机械毕业设计（论文）-变压器油枕前盖冲压成形级进模设计【全套图纸】

变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 1 目录 前言.1 1 设计初始资料.3 2 分析冲压工件的工艺性.4 2.1 冲压件的工艺性分析4 2.2 冲压件的尺寸精度及标注4 2.3 工艺方案的确定及模具形式4 3 拟定冲压件工艺方案.5 3.1 排样5 3.2 工序的确定5 3.3 搭边类型的确定5 3.4 卸料板的选择6 4 工艺计算.7 4.1 毛坯料尺寸计算7 4.1.1 确定是否加修边余量.7 4.1.2 毛坯直径.7 4.1.3 确定是否需要压边圈.8 4.1.4 确定拉伸次数.8 4.2 搭边8 4.2.1 搭边的作用.8 4.2.2 搭边的数值.9 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 2 4.3 送料步距10 4.4 条料宽度10 4.5 材料利用率11 4.6 计算冲压力12 4.6.1 对毛坯冲孔、落料的冲裁力计算 12 4.6.2 对于毛坯用压边圈拉深的计算.13 4.6.3 辅助工艺力计算.14 4.7 压力中心的确定16 4.7.1 压力中心.16 4.7.2 压力中心的计算.16 5 凸、凹模刃口尺寸计算.18 5.1 刃口尺寸确定的原则18 5.2 冲裁间隙的选择18 5.3 尺寸计算19 5.3.1 对于 286 毛坯进行落料时的刃口尺寸计算.19 5.3.2 对于 11和 4 孔冲裁时的尺寸计算 20 5.3.3 对拉深模的尺寸计算.20 6 模具强度的校核.22 6.1 模具失效形式22 6.2 对冲裁部分的模具零件进行校核计算22 6.2.1 压应力校核.22 6.2.2 弯曲应力的校核.23 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 3 7 模具主要零部件设计.24 7.1 模架的选用24 7.2 导向装置的确定24 7.3 模柄的选择24 7.4 定位装置的设计24 7.5 卸料形式的确定25 7.6 导料装置的确定25 8 模具材料的选用.26 8.1 选择材料的原则26 8.2 工作零件材料的选择方法及步骤26 9 压力机的选用.28 10 模具工作过程.29 11 经济性分析.30 12 总结.32 致谢.33 参考文献.34 附录 A.35 附录 B .39 摘要 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 4 一副级进模内可以包含冲裁，弯曲，成型，拉深等多道工序，一台冲床可完成从板 料到成品的各种冲压过程。它免去了用单工序模的周转和每次冲压的定位过程，提高了 劳动生产率和设备利用率。 本文进行了变压器油枕前盖冲压成形级进模的设计，通过对待冲压成形的工件 变压器油枕前盖的分析，确立了冲压的工艺过程以及冲压级进模的结构。而后对级进模 的各个主要零部件进行了尺寸的计算和强度校核，通过压力机的确定，设计出了整个冲 压级进模。所设计的级进模，使目前生产变压器油枕前盖的效率大大提高，并且有效降 低了生产成本，获得收益的增加。 关键词：级进模；变压器油枕前盖；模具设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 5 ABSTRACT There are many working procedure in a progressive die, and only one piercing lath can finish the process from material to finished product. It exempted from locating process which appeared in the plain die, and increased the working productivity and using rate of equipment. This article has designed the progressive die which is in use of punching the front cover of transformer. By analyzing the front cover of transformer, it designed the technical process and the structure of progressive die. Then it calculated the size of important components, checked them, and designed the whole progressive die by the way of choosing pressure motor finally. the progressive die designed improved the productivity of the oil tank front cover of transformer, decreased the cost of producing and increased the income. Key words: progressive die; the oil tank front cover of transformer; die design 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 6 前言 变压器是一种把电压和电流转变成另一种（或几种）同频率的不同电压电流的电气 设备。发电机发出的电功率，需要升高电压才能送至远方用户，而用户则需把电压再降 成低压才能使用，这个任务是变压器才能完成的。因此变压器是电力工业中非常重要的 组成部分，在发电、输电、配电、电能转换和电能消耗等各个环节都起着至关重要的作 用，也是电工行业的主要组成部分之一，在国民经济中占有非常重要的地位1。 作为电力工业的重要的装备行业之一，变压器制造业其发展受电力工业的影响非常 大，其中电网基础建设的投资和发展对变压器产品需求的影响更为直接。油枕作为变压 器油箱的主要附件需求量也在增大。 油枕也称储油柜，油枕装在油箱的顶盖上。油枕的体积是油箱提及的 10%左右。在油 枕和油箱之间有管子连通。当变压器的体积随着油的温度变化而膨胀或缩小时，油枕起 着储油和补油的作用，保证铁芯和绕组浸在油内；同时由于装了油枕，缩小了油和空气 的接触面，减少了油的劣化速度。油枕侧面有油标，在玻璃管的旁边有油温在-30、 +20和+40时的油面高度标准线，表示未投入运行的变压器应该达到的油面；标准线 主要可以反映变压器在不同温度下运行时，油量是否充足。油枕上装着呼吸孔，使油枕 上部空间和大气相通。变压器油热胀冷缩时，油枕上部的空气可以通过呼吸孔出入，油 面可以上升或下降，防止油箱变形甚至损坏。 油枕的作用是：调节油量，保证变压器油箱内经常充满油；减小油和空气的接触面， 防止油受潮或氧化速度过快2。 油枕前盖是油枕的主要部分，前盖上面留有油标安装位置。而现在的油枕前盖制作 仍处在小批量生产，生产率低。为适应现在市场上的需求量，应采用生产率高的能实现 大批量生产的级进模加工。 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 7 目前，我国的模具技术有了很大发展，模具的精密度、复杂程度和寿命都有很大提 高。如，主要的汽车模具企业已能生产大型、精密的轿车覆盖件模具；体现高水平制造 技术的多工位级进模的覆盖面增加；塑料模热流道技术日渐成熟，气体辅助注射技术开 始采用；压铸工艺得到发展。此外，CAD/CAM/CAE 技术得到广泛应用，高速加工、复合加 工等先进的加工技术也得到进一步推广；快速原型进展很快；模具的标准化程度也有一 定提高。 但是，由于我国的模具行业起步较晚，与国外相比，仍存在不小的差距，主要体现 在： 产需矛盾：随着工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度的加快，对模具的需 求越来越大。无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只达到 70左右。造成 矛盾突出的原因是模具企业的专业化、标准化程度低，生产周期长。另外，设计和制造 工艺水平还不能完全适应发展的需要。 企业结构不合理：我国很多模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂或车间内，模 具的商品化程度低，而国外 70以上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路，因 此生产效率和经济效益俱佳。 产品水平：衡量模具的产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工 模具的复杂程度，以及模具的制造周期和使用寿命。而这几项指标与国外相比的差距都 十分明显。 此外，模具工业的整体装备水平也存在相对落后，利用率低的现象。高素质的模具 技术人才缺乏，产品的综合开发能力还急需加强。 经过了几年的大学学习之后，在此毕业设计中，我选择了模具设计的这个题目，在 各位老师的指导及帮助下完成了本次设计。因本人无任何实际生产经验及设计经验，仅 从理论和书本上出发，进行了本次设计，难免有不少疏漏和错误之处，恳请各位指导老 师予以指正，提出批评。另外，对设计中对我进行指导的所有老师表示感谢！ 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 8 1 设计初始资料 注有技术要求的产品零件图，如下： 图 1-1 待加工工件-变压器油枕前盖 Fig 1-1 the workpiece waiting to machining 1) 工件生产批量 此零件的生产批量为大批量生产。 2) 原材料规格 冲压零件使用材料为 Q235， 3) 未注公差 这次所设计工件，未注尺寸公差取自由精度 IT14。 4) 模具制造技术能力和设备条件及可采用模具标准状况 因为本设计是在理论基础上进行设计，故模具制造技术能力及设备条件从理论上满 足即可。 在设计中，尽可能地利用模具标准件。我国的模具零部件有不少已经形成国家标准， 且有系列化标准。比如：凸模、凹模、挡料销、定位销、上下模板、模柄、凸凹模固定 板等。 设计中，对于模架及连接、定位件，都采用了国家标准。对于凸模、凹模等不易采 用国家标准的零件，进行了单独设计，以满足加工产品零件的加工要求以及使用要求。 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 9 2 分析冲压工件的工艺性 分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：即经济和技术两方面。由于该工件 为大批量生产，故可采用冲模冲压加工生产，采用普通的冲压的模具生产较率低，且费 用较高，经估算占冲压件总成本的 30%40%，甚至更高一些。因此，在选择生产方法时， 根据工件特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。另外，在设计 时尽量简化加工工序、采用简单的冲模结构也可降低模具的生产成本，以取得更大的经 济效益。 2.1 冲压件的工艺性分析 由产品零件简图中可以得到以下信息：在前盖这个零件中，没有不规则的曲线及棱 角，且在各曲线相接之处均有圆角过渡，没有一处为尖角，所以从这一点来看，前盖这 个零件可以用冲压工艺生产。而且，这些圆滑过渡还有利于模具制造及提高模具的使用 寿命。 2.2 冲压件的尺寸精度及标注 表 2-1 冲模制造精度与冲裁件精度之间的关系 Tab.2-1 the connection between precision of punching die and cuttered parts 板料厚度（）冲模制造精度 0.50.81.01.52.03.04.05.06.08.0 IT6IT7IT8IT8IT9IT10IT10 IT7IT8 IT9IT10IT12IT12IT12IT12 IT9 IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14 2.3 工艺方案的确定及模具形式 1) 根据以上对该工件的分析，该工件尺寸精度要求不高，形状简单，无尖锐清角等 问题存在，但产量较大，根据尺寸较大，材料较厚的特点，同时为保证孔位精度，冲模 有较高的生产率，采用工序集中的方案。 2) 同时根据工件特点，采用导正销进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的级进 模冲压模结构形式。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 10 3 拟定冲压件工艺方案 3.1 排样 排样是冲裁件在条料上的布置方法。合理的排样可以提高材料的利用率，从而降低 生产成本。因此，合理的排样是冲裁模设计的重要内容。 排样主要依据工件的外形特征，主要分为直排、斜排、直对排、混合排、多行排等 形式。考虑到压力机的使用以及模具的设计成本，本次设计的工件采用直排可使生产成 本最少3。 根据该冲压件的形状特征，采用单排排样。 3.2 工序的确定 在级进模设计中，应根据产品零件的技术要求和形状特点选择合适的冲压工序，确 定各工位所完成的工序，这一工作成为工序排样。 根据零件图的特点初步确定工序性质、工序数目、工序顺序。 由于此工件采用级进模具加工，考虑到模具的制造难易成度以及材料的利用率，加 工步骤确定如下： 1) 冲工艺孔 2) 落料、拉深、冲工件孔 3.3 搭边类型的确定 在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边分为三 种：有搭边、少搭边和无搭边。搭边的作用是补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保 持条料刚度利利于送料避免废料丝进入模具间隙导致模具损坏。搭边值要合理确定，从 节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量 不利。 搭边值的大小与下列因素有关： 1) 材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。 2) 零件的形状与尺寸 零件尺寸大或有尖角和突出等复杂开头时，搭边值应大一些。 3) 材料厚度 厚度大的材料搭边值取大一些。 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 11 4) 送料及挡料方式 手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小些。 3.4 卸料板的选择 卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形， 并能帮助送料导向和保护凸模等。卸料板有固定卸料板（又称钢性卸料板）和弹性卸料 板两种。固定卸料板用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束； 弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面主提高，借助 弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。本次设计选择 使用刚性卸料装置。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 12 4 工艺计算 4.1 毛坯料尺寸计算 4.1.1 确定是否加修边余量 根据冲压件相对高度： (4-1)5 . 008 . 0 252 19 d h 可不考虑加修边余量。 4.1.2 毛坯直径 根据下图和下公式，可计算毛坯直径 (4-2) mm rrddhdD 286 256 . 0 252272 . 1 192524252 56 . 0 72 . 1 4 22 22 式中 毛坯直径()；D 中径()；d 中径高()；h 圆角半径()r 图 4-1 毛坯料展开尺寸计算5 Fig.4-1 dimension calculating on material unfolded 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 13 4.1.3 确定是否需要压边圈 根据坯料相对厚度 （4-5 . 1007 . 0 100 286 2 100 D t 3） 式中 坯料厚度()t 所以需要压边圈。 表 4-1 采用或不采用压边圈的条件 Tab.4-1 conditions on adopt or not press circle 第一次拉深以后各次拉深拉深方法 (%) D t 1 m (%) 1n d t n m 用压边圈1.50.610.8 可用不可用1.52.00.611.50.8 不用压边圈2.00.61.50.8 4.1.4 确定拉伸次数 根据相对厚度查设计资料确定出圆筒形件（带压边圈）极限拉深系数 m1=0.600.631.02=0.6120.6426，而工件的拉深系数为，大于 m1，则88 . 0 286 252 D d 可一次拉成。 4.2 搭边 排样时冲裁件与冲裁件之间（a）以及冲裁件与条料侧边之间（a1）留下的工艺余料 称为搭边。 4.2.1 搭边的作用 起补偿条料的剪裁误差、送料步距误差以及补偿由于条料与导料板之间有间隙所造 成的送料歪斜误差的作用。若没有搭边则可能发生工件缺角、缺边或尺寸超差等废品。 使凸、凹模刃口双边受力。由于搭边的存在，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁， 受力平衡，合理间隙不易破坏，模具寿命与工作断面质量都能提高。对于利用搭边拉条 料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 14 4.2.2 搭边的数值 搭边过大，浪费材料。搭边太小，起不到上述应有的作用。过小的搭边还可能被拉 入凸模和凹模的间隙，使模具容易磨损，甚至损坏模具刃口。 搭边的合理数值就是保证冲裁件质量、保证模具较长寿命、保证自动送料时不被拉弯拉 断条件下允许的最小值。 搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓 形状等。一般来说，板料愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值 a 与 a1 也应愈大。下表是对应图的搭边宽度的经验值。 表 4-2 搭边尺寸 Tab.4-2 the dimension of side 料宽搭边 a 和 a1a 和 a1的最小值 25 1.0t0.8 25751.25t1.2 751501.5t2.5 1503002t5.5 图 4-2 搭边尺寸3 Fig.4-2 the dimension of side3 在本设计中，根据上表中 a 值最小值为 5.5，由实际情况决定取 a=34。 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 15 4.3 送料步距 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距） 。每个步距可以冲出 一个零件，也可以冲出几个零件。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点 之间的距离。本次设计为每次只冲一个零件，步距 A 计算公式为： (4-4)aLA 式中 冲裁步距()；A 沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值()；L 沿送进方向的搭边值()a 在本次设计中，工件沿条料送进方向上最大宽度为 286，工艺孔沿条料送进方向上 最大宽度为 4，所以冲裁步距 A=L+a=286+34=320 4.4 条料宽度 条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，剪裁时的公差带分布规定上偏差为 零，下偏差为负值（-） 。条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料板导向而又无 侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。条料宽度 B 的计算应保证在这二种误差的 影响下，仍能保证在冲裁件与条料侧边之间有一定的搭边值 a1。 本设计采用无侧压装置，条料宽度按下式计算4： (4-5) 0 01 22 baDB 式中 条料与导料板之间的间隙（表 4-3）() 0 b 剪板机剪料的下偏差（表 4-4）() 表 4-3 条料与导料板之间的间隙 () 0 b Tab.4-3 the gap between strip and leading board 无侧压装置有侧压装置 条料宽度 条料厚度 100 100200200300 100 100 1 0.50.5158 150.81158 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 16 表 4-4 剪板机剪料的下偏差() Tab.4-4 the Lower deviation of cutted materical by cutting machine 条料宽度条料厚度 50 50100100200200400 1 0.50.50.51.0 130.51.01.01.0 341.01.01.01.5 461.01.01.52.0 mm baDB 0 1 0 1 0 01 300 1125 . 52286 22 4.5 材料利用率 图 3-1 排样图5 Fig 3-1 pilot5 选用 9002000的钢板根据条料宽度裁成 3 条。 =900/300=3 条 1 n 每条裁板上的冲压件数 （个）6 320 2000 2 A L n 每张钢板的冲压件总数 （个）1863 21 nnn总 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 17 板料的利用率： (4-6) % 2 . 64 90020004 28614 . 3 18 %100 4 2 2 LB Dn 总 式中 板料利用率； 每张板料的冲压件总数(个) 总 n 整个板料长度()；L 整个板料宽度()B 4.6 计算冲压力 4.6.1 对毛坯冲孔、落料的冲裁力计算 冲裁力是指冲裁时，材料对凸模的最大抵抗力，它是选择冲压设备和校核模具强度 的重要依据6。 其冲裁力按以下公式计算: (4-7) KLtF 式中 冲裁力(N)；F 冲裁件周长()；L 板料厚度()；t 料抗剪强度(N/2)； 系数K 公式是对冲裁区的变形进行简化，认为是纯剪变形区得到的，而变形区的实际情况 比较复杂，因此采用系数加以修正，一般取=1.3，KK 在本设计中冲裁部分均为圆形，所以冲裁件周长为圆周长DL 在进行毛坯落料时，冲裁力为 落 F kNNtDF52.77032.770518233028614 . 3 3 . 13 . 1 落 式中 毛坯直径，286D 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 18 材料抗剪强度，Q235 钢=310380MPa，取 330MPa 在进行毛坯冲孔时，冲裁力为 F冲，同时冲 2 个的孔和的孔，则 114 21 22 孔孔冲 FFF tDtD 21 3 . 13 . 12 孔孔 2330414. 33 . 123301114 . 3 3 . 12 48.1077664.59270 N12.70047 kN05.70 式中 工件孔直径， 11 1孔 D 工艺孔直径， 4 2孔 D 4.6.2 对于毛坯用压边圈拉深的计算 在实用上，拉深力 F(N)可按下式计算： (4-8) b dtKF 式中 拉深件直径()；d 料厚()；t 材料抗拉极限(MPa)； b 修正系数，与拉深系数有关。m 愈小，愈大。KK kNNdtKF b 53.27856.278530440225214 . 3 4 . 0 拉 式中 修正系数，=0.4，由表 4-5 查得；KK 材料抗拉强度，Q235 钢=380470MPa，取 440MPa b b 表 4-5 修正系数 K 的数值 Tab.4-5 the value of modifying coefficient m10.550.570.600.620.650.670.070.720.750.770.80 K11.000.930.860.790.720.660.600.550.500.450.40 mn0.700.720.750.770.800.850.900.95 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 19 K21.000.950.900.850.800.700.600.50 4.6.3 辅助工艺力计算 1) 压边力 在拉深过程中，为防止凸缘部分材料起皱，可以采用压边圈的方法。此时，压边力 应适当。当压边力不足时，材料会起皱；压边力过大时，拉深件壁部易拉裂破坏。压边 力通常可以调节。 本设计中采用了压边圈，另外由于加工需要，压力圈还兼起顶出工件的作用。 压边力计算公式： (4-9) ApF Q 式中 压边面积(2)；A 单位面积上的压边力(MPa) ，其值可有表 4-6 查取。p 表 4-6 单位压边力值p Tab.4-6 the value of unit pressure on side 材料单位压边力 p/MPa 铝0.81.2 紫铜、杜拉铝（退火的或淬好火的）1.21.8 黄铜1.52.0 软钢 t0.52.02.5 软钢 t0.52.53.0 20 钢、08 钢、镀锡钢板2.53.0 软化状态的耐热钢2.83.5 高合金钢、高锰钢、不锈钢3.04.5 对于筒形件，则第一次拉深时的压边力： kNNprdDF d 76.2329.237585 . 262252286 4 2 4 2 2 2 2 压 式中 凹模圆角半径，取=6； d r d r 单位压边力，=2.5MPa 查表可知。pp 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 20 2) 卸料力 在冲裁后，多余的材料会由于弹性变形而卡在凸模上，这时就需要把废料卸下来， 卸料的作用力就是卸料力。 (4-10) 落卸 FKF 1 式中 系数，由表 4-2 查得 1 K NFk338.532.77051805 . 0 卸 3) 顶料力 在拉深之后，工件会有一定的弹性形变，所以要将其顶出来。 计算公式： (4-11) 拉顶 FnKF 2 式中 系数，由表 4-2 查得，取 0.055 2 K 拉深件个数n kNF32.1556.278530055 . 0 顶 表 4-7 卸料力，推件力和顶件力系数 Tab.4-7 the coefficient of pressure that unloading material, pushing part and peaking part 料厚/mm 1 K 2 K 3 K 0.1 0.0650.0750.10.14 0.10.050.0450.0550.0630.08 0.52.50.040.050.0550.06 2.56.50.030.040.0450.05 钢 6.50.020.030.0250.03 铝，铝合金0.0250.080.030.07 紫铜，黄铜0.020.060.030.09 4) 推料力 在冲压加工完成后，由工件变形和模具结构上来看，工件可能卡在上模中，此时由 推料机构将其从上模中推出，其推料力计算公式为： 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 21 (4-12) 拉冲推 FFKF 3 式中 系数，由表 4-2 查得，取 0.06 3 K kNF12 . 5 18.1531912.7004706 . 0 推 推顶卸压拉落冲总 FFFFFFFF 5.12+15.32+38.53+23.76+278.53+70.05+770.52 kN83.1201 为使压力机能安全工作，压力机标称压力应大于所需总压力 kNF1201 总 所以选取。初选压力机为 J21A-160 型。kNF1600 机压 其主要参数如下： 标称压力：1600kN 滑块行程： 20160 工作台尺寸： 1000710 最大装模高度： 350 最小装模高度： 230 工作台孔直径： 425 4.7 压力中心的确定 4.7.1 压力中心 冲压力合力的作用点称为冲模压力中心。为保证冲模能够正确和平衡地工作，冲模 压力中心必须与通过模柄轴线和压力机滑块的中心线相重合。以免滑块受偏心载荷，从 而减少冲模及压力机导轨的非正常磨损，提高模具寿命，避免冲压事故9。 模具压力中心可按静力平衡原理计算，即压力中心等于各冲压力构成的平行力系构成的 合力作用点7。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 22 4.7.2 压力中心的计算 根据下图计算 图 4-3 压力中心计算 Fig.4-3 the calculate on press center 由于所冲两个孔关于中心线对称的，所以冲孔力的作用点就在中心线上。 在（x1，0）处的作用力为 P1，在（x2，0）处作用力为 P2，且=155，令 x1=100， 21x x 则 x2=255 公式： (4-13) n nn PPP xPxPxP x 21 2211 0 n i i n i ii P xP 1 1 kNP32.110853.27827.5952.770 1 kNP78.10 2 及 x1=100，x2=255 代入式中 得41.102 78.1032.1108 25578.1010032.1108 0 x 从上式结果中可以看出，压力中心几乎与工件几何中心重合，而且二者相差极小。 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 23 加上在实际生产中难免存在的加工误差影响，所以可将工艺冲压力忽略，即取工件的几 何中心为压力中心。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 24 5 凸、凹模刃口尺寸计算 5.1 刃口尺寸确定的原则 凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设 计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的合理性综合考虑， 遵循以下原则8： 1) 设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得；设 计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。 2) 根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此设计落料模时， 凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件的孔径尺寸减小， 因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。 3) 冲裁模在使用中，由于磨损间隙值将不断增大，因此设计时无论是落料模还是冲 孔模，新模具都必须选取最小合理间隙 Zmin，使模具具有较长的寿命。 4) 根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级，如表所示。 表 5-1 模具公差和工件公差的关系8 Tab.5-1 the connection of tolerance between mold and workpiece8 板料厚度（） 0.50.81.01.52.03.04.05.06.08.0 模具公差 工件公差 IT6IT7IT8IT8IT9IT10IT10 IT7IT8 IT9IT10IT12IT12IT12IT12 IT9 IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14 5.2 冲裁间隙的选择 间隙在冲裁模中指凸、凹模刃口间缝隙的距离，通常称为单边间隙。考虑使用习惯， 仍采用双边间隙作为间隙的定义。 对普通冲裁，间隙对冲裁力和卸料力有明显影响。特别对卸料力影响显著。与此同时， 间隙还影响冲裁件的尺寸和模具寿命。试验表明，当间隙过小时，落料件尺寸大于凹模 尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸；间隙过大时，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件大于 凸模尺寸。在正常使用情况下，间隙增大，模具寿命会明显提高。 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 25 选用冲裁间隙的主要依据是在保证冲件断面质量的前提下使模具寿命提高。在通常 情况下，可根据冲件剪切表面质量及尺寸精度、模具寿命等因素，将冲裁间隙分为两大 类。其中小间隙主要适用于电子、电工、仪表等行业，冲裁厚度较薄(t0.5)；大间隙 适用于冲裁厚件(t0.5)的冲模以及一般技术要求的模具。 5.3 尺寸计算 凸、凹模的刃口尺寸计算按加工方法不同，可分为两种情况：凸模和凹模分开加工； 凸模和凹模配合加工。在本设计中，因主要冲裁的工件形状均为圆形，故采用前一种方 法，即凸模与凹模分开加工。采用此方法时，要分别标注凹模及凸模的刃口尺寸及制造 公差。 5.3.1 对于 286 毛坯进行落料时的刃口尺寸计算 设落料尺寸为，根据以上各原则，此时先确定凹模刃口尺寸，其基本尺寸接近 D 好等于工件轮廓最小极限尺寸，再减小凸模刃口尺寸以保证最小合理间隙。 min Z 计算公式如下： (5-1) d xDDd 0 (） (5-2) 0 min) ( p ZxDDp 式中 ， 分别为落料凸、凹模刃口尺寸()； p D d D 工件制造公差()； 落料件外径的基本尺寸()；D 最小合理间隙(双边)()； min Z ， 分别为凸凹模制造偏差()； p d 磨损系数，工件精度为 IT14 时，=0.5xx 已知落料时工件尺寸为 30 . 1 0 286 查表取=0.246，=+0.050 =-0.035 min Z d p 所以凹模尺寸： 050 . 0 0 050 . 0 0 65.28630 . 1 5 . 030.287 d D 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 26 凸模尺寸： 0 035 . 0 0 035 . 0 40.286246 . 0 30. 15 . 030.287 p D 5.3.2 对于 11和 4 孔冲裁时的尺寸计算 设工件孔的尺寸为，根据上述原则，冲孔应先确定凸模刃口尺寸，凸模刃口的基 d 本尺寸接近或等于工件孔的最大尺寸，再增大凹模刃口尺寸以保证最小合理间隙。凸 min Z 模制造偏差取负偏差，凹模制造偏差取正偏差。计算公式如下： (5-3) p xddp (5-4) d Zxddd min 式中 ， 分别为冲孔凸模和凹模尺寸()； p d d d 孔基本尺寸；d 工件制造公差 磨损系数，工件精度为 IT14 时，=0.5xx 已知冲孔时，孔基本尺寸为 43 . 0 0 11 查表得 =0.246，=-0.020，=+0.020 min Z p d 所以凸模尺寸： 0 020 . 0 0 020. 0 22.1143 . 0 5 . 011 p d 凹模尺寸： 020 . 0 0 020 . 0 0 46.11246 . 0 43 . 0 5 . 011 d d 对于冲的工艺孔也如上计算4 其基本尺寸为 30 . 0 0 4 查表得=0.246，=-0.020，=+0.020 min Z p d 所以凸模尺寸： 0 020 . 0 0 020 . 0 15 . 4 30 . 0 5 . 04 p d 凹模尺寸： 020 . 0 0 020 . 0 0 35 . 4 20 . 0 30 . 0 5 . 04 d d 5.3.3 对拉深模的尺寸计算 1）拉深模间隙的确定 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 27 拉深模的间隙是指单边间隙，即。间隙过小增加摩擦阻力，使拉深件 2 D凸 凹 D Z 容易破裂，且易擦伤零件表面，降低模具寿命；间隙过大，则拉深时对毛坯的校直作用 小，影响零件尺寸精度。因此，确定间隙的原则是既要考虑板料厚度的公差，又要考虑 筒形件口部的增厚现象，根据拉深时是否采用压边圈和零件的尺寸精度要求合理确定。 本设计中采用了压边圈拉深一次拉深成形，可查表选取拉深间隙 Z=1t=12=2。 2）拉深凹模和凸模的尺寸及其公差: 本设计对工件要求内形尺寸，以凸模尺寸为基准进行计算。即 凸模尺寸： (5- 凸 凸 4 . 0dd 5) 凹模尺寸： (5-6) 凹 凹 Zdd24 . 0 加工工件尺寸为，查表 =0.06 ， =0.10 30 . 1 0 250 凸 凹 凸模尺寸： 06 . 0 06 . 0 52.25030 . 1 4 . 02504 . 0 凸 凸 dd 凹模尺寸： 0.10 10 . 0 254.522230 . 1 4 . 025024 . 0 凹 凹 Zdd 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 28 6 模具强度的校核 6.1 模具失效形式 模具的失效是指模具丧失了正常工作能力，其生产出的产品已成为废品。模具的基 本失效形式是断裂及开裂、磨损、疲劳及冷热疲劳、变形腐蚀。模具在工作过程中可能 出现多种损坏形式，各种损伤之间又互相渗透，相互促进，各自发展，而当某种损坏的 发展，导致模具失去正常功能时，则模具失效9。 而影响模具失效的因素主要有以下几方面： 1) 模具结构影响。模具结构包括模具几何形状、模具间隙、冲头模具的长径比、端 面倾角、端面倾角、过渡角大小、装配结构等。不合理的机构可能会引起严重的应力集 中或高的工作温度，从而恶化模具的工作条件。 2) 模具材料的影响。模具材料必须满足对塑性变形抗力、断裂抗力、疲劳抗力、硬 度耐磨性、冷热疲劳抗力，以及韧性等性能要求。如不能满足，则会发生模具早期失效。 如在循环载荷下，如果材料的疲劳抗力差，在经过一定的应力循环后，可能萌发疲劳裂 纹，并逐渐发展至模具断裂失效。 3) 热处理及加工制造工艺的影响。模具进行热处理的目的是为了使模具获得理想组 织，从而获得所需性能。但若热处理工艺不当，或工艺不合理，则可导致模具韧性下降， 产生热处理缺陷，或性能降低，从而引发模具早期失效。 模具加工制造工艺，特别是锻造工艺，对模具的失效影响就越大。合理地锻造工艺 使大块碳化物破碎，使之细小分布均匀，但若锻造工艺不合理，则达不到打碎晶粒，改 善方向性，提高钢的致密等目的，甚至引发锻造缺陷。 6.2 对冲裁部分的模具零件进行校核计算 在本次模具设计中，容易发生失效的零件主要是加工孔和孔的凸模，针114 对此零件进行校核。 6.2.1 压应力校核 (6-1) 压 t d 4 min 式中 凸模最小直径()；d 材料厚度()；t 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 29 材料的抗剪强度(MPa)；Q235 为 310380MPa，取 330MPa； 凸模材料许用压力(MPa)；本设计凸模材料选用 T10A，取 1600MPa。 亚 则 ，远远小于 11和 4，故满足使用要求。65 . 1 1600 33024 6.2.2 弯曲应力的校核 冲孔是有导向装置的，其公式为：4 (6-2) P d L 2 max 270 式中 凸模允许的最大自由长度()； max L 凸模的最小直径()；d 冲裁力(N)P 6 . 41 10780 4270 2 在设计中，凸模长度取 4041.6满足。 对于的孔，为无导向的，其公式为：11 (6-3) P d l 2 max 95 式中 凸模最大允许长度() max l 凸模最小直径()d 冲裁力(N)P 8 . 66 29635 11 95 2 在设计中，凸模长度为 5066.8，故满足。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 30 7 模具主要零部件设计 7.1 模架的选用 模架是由上、下模座、模柄及导向装置(最常用的是导柱、导套)组成。模架是整副模 具的骨架，模具的全部零件都固定在它上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的 上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、 下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，来引导凸模的运动，保证冲裁过程中间 隙均匀。一般模架均以列入标准，设计模具时，正确选择即可10。 标准模架中，应用最广的是用导柱、导套作为导向装置的模架。根据导柱、导套配 置不同分 4 种形式：后侧导柱模架；中间导柱模架；对角导柱模架；四导柱模架。 模架大小的规格可直接由凹模的周界尺寸从标准中选取。 根据加工工件的最大高度为 20，下模最大尺寸值为 360，选出模架规格为 ,导程400 0 D475S 其国标号为：GB/T2851.1-90 7.2 导向装置的确定 由于模架已确定，故导柱的直径就已经确定，再根据模具需要的闭合高度 H 应大于 零件加工最大高度的 22.5 倍即可确定导柱长度。 在设计中，选用了国标号为 GB/T2861.2-90B 型滑动型导柱。 其直径 d=50，长度为 240 导柱确定后，导套直径就确定了，导套外径为 D=65。因为工件的最大高度为 20， 所以与导柱的滑动配合处长度应大于 2.520=50。再根据国家标准 GB/T2861.7-90， 确定导套长度为 140。 7.3 模柄的选择 由压力机参数中的模柄孔直径就可以确定模柄尺寸。选用模柄 C 型凸缘模柄，其基 本参数为，模柄凸缘直径 D=115，模柄高度为 90，使用三个 M8 的沉头内六角圆柱螺 钉与上模座连接。 7.4 定位装置的设计 定位装置： 为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安装在冲模上完成下一步的冲压工序，必 变压器油枕前盖冲压成形级进模设计 31 须采用各种形式的定位装置。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度，质 量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位装置 应避开油污，碎屑的干扰并且不与运动机构干涉。 本设计中在条料进入导料时，在进行第一次冲压前，设有初始挡料削，用与定位， 保证条料有正确的送料距。另外在凸模上安装导正销，在落料工位进行导正，其以尖圆 头一端先进入零件在第一工位冲孔时预先冲出的定位孔中，以辅正送料中的误差，起到 精确定位的作用，然后再进行落料冲压，提高产品精度。 7.5 卸料形式的确定 卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形， 并能帮助送料导向和保护凸模等。卸料板有固定卸料板（又称钢性卸料板）和弹性卸料 板两种。固定卸料板用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束； 弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面主提高，借助 弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。由于本次设计 中卸料力较大，因此本次设计选择使用刚性卸料装置。 7.6 导料装置的确定 在设计中，采用 2 条 320的导料尺进行导料。 采用自动送料装置，为防止增大摩 擦力，使条料不能送进，所以不采用侧压装置。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 32 8 模具材料的选用 8.1 选择