汽车发动机通气叶片冲压模设计.doc

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

With the deepening of the global economic integration, mould industry in the national economy role of more and more apparent. Die design level directly influence the quality of the products. Stamping is to use in stamping equipment installation (mainly press) of the mould pressure on the material, make its produce separation or plastic deformation, and will obtain the needed parts (known as press or stamping) of a pressure processing method. Stamping is usually at normal temperature on the material deformation processing, cold and mainly USES the sheet metal processing into the parts, so also called cold stamping or sheet
metal stamping. Stamping is material processing or plastic processing pressure is one of the main methods in material molding engineering method.
The fan ventilation is the car engine blades of the internal parts, it is the operation process control and speed of the gas flow control core and in most plays an important role in the engine. The controlled object is the power of the executive device interface technology has is the power of the application of engine system ventilation leaves a key technology. Design of the ventilation of the leaf analysis parts structure and technology, and formulate the components of the stamping process for "punching-dropping material," discusses complex cutting parts 。blank development method to determine the shape and size. The key parts of the structure design were discussed in detail, and points out that the mould design considerations.
Dropping material-punching progressive die is the focus of this design, will blanking punching focused on a set of mould, make the salt pieces of quality and production efficiency is higher, meet the needs of production. Through the links to make it in AutoCAD environment, which will call for the traditional mould CAD in computer assistant drawing to ascend to the computer aided design level.

Key words：Stamping process;use of progressiving; AutoCAD the use of software;

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1.1 TQ-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=3084mm；
该零件的内孔周边长度之和为内圆之周长
L2=2лr1=62.8mm;

6.2落料凸模

技术要求：
1.刃口部分按凹模实际刃口尺寸配作，
保证双边间隙0.03mm
2.保证刃口锋利、未标注倒角R3
3.淬硬部分HRC60-64
4.材料CrWMn
图1.5落料凸模

6.3凹模

技术要求;
1.型孔制造公差为0.03，表面粗糙度Ra0.4
2.型孔位置尺寸公差0.01；
3.热处理淬硬60-64；
4.材料为CrWMn

图1.6凹模

6.4凸模固定板

技术要求：
1.型孔位置与凹模保持一致；
2.材料为Q235；
3.壁孔双边间隙为0.02mm.

图1.7凸模固定板

6.5弹性卸料板

技术要求：
1.型孔表面粗糙度Ra1.8;
2.型孔位置与凹模保持一致；
3.材料Q235.
4.型孔间隙0.03mm.

图1.8弹性卸料板

6.6凸模垫板

技术要求：
1.型孔位置与凹模保持一致；
2.材料为Q235；
3.壁孔双边间隙为0.02mm.

图1.9凸模垫板

第七章 制定模具零件加工工艺过程
凹模、落料凸模和凸模固定板的加工工艺过程分别见文献（1）
表2-75至表2-77所示；

7.1凹模加工工艺过程
表2-75
凹模加工工艺过程

注: 凸、凹模为配作件,并同属板类零件且用线切割加工,其加工工艺过程与凹模板加工工艺完全相同,最后只需保证:凹模、凸模的最小合理间隙值Zmin.=0.03 mm.

7.2落料凸模加工工艺过程
表2-76

落料凸模加工工艺过程

7.3凸模固定板加工工艺过程
表2-77
凸模固定板加工工艺过程

7.4卸料板加工工艺过程

表2-78
卸料板加工工艺过程

注:R26.2mm小椭圆孔与4×Ф20.02mm孔形状及高度相似,故其加工过程可参照其加工工艺制作.

第八章 模具的装配
根据级进模的特点,先装上模,再装下模较为合理,并调整间隙,试冲,返修.具体过程
下:
8.1上模装配
①仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作.
②先将凸模与凸模固定板装配,再与凹模板装配,并调整间隙
③把已装配好的凸模及凹模与上模座,并在次检查间隙是否合理后,打入销钉及拧入螺丝.
8.2下模装配
①仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作.
②先将凸凹模放在下模座上,再装入凸凹模固定板并调整间隙,以免发生干涉及工件损坏.接着依次按顺序装入销钉,活动挡料销,弹顶橡胶块及卸料板,检查间隙等合理后拧入卸料螺钉,再拧入紧固螺钉,并再次检查调整.
③将经调整后的上下模按导柱,导套配合进行组装,检查间隙及其它装配合理后装机进行试冲并根据试冲结果作出相应调整,直到生产出合格制件.

设计小结
通过对本套汽车发动机通气叶片冲孔―落料级进模的设计、计算使我对冲裁模的设计流程有了更深一层的了解，包括冲裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总装图及零件图的绘制。在设计过程中，有些数据、尺寸是一点也马虎不得，只要一个数据有误，就得全部改动，使设计难度大大的增加。在这次设计中，我感觉要完成这次设计不仅要有扎实的专业知识，还要有过硬的计算机基础作保障，方才能很好的完成这次设计。所以说我们今后的学习中不仅要学好应该所学的，还要尽可能多的去拓展我们在其它方面的领域，只有这们我们才能立于不败之地。
在设计的过程中，通过查阅资料，分析制件的结构工艺性，初步确定冲压方案，计算、分析比较从而确定最佳方案。另一方面，本着力求模具结构简单、模具零件易于加工和耐用等原则，我多次对模具的结构进行改动。在查阅资料和反复思考分析的过程中，我对冲压模具设计有了较深层次的认识和理解，也懂得了如何查阅自己所需的资料和如何将学到的知识应用到实际的设计中！ 在模具设计过程中也遇到了很多问题，老师均给予我详细的解答，使我少走了许多弯路。两个星期的课程设计是短暂的，模具设计的道路却是漫长的，所以我自始至终保持着严谨踏实的态度,一步一个脚印。
本次设计使我认识到：严谨、一丝不苟的态度对于一位设计人员的重要性,科学容不得半点虚假, 更不能凭空想象、任意拼凑, 但是同时，对于每一个问题，各种参考书又有很大差异。在生产实际中，肯定也会有同样或者类似的问题困扰着模具设计人这对我以后的工作大有裨益。

致 谢
本次课程设计由于老师和同学的帮助，让我顺利的完成了本次的课程设计，而且还学习到了更多在课本上所学不到得知识，也更加了解了冲压模具每个零件的结构，更加
懂得了实践的重要性，在此，再次谢谢老师和同学的帮助。

参考文献

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[9] 李晓辉 薛欣．计算机辅助设计与绘图．北京：清华大学出版社，2006.6
[10] Machine elements in mechanical design． Beijing :Publishing House of Electronics Industry,2007

附 录
附录：本次冲压模课程毕业设计（完整一套设计，有说明书:论文，图纸）：凹模.冲槽凸模.冲孔凸模.导料板.垫板.落料凸模.凸模固定板.卸料板. 冲孔-落料连续模装配图，冲压模课程毕业设计说明书
冲压术语：
1.冲模： ①单工序模 Single operation dies
②复合模 compound dies
③级进模 progressivc dies
2.冲裁模： ①落料模 blanking dies
②冲孔模 piercing dies
3.相关模具零件：①对角模架 diagonal pillar(post) sets
②凸模 punch
③凹模 matrix
④卸料板 stripper plate
⑤凸模固定板 punch plate
⑥凹模固定板 matrix plate
⑦导柱、导套 guide pillars/guide bushes

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