發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼沖壓模具設(shè)計(jì)

江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第五章發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼沖孔模的設(shè)計(jì)5.1發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的沖孔工藝分析本次設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼零件經(jīng)上述幾步工序已根本加工完成，此道沖孔工序是在法蘭邊上沖制25個(gè)12圓孔以及底部的一個(gè)52的放油塞孔。由于法蘭邊上的25個(gè)小孔均用于后續(xù)裝備時(shí)的固定安裝所用，所以對(duì)其外表粗糙度不做要求，但未保證產(chǎn)品的美觀以及后續(xù)加工的方便，故在此設(shè)計(jì)中選擇光潔沖裁[20]。所謂光潔沖裁，就是采用小間隙、凸模帶圓角刃刀的模具進(jìn)行沖裁，能夠得到平滑光亮帶的沖裁。其凸模工作局部刃口是一個(gè)具有橢圓角的工作帶。它和普通沖裁相比，在沖壓加工中產(chǎn)生裂紋的部位是從鋒利的刃口尖端略偏于側(cè)面的地方。這是由于該處材料所承受的應(yīng)力處于拉伸狀態(tài)；而光潔沖裁那么是通過將刃口制成圓角，緩和了與模具側(cè)面相接觸的材料的拉應(yīng)力。由于在光潔沖裁時(shí)加強(qiáng)了沖裁變形區(qū)的靜水壓，使之起到了抑制裂紋的作用。圖5-1光潔沖裁局部示意圖Fig5-1PartialgeneralviewofFinishblankingpart5.2沖孔設(shè)備的選取沖裁力是選擇沖壓設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的一個(gè)重要依據(jù)。根據(jù)此前大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，說(shuō)明凸模圓角半徑的變化對(duì)沖裁力并無(wú)多大的影響。由于凸模采用了小圓角刃口，并其沖裁間隙很小，在刃口處沒有集中的剪切力，所以也就不產(chǎn)生剪裂縫，并使得切口斷面變得十分光滑。故在本次發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼零件的設(shè)計(jì)中，仍采用平刃凸模沖裁力的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，具體如下：〔5-1〕式中P—沖裁力〔N〕；L—沖裁件周邊長(zhǎng)度〔mm〕；t—材料厚度〔mm〕；—材料的抗剪強(qiáng)度〔MPa〕；其值可由參考文獻(xiàn)查詢；K—修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、刃口情況、潤(rùn)滑情況等種種因素均有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在〔1.0～1.3〕P的范圍內(nèi)，一般，k值取為1.25～1.3。考慮所用材料及制件形狀復(fù)雜，體積較大等，取k值為1.3。考慮到此次設(shè)計(jì)選用的st15鋼材的抗沖剪強(qiáng)度為450～560，范圍較大，不易確定其具體確實(shí)定值，故仍采用簡(jiǎn)便計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：〔5-2〕式中L—沖裁件周邊長(zhǎng)度〔mm〕；t—材料厚度〔mm〕；—材料的抗拉強(qiáng)度〔MPa〕。那么有法蘭邊單個(gè)孔的沖裁力為P1=×12×3×260=29.39N放油塞孔的沖裁力為P2=×52×3×260=127.36N總的沖裁力為P=P1×25+P2=29.39×25+127.36=862.11N根據(jù)所計(jì)算的沖裁力，選用公稱壓力為1600KN的閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)，除主要壓力因素外，其他參數(shù)均符合本次設(shè)計(jì)的工藝要求。具體參數(shù)如下表所示：表5-11600KN閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)根本參數(shù)Table5-1Thebasicparametersoftheequipment公稱壓力/KN公稱壓力行程/mm滑塊行程/mm滑塊行程次數(shù)/次·min-1最大裝模高度/mm裝模高度調(diào)節(jié)量/mm導(dǎo)軌間距離/mm滑塊底面前后尺寸工作臺(tái)板尺寸16001340018800250198010201900×11205.3工作零件的設(shè)計(jì)5.3.1凸、凹模間隙確實(shí)定對(duì)于實(shí)際的沖裁來(lái)說(shuō)，沖裁間隙是一個(gè)極其重要的工藝參數(shù)[21]。它對(duì)沖裁件的端面質(zhì)量、模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力以及沖裁件的尺寸精度都有一定的影響。所以，沖裁間隙一般選取適中間隙。其凸模刃口和凹模刃口邊緣產(chǎn)生的兩條裂縫根本重合于一線。在斷面的下部塌角較小，塑剪帶約占整個(gè)板料的1/3左右，而斷面的上部那么比擬粗糙，并略呈錐形。沖裁件的毛刺并不大，并且模具的壽命也比擬長(zhǎng)，可以滿足一般沖裁的要求。圖5-2沖裁間隙適中時(shí)切口斷面形貌Fig5-2ThetopographyofthefracturewhenWhenblankingclearanceisreasonable根據(jù)參考文獻(xiàn)沖裁間隙標(biāo)準(zhǔn)化分類及實(shí)用間隙值，查得板料st15中碳鋼厚度3mm時(shí)，設(shè)計(jì)間隙為0.22mm。5.3.2凸凹模尺寸確實(shí)定模具工作局部尺寸的選取應(yīng)考慮到材料的彈性回跳和凸模的磨損，一般應(yīng)取凸模的根本尺寸接近于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損[22]至一定范圍時(shí)仍可繼續(xù)使用；而凹模的根本尺寸那么較凸模的根本尺寸增加了模具的最小間隙值[23]。圖5-3沖裁模的制造公差標(biāo)注圖示Fig5-3Manufacturingtolerancemarkingdiagramofblankingdie模具工作局部凸凹模的計(jì)算公式為〔5-3〕〔5-4〕式中——凸模和凹模工作局部的根本尺寸；d——孔的根本尺寸；——模具的最小間隙值〔單邊〕；——凸模和凹模工作局部的制造公差；——孔的尺寸上偏差。由于對(duì)孔的尺寸精度和模具的制造精度要求不是很高，凸凹模的制造公差可以按照沖裁時(shí)的情況查表選取，根據(jù)參考文獻(xiàn)可查得，法蘭邊上的小孔尺寸為12，凸凹模的制造公差均為0.020mm，放油塞孔的尺寸為52，其制造公差為凸模偏差0.020mm，凹模偏差0.030mm。根據(jù)上式可計(jì)算得到法蘭邊上的小孔凸凹模尺寸為：放油塞孔凸凹模的尺寸為：5.3.3凸模長(zhǎng)度確實(shí)定凸模工作局部的長(zhǎng)度應(yīng)該根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來(lái)確定[24]。一般不宜過長(zhǎng)，否那么往往因縱向彎曲而使凸模工作時(shí)失去穩(wěn)定。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使制件的質(zhì)量和精度有所降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)雇鼓Ｕ蹟?。凸模的長(zhǎng)度可根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：〔5-5〕式中L——沖裁凸模的長(zhǎng)度；H1——凸模固定板的厚度，H2——卸料板的厚度；H3——導(dǎo)尺的厚度；H——附加長(zhǎng)度。主要考慮凸模進(jìn)入凹模的深度〔0.5～1mm〕、總修磨量〔10～15mm〕以及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板間的平安距離〔15～20mm〕的因素。圖5-4凸模長(zhǎng)度確實(shí)定圖5-5凸模固定方式示意圖Fig5-4ThelengthofthetheconvexdieFig5-5Generalviewoftheconvexdiefixed根據(jù)上式，將設(shè)計(jì)要素代入上式得：L=180〔mm〕；放油塞孔的沖裁凸模固定在壓料板的內(nèi)部，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為：L=110〔mm〕。5.3.4凸模的固定方式由于沖裁件的形狀和尺寸的不同，沖模的加工以及裝配工藝等實(shí)際條件亦有所不同，所以在實(shí)際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)形式也就有很多種的形式：其截面形狀有圓形和非圓形；刃口形狀有平刃和斜刃；結(jié)構(gòu)形式有整體式、鑲拼式、階梯式、直通式和帶護(hù)套式等?？紤]到本次設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼零件法蘭邊上的孔和放油塞孔的尺寸均不大，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，孔的直徑在12～70mm時(shí)，可采用如上圖所示的過盈配合或過渡配合〔m6〕緊固在凸模固定板上的方式，頂端形成臺(tái)肩，以便固定，并保證在工作時(shí)不被拉出。5.3.5凹模厚度確實(shí)定凹模設(shè)計(jì)考慮到了凹模強(qiáng)度、制造方法及其加工精度等。特別是凹?？椎某叽?，在實(shí)用上是和制件尺寸一起充分考慮的。它關(guān)系到制件質(zhì)量的好壞，因此對(duì)其加工外表質(zhì)量亦須予以充分的考慮。凹模的厚度[25]和外形尺寸，對(duì)于其承受的沖裁力，必須具有不引起破損和變形的足夠的強(qiáng)度。沖裁時(shí)，凹模承受沖裁力和水平側(cè)向力的作用，由于凹模的結(jié)構(gòu)形式不一，受力狀態(tài)又比擬復(fù)雜，特別是對(duì)于復(fù)雜形狀的沖件，其凹模的強(qiáng)度計(jì)算就相當(dāng)復(fù)雜。因而，在目前一般的生產(chǎn)實(shí)際情況下，通常都是根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度、沖裁力的大小等來(lái)進(jìn)行概略的估算及經(jīng)驗(yàn)修正的。凹模的厚度H可以根據(jù)沖裁力的大小來(lái)進(jìn)行估算。其經(jīng)驗(yàn)公式〔5-6〕式中H——凹模厚度〔mm〕；P——沖裁力〔N〕；k1——沖裁輪廓長(zhǎng)度修正系數(shù)，查詢文獻(xiàn)，取1.6；k2——凹模材料修正系數(shù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)表2-16，取1.3。根據(jù)上式，將設(shè)計(jì)要素代入上式得：H=1.6×1.3×≈8〔mm〕。故本次設(shè)計(jì)取凹模局部的厚度為8mm，但考慮到油底殼有145mm的高度，加之沖裁放油塞孔廢料的排出的高度，整個(gè)凹模體的厚度設(shè)計(jì)為215mm。5.4發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼沖孔模示意圖圖5-6發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼沖孔模具示意圖Fig5-6Generalviewoftheperforatingdieoftheoilsump1-模柄；2、7-緊固螺釘；3-上模座；4-導(dǎo)套；5-凸模導(dǎo)正板；6-導(dǎo)柱；8-下模座；9-凸模固定板；10-彈簧；11-法蘭邊沖孔凸模；12-法蘭邊沖孔凹模；13-放油塞孔沖孔凸模；14-放油塞孔沖孔凹模圖5-7法蘭邊沖孔凸模圖5-8放油塞孔沖孔凸模Fig5-7TheconvexdieofperforatinginflangedsidesFig5-8Theconvexdieofperforatinginplug圖5-9法蘭邊沖孔凹模圖5-10放油塞孔沖孔凹模Fig5-9TheconcavedieofperforatinginflangedsidesFig5-10Theconcavedieofperforatinginplug5.5發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼沖孔凸凹模的熱處理方式?jīng)_孔與落料的原理一樣，二者均屬于沖裁方式。本設(shè)計(jì)所沖孔的孔徑小，沖裁力不及落料模，故落料凸、凹模的材料亦可用來(lái)制造沖孔的凸、凹模，即沖孔凸、凹模選擇Cr4W2MoV，熱處理方式與第三章落料凸、凹模材料的熱處理方式一樣，此次便不再贅述。5.6本章小結(jié)本章的沖孔模與第三章落料模的原理一樣，所以設(shè)計(jì)有很多的相似之處。重點(diǎn)在于法蘭邊上的25個(gè)小孔，排列密集。這就導(dǎo)致凸模在凸模固定板的密集固定問題，以及凹模在使用一段時(shí)間后易出現(xiàn)破損現(xiàn)象。所以，本次設(shè)計(jì)對(duì)凸模采用過盈配合的方式，而且在壓料板上設(shè)計(jì)了導(dǎo)正套，保證凸模工作時(shí)正確的導(dǎo)向。凹模的壁厚采用合理范圍內(nèi)的最小值，保證凸模之間有較大的距離，不會(huì)出現(xiàn)互相磨損，而且較大的凹模體能很好的保護(hù)到凹模。

結(jié)論本次發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的設(shè)計(jì)全部采用單工序工部，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，加工相對(duì)簡(jiǎn)單，給操作帶來(lái)了方便。較大地提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)本錢，滿足了實(shí)際生產(chǎn)需求，適用于大中小型企業(yè)的大批量生產(chǎn)。通過本次的設(shè)計(jì)，我也學(xué)會(huì)、領(lǐng)悟了很多知識(shí)：〔1〕首先對(duì)油底殼進(jìn)行工藝分析，確定工藝方案。難點(diǎn)在于拉深次數(shù)確實(shí)定。油底殼屬于有臺(tái)階的大型盒形零件，屢次拉深易引起拉裂、起皺等現(xiàn)象，一次拉深對(duì)模具要求又比擬高。最終通過常規(guī)計(jì)算，即把油底殼看成兩個(gè)盒形件，分別計(jì)算，均為一次拉深較適宜；再利用盒形件拉深的變小程度，確定拉深次數(shù)最正確仍為一次，所以工藝定為一次拉深成形?！?〕落料模具的設(shè)計(jì)，主要工作零件的尺寸均可按照公式計(jì)算得出，其主要難點(diǎn)在于壓力中心確實(shí)定。毛坯尺寸較大，長(zhǎng)度將近1米，而且形狀不規(guī)那么，如果不確定毛坯件的中心，在較大沖裁力的作用下，容易引起制造的偏差。本設(shè)計(jì)采用各分力對(duì)z軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)z軸力矩，在輔之以AutoCAD軟件的計(jì)算，最終確定毛坯件的壓力中心，為后續(xù)的模具的運(yùn)行提供了保障?！?〕拉深模具的設(shè)計(jì)，主要就是拉深設(shè)備的選擇，普通的壓力機(jī)無(wú)法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼這種大型零件的拉深。通過對(duì)拉深過程中各項(xiàng)力的計(jì)算，最終選擇了雙動(dòng)壓力機(jī)。此設(shè)備的好處就是雙行程運(yùn)動(dòng)，首先內(nèi)滑塊工作，提供壓邊力；然后外滑塊運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行拉深。并且在工作過程中，由于兩滑塊分開運(yùn)動(dòng)，能夠保證在拉深的過程中，壓邊力的不變，為零件的成形提供了很好的保障?！?〕沖孔模具的設(shè)計(jì)，沖孔模與落料模同屬?zèng)_裁模，工作原理相同，所以對(duì)沖孔模的設(shè)計(jì)大致與落料模一致。其不同點(diǎn)，也是沖孔模設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于法蘭邊上的25個(gè)用于安裝的小孔，密集度比擬高，這就給凸模的固定帶來(lái)難度。本次設(shè)計(jì)H7/M5的過盈配合，合理的節(jié)省了空間，并且凸模固定板采用環(huán)狀板料，也大大節(jié)省了材料?！?〕本次設(shè)計(jì)還涉及到模具主要工作零件的材料選擇。分析了主要的服役性能要求以及常見的失效形式。在拉深模具凸凹模的設(shè)計(jì)中，將傳統(tǒng)使用Cr12鋼換做球墨鑄鐵QT500-7制造，本錢較低，再加之適宜的熱處理，是模具的整體性能和使用壽命得到較大幅度的提高。參考文獻(xiàn)：[1]李奇涵.沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)[M].1.北京:科學(xué)出版社,2007.8.[2]遲濤.UGNX6.0中文版典型實(shí)例教程[M].1.北京:電子工業(yè)出版社,2021.8.[3]賈東永,郭光立.UG模具設(shè)計(jì)根底教程[M].1.北京:清華大學(xué)出版社,2021.6.[4]李錦標(biāo).UGNX三維造型設(shè)計(jì)教程與實(shí)例精講[M].1.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2021.6.[5]吳伯杰.沖壓工藝與模具[M].1.北京：電子工業(yè)出版社,2004.6.[6]張正修.沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、要點(diǎn)及實(shí)例[M].1.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.[7]杜繼濤.油底殼一次拉深成形工藝及模具設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù),2005(增刊).[8]LinB,HsuS.Automateddesignsystemfordrawingdies[J].ExpertSystemswithApplications,2021.4,34(3):1586-1598.[9]?沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)?編寫組.沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].7.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.6.[10]王孝培.沖壓手冊(cè)[M].2.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.4.[11]李奇,徐慧民,涂序斌.模具材料及熱處理[M].2.北京：北京理工大學(xué)出版社,2021.8.[12]ChenW,YangJ,LinZ.Applicationofintegratedformabilityanalysisindesigningdie-faceofautomobilepaneldrawingdies[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2002.2,121(2-3):293-300.[13]董秋烈.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼拉伸模設(shè)計(jì)[J].模具工業(yè),1995,(3)：7-10.[14]DejmalI,TiroshJ,ShirizlyA,etal.Ontheoptimaldiecurvatureindeepdrawingprocesses[J].Internatio