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1、湘潭大学课程设计论文题 目:连接盖冲压模具设计学 院：机械工程学院专 业：材料成型及控制工程学 号：姓 名：指导教师：完成日期：_.11第一章冲压件工艺性分析图1-1该零件形状简单，尺寸精度要求不高，是由拉伸和翻边等工序组成的复合件。工件的尺寸精度：冲裁件的精度要求，应在经济精度范围内所谓经济精度是指在正常加工 条件下，采用符合标准的设备工艺装备和标准技术等级工人、不延长加工时间 所能保证的加工精度，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔比 落料件高一级。对与本次设计，未标注有尺寸精度，考虑到成本，按照一般精 度要求来加工应该可以满足其工作性能，本工件要求内精度，故除特别要求工 件精
2、度等级选取IT14。没有热处理要求考虑到产品成本和零件的使用性能，选用常用材料08F，是优质碳素结构 钢，屈服强度180MPa，抗拉强度280390MPa，抗剪强度200310延伸率32%， 适宜冲压选择。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、 形位公差及技术要求。冲裁件的工艺性合理与否、，影响到冲裁件的质量、模具 寿命、材料消耗、生产率等，在设计中应尽可能提高其工艺性。冲裁件的形状尽可能简单、对称、防止复杂形状的曲线，在许可的情况下， 把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料。矩形孔两端宜用圆弧连接， 以利于模具加工。冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量防止锐角，
3、严禁尖角。除在少、无废 料排样或采用镶拼模结构，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具 寿命。冲裁减凸出或凹入部分不能太窄，尽可能防止过长的悬臂和窄槽。最小宽 度b 一般不小于1.5t，假设冲裁材料为高碳钢时，bN2t, LmaxW5b，当材料厚 度t1mm时，按t=1mm计算。冲裁件的孔径因受孔凸模刚度和强度的限制，不 宜太小，否则容易折断或压弯，冲孔的最小尺寸取决与冲压材料的力学性能、凸 模强度和模具结构。冲孔件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不能过小，以防止工 件变形、模壁过薄或因材料易被拉入凹模而影响模具寿命。本次设计，该零件是轴对称件，冲裁结构较为简单，厚度仅为1mm，冲 裁性能
4、较好，工艺性容易满足材料。1.4翻边工艺性分析一般情况下，圆孔翻边时的孔缘在单向拉应力作用下，切向伸长变形引起的 厚度减薄最大，最容易破裂，由于材料性质不均匀，孔缘各处允许的切向延伸率 不一样，一旦孔缘某处的伸长变形超过了该处延允许的材料伸率，该处就会因厚 度减薄过大而破裂。翻边时的变形区基本上限制在凹模圆角区之内，凸模底部材 料为只要变形区，处于切向、径向二向受拉伸的应力状态。切向应力在孔边缘最 大，径向应力在孔边缘为零。圆孔翻边时的变形程度用翻边系数K表示：dK D式中d毛坯上圆孔的初始直径；D翻边后竖边的中径。影响圆孔翻边成形极限的因素如下：材料伸长率和硬化指数n大，K,小，成形极限大。
5、孔缘如无毛刺和无冷作硬化时，K较小，成形极限较大。为了改善孔缘状况，I可采用钻孔代替冲孔，或在冲孔后进行整修，有时还可在冲孔后退火，以消除孔 缘外表的硬化。用球形、锥形和抛物线凸模翻边时，变形条件比平底凸模优越，K较小。在 I平底凸模中，其相对圆角半径rpIt越大，极限翻边系数可越小。板材相对厚度越大，越小，成形极限越大。毛坯尺寸的计算：1毛坯翻边预制孔直径d0d0 = D - 2(H - 0.43r - 0.72t)式中 D翻边直径19按中线计mm；H翻边高度mm，H=6mm；R竖边与凸缘的圆角半径mm，r=1.5mm；R料厚mm，t=1mm。则：已知预制孔直径为mm2毛坯的直径D0当零件的
6、弯曲角为90 0时，则毛坯的展开长度为D =.京 A. 4 iD = ,；(d - 2r)2 + 4d(H - r) + 2(d - 2r) + 8r2已知，d=49，r=，H=5D=57第二章冲压工艺方案确实定考虑到需落料、冲孔、拉深、翻边成形四道工序，可以有以下种方案： 方案一：先落料冲孔，后拉深翻边成形，采用单工序生产。方案二：落料-冲孔-翻边-拉深复合模，采用复合模生产。方案三：落料-冲孔-翻边-拉深级进模，采用级进模生产。方案一结构简单，但需两道工序、两副模具才能完成，效率较低，且精度不 易保证。如此浪费了人力，物力，财力。从经济角度考虑不妥当，难以满足大批 量生产要求。方案二只需一
7、副模具即可成型，该工艺特点首先进行落料，再冲孔，翻边， 拉深成型。采用这种方法加工的工件外观平整、毛刺小、产品质量高，而且大大 的提高了生产效率，也解决了操作者将手放入模具内的不安全因素，复合模能在 压力机的一次行程内，完成落料、冲孔、及拉深、翻边数道工序。在完成这些工 序的过程中，冲件材料无须进给移动。复合模具具有以下主要特点：1) 冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一直性好。2) 冲件外表较为平整。3) 适宜冲薄料，也适宜冲脆性或软质材料。4）可从充分利用短料和边角余料。、5）冲裁件内孔和外缘的相对位置精度容易保证，而且板料的定位精度要求比级进模低6）冲模面积较小。复合模也存在
8、一定的问题，如凸凹模内、外形间的壁厚，或内形与外形间 壁厚，都不能过薄，以免影响强度。另外，冲件不能漏下，需要解决出件问题。 同时，复合模具结构也较为复杂。同样用复合模生产可分为采用筒形料加工和板 料加工。筒形料加工工件厚度不能保证。板料加工模具结构相对复杂。方案三：级进模是在压力机一次行程中完成多个工序的模具，它具有操作安 全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。使用级进模便于冲压生产自动化，可 以采用高速压力机生产，也只需要一副模具，制造精度较高，先落料后冲孔，再 进行拉伸翻边成形，但是级进模较难保证内、外相对位置的一直性，材相对生产 周期长，其模具结构复杂，成本高，料的定位与送进是级进模设
9、计中的关键问题。通过上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二的板料加工为 佳。第三章排样及材料利用率的计算冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材 料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安 全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于 合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利 用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料，可分为两种情况。结构废料由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料， 它取
10、决于工件的形状，一般不能够改变。工艺废料工件之间和工件与条料边缘 之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可防止的料头和料尾废料称 为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此，提高材料利用率要从减少工 艺废料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。根据材料的利用情况，排样的方法可以有三种：1有废料排样沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余 料搭边存在，冲裁后搭边成为废料，如图a所示。2少废料排样沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之 间有搭边存在，如图b所示。3无废料排样工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线
11、或曲线切 断而得工件。如图c所示。图3-1排样方法a）有废料排样b）少废料排样c）无废料排样有废料的排样法材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工 件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少、无废料排样法的材料利用率较高，在无废料排样时只有料头、料尾损失， 材料利用率可达85%95%，少废料排样法也可达70%90%。少、无废料排样 法有利于一次冲裁多个工件，可以提高生产率。由于这种排样法冲切周边减少， 所以还可以简化模具结构，降低冲裁力。但是，少、无废料排样的应用范围有一 定的局限性，受到工件形状结构的限制，且由于条料本身的宽度公差，条料导向 与定位所产生的误差，会直接影响工件尺寸而使
12、工件的精度降低。在几个工件的 汇合点容易产生毛刺。由于采用单边剪切，也会加快模具磨损而降低冲模寿命， 并直接影响工件的断面质量，所以少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排 样。1. 有废料、少废料或无废料排样。按工件的外形特征、排样的形式又可分为 直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等考虑到造作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计。搭边值要合理确定。 搭边值过大，材料利用率低。搭边值小，材料利用率虽高，但过小时就不能发挥 搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时候 还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值过小，会使 作用在凸模侧外表上的法向
13、应力沿着落料毛坯周长的分布不均匀，引起模具刃口 的磨损。影响搭边值的因素主要有以下几点：1. 材料的力学性能 塑性好的材料，搭边值要大一些，硬度高与强度大的材 料，搭边值可小些。2. 材料的厚度材料越厚，搭边值也越大。3. 工件的形状和尺寸工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。4. 排样的形式对排的搭边值大雨直排的搭边。5. 送料及挡料的方式用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。查得搭边值 a =1.5mm，a i=2.1mm。条料送进步距h=57+=58.5mm材料利用率的计算一个步距内的材料利用率nA 一一门=X100%Bh式中 A冲裁件面积包括冲出的小孔在内mm 2n 一个步距内
14、的冲件数目；n取1B条料宽度mm；h进距mmX 57/2 X 57/2=2550 mm 2B=，门=竺 x 100% Bh第四章各部分工艺力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料别离的力，其大小主要与材料力 学性能、厚度及冲裁件别离的轮廓长度等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压 力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选 用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承 受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。凸模行程圈4T冲栽力-凸模行程曲线在冲裁过程中，冲裁力的大小是不段变化的，图4-1
15、为冲裁时冲裁力-凸模 行程曲线。图中AB段相当于冲裁的弹性阶段，凸模进入材料后，载荷急剧上升， 但当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段，载荷的上升就缓慢下来，如 BC段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积秒减小，但只要材 料加工硬化的影响超过受剪切面积小的影响，冲裁力就继续上升，当两者到达相 当的影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中C点。此后，受剪面积的减少超过硬 化的影响，于是冲裁力下降。凸模再继续下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张， 冲裁力急剧下降，如图中CD段所示，此为冲裁的断裂阶段。此后所用的力仅是 克服摩擦阻力，推出己别离的料。冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件别离的轮廓长度有关。考 虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力FN：F = KLT t4-1式中L冲裁件周边长度mm；t材料厚度mm；t材料抗剪强度MPa；K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数K=1.3。冲裁件周边长度Xmm,取179mm
