变压器硅钢片零件的冷冲压模设计-落料模含SW三维及8张CAD图
变压器硅钢片零件的冷冲压模设计-落料模含SW三维及8张CAD图,变压器,硅钢片,零件,冲压,设计,落料模含,sw,三维,cad
毕业设计(论文)外文翻译(译文)院 (系): 机电工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 聂杰聪 学 号: 0800110220 指导教师单位: 机电工程学院 姓 名: 韦荔浦 职 称: 实验师 2012年05月20日拓扑优化的模具为高强度减重板料冲压成形过程技术部门的可塑性,上海交通大学华山路1954,上海200030、公关。机械工程学系,西北大学、伊利诺州埃文斯顿,美国历史条:在2011年1月4日被收录,在2012年1月6号修订后被收录,正式接受的日期是2012年3月19日关键词:减重模具拓扑优化数值模拟实验验证高强度钢日益用于汽车车身结构以提高燃油效率和行车安全。为了保持高刚度和形成条件下成形载荷、冲压模具的设计有较大的结构尺寸和厚可能导致体重较重的模具。针对模具重量/节省成本,使最需要刚度、一个拓扑优化方法,提出了基于固体各向同性微观结构在(SIMP),以减少重量的关键模具组件。在优化、多重加载条件下形成的位置在不同被认为是保证在上述提到的最大挠度极限位置值。此外,互动行为模具组成部分之间考虑进化反映实际接触。一个脚底杯,验证了设计方法。 通过拓扑优化、重量压边减小28.1%。基于优化结果,边是重新设计,加工,冲压试验结果表明,零件冲压缺陷形成具有相同的压边力、厚差之间原有的和新冲压件沿横截面是小于0.06毫米,如下。4.29%的初始毛坯厚度。这表明,该方法能有效地减少体重和维护模具衍生冲压零件成形性能。 2012年教育部博士点基金有限公司版权所有。1. 介绍:轻便的产品被视为一个有前途的手段,提高能源利用效率从1990年代初期开始,1。最近,先进的高强度钢(展现出了具有初始屈服应力超过500 MPa2利用越来越受到的目的是为了实现汽车轻考虑购买力的整体表现,安全和环境友好。温和的钢相比,然而,通常的高强度钢冲压模具荷载施加较高。特别是,展现出了一个硬度与4 - 5倍高于轻度钢2的显著影响生产工具和模具设计。应付所需的额外的力/压力形成展现,工程师经常想扩大规模支持元素在冲压模具和选择更好的材料来的正常运行。不幸的是,这也直接增加整体重量和间接增加模具的制造成本和营运成本。因此,一个人的关键要求闪光的是- - - - - -建立一个新的系统的模具设计方法代替传统经验的模具材料的高效,因此减少模具亡的重量。研究人员最近定性研究其所模具的结构行为冲压工艺。压边力最重要的参数之一,影响成形压边的挠度分布不均匀会导致压边力和明显影响成形性空白,即使偏转量非常小的3。此外,回弹的关键问题之一是影响其工作质量元件邮票,张丹和林7中发展了一种解析解回弹最小冲压件由刚性冲床、弹性变形模具。此外按在冲压工艺和定义他们分为两类。新闻界的挠度变形或按框架和全球的冲压工具被视为宏观设备,而微观设备意味着信息所产生的直接在表面形成的工具,通常是一个或两个命令量值大于低宏观-变形。为了研究模具结构偏斜丁晓萍。9先应用有限元法(FEM)在纸上金属模具的设计过程进行了预测,并提出-模具结构和应力加载条件所致。随后,全三维有限元法离散化是用来证实的强度和刚度的冲压模具(第十条、第十一条,协助设计12,13,确定所需的压力/吨位14,并准确地预测回弹15的挠度时形成的工具和出版社是考虑。然而,两个主要的缺点应注意的问题。一方面,如果成形有限元模拟是完全加上模具结构分析采用弹性定义,不是标准刚性工具的定义、网格建模的努力和计算会很耗时。另一方面,模具结构分析使用载荷边界提取成形过程的模拟结果与传统的刚性模具的定义或许不是很准确,它仍然需要大量的足够努力建模工具为精细三维网格在结构分析。因此,三个变形刚体简化模型(DRB),静力凝聚(SC)和系接触(TC),提出了加快仿真16、17。考虑到计算精度、时间、击打丁晓萍。17表明TC模型优于其他模型。在实验研究已经开展测量模具的结构挠度和力量在冲压工艺条件。张丁晓萍。11丁晓萍。18开发出一种动态应变DAQ系统使用应变规跟踪挠度和验证模拟结果成形模具,分别。王建民(19)附上一套小型遥控数据采集单元的组成和菌株冲压模具关键地点被收集并比较与仿真预测。那就是:永远,这些技术不能有能力测量应变之间的接触表面,形成板料的工具。为克服这一缺点,分布式嵌入式传感器被利用来实时获得的接触压力分布界面基于薄板样条插值方法(TPS)20 - 22)。以往研究表明这是必要的调查模具变形行为在冲压工艺对模具结构强度的验证和成形质量的改进。提高能源效率的冲压工艺,非常有必要减少模具重量同时保持其完整性。一些研究人员也指出模具结构分析的结果可作为指导改进模具设计模具结构和减轻体重(11、18、19) 进一步-更多的,研究人员介绍了拓扑优化方法在优化模具结构。考虑到压力分布在最后一步的绘画,解和阳(23)建立了一个简化的栏目模型获得优化模具结构及模具重量减少使用田口方法。尼尔森医生24 拓扑优化卡车盖模具考虑两种负荷操作和运输结构的刚度和提高减轻体重。修改后的模具结构更不仅显示,总体应力分布-我们也认识到大约15%,大约20%的最大位移减少体重下降。他们的作品强烈表明拓扑优化方法能有效减少总重量的工业冲压模具。然而,一个限制是零件在成形有限元模拟被确定为刚性,而就提供了一个约-模仿模具的结构响应。陈等人25。成功地达到了54.5%的质量降低粘结剂的双曲型底杯模具拓扑优化方法采用基于提出的总体负载映射算法。该算法把反力在冲压模具和空白之间拓扑优化仿真模型的基础上对模具结构静力等效的原则。尽管全球映射算法进行了验证荷载的测点11,这是相当昂贵的计算资源条件。因此,有必要开发一种新的算法来克服这个缺陷进行拓扑优化冲压模具。上述工作的巨大潜力证明利用拓扑优化方法在模具重量减少,但是以下几个方面必须考虑的方法来延长工业应用。首先,的弹性变形工具不能完全忽略了在冲压仿真获得更准确的加载条件下,因此,冲压零件的质量就可以得到更好的评估。第二,必须毫不动摇地模型之间的交互冲床、粘结剂,由于可能的弹性变形和倾斜刀具在形成过程。此外,历史上的载荷分布在整个模表面需要被考虑获得全局优化的动态载荷作用下,反映在冲压工艺。最后一点,更多的研究需要检查实验验证的性能优化和模具真正空白的成形质量。本篇论文,我们提出一个方法来全球模具结构拓扑优化模型之间的相互作用,模具零部件和动态加载历史在冲压工艺。独特的方法集映射算法局部负荷与拓扑优化方法。方法将详细解释了第一。一个空白的持有者的专门设计杯拉拔模将被用来评估其有效性和可行性,经过两个数值模拟研究的方法和实验验证。2. 方法这部分说明了该设计方法对模具结构的优化。结合分析方法形成拓扑优化使用一个高效的映射算法这两种数值工具之间。使用这种方法,优化了模具结构的前提下形成的性能。图1描述了该方法的程序流程图。左手边的流程图显示主要阶段的方法和流程在右边黑色物体的迭代过程中使用了拓扑优化方法。一个设计将开始与当前最好的练习,这是通常基于标准和/或设计师的经验。然后板料冲压成形过程进行模拟将获得表面负荷条件下对模具结构。随后,表面负荷将被转移到模具结构分析模型边界条件的力量利用发达地区负荷映射算法。根据分析结果的模具结构、模具结构行为揭示了成形过程中,然后设计模具结构拓扑优化的空间将被认定。拓扑优化技术是用来实现优化模具结构。自从获得结构是一种概念设计、模具结构设计必须保证正确率。最后,一个检测周期将用于保证优化结构的性能后重新设计模具结构。2.1. 映射算法局部负荷值得注意的是,使用有限元网格模型仿真和模具亡的冲压工艺分析是完全不同的由于客户的具体要求。对板料成形有限元模拟、模具几何特征满面,小的地方,比如鱼片是复杂的,但仍需要精细网状成形性分析的。然而,在模具结构分析,对模具的某些特征脸可以简化由于其有限的影响模具结构的应力分布。这样的简化有助于减少所有的元素数量和提高计算效率。要克服高内存需求的全球载荷映射算法26,局部负荷的实现算法,自动映射是这里发展起来和有效转移反应力获得模具冲压模拟面临边界元素分析和优化模具结构。程序的实现算法进行了总结如下:步骤1:三角边界的边界表面的三维实体元素在结构分析工具,然后用对齐工具冲压模拟网格在同一坐标系统。第二步:把节点冲压模拟网格节点集根据成不同的情绪智商。(1)。 (1) 在s的数量是节点集,n是总额吗?模具表面边界节点,P是最大的允许处理节点的数量确定的分配的内存,“”代表四舍五入操作。第三步:项目接触力计算模拟冲压成形过程中各节点的节点组硅(我第1、2、,s)的工具在最近点网格上的模具结构三角形单元边界。第四步:将投射接触力从那个特定的节点指向三个三角形单元的静态等效的原则。 , i=1,2,.,s-1 (2)在m的数目节点提取的模具表面模具结构元素分析,总体目标负荷矩阵,目标是组成部分负荷矩阵,矩阵的硅负荷相对应的形函数变换矩阵。第五步:总结映射结果,显示在Eq。(3)。 (3)总形函数在哪里总变换矩阵和初始荷载矩阵。2.2。 拓扑优化方法拓扑优化的有效手段之一是找到最优布局连续体结构在指定的区域与尊重到预定的设计目标。基本概念差异有3种常用的方法:均化方法、渐进结构优化(ESO)和密度的方法。均化方法在连续体拓扑优化结构,直接刺激了在这个领域中的研究。然而,由于强度计算能力的要求,它没有被广泛地采用。ESO是拓扑优化的计算方法开发和史蒂文谢(29岁)。虽然ESO方法简单易行,可以很容易的实施到任何普通的有限元程序,所得到的最优拓扑结构高度取决于去除指定的数量和比例的初始因素。人工材料模型提出了一种从工程的角度来看,它的相对密度被假设为成正比的人造有效弹性模量,感兴趣区。在密度法、固体各向同性微观结构在惩罚(SIMP)31和合理近似材料性质(渐变)32是两个常用插值方法。我们将采用SIMP法在分析假定模具结构的弹性变形,这种方法将简短概括。一般来说,连续体结构拓扑优化,制定符合最低限度问题31。让内部的虚拟工作的弹性体(u,v型)和平衡你任意一个虚拟位移v被表示为 (4)在设计领域是阿,Eijkl(x)是设计变量在这个领域,eij(u)和(5)是弹性ekl处于弹性物体归因于静态场u,v和虚拟位移场,分别。工作完成后,通过外荷载作用在结构上可以表示为一个 (5)在f是身体的力量和t是牵引的部分边界的牵引的边界。最低合规(最大的总体刚度)表示如下: l(u) (6)这里的平衡方程写在其脆弱的传统形式。你是指利用上界的空间位移场,r(x)是相对密度,代表一个给定的各向同性弹性模量材料,p罚因子、V的总量和设计领域的相对密度的局限性,为了避免可能奇异的解决方案。当解决问题的形式的情绪智商。(6)通过有限元方法、拓扑优化与一个卷约束表示 (7)使用C语言的代表是否结构总刚度矩阵K是吗,你是指其相对浓度6凡流元素,k0e是6凡流的刚度矩阵元素,F和你这个汇流的力和节点位移,分别指ue元素位移矢量,N是元素的总量,V是物料体积优化后,fV是体积约束结构定义体积、值是最初的设计域体积和已经是6凡流的体积元素。3。个案研究在这个章节,杯拉拔模说明图1显示的程序,用实例验证了该方法的有效性,通过数值模拟。图二显示几何形状的杯。 部分对称相对于Y-Z平面和有一个 Z方向特征可能导致穿孔倾斜通过翻译在Y轴方向。图2。原理图杯:(一)x - y的看法:L = 181 mm,W = 194毫米和(b)Y-Z观点:H = 42 mm,S = 16毫米,R1 = 16.5毫米,R2 = 13.5毫米,R3 = 123.5毫米。3.1。 成形过程模拟大多数板料冲压成形仿真模型忽略的弹性变形工具和之间的相互作用在成形过程的工具,但这种模式已逐渐成为与持续的增长不能使用高速钢和展现出了更高的成形力由于(有时可以高出2 - 3次轻度的钢)和模具结构偏斜。因此,有必要建立一个更好的冲压仿真模型来克服这一缺点。改进后的仿真模型已研发出LS -动力学和半模型见图3。所有的工具除了冲头模化为刚体。立体元素被用来模型冲头为了调查之间的互动行为冲床和边由于冲床倾斜或弹性变形冲压本身。有五个一体化壳单元厚度方向芽体被用来模型初始板料在1.4毫米厚度。此外,适应网格策略3精致水平空白申请整个成形有限元模拟。库仑摩擦模型被用来模型之间的相互联系的身体。Barlat屈服函数模型的33被选中如下:在a,c,K1和K2是由R00参数、R45,和R90 sY。 sY是最初的屈服应力。推荐m = 6通信材料。表格1和2显示材料的特性。力之间的相互作用的历史冲床和边成形仿真是显示在图4,他们主要来自两个冲床倾斜的维度和弹性变形冲压本身。演化的力量相互作用可分为四个时期(I-IV)。图3。冲压仿真模型的原理与夹具和空白的配置。图4。进化之间相互作用的力冲床和压边。没有交互力都戴板压边在阶段我哪里浅杯成立(直到斯托克城小于16.5毫米)。然而,拉延成形收益、相互作用的力量出现在滑板在Y轴方向的压边在第二和第三阶段,并且达到了最大值点在3。然后冲头逐渐倾斜Y方向的改变,从其负面方向III期。因此,冲床和之间的接触压边发生的滑板在侧及相互作用的力量达到最大值负Y轴方向5点。不同板料成形状态点上2、3和5个同样显示在插图,如图4。3.2。 载荷映射结果载荷映射策略是在第2.1节介绍冲压模拟之间的桥梁和模具的结构分析和优化。在空白载荷分布在三种不同工况的持有者,即分二、三、五图4中,负荷映射后如图。5(a),(b)和(c)分别。箭头方向箭头代表负荷方向与负载大小长度反映。比较的演变之间互动部队冲床和压边显示在章节3.1,发现映射结果图。负荷的特点5恰当地描述改变方向的相互作用的力量。在非均匀载荷分布压边面主要是由于厚度变化对法兰空白区域。3.3。 拓扑优化冲压模具的组成部分目前,冲压模具结构设计根据标准指南。实践所面临的挑战的时候成形新工艺新材料或受雇。显然,拓扑优化是其中一个最强大的工具来优化模具结构使设计达到更好的性能,尤其是从质量降低。在这部分,边的覆盖件拉延模具显示杯之前,将用于实例分析和验证。详细说明了优化程序在图1。3.3.1。拓扑优化模型模具结构的目的是找到最小拓扑优化模具质量的体积分数表示。这样做的目的是表达如下:图5 在空白持有人载荷分布在不同的形成阶段。(一个)点2:中风在16.5毫米(b)点3:中风在39.5毫米,(c)点5:中风在42毫米在w *最大结点位移优化后,0是最初的最大结点位移,是用来平衡系数之间的关系和结构性能质量降低。一个结构性能指标,显示在Eq。(10),提出了一种价值选择。索引代表在SP的结构、性能指标f减少优化后减少的体积分数,snmax和最大应力smax分别在优化结构和最初的结构,Cnmax和Cmax最大遵守的优化结构和最初的结构,分别。一个更高的SP指标意味着结构具有更好的行为在两个减重、结构性能。边进行了建模元素在25416年和1608 6-node砖棱柱元件。为了保持生产力优化几何,整个压边分为设计空间和其空间如图图6。空间的定义,其设计空间。图6。其空间的面积在材料接触的空白在形成过程或一些结构特点,指导袖子、顶出针所在。余下的空间的定义是为进一步的拓扑优化设计的空间。根据工程最佳实践,筋的宽度定义在10 - 60毫米。3.3.2。基于多个加载拓扑优化状况如图5、冲压过程是一个动态的过程,和最大局部负荷和载荷分布在整个冲压工艺是相当的变量。因此,在考虑多个关键加载条件下优化是必要的。在这种情况下,重要的阶段被认为是在分二、三、五,如图4。图7显示在它们各自的拓扑优化结果与相同荷载值。资料分布载荷的力量在考虑分二、三、五有其自身的特征。因此,必须采取多种荷载约束转化为考虑为了使优化结构满足所有关键工况下整个过程。3.3.3。选择有价值的一个值的测定在模具拓扑优化是至关重要的。一个价值之间的关系,并提出了结构性能指标研究了SP指数,如图8,同时让所有其它工艺参数不变。虽然具有降低减体积分数的一个值越发增加,其结构性能指标迅速减少。一个= 2.0是最大值在这种情况下,因为SP值指标差异of1.8,1.9和2.0都小于0.5。很明显,SP指数达到了最大值当= 1.2被录取了。3.3.4。拓扑优化结果边结构主要是受到压边力和变量相互作用的力量。作为一个结果,三个典型工况点上2、3和5例采用边界条件的力量在拓扑优化。收敛准则定义为Eq。(11):(k1)是在fV的体积分数在(k + 1)日迭代,fV(k)的体积分数在kth迭代,wnk + 1时为最大的结点位移的k1)日迭代,0是最初的最大节点位移、e和Z是设置值分别为0.005和0.01。经历22迭代计算是融合在体积分数68.6%。最优结构如图边是第九。 图7 .拓扑优化结果的几个关键工况下不同形成的位置。图8。进化的结构性能指标和体积分数的不同的值减少。图9。拓扑优化的结果在多种荷载边的约束。图10。底结构优化压边。图11。结构性能的优化压边之前和之后。3.3.5。模具结构设计因为拓扑优化结果,如图9只提供一种概念设计和最佳的材料分布,进一步应努力重新设计该结构。介绍了切切削技术获得在不同的章节及几何Z方向,其空间仍保留。底部结构的重新设计如图边是十。比原结构、优化压边实现体重下降了28.1%左右。图11表明,优化后的最大挠度符合初始边仍在约束条件下的Eq。(9)和最大应力的一个可接受的增加,这将不会恶化的结构安全。4。实验验证两种压边圈与原和优化结构的制造,以找出实际绩效差异之前和之后的拓扑优化方法。图12显示分布的盲孔和腔底侧的优化压边继CAD模型。如图10。此外,动态应变DAQ系统显示在图13成立。动态应变指标是用来转换应变压边模拟电压信号。一个工业A / D采集卡与电脑连接被用来收集了成形过程中电压信号。进一步-更多的,一个DAQ显示软件开发的实时数据采集和存储数据的数据处理。应变规系特征性的地点之间没有接触空白和工具、工具和工具是存在的。因此,三应变计的位置猛兽如图。13岁。特别是,地点(A)和(B)在对称位置是检查的准确性、可靠性,这一实验系统。图12。底结构的优化压边。5。讨论图14显示比较实测负荷曲线(黑线和蓝色线)使用不同的压边圈。研究发现,一般的演变趋势的负荷曲线使用初始和优化压边圈具有良好的相关性,但一点区别最后阶段。不同的是直接诱发的减少可能是物流的结构刚度降低归因于优化压边。另外,也提供了冲压工艺模拟相当准确了负荷曲线利用初始压边(红色线)。图。15实验的比较表明,等效应力在地点b在优化压边,应力增加最中间的拉拔工艺,但差异小于5帕。在早期的阶段,并且最后阶段的拉延成形,之间的变异量和初始的最优解的要低得多。图14。实验比较负荷曲线的模具。(参考色解释在这个图里,读者主要是指网络版本的这篇文章。)图13。DAQ系统动态应变和应变计的位置的猛兽图。15。实验比较位置之间的A、B之前和之后的优化。图16所示。试验和优化结果比较。(a)和(b)处地点C。图17。厚度测量在14立场部分对称截面沿冲压。图18。厚度比较前后14位置优化。优化压边是评估字的结构性能和空白的成形质量。仿真结果的等效应力演化的地点和C在两个压边圈与实验值比较,如图16岁。它显示了负荷曲线预测或测量一个地点或C的一个优化模具结构还是跟着老的趋势,论证了非常小的变化。这意味着应力分布优化模具结构具有较少的改变。另一方面,壁厚分布在14芽体Y-Z节冲压零件冲压模具的初步形成的最优压边或测定,如图17和18。结果相比,利用原有压边,变异的平均厚度不改变但最严厉的稀疏的较大。然而,最大的差异降低厚度只有0.06毫米测点在5。一般来说,优化压边结构不仅不会大大影响模具结构的性能,而且不会改变很多空白成形质量方面的厚度减小。因此,提出了模具结构拓扑优化方法是可行的。6。结论一个基于SIMP展现出了拓扑优化方法,提出了冲压模具进行了论述。与以前的作品相比,该方法不仅考虑了弹性变形和倾斜的关键模具部件,但是也考虑到了互动行为的工具在冲压工艺仿真建模为了获得更准确的边界力条件对模具结构的优化。此外,多个关键负荷案例在成形过程的参与模具结构拓扑优化,使优化结构满足客户的不同要求在冲压工艺。数值仿真和试验杯底部空白持有人在拉拔模杯执行细节和有效性的验证方法的可行性。拓扑优化结果表明:减28.1%实现与稍稍有点区别模具的结构性能和空白的成形质量。因此,它表明,模具拓扑优化方法有助于减少总重量的冲压模具。致谢研究基金由国家重点科技项目具体从工业和信息化部授予中国通过技术ZX04014 nos。2010 - 072和2011 ZX04016 - 051,经由中国国家自然科学基金不予通过。51075269。参考1科尔、谢尔曼是。轻质材料为汽车工业。提出1995年神韵,35(1):3 - 9。2国际钢铁协会委员会对汽车工业。摘要先进的高强度钢(展现应用指南;2009年。3西南简森的弹性挠度的边在深制件的金属片。 成熟期过程技术J. 1996;59岁(1 - 2):34-40。4。 圆滑的设计与应用压边系统的优化设计对板料成形工艺条件。J成熟期过程学报2001;10(3):182 - 7。5影响板料成形过程模具设计分析。中央大学土木工程学系ECCOMAS;2004年。6工具和空白的互动-模具在十字架上形成过程。智力J神韵形成2008;1(1):161 -。7一个解析解对回弹的金属板上印着刚性冲床和一个有弹性的模具亡。J成熟期过程学报1997;10(3):49-54。8对有效的建模Meinders t宏观和微观两个工具板料成形过程中变形。在国际研讨会论文集,在工业加工过程数值方法(4):2007。9.利用有限元法在汽车覆盖件拉延模具结构的设计。中央大学土木工程学系,98 IBEC”。p。334 - 9。10刘米,东与模拟和综合形成模具的结构进行分析,为优化模具设计。中央大学土木工程学系硕士国际会议和研讨会6th数值模拟三维板料成形过程;2005。p。96 - 100。11罗卓荆。模具结构的应力分布分析在高强度钢冲压工艺和实验验证。促进学报2010智力成熟期;38(3):184 - 97。12计算机辅助分析与设计过程中板料成形过程:第三部分:冲压设计。圣人2007;28(4):1311。13新闻/模具变形为一个精确生产冲模。学报2008智力副词,37(8):649 - 56。 14调查所需的压力影响。中央大学土木工程学系IDDRG 2008国际会议;2008。15安贞焕,李翼,模拟汽车板冲压成形过程考虑模具变形。中央大学土木工程学系6th国际会议及研讨会的三维数值模拟板料成形过程;2005。p。90 - 5。16钣金成形动弹性的工具。 中央大学土木工程学系硕士国际会议和研讨会7th数值模拟三维板料成形过程;2008。p。743 -。17考虑在工具和按弹性成形有限元模拟和实验验证(4):2008。18测量和模拟在板料成形变形模具。 中央大学土木工程学系IDDRG 2010国际会议;2010。19,王建民。 冲压模具变形的测量方法、SAE 2007世界大会上,2007。2007-01-1680。20通过冲压过程的监控操作工具综合明察秋毫。系统J. 2008;27(3):123 - 9。21王建民 -集成感应系统模具冲压过程监控。智力J马赫工具2009;49号(8):634 - 44。22接触压力分布的测量在界面设计中存在的一些问题生产业务。 应用学报2010;59岁(1):399402。23张文雄JJ,刘坤。一个简化的栏目模型用于自动冲压模具结构的设计。J成熟期过程学报2006;10(3):109 - 4。24尼尔森医生拓扑优化的冲压模具。中央大学土木工程学系9th研讨会在工业加工过程数值方法(4):2007。p。449 - 54。25敏感性和拓扑优化建模方面展现出了板料冲压成形模具结构。中央大学土木工程学系硕士国际会议和研讨会7th数值模拟三维板料成形过程;2008。p。847 - 52页。 26研究方法论的模具结构基于板料成形分析的仿真。下巴机甲英格2008;44:174-9。27生成最优拓扑结构设计中使用生料均化方法。方法应用现有作业线英格1988;71(2):197 - 224。28弯曲MP。最优外形设计成一个物质分布问题。1989;1(4):193 - 202。29谢YM,史蒂文采购。一个简单的进化程序结构信息。1993年第一版。;49(5):885 - 96。30一个工程师的方法寻找最佳的材料分布和形状。方法应用现有作业线英格1993;10(1 - 2):1-26。31弯曲MP,西格蒙德.拓扑优化理论、方法和应用。纽约:施普林格;2003年。32替代插值方案依从拓扑优化最小。 2001;22(2):116 -。33 一个六组件各向异性材料的屈服函数。智力J可塑性1991;7(7):693 - 712。 中期检查表指导教师姓名: 填表日期: 年 5 月 13 日学生学号 学生姓名 题目名称变压器硅钢片零件的冷冲模设计已完成内容前期工作基本按照计划进行!进行相关资料的整理与学习,将4万字符左右的英文资料并进行了翻译!复习相关模具设计以及冲压知识,并根据相关资料,结合相关原理,对毕设整体方案的确定!完成模具凹凸模的尺寸计算,并复习SolidWorks的相关建模及出图等知识!已经基本完成了模具的整体建模,并完成模具的装备 。其他方面也按照进度表计划进行。 检查日期:完成情况全部完成按进度完成滞后进度安排存在困难由于对模具的相关知识了解的比较少,所以在方案的确定方面有一定困难,完成设计任务有几套方案!其次,在模具的设计如一些参数、系数的选取上,并没有一些明确的规定,所以计算起来比较困难。解决办法通过不断学习以及指导老师的耐心指导,现在已经对设计任务有了深刻理解,明确了设计方案。在对网上资料及一些参考书的学习中,设计中的困难已基本解决了!在软件方面自己再多花些时间练习,得出结果后完成余下的论文。预期成绩优 秀良 好中 等及 格不及格建议 教师签名: 教务处实践教学科制表说明:1、本表由检查毕业设计的指导教师如实填写;2、此表要放入毕业设计(论文)档案袋中;3、各院(系)分类汇总后报教务处实践教学科备案。 一、毕业设计(论文)的内容、要求在工艺分析的基础上,综合考虑所给产品的产量和精度要求。所用材料的性能,工厂当前的技术力量,设备情况及模具制造情况,确定该工件的工艺规程和每道工序的冲模结构形式。结构设计:在方案设计的基础上,进一步设计模具各部分零件的具体结构尺寸。同时要求:1、在设计方案确定之前,要求到相关单位调研,查阅和收集相应资料。2、在规定时间内独立完成该模具的理论分析、相关尺寸的确定和计算,同时对其设计方案进行论证。3、根据制品尺寸精度的具体要求来确定模具的最终设计方案,并利用UG或其他软件设计出其装配图及零件图,同时选用与之相匹配的冲压设备。 4、画出该模具的总装配图和关键零件图,撰写毕业设计说明书,翻译相关数量的英文资料。图1-1 变压器硅钢片零件二、毕业设计(论文)的要求与数据该设计重点解决成型冲模设计和工艺参数问题。主要技术参数就是给定的成形零件图的形状、所有尺寸和材料。如图1-1所示。(1)对给定的,完成成型冲模的结构设计和分析;对图1-1所示成型零件,完成成型冲模结构方案设计分析的基础上,绘制装配图。(2)对给定的图1-1成型零件,完成成型零件的成形工艺设计计算和模具结构设计计算,完成成型冲模结构设计(装配图)和零件设计:1)零件分析;2)工艺方案确定(确定生产工艺流程);3)毛坯尺寸计算;4)模具总体结构方案设计;5)模具零件设计;6)绘制模具装配图。三、毕业设计(论文)应完成的工作1.完成二万字左右的毕业设计说明书(论文);在毕业设计说明书(论文)中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要,说明书要求简明扼要,论点明确,论据充分,数据准确,计算正确,结构合理,层次分明,重点突出,文理通顺,插图清晰。格式、版式和插图符合正式出版物的标准和规范。2.独立完成与课题相关,并不少于四万字符的英文资料翻译(附英文原文);3.要求使用AutoCAD或其他软件对该模具的结构原理进行设计。4.在完成该冲压模具的结构、方案设计的同时,要求绘制出其装配图与零部件图,编写出其冲压工艺规程。5.绘图工作量折合A0图纸3张以上,其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸, 要求图样绘制及标识符合国家标准。图面布局和比例合理、图线清晰、表达正确。6.除上述工作量以外,若时间允许,要求采用Pro/ENGINEER、UG或其他软件对该模具进行实体建模,并完成其组装动画演示。四、应收集的资料及主要参考文献1 王孝培编著.冲压手册M. 北京:机械工业出版社,2002.2 袁国定编著.模具常用机构设计M.北京:机械工业出版社,20033 彭建声编著.模具设计与加工速查手册M.北京:机械工业出版社,20054 孙凤勤,闫亚林等编著.冲压与塑压成形设备M.北京:高等教育出版社,20035 AMkaddem et al.Experimental characterisation in sheet forming processes by using Vickers micro-hardness technique J. Journal of Materials Processing Technology, 2006, 180(1-3): 1-86 杨占尧编著.冲压模具典型结构图例M.北京:化学工业出版社,20087 牟林,胡建华等编著.冲压工艺与模具设计M.北京:中国林业出版社,北京大学出版社,20068 付宏生编著.冷冲压成形工艺与模具设计制造M.北京:化学工业出版社,20059 宛强编著.冲压模具设计及实例境界M.北京:化学工业出版社,200810 刘冬花,李国辉,靳美艳等编著.UG NX6.0基础培训标准教程 M.北京:北京航空航天大学出版社,2010五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件计算机一台 、PRO/ENGINEER、UG或其他软件任务下达时间:2011年 11月 213日毕业设计开始与完成时间:2012年2月18日至 2012年 6 月 13日组织实施单位:-装 - 订 - 线-教研室主任意见:签字 2012 年 2 月19日院领导小组意见:签字 2012 年2 月 20 日 变压器硅钢片零件的冷冲模设计摘 要根据变压器硅钢片零件的结构特性以及材料的特点,确定了导柱式单工序落料模的工艺方案。模具结构简单,该方案只需要一道工序,即需要落料模,导柱式冲裁模可靠,精度高,寿命长,使用安装方便,但轮廓尺寸较大,模具较重、制造工艺复杂、成本较高。它广泛用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。该论文详细阐述了工件的工艺分析、模具的基本类型和结构、模具各工艺计算及冲裁设备的确定、各主要零件结构尺寸的确定、模具零件加工工艺。本次设计的难点主要在于如何在保证模具可靠性和精度的条件下设计出简单易行的加工方案,最大程度的降低劳动强度。本设计是针对变压器硅钢片零件的冷冲模设计,设计先根据板件的结构特点及工艺特性进行工艺分析,再结合现今模具生产厂家的具体经验进行结构设计,切实将设计做到能够应用在实际生产中,使模具更具有实用性,并且保证了生产的可行性与经济性。关键词:变压器硅钢片;冷冲模;模具;结构设计AbstractAccording to the structural characteristics of transformer of silicon steel parts and material characteristics, determined the guiding pole type single process blanking process scheme of mould. The mould structure simple, this scheme only need a process, namely need blanking mode, guiding pole type punch die reliable, high precision, long life, easy to install and operate, but outline size is larger, heavier, mould manufacturing process complex, high cost. It is widely used in the production batch, require high precision blanking pieces.The paper expounds the analysis of the technology of workpiece, the basic type of the mould structure, mould and the process calculation and cutting equipment, the main parts to determine the size of the structure determination, mould parts processing technology. The design of the main difficulty lies in how to ensure reliability and precision mould in under the conditions of the design is simple processing scheme, the greatest degree of the reduction of labor intensity.This design is for transformer of silicon steel parts of the cold die design, design according to the first panel of the structure and technological characteristics analysis technology, combining now mould manufacturer of concrete structure design experience, and will be able to apply the design in practical production, make the mould more practical, and ensure the production the feasibility and the economy.Keywords: transformer of silicon steel; Cold die; Mould; Structure design目 录引言11 工件的工艺分析41.1 分析工件的使用材料种类及工艺特性41.2 工件的结构分析51.3 确定冲裁工艺方案61.3.1 工序性质的确定61.3.2 工序数量的确定72 模具的基本类型和结构72.1 模具基本类型的确定72.2 排样方式的确定和材料利用率的计算82.2.1 排样方式及搭边82.2.3 材料利用率92.3 送料步距与条料宽度102.3.1 送料步距A102.3.2 条料宽度B103 模具各工艺计算及冲裁设备的确定123.1 各工序压力的计算123.2 压力机的选用153.3 模具主要工作部分刃口尺寸的计算163.3.1 落料凹模刃口尺寸计算174 确定各主要零件结构尺寸184.1 凹模外形尺寸的确定184.2 凸模长度的确定185 模具其它零件的选择205.1 模具零件的选材要求205.2 模架的选择215.3 模柄的选用235.4 卸料装置245.5 其他固定零件245.6 模具总装图和明细表266 模具零件加工工艺286.1 工艺编制的基本原则与注意事项286.2 模具主要零件加工工艺过程307 结论34谢 辞35参考文献36 引言冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其 产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。硅钢片也叫电工钢,全称电工用硅钢薄板,是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金,亦是产量最大的金属功能材料,主要用作各种电机、发动机和变压器的铁心。它的生产工艺复杂,制造技术严格,国外的生产技术都以专利形式加以保护,视为企业的生命。由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可看成是由上模和下模两部分组成,上模被固定在压力机工作台或垫板上,是冲模的固定部分。工作时,坯料在下模面上通过定位零件定位,压力机滑块带动上模下压,在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形,从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时,模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来,以便进行下一次冲压循环。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现,因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1).冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前,国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中,精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法,它扩大了冲压加工范围,目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm,精度可达IT1617级;我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备,解决了多点压机成形法,从而可随意改变变形路径与受力状态,提高了材料的成形极限,同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力,实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段,能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2.)冲模是实现冲压生产的基本条件. 在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展;另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件,高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要,目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展,加之机械乃至机器人的大量使用,使冲压生产效率得到大幅度提高,各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。(4)冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产,已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产,冲模零件既具的一定的复杂性和精密性,又具有一定的结构典型性。因此,只有实现了冲模的标准化,才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化,从而降低模具的成本,提高模具的质量和缩短制造周期。目前,我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展,除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外,标准件品种也有扩展,精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求,主要体现在标准化程度还不高(一般在40%以下),标准件的品种和规格较少,大多数标准件厂家未形成规模化生产,标准件质量也还存在较多问题。另外,标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。硅钢片在变压器中的应用如下:将3si的取向硅钢片放置在叠片铁芯厚度方向上的中间部位上,其两侧所叠放的铁芯是65si的硅钢片,共同组成了铁芯。并且该铁芯的铁芯柱截面中65si的硅钢片所占的比率比轭部要大一些。该铁芯的结构可使50H和60H基本周波成分由取向硅钢承受大部分,而高周波成分由65si的硅钢片所承受。因此,在铁芯柱漏损的高周波磁通量占主磁通量中的高周波成分比率变得很小,那么轭部与铁芯柱的磁通波形成不平衡得以消解,噪音(变压器铁芯产生的噪音是在磁力循环中由铁芯片持续胀缩引起的,即交流磁致伸缩现象)大幅度降低,例如,在逆变器电源用变压器中,可达到2030db的低噪音。故,用65Si的硅钢片制作的铁芯可以实现小型化。65si电工钢这种具有低损耗、低噪音的软磁材料可使电气电子设备小型化、高速化。为了克服高硅电工钢板脆性大的不利因素,近年来,通过添加第三元素(镍、猛、铝)来改善其加工性能的研究,已取得了一定的效果。本课题是针对目前大量应用与生产的变压器硅钢片的冲压工艺及模具设计,设计工作的主要内容包括:零件的工艺性分析、工艺方案的确定、工艺与设计的计算、零部件的设计以及二维装配图与非零件图的绘制等。因此对变压器硅钢片零件的冷冲模设计研究具有重要意义。1 工件的工艺分析1.1 分析工件的使用材料种类及工艺特性该变压器硅钢片选用材料为10钢。特性及用途:10号钢塑性、韧性很好,易冷热加工成形,正火或冷加工后切削加工性能好,焊接性优良,无回火脆性,淬透性和淬硬性均差。 制造要求受力不大、韧性高的零件,如汽车车身、贮器、深冲压器皿、管子、垫片等,可用作冷轧、冷冲、冷镦、冷弯、热轧等工艺成形,也可用作心部强度不高的渗碳件、碳氮共渗件等。 力学性能:抗拉强度 b (MPa):335 屈服强度 s (MPa):205 伸长率 5 (%):31 断面收缩率 (%):55, 硬度 :未热处理,137HBs, 试样尺寸:试样尺寸纵向25mm 热处理规范及金相组织:热处理规范:正火,910,空冷 金相组织:铁素体+珠光体。冲裁件断面质量:因为一般用普通冲裁方式冲2mm以下的金属板料时,其断面粗糙度Ra可达12.53.2,毛刺允许高度为0.050.1mm;本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求,所以只要模具精度达到一定要求,在冲裁后加修整工序,冲裁件断面的质量就可以保证。1.2 工件的结构分析图1.1 硅钢片零件图该硅钢片零件的形状及精度要求如图2.1所示,在设计冲压件时,在选择确定尺寸公差及表面粗糙度等级时,应注意以下几点:(1) 冲压件在使用时,如果没有尺寸配合要求,尽量在图中不要标注出公差,一般应按自由尺寸公差处理。(2) 若冲压件尺寸在使用时有配合要求时,须标出公差值,但在标注时,应根据产品使用条件,合理选择公差值,并保证其配合精度。(3) 对于弯曲、拉深或成形零件,应允许壁部有变薄现象,其变薄范围须应在图样上标出。(4) 冲压零件的表面粗糙度等级,要根据产品需要情况来选择,在不影响使用的情况下,不选择过高的等级,以防给加工带来难度。该零件形状简单、对称,全部由直线组成,没有圆弧,零件具有良好的结构工艺性。尺寸精度要求一般,但是表面粗糙度要求不高,再结合其材料性能,查标准公差表2.1可知,选一般精度等级:11级。 冲裁件的尺寸精度与许多因素有关,如冲模的制造精度、材料性质、模具结构、冲裁间隙和冲裁形状等。 可以说,冲裁件的尺寸精度直接由冲模的制造精度所决定。冲模精度愈高冲裁件尺寸精度愈高。一般情况下,冲裁件所能达到的精度比冲裁精度低1-3级。 由于冲裁变形的特点,冲裁断面可明显分为4个特征区,即塌角带、光亮带、断裂带和毛刺。表 1.1 IT基本公差1.3 确定冲裁工艺方案1.3.1 工序性质的确定冲压性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。同时还应该考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。通常在确定工序性质时应考虑以下几个方面:a.从零件图上直观的确定工序性质。b.对零件图进行计算分析,比较后确定工序性质。c.为改善冲压变形条件,方便工序定位,增加附加工序。 该硅钢片零件有以下三种工艺方案:方案一:选用导柱式单工序落料模直接落料。方案二:选用一模两件连续冲裁。方案三:选用一模两件复合冲裁。1.3.2 工序数量的确定确定工序数量的基体原则是:在保证工件质量,生产效率和经济性要求的前提下,工序数量应尽可能减少。1.3.3 工艺方案分析 方案一 模具结构简单,只需要一道工序,即需要落料模,导柱式冲裁模可靠,精度高,寿命长,使用安装方便,但轮廓尺寸较大,模具较重、制造工艺复杂、成本较高。它广泛用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。 方案二 需要三道工序,工序1:双侧刃切去侧刃搭边,冲方形孔。工序2:空步。工序3:切断(双边),得到两个工件,生产效率高。 方案三 虽然只需要一副模具,冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证,但是模具结构较方案一复杂。通过对于上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案一为佳,采用单工序模生产。2 模具的基本类型和结构2.1 模具基本类型的确定模具设计的基本原则是:要根据制件的尺寸精度及生产批量,综合考虑经济效益,确定采用单工序模、复合模、级进模。模具结构和模具材料应与制件批量相适应。尽量选用标准模架和模具零件。模架的平面尺寸,不仅要与凹模尺寸相适应,还应与压力机台面尺寸及开孔大小相适应。落料模的送料方向与所选的压力机相适应。为了便于较模和存放,模具应安装闭合高度限位块。模具工作时限位块不应受压。冲裁对称件的模架应明显不对称,以防止上模和下模装错位置。弯曲件的落料模,排样时应考虑材料的轧制方向。刃口尖角处宜用拼块,既便于加工,也可防止应力集中导致开裂。单面冲裁的模具,应在结构上采取措施使凸模和凹模的侧方向相互平衡,不宜让模架的导柱导套受侧向力。安装于模架内的弹簧,在结构上影能保证弹簧断裂时不致蹦出伤人。冲孔模应考虑放入和取出制件的方便、安全。冲孔模的定位,应防止落料板坯正反面都能放入。多凸模冲孔是,邻近大凸模的细小凸模比大凸模在长度上段一冲件厚,防止凸模折断。对于大型落料与修边模或冲孔内有窄小凸出与凹槽时,应采用鑲拼与嵌拼结构。根据零件的结构,尺寸精度要求较高和表面粗糙度没有明确要求,而且是大批量生产,考虑到经济效益等各个方面的综合因素,采用单工序模即可。对于精度要求较高,生产批量较大的冲裁件,多采用有导柱的模具。所以该硅钢片零件采用导柱式单工序落料模。2.2 排样方式的确定和材料利用率的计算2.2.1 排样方式及搭边 排样是指冲裁件在条料或板料上的布置方法,合理的排样和选择适当的搭边值,是降低成本的和保证制件的质量及模具的寿命的有效措施。根据材料的利用情况,排样可以分为有废料排样,少废料排样和无废料排样三种。根据冲件在条料上的不同排列方式,又可分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多排及冲裁搭边等多种。而根据排样类型又可分为有搭边和无搭边两种,根据零件的形状分析和考虑到冲裁时的工艺合理性与经济合理性,采用有搭边的排样方案较为合理。因而,根据零件形状尺寸、材料等特点,由以上分析可知,采用直排式有搭边的排样方法,排样图如图3.1所示:查表2.1得零件间的搭边值2,零件与条料侧边之间的搭边值为2.5。 图2.1 排样图1 表2.1 搭边值与侧边值的数值 2.2.3 材料利用率材料利用率通常以百分率表示: (2-1)式中:一个步距内制件的实际面积;一个步距内所需毛坯面积; A送料步距; B送料宽度。 2.3 送料步距与条料宽度选定排样方法与确定搭边值之后,就要计算送料步距和条料宽度,这样才能画出排样图。2.3.1 送料步距A条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。如图2.2所示,每次只冲一个制件的步距A的计算式为:A=W+a1=40+2=42 (2-2)式中:a1冲裁件之间的搭边值。W硅钢片排样时的长度。图2.2 排样图22.3.2 条料宽度B条料是由板料(或带料)剪裁下料而得,为保证送料顺利,规定条料宽度B的上偏差为零,下偏差为负值(-)。为了准确送进,模具上一般设有导向装置。当使用导料板导向而又无测压装置时,在宽度方向也会产生送料误差。条料宽度B的值应保证在这2种误差影响下,仍能保证在冲裁件与条料侧面之间有一定的搭边值a。表2.2 剪裁下的下偏差表2.3 条料与导料板间空隙f(mm)条料厚度无侧压装置有侧压装置条 料 宽 度100100-200200-30010010010.50.51581-50.81158模具的导料板之间采用有侧压装置,条料宽度按下式计算(图2.3):= (2-3) 导尺间距: (2-4)式中:D冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸;a冲裁件与条料侧边之间的搭边;板料剪彩时的下偏差(由查表2.2可知)图2.3 有侧压装置示意图3 模具各工艺计算及冲裁设备的确定3.1 各工序压力的计算 冲裁力的计算 在冲裁高强度材料或厚度大,周边长的工件时,需要很大的冲裁力,当工厂的设备的吨位不能适应的时候,为不影响生产,可采取一定的措施降低冲裁力,常用的方法有阶梯冲裁、斜刃冲裁和加热冲裁等。在冲裁过程中,冲裁力的大小是不断变化的,冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力,对于普通的平刃口的冲裁,其冲裁力P计算公式为 P=KLt (3-1)式中:P冲裁力,N; L冲裁件的周长,mm; t材料的厚度,mm; 材料的抗剪强度,mm; K系数,考虑到凸模、凹模刃口磨损,模具间隙波动,材料力学性能变化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系数,常取K=1.3。表3.1 力学性能由图可知:L=218mm,t=2mm,=205MPa(查设计资料及有关手册可知),所以由式3-1可知P=KLt = 推件力和卸料力的计算由于冲裁时材料的弹性变形及摩擦,在一般的冲刺条件下,冲裁后材料将发生弹性恢复,使落料件或冲孔废料梗塞在凹模内,而板料则紧箍在凸模上,为了使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上的板料卸下,将卡在凹模内的工件或废料向下推出或向上顶出。将紧箍在凸模中的料卸下所需的力称为卸料力,将卡在凹模中的料推出所需的力称为推件力,将卡在凹模中的料逆着冲裁力方向顶出所需的力称为顶件力。卸料力、推件力和顶件力合材料的力学性能、材料厚度、冲件轮廓的形状、冲裁间隙、润滑情况、凹模洞口形状等因素有关。在生产中,都采用简单的经验公式来计算: (3-2) (3-3) (3-4) 式中:分别为卸料力,推件力、顶件力,N; 分别为卸料力的系数、推件力的系数、顶件力的系数, 冲裁力,N; n同时卡在凹模洞口的件数,n=h/t,h为凹模刃口的直壁高度,mm;t为材料厚度,mm。查表取,则根据材料厚度凹模刃口直壁的高度h=20mm,故 总冲压力的计算冲裁时,所需总冲压力为冲裁力、卸料力、推件力和顶件力之和。采用刚性卸料装置和下出料方式的总冲压力为: (3-5) 压力中心的确定冲压合力的作用点称为压力中心,为了保证压力机和冲模正常平稳的工作,必须使冲模的压力中心通过模柄轴线与压力机滑块中心重合,否则,冲裁过程中压力机滑块和冲模将会承受偏心载荷,使滑块导轨和冲模导向部分产生不正常磨损,合理间隙得不到保证,刃口会迅速变钝,从而降低冲件质量和模具寿命甚至损坏模具发生冲压事故,因此,设计冲模时,应正确计算出冲裁时的压力中心,并使压力中心与模柄轴线重合。图3.1 压力中心坐标图由坐标系设定可知:各线段的重心位置为X1=6Y1=3L1=12X2=12Y2=1.5L2=3X3=20Y3=0L3=16X4=28Y4=1.5L4=3X5=34Y5=3L5=12X6=40Y6=8.5L6=11X7=30.5Y7=14L7=19X8=21Y8=25L8=22X9=30.5Y9=36L9=19X10=40Y10=41.5L10=11X11=34Y11=47L11=12X12=28Y12=48.5L12=3X13=20Y13=50L13=16X14=12Y14=48.5L14=3X15=6Y15=47L15=12X16=0Y16=25L16=44所以,硅钢片的压力中心为: (3-6) (3-7)3.2 压力机的选用压力机的种类很多,分类方法不同,如按驱动滑块的力可分为机械压力机、液压压力机、气动压力机等。由于机械压力机加工速度比压力机快得多,高的生产效率是其绝对的优势,因此采用机械压力机。冲压设备规格的确定: 选择的压力设备的类型:根据要完成的冲压工艺的性质,生产批量的大小,冲压件的几何尺寸和精度要求。 中小型部裁件变曲件拉涤件生产,采用开式机械压力机。 在中型冲压件生产采用闭式结构形式的机械压力机。 小批量生产,大型厚板冲压件的生产采用液压机。 大批量生产或开头复杂零件的大量生产中,选用高速压力机械多工位自动压力机。 规格的确定、根据冲压设备部压件的尺寸模具的尺寸和冲压力来确定。 所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力P压机P总 压力机的行程要适当:行程直接影响模具的主要高度引程过大,凸模与导板分离导板模或导柱导套分离。 压力机闭合高度应与冲模的闭合高度相适应,即冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间. 压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸,并留有安装固定的余地,但工作台也不应太大,以免工作台受力不好.由于该制件是一件中小型制件,精度要求较高,属于大批量生产,因此选用开式可倾压力机。在一般条件下,可以根据生产车间的实际条件,在现有的压力机中选取,根据所需压力,应选取公称压力。查机械设计手册,可选用双柱可倾压力机,型号为:J2325具体参数:公称压力:250KN滑块行程:80mm最大闭合高度:250mm连杆调节量:70mm工作台尺寸(前后左右):360mm560mm垫板尺寸 (厚度孔径):50mm130mm模柄尺寸 (直径深度):50mm70mm最大倾斜角度:303.3 模具主要工作部分刃口尺寸的计算 冲裁件的尺寸精度主要取决于凹、凸模刃口尺寸及公差、模具的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证的,因此,正确的确定凸、凹模刃口尺寸及其公差,是冲裁设计中的一项重要工作。 凸、凹模刃口尺寸计算原则:落料时,先确定凹模刃口尺寸,凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小极限尺寸,以保证凹模磨损在一定范围内,仍能冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸按凹模的刃口基本尺寸减小一个最小合理间隙来确定。 冲孔时,先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口尺寸的基本尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸,以保证凸模磨损在一定范围内,仍能冲出合格制件。凹模刃口的基本尺寸按凸模的刃口基本尺寸减小一个最小合理间隙来确定。凸模和凹模刃口的制造公差,主要取决于冲裁件的精度和形状,一般模具的制造精度比冲裁件的精度至少高1-2级,若制件没有标注公差,则对于非圆形件按国家非配合尺寸的IT14级精度来处理,圆形件一般可按IT10级精度来处理。3.3.1 落料凹模刃口尺寸计算 因该硅钢片零件不是简单的落料件,且公差等级要求较高,因而采用配合加工计算法;令a=,b=,c=,d=, e=,f=,g= 表3.2 冲裁模初始双面间隙值 材料名称Q215、Q235钢,08、10、15钢纯铜(硬)、磷青铜、铍青铜H62、H68力学性能HBS70-140300MPa-400MPa板料厚度t始用间隙Z1.00.2460.360由表3.2查得: 由表查得:对于尺寸f,X=0.5; 对于尺寸a、c、d,X=0.75; 对于尺寸b、e,g,X=1.0。落料凹模,由于a、c、f,g尺寸随凹模磨损变大,d尺寸随凹模磨损变小,b、e尺寸不随凹模磨损变化。故(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)凸凹模外形各尺寸按落料凹模相应尺寸,保证双边间隙在0.2460.360mm。4 确定各主要零件结构尺寸4.1 凹模外形尺寸的确定 凹模厚度H的确定: (4-1)W=1.2H=1.2*27=32.4mm(4-2) 凹模宽度的确定:(4-3) 凹模长度的确定:(4-4)4.2 凸模长度的确定 凸模长度计算为:(4-5)凸模固定板的厚度卸料板的厚度导尺的厚度附加长度,包括凸模的修磨量,凸模进凹模的深度,凸模固定板与卸料板的安全距离等。凸模三维图如下图所示:图4.1 凸模导尺的确定:导料板也叫做导尺,在采用导板导向或固定卸料板的冲模中心必须用导料板导向。条料两侧靠导料板的内侧面的约束,引导其正确向前送进,否则条料会送偏,影响制件质量甚至会造成废品。导料板所需宽度:导料板所需长度:146.8mm由冷冲模国家标准手册查得取型号导料板 GB2865.581导料板三维图如下图所示:图4.2 导尺导板(卸料板)的确定:在导板模中,以导板对凸模导向,导板既对凸模起导向作用又起卸料板的作用,导板与凸模采用H7/h6配合,导板厚度可取凹模厚度的0.8倍1倍,在冲裁过程中使凸模与导板始终保持配合。卸料板厚=14mm卸料板的三维图如下图所示:图4.3 卸料板凸模固定板的确定固定板主要用于小型凸、凹模等工作零件的固定,凹模固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本一致,厚度可按经验公式取为0.60.8,在必须进行凸模固定板的设计时,其平面尺寸除应该保证凸模安装外,应有足够尺寸来安放螺钉和销钉。凸模固定板板厚=18mm凸模固定板的三维图如下图所示:图4.4 凸模固定板取凸模修磨量h=18mm所以由式4-5可知:5 模具其它零件的选择5.1 模具零件的选材要求模具材料选择的基本要求综合性能良好。模具材料应具有一定得硬度和耐磨性,使模具在特定的条件下能够保持其形状和尺寸的稳定,应具有强度和韧度,既能承受一定的高压又能承受一定得冲击载荷的作用,应具有一定的抗热性能。包括一定得热强性,热硬性、热稳定性、热疲劳抗性和热粘着性等,以承受模具工作时可能因强烈摩擦而产生的局部高温。工艺性能良好。所选用的模具材料应具有良好的冷、热加工性能及热处理工艺性能,制造简单,加工方便,能够保证供应且经济性合理。选择模具材料应考虑的因素模具的工作条件,包括承载能力的大小,速度(冲击状况)、工作稳定及腐蚀情况等。模具的失效。模具的失效形式主要是有塑性变形失效、磨损失效及断裂失效。模具所加工的产品,包括所加工的产品批量的大小、产品的质量的高低、产品的材质等。 模具的结构,包括模具的大小、模具的形状、模具零件的工作性质等。模具工作零件所用的材料应该比其他零件好。模具的制造工艺。工厂现有的设备及技术水平。当然,具体选材时,对于以上各因素的考虑应有所侧重,应该按照模具工作要求有针对性的选择。冲压模材料 目前使用的冲压模材料很多,有冷作模具钢、硬质合金钢、陶瓷材料、铸铁、低熔点合金、高分子材料、木材等,等使用最多的是冷作模具钢和硬质合金。用硬质合金制作冲压模,其模具成本比一般的合金钢模具高3-4倍,但同时寿命也要提高20-30倍,所以,硬质合金在冲压模中应用越来越多。 对于冲压模材料的选择,有一定得原则。一般来说,对于形状简单的,冲压件尺寸不大的模具工作零件,常常选用碳素工具钢,对于形状复杂,冲压件尺寸较大的模具工作模具工作零件,常选用合金工具钢或高速工具钢,对于冲压件精度或模具寿命要求较高的模具工作零件,常用硬质合金钢或钢结硬质合金,对于诸如汽车覆盖件冲模这样大型模具工作零件,常选用合金铸铁。因而,经过分析可知,该硅钢片零件的冲压模材料采用合金工具钢。5.2 模架的选择 模架由上、下模座及导柱导套构成。对模架的基本技术要求有:(1)要求有足够的强度与刚度,以保证工作时整个模具系统的稳定。(2)要有足够的精度,如上、下模座上、下平面均要平行;导柱、导套要与上、下模座垂直;模柄要与上模座垂直。(3)上、下模座之间的导向要精确,导柱、导套之间的间隙要合理,以保证上、下模之间的运动平稳、顺畅,不移位或很少移位。模座分上模座和下模座,它们是冲模全部零件安装的基体,又承受和传递冲裁力,因此它要具有足够的强度、刚度和足够大的外形尺寸。上模座通过模柄安装在冲床的滑块上,下模座用压板和螺栓固定在工作台上。上、下模座通过导柱、导套的连接而形成模架,模座要有足够的的厚度,一般取凹模厚度的11.5倍。矩形模板的长度比矩形凹模长度大40mm70mm,其宽度应稍大于凹模宽度。模座的外形尺寸必须大于冲床工作台落料孔尺寸,通常每边大40mm。模板常用灰铸铁制造,该材料有良好的吸振性。模座、导柱、导套及模柄等零件组成模架,模架已经纳入冷冲模国家标准。根据凹模的周界尺寸,查冲压手册相关资料,模具采用后侧导柱滑动导向模架,根据以上计算结果,可查得模架规格为:上模座16012535GB/T 2855.5图5.1 上模座下模座16012540GB/T 2855.6图5.2 下模座导柱A25h6130GB/T 2861.1图5.3 导柱导套A25H78533GB/T 2861.6图5.4 导套5.3 模柄的选用中小型模具一般均通过模柄固定在压力机的滑块上,对于大型的模具可用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。根据压力机的规格,及滑块模柄尺寸。模柄直径可取与模柄孔相等,采用间隙配合,模柄长度应小于模孔深度5mm10mm,模柄支撑面垂直于模柄的轴线,垂直度不应超过0.02:100。选择压入式模柄型号A4090GB 2862.1-81A3规格为直径40mm,高为90mm。模柄的三维图如下图所示:图5.5 模柄5.4 卸料装置卸料结构就是用于将条料、废料从凹模上卸下的装置,刚性卸料装置结构简单,仅由固定卸料板构成,一般安装在下模的凹模上,固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度可取凹模板的0.8倍1倍,当卸料板仅起卸料作用时,卸料孔与凸模之间的单边间隙可取板料厚度0.10.5倍,当固定兼起导板作用时,凸模与导板之间一般按H7/h6配合。本模具采用固定卸料装置,该装置卸料力大,卸料可靠,冲裁时坯料得到压紧,适用与较硬、较厚且冲裁精度中等的冲裁件。卸料板材料选A5钢,不用热处理淬硬。5.5 其他固定零件其他固定零件主要指凹模、凸模固定板、垫板、螺钉和销钉等。固定板主要是用于小型凸、凹模等工作零件的固定,凹模固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本一致的,厚度可以按经验公式取为(0.60.8)Hd,Hd为凹模厚度,在必须进行凸模固定板的设计时,其平面尺寸除保证凸模的安装外,应有足够大的尺寸来安放螺钉和销钉。垫板装在固定板与上模座之间,它的作用是承受凸模和凹模的压力,防止过大的冲裁力在上、下模板上压出凹坑,而影响模具的正常工作,型号选为A70 GB 2859.4-81。螺钉与销钉都是标准件,设计模具时按标准选用即可,螺钉是用于固定模具的零件,而销钉则起定位作用。模具广泛应用的是内六角螺钉和圆柱销钉,其中的螺钉和的销钉最为常用。表5.1 模具零件结构尺寸序号名称长宽厚(mm)材料型号数量1垫板7040645钢A70 GB 2859.4-8112凸模固定板74402545钢A20 GB 2859.3-8113卸料板16012012A5钢14挡料销45钢A843 GB 2866.11-811挡料装置:挡料装置对人工送料提供进给量的依据。当材料与挡料装置的定位面(边)接触时,即停止进给。挡料装置在单工序落料或复合模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。 固定挡料销:圆柱挡料销,结构简单,使用方便,广泛应用于各类冲裁模;钩形挡料销,因其固定孔离刃口较远,因此凹模强度较好,适用于厚料冲裁时的挡料。由于挡料销有定向要求,结构上带有防转定向销。模具装配采用固定挡料销,考虑冲裁件的搭边值过小,采用圆柱挡料销,使用45钢,型号为A843 GB 2866.11-81。挡料销三维图如下图所示:图5.6 挡料销图5.7 挡料销的结构形式5.6 模具总装图和明细表图5.8 装配图1下模座; 2凹模; 3导料板;4卸料板; 5凸模固定板;6垫板; 7上模座;8模柄; 9销钉; 10六角螺钉;11导套; 12凸模; 13导柱; 14挡料销;15侧压装置6 模具零件加工工艺在模具制造中,每个零件都具有复杂性与特殊性,相互之间具有整体配合性,这给编制模具加工工艺带来了不同的要求,一份好的工艺编制文件,能影响生产成本与产品质量。现就模具加工工艺的编制作如下规则:6.1 工艺编制的基本原则与注意事项编制工艺的基本原则。根据自己的人力、物力基础和客户提供的数据或图纸的要求,尽快地编制切实可行的工艺文件,制造出高品质的产品,具有使用性。在这个基本原则构筑的框架中,快、好、省是核心内容,贯穿于编制的始终。 “快”:它要求在最短的时间内编制出耗时最短的工艺文件,工作中要注意以下四点: 平时,最好是操作过每一台机床,对加工十分了解,以适应模具零件复杂性与特殊性的要求,做到拿到一份图纸,能够很快地确定最佳加工流程,提高速度。 确定合理的最小加工余量。在上下工序,粗精工序之间,留出必要的加工余量,减少各工序的加工时间。 由于模具零件多为单件、小批、工艺卡片不能像批量产品一般仔细详尽,但要力求一目了解,无有遗漏,关键工序要交待清楚加工注意事项,写出操作指导,以减少操作者的适应时间,减少加工失误。 对于加工过程中需要的夹具、量具、辅助工具应当先行设计,提前做好准备。 “好”:它要求工艺员能够编写出最合理、最佳的工艺文件,预防处理加工过程中出现的问题,它也是衡量一个工艺员是否优秀的标准之一。主要应注意以下几点: 合理的编排热处理工艺。模具产品的一个特点就是材料的机械性能,热处理要求十分严格,凸凹模、固定板等关键零件,在开始阶段要安排退火、改善加工性能,在进行淬火后,要进行时效,消除应力变形。 严格区分粗精加工艺。一般地,粗、精工艺的划分由热处理工艺来决定,在最终热处理后的加工多为精加工。余量要尽量安排在粗加工阶段完成,以减少刀具的损耗和采用电加工的电极、电极丝损耗。 要运用预处理工艺措施。对于一些中间去除材料较多的凹模,凸模固定板等零件,在精加工之前应采用单边留量0.5左右,先加工出大致形腔,然后淬火时效,再精加工的方法,以消除加工内应力变形。对于一些薄壁零件,如卸料套,要预加工出一个加强工艺台,以防止加工夹持变形。 适当地留出加工基准。在生产中常会遇见加工基准无法与设计基准重合的问题,这时候,就要预加工一个工艺基准,以便于各工序加工。对于级进模之类的高精度产品,还需要进行尺寸精度换算。 要采用专业术语。在工艺文件中要充分运用大家熟知的专业术语和加工表达方法,清楚地传达加工意图,要避免彩和“加工到图纸”,“形状尺寸公差到要求”之类的模糊语言,要做到工艺与图纸有机结合,使当事人明白该干什么,该怎样干,这样也便于检验人员进行检测。 热点模具网 “省”:就是要充分节约人力、物力、财力、提高单位生产效率。主要应注意以下几点: 运用机械加工工艺学和统筹学的观点,对于模具之类的单件,小批产品,要采用集中工序加工的原则,尽量安排在一台机床上加工,缩短工艺流程,这样可减少装夹、识图、计算等重复劳动时间,减少转序、交检的时间,提高生产效率。 对每台机床加工的工时定额有充分的估计,能快的尽量不采用慢的,能粗加工解决的,决不上精加工机床,这样也有利于保护机床的精度和使用期限,节约成本。 板类、轴类、异形类零件的加工在模具零件中,板类零件较多,主要有固定板、上下模板、卸料板、垫板等,此类零件的加工具有一些共性,以级进模的固定板为例,其工艺流程可概括为:下料锻造退火(正火)铣削粗磨加工中心淬火半精磨时效(去应力退火)精磨线切割、电火花。轴类模具零件,以凸、凹模居多,其加工工艺流程一般为:下料退火车淬火(或调质)研顶尖孔粗磨时效精磨钳工。在调质精磨后,根据需要还可进行发蓝、渗氮等表面处理。针对异形类零件的不同要求,编制工艺时可区别对待,力求加工工艺最优化。 组配加工类零件的加工对于一整副模具而言,有些零件由于使用性能上的要求,需要进行组配加工。作为一名工艺员要了解零件与零件之间的装配关系及零件在整副模具中的作用,从而合理安排组合或配作工艺是极为重要的。对于级进模具来说,零件尺寸绝大部分由设计决定,需进行配作加工的零件很少,现就一些需配作的零件及部位提示如下:上、下模架的导柱、导套孔。 模具冲压时的限位柱高度。 切断、开条时上、下刀的间隙。 模具加工工艺的编制具有很强的可塑性,要肯用心、肯动脑、经过不断总结、不断改进,就能够加工出物美价廉的产品。6.2 模具主要零件加工工艺过程模具制造工艺规程的过程为:分析模具的工艺性。在充分理解模具结构、用途、工作原理和技术要求的基础上,分析模具材料、零件形状、尺寸和精度要求等工艺性是否合理,找出加工技术难点,提出合理的加工方案和技术保证措施。确定毛坯形式。根据零件材料类别、零件的作用和要求等确定哪些零件属于自制件、外购件和外协件,对于自制件,确定毛坯形式,并填写毛坯备料清单。进行二类工具的设计和工艺编制。设计加工模具使用的二类工具和并编制其制造工艺。专用二类工件的设计原则应该符合模具生产特点。填写工艺规程内容。即将模具制造工艺内容用文件的形式确定下来,并按一定的表格形式填写。模具主要零件工艺规程:表 6.1 凸模的加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料准备554565(mm)的方形坯料2粗铣铣六平面至尺寸50.540.558.5(mm)铣床3精铣铣削到各留0.15mm磨削余量尺寸铣床4磨削磨削到各留0.05mm研磨余量尺寸磨床5热处理热处理硬度6064HRC6研磨研磨凸模至504058(mm)手工7检验 表 6.2 凹模加工工艺规程 材料:Gr12 硬度: 6064 HRC 序号工序名工序内容1备料条料锯切(退火状态)15012030(mm)2粗铣铣六面到尺寸147.3115.327.5(mm),注意两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直3精铣铣削到各留0.15mm磨削余量尺寸4热处理淬火 使硬度达6064 HRC5平面磨磨削到各留0.2mm研磨余量尺寸6线切割割凹模洞口,并留0.01002mm研余量7钳 研磨洞口内壁侧面达0.8m 配推件块到要求8钳用垫片层保证凸模与凹模间隙均匀后,凹模与上模座配作销钉孔9研磨研磨凹模板上平面厚度达要求10钳总装配 表 6.3 凸模固定板加工工艺规程材料:45钢 硬度: 2428 HRC序号工序名工序内容1备料氧割 804530(mm)2热处理调质 硬度2428 HRC3粗铣铣六面达74.540.520.5(mm),并使两大平面和相邻两侧面
收藏