柴油機(jī)排氣管沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)

1、 學(xué)院名稱： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 二一一 年 十二 月目 錄第一章 緒論21.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景.21.2 沖壓工藝介紹.21.3沖壓工藝的種類.31.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破.3第二章 制件工藝性分析及計(jì)算62.1課程設(shè)計(jì)題目62.2沖壓件工藝分析.62.3方案及模具結(jié)構(gòu)類型.72.4排樣設(shè)計(jì).72.5壓力與壓力中心計(jì)算.82.6壓力中心.92.7作零件刃口尺寸計(jì)算.92.8沖床選用.11第三章 零部件設(shè)計(jì)133.1沖大孔凸模外形尺寸.133.2沖小孔凸模外形尺寸.133.3 凸凹模結(jié)構(gòu)尺寸.133.4 凹模結(jié)構(gòu)尺寸.14

2、3.5 凸模固定板結(jié)構(gòu)尺寸.153.6 凸凹模固定板結(jié)構(gòu)尺寸.16第四章 模具總體設(shè)計(jì)17設(shè)計(jì)小結(jié)18參考文獻(xiàn)19第一章 緒論1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億，同時，有近200個億的出口），到2005年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為600億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個型號的汽車所

3、需模具達(dá)幾千副，價值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2003年我國汽車產(chǎn)銷量均突破400萬輛，預(yù)計(jì)2004年產(chǎn)銷量各突破500萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)到260萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達(dá)國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。1.2 沖壓工藝介紹沖壓是靠壓力機(jī)和模具對板材、帶材、管

4、材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有6070%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機(jī)械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達(dá)微米級，且重復(fù)精度高

5、、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺等。冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級進(jìn)模，可在一臺壓力機(jī)上完成多道沖壓工序，實(shí)現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。1.3 沖壓工藝的種類沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在

6、實(shí)際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。在實(shí)際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗(yàn)，如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。模座、模架、導(dǎo)

7、向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外，一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是

8、一個非常重要的問題。 1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一：機(jī)械化、自動化程度低美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī)，日本國內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機(jī)，而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國的應(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴(yán)重；封頭成形設(shè)備簡陋，手工操作比重大；精沖機(jī)價格昂貴，是普通壓力機(jī)的510倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步。突破點(diǎn)：加速技術(shù)改造要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面，結(jié)合具體情況，采取新工藝，提高機(jī)械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單

9、機(jī)連線自動化、機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造，使盡早達(dá)到當(dāng)今國際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使板材成形裝備自動化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時改造國內(nèi)舊設(shè)備，使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。阻力二：生產(chǎn)集中度低許多汽車集團(tuán)大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn)集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復(fù)建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的

10、狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅39.2%。突破點(diǎn)：走專業(yè)化道路迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團(tuán)中把沖壓零部件分離出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做強(qiáng)，成為國際上有競爭實(shí)力的沖壓零部件供應(yīng)商。阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套目前，我國汽車薄板只能滿足60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強(qiáng)度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm以上)等都依賴進(jìn)口。突破點(diǎn)：所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理，朝著高強(qiáng)、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展，并改善

11、沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料，擴(kuò)大應(yīng)用已勢在必行。阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)工藝推廣慢在我國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費(fèi)用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。突破點(diǎn)：走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體，科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞

12、大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應(yīng)用基地，形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實(shí)體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。阻力五：大、精模具依賴進(jìn)口當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計(jì)、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低，大約為40%45%，而國際上一般在70%左右。突破點(diǎn)：提升信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè)，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)，特別是成形過程的計(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，提高精度和互換率。力爭2005年模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)到60%，2010年達(dá)到70%以上基本滿足市場需求

13、。 阻力六：專業(yè)人才缺乏業(yè)內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，掌握設(shè)計(jì)權(quán)、投資權(quán)，我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。突破點(diǎn)：提高行業(yè)人員素質(zhì)這是一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)，又是一項(xiàng)長期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才，大批熟悉國內(nèi)外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家，大批掌握先進(jìn)技術(shù)、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計(jì)劃、分層次地培養(yǎng)。第二章 制件工藝性分析及計(jì)算2.1課程設(shè)計(jì)題目-柴油機(jī)排氣管沖壓成形工藝及

14、模具設(shè)計(jì)，零件圖如下:零件名稱:1T柴油機(jī)排氣管法蘭。技術(shù)要求：1.去毛刺2.材料3.中批量生產(chǎn)4.表面涂漆圖1 產(chǎn)品零件圖2.2沖壓件工藝分析 材料:該沖裁件的材料Q235是普通碳素鋼，具有較好的可沖壓性能. 零件結(jié)構(gòu):該沖裁件結(jié)構(gòu)簡單，比較適合沖裁. 尺寸精度:零件圖上所有未注公差的尺寸，屬自由尺寸，可按工T14級確定工 件尺寸的公差.查公差表可得各尺寸公差為:零件外形: 16mm 7mm 零件內(nèi)形: 18 mm 8mm 孔中心距60mm結(jié)論:適合沖裁.2.3方案及模具結(jié)構(gòu)類型該零件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以采用以下三種工藝方案:先落料，再沖孔，采用單工序模生產(chǎn).落料一沖孔復(fù)合沖壓，

15、采用復(fù)合模生產(chǎn).中孔一落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn).方案模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求.由于零件結(jié)構(gòu)簡單，為提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁或級進(jìn)沖裁方式。方案只需要一套模具，沖壓件的形位精度和尺寸易于保證，且生產(chǎn)效率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。方案也只需要一套模具，生產(chǎn)效率也很高，但零件的沖壓精度較復(fù)合模的低。欲保證沖壓件的形位精度，通過以上三種方案的分析比較，對該見沖壓生產(chǎn)以采用放案為佳。2.4排樣設(shè)計(jì)查冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-10,確定搭邊值:兩工件間的搭邊:a=2

16、. 2mm； 工件邊緣搭邊:a 1=1.8mm； 步距為:60m條料寬度B=(L+2a) =36.4mm確定后排樣圖如圖2所示。圖2 排樣圖一個步距內(nèi)的材料利用率為.沖裁單件材料的利用率按2式計(jì)算,即=1550÷（70×32.2）×100%=68.8% (2-4)式中A在送料方向，排樣圖中相鄰兩個制件對應(yīng)點(diǎn)的距離（mm）； n 一個沖距內(nèi)沖沖裁件數(shù)目；S一個進(jìn)距之間的實(shí)用面積。2.5壓力與壓力中心計(jì)算2.5.1沖裁力F=KLt (2-21)=1.3× 173.854× 3×400=271.2(KN)式中：F沖裁力（N）；L沖裁件周邊長

17、度，L43mm；K-系數(shù)，取k=1.3t材料厚度；材料的搞剪強(qiáng)度（Mpa），查得2350Mpa。沖孔力 F =1.3Lt =1.3×（2×3.14×8+3.14×18）×3×400=166.5(KN) 2.5.2 卸料力 F卸K卸F (2-22) 式中：K卸卸料力因數(shù)，其值由2表2-15查得K卸0.05。則卸料力：F卸 =0.05×271.2=13.56(KN)2.5.3推件力推件力計(jì)算按2式2-11：F推=nK推F沖 (2-23) 式中：K推推件力因數(shù)，其值由表2-15查得推0.05；n卡在凹內(nèi)的工件數(shù)，n=4。推件力則為

18、：F推6×0.05×166.5=49.95 (KN)其中n=6是因有三個孔。2.5.4模具總沖壓力為： F總 F落F卸F壓 F推271.2+166.5+13.56+49.95501.22(KN)2.6壓力中心 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑快的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，減低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，的按下述原則確定：（1）對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。（2）工件形狀相同且分布位置對

19、稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。（3）形狀復(fù)雜的零件，多孔沖模，級進(jìn)模的壓力中心可用解析法求出沖模壓力中心。2.6.1如圖3所表示 圖3 壓力中心因?yàn)橹萍舷玛P(guān)于x軸和左右關(guān)于y軸對稱，所以它的壓力中心就在坐標(biāo)原點(diǎn)上。2.7作零件刃口尺寸計(jì)算落料部分以落料凹模為基準(zhǔn)計(jì)算，落料凸模按間隙值配制;沖孔部分明中孔凸模為基準(zhǔn)計(jì)算，沖孔凹模按間隙值配制。既以落料凹模、沖孔凸模為基準(zhǔn)，凸凹模按間隙值配制。2.7.1刃口尺寸計(jì)算工件公差為IT14，X0.5落料凹模刃口尺寸計(jì)算16mm = (- X)=（16-0.5*0.43）=15.79mm7mm = (- X)=（7-0.5*0.36）=6.

20、82mm74mm = (- X)=（7-0.5*0.74）=73.63mm 32mm = (- X)=（7-0.5*0.62）=31.69mm沖孔模刃口尺寸計(jì)算 18mm = (+ X)=（18+0.5*0.43）=6.82mm 8mm = (+ X)=（18+0.5*0.43）=8.18mm孔距60= 0.125)=600.125*0.37=600.046mm2.7.2落料凹模板尺寸:凹模厚度: H=Kb(15mm) H=O.35×74=25.9mm凹棋邊壁厚c(1.5-2)H = (1.5-2)×25.9 =(38.85-51.8)mm 實(shí)取c=40mm凹棋板邊長: L

21、=b+2c=74+2×40=154mm凹模板寬B=160mm故確定凹棋板外形為:160×125×18(mm)2.7.3凸凹模尺寸:凸凹模長度:L=hl+h2+h3=16+10+24=50 (mm)其中:h1凸凹模固定板滾度h2:一彈性卸料板厚度h-增加高度(包括凸模進(jìn)入凹棋深度，彈性元件安裝高度等)3.7.4沖孔凸模尺寸:凸模長度:L凸=h1+h2+h3 =14+12+7 =43mm其中:hl-凸模固定板厚 h2一空心墊板厚h3-凹模板厚凸模強(qiáng)度校核:該凸模不屬于細(xì)長桿，強(qiáng)度足夠。2.8沖床選用2.8.1沖壓設(shè)備的選擇依據(jù)：1所選壓力機(jī)的公稱壓力必須大于總沖壓力，

22、即F壓F總2壓力機(jī)的行程大小應(yīng)適當(dāng)。由于壓力機(jī)的行程影響到模具的張開高度，因此對于沖裁，彎曲等模具，其行程不于過大，以免發(fā)生凸模與導(dǎo)板分離或滾珠導(dǎo)向裝置脫開的不良后果。對于拉深模，壓力機(jī)的行程至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上，以保證毛坯的放進(jìn)和成行零件的取出。3所選壓力機(jī)的最大高度應(yīng)與沖模的閉合高度相適應(yīng)。即滿足：沖模的閉合高度介于壓力機(jī)的最大閉合高度和最小閉合高度之間的要求。4壓力機(jī)工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并還要留有安裝固定的余地。但在過大的工作臺面上安裝過小尺寸的沖模時，對工作臺的受里條件也是不利的。2.8.2壓力機(jī)的選擇根據(jù)總沖壓力 F總=501KN,模具閉合高度,沖

23、床工作臺面尺寸等,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,用J23-63開式雙柱可傾沖床,并在工作臺面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下：公稱壓力： 630KN 滑塊行程： 100mm 行程次數(shù)： 40 次分封閉高度調(diào)節(jié)量：80mm滑塊中心線至床身距離：310mm最大閉合高度： 400mm 立柱距離： 420mm 工作臺尺寸（前后×左右）： 570mm × 860mm第三章 零部件設(shè)計(jì)3.1沖大孔凸模外形尺寸圖4 沖大孔凸模3.2. 沖小孔凸模外形尺寸圖5 沖小孔凸模3.3.凸凹模結(jié)構(gòu)尺寸 圖6 凸凹模3.4.凹模結(jié)構(gòu)尺寸圖7 凹模3.5.凸模固定板結(jié)構(gòu)尺寸圖8 凸模固定板3.6.凸凹模固定板結(jié)構(gòu)尺寸圖9 凸凹模固定板第四章 模具總體設(shè)計(jì) 圖 沖壓模具總裝配圖設(shè)計(jì)小結(jié)到今天為止,兩個星期的沖壓模具課程設(shè)計(jì)終于可以畫上一個句號。在自己努力和指導(dǎo)老師的細(xì)心地