

21、件经生产方案的比较可知采用级进方式冲压合适，故模具类型采用级进模。3.3送料及操作方式3.3.1送料方式的选用级进模在冲压过程中压力机每次行程完成一个或几个工件的冲压。条料要及时地向前送进一个步距，称为送料。送料的方法可分为三种：(1)手工送料常用于生产批量不大、材料较厚、工件较大时的送料。(2)自动送料器送料所用的材料，一般是成卷的条料。自动送料装置由放料架气动送料器收料架等三部分组成。(3)在模具上附设自制的送料装置常用斜楔、小滑块驱动，在级进模中应用较少。因所选用的模具类型为级进模，且零件为大批量生产，综合上述三种送料方式特点和对照所给定的工件生产工艺方案，选用自动送料方式最佳。3.3.

22、2操作方式确定一般地，冲压设备选择开式压力机，由于其垂直于送料方向的凹模宽度小于送料方向的凹模长度，故采用横向送料方式，并且本设计中采用从右向左的方式送料。3.4卸料及出件方式3.4.1卸料方式的确定卸料、推件和顶件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工件零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，卸料是把冲件或废料从凸模上卸下来；推件和顶件一般指把冲件或废料从凹模中卸下来。一般的，卸料方式有弹性卸料和和刚性卸料两种。(1)弹性卸料装置 常用的弹性卸料装置的基本零件包括卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等。弹性卸料装置卸料力较小，但它既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件

23、质量较好，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁(t2t的工件矩形边长l50矩形边长l50或圆角r2t工件间a侧边a1工件间a侧边a1工件间a侧边a10.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.01.62.01.21.51.82.52.02.22.02.51.51.82.02.22.22.52.53.01.82.22.22.52.52.83.03.52.22.52.52.82.83.23.5

24、4.02.52.82.53.23.23.54.05.03.03.53.54.04.04.55.0120.6t0.7t0.7t0.8t0.8t0.9t b经验法 对于其他材料，应按表5-2中的系数对表5-1中的数值加以修正。表5-2 相关材料的搭边值确定系数 材料中碳钢高碳钢 硬黄铜 硬铝 软黄铜、紫铜 系数 0.9 0.8 11.1 11.2 1.2(2)步距步距的基本尺寸就是两相邻工位的中心距。级进模任何两相邻工位的中心距必须相等。对于单排列的排样，步距等于冲件的外轮廓尺寸与搭边余量之和。搭边值的大小可参照冲裁排样的搭边数值,用S表示步距，则有下式： 式中 D沿条料送进方向毛坯外形轮廓的宽度

25、最大值 (mm)； a 沿送进方向的搭边值 (mm)；(3)条料规格1)条料宽度的确定有测刃装置的模具，当条料的送进步距用侧刃定距时，条料宽度必须加侧刃切去部分，条料宽度B按下列公式计算：条料宽度： 导料板间距离： 式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸(mm)； a1 侧搭边值(mm)； 条料宽度的单向（负向）偏差(mm)； Z冲切前的条料宽度与导料板间的间隙(mm)； b侧刃冲切的料边宽度，通常取b1=1.52.5mm，薄料取小值，厚料取大 值； 侧刃数；其中，a1值参照表5-1，、Z值可查阅有关设计手册。2)条料长度的确定 对于单排，条料的长度L可根据下式确定： 式中 L条料的长度(

26、mm)； N根条料上可冲裁零件的个数； Dmax冲裁件的最大尺寸(mm)。由于冲裁件的个数未知，可假设一根条料班上可冲裁零件个数，然后再进行相关的计算。 (4)材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。一个步距内的材料利用率可用下式表示： 式中 A一个步距内冲裁件的实际面积(mm2)； B条料宽度(mm)； S步距(mm)。若考虑到料头、料尾和边余料的消耗，则一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率总可用下式表示： 式中 n一张板料(或带料、条料)上的冲裁件总数目； A1一个冲裁件的实际面积(mm2)； B板料(或带料、条料)宽度(mm)

27、； L板料(或带料、条料)长度(mm)。 4.1.3方案一、二相关数值的具体计算(1)搭边值方案一方案二(2)步距方案一方案二(3)条料规格查阅相关资料得方案一、二的冲切前的条料宽度与导料板间的间隙值Z分别为5mm和8mm，公差分别为0.8mm和0.9mm，结合上一节的相关公式和排样示意图中的具体的几何关系，计算相关数值如下：方案一条料宽度： 导料板之间的距离：条料长度(按一个条料上可冲裁零件的个数为50计算) 方案二条料宽度： 导料板之间的距离： 条料长度(按一个条料上可冲裁零件的个数为50计算) (4)材料利用率 方案一一个步距内冲裁件的实际面积为 一个步距内的材料利用率为一个冲裁件的实际

28、面积为 一张条料上总的材料利用率总为方案二一个步距内冲裁件的实际面积为 一个步距内的材料利用率为一个冲裁件的实际面积为一张条料上总的材料利用率总为 4.1.4方案一、二的比较及排样方案的确定方案比较项目搭边值(mm)步距(mm)条料规格材料利用率宽度(mm)长度(mm)/%总/%方案一a= 2.2 a1=2.560.265.753012.855.9463.90方案二a= 2.2 a1=2.560.2115.131537.955.8862.53 表5-3 方案一和方案二排样的相关数值根据前一节的计算结果和表5-3整理的数据，比较方案一与方案二可知，在其它条件相同的情况下，多排的材料利用率始终高于单排的利用率，由于零件为大批量生产，因此，经济上的可行性成为衡量方案好坏