油挡冲压工艺课程设计

1、重庆科技学院冲压工装课程设计报告 学 院:_冶金与材料工程学院_专业班级: 材控普0902 学生姓名: 陶范明 张帆 学 号: 2009440645 2009440671 设计地点（单位）_ _重庆科技学院E405_ _ _设计题目:_ _油挡冲压工装设计 完成日期： 2012年 6月 21日 指导教师评语: _ _成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_ _ 油挡冲压工艺设计一、冲压工艺性分析及结论冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料冲压加工工序必要的辅助工序质量检验组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲

2、压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 从图1.1中我们可以看出该零件的精度要求不是很高，但要求有较高的钢度和强度。在零件图中，尺寸为IT14级，其余尺寸未标注公差，可以按自由公差计算和处理。零件的外形尺寸为Ø47，属于中小型零件，料厚为1.5mm。图1.1 油挡 下面分析结构工艺性。因为该零件为轴对称旋转体，故落料片肯定是圆形，其冲裁的工艺性很好。零件为带法兰边圆筒形件，且、都不太大，拉深工艺性较好，圆角半径R2、R2.5都大约等于2倍料

3、厚，对于拉深较适合。因此，该壳体零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有：落料、拉深（拉深的次数可能为多次）。用这些工序的组合可以提出多种不同的工艺方案。二、工艺方案的分析比较和确认该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:落料、正向拉深和反向拉深。 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案： 方案一:先进行落料，再正拉深，最后进行反拉深，以上工序过程都采用单工序模加工。方案二:落料与正拉深在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行反拉深。方案三:落料、正拉深和反拉深全都在同一个复合模中一次加工成型。方案四:采用带料连续拉深，或在多工位自动压力机上冲压成型。1）计算毛坯尺寸由于板料在扎压或退火时

4、所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 根据零件的尺寸取修边余量的值为2mm。 在拉深时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。 因为此旋转体零件不是简单结构，我们可以用“形心法”来求得。根据久里金法则，对于任何形状的母线AB绕轴线YY旋转所得到的旋转体面积等于母线长度L与其重心轴线旋转所得周长2x的乘积。

5、即旋转体面积 F=2 lx 因为表面积拉深不变薄，所以面积相等，则 即 因为 A1=d1h1 A2=r1/2(d2+4r1)A3=(r2/2)(d3+4r2) A4=(r1/2)*(d4-4r1) A5=(/4)d23 A6=d5h2 A7=(/4)*(d22-d24) 由零件给出的尺寸可知：=47mm r1=2mm r2=2.5mm d2=d1-2r1=43mm d3=d5-2r2=27mm d4=d5+2r1=36mm d5=32mm H=10mm h1=H-r1=8mm h2=H-r2-r2=5.5mm t=1.5mm 所以可以计算出 D=70.4mm 由于设计的零件要在一个复合模中完成

6、正反拉深，因此中间有一个正拉深转反拉深的过程，我们可以把这两步分开来计算中间尺寸。因为 其中 D=70.4mm d1=47mm h1=13.5mm r1=2mm r2=2mm 则 d2=52.4mm中间过程的零件如图2.1所示。 图2.12） 计算拉深次数在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际

7、生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。 该冲压工件需要正反拉深两个过程，因此可以分别计算其拉深系数来确定拉深次数。 (1) 正拉深对于正拉深其实际拉深系数为：m=d/D=47/70.4=0.67 且材料的相对厚度为 t/d*100=1.5*100/70.4=2.13凸缘的相对直径为df/d1=52.4/47=1.11 凸缘的相对高度为h/d=13.5/47=0.29 由此可以查出 mmin=0.49 (h/d)max=0.65因为凸缘的相对高度0.29小于最大相对高度0.65，且实际拉深系数0.67大于最小极限拉深系数0.49，所以正拉深

8、过程可以一次拉深成功。(2) 反拉深对于反拉深其实际拉深系数为：m=d/D=32/47=0.68且材料的相对厚度为 t*100/d=1.5*100/52.4=2.86 凸缘的相对直径为 df/d1=47/32=1.47凸缘的相对高度为 h/d=8/32=0.25由此可以查出 mmin=0.47 (h/d)max=0.58 因为凸缘的相对高度0.25小于最大相对高度0.58，且实际拉深系数0.68大于最小极限拉深系数0.47，所以反拉深过程也可以一次拉深成功。(3) 确定工艺方案根据以上计算分析比较上述四种方案，可以看出：方案一:用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简

9、单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。 方案二:采用了落料与正拉深的复合模，提高了生产率。对落料以及正拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道反拉深工序是在单工序模中完成，使得最后一步反拉深工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。方案三:此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。方案四:采用带料连续拉深或多工位自动压力机冲压

10、，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、正反拉深在同一复合模中完成。这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本相对较低，经济合理。 三、模具类型与结构形式的分析根据前面工艺方案的分析，该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:落料、正向拉深和反向拉深。方案三是落料、正向拉深和反向拉深全都在同一个复合模具中一次加工成型。所以采用落料、正反拉深复合模。采用落料、拉深复合模具，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的厚度是否过薄。模具的落料部分

11、可以采用正装式，正拉深部分采用反装式，反拉深部分采用正装式。弹性卸料板有敞开的工作空间、操作方便、生产效率高、冲压前对毛坯有压紧作用，冲压后使废料能够平稳的从凸凹模上平稳卸下，从而使冲裁件较为平整。其缺点是由于受弹簧、橡胶等零件的限制，需要较大的安装空间，也使结构变的较为复杂，可靠性与安全性不及刚性卸料板，且卸料力较小。刚性卸料板用螺钉和销钉固定在凹模上，能承受较大的卸料力，其卸料可靠、安全、但操做不便，生产效率不高。根据已上对弹性和刚性两种卸料装置的分析和制件的生产要求，该卸料装置采用弹性卸料装置。四、排样图设计及材料利用率计算加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的60%80

12、%之多。因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%0.5%。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量

13、，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取搭边值为 a=1.0mm ; 进距方向 a1=1.2mm于是有进距 h= D+a1=(70.4+1.2)mm=71.6mm 条料宽度 b=D+2a=70.4+2*1=72.4mm板料规格拟用t×A×B=1.5mm×1600mm×800mm热轧钢板。由于毛坯面积较大所以横裁和纵裁的利用率相同，从送料方便考虑，我们可以采用横裁（图4.1）。图4.1裁板条数n1=A/b=1600/73.4=21条余58.6mm每条个数 n

14、2=(B-a1)/h=(800-1.2)/71.4=11个余13.4mm每板总个数 n=n1*n2=21*11=231 一个步距内的材料利用率=ns/bh=(*70.42/4)/(72.4*71.6)=75%一张板料上的材料利用率 =(nD2/4)/AB*100%=(231××70.42/4)/800×1600100%=70.25%五、冲压力的计算与压力中心的确定 (1) 落料力平刃凸模落料力的计算公式为 式中 F 冲裁力（N） L 冲件的周边长度（mm） t 板料厚度（mm） 材料的抗冲剪强度（MPa）K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润

15、滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（1.01.3）P的范围内，一般k取为1.251.3。在实际应用中，抗冲剪强度的值一般取材料抗拉强度的0.70.85。为便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度的80%。即 因此，该冲件的落料力的计算公式为 =1.3*0.8*70.4*1.5*390N =134559N(2) 卸料力一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算

16、这些力是困难的，一般用下列经验公式计算：卸料力F卸=K1F式中 F 冲裁力(N) K1顶件力及卸料力系数，其值可查表。 这里取K1为0.04。因此F卸=5382N(3)正拉深力带凸缘圆筒形零件的拉深力常采用经验公式计算：通过计算可一次拉深成型P=K1d1tb式中P拉深力（N）；d1拉深后的筒部直径（mm）；t材料厚度（mm）；b材料的强度极限（MPa）；K1修正系数，可将修正系数K1取为0.86。由于此零件正向拉深只需一次就可成型，故只采用首次拉深经验公式求出正向拉深力。将已知尺寸参数和材料的强度极限值代入上式，可求出：P=0.86*47*1.5*390=74285N(4)反拉深力通常反拉深力

17、要比正常拉深力大20%。即F反=1.2d2tbK2式中 d2、t、b意义同计算正拉深力所代表的参数相同。K2修正系数，根据m2=0.68，这里可以取K2=0.9；由已知参数和上式可以求得：F反=1.2*32*1.5*390*0.9=63515N（5）顶料力顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模刃口时所需要的力。顶料力的经验公式为：P顶=K顶P式中 P顶顶料力（N）；P冲裁力（N）；K顶顶料力系数，其值取为0.06。由已知参数和上述公式可以求得：P顶=0.06*134559N=8074N（6）压边力在进行拉深时，有许多因素会影响到拉深件的质量，甚至影响到拉深工艺能否顺利完成。常见的拉深工艺问题主要

18、是平面凸缘部分的起皱和筒壁危险断面的拉裂。为了保证毛坯在拉深的过程中不产生起皱现象，为此需要施加一定的压边力。根据拉深不起皱的条件：t/D0.10（1-m1）式中 t=1.5mm 、D=70.4mm 、m1=0.5由上述已知参数可知此次正向拉深不满足拉深不起皱条件，故需用压边装置。压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的：如果过大，就要增加拉深力，可能会使制件拉裂；反之，如果压边力过小就会使工件边缘或者凸缘起皱，所以必须选择合适的压边力。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱，又使得冲件的侧壁和口部不至产生显著的变薄为原则。压边力的大小与很多因素有关，在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算

19、。Q正=Fq=(D2-（d1+2rd1) 2 q/4 Q反=(d12-（d2+2rd1) 2 q/4式中Q正、Q反压边力（N）；F毛坯在压边圈上的投影面积（mm2）；q单位压边力（MPa），这里取q=2.5。D毛坯直径（mm）；d1、d2正反拉深后的外径（mm）；由已知参数和上述公式，可求得：Q正=3878N Q反=1442N（7）压力中心的确定模具的压力中心是指冲压力合力的作用点。计算压力中心的目的是：1）使冲裁压力中心与冲床滑块中心相重合，避免会产生偏弯矩，减少模具导向机构的不均匀磨损；2）保持冲裁工作间隙的稳定性，防止刃口局部迅速变钝，提高冲裁件的质量和模具的使用寿命；3）合理布置凹模型

20、孔的位置。由于该制件的毛坯以及各工序件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。六、凸、凹模工作部分尺寸与公差的确定整个冲压过程包括落料、正拉深以及反拉深三个过程，在正反拉深过程中，由于是一次冲压成型，所以各次拉深的凸、凹模圆角尺寸必需与零件要求相一致，则凸凹模单边间隙:因为采用压边圈，所以Z= tmax+kt =1.5+0.2*1.5=1.8mm工件直径d1=47mm、d2=32mm均大于20mm正反拉深凹模圆角半径为:rd1=0.039d1+2=0.039*47+2=3.8mmrd2=0.039d2+2=0.039*32+2=3.2mm凸模圆角半径为:rp1=

21、0.7rd1=0.7*3.8mm=2.7mm ; rp2=0.7*rd2=0.7*3.2mm=2.2mm（1）落料落料时，按未标注公差的自由尺寸IT12级选取极限偏差，故落料件尺寸为：70.40-0.30 mm 凸、凹模制造公差：p=0.02mm d=0.03mm x=0.5 Zmin=0.132mm Zmax=0.240mm由式Dd=(Dmax-x)0+d Dp=(Dmax- 0.75- Zmin) 0-p得Dd=(Dmax-x)0+d=(70.4-0.5*0.30) 0+0.02mm=70.30+0.02mmDp=(Dmax- 0.75- Zmin) 0-p=(70.4-0.5*0.30-

22、0.132) 0-0.03 mm=70.1 0-0.03mm落料凹模的外形尺寸的确定凹模厚（高）度：H=Kb凹模壁厚：C=（1.72.0）H式中 b冲裁件最大外形尺寸，K系数，根据壁厚t=1.5mm，查表得K=0.25所以：H=0.25*70.4mm=17.6mm C=（30.035.2）mm凹模外形直径D=(b/2+C)*2=(70.4/2+35.2)*2=140.8mm查表调整至符合标准，凹模外形设计尺寸为D=160mm（GB2873.3-81），凹模厚度H=32mm（GB2858.4-81）。（2）正拉深正拉深时，因为零件是标注外形尺寸，故拉深件的外径尺寸为47-0.340mm。以凹模为

23、基准，先计算确定凹模的工作尺寸，然后通过减小凸模尺寸来保证凸、凹模间隙。由式:Dd=(Dmin-0.75)0+d dp=(Dmin- 0.75- 2Z) 0-p得式中 制件公差；d、p凹模、凸模的制造偏差，查表可分别取为0.05，0.03；Dd=(Dmin-0.75)0+d=(47-0.75*0.34)0+0.08=46.750+0.05mmDp=(Dmin- 0.75- 2Z) 0-p*2)0-0.05=43.150-0.03mm（3）反拉深反拉深件按未注公差的极限偏差考虑，因为零件也是标注外形尺寸，故拉深件的外径尺寸取为32.28-0.280mm。对于标注内形尺寸的拉深件，应当以凸模为基准

24、，先计算确定凸模的工作尺寸，然后通过增大凹模尺寸保证凸、凹模间隙。由式: Dd=(Dmin-0.75)0+d dp=(Dmin- 0.75- 2Z) 0-p 得式中 制件公差与正拉深所示参数相同，d、p查相关表分别取为0.05，0.03。由已知尺寸可以计算出Dd=(Dmin-0.75)0+d =（32.28-0.75*0.28）0+0.05mm=32.070+0.05mm dp=(Dmin- 0.75-2 Z) 0-p =（32.28-0.75*0.28-1.8*2）0-0.03 mm=28.470-0.03 mm第一个过程为落料正向拉深，成型后如图6.1所示。图6.1第二个过程为反向拉深，成型后如图6.2所示。图6.2七、模