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1、会计学1筒盖零件冲压工艺筒盖零件冲压工艺CAE分析及冲压模具分析及冲压模具设计设计冲压成型工艺分析冲压成型工艺分析 n n08F08F中中F F表示是沸腾钢，表示是沸腾钢，0808表示为含碳量为万分之八表示为含碳量为万分之八 ，它属，它属于优质碳结构钢而且市场上也容易购得此材聊。于优质碳结构钢而且市场上也容易购得此材聊。08F08F的强的强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，正火后切削加工性尚可，退火后导磁率较高，和焊接性，正火后切削加工性尚可，退火后导磁率较高，剩磁较少，但淬透性、淬硬性极低剩磁较少，但淬透性、淬硬性极
2、低 。此工件为。此工件为08F08F，厚度，厚度为为1mm,1mm,具有良好的冲压性能，适合冲裁，具有良好的冲具有良好的冲压性能，适合冲裁，具有良好的冲压工艺性。冲裁件的形状简单，对称，都是由圆弧和直线压工艺性。冲裁件的形状简单，对称，都是由圆弧和直线组成。冲裁件也没有过长的悬臂和狭槽，其最小宽度要大组成。冲裁件也没有过长的悬臂和狭槽，其最小宽度要大于料厚于料厚t t的两倍，即的两倍，即b b2t2t。由工件图看，该工件只有落料，。由工件图看，该工件只有落料，拉伸，冲孔和翻边四个工序。冲裁件内，外形应尽量避免拉伸，冲孔和翻边四个工序。冲裁件内，外形应尽量避免有尖锐清角，拉深部分有有尖锐清角，拉
3、深部分有R=4mmR=4mm的拉深圆角过渡。该工的拉深圆角过渡。该工件有一个件有一个24mm24mm的孔的孔,孔与边缘之间的距离是孔与边缘之间的距离是28mm28mm。08F08F钢钢冲压性能较好冲压性能较好,孔与外缘的壁厚较大孔与外缘的壁厚较大,并且尺寸精度要求不并且尺寸精度要求不高，高，复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。因此因此,可以采用复合冲压工序可以采用复合冲压工序,这样可以大大提高工作效率这样可以大大提高工作效率,并减并减轻工作量轻工作量,节约能源节约能源,降低成本降低成本,而且避免原有的加工方法中而且避免原有的加工方法中须将手伸入模具的
4、问题须将手伸入模具的问题,对保护操作者安全也很有利。对保护操作者安全也很有利。第1页/共28页冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案：根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案：方案一：落料方案一：落料冲孔冲孔拉深拉深翻边成形翻边成形方案二：落料冲孔复合方案二：落料冲孔复合拉深成型拉深成型翻边翻边方案三：落料冲孔翻边复合方案三：落料冲孔翻边复合拉深成型拉深成型考虑模具的制造精度及制件的精度，以及生产批量的中批量考虑模具的制造精度及制件的精度，以及生产批量的中批量要求，该冲压工艺方案选用方案二较优。要求，该冲压工艺方案选用方案二较优。第2页/共28页模具
5、结构型式的确定模具结构型式的确定 模具结构型式的确定是一项关键的内容。它直接关系到冲压过程的模具结构型式的确定是一项关键的内容。它直接关系到冲压过程的生产效率、冲压件的生产成本、冲压件的质量和尺寸精度以及模生产效率、冲压件的生产成本、冲压件的质量和尺寸精度以及模具寿命的高低。必须考虑到工件成形后，如何脱模方便。一般情具寿命的高低。必须考虑到工件成形后，如何脱模方便。一般情况下：正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取况下：正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取也不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模，只须在上模装一也不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模，只须在上模装一推
6、出装置，借助模具的合模力就可以轻松的将工件给卸下来。综推出装置，借助模具的合模力就可以轻松的将工件给卸下来。综合考虑，两套模具都采用倒装复合模。合考虑，两套模具都采用倒装复合模。第3页/共28页CAE分析分析 第4页/共28页翻边工艺设计翻边工艺设计 n n计算预冲孔计算预冲孔计算预冲孔计算预冲孔 D=5mmD=5mmn n计算翻边因数计算翻边因数计算翻边因数计算翻边因数 M=0.217M=0.217 由于查由于查冲模设计应用实例冲模设计应用实例中表中表5-45-4得知低碳钢极限翻边因数为得知低碳钢极限翻边因数为0.420.42，大于，大于m,m,所以该零件应先进行拉深，再进行翻边。所以该零件
7、应先进行拉深，再进行翻边。第5页/共28页落料冲孔复合模具的工艺分析落料冲孔复合模具的工艺分析n n根据根据CAECAE分析的毛坯图进行落料冲分析的毛坯图进行落料冲孔模的设计孔模的设计n n排样的确定排样的确定 搭边数值取决于以下因素：搭边数值取决于以下因素：（1 1）件的尺寸和形状。）件的尺寸和形状。（2 2）材料的硬度和厚度。）材料的硬度和厚度。（3 3）排样的形式（直排、斜排、对排）排样的形式（直排、斜排、对排等）。等）。查得查得冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计中表中表2-102-10，搭边值，搭边值a=1.5mm,b=1.5mma=1.5mm,b=1.5mm 第6页/共28页n n
8、确定条料步距确定条料步距确定条料步距确定条料步距 简单计算零件展开后的长度简单计算零件展开后的长度L=112mmL=112mm，零件宽，零件宽b=105mmb=105mm 步距：步距：l=L+a=112+1.5=113.5 l=L+a=112+1.5=113.5 宽度：宽度：B=b+2b=105+21.5=108mm B=b+2b=105+21.5=108mm n n画出排样图画出排样图画出排样图画出排样图根据以上的内容，可以确定出制件的排样图根据以上的内容，可以确定出制件的排样图第7页/共28页n n毛坯材料利用率的计算毛坯材料利用率的计算毛坯材料利用率的计算毛坯材料利用率的计算n n 材料
9、的剪裁材料的剪裁材料的剪裁材料的剪裁 查阅表查阅表查阅表查阅表113113冷轧轧制薄钢板规格，拟用冷轧轧制薄钢板规格，拟用冷轧轧制薄钢板规格，拟用冷轧轧制薄钢板规格，拟用1mm900mm12000mm1mm900mm12000mm热热热热轧钢板。轧钢板。轧钢板。轧钢板。板料横向裁剪板料横向裁剪板料横向裁剪板料横向裁剪 裁板条数裁板条数裁板条数裁板条数 n=900108=8n=900108=8（条），余（条），余（条），余（条），余36mm36mm 每条个数每条个数每条个数每条个数 n=1200113.5=10n=1200113.5=10（件），余（件），余（件），余（件），余65mm65mm
10、每板总个数每板总个数每板总个数每板总个数 80 (80 (件件件件)板料纵向裁剪板料纵向裁剪板料纵向裁剪板料纵向裁剪 裁板条数裁板条数裁板条数裁板条数 n=1200108=11n=1200108=11（条），余（条），余（条），余（条），余12mm12mm 每条个数每条个数每条个数每条个数 n=900113.5=7n=900113.5=7（件），余（件），余（件），余（件），余105.5mm105.5mm 每板总个数每板总个数每板总个数每板总个数 77(77(件件件件)由于计算可知横裁比纵裁的总个数多，而且送料方便考虑，我们可以由于计算可知横裁比纵裁的总个数多，而且送料方便考虑，我们可以由于计
11、算可知横裁比纵裁的总个数多，而且送料方便考虑，我们可以由于计算可知横裁比纵裁的总个数多，而且送料方便考虑，我们可以采用横裁。采用横裁。采用横裁。采用横裁。n n毛坯材料利用率的计算毛坯材料利用率的计算毛坯材料利用率的计算毛坯材料利用率的计算零件所用的面积量得零件所用的面积量得零件所用的面积量得零件所用的面积量得 S=9315-3.14x5x5=8862.84mm S=9315-3.14x5x5=8862.84mm 材料的利用率为材料的利用率为材料的利用率为材料的利用率为72.3%72.3%第8页/共28页n n冲裁压力中心的确定冲裁压力中心的确定 本次设计中制件的结构为中心对称图形，且材料分布
12、均匀，因此压力本次设计中制件的结构为中心对称图形，且材料分布均匀，因此压力中心的位置一定在制件的中心位置，即中心点处。中心的位置一定在制件的中心位置，即中心点处。n n 落料力、冲孔力的计算落料力、冲孔力的计算 所有在模具工作过程中产生的力已算出，取所有力之和即求出总力为安全起见，防止设备超载，公称压力按总压力的1.3倍来计算第9页/共28页n n压力机的选择 公称压力/kN250滑块行程/mm65滑块行程次数（不小于）（次/min）105（最大闭合高度）活动台位置（最低/最高）/mm270滑块中心到机身距离（孔深）/mm200工作台尺寸（左右前后）/mm560370立柱间距离（不小于）/mm
13、270模柄孔尺寸（直径深度）/mm电动机功率/KW2.2第10页/共28页冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计n n确定凸、凹模间隙及制造公差确定凸、凹模间隙及制造公差 n n冲孔时凸凹模刃口尺寸计算冲孔时凸凹模刃口尺寸计算 n n弹性元件的选取与设计弹性元件的选取与设计 由于橡胶允许承受的载荷较大，需要安装调整灵活方便。根据工艺性质和模由于橡胶允许承受的载荷较大，需要安装调整灵活方便。根据工艺性质和模具结构确定采用较硬橡胶，形状是圆筒形，数量为具结构确定采用较硬橡胶，形状是圆筒形，数量为4 4块块 单个弹簧所受的负荷单个弹簧所受的负荷P P=/n=1675NP P=/n=1675N计算所需橡
14、胶总的面积：计算所需橡胶总的面积：S=/P=1675/1.06=1580mmS=/P=1675/1.06=1580mm每个橡胶的面积：每个橡胶的面积：S=1580/4=395mmS=1580/4=395mm根据根据P P的大小，查的大小，查冲压模具设计指导冲压模具设计指导从标准中初选弹簧的规格：外径从标准中初选弹簧的规格：外径16mm,16mm,内径内径6.5mm,6.5mm,自由高度自由高度12mm12mm 第11页/共28页冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计n n模架及导向方式模架及导向方式 :上模座，下模座，导柱，导套组成的导柱模模架上模座，下模座，导柱，导套组成的导柱模模架 n n定
15、位方式的选择定位方式的选择 :导料销和档料销导料销和档料销第12页/共28页落料冲孔复合模设计落料冲孔复合模设计n n1.1.冲孔凸模冲孔凸模 因为所冲的孔均为圆形，而且属于因为所冲的孔均为圆形，而且属于小凸模，为了避免应力集中和保证小凸模，为了避免应力集中和保证强度与刚度方面的要求，而做成圆强度与刚度方面的要求，而做成圆滑过渡的阶梯形或在中部增加过渡滑过渡的阶梯形或在中部增加过渡阶段阶段 第13页/共28页冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计n n凸模总长度凸模总长度=凸模固定板厚度（取凸模固定板厚度（取=20mm=20mm）+卸料板厚度（取卸料板厚度（取=14mm=14mm）+材料厚度材料
16、厚度+增加长度增加长度（它包括凸模的修磨量，凸模进入（它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（凹模的深度（0.50.51 1）mmmm）第14页/共28页冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计n n复合模凹模复合模凹模 ：本副模具采用整体式凹模：本副模具采用整体式凹模 凹模内形与制件外形一致，凹模轮廓尺寸通常根据冲裁的板料厚度和冲件的凹模内形与制件外形一致，凹模轮廓尺寸通常根据冲裁的板料厚度和冲件的轮廓尺寸或凹模孔口刃壁间的距离，按经验公式来确定。轮廓尺寸或凹模孔口刃壁间的距离，按经验公式来确定。计算：计算：凹模厚度：凹模厚度：H=kb=0.18112=20.16mmH=kb=0.18112=2
17、0.16mm，圆整为，圆整为20mm20mm；(查查模具设计应用实例模具设计应用实例表表2-172-17凹模厚度系数得凹模厚度系数得k=0.18)k=0.18)。凹模壁厚：凹模壁厚：C=C=（2 23 3）H=H=（40406060）mmmm，取凹模厚度，取凹模厚度H=40mmH=40mm，取凹模壁，取凹模壁厚厚C=40mmC=40mm；凹模宽度：凹模宽度：B=192mmB=192mm；凹模长度：；凹模长度：L=B=192mmL=B=192mm，（送料方向）；，（送料方向）；凹模轮廓尺寸为：凹模轮廓尺寸为：130mm160mm30mm130mm160mm30mm。第15页/共28页冲孔落料模具
18、的设计冲孔落料模具的设计第16页/共28页冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计n n复合模凸凹模复合模凸凹模 凸凹模的外形横截面与凹模配间隙凸凹模的外形横截面与凹模配间隙;凸凹模的内形与相应凸模配间隙；凸凹模的内形与相应凸模配间隙；凸凹模的高度近似于凸模也可与凹凸凹模的高度近似于凸模也可与凹模相等；模相等；第17页/共28页冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计n n卸料板的设计卸料板的设计 n n外形和凹模一样，内形与凹凸模一外形和凹模一样，内形与凹凸模一样，查样，查冲压模具标准件选用与设冲压模具标准件选用与设计指南计指南表表7-97-9得：卸料板与凹模配得：卸料板与凹模配单边间隙单边间隙0.
19、10.1。孔只有装卸料螺钉的。孔只有装卸料螺钉的孔和挡料销孔，厚度孔和挡料销孔，厚度121220mm20mm，这里取这里取14mm14mm。材料用。材料用Q235Q235。第18页/共28页冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计n n凸凹模固定板凸凹模固定板 n n其平面尺寸可与凹模、卸料板外形其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板上的凸凹模安销钉的位置。固定板上的凸凹模安装孔与凸凹模采用过渡配合装孔与凸凹模采用过渡配合H7/m6H7/m6，凸凹模压装后端面要与固定板一，凸凹模压装后端面要与固定板一起磨平。起磨平。第19页/共
20、28页第20页/共28页拉深模具的设计拉深模具的设计 n n形状分析形状分析 （1 1）拉深件形状应尽可能简单、对称、避免急剧转角或凸台。）拉深件形状应尽可能简单、对称、避免急剧转角或凸台。（2 2）深高度应尽可能小，以减小拉深次数，提高冲件质量。）深高度应尽可能小，以减小拉深次数，提高冲件质量。（3 3）在保证装配要求的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的）在保证装配要求的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度。斜度。（4 4）需要多次拉深的零件，在保证必要的表面质量的前提下，）需要多次拉深的零件，在保证必要的表面质量的前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。应允许内、外表面存在拉深
21、过程中可能产生的痕迹。（5 5）拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足要求）拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足要求n n结构分析：零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角结构分析：零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角半径为半径为R4R4，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此零件具有良好的结构工艺性。要求，因此零件具有良好的结构工艺性。n n毛坯相对厚度毛坯相对厚度 n n查查冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计中表中表4-74-7，首次拉伸要用压边圈。，首次拉伸要用压边圈。n n查查冲压工艺与模具设计冲压工艺与模具设计表表
22、4-24-2，拉伸因数，拉伸因数mm为为0.530.530.550.550.7140.714，故可一次拉成。，故可一次拉成。第21页/共28页拉深模具的设计拉深模具的设计n n压力机的选择压力机的选择 公称压力/kN160滑块行程/mm55滑块行程次数（不小于）（次/min）120（最大闭合高度）活动台位置（最低/最高）/mm330滑块中心到机身距离（孔深）/mm160工作台尺寸（左右前后）/mm450300立柱间距离（不小于）/mm220模柄孔尺寸（直径深度）/mm电动机功率/KW1.5第22页/共28页拉深模具的设计拉深模具的设计n n 拉伸时凸、凹模刃口尺寸计算拉伸时凸、凹模刃口尺寸计算
23、n n 拉深间隙拉深间隙n n 凹、凸模的圆角半径计算凹、凸模的圆角半径计算n n 凹模洞口圆角半径凹模洞口圆角半径n n拉深凸、凹模的尺寸及其固定方法：凸模的固定方法采用台肩固定拉深凸、凹模的尺寸及其固定方法：凸模的固定方法采用台肩固定,凸模与凸凸模与凸模固定板的配合部分按过渡配合模固定板的配合部分按过渡配合(H7/m6(H7/m6或或H7/n6)H7/n6)制造制造。第23页/共28页拉深模具的设计拉深模具的设计第24页/共28页拉深模具的设计拉深模具的设计n n凸模固定板凸模固定板凸模固定板凸模固定板n n凸模固定板与凸模外形配间隙，外凸模固定板与凸模外形配间隙，外形与凹模外形一致，厚度
24、一般取大形与凹模外形一致，厚度一般取大于于15mm15mm，取凸模固定板的厚度为，取凸模固定板的厚度为22mm22mm，采用，采用Q235Q235制作。制作。第25页/共28页拉深模具的设计拉深模具的设计n n压边圈压边圈n n由于本次设计拉深的行程由于本次设计拉深的行程小，所需压边力较小，弹小，所需压边力较小，弹簧与橡皮压边装置结构简簧与橡皮压边装置结构简单，在单动的中小型压力单，在单动的中小型压力机中使用方便，所以选用机中使用方便，所以选用橡皮压边装置，橡皮应选橡皮压边装置，橡皮应选用软橡皮（相对冲裁卸料用软橡皮（相对冲裁卸料用的硬橡皮）。用的硬橡皮）。第26页/共28页第27页/共28页