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变压器 储油 柜端盖 复合 设计

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湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学 部： 理工学部 学生姓名刘英学 号200741914213年级专业及班级2007级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称陈文凯副教授毕业论文（设计）题目变压器储油柜端盖复合模具设计毕业论文（设计）工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1、 复合模具的工艺分析；2、 模具工艺方案的确定；3、 模具必要的工艺计算。1、 模具主要零部件的结构设计；2、 冲压设备的选定；3、 绘制模具设计总装配图和非标准零件图；4、 编写设计计算说明书。指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日检查（考核）小组意见检查小组组长签名： 年 月 日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名刘英学号200741914213年级专业及班级2007级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称陈文凯 副教授开题时间2010年 11月 日毕业论文（设计）题目变压器储油柜端盖复合模具设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）一、研究意义随着世界工业的迅速发展,模具行业成为了工业领域中一个极重要的地位,从古往简易模具发展到当今的高精度模具,在这之中的时段里,人类通过各式各样方法加上现代的科技把模具行业上一步步推上新的台阶. 如今模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。随着中国加入WTO，在机遇与挑战并存的中，中国模具的进出口高速发展，外资企业带来资金的同时也带来了技术与市场，另一方面，外资企业的大量涌入，且外资企业在市场中处于优势地位，给国内名族工业带来了很大的竞争压力，这两方面的效应使得中国模具市场必须从包括产品数量、质量、品种和水平多个角度去提升自己的竞争力；储油柜是油浸式变压器重要的重要保护性器件，是用于满足绝缘油因油温变化而产生的体积变化（热胀冷缩）所必需的补偿容器，而储油柜端盖作为储油柜一零件，是一种市场需求量很大的零件，对于这种批量很大的零件，如何在保证质量的同时保证速度，这就需要一套设计合理的复合模满足高效率的生产；而复合模是指压力机在一次行程中，在模具的同一工位上，材料无须进给移动，就能同时完成数道不同的冲压工序的结构形式的模具；而设计是指构思和创造以最佳方式将设想向现实转化的活动过程，在一定条件下，以当代先进技术满足社会需求为目标，寻求高效率、高质量完成设计的方法。故如何设计这套复合模具让工件的精度和生产效率较高且操作方便是具有至关重要的意义现实！本课题要求对复合模设计，通过对零件进行具体的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺，如：凸模、凹模、凸凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导尺、挡料销、导正销等，自然加深对复合模具设计的了解，掌握复合模具的一般规律及基本步骤方法，对零件冲压工艺方案的制定、工艺计算及生产模型设计有了更深层次的认识，增强解决工艺分析和模具设计过程中的疑点、难点问题的能力，并学会对生产模型设计资料的检索与整合以及对已有资料的充分合理的施用，该实践性课题是对学生理论学习水平的实践和检验，可对以后从事类似的工作有一定的指导性与实践性意义，也为自己以后深入学习打下良好基础，从而可提升自己贡献中国模具市场的实力；二、国内外研究现状鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前，国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命12亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5K大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。在中国，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。目前全世界生产模型总产值约为680亿美元，中国只占8%左右，为更新和提高设备水平，冲压生产模型企业每年都需进口设备。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：一、总量供不应求；国内模具自配率只有70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右。二、企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理；模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。且精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。中国目前的生产模型结构还需要进一步调整，增长方式也需要进一步转变，必须从量的扩张逐渐转变到以质为先的轨道上来。只有这样，我国生产模型产品的质量与水平才能真正提升，才能的领有国际市场的竞争力，才能使生产模型产品的出口量的增长与质的提升相结合。而世界模具市场需求不断增长，其中欧洲、北美国家增长稳定，特别是东欧国家、亚洲市场略有回升，市场潜力很大，拉美国家市场明显增长，尤其是墨西哥。在过去一年中，模具市场之所以需求增长缓慢,主要是因为模具寿命增加，再有就是用户针对整个制造过程提出要求，取代了许多的机床和刀具。以及多功能模具的应用增多，替代了很多以往单功能的简单模具。近年来，工业发达国家的人工费用增加，其国内以生产高精模具为主，人工劳动投入量大的模具依靠进口解决。因此，中低档的模具国际市场潜力十分巨大，模具出口的前景是十分乐观的。此外，国际市场对塑料模具架及模具标准件的需求量也很大。综上所述，国内外的研究现状是我们必须了解的，以便自己有针对性的学习努力！国内外模具市场是充满挑战和机遇的，国际国内模具市场相当需要我们新一代去奉献自己的力量的！三、参考文献：1王树勋等. 典型模具结构图册M.广州.华南理工大学出版社，2005.42涂光祺.冲模技术M，北京.机械工业出版社，2004.93王卫卫.材料成形设备M, 机械工业出版社，2006.14杨玉英.实用冲压工艺及模具设计手册M，北京：机械工业出版社，2005.95瓮其金.冲压工艺与冲模设计M，北京：机械工业出版社，2004.76赵孟栋.冷冲模设计M，北京：机械工业出版社，2005.47成大先.机械设计手册M，北京：化学工业出版社，2004.18模具实用技术丛书编委会.冲模设计应用实例M（第五版）.北京：机械工业出版社，2003.49傅建军.模具制造工艺M.北京：机械工业出版社，2004.110牟林冲压工艺与生产模型设计M北京：中国林业出书社，2006 11徐慧民生产模型制造工艺学M北京：北京理工大学出书社，2007 12周贤宾冲压技术的发展J机械工人，2002,1: 12-15 注：此表如不够填写，可另加页。研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）一、研究目的： 结合国内外先进复合模具设计技术和自己所学知识对专用模具进行计算、设计，使生产实际操作更加方便、合理、可靠；二、研究内容：（一）变压器储油柜端盖复合模具工作部分零件的设计； （二）变压器储油柜端盖复合模具零部件设计与校核； （三）变压器储油柜端盖复合模具典型零件加工工艺的制定三、研究方法： 结构分析法、文献资料法、经验法、计算法。四、预期成果： 在指导老师的指导下按期完成一项优秀的本科毕业设计。五、条件保障： 四年来专业知识为论文的完成提供理论保障；老师的悉心指导；便利的校园网和图书馆及图书馆数据库是毕业设计的有力保障。时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）第一阶段 2010年10月-2010年11月 收集查阅相关资料，对设计整体的把握，完成开题报告，确定提纲。第二阶段 2010年12月-2010年 3月 具设计基本计算和结构设计，相关图纸的绘制和说明书的初步编写，完成初稿。第三阶段 2010年 4 月-2010年4月底 接受中期检查，继续对相关图纸、数据进行修正检查，并补充忽略内容。第四阶段 2010年 5 月-2010年5月底 按照老师的要求，修改完善论文，定稿并准备答辩。开题论证小组意见 组长签名： 年 月 日专业委员会意见专业教研室主任签名： 年 月 日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）成绩评定册学生姓名刘英学号200741914213年级专业及班级2007级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称陈文凯 副教授毕业论文（设计）题目变压器储油柜端盖复合模具设计完成时间20 年 月 日答辩时间20 年 月 日摘要：通过分析变压器储油柜端盖的结构和成形工艺，计算毛坯尺寸、冲压力及刃口尺寸，重点设计其工艺结构零件和辅助结构零件，对工作零件、定位零件、压料卸料及出件零件、导向零件、固定零件、紧固及其他零件外形大小尺寸等的计算和确定，设计出了一套集落料、拉深、冲孔三工序为一体的复合模的模具结构，经过工艺分析、结构设计，并对模具的强度进行检验，论证了其可能性，保证了制品的质量，提高端盖的生产效率； 在模具设计中,充分利用已经掌握的知识和资源，由于端盖中间的凸起结构，故在拉深过程中，需采用镶拼式凸模，使之扯裂整形；且采用顺装结构，用顶杆装置从下往上使工件顶出；其中落料凸模也是冲孔凹模，这一凸凹模设计能够在模具的统一部位同时完成制件的落料和冲孔工序，从而保证了冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度和平整性、生产效率高；而且具有条料的定位精度比连续模低，模具轮廓尺寸比连续模小的优点；关键词：落料 拉深 冲孔 凸模 凹模 凸凹模 复合模答辩资格审查意见：专业委员会主任签名：20 年 月 日指导教师评语：指导教师建议成绩： 指导教师签名：年 月 日评阅教师评语：评阅教师建议成绩： 评阅教师签名：年 月 日答辩小组评语：答辩小组建议成绩： 组长签名：年 月 日成绩评定综合成绩（百分制）： 分折合五级记分制成绩：答辩委员会审查意见：答辩委员会主任签名：年 月 日成绩评定说明：毕业论文（设计）的成绩评定采用综合加权评分的办法，按指导教师评分占30%、论文评阅人评分占30%和答辩小组评分占40%计算出百分制的综合成绩，并根据综合成绩确定相应五级记分制等级。系部答辩委员会对毕业论文（设计）的预评、评阅、答辩成绩进行审查，对评定等级为优秀或不及格以及答辩评分中有争议的论文（设计）要进行重点审核，最终确定成绩。指导教师、评阅教师、答辩小组应分别严格按湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）评分标准中的相应标准客观、公正赋分。本表一式二份，一份进入学生个人档案，一份存学院档案室。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）选题审批表专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目变压器储油柜端盖复合模具设计选题来源（ ）结合科研课题 课题名称（）生产实际或社会实际 （ ）其他选题性质（ ）基础研究 （）应用研究 （ ）其他选题完成形式（ ）毕业论文 （）毕业设计 （ ）提交作品，并撰写论文指导教师姓名陈文凯职称副教授是否主持或参与过科研课题（）是（ ）否选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要选题依据：变压器储油柜端盖是一种市场需求量很大的零件，对于这种批量很大的零件，如何在保证质量的同时保证速度，这就需要一套设计合理的复合模满足高效率的生产；而目前这套复合模具还存在有安装较困难，工件出件较困难、强度难保障等问题；故设计一套复合模具让工件的精度和生产效率较高且操作方便有其必要性，故选择此课题以期通过设计一套简便的模具能解决其强度难保障、出件困难等问题，并能提高效率，满足社会需求和质量精度要求等具有至关重要的现实意义。研究内容简介： 1、工件加工工艺分析；2、模具结构尺寸设计及强度计算及校核；3、绘制复合模具设备图纸及装配图，非标准件零件图；4、编写设计说明书。专业委员会意见专业委员会主任签名： 年 月 日注：1.请在选项前的“（ ）”内打“”；意见栏必须由相应责任人亲笔填写，不够填写时可另加页。湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计变压器储油柜端盖复合模设计DESIGN OF COMPOSITE MOULD FOR TRANSFORMER OIL STORAGE CABINETS COVER 学生姓名：刘 英学 号：200741914213年级专业及班级：2007级机械设计制造及其自动化（2）班指导老师及职称：陈文凯 副教授湖南长沙 提交日期：2011年 5月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文设计作者签名： 年 月 日目 录摘 要1关键词11前言22工件工艺性分析22.1工件图纸分析22.2工序顺序的确定33制定工艺方案43.1工艺方案的分析43.1.1修边余量的计算43.1.2毛坯尺寸的计算43.1.3确定拉深系数83.1.4确定是否使用压边圈93.2工艺方案的确定94工艺计算94.1材料排样及材料利用率的计算94.2确定板料规格和裁料方式104.3压力中心的计算104.4刃口尺寸与公差的计算114.4.1落料114.4.2拉深124.4.3冲孔124.5冲压力的计算及冲压设备的初选134.5.1落料134.5.2拉深144.5.3冲孔155模具总体分析165.1模具工作过程的分析166模具主要零部件的结构设计166.1模具工作部分零件166.1.1落料凸模166.1.2落料凹模176.1.3拉深凸模176.1.4拉深凹模176.1.5冲孔凸模186.1.6冲孔凹模186.2安装紧固零件的设计186.2.1模柄的设计186.2.2模架的设计186.2.3上、下模座的设计186.2.4固定板的设计196.2.5垫板的设计196.2.6螺钉的设计196.2.7销钉的设计206.3导向零件的设计206.3.1导柱206.3.2导套206.4卸料和顶件装置的设计216.4.1卸料装置的设计216.4.2顶件装置的设计227模具强度校核237.1冲孔凸模的强度校核237.2螺钉的强度校核238冲压设备的选定248.1压力机类型的选择248.2压力机规格的确定249结论25参考文献25致 谢26附 录26变压器储油柜端盖复合模设计学 生：刘 英指导老师：陈文凯 副教授(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：由于此次设计的变压器储油柜端盖中间有凸起结构，故在拉深过程中，需采用镶拼式凸模，使工件扯裂整形。模具采用顺装结构，即用顶杆装置从下往上使工件顶出；通过分析变压器储油柜端盖的结构和成形工艺，计算毛坯尺寸、冲压力及刃口尺寸，设计出了一套集落料、拉深、冲孔三工序为一体的复合模的模具结构。在整个设计过程中，重点设计其工艺结构零件和辅助结构零件，最后对模具的强度进行检验以论证其可能性，从而保证了制品的质量，提高端盖的生产效率。关键词：端盖复合模；落料；拉深；冲孔Design of Composite Mould For Transformer Oil Storage Cabinets CoverStudent: Liu Ying Tutor: Cheng Wenkai Professor(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: In this design,there is a raised structure in the middle of the transformer oil storage cabinets cover. So it is needed a mosaic-style punch to make the workpiece possible to rip plastic and reshaped in the drawing process. The mould is in a smooth structure.In other words,taking the pin-lift arrangement to push out the workpiece from the bottom up to the top.Through the analysis of the structure of the transformer oil storage cabinets and the craftwork of figuration,and through the calculation the rough size,pressure and the cutting edge size A compound die structure combined with blanking,drawing,punching the three processes as an arganic whole was carried out.In this whole design process, the moulds structural components and supporting structure is the roughcast priority excogitation.At last,by checking the strength of the mould in order to prove its possibility to contribute the products high quality and develop the cover productivity.Key words: the composite mould for the cover;blanking; deep drawing; punching1 前言复合模是指在压力机的一次冲程中，于模具的同一位置上完成2个或2个以上的冲压工序，冲出一个完整制件的模具。复合模由于不受送料误差的影响，拥有内外形相对位置及零件尺寸的一致性好，制件精度高，模具结构紧凑，要求压力机工作台面面积较小等优点，但也会受到凸凹模壁厚和强度难保障等的限制，出件问题难于解决等的缺点，故应该在设计时避免这些缺点。此次设计的是变压器储油柜端盖复合模具，端盖安装在储油柜的上端；市场需求量较大，所以这种端盖的生产批量较大，但以前其毛坯多用铸铁件，其工艺过程为铸铁机加工两大过程，工序较多，生产效率低，成本高，精度也不是很高，不能较好地适应生产发展的需要，经过近几年模具行业的发展，模具技术相当成熟，复合模的发展更让很多较为复杂的工件生产周期缩短，精度提高，成本降低。此次设计通过对零件结构及适用要求分析，通过不断计算、设计、选用及校核，并适当运用一些软件，按照不降低使用性能的前提，设计出一套集加工工艺落料、拉深、冲孔于一身的复合模具，通过利用这套复合模使加工工艺优化，性能提高，效率提高，成本降低，整个设计之经济效益显著！2 工件工艺性分析2.1 工件图纸分析变压器储油柜端盖的材料为未经退火的Q235钣金零件，材料厚度为t=2mm，生产批量较大，零件简图如下页图中所示；由图1知，该零件结构较为复杂，是由圆弧和直线组成，对称，图上尺寸在1180，据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第7页，表2.3，可知该冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT11IT14；其中零件图上孔边距孔心距为1200.5，即120mm的公差为0.5；属IT12级精度，零件图上所有未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第266页，表7.18,查标准公差数值（GB1800-79）可得各尺寸公差为：零件内形尺寸：；零件外形尺寸： 图1.端盖零件图Fig.1 Cover parts drawing根据其工件形状、精度要求及尺寸公差等易知，初步确定需采用拉深、冲孔两工序。2.2 工序顺序的确定由于本工件主体是一圆柱形，故其毛坯应为一个圆形，故首先需要落料这一工序，将板料冲裁出一圆片，然后再以此圆片为毛坯进行拉深扯裂，制成一个为的无凸缘的近似圆筒，再在中部凸起处冲出一个的圆孔；故知其主要是按“落料拉深冲孔”的复合工序顺序进行加工。3 制定工艺方案3.1 工艺方案的分析3.1.1 修边余量的计算因为据以上零件图知，工件为无凸缘的类似圆筒形件，因为高度尺寸为20mm，最大直径为180m,而其中性尺寸为180-2/22=178mm，且其相对高度为H/D=20/178=0.110.5, 其故据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第122页，表4.3,查得其修边余量为1.0；3.1.2 毛坯尺寸的计算采用解析法，将这个工件分解成若干个简单几何体；第一部分：圆柱体，如下图所示： 图2 简单几何体()Fig.2 Simple geometry () 故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第119页，表4.1中序号3所示，其面积为A= （1）代入数据，得第一部分面积为A1=3.14178168942.72mm2第二部分：1/4球环，如下图所示：图3 简单几何体()Fig.3 Simple geometry () 故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第119页，表4.1中序号5所示，其面积为：A=； （2）代入数据，得第二部分面积为A2=3.144（3.14170+44）/23452.74mm2第三部分：近似圆，如下图所示 图4 简单几何体()Fig.4 Simple geometry () 故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第119页，表4.1中序号1所示，其面积为A= （3）代入数据，得第三部分面积为A3=3.141702/422686.5 mm2第四部分：近似盒形件，如下图所示： 图5 简单几何体()Fig.5 Simple geometry () 由于它属于低盒形件，r角/B=11.5/23=0.5,一次基本可以拉深出来，故根据故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第126页，式4.4，易知其展开长度公式为l=H+0.57r底 （4）代入数据，得l=3+0.572=4.14；故设想把盒形件四个圆角和在一起，共同组成一个圆筒，故易知其展开半径，即冷冲压模具设计与制造（第2版）第126页，式4.5， （5）代入数据，得23.23故易知其总长L=A+2l-2(r底+0.5)=143+24.14-2(2+0.5)=146.28；故易知其总宽K=B+2l-2(r底+0.5)=23+24.14-2(2+0.5)=26.28由于盒形件多次拉深往往用过渡形状拉深出来的，一般矩形是用长圆或椭圆形过渡而来，故其毛坯形状及尺寸即为如下图双点划线所示部分： 图6 简单几何体()毛坯形状和尺寸Fig.6 Simple geometry () blank shapes and sizes由于K=26.282R=223.23=46.46，故说明两圆弧连接起来了，故可近似看做两半圆与中间长方形两部分组成的近似椭圆形，如下图所示： 图7 简单几何体()毛坯近似面积图Fig.7 Simple geometry () blank approximate area charts 则第四部分的面积为以上两阴影部分的面积之和，即A4=A1+ A1”+ A2代入数据，得A4=(K/2)2+(L-K)K=3.14(26.28/2)2+(146.28-26.28)26.283695.75mm2，因为这个图形是近似形，故应将其略微加大并圆整，取之为3800 mm2综上所述，故知其毛坯尺寸总面积为A=A1+A2+A3+A4=8942.72+3452.74+22686.5+3800=38881.96mm23.1.3 确定拉深系数由上得出的毛坯的总面积，又为圆形件，故可知其毛坯直径D=222.56；将其圆整为D=225,故毛坯的面积为A=39740.625 mm2；将毛坯冲裁出后再进行落料，然后拉出无凸缘圆筒，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第131页，图4.13，如下图： 图8 确定拉深次数及半成品尺寸的线图Fig.8 Deside deep drawing number and semi-finished products size chart在其横坐标上找到相当毛坯直径225mm的点，从此点作一垂线，再从纵坐标上找到相当于工件直径中性尺寸178mm的点，并由此点作水平线，与垂线相交，根据交点，可决定拉深次数的交点在图中一次拉深的线之上，故仅需一次拉深；且其拉深系数公式m1=d/D （6）代入数据，得m1=178/2250.79；3.1.4 确定是否使用压边圈故易知毛坯的相对厚度为：t/D=2/226=0.0088,而其上算得的拉深系数：m1=d/D=178/2250.79，故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第150页，式4.27，相对厚度t/D0.045（1-m1） （7）代入数据，得0.045（1-0.79）=0.009450.0088，故应采用压边圈，需采用压边装置的模具拉深。3.2 工艺方案的确定由于该端盖的全部单工序有落料、拉深（整形）、冲孔，共计三道工序；考虑到生产批量大,因此制定应在生产合格零件的基础上,尽量提高生产效率,降低生产成本.要提高生产效率,就应该尽量复合能复合的工序,但复合程度太高,模具结构复杂,而且各零件在动作时要求相互不干涉,准确可靠.这就要求模具的制造应有较高的精度,从而模具的制造成本也就提高了,制造周期延长,维修不如单工序模简便.故在确定工艺方案时应该三思。根据这三道工序，初步确定这个储油柜端盖的冲压成形主要有以下几种工艺方案:方案一:(1)落料；(2)拉深；(3)冲孔；方案二:(1)落料拉深复合模；(2)冲孔；方案三:落料、拉深、冲孔复合模；方案一复合程度低,模具结构简单、安装调试容易,但生产道次多、生产效率低不适合大批量生产；方案三与方案二的主要区别是采用落料、拉深、冲孔复合工序.由于采用落料、拉深、冲孔复合模,即可在一次冲压行程中完成,生产效率提高一倍,节省了人力、电力和工序间的搬运工作,而且在同一工位上冲孔无需重新定位,从而使冲压工件的位置精度得到提高。经过理论计算,由于变压器储油柜端盖的高度较小,可以采用落料、拉深、冲孔复合模一次成形，即选用方案三。4 工艺计算4.1 材料排样及材料利用率的计算从工件的外形可以看出适合直排有搭边形式，并根据其厚度为2，以及简明冲压模具设计手册P37，表2-26，知道普通钢板圆形冲裁，采用直排有搭边形式，如下图所示，图9 排样图Fig.9 Arrangement figure其搭边值为a=1.5，b=2；条料宽度BD+2b=225+22=229；进距h=D+a=225+1.5=226.5；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第12页，式2.1，知道一个进距的材料利用率为 （8）代入数据，得=139740.625/（229226.5）77.28%；4.2 确定板料规格和裁料方式根据条料的宽度尺寸，选择合适的板料规格，使剩余的边料越小越好。该零件宽度用料为229mm，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第254页，表7.4，选择1400mm1500mm2mm的板料规格为宜。故可以知道一张板料可以冲裁个数为1400mm1500mm/229mm226.540个；材料消耗工艺定额 G=Kg 一张板料上总的材料利用率 h=76.4%4.3 压力中心的计算因为由零件图形易知压力中心就在其几何中心，即180的圆的圆心；4.4 刃口尺寸与公差的计算4.4.1 落料由于毛坯是圆形件，故采用凸凹模分开加工方式，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第7页，表2.3，基本尺寸为225，在18500范围内，工件内外形所能达到的经济精度为IT11；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第26页，表2.16，知落料凸模、凹模尺寸的计算公式分别为 （9） （10）式中，Dmax落料件外径最大尺寸； x 磨损系数； 工件的制造公差；Zmin最小合理间隙； 凸模制造公差； 凹模制造公差根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第21页，表2.12，查得落料模刃口适用间隙为Zmin=0.22；Zmax=0.26；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第25页，表2.14，查得冲裁时凸、凹模的制造公差分别为；为了保证新冲模的间隙小于最大合理间隙值（Zmax），根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第27页，式2.20，凸模与凹模制造公差必须保证Zmax-Zmin （11）而0.030+0.045=0.0750.26-0.22=0.04；故不符合要求，故取=0.4（Zmax-Zmin）=0.40.04=0.016；=0.6（Zmax-Zmin）=0.60.04=0.024；而且根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第262页，表7.14，由于公差等级选用IT11，基本尺寸为225，故查得其公差=290m，即工件公差为0.29，故工件尺寸为；而且根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第27页，表2.17，因为工件公差0.290.20，料厚为2.0，故查得其磨损系数x为0.5；所以，代入其上查到的数据，得落料凸模:Dp= 落料凹模:Dd=4.4.2 拉深根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第154页，表4.29，知道其凹模及凸模径向尺寸的计算公式分别为 （12） （13）式中，Dmax落料件外径最大尺寸； 工件的制造公差；Z 双边间隙； 凸模制造公差； 凹模制造公差由于要使用压边圈，且一次拉深成功，故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第153页，表4.28，查得其单边间隙值为：Z/2取1.1t=1.12=2.2；故拉深模双边间隙值Z=22.2=4.4；由于其相对厚度为t/D100=0.88，且无凸缘拉深，故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第155页，表4.31，知拉深凹模的圆角半径rd=（68）t，故取6t，故rd=62=12；凸模的圆角半径即为工件内圆角半径，故从零件图易知rp=4；由于工件要求外形尺寸，故以凹模为设计基准，即间隙取在凸模上，即设计要尽可能降低凸模尺寸间隙；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第154页，表4.30，查得=0.120；=0.080；由于零件图上180这个尺寸未注公差，故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第262页，表7.14，由于公差等级选用IT11，基本尺寸为180，故查得其公差为250m，即工件公差为0.25；故工件尺寸为180； 代入以上查得和算得的数据，得拉深凹模径向尺寸Dd=180.062；拉深凸模径向尺寸Dp=175.662；4.4.3 冲孔根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第26页，表2.16，得冲孔凸模及凹模尺寸计算公式分别如下： （14） （15）式中，dmin冲孔件内径最小尺寸； x 磨损系数； 工件的制造公差；Zmin最小合理间隙； 凸模制造公差； 凹模制造公差根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第7页，表2.3，其基本尺寸为11，厚度为2，故知其内外形所能达到的经济精度为IT12-IT13；而孔中心据边缘距离尺寸为23,故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第8页，表2.5知其孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5;根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第21页，表2.12，查得落料模刃口适用间隙为Zmin=0.22；Zmax=0.26；由于采用凸模凹模分开加工，故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第25页，表2.14，,查得=0.020；=0.020；同样根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第27页，式2.20，知凸模与凹模制造公差必须保证其 Zmax-Zmin，而=0.020+0.020= Zmax-Zmin=0.040=0.26-0.22=0.04，故符合要求；由于孔11未标注公差，故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第262页，表7.14，由于公差等级选用IT11，基本尺寸为11，故查得其公差为270m，即工件公差为0.27；故工件尺寸为11；代入其上查得数据，得冲孔凸模:Dp=（11+0.50.27）=11.135 冲孔凹模:Dd=（11+0.50.27+0.22）=11.3554.5 冲压力的计算及冲压设备的初选4.5.1 落料因为是平刃口模具冲裁，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第17页，式2.9，知其理论冲裁力 （16）由于考虑到刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际落料冲裁力可能增大，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第17页，式2.10，故应取F= （17）其中其为材料抗剪强度，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第250页，表7.1,Q235未经退火时的抗拉剪度值为304373MPa之间；故取=350MPa；代入数据，得冲裁力F=1.33.14225235010-3645.77KN；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第18页，式2.12,式2.13，知公式；F卸=K卸F （18）F推=nK推F （19）根据当页表2.10，查得其相应的卸料力系数K卸=0.05；推件力系数F推=0.055，代入数据，得卸料力和推件力分别为F卸= K卸F=0.05645.7732.29KN；F推=nK推F=10.055645.7735.52KN；故选择冲床时的总冲压力F总1=F +F卸+F推=645.77+32.29+35.52713.58KN4.5.2 拉深由于只需一次拉深，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第150页，表4.24知其压边力的计算公式为 （20）其中，D毛坯直径，易知D=225；d1第一次拉深的直径，易知d1=180；rd凹模圆角半径，前已算得rd=12；p单边压边力；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第151页，表4.25，查得p在2.53.0之间，取p=2.7；故代入以上数据，得压边力KN；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第146页，表4.17，属于无凸缘圆筒形件，故其拉深力的实用公式为 （21）式中，d1第一次拉深的直径，易知d1=180； t 工件厚度，易知t=2； 抗拉强度； k1第一次拉深时系数；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第250页，表7.1查得抗拉强度=460MPa；根据冷冲压模具设计与制造（第2版）第147页，表4.18，因为相对厚度t/D100%0.88%，m10.79，故知k1应该取0.32；代入以上数据，得拉深力=3.1418024600.3210-3166.39KN；故F总2=FQ+FL=（166.39+20.05）=186.44KN4.5.3 冲孔同样，因为是平刃口模具冲裁，其理论冲裁力，其实际冲裁力可能增大，故应取F=，其中其为材料抗剪强度，根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第250页，表7.1,Q235未经退火时的抗拉剪度值为304373MPa之间；故取=350MPa；代入其上数据，得冲裁力F=1.33.1411235010-331.43KN；同样，根据当页表2.10，查得其相应的卸料力系数K卸=0.05；推件力系数F推=0.055；代入数据，故卸料力和推件力分别为F卸= K卸F=0.0531.431.57KN；F推=nK推F=10.05531.431.73KN；选择冲床时的总压力为：F总3=F冲+F卸=31.78+1.75+1.73=35.08KN所以，综上所述，易知要求冲压设备所能提供的总压力为：F总= F总1+F总2+ F总3=713.58+186.44+35.08=935.1KN由于是中小型冲裁件，根据简明冲压模具设计手册第455页，表910，因为有落料拉深冲孔三工序，故选择中行程曲轴压力机，选用开式压力机，主要是操作方便，容易安装，成本较为低廉，尽管其刚度较差，冲模寿命及冲裁件质量较低，但总体来说选择开始固定台压力机具有较大优势；为安全起见，防止设备过载，一般按公称压力F压（1.61.8）F总的原则选取压力机，故F压=1.7F总=1.7935.1=1589.67KN,根据冷冲压模具设计与制造（第2版）第261页，表7.13，初步选用公称压力为2500KN的JA21-160压力机；压力机的最大封闭高度=650。5 模具工作过程的分析首先，冲床滑块带动上模从最高点开始向下运动，板料因此被压入开始向下运动，卸料板压着板料下行，板料碰到凹模后卸料板停止运动，而冲床滑块继续向下运动，上模压卸料板弹簧开始压缩，从而使卸料板受弹簧压力压紧条料，落料和拉深凸模开始工作，然后，滑块继续下行，在接近下死点（闭模状态）时，冲头完全进入下模孔内，完成冲孔拉深工序，冲孔废料则从凹模到凹模垫板，再到下模座落料孔落出，此时，冲床滑块到下止点后，带动上模开始回升，凸模退回一段距离后，此时模具最下面的橡胶弹顶器推工件出凹模，而其上的活动凹模则将工件推出凸模，滑块继续带动上模上行，回到开模状态的最高等完成一次冲压过程，然后板料推进一个步距，准备下一个工作循环。6 模具主要零部件的结构设计6.2 模具工作部分零件6.2.1 落料凸模由于工件毛坯尺寸为225，为中小型零件，故使用的凸模一般设计为整体式，采用阶梯式凸模，其凸模也是采用固定板固定在上模座上，并且是用螺钉连接，由于落料凸模:Dp=224.635，故凸模冲裁部分最大直径为224.635，最小直径为拉深凹模径向尺寸180.062，其圆角半径设计为R=3；采用弹压卸料板导向，故根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第48页，式2.37， （22）故代入数据，得9.92凸模伸出固定板外的实用设计长度必须满足llmax=9.92；具体形状请详见附录装配图。6.2.2 落料凹模据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第49页，图2.48，由于其落料从上往下，顺着冲裁方向，故为顺出件，且其形状较为复杂，精度要求较高，又为复合模，故据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第48页中间文字，故采用阶梯形直壁式的凹模型口类型结构，其特点是刃口强度高，制造方便，刃磨后型孔尺寸基本不变，对冲裁间隙无明显影响；据49页文字知，采用整体式结构，且采用销钉和螺钉紧固在下模座上；根据零件的材料厚度和排样图来确定凹模型孔壁件最大距离，再根据型孔壁间最大距离来求得凹模外形尺寸；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第53页，式2.38，知凹模厚度H=Kb1（H8），其中，b1为垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离，K为凹模厚度系数，查表2.20知，K=0.15，b1即为板料的条料宽度的一半，即B/2=230/2=115,故H=0.15115=17.25，而据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第55页，式2.43，知H= （23）40.12，比刚算得的17.25大很多，故应该取两者的中间值以使设计更为合理，选定为厚度H=30；具体尺寸请详见附录中落料凹模零件图。6.2.3 拉深凸模由于中间部分为近似长方形的凸起，故采用镶块以之成形，即镶拼式凸模，且深凸模径向尺寸Dp=175.662；其圆角半径为工件的内圆角半径，即rp=3；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第156页，表4.32，查得出气孔的直径d=8，按圆周直径5060均布47个一组；其他具体结构尺寸见附录拉深凸模零件图。6.2.4 拉深凹模由于其上已得拉深凹模径向尺寸Dd=180.062；而凹模圆角半径为工件外圆角半径，即rd=4；其他具体结构尺寸见附录拉深凹模零件图。6.2.5 冲孔凸模由上面算得冲孔凸模刃口尺寸为11.135；根据接下来要算的垫板和卸料板及橡胶弹压装置的厚度，以及闭合高度来算凸模长度；其尺寸其下可以算得并校核其合理性；其他具体尺寸可参考附录冲孔凸模零件图。6.2.6 冲孔凹模其上，算冲孔凹模刃口尺寸就已得到，冲孔凹模Dd=11.155；其厚度尺寸由于其计算方法存在局限性，与实际值存在较大的差异，由于其上算落料凹模时，用到第23式，故知凹模厚度H=；代入数据，得H=45.39；初步取定为H=46；其下会对这厚度进行校核；其他具体结构尺寸见附录拉深凹模零件图。6.3 安装紧固零件的设计6.3.1 模柄的设计由于其模具初步成型，然后知其模具基本尺寸也不大，故根据冲模结构设计要领与范围第363页，表9-1，故选取螺钉凸缘模柄；冷冲压模具设计与制造（第2版）第295页，表7.39，选用直径d=70，D=152，高度H=112；名称代号为A70152 GB2862.3-81.Q235；6.3.2 模架的设计并根据冲模结构设计要领与范围第364页，表9-2，根据其特征，以及冷冲压模具设计与制造（第2版）第73页中间一段文字知，选对角导柱模架，它在冲压时可防止由于偏心距而引起的模具歪斜。6.3.3 上、下模座的设计由于一般模座尺寸L大于凹模尺寸4070，模座厚度为凹模厚度的11.5倍，下模座的外形尺寸没变超出压力机上孔边4050；而且上下模座现已有国家标准；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第73页，各种模座形式的介绍，选用对角导柱模座，此导柱装在对角线上，便于纵向或横向送料，而且导柱装在模具中心对称位置，冲压时可防止偏心矩而引起的模具倾斜，其长度范围在63500，故取上模座外形尺寸为：DLH：50050065；下模座外形尺寸为：DLH：50050080；材料都采用HT200。6.3.4 固定板的设计根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第75页，固定板的设计要求中，知道凸模固定板厚度应取凸模设计厚度的40%，故拉深凸模固定板工作部分的厚度为20；凸模和一般钢制凹模镶块与固定板选用H7/n6或H7/m6,压入固定后应将底面与固定板一起磨平，细小凸模与固定板应取H7/h6配合；且固定板通常选用A3或A5钢制造，压装配合面的表面粗糙度应达到Ra=1.60.8；具体尺寸请详见附录凸模固定板零件图；6.3.5 垫板的设计根据冷冲压模具设计与制造（第2版）第75页，垫板设计要求的描述中，垫板的厚度一般在412之间，故取垫板厚度取12；外形尺寸与凸模固定板相同，为便于模具装配，销钉通孔直径可以比销钉直径大0.30.5，垫板材料可以选用45#钢，淬火硬度HRC4348；或选用T7A、T8A，淬火硬度为HRC5458；此次设计选用45#钢，淬火硬度HRC4348；具体尺寸请详见附录垫板零件图。6.3.6 螺钉的设计根据冷冲压模具设计与制造（第2版）第77页，表2.34，故知是按凹模厚度选定，螺钉选用六角形为宜，一般设计时，不少于3个，拧入被连接件深度，铸铁为2d螺钉，钢为1.5d螺钉；螺钉在工作时，主要承受拉应力。根据螺钉的最小断面积和许用应力，即可求出螺钉的许用负荷.其计算公式为 （24） 故螺钉的最小直径式中 P一个螺钉的许用负荷(KN); 许用应力(MPa).对于上模座与落料凸模的紧固螺钉,取内六角圆柱头螺钉，材料为45#,取=120MPa,选用公称压力为2500KN的压力机，故许用负荷P=2500KN；代入数据，得故取d=12的螺钉，其公称长度l在20-120间，根据模具模座和垫板以及落料凸模厚度决定其公称长度为90，即M1290的螺钉，需要四个此螺钉。同样，用类似方法，得出螺钉-凸缘模柄与上模座的紧固螺钉选用4个M1240；镶块与拉深凹模间的紧固螺钉选用2个M210；对于卸料螺钉，取=80MPa,由于其下会对卸料装置进行计算设计，故在此对选用卸料螺钉不予详细介绍；其他紧固螺钉尺寸尺寸与类型在附录中装配图上有显示。6.3.7 销钉的设计根据冷冲压模具设计与制造（第2版）第76页，螺钉和销钉的设计要求中，知连接件的销钉孔应同时钻、铰，销钉与孔采用H7/m6的过渡配合，孔壁的表面粗糙度应达Ra1.6，压入连接件与被压入连接件的深度，由于选用钢，故为1.5d螺钉：销钉长度主要根据国标和与之配合的模具、连接件的厚度决定，故拉深凸模与垫板和下模座间的销选用2个的圆柱销，上模座与工作台之间的连接销采用2个的圆柱销，挡料销采用弹簧弹顶挡料销。6.4 导向零件的设计6.4.1 导柱根据冲模结构设计要领与范围第365页，表9-3，并根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）第72页中间一段文字知，导柱直径一般在1660之间，长度在90320之间，而且L按标准选用时，应保证上模座在最低位置时（即闭合状态），导柱上端面与上模座顶面距离不小于1015，而下模座的底面与导柱面的距离S不小于5；根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）的第283页，采用A型导柱，选用导柱直径为50，长度为300的A型导柱，即A50h5300 GB2861.1-81；其他具体结构外形和配合尺寸可参见附录装配图。6.4.2 导套根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）的第289页，采用B型导套，而且导套的长度L须保证在冲压开始时导柱一定要进入导套10以上，根据导柱尺寸，故导套选用直径为55，偏差为H6，长度为160，H为63，即B55H616063 GB2861.7-81；其他具体尺寸及外形可参见附录装配图。6.5 卸料和顶件装置的设计6.5.1 卸料装置的设计落料过程中，采用弹压卸料装置，此弹压装置是由卸料板、卸料板螺钉和弹簧组成；据表2.29，知弹压卸料板厚度H为18，为安全起见选用20；再据第65页，表2.30，知卸料板孔与凸模的单边间隙Z1/2应取0.15，由于当页其下文字说明一般卸料板导向孔的高度h=35,故取h=4，卸料板底面高出凸模底面的尺寸K=0.20.8，故取0.5，弹压卸料板凸台高度h=a-t=（0.10.3）t，取t=0.2t=0.4；由于工件厚度t=2,且落料凸模的尺寸225.635，条料宽度为230，再根据教材冷冲压模具设计与制造（第2版）的第64页，表2.27，选择卸料板螺钉直径为M10，长度根据上模座及凸模厚度、弹簧高度等，则初步选择180，初定个数10个，即卸料板螺钉外形尺寸为DL：M10180；由于模座材料选择铸铁，故卸料螺钉孔直径处的lmin=d螺钉=10；根据第66页表2.31，选择序号1这种卸料螺钉的结构形式，其安全预度为Smin=0.3，由于弹簧的力较大，经分析采用组合弹簧；为保证组合弹簧同心和不致卡住，应使其中一个弹簧为右旋，另一个弹簧为左旋；根据冷冲压模具设计与制造（第2版）的第313页，表7.57，由于预压力需3.229KN，即3229N，即工作极限负荷至少要大于3229N，故在该表中选择满足要求的弹簧为dDH=1060170，dDH=1095130；选取的两根弹簧的具体系数如下表1：表1 两根弹簧的系数Table1 Two spring coefficientGB/T2089-80 弹簧1 弹簧2材料直径d（mm） 10 10弹簧中径D（mm） 60 95节距t（mm） 20.1 37.5工作极限负荷Fj（N） 4180 2870自由高度h0(mm） 170 130工作极限负荷下变形量hj（mm） 67.7 73.7设预压缩后的许可变形量为X，则得X=42，则两根弹簧的装配高度分别为H1=170-（66.7-42）=145.3；H2=130-（73.7-42）=98.3；且组合弹簧径向单面间隙为C=（0.11）d，取C=0.5d=0.510=5；根据第68页，表2.32，选择单面加工弹簧座孔，其必须Sl+H1（其中l为气垫行程长度），故顶杆外形尺寸设计为：DL=20150。顶板的宽度比橡胶气垫的宽度略大；具体形状及配合关系请详见附录装配图；顶杆螺钉选用4个M24220的六角螺钉。7 模具强度校核7.2 冲孔凸模的强度校核冲裁时，凸模应承受了全部压力，所以它承受了相当大的压应力。而在卸料时，又承受有拉应力。因此，在一次冲裁过程中，其应力为拉伸和压缩反复交变反复作用。在一般情况下，凸模的强度是足够的，因此没有必要作强度校核。由于在本副模具中，凸模比较长而且凸模的断面尺寸又很小，冲孔凸模刃口尺寸为11.135，因此有必要对对凸模进行强度和长度的校核，而凸模的强度包括凸模的最小断面（危险断面）的承压能力和抗纵向弯曲能力进行校核，而且为提高其强度，在设计时把其设计为阶梯状，详细尺寸请参照附录中零件图；由于选用的凸模材料为CrWMn,它具有高淬透性,由于钨形