紗筒沖壓件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

1、 目 錄摘 要。Abstract1 緒論。1.1 本課題的來源、目的和意義。1.2 沖壓的概念特點(diǎn)及應(yīng)用。1.3 沖壓的基本工序及模具。 1.4 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向.2 零件的工藝性分析。2.1 沖壓過程分析。2.2 沖壓方案確定。3 沖壓工藝設(shè)計(jì)計(jì)算。3.1 排樣、計(jì)算條料寬度及確定步距。3.2 計(jì)算沖壓力。3.3 落料拉深沖孔翻邊復(fù)合沖壓設(shè)備選用.4 復(fù)合?？傮w設(shè)計(jì)。4.1 計(jì)算壓力中心。4.2 凸、凹模刃口尺寸的確定。4.3 凸、凹模分別加工時(shí)的工作部分尺寸。4.4 凸、凹模配合加工時(shí)的工作部分尺寸。4.4.1 落料凸、凹模刃口尺寸計(jì)算。4.4.2 拉深凸、凹模尺寸計(jì)算.4.4.3

2、 沖孔模具尺寸計(jì)算5 復(fù)合模具總圖與零件設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)。參考文獻(xiàn)。一 緒論1.1課題來源、目的和意義 本課題主要針對(duì)沖壓模具中復(fù)合模具的設(shè)計(jì)，零件的成形過程包括落料、拉深、沖孔、翻遍多道工序，設(shè)計(jì)過程中要考慮大批量生產(chǎn)，因而要設(shè)計(jì)排樣，且提高模具的設(shè)計(jì)精度，在保證零件尺寸形狀精度的同時(shí)，提高材料的利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。1.2沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，沖壓加工技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，模具成型技術(shù)及模具設(shè)計(jì)與制造成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。近十幾年來，中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展十分迅速，特別是高新技術(shù)企業(yè)的快速發(fā)展加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?

3、論文介紹了沖壓模具特點(diǎn)及應(yīng)用、在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的狀況以及主要應(yīng)用領(lǐng)域，指出了沖壓模具的重要意義； 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓常是在常溫下對(duì)材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程技術(shù)。 沖壓所使用的模具成為沖壓模具，簡(jiǎn)稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工所需沖件的專用工具。沖模在沖壓種至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)

4、合才能得出沖壓件。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。（1） 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_床依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。（2） 沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量，二模具的壽命一般較長(zhǎng)，所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，具有“一模一樣”的特征。（3） 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上蟲咬

5、時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓強(qiáng)度和剛度要求高。（4） 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較長(zhǎng)，且不需要其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓見的成本較低。 但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形成產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的有點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多的采用沖壓加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機(jī)、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工業(yè)等行業(yè)。在這些部門中，沖壓件所占的比重都

6、相當(dāng)大，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造和切屑加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不能采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是很難實(shí)現(xiàn)的。1.3沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)種采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指是配料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上

7、訴兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包括含有多種單一工序。 在實(shí)際生產(chǎn)種，當(dāng)沖壓見的生產(chǎn)批量較大、尺寸較小而公差要求較小時(shí)，若用分散的但以工序來沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至于難于達(dá)到要求。這時(shí)在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或多種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，成為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級(jí)進(jìn)和復(fù)合-級(jí)進(jìn)三中組合方式。復(fù)合沖壓在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成兩種或良好總以上不同單一工序的一種組合方式。級(jí)進(jìn)沖壓在壓力機(jī)上的一次工作行程中，按一定的順序在同一模具的不同恭維上完成良好總或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。復(fù)

8、合-級(jí)進(jìn)在一副沖模上包含復(fù)合和級(jí)進(jìn)兩種方式的組合工序。沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模等。但不論何種類型的沖模，都可以看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機(jī)工作臺(tái)上，是沖模的固定部分。工作時(shí)，配料在下模面上通過定位零件定位，壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模下壓，在模具工作零件的作用下配料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的沖件。 回升時(shí)，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。1.4沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)

9、、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。 （1）.沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，過外多沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近幾年來國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始應(yīng)用塑性成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)

10、，可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模周期。研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴(kuò)大了沖壓加工敢為，目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá)到25mm精度可達(dá)IT1617級(jí)；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?，能加工出普通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果；采用爆炸等高效能成形方法對(duì)于加工各種尺寸、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實(shí)用意義；

11、利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑性成形，可以用一次成形代替多道普通沖床成形工序，這對(duì)于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)家領(lǐng)先水平的無模多點(diǎn)成形設(shè)備，解決了多點(diǎn)壓機(jī)成形法，從而可隨意改變變形路勁與受力狀態(tài)，提高了材料的成型極限，同時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無回彈成形。無模多點(diǎn)成形系統(tǒng)一CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。（2）沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件，在沖模的設(shè)計(jì)制造上，目前正朝著一下兩方面發(fā)展；一方面，為了適應(yīng)高速、自

12、動(dòng)、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多恭維、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精度、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模，聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。二，零件的工藝性分析2.1沖裁過程分析原始材料圖如下工件名稱；紗筒生產(chǎn)批量；大批量材料；10號(hào)鋼，t=0.4mm工件圖；如下圖1 圖1由圖可見，沖壓件零件圖上沒有標(biāo)注公差，只有公稱尺寸，則應(yīng)該給以標(biāo)注公差。圓形件按I

13、T10處理，沖模按IT6到IT7制造。按“入體”原則把它們逐個(gè)改為單向公差（目的是方便以后的刃口尺寸的計(jì)算）。外形部分，化為上偏差為零，下偏差為負(fù)；孔心距或距離的尺寸，按+-標(biāo)注。補(bǔ)標(biāo)公差后的零件圖如圖2所示圖22.3沖壓方案的確定該零件是一種紗筒，它是在紡織企業(yè)中一種儲(chǔ)紗的裝置，在自動(dòng)化生產(chǎn)線中可以提高生產(chǎn)效率。該零件主要工序包括落料，拉深，沖孔，翻遍四道工序，需要控制的尺寸有直徑101mm、45.5mm高度21mm、16.6mm、2.4mm半徑R1.5mm和R1.25mm。且零件表面質(zhì)量要求沒有痕跡，可以默認(rèn)公差等級(jí)為IT10。2.2沖裁方案確定 該零件屬于大批量生產(chǎn)，零件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，沖裁

14、壁厚很小，成形過程相互干涉；若用簡(jiǎn)單的落料、拉深、沖孔、翻邊單工序模具也可以達(dá)到?jīng)_壓要求，這樣的模具雖然簡(jiǎn)單了，但是沖壓所需要的設(shè)備和人員較多，沖壓工序中的定位也比較麻煩，而且工序較多，效率低故不被推廣。為較少零件在生產(chǎn)中的多次定位對(duì)其精度和生產(chǎn)率的影響，一要產(chǎn)品批量較大，對(duì)零件的一次性要求較高，二是要具有良好的沖裁性能，經(jīng)過反復(fù)比較，適宜采用較為復(fù)雜的復(fù)合模具生產(chǎn)。 三，沖壓工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 排樣圖計(jì)算排樣圖是多工位級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它具體反應(yīng)了零件在整個(gè)沖壓形成過程中，毛坯外形在調(diào)料上的截取方式和相鄰毛坯的關(guān)系，而且對(duì)材料的利用率、沖壓加工的工藝性，及模具的結(jié)構(gòu)和壽命有著顯著的影響。

15、故應(yīng)針對(duì)零件和零展開后的工藝特點(diǎn)，并綜合考慮工藝分析各個(gè)因素后，設(shè)計(jì)合理的排樣圖和具體工位安排。材料零件大批量生產(chǎn)，毛坯的直徑D為136mm，材料厚度為0.4mm圓件R=6 8mm2則則可設(shè)置如下圖排樣方式； 毛坯尺寸查表根據(jù)上圖尺寸算得D=136mm，修邊余量h=0.9mm；該制件為10號(hào)鋼，具有較好的成形性能，從結(jié)構(gòu)上看，零件主要結(jié)構(gòu)特征為：落料，拉深、沖孔、翻邊。制件成形后要求光潔，無傷痕，所以必須對(duì)模具精度要求較高，坯料相對(duì)厚度tD×100%=0.3%；先將制件看做無凸緣的圓通拉深件，判斷能否一次成形；坯料相對(duì)厚度=0.3；無凸緣圓筒件拉深的最大高度hd=0.207； 此拉深

16、件為階梯形拉深，制件的高度h=21mm最小直徑為94mm hdn=0.223；圓筒件第一次拉深成形的相對(duì)高度大于0.223；且根據(jù)公式有；My= 1.25極限拉深系數(shù)My>m1,故零件可一次拉深成形在確定搭邊值時(shí)，應(yīng)遵循一下原則：（1） 材料剛性越差，搭邊值越大；（2） 制件外形越復(fù)雜，搭邊值越大；（3） 厚度大，搭邊值越大由于材料厚度t=0.4mm 圓件r= 136mm>2t ；制件尺寸精度要求較高，所以采用有廢排樣方式；根據(jù)制件的結(jié)構(gòu)采用對(duì)排方式；確定搭邊值，查表得工件a1=1.2，側(cè)面a=1.5 如上圖所示步距S=137.2 條料寬度B=D+2a=139mm材料利用率=ABS

17、=76%。零件的相對(duì)厚度%，為了防止起皺，采用壓邊圈。 3.2沖壓力計(jì)算根據(jù)零件尺寸查表有；K卸=0.04 K推=0.065 K頂=0.08 則有；（1）落料力；F落=L =61.494KN 式中為材料的強(qiáng)度極限（2）拉深力；F拉= =42.683KN （由于拉深為一次性成形，d1=94.4mm,查表工件一次拉深的系數(shù)k1=1.0） (3 ) 翻邊力；由零件圖已知翻邊后的孔直徑為45.90mm，根據(jù)公式有：預(yù)置沖孔直徑d0=D1-(r+t/2)+2h h=H-r-t=0.75 則有d0=39.85mmd0即為筒形零件底部經(jīng)過沖孔后孔的直徑 由此根據(jù)公式有翻邊力；F翻=1.1t(D- d0) =

18、175.5N有上可得預(yù)置孔直徑即為拉深后在圓筒底部沖孔的直徑d0=39.85mm,則有 （4）沖孔力；F沖= L=d0=18.019KN (5) 卸料力；F卸=K卸F落 =2.460KN （6） 壓邊力；FQ= =19.26KN （7）推料力 F推=nK推F切=668.6N F總131KN 3.3落料拉深沖孔翻邊復(fù)合沖壓設(shè)備選用為使壓力機(jī)能安全工作，取=1.7*131kN =222.7kN故選用250KN的開式壓力機(jī)JH23-25。其主要技術(shù)參數(shù)如下：公稱壓力250kN；滑塊行程55mm；行程次數(shù)120次/min；裝模高度220mm；立柱間距220mm；電動(dòng)機(jī)功率1.5kW；工作臺(tái)面尺寸(mm

19、):450×300；模柄孔尺寸：40 mm×60 mm；墊板厚度：40mm。 四，落料拉深沖孔翻邊復(fù)合模工藝計(jì)算4.1計(jì)算模具壓力中心模具壓力中心就是沖裁力合力的作用點(diǎn)。沖模壓力中心應(yīng)盡可能和模柄軸線以及壓力機(jī)滑塊中心線重合，以使沖模平穩(wěn)的工作，減少導(dǎo)向件的磨損，從而提高模具壽命。沖模壓力中心的求法，采用求平行力系合力的作用點(diǎn)方法。由于絕大部分沖裁件沿沖裁輪廓線的斷面厚度不變，輪廓部分的沖裁力與輪廓長(zhǎng)度成正比，所以，求合力的作用點(diǎn)可轉(zhuǎn)化為求輪廓線的中心。由下圖可知，其壓力中心就在圓心上，即X0=0,Y0=04.2凸、凹模刃口尺寸的確定凸、凹模刃口尺寸的確定原則1）考慮落料和

20、沖孔的區(qū)別，落料件的尺寸取決于凹模。因此，落料模應(yīng)先決定凹模的尺寸，用減少凸模的尺寸來保證合理的間隙。沖孔件的尺寸取決于凸模，因此，沖孔件應(yīng)先決定凸模的尺寸，用增大凹模尺寸來保證合理的間隙。2）考慮刃口的磨損對(duì)沖件尺寸的影響。刃口磨損后尺寸變大，其刃口的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖件的最小極限尺寸；刃口磨損后尺寸變小，應(yīng)接近或等于沖件的最大極限尺寸。3）考慮沖件精度和模具精度之間的關(guān)系，選擇模具制造公差時(shí)，既要保證沖件的精度要求又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較沖件精度高23級(jí)。4.3凸、凹模分別加工時(shí)的工作部分尺寸為了保證沖模的間隙小于最大合理間隙（Zmax），凸模和凹模制造公差必須p+dZm

21、ax-Zmin4.4凸、凹模配合加工時(shí)的工作部分尺寸對(duì)于沖裁復(fù)雜形狀沖件的模具或單件生產(chǎn)的模具，其凸、凹模常采用分開加工的方法。凸凹模工作部分尺寸計(jì)算：其落料件按凹模磨損后尺寸增大，減小和不變的規(guī)律分三種。沖件按凸模磨損后尺寸減小，增大和不變的規(guī)律分三種。因?yàn)楣ぜ贈(zèng)_孔，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定凸模刃口尺寸并依次為基準(zhǔn)配置凹模，按磨損后其尺寸變大、變小、不變。4.4.1落料凸、凹模刃口尺寸計(jì)算工件尺寸為136(mm),根據(jù)計(jì)算原則，落料時(shí)以凹模為基準(zhǔn)。首先確定凹模刃口尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸，將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸。根據(jù)計(jì)算公式有；Dd=（Dmax-x）=（136-0.75）=135.25(mm)（由默認(rèn)零件公差為IT10,磨損系數(shù)X為1.0）Dp=(Dd-Zmin) =(Dmax-X-Zmin)=(136-0.75-0.02)=135.05(mm)(查表Zmin=0.02,且模具按IT6和IT7制造，則有)4.4.2拉深凸、凹模尺寸計(jì)算=1.1t=1.10.4=0.44mm 則拉深模間隙Z=0.88mm拉深模的圓角半徑;R凸=1.5mm R凹=8t=2.3mm凸凹模工作部分尺寸和公差；由于零件一次拉深成形，且拉深件為階梯件則凸凹模均有兩個(gè)尺寸D凹1=（D1-0.75）=（10