挡油盘拉伸及冲孔模具设计讲解学习.doc

精品文档

1 前言
近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压见件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、拉伸、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。过去的精密冲裁只能对厚度为5-8mm以下的中板或薄板进行加工，而现在可以对厚度达25mm 的厚板实现精密冲裁，并可对σb >900MPa的高强度合金材料进行精冲。
由于引入了CAE，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或拉伸毛坯进行优化设计。
此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。
为了适应大批量、高效率生产的需要，在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。对于大型冲压件，例如汽车覆盖件，专门配置了机械手或机器人，这不仅大大提高了冲压件的生制件质和生产率，而且也增加了冲压工作和冲压工人的安全性。在中小件的大批量生产方面，现已广泛应用多工位级进模、多工位压力机或高速压力机。在小批量多品种生产方面，正在发展柔性制造系统（FMS），为了适应多品种生产时不断更换模具的需要，已经成功地发展了一种快速换模系统，现在，换一副大型的冲压模具，仅需6-8分钟即可完成。此外，近年来，集成制造系统（CIMS）也正被引入冲压加工系统，出现了冲压加工中心，并且使设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检验以及生产管理等全面实现自动化。
发展了一些新的成形工艺(如高能成形和旋压等)、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、通用组合模具和数控冲压设备等。这样，就使冲压生产既适合大量生产，也同样适用于小批生产。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度.
现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例 将达75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均 要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越引起人们的重视。例如，研制 各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具：中、低 熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速 原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外， 采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。
模具标准件的应用将日渐广泛。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。 因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准 生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件 规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。
模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术将进一步受重视。在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%之间，因此选用优质钢 材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣 重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的 模具钢。如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程 中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。其碳化物微细，组织均匀，没有材 料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一 种很有发展前途的钢材。特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。这 种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、形芯、浇口 等主要部件。另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间亦是 重要方向。
模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。模具热处理的发展 方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善普及常用表面处理方法，即扩渗如：渗碳、渗 氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展设备昴贵、工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子 喷涂等技术。
2.分析工件零件图及总体冲压生产工艺
2.1分析工件图
图2-1 挡油盘零件图
A.工件的整体工艺分析
该工件为汽车底盘发动机底壳上的挡油盘，要求内形，孔尺寸，没有厚度不变要求。此工件的形状满足工件的拉伸工艺，可用拉伸工序加工。根据工件的形状和技术要求可以认为该工件为带凸缘的圆筒形工件，且工件的相对凸缘直径、相对凸缘高度较为适宜，拉伸工艺较好。而圆角半径R1mm,R2mm偏小些，但拉伸高度较小（H=9.5mm）,故还是可以满足拉伸对圆角半径的要求。φ86的尺寸精度较高一些。按公差表查的为IT14级，满足拉伸工序对工件公差的要求由于有6×SR2的小凸包，所以若在拉伸时直接压包，会引起工件凸缘边上产生严重的皱折且无法消除。
底部φ86的孔有两种加工方案
a.拉伸成阶梯形再冲底孔。
b.拉伸成阶梯形再车去底部。
在上述的两种加工方案，采用第一种加工方案，工件的质量较高，但零件的生产效率教低，而且费料。由于工件的高度较小，装夹教困难。采用第二种加工方案，零件的生产效率高，省料，减少浪费，而且质量易保证。按工件的使用情况，此工艺完全可以保证工件的技术要求。根据上面的工艺分析，知道无法用一副模具完成工件的加工，必须设计两副模具。单工序拉伸模和冲孔模。
B.冲压件的工艺性分析
冲压件的工艺性体现在零件的形状特点，尺寸大小，设计基准，精度和粗糙度，位置误差要求，材料厚度及成型后允许变薄量，材料的机械性能等方面。本次冲压的零件是挡油盘。材料是Q235钢。易于冲压。挡由盘边缘有规则的孔和凸包，因此选用模具的冷冲压成型来进行生产。冲压成型后不必采用特殊的控制变形措施，工艺过程简单，产品质量稳定，操作方便。
C.冲压生产经济分析
批量生冲压生产的优越性主要体现在大量。零件采用冲压方法是否较为经济合理，主要决定于零件的生产批量和零件的结构形状、尺寸等因素。Q235钢是优质碳素钢,具有良好的冲压性能。初步可以认为此工件是阶梯装的有凸缘的圆桶形件。拉伸高度相对较小，易于成型。除φ86所有尺寸都未注公差，均按IT14级制造。零件尺寸精度对冲压工艺过程的要求 零件尺寸精度要求也是确定工艺方案、工序数量和顺序的重要依据。在冲压成型过程中，当[坯料的强区和弱区对比不明显时，冲压件不可能得到稳定而准确的尺寸。在这种情况下，对零件有公差要求的部位，应在成形后冲出。凡是孔的尺寸和位置会受到成型工序的影响，而且公差要求较高时，必须在有关的成型工序之后冲出。但是，只要孔的尺寸和位置不受后续成型工序影响，后孔的尺寸和位置要求不高时，可在成型工序之前的平板坯料上冲出，以便简化模具，提高生产力。由于材料性能的方向性、模具结构及压料力不均匀等原因，都会造成拉伸件的外边缘或孔翻边的内边缘形状不规则。所以一般情况下，在拉伸或孔翻边工序之后应进行切边或修边。但是如果拉伸件或翻边件高度不大，周边有关尺寸又没有严格公差要求，也可不切边或修边。
对零件上几何形状和尺寸公差要求较高而成型工序又达不到要求的部位，应加整形工序。整形工序一般安排在成型工序之后。有些零件对变薄量有要求，其工艺方案予以保证。
2.2确定总体冲压生产方案
根据对SR2的小凸包分析可知，小凸包虽小但在拉伸时还是会在工件的凸缘部分形成无法消除的皱折，严重影响工件的质量。所以无法将两套模具设计为一套级进模，故不用条料排样。用圆形的毛胚料手工送料，用专用工具送、取料，以避免对工人的危险。
3.拉伸模具的设计
3.1工艺分析
拉伸是利用模具将平板毛坯或半成品毛坯拉伸成开口空心件的一种冷冲压工艺。拉伸工艺可制成的制品形状有：圆筒形、阶梯形、球形、锥形、矩形及其它各种不规则的开口空心零件。
　　拉伸工艺与其它冲压工艺结合，可制造形状复杂的零件，如落料工艺与拉伸工艺组合在一起的落料拉伸复合模。
　　日常生活中常见的拉伸制品有：
　　旋转体零件：如搪瓷脸盆，铝锅。
　　方形零件：如饭盒，汽车油箱
　　复杂零件：如汽车覆盖件。
此零件的基本结构为阶梯形圆桶件的拉伸，所以要对工件的拉伸次数、拉伸高度进行分析，具体过程在下面计算过程中体现。
3.1.1计算毛坯直径
本工件采用Q235钢，拉伸性能较好。在计算毛胚前，需要先确定拉伸、冲孔前的半成品的形状和尺寸。具体计算过程如下:
计算毛胚直径D:如零件图所示。H=9.5mm，h=(9.5-0.5-0.5)mm=8.5mm,d=90mm，d凸=160.d凸/d=1.777。根据凸缘的相对直径从表4-4《冲模设计应用实例》中查得有凸缘件的修边余量△h=4mm。
从《模具设计大典》中查得此类阶梯形旋转体的毛胚计算公式为：
(3-1)
将d3=169,d1=91,h1=4,d2=114,h2=4.5,代入上式，即得毛胚直径为：

D= 179.0754mm
所以毛胚直径D=180mm。
3.1.2判断拉伸次数
判断拉伸次数 ： 工件的总拉伸因数为h/dmin=8.5/91=0.104
查表5-14《冲压工艺与模具设计》
t/d×100=1/180×100=0.56
df/d=(160+9)/91=1.857
查表1.8～2.0对应的是0.32～0.38
0.104＜0.32～0.38
故可一次拉伸成型。
3.2确定工艺方案
从该工件的零件图可以看出中间的φ86的孔为IT10级加工精度，其他尺寸未标注公差查《冲压设计应用实例》附录D。所以拉伸工件按平常加工精度加工。
3.3拉伸工序必要的计算
3.3.1计算压边力，拉伸力，压力机公称压力
查表5-10《冲压工艺与模具设计》
拉伸力的计算：
F=πd1σbk1 (3-2)
Q235的σb取460
查表5-6《冲压工艺与模具设计》，k1取0.75
将σb=460，k1=0.75代入上式
F=3.14×φ114×1×460×0.75
=123496.2
M=114/180=0.63
查表5-8《冲压工艺与模具设计》
软钢t＞0.5
所以取2.0～2.5
查表5-8《冲压工艺与模具设计》
软钢t<0.5
压边力

根据上面的计算结果选用J23-16，公称压力为160KN
3.3.2模具工作部分尺寸的计算
a)拉伸模间隙的确定
拉伸间隙对拉伸件筒形直壁部分有校正作用：间隙大，则校正作用减小，效果不明显，形成口大底小的锥形；间隙减小，则拉伸力增大，易造成拉破的现象，而且模具的磨损快。
　　考虑到拉伸中外缘的变厚，除最后一次拉伸间隙取等于或略小于板料厚度以外（以保证工件精度），其余拉伸都应把间隙取为稍大于材料厚度。对于不用压边圈的拉伸，Z=(1～1.1)Zmax，未次拉伸用小值，中间拉伸用大值。
由于本工件为旋转体工件，而且是一次拉伸成型，所以按最后一次拉伸成型取凹凸模间隙
因为使用压边圈，所以单边间隙值见表4-12《冲模设计应用实例》
单边间隙（1～1.1）t
所以取单边间隙为1t=1mm。
拉伸模工作部分的尺寸与公差
b)拉伸模具的凹凸模圆角半径的确定
凹模圆角半径对拉伸件影响更大，凹模圆角不能小，但太大，易造成压边面积小而起皱，而且拉伸过程中，凸缘较早离开压边圈，亦会引起起起皱现象。
凸模圆角小，圆角材料变薄严重，易拉裂：

　　ran=(0.6～0.9)tan-1
　　rt=(0.6～1)ra
最后工序rt=r工件>(1 ～２)t
由此可见本旋转体拉伸模凹凸模的拉伸圆角半径可以取工件的圆角半径。
c)通气孔的确定
拉伸模的凸模上必须要设计通气孔，因为没有通气孔工件将吸附在凸模上，给工件的取出带来了极大的困难。
通过查表4-14《冲压设计应用实例》
取通气孔的直径为8mm。
3.4模具的总体设计
模具的总装配图见拉伸模装配图

图3-1拉伸模装配图
拉伸模是在单动压力机上拉伸，压边圈采用平面式的，胚料用压边圈的凹槽定位，凹槽的厚度必须小于1mm，因为大于等于1mm对压料会产生很大的影响，这里凹槽的伸度取0.5mm以便于压料。压边力用弹性元件控制。模具采用倒装结构，以便在下部空间较大的位置安装和调节压边装置。工件出件时用推件器靠弹簧的弹力将工件推出。（推件器一定要有通气孔，还有推件与凹模之间的安装必须可无阻力的活动。）
由于此拉伸模为非标准形式，需计算模具的闭合高度。其中各模柄、上模座、下模座极其配件均取自国标标准件。
模具的闭合高度为：取H=（55+48.5+40+60+1）=204.5mm
4.冲孔模模具的设计
4.1冲压件的工艺分析
底部φ86的孔有两种加工方案
a)拉伸成阶梯形再冲底孔。
b)拉伸成阶梯形再车去底部。
在上述的两种加工方案，采用第一种加工方案，工件的质量较高，但零件的生产效率教低，而且费料。由于工件的高度较小，装夹教困难。采用第二种加工方案，零件的生产效率高，省料，减少浪费，而且质量易保证。按工件的使用情况，此工艺完全可以保证工件的技术要求。根据上面的工艺分析，知道使用 孔模比较好。另外6×SR2的凹包拉伸时材料的进给量很小，而且在计算毛胚的时候加入了修边余量所以可以在冲孔的同时拉伸出来。工件的其他尺寸按照冲裁的加工公差查询。
4.2 计算冲压力
4.2.1冲裁力的计算
为降低冲裁力，提高模具寿命，将冲φ86与φ13.2的多凸模作阶梯行布置，小孔6×φ13.3的小凸模做短一些，6×φ86的大凸模做长些。其小孔层与大孔层相差1mm。
查书的冲裁力公式：
F=Ltτ （4-1）
式中 F---冲裁力（N）
L---冲裁件的周长（mm）
T---材料的厚度（mm）
τ---材料抗剪强度（MPa）,
见《冲压设计应用实例》书末附录A得Q235的材料抗剪强度为310～380（MPa）
小孔层的冲裁力计算：
= tτ= nπtτ （4-2）
由零件图可得n=6, =13.2mm，t=1mm，τ=380MPa。
将上面的数值带入式中得
=6×13.2mm×3.14×1mm×380MPa
=94501.44(N)
大孔层：公式
（4-3）
通过工件尺寸可知：=86mm,n=1, =380MPa
将数据代入上式可得
=1×3.14×86mm×380MPa=102615.2N=102.6KN
由于小凸包在此拉伸工序中压成，故要计算拉伸力。
查公式4-35计算工件拉伸力，
（4-4）
由表4-18中查得，K=1
将K=1，d=5mm，t=1mm, =380MPa代入上式得
=35.796KN
因为
所以选择冲床时的冲裁力为。
4.2.2 卸料力的计算
卸料力公式查书《冲压设计应用实例》得：
（4-5）
查表2-15，取=0.03
由上面计算冲裁力可知，取最大力=102.6KN
将数据代入上式，=0.03，=102.6KN
=0.03×=0.03×102.6KN=3.078KN
推件力的计算
查参考文献得推件力计算公式
（4-6）
式中 ——冲裁力（N）;
n——卡在凹模洞口中的工件（或废料）数目；
通过分析工件可知n=1
查参考文献=0.05
将数据代入上式可得
=1×0.05×102.6KN=5.13KN
选择冲床时的总压力
=102.6KN+35.796KN+3.078KN+5.13KN=146.596KN
4.2.3 确定压力中心
通过对工件的形状分析可知：
该工件的基本形状为原形，冲裁的几个孔都为中心对称，所以该模具的压力中心为模具中心。
4.2.4计算凸凹模的刃口尺寸
a)模具间隙：
模具问题系指凸、凹模刃口间缝隙的距离，并用C表示，则是单面间隙。而双面间隙则用Z表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。
间隙对冲裁件质量的影响：
冲裁件质量是指断面质量、尺寸精度及形状误差。切断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺的缺陷。零件表面应尽可能平整，即穹弯小。尺寸应保证不超出图样规定的公差范围。影响冲裁件质量的因素有：凸凹模间隙大小及分布的均解剖学性、模具刃口状态、模具结构与制造精度、材料性质等，其中间隙值大小与均匀程度是主要因素。
间隙对冲裁件切断面质量的影响：
冲裁时，裂纹不一定从两刃口同时发生，上下裂纹是否重合与凸、凹模间隙值的大小有关。当把凸、凹模间隙控制在一定的合理值范围内时，由凸、凹模刃口沿最大刀应力方向产生的裂纹将互相重合。此时冲出的制件断面虽有一定的斜度，但比较平直、光洁、毛刺很小。且
间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹进入凸膜下面的压应力区后停止发展。当凸膜继续下压力时，在上、下裂纹中间将产生二次剪切，制件断面的中部留下撕裂面，而两端光亮带，在端面出现挤长的毛刺。毛刺虽有所增长，但易去除，且制件穹弯小，断面垂直，故只要中间撕裂不是很深，仍可使用。
间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，材料易被撕裂，且裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生，致使制件光亮带减少，塌角与断裂斜度都增大，毛刺大而厚，难以去除。所以，随着间隙的增大，制件断裂面的倾斜库与塌角增大。毛刺增高。
b)间隙对尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指仲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，一是模具本身的制造偏差。冲裁件相对于凸、凹模尺寸的偏差，主要是工件脱离模具时，材料在冲裁所受的挤压变形，纤维伸长，穹弯都要产生弹恢复造成的。差值可能为正，也可能为负值。当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完后因材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大小于凸模尺寸。在间隙较小时，由于材料离占、凹模挤压力大，故仲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸增大，冲孔孔径变小。此外，尺寸变化量的大小还与材料性质、厚度、轧制方向等因素有关。软钢的弹性变形量小，冲裁的弹性恢复也很小，硬钢的弹性恢复量较大。
c) 尺寸计算原则:
A 落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸。
B 计算尺寸时要考虑磨损情况，落料时，凹模取最小的尺寸，冲孔时凸模取 最大尺寸。
C 确定刀口制造公差时，要保证工件的精度要求又能保证有合理的间隙，一般模具到造精度要比工件精度高3～4级，如没有注明公差。要查表。
d) 计算凸凹模刃口尺寸
查表2-10《冲压设计应用实例》
查得间隙值，
据表2-12《冲压设计应用实例》查得凹凸模的制造公差
:
:
校核

不满足的条件
不可采用凸凹模分开加工的方法
校核

不满足的条件，不可采用凸凹模分开加工的方法。
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N0040 G0 G90 X37.3101 Y-90.2953 S0 M03
N0050 G43 Z26. H00
N0060 Z23.
N0070 G1 Z20. F250. M08
N0080 X28.5454
N0090 X-28.5454
N0100 G0 X-37.3101
N0110 Z23.
N0120 Z26.
N0130 X46.5626 Y-85.8907
N0140 Z23.
N0150 G1 Z20.
N0160 X39.8858
N0170 X-39.8858
N0180 G0 X-46.5626
N0190 Z23.
N0200 Z26.
N0210 X53.901 Y-81.486
N0220 Z23.
N0230 G1 Z20.
N0240 X48.2505
N0250 X-48.2505
N0260 G0 X-53.901
N0270 Z23.
N0280 Z26.
N0290 X60.0312 Y-77.0814
N0300 Z23.
N0310 G1 Z20.
N0320 X55.0141
N0330 X-55.0141
N0340 G0 X-60.0312
N0350 Z23.
N0360 Z26.
N0370 X65.2946 Y-72.6767
N0380 Z23.
N0390 G1 Z20.
N0400 X60.7139
N0410 X-60.7139
N0420 G0 X-65.2946
N0430 Z23.
N0440 Z26.
N0450 X69.8871 Y-68.2721
N0460 Z23.
N0470 G1 Z20.
N0480 X65.6278
N0490 X-65.6278

6.结论
这次设计挡油盘拉伸及冲孔模具严格按照冲压模的设计标准设计，按照经济方便的设计理念去进行设计，此结构设计对于50000件的生产量来说比较合理 。经初步校核计算完全达到技术要求。

“碧芝”最吸引人的是那些小巧的珠子、亮片等，都是平日里不常见的。据店长梁小姐介绍，店内的饰珠有威尼斯印第安的玻璃珠、秘鲁的陶珠、奥地利的施华洛世奇水晶、法国的仿金片、日本的梦幻珠等，五彩缤纷，流光异彩。按照饰珠的质地可分为玻璃、骨质、角质、陶制、水晶、仿金、木制等种类，其造型更是千姿百态：珠型、圆柱型、动物造型、多边形、图腾形象等，美不胜收。全部都是进口的，从几毛钱一个到几十元一个的珠子，做一个成品饰物大约需要几十元，当然，还要决定于你的心意 尽管售价不菲，却仍没挡住喜欢它的人。

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[2]郑大中，房金妹，谭平宇.模具结构图册[M].北京：机械工业出版社，1998
[3]王桂萍.模具的设计与制造问答[M].北京：机械工业出版社，1996
[4]孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991

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[8]彭建声.简明模具工实用技术手册[M].北京：机械工业出版社,1993

Ｂｅａｄｗｒｋｓ公司还组织各国的“芝自制饰品店”定期进行作品交流，体现东方女性聪慧的作品曾在其他国家大受欢迎；同样，自各国作品也曾无数次启发过中国姑娘们的灵感，这里更是创作的源泉。[9]成大先.机械设计手册[M].第四版.北京：化学出版社，2002
[10]薛彦成.数控原理与编程[M]. 北京：机械工业出版社，1994
[11]卓迪仕.数控技术及应用[M].北京：国防工业出版社，1997
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