冷冲压工艺与模具设计第5章-成形工艺与模具设计PPT课件.ppt

第5章成形工艺与模具设计 5 1起伏成形工艺与模具设计5 2翻边成形工艺与模具设计5 3缩口成形工艺与模具设计5 4校平与整形 1 5 1起伏成形工艺与模具设计胀形是指利用模具强迫材料厚度减薄和表面积增大 得到所需几何形状和尺寸制件的冷冲压工艺方法 5 1 1胀形模设计典型案例工件名称 罩盖生产批量 中批量材料 10钢料厚 0 5mm工件的工艺性分析 其侧壁是由空心毛坯胀形而成 底部由起伏成形而成 罩盖胀形工件简图 2 5 1 2胀形成形的原理及成形极限1 胀形成形的原理毛坯的塑性变形区局限于变形区范围 材料不向变形区外转移 也不从外部进入变形区内 是靠毛坯的局部变薄来实现胀形的 2 成形极限胀形的成形极限是指制件在胀形时不产生破裂所能达到的最大变形 平板毛坯胀形原理图1 凹模2 毛坯3 压边圈4 拉深筋5 凸模 空心件胀形原理图 3 5 1 3平面胀形起伏成形主要用于增加工件的刚度和强度 a b 起伏成形a 压加强筋b 凸包 4 1 加强筋常见的加强筋形式和尺寸见表5 1 常见的加强筋形式和尺寸 5 能够一次成形加强筋的条件为 式中 许用断面变形程度 l0 变形区横断面的原始长度 mm l 成形后加强筋断面的曲线轮廓长度 mm 材料伸长率 0 7 0 75 视加强筋形状而定 半球形筋取上限值 梯形筋取下限值 当加强筋与边缘距离小于 3 3 5 t时 需加大制件外形尺寸 压形后增加切边工序 6 冲压加强筋的变形力计算F KLt b式中F 变形力 N K 系数 等于0 7 1 加强筋形状窄而深时取大值 宽而浅时取最小值 L 加强筋的周长 mm t 料厚 mm b 材料的抗拉强度 MPa 在曲柄压力机上用薄料 t 1 5mm 对小制件 面积小于200mm2 压筋或压筋间校正工序时 变形力计算F KAt2式中K 系数 钢件取200 300 铜件和铝件取150 200 A 起伏成形的面积 7 2 凸包压凸包时 毛坯直径与凸模直径的比值应大于4 属于胀形性质的起伏成形 平板毛坯局部压凸包时的许用成形高度和尺寸 8 3 罩盖底部起伏成形计算由表5 2查得许用成形高度如下 H 0 15d 2 25mm此值大于工件底部起伏成形的实际高度 所以可一次起伏成形 起伏成形力的计算如下 9 5 1 4圆柱形件胀形圆柱形空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料沿径向向外扩张 胀出所需凸起曲面的一种冲压加工方法 1 刚性凸模胀形2 弹性凸模胀形 刚性分瓣凸模胀形结构示意图 a b c 软模胀形a 橡胶凸模胀形b 倾注液体法胀形c 充液橡胶囊法胀形 10 3 胀形的变形程度用胀形系数K表示式中d0 毛坯原始直径 dmax 胀形后制件的最大直径 4 胀形毛坯的计算L0 L 1 0 3 0 4 h式中L 制件母线长度 制件切向最大伸长率 h 修边余量 约10 20mm 胀形后制件最大直径 11 5 胀形力的计算软模胀形圆柱形空心件时 所需的单位压力p分下面两种情况计算 两端不固定 允许毛坯轴向自由收缩时两端固定 毛坯不能收缩时 12 6 罩盖侧壁胀形计算胀形系数的计算 由表5 3查得极限胀形系数为1 24 因此该工件可一次胀形成形 计算胀形前工件的原始长度L0 其中L为R60一段圆弧的长 则L 40 8mm 胀形毛坯图 13 h取3mm 则得 L0 L 1 0 35 h 40 8 0 35 0 2 3 46 66mmL0取整为47mm 如图所示 侧壁胀形力计算 由附录B可查得 b 430 Mpa 则胀形力 F Sp 46 8 40 9 2 54078 N 总成形力 F F起 F胀 11039 54078 65 117 kN 胀形毛坯图 14 7 模具结构设计 罩盖胀形模装配图1 下模座2 11 螺栓3 压包凸模4 压包凹模5 胀形下模6 胀形上模7 聚胺脂橡胶8 打杆9 弹簧10 上固定板12 上模座13 卸料螺钉14 模柄15 拉杆螺母16 导柱17 导套 播放动画 15 5 2翻边成形工艺与模具设计翻边是指利用模具将工件上的孔边缘或外缘边缘翻成竖立的直边的冲压工序 16 5 2 1翻边成形典型案例1 固定套生产批量 中批量材料 08钢料厚 1mm工件工艺性分析 40mm处由内孔翻边成形 80mm是圆筒形拉深件 可一次拉深成形 工序安排为落料 拉深 冲预孔 翻边 固定套零件图 17 2 防尘盖生产批量 大批量材料 10钢料厚 0 3mm工艺性分析 一般冲制此类工件采用落料 冲孔和翻边和平面胀形多道工序完成 为减少工序数 可采用复合模一次压制成形 首先进行冲孔 再翻边成形 最后落料 防尘盖工件简图 18 3 基座片生产批量 大批量材料 1Cr18Ni9料厚 0 3mm工艺性分析 该工件是由两个半圆和中间的矩形部分组成的 圆形部分是拉深 中间矩形部分近似于弯曲 工件形状简单对称 材料适宜于冲压加工 精度要求一般 但工艺较复杂 生产批量大 适宜用级进模制造 基座片工件简图 19 5 2 2内孔翻边1 内孔翻边的变形特点及变形系数内孔翻边的变形程度用翻边系数K0表示 K0值愈小 则变形程度愈大 圆孔翻边时孔边不破裂所能达到的最小翻边系数称为极限翻边系数 K0min 极限翻边系数与许多因素有关 主要有 1 材料的塑性2 孔的边缘状况3 材料的相对厚度4 凸模的形状 20 2 内孔翻边的工艺计算及翻边力计算 1 平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度内孔的翻边预孔直径d0可以近似地按弯曲展开计算内孔的翻边高度H为内孔的翻边极限高度Hmax为 平板毛坯翻边 21 2 在拉深件的底部冲孔翻边允许的翻边高度h为预孔直径d0为拉深高度h1为 在拉深件底部翻边 22 3 非圆孔翻边非圆孔翻边的变形性质比较复杂 它包括有圆孔翻边 弯曲 拉深等变形性质 对于非圆孔翻边的预孔 可以分别按翻边 弯曲 拉深展开 然后用作图法把各展开线光滑连接 4 翻边力翻边力一般不大 可按下式计算F 1 1 D d0 t s N 式中 s 材料的屈服强度 其余均与前面公式相同 非圆孔翻边 23 3 典型案例翻边预孔直径及翻边力计算 1 固定套翻边前为 80mm 高15mm的无凸缘圆筒形工件 如图所示 1 计算预孔尺寸D 39mm H 4 5mmD1 D 2r t 39 2 1 1 42mmh H r t 4 5 1 1 2 5mm 翻边前工序图 24 2 计算翻边系数由表5 5可查得低碳钢的极限翻边系数为0 65 小于所需的翻边系数 所以该零件可一次翻边成形 3 翻边力计算由附录B查得 s 200MpaF 1 1 D d0 t s 1 1 39 32 3 1 200 4 628 kN 25 2 防尘盖1 预孔直径d0取r 0 5mm D 87 7 0 3 81 55 mm H 3 5mm 侧 d0 D 2 H 0 43r 0 72t 88 2 3 5 0 43 0 5 0 72 0 3 81 55 mm 2 翻边力F翻由附录A可查得 s 210MPa 则 F翻 1 1 0 3 210 88 81 55 1 404 kN 26 4 内孔翻边模设计翻边凸模圆角半径一般较大 经常做成球形或抛物面形 以利于变形 翻边模结构1 下模座2 螺钉3 9 弹簧4 凸模固定板5 凸模6 卸料板7 凹模8 顶件器10 上模座11 模柄 27 a b 翻边凸模结构形式 常见圆孔翻边模的凸模形状和尺寸 28 c d 翻边凸模结构形式 常见圆孔翻边模的凸模形状和尺寸 29 5 2 3典型案例翻边模设计1 固定套翻边模结构设计 翻边模1 卸料螺钉2 顶杆3 16 螺钉4 下模座5 11 销钉6 翻边凸模固定板7 翻边凸模8 托料板9 定位钉10 翻边凹模12 上模座13 打件器14 模柄15 打料杆17 导套18 导柱 播放动画 30 2 防尘盖 落料 冲孔 翻边成形复合模装配图1 下模座2 导柱3 15 21 销钉4 固定板5 20 22 26 螺钉6 落料凹模7 定位拉料板8 上模座9 导套10 滚珠11 橡胶12 面形凹模13 冲孔 翻边凸凹模14 模柄16 冲孔凸模 播放动画 31 5 2 4螺纹底孔变薄翻边当工件很高时 可采用减小凸 凹模间隙 强迫材料变薄的方法 以提高生产率和节约材料 螺纹底孔的变薄翻边基本形式如图所示 小孔翻边模 32 5 2 5外缘翻边1 外缘翻边的变形特点及变形程度外凸的外缘翻边 其变形性质 变形区应力状态与不用压边圈的浅拉深一样 变形过程中材料易于起皱 内凹的外缘翻边 其特点近似于内孔翻边 变形过程中材料易于边缘开裂 外凸的外缘翻边变形程度Ep的计算式为 内凹的外缘翻边变形程度Ed的计算式为 a b 外缘翻边a 外凸外缘翻边b 内凹外缘翻边 33 2 基座片成形模具设计 1 主要工艺计算1 毛坯尺寸计算 D 12 12mm2 拉深次数计算 可一次拉深完成3 料宽计算 取整31mm4 步距计算 12 12 1 8 13 92 14mm5 凸 凹模尺寸计算翻边 该制件属外凸的外缘翻边查表5 8查得Ep 0 38 因此可以翻边成形 翻边前拉深尺寸 翻边变形量计算图 34 2 排样设计第1工位 侧刃定距第2工位 冲两个切口用工艺孔 2mm第3工位 切口第4工位 空工位第5工位 拉深第6工位 对拉深的底部进行整形第7工位 冲3个 3mm孔第8工位 空工位 导正第9工位 落料翻边 排样图 35 3 工艺力计算总冲压力 F总 F侧 F工艺 F拉 F弯 F整 F冲孔 F落料 F翻 F卸 F推 34 781 kN 说明 根据基座片长圆形状 将其分解成两个半圆筒形件与U形弯曲件 分别计算两部分的拉深力与弯曲力 4 冲压设备的选择一般按所需公称压力F压 1 6 1 8 F总选择压力机 因此选择60kN的开式压力机 5 模具结构与零 部件的设计冲裁间隙为0 09t 选用对角滚珠导柱模架 侧刃长度为14 05mm 比步距大0 05mm 第9工位是落料 翻边复合工位 36 播放动画 勘误 动画中第3工位应采用斜刃切口 无废料产生 基座片级进模装配图主视图 37 基座片级进模装配图俯视图1 3 22 32 压板2 下模座4 6 21 橡胶5 17 弹簧7 下垫板8 顶件块9 翻边凹模10 37 38 凹模镶块11 冲孔凹模镶块12 导正销13 卸料板14 41 螺塞15 落料翻边凸模16 28 销钉18 卸料螺钉19 固定套20 压料杆23 上模座24 冲孔凸模25 整形凸模26 上垫板27 凸模固定板29 拉深凸模30 冲工艺孔凸模31 侧刃33 切口凸模34 压料镶块35 承料板36 导料板39 40 顶杆42 导柱43 侧刃挡块 38 5 3缩口成形工艺与模具设计缩口是指将预先拉深成形的圆筒或管状坯料 通过缩口模将其口部缩小的一种成形工艺 5 3 1典型案例工件名称 气瓶生产批量 中批量材料 08钢料厚 1mm 气瓶零件图 39 5 3 2缩口成形的特点和变形程度防止失稳是缩口工艺的主要问题 筒形件缩口成形缩口的极限变形程度主要受失稳条件的限制 缩口变形程度用总缩口系数ms表示 式中ms 总缩口系数 d 缩口后直径 mm D 缩口前直径 mm 当工件需要进行多次缩口时 首次缩口系数m1 0 9m均以后各次缩口系数mn 1 05 1 10 m均式中m均 平均缩口系数 m均 mi n i 1 2 n 筒形件缩口成形 40 案例工艺分析 气瓶为带底的筒形缩口工件 可采用拉深工艺制成圆筒形件 再进行缩口成形 缩口系数计算 d 35mm D 49mm 则缩口系数因该工件为有底缩口件 所以只能采用外支承方式的缩口模具 查表5 9得许用缩口系数为0 6 则该工件可一次缩口成形 41 5 3 3缩口工艺计算1 毛坯高度计算 a b c 缩口形式 a b c 缩口前毛坯 42 2 缩口凹模的半锥角 一般使用 45 最好使 在30 以内 3 缩口力计算在无内支承进行缩口时 缩口力F可用下式计算式中t0 缩口前料厚 D 缩口前直径 d 工件缩口部分直径 工件与凹模间的摩擦系数 b 材料抗拉强度 凹模圆锥半角 k 速度系数 用普通冲床时 k 1 15 43 缩口力F为4 缩口模结构设计常见的缩口模结构 a b c 缩口模结构a 无支承缩口成形b 外支承缩口成形c 内支承缩口成形1 凹模2 外支承3 下支承 44 气瓶缩口模装配图1 下模座2 14 螺栓3 10 销钉4 顶杆5 下固定板6 垫板7 外支撑套8 凹模9 口型凸模11 打料杆12 上模座13 模柄15 导柱16 导套 播放动画 45 5 4校平与整形校平与整形是指利用模具使坯件局部或整体产生不大的塑性变形 以消除平面度误差 以提高制件形状及尺寸精度的冲压成形方法 5 4 1校平与整形的工艺特点校平与整形允许的变形量很小 模具成形部分的精度要求较高 坯件内的应力 应变状态有利于减少卸载后制件形状和尺寸的弹性恢复 通常在专用的精压机上进行 若采用普通压力机 则必须有过载保护装置 46 5 4 2校平校平多用于冲裁件 以消除冲裁过程中拱弯造成的不平 对薄料 表面不允许有压痕的制件 一般采用光面校平模 对较厚的制件 一般采用齿形校平模 a b 光面校平模a 上模浮