有侧孔的盒形件冲压工艺与模具设计

有侧孔的盒形件冲压工艺与模具设计内容摘要：

符合 生产要求。 方案二采用落料与拉深复合的方式，提高了生产效率，操作比较安全，因为矩形盒底部在冲压过程中变 形很小，故先拉深能够满足其尺寸和位置的要求。 该方案 生产效率高， 在 满足 大 批量生产 的同时还可以照顾到 零件尺寸精度的要求。 太原工业学院毕业设计 6 方案三生产效率高，模具数量少。 但是孔的位置和尺寸精度难以保证，特别是边缘空的位置和尺寸难以保证，无法满足实际生产的要求。 通过以上分析对比，此次设计选择方案二为该零件的冲压工艺方案。 模具的技术要求及材料选用 冷冲模材料的力学性能 模具经常会发生由脆断、塌陷、弯曲、磨损、咬合、啃伤和软化等造成的失效。 因此，作为冷冲模材料的钢材，应具备下述几方面的性能： 较高的变形抗力：主要抗力指标有强度、硬度、韧性、抗弯强度等。 其中硬度是模具最重要的抗力指标之一，高的硬度是模具保证耐磨性的必要条件。 ：冲击载荷下模具抵抗裂纹产生的能力也是作为避免断裂的一个重要依据，材料基体中所含碳量越高，冲击韧性也就越高。 故所受载荷较大的模具及有偏心载荷的细长凸模或有局部应力集中的冷冲模，都需要具有适当高的韧性。 ：对在一定工作环境下工作的模具钢，为了进一步增加耐磨性，可在具有高硬度的材料表面上添加一层具有大量细小硬质碳化物的 涂层。 在同等硬度条件下材料耐磨性的提高可进一步减少模具在长时间工作时所产生的疲劳破坏，如经过长时间运行产生的刮痕、凹槽等。 ：钢材的加工工艺性能包括可切削性，可加工性、和小的变形倾向等，以利于模具的加工，使之易于成形及避免热处理后模具产生变形等。 冷冲模材料的选择原则 要挑选满足模具工作要求的综合性能良好的材料。 要针对模具的主要失效形式 有目的地选用钢材，钢材的失效是决定模具寿命的主要因素，包括： （ 1）为避免模具开裂，应该选用韧性好的材料 （ 2）为避 免磨损，应该选用合金元素高的材料 （ 3）针对对大型冲模应首选淬透性好的材料 （ 4）为保证钢材硬度符合，应选用含铬、钼耐回火性高的合金钢 根据零件批量大小，以最经济的选材原则选用： 需要进行大批量生产的模具，通常利用优质合金钢来进行制造，而碳素钢则是用来制作生产小批量的模具，以节约成本。 要根据冲模零件的作用选择： 凸、凹模模具应优先考虑选用优质的钢材，而对于数量较少或厚度较小的可利用有色金属或黑色金属制造。 对于支撑板、卸料零件、导向件则选用一般钢材制作就可以满足使用要求。 要根据冲模精度要求 选用： 小型精密模具的制作优质合金钢是其选用材料的首选，而对于一些制作精度要求不高的模具则可以利用廉价的碳钢或者低合金钢作为制造材料进行制造。 主要设计尺寸的计算 太原工业学院毕业设计 7 毛胚尺寸的确定 拉深 件拉深时，毛胚 的确定 ， 不但可以有效 节省材料和 获得 口部平 整 的 工件 ， 同时对零件的成型也有好处，确保了拉深零件的成型的质量。 毛胚尺寸 太 大，会无谓增加引起危险断面 的 拉应力，对 进一步 变形和减少 加工 工序不利； 毛胚 局部尺寸过大，会加剧毛胚周围变形分布的不均匀程度， 造 就变形困难，以致在变形过分集中的部位引起局部起皱。 盒形件 的 毛胚 尺 寸可以通过 面积不变的原则 计算得出 ， 、除此以外 还 可以通过 拉深时周边的切向压缩与径向拉深变形不均匀的特点对毛胚的形状尺寸 作进一步 的修正。 由于 盒形件 带 有凸缘，且凸缘弯曲 时的半径 r≤ ， 因此该凸缘的 弯曲 是没有 圆角半径的弯曲。 对于 无圆角弯曲件的展开长度 可以通过 体积相等 的原则进行计算 ， 此时需要将 材料 弯曲 变薄的情况 也考虑进去。 首先将凸缘展开 当弯曲角为 90176。 时 弯曲前的单一侧壁体积 V=Lbt 弯曲后单一侧壁的体积 V’ =( 1L + 2L )bt+ bt42 由 V=V’可得， l= 1L + 2L + 由于 材料在发生 弯曲变形时，不 仅仅会使得 毛胚圆角区变薄而且 会使 与其相邻的两直边部分也 发生同样的 变薄 现象 ，因此对上式作如下的修正。 txlll 39。 21  ，式中 x’ —— 系数，一般取 x’ =~ 由于盒形件长宽凸缘不一致，所以在长度方向和宽度方向展开尺寸有差别，但为了设计方便和冲压方便，计算时统一采用较大凸缘来计算毛胚尺寸 则得 l=+52+ 1= 其次开始确定盒形件展开尺寸 根据 弯曲计算直边部分的展开长度 （ 1）底底底 rHrrHl   l （ 2）按拉深计算圆角部分 的 毛胚半径 R 由式 22 rrddHdD  即可得  底底 rrrrHrR  太原工业学院毕业设计 8 当 r 底 =r 时，则 rHR 2 所以 R= （ 3）对 毛坯的圆角 与 直边 的 相连 处进行修正，使其 平滑相连（图 41） ， 然后过ah 线段的中 点 C 作 圆弧 R 的 切线，再以 R 为半径作圆弧 使之 与直线相切。 经过这样的修正 ，使面积 +A A， 所以 经过修正后，既 与 面积相等原则 吻合 ，也 切合 变形规律，拉深后，可以得到比较平齐的拉深件。 图 41 矩形盒毛胚作图法 经修正后得毛胚尺寸如下； 太原工业学院毕业设计 9 图 42 毛胚尺寸 拉深间隙及拉深次数的计算 （ 1） 拉深间隙 拉深模的 拉深 间隙 大多数 情况下 是指单边间隙。 如果拉深 间隙 过 小 会使得 摩擦阻力 剧烈增加 ， 这将会造成 拉深件 被拉 裂，且 极 易 损伤工件的 表面， 同时将严重影响 模具 的 寿命； 然而拉深 间隙过大，拉深时 则会影响到 对毛胚的校直， 直接 影响 到 零件尺寸精度。 所以 ，确定 拉深 间隙的原则 是， 考虑板料厚度公差 的同时还要 要考虑零件口部的增厚的现象， 按照 拉深使是否 需要 采用压边圈和零件的尺寸精度要求合理确定。 拉深模具的间隙值可以按下列经验公式来进行选取： maxt tKC  式中 maxtt、 —— 板 料的厚度及板料的最大厚 度 K—— 间隙系数。 其值与材料强度、板料厚度、冲件形状、尺寸大小及冲件精度、拉深次数及方式、变形程度的大小（拉深系数）和模具结构型式等都有关。 具体数值可由表 4— 1 查得。 太原工业学院毕业设计 10 取 K=，则拉深模间隙为 (2)拉深次数的确定 盒形件初次拉深的极限变形程度，可以用盒形件的相对高度 H/r 来表示。 由平板毛坯一次拉深可能拉成的最大相对高度决定于盒形件的尺寸 r/B、毛胚相对厚度 t/D 和板料的性能。 其值见表 42 如果盒形件的相对高度 H/r 不超过表 42 所列的极限值，则盒形件可以一次拉成。 盒形件的相对高度 BH 角部的相对圆角半径 Br 表 41 拉深模具的间隙系数 板料厚度 不精密的拉深件 较精密的拉深件 精度较高的拉深件 第一次拉深 中间各次拉深 最后拉深 第一次拉深 中间各次拉深 最后拉深 02~ 02~ ~ ~ ~ ~ 经几次拉深的基础， 作变形量较小的整形 拉深。 其间隙系数 K=0~ ~ ~ 0， 05~ ~3 ~ ~ 3 ~ ~ 表 42 盒形件初次拉深的最大相对高度 H/B 角部的相对圆角半径 毛胚相对厚度 t/D(%) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 太原工业学院毕业设计 11 毛胚的相对厚度 %%100 Dt 查表 42 知道盒形件的相对高度不超过表中所列极限值，所以盒形件可以一次拉成。 拉深力及压边力的计算 （ 1）拉深力 之所以要进行 拉深力的 计算 ，是为了 选择出一个符合压力要求的 压力机。 在整个拉深 成型的 过程中，除了 会 使用 到使 毛胚 发送 变形的拉深力 之 外，还 将利用到 压边力。 所以， 最终得出的 拉深力 应该是 压边力与 拉深力 之和。 拉深力 的计算则是 根据拉深件危险断面上的拉力必须小于材料的 抗拉 强度极限为原则进行计算。 盒形 件 拉深力： bnb KLtPPP  式中 L——— 盒形件周长（ mm） b ——— 材料的抗拉强度（ N/mm2） t——— 材料厚度（ mm） K——— 系数， K=~ L= 1024   mm 取 K=， t=1mm, MPab 500~355 取 355MPa 则 kNP  （ 2）压边力 针对于发生在 拉深过程中的 材料 起皱问题， 在实际 生产中主要 利用的 方法是 利 用压边圈 进行压边。 至于是 拉深过程中 否需要采用压边圈 压边 ，可由表 43 的条件决定。 表 43 采用或不采用压边圈的条件 拉深方法 第一次拉深 以后各次拉深 t/D(%) m1 t/dn1(%) mn 用压边圈 1 可用可不用 ~2。 0 1~ 不用压边圈 该盒形件是一次拉深成形的，且 (% ) Dt ，所以需要压边圈。 压边力 kNApF q 27 1 6  式中 A—— 压边面积 P—— 单位面积上的压边力（ MPa） 20 钢 p=~ 取 太原工业学院毕业设计 12 冲裁力、卸料力及推件力的计算 冲裁力 作为 压力机 选择时 的 重要参考 数据 之一 ， 同时 也是 模具 设计时 所必需 要进行计算的重要数据。 当进行 普通平刃口冲裁 时 ，其冲裁力 F 的计算 可 依据下式进行计算 KLtF 式中 F—— 冲裁力 L—— 冲裁件周长（ mm） T—— 板厚（ mm） —— 材料抗剪强度（ MPa） 275~392MPa K—— 系数，常取 K= kNF 5 1 32 7 4 3  卸料力  FKF 卸卸 推件力 kNFnKF 6 6  推推 冲裁件的排样 在 实际制造冲裁过程 中，节约 材料 和减少废料 对于降低生产成本 具有 非常 重要 的意义。 在 进行 模具设计 时 ， 对冲裁件进行合理 排样是一项 相当必要 的 且极具 技术 含量的工作， 对冲裁件进行 合理 的 排样 将会大大提高 材料的利用率、制件质量、生产 效 率以及模具 使用 寿命等。 所以排样 的合理与否 是 决定 冲裁经济效益的 关键 因素之一。 冲裁 件冲裁时 所产生的废料 可以 分为两。