法蘭落料沖孔翻邊復合模

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1、 本科課程設計 墊片沖模設計 于興華 燕 山 大 學 2012年1月 本科課程設計 法蘭沖模設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 鍛壓2班 學生 姓名： 于興華 學 號：080101020050 指導 教師：

2、張濤 胡金華 答辯 日期： 2012.1.10 目 錄 任務書 3 第1章 沖壓件的工藝分析 4 1.1 沖裁工藝性 4 1.2 翻邊工藝性 4 1.3 判斷能否一次性翻邊成功 5 第2章 確定工藝方案 5 2.1 初步確定加工方案 6 2.2 沖壓方案的制定 6 第3章 排樣及材料利用率的計算 8 3.1計算預沖孔的大小 8 3.2 確定排樣方式 9 3.3 計算材料利用率 10 第4章 沖壓設備的確定 12 4.1

3、沖裁力的計算 12 4.2 計算壓力中心 14 4.3 沖壓設備的確定 14 第5章 模具主要工作部分尺寸的確定 14 5.1 落料刃口尺寸 14 5.2沖孔刃口尺寸 15 5.3 翻邊刃口尺寸 16 第6章 模具結構和主要零部件設計 17 6.1 模架的選擇 17 6.2主要零部件設計 18 6.3 沖壓模具裝配圖 19 參考文獻 21 致謝 22 第1章 沖壓件的工藝分析 該法蘭為落沖孔翻邊件，材料為08F鋼，材料厚

4、度1mm，生產(chǎn)批量為大批量。工藝性分析內容如下： 圖1—1 1.1 沖裁工藝性 08F鋼為普通碳素結構鋼，具有較好的沖裁成形性能，和良好的塑形成型能力。 由零件簡圖2-1可見，該工件的加工涉及到落料、沖孔、翻邊或拉深等工序成形。該零件的外徑為Φ90mm,屬于小制件，形狀簡單且對稱，適于沖裁加工。 查《冷沖壓模具設計與制造》表2.3沖壓件內、外形所能達到的經(jīng)濟精度，因制件形狀簡單、對稱，沖裁件內外形所能達到的經(jīng)濟精度為IT12-IT13。 90-0.5+0.5 2.250+1 5-0.5+1 由以上分析可知，該零件可以用普通沖裁的加工方法制得。 1.

5、2 翻邊工藝性 1.翻邊工件邊緣與平面的圓角半徑r=(2～3)t 2.翻邊的高度h=5≥1.5r=1.5 3.翻邊的相對厚度d/t=9.38>(1.7～2),所以翻邊后有良好的圓筒壁 4.沖孔毛刺面與翻邊方向相反，翻邊后工件質量沒大影響。 5.查《中國模具設計大典》第3卷，第35頁，K.W.I擴孔實驗，預加工孔Φ9.38可擴孔到Φ35左右，而制件為Φ18，即滿足翻邊性能。 總體看來：該制件均滿足沖裁工藝性和翻邊工藝性，適于沖裁加工。 1.3判斷能否一次性翻邊成功 由預沖孔公式可以得到翻邊高度H的表達式： H=D-d2+0.43r+0.72t

6、 (2-1) 或H=D2(1-dD)+0.43r+0.72t =D2(1-K) +0.43r+0.72t 若將Kmin帶入上式，則可得到許可的最大翻邊高度Hmax Hmax=D2（1-Kmin）+0.43r+0.72t 其中 D—翻邊后的中經(jīng)(mm) Kmin—極限翻邊系數(shù) r—翻邊圓角半徑(mm) t—材料厚度(mm)

7、 查《冷沖模設計》，表7-1低碳鋼圓孔極限翻邊系數(shù) 這里凸模采用圓柱形平底型式 孔的加工方式為沖孔 因相對厚度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

8、.2沖壓方案的確定 單工序模、連續(xù)模和復合模的相互比較見表2-2 表2-1單工序模、連續(xù)模和復合模的性能比較 項目 單工序模 連續(xù)模 復合模 工作情況 尺寸精度 精度較高 可達IT13～10級 可達IT9～8級 工件形狀 易加工簡單件 可加工復雜零件，如寬度極小的異形件、特殊形件 形狀與尺寸要受模具結構與強度的限制 孔與外形的位置精度 較高 較差 較高 工件平整性 推板上落料，平整 較差，易彎曲 推板上落料，平整 工件尺寸 一般不受限制 宜較小零件 可加工較大零件 工件料厚 一般不受限制 0.6～6mm 0.05～

9、3mm 工藝性能 操作性能 方便 方便 不方便，要手動進行卸料 安全性 比較安全 比較安全 不太安全 生產(chǎn)率 低，壓力機一次行程只能完成一道工序，但在多工位壓力機使用多副模具時，生產(chǎn)率高 高，壓力機一次行程內可完成多道工序 較高，壓力機一次行程內能完成兩道以上工序 條料寬度 要求不嚴格 要求嚴格 要求不嚴格 模具制造 結構簡單，制造周期短 結構復雜，制造和調整難度大 結構復雜，制造難度大 總的

10、看來： 方案一：生產(chǎn)效率高，因為滑塊下行一次既完成落料、沖孔和翻邊等工序，不存在定位誤差，同軸度高，因此沖壓出來的制件精度也較高；但模具結構較復雜，因此模具制造難度大。 方案二：生產(chǎn)效率不高，由于要多機床或多道工序完成，致使生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益都降低；但模具制造周期短。 方案三：生產(chǎn)效率較高，完成落料、沖孔的連續(xù)模生產(chǎn)效率較高，和方案二一樣，由于第二道翻邊單工序的存在，降低了生產(chǎn)效率不說，精度也難保證。 因此綜合考慮采用方案一，再來確定采用正裝復合模還是采用倒裝復合模。 正裝復合模和倒裝復合模的比較見下表2-3 序號 正裝 倒裝 1 對于薄沖件能達到平整要求 不能達到平整要

11、求 2 操作不方便，不安全，孔的廢料由打棒打出 操作方便，能裝自動拔料裝置，能提高生產(chǎn)效率又能保證安全生產(chǎn)，孔的廢料通過凸凹模的孔往下漏掉 3 廢料不會在凸凹?？變确e聚，每次由打棒打出，可減少孔內廢料的脹力，有利于凸凹模減少最小壁厚 廢料在凸凹?？變确e聚，凸凹模要求有較大的壁厚以增加強度 4 裝凹模的面積較大，有利于復雜制件拼快結構 如凸凹模較大，可直接將凸凹模固定在底座上省去固定板 表2-2正裝復合模和倒裝復合模的比較 從表2-2中可以看出：正裝對于薄沖件能達到平整要求，且廢料不會在凸凹模孔內積聚，有利于凸凹模減少最小壁厚。而倒裝不能達到平整要求，而且廢料在凸凹?？變确e

12、聚，凸凹模要求有較大的壁厚以增加強度。 從保證沖裁件質量、經(jīng)濟性和安全性前提下，綜合考慮采用正裝復合模，即模具結構為落料、沖孔、翻邊正裝復合模。 第3章 排樣及計算材料利用率 3.1計算預沖孔大小 圖3-1 零件圖 該制件是在沖孔后的平板毛坯上翻邊成形，在翻邊時，同心圓之間的距離變化不顯著，預制孔直徑可以用彎曲展開的方法近似計算： 查《冷沖模設計》第215頁 預沖孔直徑公式d=D1-2[π2r+t2+h] (3-1) 因 D1=D+t+2r h=H-r-t 代入上式，并簡化得： d=D-

13、2(H-0.43r-0.72t) 式中 D—翻邊后的中經(jīng)(mm) H—翻邊高度(mm) r—翻邊圓角半徑(mm) t—材料厚度(mm) 這里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：相對厚度d/t=9.38/1=9.38 翻邊系數(shù)d/D=9.38/16=0.59 3

14、.2確定排樣方式 采用有廢料和少廢料排樣，排樣圖分別如圖3-2和圖3-3 圖3-2 有廢料排樣 圖3-3無廢料排樣 少廢料排樣雖然材料利用率有所提高，但由于條料本身的寬度公差，以及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差會直接影響沖裁件尺寸而使沖裁件的精度降低，也降低了模具壽命，結合各自的優(yōu)缺點，綜合考慮采用有廢料排樣法。 3.3計算材料利用率 1.計算制件的面積A 制件面積A的計算公式： A=π4（D2-d2） (3-2) = π4（902 -9.382)

15、 =6289.4322(mm2) 式中 D—毛坯外徑(mm) d—沖孔直徑(mm) 2.確定搭邊a與a1的值 查《冷沖模設計》表3-10搭邊a與a1數(shù)值 取a=1.5mm a1=2mm 于是條料寬度:b=90+2a1=94mm 進距:l=90+a=91.5mm 3.材料利用率計算 查《中國模具設計大典》第3卷沖壓模具設計。 表18.3-24軋制薄鋼板的尺寸（GB/T708-1988） 板料規(guī)格選用 1.0

16、mm750mm1500mm(tmmBmmLmm) 1）若采用縱裁： 裁板條數(shù) n1=B/b=750/94=8條余0mm 每條個數(shù)n2=A-al=1500-1.591.5=16個余34.5mm 每板總個數(shù)n總=n1n2 =816 =128(個) 材料利用率 η總=n總π(D2-d2)4LB 100% (3-3) =1286289.42331500750100%

17、 = 71.56% 2）若采用橫裁： 裁板條數(shù) n1=L/b=1500/94=15條余90mm 每條個數(shù) n2=B-al=750-1.591.5=8個余16.5mm 每板總個數(shù)n總=n1n2 =158 =120(個) 材料利用率 η總=n總π(D2-d2)4LB 100% (3-4) =1206289.42331500750100% = 67.1% 顯然縱裁的材料利用率要高些，因此選用縱裁。

18、4.計算零件的凈重G G=F.t.ρ (3-5) 式中 G—工件重量（g） F—工件面積（cm2） t—材料厚度（cm） ρ—材料密度（g/cm3） 08F鋼屬于低炭鋼，在這里密度取ρ=7.85 g/cm3 則 G=F.t.ρ

19、 =6289.432210-21.010-1 7.85 =49.37 g 第4章 沖裁力及壓力中心計算 4.1 沖裁力的計算 4.1.1落料力F落 查《冷沖模設計》第54頁，落料力F落公式為 F落=KLtτ (4-1)式中 F落—落料力（N） L—沖裁件周長(mm) t—材料厚度(mm) τ—材料的抗剪強度（MPa） K—系數(shù)，常取K=1.3 這里L=π90mm t=1mm 取τ=3

20、00MPa 則 F落=1.3π901300 =82293.12（N） 4.1.2卸料力F 卸 查《冷沖模設計》表3-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 取K卸 =0.05 F卸 = K卸 . F落 (4-2) =0.0582293.12 =4114.656（N） 4.1.3沖孔力F沖 查《冷沖模設計》第54頁，落料力F沖公式為 F沖=KLtτ (4-3) 式中

21、 F沖—落料力（N） L—沖裁件周長(mm) t—材料厚度(mm) τ—材料的抗剪強度（MPa） K—系數(shù)，常取K=1.3 這里L=π9.38mm t=1mm 取τ=300MPa 于是F沖=1.3π9.381300 =11486.75（N） 4.1.4頂件力F頂 查《冷沖模設計》表3-8卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 取K頂 =0.06 F頂 = K頂.F沖

22、 (4-4) = 0.0633064.2 =1983.852（N） 4.1.5翻邊力F翻 查《冷沖模設計》，第216頁，翻邊力公式為 F翻=1.1π(D-d)tσs (4-5) 其中 F翻—翻邊力(N) D—翻邊后中經(jīng)(mm) d—翻邊預沖孔直徑(mm) t—材料厚度(mm) σs —材料的屈服點(MPa) 這里D=16mm，d=9.38mm, t=1mm, σs=206MPa 于是F翻=1.13.14(16-9.3

23、8)1206 =4286.08(N) 4.1.6總沖壓力F總 F總=F落+F沖+F卸+F頂+F翻 (4-6) =82293.12＋11486.75＋4114.656＋1983.852+4286.08 =104164.426（N） 4.2計算壓力中心 計算壓力中心的目的是使模柄軸線和壓力機滑塊的中心線重合，避免滑塊受偏心載荷的影響而導致滑塊軌道和模具的不正常磨損，降低模具壽命甚至損壞模具。 從制件的形狀可以看出，該制件是回轉體結構，形狀對稱，故模具壓

24、力中心就在圓心部位，即無須再來計算了。 4.3沖壓設備的確定 因為 F總=104164.426（N） 所以可以選擇公稱壓力為160KN的開式壓力機 第5章 主要工作部分尺寸計算 5.1落料刃口尺寸 查《冷沖模設計》表3-3沖裁模初始雙面間隙Z 取Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm 對零件圖中未注公差的尺寸，沖壓件一般保證精度IT14，因制件形狀簡單且對稱，在這里保證精度IT13。 查《互換性與測量技術基礎》表3-6簡單形狀沖裁時凸凹模的制造偏差 δ凹=+0.03mm δ凸=-0.02mm 因此：|δ凹|+|δ凸|=

25、0.03+0.02 mm =0.05mm Zmax -Zmin=0.14-0.1mm =0.04mm |δ凹|+|δ凸|> Zmax –Zmin 因此在這里采用單配方法加工。 對于落料，先做凹模，并以它作為基準配做凸模 查《互換性與測量技術基礎》表2-4查出其極限偏差為： Φ90-0.150.15mm 查《冷沖模設計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5 D凹=（D-X△）00.024

26、(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，其雙面間隙為0.10～0.14mm 5.2沖孔刃口尺寸 沖孔部分：δ凹=+0.02mm δ凸=-0.02mm |δ凹|+|δ凸|=0.02+0.02mm =0.04mm |δ凹|+|δ凸|= Zmax –Zmin 對于采用分別加工時，應保證下述關系： |δ凹|+|δ凸|≤Zmax –Zmin (5-2) 但對于

27、形狀復雜或料薄的工件，為了保證凸、凹模間一定的隙值，必須采用配合加工。 因此在這里采用還是采用單配方法加工 對于沖孔，先做凸模，并以它作為基準配做凹模 查《互換性與測量技術基礎》表2-4查出其極限偏差為： Φ9.38-0.4+0.4mm 查《冷沖模設計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5 則 d凸=（d+X△）-0.0680 (5-3) = (9.38+0.50.8)-0.0680 =9.78-0.0680 mm 沖孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其雙面間隙為0.10～0.14mm

28、 5.3翻邊工作刃口尺寸 5.3.1翻邊間隙 如圖5-1，由于在翻邊過程中，材料沿切向伸長，因此其端面的材料變薄非常嚴重，根據(jù)材料的統(tǒng)一變形情況，翻邊凹模與翻邊凸模之間的間隙應小于原來的材料厚度。 圖5-1 翻邊間隙 查《冷沖壓模具設計與制造》，表5-5平板毛坯翻邊時凸凹模之間的間隙得Z/2=0.85mm 5.3.2翻邊刃口尺寸 1. 翻邊凸模的刃口尺寸計算 查《互換性與測量技術基礎》表2-4查出其極限偏差為： Φ150+0.33mm 查《冷沖模設計》表3-5磨損系數(shù) 取X=0.5 則 d凸=（d+X△）-（14）△0

29、 (5-4) =(15+0.50.33)-(14)0.330 =15.165-0.08250 2.翻邊凹模的刃口尺寸計算 根據(jù)翻邊間隙和翻邊凸模的刃口尺寸來確定翻邊凹模的刃口尺寸 D凹=（d凸+22Z）0+（14）△ (5-5) =（15.165+20.85）0+140.33 =16.8680+0.0825mm 第6章 主要零部件及模具結構的設計 6.1模架的選擇 查《中國模具設計大典》第3卷，表22.4-30后側導柱模架（G

30、B/T2851.3-1990） 根據(jù)凹模周界尺寸選擇選擇模架160mm160mm 名稱 尺寸 材料 熱處理 上模板 下模板 導柱 導套 凸緣模柄 160mm160mm40mm 160mm160mm50mm φ28mm150mm φ28mm90mm38mm φ32mm59mm HT200 HT200 20 20 Q235 滲碳58～62HRC 滲碳58～62HRC 6.2、其他模具零件的結構設計 6.2.1．落料凹模（圖5—1）： 內外尺寸和厚度已定； 需要六個螺紋孔與上模座固定； 有兩個與下模板同時配做的銷釘孔；

31、 圖6—2 沖孔凸模 圖6—1 落料凹模 6.2.2．沖孔凸模（圖5—2）： 設計內外形尺寸（工作部分尺寸已定）； 標注尺寸、精度、形位公差和粗糙度； 6.2.3．彈性卸料板（圖5—3）： 內形與凸凹模間隙配合，外觀視橡皮的數(shù)量大小而定； 需要有六個螺紋孔與卸料螺釘配合； 加工出定位擋料釘孔； 圖6—3 彈性卸料板 6.3.4．其他零件 查國標進行具體結構設計，內容從略。 6.3沖壓模具的裝配圖 由以上設計計算，并繪圖設計，該外殼零件的落料沖孔倒裝式復合模裝配圖如下： 參考文獻 1 王秀鳳、萬良輝《沖壓模具設計與

32、制造》北京航空航天大學出版社 2 楊占堯《沖壓模具圖冊》高等教育出版社 3 肖景容《沖壓工藝學》機械工業(yè)出版社 4 梁炳文《冷沖壓工藝手冊》北京航空航天大學出版社 5 王孝培《沖壓設計資料》 致謝 本次課程設計是在胡金華老師和張濤老師的悉心指導和幫助下完成的。在課程設計的選題、資料的搜集以及整個設計過程中，處處凝聚著兩位老師的智慧和心血。兩位老師的治學態(tài)度、精益求精的工作作風，時刻激勵和影響著我。使我在短期內不僅學識水平有了較大提高，而且更重要的是從老師那里學到了從事研究工作的方法和態(tài)度，這必將使我受益終生。正是老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的課程能夠得以順利完成，在課設完成之際，特向兩位老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。 感謝所有關心和幫助過我的同學們, 他們熱心的幫助，使我感到了來自兄弟姐妹的情誼,謝謝你們。 由于時間和水平有限，設計過程中難免有不足之處，懇請各位老師和同學提出寶貴的意見和批評，在此我深表謝意。