自行車中軸碗落料拉深復合模設計

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1、 課程設計說明書 題目： 自行車中軸碗沖孔模設計 系 別 航空與機械工程系 專業(yè)名稱 材料成型及控制工程 班級學號 10810 學生姓名 帥哥 指導教師 美女 二O一 三 年 六 月 南 昌 航 空 大 學 科 技 學 院 課 程 設 計 任 務 書

2、 I、課程設計題目： 自行車中軸碗沖孔模設計 II、課程設計要求： （1）繪制產(chǎn)品零件圖（A3）1張； （2）繪制模具裝配圖（A0或A1）1張； （3）繪制模具零件圖（>4，A3或A4）； （4）撰寫設計說明書（>8頁，A4紙） 以上內容均由計算機制作 III、設計內容及時間安排 （1）繪制產(chǎn)品零件圖，并對沖壓件進行工藝分析，方案比較，確定最佳工藝方案； 1天 （2）繪制模具裝配圖； 4天 （3）繪制模具零件圖；

3、 3天 （4）撰寫設計說明書并裝訂，設計資料裝袋。 2天 IV、主要參考資料： [1]姜奎華主編.沖壓工藝與模具設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社.1998 [2]史鐵梁主編.模具設計指導[M]. 北京：機械工業(yè)出版社.2003 [3]王孝培主編. 沖壓手冊（修訂本）[M].北京：機械工業(yè)出版社. 1990年 [4]薛啓翔等編著. 沖壓模具設計制造難點與竅門[M].北京：機械工業(yè)出版社. 2003年 [5]賈崇天等主編.沖壓工藝與模具設

4、計[M].北京：人民郵電出版社.2006年 日期自 2013 年 6 月 3 日至 2013 年 6 月 14 日 指導教師： 美女 目 錄 1. 零件沖壓工藝分析 3 1.1 制件介紹 3 1.2 產(chǎn)品結構形狀分析 3 1.3 產(chǎn)品尺寸精度、粗糙度、斷面質量分析 3 2. 零件沖壓工藝方案的確定 4 2.1 沖壓方案 4 2.2 各工藝方案特點分析 4 2.3 工藝方案的確定 4 3. 沖模結構的確定 4 3.1 模具的結構形式 4 3.2 模具結構的選擇 5 4. 零件沖壓工藝計算

5、5 4.1零件毛坯尺寸計算 5 4.2 排樣 5 4.3 沖孔力的計算 6 4.4計算模具其他尺寸 7 5. 選用標準模架 7 5.1 模架的類型 7 5.2 模架的尺寸 8 6. 選用輔助結構零件 8 6.1 導向零件的選用 8 6.2 模柄的選用 9 7. 模具總裝圖 10 8. 編制沖壓工作零件工藝卡 13 8.1 凹模的選材、加工及熱處理工藝過程 11 8.2 凸模的選材、加工及熱處理工藝過程 11 9. 編制制件沖壓工藝卡 12 10.總結 13 1. 零件沖壓工藝分析 1.1 制件介紹 零件名稱：自行車中軸碗 材料

6、：15鋼 料厚：2.5mm 批量：大批量 零件圖：如圖1所示 圖1 1.2 產(chǎn)品結構形狀分析 由圖1可知，產(chǎn)品為圓片落料、有凸緣筒形件拉深、圓片沖孔，產(chǎn)品結構簡單對稱，孔壁與制件直壁之間的距離滿足L≥R+0.5t （查參考書[1]第76頁）的要求（L＝（35-19）2＝8，R+0.5t＝3+0.52.5＝4.25）。 1.3 產(chǎn)品尺寸精度、粗糙度、斷面質量分析 （1）尺寸精度 根據(jù)[1]第76頁（二）沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求取沖裁件尺寸精度為IT13。 （2）

7、沖裁件斷面質量 板料厚度為2.5，根據(jù)[1]第49頁，本產(chǎn)品在斷面質量和毛刺高度上沒有嚴格的要求，所以只要模具精度達到一定要求，沖裁件的斷面質量可以保證。 （3）產(chǎn)品材料分析 對于沖裁件材料一般要求的力學性能是強度低，塑性高，表面質量和厚度公差符合國家標準。本設計產(chǎn)品所用的材料是15鋼，為優(yōu)質碳素結構鋼，其力學性能是強度、硬度和塑性指標適中，經(jīng)熱處理后，用沖裁的加工方法是完全可以 成形的。另外產(chǎn)品對于厚度和表面質量沒有嚴格要求，所以采用國家標準的板材，其沖裁出的產(chǎn)品的表面質量和厚度公差就可以保證。 （4）生產(chǎn)批量 產(chǎn)品生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)，適于采用沖壓加工的

8、方法，最好是采用復合?；蜻B續(xù)模，這樣將很大地提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 2.零件沖壓工藝方案的確定 2.1 沖壓方案 完成此工件需要落料、拉深、沖孔、切邊四道工序。其加工方案分為以下8種： （1）方案一：落料－拉深－沖孔－切邊。 （2）方案二：落料、拉深復合－沖孔－切邊。 （3）方案三：落料、拉深復合－沖孔切邊復合。 （4）方案四：落料、拉深、沖孔復合－切邊。 （5）方案五：落料、拉深、沖孔、切邊復合。 （6）方案六：落料、拉深級進－沖孔－切邊。 （7）方案七：落料、拉深、沖孔級進－切邊。 （8）方案八：落料、拉深、沖孔、切邊級進。 2.2 各工藝方案

9、特點分析 方案一的單工序模，模具制造簡單，維修方便，但生產(chǎn)成本較低，工件精度低，不適合大批量生產(chǎn)；方案五的四工序復合模，生產(chǎn)效率高，工件精度高，但模具制造復雜，調整和維修難度大；方案八的四工序連續(xù)模，生產(chǎn)效率高，但模具制造復雜，調整維修麻煩，工件精度較低；其余方案的特點介于上面已分析的三個方案之間。 2.3 工藝方案的確定 結合本零件的設計要求，決定采用方案四，其生產(chǎn)效率高，制件精度高，模具制造和調整維修比較麻煩。在本設計中，將設計落料、拉深后的沖孔模。 3.沖模結構的確定 3.1 模具的結構形式 復合?？煞譃檎b式和倒裝式兩種形式。 （1）正裝式的特點：工件和沖

10、孔廢料都將落在凹模表面，必須清除后才能進行下一次沖裁，造成操作不方便、不安全，但沖出的工件表面比較平直。 （2）倒裝式的特點：沖孔廢料由沖孔凸模落入凹模洞口中，積聚到一定的數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，但工件表面平直度較差，凸凹模承受的張力較大。 3.2 模具結構的選擇 經(jīng)分析，若工件表面平直度較差，影響零件的使用，而工件和沖孔廢料在有氣源車間可以方便地清除。綜合比較兩種方式，決定采用倒裝式模。 4.零件沖壓工藝計算 4.1零件毛坯尺寸計算 （1）確定修邊余量 制件要有拉深工序，且屬于有凸緣的筒形件拉深，凸緣直徑為60mm，料厚2.5mm，查[1]第129頁表4-4，選取

11、修邊余量為3.0mm，故修邊前凸緣直徑為dt＝60+3.02＝66mm。 （2） 確定坯料直徑（參考[1]第141頁） D＝＝75.46mm，取D＝75mm。 4.2 排樣 （1）單排（如圖2） 圖2 a.搭邊 查[3]第45頁表2-18，選取a1＝1.5 mm,a＝1.8 mm。 b. 送料步距和條料寬度 送料步距A＝75+1.5＝76.5 mm，條料寬度B＝75+21.8=78.6mm。 c. 板料利用率 查[3]第22頁表1.13,選用2.5mm600mm500mm的板料。采用橫

12、裁可裁條料數(shù)為n1＝60078.6＝7（條），余49.8mm，每條板料可沖制件數(shù)n2＝（500－1.5）76.5＝6（件），則每張板料可沖制件為n＝67＝42（件）。經(jīng)計算采用豎裁每張板料可沖制件數(shù)也是42件。板料利用率為 [423.1437.52/（600500）]100%＝61.82％ （2） 交叉雙排（如圖3） 計算可得條料寬度為B＝145，采用橫裁可裁成條料4條，每張條料可沖制件12件，每張板料可沖制件數(shù)為48；采用豎裁可裁成條料3條，每張條料可沖制件15件，每張板料可沖制件數(shù)為45。材料的利用率為 [483.1437.52/（600500)]100%＝

13、70.65％ 圖 3 經(jīng)分析和工藝要求，采用單排的排樣方式 4.3沖孔力的計算 沖孔工序: ＝＝59.662.5400＝59.66 kN； ＝59.660.05＝2.98 kN； ＝59.660.06＝3.58 kN； ＝59.66+2.98+3.58＝66.22 kN。 式中： －推件力，N

14、； －推件力系數(shù)，查表取值為0.05； －沖孔工序所需力之和。 查[5]第240頁附表2.3，初選公稱壓力為100 kN的J23-10開式雙柱可傾壓力機 。其最大裝模高度為180mm，裝模高度調節(jié)量為145mm，工作臺尺寸為前后240mm，左右370mm，模柄孔直徑30mm深度55mm主電機功率為1.10 kW。 4.4 計算模具其它尺寸 （1）凹模 a. 凹模壁厚 查[3]第66頁，由落料件的直徑為19，料厚為t＝2.5，可取凹模壁厚為15。 b. 凹模厚度 查[3]第66頁，凹模高度h可根據(jù)最大孔口尺寸選取。由最大孔口尺寸為

15、19mm，可得凹模厚度為h＝30mm。 c. 刃壁高度 查[3]第65頁刃壁高度的計算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度可由零件料厚為t＝2.5 mm,可得刃壁高度＝8mm。 （2）凸模 由[5]第39頁圖2.17，凸模是沖孔凸模，其長度應根據(jù)落料凸模的要求計算，壁厚根據(jù)落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直徑計算。 此處沖孔凸模采用有固定卸料板的凸模，長度可按下公式計算： L=H1+H2+H3+Y 式中： L－凸模的長度，mm； H1－凸模固定版的厚度，mm； H2－橡膠圈的厚度，mm。 H3 －壓緊塊的

16、厚度,mm。 Y－附加長度，包括凸模刃口的修磨量、凸模進入凹模的深度。 在此固定版厚度取值為H1＝25mm。對于卸料板，查《沖模設計手冊》，根據(jù)其料厚t＝2.5，橡膠圈厚的取15mm，則壓緊塊厚度取值為H3＝35mm。附加長度取值為Y＝5。則凸模的總長度為 L=25+15+35+5=80 mm。 5.選用標準模架 5.1 模架的類型 模架包括上模座、下模座、導柱和導套。沖壓模具的全部零件都安裝在模架上，為縮短模架制造周期，降低成本，我國已制定出模架標準。根據(jù)模架導向用的導柱和導套間的配合性質，模架分為滑動導向模架和滾動導向模架兩大類。每類模架中，由于

17、導柱安裝位置和數(shù)量的不同，由有多種模架類型，如：后側導柱式、中間導柱式、對角導柱式和四角導柱式。 選擇模架結構時，要根據(jù)工件的受力變形特點、坯料定位和出件方式、板料送進方向、導柱受力狀態(tài)和操作是否方便等方面進行綜合考慮。 在此選用滑動導向型的后側導柱式模架。 5.2 模架的尺寸 選擇模架尺寸時要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮，一般在長度及寬度上都應比凹模大30～40mm，模版厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。選擇模架時，還要考慮模架與壓力機的安裝關系，例如模架與壓力機工作臺孔的關系，模座的寬度應比壓力機工作臺的孔徑每邊約大40～50mm。 在本設計中，凹模采用圓形嵌入的結構，其工作

18、部分基本直徑19mm，壁厚為25mm，所以其外徑基本尺寸為69 mm，厚度為h＝25mm。模具的閉合高度H應介于壓力機的最大裝模高度與最小裝模高度之間，其關系為： ＋10≤H≤－5 由上面壓力機的選擇可知道=180 mm，= －145=35mm。所以H應介于45mm～175mm之間。 查[5]第248頁附表6.1，選用的模架、上模座、下模座分別為： 模架： 140140（140～170） GB2851.1-81.HT200 上模座 14014035 GB2855.5-81

19、下模座：14014040 GB2855.6-81 此可知其最大裝模高度為170mm，最小裝模高度為140mm，符合H的要求。下模座周界尺寸為246211，而凹模的外徑為69mm，所以周界尺寸符合要求。下模座厚度為40mm，而凹模的厚度為25mm，也符合要求。 根據(jù)模具的結構，可知其閉合高對為 ＝+h2++h3+h4 式中： －模具的閉合高度，mm； －上模座厚度，mm，由前可知＝35 mm； h2－墊板厚度，mm，取值為h2=10mm. －凸模厚度，mm；由前所知L2=80mm

20、 h3－下模座厚度，mm，由前可知h3=40 mm。 綜上可得 ＝35+10+80+40＝165mm，所以介于140mm和170mm之間，符合設計要求。 6. 選用輔助結構零件 6.1 導向零件的選用 導向裝置可提高模具精度、壽命以及工件的質量，而且還能節(jié)省調試模具的時間，導向裝置設計的注意事項： （1）導柱與導套應在凸模工作前或壓料板接觸到工件前充分閉合，且此時應保證導柱上端距上模座上平面有10～15 mm的間隙； （2）導柱、導套與上、下模板裝配后，應保持導柱與下模座的下平面、導套上端與上模座的上平面均留2～3 mm的間隙； （3）對于形狀對稱的工件

21、，為避免合模安裝時引起的方向錯誤，兩側導柱直徑或位置應有所不同； （4）當沖模有較大的側向壓力時，模座上應裝設止推墊，避免導套、導柱承受側向壓力； （5）導套應開排氣孔以排除空氣。 根據(jù)所選擇的模架，選用導柱的規(guī)格為：25147（GB2861.1-81），選用導套的規(guī)格為288533（GB2861.1-81）。 6.2 模柄的選用 根據(jù)壓力機模柄孔的尺寸：直徑: 30 mm，深度: 55 mm，選擇壓入式模柄，查[3]第620頁表10-47，可知其參數(shù)如下： d=30 mm ，D=32 mm ，D1=39 mm ，h=82 mm ，h1= 5mm ，h2=35 mm ，b=2 mm

22、 ，a=0.5 mm，d1=6 mm。如圖4。 7.模具總體結構 圖5 8. 編制沖壓工作零件工藝卡 8.1 凹模的選材、加工及熱處理工藝過程 沖裁模的凹模承受較大的拉應力，凸模承受較大的壓應力。凸、凹模正常失效一般是由于刃口部位的磨損。因為這類磨具，特別是工件批量、加工板料強度高的模具，要求模具材料必須具有較高的強度和耐磨性。根據(jù)沖壓的板料和批量情況表，選取落料凹模的材料為T10A。其加工工藝過程卡如表1所示： 表 1 工序號 工序名稱 工序內容 1 備料 將毛坯鍛成平行圓柱

23、體。 2 熱處理 退火 3 銑（刨）平面 銑（刨）各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，側面留磨削余量0.4mm 4 磨平面 磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相鄰兩側面保證垂直 5 鉗工劃線 劃出對稱中心線，固定孔及銷孔線 6 型孔粗加工 在仿銑床上加工型孔，留單邊加工余量0.15mm及銷孔 7 加工余孔 加工固定孔及銷孔 8 熱處理 按熱處理工藝保證60~64HRC 9 磨平面 磨上下面及其基準面達要求 10 型孔精加工 在坐標磨床上磨型孔，留研磨余量0.01mm 11 研磨型孔 鉗工研磨型孔達規(guī)定技術要求 8.2

24、凸模的選材、加工及熱處理工藝過程 沖裁沖孔凸模必須具有良好的韌性，以防止由于承受較強的彎曲和沖擊載荷造成折斷、崩刃而早起失效。更加應該重視模具材料的淬透性，形狀復雜的模具應重視其熱處理變形性、可加工性和磨削性。查表選凸模的材料為T10A，加工工藝過程如表2所示： 表 2 工序號 工序名稱 工序內容 1 備料 將毛坯鍛成圓柱面體。 2 熱處理 退火。 3 粗加工 車削外圓，留余量。 4 熱處理 按熱處理工藝保證凸模硬度60~64HRC。 5 磨削 外圓磨床上精磨。 6 拋光 工作部分拋光，精加工使外圓面達到 =0.4um。 7 鉗工研磨 鉗工研

25、磨刃口。 8 檢驗 按工藝技術要求檢驗凸模是否合格。 9、編制制件沖壓工藝卡 該制件的沖壓工藝過程卡及相應沖壓工藝說明如表3所示： 表 3 加工工藝工程卡 產(chǎn)品名稱 自行車 中軸碗 產(chǎn)品圖號 材料名稱及牌號 15鋼 厚2.5 每千件工藝定額 序號 工序 工序內容及要求 工裝 設備 備注 1 輔 將2.5600500的板料裁成 2.5145500的條料。條料寬度平行板 料軋制方向。 2 檢 按工序1及工藝說明要求 計數(shù)抽樣按GB/T 2821.1－2003AQL6.5。 3 沖 落料

26、、拉深、沖孔復合。允許制件毛刺 落料、拉深、沖孔復合模 600 kN 高度≤0.15，形狀尺寸達到工藝要求。 4 檢 按工序3及工藝要求說明 計數(shù)抽樣按GB/T 2821.1－2003AQL6.5。 設計 審核 標準化 更改標記 數(shù)量 更改單號 簽名 日期 批準 10. 總

27、結 經(jīng)過兩個星期的努力，我完成了沖壓模具設計的課程設計。通過這次課程設計，我獲得了不小的收獲。 這個學期開設了《沖壓工藝與模具設計》的專業(yè)課程，了解了一定的沖壓模具設計基礎知識。但是由于沒有深入地應用，對所學的知識都沒能很好地掌握，比如對于一些計算公式的適用，就沒有很好地了解。在這次課程設計中，進行了大量的計算，比如沖裁力的計算、模具刃口尺寸的計算和模具長度的計算等。通過這些計算，我對課程基礎知識有了比較深入的理解，達到了鞏固理論知識的目的。 在課程設計中，參考了不少的文獻，對知識的擴充有了很大的幫助。在實際中我基本沒有接觸過沖壓模具，所以對沖壓模具的了解很少。在參考文獻中，通過閱讀大量

28、的模具裝配圖，對模具的結構有了一定的了解，對以后走向工作有很大的幫助。課程設計要求用Auto CAD出圖，通過繪制模具裝配圖和部分零件圖，我的Auto CAD操作水平也有所提高。這次課程設計要求很嚴格，很多是按照畢業(yè)設計的要求來操作的，為以后的畢業(yè)設計打下了很好的基礎。 通過兩個星期的努力，多方面的知識得到了鞏固和提高。但我的收獲離不開老師的指導和同學們的幫助，在此我對他們致以衷心的感謝。首先感謝我的指導老師－－譚險峰老師，他們給我指明了課程設計的大致結構和方向，還有我的同學們在設計過程中，遇到困難時也得到了他們的悉心指導。在此也對宿舍里的同學表示衷心的感謝，在整個課程設計的過程中，宿舍里一直保持著很好的學習氛圍，為完成課程設計創(chuàng)造了良好的環(huán)境。 再次對關心和指導過我各位老師和幫助過我的同學表示衷心的感謝! 14