变压器铁心级进模设计【毕业论文+CAD图纸全套】

摘 要 冲压制品的成型方法很多。其主要用于冲孔、落料、弯曲、拉深等。而冲压模，约占成型总数的 60%以上。可以利用电气控制，可实现半自动化或自动化作业。冷冲冲裁模主要用于金属制品的成型，它是冲压制品生产中十分重要的工艺装置。冲压模的基本组成是：上下模座、下模垫板、下模固定板、凹模镶块、抬料钉、导料板、导柱导套、卸料板弹钉、卸料板等。在本次设计中首先要对排样图进行分析，选择出最优方案。通过对最优方案的排样进行分析，计算出压力中心所处的位置。然后对模具结构进行设计，主要包括冲孔凸模、侧刃凸模、凹模等。之后对所设计的模具工 作零件的强度进行校核。选取标准的辅助零件，最后对整体结构进行组装、调试。 关键词： 工艺装置 冲孔 落料 冲裁模 to a It is so 0% of of or is of it is in is of In of to be of is by of so of of of of 录 第一章 绪论 . 1 第二章 零件的工艺性分析 . 2 . 2 . 3 . 3 . 3 第三章 排样设计及工艺参数的计 算 . 5 . 5 . 5 . 7 . 7 . 8 . 8 . 8 . 9 . 10 第四章 模具结构设计与计算 . 12 . 12 . 12 . 13 . 13 . 13 . 14 . 14 . 15 . 15 . 15 . 16 . 16 . 16 . 17 . 17 . 17 . 17 . 17 . 18 . 18 第五章 压力机的选择 . 结 . 谢 .考文献 .连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 1 第一章 绪论 在这个科技迅速发展的黄金时期，生产率如何，成为表征一个行业发展状况好坏的一个标准。正因为采用模具进行生产能在很大程度上提高生产率、节省原材料、降低生产成本，在要求的一定尺寸精度范围内能够保证零件的互换性，因此在我国各行各业得到了迅速、广泛的应用。尤其是改革开放以来，模具的发展和使用得到了空前的变化。模具是工业生产中的重要工艺装备，是国民经济发展的重要基础，模具已成为衡量一个国家生产制造发展水平的重要标志之一，模具已成为现代工业生产的重要手段之一，而且占比很大。 目前，随着信息时代的到来，各种各样的信息产品走 进我们的日常生活。而且电子产品向着 “ 轻，薄，端，小 ” 等方向发展，这就给 件的精密级进模的开发带来很大的困难。 状微小，几乎接近无间隙冲裁，对冲模刃口的设计和加工技术要求很高，冲裁间隙的均匀性和工艺稳定性很难保证，模具寿命不能得到保障，这些条件都给级进模设计者提出了更高的要求。级进模是一种精密、复杂的冲压模具，其优点在于高效率、高精度和高寿命等，适用于冲压行业的自动化生产。 早在我国古代，我国就已具备冲压模具的技术生产， 在考古发现中可以找到证据，这说明在我国古代的模具技术领先世界。在新中国成立后， 1953年，在长春第一汽车厂我国首次建立了冲模车间，开始制造汽车覆盖件模具。进入 60 年代后，我国开始生产精冲模具。与世界先进模具技术国家相比，不论在技术上还是在质量上甚至在数量上，都有较大的差距。一些大型的、精密型的、寿命长的模具还需要大量进口。 据统计，我国的模具数目总量已处在第四名，前三名分别是日本、美国、德国，虽然模具总数处在第四名，但在模具设计制造水平上要比日、德、美、法、意等发达国家落后许多。 方案 要想解决精密级进模的关键技术，必须从系统工程的角度出发，全面分析各种各样的影响因素，引入创新思想，结合模具本身的特点，设计和制造新型模具。具体方法有优化模具设计、采用新型的模具材料、应用超精密加工手段、采用特殊的处理工艺等。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 2 第二章 零件的工艺性分析 工件名称：变压器铁芯 生产批量：大批量 工件材料：硅钢片，厚度 1山 ” 和 “ 一 ” 字铁 如上图所示，此工件是标准的小容量变压器的铁芯片，材料是硅钢片，厚度是 产批量是大批量的生产。在使用时将 “ 山 ” 字片和 “ 一 ” 字片组合为一层，在变压器线圈上插装时，相邻的一层颠倒叠装，直到所需的铁芯厚度。 “ 一 ” 字铁和 “ 山 ” 字铁使用数量相等。由于生产批量大，应重点考虑节省材料、提高材料的利用率。 件的形状分析 1)工件形状相对简单，具有对称结构，这样可以减少排样废料，由于工件是大批量生产，能很大程度的提高材料的利用率。 2)除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允许工件有尖锐的清角外，冲裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡，避免清角。 3)尽量避免冲裁件上过长的悬臂与窄槽，此工件符合要求。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 3 4)冲裁件孔与孔之间、孔与零件边缘之间的壁厚，因受模具强度和零件质量的限制，其值不能太小。一般要求 c 工件满足要求。 5)冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制，不宜太小，否则容易折断和压弯。 件的材料分析 硅钢片，它是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量为 加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗 (铁损 )和磁时效。硅钢片的生产由于工艺复杂、工艺窗口窄， 生产难度大，被誉为钢铁产品中的工艺品，特别是取向硅钢片。硅钢片主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。世界硅钢片产量约占钢材总产量的 1%。 件的尺寸精度和表面粗糙度要求 1)冲裁件的尺寸精度要求，应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于 ，一般要求落料件公差等级最好低于 ，冲孔件最好低于 。零件上所有未注工差的尺寸，属自由尺寸可按照 外形尺寸： 671912 内部尺寸： 40+心距 55 2)冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。当冲裁厚度为 2断面粗糙度 一般可达 裁工艺方案的确定 在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。冲裁工艺方案可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。该工件主要包括落料、冲孔两个基本工序，因此可以产生三种工艺方案； 方案一：先落料，后冲孔，采用单工序冲裁模生产。 方案二：落料 用复合冲裁模生产。 方案三：冲孔 用级进冲裁模生产。 分析各工艺方案： 方案一：所需的模具结构简单，但是需要两道工序两副模架，这两副模架分别是落料模和冲孔模，由于所需工序和模具设备比较多，生产效率较低，与工件所要求的大批量生产不符，因此不建议选择此方案。 方案二：该方案只需一副模具，而且复合冲裁模结构紧凑，生产率高，制件精度高，大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 4 特别是制件孔对外形的位置度容易保证。但另一方面，复合冲裁模结构复杂，对模具零件精度要求较 高，模具装配精度也较高，材料的利用率不高，冲压后的成品件留在模具上，严重影响了冲压速度，而且操作人员的安全不能保证。 方案三：该方案只需一副级进冲裁模，生产率较复合冲裁模高，操作方便，材料的利用率高，工件精度也能满足要求。由于用级进模冲压时，冲压件是依次在几个不同位置上逐步成形的，因此要控制冲压件的孔与外形的相对位置精度就必须严格控制送料步距。 通过以上分析，综合考虑使用第三种方案最佳。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 5 第三章 排样设计及工艺参数的计算 样 理排样并绘制排样图 根据材料经济利用的程度大小，排样方法可分为有废料、少废料和无废料三种排样方法，根据制件在条料上的布置形式，排样又可分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多种多样的形式。 图 3(1)有废料排样法：如图 3示，沿制件的全部外形轮廓冲裁，在制件之间及制件与条料侧边之间，都有工艺余料 (称搭边 )存在。因留有搭边，所以制件的质量和模具使用寿命较高，但这样使材料的利用率降低不少。 (2)少废料排样法：如图 3示，沿制件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在制件之间留有搭边，这样使得材料的利用率有所提高。 (3)无废料排样法：无废料排样法就是无工艺搭边的排样法，制件直接由切断条料获得。就像图 3乎无废料产生。 采用少、无废料排样法，材料利用率高，有利于一次冲程获得多个制件，且可以简化模具结构、降低冲裁力。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差将直接的影响冲压件，这使得冲裁件的尺寸精度降低。与此同时，因模具单面受力 (单边切断时 )，不但会加剧模具的磨损，降低模具的使用寿命，而且也会直接影响到冲裁件的断面质量。为此，设计排样时必须统筹兼顾、全面考虑。 经分析工件形状，其窗口宽度和两侧的宽度相等，均为 12用这一特点，可以大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 6 减少废料，提高材料的利用率。排样如图 3示。 图 3图中 A、 B、 N、 M 区均为废料，送料的步距为一个工件长加上一个废料宽度。按这样的排样方式，材料的利用率为 89%， 冲裁板料采用条料，条料宽度为 差取 为两个工位，第一工位冲出 8 个 4孔和用侧刃切出 A、 B 两区的废料切口，第二工位冲裁 C 区的“山”字铁。第二工位完成三个任务，第一是完成 ”字铁冲裁，并从凹模孔中落出；第二是完成 ”字铁的落料，并从凹模侧面滑出；第三是完成 H 区“山”字铁左半部的冲裁成形。这一工位冲出两个“ 山”字铁和两个“一 ” 字铁，其中 H 区的“山”字铁被留在凹模上，为此上模设置吹料管，在滑块回程时将 E、 H、 区的落料由侧刃凸模完成。 本模具采用侧刃定距。由排样图可以看出，送料的实际步距是 86步距是 ”字铁长度 67 N 区废料宽度 19和。故侧刃冲裁也由两部分组成： E 区的冲裁。实际上 E 区并没有冲裁凸模， C 区的落料凸模起到了 工件上的 4是用于穿的，要求孔的位置不能偏移，故在 L 和 K 两孔处设置两个导正销。侧刃作为粗定位，其步距应大 于实际步距 裁时由导正销将条料拉回，实现精确定位。 条料第一次冲裁时，假如没有初始挡料，条料将被 于条料的 M、 N 区尚未冲裁，所以 E 区和 D 区的“一 ” 字铁冲裁后不能脱离，而使后续的冲裁无法进行。因此，必须利用始用挡料销确定条料第一次冲裁的正确位置。第一次送进条料时，用手按下始用挡料销，条料被挡在 N 区的前方。第一次冲裁的是 A、 B 两个废料区和 8 个 4孔。第二次送料时，始用挡料销由于弹簧的作用已隐在模具中不起作用，条料由 二次冲裁时， E、 工件， 区由于工件不完整而形成废料。第三次送料时即进入正常定位方式，直至将条料冲完。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 7 料有效利用率的计算 在冲压零件的成本中，材料费用约占 60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。不合理的排样会浪费很多的材料，衡量排样经济性的指标是材料的有效利用率，计算公式如下： = 00% = 00% 式中， 材料有效利用率； S 工件的实际面积； 0 所用材料面积，包括工件面积和废料面积； A 步距； B 条料宽度。 若考虑料头、料尾和边余料的材料消耗，测一块板料上总的材料有效利用率 总 为： 总 = 00% 式中， n 一块板料上冲裁件的总数目； S 一个冲裁件的实际面积； L 板料的长度； B 板料的宽度。 对于本课题的变压器铁芯，具体的材料有效利用率的计算过程如下 ： 一个步距内的材料有效利用率计算过程如下： = S 100% = 1(24192+ 22 8) (67+19)00% =查阅硅钢板规格尺寸表，厚度为 硅钢板有以下规格； 60020050400700420710420750500800500507009008009509001000000规格。综合考虑适合选择 1000000板材，每张板材可以剪裁 1000/取整为 12 条(000每根条料有 2000/(67+19)=整为 23个步距，则 总 为： 总 = 00% = 22310002000 100% = 所以，每块板料的材料有效利用率为 高材料有效利用率的方法 从材料有效利用率的计算公式可以看出，若能减少废料的面积，则材料的利用率高。废料可分为工艺废料与结构废料两种。结构废料由工件的形状特点决定，一般不会改变；大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 8 搭边和余料属工艺废料，是与排样形式及冲压方式有关的废料，设计合理的排样方案，减少工艺废料，才能提高材料利用率。 艺参数的计算 裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。若采用平刃冲裁模，其冲裁力 F = 中， 材料抗剪强度， L 冲裁周边总长， t 材料厚度， K 安全系数。 系数 模与凹模间隙的波动、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 查不到材料抗剪强度 时，可用抗拉强度 代替 ，此时 K=1。按照上式计算。铁芯材料是硅钢片，可取 =450料厚度 t=L 值由全部冲裁线组成： L = 822+(242+19)2+67+6719+67 = 冲裁力 F = 50 = 卸料力的计算 当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料刮下；将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上 顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；从凹模内向上顶出制件所需的力，称为顶件力。 = 中， 卸料力； K 卸料力系数，其值为 料取大值，厚料取小值 )； F 冲裁力。 )压力机公称压力的选取 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 9 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时各工艺力的总和 F+压力机的压力应大于 力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定： (1)对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 (2)工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 (3)形状复杂的零件、多凸模的压力中心 可用解析计算法求出。 解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置 O (x,y),即为所求模具的压力中心。计算公式为： x = 11 +22 +1 +2 +y = 11 +22 +1 +2 +因冲裁力与冲裁周边长度成正比，所以上式中的冲裁力 1、 2、 3、 、 ,可以分别用各冲裁周边长度 1、 2、 3、 、 代替，即： x = 11 +22 +1 +2 +y = 11 +22 +1 +2 +坐标系的建立是任意的，但坐标系位置选择适当可使计算简单化。在选择坐标系时，应尽量把坐标原点设在压力中心或几个对称压力中心的对称中心处，这样会使计算过程变得简单，而且不易出错。从排样图可以看出，冲裁线在 此 需要计算 力中心计算过程如下： x = + + + + + + + + + +x = 67866712916 8616 43+0+674367+67+16 +16 +67+67+124 x = 压力中心的 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 10 压力中心受力图如下图 3 图 3模与凹模刃口尺寸的计算 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模的主要任务之一。从生产实践中可以发现： (1)由于凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。 (2)在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 (3)冲裁时，凸模、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙愈来愈大。 由此在决定模具刃口尺 寸及其制造公差时需考虑下述原则： (1)落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 (2)考虑到冲裁中凸模、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值。 (3)确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高(即 制造公差过小 )，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 11 求过低 (即制造公差过大 )，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。制件精度与模具制造精度的关系见表 制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值” 处理，冲模则可按 制造；对于圆形件，一般可按 压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正。 查表得 = =造等级为： 落料凹模尺寸的计算 根据零件图凹模磨损后变大的尺寸有 1(67、 2(、 3(、4(12、 5(19。其中 3(为半磨损尺寸，制造偏差 =2。 刃口尺寸计算公式： = ( x)0+由表 对于以上要计算的尺寸，其磨损系数分别为 1=2=1、 3=1、4=1、 5=1。 1 = (67+ 2 = (+ 3 = (+ = 4 = (121+ 5 = (191+ 冲孔凸模尺寸的计算 = ( + )0 = (4+ 孔心距的尺寸计算 = ( + = ( 55模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙处在 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 12 第四章 模具结构设计与计算 模的设计及固定方式 模的设计 A、 B 区的侧刃凸模是由断面为 1924矩形长方体制成的，根据各板的规格可以知道侧刃凸模的高度，其高度适中且卸料力较小，因此采用螺钉吊装固定在垫板上，固定所采用的螺钉为模具中经常使用的内六角螺钉，其规格为 论上尺寸 194是考虑到凸模的使用寿命，因此将直角制成 圆角。 4凸模要穿过凸模固定板、橡胶弹性体及卸料板，长度较大，容易折弯或折断，故上部直径取较大值，定为 10入卸料板凸模直径为 4卸料板进行保护。 ”字落料凸模采用直壁形结构，其固定方式采用 3个 钉吊装在垫板上。“山”字铁左右两侧的直线刃口，是两次冲裁相接而成的。这种两次冲裁一个直边的情况称为平接，在级进模中本应该避免平接的出现，因为容易产生毛刺和相接痕迹。因此采用两个措施，第一是增加定位精度，在凸模上安装导正销，第二是凸模上的尺寸67取冲裁间隙时采用加大凹模的方法形成间隙。 D 区的切断凸模属于单面切断， H 区在冲裁的时候已由卸料板压紧，而此时 D 区处于悬臂的状态，切断凸模冲裁时有两种不利的趋势，其 一是悬臂的工件有侧倾的趋势，其二是凸模单边受力被挤而使冲裁间隙有扩大的趋势。为阻止其转动和侧倾，在下模部位设计出支承台阶。卸料板对凸模起到后支持的作用，在一定程度上可以消除第二个不利因素。 模的结构形式及其固定方法 凸模结构通常分为两大类，一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又可分为直通式和台阶式两种。直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时成形部分常采用成形磨削。对于圆形凸模， 冷冲模标准已制定出这类凸模的标准结构形式与尺寸规格。设计时可按国家标准选取。凸模的固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定、粘结剂浇注法固定等。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 13 模长度的计算及强度校核 本模具采用弹性卸料装置进行卸料，凸模长度包括 ：凸模固定板、橡胶弹性体、卸料板等长度，所以 L=66 在一般情况下，凸模的强度是足够的，不必进行强度计算。但对于细长的凸模，或凸模断面尺寸较小而冲压毛坯的厚度又比较大的情况下，必须进行承压能力和抗纵向弯曲能力两方面的校验，以保证凸模设计的安全。通过比较在这里只对冲孔 凸模进行校核。 对于圆形凸模有 4 式中 凸模最小断面的压应力， t 冲裁材料厚度， 冲裁材料抗剪强度， 凸模材料的许用压应力， 其中， =4t=450=250入上式成立，因此该冲孔凸模能满足要求。 模结构的设计和校核 模的结构设计 凹模采用镶拼结构，随着技术的发展，近年来由于线切割机床的普及，采用整体凹模结构具有制造简单、制作周期短的特点，并且由于凸模固定板、卸料板、凹模可以用同一程序定位、切割，因而可以保证相对位置的精度，便于装配。再者，本模具是纯冲裁模，凹模是一个平面，磨损后便于刃磨。综合以上因素，将凹模设计为整体凹模，所选材料为 材料淬透性好，利于刃磨。凹模结构图如下图 4 图 4大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 14 模的强度校核 凹模内部的两个矩形区，冲裁是处于悬臂状态，因而凹模应有足够的厚度，否则由于受弯截面过小，会使此处凹模折断，因此该处应进行强度校核，由裁料力学可知，将其简化为悬臂梁，其载荷 1是作用在头部宽度为 12冲裁力； 2是作用在长边冲裁力的和，其作用点在中心。 1 = 1 = 12103 03 450106 = 1890 2 = 2 = 03 03 450106 2 = = 1 +2 = 11 +22 = 240 矩形截面的抗弯截面模量由材料力学可知： W = 26 由材料力学可知弯曲强度条件是： 代入数据后得 H 模具所选凹模的厚度为 30此满足强度要求。 图 4位零件的设计 为了保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确的位置，要想冲裁出外形完整的合格零件，模具设计时必须要考虑条料或毛坯的定位。正确位置是依靠定位零件来保证的。毛坯的形状和模具的结构不同，所选择的定位零件多种多样。设计时可根据毛坯形状、模具的结构、零件的精度要求、生产率的高低等因素进行选择。定位包含控制送料步距大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文） 15 的挡料和垂直方向上的导料等。 料销 挡料销的作用是挡住条料搭边或冲压件轮廓以限制条料的送料距离。国家标准中常见的挡料销有三种形式：固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。固定挡料销安装在凹模上，用来控制 条料的进距，特点是结构简单，制造方便。由于安装在凹模上，安装孔可能会造成凹模强度的消弱，常用的结构有圆形和钩形挡料销。活动挡料销常用于倒装复合模中。始用挡料销用于级进模中开始时候的定位。 在该级进模上必