汽车发动机通气叶片冲压模设计.docx
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汽车发动机通气叶片冲压模设计
摘要
随着全球经济一体化的深入，模具工业在国民经济中所发挥的作用越来越明显。
模具设计水平的高低直接影响产品的质量。
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。
该扇形通气叶片是汽车发动机内部零件，它是汽车运行过程控制气体流动及速度的控制核心，在大多数发动机中起着重要作用.被控对象都是功率的执行器件功率接口技术已是该通气叶片发动机系统应用中的一项关键技术。
设计中分析了通气叶片零件的结构及工艺性，拟订该零件的冲压工艺为“冲孔—落料”，讨论了复杂冲裁零件毛坯展开形状和尺寸的确定方法。
对关键零件的结构设计作了详细阐述，并指出了模具设计时的注意事项
落料-冲孔级进模是本设计的重点，将落料冲孔集中于一套模具中，使得冲件的质量和生产效率较高，满足了生产需要。
通过超链接使其能在AutoCAD环境下方便调用，由此将传统的模具CAD从计算机辅助绘图提升到计算机辅助设计层次。
关键词：
冲压工艺；级进模的采用；AutoCAD软件的运用；
Abstract
Withthedeepeningoftheglobaleconomicintegration,mouldindustryinthenationaleconomyroleofmoreandmoreapparent.Diedesignleveldirectlyinfluencethequalityoftheproducts.Stampingistouseinstampingequipmentinstallation（mainlypress）ofthemouldpressureonthematerial,makeitsproduceseparationorplasticdeformation,andwillobtaintheneededparts（knownaspressorstamping）ofapressureprocessingmethod.Stampingisusuallyatnormaltemperatureonthematerialdeformationprocessing,coldandmainlyUSESthesheetmetalprocessingintotheparts,soalsocalledcoldstampingorsheet
metalstamping.Stampingismaterialprocessingorplasticprocessingpressureisoneofthemainmethodsinmaterialmoldingengineeringmethod.
Thefanventilationisthecarenginebladesoftheinternalparts,itistheoperationprocesscontrolandspeedofthegasflowcontrolcoreandinmostplaysanimportantroleintheengine.Thecontrolledobjectisthepoweroftheexecutivedeviceinterfacetechnologyhasisthepoweroftheapplicationofenginesystemventilationleavesakeytechnology.Designoftheventilationoftheleafanalysispartsstructureandtechnology,andformulatethecomponentsofthestampingprocessfor"punching-droppingmaterial,"discussescomplexcuttingparts。
blankdevelopmentmethodtodeterminetheshapeandsize.Thekeypartsofthestructuredesignwerediscussedindetail,andpointsoutthatthemoulddesignconsiderations.
Droppingmaterial-punchingprogressivedieisthefocusofthisdesign,willblankingpunchingfocusedonasetofmould,makethesaltpiecesofqualityandproductionefficiencyishigher,meettheneedsofproduction.ThroughthelinkstomakeitinAutoCADenvironment,whichwillcallforthetraditionalmouldCADincomputerassistantdrawingtoascendtothecomputeraideddesignlevel.
Keywords：
Stampingprocess;useofprogressiving;AutoCADtheuseofsoftware;
目录
摘要1
ABSTRACT2
引言3
第一章：
设计任务书4
1.1冲裁模设计题目：
4
1.2零件的工艺性分析:
5
第二章:
确定冲裁工艺方案分析6
2.1冲压工艺方案种类6
2.2工艺方案的比较6
第三章确定模具总体结构方案7
3.1模具类型7
3.2操作与定位方式7
3.3卸料与出件方式7
第四章模具与设计计算8
4.1排样设计与计算8
4.2计算冲压力与压力中心9
4.3压力机的选择9
4.4计算凸、凹模刃口尺寸及公差10
第五章设计选用模具零件部件绘制模具总装配图11
5.1凹模设计:
11
5.2凸模设计11
5.3有关模具设计计算12
第六节绘制正规模具总装配图和非标准模具零件图14
6.1大冲孔凸模15
6.2落料凸模16
6.3凹模17
6.4凸模固定板18
6.5弹性卸料板19
6.6凸模垫板20
第七章制定模具零件加工工艺过程21
7.1凹模加工工艺过程21
7.2落料凸模加工工艺过程22
7.3凸模固定板加工工艺过程22
7.4卸料板加工工艺过程23
第八章模具的装配24
8.1上模装配24
8.2下模装配24
设计小结25
致谢25
参考文献26
附录27
引言
目前我国经济正处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。
一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购的趋向也十分明显。
因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。
“十一五”期间，中国模具工业水平不仅在质和量的方面有很大提高，而且在行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展。
在取得成就的同时问题也同样凸显出来，目前人才短缺的问题已成为中国各地模具企业普遍问题，人才短缺已成为制约模具技术水平进一步提高、模具行业进一步发展的瓶颈。
这就需要高校培养高技术人才来满足社会的需求，而实验和实践教学是高等工程技术人才培养中不可缺少的重要环节,也是高等工程教育教学改革的重要课题之一。
塑性成形与模具专业是实践性很强的专业，对动手能力要求比较高，因此，实验教学是工艺课程教学中的重要教学环节之一，是培养高素质创新型人才的重要手段。
目前的成型工艺课程实验大多为验证型的，难以激发学生的主动参与和设计探随着我国工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求的同时，变的越来越复杂，而产品的制造离不开模具，利用计算机辅助软件进行实验模具设计不但提高模具的制造精度而且还缩短了设计及加工的时间。
这就要求学生可以掌握一些高级的计算机软件，而DYNAFORM正是当代工业中一款CAE软件。
CAE技术就是计算机辅助工程技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。
CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合，而形成一种综合性、知识密集型信息产品。
CAE的核心技术是有限元理论和数字计算方法。
随着模具工业的发展。
对金属板料成形质量和实验模具设计效率要求越来越高传统基于经验的实验模具设计方法已无法适应现代工业发展的需要。
需要一种能认识塑性成形过程规律，以较小的代价、在较短的时间内找到最优的或可行的设计方案的模拟方法。
随着计算机技术的不断进步以及有限元技术的不断发展，近年来。
发展了用有限元法对板料成形过程进行计算机数值模拟分析的新技术。
其中冷冲压成形是一种历史悠久的金属加工工艺，随着工业水平的不断进步，冷冲压技术和设备日益完善，在汽车、机械制造、电子电器等行业中，冲压加工得到了广泛的应用。
大到汽车的覆盖件，小到钟表以及仪器仪表元件，大多是由冷冲压方法制成的。
学习、研究和发展冷冲压技术，对发展我国国民经济和加速现代化工业建设具有重要意义。
第一章：
设计任务书
1.1冲裁模设计题目：
本设计汽车发动机某通气叶片的冲裁零件如图1.1所示：
图1.1TQ-YP-01产品零件图
该零件的材料为08钢，厚度t=0.3mm。
已知年产量为20万件，试确定冲裁工艺方案，并编制主要模具零件的加工工艺。
1.2零件的工艺性分析:
（1）结构与尺寸
该零件为非圆扇形型，其结构简单，形状对称，尺寸较大。
其中，扇形外轮廓直径Ф50mm，内径圆孔直径Ф20+00.1mm，中圆环宽度10>1.5t,最小孔径适宜冲裁加工Ф20+00.1>1.3t;为防止冲裁时扇形与圆弧衔接处发生破裂，故采用了R2mm圆弧过渡,扇形最外边缘与中心轴的夹角为60。
。
因此，均适宜冲裁加工。
（2）精度要求
零件尺寸公差除Ф20+00.1该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的．由文献（4）附表5-1、5-2查得，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT10，孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.12mm．将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，除尺寸，结构，形状要求，还要具有较高的耐热与耐腐蚀性，精度要求能够在冲裁加工中得到保证．其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证．其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用凸模进行定位、刚性卸料装置、弹性卸料方式的冲孔落料模进行加工
（3）材料要求
该材料为08钢，抗剪强度为T=300Mpa,断后伸长率为25%。
此材料有良好的机械性能，强度不大便于加工，而且密度小，冲裁加工性好。
根据以上分析，该零件的工艺性较好，可以冲裁加工。
第二章:
确定冲裁工艺方案分析
2.1冲压工艺方案种类
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：
采用落料－－冲孔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。
2.2工艺方案的比较
根据以上三种方案：
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。
可考虑采用的冲裁工艺方案后俩种；
即：
复合冲裁和级进冲裁。
方案二，采用复合模加工。
复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。
但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。
复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。
方案三，采用级进模加工。
级进模比单工序模生产率高，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。
对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。
但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。
比较方案二与方案三，对于所给零件，该零件尺寸不大，料薄，大批量生产的情况下，可采用复合冲裁，但冲件上孔与边缘之间的距离过小，受凸凹模强度的限制，其出件和废料清除较麻烦，工作安全性和生产率不如级进冲裁，不宜采用复合冲裁而宜用级进冲裁
第三章确定模具总体结构方案
3.1模具类型
根据零件的冲裁工艺，采用级进冲裁模。
3.2操作与定位方式
虽然零件的生产批量较大，但合理的工送料方式能够达到批量要求，且能降低
具成本，因此采用手工送料方安排生产可用手式。
考虑零件尺寸较小，材料厚度薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用凸模和固定挡料板定位方式。
3.3卸料与出件方式
采考虑到零件厚度薄用自然卸料方式。
为了便于操作，提高生产率，冲件
和废料采用由凸模定位直接从凹模孔推下，可以采用弹性卸料出件方式。
3.4模架类型及精度
由于零件厚度薄，冲裁间隙小，以级进模，因此采用导向平稳的后侧导
模架：
考虑零件精度要求不高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。
第四章模具与设计计算
4.1排样设计与计算
该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成，材料厚度薄，尺寸小，形状对称，因此可采用直线排样。
如图1.2所示：
如图1.2直排式
根据排样图的几何关系，通过查文献
（1）表2-12与查文献
（2）表2-29，表2-3
和表2-32可取a=1.2mm,a1=1mm,△=0.4mm;
Z=0.5mm,b1=1.3mm,y=0.1mm,Dmax=50mm;
因采用无侧压装置，故条料宽度为：
B0-△=（Dmax+2a）-0△=（50+2×1.2）=52.4mm，
进距为：
S=100+1=101mm;
导料板间距为：
BO=B+Z=Dmax+2a+Z=52+2×1.2+0.5=54.9mm;
B0'=B1+y=52.4+0.1=52.5mm;
由零件图可以近似算出1个零件的面积为：
S零件=S大圆-S1=3354mm;（注：
S1表示在圆面积除零件外的毛坯面积）
1个进距内的坯料面积为B×S=52.4×101=5292.4mm;
因此材料的利用率为：
η=A/Bs×100%=3354/54×101×100%≈61.5%
4.2计算冲压力与压力中心
冲裁力：
根据零件图可算得1个零件外周边之和
L1=2лR/3+4лr/3+120=308.4mm；
该零件的内孔周边长度之和为内圆之周长
L2=2лr1=62.8mm;
故整个零件的内外周边冲裁长度之总和
L=308.4+62.8=371.2mm
查文献
（1）表1-6，表2-36剪应力T=250MPa,t=0.3mm,取K=1.3,则:
F冲=KLtT=1.3×308.6×250×0.3=30089N;
卸料力：
查文献
（2））表2-36取Kx=0.05,则：
F卸=KXF=0.05×30089=1504.4N；
推件力：
根据材料厚度,可由一般经验公式
F推=0.1F=0.1×30089=3008.9N
采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模时：
F=F冲+F卸+F推=30089+1504.4+3008.9=34602.3N
所以总的冲压力F总≈35KN，
4.3压力机的选择：
在实际生产中，为了防止设备的超载，可按F压=（1.1～1.3）F总来估算压力机公称压。
根据以上得出的总冲压力，应选取的压力机公称压力：
P0≧（1.1∽1.3）F总=（1.1∽1.3）×35=38.5∽45.5KN
该零件尺寸较小，冲裁力不大，按公称压力选择。
考虑工厂实际情况可以取大
些的压力机，因此由文献（3）表1-39可选的压力机机型号为J23-16的开式可倾工作
台压力机。
其主要参数如下：
公称压力=160KN；滑块行程=55mm；滑块行程次数=120次/s;最大闭合高度=220mm,闭合高度调节量=45mm,工作台尺寸前后=200mm，左右=300mm，直径=210mm；垫板尺寸厚度=15mm；模柄孔尺寸：
直径=30mm,深度=55mm；床身最大可倾斜角=350;
因冲裁件尺寸较小,冲裁力是很大,且选用了后侧导柱模架,受力平稳,估计压力中心不会超出模柄端面积之外,由零件图故可知压力中心的位置。
4.4计算凸、凹模刃口尺寸及公差
由于该零件采用级进冲裁模的加工，由于材料薄，模具间隙小，故采用配作加工。
加工时以凹模为制造基准，只需计算凹模刃口尺寸
及公差，并将计算值标注在凹模图样上即可。
各凸模仅按凹模对应的
尺寸标注其基本尺寸，并注明按凹模的实际刃口尺寸配双面间隙0.03mm。
（1）落料凹模刃口尺寸
据由图分析落料凹模刃口尺寸按磨损增大情况计算。
凹模磨损后增大的尺寸，按公式Ad=（Amax-X△）+0△/4
由文献
（2）查表2-11，X=0.75
Ф40+00.12Ad1=（40-0.75×0.12）+00.12/4=39.91+00.03mm
Ф100±0.12Ad2=（100-0.75×0.24）+00.24/4=99.82+00.06mm
（2）冲孔凹模刃口尺寸
冲孔凹模均为圆形，故可按公式dd=（dmin-x△+zmin）+0△/4
由文献
（2）查表2-11，X=0.75
Ф20+00.02d=（20-0.75×0.02+0.03）+00.02/4=19.98+00.005
第五章设计选用模具零件部件绘制模具总装配图
5.1凹模设计:
凹模采用矩形板结构和直接通过螺钉销钉与下模座固定的固定方式。
因生产批量较大，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取8mm，漏料部分沿刃口单边扩大1mm。
凹模轮廓尺寸计算如下：
该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值
Zmin～Zmax=0.01mm～0.03mm。
沿送料方向的凹模模型孔壁间的最大距离为：
L=101mm
垂直于送料方向的凹模型孔壁的最大距离为：
b=50mm
沿送料方向的凹模长度为：
L=L1+2C=101+2×1=103mm
垂直于送料方向的凹模宽度为：
B=b+2C=50+2×1.2=52.4mm
凹模厚度b1的确定：
H=K1K2（0.1F）1/3
=1×1.25×（0.1×42000）1/3mm
≈20.2mm（取K1=1，K2=1.25）
根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸，其大小为：
L×B×H=200mm×160mm×40mm
凹模材料选用CrWMn,工作部分热处理淬硬60-64HRC
5.2凸模设计
落料凸模刃口部分设计成阶梯行结构，安装部分设计成便于加工的长圆形，通过铆接方式与固定板固定。
落料工序中，采用凸模配合加工，以定位销孔型凸模定位，基本型卸料型凸模落料。
以以上工序完成整个零件的加工。
以上凸模的的材料也选用CrWMn，工作部分热处理淬硬60-64HRC。
冲孔凸模刃口部分为圆形，结构简单。
可采用直接卸料方式。
因冲孔凸模直径很小，所以需对最小凸模Ф20+00.02孔凸模进行强度和刚度校核。
凸模最小直径的校核（强度校核）
孔径远大于材料厚度，故凸模的强度和刚度足够。
取凸模与卸料板的双面间隙0.02mm（不起导向作用）。
根据文献
（1）表2-45，凸模的最小直径d应满足
d≥5.2tTb/t压=5.2×0.3×250/1200=0.325
（取[t压]=1200MPa）,而dp2=d-zmin=20.05-0.325=19.725mm,
因dp2>0.325mm,故凸模强度足够。
凸模最大自由长度的校核（刚度校核）
根据文献
（1）表2-45，凸模最大自由长度L应满足
L≤90d2/f1/2=90×20/（1.3×3.14×19.7×0.3×250）1/2
≈46.6mm
所以，冲孔的凸模工作部分的长度不能超过46.6mm。
取冲孔凸模工作部分的长度为42mm，落料凸模工作部分为45mm。
5.3有关模具设计计算
卸料弹簧的选择：
根据卸料力F卸=1504.4N，可采用2个弹簧，此时每个弹簧负担的卸料力F预=750.2N。
再根据F预的大小，由文献
（1）查表1-31，初选冲模常用的圆柱螺旋压缩弹簧（GB/T2089-1994）材料60Si3MnA热处理HRC43～48，弹簧两端拼紧并磨平。
弹簧的选用参数为：
材料直径6mm，取弹簧中径24mm，许用应力T=610MPa,试验载荷Fs=1725,应使选用的弹簧最大工作负荷Fs大于F预，即Fs>F预
冲裁时卸料板的工作行程h2=（t+1）=1.3;考虑到凸模的修磨量h3=5mm;弹簧的
压量为h1,
故弹簧的总压缩量为：
h=h1+h2+h3=h1+5+1.3
考虑卸料的可靠性，取弹簧在预压量为h1时就应有750N的压力。
根据文献
（1）查表1-32初选的弹簧，自由高度h0=（hb+1.1fs）;压缩高度hb=（n1-0.5）d;总圈数n1=n+2（d≤8mm）;工作极限负荷下变形量fs=ЛD2nT/Gdkmm;有效圈数n=fsGd4/8FsD3;
工作极限负荷Fs=Лd3T许/8kD；
根据以上公式可分别得出：
Fs=1315N;n=1;fs=27.4mm;n1=3;hb=15mm;h0=45.14mm,
该弹簧在预压量h1时，卸压力达750N，即：
h1=F预fs/Fs=750×27.4/1315=15.63mm;
故：
h=15.63+5+1.3=21.93mm（注：
k-曲度系数，k=（4c-1/4c-4）-0.615/c;c-旋绕度，c=D/d）
弹簧装配高度h装=h0-h1=（45.14-15.63）mm=29.51mm
根据凸、凹模及弹簧、卸料螺钉等的布置，取卸料板的平面尺寸为：
200mm×160mm；厚度为15mm；
根据文献
（1）查表10-28选择上、下模板及模柄:
采用GB2851.1-81后侧带导柱形式模板。
根据最大轮廓尺寸220mm×180mm选取相近规格标准模板为：
L×B=200mm×160mm，上模板厚为45mm，下模板为50mm
由文献
（1）查表10-43按GB2862.1-1981选A30×80压入式模柄.
垫板、凸模固定板：
考虑推件装置在上模内挖窝，采用垫板加固
垫板厚度取15mm，固定板厚度取20mm，固定板与垫板直径均取110mm
（与凹模直径相同）。
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