端盖冲压成形工艺与模具设计【圆筒件最大直径40】【含12张CAD图纸】
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圆筒件最大直径40
含12张CAD图纸
冲压
成形
工艺
模具设计
圆筒
最大
直径
40
12
CAD
图纸
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端盖冲压成形工艺与模具设计11绪论1.1国内模具的现状和发展趋势 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。近十年来，我国模具工业的发展速度很快，一直以每年15%的增长速度快速发展。据不完全统计，目前全国共有模具生产企业（厂、点）约3万个，从业人员近100万人。“十五”期间，中国模具行业发展成绩斐然，模具制造业得到快速增长，年均增速达20%。在中国模具制造业飞速发展、国际模具巨头的热捧下，2004年第十届“中国国际模具技术和设备展览会”的规模相当惊人，已居亚洲第一、世界第二。2005年中国模具行业模具销售总额为610亿元，同比增长25%，排在世界第三位，加上20多亿美元的进口份额，中国模具市场容量已达800亿元人民币左右。现代模具有不衰亡工业之称,世界模具总体上供不应求，同时我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇近几年我国模具总产值在不断上升，模具及模具标准件出口量也不断上升。另外汽车、电子、通讯行业对模具的需求量较大，在发达国家往往占据市场总值的20%之多，目前，中国模具生产点达到17000多个，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他模具约占11%。未来十年，中国模具根据国内和国际模具市场的发展状况，将成功实现由中国制造向中国创造转变。在这种大环境背景下，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现出以下发展趋势：（1） 绿色化（2） 高端化（3） 信息化：目前，信息技术已在我国模具生产制造中得到了广泛的应用。最具代表性的例子就是在模具设计中全面推广CAD/CAM/CAE技1（4） 术，并已经得到较好的发展，取得不错的成果。实践证明模具CAD/CAM/CAE技术是未来模具设计制造的发展方向，它的普及与应用使得模具的新产品、新工艺、新材料的创新不断涌现。 1.2 国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中，大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。 国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国的才达到45。显然，中国的模具设计仍然有很长的一段路要走。292 零件的工艺性分析工件名称：端盖生产批量：大批量材料：08钢厚度：0.5工件简图：如图2-1所示 图 2-1 工件2.1 工艺性分析2.1.1工件结构分析该零件为圆片落料、圆片冲孔、无凸缘 筒形件拉深，形状简单、对称，孔在底部并且不在变形区内。2.1.2材料分析该冲压件材料为08钢，由于08钢是极软的碳素钢，强度硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉深等特点。2.1.3尺寸精度分析该工件尺寸精度没有严格要求，冲裁件内外形能达到经济精度为 IT11IT14级。综上所述，由于该零件的精度要求和尺寸标注、生产批量等情况符合冲压的工艺要求，故决定采用冲压方式进行加工。2.2 工艺方案确定2.2.1 拉深次数确定(1) 确定修边余量由于料厚0.5，则以外径和外高尺寸来计算。相对高度：4400.1，则可以不考虑加修边余量。(2) 计算毛坯直径先判断能否一次拉出，将401，4，代入公式 47mm(3）确定拉深次数 判断是否需要压边圈：计算毛坯的相对厚度： =1.06故该零件一次拉深即可成形。2.2.2 工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔、拉深三个基本工序，可以有以下几种方案：方案一：落料-拉深-冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案二:先落料、再拉深、最后冲孔，采用单工序模生产。方案三：落料-冲孔复合模、再拉深方案四：落料-拉深复合模、再冲孔方案五：落料、拉深、冲孔级进冲压，采用级进模生产。方案一采用复合模生产，只需一套模具其生产效率较高，模具制造简单。方案二模具要求简单，但是需要三套模具，模具套数较多则生产效率将会降低，难以满足大批量生产的要求。方案三和方案四需要两套模具，方案五采用级进模，生产效率高，但零件的冲压精度稍差，欲保证工件的行位精度，需要在模具上设置导正销进行导正，故模具制造、安装较复合模复杂。综合以上分析比较，应选择方案一复合模为最佳。2.3 排样设计冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样。合理的排样应是在保证制件质量、有利于简化模具结构的前提下，以最少的材料消耗，冲出最多数量的工件。排样方式有以下几种方式： (1)单排 查表2.9取得搭边值为1.0mm和1.2mm。计算条料宽度： B=D+2a=47+21.2=49.4mm步距: S=D+a=47+1.0=48mm式中 B-条料宽度 D-平行于送料方向的冲裁件宽度 a-冲裁件之间的搭边值 a-冲裁件侧面的搭边值 S-送料步距材料利用率计算：计算冲压件毛坯的面积：A= =3.14(47/2) = 1734.065mm2一个步距的材料利用率：=(nA/BS)100% =1734.065/(49.448)100% =73.13%如图2-2所示： 图 2-2 单排(2)交叉双排条料宽度为： B=2（D/2+a)+(D+a) =91mm一个步距的材料利用率： =(nA/BS)100% = ( 31734.065)/9148100% =1.3% 如图2-3所示： 图 2-3 交叉双排 综上所述，根据一个步距的条料利用率可知，应选用单排法进行冲压。 3 主要工艺计算3.1. 冲裁力计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 F=KLt式中 F-落料力(KN); L-冲裁周边长度(mm); t-材料厚度(mm); -材料抗剪强度(MP)，查表为260-360MP，取=300MP。 K-系数，一般取K=1.3 F=KLt =1.3470.5300 =28778.1N28.78KN3.2 卸料力计算 F=KF =0.0628.78KN 1.73KN查表K为0.04-0.07，取 K=0.06。3.3 拉深力计算 F=dtk式中 -拉深力; d-拉深后工序件中经(mm)，由于本拉深件料厚较小，则按其拉深件直径计算; t-料厚（mm); -材料抗拉强度(MP);查表1.3取=350MP k-修正系数 ,由拉深因数m1=0.5 ，查表4.36查得修正系数k=1所以， F=3.14400.53501 =21980N=21.98KN3.4 冲孔力计算 F=1.3dt式中 d-工件孔直径， d=20mm -材料抗拉强度(MP);查表1.3取=350MP则， F=1.33.14200.5350 =14287N=14.287KN3.5 推件力计算 F=nKF式中 K-推件力系数，查表2.7 K=0.065 n-同时卡在凹模内的冲裁件数。 n=h/t h-凹模洞口的直刃壁高度； t-板料厚度；查表2.21得h5,取h=5所以，计算得n=10 F=100.06528.78 =18.707KN3.6 压边力计算 F=D-(d+2r)p式中 p-单位压边力（MP）,查表4.8取p=2.5MP r-拉深凹模圆角半径（mm),r=1.5mm所以， F=47-(40+21.5)2.5 0.707KN3.7 总压力计算 F=F+F+F+F+F+F =28.78+1.73+21.98+14.287+18.707+0.707 =86.191KN3.8 压力中心计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。模具的压力中心必须使模柄轴线与压力机滑块的中心线相重合，否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。由于此冲裁件为对称件，则压力中心位于冲裁件轮廓图形的几何中心上。由图2-4可知，其压力中心就在圆心上，即X=0，Y=0。 图 2-4 3.9 初选压力机 为了保证压力机能安全工作，则所选择的压力机的公称压力应大于冲压工艺力的总和F，一般冲裁时压力机吨位应比计算时的冲压力大30%。所以， F=1.3F = 1.386.191=112.0483KN 所选压力机型号为J23-16F的开式双柱可倾压力机，其主要技术参数如下： 公称压力：160KN 滑块行程：70mm 最大闭合高度：205mm 封闭高度调节量：45mm 工作台尺寸（前后左右）：300mm450mm 垫板厚度：40mm 最大倾斜角：35模柄孔尺寸：40mm60mm4 凸、凹模刃口尺寸计算 由于此零件精度没有严格要求，对于未注公差可按精度为IT14级计算,查表2-1标准公差数值查得各尺寸未注公差，查得各尺寸为：47、20，拉深尺寸精度为40。4.1 落料凸、凹模刃口尺寸计算 查表2.4得：Z=0.040mm，Z=0.060mm Z-Z=(0.060-0.040)mm=0.02mm 查表2.5得：=-0.020mm,=+0.030mm |+|=0.05mm0.02mm，故采用凸模刃口尺寸与凹模刃口尺寸配作的方法。刃口尺寸计算公式： D=（D-x）查表2.6得磨损系数x=0.5,则 D=（D-x） =（47-0.50.62） =46.69mm凸模刃口尺寸按凹模刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.040-0.060mm之间。4.2冲孔凸、凹模刃口尺寸计算 查表2.4得：Z=0.040mm，Z=0.060mm Z-Z=(0.060-0.040)mm=0.02mm 查表2.5得：=-0.020mm,=+0.025mm |+|=0.045mm0.02mm,故凸、凹模刃口尺寸采用配作法。凸模刃口尺寸计算公式： d=(d+x) 查表2.6得磨损系数x=0.5,则 d=(d+x) =(20+0.50.52) =20.26mm凸模刃口尺寸按凹模刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.040-0.060mm之间。4.3 拉深凸、凹模尺寸计算 拉深凸模和凹模单边间隙查表4.13得=（1-1.1）t,取=1t,计算得=0.5mm，由于拉深工件的公差为IT14级，则制造公差可按IT10级选取，查表2-1得=0.10mm。 当零件的外形尺寸及公差有要求时，以凹模为基准，则凹模尺寸计算公式为： d=(d-0.75)凸模尺寸计算公式为： =(d-0.75-Z）式中 d-零件外径的最大极限尺寸； -零件的公差； Z-拉深模具的双面间隙； -凸、凹模的制造公差； d=(d-0.75) =（40-0.750.62) =39.535mm =(d-0.75-Z） =(40-0.750.62-1) =38.535mm4.4 拉深凸、凹模圆角半径计算 对于一次拉深成形，则拉深凹模圆角半径可按以下公式计算: r=0.8 =0.8 1.5mm 凸模圆角半径计算公式为： r=(0.6-1)r所以， r=0.81.5=1.2mm 5 模具整体设计5.1 模架的选择 模架的选择要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大30-40mm,模板厚度一般等于凹模厚度的1-1.5倍。还要考虑到与压力机的安装关系，模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度。模架有上模座、下摸座、导柱、导套四部分组成。上下模座的位置由导柱导套实现，导柱导套配合精度为H7/h6。模架选用中间导柱模架，其优点为安装方便、操作简单，便于拆卸。5.2 定位装置设计为限定被冲材料的进给步距和正确的将工件安装在冲模上完成工作，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、挡料销、导料板定距侧刃等。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、质量的稳定。定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方。本套模具主要使用导料销和固定挡料销。导料销来导正条料的送进，防止偏斜，挡料销来保证条料有准确的送料距。导料销一般设两个，并位于条料的同一侧,从前先后送料时导料销装在左侧。导料销在本模具中直接安装在凹模板上。在装配图中很容易看到。导料销材料一般用T7、T8.热处理硬度46-52HRC，粗糙度1.6m下，装配时采用H7/s6配合。挡料销一般用45钢制造，热处理硬度为44-48HRC。固定挡料销选用：d（直径）=8mm L(总长）=10mm5.3 卸料装置设计 采用弹性卸料板卸料，把箍到凸模上的废料卸下，并且卸料板还起到了压料的作用。5.4 送料方式设计 因为是大批量生产，采用手动送料方式，从前往后送料。 5.5导向装置设计导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大，零件的要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置，本模具中应用导柱导套装置来完成导向。5.6 打料装置设计在本模具中采用打料杆推动连接推板推动推杆来完成打料动作，打料杆穿过模柄凸露在模具的外面。如图2-8所示: 图 2-8 打杆5.7 推件装置设计顶件装置一般是弹性的，在本模具中是由推杆、推件块等组成，这种结构的推件力容易调节，工作可靠。 6 主要零部件设计6.1 落料凹模结构设计 凹模刃口采用直壁式，查表2.21得刃口高度h=5。由于该凹模结构简单，则宜采用整体式。 查表2.22，得凹模厚度系数k=0.30. 即 凹模高度H=kb=0.3047=14.1mm 凹模壁厚C=1.5H=1.514.1=21.15mm(1)凹模外形尺寸的确定 凹模外形长度L=（47+221.25）=89.5mm 凹模外形宽度B=（47+221.25）=89.5mm凹模整体尺寸标准化，取为160mm100mm20mm凹模材料T10A，硬度：58-62HRC。如图2-5所示： 图 2-5 落料凹模(2)螺孔中心到凹模板外缘尺寸一般凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.7-2.0）d,d为螺孔的尺寸，凹模厚度在19-25mm之间时，螺孔大小选M6、M8，选择螺孔为M8。螺孔到凹模外缘的尺寸为：a=2d=28=16mm如图2-6所示： 图 2-6 6.2 上凸凹模结构设计上凸凹模结构为落料凸模和拉深凹模，其长度应根据落料凸模的要求设计。长度计算公式为： L=h+h+Y式中 L-上凸凹模的长度（mm); h-上凸模固定板厚度(mm); h-卸料板厚度（mm); Y-附加长度,一般取（15mm-20mm)。查表，凸模固定板厚度取20mm,卸料板厚度取12mm。所以， L=20+12+18=50mm6.3 下凸凹模结构设计下凸凹模结构为拉深凸模和冲孔凹模，其长度根据拉深凸模长度的要求设计。 计算公式为： L=H+H+Y式中 L-拉深凸模的长度（mm); H-拉深凸模固定板厚度（mm),取得H=16mm。 H-中间板厚度（mm)，取H=8mm; Y-附加长度（mm),取值为15mm。所以， L=16+8+15=39mm6.4 冲孔凸模计算计算公式为： L=h+h+Y+t+(0.5-1)式中 t-板料厚度（mm); (0.5-1)-凸模修模量（mm); h、h、Y-长度取与上凸模计算数值相同。 L=20+12+15+0.5+0.5 =48mm6.5 模柄选用采用凸缘模柄，为防止转动采用止转销固定，其尺寸为4089mm。如图2-7所示： 图 2-7 模柄6.6 弹性元件设计 选用橡胶作为卸料的弹性元件。 橡胶的自由高度计算： H=式中 H-橡胶的自由高度 H-橡胶的压缩工作行程 卸料板工作行程: H=h+h+t =3.5mm 橡胶工作行程： H=H+h =3.5+5=8.5mm式中 h为凸模凹进卸料板的高度h为凸模冲裁后进入凹模的深度h为凸模修磨量为所以， H=28mm 橡胶预压缩量： H=(0.1-0.15)H所以， H=0.15H=0.1528 =4.2mm 橡胶装模高度：H=H- H=28-4.2=23.8mm，取H=24mm。6.7 模架选用 上模座：160mm100mm35mm下模座：160mm100mm40mm垫板： 160mm100mm8mm导柱： 25mm130mm 28mm130mm导套： 25mm85mm33mm 28mm130mm33mm6.8 压力机高度校核 模具闭合高度：H=H+H+h+h+H+H+H+H+H =35+18+20+12+24+16+20+8+40 =193mm模具的闭合高度应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间，并考虑留有适当余量。计算公式为：式中 H-压力机最大装模高度（mm）; H-模具的闭合高度（mm); M-压力机装模高度调节量（mm); 205-45+10H205-5 170mmH200mm有计算可知该模具闭合高度小于所选压力机J23-16F的开式双柱可倾压力机的最大闭合高度,则可以使用。7 模具总装图 1、15、24螺钉 2、20橡胶 3顶杆 4、11销钉 5下模座 6导柱 7拉深凸模 8导料销 9导套 10上模座 12模柄 13打杆 14止转销 16垫板 17凸模固定板 18凸凹模 19冲孔凸模 21卸料板 22落料凹模 23中间板 24拉深凸模固定板
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