宽缘圆筒件冲压工艺与模具设计

宽缘圆筒件冲压工艺与模具设计内容摘要：

边展开后应延伸作为压边工艺余料，使压边圈和凹模表面成为一个形状简单的曲面，保证当压边圈压料时，板料毛坯产生的变形尽量简单，不致出现皱折 沈阳大学毕业设计（论文） No 13 或过度的伸长变形等缺陷。 车门外板成形的压料面四周平缓，保证毛坯被压紧时，毛坯不产生局部起伏、折棱和皱褶。 工艺圆角是覆盖件成形模具的重要工艺参数，是获得产品最终形状的定形点，也是材料流 动的受力点。 工艺圆角是广意的，即包括凸模圆角、凹模圆角、压边筋圆角。 也凡指工艺补充形面中的各类圆角。 它连接拉深件侧壁，压料面及工艺补充形面。 当凸模圆角半径过小时，拉深件毛坯的直壁部分与底部过渡区的弯曲变形加大，使危险断面的强度受到削弱。 当凹模圆角半径过小时，毛坯侧壁传力区的拉应力相应增大，加速凹模表面的磨损，引起磨擦阻力的增加，造成制件表面拉毛。 这两种情况都会使板料的变形阻力增加，从而引起拉深力的增大和模具寿命的降低。 若凸模和凹模圆角半径过大，则板料变形阻力小，金属流动性好，但也会相应减小压边的有效面积，使 制件容易起皱。 车门外板冲压件在拉深时，各工艺圆角半径通常不应小于 5mm。 沈阳大学毕业设计（论文） No 14 2 方案论证 冲压工艺分析 冲压件的工艺性，是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲压件的结构、形状，尺寸及公式差等技术要求是否符合冲压加工的工艺要求。 工艺性是否合理，对冲压件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响。 如下图 3所示，宽缘圆筒件冲压工艺过程主要由落料、拉深、切边、弯曲等工序组成。 (a) (b) 沈阳大学毕业设计（论文） No 15 (c) 图 3 冲压工序 (a)落料与拉深 （ b）切边 （ c）弯曲 制造工艺时，首先应仔细了解零件的使用条件和技术要求，并进行工艺分析。 外壳采用 2mm 厚的钢板冲成，保证了足够的刚度和强度。 该零件形状属旋转体，是一般带凸缘圆筒件，且 d 凸 /d,h/d 都比较合适，拉深工艺性较好。 冲压工艺方案论证 确定工序的步骤： 方案一： （ 1）落料 （ 2）拉深 （ 3）切边 （ 4）弯曲 方案二： （ 1）落料拉深 （ 2）切边 （ 3）弯曲 方案一的特点：模具结构简单，但多一套模具和一道工 序。 方案二的特点：采用落料拉深复合，省一套模具和一道工序，但模具结 构复杂。 该工件采用方案二，此方案符合工件的工艺要求 ,且落料与拉深复合 ,提高了生产率 ,制造费用低。 沈阳大学毕业设计（论文） No 16 3 工艺计算 排样及材料利用率计算 [6] 这里毛坯直径为∮ 260，考虑到操作方便，采用单排。 由表 227查得搭边数值： a=,a1= 进距： S=D+a1=（ 260+） mm=262mm 条料宽度 b=D+2a=（ 260+2 ） mm =265mm 板料规格拟选用 :2 1400 3500 采用纵裁：裁板条数 n1=B/b=1400mm/265mm=5 条 每条个数 n2=(La1)/S=(35002)mm/262mm =13 个 每板总个数 n=n1 n2=5 13=65个 板的材料利用率：η 总 =nA1/LB 100%=65 3500 100%=47% 采用横裁：裁板条数 n1=L/b=3500mm/265mm =13 条 每条个数 n2=(Ba1)/S=(14002)mm/262mm =5 个 每板总个数 n =n1 n2=13 5=65个 板的材料利用 率：η 总 =nA1/LB 100%=65 3500 100%=47% 式 中： A1 为一个冲裁件的实际面积， B为板料宽度， L为板料长度。 可见，采用纵裁和横裁的材料利用率相同，此处采用横裁。 半成品尺寸计算 该零件底部 216。 92 区段的成形，可一次拉深成形。 弯曲前的半成品形状和尺寸如图 4 所示： 沈阳大学毕业设计（论文） No 17 图 4 工件半成品 d=92mm d 凸 =222mm h=20mm 因为 d 凸 /d=222/92=＞ ，属于宽凸缘筒 形拉伸件。 由表 135[7]查得修边余量为 ，所以 d 凸 =( 222+ 2)mm=,取 d 凸 =230mm。 故d 凸 =230/92=。 由表面积相等原理列等式为： π +2π =π R R 得 R=,坯料直径取为D=260mm。 t/D 100=(2/260)mm 100= 由表 1313[7]查 得第一次拉深允许的最大相对高度 h1/d1 之值为h1/d1=，零件的相对高度 h/d=20mm/90mm=。 因为 h1/d1＞ h/d，则可以一次拉出来 [7]。 沈阳大学毕业设计（论文） No 18 4 落料拉深模具设计 模具结构设计 根据确定的工艺方案和零件的形状特点，精度要求，所选设备的主要技术参数，模具制造条件等选定其冲模的类型及结构形式。 讨论第一次工序所用的落料和拉深复和模的设计要点，其余各工序所用模具的设计与此相似。 只有当拉深件高度较高时，才有可能采用落料拉深复合模。 若落料凸模（兼凹模）的壁厚过薄，强度不足。 本例凸凹模能保证足够强度，故采用复合模是合理的。 落料拉深复合模的典型结构：落料采用正装式，拉深采用倒装 式。 模座下的缓冲器兼作压边与顶件装置。 该结构的优点是操作方便，生产率高，缺点是弹性卸料装置使模具结构较复杂与庞大，特别是拉深深度大，料厚，卸料力大的情况需要较多较长的弹簧。 所以它适用于拉深深度不太大，材料较薄的情况。 为了简化上模部分，可采用刚性卸料板，但其特点是拉深件留在刚性卸料板内，不易出件，带来操作上的不便，影响生产率。 这种结构适用于拉深深度较大，材料较厚的情况 [8]。 工作零件尺寸设计 计算凸、凹模的刃口尺寸 表 1 凸凹模间隙 [9] 单位（㎜） 材料 厚度 08， 10， 35 09Mn,Q235 16Mn 40,50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax — — — — — — 沈阳大学毕业设计（论文） No 19 表 2 凸凹模公差 [9] 单位（㎜） 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 基本尺寸 凸模公差 凹模公差 ≤ 18 180＞～ 260 ＞ 18～ 30 ＞ 260～ 360 ＞ 30～ 80 ＞ 360～ 500 ＞ 80～ 120 ＞ 500 ＞ 120～ 180 计算凸凹模的人口尺寸需用上表 由表一查得落料模刃口始用间隙值为： Zmin= Zmax= 由表二查得凸、凹模的制造公差： δ 凸 = δ 凹 = 校核： ZmaxZmin== δ 凸 +δ 凹 =+= 满足条件： ZmaxZmin≥δ 凸 +δ 凹 则落料凸、凹模采用配合加工方法[10]。 计算落料凸、凹模的基本尺寸 设工件尺寸为 DΔ 0。 根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。 由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺 寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值 Zmin。 仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。 其计算公式如下： D 凹 =（ DmaxxΔ ） +δ 凹 0=（ 260+ ） + = + mm D 凸 =（ D 凹 Zmin） δ 凸 0=（ DmaxxΔ Zmin） δ 凸 0 =()= mm 式中： D 凹 、 D 凸 —— 落料凹、凸模基本尺寸（ mm） [11]。 凹模外形尺寸： 沈阳大学毕业设计（论文） No 20 凹模外形尺寸的经验公式为 凹模厚度 H=Kb 凹模壁厚（即凹模刃口与外边缘的距离 ） [12] 小凹模 c=(～ 2)H 大凹模 c=(2～ 3)H 式中 :b— 凹模孔的最大宽度（ mm）； K— 系数； H— 凹模厚度（ mm）； C— 凹模壁厚（ mm）。 表 3 系数 K 值 [9] 孔宽 b/mm 料厚 t/mm 1 2 3 ＞ 3 ≤ 50 ＞ 50～ 100 ＞ 100～ 200 ＞ 200 由表三查得系数 K=，所以 凹模厚度： H=Kb=260 =39（ mm） 凹模壁厚： C=2H=39 2=78（ mm） 计算拉深凸、凹模的基本尺寸 零件要求外形尺寸精度较高时，以凹模为设计基准，考虑到凹模磨损后增大，其设计尺寸取小值，并标注单向正公差。 D 凹 =（ ） +δ 凹 0=（ 94+ ） + = + mm 沈阳大学毕业设计（论文） No 21 D 凸 =（ D 凹 Z） δ 凸 0=（ Z） δ 凸 0 =()= mm 式中： D 凹 、 D 凸 —— 拉深凹、凸模基本尺寸（ mm）。 凹模外形尺寸： 凹模外形尺寸的经验公式为 ： 凹模厚度 H=Kb 凹模壁厚（即凹模刃口与外边缘的距离 ） [12] 小凹模 c=(～ 2)H 大凹模 c=(2～ 3)H 式中 ： b— 凹模孔的最大宽度（ mm）； K— 系数； H— 凹模厚度（ mm）； C— 凹模壁厚（ mm）。 由表 314[9]查得系数 K= 所以凹模厚度： H=Kb=94 =（ mm） 凹模壁厚： C=2H= 2=（ mm） 凸凹模的最小壁厚 m== 2=5mm 力能计算及设备选择 冲裁力是指冲压时材料对凸模的最大抵抗力。 冲裁力的大小，主要与 材料的性质、厚度和冲件分离的轮廓长度有关。 用平刃冲裁时，冲裁力按下式 沈阳大学毕业设计（论文） No 22 计算： F=Lt = 130 2 2 310MPa= 式中 :F为冲裁力（。