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河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計/論文
鏈輪的沖壓工藝及模具設計
1 緒論
發(fā)達國家紛紛將制造業(yè)轉移到我國，使我國模具工業(yè)面臨空前的發(fā)展機遇?！熬盼濉逼陂g，國內模具行業(yè)產值增長15%，模具商業(yè)化程度提高近10%，模具進口數額近10億美元，出口額1億美元。目前國內僅浙江東部的余姚、寧海、黃巖、溫州等地去的模具工業(yè)發(fā)展較快，從業(yè)人員10萬余人，目前對模具加工機床需求旺盛。模具與其他機械產品比較，一個重要特點就是技術含量高、凈產值比重大。隨著化輕工產業(yè)的快速發(fā)展，我國的模具工業(yè)近年來一直以每年13%-15%左右的增長速度高速發(fā)展，而各行業(yè)對模具的要求越來越高。面對市場的變化，有著高技術含量的模具正在市場上嶄露頭角，也在模具進口中占有了一席之地。
沖壓模具與壓力機是決定沖壓質量、精度和生產效率的兩個關鍵因素。先進的壓力機制有配備先進的模具，才能充分發(fā)揮作用，取得良好效益，模具的發(fā)展方向為:
一、充分運用IT技術發(fā)展模具設計、制造。用戶對壓力速度、精度、換模效率方面不斷提高的高求，促進了模具的發(fā)展。車身外形和發(fā)動機是汽車的兩個關鍵部件，汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具，其技術密集體現當代模具技術水平，是車身制造技術的重要組成部分。車身模具設計和制造占汽車開發(fā)周期三分之二的時間，成為汽車換型的主要制約因素。目前。世界上汽車的改新換代一般需要48個月，而美國僅需30個月，這2主要得益于在模具業(yè)中應用了CAD/CAE/CAM技術和三維實體汽車覆蓋件模具結構設計軟件。另外，網絡技術的 廣泛運用提供了可靠的信息載體，實現了異地設計和異地制造。同時，虛擬制造等IT技術應用，也將推動模具工業(yè)的發(fā)展。
二、縮短金屬成型模具的試模時間。當前，主要發(fā)展液壓高速試驗壓力機和拉伸機械壓力機，特別是機械壓力機上的模具試驗時間可減少80%，具有巨大的節(jié)省潛力。這種試模機械壓力機的發(fā)展趨勢是采用多連桿拉深壓力機，它配備數控液壓拉深墊，具有參數設置和狀態(tài)記憶功能。
三、車身制造中的級進沖模發(fā)展速度。在自動沖床上用級進沖裁?；蚪M合沖壓模加工轉予、定子板，或者應用于插接件作業(yè)，都是眾所周知的沖壓技術。近些年來，級進組合沖裁模在車身制造中開始得到越來越廣泛的應用，用級進模直接卷材加工成型零件和拉深件，加工零件也越來越大，省去了用多工位壓力機和成套模具生產所必需串接的板材剪切、涂油、板坯運輸等后續(xù)工序。級進組合壓模已在美國汽車工業(yè)中普遍應用，其有點事生產率高，模具成本低，不需要板料剪切，與多位壓力機上使用的階梯模相比，節(jié)約30%。但是。級進組合沖模技術的 應用受拉伸深度、導向和傳輸的帶材邊緣材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比較淺的簡單零件，因此不能完全替代多工位壓力機，絕大多數零件應優(yōu)先考慮在多工位壓力機上加工。
設計模具對我們初出茅廬的學生來說，是有一定的困難，必須查閱大量的資料，不僅如此也需要老師的指導，詢問其他設計功底較好的同學，但是我感覺現在的困難不是什么困難，只要我們用心的去做，一切困難都可以過去的，過了這個檻，就為我們以后的設計打下了良好的基礎。
2 零件工藝性分析
拉深是利用拉深模具將沖裁好的平板毛坯壓制成各種開口的空心工件或將已制成的開口空心件加工成其他形狀空心件的一種沖壓加工方法。翻邊時將毛坯或半成品的外邊緣或孔邊緣沿一定的曲線翻成豎立的邊緣德沖壓方法。我所設計的鏈輪是需要經過拉深、翻邊、沖孔等工序才可完成。
根據零件結構特點，其材料選用Q235鋼，材料厚度為3mm。該材料為普通碳素結構鋼。這種鋼含碳量較低，強度不高，但塑性、韌性較好，可通過滲碳淬火提高表面強度、硬度。一般用于制造受載荷較低、形狀簡單、不太重要的、但要求耐磨的小型零件。另外Q235鋼價格便宜, 由于該鏈輪為大批量生產，故采用Q235這種材料。
3 編制零件加工工藝
3.1分析比較和確定工藝方案
如圖2－1所示為制件圖，材料為Q235，厚度為3mm。在滿足工藝性能要求進行大批量生產時，所以一般采用的工序是落料、沖孔、拉深、翻邊成形的。
圖2－1 制件圖
3.1.1計算翻邊系數
翻邊前是否需拉成階梯零件，這要核算翻邊的變形程度.
由于處的高度尺寸為
根據翻邊公式,翻邊的高度h為:
式中：D—毛坯的直徑mm。
ｒ—圓角半徑mm。
ｔ—制件的厚度mm。
K—翻邊系數。
經變換可計算出K＝0.81。即翻邊出高度h=12mm時,翻邊系數K=0.81因為，查王孝培主編的《沖壓手冊》中表5-5,當采用圓柱形凸模,用沖孔模沖孔時，極限翻邊系數[K]＝0.60
4 屬寬凸緣筒形件。
t/D*100=(3/178)*100=1.68 由王孝培主編的《沖壓手冊》中表4-20查得 h1/d1=0.45
h/d=9/120=0.075<0.28,故該制件可以一次拉出來。
3.1.3 確定工序的合并與工序順序
當工序較多時,不易一下確定工藝方案時,最好先確定出零件的基本工序,然后將各基本工序各種可能的組合并排出順序,以得出不同得工藝方案,再根據各種因素,進行分析比較,找出適合與具體生產條件得最佳方案.
對于該工件,需包括以下基本工序:落料,沖孔,拉深,翻邊。根據這些基本工序,科擬出以下幾種方案:
方案一：落料、沖孔、拉深、翻邊,其余按基本工序。這種工序的模具結構簡單,成本低.但生產效率低,工人勞動強度大,制件質量較低,精度不高.
方案二：落料,沖孔復合,其余按基本工序。該方案的模具結構簡單,但與方案一比較,生產效率稍微提高,操作較安全,但生產率較其他方案得生產率低,制件質量不高。
方案三：落料,沖孔,拉深復合,其余按基本工序。該方案雖然解決了上述方案中得問題,但是制件質量仍然不高。
方案四：落料、沖孔復合，拉深、翻邊復合。該方案采用兩套模具，模具結構比上述方案復雜，生產效率較高，制件的質量也比上述方案高。
方案五：各種工序全部復合。這種方案沒有上述的缺點,模具結構復雜,制造成本高,這在批量生產中卻時合理的.
經過上述五種方案的比較，我選用的是方案四，因為這個方案解決
了上述四種方案的不足之處，它的優(yōu)越性體現在生產效率較高，制件精度高，但唯一不足之處是模具結構復雜了，制造成本較高，根據生產中總結的經驗，在批量生產中是合理的。
3.2主要工藝技術參數的計算
3.2.1.計算各工序壓力,選用壓力機
(1)拉深力的計算
按王孝培主編的《沖壓手冊》中表4-85所推薦得公式計算:
F拉深=π*d1*t*бb*K1=3.14*123*3*450*0.42=218987N
式中 бb=450MPa,由表8-71查得
K1=0.42由王孝培主編的《沖壓手冊》中表4-85查得(拉深系數m=0.67)
(2)壓邊力的計算
由王孝培的《沖壓手冊》中表4-82所推薦得公式計算:
F壓邊=π[D2－(d1＋2r圓)2]P/4
=π/4[1782－(123＋2*9)2]*2.5
=23163N
式中 P=2.5MPa,由王孝培主編的《沖壓手冊》中表4-83查得
(3)推料力的計算:
由王孝培主編的《沖壓手冊》中公式可計算如下：
F推=nK推F沖=3*0.055*261452
=43139.6N
式中K推=0.055,由王孝培主編的《沖壓手冊》中表2-38查得.n=3,同時卡在凹模里得廢料片數.(設凹模直筒高度h=10mm,n=h/t=10/3=3)
(4)翻邊力的計算:
F翻=1.1π*t*бs(D－d)
=1.1*3.14*3*253*(64－61)
=7864076N
式中бs=253MPa ,由王孝培主編的《沖壓手冊》中表8-7查得
頂件力取翻邊力得10% F頂= F翻*10%=786N
這一工序得最大總壓力:
F總= F拉深＋F壓邊＋F推＋F翻
=218987＋23163＋43139＋7865
=293.154KN
根據總壓力.我們可以選用350KN得壓力機。在實際選用設備時,尚需考慮模具空間大小,工藝流程,設備負荷情況等因素,再作合理安排。
4 模具結構設計
4.1模具結構形式選擇:
只有當拉深件高度較高時,才有可能采用落料,拉深復合模,因為淺拉深件若采用復合模,落料凸模(兼拉深凹模)得壁厚較薄,強度不足.本設計凸凹模壁厚b=(178－64)/2=57mm,因此能保證足夠強度,故采用復合模是合理的。
4.2模具工作部分尺寸和公差計算
（1）翻邊模
圓形凸模和凹模,可采用分開加工.拉深前的毛坯取未注公差尺寸的極限偏差,故取翻邊件的尺寸公差為φ61-0.7400
由王孝培主編的《沖壓手冊》中表2-31的公式進行計算
D凹=(61－0.5*0.74)0+0.04=60.630+0.04
式中x=0.5,由表2-30查得
б凹=+0.04由表2-28查得
D凸=(D－x△－2Cmin)-б凸
=(61－0.5*0.74－2*0.23)-0.0300
= 60.17-0.0300
式中Cmin=0.23，由王孝培主編的《沖壓手冊》中表2-23查得(同表查得Cmax=0.32) б凹=-0.030由表2-28查得
∣б凹∣＋∣б凸∣=0.04＋0.02=0.06<2Cmax－2Cmin=0.18
故上述計算式恰當的.
翻邊凹模模壁C,由王孝培主編的《沖壓手冊》中表2-39查得為56mm,實際取60mm.
（2）拉深模:
拉深件按未注公差尺寸的極限偏差考慮,并標注內形尺寸,故拉深件的尺寸公差為φ120+0.620
由王孝培主編的《沖壓手冊》中表4-75的公式進行計算
D凹=(d＋0.4△＋2Z)+б凹
=(120＋0.4*0.62＋2*3.6)+0.150
=127.448+0.150
式中z由王孝培主編的《沖壓手冊》中表4-74取為z=1.2t=3.6mm
б凹由表4-76取為б凹=+0.15
d凸=(d＋0.4△)-б凸=(120＋0.4*0.62)0-0.100
=120.2480-0.100
式中б凹由王孝培主編的《沖壓手冊》中表4-76查得
4.3模具其他零件的結構尺寸計算
（1）閉合高度
h模=下模座厚＋上模座厚＋凸凹模高＋凹模高－(凹模與凸模的刃面高度差＋拉深件高－t)
=40＋35＋62＋44－(1＋11－3)
=190mm
根據設備負荷情況,擬選用J160型壓力機,該壓力機最大閉合高度為450mm.最小閉合高度為320mm.
模具閉合高度滿足hmax－5≥h?！輍min＋10
故該模具是合適的.
（2）上模座的卸件螺釘沉孔深度h2
h2≥卸件板工作行程＋螺釘頭高=15.2＋8=23.2mm
取h2=25.4mm(留2.2mm安全空間隙,若凸凹模修磨量超過2.2mm時,尚需相應加深卸件螺釘沉孔深度.
（3）推桿長度L2
L2>模柄總長＋凸凹模高－推件塊厚=85＋70－25=130mm
因此L2取140mm
4.4 模具主要零件的材料選用
（1）復合模具凸模零件的設計與標準：
(具體見凸模零件圖圖紙)我們選用Cr12MoV，該材料具有高淬透性能，空冷硬度微變形，可用于精度要求高、耐磨、尺寸較大的冷作模具與拉深模，熱處理HRC500-600。
（2）復合模具凹模零件的設計與標準：
(具體見凹模零件圖圖紙)我們選用T8A，這是沖模中應用最廣、價格最便宜的材料，適宜形狀簡單的沖模，其優(yōu)點是加工性能號。由一定的硬度；缺點是蘸火變形大，耐磨性能較差；熱處理HRC580-620。
（3）定位零件的設計與標準：
根據此模具的特點,此模具定位零件有：圓柱銷、內六角螺釘等；均選用標準件；
（4）導向零件的設計與標準：
導向零件有導柱和導套；分別選用標準件；
4.5凸凹模的工藝過程
模具由各種零件組成,其制造過程包括零件的加工,鉗工裝配以及模具的試沖和調整，毛坯經過車、銑、刨、磨、熱處理和鉗工等加工,
改變其形狀、尺寸和材料性能,使之變?yōu)榉蠄D樣要求的零件的過程，稱工藝過程。
對于同一個零件,由毛坯制成零件的途徑是種多樣的,也就是說,一個零件可以有幾種不同的工藝過程，工藝過程不同,則生產率成本以及加工精度往往也有顯著的差別，為了保證零件質量,提高生產率和降低成本,在制訂工藝過程時,應根據零件圖樣的要求和工廠的實際生產條件,制訂出一種最合理的工藝過程，若將其內容以一定的格式寫成文件,用于指導生產,則此文件稱為工藝過程。
工藝規(guī)程一般是以表格的形式寫在卡片上,此卡片稱工藝卡，卡片的格式和內容根據各工廠的具體情況而定，模具制造屬于單件或小批生產，模具零件的工藝卡一般都訂得比較簡單，其內容大致包括工種、施工說明及工時定額等。
工藝規(guī)程并不是一成不變的,隨著模具制造技術的發(fā)展和提高,它也必須作用應的修改,把新的技術成果反映到工藝規(guī)程中,使其不斷完善。
凸模和凹模是冷沖模的主要零件,其技術要求較高，制造時就要注意保證質量，由于凸模和凹的形狀是多種多樣的,各工廠的生產條件也各不相同,因此,不可能列出適合于任何形式的凸模和凹模的工藝過程,下面以我們的凹模為例,說明其工藝過程:
凹模加工工藝過程如下：
1、下料：材料為Cr12MV用軋制的矩形棒料在鋸床上切斷；
2、鍛造：將棒料鍛成較大的矩形毛坯；
3、退火：經鍛造后的毛坯必須進行退火，以消除鍛造后的內應力，并改善其加工性能；
4、車床加工：車下端面，然后掉頭車上端面，留磨余量為0.3～0.5mm；
5、熱處理：淬火、回火、檢查硬度56～60HRC；
6、磨平面:在平面磨床上磨上、下兩端面；
7、磨內孔:在坐標磨床上磨基準面(1200-0.005mm)及凹模型腔；
8、精加工：手工研磨刃口；
5 模具的安裝與調整
5.1模具裝配原則
要制造出一副合格的模具，除了保證模具零件的加工精度外，還必須做好裝配工作。裝配就是按照規(guī)定的技術要求把所有零件連接起來，使之成為合格的模具。裝配是模具制造過程的一個重要環(huán)節(jié)，裝配質量的好壞將直接影響制件的質量和模具的使用壽命。例如，在加工時凸模和凹模的尺寸已達到要求，但是，如果裝配時調整不好，將造成間隙很不均勻，甚至制造出不合格的制件。為了使凸模和凹模易于對中，總裝時必須考慮上、下模的裝配次序，否則，可能出現無法裝配的情況。上、下模的裝配次序與模具結構有關，通常是看上、下模中哪一個位置所受的限制大就先裝，用另一個去調整位置。
（1）上、下模的裝配
1、對于無導柱模具，凸、凹模的間隙是在模具安裝到機床上時進行調整的，上、下模的裝配次序沒有嚴格的要求，可以分別進行裝配。
2、對于凹模裝在下模座上的導柱模，一般先裝下模。
3、對于導柱復合模，一般先裝上模，然后找正下模的位置。
（2）模柄的裝配
用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂直度，對于帶螺紋的圓柱形模柄，裝配過程大致相同，模柄是從上模座的上平面旋入的，螺紋旋入上模座的深度應在上模座上平面以內2-4mm，較大型模具用螺釘固定的模柄是從上模座上平面裝入的。
（3）導柱、導套的裝配
因為導柱、導套和模座的配合都為基孔制的第五中過盈配合，一般都是在壓力機上將導柱、導套分別壓如下模座和上模座的裝好后檢查導柱對下模座底平面，導套對上模座的上平面的垂直度，其誤差應在要求的范圍以內。
（4）凸模的裝配
凸模一般是用凸模固定板將其裝在模座上的，凸模與固定板的配合要求為H7/m6，裝配時，先在壓力機上將凸模壓入固定板內，檢查凸模的垂直度，名后將固定板的上平面與凸模尾部一齊磨平，為了保持凸模刃口鋒力，還應將凸模的端面磨平。
5.2安裝調試
模具裝好后在試沖時可能會發(fā)現一些缺陷，應分析產生的原因，找出調整的辦法進行調整，再試沖，直至獲得合格的沖壓件為止。
沖裁模試沖時的缺陷：
產生原因：<1>上模座、下模座、固定板、凹模、墊板等零件安裝面部平行。
<2>凸模、導柱等零件安裝不垂直。
<3>導柱和導套配合間隙過大使導向不準。
<4>卸料板的孔位不正確或歪斜，使沖孔凸模位移。
調整方法：<1>修整有關零件，重裝上?；蛳履?
<2>重裝凸模和導柱
<3>更換導柱或導套
<4>修整或更換卸料板
沖件質量不好：1）有毛刺
產生原因：1、刃口不鋒利或蘸火硬度低
2、配合間隙過大或過小
3、間隙不均勻使沖件一邊有顯著的帶斜角毛刺
調整方法：合理調整凸模和凹模的間隙及修磨工作部分的刃口
2）沖件不平
產生原因：1、凹模有倒錐度
2、頂料桿和工件接觸面過小
3、導正釘與預沖孔配合過緊，將沖件壓出凹陷
調整方法：1、修整凹模
2、更換頂料
設計總結
經過一段時間的設計，本套復合模已經設計完成。此模具的作用是通過拉深和翻邊來沖壓出所需要的零件。在設計過程中參考了很多的資料，而且也有一些自己的設計經驗，在設計復合模的過程中不僅僅要考慮到一些象零件材料、加工條件、技術要求、尺寸精度外，還應該充分考慮到模具的其他成本，如原材料的獲取條件、加工設備的精度、加工的條件、周圍環(huán)境的條件、還有交通運輸以及所需的時間和交貨期限等等一些與之有關的一切情況，在目前制造技術和制造設備已經很高的時期里，要充分利用高的制造設備，如數控機床等，在此次設計中用到的就是現在最普遍運用的CAD/CAM技術，通過CAD的設計來繪制模具圖形，避免了以前的通過手工來繪圖所帶來的人為的錯誤，也縮短了設計的時間，再通過CAM的自動編程，可以解決以前所不能做到的，通過其可以把一些很難用手工計算的加工程序通過電腦傳輸到數控機床上，也正是這一技術的運用使得模具的設計和加工的周期縮短了很多，隨著技術的不斷提高，以后在模具的設計和加工的過程中將更加縮短其設計加工周期。至此，我們已經完成了模具的設計與制造，該模經生產檢驗，情況良好。
我從一個學生到能夠獨立從事工程設計與制造，應歸功于河南機電高等專科學校和材料系全體老師，特別是專業(yè)老師三年來對我的教育和培養(yǎng)，在此向辛勤工作的河南機電?？茖W校和材料系全體老師，特別是指導老師翟德梅老師表示崇高的敬意和感謝。畢業(yè)后我要加倍努力學習和工作，早日成為一名工程師，為祖國和人民作出更大的貢獻。
致謝
經過這段的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，對于本次畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。
在這里首先要感謝我的指導老師翟德梅老師。翟德梅老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從題目分析到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是翟德梅老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩翟德梅老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。
其次要感謝和我一起作畢業(yè)設計的李百勝同學，他在本次設計中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設計，并承擔了大部分的工作量。如果沒有他的努力工作，此次設計的完成將變得非常困難。
然后還要感謝大學三年來所有的老師，為我們打下模具專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。
最后感謝材料工程系和我的母?！幽蠙C電高等?？茖W校三年來對我的大力栽培。
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