制动圈冲压工艺及模具设计

学号14111900***湖南理工学院《机械制造装备设计》课程设计论文题目：制动圈冲压工艺及模具设计作者周**届别2011 届学院机械学院专业机械设计制造及其自动化指导教师邱兴海职称教授完成时间2015.1.3目录摘要１绪论２第一章冲压件零件图的绘制３第二章冲压件的工艺分析４2.1 工件材料４2.2 工件结构形状４2.3 工件尺寸精度４第三章冲压方案的确定５3.1 冲压方案５3.2 冲压方案的选择５第四章模具类型６4.1 模具类型的选择６4.2 操作和定位方式的选择６4.3 导向方式的选择７4.4 卸料、出料方式的选择７4.5 推件装置的选择８第五章主要工艺参数的计算８5.1 排样方式８5.1.1 排样方式的选择８5.1.2 确定搭边值和料宽８5.1.3 排样方式图９5.2 送料步距和利用率的计算１０5.2.1 送料步距的计算１０5.2.2 材料利用率的计算１０5.3 冲压力的计算１１5.3.1 冲裁力的计算１１5.3.2 卸料力、推件力的计算１２5.4 压力机的选择１３5.5 压力中心的确定１４5.6 模具刃口尺寸计算１６5.6.1冲裁间隙１６5.6.2 凸、凹制造公差的计算１７5.6.3 冲孔凸、凹模刃口尺寸计算１８第六章模具设计２１6.1 凸模设计２１6.1.1 冲孔凸模的设计２１6.2落料凹模设计２３6.3凸凹模设计２４6.4 其他模具零件结构２５6.5 典型零件加工工艺方案２６第七章模具闭合高度校核２６第八章绘制模具总装图２７第九章设计总结２８参考文献２９摘要本课程考查任务是设计制动圈（大批量）冲压模具。

课题进行过程中，主要以《冲压工艺及冲模设计》课程的理论为依据，同时结合《机械设计》、《机械制图》、《互换性及技术测量》、《机械制造技术基础》等相关课程的知识，首先根据课程考查任务书的要求，利用Auto CAD 软件完成了制动圈零件图的绘制，然后进行冲压工艺分析并确定合理的冲压工艺方案，选择排样方式及模具类型，并进行具体工艺计算和校核，选择定位和卸料方式，选择冲压设备，而且对如何保证冲压件精度要求，提高冲压生产效率，保证模具可靠工作，降低模具制造成本也进行了充分的考虑，最后利用Auto CAD 软件完成了连接板冲压模具装配图的设计和凸、凹模零件图的绘制。

通过制动圈冲压模具设计，达到了预期的设计意图，巩固和深化了所学的知识，取得了比较满意的效果。

关键词：制动圈；冲压模具；冲压工艺；模具设计绪论近年来，随着先进制造技术的不断发展，将冲压工艺及现在高新技术相结合，使得冲压工艺在深度和广度上都取得了突飞猛进的进展。

目前，冲压工艺在高效精密冲压、柔性模（软膜）成形、无模多点成形、超塑性成形、爆炸和电磁等高能成形以及冷冲压技术等方面取得了重大的进步。

随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，随着及国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。

近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

一些国内模具企业已普及了二维CAD，三维UG、Pro/Engineer等国际通用软件，个别厂家还引进了C-Flow、DYNAFORM、MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

采用冲压模具，可以显著提高劳动生产效率，减轻工人劳动强度和工作量，可以实现高速大批量生产，显著降低单件加工成本，经济性好；可以节省原材料，实现无切屑加工；可以保证产品质量的稳定性和良好的互换性；可以一次成形某些精密零件，不需要再进行机械加工；可以制造其它工艺方法难以加工的大型复杂零件和制品。

同时，采用冲压模具生产，由于操作简单，因此操作人员不需要很高的技术水平，而且还具有容易实现自动化生产的特点。

正确合理的设计冲压模具，不仅能够提高冲压产品质量和生产率，而且可以提高模具使用寿命，从而显著提高经济效益。

因此，在冲压模具设计过程中，必须清楚冲压件的结构、使用功能要求和加工工艺方法，掌握典型冲压模具的结构和冲压性能，熟悉机械设计各相关方面的理论知识，才能形成正确明晰的模具设计思路和方法，甚至有所创新，从而保证所设计的模具结构简单，工作安全可靠，并具有良好的使用性能。

第一章冲压件零件图的绘制根据给定尺寸，用AutoCAD 软件绘制冲压件零件图见图1-1。

图1—1 制动圈零件图第二章冲压件的工艺分析2.1 工件材料制动圈材料为1Gr18Ni9Ti(不锈钢)，经冷加工有较高的抗拉、抗剪强度，主要用于防腐设备的制造。

2.2 工件结构形状制动圈结构形状简单，是圆形及键槽形的组合形状，圆环外圆直径为36mm，内圆直径为19mm，内圆插销部分距离圆心4mm，宽度为4mm。

内孔及外缘之间的最小距离以及过渡圆角能够满足冲裁要求；材料厚度1mm，满足冲裁厚度要求，故该零件可以进行冲裁加工。

2.3 工件尺寸精度该工件结构简单，形状对称。

零件图上所有未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差；孔心距精度要求较高按IT11级。

以上分析说明，该零件冲裁工艺性良好，适合冲裁加工。

第三章冲压方案的确定3.1 冲压方案制动圈从结构形状及要求来看，只要通过冲孔和落料两个基本工序即可。

有以下四种工序方案选择：方案一：先落料，后冲孔，采用两套单工序模生产。

方案二：先冲孔，后落料，采用单工序级进模生产。

方案三：落料—冲孔同时在多个工位上完成，采用级进模生产。

方案四：落料—冲孔同时在一个工序上完成，采用复合模生产。

3.2 冲压方案的选择方案一模具结构简单，制作容易，但需要两副模具，增加了模具的制作成本，同时要进行两道工序，导致生产效率降低，难以满足大批量生产。

方案二只需要一副模具，减少模具和设备的数量，降低了模具制作成本，生产效率高，易于实现自动化。

但级进模轮廓尺寸比较大，结构比单工序模复杂。

方案三只需要一副模具，操作方便，生产效率较高，精度也能满足要求，但模具结构较复杂，成本高。

方案四只需要一副模具，模具轮廓尺寸较小结构紧凑，冲出的制件精度高，平整。

板料定位精度低，但能满足制动圈的要求精度。

通过对四种方案的分析和对比可以确定方案四为最佳方案。

第四章模具类型4.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，模具类型为复合模，能在同一副模具的相同位置，同时完成两道或两道以上不同冲压工序。

倒装式复合模具结构相对正装简单，加工更容易，制作成本相对低，故选择倒装式复合模具。

4.2 操作和定位方式的选择对于大批量生产的复合模，由于制件的尺寸较小，可选用手动送料。

通过模具的材料是条料，所以选用定位销来实现对冲裁条料的定位。

4.3 导向方式的选择为提高模具寿命和工作质量，安装调整方便，模具结构更简单，该复合模采用后侧导柱的导向方式。

4.4 卸料、出料方式的选择卸料装置分为刚性卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀三种。

刚性卸料装置卸料力大，工作可靠，常用于材料较硬、厚度较厚、精度要求不是很高的工件。

但在卸料时，由于板料没有受到压料力的作用，导致冲裁带孔部分有明显的翘曲现象。

弹性卸料装置主要由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡皮）等构成；主要用于材料较薄（小于或等于2mm）、硬度较小、精度要求高的冲裁；冲裁时弹性元件对板料有预紧作用力，故冲压件的平整度比较高。

弹性元件提供的卸料力比较小。

废料切刀主要用于大、中型零件冲裁或成形切边时，卸料力要求大，利用废料切刀将废料切开，达到卸料的目的。

制动圈厚度为1mm，相对较薄，尺寸较小，制件重量较轻，卸料力要求不大；垫片的平整度要求也不能过低；故采用弹性卸料。

在倒装式复合模具中，弹性卸料装置安装在下模。

为了使模具结构简单，采用向下出件方式。

4.5 推件装置的选择推件装置分为刚推件料装置和弹性推件装置。

刚性推件装置适用于对推件力要求大的制件；要使弹性推料装置就要选择好一点的弹性元件，这样增大了模具的制作成本。

为了推件平稳可靠，成本低，选用刚性推件装置。

第五章主要工艺参数的计算5.1 排样方式5.1.1排样方式的选择零件结构简单，条料从后往前送进，落料凸模的冲压力比较均匀，零件形状精度容易保证，为简单方便选择单列直排方式。

5.1.2确定搭边值和料宽制动圈为圆形，可根据下表5-1选择搭边值。

表5-1 手工送料时冲裁圆形金属制件最少搭边值料厚t=1mm ，搭边值a=1.5mm ，a 1=1.5mm 。

该冲模选择有侧压装置，材料的料宽：)2(max 00a D B +∆-∆-=（5-1） 式中： D max ——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a ——侧搭边值；△ ——条料宽度的单向（负向）偏差。

由D max =36mm ；a=1.5mm 得：mm a D B 395.12362max =⨯+=+=△值可根据表5-2选择：表 5-2 普通剪床用带料宽度偏差△（mm ）由t=1mm 得：△=0.5所以mm a D B 39)205.005.00m ax (--∆-==+5.1.3排样方式图如下图5.1所示：图5.1排样方式图5.2 送料步距和利用率的计算5.2.1送料步距的计算按图5.1的排样方式，送料的步距为制动圈的宽度及搭边值的和，用S 表示：mma D S 5.375.1361max =+=+=为方便令S 取整：S=38mm 。

5.2.2材料利用率的计算 材料利用率是衡量材料是否合理利用的重要指标，在保证制件质量的前提下，也决定板料的冲裁是横向还是纵向。

一个送料步距内的材料利用率：(5-2)式中:S ——一个制件的有效面积,mm 2；A ——送料步距，mm ；B ——调料宽度，mm一块板料的材料利用率为%51%100148206.756=⨯=η 结构废料由工件的形状决定，无法避免，材料的利用率满足要求，故排样方式合理。

5.3 冲压力的计算5.3.1冲裁力的计算冲裁工序力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力等，其中，最主要的是冲裁力的确定。

冲裁时，凸模给材料施加压力，材料对凸模产生反作用力，通常这种反作用力被称为抗力，材料对凸模的最大抗力就是冲裁力。

只有知道冲裁力才能保证正确的压力机和合理设计模具。

为了使结构简单，选择一般平刃冲裁，平刃冲裁时的冲裁力：t τKL F =（5-3）式中：K —安全系数t —材料厚度； 0τ—材料的抗剪强度；L —冲剪断面的周长。

系数K 是考虑实际生产中模具间隙值的波动和不均匀、刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因对冲裁力的影响而确定的修正系数，一般取K=1.3。

材料抗剪强度τ可从材料手册的机械性能中查出，1Gr18Ni9Ti在热处理退软状态下的τ=430～550MP。