【《某龙头装饰盖产品的冲压工艺落料拉深复合模设计过程分析案例》6700字】

某龙头装饰盖产品的冲压工艺落料拉深复合模设计过程分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u12680某龙头装饰盖产品的冲压工艺落料拉深复合模设计过程分析案例 1248621.1产品介绍 1278831.2产品设计的冲压工艺性分析 267881.2.1产品材料的选用 3319151.2.2产品的精度等级 3152441.2.3产品的形状 372601.2.4产品的尺寸 3310441.3落料拉深复合模设计过程 475371.3.1落料凹模 454871.3.2凸凹模 5861.3.3拉深凸模 614561.3.4弹性卸料零件 7100811.3.5固定零件 9248951.3.6定位零件 12312961.3.7模架的选用 12125771.3.8推件装置 13178621.3.9弹性压边装置 14243691.3.10压力机的校核 17172291.3.11复合模模具装配图 181.1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落料拉深复合模设计过程1.3.1落料凹模（1）落料凹模的洞口形状此落料件为圆形件，结构简单，材料较薄，且模具为复合模，由《冷冲模设计》[20]得，采用直壁式凹模。（2）落料凹模的外形尺寸①凹模厚度由《简明冲压模具设计手册》[21]得，该落料凹模板厚度的计算公式为：H=kb（H≥15mm）（1.20）公式1.20中，各符号的含义为：k——系数；b——落料件的最大尺寸（mm）。对该工件，b=116mm；由《简明冲压模具设计手册》[21]表6-10得，当板料厚度t=1mm，b=116mm时，k=0.18。因此，可求得凹模厚度为H=0.18×116=20.88mm>15mm。对该落料拉深复合模，受模具结构的影响，为使拉深工序顺利进行，落料凹模的厚度要大于压边圈高度h1与工件高度h2之和。对该模具，压边圈高度h1=7mm，工件高度h2=35mm。因此，在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-66中选取标准值为H=45mm。②凹模壁厚由《简明冲压模具设计手册》[21]表6-9查得，当板料厚度t=1mm，冲孔尺寸为116mm时，凹模壁厚c=36mm。③凹模外形长宽值由落料凹模的壁厚及洞口尺寸可求得凹模板的尺寸为：。凹模外形长度：L=D+2c=（116+2×36）mm=188mm（1.21）凹模外形宽度：B=D+2c=（116+2×36）mm=188mm（1.22）公式1.21及1.22中，各符号的含义为：D——凹模刃口的基本尺寸（mm）；c——凹模壁厚度值（mm）。在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-66中选取凹模长宽的标准值为L=315mm，B=250mm。此落料凹模的三维结构图如图1.3.1所示。图1.3.1落料凹模（3）落料凹模的材料落料时，模具必须能承受一定的冲压力，不致损坏，因此，对该落料凹模的硬度有一定的要求。对于该形状简单的凹模，采用T10A来制造，其热处理后的硬度略高于凸模，为60~64HRC。（4）落料凹模的固定方式落料凹模由四个紧固螺钉以及两个定位销钉固定于下模座上。1.3.2凸凹模（1）凸凹模的结构由于此凸凹模截面形状为圆形，因此，将其设计成台阶式的结构形式。（2）凸凹模的尺寸①凸凹模长度由《简明冲压模具设计手册》[21]得，凸凹模的长度计算公式为：L=h1+公式1.23中，h1——凸凹模固定板厚度（mm）；h2——模具非工作状态时橡胶的压缩量（mm）；h3——卸料板的厚度（mm）。对该模具，h1=28mm；h2=28mm；h3=18mm。因此，可求得凸凹模长度为：L=28+28+18=74mm②凸凹模壁厚已知工件的结构与尺寸，可求得该凸凹模工作部分的厚度c=116-672=24.5mm。为尽可能增大凸凹模的强度，提高其使用寿命，对其壁厚有一定的要求。由《冷冲模设计》[20]图1.3.2凸凹模（3）凸凹模的材料该凸凹模为圆柱形，结构简单，采用T10A制造，对其进行热加工之后的硬度可以达到58~62HRC。（4）凸凹模的固定此凸凹模利用其台阶部分固定于凸凹模固定板的孔中，从而固定于模具上。1.3.3拉深凸模（1）拉深凸模的结构该凸模的截面形状为圆形，采用台阶式结构。其中，凸模的固定部分做成圆形。（2）拉深凸模的长度为控制冲压时各工序的顺序，即先进行落料再拉深，应使拉深凸模的刃口端面与落料凹模板上端面保持一定的距离。该拉深凸模为非标准件，因此采用下式进行计算：L=h1+公式1.24中，h1——拉深凸模固定板厚度（mm）；h2——落料凹模厚度（mm）；h3——拉深凸模低于落料凹模的长度（mm）。对该模具，h1=40mm；h2=45mm；h3=2mm。因此，可求得拉深凸模长度为：L=h1+h2-h3=40+45-2=83mm。此拉深凸模的三维结构图如图1.3.3所示。图1.3.3拉深凸模（3）拉深凸模的材料该拉深凸模为圆柱形，结构简单，采用T10A制造，热处理后的硬度为58~62HRC。（4）拉深凸模的固定此拉深凸模利用拉深凸模固定板将其间接固定于下模座中。1.3.4弹性卸料零件用于该产品成形的板料厚度t=1mm，卸料时要采用卸料运动平稳的弹性卸料装置来保证工件的平整要求。该复合模中各零件的具体结构及尺寸如下。（1）弹性卸料板卸料板的长宽值与落料凹模板的长宽值相等，即卸料板长度L=315mm，卸料板宽度B=250mm。卸料板厚度在《冲压简明模具设计手册》[24]表15.27中查得，当冲件料厚t=1mm，卸料板宽度B=250mm时，卸料板厚度=18mm。在卸料时，由于卸料板与板料之间会产生很大的冲击与摩擦，为使卸料过程顺利进行，卸料板必须有足够的抗磨损能力，因此，选择耐磨性较好的45钢作为其材料。此卸料板的三维结构图如图1.3.4所示。图1.3.4卸料板（2）橡胶元件橡胶能承受较大冲压力，且便于工人安装更换，价格低，广泛用于冷冲模中。该模具所用橡胶材料为聚氨酯(PUR)。由《冲压简明模具设计手册》[24]表15.40中选取规格为：D=45mm，H=32mm，d=12.5mm，数量为2的橡胶。由《简明冲压模具设计手册》[21]得，橡胶的HD应满足：0.5≤HD由于为两个橡胶共同承担卸料力，因此，每个橡胶所承受的卸料力为：F卸'=橡胶的许可压缩量为：f=0.35×H=0.35×32=11.2mm（1.26）公式1.26中，0.35为橡胶的许可压缩压缩系数；H为橡胶自由高度。橡胶的总压缩量为：f总=f公式1.27中，各符号含义为：f预为模具非工作状态时橡胶的压缩量，对该模具，f预取4mm；f卸为卸料板的卸料行程，要比板料厚度多1mm，即f卸=2mm；f刃为模具刃口部分的刃磨量，一般为2~3mm，取2mm。由于橡胶的总压缩量f总小于橡胶的许可压缩量f，因此，满足要求。橡胶的三维结构图如图1.3.5所示。图1.3.5橡胶（3）卸料螺钉卸料螺钉的标准在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-50中选取，其结构为圆柱头内六角；尺寸为M10，L=90mm，H=12mm；材料为45钢；数量为2。此卸料螺钉的三维结构图如图1.3.6所示。图1.3.6卸料螺钉1.3.5固定零件（1）模柄①模柄结构为使模具正常工作，必须通过模柄来将其与压力机间接相连。对该模具，采用的模柄结构为压入式，其中，模柄与上模座不产生相对运动。②模柄尺寸模柄标准在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-62中选取，选取d=50mm，d1=52mm，d2=61mm，L=125mm，L1=55mm，L2=8mm，L3=5mm，材料为Q235-A·F的模柄。模柄的三维结构图如图1.3.7所示。图1.3.7模柄（2）固定板固定板的作用是将凸模或凹模间接固定于上下模座上。其长宽值与凹模板的长宽值相等。固定板中孔的尺寸应与凸模、凹模固定部分相匹配。①凸凹模固定板在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-67中选取凸凹模固定板的标准，其尺寸为L×B×H=315mm×250mm×28mm，材料为45钢。凸凹模固定板的三维结构图如图1.3.8所示。②拉深凸模固定板在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-67中选取拉深凸模固定板的标准，其尺寸为L×B×H=315mm×250mm×40mm，材料为45钢。拉深凸模固定板的三维结构图如图1.3.9所示。图1.3.8凸凹模固定板图1.3.9拉深凸模固定板（3）垫板垫板的长宽值与凹模板的长宽值相等。①上模座与凸凹模之间的垫板在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-68中选取该垫板的标准，所选的上垫板的尺寸为L×B×H=315mm×250mm×10mm，材料为45钢。上垫板的三维结构图如图1.3.10所示。②下模座与拉深凸模之间的垫板在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-68中选取该垫板的标准，所选的下垫板的尺寸为L×B×H=315mm×250mm×10mm，材料为45钢。下垫板的三维结构图如图1.3.11所示。图1.3.10上垫板图1.3.11下垫板（4）紧固螺钉①上模座紧固螺钉上模座紧固螺钉用于将落料凸模与拉深凹模（即凸凹模）固定于上模座。其标准在《工程图学基础》[25]附表9中选取，选取结构为内六角圆柱头，规格为M10，l=70mm，材料为45钢的螺钉，数量为2。上模座紧固螺钉的三维结构图如图1.3.12所示。②下模座紧固螺钉下模座紧固螺钉用于将落料凹模及拉深凸模固定于下模座。其标准在《工程图学基础》[25]附表9中选取，选取结构为内六角圆柱头，规格为M10，l=100mm，材料为45钢的螺钉，数量为4。下模座紧固螺钉的三维结构图如图1.3.13所示。图1.3.12上模座紧固螺钉图1.3.13下模座紧固螺钉（5）定位销钉①上模座定位销钉其标准在《工程图学基础》[25]附表16中选取，选取d=12mm，l=80mm，c=2.5mm，材料为45钢的圆柱销，数量为2。上模座定位销钉的三维结构图如图1.3.14所示。②下模座定位销钉其标准在《工程图学基础》[25]附表16中选取，选取d=12mm，l=140mm，c=2.5mm，材料为45钢的圆柱销，数量为2。下模座定位销钉的三维结构图如图1.3.15所示。图1.3.14上模座定位销钉图1.3.15下模座定位销钉1.3.6定位零件定位零件用于确保条料送料方向、送料步距以及冲压加工时毛坯位置是否准确。（1）挡料销挡料销是用来确保冲压加工过程中，模具每进行一次冲压工作，条料所移动的距离，起到固定条料位置的作用。在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-30选择挡料销的标准，其结构为固定型圆形A型；尺寸为d=6mm，d1=3mm，h=3mm，L=8mm；材料为45钢；数量为1。固定挡料销的三维结构图如图1.3.16所示。（2）导料销控制条料送料方向的零件有导料销和导料板。对该复合模，通过在条料单边放置两个固定导料销来确保条料送入时方向的正确性。在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-30选择导料销的标准，选取d=6mm，d1=3mm，h=3mm，L=8mm，材料为T8的导料销，数量为2。导料销的三维结构图如图1.3.17所示。图1.3.16挡料销图1.3.17导料销1.3.7模架的选用（1）模架的结构形式此模具选用后侧导柱式的模架，采用两个导柱及两个导套进行导向。上下模座的材料为灰铸铁HT200，导柱、导套的材料为20钢。（2）模架参数由《简明冲压模具设计手册》[21]表6-73中选择该模架的标准，选择的模架的参数如表3-3所示。表3-3模架的部分参数表凹模周界闭合高度H零件上模座下模座A型导柱A型导套L/mmB/mm最小/mm最大/mm规格/mm315250275320315×250×55315×250×7040×26040×140×53由于该模架的L×B>200mm×160mm，因此，上模座采用与下模座相同的结构。该模架中各零部件的具体参数可在《简明冲压模具设计手册》[21]中查得。其中，上模座、下模座、A型导柱、A型导套的三维结构图分别如图1.3.18、图1.3.19、图1.3.20、图1.3.21所示。图1.3.18上模座图1.3.19下模座图1.3.20A型导柱图1.3.21A型导套1.3.8推件装置对该落料拉深复合模，由于拉深凹模在上模，因此，冲压过程中需采用推件装置将拉深件从凹模中推出。（1）推件装置结构此推件装置由推杆和推件板组成。推件动作为推杆直接作用于推件板进行推件。（2）推杆推杆的标准由《简明冲压模具设计手册》[21]表6-46中选取，其结构为带肩式A型；尺寸为d=20mm，L=220mm，d1=24mm；材料为45钢；数量为1。推杆的三维结构图如图1.3.22所示。图1.3.22推杆（3）推件板推件板形状为圆柱形，材料为45钢。推杆放置在推件板几何中心。推件板的三维结构图如图1.3.23所示。图1.3.23推件板1.3.9弹性压边装置对该复合模具，为保证拉深件的质量，减轻其起皱的现象，拉深时应设置压边装置。该模具的压边装置为弹性的，由橡胶元件、双头螺柱、螺母、顶杆、垫板、垫圈以及压边圈组成。（1）橡胶元件该装置中所用橡胶材料为聚氨酯（PUR）。由《冲压模具设计师速查手册》[24]表10.12.6中选取橡胶规格为：D=60mm，H=80mm，d=14mm，数量为2。由《简明冲压模具设计手册》[21]得，橡胶的HD应满足：0.5≤HD由于为两个橡胶共同承担压边力，因此，每个橡胶所承受的压边力为：F压'=橡胶的许可压缩量为：f=2×0.35×H=2×0.35×80=56mm（1.29）公式1.29中，0.35为橡胶的许可压缩压缩系数；H为橡胶自由高度。橡胶的总压缩量为：f总=f公式1.30中，各符号含义为：f预为橡胶的预压缩量，对该模具，f预取8mm；f压为压边圈的工作行程，对该模具，f压=36mm；f刃为模具刃口部分的刃磨量，一般为2~3mm，取2mm。由于橡胶的总压缩量f总小于橡胶的许可压缩量f，因此，满足要求。橡胶的三维结构图如图1.3.24所示。图1.3.24橡胶（2）双头螺柱在《工程图学基础》[25]附表11中选取双头螺柱，参考标准GB/T897-1988，选取规格为M12，d=12mm，bm=12mm，l=180mm，b=36mm，材料为Q235的B型双头螺柱，数量为1。双头螺柱的三维结构图如图1.3.25所示。图1.3.25双头螺柱（3）螺母在《工程图学基础》[25]附表12中选取螺母，参考标准GB/T6170-2000，选取规格为M12，D=12mm，m=10.5mm，s=18mm，材料为Q235的螺母，数量为2。螺母的三维结构图如图1.3.26所示。图1.3.26螺母（4）顶杆在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-47中选取顶杆，选择d=20mm，L=160mm，材料为45钢的顶杆，数量为4。顶杆的三维结构图如图1.3.27所示。图1.3.27顶杆（5）橡胶垫板在《简明冲压模具设计手册》[21]表6-68中选取橡胶垫板，选择L=125mm，B=125mm，H=6mm，材料为45钢的垫板，数量为2。其三维图如图1.3.28所示。图1.3.28橡胶垫板（6）垫圈在《工程图学基础》[25]附表13中选取垫圈，选取d=12mm，d1=13mm，d2=24mm，h=25mm，材料为Q235的A型平垫圈，数量为1。其三维结构图如图1.3.29所示。图1.3.29垫圈（7）压边圈压边圈的尺寸由模具结构决定。其壁厚c=116-