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回转体缩口冲压件工艺及模具设计

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回转体缩口冲压件工艺及模具设计

昆明地质调查所机械厂 柳文

1996年12月

回转体缩口冲压件工艺及模具设计

【摘要】分析了回转体缩口冲压件冷冲压工艺的主要工艺难点，阐述了解决这些工艺难点的关键工序的模具设计,并以踏圈为例对有关参数进行了计算，对关键工序的模具结构进行了设计.

一、引言
随着工业技术的迅速发展,冷冲压技术以其质量好、效率高、成本低、操作简便等优点，在各工业部门中得到越来越广泛的应用.对于我们这样一个以冲压生产为主、冲压设备力量雄厚的企业,充分利用冲压优势，有着积极而深远的意义.
冲压模具是实现冲压技术的关键和不可缺少的重要基础装备,其真正价值不只在于它的本身，而且还在于它所创造的巨大经济效益。模具的好坏，将直接影响制件的质量、数量和成本。
我厂生产生产的产品，回转体缩口冲压件较多，下面就以踏圈为例,介绍该类零件的工艺设计及关键工序的模具结构.
二、零件介绍
踏圈是回转体缩口冲压件中较为典型的一个零件，采用的材料是B－2－GB708－88 / 08－GB710－88，零件尺寸较大，上有4－φ24孔、5－φ7孔及25组V形凸筋均布圆周。零件图如图所示。

三、工艺分析
该零件最主要的尺寸是4－φ24孔距274±0。3用于安装，16周边使零件刚性、强度大大提高。
零件结构主要难点:1、翻16周边（即缩口)；2、冲25组V形凸筋；3、尺寸较大。如何采用最简单的方法呢？通过分析和参考有关资料可知,在零件制成φ410筒形后用缩口工艺方法，成形16周边后加以整形是可行的；25组V形筋及5－φ7孔可以设计一付楔块模,将正面压力转换为侧压力进行冲压。
1、工艺方案
通过分析,冲压加工踏圈的工艺路线可有多种，而较好的有以下两种：
方案I:①剪板-—②落料冲孔（4－φ24底孔）-—③拉延成形(φ410)——④缩口--⑤冲φ370梅花孔及整形—-⑥孔翻边（4－φ24）—-⑦冲5－φ7孔及V形凸筋。
方案II：①剪板——②落料引伸（φ410）—-③缩口——④冲5－φ7孔及V形凸筋-—⑤冲φ370梅花孔及整形——⑥压4－φ40凸台——⑦冲4－φ24孔。
2、 工艺方案的比较和确定
以上两种方案从技术工艺性分析,各有所长。方案I模具结构相对简单，但大模具多,且在拉延成形和缩口工序中易使先冲的孔径和孔位发生变化，直接影响关键尺寸274±0。3，不易保证产品质量；方案II是先将产品的主要形状冲出，再加工关键尺寸,可以保证产品的质量稳定，虽然模具结构比较复杂，但大模具较少，开模费用略低；从技术经济的角度考虑，选择方案II比较合理.
通过以上分析，确定零件的工艺方案为：
（1）、剪条料；
(2)、落料引伸成为φ410圆盖；
（3）、缩口；
（4）、冲5－φ7孔及V形凸筋（楔块模，将正面压力转换为侧压力分五次进行冲压）;
（5)、冲φ370梅花孔及整形；
（6）、压4－φ40凸台;
（7)、冲4－φ24孔。
四、模具设计
(一）、零件毛坯尺寸计算
1、 先将工件展开成简单的盖形如下图所示：

h可由公式 计算，
式中，
代入公式得h=17。30mm，
由计算出H=41mm。
2、零件毛坯直径D的确定
零件为拉延件，毛坯直径D可按拉延前后毛坯与工件的表面积不变的原则确定。

式中各尺寸均为几何中性层尺寸,d=408mm，R=5mm,H=40mm.
求得D＝477.75mm
所以，毛坯直径D确定为φ478mm.
（二)、各工序工艺尺寸的确定
工序工艺尺寸是模具设计的主参数,而工序尺寸与选定的工艺方案是密切相关的。根据工艺方案，各工序尺寸确定为:
1、剪条料:宽为486的矩形条料,长度根据板材规格而定；
2、落料引伸:
该工序意在将毛坯落成φ478片料后,引伸成为φ410的筒形件，其尺寸如图:
3、缩口：
利用缩口的工艺翻16圆周尺寸如图：
4、冲5－φ7孔及V形凸筋，尺寸见零件图；
5、冲φ370梅花孔，尺寸见零件图，同时对缩口工序的翻边进行整形;
6、压4－φ40凸台，尺寸见零件图；
7、冲4－φ24孔，尺寸见零件图。
(三）、压力机的选择
1、落料引伸
落料所需冲裁力可按公式求得，
式中：L-—冲裁零件的周长，
t——零件材料厚度, t=2mm
——零件材料的抗拉强度，
注:一般用—-材料抗剪强度）,两式计算结果几乎相等。
经计算，P＝97.4吨。
引伸所需冲压力可按公式计算,
，式中Q＝0.25P，C＝0.7
经计算,P＝94。6吨
落料引伸过程中受力相当复杂，根据经验，所需冲压力为1.3（落料力+拉延力)，经计算,所需冲压力为249。6吨，所以选用400吨压力机较为合适.
2、缩口

式中：d——缩口前外径,d=410mm
——缩口后直径,＝378mm
t——材料厚度,t=2mm
——材料抗拉强度，＝323
经计算，求得缩口所需冲压力为22吨，考虑到零件的外形尺寸和公司设备情况，选用160吨压力机较为合适。
其他工序的压力情况在此不一一作计算。
(四）、主要工序的模具结构及模具设计措施
从上述零件工艺分析和零件图可知，落料引伸和缩口工序是该产品冲压的难点和关键工序，这两付模具设计的好坏，将直接影响工件的质量。
1、落料引伸模
模具装配图如下：
1、工件；2、拉延凸模；3、销子；4、退料螺钉；5、弹簧；6、退料杆；7、螺钉;8、上模板；9、落料凸模、成形凹模;10、退料板；11、螺钉；12、退料板;13、退料螺钉；14、弹簧；15、下模板；16、销子；17、螺钉；18、落料凹模；19、螺钉；20、销；21、导柱；22、锥套；23、垫圈；24、螺钉；25、螺钉；26、导套。
设计措施有以下几方面:
（1）、为减少模具的制造积累误差、提高装模精度，取消了凸凹模固定板，将凸凹模直接固定在上、下模板上；
（2）、增加凸凹模工作刃口高度1倍以上，以提高刃磨次数、延长模具寿命；
（3）、为弥补我公司压力机动态精度差，采用大直径可卸式导柱，以利于刃磨；
（4）、上下模板采用球墨铸铁,厚度大于80mm；
(5）、在成形（拉延)凸模上开设必要的通气孔，以利于成形和退料。
2、缩口模
模具结构如图所示：

1、上模板；2、上模；3、工件；4、下模板；5、下模。
缩口系数，m远大于理论可达的缩口系数0。75。
设计措施如下:
（1)、采用无支承模具成形,α取为15゜；
（2）、缩口容易引起失稳,如实际生产中发生可通过加大α解决；
（3）、考虑材料的回弹，模具可能达不到预期效果，因此,在冲φ370梅花孔时利用压边力将工件进一步整形。

五、结束语
按照工艺方案设计和制造模具后，由于冲压工艺和模具结构设计合理，在试冲时仅作了少量调整和修模即冲出合格产品，使该产品得以正常生产。将这种工艺方法推广到其他产品上，取得了较好的效果。

参考文献
1、陈炎嗣、郭景仪《冲压模具设计与制造技术》，北京出版社,1991年；
2、李硕本《冲压工艺学》,机械工业出版社，1982年；
3、王孝培《冲压设计资料》,机械工业出版社，1983年。
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