筒盖零件冲压工艺、CAE分析及冲压模具设计

设计题目原始材料：如图所示筒盖零件材料为08F，厚度为1mm，中批量生产。冲压成型工艺分析08F中F表示是沸腾钢，08表示为含碳量为万分之八，它属于优质碳结构钢而且市场上也容易购得此材聊。08F的强度、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，剩磁较少，但淬透性、淬硬性极低。此工件为08F，厚度为1mm,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t的两倍，即b＞2t。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，外形应尽量避免有尖锐清角，拉深部分有R=4mm的拉深圆角过渡。该工件有一个φ24mm的孔,孔与边缘之间的距离是28mm。08F钢冲压性能较好,孔与外缘的壁厚较大,并且尺寸精度要求不高，复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。因此,可以采用复合冲压工序,这样可以大大提高工作效率,并减轻工作量,节约能源,降低成本,而且避免原有的加工方法中须将手伸入模具的问题,对保护操作者安全也很有利。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：方案一：落料——冲孔——拉深——翻边成形方案二：落料冲孔复合——拉深成型——翻边方案三：落料冲孔翻边复合——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要求，该冲压工艺方案选用方案二较优。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。CAE分析翻边工艺设计计算预冲孔D=5mm计算翻边因数M=0.217由于查《冲模设计应用实例》中表5-4得知低碳钢极限翻边因数为0.42，大于m,所以该零件应先进行拉深，再进行翻边。落料冲孔复合模具的工艺分析根据CAE分析的毛坯图进行落料冲孔模的设计排样的确定搭边数值取决于以下因素：（1）件的尺寸和形状。（2）材料的硬度和厚度。（3）排样的形式（直排、斜排、对排等）。查得《冲压工艺与模具设计》中表2-10，搭边值a=1.5mm,b=1.5mm确定条料步距简单计算零件展开后的长度L=112mm，零件宽b=105mm步距：l=L+a=112+1.5=113.5宽度：B=b+2×b=105+2×1.5=108mm画出排样图根据以上的内容，可以确定出制件的排样图毛坯材料利用率的计算材料的剪裁查阅表1—13冷轧轧制薄钢板规格，拟用1mm×900mm×12000mm热轧钢板。①板料横向裁剪裁板条数n=900÷108=8（条），余36mm每条个数n=1200÷113.5=10（件），余65mm每板总个数80(件)②板料纵向裁剪裁板条数n=1200÷108=11（条），余12mm每条个数n=900÷113.5=7（件），余105.5mm每板总个数77(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，我们可以采用横裁。毛坯材料利用率的计算零件所用的面积量得S=9315-3.14x5x5=8862.84mm材料的利用率为72.3%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。落料力、冲孔力的计算KNF67.14230413613.1.3Lt1b落KNLtFb20.63041514.33.13.15148.87KN20.667.142F51落FFKN70.6148.870.045FK11卸卸F8.19KN148.870.055FK11推推nF8.93KN148.870.06FK11顶顶FKN69.17293.819.870.6148.87FFFF11111顶推卸总FKN50.22469.172.31.3F111总公称F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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）/mm560×370立柱间距离（不小于）/mm270模柄孔尺寸（直径×深度）/mm电动机功率/KW2.26040冲孔落料模具的设计确定凸、凹模间隙及制造公差冲孔时凸凹模刃口尺寸计算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。根据工艺性质和模具结构确定采用较硬橡胶，形状是圆筒形，数量为4块单个弹簧所受的负荷PP=/n=1675N计算所需橡胶总的面积：S=/P=1675/1.06=1580mm每个橡胶的面积：S=1580/4=395mm根据P的大小，查《冲压模具设计指导》从标准中初选弹簧的规格：外径16mm,内径6.5mm,自由高度12mm卸F卸F卸F卸F冲孔落料模具的设计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定位方式的选择:导料销和档料销落料冲孔复合模设计1.冲孔凸模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阶段型型型冲孔落料模具的设计凸模总长度=凸模固定板厚度（取=20mm）+卸料板厚度（取=14mm）+材料厚度+增加长度（它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5∽1）mm）冲孔落料模具的设计复合模凹模：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：凹模厚度：H=kb=0.18×112=20.16mm，圆整为20mm；(查《模具设计应用实例》表2-17凹模厚度系数得k=0.18)。凹模壁厚：C=（2∽3）H=（40～60）mm，取凹模厚度H=40mm，取凹模壁厚C=40mm；凹模宽度：B=192mm；凹模长度：L=B=192mm，（送料方向）；凹模轮廓尺寸为：130mm×160mm×30mm。冲孔落料模具的设计冲孔落料模具的设计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模相等；冲孔落料模具的设计卸料板的设计外形和凹模一样，内形与凹凸模一样，查《冲压模具标准件选用与设计指南》表7-9得：卸料板与凹模配单边间隙0.1。孔只有装卸料螺钉的孔和挡料销孔，厚度12～20mm，这里取14mm。材料用Q235。冲孔落料模具的设计凸凹模固定板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H7/m6，凸凹模压装后端面要与固定板一起磨平。拉深模具的设计形状分析（1）拉深件形状应尽可能简单、对称、避免急剧转角或凸台。（2）深高度应尽可能小，以减小拉深次数，提高冲件质量。（3）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。（4）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。（5）拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足要求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R4，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。毛坯相对厚度查《冲压工艺与模具设计》中表4-7，首次拉伸要用压边圈。查《冲压工艺与模具设计》表4-2，拉伸因数m为0.53～0.55＜0.714，故可一次拉成。拉深模具的设计压力机的选择6040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）/mm450×300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拉深模具的设计拉伸时凸、凹模刃口尺寸计算拉深间隙凹、凸模的圆角半径计算凹模洞口圆角半径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,凸模与凸模固定板的配合部分按过渡配合(H7/m6或H7/n6)制造。拉深模具的设计拉深模具的设计凸模固定板凸模固定板与凸模外形配间隙，外形与凹模外形一致，厚度一般取大于15mm，取凸模固定板的厚度为22mm，采用Q235制作。拉深模具的设计压边圈由于本次设计拉深的行程小，所需压边力较小，弹簧与橡皮压边装置结构简单，在单动的中小型压力机中使用方便，所以选用橡皮压边装置，橡皮应选用软橡皮（相对冲裁卸料用的硬橡皮）。