纱筒冲压件的冲压工艺及模具设计

1、 目 录摘 要。Abstract1 绪论。1.1 本课题的来源、目的和意义。1.2 冲压的概念特点及应用。1.3 冲压的基本工序及模具。 1.4 冲压技术的现状及发展方向.2 零件的工艺性分析。2.1 冲压过程分析。2.2 冲压方案确定。3 冲压工艺设计计算。3.1 排样、计算条料宽度及确定步距。3.2 计算冲压力。3.3 落料拉深冲孔翻边复合冲压设备选用.4 复合模总体设计。4.1 计算压力中心。4.2 凸、凹模刃口尺寸的确定。4.3 凸、凹模分别加工时的工作部分尺寸。4.4 凸、凹模配合加工时的工作部分尺寸。4.4.1 落料凸、凹模刃口尺寸计算。4.4.2 拉深凸、凹模尺寸计算.4.4.3

2、 冲孔模具尺寸计算5 复合模具总图与零件设计。总结。参考文献。一 绪论1.1课题来源、目的和意义 本课题主要针对冲压模具中复合模具的设计，零件的成形过程包括落料、拉深、冲孔、翻遍多道工序，设计过程中要考虑大批量生产，因而要设计排样，且提高模具的设计精度，在保证零件尺寸形状精度的同时，提高材料的利用率和劳动生产率。1.2冲压的概念、特点及应用随着科学技术的进步、社会经济的快速发展，冲压加工技术的应用越来越广泛，模具成型技术及模具设计与制造成为当代工业生产的重要手段。近十几年来，中国模具工业发展十分迅速，特别是高新技术企业的快速发展加大了用于技术进步的投资力度，技术进步已经成为企业发展的重要动力.

3、论文介绍了冲压模具特点及应用、在国内外发展的状况以及主要应用领域，指出了冲压模具的重要意义； 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程技术。 冲压所使用的模具成为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工所需冲件的专用工具。冲模在冲压种至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结

4、合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面有许多独特的优点。主要表现如下。（1） 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲床依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2） 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，二模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。（3） 冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上虫咬

5、时材料的冷变形硬化效应，冲压强度和刚度要求高。（4） 冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较长，且不需要其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压见的成本较低。 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形成产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的有点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。 冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多的采用冲压加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工业等行业。在这些部门中，冲压件所占的比重都

6、相当大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造和切屑加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不能采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低成本、快速进行产品更新换代等都是很难实现的。1.3冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产种采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指是配料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上

7、诉两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包括含有多种单一工序。 在实际生产种，当冲压见的生产批量较大、尺寸较小而公差要求较小时，若用分散的但以工序来冲压是不经济甚至于难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或多种以上的单一工序集中在一副模具内完成，成为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三中组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或良好总以上不同单一工序的一种组合方式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按一定的顺序在同一模具的不同恭维上完成良好总或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复

8、合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可以看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台上，是冲模的固定部分。工作时，配料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件的作用下配料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的冲件。 回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.4冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术

9、、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。 （1）.冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，过外多冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近几年来国内外已经开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数

10、，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工敢为，目前精密冲裁加工零件的厚度可达到25mm精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高效能成形方法对于加工各种尺寸、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；

11、利用金属材料的超塑性进行超塑性成形，可以用一次成形代替多道普通冲床成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国家领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路劲与受力状态，提高了材料的成型极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统一CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。（2）冲模是实现冲压生产的基本条件，在冲模的设计制造上，目前正朝着一下两方面发展；一方面，为了适应高速、自

12、动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多恭维、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精度、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模，聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。二，零件的工艺性分析2.1冲裁过程分析原始材料图如下工件名称；纱筒生产批量；大批量材料；10号钢，t=0.4mm工件图；如下图1 图1由图可见，冲压件零件图上没有标注公差，只有公称尺寸，则应该给以标注公差。圆形件按I

13、T10处理，冲模按IT6到IT7制造。按“入体”原则把它们逐个改为单向公差（目的是方便以后的刃口尺寸的计算）。外形部分，化为上偏差为零，下偏差为负；孔心距或距离的尺寸，按+-标注。补标公差后的零件图如图2所示图22.3冲压方案的确定该零件是一种纱筒，它是在纺织企业中一种储纱的装置，在自动化生产线中可以提高生产效率。该零件主要工序包括落料，拉深，冲孔，翻遍四道工序，需要控制的尺寸有直径101mm、45.5mm高度21mm、16.6mm、2.4mm半径R1.5mm和R1.25mm。且零件表面质量要求没有痕迹，可以默认公差等级为IT10。2.2冲裁方案确定 该零件属于大批量生产，零件结构较简单，冲裁

14、壁厚很小，成形过程相互干涉；若用简单的落料、拉深、冲孔、翻边单工序模具也可以达到冲压要求，这样的模具虽然简单了，但是冲压所需要的设备和人员较多，冲压工序中的定位也比较麻烦，而且工序较多，效率低故不被推广。为较少零件在生产中的多次定位对其精度和生产率的影响，一要产品批量较大，对零件的一次性要求较高，二是要具有良好的冲裁性能，经过反复比较，适宜采用较为复杂的复合模具生产。 三，冲压工艺设计计算 3.1 排样图计算排样图是多工位级进模具设计的关键，它具体反应了零件在整个冲压形成过程中，毛坯外形在调料上的截取方式和相邻毛坯的关系，而且对材料的利用率、冲压加工的工艺性，及模具的结构和寿命有着显著的影响。

15、故应针对零件和零展开后的工艺特点，并综合考虑工艺分析各个因素后，设计合理的排样图和具体工位安排。材料零件大批量生产，毛坯的直径D为136mm，材料厚度为0.4mm圆件R=6 8mm2则则可设置如下图排样方式； 毛坯尺寸查表根据上图尺寸算得D=136mm，修边余量h=0.9mm；该制件为10号钢，具有较好的成形性能，从结构上看，零件主要结构特征为：落料，拉深、冲孔、翻边。制件成形后要求光洁，无伤痕，所以必须对模具精度要求较高，坯料相对厚度tD×100%=0.3%；先将制件看做无凸缘的圆通拉深件，判断能否一次成形；坯料相对厚度=0.3；无凸缘圆筒件拉深的最大高度hd=0.207； 此拉深

16、件为阶梯形拉深，制件的高度h=21mm最小直径为94mm hdn=0.223；圆筒件第一次拉深成形的相对高度大于0.223；且根据公式有；My= 1.25极限拉深系数My>m1,故零件可一次拉深成形在确定搭边值时，应遵循一下原则：（1） 材料刚性越差，搭边值越大；（2） 制件外形越复杂，搭边值越大；（3） 厚度大，搭边值越大由于材料厚度t=0.4mm 圆件r= 136mm>2t ；制件尺寸精度要求较高，所以采用有废排样方式；根据制件的结构采用对排方式；确定搭边值，查表得工件a1=1.2，侧面a=1.5 如上图所示步距S=137.2 条料宽度B=D+2a=139mm材料利用率=ABS

17、=76%。零件的相对厚度%，为了防止起皱，采用压边圈。 3.2冲压力计算根据零件尺寸查表有；K卸=0.04 K推=0.065 K顶=0.08 则有；（1）落料力；F落=L =61.494KN 式中为材料的强度极限（2）拉深力；F拉= =42.683KN （由于拉深为一次性成形，d1=94.4mm,查表工件一次拉深的系数k1=1.0） (3 ) 翻边力；由零件图已知翻边后的孔直径为45.90mm，根据公式有：预置冲孔直径d0=D1-(r+t/2)+2h h=H-r-t=0.75 则有d0=39.85mmd0即为筒形零件底部经过冲孔后孔的直径 由此根据公式有翻边力；F翻=1.1t(D- d0) =

18、175.5N有上可得预置孔直径即为拉深后在圆筒底部冲孔的直径d0=39.85mm,则有 （4）冲孔力；F冲= L=d0=18.019KN (5) 卸料力；F卸=K卸F落 =2.460KN （6） 压边力；FQ= =19.26KN （7）推料力 F推=nK推F切=668.6N F总131KN 3.3落料拉深冲孔翻边复合冲压设备选用为使压力机能安全工作，取=1.7*131kN =222.7kN故选用250KN的开式压力机JH23-25。其主要技术参数如下：公称压力250kN；滑块行程55mm；行程次数120次/min；装模高度220mm；立柱间距220mm；电动机功率1.5kW；工作台面尺寸(mm

19、):450×300；模柄孔尺寸：40 mm×60 mm；垫板厚度：40mm。 四，落料拉深冲孔翻边复合模工艺计算4.1计算模具压力中心模具压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳的工作，减少导向件的磨损，从而提高模具寿命。冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力的作用点方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力的作用点可转化为求轮廓线的中心。由下图可知，其压力中心就在圆心上，即X0=0,Y0=04.2凸、凹模刃口尺寸的确定凸、凹模刃口尺寸的确定原则1）考虑落料和

20、冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模。因此，落料模应先决定凹模的尺寸，用减少凸模的尺寸来保证合理的间隙。冲孔件的尺寸取决于凸模，因此，冲孔件应先决定凸模的尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理的间隙。2）考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响。刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸变小，应接近或等于冲件的最大极限尺寸。3）考虑冲件精度和模具精度之间的关系，选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度高23级。4.3凸、凹模分别加工时的工作部分尺寸为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙（Zmax），凸模和凹模制造公差必须p+dZm

21、ax-Zmin4.4凸、凹模配合加工时的工作部分尺寸对于冲裁复杂形状冲件的模具或单件生产的模具，其凸、凹模常采用分开加工的方法。凸凹模工作部分尺寸计算：其落料件按凹模磨损后尺寸增大，减小和不变的规律分三种。冲件按凸模磨损后尺寸减小，增大和不变的规律分三种。因为工件属冲孔，根据设计要求确定凸模刃口尺寸并依次为基准配置凹模，按磨损后其尺寸变大、变小、不变。4.4.1落料凸、凹模刃口尺寸计算工件尺寸为136(mm),根据计算原则，落料时以凹模为基准。首先确定凹模刃口尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸，将凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。根据计算公式有；Dd=（Dmax-x）=（136-0.75）=135.25(mm)（由默认零件公差为IT10,磨损系数X为1.0）Dp=(Dd-Zmin) =(Dmax-X-Zmin)=(136-0.75-0.02)=135.05(mm)(查表Zmin=0.02,且模具按IT6和IT7制造，则有)4.4.2拉深凸、凹模尺寸计算=1.1t=1.10.4=0.44mm 则拉深模间隙Z=0.88mm拉深模的圆角半径;R凸=1.5mm R凹=8t=2.3mm凸凹模工作部分尺寸和公差；由于零件一次拉深成形，且拉深件为阶梯件则凸凹模均有两个尺寸D凹1=（D1-0.75）=（10