变压器储油柜端盖模具设计

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1、变压器储油柜端盖模具设计摘 要分析了变压器储油柜端盖的结构和成形工艺，计算了毛坯尺寸和冲压力。为了提高端盖的生产效率，设计了集三工序为一体的落料拉深冲孔复合模的结构，经过工艺分析、结构设计，论证了其可能性，保证了制品的质量。 在模具设计中,为了提高速度和效率,充分利用已经掌握的知识和资源。利用Pro/E曲面设计功能快速求出曲面的面积。利用冲模设计手册软件版快速设计冲压模具,并对模具的强度进行检验。实践证明,确实提高了设计的速度和效率。本模具设计中,由于卸料力较大,采用了组合弹簧力较大的优点解决了这一问题。在模具结构中,用顶板做凸模的定位元件,由于配合定位的距离小,容易造成凸模的折断,因而设计了

2、凹模导向凸模,增强了凸模的强度。关键词：落料；拉深；冲孔；复合模；模具结构AbstractThe structure and processing property of bellowsoilconservator end cover fortransformers were analyzed. The blank dimensions and pressing force were calculated. The compound die of cut-tandem-punch combined with three procedures is designed in order to im

3、prove the production of end cover. The article proves its availability through technological analysis and structural design to guarantee products quality .In mold design, in order to improve pace and efficiency, fully utilize knowledge and resource that has already been grasped. Utilize Pro/E curved

4、 surface design function ask , produce area of curved surface fast , utilize the design manual software edition of the trimming die to design and press the mould fast, and the intensity to the mould is examined. Practice has proved , have really improved pace and efficiency designed. In this mold de

5、sign, because of unload material to be strength relatively heavy, adopt , make up spring loud advantage solve this problem. In the mould structure, make the localization component of the protruding mould with the roof, the distance making a reservation is little because of cooperating, apt to cause

6、protruding rupture of mould, design concave mould pour , to protruding mould , strengthen protruding intensity of mould.Key words: cut；tandem；punch；compound die；die structure 目 录摘 要1Abstract21 绪 论52 设计题目113 工艺分析133.1 技术分析133.1.1 冲裁的结构工艺性133.1.2 拉深的结构工艺性143.2 经济分析163.2.1 冲压件成本分析173.2.2 降低制造成本的措施183.3

7、 变压器储油柜端盖的工艺分析203.3.1 材料203.3.2 零件结构203.3.3 尺寸精度204 制定工艺方案214.1 工艺方案的分析214.1.1 修边余量214.1.2 计算毛坯尺寸214.1.3 确定是否用压边圈224.1.4 确定拉深次数（采用查图法）224.2 工艺方案的确定225 工艺计算255.1 材料排样及材料利用率的计算255.1.1 材料排样的选用原则255.1.2 确定板料规格和裁料方式265.2 冲压力的计算及设备的选择275.2.1 落料275.2.2 拉深285.2.3 起伏成形305.2.4 冲孔315.2.5 冲压设备的选择315.3 模具压力中心的计算

8、335.4 模具刃口尺寸和公差确定345.4.1 坯料冲裁间隙的确定345.4.2 落料刃口尺寸的计算365.4.3 冲孔刃口尺寸的计算365.4.4 拉深工序工作部分的尺寸及间隙375.5 模具强度校核385.5.1 冲孔凸模的强度校核385.5.2 螺钉的强度校核396 模具结构合理性分析416.1 模具结构图416.2 模具的工作过程417 模具主要零件结构设计437.1 弹性元件的设计437.1.1 弹簧的设计计算437.1.2 卸料橡胶的设计计算447.2 模架的选择447.3 工作零件的设计447.3.1 凹模刃口的结构型式确定447.3.2 凸模刃口的结构型式确定45结 论46致

9、 谢47参考文献481 绪 论作为一个即将毕业的材料专业模具方向学生来说，年专业知识的学习，为以后从事冲压模具设计打下了良好的基础。同时在校时了解模具行业的发展趋势也是很有必要的,它有助于我们把握自己的学习方向，不断提高自己的专业素养。近年中国经济高速增长。各行各业高速发展，带动了模具市场的持续高速发展。模具市场中最大的板块是汽车。汽车工业经历了2002年和2003年连续两年“井喷式”发展之后，2004年产量和销售量分别增长14.11%和15.5%，发展仍很快，模具市场中第二大板块是电子及信息产业。该产业今年来一直高速运营，年增长率达20%以上。中国的玩具、自行车、微波炉分别占全世界市场份额的

10、70%、60%和50%。中国的影印机、个人电脑、电视机和空调器分别占全世界市场份额的2/3、2/5和1/3。冰箱也已占了20%。这些产品制造业都是模具的大用户。在此形势之下，中国的模具工业高速发展是必然所趋。 随着中国加入WTO，在机遇与挑战并存中，中国模具工业面临的形势是机遇大于挑战。因而，一方面是模具的进出口高速发展，另一方面是外资大量涌入中国的模具行业。外资大量涌入中国模具行业产生两方面效应。一是外资不仅带来资金，也带来了技术与市场；二是外资企业在市场中处于优势地位，给国内民族工业带来了很大的竞争压力。这两方面效应都促使中国模具工业的快速发展，包括模具产品的数量、质量、品种和水平。近年来

11、，国家产业政策也一直把模具列为支持的产品，把模具工业列为需要扶持的行业。正确的产业政策产生了正确的引导作用，也促进模具工业的快速发展和模具市场的繁荣昌盛。1.1 我国模具市场的发展趋势现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），2005年模具产值超过600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，

12、一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。 模具的服务面非常广阔，因此模具的品种也十分繁杂。由于用户对产品质量和美观的要求，近年来随着塑料制品和压铸件使用越来越多，塑料模和压铸模的产量也一年大于一年，其在模具总量中的比例也在逐年提高。2001年至2004年四年间，塑料模和压铸模在模具总量中的比例分别提高了约2个和约0.6个百分点。由于高速公路的快速发展，橡胶轮胎的子午化率不断提高，因而近年来子午线轮胎模具发展很快。广东揭阳和胶东半岛是子午线轮胎模具最为集中的地区，

13、一些企业的子午线轮胎模具年销售额已超过1亿元，有的已超过2亿元，形成了一定的规模效应。 模具标准件是模具的基础，可缩短生产周期、降低成本和提高质量，因此近年来模具标准件使用覆盖率不断提高，产量也就不断增加。现在，年销售额亿元以上的模具标准件生产企业已有不少，最大的已超过10亿元。模具标准件的品种也不断增加，质量也进一步提高。但是由于生产模具标准件的门坎较低，因而小规模的私营企业很多，其中有些企业生产条件十分简陋，原材料采购也不把关，过多地在成本和价格上打算盘，致使产品质量下降，既影响模具质量，又对市场造成冲击，在模具市场上发出了一些不协调的音符。 质量、周期、价格、服务，是模具销售的四大要素。

14、在目前的模具市场中，周期越来越重要。模具材料不断涨价，工资不断上升，模具价格总体上却是不涨反降，因此模具生产企业利润空间被压缩。为了生存与发展，近年模具企业更加注重技术进步和管理改善。这些也都促进了模具市场的健康发展。由于中低档模具竞争加剧，中高档模具市场空间相对较大，因此，不断提高模具产品的技术含量，已是许多模具企业的共同目标。这样，大型、精密、复杂、长寿命等技术含量高的中高档模具的发展速度自然也就快于模具行业的总体发展速度。从而促进了模具市场的产品和技术结构向着合理化方向发展，致使模具市场更加繁荣。广东省是我国目前的模具第一大省，以三资企业为主体的广东模具市场，目前约占我国模具产值的四成以

15、上。以私营企业为主体的浙江省模具生产名列我国第二。江苏和上海，近年来模具生产发展相当快，市场份额正逐年增长。山东、安徽、福建、天津、辽宁近年的发展情况也比较好，而西部和中部地区的大多数省份，其发展速度就相对慢一些。总起来说，珠江三角洲和长江三角洲是我国模具市场发展最为集中的两大地区。2005年我国经济总体上仍保持着高速发展的走势，模具主要用户行业的发展速度大都能达到15%以上。因此，2005年我国模具市场的增长率也在15%以上，也就是说，2005年我国模具的总产值超过600亿元人民币。用一句话来概括我国模具市场的近况，那就是“平稳向上，产需两旺”。“十一五”期间（20062010年）我国模具市

16、场的发展速度可能比“十五”期间慢一些，但预计年平均增长率也会达到两位数，其最大可能是10%12%，这一预计速度应该说是比较保守的。在我国模具行业的“十一五”规划中，还有几个项目的具体发展目标如下：骨干企业基本实现信息化管理，通过ISO9000等质量管理体系认证；大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前的约30%提高到2010年的40%；国产模具国内市场占有率目前不足80%，2010年时要达到85%以上；模具出口额2010年时以10亿美元为目标；模具标准件使用覆盖率从目前的45%提高到2010年时的60%、模具的商品化程度从目前的45%左右提高到2010年时的55%。1.2 模具技术

17、的发展趋势1.2.1 模具产品发展将大型化精密化 模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)使模具日趋大型化。随着零件微型化，以及模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5m提高到23m，今后有些模具加工精度公差要求 在1m以下，这就要求发展超精加工。1.2.2 快速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均 要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越

18、引起人们的重视。例如，研制 各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具；中、低 熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速 原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外， 采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。1.2.3 模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本

19、；再次是要进一步增加标准件规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。1.2.4 在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。由于模具 CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广

20、模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发 和应用。 加大技术培训和技术服务的力度。应进一步扩大CAE技术的应用范围。对于已普及了模具CAD/CAM技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP,PDM，CIMS,VR逐步深化和提高。1.2.5 模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用 英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国200多家模具厂点得到应用，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能，大大缩短的研制制造周期。如RENSCAN200快速扫描系统，可快速安

21、装在已有的数控铣床及加工中心上， 用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集，控制核心是雷尼绍TRACECUT软件，可自动生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的CAD数据。用于模具制造业的“逆向工程”。该公司又推出了CYCLON高速扫描机，这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占用加工机床的工作时间。其扫描速度最高可达3m/min，大大缩短了模具制造周期，另外，其数据采集速度比RENSCAN200快，定时探针接触力小，因此可以用非常细的探针，用来扫描细小的模具和细微的特征表面 ，扩大模具生产的品种范围。由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥

22、更大作用。 1.2.6 模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低(约占整个模具制造周期的1/3)，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工 向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控 研磨机，可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了 数控研磨机，可实现三给曲面模具研磨抛光的自动化。另外，由于模具型腔形状复杂，任何 一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨

23、与抛光、如挤压衍磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。 1.2.7 模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。2 设计题目变压器是一种把电压和电流转变成另一种（或几种）同频率的不同电压电流的电气设备。发电机发出的电功率，需要升高电压才能送至远方用户，而用户则需把电压再降成低压才能使用，这个任务是变压器才能完成的。随着输电距离，输送容量的增长，对变压器要

24、求也愈来愈高，不仅需要数量多，而且要性能好，技术经济指标先进，还要保证运行安全、可靠、经济。变压器除应用于电力系统外，还应用于一些工业部门中，如：在电炉整流、电焊设备中、在船舶、电机等设备中都应用特种变压器，此外，在高压试验，测量设备和控制设备中也应用着各式的变压器。储油柜是油浸式变压器重要的保护性器件，是用于满足绝缘油因温度变化而产生体积变化（热胀冷缩）所必需的补偿容器。对于35KV以上油浸式变压器要求储油柜做到全密封（一般通过全焊接固定），即绝缘油与大气隔离，防止空气中的水和氧使绝缘油受潮和老化，影响绝缘性能。该端盖是变压器储油柜上的一个零件，里面安装有油量管，安装在储油柜的上端。变压器储

25、油柜端盖是一种工业用品，市场需求量较大，所以这种端盖的生产批量较大，其产品图二维CAD图如图1： 材料Q235，厚度t=2mm。 图1 端盖零件图3 工艺分析工件的工艺性是指工件对冲压加工工艺的适应性，它是从冲压加工角度对产品设计提出的工艺要求。工艺分析就是要判断产品在技术上能否保质，保量地稳定生产，在经济上是否有效益。因此，冲压工艺就是对产品的冲压工艺方案进行技术和经济的可行性分析。良好的工艺性体现在材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单方便。3.1 技术分析3.1.1 冲裁的结构工艺性 （1）冲裁件的外形或内孔应避免尖锐的清角，在各直线或曲线的连接处，除属于无

26、废料冲裁或采用镶拼模结构外，宜有适当的圆角，其半径的最小值如表1所示：表1 冲裁件圆角半径的最小值 （2）冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其许可值见图2。 （3）用普通冲裁模冲制的零件，其断面与零件表面并不垂直，并有明显区域性特征。采用合理使用间隙冲裁模冲制的零件，光亮区域约占断面厚度的30%；凹模侧有明显的塌角，凸模侧有高度不小于0.05mm的毛刺；外形有一定程度的拱曲。冲裁件的这些特征是普通冲裁加工条件决定的。选用冲裁工艺时，必须考虑零件的这些特征。（4）凡产品图纸上未注公差的尺寸均属于未注公差尺寸。在计算凸模和凹模时，冲压件未注公差尺寸的极限偏差数值通常按GB1800-7

27、9IT14级。图2 孔边距的最小值3.1.2 拉深的结构工艺性（1）拉深件的形状应尽量简单、对称。对称拉深件在圆周方向上的变形是均匀的，模具加工也容易，其工艺性最好。其它形状的拉深件，应尽量避免急剧的轮廓变化。（2）拉深件各部分尺寸比例要恰当。尽量避免设计宽凸缘和深度大的拉深件，因为这类工件需要较多的拉深次数。如果工件空腔不深，但凸缘直径很大，制造也很费劲。工件凸缘的外廓最好与拉深部分的轮廓形状相似；如果凸缘的宽度不一致，仅拉深困难，还要添加工序，还需放宽切边余量，增加金属消耗。（3）拉深件的圆角半径要合适。拉深件的圆角半径，应尽量大些，以利于成形和减少拉深次数。拉深件底与壁、凸缘与壁、矩形件

28、的四壁间圆角半径如图（3）应满足R1t，R22t，R33t，否则，应增加整形工序。如增加一次整形工序，其圆角半径可取R1（0.10.3）t，R2（0.10.3）t。（4）拉深件厚度的不均匀现象要考虑拉深件由于各处变形不均匀，上下壁厚变化可达1。2t至0.75t （见图4）。多次拉深的工件内外壁上或带凸缘拉深件的凸缘表面，应允许有拉深过程中所产生的印痕。除非工件有特殊要求时才采用整形或赶形的方法来消除这些印痕。 图3 拉深件的圆角半径（5）拉深件的尺寸精度不宜要求过高拉深件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度。在一般情况下，拉深件的精度不应超过表（3）、表（4）和表（5）中所列数值。产品

29、图上的尺寸应注明必须保证外部尺寸或是内腔尺寸，不能同时标注内外形尺寸。（6）拉深件上的孔位布置拉深件上的孔位布置要合理，应设置在与主要结构面 (凸缘面) 同一平面上，或使孔壁垂直于该平面，以便冲孔与修边同时在一道工序中完成。 图4 拉深件壁厚变化情况表3 拉深件直径的极限偏差（单位：mm）材料厚度拉深件直径的基本尺寸d材料厚度拉深件直径的基本尺寸d附 图505010010030050501001003000.50.60.81.01.21.50.120.150.200.250.300.350.200.300.300.350.400.300.400.500.602.02.53.04.05.06.0

30、0.400.450.500.600.700.800.500.600.700.800.901.000.700.800.901.001.101.20 注：拉深件外形要求取正偏差，内形要求取负偏差。（7）拉深件的尺寸精度一般不高于IT13级，如果要求尺寸精度高于IT13级，则需要增加校形工序。3.2 经济分析所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。也就是生产中的“最小最大”原则。在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越大。表4 圆筒拉深件高度的极限偏差（单位：mm）料厚度拉深件高度的基本尺寸h附 图181830305050808012011

31、2233445560.50.60.70.80.60.70.80.90.70.80.91.01.20.91.01.11.21.51.81.11.31.51.82.02.2 表5 带凸缘拉深件高度的极限偏差（单位：mm）材料厚度拉深件高度的基本尺寸h附 图1818303050508080120112233445560.30.40.50.60.40.50.60.70.50.60.70.80.80.60.70.80.91.01.10.70.80.91.01.11.2 3.2.1 冲压件成本分析产品成本受产量的影响较大，特别是冲压生产尤为突出。在一定条件下，企业生产产品数量的增减，将会引起成本中某些费用

32、的变化，其结果使得成本发生波动。为此可将产品成本分为固定费用和变动费用两部分。固定费用是指在一定时期和一定产量范围内，它的总额不随产量变动而变动，它是维持生产能力而基本不变的费用。例如模具、设备折旧费，加工费中的固定工资部分和各种经费等。但是单位固定费用，也就是分摊在每个产品上的固定费用却是可变的。即单位固定费用与产量成反比例变化。变动费用是指它的总额随产量的增减而成比例增减。例如产品直接耗用的原材料费、外购件费、外协件加工费等等。但就产品单位费用而言，变动费用则基本不变。上述可知，冲压件生产成本是由固定费和可变费这两部分组成的，所以只要设法降低固定费用或可变费用，都能使生产成本降低，利润增加

33、。可见企业要提高经济效益，就要在降低成本上下功夫。3.2.2 降低制造成本的措施降低产品成本，包括增产、节约两个方面。增产可降低产品成本中的固定费用，相对地减少消耗，节约便能直接降低消耗，它们都是降低成本的重要途径。冲压件的成本包括材料费、加工费、模具费等项。因此，降低成本，就是要降低以上各项费用。以下讨论降低成本的措施。3.2.2.1 工艺合理化冲压生产中，工艺合理化是降低成本的有力手段，一般在制定新产品工艺时进行。当产量发生变化，模具寿命短或因事故发生损坏时，由于更改产品设计而改变模具时，以及变更设备等生产条件发生变化时，要重新讨论（研究）产品工艺。由于工艺的合理化能降低模具费、节约加工工

34、时降低材料费等，所以必然降低零件总成本。在制定工艺时，工序的分散与集中是比较复杂的问题。它取决于零件的批量、结构（形状）、质量要求、工艺特点等。对于板材冲压件，一般说来，在大批量生产情况下，应当尽量把工序集中起来，采用复合或连续模进行冲压，很小的零件，适合于复合或连续冲压加工，这样既提高了生产率，又能安全生产。复合模对于大的零件也是适合的，因为一副大的复合模，有时比两副同样大小的单工序模的费用低，而小批量生产时，则以采用单工序模分散冲压为宜。根据实践经验，集中到一副模具上的工序数量不宜太多，对于复合模，一般为23个工序，最多4个工序，对于连续模，集中的工序数可以多些。3.2.2.2 多个工件同

35、时成形产量较大时，采用多件同时冲压，可使模具费、材料费和加工费降低，同时有利于成形表面拉力均匀化。左右对称成形时，不仅可使变形均匀，改善受力状况，同时还降低了成本。3.2.2.3 冲压过程的自动化及高速化自动化生产，从安全和降低成本两个方面来看，将成为冲压加工的发展方向。今后不仅大批量生产中采用自动化，在小批量生产中也可采用自动化生产。在大批量生产中采用自动化时，虽然模具费用较高，但生产率高，产量大，分摊到每个工件上的模具折旧费和加工费却比单件小批生产时要低。从生产安全性考虑，在小批量多品种生产中采用自动化也是可取的，但自动化的经济性问题，急待研究。在自动化生产中，降低成本的手段是高速化。与高

36、速化并行的是多列化，这样可以降低加工费用和提高材料利用率。为实现压力机的高速化，需要相应解决噪音振动和延长模具寿命问题。高速压力机要求足够的刚度和精度，一般以闭式双点结构为宜，为减少噪音和振动，倾向于铸铁机身，而且运动部件要求实现动平衡。为延长模具寿命，可采用高寿命的新材料，如硬质合金模具和模具表面强化处理。3.2.2.4 提高材料利用率，降低材料费在冲压生产中，工件的原材料费占制造成本的60%,左右，所以节约原材料，利用废料具有非常重要的意义。提高材料利用率是降低冲压件制造成本的重要措施之一。特别是材料单价高的工件，必须慎重研究。降低材料费的方法如下：（1）在满足零件强度和使用要求的情况下，

37、减少材料厚度。（2）降低材料单价。（3）改进毛坯形状，合理排样。（4）减少搭边，采用少废料或无废料排样。（5）对称压制。（6）组合排样。3.3 变压器储油柜端盖的工艺分析3.3.1 材料变压器储油柜端盖的材料A3钢（旧标准GB700-79牌号），改用与之对应的Q235-A，属于普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。未经退火的Q235-A的力学性能如下： 抗剪强度 304373MPa 抗拉强度b 432461MPa 屈服点s 253 MPa 伸长率10 2125%3.3.2 零件结构本端盖采用2mm普通碳素结构钢板冲压而成，可保证足够的强度和刚度。另外，此零件通过氧焊固定于储油柜上，圆筒上表面要求不

38、高，不须经过切边工序。3.3.3 尺寸精度零件图上所有未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14确定工件尺寸的公差。孔边距120mm的公差为0.5，属IT12级精度，查标准公差数值（GB1800-79）可得各尺寸公差为：零件外形：1800-1 200-0.52 240-1 20-0.25零件内形：230+0。52 110+0.43 30+0.25孔心距：1200.54 制定工艺方案工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺方案，主要包括确定工序数，工序组合和工序顺序的安排，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状等多方面的因素全面考虑，综合分析，选取一种较为合理的冲压方案。4.1

39、 工艺方案的分析端盖的形状表明，它为拉深件，所以拉深为基本工序。底部上2个小孔由冲孔工序来完成。拉深件的毛坯尺寸与拉深次数，通过计算来确定。4.1.1 修边余量 在不变薄的拉深中，材料厚度虽有变化，但其平均直径与毛坯原始厚度十分接近。因此毛坯展开尺寸可根据毛坯面积等于拉深件面积的原则来确定。由于材料的各项异性以及拉深时金属流动条件的差异，为了保证端盖的尺寸，必须留出修边余量，在计算毛坯尺寸时，必须计入修边余量，修边余量的数值可查表6。拉深件高度h=23mm，零件的相对厚度h/d=23mm/178mm=0.13，查表6知修边余量，h=2mm。 表6 无凸缘圆筒形拉深件的修边余量（单位：mm）工件

40、高度h工件的相对高度h/d附 图0.50.80.81.61.62.52.541010202050501001001501502002002502501.01.22345671.21.62.53.856.37.58.51.523.356.5891022.54681011124.1.2 计算毛坯尺寸在不变薄拉深中，虽然在拉深过程中坯料的厚度发生一些变化。在工艺设计时，可以不计坯料的厚度变化，概略地按拉深前后坯料的面积相等的原则进行坯料尺寸的计算。由于金属的流动性和材料的各向异性，毛坯拉深后，工件边口不齐。一般情况拉深后都要修边，因此在计算毛坯时，必须把修边余量计入工件。利用Pro/e软件的曲面设计

41、做出端盖的内曲面（此时端盖的高度h=26mm），向外平移1mm，利用软件算出曲面的面积，然后利用坯料的面积相等的原则算出坯料的直径为220mm。4.1.3 确定是否用压边圈 用普通平端面凹模拉深时，不用加压边的条件见下式： 首次拉深： tD0.045（1-m） （1） 以后各次拉深： tD0.045（1m-1） （2） 毛坯的相对厚度t/D=2220=0.0091，易知采用压边圈。4.1.4 确定拉深次数（采用查图法） 先在图5确定拉深次数及半成品尺寸线圈中横坐标上找到相当毛坯直径220mm的点，从此点作一垂线。再从纵坐标上找到相当于工件直径178mm的点，并由此点作水平线，与垂线相交。根据交

42、点，便可决定拉深次数，如交点位于两斜线之间，应取较大的次数。该端盖可一次拉深成形。于是，该端盖的全部单工序有落料、拉深（整形）、冲孔，共计三道工序。4.2 工艺方案的确定在冲压工艺性分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式等。有时同一种冲压零件也可能存在多个可行的冲压工艺方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和寿命高低、生产成本、操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出适合于现有生产条件的最佳方案。 初步分析可以知道变压器储油柜端盖的冲压成形需要

43、多道工序:落料、拉深压印、冲孔,因而制定合理的成形工艺方案十分重要。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.因此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

44、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。. 图5 确定拉深次数及半成品尺寸线圈5 工艺计算5.1 材料排样及材料利用率的计算排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样在于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代

45、冲压生产最重要的技术指标之一。在冲压工作中，冲压件材料消耗费用可达总成本的60%75%，每降低1%的冲压废料，将会使成本降低0.4%0.5%。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生产中，冲压零件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效果更为突出。5.1.1 材料排样的选用原则（1）冲裁小工件或某种工件需要窄带料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。（2）冲裁弯曲件毛坯时，应考虑板料的轧制方向。（3）冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操的方便与安全等。该端盖采用落料拉深冲孔复合模，毛坯形状为圆形，为便于送料和设计

46、，采用单排方案。搭边可用于补偿定位误差，并可使条料保持有一定的刚度，便于送料。搭边是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，影响模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。排料搭边数值大小不仅与材料性能和厚度、冲件形状和尺寸大小有关，而且与冲裁模具选用不同卸料方式有关。一般来说，搭边值是由经验确定的。查表7，工件间a=1.2mm，侧面a1=1.5mm。考虑到板料的多余部分及加强安全性，侧面取5。5.1.2 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230mm，以选择1400mm1500mm2mm的板料规格为宜。 表7

47、 搭边a和侧搭边a1材料消耗工艺定额 （3）一张板料上总的材料利用率 （4）5.2 冲压力的计算及设备的选择5.2.1 落料冲裁时，工件或废料从凸模上取下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力，逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。目前多以经验公式计算：采用平刃口凸模和凹模冲裁时，冲裁力F0=Lt （5） 式中，L冲裁件周长（） T材料厚度（） 材料的抗剪强度（MPa）考虑冲裁厚度不一致，模具刃口的磨损、凸凹模间隙的波动、材料性能的变化等因素，实际冲裁力还须增加30%。故F冲=1.3F0=1.3 Lt。F冲=1.3F0=1.3 Lt （6） =1.3p2202310MPa =

48、557KNF卸、F推、F顶是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得。影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具的间隙、凸凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况。实际生产中常用下列经验公式计算：F卸=K卸F冲 （7） F推=K推F冲 （8）查表8知，卸料力、推件力的系数K卸=0.05，K推=0.055。因而F卸=0.05557KN=27.85KN F推=0.055557KN=30.635KN表8 卸料力、推件力、顶件力的系数5.2.2 拉深 压边圈的压力必须适当，如果过大，就要增加拉深力，因而会使工件拉裂，而压边圈的压力过低就会使工件的边壁或凸缘起皱。压边力的公式见表9。 表9 压边

49、力的计算公式 所以压边力的计算公式为 （9） 式中 D （平毛坯直径）=220 d1 （拉深件直径）=178 r凹（凹模圆角半径）=3 p （单边压力值）查表10，知P=2.7MPa 表10 在单动压床上拉深时单位压边力的数值 把以上数据代入上式。得压边力 采用压边圈的圆筒形件：F=Kp （10） 式中拉深件的直径（） 材料厚度（） 材料的抗拉强度（MPa）查表11，拉深系数/.，所以. 将、代入上式，得1.1p .表11 圆筒形件第一次拉深时的系数值5.2.3 起伏成形 板料在模具的作用下，主要通过材料的变薄伸长，将其局部形成凸起或凹进，从而改变了毛坯或工件的形状，这种方法称为起伏成形。它主

50、要用于定位、装饰或增强刚度。当平板毛坯上压出合适的起伏成形部分、凹坑或加强筋时，可以使材料的厚度减小一半而仍不影响其零件的刚度。采用刚性凸模进行起伏成形时，所需的力应略小于使材料破坏的力，一般可按下式进行计算。 P=kLt （11）式中：P起伏成形力（N） L筋的周边长度（） t板料厚度（）K系数。其值为0.71。将k=0.8、L=2（125.39+72.429）=395.638、t=2、=450MPa代入上式得： P=0.8395.6382450MPa =284.859KN5.2.4 冲孔 冲孔时的力可依照前面落料时计算。则复合模总的冲压力5.2.5 冲压设备的选择5.2.5.1 压力机类型

51、的选择 冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要问题。冲压设备的选择包括两个方面：类型及规格。首先，应根据所要完成工序的工艺性质，批量大小，工件的几何尺寸和精度等选定压力机类型。冲压生产中常用的是曲柄压力机和液压机，它们在性能方面的比较见表12。对于中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深件多用具有C形床身的开式曲柄压力机。虽然开式压力机的刚度差，并且由于床身的变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的寿命和裁件的质量。但是，它却具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械化的附属设备和成本低廉等优点，目前仍是中小件生产的主要

52、设备。所以本模具采用开式曲柄压力机。5.2.5.2 压力机规格的确定在压力机的类型选定之后，应根据变形力的大小，冲压件尺寸和模具尺寸来确定压力机的规格。在复合冲压中，工序力的计算和其它复杂的加工过程一样，可按时间分为若干阶段分别计算。求出某阶段所完成各种工艺力的总和及该阶段的辅助负荷，二者相加即为该阶段的工序力。 表12 曲柄压力机和液压机的比较为安全起见，防止设备的过载，可按公称压力F压（1.61.8）F总的原则选取压力机。压力机滑块行程大小，应保证成形零件的取出和方便毛坯的放进。在冲压工艺中，拉深和弯曲工序一般需要较大的行程。对于拉深工序所用压力机的行程，至少应为成品零件高度的两倍以上，一

53、般取2.5倍。压力机的装模高度是指滑块处于下死点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面的距离。模具的闭合高度是指工作行程终了时，模具上模座上表面与下模座下表面之间的距离。压力机的闭合高度是装模高度与垫板厚度之和。大多数压力机，其连杆长度是可以调节的，也就是说压力机的装模高度是可以调整的。设计模具时，必须使模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间。工作台面和滑块底面尺寸应大于冲模的平面尺寸，并还留有安装固定模具的余地。一般压力机台面应大于模具底座尺寸5070mm以上。工作台和滑块的形式应充分考虑冲压工艺的需要必须与模具的打料装置，出料装置及卸料装置等的结构相适应。在压力机的滑块和工作

54、台上安装一副或数副模具，加工时上、下模要有正确的相对运动，这是一切冲压工艺的共同要求。压力机的精度主要包括工作台面的平面度、滑块下平面的平面度、工作台面与滑块下平面的平行度、滑块行程同工作台面的垂直度及滑块中心孔同滑块行程的平行度等。压力机精度的高低对冲压工序有很大的影响。精度高，则冲压件质量也高，冲模的使用寿命长。反之，压力机精度低，不仅冲压件质量低，且模具寿命短。例如若滑块行程与工作台的垂直度差，将导致上、下模的同轴度降低，冲模刃口易损伤。压力机的精度对冲裁加工的影响较之其它加工工序明显。参照开式压力机基本参数（GB/T14347-1993）可选取公称压力为2500KN的开式固定台压力机。

55、该压力机与模具设计有关系的参数为：公称压力：2500KN滑块行程：200最大闭合高度：500闭合高度调节量：150工作台尺寸：1250800工作台板厚度：150模柄孔尺寸：7080工作台孔尺寸：6256255.3 模具压力中心的计算为了保证压力机和模具正常地工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合，否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。形状简单而对称的工件，如圆形，其冲裁时的压力中心与工件的几何中心重合。 图6 如图6所示按比例画出工件的形状，选定坐标系XOY，因冲压件对称于

56、X轴、Y轴，故模具的压力中心在工件的几何中心，即图中的O点。5.4 模具刃口尺寸和公差确定5.4.1 坯料冲裁间隙的确定冲裁间隙是直接关系到冲件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要工艺参数。冲裁间隙数值，主要与材料牌号、供应状态和厚度有关，但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，而应区别情况，分别对待，在保证冲件断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。冲裁断面应平直、光洁、圆角小；光亮带应有一定的比例，毛刺较小，冲裁件表面应尽可能平整，尺寸应在图样规定的公差范围之内。影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值大小及其

57、分布的均匀性，模具刃口锋利状态，模具结构与制造精度、材料性能等。其中，间隙值大小与分布的均匀程度是主要因素。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。该差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸之偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件对于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是由于冲裁过程中，材料受到拉伸、挤压、弯曲等作用而引起的变形，在工件脱模后产生的弹性恢复造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模间隙。当间隙值较大时，材料受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸；当间隙较小时，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。冲裁件的尺寸变化量的大小还与材料性能、厚度、轧制方向、冲件形状等因素有关。模具制造精度及模具刃口状态也会影响冲裁件质量