防盗锁壳零件的工艺性.docx
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防盗锁壳零件的工艺性
分析零件的工艺性
冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。
虽然冲压加工工艺过程包括备料—冲压加工工序—必要的辅助工序—质量检验—组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。
而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。
即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。
这里我们重点分析零件的结构工艺性。
该零件是防盗锁壳，如图1.1，该零件是在盒形拉深件的底部胀形出一个圆筒，圆筒与盒形拉深件的短直边相切，料厚t=1mm，拉深后厚度不变；盒形件，长A=148mm,宽B=88mm,拉深高度H0=29mm,壁陪圆角半径r=8mm,底部的圆角半径rp=3mm，圆筒的直径d=50mm,圆筒胀形深度h=11mm，圆筒底部的圆角半径r1=3mm,胀形处的圆角半径r2=3mm。
锁壳是门锁中的外形轮廓件，成形后要求光滑，轮廓清晰，无划伤痕迹，精度要求一般。
尺寸公差都为自由公差，满足拉深胀形工艺对精度等级的要求。
图1.1零件图
胀形工艺分析：
胀形属于伸长成形，通过表面积增大而获得有凸出形状零件。
平板毛坯胀形时毛坯的尺寸不变，而变形区内板料主要在双向受拉的应力状态作用下，表面积增大，为了不胀破，需要限制切向最大拉应变不超过材料的许用伸长率[
]。
胀形过程中不会产生失稳起皱的现象，且在胀形后零件表面很光滑，质量好，成形后形状易于固定，易于得到尺寸精度较高，表面质量好的零件。
该零件尺寸精度不高的，故满足胀形工序加工的要求。
拉深工艺分析：
工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级；对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向异性的影响，拉深件的口部一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要增加切边工序。
影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。
拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律；当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标注内、外形尺寸。
工艺性要求材料具有良好的塑性，屈强比
值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系数r和板平面方向性系数
反映了材料的各向异性性能，当r较大或
较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。
该零件结构不完全对称，完全由圆弧和直线组成，没有长的悬臂和狭槽。
零件除表面粗糙度3.2外，其余尺寸均为自由尺寸且无其他特殊要求。
零件材料为1Cr18Ni9Ti，抗拉强度σb（MN/m²）≥550，屈服强度σs（MN/m²）≥200，伸长率δ5（%）≥40，收缩率ψ（%）≥55，硬度：
≤187HB;≤90HRB;≤200HV.。
确定工艺方案
该零件包括落料、拉深、胀形三个基本工序，根据该零件采用简单模可以采用以下六种方案：
方案一：
先落料，再拉深，再胀形，最后切边。
落料
拉深
胀形
切边
方案二：
先落料，再胀形，再拉深，最后切边。
落料
胀形
拉深
切边
方案三：
先落料，再拉深外盒形，再拉深内圆筒，最后切边。
落料
拉深外盒形
拉深内圆筒
切边
方案四：
先落料，再拉深内圆筒，再拉深外盒形，最后切边。
落料
拉深内圆筒
拉深外盒形
切边
方案五：
先拉深内圆筒，再落料，再拉深外盒形，最后切边。
拉深内圆筒
落料
拉深外盒形
切边
方案六：
先胀形内圆筒，再落料，再拉深外盒形，最后切边。
胀形内圆筒
落料
拉深外盒形
切边
考虑到该零件的特殊性，在盒形拉深件的底部拉深胀形出一个圆筒，圆筒的边与盒形拉深件的短直边相切。
用方案一的方法加工，在胀形圆筒时由于盒形件壁部得不到压边，壁部的金属会向圆筒，使盒形件变形。
用方案三的方法加工，在拉深圆筒时盒形件底部的金属会向圆筒壁流动，也会使盒形件变形。
用方案二，四方法加工，盒形和圆筒的尺寸互不影响，可以加工出所需的零件，但这两种方案成型圆筒过程毛坯的尺寸会变化，毛坯尺寸不好确定，拉深圆筒后毛坯边缘不平整还要进行修边后才能再加工。
方案五，六就没有以上几种方案的问题。
比较五六两种方案，板料相对厚度好小，拉深容易破裂，起皱。
故选择方案五的方法进行加工。
毛坯尺寸计算
已知尺寸：
A=148mm，B=88mm，t=1mm,r=8mm,rp=3mm,H0=29mm，h=11mm,d=50mm,r1=3mm,r2=3mm。
因胀形圆筒后再落料，所以计算毛坯尺寸时按盒形件的拉深毛坯计算。
修边余量
表1—1盒形件的切边余量ΔH
零件相对高度H0/r
2.5~6
7~17
18~44
45~100
切边余量ΔH
（0.03~0.05）h
（0.04~0.06）h
（0.05~0.08）h
（0.06~0.1）h
注：
r－壁与壁间的转角半径
该零件的相对高度H0/r=29/8=3.63，
参考表1—1，计算得：
切边余量ΔH=0.036H0=0.036×29=1.04mm。
毛坯尺寸
在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。
在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。
同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，局部胀形不影响毛坯尺寸。
因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。
盒形件毛坯的确定
（1）按弯曲计算直边部分的展开长度
。
（4.4.1）
计算得：
H=30.04mm，
=31.75mm。
式中为工
件高度；
为盒形件修边余量。
（2）把圆角部分看成是直径为d=2r，高为H的圆筒件，则展开的毛坯半径为：
（4.4.2）
计算得：
R=22.8mm。
（3）毛坯长宽确定：
长度:
L=A-2rp+2l0=148-6+63.5=205.5mm
宽度:
K=B-2rp+2l0=88-6+63.5=145.5mm
毛坯圆角确定：
①按1:
1比例画出盒形件平面图，并过r圆心画水平线
，再以r圆心为圆心，以及为半径画弧，交
于a点；
②画直边展开线交
于b点，展开线距离
圆心迹线的长度为
；
③过线段
的中点c作圆弧R的切线，再以及为半径作圆弧与直边及切线相切。
使阴影部分面积
基本相等。
这样修正后即得毛坯的外形。
计算胀形伸长变形
胀形伸长变形：
式中L0、L——胀形前后变形区截面长度；
[δ]——工件材料的许用伸长率。
该零件胀形前截面长度：
L0=2r2+d=6+50=56mm；
胀形后截面长度：
L=πr1+πr2+2（h-r1-r2）+d-2r1=9.4+9.4+10+44=72.8mm。
胀形伸长变形：
εp=（72.8-56）/56=0.3=30%。
而零件材料1Cr18Ni9Ti的伸长率δ≥40%，所以圆筒可以一次胀形成型。
计算胀形力
胀形力：
P胀=kLtσb
式中L——胀形区的周边长度（mm）；
t——板料厚度（mm）；
σb——板料的强度极限（MPa）；
k——考虑胀形程度大小的系数，一般取k=0.7～1。
该零件胀形区的周边长度L=π（2r2+d）=56π=157.93mm；
材料厚度t=1mm；
板料的强度极限σb≥550MPa；
这里k值取0.8。
胀形力P胀=157.93×1×0.8×550=69489.2N。
落料力计算
落料力：
P落=0.8Ltσb
式中L——冲裁件受剪周边长度（mm）；
t——冲裁件料厚（mm）；
σb——材料抗拉强度（MPa）。
落料力P落=0.8×551×1×550=242440N
拉深次数确定
表1—2盒形件初次拉深的最大相对高度
相对角部圆角半径r/B
0.4
0.3
0.2
0.1
0.05
相对高度H/r
2~3
2.8~4
4~6
8~12
10~15
毛坯相对厚度t/B=1/88=0.011
相对角部圆角半径r/B=8/88=0.091
由表查得最大变形相对高度H/r为8~12。
工件相对高度H0/r=29/8=3.63<8~12。
所以该件为一次拉深件。
拉深力计算
拉深力：
P拉=（2πrK1+LK2）tσb
式中r——盒形件圆角部圆角半径（mm）；
L——盒形件直边部分长度总和（mm）；
t——材料厚度（mm）；
σb——材料抗拉强度（MPa）；
K1——系数，线盒形件K1=0.5；当相对高度H/B≥5~6时，取K1=1~2；
K2——系数，当间隙足够大且不压边时，取K2=0.2；当采用压边圈的压边力Q≥0.3P时，K2=0.3；强力压边时，可取K2=1。
拉深力P拉=（2×3.1416×8×0.5+458.27×0.2）×1×550=78058.2N。
压边力计算
压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。
合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。
压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算
压边力：
P压=Ap
式中A——有效压边面积（mm²）；
P——单位压边力（MPa）；（冲压模具设计师手册P2-244表9-19查得p=4.5）。
压边力P压=13252.2×4.5=66261N
拉深功的计算
拉深功：
式中
—最大拉深力（N）；
h—拉深深度（mm）；
W—拉深功（N·m）；
C—修正系数，一般取为C=0.6~0.8。
拉深功W=0.8×78058.2×30.04/1000=1876N·m。
压力机的电机功率可按下式计算：
Pw=KWn/（60×75η1η2×1.36×10）
式中 Pw——电动机功率（kW）；
K——不均衡系数，K=1.2～1.4；
η1——压力机效率，η1=0.6～0.8；
η2——电机效率，η2=0.9～0.95；
n——压力机每分钟行程次数。
若所选压力机的电机功率小于计算值，则应另选更大规格的压力机。
初选压力机
压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。
要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。
从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。
压力机，其公称压力Po应大于拉深力P拉与压边力P压之和，即：
Po＞P拉+P压
计算得：
Po＞78058.2+66261=144319.2N
因此初选单柱偏心压力机J11-100。
其主要参数及大小如下：
压力机型号
J11-100
公称压力/KN
1000
滑块行程/mm
20～100
滑块行程次数/（次/min）
65
最大封闭高度/mm
420
封闭高度调节量/mm
85
立柱间距/mm
喉深/mm
340
工作台尺寸/mm
前后
600
左右
800
垫板尺寸/mm
厚度
100
孔径
φ160
柄柄孔尺寸/mm
直径
φ60
深度
80
最大倾斜角/（°）
电动机功率/KW
7
模具结构设计
凹模圆角半径
凹模圆角半径：
=（4～10）t
式中
——凹模圆角半径（mm）；
t——坯料厚度（mm）。
一般情况下，在冲模设计及制造时，
应先取小一些，待冲模试模与调整时，根据试冲情况可适当加大，直到修正合适，能拉深出合格的制品为止。
这里取
=5mm。
凸凹模间隙
对于盒形件拉深模，其凸、凹模单边间隙可根据盒形件精度确定，当精度要求较高时，圆角部分的间隙Z角=（0.9~1.05）t；当精度要求不高时，圆角部分的间隙Z角=（1.1~1.3）t。
最后一次拉深取较小值。
另外，由于盒形件拉深时坯料在角部变厚较多，因此圆角部分的间隙应较直边部分的间隙大ΔZ，设计时可取ΔZ=（0.1～0.2）t
该零件的精度不高，选择公式：
Z角=（1.1~1.3）t，
这里取Z角=1.1mm。
直边部分的间隙：
Z直=Z角—ΔZ
这里取ΔZ=0.1t
所以Z直=1.1—0.1=1mm。
凸凹模尺寸及公差
拉深凸模和凹模的直边部分的间隙：
Z直=1mm，圆角部分的间隙Z角=1.1mm。
计算凸凹模制造公差，按IT8级精度选取，由表查得，δd=δp=0.063mm。
1凹模的设计
（1）模的材料选Cr12，凹模是在强压连续使用和有很大冲压力的条件下工作台的，且伴有温度的升高，工作条件恶劣，要求凹模材料有好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切耐性。
（2）凹模的硬度要求较高，一般应进行淬为热处理，使其硬度达到期HRC58-62。
（3）凹模设计的结构如下图所示
因拉深件标注外形尺寸，按凹模进行配作：
凹模尺寸:
Dd=（D-0.75Δ）+δd0
式中D——拉深件外形尺寸（mm）；
Dd——凹模尺寸（mm）；
δd——凹模制造公差（mm）；
δp——凸模制造公差（mm）；
——拉深件公差（mm），这里按IT10级精度选取，可以得
=0.16mm。
凹模长边尺寸为Dd长=（148-0.75×0.16）+δd0=147.88+0.0630mm；
凹模短边尺寸为Dd短=（88-0.75×0.16）+δd0=87.88+0.0630mm；
四个圆角部分相当于直径为16mm，
凹模圆角直径为Dd圆=（16-0.75×0.16）+δd0=15.88+0.0630mm。
2、凸模的设计
（1）凸模的材料为Cr12MOV
（2）凸模硬度要求低于凹模硬度，但其硬度还是较高的，要经过回火的热处理方法，使其硬度达到HRC56-60。
该凸模为拉深模具，且凸模的长度，宽度应根据拉深件具体结构确定。
凸模尺寸:
Dp=（D-0.75Δ-2Z）0-δp
式中Z——凹凸模单面间隙值（mm）,圆角部分的间隙Z角=1.1mm，直边部分的间隙Z直=1mm。
凸模长边尺寸为Dp长=（148-0.75×0.16-2×1）0-δp=145.880-0.063mm；
凸模短边尺寸为Dp短=（88-0.75×0.16-2×1）0-δp=85.880-0.063mm；
四个圆角部分相当于直径为16mm，
凸模圆角直径为Dp圆=（16-0.75×0.16-2×1.1）0-δp=13.680-0.063mm。
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