落料、拉深、冲孔复合模的课程设计

芈薁1.零件冲压工艺分析羆1.1制件介绍螄零件名称：自行车中轴碗蒂材料：15钢（渗碳淬火78HRA，层深0.3mm）莈料厚：2.5mm膃批量：大批量膂零件图：如图1所示荿肆膅羀莁莈蚄蚀膈蒇蒇蚃羃蒁薅莆蚃芈袈螅蒃荿图1肃莀1.2产品结构形状分析芀由图1可知，产品为圆片落料、有凸缘筒形件拉深、圆片冲孔，产品结构简单对称，孔壁与制件直壁之间的距离满足L≥R+0.5t（查参考书[1]第75页）的要求（L＝（35-19）÷2＝8，R+0.5t＝3+0.5×2.5＝4.25）。蚅1.3产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析蒃（1）尺寸精度膁17.0035，为IT12；175.0125.040，查[7]第17页表1－8，尺寸精度为IT13。零件图上的未注尺寸公差要求为IT13。芁（2）冲裁件断面质量羇板料厚度为2.5，查[1]第49页表2.2，生产时毛刺允许高度为≤0.15mm，本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。袂（3）产品材料分析袁对于冲裁件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计产品所用的材料是15钢，为优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经热处理后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以采用国家标准的板材，其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。肈（4）生产批量肆产品生产批量为大批量生产，适于采用冲压加工的方法，最好是采用复合模或级进模，这样将很大地提高生产效率，降低生产成本。薆2.零件冲压工艺方案的确定蚁2.1冲压方案膀完成此工件需要落料、拉深、冲孔、切边四道工序。其加工方案分为以下8种：蒈（1）方案一：落料－拉深－冲孔－切边。肅（2）方案二：落料、拉深复合－冲孔－切边。莂（3）方案三：落料、拉深复合－冲孔切边复合。羇（4）方案四：落料、拉深、冲孔复合－切边。薇（5）方案五：落料、拉深、冲孔、切边复合。蒄（6）方案六：落料、拉深级进－冲孔－切边。膂（7）方案七：落料、拉深、冲孔级进－切边。羈（8）方案八：落料、拉深、冲孔、切边级进。蚅2.2各工艺方案特点分析袄方案一的单工序模，模具制造简单，维修方便，但生产成本较低，工件精度低，不适合大批量生产；方案五的四工序复合模，生产效率高，工件精度高，但模具制造复杂，调整和维修难度大；方案八的四工序级进模，生产效率高，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低；其余方案的特点介于上面已分析的三个方案之间。袃2.3工艺方案的确定肀结合本零件的设计要求，决定采用方案四，其生产效率高，制件精度高，模具制造和调整维修比较麻烦。在本设计中，将设计落料、拉深、冲孔复合模。肇芃3.冲模结构的确定薃3.1模具的结构形式袇复合模可分为正装式和倒装式两种形式。膆（1）正装式的特点：工件和冲孔废料都将落在凹模表面，必须清除后才能进行下一次冲裁，造成操作不方便、不安全，但冲出的工件表面比较平直。螂（2）倒装式的特点：冲孔废料由冲孔凸模落入凹模洞口中，积聚到一定的数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大。莃3.2模具结构的选择罿经分析，若工件表面平直度较差，影响零件的使用，而工件和冲孔废料在有气源车间可以方便地清除。综合比较两种方式，决定采用正装式复合模。薈蒆袀4.零件冲压工艺计算羀4.1零件毛坯尺寸计算蚆（1）确定修边余量袅制件要有拉深工序，且属于有凸缘的筒形件拉深，凸缘直径为60mm，料厚2.5mm，查[1]第143页表4.14，选取修边余量为3.0mm，故修边前凸缘直径为dt＝60+3.0×2＝66mm。（2）（3）薀确定坯料直径（参考[1]第143页）螇D＝rddhdt44.342＝75.46mm，取D＝75mm。螅4.2排样芅（1）单排（如图2）芁虿薄薃螀螇芇芃螁袆a.搭边蚆查[6]第67页表3－20，选取a1＝1.5mm,a＝1.8mm。肃b.送料步距和条料宽度螀膈蚅肂袁芆肄螂蚈图2蕿送料步距A＝75+1.5＝76.5mm，条料宽度B＝75+2×1.8+2×0.6+0.8＝80.6mm。芈c.板料利用率肆查[1]第29页表1.13,选用2.5mm×600mm×500mm的板料。采用横裁可裁条料数为n1＝600÷80.6＝7（条），余35.8mm，每条板料可冲制件数n2＝（500－1.5）÷76.5＝6（件），则每张板料可冲制件为n＝6×7＝42（件）。经计算采用竖裁每张板料可冲制件数也是42件。板料利用率为螄[42×3.14×35.52/（600×500）]×100%＝55.43％（2）（3）蚀交叉双排（如图3）莆经计算可得条料宽度为B＝145，采用横裁可裁成条料4条，每张条料可冲制件12件，每张板料可冲制件数为48；采用竖裁可裁成条料3条，每张条料可冲制件15件，每张板料可冲制件数为45。蒅经上述分析，应采用交叉双排，板料横裁的方式。材料的利用率为蒄[48×3.14×35.52/（600×500)]×100%＝63.31％蚁蝿蒀蝿莅蚂羄芄葿袇莄螁薀羅螃薂羇螅蒃荿艿膄膃莀莈4.3拉深工序的拉深次数和拉深系数的确定蚃（1）判断能否一次拉出羃参考[1]第142、143页，按h/d＝11.5/37.5＝0.31，dt/d=66/37.5＝1.76，t/D＝2.5/75＝3.33％，查表可得h[1]/d[1]＝0.57，h[1]/d[1]h/d，故制件能一次拉出。蒂（2）拉深系数的确定薆由坯料直径D＝75和筒形件的中线尺寸d＝37.5，可得拉深系数为m＝d/D＝0.5。莇4.4冲裁力、拉深力的计算蚄（1）落料工序艿P＝bLt＝235.5×2.5×400＝235.5kN；衿PKP*卸卸＝235.5×0.025＝5.89kN；螆PKP*顶顶＝235.5×0.06＝14.13kN；蒄顶卸PPPP1＝235.5+5.89+4.13＝255.5kN。芀式中：P－冲裁力，N；羇L－冲裁件受剪切周边长度，mmDL5.2357514.3；膆t－冲裁件的料厚；袁b－材料抗拉强度，查[1]第27页表1.10，取值为400MPa；莂卸P－卸料力，N；荿顶P－顶件力,N；薅卸K－卸料力系数，查[1]第52页表2.3，取值为0.025；蚁顶K－顶件力系数，查[1]第52页表2.3，取值为0.06；腿1P－冲裁工序所需力之和。蒈（2）拉深工序肄FqPQ＝[π（752-352）/4]×2.5＝7.9kN；莁1184005.375.214.31bdtKPkN；芁64.12664.81182PPPQkN。薆式中：QP－压边力，N；蒄F－在压边圈下坯料的投影面积，mm2；膂q－单位压边力，查表取值为2.5MPa；节2P－拉深工序所需力之和。羈（3）冲孔工序袃P＝bLt＝59.66×2.5×400＝59.66kN；袂PKP推推＝59.66×0.05＝2.98kN；聿PKP顶顶＝59.66×0.06＝3.58kN；肇顶推＝PPPP3＝59.66+2.98+3.58＝66.22kN。薇式中：推P－推件力，N；蚂推K－推件力系数，查表取值为0.05；膁3P－冲孔工序所需力之和。葿（4）计算完成零件冲压所需的力，并选择压力机羆321PPPP＝总＝255.5+126.4+66.22＝448.36kN莃查[2]第389页表13.10，初选公称压力为600kN的JH21系列开式固定台压力机（型号为JH21-60）。其最大装模高度为300mm，装模高度调节量为70mm，工作台孔尺寸为150mm，主电机功率为5.5kW。羈薈4.5拉深间隙的计算蒅拉深间隙指单边间隙，即2/）（拉凸拉凹DDZ。拉深工序采用压边装置，并且可一次成形，查[1]第137页表4.11，可得拉深间隙为Z＝1.05t＝1.05×2.5＝2.625mm，取Z＝2.63mm。肃4.6拉深凸、凹模圆角半径的计算罿（1）凹模圆角半径的计算蚆一般来说，大的凹r可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量，所以凹r尽可能大些但凹r太大会削弱压边圈的作用，所以凹r由下式确定：袅tDDr）（＝凹凹8.0＝5.2)4075(8.0＝7.48袄取凹r＝7.5。肁式中：D－坯料直径，mm；肈凹D－凹模直径，由于拉深件外径为40mm,此处取值为40mm。芄（2）凸模圆角半径的计算薄凸r对拉深件的变形影响，不像凹r那样显著，但凸r过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。凸r的取值应比凹r略小，可按下式进行计算：袈凹凸＝rr8.0＝0.8×7.5＝6（mm）膇蚃对于制件可一次拉深成形的拉深模，凹r、凸r应取与零件图上标注的制件圆角半径相等的数值，但如果零件图上所标注的圆角半径小于凹r、凸r的合理值，则凹r、凸r仍需取合理值，待拉深后再用整形的方法使圆角半径达到图样要求。莄4.7计算模具刃口尺寸袀（1）落料模刃口尺寸蕿查表可得minZ＝0.36mm,maxZ=0.50mm莇maxZ-minZ＝0.50-0.36＝0.14mm袁凹＝+0.03mm，凸＝-0.02mm羁由此可得mmmm14.005.0＝凸凹蚇故能满足分别加工的要求。袆查表可得磨损系数X＝0.5，落料件基本尺寸为75mm，取精度为IT13，则其公差mm46.0，上偏差和下偏差分别为＝0.23mm和-0.23mm。由此可得薁03.0003.000max7546.05.023.75＝）＝（）＝（凹落凹XDD(mm)螈002.0002.00min64.7436.075＝）＝（）＝（凸落凹落凸ZDD(mm)螆（2）拉深模工作部分尺寸计算芅对于制件一次拉深成形的拉深模，其凸模和凹模的尺寸公差应按制件的要求确定。此工件要求的是外形尺寸，设计凸、凹模时，应以凹模尺寸为基准进行计算。由此可得芁01.004/05.004/096.3905.075.04075.0＝）＝（）＝（拉凹DD(mm)螀001.0001.004/7.3463.2205.075.040275.0＝）＝（）＝（拉凸ZDD(mm)膈式中：D－拉深件的基本尺寸，mm；蚅－拉深件的尺寸公差，从零件图可知其值为0.05mm。肂（3）冲孔模刃口尺寸计算袁查表可得minZ＝0.36mm,maxZ=0.50mm芆maxZ-minZ＝0.50-0.36＝0.14mm肄凹＝+0.025mm,凸＝-0.02mm螂由此可得mmmm14.0045.0＝凸凹。故能满足分别加工的要求。蚈查[1]第60页表2.6，可得磨损系数X＝0.5，孔的基本尺寸为19mm，取精度为IT13，则公差为33.0，上偏差和下偏差分别取值为+0.17mm和-0.17mm。由此可得虿002.0002.00min67.1833.05.083.18＝）＝（）＝（凸孔凸XDD（mm），薄薃025.00025.000min03.1936.067.18＝）＝（）＝（凹凸孔凹ZDD（mm）。螀螇4.8计算模具其它尺寸芇（1）凹模芃a.凹模壁厚螁查[6]第630页表14－5，由落料件的直径为75，料厚为t＝2.5，可取凹模壁厚为40。袆b.凹模厚度蚆查[6]第631页图14－15，凹模厚度h可根据冲裁力选取。由冲裁力为255.5kN，可得凹模厚度为h＝28mm。肃c.刃壁高度蕿查[6]第630页刃壁高度的计算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度0h可按下列规则计算：芈冲件料厚t≤3mm，0h＝3mm；肆冲件料厚t3mm,0h=t。螄由零件料厚为t＝2.5mm,可得刃壁高度0h＝3mm。蚀（2）上凸凹模莆上凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模，其长度应根据落料凸模的要求计算，壁厚根据落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直径计算。蒅此处落料凸模采用有固定卸料板的凸模，长度可按下公式计算：蒄YHHL21蚁式中：L－上凸凹模的长度，mm；蝿H