电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计毕业设计.docx

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电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计毕业设计.docx

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电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计毕业设计

宜宾职业技术学院

毕业设计

题目：

电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计

系部现代制造工程系

专业名称模具设计与制造

班级模具1104班

宜宾职业技术学院

毕业论文（设计）选题报告

姓名

性别

女

学号

201013346

系部

制造系

专业

模具设计与制造

论文（设计）

题目

电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计

课题来源

生产

课题类别

设计

选做本课题的原因及条件分析：

原因:

生活中电动机的应用较广泛，电动机止动垫片的需量也大。

止动垫片的加工方法采用落料冲孔复合冲压。

工艺设计是产品设计和产品制造间的纽带和桥梁，设计出正确合理的电动机止动垫片制造工艺不仅能够提高产品质量、生产率、使用寿命，还可以提高产品的经济效益。

条件分析：

电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计，涉及到《模具制造工艺与装配》、《机械设计基础》、《机械制图》、《CAD/CAM》、《零件检测技术》及电动机相关知识的综合运用，在这次设计过程中能加深并巩固已学的专业知识，同时能提高分析和解决问题的能力。

因此，我们申请此课题，望指导老师及系领导批准。

内容和要求

内容：

电动机止动垫片冲裁工艺分析和工艺方案的确定；模具零部件的结构设计；模具工艺参数计算；非标准零件的加工工序工艺卡片编制；绘制模具零件图和装配图；进行UG三维造型；完成模具制造工艺设计报告书。

要求:

按时独立完成电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计说明书；计算正确，分析清楚，内容严谨；且结构设计符合《国家标准GB∕2851—2875》规定；同时完成装配图1张，零件图9张，符号符合国家统一标准，编号齐全；图、表完备；字数不少于6000字。

指导

教师

意见

签名：

年月日

系部毕业论文（设计）领导小组意见：

（签章）

年月日

电动机止动垫片冲压模具制造工艺设计

摘要

该设计介绍了电动机止动垫片冲压模具的制造工艺。

具体对零件进行了工艺分析、工艺方案的确定、冲压模具工艺参数设计、模具总体结构形式的确定、模具主要零部件的工艺分析、弹性元件的分析、其他零件的选取、以及非标准零件图和装配图的绘制。

模具的设计采用AutoCAD绘制零件图和装配图；部分零部件绘制采用UG三维造型；最后完成毕业设计说明书的编写。

关键词：

止动垫片；工艺分析；冲压模具；AutoCAD绘制

1绪论

在现代化生产中，模具工业是国民经济发展的重要基础工业之一，模具在机械、电子、航空、航天、兵器、汽车、电器、仪表、轻工、农业、机械及日常生活用品的生产中，已占有十分重要的地位，在产品竞争和产品不断更新的年代，要使产品不断降低成本并具有价格优势，采用模具成形技术来制造产品是非常重要的途径之一。

现代工业发达的国家对模具工业都十分重视，模具技术水平的高低反映了一个国家制造业的能力和工业发达的程度。

随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。

这些年来我国的模具工业也有很大的发展，全国已有模具生产厂数千个，拥有职工数十万人，每年能生产上百万套模具。

尽管我国的模具工业这些年来发展较快，但不论从设计、制造方面，还是从生产方面还远远不能适应国民经济发展的需要，严重影响工业生产品品种的发展和质量的提高，为了尽量改变这种状况，国家已采取许多措施促进模具工业的发展。

争取在较短的时间内使模具生产基本适应各行业产品发展的需要；掌握生产精密、复杂、大型、长寿命模具的技术；使模具标准件实现大批量生产。

本文是关于电动机上常用零件的设计。

我作为一名即将毕业的模具设计与制造专业学生，这次设计是在毕业之前对所学专业知识的一次综合性运用。

以巩固和扩展自己所学的专业知识，综合运用所学知识培养自己分析和解决实际问题的能力，初步形成融理论、技术于一体的意识；培养勇于探索的创新精神和实践能力；培养正确的学术思想，用理论联系实际、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，进一步训练和提高课题方案设计、资料查阅、理论计算、计算机使用、文字表达等方面的能力和技巧；通过本次设计能够进一步深入的掌握冲压模具设计与制造技术。

2冲压成形工艺分析

图2-1零件图

零件图：

如图2-1所示；

生产批量：

大批量生产；

材料：

Q235A；

材料厚度：

2mm；

零件公差等级：

孔的精度IT8级，其余IT14级；

2.1零件的工艺分析

冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸、及公差等技术要求是否符合冲裁加工的要求。

工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响。

冲裁件形状尺寸要求：

（1）冲裁件的形状简单，对称；

（2）外形内孔转角处避免过尖的锐角；（3）冲孔的最小尺寸与材料，孔形料厚，是否采用护套有关；（4）避免工件上有细长的是臂和狭长的槽，以防凸模折断；（5）冲裁件的孔与孔间，孔至边缘间距离不宜过小；（6）在弯曲件和拉深件上冲孔时，其孔边与工件直壁间应保持一定的距离。

2.1.1零件尺寸的选择

该零件形状如图2-1所示；工件结构形状相对简单、对称、3个孔大小相同、易于加工。

且孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。

2.1.2零件材料的选择

该零件的材料为Q235A，Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。

并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。

由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。

2.1.3零件精度的选择

根据零件图上的外形尺寸均未标注公差，可以看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足冲压要求。

根据零件图和查表2-1中可知冲孔直径为

25+0.520。

表2-1标准公差数值（摘自GB/T1800.3-1998）

公差等级

IT2

IT3

IT4

IT5

IT6

IT7

IT8

IT9

IT10

IT11

IT12

IT13

IT14

基本尺寸/mm

/μm

/mm

≤3

＞3～6

＞6～10

＞10～18

＞18～30

＞30～50

＞50～80

1.2

1.5

2.5

100

120

110

130

160

190

0.10

0.12

0.15

0.18

0.21

0.25

0.30

0.14

0.18

0.22

0.27

0.33

0.39

0.46

0.25

0.30

0.36

0.43

0.52

0.62

0.74

根据以上分析：

该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。

从表中2-2查出：

抗拉强度：

σ=375~460MPa；

抗剪强度：

τ=303~372MPa；

伸长率：

δ=26~31%；

屈服强度：

=235MPa；

表2-2冲压常用金属材料的力学性能

材料名称

牌号

材料状态及代号

力学性能

抗剪强度τ∕MPa

抗拉强度

∕MPa

屈服点

∕MPa

伸长率

δ∕（﹪）

普通碳素钢

Q195

Q235

Q275

未经退火

255~314

315~390

195

28~33

303~372

375~460

235

26~31

392~490

490~610

275

15~20

碳素结构钢

08F

10F

已退火

230~310

275~380

180

27~30

260~360

215~410

200

220~340

275~410

190

260~340

295~430

210

270~380

335~470

230

280~400

355~500

250

400~520

490~635

320

440~560

530~685

360

440~580

540~715

380

2.2冲裁工艺方案的确定

在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。

工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。

2.2.1冲压工艺方案的选择

冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。

方案一：

单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。

方案二：

复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序。

方案三：

级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。

其三种工序的性能见表2-3。

复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。

由于零件的生产要求的是中批量生产、零件的尺寸较小且结构较复杂，制造相对比较难，为提高生产率，根据下述方案分析、比较，宜采用方案二。

表2-3单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能

比较项目

单工序模

复合模

级进模

生产批量

小批量

中批量和大批量

冲压精度

较低

较高

冲压生产率

低，压力机一次行程内只能完成一个工序

较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序

高，压力机在一次行程内能完成多个工序

实现操作机械化自动化的可能性

较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化

制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作

容易，尤其适应于单机上实现自动化

生产通用性

通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产

通用性较差，仅适合于大批量生产

通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产

冲模制造的复杂性和价格

结构简单，制造周期短，价格低

冲裁较复杂零件时，比级进模低

冲裁较简单零件时低于复合模

2.2.2工序组合

工序组合方式的选择

冲压工序的组合是指将两个或两个以上的工序分析合并在一道工序内完成，减少工序及占用的模具设备和数量，提高效率和冲压制件的精度，在确定工序组合时，首先应考虑组合的必要性和可行性，然后在决定是否组合。

（1）工序组合的必要性主要取决于冲压件的生产批量。

（2）工序组合的可行性受到多种因素的限制，应保证能冲压出形状、尺寸和精度均符合要求的图样，实现其所需动作保证有足够的强度与现有的冲压设备条件相适应。

综上所述：

根据对该制件的分析，其基本工序有落料、冲孔两道基本工序，按其先后顺序组合，可得如下几种方案：

（1）落料—冲孔，单工序模冲压。

（2）落料—冲孔，复合模冲压。

方案

（1）属于单工序模冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内。

完成一个冲压工序的冲裁模。

由于此制件生产批量大，尺寸又较这两种方案生产效率较低，操作也不安全，劳动强度大，故不宜采用。

方案

（2）属于符合冲裁模，符合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。

采用复合模冲裁，其模具结构没有连续模复杂，生产效率也很高，又降低工人的劳动强度，所以此方案最为合适。

根据分析采用方案

（2）复合冲裁。

复合模分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围如下：

正装（顺装）式复合模：

凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模。

优点：

冲出的冲件平直度较高。

缺点：

结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作。

适用：

冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，可以冲制孔边距离较小的冲裁件。

倒装式复合模：

凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模。

优点：

结构较简单。

缺点：

不宜冲制孔边距离较小的冲裁件。

正装式复合模与倒装式复合模两者各有优缺点。

正装式较适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。

而倒装式复合模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件。

通过对制件的结构分析采用正装复合模。

3冲压模具工艺参数的设计

3.1模具总体结构设计

3.1.1模具类型的选择

由上面冲压工艺方案分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。

3.1.2定位方式的选择

定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。

由于该模具采用的是条料，所以控制条料的送进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用活动挡料销定距。

3.1.3模架和导向方式的选择

方案一：

采用对角导柱模架。

由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。

常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

方案二：

采用后侧导柱模架。

由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。

因为导柱安装在后侧，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。

但是不能使用浮动模柄。

方案三：

四导柱模架。

具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。

常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：

中间导柱模架。

导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。

只能一个方向送料。

根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用后侧导柱模架，即方案二最佳。

3.1.4卸料方式的选择

刚性卸料与弹性卸料的比较：

刚性卸料是采用固定卸料板结构。

常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料；

弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。

卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t，弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。

常用作落料模、冲孔模。

由于该工件平直度较高，料厚为2mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。

3.2模具设计工艺计算

3.2.1搭边值的计算

搭边值是由经验确定的，查表3-1得a1=1.2；a=1.5。

表3-1最小搭边值

材料厚度t

圆形或圆角r＞2t的工件

矩形件边长L＜50mm

矩形件边长L≥50mm或圆角r≤2t

工件间a1

侧面a

工件间a1

侧面a

工件间a1

侧面a

0.25以下

1.8

2.0

2.2

2.5

2.8

3.0

0.25~0.5

1.2

1.5

1.8

2.0

2.2

2.5

0.5~0.8

1.0

1.2

1.5

1.8

2.0

0.8~1.2

0.8

1.0

1.2

1.5

1.8

1.2~1.6

1.0

1.2

1.5

1.8

2.0

1.6~2.0

1.2

1.5

1.8

2.5

2.0

2.2

2.0~2.5

1.5

1.8

2.0

2.2

2.5

2.5~3.0

1.8

2.2

2.5

2.8

3.0~3.5

2.2

2.5

2.8

3.2

3.5~4.0

2.5

2.8

2.5

3.2

3.5

3.2.2条料宽度与导板间距的计算

无侧压装置的模具，应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。

为了补偿侧面搭边的减少，条料宽度应增加一个可能的摆动量，故按下式计算：

条料宽度B0-Δ=﹙Dmax＋2a＋C﹚0-Δ﹙3-1﹚

导料板间距离A=B＋C=Dmax＋2a＋2C﹙3-2﹚

表3-2条料宽度偏差Δ﹙mm﹚

条料宽度B

材料厚度t

1~2

2~3

3~5

~50

50~100

100~150

150~220

220~300

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

表3-3导料板与条料之间的最小间隙Cmin﹙mm﹚

条料厚度t

无侧压装置

有侧压装置

条料宽度B

100以下

100~200

200~300

100以下

100以上

~0.5

0.5~1

~12

2~3

3~4

4~5

0.5

导板与条料之间的间隙，根据查表得C=1

（1）条料宽度根据公式（3-1）有：

B0-Δ=﹙Dmax＋2a＋C﹚0-Δ

=（109.28＋3＋1）0-Δ

=113.280-Δ

根据条料宽度，查表3-2可得条料宽度偏差Δ＝0.7，即条料宽度：

B＝113.280-0.7mm

﹙2﹚导板间距离根据公式﹙3-2﹚有：

A=B＋C=Dmax＋2a＋2C

=113.28＋1

=114.28mm

3.2.3排样图及材料利用率的计算

为保证冲压件质量及模具寿命，同时提高材料利用率，故采用有废料直排排样。

排样方案如下：

方案一：

纵裁

步距S=60+1.2

=61.2mm

总面积由CAD计算为：

3863.54mm2

制件面积A=3863.54－3×3.14×12.52

=2390.91mm2

利用率η=A/BS×100%

=2390.91/113.28×61.2×100%

≈34.49%

方案二：

横裁

步距S=109.28+1.2

=110.48mm

制件面积A=2390.91mm2

利用率η=A/BS×100%

=2390.91/113.28×110.48×100%

≈19.10%

经比较：

因为横裁时的材料利用率小于纵裁时的材料利用率，所以该零件采用纵裁法即排样图3-1，如下：

图3-1排样图

3.3冲裁力的计算

计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：

Fp=KptLτ

式中：

τ—材料抗剪强度（MPa）；

L—冲裁周边总长（mm）；

t—材料厚度（mm）；

系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1~3。

当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1.3的近似计算法计算。

由于冲裁模具采用弹压卸料装置和自然落料方式。

总的冲裁力包括

F—总冲压力；

Fp—总冲裁力；

FQ—卸料力；

FQ1—推料力；

FQ2—顶件力；

3.3.1落料力的计算

普通平刃冲裁模，其冲裁力FP按公式计算：

=1.3×2×313.66×310

=252.8（KN）

即冲裁力为252.8（KN）

3.3.2冲孔力的计算

冲孔周边总长为L冲=3.14×3×25=235.5mm

冲孔力由公式计算：

=1.3×2×235.5×310

=189.813（KN）

即总冲裁力FP=252.8+189.813=442.613（KN）

3.3.3卸料力、推件力、顶件力的计算

表3-4卸料力、推件力和顶件力系数

料厚t/mm

钢

≤0.1

＞0.1~0.5

＞0.5~2.5

＞2.5~6.5

0.065~0.075

0.045~0.055

0.04~0.05

0.03~0.04

0.1

0.63

0.55

0.45

0.14

0.08

0.06

0.05

铝、铝合金

纯铜，黄铜

0.025~0.08

0.02~0.06

0.03~0.07

0.03~0.09

卸料力系数取K=0.05，推件力系数取

＝0.55，顶件力系数取K2=0.06。

由公式得卸料力：

0.05×442.613

22.131（KN）

由公式得推件力：

FQ1

0.55×442.613×7/2

852.03（KN）

由公式得顶件力：

0.06×442.613

26.557（KN）

3.3.4总冲压力的计算

根据模具结构总的冲压力：

F=Fp+FQ+FQ2

=442.613+22.131+26.557

491.331（KN）

3.4模具压力中心与计算

该制件为多凸模冲裁，根据多凸模压力中心公式：

xo=l1x1+l2x2+……lnxn/l1+l2+……ln（3-3）

yo=l1y1+l2y2+……lnyn/l1+l2+……ln（3-4）

x0、y0为压力中心坐标；

l1、l2……ln为冲孔周长；

O为坐标原点、O1、O2、O3为冲孔圆心；

（x1y1）、（x2y2）……为冲孔坐标。

压力中心坐标由公式（3-3）、（3-4）有：

x0=l1x1+l2x2+l3x3/l1+l2+l3

=3.14×12.52（-34.64+0+34.64）/3×3.14×12.52

y0=l1y1+l2y2+l3y3/l1+l2+l3

=3.14×12.52（20+40+20）/3×3.14×12.52

=26.667

即压力中心坐标为（0，26.667）

图3-2压力中心图

3.5冲裁模间隙的确定

设计模具时一定要选择合理的模具间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所以冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量、冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。

考虑到制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙

，最大值成为最大合理间隙

。

考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值

。

冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。

冲裁过程中，凸模与被冲孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压力越大，摩擦也就越大，从而降低模具寿命。

较大的间隙可使凸模的侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽提高了模具寿命，但出现间隙不均匀。

因此，

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