弹簧座冲压工艺及落料拉深复合模.docx
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弹簧座冲压工艺及落料拉深复合模
绪论
1冲压工艺的应用
冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。
它主要用于加工板料零件,所以有时也叫板料冲压。
冲压不仅可以加工金属板料,而且也可以加工非金属板料。
冲压加工时,板料在模具的作用下,于其内部产生使之变形的内力。
当内力的作用达到一定程度时,板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形,从而获得一定的形状、尺寸企鹅332554595有删减有CAD图和性能的零件。
冲压生产靠模具与设备完成加工过程,所以它的生产率高,而且由于操作简便,也便于实现机械化和自动化。
利用模具加工,可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。
因此,冲压工艺是一种产品质量较好而且成本低的加工艺。
用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。
冲压工艺在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。
现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。
在我国的现代化建设进程中,冲压生产占有重要的地位。
2冲压工艺的发展历史
我们的祖先早在青铜器时期就已经发现金属具有锤击变形的性能。
可以肯定,中国远在2400年前已经掌握了锤击金属以制造兵器和工具的技术。
因为钢铁材料在冷态下进行塑性加工需要很大的力和功,所以冷压钢铁的技术在古代是不可能性广泛使用的。
当人们发现金、银、铜等金属塑性较好,变形时不需要较大的力时,锤击压制技术迅速向金、银、铜的装饰品和日用品范围发展。
在西安的陕西省博物馆中陈列的一个汉代（公元前206至公元220的量器,厚度约2mm,制作精美,花纹细致,就在今天看来,也算是一个精制品。
这充分显示了我国古代劳动人民高度精巧的手工艺技术水平。
3冲压工艺的发展趋势
当今,随着科学技术的不断进步和工业化生产的发展,冲压工艺技术也在不断革新和发展。
这些革新与发展主要表现在以下几个方面。
（1工艺分析计算方法的现代化。
例如,生产汽车覆盖件的冲压工艺,传
统方法是根据已有的设计资料和设计者的经验,进行对比分析,确定工艺方案和有关参数,然后设计模具,进行试冲,经过反复试验和修改,才能转入批量生产。
近几年来,国外有的公司已开始采用有限变形的弹塑性有限元法,对覆盖件成形过程进行计算模拟,分析应力应变关系,从而预测某一工艺方案的可行性和可能会产生的问题,并将结果显示在图形终端上,供设计人员进行选择和修改。
这样,不仅可以节省昂贵的模具试制费用,缩短产品试制周期,而且可以建立符合生产实际的先进设计方法;既促进了冷冲压工艺的发展,又可以发挥塑性成形理论对生产实际的知道作用。
（2模具设计及制造技术的现代化。
为了加快产品的更新换代,缩短工装设计、制造周期,正在大力开展模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM技术的研究和应用。
采用这一技术,一般可以提高模具设计和制造效率2~3倍,模具生产周期可缩短1/2~1/3。
发展这一技术的最终目标,是要达到模具CAD/CAM一体化,而模具图纸将只作为检验模具之用。
采用模具CAD/CAM技术,还可提高模具质量,大大减少设计与制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新和开发上。
（4为了满足产品更新换代加快和生产批量减小的发展趋势,发展了一些新的成形工艺、简易模具、通用组合模具以及数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS等。
这样,就使冲压生产既可适合大量生产,又可适用于小批量生产。
第1章设计内容及要求
工件名称:
弹簧座
生产批量:
大批量
材料:
8钢厚度t=1.5mm
工件简图:
如图1-1所示
图1-1零件图
技术要求:
1、未注公差尺寸的公差按Q/SB123—64。
第2章零件的工艺性分析
2.1毛坯材料的分析
08钢的塑性和韧性均高,无回火脆性倾向。
焊接性能好,在冷拉状态下或经正火外理后切削性明显提高,在冷状态下易挤压成形和压模成形,但强度较低,淬透性及淬硬性很差。
表一08钢的化学成份（%
表二08钢的主要力学性能
2.2工艺分析
该零件为弹簧座零件,工件形状简单、对称,圆角较大,要求精度不高,便于模具加工,减少热处理或冲压时尖角处开裂,也防止尖角部分刃口过快磨损。
工件四个均布孔的直径分别为5.5㎜,孔与边缘的距离为3.25㎜,故不用受到凸、凹模强度与模具结构的限制。
采用1.5㎜的08钢冲压,保证了足够的强度和刚度,该零件形状属于旋转体,是一般凸缘圆筒件,拉深工艺性较好,圆角也较适合,不需整形。
第3章冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、拉深（三次拉、冲底孔、翻边、冲凸缘孔、切边六个基本工序。
经下面计算分析可排列出下列几种工艺方案:
方案一:
按基本工序。
落料,首次拉深,二次拉深,三次拉深,冲底孔,翻边,冲四个凸缘孔,切边。
方案二:
落料与首次拉深复合,冲底孔与翻边复合,冲四个凸缘孔与切边复合,其余按基本工序。
方案三:
落料与首次拉深复合,冲底孔与冲四个凸缘孔复合,翻边与切边,其余按基本工序。
工厂的大批量生产条件,复合模结构虽然较方案一复杂,但是由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。
通过对上述五种方案的分析比较,采用方案五较好。
第4章主要设计计算
4.1毛坯尺寸计算（应按拉深件的中线尺寸计算
4.1.1确定毛坯尺寸计算的依据
毛坯的形状应符合金属在塑性变形时的流动规律,其形状一般与拉深件周边的形状相似。
毛坯的周边应该是光滑的曲线而无急剧的转折,所以对于旋转体来说,毛坯的形状无疑是一块圆板,只要求出它的直径。
拉深前后,拉深件与其毛坯的质量不变,体积不变,对于不变薄拉深,其面积不变。
由于板料具有方向性以及毛坯在拉深过程中的摩擦条件不均匀等因素的影响,拉深后的工件顶端一般都不平齐,需要修边,所以在毛坯尺寸中,应包括修边余量。
4.1.2计算毛坯直径4.2排样方式的确定4.2.1排样相关计算
查《冲压模具设计与制造》表2.5.2得搭边值a1=1mm,a=1.2mm则:
冲裁件面积:
A=π×D2/4=10023.67mm2条料宽度:
B=D+2a+C=116mm
C——送料间隙,C=0.6mm查《冲压手册》表2-21
步距:
S=D+a1=114mm
一个步距距离材料的利用率:
η==⨯%100BS
nA
76.28%
图4—1排样图
4.3成形次数的确定
该工件为带凸缘筒形件,按筒形件的拉深来计算,工件的相对高度:
h/d=（48-1.5/（40+1.5=1.12,相对直径:
d
f
/d=74/41.5=1.78〉1.4（故工件为宽凸缘筒形件,相对厚度:
（t/D⨯100=（1.5/113⨯100=1.33。
由《冲压
模具设计与制造》表4.5.1查凸缘筒形件首次拉深的极限相对高度h1/d
1
=0.42~
0.53,远小于其工作的h/d=1.2,因此一次不能拉出。
制件的总拉深系数:
m
总
=d/D=41.5/113=0.367,查《冲压工艺与模具设计》
得凸缘筒形拉深系数:
m1=0.51,m
2
=0.73,m
3
=0.75m
1
×m
2
=0.51×
0.73=0.372>0.367m1×m
2
×m
3
=0.51×0.73×0.75=0.279<0.367
由此可见,需要三次拉深才能达到工件尺寸要求。
4.4判断是否用压边装置
在拉深过程中,凸缘变形区是否起起皱主取决于材料相对厚度t/D和拉深系数m的大小。
如果材料相对厚度较小,拉深系数也小,凸缘便会起皱。
为防止凸缘起皱,必须用压边圈压住,因此判别是否起皱的条件也就是判别是否采用压边圈的条件。
生产决定是否采用压边圈可查表。
表三采用或不采用压边圈的条件
由表查得本件需采用压边圈,以防止起起皱拉断的产生
4.5确定工件各次拉深的尺寸
图4—2首次拉深工件图
4.5.1首次拉深直径
4.5.2计算以后各次拉深工序件尺寸:
重新调整各次拉深系数,m2=0.83m
3
=0.86这时各次拉深后工序的直径
d2=m
2
×d
1
=0.83×57.6=47.8㎜d
3
=m
3
×d
2
=0.86×47.8=41.5㎜
计算后两次拉深工序中的高度H
2
H
3
设第二次拉深时,多拉入凹模材料面积为2%（其余3%的材料返回到凸缘,第二
次拉深的假想的坯料直径D2=
73
74
（
13475
2
2-
+
⨯=116.7㎜
H2=（（⎥
⎦
⎤
⎣
⎡
+
+
-
2
2
2
2
2
2
43
.0
d
25
.0
R
r
d
D
f
=（（⎥⎦
⎤
⎣
⎡
+
+
-5
5
43
.
74
7
.
116
8
.
47
25
.
2=45.2㎜
第三次拉深后,达到零件的高度,原来多拉入2%的材料返回凸缘。
拉深工序至此结束。
4.6冲压工序压力计算
4.6.1落料力的计算
F
落料
=KLtτ=207569.7N
L—冲裁件周长,L=354.8mm;
t—材料厚度,t=1.5mm;
τ—材料的抗剪强度,τ=330MPa
K—系数（一般取K=1.3
4.6.2压边力的计算
4.6.3拉深力的计算
F拉=
11
b
dtk
πσ=3.14×57.6×1.5×400×1.10=119432.4N
δb——材料的抗拉强度（取δb=400MPa
k
1
——修正系数《查中国模具设计大典3》表（19.4—49,
k
1
=1.10
4.6.4冲压工艺总力
4.7压力中心的确定
为保证压力机和模具正常工作,必须使冲模的压力中心与压力机的滑块中心相重合。
否则在冲压时会使冲模与压力机的滑块歪斜,引起凸、凹模间隙不均匀
和导向零件加速磨损,造成刃口和其他零件的损坏,甚至会引起压力机导轨的磨损。
影响压力机的精度,对于形状简单而对称的工件如矩形、圆形、正多边形,其冲裁的压力中心与工件的几何中心重合。
结合零件图,该工件为带凸缘筒形件,结构简单对称。
该冲裁件的压力中心即为工件的几何中心。
该工件的冲裁力不大,为便于模具的加工和装配,模具中心选在工件的几何中心。
此满足JG23—40的模柄孔投影面积范围内,满足要求。
4.8工作部分尺寸计算
该副模具的工作部分包括落料凹模,拉伸凸模和凸凹模,具体计算如下:
4.8.1落料刃口尺寸计算
查《冲压模具设计与制造》表2.3.3得:
冲裁模初始双面间隙Zmin=0.132㎜Zmax=0.240mm,为主公差的毛坯尺寸按IT14级精度计算,其值查《冲模设计应用实例》书末附录E3查得:
∆=0.87mm,查表2-12查得凸模,凹模的制造公差为:
Tδ=0.025mm,Aδ=0.035mm.
由公式DA=（Dmax-x∆Aδ+式中x------磨损系数∆------工件公差Aδ------凹模的制造公差
把以上数值代入计算得:
DA=（113-0.5×0.87035.00+=112.57035.00+mm
由公式DT=（DA-ZminTδ-=（112.57-0.1320025.0-
=112.440025.0-mm
校核:
Aδ+Tδ≤Zmax-Zmin
即:
0.025+0.035=0.060≤0.240-0.132=0.108所以证明了所选取的Aδ与
Tδ是合适的。
4.8.2拉深部分尺寸计算
由工件图上可看出该拉深部分的精度等级为IT14级。
公差为∆=0.74mm,其凸,凹模的制造公差按IT5级计算,查《冲压模具设计与制造》表4.8.3得凸,
凹模的制造公差为:
Aδ=0.08mm,Tδ=0.05mm.查表4.8.2得:
有压料圈的拉深模间隙为Z/2=1tmax即Z=2t=3.6㎜,由列公式计算:
公式DA=（Dmax-0.75∆Aδ+
把数值代入计算得:
DA=（57.6+0.74-0.75⨯0.74=57.808.00+㎜
由公式DT=（DA-ZTδ-=（57.8-3.6005.0-mm=54.2005.0-mm
表四拉深拉深部分尺寸计算
第5章模具的总体设计
5.1模具类型的选择
由冲压工艺工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为落料拉深复合模。
5.2定位方式的选择
5.3卸料、出件方式的选择
模具采用固定卸料、刚性打件,并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。
5.4压边装置的确定
压边装置一般可分为刚性和弹性两种。
刚性压边装置就是在双动冲床上利用外滑块压边。
这种压边的特点是压边力不随冲床的行程变化,拉深效果好,模具结构简单。
弹性压边装置一般用于单动冲床上,其特点是压边力随冲床的行程面变化。
故这里选用弹性压边装置较好。
又因为弹性压边装置中,气垫结构较复杂,制造不易,并需要使用压缩空气。
故这里采用橡皮,只要根据生产经验,只要正确地选橡皮规格,就可以减少它们的不利因素。
5.5导向方式的选择
第6章主要零部件的结构设计
6.1工作零件的结构设计
由于工件形状简单对称,所以模具的工件零件均采用整体结构,拉深凸模、落料凹模和凸、凹模的结构如零件图所示
6.1.1落料凹模的设计
拉深凸模的材料选用T10A,热处理硬度为56~60HRC。
为了实现先落料后拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低至少一个料厚的距离,所以拉深凸模的长度L可按照下式计算:
L=低
凹固H-+hh=20mm+60mm-3mm=77mm其中:
固h—凸模固定板厚度,固h=20mm,
h凹—凹模的厚度,h凹=60mm,
低H—装配后,拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度,根据板厚的
大小,决定低H=3mm。
拉深凸模的直径由第4章计算可知,Ø54.2005.0-mm拉深凸、凹模圆角半径
凹模圆角半径rd,由第4章可知道rd=8㎜
凸模圆角半径过小,拉深过程中危险断面容易产主局部变薄,甚至被拉破。
凸模圆角半径过大,拉深底部材料承压面积小,容易变薄。
首次拉深的凸模圆角半径可等于或略小于首次拉深凹模圆角半径,即:
rd2=（0.7~1.0rd1=7mm
拉深凸模的通气孔
工件在拉深时,由于空气压力作用或者润滑油的粘性等因素,使工件很容易粘附在凸模上.为使工件不至于紧包在凸模上,设计凸模时,应有通气孔,拉深通气大小可参看下表。
表五拉深凸模通气孔尺寸
参考零件图,取通气孔尺寸为d=6.5㎜6.1.3凸凹模的设计
凸凹模的材料选用CrWMn,热处理硬度为58~62HRC。
凸凹模为采用非标准件,其长度由模具的结构及总体尺寸而定,取凸凹模的长度为L=65mm。
凸凹模的内孔与外缘尺寸由第四章的计算可知:
DT=Ø112.440025.0-㎜
DA=Ø57.808
.00
+㎜。
6.2其它零部件的设计与选用
6.2.1弹性元件的设计
6.2.2模架及其它零部件的选用
根据主要零件的结构,外形尺寸,并参照《模具设计制造标准件》资料,选用后侧滑动导柱模架200mm⨯200~240mm（GB/T2851-1990上模座:
LB⨯⨯H=200mm⨯200mm⨯45mm材料采用HT200。
下模座:
LB⨯⨯H=200mm×200mm⨯50mm材料采用HT200。
导柱:
φ1⨯L=φ32mm⨯190mm材料采用45钢。
导套:
φ1⨯L⨯φ2=φ32mm⨯105mm⨯43mm材料采用20钢。
上模座厚度取45mm,即H
上模
=45mm;
上模垫板厚度取20mm,即垫H=20mm固定卸料板厚度取10mm,即H卸
=10mm;下固定板厚度取20mm,即H
下固
=20mm;
下模垫板厚度取10mm,即H下垫板=10mm;下模座厚度取50mm,即H下模
=50mm;
模具闭合高度
闭H=H
上模
+垫H+凸凹模H+H
凹
+H
下固
+H下垫板+H
下模
-入H
=（45+20+65+60+20+10+50-45=225mm
式中:
凸凹模H—凸凹模高度,凸凹模H=65mm;H
凹
—凹模的厚度,H
凹
=60mm;
入H—凸凹模进入落料凹模的深度,入H=45mm。
可见该模具闭合高度小于所选开式双柱可倾压力机JG23—40的最大装模高度（300,所以,所选的开式压力机可以使用。
凸缘模柄尺寸,由所选压力机模柄孔尺寸选用模柄B50×105GB2862.1—81
Q235《冷冲压模具设计与制造》表7.37
第7章模具总装图及其工作过程分析
7.1模具总装图
由以上设计,可得到如图7—1所示的模具总装图,为了实现先落料,后拉深,应保证模具装配后,拉深凸模的端面比落料凹模的端面低3mm。
图7-1模具装配图
7.2模具工作过程分析
上模部分通过模柄21安装在压力机滑块上,下模部分通过螺栓、压板安装在压力机工作台面上,导料板18固定在下模部分,下模部分设有定位装置挡料销24。
条料沿着导料板18送进,由定位装置24控制其送料步距。
压力机滑块带着上模下行,凸凹模3下表面首先与条料接触,并与顶件块19一起压住条料,完成落料过程。
当压力机滑块继续下行,冲下的圆形坯料与拉深凸模16接触,被拉入拉深凹模3里面,完成一次冲压过程。
冲裁完毕,压力机滑块回程,带动上模部分上行,落料后的条料由刚性卸料板（导料板18从凸凹模上卸下,如果拉深制件被卡在拉深凹模里,在压力机回程的过程中,打杆20碰到压力机上的打料横杆,打料横杆把冲击力传给打杆,再由推件块从凸凹模上刚性打下,用手工将工件取走。
如果拉深制件包在拉深凸模里,可以通过下面的弹性装置经过顶件块19将制件顶出。
用手工将工件取走后,将条料往前送进一个步距,进行下一个工件的生产。
第8章冲压设备的选定
通过较核,选择开式双柱可倾压力机JG23—40能满足使用要求。
压力机的具体参数可参看下表:
表六JG23—40开式双柱可倾压力机技术规格
第9章工作零件的加工工艺性
本副模具的工作零件都是旋转体,形状比较简单,加工主要采用车削。
落料凹模的加工工艺过程见加工工艺卡。
（另附
第10章模具的装配过程
本模具的装配选凸凹模为基准件,先装上模,再装下模。
现将具体装配方法叙述如下:
10.1装配前的准备
10.2装入模柄
将模柄压入上模座后,钻、铰销孔,打入止转销。
10.3装配凸凹模
10.4装配凸模
将凸模压入固定板中,按压入法装配要领,检查其相对固定板基准面的垂直度,认定合格后,磨平固定板支撑面和刃口面。
10.5装配下模
将组装好的凸模—固定板和下垫板,按照设计要求位置,安装在下模座上,紧固螺钉,钻、铰销孔,装入圆柱销。
10.6装配上模
将凹模和压边圈、下顶杆安装在下模相应部位,凹模和凸凹模间隙,用垫片法或直接安装法控制其均匀性。
10.8试切
用纸试冲,观察冲切纸边的状况,经调整并认定均匀后,钻、铰另一组销孔,打入圆销。
10.9装配其它零件
上模安装顶杆,顶件块,检查打料机构工作的可靠性。
顶件块在最低位置时,应突出凸凹模刃口0.2~0.5mm.安装卸料板,卸料螺钉和橡皮,安装后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低0.2~0.5mm。
第11章模具调试
模具按图纸技术要求加工与装配后,必须在符合实际生产条件的环境中进行试冲压生产,通过试冲发现模具设计与制造上的缺陷,找出生产原因,对模具进行适当的调整和修理后再进行试冲,直到模具能正常工作,才能将模具正式交付生产使用。
11.1模具调试的目的
1、鉴定模具的质量。
验证该模具生产的产品质量是否符合要求,确定该模具是否能交付生产使用。
2、帮助确定产品的成形条件和工艺规程。
模具通过试冲与调整,生产出合格产品后,可以在试冲过程中,掌握和了解模具使用性能,产品成形条件、方法和规律,从而对产品批量生产时的工艺规程制定提供帮助。
3、帮助确定成形零件毛坯形状、尺寸及用料标准。
在冲模设计中,有些形状复杂或精度要求较高的冲压成形零件,很难在设计时,精确的计算出变形前毛坯的尺寸和形状。
为了要得到较准确的毛坯形状、尺寸及用料标准,只有通过反复试冲才能确定。
4、帮助确定工艺和模具设计中的某些尺寸。
对于形状复杂或精度较高的冲压成形零件,在工艺和模具设计中,有个别难以用计算方法确定的尺寸,如拉深模的凸、凹模圆角半径等,必须经过试冲,才能准确确定。
5.通过调试,发现问题,解决问题,积累经验,有助于进一步提高模具设
计和制造水平。
由此可见,模具调试过程十分重要,是必不不可少的。
但调试的时间和试冲次数应可能少,这就要求模具设计与制造质量过硬,最好一次调试成功。
在调试过程中,合格冲压件数的取样一般应在20——1000件之间。
11.2模具的调试
模具调试,因模具类型不同、结构不同,可能出现的问题也不同,调试的内容也随之变化。
模具调试的要点:
1、模具闭和高度的调试。
模具应与冲压设备配合好,保证模具应有的闭和高度和开启高度。
2、导向机构的调试。
导柱、导套要有好的配合精度,保证模具运动平稳、可靠。
3、凸、凹模刃口及间隙调试。
刃口锋利,间隙要均匀。
4、定位装置的调试。
定位要准确、可靠。
5、卸料及出件装置的调试。
卸料及出件要畅通,不能出现卡住现象。
11.3该模具的调试
在设计指定的压力机上,装配好的模具进行试冲。
试模时重点检查打料机构和顶出机构的动作是否及时、可靠。
每一次冲压后,上模随压力机上行到上死点时,条料和顶出的工件都应该出现在下模凹模工作面上,以便及时清除。
装配后应保证间隙均匀,落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作端面3mm,压边圈上端面应高出落料凹模刃口面0.5mm,以实现落料前先压料落料后在拉深。
结论
用了一个多月的时间本人终于把毕业设计全部完成,本人所做的题目是落料拉深的复合模,在这一个多月忙碌的完成毕业设计的过程中,我感觉到自己收获了很多。
让我对冲压模有了更加深刻的了解,通过这次实际操作,使我能够综合运用各种冲压模具设计资料上的知识,懂得了在遇到难题时该如何去查找资料来解决问题,进一步巩固、加深和拓宽所学知识。
通过设计实践,我逐步树立了正确的设计思想,增强了创新意识,熟悉掌握冲压模具设计的一般规律,培养了分析问题
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