油擋沖壓工藝課程設(shè)計(jì)

1、重慶科技學(xué)院沖壓工裝課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué) 院:_冶金與材料工程學(xué)院_專業(yè)班級(jí): 材控普0902 學(xué)生姓名: 陶范明 張帆 學(xué) 號(hào): 2009440645 2009440671 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位）_ _重慶科技學(xué)院E405_ _ _設(shè)計(jì)題目:_ _油擋沖壓工裝設(shè)計(jì) 完成日期： 2012年 6月 21日 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ): _ _成績(jī)（五級(jí)記分制）:_ _ 指導(dǎo)教師（簽字）:_ _ 油擋沖壓工藝設(shè)計(jì)一、沖壓工藝性分析及結(jié)論沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過(guò)程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過(guò)程包括備料沖壓加工工序必要的輔助工序質(zhì)量檢驗(yàn)組合、包裝的全過(guò)程，但分析工藝性的重點(diǎn)要在沖壓加工工序這一過(guò)程里。而沖

2、壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個(gè)零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點(diǎn)分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。 從圖1.1中我們可以看出該零件的精度要求不是很高，但要求有較高的鋼度和強(qiáng)度。在零件圖中，尺寸為IT14級(jí)，其余尺寸未標(biāo)注公差，可以按自由公差計(jì)算和處理。零件的外形尺寸為Ø47，屬于中小型零件，料厚為1.5mm。圖1.1 油擋 下面分析結(jié)構(gòu)工藝性。因?yàn)樵摿慵檩S對(duì)稱旋轉(zhuǎn)體，故落料片肯定是圓形，其沖裁的工藝性很好。零件為帶法蘭邊圓筒形件，且、都不太大，拉深工藝性較好，圓角半徑R2、R2.5都大約等于2倍料

3、厚，對(duì)于拉深較適合。因此，該殼體零件的沖壓生產(chǎn)要用到的沖壓加工基本工序有：落料、拉深（拉深的次數(shù)可能為多次）。用這些工序的組合可以提出多種不同的工藝方案。二、工藝方案的分析比較和確認(rèn)該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序:落料、正向拉深和反向拉深。 根據(jù)這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案： 方案一:先進(jìn)行落料，再正拉深，最后進(jìn)行反拉深，以上工序過(guò)程都采用單工序模加工。方案二:落料與正拉深在復(fù)合模中加工成半成品，再在單工序模上進(jìn)行反拉深。方案三:落料、正拉深和反拉深全都在同一個(gè)復(fù)合模中一次加工成型。方案四:采用帶料連續(xù)拉深，或在多工位自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓成型。1）計(jì)算毛坯尺寸由于板料在扎壓或退火時(shí)

4、所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過(guò)程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤(rùn)滑的不均勻等等，也都會(huì)引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。這樣在計(jì)算毛坯尺寸的時(shí)候就必需加上修邊余量然后再進(jìn)行毛坯的展開(kāi)尺寸計(jì)算。 根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為2mm。 在拉深時(shí)，可以認(rèn)為在變形前后的毛坯和拉深間的表面積相等。 因?yàn)榇诵D(zhuǎn)體零件不是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，我們可以用“形心法”來(lái)求得。根據(jù)久里金法則，對(duì)于任何形狀的母線AB繞軸線YY旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體面積等于母線長(zhǎng)度L與其重心軸線旋轉(zhuǎn)所得周長(zhǎng)2x的乘積。

5、即旋轉(zhuǎn)體面積 F=2 lx 因?yàn)楸砻娣e拉深不變薄，所以面積相等，則 即 因?yàn)?A1=d1h1 A2=r1/2(d2+4r1)A3=(r2/2)(d3+4r2) A4=(r1/2)*(d4-4r1) A5=(/4)d23 A6=d5h2 A7=(/4)*(d22-d24) 由零件給出的尺寸可知：=47mm r1=2mm r2=2.5mm d2=d1-2r1=43mm d3=d5-2r2=27mm d4=d5+2r1=36mm d5=32mm H=10mm h1=H-r1=8mm h2=H-r2-r2=5.5mm t=1.5mm 所以可以計(jì)算出 D=70.4mm 由于設(shè)計(jì)的零件要在一個(gè)復(fù)合模中完成

6、正反拉深，因此中間有一個(gè)正拉深轉(zhuǎn)反拉深的過(guò)程，我們可以把這兩步分開(kāi)來(lái)計(jì)算中間尺寸。因?yàn)?其中 D=70.4mm d1=47mm h1=13.5mm r1=2mm r2=2mm 則 d2=52.4mm中間過(guò)程的零件如圖2.1所示。 圖2.12） 計(jì)算拉深次數(shù)在考慮拉深的變形程度時(shí)，必需保證使毛坯在變形過(guò)程中的應(yīng)力既不超過(guò)材料的變形極限，同時(shí)還能充分利用材料的塑性。每道拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強(qiáng)度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。極限拉深系數(shù)值可以用理論計(jì)算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在危險(xiǎn)斷面上的抗拉強(qiáng)度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實(shí)際

7、生產(chǎn)過(guò)程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實(shí)驗(yàn)的方法得出的，我們可以通過(guò)查表來(lái)取值。 該沖壓工件需要正反拉深兩個(gè)過(guò)程，因此可以分別計(jì)算其拉深系數(shù)來(lái)確定拉深次數(shù)。 (1) 正拉深對(duì)于正拉深其實(shí)際拉深系數(shù)為：m=d/D=47/70.4=0.67 且材料的相對(duì)厚度為 t/d*100=1.5*100/70.4=2.13凸緣的相對(duì)直徑為df/d1=52.4/47=1.11 凸緣的相對(duì)高度為h/d=13.5/47=0.29 由此可以查出 mmin=0.49 (h/d)max=0.65因?yàn)橥咕壍南鄬?duì)高度0.29小于最大相對(duì)高度0.65，且實(shí)際拉深系數(shù)0.67大于最小極限拉深系數(shù)0.49，所以正拉深

8、過(guò)程可以一次拉深成功。(2) 反拉深對(duì)于反拉深其實(shí)際拉深系數(shù)為：m=d/D=32/47=0.68且材料的相對(duì)厚度為 t*100/d=1.5*100/52.4=2.86 凸緣的相對(duì)直徑為 df/d1=47/32=1.47凸緣的相對(duì)高度為 h/d=8/32=0.25由此可以查出 mmin=0.47 (h/d)max=0.58 因?yàn)橥咕壍南鄬?duì)高度0.25小于最大相對(duì)高度0.58，且實(shí)際拉深系數(shù)0.68大于最小極限拉深系數(shù)0.47，所以反拉深過(guò)程也可以一次拉深成功。(3) 確定工藝方案根據(jù)以上計(jì)算分析比較上述四種方案，可以看出：方案一:用此方案，模具的結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，制造很容易，成本低廉，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

9、單定位誤差很大，而且單工序模一般無(wú)導(dǎo)向裝置，安裝和調(diào)整不方便，費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)效率低。 方案二:采用了落料與正拉深的復(fù)合模，提高了生產(chǎn)率。對(duì)落料以及正拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道反拉深工序是在單工序模中完成，使得最后一步反拉深工序的精度降低，影響了整個(gè)零件的精度，而且中間過(guò)程序要取件，生產(chǎn)效率不高。方案三:此方案把三個(gè)工序集中在一副復(fù)合模中完成，使得生產(chǎn)率有了很大的提升。沒(méi)有中間的取放件過(guò)程，一次沖壓成型，而且精度也比較高，能保證加工要求，在沖裁時(shí)材料處于受壓狀態(tài)，零件表面平整。模具的結(jié)構(gòu)也非常的緊湊，外廓尺寸比較小，但模具的結(jié)構(gòu)和裝配復(fù)雜。方案四:采用帶料連續(xù)拉深或多工位自動(dòng)壓力機(jī)沖壓

10、，可以獲得較高的生產(chǎn)效率，而且操作安全，但這一方案需要專用的壓力機(jī)或自動(dòng)的送料裝置。模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高。 根據(jù)設(shè)計(jì)需要和生產(chǎn)批量，綜合考慮以上方案，方案三最適合。即落料、正反拉深在同一復(fù)合模中完成。這樣既能保證大批量生產(chǎn)的高效率又能保證加工精度，而且成本相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)合理。 三、模具類型與結(jié)構(gòu)形式的分析根據(jù)前面工藝方案的分析，該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序:落料、正向拉深和反向拉深。方案三是落料、正向拉深和反向拉深全都在同一個(gè)復(fù)合模具中一次加工成型。所以采用落料、正反拉深復(fù)合模。采用落料、拉深復(fù)合模具，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹模）的厚度是否過(guò)薄。模具的落料部分

11、可以采用正裝式，正拉深部分采用反裝式，反拉深部分采用正裝式。彈性卸料板有敞開(kāi)的工作空間、操作方便、生產(chǎn)效率高、沖壓前對(duì)毛坯有壓緊作用，沖壓后使廢料能夠平穩(wěn)的從凸凹模上平穩(wěn)卸下，從而使沖裁件較為平整。其缺點(diǎn)是由于受彈簧、橡膠等零件的限制，需要較大的安裝空間，也使結(jié)構(gòu)變的較為復(fù)雜，可靠性與安全性不及剛性卸料板，且卸料力較小。剛性卸料板用螺釘和銷釘固定在凹模上，能承受較大的卸料力，其卸料可靠、安全、但操做不便，生產(chǎn)效率不高。根據(jù)已上對(duì)彈性和剛性兩種卸料裝置的分析和制件的生產(chǎn)要求，該卸料裝置采用彈性卸料裝置。四、排樣圖設(shè)計(jì)及材料利用率計(jì)算加工此零件為大批大量生產(chǎn)，沖壓件的材料費(fèi)用約占總成本的60%80

12、%之多。因此，材料利用率每提高1%，則可以使沖件的成本降低0.4%0.5%。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少?gòu)U料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產(chǎn)中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。 由于材料的經(jīng)濟(jì)利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產(chǎn)中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來(lái)作為衡量排樣合理性的指標(biāo)。 同時(shí)屬于工藝廢料的搭邊對(duì)沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補(bǔ)充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時(shí)的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質(zhì)量

13、，沖制出合格的工件。同時(shí)，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進(jìn)，提高了生產(chǎn)率。搭邊值得大小要合理選取。根據(jù)此零件的尺寸通過(guò)查表取搭邊值為 a=1.0mm ; 進(jìn)距方向 a1=1.2mm于是有進(jìn)距 h= D+a1=(70.4+1.2)mm=71.6mm 條料寬度 b=D+2a=70.4+2*1=72.4mm板料規(guī)格擬用t×A×B=1.5mm×1600mm×800mm熱軋鋼板。由于毛坯面積較大所以橫裁和縱裁的利用率相同，從送料方便考慮，我們可以采用橫裁（圖4.1）。圖4.1裁板條數(shù)n1=A/b=1600/73.4=21條余58.6mm每條個(gè)數(shù) n

14、2=(B-a1)/h=(800-1.2)/71.4=11個(gè)余13.4mm每板總個(gè)數(shù) n=n1*n2=21*11=231 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率=ns/bh=(*70.42/4)/(72.4*71.6)=75%一張板料上的材料利用率 =(nD2/4)/AB*100%=(231××70.42/4)/800×1600100%=70.25%五、沖壓力的計(jì)算與壓力中心的確定 (1) 落料力平刃凸模落料力的計(jì)算公式為 式中 F 沖裁力（N） L 沖件的周邊長(zhǎng)度（mm） t 板料厚度（mm） 材料的抗沖剪強(qiáng)度（MPa）K 修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤(rùn)

15、滑情況等多種因素有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在（1.01.3）P的范圍內(nèi)，一般k取為1.251.3。在實(shí)際應(yīng)用中，抗沖剪強(qiáng)度的值一般取材料抗拉強(qiáng)度的0.70.85。為便于估算，通常取抗沖剪強(qiáng)度等于該材料抗拉強(qiáng)度的80%。即 因此，該沖件的落料力的計(jì)算公式為 =1.3*0.8*70.4*1.5*390N =134559N(2) 卸料力一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會(huì)使落料件梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來(lái)所需的力稱卸料力。影響這個(gè)力的因素較多，主要有材料力學(xué)性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤(rùn)滑情況等。所以要精確地計(jì)算

16、這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：卸料力F卸=K1F式中 F 沖裁力(N) K1頂件力及卸料力系數(shù)，其值可查表。 這里取K1為0.04。因此F卸=5382N(3)正拉深力帶凸緣圓筒形零件的拉深力常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：通過(guò)計(jì)算可一次拉深成型P=K1d1tb式中P拉深力（N）；d1拉深后的筒部直徑（mm）；t材料厚度（mm）；b材料的強(qiáng)度極限（MPa）；K1修正系數(shù)，可將修正系數(shù)K1取為0.86。由于此零件正向拉深只需一次就可成型，故只采用首次拉深經(jīng)驗(yàn)公式求出正向拉深力。將已知尺寸參數(shù)和材料的強(qiáng)度極限值代入上式，可求出：P=0.86*47*1.5*390=74285N(4)反拉深力通常反拉深力

17、要比正常拉深力大20%。即F反=1.2d2tbK2式中 d2、t、b意義同計(jì)算正拉深力所代表的參數(shù)相同。K2修正系數(shù)，根據(jù)m2=0.68，這里可以取K2=0.9；由已知參數(shù)和上式可以求得：F反=1.2*32*1.5*390*0.9=63515N（5）頂料力頂料力是將落料件逆著沖裁方向頂出凹模刃口時(shí)所需要的力。頂料力的經(jīng)驗(yàn)公式為：P頂=K頂P式中 P頂頂料力（N）；P沖裁力（N）；K頂頂料力系數(shù)，其值取為0.06。由已知參數(shù)和上述公式可以求得：P頂=0.06*134559N=8074N（6）壓邊力在進(jìn)行拉深時(shí)，有許多因素會(huì)影響到拉深件的質(zhì)量，甚至影響到拉深工藝能否順利完成。常見(jiàn)的拉深工藝問(wèn)題主要

18、是平面凸緣部分的起皺和筒壁危險(xiǎn)斷面的拉裂。為了保證毛坯在拉深的過(guò)程中不產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，為此需要施加一定的壓邊力。根據(jù)拉深不起皺的條件：t/D0.10（1-m1）式中 t=1.5mm 、D=70.4mm 、m1=0.5由上述已知參數(shù)可知此次正向拉深不滿足拉深不起皺條件，故需用壓邊裝置。壓邊力的大小對(duì)拉深件的質(zhì)量是有一定影響的：如果過(guò)大，就要增加拉深力，可能會(huì)使制件拉裂；反之，如果壓邊力過(guò)小就會(huì)使工件邊緣或者凸緣起皺，所以必須選擇合適的壓邊力。合適的壓邊力范圍一般應(yīng)以沖件既不起皺，又使得沖件的側(cè)壁和口部不至產(chǎn)生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小與很多因素有關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)近似的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算

19、。Q正=Fq=(D2-（d1+2rd1) 2 q/4 Q反=(d12-（d2+2rd1) 2 q/4式中Q正、Q反壓邊力（N）；F毛坯在壓邊圈上的投影面積（mm2）；q單位壓邊力（MPa），這里取q=2.5。D毛坯直徑（mm）；d1、d2正反拉深后的外徑（mm）；由已知參數(shù)和上述公式，可求得：Q正=3878N Q反=1442N（7）壓力中心的確定模具的壓力中心是指沖壓力合力的作用點(diǎn)。計(jì)算壓力中心的目的是：1）使沖裁壓力中心與沖床滑塊中心相重合，避免會(huì)產(chǎn)生偏彎矩，減少模具導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不均勻磨損；2）保持沖裁工作間隙的穩(wěn)定性，防止刃口局部迅速變鈍，提高沖裁件的質(zhì)量和模具的使用壽命；3）合理布置凹模型

20、孔的位置。由于該制件的毛坯以及各工序件均為軸對(duì)稱圖形，而且只有一個(gè)工位，因此壓力中心必定與制件的幾何中心重合。六、凸、凹模工作部分尺寸與公差的確定整個(gè)沖壓過(guò)程包括落料、正拉深以及反拉深三個(gè)過(guò)程，在正反拉深過(guò)程中，由于是一次沖壓成型，所以各次拉深的凸、凹模圓角尺寸必需與零件要求相一致，則凸凹模單邊間隙:因?yàn)椴捎脡哼吶?，所以Z= tmax+kt =1.5+0.2*1.5=1.8mm工件直徑d1=47mm、d2=32mm均大于20mm正反拉深凹模圓角半徑為:rd1=0.039d1+2=0.039*47+2=3.8mmrd2=0.039d2+2=0.039*32+2=3.2mm凸模圓角半徑為:rp1=

21、0.7rd1=0.7*3.8mm=2.7mm ; rp2=0.7*rd2=0.7*3.2mm=2.2mm（1）落料落料時(shí)，按未標(biāo)注公差的自由尺寸IT12級(jí)選取極限偏差，故落料件尺寸為：70.40-0.30 mm 凸、凹模制造公差：p=0.02mm d=0.03mm x=0.5 Zmin=0.132mm Zmax=0.240mm由式Dd=(Dmax-x)0+d Dp=(Dmax- 0.75- Zmin) 0-p得Dd=(Dmax-x)0+d=(70.4-0.5*0.30) 0+0.02mm=70.30+0.02mmDp=(Dmax- 0.75- Zmin) 0-p=(70.4-0.5*0.30-

22、0.132) 0-0.03 mm=70.1 0-0.03mm落料凹模的外形尺寸的確定凹模厚（高）度：H=Kb凹模壁厚：C=（1.72.0）H式中 b沖裁件最大外形尺寸，K系數(shù)，根據(jù)壁厚t=1.5mm，查表得K=0.25所以：H=0.25*70.4mm=17.6mm C=（30.035.2）mm凹模外形直徑D=(b/2+C)*2=(70.4/2+35.2)*2=140.8mm查表調(diào)整至符合標(biāo)準(zhǔn)，凹模外形設(shè)計(jì)尺寸為D=160mm（GB2873.3-81），凹模厚度H=32mm（GB2858.4-81）。（2）正拉深正拉深時(shí)，因?yàn)榱慵菢?biāo)注外形尺寸，故拉深件的外徑尺寸為47-0.340mm。以凹模為

23、基準(zhǔn)，先計(jì)算確定凹模的工作尺寸，然后通過(guò)減小凸模尺寸來(lái)保證凸、凹模間隙。由式:Dd=(Dmin-0.75)0+d dp=(Dmin- 0.75- 2Z) 0-p得式中 制件公差；d、p凹模、凸模的制造偏差，查表可分別取為0.05，0.03；Dd=(Dmin-0.75)0+d=(47-0.75*0.34)0+0.08=46.750+0.05mmDp=(Dmin- 0.75- 2Z) 0-p*2)0-0.05=43.150-0.03mm（3）反拉深反拉深件按未注公差的極限偏差考慮，因?yàn)榱慵彩菢?biāo)注外形尺寸，故拉深件的外徑尺寸取為32.28-0.280mm。對(duì)于標(biāo)注內(nèi)形尺寸的拉深件，應(yīng)當(dāng)以凸模為基準(zhǔn)

24、，先計(jì)算確定凸模的工作尺寸，然后通過(guò)增大凹模尺寸保證凸、凹模間隙。由式: Dd=(Dmin-0.75)0+d dp=(Dmin- 0.75- 2Z) 0-p 得式中 制件公差與正拉深所示參數(shù)相同，d、p查相關(guān)表分別取為0.05，0.03。由已知尺寸可以計(jì)算出Dd=(Dmin-0.75)0+d =（32.28-0.75*0.28）0+0.05mm=32.070+0.05mm dp=(Dmin- 0.75-2 Z) 0-p =（32.28-0.75*0.28-1.8*2）0-0.03 mm=28.470-0.03 mm第一個(gè)過(guò)程為落料正向拉深，成型后如圖6.1所示。圖6.1第二個(gè)過(guò)程為反向拉深，成型后如圖6.2所示。圖6.2七、模