法兰落料冲孔翻边复合模

本科课程设计垫片冲模设计于兴华燕 山 大 学2012年1月 本科课程设计法兰冲模设计学 院： 机械工程学院 专 业： 锻压2班 学生 姓名： 于兴华 学 号：080101020050 指导 教师： 张涛 胡金华 答辩 日期： 2012.1.10 目 录任务书3第1章 冲压件的工艺分析41.1 冲裁工艺性41.2 翻边工艺性41.3 判断能否一次性翻边成功5第2章 确定工艺方案52.1 初步确定加工方案62.2 冲压方案的制定6第3章 排样及材料利用率的计算83.1计算预冲孔的大小83.2 确定排样方式93.3 计算材料利用率10第4章 冲压设备的确定124.1 冲裁力的计算124.2 计算压力中心144.3 冲压设备的确定14第5章 模具主要工作部分尺寸的确定145.1 落料刃口尺寸145.2冲孔刃口尺寸155.3 翻边刃口尺寸16第6章 模具结构和主要零部件设计176.1 模架的选择176.2主要零部件设计186.3 冲压模具装配图19参考文献21致谢22第1章 冲压件的工艺分析该法兰为落冲孔翻边件，材料为08F钢，材料厚度1mm，生产批量为大批量。工艺性分析内容如下：图111.1 冲裁工艺性 08F钢为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能，和良好的塑形成型能力。由零件简图2-1可见，该工件的加工涉及到落料、冲孔、翻边或拉深等工序成形。该零件的外径为90mm,属于小制件，形状简单且对称，适于冲裁加工。查冷冲压模具设计与制造表2.3冲压件内、外形所能达到的经济精度，因制件形状简单、对称，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12-IT13。 90-0.5+0.5 2.250+1 5-0.5+1 由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。1.2 翻边工艺性1.翻边工件边缘与平面的圆角半径r=(23)t2.翻边的高度h=51.5r=1.53.翻边的相对厚度d/t=9.38>(1.72),所以翻边后有良好的圆筒壁4.冲孔毛刺面与翻边方向相反，翻边后工件质量没大影响。5.查中国模具设计大典第3卷，第35页，K.W.I扩孔实验，预加工孔9.38可扩孔到35左右，而制件为18，即满足翻边性能。 总体看来：该制件均满足冲裁工艺性和翻边工艺性，适于冲裁加工。1.3判断能否一次性翻边成功由预冲孔公式可以得到翻边高度H的表达式：H=D-d2+0.43r+0.72t (2-1)或H=D2(1-dD)+0.43r+0.72t =D2(1-K) +0.43r+0.72t若将Kmin带入上式，则可得到许可的最大翻边高度HmaxHmax=D2（1-Kmin）+0.43r+0.72t 其中 D翻边后的中经(mm) Kmin极限翻边系数 r翻边圆角半径(mm) t材料厚度(mm)查冷冲模设计，表7-1低碳钢圆孔极限翻边系数 这里凸模采用圆柱形平底型式 孔的加工方式为冲孔 因相对厚度d/t=9.38 得Kmin= 0.55 于是Hmax=282（1-0.55）+0.432+0.721 =5.53(mm)因工件高度H<Hmax，所以在平板上能一次性翻边成形第2章 确定工艺方案2.1 初步确定加工方案根据工件形状，初步确定采用落料、冲孔和翻边等工序，现确定以下方案：方案一：一套落料、冲孔、翻边复合模方案二：一套落料、冲孔、翻边单工序模方案三：一套落料、冲孔、翻边连续模2.2冲压方案的确定单工序模、连续模和复合模的相互比较见表2-2表2-1单工序模、连续模和复合模的性能比较 项目单工序模连续模复合模工作情况尺寸精度精度较高可达IT1310级可达IT98级工件形状易加工简单件可加工复杂零件，如宽度极小的异形件、特殊形件形状与尺寸要受模具结构与强度的限制孔与外形的位置精度较高较差较高工件平整性推板上落料，平整较差，易弯曲推板上落料，平整工件尺寸一般不受限制宜较小零件可加工较大零件工件料厚一般不受限制0.66mm0.053mm工艺性能操作性能方便方便不方便，要手动进行卸料安全性比较安全比较安全不太安全生产率低，压力机一次行程只能完成一道工序，但在多工位压力机使用多副模具时，生产率高高，压力机一次行程内可完成多道工序较高，压力机一次行程内能完成两道以上工序条料宽度要求不严格要求严格要求不严格模具制造结构简单，制造周期短结构复杂，制造和调整难度大结构复杂，制造难度大 总的看来：方案一：生产效率高，因为滑块下行一次既完成落料、冲孔和翻边等工序，不存在定位误差，同轴度高，因此冲压出来的制件精度也较高；但模具结构较复杂，因此模具制造难度大。方案二：生产效率不高，由于要多机床或多道工序完成，致使生产效率和经济效益都降低；但模具制造周期短。方案三：生产效率较高，完成落料、冲孔的连续模生产效率较高，和方案二一样，由于第二道翻边单工序的存在，降低了生产效率不说，精度也难保证。因此综合考虑采用方案一，再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。正装复合模和倒装复合模的比较见下表2-3序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出操作方便，能装自动拔料装置，能提高生产效率又能保证安全生产，孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的胀力，有利于凸凹模减少最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度4装凹模的面积较大，有利于复杂制件拼快结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板表2-2正装复合模和倒装复合模的比较从表2-2中可以看出：正装对于薄冲件能达到平整要求，且废料不会在凸凹模孔内积聚，有利于凸凹模减少最小壁厚。而倒装不能达到平整要求，而且废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度。从保证冲裁件质量、经济性和安全性前提下，综合考虑采用正装复合模，即模具结构为落料、冲孔、翻边正装复合模。第3章 排样及计算材料利用率3.1计算预冲孔大小图3-1 零件图该制件是在冲孔后的平板毛坯上翻边成形，在翻边时，同心圆之间的距离变化不显著，预制孔直径可以用弯曲展开的方法近似计算：查冷冲模设计第215页预冲孔直径公式d=D1-22r+t2+h (3-1)因 D1=D+t+2r h=H-r-t 代入上式，并简化得：d=D-2(H-0.43r-0.72t) 式中 D翻边后的中经(mm) H翻边高度(mm) r翻边圆角半径(mm) t材料厚度(mm)这里D=16mm H=5mm r=2.25mm t=1mm所以d=16-2（5-0.432.25-0.721） =9.38mm同可得：相对厚度d/t=9.38/1=9.38翻边系数d/D=9.38/16=0.593.2确定排样方式采用有废料和少废料排样，排样图分别如图3-2和图3-3图3-2 有废料排样图3-3无废料排样少废料排样虽然材料利用率有所提高，但由于条料本身的宽度公差，以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低，也降低了模具寿命，结合各自的优缺点，综合考虑采用有废料排样法。3.3计算材料利用率1.计算制件的面积A制件面积A的计算公式：A=4（D2-d2） (3-2)= 4（902 -9.382) =6289.4322(mm2) 式中 D毛坯外径(mm) d冲孔直径(mm)2.确定搭边a与a1的值查冷冲模设计表3-10搭边a与a1数值取a=1.5mm a1=2mm于是条料宽度:b=90+2a1=94mm进距:l=90+a=91.5mm 3.材料利用率计算查中国模具设计大典第3卷冲压模具设计。表18.3-24轧制薄钢板的尺寸（GB/T708-1988）板料规格选用 1.0mm750mm1500mm(tmmBmmLmm)1）若采用纵裁：裁板条数 n1=B/b=750/94=8条余0mm每条个数n2=A-al=1500-1.591.5=16个余34.5mm每板总个数n总=n1n2 =816 =128(个)材料利用率 总=n总(D2-d2)4LB 100% (3-3) =1286289.42331500750100% = 71.56% 2）若采用横裁：裁板条数 n1=L/b=1500/94=15条余90mm每条个数 n2=B-al=750-1.591.5=8个余16.5mm每板总个数n总=n1n2 =158 =120(个)材料利用率 总=n总(D2-d2)4LB 100% (3-4) =1206289.42331500750100% = 67.1%显然纵裁的材料利用率要高些，因此选用纵裁。4.计算零件的净重GG=F.t. (3-5) 式中 G工件重量（g） F工件面积（cm2） t材料厚度（cm） 材料密度（g/cm3）08F钢属于低炭钢，在这里密度取=7.85 g/cm3则 G=F.t. =6289.432210-21.010-1 7.85 =49.37 g第4章 冲裁力及压力中心计算4.1 冲裁力的计算4.1.1落料力F落查冷冲模设计第54页，落料力F落公式为 F落=KLt (4-1)式中 F落落料力（N） L冲裁件周长(mm) t材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） K系数，常取K=1.3这里L=90mm t=1mm 取=300MPa则 F落=1.3901300 =82293.12（N）4.1.2卸料力F 卸查冷冲模设计表3-8卸料力、推件力和顶件力系数取K卸 =0.05 F卸 = K卸 . F落 (4-2) =0.0582293.12 =4114.656（N） 4.1.3冲孔力F冲查冷冲模设计第54页，落料力F冲公式为F冲=KLt (4-3)式中 F冲落料力（N） L冲裁件周长(mm) t材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） K系数，常取K=1.3这里L=9.38mm t=1mm 取=300MPa于是F冲=1.39.381300 =11486.75（N）4.1.4顶件力F顶 查冷冲模设计表3-8卸料力、推件力和顶件力系数取K顶 =0.06 F顶 = K顶.F冲 (4-4) = 0.0633064.2=1983.852（N）4.1.5翻边力F翻查冷冲模设计，第216页，翻边力公式为F翻=1.1(D-d)ts (4-5)其中 F翻翻边力(N) D翻边后中经(mm) d翻边预冲孔直径(mm) t材料厚度(mm)s 材料的屈服点(MPa)这里D=16mm，d=9.38mm, t=1mm, s=206MPa于是F翻=1.13.14(16-9.38)1206 =4286.08(N)4.1.6总冲压力F总F总=F落+F冲+F卸+F顶+F翻 (4-6) =82293.1211486.754114.6561983.852+4286.08 =104164.426（N）4.2计算压力中心计算压力中心的目的是使模柄轴线和压力机滑块的中心线重合，避免滑块受偏心载荷的影响而导致滑块轨道和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。从制件的形状可以看出，该制件是回转体结构，形状对称，故模具压力中心就在圆心部位，即无须再来计算了。 4.3冲压设备的确定 因为 F总=104164.426（N） 所以可以选择公称压力为160KN的开式压力机第5章 主要工作部分尺寸计算5.1落料刃口尺寸查冷冲模设计表3-3冲裁模初始双面间隙Z取Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm对零件图中未注公差的尺寸，冲压件一般保证精度IT14，因制件形状简单且对称，在这里保证精度IT13。查互换性与测量技术基础表3-6简单形状冲裁时凸凹模的制造偏差凹=+0.03mm 凸=-0.02mm 因此：|凹|+|凸|=0.03+0.02 mm =0.05mmZmax -Zmin=0.14-0.1mm =0.04mm |凹|+|凸|> Zmax Zmin因此在这里采用单配方法加工。对于落料，先做凹模，并以它作为基准配做凸模查互换性与测量技术基础表2-4查出其极限偏差为： 90-0.150.15mm查冷冲模设计表3-5磨损系数 取X=0.5 D凹=（D-X）00.024 (5-1)= (90-0.50.8）00.024mm =89.960+0.024mm落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为0.100.14mm 5.2冲孔刃口尺寸冲孔部分：凹=+0.02mm 凸=-0.02mm |凹|+|凸|=0.02+0.02mm =0.04mm|凹|+|凸|= Zmax Zmin对于采用分别加工时，应保证下述关系：|凹|+|凸|Zmax Zmin (5-2)但对于形状复杂或料薄的工件，为了保证凸、凹模间一定的隙值，必须采用配合加工。因此在这里采用还是采用单配方法加工对于冲孔，先做凸模，并以它作为基准配做凹模查互换性与测量技术基础表2-4查出其极限偏差为：9.38-0.4+0.4mm 查冷冲模设计表3-5磨损系数 取X=0.5则 d凸=（d+X）-0.0680 (5-3) = (9.38+0.50.8)-0.0680 =9.78-0.0680 mm冲孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.100.14mm5.3翻边工作刃口尺寸5.3.1翻边间隙 如图5-1，由于在翻边过程中，材料沿切向伸长，因此其端面的材料变薄非常严重，根据材料的统一变形情况，翻边凹模与翻边凸模之间的间隙应小于原来的材料厚度。 图5-1 翻边间隙查冷冲压模具设计与制造，表5-5平板毛坯翻边时凸凹模之间的间隙得Z/2=0.85mm5.3.2翻边刃口尺寸1. 翻边凸模的刃口尺寸计算查互换性与测量技术基础表2-4查出其极限偏差为：150+0.33mm查冷冲模设计表3-5磨损系数 取X=0.5则 d凸=（d+X）-（14）0 (5-4)=(15+0.50.33)-(14)0.330 =15.165-0.082502.翻边凹模的刃口尺寸计算根据翻边间隙和翻边凸模的刃口尺寸来确定翻边凹模的刃口尺寸D凹=（d凸+22Z）0+（14） (5-5) =（15.165+20.85）0+140.33 =16.8680+0.0825mm 第6章 主要零部件及模具结构的设计6.1模架的选择查中国模具设计大典第3卷，表22.4-30后侧导柱模架（GB/T2851.3-1990）根据凹模周界尺寸选择选择模架160mm160mm名称尺寸材料热处理上模板下模板导柱导套凸缘模柄160mm160mm40mm160mm160mm50mm28mm150mm28mm90mm38mm32mm59mmHT200HT2002020Q235渗碳5862HRC渗碳5862HRC6.2、其他模具零件的结构设计6.2.1落料凹模（图51）： 内外尺寸和厚度已定； 需要六个螺纹孔与上模座固定；有两个与下模板同时配做的销钉孔；图62 冲孔凸模图61 落料凹模 6.2.2冲孔凸模（图52）： 设计内外形尺寸（工作部分尺寸已定）； 标注尺寸、精度、形位公差和粗糙度；6.2.3弹性卸料板（图53）： 内形与凸凹模间隙配合，外观视橡皮的数量大小而定； 需要有六个螺纹孔与卸料螺钉配合； 加工出定位挡料钉孔；图63 弹性卸料板6.3.4其他零件 查国标进行具体结构设计，内容从略。6.3冲压模具的装配图由以上设计计算，并绘图设计，该外壳零件的落料冲孔倒装式复合模装配图如下：参考文献1 王秀凤、万良辉冲压模具设计与制造北京航空航天大学出版社2 杨占尧冲压模具图册高等教育出版社3 肖景容冲压工艺学机械工业出版社4 梁炳文冷冲压工艺手册北京航空航天大学出版社5 王孝培冲压设计资料致谢本次课程设计是在胡金华老师和张涛老师的悉心指导和帮助下完成的。在课程设计的选题、资料的搜集以及整个设计过程中，处处凝聚着两位老师的智慧和心血。两位老师的治学态度、精益求精的工作作风，时刻激励和影响着我。使我在短期内不仅学识水平有了较大提高，而且更重要的是从老师那里学到了从事研究工作的方法和态度，这必将使我受益终生。正是老师的无私帮助与热忱鼓励，我的课程能够得以顺利完成，在课设完成之际，特向两位老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。感谢所有关心和帮助过我的同学们, 他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟姐妹的情谊,谢谢你们。由于时间和水平有限，设计过程中难免有不足之处，恳请各位老师和同学提出宝贵的意见和批评，在此我深表谢意。