汽车发电机风扇的机械制造工艺及模具设计毕业设计说明书.doc

西华大学毕业设计说明书

目录
摘要 3
1. 前言 4
第二章 冲压工艺设计 7
第一节 冲压件的工艺性分析及工艺方案 7
1．冲压件的形状和尺寸（附图） 7
2．冲压件的尺寸精度 8
3.冲压工艺方案的制定 8
第二节 确定工艺方案及模具结构的型式 10
1.工序与排样 10
2. 制件定位、导正方式 12
3. 卸料装置 12
4.模架选择： 12
第三章 冲孔落料复合模具的设计 12
第一节 凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计算 12
1.零件图 12
2.计算模具刃口尺寸 13
第二节 冲压力和压力中心的计算 15
1.落料力的计算 15
2 冲孔力的计算 15
3 冲裁力的计算 16
4 卸料力的计算 16
5 推件力的计算 16
6 总冲压力的计算 16
7 压力中心的确定 17
第三节 模具零件及结构的详细设计 17
1．标准件的选取 17
2.模具工作零部件详细设计图 18
3.装配图 21
第四章 折弯模具的设计 22
第一节 形状与结构 22
1.零件图 22
2. 凸模与凹模工作部分尺寸计算 22
3.弯曲件的相对弯曲半径 24
4. 弯曲件的弯边高度 24
第二节 弯曲模的工艺设计计算 25
1.弯曲件的展开尺寸计算 25
2.计算该工序冲压力 25
3. 压力机标称压力的确定 26
4.回弹值的确定 26
第三节 弯曲模的模具零件及结构的详细设计 27
1. 标准件的选取 27
2.模具工作零部件详细设计图 28
3.装配图 30
总 结 31
致谢 32
参考文献 33

摘要
本设计为汽车发电机风扇的机械制造工艺及模具设计。在设计中，对此工件进行了工艺分析，其外形、尺寸、材料等均符合冲压模具的工艺要求。通过工艺计算，确定工艺方案：落料冲孔--落料冲孔--压加强筋--切槽--折弯--焊接的冲压工序，共6个工序。在模具结构设计过程中进行了必要的尺寸计算，选择了模具类型及结构，选择和设计了模具零件。最后用计算机绘制了所有模具的装配总图和部分模具零件的零件图，并编写了设计说明书。
【关键词】：冲压;工艺设计;模具设计
Abstract
This design is that the car generator fan machinery manufacturing technology and die design.In the design , processing analysis, its shape, size precision, material and so on accord with the pressing process requirements. Based on processing calculation and Determined the processing plan: blanking and punching --blanking and punching --pressure reinforced -- cutting--bending--weldingis stamping process,a total of 6. In the process of the mould structure design has carried on the necessary size calculation , Chosen the type and structure of dies Chosen and designed the mould parts. Then, using computer to draw all the mold assembly drawing and the part of mold parts . The last, I have to write the design specification .
.【Key words】:Press work; press scheme; die design;

1. 前言
国民经济的高速发展对模具工业提出了愈来愈高的要求，促使模具技术迅速发展，作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备，模具已发展成为一门产业。20世纪80年代以来，中国模具工业的发展十分迅速。近20年来，产值以每年15%左右的速度增长。2000年我们模具工业总产值已达280亿元人民币。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
冷冲压是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。它是压力加工方法的一种，是机械制造中先进的加工方法之一。
在冷冲压加工中，冷冲模就是冲压加工所用的工艺装备。没有先进的冷冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
由于冷冲压加工的零件形状尺寸精度要求批量大小原材料性能等不同，其冲压方法多种多样，但概括起来可分为分离工序和变形工序两大类分离工序是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓相互分离；变形工序是在材料不产生破坏的前提下使22毛坯发生塑性变形，形成所需要的形状及尺寸的制件。
冷冲压可分为五个基本工序：
（1）冲裁 使板料实现分离的冲压工序。
（2）弯曲 将金属板料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的冲压工序。
（3）拉深 将平面板料变成各种开口空心件，或者把空心件的尺寸作进一步改变的冲压工序。
（4）成型 用各种不同性质的局部变形来改变毛培或冲压件形状的冲压工序。
（5）立体压制（体积冲压） 将金属材料体积重新分布的冲压工序。
冷冲压与其它加工方法相比，有以下优点：
（1）用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其它加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。
（2）材料利用率高、工件重量轻、刚性好、强度高、冲压过程能耗低。因此，工件的成本较低。
（3）操作简单、劳动强度、低易于实现机械化和自动化、生产率高。
（4）冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期长、成本较高。因此，在单件、小批量生产中采用冲压工艺受到一定限制。冲压工艺多用于成批、大量生产。近年来发展的简易冲模、组合冲模、锌基合金冲模等为单件、小批量生产采用冲压工艺创造了条件。
由于冷冲压有许多突出的优点，因此在机械制造、电子、电器等各行各业中，都得到了广泛的应用。大到汽车的覆盖件，小到钟表及仪器、仪表元件，大多是由冷冲压方法制成的。目前，采用冷冲压工艺所获得的冲压制品，在现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表及各种电子产品和人们日常生活中，都占有十分重要的地位。据粗略统计，汽车制造业中有60%～70%的零件是采用冲压工艺制成的，冷冲压生产所占的劳动量为整个汽车工业劳动量的25%～30%.在机电及仪器、仪表生产中有60%～70%的零件是采用冷冲压工艺来完成的。在电子产品中，冲压件的数量约占总数的85%以上。在飞机、导弹。各种枪弹与炮弹的生产中，冲压件所占的比例也相当大。人们日常生活中用的金属制品，冲压件所占的比例更大，如铝锅、不锈钢餐具、搪瓷盆等都是冷冲压制品。占世界钢产量60%～70%以上的板材、管材及其它型材，其中大部分是经过冲压制成成品的。在许多先进的工业国家里,冲压生产和模具工业得到高度的重视,例如美国和日本,模具工业的产值已超过机床工业,模具工业成为重要的产业部门,而冲压生产则成为生产优质先进机电产品的重要手段。
本次设计的目的就是使我们将理论联系实际，理解和掌握冲压模设计的难点与重点，熟练掌握设计模具的方法与技巧。
第二章 冲压工艺设计
第一节 冲压件的工艺性分析及工艺方案
1．冲压件的形状和尺寸（附图）
材 料：0.8F 材料厚度：T1=1.0 mm ,T2=1.8 零件简图：如下图所示

此工件分为两部分，材料皆为0.8F，厚度T1=1.0mm，T2=1.8mm具有良好的冲裁性能，适合冲裁。工件结构相对简单，第一部分有一个直径为Ф80mm的圆孔，需要落料和冲孔。第二部分把叶片展开中间有一个直径为Ф17mm圆孔，也可以直接落料，冲孔，有加强筋需要压加强筋，叶片之间需要切断，折弯叶片，然后把两块铁板焊接。
2．冲压件的尺寸精度
冲裁件的精度按IT13确定，冲模制造精度按IT6~IT7确定。
3.冲压工艺方案的制定
1）方案种类
根据制件工艺性分析，要加工此零件，分析出以下三种方案。
方案一：落料冲孔--落料冲孔--压加强筋--切槽--折弯--焊接
方案二：落料--冲孔--落料--冲孔--压加强筋--切槽--折弯--焊接
方案三：冲孔落料--落料冲孔--压加强筋切槽--折弯--焊接
2）方案比较
方案二属于单工序冲压。模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，成本相对较高，生产率低。第一道工序完成之后，进入第二道工序，必然会加大误差，使工序质量和精度会较差，不易满足生产的要求。再加之此制件生产批量大，尺寸较小，这种方案生产率低，一般不宜采用。
方案三属于工序高度集中，工序少，辅助时间少，减少误差，但是模具结构复杂，模具制造难度大，模具制造成本高。而且该零件结构比较简单，精度要求不高，不需要工序高度集中。
方案一为简单的复合冲裁模和单工序冲裁结合，在同一部位同时完成零件多道加工，对于这种大批量生产零件，大大的提高了生产效率，且模具结构不算复杂，不难加工。故选用方案一。
3）冲压工艺规程卡

第二节 确定工艺方案及模具结构的型式
1.工序与排样
根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用，
1）搭边设计
板料厚度T1=1.0mm, 工件边长L=145mm, 所以a=1mm, a=0.8mm。条料宽度B=147mm。
2）条料1的排样布局

材料利用率计算：
S= πR12-πR22-1/4(πR12-πR12)
=3,14(72.52-402)-1/4×3.14(72.52-642)
=×100%=×100%=×100%
=49.3%
式中，—材料利用率；
S—工件的实际面积；
S—所用材料面积，包括工件面积与废料面积；
A—步距（相邻两个制件对应点的距离）
B—条料宽度。
3)搭边设计
板料厚度 T2=1.8mm工件边长L=157.3mm, 所以a=1.5mm, a=1.2mm。条料宽度B=160.3mm。
4）条料2的排样布局

材料利用率计算：
S= πR12-πR22+12×1/2×26×20
=3,14×652-3.14×8.52+3120
=18467.535 mm
=×100%=×100%
=×100%
=72.7%
2. 制件定位、导正方式
用导料销和挡料销来导正条料的进给。
3. 卸料装置
采用弹性卸料装置。
4.模架选择：
后侧导柱模架
第三章 冲孔落料复合模具的设计
第一节 凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计算
1.零件图

利用CAD计算毛坯的周长和面积。
周长C=（26+20）×12=552mm
面积S=18467.535 mm
2.计算模具刃口尺寸
未注公差的尺寸属自由尺寸按IT13确定工件尺寸的公差，采用凸凹模分别加工计算模具刃口尺寸
1）、 冲孔。

冲孔根据冲孔凸模为设计基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2cmin。工件制作精度为IT13，凸模和凹模均采用IT6和IT7级加工制造。制件的尺寸是，ф=17mm，Δ= +0.27查表《手册》6-1-2得：凸凹模最小双面间隙 2c=0.22 mm，凸凹模最大双面间隙 2c=0.32 mm，查表得x=0.75，查表6-1-3得凸凹模制造偏差δP= -0.02mm，δd= +0.02mm，
由表查得：ф17为IT13级，取x=0.75，凸模和凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则
d=(d+xΔ)=（17+0.75×0.27）mm=17.203mm
d= (d+2C)=（17.2025+0.22）mm=17.423mm
校核：+2C-2C
0.020+0.0200.32-0.22 故满足间隙公差条件。
所以综上所诉，该冲孔模具根据要求所设计的凸凹模的刃口尺寸分别为：
冲孔凸模 d= 17.20mm
冲孔凹模 d= 17.42mm
2)、落料凹模和凸凹模刃口的设计计算。

因为零件的外形相对复杂，因此我们使用配制的方法设计计算凹模和凸凹模的刃口尺寸。因为是落料，所以先做好凹模并作为基准件，然后按照此基准件的实际尺寸来配制凸凹模，使他们之间保持一定的间隙值，这样加工更容易。

1)、根据图所示，凹模磨损后三个尺寸都变大A (64)，A (20)，A (26)
根据刃口尺寸计算公式：A=(A-x)
查表：对于以上要计算的尺寸，其磨损系数均为A为x=0.75 ，
A和A为x=0.5
A=(64-0.75×0.46)mm=63.66mm
A=(20-0.5×0.33)mm=19.84mm
A=(26-0.5×0.33)mm=25.84mm
2）、凸模刃口尺寸确定：查表，冲裁合理间隙 2C=0.22mm ，2C=0.32mm，有凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为2C=0.22mm。
故相应位置凸模尺寸为：
A=63.66mm
A=19.84mm
A =25.84mm

第二节 冲压力和压力中心的计算
1.落料力的计算
F=KLtτ F---落料力
L----冲裁轮廓总长
t----材料厚度
τ----材料抗拉强度
K=1.3
L= （26+20）×12=552mm
查表7-4-1得 τ=300MPa
F=1.3×552×1.8×300=387.5KN

2 冲孔力的计算

F=KLtτ
L=πD=3.14×17=53.38mm
F=1.3×53.38×1.8×300=37.47KN

3 冲裁力的计算

F=F+F=387.5+37.47=424.97KN
4 卸料力的计算
—卸料力因数
查表6-1-14得 =0.05
F=0.05×387.5=19.38KN

5 推件力的计算

F=nKF —推件力因数
取凹模刃口十壁高度h=5mm n=h/t=3
查表6-1-14得 =0.055
F=3×0.055×37.47=6.18KN

6 总冲压力的计算

F=F+=424.97+19.38+6.18=450.53KN
应选的压力机标称压力：P0≥(1.1～1.3) F
=(1.1～1.3) ×450.53
=495.58～585.69 KN
初选设备为开式压力机J23—63

7 压力中心的确定
该零件形状结构对称，所以选用零件的几何中心为压力中心。
第三节 模具零件及结构的详细设计

1．标准件的选取
(1)、模座的选用：凹模厚度 H=Ks=0.2×158=31.6㎜ (s=158，k=0.2)
凹模长度 L =s+3H = 158+3×31.6=252.8㎜
凹模宽度 B =S1+2*S2 =158+2×46=250 mm
凹模尺寸： 取B =250㎜ L =250 mm H= 40 mm
所以查表7-10-2 得 上模座为 250×250×45
下模座为 250×250×55
导柱 35×210 导套 35×115×43
取， 闭合高度参考为（220-260）mm的后侧导柱模架。 GB/T2855.5

（2）、模柄采用压入式模柄 d = 40 JB/T 7646.3-1994；
查表7-9-5 （p148）的以下零件参数。
（3）、凸模垫板 250×250×10 JB/T 7643.3-1994
（4）、凸模固定板 250×250×22 45钢JB/T 7643.2-1994
（5）、卸料版 250×250×20 JB/T 7643.2-1994
（6）、凸凹模固定板 250×250×25
（7）、挡料销 6
（8）、圆柱销 8
（9）、卸料螺钉用M12，凸凹模固定用M12，凹模固定也用M12，
（10）、模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：
A、确定橡胶的自由高度 H0
H0 = 3×H1
H1 = t+1+8=1.8+1+8 = 10.8
由以上公式确定，H0 = 32.4 mm 取H0=35
所以橡胶的尺寸为 100×80×35
2.模具工作零部件详细设计图

（1） 凸模

（2） 落料凹模

（3） 凸凹模

3.装配图

第四章 折弯模具的设计
第一节 形状与结构
1.零件图

2. 凸模与凹模工作部分尺寸计算

1）凸模工作部分尺寸计算
凸模圆角半径　　根据定义知道当弯曲件的相对弯曲半径r/t<5～８时，且不小于ｒｍｉｎ/ｔ，凸模圆角半径等于弯曲件的圆角半径。
２）凹模工作部分尺寸计算　　
凹模圆角半径　　在生产中凹模圆角半径通常根据冲压件厚度取值，ｔ≤２ｍｍ时，=（３～６）。
3)凹模深度尺寸的计算
凹模深度查表5-16知，=20mm

4)凸、凹模间隙的确定
根据公式Ｚ＝+ct
查《冲压模具及设备》表5-17可知凸、凹模间隙系数c=0.05
所以Z=1.8+0.051.8=1.89mm。
5)凸、凹模横向尺寸
计算弯曲件内形尺：
=7
=94
=138
计算弯曲件外形尺寸
=7+1.8
=8.8
=94+2×1.8
=97.6
=138+2×1.8
=141.6
7为内形尺寸，由于本弯曲件采用配作法加工，故以凸模为基准，配作凹模，间隙取在凹模上。弯曲凸、凹模制造公差。取凸模精度取IT9级，凹模精度取IT8级。
=
=
=
=
=
=
=

=
=
=
=
=
=
3.弯曲件的相对弯曲半径
弯曲件的相对弯曲半径r/t>/t,查表5-3知08冷作硬化状态时垂直纤维方向的最小相对弯曲半径为0.4，平行纤维方向的最小相对弯曲半径为0.8，由图纸知r=1.8,t=1.8,所以r/t=1>/t,满足要求。
4. 弯曲件的弯边高度
弯曲件的弯边高度不宜过小，应满足h>r+2t,h较小时，弯边在模具上支持的长度过小，不容易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件，由本冲压件图知弯边高度:
h=17＞1.8+1.8×2
满足条件，所以本冲压件适合于弯曲。
第二节 弯曲模的工艺设计计算
1.弯曲件的展开尺寸计算
1）弯曲中性层位置的确定
有公式ρ＝r＋xt
式中r—弯曲件的内弯曲半径；r=1.8
t—材料厚度；由图知t=1.8
x—中性层位移系数；由《冲压模具及设计》表5-8知x=0.32
ρ＝r＋xt=1.8+0.32×1.8=2.376
2） 弯曲件展开尺寸计算
由于r/t=1>0.5,所以展开尺寸长度为
=++ρ
=++（r+xt）
=7+15.2+×2.376
=25.93 mm
2.计算该工序冲压力
1) 一般自由弯曲的弯曲力P:
P=
=
=5.29 KN

式中：P --- 弯曲力 ，10KN
σb--- 材料抗拉强度, Mpa
t --- 材料厚度，mm
B --- 弯曲线长度,mm

2）顶件力或压料力
由于本弯曲模有顶件装置或压料装置，其顶件力)可以近似取自由弯曲力的30％～80％，即
（）=（0.3～0.8）=（0.3～0.8）5.29 KN =1.578～4.232 KN；取3 KN
3. 压力机标称压力的确定
本零件各工序中只有弯曲两种冲压工艺方法，且冲压力均不太大，故均选用开式可倾式压力机，根据冲裁力的大小选用J23-16
4.回弹值的确定
1)自由弯曲时的回弹值
由于本弯曲件r/t=1<5～8,为大变形程度，弯曲件的圆角半径回弹量很小，可以不予考虑，只需确定角度的回弹值，由《冲压模具及设备》表5-4知=3°
第三节 弯曲模的模具零件及结构的详细设计
1. 标准件的选取
(1)、模座的选用：凹模厚度 H=Ks=0.2×158=31.6㎜ (s=158，k=0.2)
凹模长度 L =s+3H = 158+3×31.6=252.8㎜
凹模宽度 B =S1+2*S2 =158+2×46=250 mm
凹模尺寸： 取B =250㎜ L =250 mm H= 40 mm
所以查表7-10-2 得 上模座为 250×250×45
下模座为 250×250×55
导柱 35×210 导套 35×115×43
取， 闭合高度参考为（220-260）mm的后侧导柱模架。 GB/T2855.5

（2）、模柄采用压入式模柄 d = 40 JB/T 7646.3-1994；
查表7-9-5 （p148）的以下零件参数。
（3）、凸模垫板 250×250×10 JB/T 7643.3-1994
（4）、凸模固定板 250×250×22 45钢JB/T 7643.2-1994
（5）、卸料版 250×250×20 JB/T 7643.2-1994
（6）、圆柱销 8
卸料螺钉用M12，凸凹模固定用M12，凹模固定也用M12，
（7）、模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶和弹簧，其尺寸计算如下：
A、确定橡胶的自由高度 H0
H0 = 3×H1
H1 = t+1+8=1.8+1+8 = 10.8
由以上公式确定，H0 = 32.4 mm 取H0=35
所以橡胶的尺寸为 100×80×35
弹簧选用 3×20×4
2.模具工作零部件详细设计图
（1） 凸模

（2） 凹模

3.装配图

总 结
本次毕业设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是冲压模具设计。通过这次毕业课程设计，我深深体会到了学习知识的重要性。通过这次实践，我对冲压模的理论知识有了更深的理解，在设计的过程中翻阅了大量的参考书及手册，让我对一些参数有一个新的认识。通过参考一些别人的设计作品和查阅资料，吸取其中的精华，去除糟粕，自己也可以学会许多东西。
这次毕业设计，也让我对以前学过的制图软件有了加深，比如CAXA和UG,以前根本不懂模具的装配过程，现在通过毕业课程设计，重新学到了很多知识，受益颇深。也让我以后在工作中打下了良好的基础。

致谢
在本次毕业设计的过程中我的指导老师张晓洪老师给予了悉心指导。老师严谨的治学态度、睿智的洞察力、认真负责的工作作风、精益求精的科研方法给了我极大的帮助和影响。他的谆谆教诲和严格要求，促我勤奋，助我进取，其丰富的人生阅历教导了我为人处世的道理，必将使我终生难忘。在此衷心感谢大学以来所有老师对我的鼓励和指导以及同学们对于我的帮助。
感谢各位答辩老师在百忙之中抽出时间对论文进行答辩，并给与很多很好的建议。
感谢在各位同学，感谢他们在学习上和生活中给予我的关心和帮助，他们学习中的才智和勤勉给我留下了深刻的印象。
多年求学离不开家人的理解和支持，他们宽大无私的奉献精神和始终如一的理解支持永远激励着我，正是在他们这种精神的感召下，我才能够在学校专心并顺利地完成学业，在此也祝愿全家身体健康，阖家欢乐！
最后再次感谢指导老师、以及和我一起度过这几个月毕业设计的同学在我学习、生活中给予的关心、支持和鼓励！

参考文献
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［2］高军、李熹平.冲压模具标准件选用与设计指南.化学工业出版社.2007
［3］朱立义.冷冲压工艺与模具设计.重庆大学出版社.2006
［4］邓志平.机械制造技术基础.西南交通大学出版社.2005
［5］郝滨海.冲压模具简明设计手册.化学工业出版社.2005
［6］陈剑鹤.冷冲压模具设计图册.清华大学出版社.2007
［7］周理.冷冲模设计指导教程与简明手册.中南大学出版社.2010
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［10］曹文立.王冬.丁海娟.实用冲压模具设计手册.人民邮电出版社.2007
［11］万战胜.冷冲工艺及模具设计.中国铁道出版社.1994

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