微型变压器硅钢片冲压级进模设计

题目： 微型变压器硅钢片冲压级进模前言冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压过程主要依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率很高，操作简便。冲压所获的零件一般无需进行切削加工因而是一种节省能源、节省材料的无（或少）切削加工方法。冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定，互换性好。和其他加工方法相比，具有独到的特点所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。冷锻技术的发展主要是开发高附加值的产品，降低生产成本，同时，它还在不断地向切削、粉末冶金、铸造、热锻、板料成形工艺等领域渗透或取而代之，也可以和这些工艺相结合构成复合工艺。热锻-冷锻复合塑性成形技术是将热锻和冷锻结合起来的一种新的精密金属成形工艺，它充分利用了热锻和冷锻各自的优点：热态下金属塑性好，流动应力低，因此主要的变形过程用热锻来完成；冷锻件的精度高，因此零件的重要尺寸用冷锻工艺来最终成形零件。热锻-冷锻复合塑性成形技术出现于20世纪80年代，90年代以来取得了越来越广泛的应用，用该技术制造的零件，已取得了精度提高、成本降低的良好效果。本次设计是参考了众多参考文献及专业资料的规范要求编写而成。本设计主要介绍变压器中硅钢片冲压级进模。本设计共分三章，主要包括材料工艺分析和成形性能、冲压工序特点和工艺计算、模具总体结构设计、模具主要零件结构设计及工艺性分析等。另外，还附有毕业设计任务书、论文评阅表、答辩小组成员表、部分模具零件冲压工艺过程卡、装配图、零件图。导师王雷曾在编写及内容安排提出不少有益的意见。在此，谨向尊敬的导师表示真诚的感谢和崇高的敬意！由于本人知识水平和能力的有限，在设计的过程中难免存在很多的纰漏和不足之处，恳请个各位老师的批评与指正。摘要：冷锻工艺是一种精密塑性成形技术，具有切削加工无可比拟的优点，如制品的机械性能好、生产率高和材料利用率高，特别适合于大批量生产，而且可以作为最终产品的制造方法（Net-shape Forming），在交通运输工具航空航天和机床工业等行业具有广泛的应用。当前汽车工业、摩托车工业和机床工业的飞速发展，为冷锻这一传统技术的发展提供了原动力。例如，我国1999年摩托车的全国总产量就有1126万多辆，而根据2000年的初步估计，我国汽车的总需求量到2005年将达到330万辆，其中轿车130140万辆，仅汽车行业的锻件需求在5060万吨以上。冷锻技术在我国的起步虽然不算太晚，但发展速度却与发达国家有很大的差距，到目前为止，我国生产的轿车上的冷锻件重量不足20kg，相当于发达国家的一半，开发潜力很大，加强冷锻技术开发与推广应用是我国目前的一项紧迫任务。 冷锻零件的形状越来越趋于复杂，由最初的阶梯轴、螺钉、螺钉、螺母和导管等，发展到形状复杂的零件。花键轴的典型工艺为：正挤压杆部镦粗中间头部分挤压花键；花键套的主要工艺为：反挤压杯形件冲底制成环形件正挤压轴套。目前圆柱齿轮的冷挤压技术也成功用于生产。除黑色金属外，目前铜合金、镁合金和铝合金材料的冷挤压应用也越来越广泛。 持续不断的工艺革新 冷精锻是一种（近）净形成形工艺。采用该方法成形的零件强度和精度高，表面质量好。当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总量4045kg，其中齿形类零件总量达10kg以上。冷锻成形的齿轮单件重量可达1kg以上，齿形精度可达7级。 持续不断的工艺创新推动了冷挤压技术的发展，20世纪80年代以来，国内外精密锻造专家开始将分流锻造理论应用于正齿轮和螺旋齿轮的冷锻成形。分流锻造的主要原理是在毛坯或模具的成形部分建立一个材料的分流腔或分流通道。锻造过程中，材料在充满型腔的同时，部分材料流向分流腔或分流通道。分流锻造技术的应用，使较高精度齿轮的少、无切削加工迅速达到了产业化规模。对于长径比为5的挤压件，如活塞销，采用轴向余料块的广泛通过轴向分流可以实现冷挤压一次成形，而且凸模的稳定性很好；对于扁平类的直齿轮成形，采用径向余料块也可以实现产品的冷挤压成形。 闭塞锻造是在封闭凹模内通过一个或两个冲头单向或对向挤压金属一次成形，获得无飞边的近净形精锻件。一些轿车精密零件如行星和半轴齿轮、星形套、十字轴承等如果采用切削加工方法，不仅材料利用率很低（平均不到40%），而且耗费工时多，生产成本极高。国外采用闭塞锻造技术生产这些净形锻件，省去绝大部分切削加工，成本大幅度降低。 冷锻技术的发展主要是开发高附加值的产品，降低生产成本，同时，它还在不断地向切削、粉末冶金、铸造、热锻、板料成形工艺等领域渗透或取而代之，也可以和这些工艺相结合构成复合工艺。热锻-冷锻复合塑性成形技术是将热锻和冷锻结合起来的一种新的精密金属成形工艺，它充分利用了热锻和冷锻各自的优点：热态下金属塑性好，流动应力低，因此主要的变形过程用热锻来完成；冷锻件的精度高，因此零件的重要尺寸用冷锻工艺来最终成形零件。热锻-冷锻复合塑性成形技术出现于20世纪80年代，90年代以来取得了越来越广泛的应用，用该技术制造的零件，已取得了精度提高、成本降低的良好效果。 数值模拟技术用于检验工艺和模具设计的合理性 随着计算机技术的飞速发展和70年代塑性有限元理论的发展，许多塑性成形过程中很难求解的问题可以用有限元方法求解。在冷锻成形工艺领域，通过建模和合适的边界条件的确定，有限元数值模拟技术可以很直观地得到金属流动过程的应力、应变、模具受力、模具失效情况及锻件可能出现的缺陷情况。这些重要信息的获得对合理的模具结构，模具的选材、热处理及成形工艺方案的最终确定有着重要的指导意义。 目前有效的数值模拟软件是以刚塑性有限元法为基础建立起来的，这些软件有：Deform、Qform、Forge、MSC/Superform等。运用有限元数值模拟技术可用于检验工艺和模具设计的合理性。预锻分流区-分流终锻，用三维有限元数值模拟软件Deform 3DTM进行了数值模拟研究，得到了锻造载荷-行程曲线以及整个成形过程的应力、应变、速度分布等，并与传统的闭式镦挤工艺模拟的结果进行了比较。分析表明，传统的闭式镦挤成形直齿圆柱齿轮，成形载荷大，不利于齿形的充填。采用预锻分流区-分流终锻新工艺，可以大幅度降低成形载荷，亲明显改善材料的充填性，可以获得齿形角部饱满的齿轮。用三维大变形弹塑性有限元法对齿轮冷精锻成形过程进行了数值模拟，对以闭式模锻为预锻和以闭式模锻、孔分流及约束分流为终锻的两步成形模式的变形流动情况进行了数值模拟分析。数值分析结果及工艺试验表明在终锻中采取分流，尤其是约束孔分流措施对于降低工作载荷和提高角隅充填能力等方面十分有效。 智能设计技术及其在冷锻成形工艺、模具设计中的应用 美国哥伦布贝特尔实验室开发出基于知识的预锻几何尺寸设计系统，因设计预锻件的形状为空间几何体，须对其几何形状进行操作，故不能单纯地用一般语言来描述推理过程。对于零件的几何信息，采用框架方法表示，在框架中用不同的槽，定义出组成零件的基本成分和它们之间的拓扑关系。设计规则是用产生式规则表示，用OPS工具进行揄。J.C.Choi和C.Kim7开发了基于知识的冷锻件和热锻件集成工序设计系统，并分别建立了冷、热锻件工艺设计规则。 基于知识设计方法在冷锻成形工艺及模具的设计中的应用，将彻底改变塑性成形传统的依靠设计人员人人经验，设计过程中反复修改、设计效率不高的状态。它使用人工智能、模式识别、机器学习等技术，在设计过程中从系统知识库中提取合适的知识指导冷锻成形工艺及模具设计。目前，该项技术正在进一步发展之中。近年来，基于知识设计方法已成为锻造成形工艺、模具设计智能化技术研究的一个特点课题。目 录前言。1摘要。2绪论。6设计题目。7第一章 冲压工艺分析及工艺方案的制定1.1工艺分析。81.2工艺方案的确定。81.3模具结构形式的确定。9第二章冲压工艺计算及设计2.1排样设计与计算。92.2计算材料利用率。102.3计算冲压力。112.4设备类型的选择。112.5计算压力中心。122.6计算凸，凹模刃口尺寸。132.7凹模各孔口位置尺寸。142.8卸料板各孔口尺寸。152.9凸模固定板各孔口尺寸。15第三章冲模结构设计3.1凹模设计。163.2凸模设计。173.3模具总体设计。173.4选择模架及确定其它冲模零件尺寸。173.5校核压力机安装尺寸。17第四章 冲模零件加工工艺设计凸模冲压工艺卡。19凹模机械加工工艺卡。20致谢。21参考文献 。22绪论模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以及保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲载模具在模具工业中举足轻重的地位。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。本次毕业设计的目的是对所学知识的全面总结和运用，巩固和加深各种理论知识灵活运用。目标是通过这次毕业设计，可以很好的培养独立思考，独立工作的能力，为走上工作岗位从事技术工作打下良好的基础。此次毕业设计课题为变压器硅钢片冲压级进模。首先对垫板的冲压工艺进行了分析，介绍了落料冲孔模结构设计的要点，同时编制了落料冲孔级进模的制造工艺和装配工艺。设计题目： 变压器硅钢片冲压级进模如图1-1材料： 硅钢(D41)生产批量： 1000万件/年料厚： 1mm 图1-1 零件图第一章 冲压工艺分析及工艺方案的定1.1冲压件工艺性分析由制件图分析可知：（1、该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，一般批量，属普通冲压件，制件尺寸精度为IT12级。（2、冲裁件冲孔5的孔壁距及周边距:C=47mm（11.5）t。(3、冲裁件内行及外行的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过度，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过度磨损。圆角半径R=0.3mm0.18t。（4、冲孔时，因受突模强度的限制，孔的尺寸不应太小。d=5mm0.35t（5、有一定的批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。1.2工艺方案的确定 1、方案的种类：该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。方案二：采用冲孔落料同时进行的复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产。 2、方案的比较：方案一，模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。故而不选此方案。方案二，虽然只需要一套模具，但工件的精度要求不能满足，制件结构尺寸小，壁厚小，复合模装配较困难，强度也会受到影响，寿命不高。方案三，级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。本冲裁件较小，生产量大，较好。 3、方案的确定： 综上,采用冲裁级进冲压。1.3模具结构形式的确定因制件材料较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。它还可对冲孔小凸模起导向作用和保护作用。为方便操作和取件，选用双柱可倾压力机横向送料，生产率高，材料消耗也不大。冲压时 上模采用阶梯状 冲孔模比落料模高约1mm这样冲孔模冲孔的同时起到定位的作用。使模具结构进一步简单并且能起到精定位的作用如图1-1.5所示 1-1.5 凸模示意图 1) 送料装置 因制件结构简单，壁厚较薄，尺寸较小，借助导料板送进导向，可大大提高生产率，满足生产需要。2) 卸料装置 为保证制件平整，采用弹压卸料装置，它可以对冲孔小凸模起导向和保护作用。3) 推件装置 在考虑制件外形轮廓的同时，为了保证冲孔凸模的支承刚度和强度，应采用推板推件。综上所述，由冷冲模设计指导表4-2，4-7应选用弹压卸料横向送料典型组合结构形式，对角导柱滑动导向模架。第二章 冲压工艺计算及设计2.1排样设计与计算 由于该冲裁件形状近似方形，所以采用横排。条料宽度：B=（Dmax+2a+Z）0-Dmax=40mm a=1.5mm Z=0.5mm得条料宽度:B=（40+2x1.5+0.5）=43.5mm步距：S=8+a1 a1=1.2mm得：S=8+a1=9.2mm导料板件距离：A=B+Z= Dmax+2a+2Z 得：A=43.5+0.5=44mm选板料规格为1500mmx600mmx1mm，每块可剪600mmx48mm规格条料31条。如图1-3所示，画排样图 图1-3 排样图2.2计算材料利用率=x100%式中A一个步矩内冲裁件的实际面积 B条料宽度 S步矩A=300.375mm B=43.5mm S=9.2mm=100%=75%2.3 计算冲压力完成本制件所需的冲压力由冲裁力、卸料力及推料力组成（1）冲裁力F（N）的计算公式F=KLt或F=Lt式中K系数，K=1.3 L冲裁周边长度（mm） 材料的抗剪强度（MPa） 材料的抗拉强度（MPa） t材料厚度（mm）由冷冲模设计指导表3-12得=338MPa(取340MPa)F=3401x96.12 =32.68 x103N（2）卸料力FX 和推料力FT 由计算公式FX=KF FT=nK推F式中K，K系数。查冷冲压技术表3-19卸料力、推料力和顶件力的系数得K=K=0.05n卡在凹模直壁洞口内的制件（或废料）件数，一般卡35件，取n=5FX=0.05x32680N=1.63 x103NFT=5x0.05x32680N=8.17 x103N（3）压力机的公称压力：F= F+ FX + FT =32680+1630+817042480/0.75=56640安全压力 =42.48x103N2.4 设备类型的选择设备类型的主要依据是所完成的冲压工序性质，生产批量，冲压件的尺寸及精度要求，现有设备条件等。中小型冲压件主要选用开式单柱（或双柱）的机械压力机；大中型冲压件多选用双柱闭式机械压力机。根据冲压工序可分别选用通用压力机，专用压力机（挤压压力机，精压机，双动拉深压力机）。大批量生产时，可选用高速压力机或多工位自动压力机；小批量生产尤其大型厚板零件的成型时，可采用液压机。摩擦压力机结构简单，造价低，在冲压时不会因为板料厚度波动等原因而引起设备或模具的损坏，因而在小批量生产中常用于弯曲，成型，校平，整形等工序。对板料冲裁，精密冲裁，应注意选择刚度和精度高的压力机；对于挤压，整形等工序应选择刚度好的压力机以提高冲压件尺寸精度。压力机技术参数选择主要依据冲压件尺寸，变形力大小及模具尺寸，并进行必要的校核。对于该制件查参考文献表1-8开式双柱可倾压力机（部分）参数，可初选压力机型号规格为J23-632.5 计算压力中心该制件的图形规则，两边对称，所以其压力中心一定在对称轴Y上，X0=0。如图1-4所示：模具左右对称，压力中心定为零，故只用计算Y轴。建立坐标系如图L1=9.8 L2=9.8 L3=96 Y1=9.2 Y2=9.2 Y3=0Y0=(L1.Y1+L2.Y2+L3.Y3)/(L1+L2+L3) =1.6 图1-4 计算压力中心2.6计算凸、凹模刃口尺寸本制件形状简单，可按分别加工法计算刃口尺寸查表，材料抗剪强度与间隙值的关系和规则形状（圆形，方形）冲裁凸，凹模的制造公差：Z=0.050mm Z=0.070mm =0.02mm =0.03mm + =（0.02+0.03）mm=0.05mmZ- Z=（0.07-0.05）=0.02mm0.05mm不满足+Z- Z 条件，但相差不大所以，必须进行适当调整、，0.4（Z- Z）=0.008mm，0.6（Z- Z）=0.012mm即：=0.008mm =0.012mm所以可用分注尺寸法计算公式及表3-7磨损系数，查出X=0.5（1） 冲孔50+0.3mm刃口尺寸d=（5+0.5x0.30）mm=5.15mmd=（5.15+0.05） mm=5.20mm（2） 切口和切断刃口尺寸外轮廓落料部分，形状复杂，所以采用配作法加工。落料以凹模为基准件落料刃口尺寸都属于A类尺寸。零件图未注公差的尺寸，按IT14级查设计手册得：400-0.62mm、80-0.36mm 查表得系数x=0.540a=(40-0.5x0.62)=39.690+0.155mm8a=(8-0.5x0.36)=7.820+0.09mm凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值的范围（0.050.07）mm2.7 凹模各孔口位置尺寸由于该制件尺寸较多，包括两侧刃孔位置尺寸，两个小孔位置尺寸及其它位置尺寸。其基本尺寸可按排样图确定，其制造公差按参考文献表2-2冲裁件，精度应为IT9级，但该制件送进工步数较少，累积不是太大，造成凸凹模间隙不均的几率较小，冲裁质量和模具寿命不会受到太大的影响，故而模具制造精度按IT10级控制即可。考虑到加工经济性，在送料方向的尺寸按IT9级制造，其它位置尺寸按IT11IT12级制造，凸模固定板与凹模配制。如图凹模各孔口位置尺寸2.8 卸料板各孔口尺寸因条料宽度较小，故采用卸料板与导料板分离的弹压卸料装置，用卸料板卸料。固定卸料板尺寸由参考文献表1-2-45知，如图所示2.9 凸模固定板各孔口尺寸 凸模固定板各孔与凸模配合，通常按H7/n6 、H7/m6配合，各孔口尺寸如图所示， 第三章 冲模结构设计3.1凹模设计因制件形状简单，选用整体式矩形凹模较为合理，因生产批量较大，由冷冲模设计指导表3-16选用Cr12MoV为凹模材料。a，确定凹模厚度H值由公式H=ks =40x0.35 =14mmb，确定凹模周界尺寸LxB由文献凹模孔壁厚的确定公式，凹模孔口轮廓线为直线时: c=1.5H，由图1-6和参考文献图3-13得c=1.5H =1.5x14mm =21mm由表4-3矩形凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为125mmx80mmx16mm3.2凸模设计1、凸模的长度其长度主要根据模具结构，并考虑修磨，操作安全，装配等的需要来确定。此制件采用固定卸料版和导料板冲模，其长度L可按公式:L=h1+h2+h3+h 计算：式中h1 固定板厚18；h2 导料板厚8；h3 板材厚度1；h 增加长度15L=18+8+1+15=422、 冲孔凸模凸模材料：参照冲压模具设计与制造选用Cr12MoV。考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模5mm进行强度和钢度校核：1）承压能力的校核：dmin5tb/bc=5x1x260/1.0x103=1.14mmdmin为凸模工作部分最小直径凸模直径为4.151.14，故强度校核成功。2）失稳弯曲应力的校核：Lmax95d/=(95X4.15X4.15)/=23.37mm.Lmax为凸模的允许最大工作尺寸设计中，凸模的工作尺寸为1523.37,所以刚度得以校核3.3模具总体设计（1） 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。（2） 定位方式的选择因为模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步局采用定位销。而第一见的冲压位置使用始用导料板定位。（3） 卸料、出件方式的选择因为工件料厚为1mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件生产比较便于操作与提高生产效率。（4） 导向方式的选择 为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。3.4选择模架及确定其它冲模零件尺寸由凹模周界尺寸及模架闭合高度在120150mm之间查表4-7选用对角导柱模架，标记为125x80x120150I（GB/T2851.1-90）3.5校核压力机安装尺寸校核压力机安装尺寸要对冲模总体高度，模座闭合高度等有所查找。冲模总体结构尺寸必须与选用的压力机想适应即模具的总体平面尺寸应该与压力机工作台或垫板尺寸和滑块下平面尺寸想适应；模具的封闭高度应与压力机的装模高度或封闭高度相适应。冲模的封闭高度是指模具工作行程终了时上模座的上平面至下模座的下平面之间的距离。压力机的封闭高度是指滑块在下止点位置时，滑块的下平面至工作台上平面之间的距离。而压力机装模高度是指压力机滑块在下止点时，滑块下平面至垫板上平面之间的距离。封闭高度和装模高度相差一个垫板厚度。模座外形尺寸为130mmx90mm，闭合高度为130mm由于J23-63型压力机工作台尺寸为200x310mm，最大闭合高度为150mm，连杆调节长度为30mm，模具闭合高度Hd满足Hmax-5mmHdHmin+10mm,所以在工作台上不需加垫板即可安装。第四章 冲模零件加工工艺设计本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。下表为凹模的加工工艺过程。设计是注意至少要设计出凸模和凹模的工艺过程。冲压工艺卡河南工业职业技术学院冷冲压工艺卡片产品型号零件名称变压器硅钢片冲压级进模产品名称零件型号毛坯尺寸材材料技术要求每毛坯可制件数料牌号及规格毛坯质量辅助材料条料600x4821D41(硅钢片)4800x600x1工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备工时0下料剪床上载板600x48Q11-6x25001冲压冲孔，落料连续冲压（一次一件）J23-63冲孔落料级进模2检验按产品图纸检验345678编制日期审核日期会签日期标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期凹模机械加工工艺过程卡冲模零件机械加工工艺过程卡模具名称变压器硅钢片冲压模零件名称凹模材料名称合金工具钢毛坯种类毛坯尺寸零件质量件数牌号Cr12MoV锻坯1序号工序内容设备名称工艺装备工时定额1下料：100x77锯床2锻造：166x146x24尺寸公差均为2空气锤C41-2503退火加热炉4检验5刨；粗，半精加工六个面，单面余量为0.3-0.4mm铣床或刨床虎钳6磨:磨上,下平面,两基准面至图样尺寸磨床M7120A7划线:划中心线,各螺孔,销孔,型孔轮廓线划线平台8加工各孔:各螺钉,销钉孔与下模座配钻配铰立钻Z525平行夹头9铣:铣出落料 2孔洞立铣X53K虎钳10热处理:检验硬度为60-64HRC加热炉,油槽11磨:精磨上,下面,表面粗糙度达图样要求M1720A12划线:划各型孔轮廓线划线平台13电加工：电火