中轴碗冲压成形工艺与模具设计方案

1、模具工业是国 民经济的基础工业，是工业生产的重要工艺装备。先 国家的模具工业已摆脱从属地位，发展为独立的行业。日本工业界认为 “模具工业是其它工业的先行工业，是创造富裕社会的动力”。美国工 界认为：“模具工业是美国工业的基石”。在德国模具被冠以“金属力 工业中的帝王”之称。冲压是一种先进的少无切削加工方法，具有节能省材，效率高，产 质量好，重量轻，加工成本低等一系列优点，在汽车，航空航天，仪器仪表 家电，电子，通讯，军工，日用品等产品的生产中得到了广泛的应用。据 计，薄板成型后，制造了相当于原材料的12倍的附加值，在国民经济生 总值中，与其相关的产品占四分之一，在现代汽车工业中，冲压件的产 占

2、总产值的59%。 随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得至 来愈广泛的应用。1. 1国内模具的现状和发展趋势1. 1. 1国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年 我国模具生产厂 点约有2万多家，从业人员约5 0多万人，2 004年模具行业的发展保持良 好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值5 30亿 元。进口模具1 8. 13亿美元，出口模具4 . 91亿美元，分别比2 003年增 长1 8%、3 2. 4%和4 5. 9%。进 出 口之比2 004年 为3 . 69: 1，进 出口 相抵后的 进净口达1 3. 2亿美元，为净进口量较大的国家

3、。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中 产值过亿元的模具企业只有2 0多家，中型企业几十家，其余都是小型 业。 近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为 大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一 模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业 展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我我国尚存在以下几方面的不足第本制不顺，基础薄弱。-三资”企业虽然1经对中国模具业的发展起了积极的推动作用私营企业近年来发展较快，国企改

4、革在进行之中但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平高新技术方面。第二，开 发能力较差，经 济效益欠佳我国模具企业技术人员比每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家 多是1 520万美元，有的高达2 530万美元，与之相对的是我国相当 一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的 业较少。第三1 ?工-艺装备水平低，且配套性不好，利用率低-虽然国内许企业采用了先进的加工设备但总的来看装备水平仍比国外企业落后多，特别是设备数控化率和C AD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多由于体制和资金等原

5、因引进设备不配套，设备与附配件不配套现象分普遍设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带中国模具/、企业钳工比例过高等问题。第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差. 由于长期 来受“大而全” “小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专 业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年 产的模具，商品模具只占4 5%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许 模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大 响，对模具制造周期影响尤甚。第五，模具材料及模具相关技术落后。模具材料性能、质量和品 往往

6、会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比， 论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差 也直接影响模具水平的提高。1.1. 2国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模 工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家 比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来 十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面：1）模具日趋大型化；2）在模具设计制造中广泛应用C AD/ CAE/ CAM技术；3）模具扫描及数字化系统；4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射 型技术；5）提高模具

7、标准化水平和模具标准件的使用率；6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7）模具的精度将越来越高；8）模具研磨抛光将自动化、智能化；9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。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、 器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60% 80%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 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 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， 在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发

8、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6 00 650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本 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5（以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国 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 VDMA )工模具协会了解到，德国有模具企业约5 000家。2 003年德国具产值达4 8亿欧元。其中 VDMA) 会员模具企业有9 0家，这9 0家骨 模具企业的产值就占德国模具产值的9 0%，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

9、掌握和能运用新技术 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 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 具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1 520万美： 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7 0%以上，而我国才达到4 5?1. 3 深圆筒拉深模具设计的设计思路拉深是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将 板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它不仅可以加工 转体零件，还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是， 工出来的制件的精度都很底。一般情况下，拉深件的尺寸精度应在I T 级以下，

10、不宜高于I T11级。只有加强拉深变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、 便的计算方法，才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何 状与尺寸，解决拉深变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高 件质量。在最后的一次拉深圆筒件是最典型的拉深件，其工作过程很简单就一个拉深，根据由于制件的高度太高，根据计算的结果和选用的标准模架，判断此深不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工作配合长度决疋。设可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。算确定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深

11、次具。计2 异形端盖冲压工艺的分析2. 1拉深件工艺分析工件：如下图所示 材 料：15钢厚 度：2. 5mm此工件为带凸缘圆筒形工件，形状简单对称。零件图上未标注公 尺寸按I T14精度计算。2. 2冲压工艺方案分析2. 2. 1冲压工艺方案的确定该工件包括落料、拉深两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后拉深，然后冲孔。采用单工序模生产。方案二：落料一拉深复合冲压，然后冲孔。采用复合模生产。方案三：拉深级进冲压，然后冲孔。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要三道工序三副模具，生产效率低，难 满足该工件大批量生产的要求。方案二只需两副模具，生产效率较高 尽管模具结构较方案

12、一复杂，但由于零件的集合行装简单对称，模具造并不困难。方案三也只需两副模具，生产效率高，但模具结构比较 杂，送进操作不方便，加之尺寸偏大，通过对上述三种方案的分析比 若该工件能一次拉深，则其冲压采用方案二为佳。2. 3 工艺计算2. 3. 1计算毛坯尺寸1.计算工件凸缘相对直径，确定修边余量 1mm,故按板厚中径尺寸计d = 60mm d=37. 5mm H=11. 5mm。凸缘相对直径d / d=60/ 37. 5=1. 6查表4 . 2得修边余量 h=1. 6mm 故按实际外径 d = 60+1. 6X 2= 63. 2mm 计算。于由1表=0. 5W. 得45； 0 2. 36)-max

13、导料板间距离A = Dmax 2a 2 c 2. 37)D 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 则搭边值；条料宽度的单向 负向)偏差，见表2 .10、2. 11;查得二0. 8c 导料板与最宽条料之间的间隙；其 最小值见表2. 12查得c =0. 5mm。代入数据计算取得条料宽度为B0 = 79.10-0Am= 79. 9mm。-0.83. 材料利用率的计算：根据一般的市场供应情况，选9 50 mmx 1500 mmX 2. 5 mm的冷轧钢板 每块可剪1 500mm X 79. 1mm规格条料1 2条，材料剪切利用率达9 9. 9%。 由材料利用率通用计算公式式 2. 41)。式中 S 个步距

14、1内100裁件的实 100%面积，mm 3. 5主要工作零件的尺寸计算1. 落料凸、凹模尺寸的计算 ； 1IS 一个步距内所需A毛坯面积；A送料步距 , mm；B 条料宽度，mm。得428780.9 X79.1X100%=67. 0%一张板料上总的材料利用率:A总X100%0.020 mm73. 53 0.020 mmD =(73.9-0.5 X0.74-0. 360mm 二 73.170 mma0-0. 0300- 0. 030校核：查表 2 . 4 得 Z =0. 360mm Z =0. 500mmm axm i n3+ 3= ( 0. 020+0. 03mm=0. 050mm mm= 0

15、. 140mm2. 拉深a凸凹模尺寸的计算由于尺寸标注在零件内形，所以以凸模为基准，工作部分尺寸为dT = ( d min +0.4 A 00 4. 38)-SA式中：Da、 D t 凹、凸模的尺寸；+d 拉深件内径的最小极限尺寸Z零件的公差；S、S凹、凸模制造公差；A拉深模双面间隙。 = 0. 17mm 查表 S=0. 020mm S= 0. 030mm由公式 4. 29)得 ZA 2 = 1 1. 1)t 板料厚度mm。Z=2 X 0-0. 02mm 二 35. 0682 mmd =(350.4AX0. 17 5.01mm = 40.016m m-0.03-3.冲孔凸凹模尺寸的计算 2.

16、6)得据设计原则，冲孔时以凸模为设计基准。由式TmindA =(dmin X Zmin S 0 mm = 19.(30250mmT- 0.025-二 - X 亠“0.02 二A 0 0校核：查表 2 . 4 得 Z =0. 360mm Z =0. 500mmd (19 0. 5 O.74m0n 36mm 19. 73 40.02 mm3+ 3= ( 0. 020+0. 025 mm=0. 045mm mm= 0. 140mmAT2. 3. 6选取凸模与凹模的圆角半径因为圆角R = 2mm属于过渡尺寸，要求不高，可以一次成形，为简 方便，设计生产中直接按工件尺寸作为拉深凸、凹模该处尺寸。2. 3

17、. 7主要零部件设计1.由于工件形状简单对称，所以模具的工作零件均采用整体结构 拉深凸模、拉伸凹模、落料凹模、落料凸模、冲孔凸模、冲孔凹模的 构如零件图所示。由落料凹模厚度： H=Ks ( 8 式 2. 51)凹模宽度： B= s + 2. 5 4. 0) H 式 2. 52)式中：s 凹模刃口的最大尺寸m m；K 系数 考虑板 料厚度 的影响 查表2 . 22 K= 0. 220. 35贝 UH= 0.22 0. 35)X 73.53= 16.18 25.74)mm取 H = 25mm。B= s + 2. 5 4. 0)X 25= 6mm 取h =6mm。2.为了实现先落料后拉深，模具装配后

18、，应使拉深凸模的端面比 料凹模端面低，其长度L可按下式计算：L=H固+ H凹H低式中：H 拉深凸模固定板的厚度mm；H凹一落料凹模的厚度m m；H低一装配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根据板厚大小，决定H = 5mm。低 L=28+25-5=48mm拉深凸模上一般开有出气孔，这样会使卸件容易些，否则凸模与 件由于真空状态而无法卸件。查表，本凸模出气孔的直径为 5mm。2.4压力、压力中心计算及压力机的选用因为本制件是轴对称零件，所以不用计算压力中心。2. 4. 1压力计算1. 冲裁力的计算由于本模具落料时采用刚性卸料装置，同时又没有冲裁件卡在凹 内，所以落料力就是冲裁力。由式 2.

19、 18)得F 冲裁=KLt Tb 2. 18)式中：L 冲裁周边长度；t 材料厚度；T 材料抗剪强度；K 系数。一般取1 . 3。由表 1 . 3 查得270 380M / Pa。取 t = 310M/ Pa。则F =1.3 3.14 X73.9 X2 .5 X310N 二 233 .8 KN2. 拉深力的计算 冲裁米用压料圈由式 4. 15） 得F 拉深=n dt eK1式中：t 材料厚度；d 拉深后的工件中径；（Tb 拉深件材料的抗拉强度。K1 修正系数；由表 1 . 3 查得 別=335 470M/ Pa。取400M/ Pa。由表4 . 6查得K =1则1F =3.14 X37.5 X2.5 X400 XN =117.8 KN3. 压边力的计申算在生产中，一次拉伸时的压边力可按拉伸力的0 . 25选取，即F =0. 25F=0. 25X 117. 8KN=2. 95KN4. 冲孔力的计算由式 2. 18）得拉申F冲孔二 KLt Tb (1.82.0 F总落料、 拉伸时F压力机 1. 82. 0) F = 638. 2709. 1) KN根据拉深力的计算结果和工件的高总度，选择压力机：J 23- 80公称压力/ KN滑块行程/ mm最大闭合咼度/ mm丟封闭高度调节/ mm80013038090巩固总台尺寸模柄孔尺寸/ 1mm立柱距离/mm身