《模具设计与制造李集仁》课件-第6章

第6章冲压工艺规程的编制6.1编制冲压工艺规程的内容和步骤6.2制订冲压工艺方案实例6.1编制冲压工艺规程的内容和步骤

6.1.1分析零件图

1.冲压加工的经济性分析

冲压加工方法是一种先进的工艺方法,但不是在任何条件下都是最经济的方法。生产批量的大小对冲压加工的经济性起决定性作用,批量越大,冲压加工的单件成本就越低。批量小时,采用其它方法制作可能有更好的经济效益。例如在零件上加工孔,在批量小的情况下,采用钻孔比冲孔要经济得多;有些旋转体零件,在小批生产时,采用旋压加工比拉深会有更好的经济效益。总之,审查零件图时要根据批量大小及零件的质量要求决定是否采用冲压加工。

2.冲压件的工艺性分析

冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。良好的冲压工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单且寿命长、产品质量稳定、操作简单等。在一般情况下,对冲压件工艺性影响最大的是冲压件结构尺寸和精度要求。各类冲压件的工艺性详见本书前面的有关章节。图6－1汽车前灯外壳零件

(a)原设计;(b)改进后在审查零件图时,如果发现冲压件工艺性不好,则应在不影响产品使用性能的前提下,向设计部门提出修改意见,经协商同意后对产品图纸作出适合工艺性的修改。如图6－1所示的汽车前灯的外壳,按原设计(见图6－1(a))需要拉深五次,酸洗退火两次,虽然能够冲压出来,但既费工又费料。修改后的灯壳(见图6－1(b)),可一次拉深成功,既保证了使用要求,又节省材料,减少工序,从而降低了成本。

3.冲压工作中的难点分析

分析零件图的另一个目的在于明确冲压该零件的难点所在。因而要特别注意零件图上的极限尺寸、设计基准以及变薄量、翘曲、回弹、毛刺大小和方向要求等。因为这些因素对所需工序的性质、数量和顺序的确定,对工件定位方法、模具制造精度和模具结构型式的选择等,都有较大的影响。6.1.2拟订冲压件的总体工艺过程

在工艺性分析的基础上,根据产品零件图和生产批量的要求,初步拟订出备料、冲压工序和必要的辅助工序(如去毛刺、清理、表面处理、酸洗、热处理等)的先后顺序。有些零件还需配合一些非冲压工序(如切削加工、焊接、铆接等),才能完成其全部制作加工过程。6.1.3确定毛料形状、尺寸和下料方式

根据产品零件图,计算和确定毛料尺寸和形状,拟订既能保证产品质量、又能节省材料的最佳排样方案,然后确定合适的下料方式。6.1.4拟订冲压工艺方案

拟订冲压工艺方案是编制冲压工艺规程的主要工作,通常包括冲压基本工序的选择、冲压基本工序的顺序安排和数目的确定、工序合并的安排及中间工序尺寸的计算等工作。

1.选择冲压基本工序

冲压基本工序的选择,主要是根据冲压件的形状、尺寸、公差及生产批量确定的。

1)剪裁和冲裁

剪裁与冲裁都能实现板料的分离。在小批量生产中,对于尺寸和公差大而形状规则的外形板件毛料,可采用剪床剪裁。对于各种形状的平板毛料和零件,在批量生产中通常采用冲裁模冲裁。对于平面度要求较高的零件,应增加校平工序。

2)弯曲

对于各种弯曲件,在小批量生产中常采用手工工具打弯。对于窄长的大型件,可用折弯机压弯。对于批量较大的各种弯曲件,通常采用弯曲模压弯。当弯曲半径太小时,应加整形工序使之达到要求。

3)拉深

对于各类空心件,多采用拉深模进行一次或多次拉深成形,最后用修边工序达到高度要求。当径向公差要求较小时,常采用变薄量较小的变薄拉深代替末次拉深。当圆角半径太小时,应增加整形工序以达到要求。对于批量不大的旋转体空心件,当工艺允许时,用旋压加工代替拉深更为经济。对于带凸缘的无底空心件,当直壁口部要求不严,且工艺允许时,可考虑冲孔翻边达到高度要求,这样较为经济。对于大型空心件的小批量生产,当工艺允许时,可用焊接代替拉深,这更为经济。

2.确定冲压工序的顺序与数目

冲压工序的顺序,主要是根据零件的形状而确定的,确定其顺序的一般原则如下:

(1)对于有孔或有切口的平板零件,当采用单工序模冲裁时,一般应先落料,后冲孔(或切口);当采用级进模冲裁时,则应先冲孔(或切口),而后落料。

(2)对于多角弯曲件,当采用简单弯曲模分次弯曲成形时,应先弯外角,后弯内角。如果孔位于变形区(或靠近变形区)或孔与基准面有较高的要求时,必须先弯曲,后冲孔。否则,都应先冲孔,后弯曲。这样安排工序可使模具结构简化。

(3)对于旋转体复杂拉深件,一般是由大到小为序进行拉深,或先拉深大尺寸的外形,后拉深小尺寸的内形;对于非旋转体复杂拉深件,则应先拉深小尺寸的内形,后拉深大尺寸的外形。

(4)对于有孔或缺口的拉深件,一般应先拉深,后冲孔(或缺口)。对于带底孔的拉深件,有时为了减少拉深次数,当孔径要求不高时,可先冲孔,后拉深。当底孔要求较高时,一般应先拉深后冲孔,也可先冲孔,后拉深,再冲切底孔边缘,使之达到要求。

(5)校平、整形、切边工序,应分别安排在冲裁、弯曲(或拉深)之后进行。工序数目主要是根据零件的形状与公差要求、工序合并情况、材料极限变形参数(如拉深系数)来确定的。其中工序合并的必要性主要取决于生产批量。一般在大批生产中,应尽可能把冲压基本工序合并起来,采用复合模或级进模冲压,以提高生产率,减少劳动量,降低成本;反之以采用单工序模分散冲压为宜。但是,有时为了保证零件公差的较高要求,保障安全生产,批量虽小,也需要把工序作适当的集中,用复合模或级进模冲压。工序合并的可能性主要取决于零件尺寸的大小、冲压设备的能力和模具制造的可能性与使用的可能性。

在确定冲压工序顺序与数目的同时,还要确定各中间工序的形状和半成品尺寸。6.1.5确定模具类型与结构型式

在冲压工艺方案确定后,各道工序采用何种类型的模具也就相应确定了,再选定合适的定位装置、卸料装置、出件装置、压料装置和导向装置,那么模具的结构型式就基本确定了。6.1.6选择冲压设备

根据冲压工序的性质选定设备类型,根据冲压工序所需的冲压力和模具尺寸选定冲压设备的技术规格。

必须指出,编制冲压工艺规程的各步骤是相互联系的,很多工作都交叉进行或同时进行。6.2制订冲压工艺方案实例

图6－2为底部带孔的圆筒形零件,材料为10钢,板厚3mm,其冲压工艺方案的确定如下。图6－2底部带孔的圆筒形零件6.2.1工艺分析

该零件为空心的圆筒形零件,在满足工艺性要求时,如进行大批量生产,一般是采用拉深成形的。圆筒形件的毛料为圆形板料,可以通过落料获得。零件底部的孔如满足工艺性要求,可通过冲孔得到。因此,该零件在满足冲压工艺性要求的前提下,采用的冲压工序是落料、拉深和冲孔,最后再安排一道切边工序。

该零件外径为ø100+1.40,其精度大致为IT15级,拉深工艺可以保证;

该零件底部孔为ø40+0.150,其精度大致为IT11级,普通冲裁工艺可以保证;该零件的圆角半径r8能满足拉深工艺对该处圆角的要求(r≥(2~3)t);

该零件底部孔的尺寸ø40远远大于冲裁工艺对最小孔径的要求(d≥1.0t);

该零件底部孔壁到筒形件壁部距离为a=50-20-3=27mm,远离圆角处。

综上所述,该零件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺性的要求,在大批量生产时,可用冲压加工。冲压的基本工序为落料、拉深和冲孔。1．毛料尺寸计算

因查表4－2得修边余量δ=5mm,则H=h+δ=118.5+5=123.5(mm)依据圆筒形件拉深时的毛料尺寸计算公式(式4－1):代入各数值,可得D≈236(mm)

2.拉深次数

因查表4－3得极限拉深系数:m1=0.5~0.53取0.53m2=0.75~0.76取0.76零件所需拉深系数:所以该零件不能一次拉深成形。d1=m1D=0.53×236=125.08(mm)d2=m2d1=m1m2D=0.53×0.76×236=95.06<97(mm)所以该零件需二次拉深成形。

3.中间工序尺寸计算

因按极限拉深系数计算后,d2＜d。对各道工序的拉深系数做适当调整,取第一次拉深后直径为ø126,此时m1=0.534。

第一次拉深后的半成品尺寸为d1=126(mm)第二次拉深成零件需要的尺寸为d2=97(mm)(此时m2＝0.77)h2=123.5(mm)6.2.3工艺方案

根据以上分析,冲压该零件可能有以下几种方案(模具结构见图6－3):

方案一:落料(图(a))→冲孔(图(b))→一次拉深(图(c))→二次拉深(图(d))

方案二:落料(图(a))→一次拉深(图(c))→二次拉深(图(d))→冲孔(图(e))

方案三:落料与冲孔复合(图(f))→一次拉深(图(c))→二次拉深(图(d))

方案四:落料与一次拉深复合(图(g))→二次拉深(图(d))→冲孔(图(e))

方案五:落料与冲孔复合(图(f))→一次拉深与二次拉深在同套模具上完成(图(h))

方案六:落料、冲孔与一次拉深三工序复合(图(i))→二次拉深(图(d))图6－3各种方案的模具结构草图除此之外,还有其它一些方案,这里不再一一列举。

以上几种方案中,方案一和方案二都是用单工序模冲压,模具简单,制造周期短,但工序分散,模具和设备数量要求多,生产率低。其中方案一是先冲底部孔后拉深的,这只在底部孔较小且距筒形件壁部距离远的情况下才适合。当底部孔较大、离筒形件壁部距离近时,拉深变形中会影响底部的