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1、l 中文题目： 汽车盖板冲裁模设计n 学 生 姓 名： 蒋锋 n 专 业： 机电一体化 n 指 导 教 师： 石炳存 n 职 称： 副教授 u 毕业设计说明书提交日期 2008.4.11 地址：机电学院 l 1.3、实例分析l 产品简介u 我的毕业设计的课题是一个汽车空调压缩机的端盖，其外观及尺寸可见图，此工件看起来是一个很不起眼的端盖，但是每个事物都有它存在的理由，相信这个端盖也是如此，端盖的作用可以从它的名字看出来，盖子，自然就是起密封的作用，而它所要密封的是什么东西呢，空调压缩机润滑油，空调的工作需要压缩机的转动，压缩机的转动需要润滑油的润滑，所以润滑油在这整个过程中起着相当重要的地位。
2、但是，如果压缩机的端盖没有做好，也就是造成润滑油的渗漏，后果就是压缩机无法正常工作，这又导致汽车空调无法制冷，也许你会觉得不就是空调不工作吗，又不是汽车动不了，没什么大不了的，可是如果当你在烈日炎炎的夏天坐在一辆没有空调制冷的汽车里，你的感觉是什么呢？你能在车里坐多久，又如果当你去买车的时候听说哪款车的空调系统会出问题造成不能制冷的，你会买吗，换个角度，如果你是个汽车制造商，你生产的汽车不能制冷，那可以说是你的致命弱点之一啊！从此你的汽车将失去市场竞争力，甚至不能通过质量审核而被禁止上市销售u 所以不要小看了这个小小的空调压缩机端盖。l 1.4、零件客户要求l 客户要求： 1、设计一付复合模，
3、要求操作维修方便；u 2、模具总寿命不低于60万冲次，刃磨一次寿命不低于15000冲次。l 工件名称：夹头垫片l 生产批量：成批l 材 料： 20钢l 料 厚：1mmn 冲压工艺方案的选择l 2.1、加工方案比较u 下面开始讨论本课题的制造方案：l 2.1.1机械加工法u 对于这个压缩机端盖，加工的方法有很多，我们首先来尝试一下用铣床加工，这个方法肯定是可以的，铣床绝对是可以加工出来这个简单的工件的，可是要加工这个简单的零件如果使用铣床的话，那就需要一个熟练的操作工人用一段时间来加工，这个时间由工人的操作技能水平的高低决定。这样也决定了成本的高低，还有就是效率的问题，工人水平的高低和效率是成正
4、比的，但是和成本的高低却是成反比的。那我们就舍弃水平高工资也高的工人，换加工中心吧，加工中心的效率众所周知，但它的价格也是出了名的高的，还有一个不能忽视的问题，那就是刀具的磨损问题，无论是铣床或者是加工中心，刀具是比不可少的。而刀具的价格也是一比不小的数目。所以机械加工法值得商榷。l 2.1.2、使用冲压模u 冲压模的优点在这样的对比下很快就显现出来了，首先它结构，加工方法简单，效率高，工艺也很简单，操作更是没有任何难度，可以用不动脑子来形容它的操作过程，基本上可以说正常情况下只要进行安全知识培训就可以了，不用操作技能培训。最重要的，也是所有制造商最关心的，就是成本低，同时也意味着利润的上升。
5、u 冲压模方案种类l 该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：l 方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。l 方案二：采用落料冲孔同时进行的复合模生产。l 方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产u 模具方案的比较l 工艺方案选择的准则u 为了实现工艺方案的计算机辅助选择，首先应总结出实际设计中常用的准则主要有：l 如果工件上的最小孔边、孔间距小于复合的凹凸模最小许用壁厚值，因不能保证凹凸模强度，应考虑采用连续模或单工序模。l 如果工件上的内孔与外形的相对位置精度要求较高，应尽可能采用复合模。l 如果工件内、外形的毛刺要求同向，应采用复合模。l 连续模和复合模的生产效率较高，
6、单工序的模的生产效率较低但模具结构简单。综合生产效率和模具制造两方面的因素，一般认为：大批量生产时尽量采用连续模或复合模，小批量生产时采用单工序模。l 当工件较厚（一般大于5mm）、外形尺寸较大（一般大于250mm）时，不仅冲压力大，而且模具尺寸大，不宜采用连续模。l 如果个冲孔凸模安装位置发生干涉，不宜采用复合模。l 当工件的平整度要求很高时，一般应采用正装复合模。n 方案一，模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。故而不选此方案。u
7、 方案二，复合模的特点是生产率高，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。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸、制造相对前面两种方案都有比较好，而且效率高，所以应该选此方案。n 方案三，级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，一般适用于大批量，小型冲压件。而本工件尺寸轮廓较大，采用此方案，势必会增大模具尺寸，使加工难度提高，进而也排除此方案。u 方案的确定l 综上所述，本套模具采用复合模。l
8、2.1.3材料的选择 n 毛坯排样指冲压毛坯在条料、带料或板料上的布排，其主要目的是在满足冲压工艺的前提下获得尽可能高的材料利用率；同时，毛坯排样的结果又是工步排样以及凹模、卸料板等零件设计的基础，因此毛坯排样是冲压工艺设计中的重要环节。n 冲裁件的选择：n 本冲裁件选用08F（沸腾钢）。n 模具材料的选择：n 制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、 钢结硬质合金 、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、 钢结硬质合金等等。l
9、碳素工具钢 u 在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。 l 低合金工具钢 u 低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。 l 高碳高铬工具钢 u 常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形
10、模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重 ，必须进行反复镦拔 （轴向镦、径向拔）改锻 ，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。 l 高碳中铬工具钢 u 用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它们的含铬量较低， 共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。 l 高速钢 u 高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有 W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开
11、发的降碳降钒高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。 高速钢也需要改锻 ，以改善其碳化物分布 。 l 基体钢 u 在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强 韧性冷作模具钢 ，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。l 硬质合金和钢结硬质合金 u 硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧
12、性差。用作模具的硬质合金是 钨钴类 ，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用 含钴量较低 的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用 含钴量较高 的硬质合金。 u 钢结硬质合金 是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ，用粉末冶金方法烧结而成。 钢结硬质合金 的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金 含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 73HRCu 对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁 模除了 要求具
13、有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃 ，还应具有高的断裂抗力、较高的抗弯强度和韧性。Cr12 和 Cr12MoV 为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲裁时容易出现崩刃或断裂。其中， Cr12 含碳量较高，碳化物分布不均比 Cr12MoV 严重，脆性更大一些。u 简述一下Cr12和Cr12MoV的热处理：Cr12 型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（ Cr12 为 950980 淬火， 150200 回火； Cr12
14、MoV 为 10201050 淬火， 180200 回火 ）。 若要提高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火 （ Cr12 为 10001100 淬火， 480500 回火； Cr12MoV 为 11101140 淬火， 500520 回火 ）。 u 高铬钢在 275375 区域有回火脆性，应予避免u 经上述材料分析，本冲压模材料选用的是Cr12MoV.n 工艺与模具的设计l 3.1冲压工艺与模具设计l 3.1.1、工艺可行性的判别n 冲裁件的工艺性指冲裁件对冲压工艺的适应性，它包括冲裁件的结构工艺性和精度两部分的内容，工艺性良好与否对冲裁件的质量、制造成本以及模具寿命有
15、很大的影响。造冲裁模CAD系统中，计算机辅助判别冲裁件在形状结构和精度方面的可形，同时也后续模具模块提供必要的信息。u 冲裁件结构工艺性判别u 结构工艺性判别的实质是将工件图中的圆角半径、小孔尺寸、悬臂与凹槽尺寸、孔边距、孔间距等几何特征量与相应的工艺参数极限值进行比较，从而确定工件的形状的结构是否适应于冲裁加工。在CAD系统中，一般采用自动判别法、交互判别法、或将自动与交互相结合的综合判别法了来辅助判别。u 冲裁件精度的判别u 冲裁件上标注的尺寸按精度判别要求可分为三类：轮廓尺寸、内孔与内孔之间的尺寸以及内孔与外轮廓之间的尺寸。冲裁件的精度判别主要是对于这三类尺寸进行下类分析：l A将尺寸的
16、名义值和偏差值与标准公差表对照，逐一判定各尺寸的精度等级。l B将每一尺寸信息与数据库中的有关技术标准对照，判定该尺寸能否使用普通精度模具进行加工。l 3.1.2、零件冲裁工艺性分析u 1）材料 20钢为优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能。u 2）工件结构 如图一所示，该零件结构形状简单对称，零件可分为冲孔落料两部分，故考虑采用复合模冲压工序一次冲压成形。u 3）零件有两个4.3小孔冲裁是本设计的一个难点。u 3）尺寸精度 （查极限测量P27表3.1）零件中：u 零件尺寸属于IT11级IT14级。u 4）结论： 可以冲裁l 3.2确定冲压工艺方案u 该零件包括落料和冲裁两个基本工序，可以用以
17、下两个工艺方案u 方案一、采用复合模加工。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。u 方案二、采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。u 比较方案一与方案二，对于所给零件，由于两小孔比较接近边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结构与强度方面
18、相对较难实现和保证，所以根据零件性质故采用级进模加工。l 3.3、模具结构的确定u 复合模的结构可分为倒装式与正装式复合模两个，在选择模具结构时要根据冲压件质量、生产批量、精度要求、方便操作等方面来确定。u 正装式结构与倒装式结构比较：u 正装式结构较适用于冲制材质比较软的或板料比较薄的平直度要求度较高的冲裁件，还可以冲裁孔边距离较小的冲裁件，便由于冲裁过程中冲片废料落在模具下模的表面，每次冲裁工人必需先清理废料操作不便，而且正装式结构需要三套卸料、顶料装置，制造装配不便。倒装式不宜冲裁孔边距离娇小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，冲裁过程中的
19、废料直接从模具下面被推出，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。u 本设计初步确定选择倒装式结构，这种结构操作、维修较方便。l 3.4排样、计算条料宽度及确定步距u 采用单排方案，如图二u 查冲压模具设计与制造P65表2.5.2确定搭边值，根据零件形状两式件间按矩形取搭边值，侧边取搭边值。u 则 进距： l 条料宽度：u （冲压模具设计与制造P67公式2.5.5；2.5.6）u u uu 图二l 3.5计算冲压力u 该模具采用钢性卸料和下出料方式l 落料力u 查实用冲压模具设计手册P16表1-24n u u u u b. 冲孔力u 中心孔：u u 2个小孔： u l 冲裁时的
20、推件力u 查实用冲压模具设计手册P53表3-7 u 取实用冲压模具设计手册P53表3-7，序号1的凹模刃口形式，则个u 故 u u u u 为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，且考虑到凸模相距很近时避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断故把三冲孔凸模设计成阶梯凸模如图三uu 图三u 则最大冲压力：u u l 3.6确定模具压力中心u 如图四，根据图形分析，因为工件图形对称，故落料时F落的压力中心在上O1；冲孔时F孔1、F孔2的压力中心在O2上。uu 图四u 设冲模压力中心离O1点的距离为x，根据力矩平衡原理得：u u 由此算得 l 3.7冲模刃口尺寸及公差的计算n 冲孔部分u
21、 对冲孔和 采用凸、凹模分开的加工方法u 由模具设计与与制造P70表2.3.3查得u ，u u 对冲孔时：u ， u 对冲孔时：u ， u u 故满足条件n 得，则u 冲 孔部分：u u u u u 冲孔部分：u 尺寸极限偏差转化为u u u u n 落料部分u 对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法u 当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。u 零件图中末注公差的尺寸由冲压模具设计与制造 P104表2.9.5u 查出其极限偏差：u 、 u 、尺寸极限偏差转化为、 u 查冲压模具设计与制造 P104表2.9.5u 得 u 则： u u u u u u
22、该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值l 3.8确定各主要零件结构尺寸u 凹模外形尺寸的确定u 凹模厚度 的确定：u u 取总压力u u l 工件长 u 凹模宽度的确定：u l 取 步距 l 工件宽 u u n 凸模长度的确定u 凸模长度计算为u u 其中初定： 导尺厚 l 卸料板厚 l 凸模固定板厚 l 凸模修磨量 l 则： l 3.9压力机的选用u 先用冲床的公称压力应大于计算出的总压力；最大闭合高度应大于冲模闭合高度；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合工厂实际，可称用J23-16开式双柱可倾压力机。并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可
23、配制。u 双柱可倾压力机J23-16参数：l 公称压力：l 滑块行程：l 最大闭合高度：l 连杆调节量：l 工作台尺寸（前后左右）： l 垫板尺寸（厚度孔径）：l 模柄尺寸（直径深度）： l 最大倾斜角度：n 绘制部分图形及其工艺l 4.1. 设计并绘制总图、选取标准件u 按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准模架。u 绘制总图。如图五所示，单排孔落料连续模。u 按模具标准，选取所需的标准件，查清标准件代号及标记，写在总图明细表内，并将各零件标出统一代号。u 部分零件尺寸：u 上模座： u 下模座：l 导柱： u l 导套：u u 垫板：u 凸模固定板：u 凹模：u 卸料板：u u
24、图五 单排冲孔落料连续模l 4.2、 绘制部分非标准零件图u 只绘制凸模、凹模、凸模固定板和卸料板四个零件图样。u 见图六至图十。u u 图六 落料凸模uu 图七 冲孔凸模uu 图八 凹模uu 图九 凸模固定板uu 图十 卸料板l 4.3、模具的加工工艺过程l 例：图 所示冲裁件，材料为A3，厚度为2mm,大批量生产。试制定工件冲压工艺规程、设计其模具零件的加工工艺过程。ll 查冲压模具设计与制造表2.5.2，确定搭边值：l 两工件间的搭边：a2.2ml 工件边缘搭边：a1=2.5mml 布距为：32.2mml 条料宽度B（D2a1）l （6522.5）l 70l 确定后排样图如图所示 l 一
25、个布距内的材料利用率为：u 查板材料标准，宜用9001000mm的钢板，每张钢板可剪裁为14张条料（70mm1000mm）,每张条料可冲178个工件，则 为：l 即每张钢板的材料利用率为65.1l 4.4主要模具零件加工工艺过程l 落料凹模加工工艺过程 材料 :Gr12 硬度 : 60 64 HRCll 冲孔凸模加工工艺过程ll 凸凹模加工工艺过程 材料 :Gr12 硬度 : 60 64 HRCll 凸模固定板加工工艺过程 材料 :45# 硬度 : 24 28 HRCll 凸凹模固定板加工工艺过程 材料 :45# 硬度 : 24 28 HRCll 卸料板加工工艺过程 材料 :45# 硬度 :
26、24 28 HRll 上垫板加工工艺过程 材料 :T8A 硬度 : 54 58 HRCll 下垫板加工工艺过程 材料 :T8A 硬度 : 54 58 HRCll 空心垫板加工工艺过程 材料 :45# 硬度 : 24 28 HRCll 上模座加工工艺过程 材料 :HT200ll 下模座加工工艺过程 材料： HT200ln 致谢辞u 本文主要阐述了冲压工艺及模具，让我对冲压模具产生了浓厚的兴趣，同时，受我专业的影响，我已经习惯于关注带来的一系列机遇与挑战。 本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有老师的指引和赠予，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我
27、打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的老师石炳存，对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。 再次由衷感谢答辩组的各位老师对学生的指导和教诲，我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值！l 参考文献l 1陈剑鹤主编 冷冲压工艺与模具设计 北京：机械工业出版社，2001l 2王树立主编 冷冲压模具设计 北京：中国轻工业出版社，1992l 3王孝培主编 冲压设计资料 北京：机械工业出版社，1987l 4赵孟栋主编 冷冲模设计 北京：机械工业出版社，2000l 5彭建声主编 冷冲压技术问答 北京：机械工业出版社，2000l 6冲模设计手册编写组 冲模设计手册 北京：机械工业出版社，2000l 7模具制造手册编写组 模具制造手册 北京 机械工业出版社， 2000l 8、张娴如 冲裁合理间隙的探讨 电工电子技术 1981l 9、吴兆祥 模具材料与表面热处理 机械工业出版社，2006l 10、刘建超等 冲压模具设计与制造 高等教育出版社 ，2002l 11、周雄辉等 现代模具设计制造理论与技术 上海交通大学出版社 ，2000