冲压工艺与模具设计实例

1、冲压工艺与模具设计实例一、摩托车侧盖前支承冲压工艺设计二、微型汽车水泵叶轮冲压工艺与模具设计一、摩托车侧盖前支承 冲压工艺设计图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5.9mm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，该零件属隐藏件，被侧盖完全遮挡，外观 上要求不高， 只需平坦。图12-1侧盖前支承零件示意图该零件端部四角为尖角，假设 采纳落料工艺，那么 工艺性较差，依照该零件的装配使用情形，为了

2、 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， 假设能有效地利用过弯曲和校正弯曲来操纵回弹， 那么能够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 曲时可不能引起孔变形，故该孔可在弯曲前冲出。 确定工艺方案第一依照零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。冲压该零件需要的差不多工序有剪切(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。弯曲变形的方法及比较该零件弯曲变形的方法可采纳如图 12-2

3、所示中的任何一种。第一种方法(12-2a)为一次成形，其优点是用一副模具成形，能够提高生产率，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猛烈的变形，零件表面擦伤严峻，且擦伤面积大，零件形状与尺寸都不精确， 弯曲处变薄严峻， 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(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。这明 显比第一种方法弯曲变形的猛烈程度缓和的多，但回弹现象难以操纵， 且增加了模具、 设备和操作人员。第三种方法(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， 如此由于能够实

4、现过弯曲和校正弯曲来操纵回弹， 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。这种弯曲变形方法关于精度要求高或长脚短 脚弯曲件的成形专门有利。图12-2弯曲成形一副模具成形b)、c)两副模具成形工序组合方案及比较依照冲压该零件需要的差不多工序和弯曲成形的不同方法，能够作出以下各组合方案。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，但回弹难以操纵， 尺寸和形状不精确， 表面擦伤严峻。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， 但回弹难以操纵，

5、 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操纵， 尺寸和形状精确，表面质量好， 关于这种长腿短脚弯曲件的成形专门有利， 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，但回弹难以操纵， 尺寸和形状不精确， 表面擦伤严峻。方案五：冲腰 圆孔、切断 及弯曲端部冲腰圆孔、切断连续冲压、弯曲中间两角、冲凸包。这种方案实质上与方案二差不多，只是采纳了结构复杂的连续模，故工件回弹难以操纵， 尺寸和形

6、状不精确。方案六：将方 案三全部工序组合，采纳 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，事实上质是把方案三的各工序分别布置在连续模的各工位上， 因此还具有方案三的各项优点， 缺点是模具结构复杂， 安装、调试和修理困难。 制造周期长。综合上述，该零件 尽管对表面外观要求不高，但由于腿专门长，需要 有效地利用过弯曲和校正来操纵回弹，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，应选用方案三， 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45、二次弯形(弯曲中间两角)、冲凸包。 要紧工艺参数运算毛坯展开尺寸(查工具书) 展开尺寸按图12

7、-3 分段运算。毛坯展开长度L 2l1 2l l 2l 2l2345l式中1=12.5mm;l2 =45.5m;l3 =30mm;ll4 和 5 xt 按 2运算。rt其中圆周半径 r分别为 2mm 4mmt=1.5mm ，中性 层位置系数 xx=0.43 r=4mm 时取 x=0.46 rt将以上数值代入上式得由表 3-2 查取。当 r=2mm 时L 212.5 2 30 0.431.5 0.461.5 22考虑到弯曲时材料略有伸长， 故取毛坯展开长度 L=168mm 。关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。确定排 样方案和运算材料利用率确定排样方案，依照零

8、件形状选用合理的排样方案，以提高材料利用率。该零件采纳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，采纳单排方案见图12-4。图12-3毛坯运算图图12-4排样方案a搭边值a和1由表2-12 查得，得=2mm,a1=1.8mm 确定板料规格和裁料方式。依照条料的宽度尺寸，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。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。关于较为大型的零件，那么着重考虑冲制零件的数量， 以降低零件的材料费用。运算材

9、料消耗工艺定额和材料利用率。依照排样 运算 ，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G 一张钢板的质量1.571014200.0000078 0.04998kg一张钢板冲制零件的数量236材料利用率 一张钢板冲制零件数量 零件面积一张钢板面积2362212137101420=79.7%零件面积由图 12-5 运算得出。图12-5落料、冲孔工序略图 运算各工序冲压力和选择冲压设备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， 系采纳打杆在滑块快回到最高位置时将工件直截了当从凹模内打出， 故不再

10、考虑顶件力 F 2 。冲裁力FP或1.3Lt)b式中L剪切长度;t1.5mm;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 所示尺寸运算L LL12L式中1落料长度(mm)；L2 冲孔长度(mm)。L将图示尺寸代入运算公式可得L 2 168 2 2 2 2 2 2 376mm1L 2 65mm2因此，L=376+65=441mm将以上数值代入冲裁力运算公式可得Fp落料卸料力 L t 4411.5 400 bFKF K3卸pL t 卸1K式中卸料力系数，由表2-8查取；Fp (N)。将数值代入卸料力公式可得F0.043761.54009024N3

11、_冲孔推件力FnKFn KL t1推p推2bn式中梗塞件数量(即腰圆形废料数)，取n=4；K 2-8 查取；Fp (N)。将数值代入推件力公式可得F 40.055651.5400 8580N1F第一道工序总冲压力F F Fp31=264600+9024+8580=282204 282kN选择冲压设备时着重考虑的要紧参数是公称压力、 装模高度、滑块行程、台面尺寸等。依照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。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

12、和预弯力，滑块下降到一定位置时开始弯端部两角， 最后进行校正弯曲， 故最大冲压力只考虑校正弯曲力PP2和压料力y。校正弯曲力S式中 校正部分的投影面积qP S qm m2q单位面积校正(MPa)，由表 3-11 查取，=100Mpa。结合图 12-1、图 12-5 所示尺寸运算式如下S25442mm校正弯曲力P压料力y为自由弯曲力P S 21 的 30%80%。 2544 100 自由弯曲力(表 3-10)C bt21P 2 Lb1C式中系数=1.2；b弯曲件宽度=22mm;t料厚=1.5mm；抗拉强度2支点间距b =400MPa；L近似取 10mm。将上述数据代入1 表达式，得：1.2P22

13、21101P P取y1，得y压料力P =50% 2376=1188y那么第二道工序总冲压力PPPz2 254400 1188 255588N 256kN 依照第二道工序所需要的冲压力， 选用公称压力为 400kN 的压力机完全能够满足使用要求。1y3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P 和压料力P。1y自由弯曲力22224001P 341699 N 压料力P Py1 699 那么第三道工序总冲压力 P P Pz1z 699 349 1048N第三道工序所需的冲压力专门小，假设 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

14、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PPp和卸料力3及顶件力算得PP2，从图12-1 所示标注的尺寸看，凸包的成形情形与冲裁相似，故凸包成形力p可按冲裁力公式运P凸包成形力 L t 2 1.5 400 b卸料力P KP3卸 0.04 22608 904N 顶件力P KP2卸 0.0622608(系数KK顶、卸由表2-8查取)那么第四道工序总冲压力P P P P 2260890424868 25 NZp32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， 然而该工件高度大， 需要滑块行程

15、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 12-7、图 12-8、图12-9。图12-6落料冲孔模具结构形式图12-7一次弯形模具结构形式图12-8二次弯形模具结构形式图12-9冲凸包模结构形式二、微型汽车水泵叶轮冲压工艺与模具设计12-10 所示叶轮零件，材 料 08AlZF，大批 量生产。要求 确定该零件冲压成形工艺，设计 冲压成形模具。 零件及其冲压工艺性分析叶轮用于微型汽车内发动机冷却系统的离心式水泵内，工件时以15003000r/min左右的速度旋转，使冷水在冷却系

16、统中不断地循环流淌。为保证足够的强度和刚度，叶轮采纳厚度为2mm的钢板。叶轮材料为铝镇钢 08Al。该材料按拉深质量分为三级： ZP用于拉深最复杂零件， HF用于拉深专门复杂零件和 F用于拉深复杂零件。由 于形状比较复杂，专 门是中间的拉深成形难度大，叶 轮零件采纳 ZF 级的材料， 表面质量也为较高的级。表 12-1 列出 08AlZF 的力学性能。图12-10叶轮零件示意图08Al 2.0 500 2000材料：钢板 Al ZF GB5213 1985为减轻震动，减小噪声，叶轮零件的加工精度有一定的要求。除了7个叶轮形状和尺寸应一致外，叶轮中部与固定轴配合部位的要求也较高。 由于靠冲压加工

17、难以达到直径23.0.1011.700.1 以及高度尺寸.120的要求，实际生产中采纳了冲压成形后再切削加工的方法需进行切削加工的表面标有粗糙度，图 12-10压成形后要留有足够的机加余量， 因此孔15.523.0.1011.700.1 的冲压 尺寸取为23.5和11.5。直径为一样要求的自由尺寸，冲压成形的直径精度的偏差大于表4-1拉深直径的极限偏差。但高度22.50.26尺寸精度高于表 4-3 中的尺寸偏差，需由整形保证。表12-108AlZF的力学性能(GB/T5213 1985T 和 GB/T7101991)MPas/MPa10(%)sbb不小于260300200440.66初步分析能

18、够明白叶轮零件的冲压成形需要多道工序。 第一， 零件中部是有凸缘的圆筒拉深6.5件，有两个价梯，筒底还要冲的孔；其次，零件外圈为翻边后形成的7个竖立叶片，围绕中心平均分布。另外，叶片翻边前还要修边、切槽、由于拉深圆角半径比较小0.51，加上对叶片底面有跳动的要求，因此还需要整形。D/ d 61.2/13.5对拉深工序，在叶片展开前，按料厚中心线运算有外径中径4.531.4，同时叶片展开后凸缘将更宽，因此属于宽凸缘拉深。另外，零件拉深度大如最小价梯直径的相对高度h/d=20.5/13.5=1.52，远于一样带凸缘筒形件第一次拉深许可的最大相对拉深高度，因此拉深成形比较困难，要多次拉深。关于冲裁及

19、翻边工序，考虑到零件总体尺寸不大， 而且叶片竖直后各叶片之间的空间狭小， 结构紧凑，另外拉深后零件的底部还要冲和刚度。6.5的孔，因此模具结构设计与模具制造有一定难度， 要专门注意模具的强度综上所述，叶轮由平板毛坯冲压成形应包括的差不多工序有：冲裁落 料、冲孔、修边 与切槽、拉深多次拉深、翻边 将外圈叶片翻成竖直等。 由因此多工序、多套模具成形，还要专门注意各工序间的定位。 确定工艺方案由于叶轮冲压成形需多道次完成，因此 制定合理的成形工艺方案十分重要。考虑 到生产批量大，应在 生产合格零件的基础上尽量提高生产率效率， 降低生产成本。 要提高生产效率，应该尽量复合能复合的工序。但复合程度太高，

20、模具结构复杂，安装、 调试困难， 模具成本提高， 同时可能降低模具强度， 缩短模具寿命。 依照叶轮零件实际情形，可 能复合的工序有：落 料与第一次拉深；最 后一次拉深和整形；修边 、切槽；切槽 、；冲 孔； 修边、冲孔； 切槽、冲孔。依照叶轮零件形状，能够确定成形顺序是先拉深中间的价梯圆筒形，然后成形外圈叶片。如此能保持已成形部位尺寸的稳固， 同时模具结构也相对简单。修边、切槽 、冲孔在中间阶梯拉深成形后以及叶片翻边前进行。为保证 7个叶片分度平均，修边和切槽不要逐个叶片地冲裁。因此叶轮的冲压成形要紧有以下几种工艺方案方案一：1) 落料；拉深(多次)；整形；修边；切槽；冲孔；翻边。方案二：1)

21、 落料与第一次拉复合；后续拉深；整形；切槽、修边、冲孔复合；翻边。方案三：1)落料与第一次拉深复合；2)后续拉深；3)整形；4)切槽、冲孔复合；5)修边；6)翻边。方案四：1)落料与第一次拉深复合；后续拉深；整形；修边、冲孔复合；切槽；翻边。方案五：1) 落料与第一次拉深复合；后续拉深；整形；切槽；修边、冲孔复合翻边。方案一复合程度低， 模具结构简单，安装、调试容易， 但生产道次多， 效率低， 不适合大批量生产。方案二至五将落料、拉深复合，要紧区别在于修边、切槽、 冲孔的组合方式以及顺序不同。 需要注意的是， 只有当拉深件高度较高， 才有可能采纳落料、 拉深复合模结构形式，因为浅拉深件假设采纳

22、落料、拉深复合模具结构， 落料凸模同时又是拉深凹模的壁厚太薄， 强度不够。方案二将修边、切槽 、冲孔 复合，工序少，生产 率最高，但模 具结构复杂，安 装、调试 困难，同时 模具强度也较低。方案三将切槽和冲孔组合，由于所切槽与中间孔的距离较近， 因此在模具结构上不容易安排，模具强度差。因此较好的组合方式应该是修边和冲孔组合， 而切槽单独进行，如方案四、 五。方案四与方案五要紧区别在于一个先修边、冲孔后切槽， 一个先切槽后修边、 冲孔。 由于切槽与修边有相对位置关系， 而所切槽尺寸比较小，假如先切槽那么修边模具上不行安排定位， 因此实际选择了方案四，即先修边、冲孔后切槽， 然后翻边成形竖立叶片。

23、 要紧工艺参数运算(1)落料尺寸落料尺寸即零件平面展开尺寸，叶轮零件差不多形状为圆形，因此落料形状也应该为圆形需确定的落料尺寸为圆的直径。带有凸缘的筒形拉深成形件，展开 尺寸可按第四章有关公式运算。但依 照叶轮零件图，不能 直截了当得到凸缘尺寸。 在运算落料尺寸之间，要将竖立的叶片 落料尺寸。图12-11叶轮叶片的展开严格来说，叶轮成形竖直 叶片的工序属于平面外凸曲线翻边 参考第五章第三节。但 依照零件图，由于翻转曲线的曲率半径比较大，为简化运算能够近似按弯曲变形来确定展开尺寸， 如图 12-11 所示。 因为弯曲r=0.51 0.5t=1 3-5单位 mm，下同。76d/ 凸76/25.5，

24、查表 4-5，可取修边余量为 2.2。因此凸缘直径为76+2.2 =80.480取凸缘尺寸，因此得到叶轮拉深成形尺寸，如图12-12 所示。图12-12叶轮拉深成形尺寸(按料厚中心线标注)依照叶轮拉深成形尺寸，要以算出零件总体表面积 A约为 5890 mm可得到落料直径2。按照一 样拉深过程表面积不变的假设，4A458903.144A458903.1486.6因圆角半径较小， 近似由第四章表 4-7 公式5运算落料直径D d 2 h31dh22h代入1=16h2=4.5d 13.51d d280D 。最后取落料直径D 87。落料尺寸确定后，需要排样方案。圆形件排样比较简单，依照 本例中零件尺寸

25、大小，可采纳简单的单排排样形式。冲裁搭边值能够按表 2-12 选取， 取沿边搭边值a ，工件间搭边值a 1.5mm1。2拉深道次及各道次尺寸叶轮拉深成形后为带阶梯的宽凸缘件，成形较为困难，需多次拉深。依照图12-12 所示叶轮拉深件形状， 成形过程可分为两个步骤：第一按宽凸缘件拉深成形方法，拉成所要求凸缘直径的筒形件内 径、凸缘直径11.5，然后 ，假设将由内径的筒形 部分逐次拉成内径 11.5的阶梯，视为拉深成内径为 11.5直筒件 的中间过程，那么 能够近似用筒形件拉深运算方法运算阶梯部 分内径线运算。的成 形， 但应保证首次拉深成形后的凸缘尺寸在后续拉深过程中保持不变。 以下尺寸按料厚中

26、心毛坯拉 成内径的圆形件：d/ dt / D判定能否一次拉成。带凸缘筒形件第一拉深的许可变形程度可用对应于凸1和100不同比值的h / dd/ d76/25.5t / 100 2.29最大相对拉深高度11来表示。依照图 12-12，对叶轮零件，凸1,由表4-20 查得h / d1 0.18 0.22。 23.5 87在本例中，内径 23.5的圆筒件高度未定。能够先确定拉深圆角半径，然后求出直径h / d的毛坯拉成内径为的圆筒件高度，最后利用11判定能否一次拉出。r取圆角半径1R 2mm14-11 可求出拉深高度0.25 0.14h d1D2 d2凸 0.43 rR111r2 R211d0.25

27、d22 0.14 25.587800.4322 13.2h / d13.2/ 25.50.22因，因此一次拉深了出来。在凸缘件的多次拉深中，为了保证以后拉深时凸缘不参加变形，第一 拉深时，拉入凹模的材料应比零件最后拉深部分所需要材料多一些按面积运算，但叶轮相对厚度较大， 可不考虑多拉材料。 假如忽略材料壁厚变化，凸缘内部形状在拉深过程应满足表面积不变条件。用靠近法确定第一次拉深直径运算见表12-2表12-2极限拉极限拉相对凸缘直径假定值第一次拉深直径实际拉深系数深系数Nd凸d毛坯相对厚度t / D 100ddm拉深系数差值1Nm d11 D1 由 m m 111查得1.22.29d 80/1.

28、26710.770.49+0.281.42.29d80/1.45710.660.47+0.191.62.29d 80/1.65010.570.45+0.122.02.29d1 80/ 400.460.42+0.042.22.29d1 80/ 360.410.40+0.012.42.29d1 80/ 330.380.37+0.012.82.29d1 80/ 290.330.330.0实际拉深系数应该适当大于极限拉深系数，因此能够初步取第一次拉深直径为 36mm按料厚中心运算。 运算第二次拉深直径查表4-15 得第二次拉深的极限拉深系数2考虑到叶轮材料为 08AlZF，塑性好，同时材料厚度较大，极限 拉深系数可适当降低。取2ddm36212。为了便于后续拉深成形， 第二拉深直径可取为 25.5mm ， 现在的拉深系数为：m d 22 25.5 / 36 0.71d1d按表 4-43 查一、 二次拉深的圆角半径，R9mm，凹1 4mm，凹2，R凸可取与凹模圆角半径相等或略小的值R凸凹因此能够取R6mm1R凸2。考虑到叶轮最终成形