转子片零件的冲压工艺与模具设计

转子片零件的冲压工艺与模具设计内容摘要：

28 模具其他结构材料的选择与热处理 29 第 7 章 凸、凹模及冲压设备的校核 30 凸模校核 30 凹模校核 31 冲压设备校核 31 结论 32 参考文献 33 致谢 34 附录 35 1 第 1 章 冲压材料的选择 冲压件材料费用往往要占冲压件成本的 60%～ 80%，冲压件材料的质量直接影响到冲压件工艺设计和冲压件的质量、使用寿命与成本。 因此，除了提冲压件的工艺性、改善冲压件变形条件、 降低 对材质的要求外，还要努力提高冲压件材料的质量，使其适应冲压件工艺的要求，生产出优良的冲压件。 对冲压件材料的基本要求如下： （ 1）良好的冲压成形性能 对于成形工序，为了有利于冲压变形和冲压件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能，即良好的塑性（均匀伸长率 j 高），屈强比 bs  和屈弹比 Es 小，板厚方向性系数 r 大，板平方向性系数 r 小。 对于分离工序，只要求材料有一定的塑性，而对材料的其他性能指标没有严格要求。 （ 2）具有 较高的表面质量 材料表面应光洁平整，无氧化皮、裂纹、锈斑、划伤、分层等缺陷。 因为 冲压过程中会在材料表面的裂纹、麻点、画痕、结疤、气泡等缺陷处产生应力集中而引起破裂。 挠曲不平的材料表面会影响剪切和冲压时的定位精度而造成废品，或损 坏冲头。 （ 3）材料的厚度公差应符合国家标准 因为一定的模具间隙适用于一定的材料，若厚度公差太大，不仅影响冲件的质量，还可能导致模具或压力机损坏。 结合设计任务书，本课题的零件的材料选用厚度为 t=，带料形式的优质碳素结构钢： 硅 钢 片 ， 由参考 [1]查得 08F 钢的力学性能。 08F 属于低碳钢 ,强度、硬度很低，冷变形塑性很高， 抗压失稳起皱能力 强， 深冲，压延等冷加性能和焊接性能都很好，但成分偏析倾向较大，时效敏感性较强，适于轧制成薄钢板和钢带 ,用于制造需要深冲，压延的工件 ，如汽车车身，驾驶室，家用电器等外壳 ，翼子板及各类不承受载荷的覆盖件，也可用于对心部强度要求不高，表面要求耐磨的渗碳等表面处理的零件，如套筒，靠模，挡块等。 表 1 08F 钢的力学性能 材料名称 牌号 热处理 抗剪强度 MPa 抗拉强度 MPab 伸长率 % 屈服强度 MPas 优质碳素结构钢 08F 退火 216～ 304 275～ 383 32 180 2 第 2 章 制件工艺分析 图 1 零件图 图 2 零件三维图 零件材料为 F08 ，厚度 t=，大批量生产。 3 零件尺寸无公差无特殊要求，按 IT14 级选取，由冲裁和弯曲 工艺 即可成型。 冲压工艺分析 最小圆角半径 为了避免给冲裁模的制造带来困难及延长冲 模的磨损寿命冲裁件的各直线或曲线的连接处应有适当的圆角过渡，查 [2]表 tR  （ t 为板厚， mmt 1 时，按mmt 1 计算），本零件最小圆角半径 mmmmR  ，能满足要求。 冲裁件孔的最小尺寸 冲裁件上孔的尺寸受到凸模强度的限制，不能太小。 查 [2]表（ 22）得冲模的最小冲孔尺寸为 mmmmt 。 而该零件的最小冲孔尺寸为 mm2 ，能满足工艺性。 最小孔距、孔边距 冲裁件 孔与孔之间，孔与边缘之间的距离 a 不能太小，否则模具强度不够或使冲裁件变形，一般取 ta 2 （ t 为材料厚度），但不得小于 mm4~3。 必要时可取ta )~1( ，（ mmt 1 时按 mmt 1 计算）但模具寿命因此降低或结构复杂程度增加。 而该零件的最小孔边距为 mm1 ，能满足要求 精度 冲裁件的经济精度不高于 IT11 级，最高可达 IT8～ IT10 级，冲孔比落料的精度约高一级。 本制件尺寸公差按 IT14 级取。 粗糙度 断面粗糙度 冲裁件的断面粗糙度一般为 mRa 50~ ，查 [2]表 ，本 零件的断面粗糙度为 mRa 。 工艺缺陷 本零件采用一模出三件的错开排样。 考虑到尽量减少步距的误差对制件精度的影响，在冲转子片轴孔工位后，接着下一个工位就是落外形。 4 1） 步距的确定 步距尺寸 的大小与平行于送料方向制件外形尺寸、排样的排列类别和条料上制件之间的搭边大小情况有关。 2） 步距的精度 影响步距的精度的因素是多方面的，但主要有制件的精度、形状复杂程度、尺寸大小、制件的材质软硬状况、料的厚薄和模具工位数的多少。 一般情况下，工位数多比工位数少，步距精度要差。 冲制时，条料的送料方式和步距定位方式等对步距精度都有影响。 3） 步距精度的解决 为了克服多工位级进模具中由于工位的步距积累误差，故在标注每步尺寸时，均由某基准平面或第一工位至其他各工位直接标注其长度。 第 3 章 工艺方案确定 根据设 计任务书，观察零件的结构特点可知，本零件成型有以下几种方案： 方案一：利用多幅单工序模成型：板料送进下料→落料→冲孔 方案二：利用复合模 ：板料送进→冲孔落料复合 方案三：利用连续模成型：板料送进→冲 定位孔 → 空工位（定位销定位） → 冲 2个转子片中心孔 → 落板料两边料和中间冲孔 → 落板材中间料 比较三种工艺方案并确定本零件的成型方案。 方案一： 优点：模具结构简单、质量轻、尺寸小、制造简单、成本低，使用时安装较容易；如果模具的某个部位有损坏，只需更换损坏的这个零件且更换较为容易； 缺点：模具数目较多，占地大、所需设备 和人员也多，这就提高了模具成本；此外，众多的模具数量也不易于实现机械自动化；同时，成型精度较低。 方案二 优点：复合模生产率较高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比级进模 低 ，冲模的轮廓尺寸较小。 所需的模具数目也较少。 缺点：模具结构复杂，制造精度要求高，成本高。 维修和安装都不容易。 方案三 优点：生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。 缺点： 连续 模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。 综合以上分析，结合本零件的结构特点和材料性能，选用方案三为本设计的成型方案。 以下是针对所选用的方案进行具体的分析： （ 1）生产效率高 连续 模是复合工序冲模，在一副模具内就能将设计课题零件成 5 型出来。 减少了中间移动和再次定位。 这不但提高了零件的成型精度，同时也使得生产效率得到了大大的提高。 （ 2）操作安全简单 本零件成型时，操作者不需将身体的任何部位伸到模具工作的危险区，本零件的生产批量为大批量生产，在送料时可采用人工送料，但由于模具生产效率高，所以总体上零件生产仍然具有较高的生产率。 （ 3）模具寿命长 由于 连续 模将零件成型的各个部分分开在不同的工序上，同时又是在同一副模具中成型 ，这就在避免零件多重定位的基础上降低模具工作部位的工作强度从而减少了模具成型部分因磨损而产生的破坏，提高了模具寿命。 （４）产品质量高 多工位 连续 模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位来的操作不便和累积误差。 连续 模可以 将 复杂外形分解，凸模和凹 模 形状比较简单，配合高精度的导向、定距系统，能够保证产品零件的加工精度。 （ 5）生产成本较低 连续 模模具结构较为复杂，模具精度要求也较高，所以，模具成本较高；而且零 件毛坯材料利用率一般情况下也较低。 但是，由于零件生产批量大，使用连续 模生产效率高 ；同时模具数目少，这也减少了模具所占的空间、压力机等设备和工作人员，大大减少了零件生产 的 综合成本。 （ 6）设计制造的难度大，对经验的依赖性强。 连续 模结构复杂，技术含量高，设计灵活性大，难度大；设计和制造中的经验、推断和目测工作量多，人才培养时间长，个人之间的差别大；同一产品零件可有多种不同的设计方案，设计的灵活性大。 模具设计与制造中有诸多不确定因素，需要在修模、调整、试冲时解决。 设计和制造周期长，费用高，适用于批量生产。 （ 7）按订单生产，而不是按计划生产，订货受市场影响大，交货期要求短。 一般一副模具中设计 制造一次，属单价生产，模具制造中的固定费用高。 这也是 此 类模具的共同特点。 6 第 4 章 工艺计算 排样设计 排样确定 在冲压生产中，节约金属和减 少 废料具有非常中要的意义，特别在大批量生产中，较好的确定冲裁件形状尺寸和合理的排样是降低成本的有效措施之一。 排样正确与否将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命等。 排样方法的选择原则有： （ 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）冲裁弯曲毛坯时，应考 虑板料的轧制方向。 （ 3）冲件在条（板）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作的方便及安全等。 （ 4）条料宽度选择与在板料的排样应考虑选用条料宽度较大而步距较小的方案，可经济的将板料切为条料，并减少冲制时间。 （ 5）在可能的情况下，要求产品设计修正产品零件的结构形状和尺寸，以减少和消除设计废料的形成，并有可能采取少、无废料排样方式。 由设计任务书可知，本零件为对称结构。 结合 连续 模的结构特点，在保证生产出合格零件和较高生产效率的前提下，本零件拟采用 一模出三件的错开 形式排样。 其排样 形式 如下图所示： 7 图 1 图 2 8 图 3 方案的比较及利用率计算 根据三个排样图的比较 ,和查阅文献资料 ,排样图 是最经济的 ,材料利用率最高 .按排样图 1 查文献 [6]表 表得到 钢板裁件之间的搭。