厚板气动倍力增压压机设计答辩

题目：厚板气动倍力增压压机设计-----------模具设计答辩人：XXX指导老师：XXX

目录 摘要 0引言 1课题背景1.1课题的来源及意义1.2增压机构的简介1.3增压的概念1.4增压机构的定义及设备的组 2.研究范围2.1增压机构在国内外发展动向 3.设计方案的分析确定3.1设计任务 4.机械结构设计4.1板厚设计及校核4.2增力杆的校核4.3支柱厚度（直径）校核计算4.4气压缸的选 5.工艺性分析5.1.材料分析5.2.冲裁工艺方案的拟定5.3.落料凹模结构形式及固定方式5.4.凸模结构形式5.5.凸模固定方式5.6.定位方式5.7.挡料板5.8.卸料装置5.9.凸、凹模的刃口尺寸确定 6.排样设计及材料利用率计算6.1.排样 7.冲压力的计算7.1.校核计算 7.2.压力中心的确定 8.凹模设计9.固定板、卸料板、垫板外形尺寸确定 10.凹模或凸模设计（长度确定、强度、刚度校核）10.1.凸模长度的确定 谢辞 参考文献

摘要模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济发展的重要基础之一。在现代机械制造业中,许多新产品的开发和生产,在很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航天等行业中尤显重要。模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一,直接影响着国民经济中许多部门的发展。模具可分为很多种，有塑料模具、冲压模具，还有拉深模具等等。针对拉深工艺中，拉深制件不易成型，拉深制件质量不易提高，拉深表面容易破裂等等问题，采用旋转拉深的新工艺来提高拉深件的质量。拉深模的结构组成为：凹模部分，凸模部分，压边圈部分，支撑部分，固定部分，推出机构。本文主要通过对拉深模的结构进行分析并优化的过程，通过旋转产生压边力，通过UG软件设计出整套模具的各个组成机构，以及对模具相关尺寸的计算。包括对凸模尺寸计算，凹模的尺寸计算，压边圈的尺寸计算，回转支承尺寸的计算。设计出整套合格的模具，完成模具的三维造型。关键词：拉深模，UG，旋转厚板气动倍力增压压机设计-设计

王悦1644082210引言拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的一种加工方法。拉深也称为拉延。其变形过程是：随着凸模的下行，留在凹模端面上的毛坯外径不断缩小，圆形毛坯逐渐被拉进凸模与凹模间的间隙中形成直壁，而处于凸模底面下的材料则成为拉伸件的底，当板料全部拉入凸凹模间隙时，拉伸过程结束，平板毛坯就变成具有一定的直径和高度的开口空心件。与冲裁工序相比，拉深凸模和凹模的工作部分不应有锋利的刃口，而应有一定的圆角，凸模与凹模制件的单边间隙稍大于料厚。用拉深工艺可以成形圆筒形、阶梯型、球形、锥形、抛物线形等旋转体零件，也可成形盒形等非旋转体零件，若将拉深与其他成形工艺（如胀形、翻边）复合，则可加工出形状非常复杂的零件，如汽车车门。因此拉深的应用非常广泛，时冷冲压的基本成形工序之一。目前模具行业在设计拉深模时，大部分是采用固定凹模或者凸模和弹性元件加载的压边圈，在设计并加工出整个模具之后进行试模，产品质量不是很好，拉深的板料所需要的压边力和板厚都是确定的，一旦设计或加工出现问题就会延长试模时间。为此，将压边力设计成液压调节式可拉深各种不同厚度的板料，将凸模和凹模旋转可降低拉深系数，提高拉深质量。目前拉深模具设计中存在以下问题：一是板厚不能够有差异，只能加工一种厚度的板材；二是在冲压的质量不是很好。为此，提出了以下方案：（1）采用压边力液压调节式的压边圈（2）采用凹模镶块，并使凸模和凹模同时转动降低拉深系数，可以提高产品质量。1课题背景

1.1课题的来源及意义力大小的变化一直在工业生产中占有非常重要的地位，随着市场竞争的日趋激烈，许多行业（如汽车，航空航天等）需要一种力随着某种机构的变化改变力的大小，以达到我们所需要的力和其他特殊要求的力。本课题所涉及的增压机构可以很好解决这一问题。

1.2.增压机构的简介如图1.1两根不同直径的刚管在受相同力的情况下，其挠度变化是一样的，由此在相同作用情况下，我们可以用同等重的材料制造出更多的我们所需要的材料。图1.11.3.增压的概念增压是指针对自然进气引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题，从最基本的关键点着手，也就是想办法提升进气歧管内的空气压力，以克服气门干涉阻力，虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变，但由于进气压力增加的结果，让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了，因此喷油量也能相对增加，让引擎的工作能量比增压之前更为强大。1.4.增压机构的定义及设备的组成（1）增压机构的定义1)所谓增压机构，就是利用杠杆的原理，力臂的比例不同，使得产生的力也不同，为完成全部的生产工艺过程，还必须有一系列的辅助工序，如：加热，运输，矫正，剪切，包装等，故它还有广义的定义。广义的定义—增压机就是使你施加的力变大。（2）增压机构设备的组成增压机构设备的组成可以分为两大类：主要设备和辅助设备。主要设备—直接使轧件产生塑性变形的设备称为主要设备，也称为主机列。它包括：工作机座（轧辊，轴承，轧辊调整装置，导位装置及机架等），万向或梅花接轴，齿轮机座，减速器，主联轴节，主电机等。辅助设备—是指主机列外的各种设备，它用于完成一系列辅助工序。辅助设备种类繁多，车间机械化程度越高，辅助设备所占据的整个车间机械设备总重比例也越大。有时达主要设备的3到4倍，如1000初轧机，其设备总重4400吨，其中主要设备重1000吨左右。

（3）增压机构的机械结构主要包括：机架，上下工作辊及轴承座，液压缸等。工作辊分别安装在上下两个工作辊的轴承座上，通过气压缸的传力，使得所施加的力按倍数增大，从而达到我们理想的运作原理。整个增压机构的结构示意图如图1.2所示。图1.2增压机构结构图2.研究范围

2.1增压机构在国内外发展动向这也和增压设备制造水平有关的重型机器制造，电机制造，计算机和自动控制以及液压系统等科学技术发展有密切关系。（1）大型化方面增大钢锭或带眷重量。过去的初轧机锭一般为10～20吨，现在已经加大到40～50吨。热连轧的最大带卷和坯料重量已经由15吨增到45吨。冷连轧卷重达60吨，线材盘重已达2～4吨。（2）高速化方面 轧钢设备高速化是机械制造和自动控制技术水平不断提高的结果。另外，轧钢设备结构不断改进以适应高速化需要也是一个重要的方面。（3）连续化方面除宽带钢热连轧机，冷连轧机及中小型，线材连轧机外，尚发展了宽边工字钢连轧机，无缝钢管连轧机，连续焊管轧机及圆，方坯连轧机等。全连续式冷轧机实现了无头轧制，最近十几年来已经在生产上应用。它能进一步提高冷连轧机产量，改善产品质量，有效的解决板卷的穿带和抛尾问题，并能实现动态变规格和高速飞剪的剪切，这套控制系统使投资约增加15-20%。4）自动化方面目前宽带钢热轧机的计算机自动控制水平在各类轧机中是最高的，从板坯上料到卷取全部采用电子计算机控制。（5）工业化方面汽油机起动和起动后暖机阶段的混合气需要特别加浓，造成大量的碳氢化合物和一氧化碳排放。如前所述，迅速提高催化转化器的温度，对于汽油机驱动的轿车满足欧洲第三阶段排放法规的要求具有特别重要的意义。涡轮增压器会降低排气温度，使催化转化器的温度不能迅速升高，影响它的转化净化效率。如果采用机械增压器，就没有这个问题。3.设计方案的分析确定

3.1设计任务把原始的压力机的动力通过机构增大3倍，用于冲裁料比较厚的板料。4.机械结构设计4.1板厚设计及校核图4.1因为是小型冲裁机构所以选用组合机床所用的机床压力为5Mpa板材选用140Mpa的Q235钢P=F/S,F=P*S=5*3.14*15*15=3532.5NMmax=Fa=(519.5/600)*3532.5*80.5=246213.78NIz=(40*40*40*600)/12(40*40*40*50)/12=2933333.33Wz=Iz/Ymax=2933333.33/20=146666.67Σmax=Mmax/Wz=246213.78/146666.67=1.68远远小于许用应力，所以该板可以使用。4.2增力杆的校核图4.2Mmax=Fa=3532.5*3*304.4=3225879N.mmIz=92.9*92.9*92.9*80/12=5345100.53Wz=Iz/Ymax=5345100.53/40=133627.51Σmax=Mmax/Wz=24.14远远小于许用应力，所以可以用。4.3支柱厚度（直径）校核计算所以支柱足够支撑重量图4.34.4气压缸的选择UPOWER气液增压缸、气液增压器：锐豹气液转换增压系列产品为台湾精心设计专业制造之优良产品。优点:体积小出力大，输出压力稳定，精度高，寿命长，不漏油，作动噪音小，安装简单，易调整，环境清洁，缸体外形美观。为机械制造者和使用者选用节省能源、环保的气液产品提供最佳选择！选择活塞直径为30mm的压力机。压力机示意图，如图4.4所示：

我此次所做的毕业设计的课题是：增压机构的设计。这个课题所涉及的知识面非常广。有我所学习并了解的液压知识，PLC控制，也有我未曾接触过的轧钢机械，轧辊孔型设计，还有现在非常新的知识—连续变丝径。所以在拿到这个课题的时候，我就想到了，这将会是一场严峻的考验，但是我也相信自己能从中学到许多知识。杠杆的构思真的很先进，用杠杆这个概念做出来的产品即满足了基本的设备要求，也节省了大量的有用资源，相信将来若能深入开发研究，对国家对世界都是一笔巨大的财富。在这次的设计进程中，我首先要克服的就是对机械结构的盲点。为此，我借阅了大量资料书籍，通过学校的数据库也查到了不少杠杆方面的专业文章，不过由于专业知识实在是涉及广泛，在这段时间里我所做得设计也仅仅是一种大致的设计，其中还有很多得细节设计可能还没有全部的考虑到。所以，设计出来的结果只是一种笼统的概念，一种简单的尝试。最主要的是，让我对杠杆机构有了一种全面的认识，为我将来踏入社会，如果从事轧钢机械类工作打下了很好的基础。通过这次设计，我也发现了当前国内领域于国外先进水平还是存在着一点距离。相信通过我们得不懈努力，我们一定能够克服种种难关，在国际的轧制领域创出我们自己的一片天地。在这3个月的设计中，使我掌握了很多的杠杆方面的知识、并对已经掌握的知识做了一个完整的回顾，还培养了我独立思考，独立解决问题的能力。我也发现了很多自己得不足之处。很多得知识上还有些不大理解的地方。这些都是我需要加强的方面，通过这样一次磨练，让我更加认识到了自己的价值与作用。图4.45.工艺性分析

5.1.材料分析此制件材料为Q235，Q235为碳素结构钢，具有良好的冲压性能。材料抗剪强度303-372τ/MPa；抗拉强度375-460σb/MPa；伸长率26-31δ10(/%)；屈服强度235σs/MPa，材料属于未退火材料。制件形状分析：此制件形状简单，对称，材料厚度为4毫米。制件尺寸分析：尺寸均未注公差，属自由尺寸，按IT14级确定制件的公差，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。生产批量：大批量。冲压方案的确定：鉴于材料的形状和生产批量大的特性，可以使用三种方案：使用级进模生产；使用单工序模生产；使用复合模生产。三种方案对比优劣如下：条料在级进模中，一次冲裁可完成两个乃至十几个冲压工序。它与复合模生产的不同之处在于，条料是在凹模的不同位置上完成不同的冲压工序，因而形成冲裁的连续生产。级进模有初始挡料装置级进模和侧刃定距连续冲裁模之分。由于模具能完成多道工序形成连续生产，生产效率很高，而且适于自动送料，故应用相当广泛。若采用该模具，制件的精度能达到要求，但模具结构复杂，占用面积大，故不使用此方案。单工序模生产：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。故使用此方案。复合模具生产的制件精度高，效率也高，材料利用率也高，模具占用面积也较小，但是该制件的凸模和凹模布置起来紧凑。综合分析，故而不选此方案。5.2.冲裁工艺方案的拟定根据冲裁件的生产批量为大量、尺寸精度要求、尺寸大小、形状复杂程度、材料的厚薄、冲模制造条件与冲压设备条件可采用单工序模、复合模、级进模。考虑到以下因素(1)保证冲裁件质量因为制件无孔只有外轮廓，所以相对简单，不需要复合模与级进模，只需要一道工序就能达到制件的技术要求，所以综上所述盖之间选用单工序模加工。(2)经济性原则在保证质量的前提下，应尽可能降低成本，提高经济效益。所以，对于中批大量的冲裁件，应尽量采用高效率的多工序模，而在试制与小批量生产时应尽可能采用单工序模与各种形式的简易模具。(3)安全性原则一些形状复杂、需要进行多道工序冲压的小型冲裁件，如果用单工序模进行冲裁，需用手钳放置毛坯，多次进出危险区域，很不安全。因此，对于这类冲裁件，有时即使批量不大，也采用比较安全的级进模进行冲压。单工序模模具有定位准确，尺寸精度高，生产效率高，适宜大批量生茶，安全系数高等优点，故初步拟定工艺方案为单工序模。模具总体结构设计（凹模结构形式及固定方式、凸模结构形式及固定方式、定位方式、卸料方式、出件方式导料方式等等）5.3.落料凹模结构形式及固定方式常用凹模刃口类型如图5.1所示，其中a、b、c型为直刃口凹模。其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的紧密制件。但因废料或制件在洞壁内的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。图5.1凹模刃口类型、本例采用单工序模，落料凹模安装于下模，考虑到如何打出冲制件，此处采用上图（c）所示凹模形式。凹模一般采用螺钉和销钉固定。此处凹模由螺钉定位，螺钉固定安装在凹模固定板上。5.4.凸模结构形式凸模结构通常分为两大类，一类是镶拼式，另一类为整体式。此处考虑冲制件轮廓对称，受力均匀，凸模不易损坏，外形较简单，故采用整体式凸模整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。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，这类凸模一般采用成形磨削、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。此处由于制件形状，故考虑凸模用台阶式。5.5.凸模固定方式平面尺寸比较大的凸模，可以直接用销钉和螺钉固定。中、小型凸模多采用台肩、吊装或铆接固定。对于有的小凸模还可以采用浇注粘结固定。对于大型冲模中冲小孔的易损凸模，可以采用快换凸模的固定方法，以便于修理与更换。图5.2大凸模的固定图5.3中小凸模的固定1-凸模2-凸模固定板3-垫板4-止转销5-吊装螺钉6-上模座图5.4凸模的粘结固定a)环氧树脂固定b)低熔点合金固定c)无机粘结剂固定图5.5快换式凸模固定方法鉴于本例是小型凸模，不需要销钉和螺钉固定，也无需考虑方便更换凸模，故不需要使用快速式固定方法。因此，凸模使用图5.3中小凸模的固定中的（a），冲孔凸模也可以使用小凸模的固定中的（a）。5.6.定位方式为保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确位置，冲裁出外形完整的合格零件，模具设计时必须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。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。定位包含控制送料步距的挡料和垂直方向的导料等。5.7.挡料板挡料板的作用是挡住条料搭边或冲压件轮廓以确定凸模完全与料接触而不冲出料外。5.8.卸料装置设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，保证下次冲压正常进行。常用的卸料方式有如下几种。（1)刚性卸料装置刚性卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取(0.2～0.5)t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时，卸料板与凸模的配合间隙应小于冲裁间隙。此时，要求卸料后凸模不能完全脱离卸料板，保证凸模与卸料板配合长度大于5mm。(2）弹性卸料装置弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于冲裁料厚较薄的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹性卸料板与弹性元件（弹簧或橡皮）、卸料螺钉组成弹性卸料装置。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t，若弹性卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。弹性元件的选择应满足卸料力和冲模结构的要求。本例由于制件较轻薄，制件体积小，故使用弹性卸料装置。5.9.凸、凹模的刃口尺寸确定用分开加工法，分别计算其落料及冲孔的凹模和凸模刃口尺寸及其制造公差。查《冷冲模译文集》得Zmax＝0.12mm,Zmin＝0.09mm。|δ凸|+|δ凹|≤Zmax-Zmin|δ凸|+|δ凹|≤0.12－0.09＝0.03mm，考虑到凸模加工较凹模加工方便易保证尺寸偏差，故取δ凹＝0.02mm，δ凸＝0.01mm。刃口的磨损量用XΔ表示，其中Δ制件的公差值，X为磨损系数，其值在.5～1之间。根据制件的精度等级，按下列关系选取：制件精度IT10以上X=1制件精度IT11—IT13X=0.75制件精度IT14X=0.5此制件为IT14级自由公差，x取0.5落料尺寸：A（80±0.3，49.4±0.3,20±0.2,15±0.2，10±0.2）。落料：先确定凹模刃口尺寸，然后把间隙放在凸模上。A凹＝（Amax-χΔ）＋δ凹；A凸＝（A凹-Zmin）-δ凸A凹（80±0.3）＝80＋0.02mm,A凸（80）＝（80-0.09）-0.01＝79.91-0.01mm。A凹（49.4±0.3）＝49.4＋0.02mm，A凸（49.4）＝（49.4-0.09）-0.01＝49.31-0.01mm。A凹（20±0.2）＝20＋0.02mm，A凸（20）＝（20-0.09）-0.01＝19.91-0.01mm。A凹（15±0.2）＝15＋0.02mm，A凸（15）＝（15-0.09）-0.01＝14.91-0.01mm。A凹（10±0.2）＝10＋0.02mm，A凸（10）＝（10-0.09）-0.01＝9.91-0.01mm。6.排样设计及材料利用率计算6.1.排样1)有废料排样法有废料排样是沿着制件的全部周边轮廓进行冲裁，制件与制件之间以及制件与条料侧边之间，都有工艺余料(称搭边)存在，此种排样法制件断面质量较好，模具寿命较长，但材料利用率较低。(2)少废料排样法少废料排样法是沿制件的部分外轮廓切断或冲裁，只在制件与制件之间，或制件与条料侧边之间留有搭边。这种排样方法的材料利用率可达70％～90％。(3)无废料排样法无废料排样法是制件与制件之间以及制件与条料侧边之间均无搭边存在。这种排样方法的制件是直接由切断条料获得，所以材料利用率可达85％～95％。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲压获得多个制件，而且可以简化模具结构、降低冲裁力。但是少、无废料排样的应用范围有一定的局限性，受到制件形状、结构的限制，且由于条料本身的宽度公差以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响制件尺寸，从而使制件的精度降低。同时，在单边切断时，因为模具单面受力而使其加快磨损，降低模具寿命，而且也会直接影响制件的断面质量。故此处选用少废料排样法。查表2.5.2，根据材料厚度4mm，矩形边长L＞50，得搭边值a=3.5mm，a1=3.5mm=3152计算材料利用率式中η——材料利用率；S——制件的实际面积;S0——所用材料面积，包括制件面积与废料面积；A——步距（相邻两个制件对应点的距离）；B——条料宽度综上，方案一利用率尚可，且凸、凹模加工均较容易，送料步距容易把握，板料宽度适当，操作方便，安全。由UG得冲制件的面积为方案17.冲压力的计算7.1.校核计算通过查表1.4.1，取Q235的抗剪强度为350MPa，取K卸=0.05，K推=0.05，K顶=0.06。则冲压力计算过程如下：冲裁力F落料＝KptLτ=1.3*4*185.1*1355.2=1304407.1N卸料力FQ=K卸F落料=0.05*1304407.1=65220.4NF推=nK推F冲孔=2×0.05×1304407.1=130440.7NF顶=K顶Fp=0.06×1304407.1=78264.4NF冲压=Fp+F卸+F推=1304407.1+65220.4+130440.7≈1500KN7.2.压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。此处冲制件是外形对称，材料均匀的制件，故其压力中心即为制件的几何中心。8.凹模设计b/mm材料厚度t/mm0.5123＞3≤500.30.350.420.50.6＞50～1000.20.220.280.350.42＞100～2000.150.180.20.240.3＞2000.10.120.150.180.22凹模刃口形式是否有必要再叙凹模的外形尺寸凹模厚度H：H=Kb﹙≥15mm﹚凹模壁厚C：C=﹙1﹒5～2﹚H﹙≥30～40mm﹚式中：

b——冲裁件的最大外形尺寸﹙mm﹚K——考虑板料厚度的影响系数，可查表3-3。表3-18凹模厚度系数K值H=40mmC=60mm凹模的长度L=220mm凹模的宽度B=190mm9.固定板、卸料板、垫板外形尺寸确定固定板其外形尺寸一般与凹模轮廓尺寸一样。厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍。凸模固定板上的安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6，凸模压装后端面要与固定板一起磨平。固定板采用Q235制造，不需要淬火。=20mm凸模固定板取160x130x20，凹模固定板取220x190x20卸料板与凸模之间的单边间隙选择0.1t，取0.2mm。卸料板外形尺寸一般与凹模轮廓尺寸一样，厚度可取固定板厚度的0.8倍，材料选用Q235。卸料板取160x130x20mm垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力，防止过大的冲压力在上、下模板上压出凹坑，影响模具正常工作。垫板厚度根据压力大小选择，一般取5～12mm，外形尺寸与固定板相同，材料为45钢，热处理后硬度43～48HRC。垫板取120x100x6。10.凹模或凸模设计（长度确定、强度、刚度校核）图10.110.1.凸模长度的确定+凸模采用台阶式结构，凸模的长度应该为：

L＝+

凸模材料选择：模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。凸模材料选择与凹模一样，但热处理后的硬度应略低于凹模，HRC可取58～62；要求高寿命、高耐磨性的凸模，选用材料为Cr12MoV。=99mm凸模承载能力校核凸模最小断面承受的压应力σ，必须小于凸模材料的许用压应力[σ]，即：

σ＝FP/Amin≤［σ］对于圆形凸模有dmin≥4tτ/[σ］式中，σ—凸模最小断面的压应力，MPa；

FP—凸模纵向总压