【《某龙头装饰盖产品的冲压工艺设计计算》7200字】

某龙头装饰盖产品的冲压工艺设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u111801.1产品介绍 1298981.2产品设计的冲压工艺性分析 2230551.2.1产品材料的选用 339281.2.2产品的精度等级 329151.2.3产品的形状 387071.2.4产品的尺寸 3252301.3工艺设计计算 4260101.3.1拉深件毛坯直径的确定 4226871.3.2拉深次数的确定 5277801.3.3排样设计与计算 514491.3.4计算冲压力并初选压力机 9104081.3.5模具压力中心的计算 12280551.3.6模具工作零件凸模、凹模刃口尺寸的计算 131.1产品介绍该产品为水龙头装饰盖，又叫水龙头遮丑盖，主要是用来遮挡装水管时墙壁上遗留下来的孔洞，让水龙头看起来美观，在日常生活中随处可见。由于该产品为一装饰品，因此，对其精度要求不高，精度等级为IT13；装饰盖的材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，有良好的塑韧性；该产品的外形尺寸为：高度为35-0.18+0.21mm、内径为Φ65-0.23+0.23mm、中间孔居中，冲孔内径为Φ图1.1.1水龙头装饰盖的二维图图1.1.2水龙头装饰盖的三维立体图1.2产品设计的冲压工艺性分析产品的质量是由其设计过程所决定的，产品设计环节是产品整个制作过程中最关键的一步。产品设计所需成本虽不高，但若设计不合理，该产品也就毫无价值可言。所谓产品的冲压工艺性，是指冲压产品的形状、尺寸、材质、精度等对冲压加工工艺的适应程度，冲压工艺性好，即产品可以通过冲压加工的方法，在保证模具寿命且成本不高的前提下很好地加工成形。产品的工艺性不单单影响着产品的质量好坏、原材料的利用程度，其对模具的寿命、可靠性等也有很大的影响。因此，对产品进行工艺性分析是任何冲压模具设计的前提。对产品进行工艺性分析主要包括以下几个方面。1.2.1产品材料的选用该产品为水龙头装饰盖。作为生活中离不开的产品，其材质绝对是需要重点考察的一个方面。目前市场上比较流行的水龙头装饰盖的材质为不锈钢1Cr18Ni9Ti。这种钢性能良好，有很好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性能，易于加工成形。并且，这种钢的抗拉强度σb≥550MPa，屈服强度σs≥200MPa，伸长率≥40%，满足水龙头装饰盖的使用要求，因此，被广泛应用于制造业。1.2.2产品的精度等级由于该产品为装饰性零件，因此实际生产中对其精度要求不高，其精度等级为IT13。利用冷冲压模具对工件进行加工可以达到的精度一般为IT12~IT10级，精度较高的可以达到IT10~IT8。由于该产品的精度为IT13，精度不高，因此，可以满足产品精度等级的要求。1.2.3产品的形状该冲压件为圆形件，形状简单且轴对称，不存在尖角，在一定程度上避免了冲压时的开裂现象，有利于对其加工成形。1.2.4产品的尺寸冲压时，为保证模具的正常使用，使其在工作过程中不被损坏，因此，对产品的尺寸有一定的要求。①孔与边缘的最小距离：由《冷冲模设计》[20]图4-72得，孔与边缘的最小距离应大于2t（t为板料厚度）。该冲压件的孔与边缘的距离是17mm，板料厚度为t=1mm，因此，满足要求。②孔的最小直径：由《冷冲模设计》[20]图4-72得，冲压件上的最小孔径d应该大于1.5t（t为板料厚度）。该冲压件冲孔的直径d=33mm，板料厚度t=1mm，因此，满足要求。③拉深件的相对高度：由《简明冲压模具设计手册》[21]得，当拉深前毛坯的厚度t=1mm，且拉深后制件的高度H≤（0.5~0.7）d（d为圆筒形件的直径）时，拉深件为浅拉深件，拉深比较容易，可实现一次拉深成形。此工件H=35mm，d=67mm，因此，满足要求，拉深易于实现。④拉深件的圆角：由《简明冲压模具设计手册》[21]得，为使工件可以顺利拉深成形，拉深件底部圆角半径r应满足r≥（3~5）t（t为料厚，mm），并使拉深凸模刃口处圆角半径rp≥t，凹模刃口处圆角半径rd≥2t，一般取rp=（3~5）t，rd=（5~10）t。此冲压件r=4mm，t=1mm，rp=4mm，rd=6mm，因此，满足要求。⑤拉深件上孔的位置：该拉深件上的孔均匀分布在此拉深件的底端，有利于冲孔的顺利进行。1.3工艺设计计算1.3.1拉深件毛坯直径的确定（1）修边余量Δh的确定拉深时，毛坯在各个方向上性能不同，并且，拉深凸、凹模各处的间隙不相等，使得产品成形之后表层不整齐，不满足使用要求，要增加修边工序来对工件进行修整。因而，在计算拉深件毛坯直径时，必须要把修边余量计入工件。由《冷冲模设计》[20]表6-2查得，当拉深件的高度h=35-0.5=34.5mm，相对高度h/d=34.5/（67-1）=0.5227时，该圆筒形拉深件的修边余量Δh=2mm。（2）毛坯直径的计算拉深后工件的面积可采用求和的方式进行计算，即将工件划分成几个形状规则、面积易求的部分，最终求和可得到工件整体的面积，其数值与拉深前落料毛坯的面积相等，因而，可求得毛坯直径。由《简明冲压模具设计手册》[21]表4-11查得该圆筒形零件毛坯直径展开公式为：D=d22公式1.1中，各符号的含义为：d2——圆筒部分的直径（mm）；r——拉深件底部圆角半径（mm）；h——拉深件直壁部分高度（mm）；H——拉深后工件的高度（mm）。其中，各个尺寸代入的均为中性层的尺寸。对该零件，d2=66mm，H=34.5+Δh=34.5+2=36.5mm（Δh为修边余量），r=4.5mm，代入式1.1得该零件的毛坯尺寸为：D=1.3.2拉深次数的确定若该工件的拉深次数为一次，则需要的拉深系数为：m=dD=公式1.2中，d——圆筒形件中性层处的直径（mm）；D——拉深毛坯的直径（mm）。对该圆筒形件，其毛坯相对厚度的计算公式为：tD×100=1公式1.3中，t——板料厚度（mm）；D——拉深前毛坯的直径（mm）。由《冲压工艺学》[22]表4-5查得，当拉深毛坯t/D=0.8621时，工件初次拉深至最大高度时的m1=0.55。由于m>m1，因此，该产品的拉深次数为一次。1.3.3排样设计与计算（1）排样方法所谓排样，即冲裁时工件在条料上摆放的位置与形式。排样方法的确定是冲压加工设计环节的必经之路。采用正确的排样方法能减少条料的损耗、提高产品制造过程的速度、确保产品的质量与精度满足使用要求，对产品的正确冲压成形起着决定性的作用。板料上工件的排样方法各式各样，要根据产品的结构，从中选择最优的排样方法。由于落料后工件的截面形状为圆形，几何形状简单，因此，排样方法选用简单的直排法。（2）搭边值的确定搭边值的大小是冲压加工时，条料上相邻工件间或工件与条料单侧间距离的最小值。由《冷冲模设计》[20]表3-10查得：当板料厚度t=1mm且工件为圆形件时，两工件间的最小距离a=0.8mm，工件与条料单侧间的最小距离a1=1.0mm。（3）送料步距的计算送料步距是指冲裁时，冲压模具从上一次冲裁结束到下一次冲裁开始，条料沿着送料方向所走的距离。由《冷冲模设计》[20]得，模具一个工作行程只加工一个工件时，送料步距的计算公式为：A=D+a（1.4）公式1.4中，各符号的含义为：D——沿着送料方向的冲压件宽度，这里为落料毛坯的直径（mm）；a——工件之间的搭边值（mm）。对此工件，D=116mm，a=0.8mm，所以，冲压时的送料步距为：A=116+0.8=116.8mm。（4）条料宽度的计算由于落料时条料的导向由两个单侧导料销来保证，使得条料不会任意摆动，能有效保证冲压加工过程的可靠性。因此，对该模具，由《冷冲模设计》[20]得，条料宽度的计算公式为：B=（D+2a1+∆）公式1.5中，各符号的含义为：D——落料毛坯的直径（mm）；a1——平行于条料宽度方向的搭边值（mm）；Δ——剪切得到条料时的下偏差值（mm）。对此工件，D=116mm，a1=1.0mm，Δ由《冷冲模设计》[20]表3-11查得为0.5mm，因此，可计算得出条料宽度为：B=（116+2×1+0.5）（5）材料利用率的计算材料利用率是最终产品中所包含的材料量与加工该产品所消耗材料量的比值。它反映了材料的实际利用情况。其中，材料的利用率越高，材料就会被利用的越多，产生的废料越少，生产成本也会降低。该水龙头装饰盖产量大，要求冲压的生产率高，对冲压时的生产率有一定要求，因此，提高材料的利用率至关重要。使得该产品加工成形的材料为板料。通常，板料形状为矩形，在保证条料宽度的前提下可沿矩形板料的长和宽进行裁剪。其中，沿板料的短边裁称为横裁，沿板料的长边裁称为纵裁。选择裁板方法时，要考虑生产效率、操作是否方便、以及材料利用率等因素。纵裁操作方便，工件生产率高，所以正常情况下应优先采用纵裁。由《简明冲压模具设计手册》[21]表1-12查得，厚度为1mm的钢板，冲压常用板料的尺寸标准有（厚度×宽度×长度）：1.0mm×500mm×1000mm、1.0mm×600mm×1200mm、1.0mm×800mm×1500mm三种。由《冷冲模设计》[20]得，整个板料的总利用率计算公式为：η0=n公式1.6中，各符号的含义为：n——冲压板料上所加工零件的总数量；L——板料长度（mm）；B——板料宽度（mm）；S2——工件的面积（mm2）。对该落料件，其面积为：S2（a）板料尺寸为1.0mm×500mm×1000mm时：①横裁经计算可得，板料长度L/条料宽度=1000/118.5=8.439，板料宽度B/送料步距A=500/116.8=4.281，所以整个板料实际加工零件数为n=4×8=32件。该工件的面积S2=10568.32mm2，板料长度L=1000mm，板料宽度B=500mm，代入式1.6得该排样方法的材料利用率为：η②纵裁经计算可得，板料宽度B/条料宽度=500/118.5=4.219，板料长度L/送料步距A=1000/116.8=8.562，所以整个板料实际加工零件数为n=4×8=32件。该工件的面积S2=10568.32mm2，板料长度L=1000mm，板料宽度B=500mm，代入式1.6得该排样方法的材料利用率为：η（b）板料尺寸为1.0mm×600mm×1200mm时：①横裁经计算可得，板料长度L/条料宽度=1200/118.5=10.127，板料宽度B/送料步距A=600/116.8=5.137，所以整个板料实际加工零件数为n=5×10=50件。该工件的面积S2=10568.32mm2，板料长度L=1200mm，板料宽度B=600mm，代入式1.6得该排样方法的材料利用率为：η②纵裁经计算可得，板料宽度B/条料宽度=600/118.5=5.063，板料长度L/送料步距A=1200/116.8=10.274，所以整个板料实际加工零件数为n=5×10=50件。该工件的面积S2=10568.32mm2，板料长度L=1200mm，板料宽度B=600mm，代入式1.6得该排样方法的材料利用率为：η（c）板料尺寸为1.0mm×800mm×1500mm时：①横裁经计算可得，板料长度L/条料宽度=1500/118.5=12.658，板料宽度B/送料步距A=800/116.8=6.849，所以整个板料实际加工零件数为n=6×12=72件。该工件的面积S2=10568.32mm2，板料长度L=1500mm，板料宽度B=800mm，代入式1.6得该排样方法的材料利用率为：η②纵裁经计算可得，板料宽度B/条料宽度=800/118.5=6.751，板料长度L/送料步距A=1500/116.8=12.842，所以整个板料实际加工零件数为n=6×12=72件。该工件的面积S2=10568.32mm2，板料长度L=1500mm，板料宽度B=800mm，代入式1.6得该排样方法的材料利用率为：η综上可得，板料长1200mm，宽600mm，厚1mm时，材料利用率最高，且横裁与纵裁的材料利用率相同，均为71.39%。因此，采用纵裁的裁板方式。（6）排样图的绘制用UG软件绘制的该工件的排样图如图1.3.1所示。由此排样图可以得到以下信息：条料的宽度为118.5-0.5图1.3.1排样图1.3.4计算冲压力并初选压力机冲压加工所需压力由压力机来提供。为保证产品的顺利加工成形，在选取压力机型号时要保证所选压力机满足冲压加工的要求。1.3.4.1落料拉深复合模（1）冲压力的计算不同结构的模具所包含的冲压力的种类不同，要根据模具的具体结构列举出所有的冲压力，并通过分析计算得到其总的冲压力。该复合模具进行一次冲压工作，可以完成产品落料及拉深两个工序的加工，并且，由于该模具中的卸料装置为弹性的、推件装置为刚性的、压边装置为弹性的，因此，该模具的冲压力有：落料力、卸料力、拉深力及压边力。①落料力的计算由《冷冲模设计》[20]得，落料力的计算公式为：F落=Ltσ公式1.7中，各符号的含义为：L——圆形落料件的周长（mm）；t——冲压钢板的厚度（mm）；τ——板料抵抗模具刃口切断时产生的强度，即抗剪强度（MPa）。对该工件，L=πD=116×π=364.42mm；t=1mm；由《冷冲模设计》[20]表2-3查得，不锈钢1Cr18Ni9Ti的抗剪强度为451MPa~511MPa，取τ=480MPa。将上述参数代入式1.7可得落料力为：F②拉深力的计算由《简明冲压模具设计手册》[21]表4-50得，工件拉深次数为一次时，拉深力的计算公式为：F拉=πdtσ公式1.8中，各符号的含义为：d——拉深件圆筒部分的直径（mm）；σb——材料受拉被拉断前所能承受的最大拉应力，即抗拉强度（MPa）；k——修正系数。对该工件，d=66mm；t=1mm；材料的抗拉强度在一般情况下满足σb=1.3τ，由上文可知τ为480MPa，所以σb=1.3τ=1.3×480=624MPa；k可由《冷冲模设计》[20]表6-11查得，k=1。最终，将上述各数值代入式1.8可以求得拉深力为：F③卸料力的计算由《冷冲模设计》[20]得，卸料力的计算公式为：F卸=K公式1.9中，各符号的含义为：K卸——卸料力系数；F——落料力（N）。对该工件，由《冷冲模设计》[20]表3-8得，板料厚度为1mm时，K卸为0.025~0.06，另K卸=0.05。最终，可以求得卸料力为：F④压边力的计算1）确定是否采用压边圈经计算，该落料毛坯的相对厚度为tD×100=1116×100=0.8621。由《冲压工艺学》[22]表4-5查得，当t/D=0.8621时，工件第一次拉深至极限高度时的拉深系数m1=0.55，由《冷冲模设计》[20]2）压边力的确定由于该产品经过一次拉深工序即可成形，由《简明冲压模具设计手册》[21]表4-47得，其压边力的计算公式为：F压=π公式1.10中，各符号的含义为：D——落料件的直径（mm）；d1——拉深件的直径（mm）；rd——凹模刃口处圆角半径（mm）；p——工件单位面积所受压边圈的压力（MPa）。对该工件，D=116mm；d1=66mm；p可由《简明冲压模具设计手册》[21]表4-48查得，为3~4.5MPa，取p=4MPa；rd=（5~10）t，在此取rd=6mm。因此，压边力为：F⑤总冲压力的计算由于F落>F拉，因此，总冲压力为：F总=F（2）压力机的选取该拉深件的相对高度H/D=35/67=0.5，属于浅拉深件。对该类型的拉深件，由《冷冲模设计》[20]可得压力机所能提供压力的最大值与所需冲压力的关系为：F总≤（0.7~0.8）F公称。式中，F表3-1压力机部分参数表型号标称压力/kN滑块行程/mm行程次数/（次/min）连杆调节长度/mm最大装模高度/mm工作台尺寸模柄孔尺寸电动机功率/kW前后×左右/(mm×mm)直径×深度/(mm×mm)J23-636301305080360480×170Φ50×705.51.3.4.2冲孔单工序模（1）冲压力的计算由于该冲孔单工序模具卸料时采用的是弹性卸料，并且，工件由冲孔凹模洞口落下，因此，总冲压力包括冲孔力、卸料力以及推件力。①冲孔力的计算由《冷冲模设计》[20]得，冲孔力的计算公式为：F冲=Ltσ公式1.12中，各符号的含义为：L——所要冲压的孔的周长（mm）；t——冲压钢板的厚度（mm）；τ——材料的抗剪强度（MPa）。对该工件，L=πD=33×π=101.67mm；t=1mm；不锈钢1Cr18Ni9Ti的抗剪强度由《冷冲模设计》[20]表2-3查得为451MPa~511MPa，取τ=480MPa。因此，冲孔力为：F②卸料力的计算由《冷冲模设计》[20]得，卸料力的计算公式为：F卸=K公式1.13中，各符号的含义为：K卸——卸料力系数；F——冲裁力（N），在这里为冲孔力。对该工件，由《冷冲模设计》[20]表3-8得，板料厚度为1mm时，K卸为0.025~0.06，取K卸为0.05。因此，可求得卸料力为：F③推件力的计算由《冷冲模设计》[20]得，推件力的计算公式为：F推=n×K公式1.14中，各符号的含义为：n——凹模洞口内被卡冲孔件的数量，取1；K推——推件力系数；F——冲孔力（N）。对该工件，由《冷冲模设计》[20]表3-8查得，料厚为1mm的钢的K推为0.05。因此，可以求得推件力为：F④总冲压力的计算F总=F（2）压力机的选取对该冲孔模具，选择标称压力为250kN，代号为J23-25的压力机。其部分参数值如表3-2所示。表3-2压力机部分参数表型号标称压力/kN滑块行程/mm行程次数/（次/min）连杆调节长度/mm最大装模高度/mm工作台尺寸模柄孔尺寸电动机功率/kW前后×左右/(mm×mm)直径×深度/(mm×mm)J23-252506555/10555270370×560Φ50×702.21.3.5模具压力中心的计算由于两套模具所得的制品均为圆形件，形状对称，因此，落料拉深复合模及冲孔单工序模的压力中心均为制品的几何中心。各模具的压力中心如图1.3.2所示。a）复合模b）冲孔模图1.3.2模具的压力中心1.3.6模具工作零件凸模、凹模刃口尺寸的计算1.3.6.1落料拉深复合模（1）落料凸模、凹模刃口尺寸的计算由于各冲裁模具的制造方法不同，所以其尺寸的计算方式就不同，凸模和凹模加工主要有两种方式：凸、凹模分别加工及凸、凹模配合加工。当采用前者进行模具加工时，为保证模具间的间隙满足冲压要求，凸模与凹模制造时应满足以下条件：|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin。式中，δp：凸模制造公差值，δd：凹模制造公差值。由《冲压工艺学》[22]表2-3得，材料厚度为1mm的不锈钢，凸模与凹模均无磨损时的双边间隙为：Zmax=0.070mm、Zmin=0.050mm。对该落料件，由《冲压工艺学》[22]表2-6可得，其凸模与凹模制造时的公差值分别为：δp=-0.025mm，δd=0.035mm。由于|δp|+|δd|=0.025+0.035=0.060mm>Zmax-Zmin=0.070-0.050=0.020mm，不满足凸模与凹模分别加工的条件，因此，要采用配合加工，先对落料凹模进行设计，再根据模具间隙要求对凸模进行设计。由《冲压工艺学》[22]得，凹模刃口尺寸计算公式为：Ad=（公式1.16中，各符号的含义为：Amax——落料件尺寸的最大值（mm）；∆——尺寸公差（mm）；x——磨损系数。对该工件，由《互换性与测量技术》[23]表2-3得，基本尺寸为116mm，公差等级为IT13的工件公差值∆=0.54mm，所以落料件的尺寸及公差为116-0.540mm，因此，AmaxA落料凸模工作部分的尺寸要根据落料凹模及模