端盖的冲压工艺及模具设计

端盖的冲压工艺及模具设计. 第一章：工艺分析及计算1.1冲压件的工艺分析制件图（1 本工件的外形和两个直径为 5.0 毫米的孔，属于落料、冲孔工序，中间内凹的孔，可采用两种方法冲压。一种是先做浅拉深，然后冲底孔。在进行拉深时，一部分材料冲底面流动出来，另一部分从主板上流动而来，而后者为材料流动的余量，就要增加工件的排样布局，从而造成材料消耗增加。由于拉深的高度不是太大,并且材料较厚，拉深较困难，并且不是太合理。第二种是先冲预孔，再进行冲压。此这属于翻边工序。翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿圆周方向伸长，使材料变薄；而在径向材料长度几乎没有变化，即材料在径向没有伸长，因此不会引起主板上材料的流动。在排样时只要按正常冲裁设计搭边值即可，可节省材料，所以在设计时，采用第二中方法。1.2冲压工艺方案的确定该工件包括冲孔、翻边、落料三个基本工序，可有以下三种方案：方案一：先冲翻边的预孔，再翻边、冲直径为１８的孔，再落料。方案二：翻边、冲孔、落料复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔－翻边、冲孔、冲孔、落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需五到工序，五副模具，成本高而生产率低，难于满足中批量要求尺寸也较低，中间半成品较多。方案二只需一副模具，工件精度及生产率都较高，但模具结构复杂，产品出件较难，模具寿命短，模具制造时间长，费用高。方案三也只需一副模具，生产率高，操作安全，不产生半成品，，生产率与工位数无关，能完成复杂加工工序。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为。1.3主要设计计算1.3.1.排样方式的确定及其计算设计级进模首先要设计条料排样图，根据制件的形状，应采用直排。这种方式可显著的减少废料，提高材料利用率排样设计共分五个工位：第一工位：冲直径为１５mm的工艺孔。第二工位：翻边。第三工位：冲直径为１８mm的底孔。第四工位：冲两个直径为５mm的孔第五工位：落料，工件从底孔中漏出。由表２－１６查的搭边值a1=2,a=2则：条料宽度b=４８+２*１０+２*２＝７２mm冲压毛胚面积＝３.１４*１０2+（120*3.14*192）/2*2+1/2*24*12*12+20*20*2＝２１５７.６mm进距＝３８+２＝４０mm一个进距的材料利用率＝n*A/b*h*100%=2157.6/72*40*100%=75%模具使用条料，用手工进料，没有设置定位装置。第二工位翻边以后，板料下面形成明显凸包。手工进料时，放在下一工位的凹模中即可。第二和第五工位的凸模设有导正销进行精确定位。在第一和第二工位各设置一个实用挡料销、供条料开始送进的第一、第二工位使用。1.3.2冲压力的计算a:翻边的计算翻边计算有：1计算翻边前的毛胚孔径；2变形程度的计算;3翻边力的计算。D=D1-2(H-0.43r-0.72T)D_为预冲毛胚的直径D1_翻边后孔中径H—翻边高度R_翻边与工件平面的圆角半径T_工件厚度代如数值可得:=26-2(6.1-0.43*1-0.72*2)=26-8.46=17.54mm考虑到翻边后还要冲直径为18的孔,故留有余量,将D孔定为直径为15.校核变形程度.材料翻边过程中是底孔沿圆周方向被拉伸长的过程,其变形量不应超过材料的伸长率,否则会出现裂纹.用变形前后圆周长之比即直径比,表示变形程度.在翻边计算中称其为翻边因数m,即:m=D/D1=15/18=0.83查表5-5可知,允许值为0.72,因此计算出的值m比值大,即设计合理.翻边时不会出现裂纹.翻边力的计算采用以下公式:F=1.1*3.14tσs(D1-D)式中F—翻边力（N）t_板料厚度（mm）σs_材料屈服点（Mpa）D1_翻边后孔径（mm）D—翻边前孔径（mm）在计算翻边时，翻边前孔径取实际孔径直径为15mm与翻边后所需孔径17.54mm相比缩小2.54毫米，则直径为18也应缩小2.54毫米翻边后的实际孔径为15.46毫米，故将D1=15毫米，D=15.46毫米代如上式，得：F=1.1*3.14*2*210*（15.46-15）=667.3Nb:落料力的计算按式（２－７）：Ｆ＝ＬtσbL_落料冲裁周长t_l料厚σb__材料的强度极限通过计算的Ｌ＝１３１.８，查表的σb＝３００ＭＰ因此Ｆ＝１３１.３８*２*３００＝78832Ｎc:冲孔力的计算：Ｆ＝Ltσb直径为15的孔的冲裁力F=47.1*2*300=28260N直径为１８的冲裁力Ｆ＝56.25*２*３００＝33912Ｎ直径为５的两个孔的冲裁力Ｆ＝15.7*２*３００＝18840Ｎ总的冲裁力：F=78832+28260+33912+18840+667.3=160511.3Nd:卸料力的计算：FX=KXF式中：KX—为卸料系数查表的KX=0.04；F—为冲裁力；把上述数据代入FX=160511.3*0.04=6420.452N冲压工艺总力F总=160511.3+6420.452=166931.752N1.3.3压力中心的确定及计算冲裁模压力中心就是冲裁合力作用点，冲压时模具的压力中心一定要与冲床滑块中心重合．因此设计模具时，要使模具的压力中心通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心和冲床滑块中心重合．X0=(F1*X1+F2*X2+F3*X3+F4*X4+F5*X5)/(F1+F2+F3+F4+F5)=(28260*30+667.3*70+33912*110+18840*150+190*78882)/(28260+677.3+33912+18840+78832)=140.32由上述方法计算出压力中心位于第三工位中心线向左30.32毫米处。1.3.4工作零件刃口尺寸的计算在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具的装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对简单，适宜采用线切割机床加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板等零件，这种加工方法可以保证这些零件的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算按分开的加工的方法来计算。1.3.4.1冲孔工作部分尺寸计算查表2-10的间隙值Zmin=0.22mm，Zmax=0.26mm，对冲直径为15、直径18和直径为5采用凸、凹模分开的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查表2-12得凸凹模制造公差：参考:凸=0.02，凹=0.02校亥：Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04δT+δA=0.02+0.02=0.04Zmax-Zmin=δT+δA满足Zmax-Zmin≥δT+δA条件查表2—13得因数μ=0.5按式（2—2）:d凸=（dmin+μ△）d18T=（18+0.5*0.2）-0.020=18.10-0.02d5T=（5+0.5*0.2）0-0.02=5.10-0.02d15T=（15+0.5*2）0-0.02=15.10-0.02dA=（dT+Zmin）d18A=(18.1+0.22)+00.02=18.32+00.02d5A=（5.1+0.22）+00.02=5.12+00.02d15A=（15.1+0.02）+00.02=15.12+00.021.3.4.2落料工作部分尺寸的计算零件图中未注公差的尺寸，由书未附录D中查出其极限偏差：480-0.62R100-0.36R1900.52R7-0.360查表2-3得因数X为：当Δ≥0.5时X=0.5当Δ0.5时，X=0.75RA=（R-XΔ）RT=（R-Zmin）RA10=(10-0.75*0.36)+0.020=9.37+0.020RT10=(9.37-0.22)-0.020=9.15-0.020RA19=(19-0.5*0.62)+0.020=18.69+0.020RT19=(18.69-0.22)-0.020=18.47-0.020RA7=(7-0.75*0.36)+0.020=6.73+0.020RT7=(6.73-0.22)-0.020=6.510-0.021.3.4.3翻边部分工作尺寸用于冲孔及翻边的凸模，其圆角半径尽可能用较大的数值，单不应超过下列公式得计算值，即：R=（D-d-t）/2=4.5式中D—翻边后孔中径，mmd_翻边预冲孔直径，mmt_料厚，mm翻边凹模圆角半角半径r过小，会影响翻孔高度；过大影响实用性能，当t≦2时r=(2～4)t。凹模圆角半径对翻边成形影响不大，一般可取零件的圆角半径。由于翻边时，有壁厚变薄的现象，翻边模单边间隙Z一般小于材料厚度。可由表8—12选取Z=1.7mmDp=(D0+△)Dd=(dp+2Z)式中：dp、Dd—凸、凹模直径△—凸、凹模公差D0—竖孔最小内径△-竖孔内径公差dp=（24+0.23）0=24.230-0.023mmDd=（24.23+2*1.7）=27.63+0.020mm工作零件刃口尺寸计算表尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注落料R10R19R7R100-0.36R1900.52R7-0.360RA=（Rmax-XΔ）+δκ2RT=（RA-Zmin/2)0-δεRA10=9.37+0.020RT10=9.15-0.020RA19=18.69+0.020RT19=18.47-0.020RA7=6.73+0.020RT7=6.510-0.02冲孔φ15φ18φ5φ15+0.20φ18+0.20φ5+0。20dT=(dmin+XΔ）0-δTdA=(dt+ZMIN/2)+Δκd15T=15.100.02d15A=15.12+00.02d18T=18.10-0.02d18A=18.32+00.02d5T=5.10-0.02d5A=5.12+00.02翻边φ24φ24+0.230dp=(D0+Δ）0-δPDd=(dp+2Z)+Δ0Dp=24.230-0.023Dd=27.63+0.020孔心距4848+0.5LA=L+Δ/848+-0.5表1—1第二章模具的分析2.1模具的整体设计.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具的类型为级进模。2定位方式的选择该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用的导尺。控制条料的送进步距采用使用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可靠操作工目测来定。.3卸料、出件方式的选择因为工件料厚2毫米，相对较薄，卸料力也较小，故可采用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件方式比较便于操作和提高生产率。.4导向方式的选择为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用对角导柱的导向方式。2.2主要零部件的设计.2.2.1工作零件的结构设计。.2.2.1.1冲孔凸模的设计因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面便于装配和更换。其中冲2个Φ5的圆形凸模可选用标准件BⅡ形式（尺寸5.1*51）。冲直径为18毫米、15毫米孔的凸模结构见零件图。冲孔直径为５的凸模长度：Ｌ＝Ｈ１+Ｈ２+Ｈ３+Ｈ＝２０+１４+２０+２＝５６mm冲孔直径为15的凸模长度：Ｌ＝Ｈ１+Ｈ２+Ｈ３+Ｈ=20+20+14+2=56mm冲孔直径为18的凸模长度：Ｌ＝Ｈ１+Ｈ２+Ｈ３+Ｈ＝２０+１４+２０+２＝５６mm2.2.1.2翻边凸模的设计导正销的直边部位，高度为1.2毫米。圆角尺寸R2毫米是翻边工艺的需要。此处若设计为尖角，使材料难以流动导致板料放生撕裂；故选R=2毫米。2.2.1.3落料凸模的设计结合工件的外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，与凸模固定板的配合按H6/m5.其总长L可按公式2.9.2计算：L=h1+h2+t+h=20+14+20+2=56mm凸模强度的校验：凸模长度确定后，一般不做强度校核，但对于细长的或冲料后的凸模为防止纵向失稳和折断，应进行凸模承压能力和抗弯能力的校核．A承压能力的校核冲裁时，凸模承受的压应力σc应小于或等于凸模材料的许用应力[σc]σc=F/A≤[σc]σc=１８８４０/１９.６２５＝９６０ＭＰa对圆形凸模：dmin≥4τt/[σc]=4*300*2/1400=1.7mm式中:σc_凸模承受的压力(MPa)F_冲裁