油封内外夹圈冲压工艺与模具设计 - 毕业论文

太原工业学院

毕业论文开题报告

学 生 姓 名： 系 部： 专 业： 论 文 题 目： 指导教师:

2013年6月13日

李帅臣

学 号： 机械工程系 材料成型及控制工程

油封内外夹圈冲压工艺与模具设计

佘银珠

毕 业 论 文 开 题 报 告

工艺与模具设计，对内夹圈和外夹圈分别做一

，从而再确定模具的设计。通过对零件加工工具设计当中的一些分析方法。冲压模具的设计模具结构形式的选则、必要的工艺计算、主要零件图和装配图的绘制。对每一步的分析，去知识，同时开拓设计的思路，培养创新设计能加工的工艺方法，从而去回顾并深入理解冲压合的范围，进一步总体上掌加工工艺类型。通，这样可以巩固曾经学到的知识，同时对内外学习实际生产当中的压力机选择的分析方法。部件的选择及其设计。绘制零件图和装配图，识的巩固和学习，而且能够进一步开拓思维，的阅读，增加了模具方面的专业知识，使零碎研究也为以后的工作和读研打下了基础。 册[M]. 北京:化学工业出版社，2005、10-402 设计应用实例[M]. 北京:机械工业出版社， . 北京:北京航空航天大学出版社，2004、计大典编委会编著.中国模具设计大典第三卷 压工艺及模具设计[M]. 北京:国防工业出版 北京:兵器工业出版社，1994、 62-65 京:机械工业出版社，1999、 44-46 重庆:重庆大学出版社，2000、15-17 艺及模具设计[M]. 北京:航空工业出版社，

具设计与制造技术[M]. 北京:北京出版社，化[M]. 北京:机械工业出版社，1982、92-95 :机械工业出版社，1990、20-22 计[M]. 北京:机械工业出版社，1997、 60-62 计手册[M]. 北京:机械工业出版社，1998、 冲压工艺手册[M]. 北京:国防工业出版社， n-driven[M]. outsidein tube inversion M]. Bristol、philadelphia:Adam hilger, ing technology/constantin iliescu[M].

毕 业 论 文 开 题 报 告

二．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本课题要研究解决油封内外夹圈冲压工艺以及其模具设计，这副冲压模具的设计主要包括工件的分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择，以及零件图和装配图的绘制。拟采用的步骤：首先查找相关冲压模具设计的文献，理解设计的整个步骤。再根据文献具体分析给定的零件，做出工艺方案。再确定其模具结构形式，并计算工艺力，选择压力机，最后做出零件图和装配图。 进度安排： ①3月份确定题目，并查找有关文献，阅读并理解模具设计的方法和步骤 ②4月份做初步的设计思路，与指导老师交流，并按思路做好初步设计。 ③5月份与指导老师交流设计问题，并解决存在的问题，时做好修改和完善模具设计工作。 ④6月初整理所做内容，排版打印，按时上交。 毕 业 论 文 开 题 报 告

指导教师意见：（对本课题深度、广度、工作量及预期达到的目标的意见）

指导教师： 年 月 日 教研室审查意见： 专业负责人： 年 月 日 所在系审查意见： 系主任： 年 月 日

1.2.3我国冲压模具市场情况 ················ 3 1.2.4 冲压模具水平状况 ·················· 4 1.2.5我国冲模今后发展趋势 ················ 6 2.1工件工艺性分析 ······················ 6

2.1.1冲裁工艺性 ····················· 6 2.1.2翻边工艺性 ····················· 7 2.1.3判断能否一次性翻边成形 ··············· 7 2.2 工艺方案确定 ······················· 8

2.2.1.油封内夹圈工艺方案 ················· 9 2.2.2.油封外夹圈工艺方案 ················· 9

3排样及计算材料利用率 ······················ 10

3.1计算预冲孔大小 ······················ 10

3.1.1内夹圈预冲孔计算 ·················· 10 3.3.2外夹圈预冲孔计算 ·················· 11 3.2确定排样方式 ······················· 11 3.3计算材料利用率 ······················ 12

3.3.1油封内夹圈材料利用率计算 ·············· 12 3.3.2油封外夹圈材料利用率计算 ·············· 14

4冲裁力及压力中心计算 ······················ 15

4.1油封内夹圈计算 ······················ 15

4.1.1落料力计算 ····················· 15 4.1.2翻边力计算 ····················· 16 4.1.3切边力计算 ····················· 16 4.1.4推件力计算 ····················· 16 4.4.5总压力计算 ····················· 16 4.2油封外夹圈计算 ······················ 16

4.2.1拉深力的计算 ···················· 16 4.2.2压边力的计算 ···················· 16 4.2.3拉深总工艺力计算 ·················· 17 4.2.4翻边力计算 ····················· 17 4.2.5卸料力的计算 ···················· 17 4.2.6冲裁力计算 ····················· 17

4.2.7落料力计算 ····················· 17 4.2.8总冲压力的计算 ··················· 17 4.3压力中心的计算 ······················ 18 5主要工作部分尺寸计算 ······················ 18

5.1油封内夹圈尺寸计算 ···················· 18

5.1.1落料刃口尺寸计算 ·················· 18 5.1.2冲孔切边刃口尺寸计算 ················ 19 5.1.3翻边工作刃口尺寸计算 ················ 19 5.2油封内夹圈尺寸计算 ···················· 20

5.2.1落料刃口尺寸计算 ·················· 20 5.2.2冲孔切边刃口尺寸计算 ················ 21 5.2.3翻边工作刃口尺寸计算 ················ 21

6凸模、凹模及凸凹模的结构设计及校核 ··············· 22

6.1油封内夹圈模具外形尺寸 ·················· 22

6.1.1落料凹模结构设计 ·················· 22 6.1.2确定落料、翻边凸凹模外形尺寸 ············ 24 6.1.3冲孔翻边凸模外形设计

········ 25

6.2油封内夹圈模具外形尺寸 ·················· 25

6.2.1冲孔凸模外形尺寸 ·················· 25 6.2.2落料凹模形状设计 ·················· 26 6.2.3拉深翻边凸凹模外形设计 ··············· 26

7主要零部件设计 ························· 27

7.1模柄的设计 ························ 27

7.1.1油封内夹圈模柄的设计 ················ 27 7.1.2油封外夹圈模柄的设计 ················ 28 7.2固定板和垫板的设计 ···················· 28

7.2.1凸凹模固定板的设计 ················· 28 7.2.2垫板的设计 ····················· 29 7.3定位零件的设计 ······················ 30

7.3.1固定挡料销的设计 ·················· 30 7.3.2圆柱销的设计 ···················· 30 7.4出件机构的设计 ······················ 31

7.4.1推出件机构的设计 ·················· 31 7.4.2下出件机构的设计 ·················· 33

8模架的选择 ··························· 35

8.1模架的选择 ························ 36 8.2模具的闭合高度计算 ···················· 37

8.2.1模具闭合高度计算的意义 ··············· 37 8.2.2计算模具的闭合高度 ················· 37

9选择冲压设备 ·························· 37 10模具总装图及装配工艺性???????????????????? 39 10.1模具总配图???????????????????????? 39 10.2装配工艺性???????????????????????? 41 10.2.1工作零件的固定装配 ················· 41

10.2.2其他零件的装配 ··················· 42

参考文献····························· 43 总结 ······························ 44 致谢 ······························ 45

前 言

冲压加工技术是工业的一项基础技术,在机械、电子、航空、航天、汽车、轻工等制造行业中应用广泛。同时也对模具制造业提出了应用信息技术将先进的设计理论、方法与制造技术加以系统的集成创新的要求，促进了冲压模具设计、制造的信息化与智能化的快速发展。进入21世纪，制造技术在中国发展更加迅速，作为制造业大国，培养数以万计的应用性、技能型人才必须采用现代教育技术手段，以实现国家的人才培养战略的需求。冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,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。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。

冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。 模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。在级进模CAD/CAE/CAM发展应用方面，本世纪初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II（现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入市场。

1、概 论 1.1引言

日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。

随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。

1.2冲压模地位及我国冲压技术 1.2.1冲压模相关介绍

冷冲压:是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。

冲压可分为五个基本工序：冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。

冲压模具:在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

冲压模按照工序组合分为三类：单工序模、复合模和级进模。

复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料，可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但模具结构复杂，制造困难。

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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。

1.2.2冲模在现代工业生产中的地位

在现代工业生产中，冲模约占模具工业的50%，，在国民经济各个部门，特别是汽

车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用冲模制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%～70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。

1.2.3我国冲压模具市场情况

我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。

据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元,约合6.2亿元.

根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。

我国冲模工业不能满足国内经济需要的原因主要有： ⑴专业化和标准化程度低。

⑵模具品种少，效率低，经济效益也差。

⑶制造周期长，模具精度不高，制造技术较落后。 ⑷模具寿命短，新材料使用量不到10%。 ⑷力量分散，管理落后。

但改革开放以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引

导下，尤其是国民经济的高速发展，大大地提高了模具的商品化程度，推动了模具技术和模具工业的迅速发展，在CAD/CAM/CAE的运用、加工工艺手段、冲压件质量及模具性能方面，均已达到或接近国际水平。

1.2.4 冲压模具水平状况

近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到1～2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 ⑴模具CAD/CAM技术状况

我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。

21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。

模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。

在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。

快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。

围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。 ⑵ 模具设计与制造能力状况

在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。

虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。

标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。

但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。

汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。

模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割

和激光焊技术也得到了应用。

1.2.5我国冲模今后发展趋势

根据我国冲模技术的发展现状及存在的问题，今后应朝着如下几个方面发展： ⑴开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具。

⑵加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具制造周期。

⑶大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制造过程的自动化程度。 ⑷积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。 ⑸发展模具加工成套设备,以满足高速发展的模具工业需要。

1.3总结

冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。近年来，冲压成型工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产率有了极大的提高，正把冲压加工提高到高品质、新的发展水平。由于引入了计算机辅助工程（CAE）冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化分析设计。计算机在模具领域，包括设计、制造、管理等领域发挥着越来越重要的作用。

2、工件工艺性分析及方案确定 2.1工件工艺性分析 2.1.1冲裁工艺性

油封内夹圈 油封外夹圈

图2-1 零件图

工件名称：油封内外夹圈

生产批量：大批量 材料：08钢 料厚：0.8mm

以上两零件分别为油封内夹圈和油封外夹圈，材料为08钢板，软的碳素钢 ，强度、硬度低，而韧性和塑性极高，有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能 、焊接性能 。由零件简图2-1可见，该工件的加工涉及到落料、冲孔、翻边或拉深等工序成形。该零件的外径为Φ92mm和Φ90mm,属于小制件，形状简单且对称，适于冲裁加工。查《冷冲压工艺手册》得：孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.5mm，一般剪切断面表面粗糙度为3.2μm.

材料08钢，其冲压性能较好，孔与外缘的壁厚较大，复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材

料 ，价格适中 。料厚为0.8mm,年产量为大批量生产，不允许表面划痕，孔不许有变形，精度要求为IT11，由于零件用于密封，精度要求较高，但零件完全可以用普通的冲压加工方法加工成型。两零件的直径相同，均为117，而内直径不同，冲压工艺方法有可能不同。两工件均为轴对称零件，形状简单，都是翻孔件，材料厚度较薄，冲裁性能较好。

2.1.2翻边工艺性

⑴翻边工件边缘与平面的圆角半径r=(2～3)t。

⑵翻边的高度内夹圈h=8.5≥1.5r=3.6，外夹圈h=13.5≥1.5r=3.6。 ⑶翻边的相对厚度d/t>(1.7～2),所以翻边后有良好的圆筒壁。 ⑷冲孔毛刺面与翻边方向相反，翻边后工件质量没大影响。 总体看来：该制件均满足冲裁工艺性和翻边工艺性，适于冲裁加工。

2.1.3判断能否一次性翻边成形

⑴内夹圈翻边分析：

查《冷冲压工艺手册》表2-9，确定凸凹模制造精度为IT11，毛坏翻边的预制孔直径为d=D-2(H-0.34r-0.72t)， 由工件可知， D=92.8mm，H=8.5mm，t=0.8mm，查《冲压工艺手册》，选用r=3t=2.4mm,代以上数据到公式得知d=79.016mm。查《冲压工艺手册》，得知极限翻孔系数为0.74，内夹圈系数k=d/D=79/92.8=0.85>0.74，尺寸关系满足翻边变形趋向要求，对于内夹圈来说，上述三道工序可行，所以在平板上能一

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