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1、第二节第二节 冲压工艺与模具设计实例冲压工艺与模具设计实例一一、摩摩托托车车侧侧盖盖前前支支承承冲冲压压工工艺艺设设计计二二、微微型型汽汽车车水水泵泵叶叶轮轮冲冲压压工工艺艺与与模模具具设设计计一一、摩摩托托车车侧侧盖盖前前支支承承冲冲压压工工艺艺设设计计 图 12-1 所示为摩托车侧盖前支承零件示意图，材料Q215 钢，厚度 1.5mm，年生产量 5 万件，要求编制该冲压工艺方案。 零件及其冲压工艺性分析摩托车侧盖前支承零件是以2 个9 . 5mm 的凸包定位且焊接组合在车架的电气元件支架上，腰圆孔用于侧盖的装配，故腰圆孔位置是该零件需要保证的重点。另外，该零件属隐蔽件，被侧盖完全遮蔽，外观
2、上要求不高，只需平整。图 12-1 侧盖前支承零件示意图该零件端部四角为尖角，若采用落料工艺，则工艺性较差，根据该零件的装配使用情况，为了改善落料的工艺性，故将四角修改为圆角，取圆角半径为2mm。此外零件的 “腿”较长，若能有效地利用过弯曲和校正弯曲来控制回弹，则可以得到形状和尺寸比较准确的零件。腰圆孔边至弯曲半径R 中心的距离为 2.5mm。大于材料厚度 （1.5mm），从而腰圆孔位于变形区之外，弯曲时不会引起孔变形，故该孔可在弯曲前冲出。 确定工艺方案首先根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。冲压该零件需要的基本工序有剪切(或落料 )、冲腰圆孔、一次弯曲、二次弯曲和冲凸包。其中弯曲决
3、定了零件的总体形状和尺寸，因此选择合理的弯曲方法十分重要。(1) 弯曲变形的方法及比较 该零件弯曲变形的方法可采用如图12-2 所示中的任何一种。第一种方法 (图 12-2a)为一次成形，其优点是用一副模具成形，可以提高生产率，减少所需设备和操作人员。缺点是毛坯的整个面积几乎都参与激烈的变形，零件表面擦伤严重，且擦伤面积大，零件形状与尺寸都不精确，弯曲处变薄严重，这些缺陷将随零件“腿”长的增加和 “腿”长的减小而愈加明显。 第二种方法 (图 12-2b)是先用一副模具弯曲端部两角，然后在另一副模具上弯曲中间两角。这显然比第一种方法弯曲变形的激烈程度缓和的多，但回弹现象难以控制，且增加了模具、设
4、备和操作人员。第三种方法 (图 12-2c)是先在一副模具上弯曲端部两角并使中间两角预弯45，然后在另一副模具上弯曲成形，这样由于能够实现过弯曲和校正弯曲来控制回弹，故零件的形状和尺寸精确度高。此外，由于成形过程中材料受凸、凹模圆角的阻力较小，零件的表面质量较好。这种弯曲变形方法对于精度要求高或长“脚”短“脚”弯曲件的成形特别有利。图 12-2 弯曲成形a)一副模具成形 b)、c)两副模具成形(2) 工序组合方案及比较 根据冲压该零件需要的基本工序和弯曲成形的不同方法，可以作出下列各种组合方案。方案一：落料与冲腰圆孔复合、弯曲四角、冲凸包。其优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难以控制
5、，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。方案二：落料与冲腰圆孔复合、弯曲端部两角、弯曲中间两角、冲凸包。其优点是模具结构简单，投产快，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，而且工序分散，占用设备和人员多。方案三：落料与冲腰圆孔复合、弯曲端部两角并使中间两角预弯45、弯曲中间两角、冲凸包。其优点是工件回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量好，对于这种长“腿”短“脚”弯曲件的成形特别有利，缺点是工序分散，占用设备和人员多。方案四：冲腰圆孔、切断及弯曲四角连续冲压、冲凸包。其优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。方案五：冲腰圆孔、切断及弯曲端部冲腰圆孔、切断连续
6、冲压、弯曲中间两角、冲凸包。这种方案实质上与方案二差不多，只是采用了结构复杂的连续模，故工件回弹难以控制，尺寸和形状不精确。方案六：将方案三全部工序组合，采用带料连续冲压。其优点是工序集中，只用一副模具完成全部工序，其实质是把方案三的各工序分别布置在连续模的各工位上，所以还具有方案三的各项优点，缺点是模具结构复杂，安装、调试和维修困难。制造周期长。综合上述，该零件 虽然对表面外观要求不高，但由于“腿”特别长，需要有效地利用过弯曲和校正来控制回弹，其方案三和方案六都能满足这一要求，但考虑到该零件件生产批量不是太大，故选用方案三，其冲压工序如下：落料冲孔、一次弯形 （弯曲端部两角并使中间两角预弯4
7、5）、二次弯形 (弯曲中间两角 )、冲凸包。 主要工艺参数计算(1) 毛坯展开尺寸 (查工具书) 展开尺寸按图 12-3 分段计算。毛坯展开长度lllllL222254321式中 l1=12.5mm;l2=45.5m;l3=30mm;l4和l5按xtr 2计算。其中圆周半径 r 分别为 2mm 和 4mm，材料厚度 t=1.5mm，中性层位置系数x 按tr由表 3-2 查取。当r=2mm 时取 x=0.43，r=4mm 时取 x=0.46。将以上数值代入上式得mmL1695 . 146. 04225 . 143. 0222305 .4525 .122考虑到弯曲时材料略有伸长，故取毛坯展开长度L
8、=168mm。对于精度要求高的弯曲件，还需要通过试弯后进行修正，以获得准确的展开尺寸。(2) 确定排样方案和计算材料利用率1) 确定排样方案 ，根据零件形状选用合理的排样方案，以提高材料利用率。该零件采用落料与冲孔复合冲压，毛坯形状为矩形，长度方向尺寸较大，为便于送料，采用单排方案 （见图 12-4）。图 12-3 毛坯计算图 图 12-4 排样方案搭边值a和a1由表 2-12 查得，得a=2mm,a1=1.8mm。？2) 确定板料规格和裁料方式。根据条料的宽度尺寸，选择合适的板料规格，使剩余的边料越小越好。该零件宽度用料为 172mm，以选择 1.5mm710mm1420mm 的板料规格为宜
9、。裁料方式既要考虑所选板料规格、冲制零件的数量，又要考虑裁料操作的方便性，该零件以纵裁下料为宜。对于较为大型的零件，则着重考虑冲制零件的数量，以降低零件的材料费用。(3) 计算材料消耗工艺定额和材料利用率。根据排样计算，一张钢板可冲制的零件数量为n=459=236(件)。材料消耗工艺定额kgG04998. 02360000078. 014207105 . 1量一张钢板冲制零件的数一张钢板的质量材料利用率100一张钢板面积零件面积一张钢板冲制零件数量10014207105 . 61312221682362 =79.7% 零件面积由图 12-5 计算得出。图 12-5 落料、冲孔工序略图 计算各工
10、序冲压力和选择冲压设备(1) 第一道工序 落料冲孔 (见图 12-6) 该工序冲压力包括冲裁力FP，卸料力F3和推料力F1，按图 12-6 所示的结构形式，系采用打杆在滑块快回到最高位置时将工件直接从凹模内打出，故不再考虑顶件力F2。冲裁力)3 . 1(LtLtFbP或式中 L剪切长度 ;t 材料厚度（ 1.5mm）;b拉深强度，由表 8-49 查取，取b=400Mpa；抗剪强度。剪切长度 L 按图 12-5 所示尺寸计算 LLL21式中 L1落料长度 (mm)；L2冲孔长度 (mm)。将图示尺寸代入L计算公式可得mmL37622222216821mmL655 . 61222因此，L=376+
11、65=441mm将以上数值代入冲裁力计算公式可得 NbptLF2646004005 . 1441落料卸料力bptLKFKF13卸卸式中 K卸卸料力系数，由表2-8 查取；Fp 落料力 (N)。将数值代入卸料力公式可得 NF90244005 . 137604. 03_冲孔推件力bptLKnFKnF2 1推推式中 n梗塞件数量 (即腰圆形废料数 )，取 n=4；K推推件力系数，由表2-8 查取；Fp 冲孔力 (N)。将数值代入推件力公式可得 NF85804005 . 165055. 041第一道工序总冲压力 FFFFpz13=264600+9024+8580=282204282（kN）选择冲压设备
12、时着重考虑的主要参数是公称压力、装模高度、滑块行程、台面尺寸等。根据第一道工序所需的冲压力，选用公称压力为400kN 的压力机就完全能够满足使用要求。(2) 第二道工序 一次弯形 (见图 12-7) 该工序的冲压力包括预弯中部两角和弯曲、校正 端部两角及压料力等，这些力并不是同时发生或达到最大值的，最初只有压弯力和预弯力，滑块下降到一定 位置时开始压弯端部两角，最后进行校正弯曲，故最大冲压力只考虑校正弯曲力P2和压料力Py。校正弯曲力 qSP2式中 S校正部分的投影面积mm2q单位面积校正 (MPa)，由表 3-11 查取，q=100Mpa。结合图 12-1、图 12-5 所示尺寸计算式如下m
13、mS2225445 . 613122245cos3416834校正弯曲力 NqSP25440010025442压料力Py为自由弯曲力P1的 30%80%。自由弯曲力 (表 3-10) LtbCPb 221式中 系数 C=1.2；弯曲件宽度 b=22mm;料厚 t=1.5mm；抗拉强度 b=400MPa；支点间距L2近似取 10mm。将上述数据代入P1表达式，得： NP2376104005 . 1222 . 121 取PPy1%50，得压料力 Py=50%2376=1188 N则第二道工序总冲压力 kNNPPPYz25625558811882544002根据第二道工序所需要的冲压力，选用公称压力
14、为400kN 的压力机完全能够满足使用要求。（3）第三道工序 二次弯形 (见图 12-8) 该工序仍需要压料，故冲压力包括自由弯曲力P1和压料力Py。自由弯曲力 NP699344005 . 1222 . 121 压料力 NPPy349%50699%501则第三道工序总冲压力 NPPPYz10483496991第三道工序所需的冲压力很小，若单从这一角度考虑，所选的压力机太小，滑块行程不能满足该工序的加工需要。故该工序宜选用滑块行程较大的400kN 的压力机。（4）第四道工序 冲凸包（见图 12-9） 该工序需要压料和顶料，其冲压力包括凸包成形力Pp和卸料力P3及顶件力P2，从图 12-1 所示标
15、注的尺寸看，凸包的成形情况与冲裁相似，故凸包成形力Pp可按冲裁力公式计算得凸包成形力 NbptLP226084005 . 162卸料力 NPKPp9042260804. 03卸顶件力 NPKPp13562260806. 02卸(系数K顶、K卸由表 2-8 查取)则第四道工序总冲压力 NkPPPPNpZ252486813569042260823从该工序所需的冲压力考虑，选用公称压力为40kN 的压力机就行了，但是该工件高度大，需要滑块行程也相应要大，故该工序选用公称压力为250kN 的压力机。 模具结构形式的确定落料冲孔模具、一次弯形模具、二次弯形模具、冲凸包模具结构形式分别见图12-6、图 12-
