转子支撑壳体冲压模具 本科毕业论文.docx
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转子支撑壳体冲压模具本科毕业论文
毕业设计论文
转子支撑壳体冲压模具设计
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摘要
本设计是转子支撑壳体冲压模具设计,经工艺分析,共需要三套模具,首先第一套模具是进行冲孔落料,然后第二套模具是进行四角型弯曲,最后第三套模具是进行孔的翻边。
首先,了解冲压模具的特点及其在国内外发展领域中的研究动态;其次,对工件进行工艺分析,确定三个工艺方案,经多方面的对比,最后确定一个最佳的工艺方案;再次,计算毛坯的尺寸,材料的利用率,确定排样方案,模具各工作部分的尺寸、公差,进行零部件的校核,确定各个标准件;最终设计出这三套模具的总装配图。
其设计中应注意的问题是冲孔落料后工件出现翘曲、变形、毛刺,弯曲后弯曲件出现翘曲、扭曲、变形,以及进行孔的翻边后出现翻裂等问题,因此设计时应多参考冲孔落料、弯曲、孔的翻边的相关资料,多了解一些冲孔落料复合模、弯曲模、孔的翻边模的设计步骤和注意问题。
多方面的考虑从而保证产品的质量和生产效率。
关键词:
冲孔,落料,弯曲,翻边
THEDESIGNINGOFSUPPORTINGSHELLSTAMPINGDIEOFROTOR
ABSTRACT
Thisdesignbelongstothesupportingshellstampingdiedesignofrotor.Byanalysingtheprocess,itneedsthreesetsofmold.Atfirst,thefirstsetofmoldispunchingblanking.Then,thesecondsetofmouldisbendingoffourangles.Atlast,thethirdsetofmoldisholeflanging.
Firstofall,weshouldunderstandthecharacteristicsofstampingdie,itsdevelopmentathomeandabroadinthefieldofdynamic.Secondly,byanalyzingtheprocess,weshoulddeterminethethreeprocessschemes,thecontrastinmanyaspectsandanoptimalprocessplanbyanalysisofthetechnologyoftheworkpiece.Thirdly,weshouldcalculatetheblankdimensions,theutilizationrateofmaterialsanddeterminethelayout,size,tolerancepartsmoldwork,checkpartstomakesurethevariousstandardparts.Inthefinal,weshoulddesignthegeneralassemblyofthethreesetsofdies.Theproblemsindesignarepunchingblankingworkpiecewarp,deformation,burr,bendingbendingwarp,twist,deformationandtheholeflangingturnedovercrackproblemsothedesignshouldberelatedtodatasaboutpunching,bending,flanginghole,someholeflanging,diecompound,diedesignstepsofmaterial,bendingdieandhole.Weshouldpayattentiontotheproblems.Weshouldconsiderfrommanyaspectstoguaranteethequalityandefficiencyofproducts.
KEYWORDS:
Punching,Blanking,Bending,Holeflanging
目 录
前 言1
第1章制件的工艺性分析5
1.1制件的总体分析5
1.2制件外形分析6
第2章冲压工艺方案制订7
2.1冲压件的工艺分析7
2.2冲裁工艺方案7
2.3冲裁工艺方案的分析和确定7
第3章模具主要零部件设计及计算9
3.1毛坯尺寸的计算9
3.2冲孔落料模的设计10
3.2.1确定搭边值10
3.2.2确定排样方案11
3.2.3冲裁力的计算13
3.2.4计算压力中心14
3.2.5计算凸凹模刃口尺寸14
3.2.6冲模结构的设计16
3.3四角型弯曲模的设计21
3.3.1弯曲件工艺分析21
3.3.2弯曲件工艺计算22
3.3.3弯曲模零件的设计计算23
第4章模具的总体设计29
4.1模具类型的选择29
4.2定位方式的选择29
4.2.1冲孔落料复合模条料板的定位方式29
4.2.2四角形弯曲模的定位方式30
4.3卸料、出件方式的选择30
4.3.1冲孔落料模的卸料、出件方式30
4.3.2四角形弯曲模的卸料、出件方式30
4.4联接件的选择30
4.4.1冲孔落料模31
4.4.2四角形弯曲模31
第5章模具的装配与调试32
5.1冲孔落料模的装配与调试32
5.1.1模架总装图及工作原理32
5.1.2模具的装配33
5.2四角形弯曲模的装配与调试34
5.3.1模架总装图及工作原理34
5.3.2模具的装配35
结 论37
谢辞38
参考文献39
外文资料翻译40
前 言
冲压加工从属于塑性加工的范畴,其加工的原材料主要是带料和板材,加工的对象是平板和三维薄壁工件。
冲压涉及的领域是及其广泛的,它深入到制造业的各个方面,它是以模具作为工具,经压力机提供动力,使板材在室温的外力的作用下出现分离或者塑性变形,从而获得一定形状、尺寸的工件的加工方法。
因为它主要用于加工板料工件,所以也称板料冲压。
冲压模具是大批量生产同形产品的工具,是冲压生产的主要工艺设备。
冲压加工具有生产率高、质量稳定、成本低、节约能源和可加工复杂形状工件等一系列优点,特适用于大批量的生产,易于实现自动化和机械化。
其生产的制件所具有的质量好、高精度、高生产率、高一致性和低消耗,在竞争的市场中处于有利的地位,是其他加工制造方法所不能相比和难以实现的。
它已经成为当代工业生产的工艺发展方向和重要的生产手段。
模具行业在很大程度上决定着现代工业产品的发展和技术水平的提高。
模具制造技术的高低已经成为衡量一个国家产品制造水平的标准,因此模具在国民经济和社会发展中占有十分重要的地位。
一、国内模具的现状和发展趋势
改革开放以来,我国的冲压模具水平已有很大的提高。
至今,我国的制造业的资源已超越了企业-社会-国家的界线,成为国际化已是客观的事实。
中国模具的主要的市场为汽车行业模具和IT模具。
其中汽车模具包括覆盖件模具和轮胎模具。
据统计,1995年我国模具行业产值约为145亿元,2001年达到310亿元,2002年上升至360亿元......虽然现在我国的模具生产产值居于世界第三,我国也展示出了不少已达到国际水平的质量高、效率高、寿命高的大型、精密、复杂的模具,但与国外模具企业仍存在很大的差距,尤其在人才培训方面以及人员素质方面。
我国模具行业尚存在几方面的不足:
1.设计基础薄弱,品种规格不配套;2.模具设备水平低,且实现的性能不好,材料的利用率低;3.人员的开发能力较差,况且经济效益不好;4.模具的设计方法以及模具相关的技术落后;5.企业从事开发的人才不足。
二、国外模具的现状和发展趋势
目前,模具在全球呈现供不应求的局面。
国外的模具工业起步早,拥有比较先进的生产技术以及生产管理经验。
值得我们国内进行学习和借鉴。
据资料显示,世界模具市场年交易总额达到600~650亿美元左右。
可见模具产业将来的可发展性,尤其是日本、瑞士、美国、法国等欧美国家。
国内的模具体现出简单、寿命不长、小型等特点,而国外的模具体现出大型、复杂、精密、长寿命等特点。
国外模具企业的组织形式是“大而专”、“大而精”。
冲压生产和模具制造向专业化生产方向发展。
对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案,提供模具开发与工程服务,全面提高企业水平和模具质量。
采用快速成型技术可以提高模具制造效率。
在计算机控制与管理下由零件实物或模型直接驱动,采用材料精确堆积成复杂三维实体的原型或零件制造技术,是一种集计算机(包括CAD/CAM/CAE等)、数控、光学扫描、激光、新型材料等技术于一体的新型高新制造技术称作快速成型技术(简称RP),主要用于零件设计的快速检验以及各种模具模型的快速制造。
利用RP技术成型功能零件尤其是金属模具或零件的一种方法称作快速模具技术(简称RT)。
不仅可以克服传统模具制作过程复杂、费用高、耗时长等缺点,所以应用RP技术制造快速、经济模具成为RP技术发展的主要推动力之一。
RP和RT技术集成的快速制造精密模具的方法被称为先进的“柔性工具”方法,板料成形设备向着机械化、自动化、柔性化、精密化方向发展。
从而适应现代工业向着多品种、变批量、高精度、高效率的发展趋势,为冲压模具的多品种、小批量、快速生产奠定了坚实的技术基础。
国外模具行业存在的优势:
1、欧美和日韩发展比较早,拥有较丰富技术和生产管理经验;
2、从事开发人员拥有丰富的经验;
3、能够达到多功能、多工位级进模中重点发展高精度、高效率以及寿命高的优点;
4、大力推广CAD/CAM/UGCAM,不仅用于2D,而且还用于3D中,设计出3D打印机。
随着新材料和新结构的需求市场扩大,应该需要发展一些的低本钱冲压成形技术。
当前的研究重点:
1.真空处理技术;2.刃口堆焊技术;3.铝合金覆盖件等机身零件的冲压技术;4多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术等。
三、课题意义
冲压模具设计是否合理,关系到冲压生产中冲压件成品合格率的高低,运作的快慢,模具的制造难易程度、模具的使用寿命以及制件的质量问题等问题,对其都具有重要的影响。
本课题由于考虑到以上涉及的问题,对转子支撑壳体冲压模具设计选择了冲孔落料复合模和四角型弯曲模。
首先在设计之前,查阅资料只对模具有所简单的了解。
通过对转子支撑壳体的冲孔、落料、弯曲等工序的设计,使我对冲压模具有了更深的认识和了解,从而知道了冲压模具设计、制造等方面的知识和模具行业国内外发展方向以及它的研究趋势,而且还能运用自己已经熟悉掌握的知识对冲压模具的设计以及工艺流程进一步的优化,让自己所学到的知识得到更好的应用实践。
显然在这个设计学习过程中,也学到了好多以前没有学到的东西以及一些学得不好的东西有所更深的了解。
从而掌握了更多的模具设计与制造等方面的知识并熟练使用计算机辅助软件CAD和Pro/e等。
毕业设计需要我们所学的理论知识转化到实际应用当中的一次设计,也为将来更好的将所学知识运用到工作中打好基础,并且在设计过程中可以学到很多书本上学不到的知识。
在设计中可以培养自己独立思考能力和思维能力,积累一些经验,同时也可为以后的工作打下了坚实的基础,让自己能够快速、从容的融入到工作中去。
四、研究的基本内容,拟解决的主要问题
本课题研究的题目是转子支撑壳体冲压模具设计,工件材料为10号钢,厚度为1.5mm。
10号钢具有较好的塑性、韧性,也具有良好的冲压性能,适合冲孔、落料、弯曲等简单的冲压工序。
本次设计的内容为该工件的冲压模具设计,经分析,该工件需要冲裁模、弯曲模和翻孔模即可完成,其中冲裁复合模需要完成对工件进行冲孔和落料工序,弯曲模是将冲裁好的带有孔的制件进行弯曲,达到制件的要求,详细的介绍了材料的利用率、排样方案的确定、工艺方案的确定、模具刃口尺寸的计算以及强度校核等等,最终绘制出各个非标准零件图以及整套装配图。
具体步骤为:
1.了解冲压模具的国内外的发展趋势;
2.对冲压件进行工艺分析与设计;
3.计算毛坯的尺寸以及材料的利用率,确定冲裁件的排样方案;
4.冲裁间隙的选用;
5.冲压力的计算,确定初选压力机;
6.确定模具压力中心;
7.计算凸、凹模具的刃口尺寸和公差;
8.冲裁部分及零件的设计,进行零部件的校核,确定各个标准件以及非标准件;
9.最终设计出总装配图及零件图。
通过对该零件图的分析,该零件含有三个孔。
比如,弯曲时,可以利用这些孔,方便定位等等。
因此在设计的时候要充分考虑这些孔在各个工序中的相互影响以及它的作用。
第1章制件的工艺性分析
1.1制件的总体分析
图1-1所示制件名称为转子支撑壳体,它的材料选为10号钢,属于普通的碳素结构钢,是常用的冲压材料,该材料能够进行一般的冲压加工。
图1-1工件图
外形结构的工艺性分析:
该制件属于常见的工件,材料的厚度是1.5mm,外形比较简单,总共有三个孔,有两个孔尺寸相同,精度要求相同,外形轮廓基本上属于规则的形状,工件的四周有四角型形弯曲及孔的翻边,所以,经分析该工件可采用冲孔落料、四角型弯曲及翻孔工艺获得。
由以上分析可知,上图的工件具有较好的冲压工艺性能,因此适合冲压大批量的生产。
1.2制件外形分析
该零件的材料为10号钢,属于优质的碳素结构钢,它的塑性、韧性很好,还具有较好的冷冲压性能,能够进行一般的冲压加工工序。
该工件通过冲孔、落料、弯曲、翻孔工序所制成,形状较为简单,尺寸不大,厚度较薄,大批量生产,是一般冲裁弯曲翻孔件。
其中,冲孔、落料工序比较简单,但也会出现一些问题。
比如,冲压件的冲裁后工件的毛刺问题、冲裁加工的经济合理的工艺要求等等。
弯曲工序的过程中也需要考虑一些问题,比如弯曲后的工件会出现扭曲、翘曲、变形等问题。
另外,弯曲过程中毛坯能不能有很好的定位,也是需要认真考虑的问题。
经过认真的考虑,可以采用中间的φ5(为翻孔前的小孔的尺寸)的小孔进行定位,很简单、方便。
第2章冲压工艺方案制订
2.1冲压件的工艺分析
通过对工件图1-1的分析可知,要加工该工件需要冲孔、落料、弯曲、翻孔四种基本工序才能完成。
需要查阅资料,确定加工该工件的工艺方案。
2.2冲裁工艺方案
该工件包含冲孔、落料、弯曲、翻边四个简单的基本工序,由于需要考虑加工该工件的可行性、合理性,组合各个工序,可以采用以下三种工艺方案:
方案一:
先对工件进行单工序冲孔,再单工序落料,然后进行单工序弯曲,再进行单工序的孔的翻边;
方案二:
先对工件进行冲孔落料,采用级进模,然后进行单工序的弯曲,再进行单工序的孔的翻边;
方案三:
先对工件进行冲孔落料,这时,采用的是复合模一次成形,然后进行单工序的弯曲,再进行单工序的孔的翻边。
2.3冲裁工艺方案的分析和确定
经分析,确定了三个冲裁工艺方案,以下是对这三种冲裁工艺方案的优缺点分析:
1.第一种方案的优点是模具设计,模具的结构都相应的简单,而且采用的标准化的模具成形零件,但是,需要四套模具,成本较高,需要的工作人员较多,而且,工件的生产效率不高,难以满足市场大批量的需要;
2.第二种方案的优点是采用三套模具进行加工,减少了一套模具,工作做人员相应的减少,但是采用的是级进模,级进模的生产精度低,并且磨具设计较复杂,比较耗费时间;
3.第三种方案的优点是较一少了一套模具,采用的冲孔落料复合模,不但减少了工作人员的人数,还提高了工件的精度。
而且又在较短的时间内高效率的完成。
正好满足市场的需求。
综合以上方案的分析,不仅要满足制件的质量,而且也要满足生产的要求。
可知,第一种方案显然不能满足要求,第二种方案的制造精度低,模具较为复杂,而且还耗费时间。
第三种方案,不仅可以短时间高效率的完成,而且还提高了模具的精度。
所以,经分析,选择第三套方案。
第3章模具主要零部件设计及计算
3.1毛坯尺寸的计算
该工件需要冲孔、落料、弯曲、翻孔工序才能完成,因此,在冲孔落料之前,需要计算弯曲件的展开毛坯尺寸。
因为工件的尺寸上未注明公差,经查阅《机械设计课程设计手册》(第三版)P106表9-3公差等级与加工方法的关系可知,冲压的公差等级处于IT9-IT15,经考虑,该工件的公差等级选为为IT11。
该冲件展开的毛坯的形状为长方形,令其长×宽为L×B,如图3-1所示:
图3-1毛坯尺寸计算图
L=2(L1+L5)+2L2+2L3+2L4
=2×30+2×(3.1086+16.5+24.7275)
=148.67mm
其中L1+L5=48-(1.5+0.75)-(15+0.75)=30mm
L2=π/2(r+xt)=3.14/2×(1.5+0.32×1.5)=3.1086mm
L3=33-1.5-15=16.5mm
L4=π/2(r+xt)=3.14/2×(15+0.5×1.5)=24.7275mm
考虑到长度需要取整,则L=149mm,B=24mm。
式中x—与变形程度有关的中性层位移系数,其值可由《冲压工艺与模具设计》P149表4-4应变中性层位移系数x可知。
表3-1中性层位移系数
r/t
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
1.2
x
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.28
0.3
0.32
0.33
r/t
1.3
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
≥8
x
0.34
0.36
0.38
0.39
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
故该制件毛坯尺寸形状如图3-2所示:
图3-2毛坯尺寸图
3.2冲孔落料模的设计
3.2.1确定搭边值
查《冲压手册》(第二版)P45表2-18,得最小搭边值:
侧搭边a=2.0mm,工件间搭边a1=1.8mm。
选用无侧压导向装置的模具,应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边值减少。
为了补偿侧面搭边的减少,条料宽度应增加一个条料可能的摆动量,故按下式计算:
条料宽度B
=(Dmax+2a+C)
导板间距离A=B+C=Dmax+2a+2C
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;
a—侧搭边值,参考《冲压手册》(第二版)P56表2-18;
Δ—条料宽度方向的单向偏差,查《冲压手册》(第二版)P57—58表2-19、2-20;
C—条料板与最宽条料之间的间隙,其最小值见《冲压工艺与模具设计》P58表2-21。
3.2.2确定排样方案
在冲压的实际生产中,由于制件的形状、尺寸、精度要求、批量的大小和原材料的供应等方面的不同,不可能提供一种固定不变的合理排样的方案。
决定排样方案时应该遵循的原则:
保证在最低的材料消耗和最高生产率的条件下得到符合技术条件要求的冲裁件,同时也要考虑生产操作的方便、安全生产、冲裁模的简单结构以及模具的寿命等等,总之,权衡利弊,选择一个较为合理的排样方案。
1.横排
条料宽度B
=(Dmax+2a+C)
=(24+2×2.0+0.5)
=28.5
mm
条料板间距A=B+C
=28.5+0.5
=29mm
送料步距S=L+a1
=149+1.8
=150.8mm
计算冲裁单件材料的利用率
式中A—一个冲裁件的面积,
;
—一个进距内的冲裁件数量;
B—条料宽度,
;
S—进距,
。
A=24×149-3.14×(6.9÷2)²×2-3.14×﹙13÷2﹚²-3.14×92
=3114.2473mm
排样图如图3-3所示:
图3-3排样图
2.竖排
条料宽度B
=(Dmax+2a+C)
=(149+2×2.0+0.7)
=153.7
mm
条料板间距A=B+C
=153.7+0.7
=154.4mm
送料步距S=B+a1
=24+1.8
=25.8mm
排样图如图3-4所示:
图3-4排样图
由于竖排的材料利用率比横排的材料利用率大,所以排样方案采用竖排排样。
3.2.3冲裁力的计算
冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抗力,计算冲裁力的目的是为了合理选择压力机和设计模具,检验模具的强度。
所计算的冲裁力必须小于压力机的吨位,以适应冲裁的需要。
模具为倒装式复合模,下出料装置,弹性卸料。
落料力F落=KLtτ=1.3×288.13×1.5×300=169000N=169KN
式中周长L=(24-18﹚×2+﹙149-18﹚×2+0.5×3.14×9×4=288.13mm
冲孔力F冲1=KLtτ=1.3×21.666×1.5
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