沖壓工藝學 沖孔翻邊

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1、沖壓工藝學 小組成員：賈宇杰房渤策 馬志遠夏利超 指導老師：段永川老師 生產(chǎn)零件：端蓋 技術條件： 1 . 料厚1mm 2 .去掉毛刺 3 .材料為 08 鋼 4 .本零件為落料沖孔模 5 .設計本零件間的沖壓工藝及模具 項目的主要內(nèi)容： 沖 壓工藝分析設計 工 藝方案及模具結構形式 模 具設計計算 設 備選擇 模 具設計 設計該零件的沖壓工藝與模具 （一）沖壓工藝分析設計 1、沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量設計是否合理。一般的講，在滿 足工件使用要求的條件下，能以最簡單最經(jīng)濟的方法將工件沖制出來，就說明 該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性

2、就差。 以上要求是確定沖壓件的結構，形狀，尺寸等對沖裁件工藝的實應性的主要因 素。根據(jù)這一要求對該零件進行工藝分析。 1. 材料分析：由零件圖可知端蓋的材料為08冷軋鋼板，具有良好的成形性能。 2. 經(jīng)濟性分析：該端蓋是大批量生產(chǎn)，適合沖壓生產(chǎn)。 3. 精度分析：零件圖上沒有尺寸、公差要求，所以均按照IT14選取，所以普通沖 壓即可滿足零件精度要求。 2、T8鋼淬火加熱時容易過熱，變形也大，塑性及強度比較低，不宜制造承受較 大沖擊的凸凹模，價格便宜，材料來源廣，熱處理溫度低，熱處理后有較高的硬 度和耐磨性。 2、零件尺寸未標注公差，屬自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差，經(jīng)

3、查 公差表,各尺寸公差為：500-0.62、24.70-0.52、70-0.36、6.50-0.36、10± 0.18、150+0.43以根據(jù)圖紙要求進行設計并畫圖，利用普通沖裁方式可達到圖 樣要求。 材料為08冷軋鋼板是優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼，具有良好的可沖壓性能。材料的厚度為 1.0mm由于該件外形簡單，形狀規(guī)則，適于落料沖孔加工。 (二)工藝方案及模具結構形式 確定方案就是確定沖壓件的工藝路線，主要包括沖壓工序數(shù)，工序的組合和順 序等。確定合理的沖裁工藝方案應在不同的工藝分析進行全面的分析與研究， 比較其綜合的經(jīng)濟技術效果，選擇一個合理的沖壓工藝方案。 經(jīng)分析，該零件屬于中小批量生產(chǎn)，工

4、藝性較好，沖壓件尺寸精度不高，形狀 簡單。根據(jù)現(xiàn)有沖模制造條件與沖壓設備，采用沖裁沖孔復合模，模具制造周 期短，價格低廉，工人操作安全，方便可靠。 (三)模具設計計算 1排樣 因為矩形邊長L=50mm查表1可知 兩工件間按矩形取搭邊值a=1.8,工件與邊緣搭邊值a1=1.5. 條料寬度按相應的公式計算：查表2，=0.5C=0.2 B=(D+2a+ 0-6 B= (50+2X2+0.5) 0-0.5 B=54.50-0.5 mm 表1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值 材料厚度t (mm) 圓件及r>2t圓角 矩形邊長K50 矩形邊長l>50或圓角r<2 工件間a1 側(cè)邊a

5、 工件間a 側(cè)邊a1 工件間a1 側(cè)邊a 0.25以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25 ?0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5?0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.8 ?1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2 ?1.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.0 1.6?2.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2 表2 剪裁下的下偏差^( mm) 條料厚度t(mm) 條料寬度b(m

6、m) 工 50 >50 ?100 >100 ?200 >200 <1 0.5 0.5 0.7 1.0 > 1?3 0.5 1.0 1.0 1.0 > 3?4 1.0 1.0 1.0 1.5 > 4?6 1.0 1.0 1.0 2.0 根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知圖形搭邊值和條料寬度，如圖 2可示: 2 .計算沖壓力 若采用平刃沖裁模，其沖裁力P限下式計算： P一沖裁力； L一沖裁周邊長度； t一材料厚度； l材料抗剪強度； K一系數(shù)； 系數(shù)K是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口磨損、板料力 學性能和厚度波動等原因的影響而給

7、出修正系數(shù)，一般取K=1.3。 L=50+50+10 X 4+24.7 X 2=189.4 mm 查 p >=210-400 M r =250 Pp= KLt r =1.3X (3.14X 104.4) X 1.0X 250 =106540.2N 3 .拉伸力的計算 (1)外圍拉深 P=7t dp1t*k1 t 一毛坯厚度 b一材料的抗拉強度 k一鋼板的系數(shù) d1 一外圍沖裁板的直徑 拉伸系數(shù)一m=d/D=0.48 由毛坯的相對厚度查表得拉深一次即可, 拉伸系數(shù) m=d/D=0.48 ； 08冷”■岡為325Mpa 查表得k=i.i ； p=_Tt dpit；

8、=bk1 P=56156N (2)內(nèi)徑拉深 p=t dpit；=bki t 一毛坯厚度 、一材料的抗拉強度 k—鋼板的系數(shù) d1 一內(nèi)圍沖裁板的直徑 由毛坯的相對厚度查表得拉深一次即可, m=d/D=0.56 ； pj dpitjki P=21441N (3)沖孔 P= KLt r t毛坯厚度 08冷軋鋼為325Mpa查表得k=0.75 ； 拉伸系數(shù) 九一材料的抗拉強度 k—鋼板的系數(shù) d一外圍沖裁板的直徑 由毛坯的相對厚度查表得拉深一次即可, 08冷軋鋼為325Mpa,查表得k"3； L=54.66 ; t=1.0mm； D=17.4 P= KLt

9、 r P=17764N (4)翻邊力 t ―材料厚度 s一材料的屈服強度 di —外圍直徑 d0—內(nèi)部拉深的直徑 °s取 190,; t>175Mpa P=7613N 4、工件的壓力中心 該制件有中心對稱，因此其壓力中心與重心重合。 5、計算凸、凹模的工作部分的尺寸 (1)落料 根據(jù)凸模和凹模刃口尺寸的確定原則： ①落料時以凹

10、模的尺寸為基準，先確定凹模尺寸； ②沖孔時以凸模尺寸為基準，先確定凸模尺寸； ③凸模和凹模刃口的制造公差； 考慮本成品零件的結構形狀，本凹模采用矩形局凹模，其材料和凸模一樣為 14TA,熱處理硬度為58-62HRC內(nèi)形尺寸即半成品的外形. 據(jù)表3-7落料及沖孔模人口間隙表，保證雙面間隙為 0.10~0.130 mm 由表3-13查出其尺寸的極限偏差△=0.16 由查3-18表規(guī)則形狀沖裁凸模、凹模的制造公差得B凸=0.02、如=0.03 由于滿足Zmax-Zmin '◎凸凹的條件，故凸模和凹?？刹捎梅珠_加工的方法制作。 凸模刃口尺寸計算： 府 凹模刃口尺寸計算：Cj=(Cm

11、in+X △)力 式中，Aj、Cj - 基準件尺寸，單位均為 mm。 Am x、Cmin——相應的工件極限尺寸，單位均為 mm。 △——工件公差，單位均為 mm。 廣-基準件制造偏差，單位均為 mm。 當刃口尺寸公差標注形式為+s(-8)時，如=A/8; 查系數(shù)表，3-19工件的精度IT14取x值=0.5, 以凹模為基準，凹模刃口尺寸計算如下 播 按照 ⑵C凹=(Cmin+X4)P r凹 104.4 凹=(104.4+ 0.5X 0.22)飛=104.51 ±0.0275 (mm) CT=() (2)沖孔 根據(jù)凸模和凹模刃口尺寸的確定原則： ①落料時以凹模的尺寸為基

12、準，先確定凹模尺寸； ②沖孔時以凸模尺寸為基準，先確定凸模尺寸； ③凸模和凹模刃口的制造公差； 考慮本成品零件的結構形狀，本凹模采用矩形局凹模，其材料和凸模一樣為 14TA,熱處理硬度為58-62HRC內(nèi)形尺寸即半成品的外形. 據(jù)表3-7落料及沖孔模人口間隙表，保證雙面間隙為0.10?0.130 mm 由表3-13查出其尺寸的極限偏差△=0.22 由查3-18表規(guī)則形狀沖裁凸模、凹模的制造公差得 5凸=0.02 &凹=0.025 、 由于不滿足Zmax-Zmin *5凸+6凹的條件，故凸模和凹?？刹捎门浜霞庸さ姆椒ㄖ谱?。 ,、曲 凹模磨損后尺寸變大 A類：Aj=(A

13、max-XA)0(1) 怖 凹模磨損后尺寸不變 B類：Cj=(Cmin+XA)胃(2) 式中，Aj、Cj ——基準件尺寸，單位均為 mm。 Am x、Cmin——相應的工件極限尺寸，單位均為 mm。 △——工件公差，單位均為 mm。 廣-基準件制造偏差，單位均為 mm。 當刃口尺寸公差標注形式為+s(-8)時，$凹=A/8; 查系數(shù)表，3-19工件的精度IT14取x值=0.5, 以凹模為基準，凹模刃口尺寸計算如下 埼 按照(2)Cj=(Cmin+XA)國 ,、山 104.4 凹=(104.4+ 0.5X 0.22)4=104.51 ±0.0275 (mm) 第一類尺

14、寸A1、A2、A3、A4.由表1查表得： X1、X2=0.5 X3、X4=0.75 A1= (50-0.5 062) 00.62/4=49.69 0+0.155mm A2=(24.7-0.5 0.52)00.52/4=24.44o0.13 mm A3=(7-0.75 0.36)00.36/4=6.73o0.09 mm A4=(6.5-0.75 0.36)00.36/4=6.23o0.09 mm 第二類尺寸Bo查表1得，X=0.5 有公式得： B= (15+0.5 4.43) -0.43/40=15.2150.1080 mm 第三類尺寸C。查表1得，X=0.5有公式得： C=(

15、9.82+0.5 0<36) 036/8=10 0045 mm 沖孔時應以凸模為基準件來配作凹模。此工件的尺寸公差有查表可知：3.2+0.080 mm 有沖壓工藝學教材表：Zmax=0.120 mm, Zmin =0.096 mm Zmax- Zmin=0.024 mm 沖孔部分：8p=0.020 mm, ^=0.020 mm X=0.5 dp= (d+x △) - f=(3.2+0.5 008) 0.020=3.24 0.020 mm dd= (dp+ Zmin) 0+加=(3.24+0.096) 0+0.02 mm=3.3360+0.02 mm 表10系數(shù)X 料厚t(m

16、m) 非圓形 圓形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差A/mm 1 <0.16 0.17~0.35 >0.36 <0.16 >0.16 1~2 <0.20 0.21~0.41 >0.42 <0.20 >0.20 2~4 <0.24 0.25~0.49 >0.50 <0.24 >0.24 >4 <0.30 0.31~0.59 >0.60 <0.30 >0.30 (四)沖裁工藝方案的確定 1.沖裁工序的組合 (1)生產(chǎn)批量：中批和大批量生產(chǎn)采用復合沖裁 (2)工件尺寸公差等級：復合沖裁所得到的工件尺寸公差等級

17、高，因為它避 免了多次沖壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整。 （ 3）對工件尺寸、形狀的適應性：工件的尺寸較小時，考慮到單工序上料不 方便和生產(chǎn)效率低，常采用復合沖裁。 （ 4）模具制造、安裝調(diào)整和成本：對復雜形狀的工件，采用復合沖裁較為適 合，因模具制造、安裝調(diào)整較易，成本較低。 （ 5）操作方便與安全：復合沖裁處件或清除廢料較困難，工件安全性較差。 2．沖裁順序安排 根據(jù)圖形安排，先進行沖孔，沖孔結束后再進行落料，這樣能保證精度。 （五） 凸模強度的校核 在一般情況下，凸模的強度和剛度是足夠的，無須進行強度校核。但對特別細長的凸 ?；蛲鼓５慕孛娉叽绾?/p>

18、小而沖裁的板料厚度較厚時，則必須進行承壓能力和抗縱彎曲能力的校 核。其目的是檢查其凸模的危險斷面尺寸和自由長度是否滿足要求，以防止凸?？v向失穩(wěn)和折 斷。 強度的校核的目的主要是檢查其高度是否足夠，若高度不夠，將會產(chǎn)生彎 曲變形以至損壞 查《實用模具設計與制造手冊》[3] 表2— 94凹模的強度校核公式 oW=1.5P/h>h（3.7） hmin= 1.5p/[ o- W] 其中為沖裁力 P=Lt「九 357 X 1.5 X 300=50444=1 KLt r =1.3x （50+50+10M+24.70 x1.280 =88639.2N hmin==1.5 88639.2

19、N=60mm 取 h=65mm 所以凸模強度符合強度要求 凹模板上螺釘孔 的確定 查〈〈冷沖模具設計與指導〉〉表1—26 ,可以用M10的緊固螺釘，材料為 45鋼許用負載為3100N 查表可得 a1=12.5d=10mm a2=1.5d=12mm 模具模架選擇 （ 1） 沖壓設備的選用 壓力機對模具壽命的影響也不容被忽視。壓力機在不加載狀態(tài)下的精度 稱為靜精度，加載狀態(tài)下的精度稱為動精度。 當壓力機的動精度不好時，就等于喲暖和精度不好的壓力機進行沖壓加 工。由于測量動精度很困難，目前還沒有壓力機動精度的標準，生產(chǎn)廠家 也只保證壓力機的靜精度。因此壓力機的動精度一般

20、只能根據(jù)其靜精度的 好壞、框架結構形式和尺寸以及對壓力機生產(chǎn)廠家的信任程度來推斷。 根據(jù)以上原因和總的沖裁力必須小于或等于壓力機的公稱壓力，故選壓力機 型號 故選壓力機型號為開式壓力機其技術規(guī)格如下 : 公稱壓力 40KN 滑塊行程40mm 滑塊行程次數(shù)6 最大的封閉高度為260mm 閉合高度調(diào)節(jié)量為 35 mm 工作臺尺寸前后180mm 左右 280mm 模柄孔尺寸（直徑x深度）①30X 50 （ 1） 模柄的選用 通過查找手冊確定選用壓入式模柄 模柄材料： Q235-1F GB700 直徑 d=32mm 高度 L=80mm 的 A 型壓入式模柄 模柄 A

21、32X80JB/T 7646.1 （3） 模具的閉合高度的計算 沖模的閉合高度是指滑塊在下死點即模具在最低工作位置時，上模座上 平面與下模座下平面之間的距離H。 沖模的閉合高度必須與壓力機的裝 模高度相適應。壓機的裝模高度是指滑塊在下死點位置時，滑塊下端 面至墊板上平面間的距離。當連桿調(diào)至最短時為壓機的最大裝模高度 Hmax連桿調(diào)至最長時為為最小裝模高度Hmin。 沖模的閉合高度H?介于壓機的最大裝模高度Hma之間，其關系為： Hmax-5mmHI> Hmin+10mm255>H>220 如果沖模的閉合高度大于壓機最大裝模高度時，沖不能在該壓力機上使 用。反之小于壓力機最小

22、裝模高度時，可加經(jīng)過磨平的墊板。 沖模的其它外形結構尺寸也必須和壓力機相適應，如模具外形輪廓平面 尺寸與壓力機墊板、滑塊底面尺寸，模柄與模柄孔尺寸，下模緩沖器平 面尺寸與壓力機墊板孔尺寸等都必須相適應，以便模具能正確安裝和正 常使用。 (4)根據(jù)凹模寬度B、長度L、厚度H,凸模長度Li、導料板厚、卸料板厚、 板料厚度、凸模修磨量等數(shù)據(jù)查表得到 模具模架的尺寸。查表可得數(shù)據(jù) 如下 1、上下模座 GB/T2856.3250X200X50 2、導柱 GB/T2861.4 32X215 3、導套 GB/T2861.8 32X150X 48 4、螺釘 DB/T70.1 M6 X43

23、 5、模具閉合高度H=230mm 5) 5)推桿的選材，熱處理工藝方案 根據(jù) 《冷沖壓模具設計手冊》 [2] 一般用途的推桿的 材料選擇45鋼。它是一 種優(yōu)質(zhì)碳素鋼。含磷比較少，非金屬雜質(zhì)比較少。鋼的品質(zhì)較高。它須調(diào) 質(zhì)處理后使用，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學性能，即具有較高的的刃 性和塑性，焊接性能也好。固采用此鋼比較好。 6) 推桿與推板的設計 為了便于裝在凹模內(nèi)，本副模具采用剛性推件裝置。 同時采用圓柱形推板，推板的大直徑大約設計為6mm,小直徑大約設計為 3.2mmJ隹板的長度大約為152mm 7) 卸料板的設計 一般卸料板材料為45號鋼，它是一種優(yōu)質(zhì)碳素鋼

24、，卸料板 的形狀設計為長 方形，其工作部分的尺寸由沖落料部分的凸凹模來決定，并且與凸凹模保持 1~2mm的間隙。 (8) 確定裝配基準 1、 落料，沖孔應以沖材凸凹模為裝配基準件。 首先確定凸凹模在模架中的位置，安裝凸凹模組件，確定凸凹組件在 下模座的位置，然后用平行板將凸凹模和下模座夾緊。 沖裁模具材料的選?。? 可查《冷沖壓模具設計指導》表8-8和8-9： 凸模的材料為 T10A ，凹模的材料為 T10A ，熱處理硬度為 58-62HRC， 墊板、凸模固定板、凹模固定板的材料的45號鋼，熱處理硬度為 HRC43-48。 沖裁模的常用配合： 2、 H7/h6的間隙定位

25、配合，導柱和導套的配合。 3、 H7/r6 的過度配合，用于較高的定位，凸模與固定板的配合，導套與模 座，導套與固定板，模柄與模座的配合。 4、 H7/m6的過度配合,能以最好的定位精度滿足零件的剛性和定位要求, 凸模的固定導套與模座的固定、導柱與固定板的固定。 3. 計算總沖壓力： 卸料力、頂件力、推料力的計算 在 沖裁結 束時， 由于材料的彈性回復 （包括徑向回復和彈性翹曲回復） 及摩 擦的存在，將使沖落的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸 模 上。為使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將緊箍在凸模上的料卸下，將梗塞在凹 模 內(nèi)的材料推出。從凸模上卸下箍著的料稱卸料力；

26、逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄? 內(nèi) 頂出所需要的力稱為頂件力；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱 為 推料力。一般按以下公式計算： 卸料力P X=KXpP 頂件力PD=KDPP 推料力PQ=nK1Pp 式中，F(xiàn)P——沖載力，N; KX—— 卸料力系數(shù)，可查表； KD—— 頂件力系數(shù)，可查表； n=h/t h為凹模直刃高度，t K1—— 推料力系數(shù)，可查表； n—— 梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量， 為板厚；Kx=0.04Kd=0.06K1=0.05 卸料力計算：P x=KxPp =0.04 88639.2 =3545.6N 頂件力計算：Pd=KdPp =0.06 8

27、8639.2 =5318.4N 推料力計算：PQ=nK1Pp =3X0.05 88639.2 =13295.9N 如表3.1 材料種類 板料厚度/mm Kx Ki Kd 鋼 ~0.1 0.06?0.075 0.1 0.14 >0.1?0.5 0.045?0.055 0.065 0.08 >0.5?2.5 0.04~0.05 0.050 0.06 >2.5?6.5 ?0.03?0.04 0.045 0.05 >6.5 0.02~0.03 0.025 0.03 黃銅、紫銅 0.02?0.06 0.03~0.09 鋁、鋁合金 0.025~0.08 0.03~0.07 所以總沖壓力：P總=P x+ Pd+ PQ =3545.6N+5318.4N+13295.9N =22159.9N