沖裁彎曲拉深設(shè)計(jì)案例

1、設(shè)計(jì)案例沖裁、彎曲、拉深及成形是冷沖壓的基本工序，下面以常見的沖裁件、彎曲件及拉深件為例介紹沖裁、彎曲及拉深的沖壓工藝分析、工藝方案擬訂、工藝計(jì)算、模具設(shè)計(jì)和模具主要零件的加工工藝。案例1沖裁模設(shè)計(jì)如圖1所示零件：托扳生產(chǎn)批量：大批量材料：08F t=2mm設(shè)計(jì)該零件的沖壓工藝與模具 。 圖1 托板零件圖（一）沖裁件工藝分析1. 材料：08F鋼板是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的可沖壓性能。2. 工件結(jié)構(gòu)形狀：沖裁件內(nèi)、外形應(yīng)盡量避免有尖銳清角，為提高模具壽命，建議將所有90清角改為R1的圓角。3. 尺寸精度：零件圖上所有尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。經(jīng)查公差表，各

2、尺寸公差為：58-0.74、38-0.62、30-0.52、16-0.44、140.22、170.22、3.5+0.3結(jié)論：可以沖裁（二） 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀不大，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料較厚（2mm）的特點(diǎn)，為保證孔位精度，沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實(shí)行工序集中的工藝方案，采取利用導(dǎo)正釘進(jìn)行定位、剛性卸料裝置、自然漏料方式的連續(xù)沖裁模結(jié)構(gòu)形式。（三） 模具設(shè)計(jì)計(jì)算1排樣 計(jì)算條料寬度及確定步距首先查有關(guān)表確定搭邊值。根據(jù)零件形狀，兩工件間按矩形取搭邊值b=2,側(cè)邊按圓形取搭邊值a=2。連續(xù)模進(jìn)料步距為32mm。條料寬度按相應(yīng)的公式計(jì)算：B=(

3、D+2a)- 查表 =0.6B=(58+22)-0.6=62-0.6畫出排樣圖，圖2 圖2 排樣圖2計(jì)算總沖壓力由于沖模采用剛性卸裝置和自然漏料方式，故總的沖壓力為：P0=P+PtP=P1+P2而式中 P1-落料時(shí)的沖裁力P2-沖孔時(shí)的沖裁力按推料力公式計(jì)算沖裁力：P1=KLt 查=300MPa=2.22（58-16）+2（30-16）+16*2*300/10000=12.6 (t)P2=2.2*4*3.5*2*300/10000 =3.4(t)按推料力公式計(jì)算推料力Pt：Pt=nKtP 取n=3，查表2-10，Kt=0.055Pt=3*0.055*(12.6+304)=2.475(t) 計(jì)算

4、總沖壓力PZ：PZ=P1+P2+Pt =12.6+3.4+2.475 =18.475(t)3確定壓力中心：根據(jù)圖3分析，因?yàn)楣ぜD形對稱，故落料時(shí)P1的壓力中心在O1上；沖孔時(shí)P2的壓力中心在O2上。設(shè)沖模壓力中心離O1點(diǎn)的距離為X，根據(jù)力矩平衡原理得：P1X=(32-X)P2由此算得X=7mm圖3 壓力中心4沖模刃口尺寸及公差的計(jì)算刃口尺寸計(jì)算方法及演算過程不再贅述，僅將計(jì)算結(jié)果列于表1 中。在沖模刃尺寸計(jì)算時(shí)需要注意：在計(jì)算工件外形落料時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸按相應(yīng)的凹模實(shí)際尺寸配制，保證雙面間隙為0.250.36mm。為了保證R8與尺寸為16的輪廓線相切，R8的凹模尺寸，取16的凹模

5、尺寸的一半，公差也取一半。在計(jì)算沖孔模刃口尺寸時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)，凹模尺寸按凸模實(shí)際尺寸配制，保證雙面間隙為0.250.36mm。表1 沖模刃口尺寸沖裁性質(zhì)工作尺寸計(jì)算公式凹模尺寸注法凸模尺寸注法落料58-0.7438-0.6230-0.5216-0.44R857.6+0.1837.7+0.1629.7+0.1316.8+0.11R7.9+0.06凸模尺寸按實(shí)際尺寸配置，保證雙邊間隙 0.250.36mm沖孔3.5+0.3凹模尺寸按凹模實(shí)際尺寸配置，保證雙邊間隙0.250.36mm3.65-0.08在計(jì)算模具中心距尺寸時(shí)，制造偏差值取工件公差的1/8。據(jù)此，沖孔凹模和凸模固定板孔中心距的制造尺

6、寸為：L14=140.44/8=140.055L17=170.44/8=170.0555. 確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸（1）凹模外形尺寸的確定凸模厚度H的確定：H= P取總壓力=184750NH=26mm凹模長度L的確定 W1=2.1H=31；工件b=58 L=b+2W1=58+2*31=120mm凹模寬度B的確定B= 步距+工件寬+2W2?。翰骄?32；工件=30；W2=1.5HB2=32+30+2*39 =140mm（2）凸模長度L1的確定凸模長度計(jì)算為：L1=h1+h2+h3+Y其中 導(dǎo)料板厚h1=8；卸料板厚h2=12；凸模固定板厚h3=18; 凸模修磨量Y=18則L1=8+12+18+1

7、8=56mm選用沖床的公稱壓力，應(yīng)大于計(jì)算出的總壓力P0=18.475t;最大閉合高度應(yīng)大于沖模閉合高度+5mm;工作臺臺面尺寸應(yīng)能滿足模具的正確安裝。按上述要求，結(jié)合工廠實(shí)際，可選用J23-25開式雙柱可傾壓力機(jī)。并需在工作臺面上配備墊塊，墊塊實(shí)際尺寸可配制。（3）設(shè)計(jì)并繪制總圖、選取標(biāo)準(zhǔn)件按已確定的模具形式及參數(shù)，從冷沖模標(biāo)準(zhǔn)中選取標(biāo)準(zhǔn)模架。繪制模具總裝圖。如圖4，單排沖孔落料連續(xù)模。按模具標(biāo)準(zhǔn)，選取所需的標(biāo)準(zhǔn)件，查清標(biāo)準(zhǔn)件代號及標(biāo)記，寫在總圖明細(xì)表內(nèi)見表2。并將各零件標(biāo)出統(tǒng)一代號。圖4 單排沖孔落料連續(xù)模1-簧片 2-螺釘 3-下模座 4-凹模 5-螺釘 6-承導(dǎo)料 7-導(dǎo)料板 8-始用

8、擋料銷 9、26-導(dǎo)柱 10、25-導(dǎo)套 11-擋料釘 12-卸料板 13-上模座 14-凸模固定板 15-落料凸模 16-沖孔凸模 17-墊板 18-圓柱銷 19-導(dǎo)正銷 20-模柄 21-防轉(zhuǎn)銷 22-內(nèi)六角螺釘 23-圓柱銷 24-螺釘表2 零件明細(xì)表序 號名 稱數(shù) 量材 料熱處理標(biāo)準(zhǔn)件代號備注頁次1簧片165Mn2螺釘145HRC40453下模座11HT2004凹模1T10AHRC58625螺釘445HRC40456承導(dǎo)料1457導(dǎo)料板245HRC40458始用擋料銷1459導(dǎo)柱220滲碳HRC566010導(dǎo)套220滲碳HRC586211擋料釘14512卸料板1Q235(A3)13上模

9、座1HT20014凸模固定板14515落料凸模1T8AHRC566016沖孔凸模1T8AHRC566017墊板145HRC404518定位銷145HRC404519導(dǎo)正銷145HRC404520模柄1Q235(A5)21防轉(zhuǎn)銷145HRC404522內(nèi)六角螺釘M12701045HRC404523圓柱銷12n6100645HRC404524內(nèi)六角螺釘M1270145HRC4045（五）繪制非標(biāo)準(zhǔn)零件圖本實(shí)例只繪制凸凹模、凹模、凸模固定板和卸料板四個(gè)零件圖樣，供初學(xué)者參考。見圖5至圖8。圖5 凸凹模 圖6 落料凹模圖2-16 凸模固定板圖7 固定板 圖8卸料板 (六) 模具主要零件加工工藝規(guī)程的編

10、制1凸凹模加工工藝規(guī)程的編制（表3）2落料凹模加工工藝規(guī)程的編制（表4）表3凸凹模加工工藝規(guī)程工序號工序名稱工序內(nèi)容設(shè)備工序簡圖12345678表4落料凹模加工工藝規(guī)程工序號工序名稱工序內(nèi)容設(shè)備工序簡圖1234567案例2彎曲模零件名稱：托架（見圖9）生產(chǎn)批量：2萬件/年材 料：08冷軋鋼板編制沖壓工藝方案設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)。 圖8 彎曲件(一) 確定工藝方案制成該零件所需的基本工序?yàn)闆_孔、落料和彎曲。其中沖孔和落料屬于簡單的分離工序，彎曲成形的方式可以有圖9所示的三種。圖9工藝方案零件上的孔，盡量在毛坯上沖出，以簡化模具結(jié)構(gòu)，便于操作。該零件上的10孔的邊與彎曲中心的距離為6mm，大于1.0t（1

11、.5mm），彎曲時(shí)不會引起孔變形，因此10孔可以在壓彎前沖出，沖出的10孔可以做后續(xù)工序定位孔用。而4-5孔的邊緣與彎曲中心的距離為1.5mm，等于1.5t，壓彎時(shí)易發(fā)生孔變形，故應(yīng)在彎后沖出。完成該零件的成形，可能的工藝方案有以下幾種：方案一：落料與沖10孔復(fù)合，見圖10（a），壓彎外部兩角并使中間兩角l預(yù)彎45，見圖10（b）,壓彎中間兩角，見圖10（c）,沖4-5孔，見圖10（d）.圖10方案一方案二：落料與沖10孔復(fù)合，見圖10（a）,壓彎外部兩角，見圖11（a），壓彎中間兩角，見圖11（b）,沖4-5孔，見圖10（d）。方案三：落料與沖10孔復(fù)合，見圖10（a），壓彎四個(gè)角（12），

12、沖4-5孔，見圖10（d）。方案四：沖10孔，切斷及彎曲外部兩角（圖13），壓彎中間兩角，見圖11（b）,沖4-5孔，見圖10（d）。圖11方案二圖12壓彎四個(gè)角圖13沖孔（10）、切斷及彎曲外部兩角連續(xù)沖壓案五：沖10孔，切斷及壓彎四個(gè)角連續(xù)沖壓（圖14），沖4-5孔，見圖10（d）。方案六：全部工序組合采用帶料連續(xù)沖壓，如圖15所示的排樣圖。在上述列舉的方案中，方案一的優(yōu)點(diǎn)是：模具結(jié)構(gòu)簡單，模具壽命長，制造周期短，投產(chǎn)快；工件的回彈容易控制，尺寸和形狀精確，表面質(zhì)量高；各工序（除第一道工序外）都能利用10孔和一個(gè)側(cè)面定位，定位基準(zhǔn)一致且與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，操作也比較簡單方便。缺點(diǎn)是：工序分散，

13、需用壓床，模具及操作人員多，勞動(dòng)量大。方案二的優(yōu)點(diǎn)是：模具結(jié)構(gòu)簡單，投產(chǎn)快壽命長，但回彈難以控制，尺寸和形狀不精確，且工序分散，勞動(dòng)量大，占用設(shè)備多。方案三的工序比較集中，占用設(shè)備和人員少，但模具壽命短，工件質(zhì)量 （精度與表面粗糙度）低。方案四的優(yōu)點(diǎn)是工序比較集中，從工件成形角度看，本質(zhì)上與方案二相同，只模具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。方案五本質(zhì)上與方案三相同，只是采用了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的級進(jìn)模。圖14 沖孔（10）、切斷及壓彎四個(gè)角連續(xù)沖壓圖15 級進(jìn)沖壓排樣圖方案六的優(yōu)點(diǎn)是工序最集中，只用一副模具完成全部工序，由于它實(shí)質(zhì)上是把方案一的各工序分別布置到連續(xù)模的各工位上，所以它還具有方案一的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)

14、復(fù)雜，安裝、調(diào)試、維修困難、制造周期長。綜上所述，考慮到該零件的批量不大，為保證各項(xiàng)技術(shù)要求，選用方案一。其工序如下：落料和沖10孔；壓彎端部兩角；壓彎中間兩角；沖4-5孔。(二) 工藝計(jì)算1毛坯長度毛坯長度按圖16分段計(jì)算。毛坯總展開長度L0L0=2（l1+l2+l3+l4）+l5由圖7-15：l1 =9mm;L3=25.5mml5=22mml2=2/(R+kt)=3.14/2(1.5+0.14*1.5) =3.32mml4=l2L0=2(9+3.32+25.5+3.32)+22=104.28(取104-O.5mm) 圖16 彎曲件毛坯長度計(jì)算圖2排樣及材料利用率由于毛坯尺寸較大，并考慮操作

15、方便與模具尺寸，決定采用單排。取搭邊a=2 a1=1.5則進(jìn)距h=30+1.5=31.5mm條料寬度B=104.28+22=108.28（取108mm）板料規(guī)格選用1.59001800(mm)采用縱裁時(shí)：每板的條數(shù)：n1=900/108=8多余36mm 每條的工件數(shù)：n2=18001.5/31.5=57件余3mm 每板的工件數(shù)：n=n1n2=8*57=456個(gè)利用率：=456*30*104.28/900*1800*100=88.1經(jīng)計(jì)算橫裁時(shí)板料利用率僅為86.5，故決定采用縱裁。3計(jì)算壓力及初選沖床(1)落料與沖孔復(fù)合工序，見圖10（a）。沖裁力 F1=(L+l)c*t L=2(104.28

16、+30)=268.56mml=*10=32.3mmt=1.5mmb=400Mpa故P1=(268.56+32.3)*400*1.5=179970(N)卸料力 Pa=K0*P0=0.04*179970=7198.8(N)推件力 Pi=n*Kt*P2=4*0.055*179970 =39593.4(N)總沖壓力 P0=Pt+P0+Pt=179970+7198.8+39593.4=226762.2(N)=22.68(t)選用25噸沖床。(2)第一次彎曲，見圖10（b）首次壓彎時(shí)的沖壓力包括：預(yù)彎中間兩角、彎曲和校正端部兩角及壓料力等。這些力并非同時(shí)發(fā)生或達(dá)到最大值，開始只有壓彎曲力和預(yù)彎力，滑塊至一

17、定位置時(shí)開始壓彎端部兩角，最后進(jìn)行鐓壓。為安全可靠，將端部兩角的壓彎力Pw、校正力Pa及壓料力Pj合在一起計(jì)算?？倹_壓力 P0=Pw+Pa+PjPw=Bt2b/r+t=30*1.52*40/1.5+1.5=900(N)Pj=0.5Pw=0.5*900=4500(N)Pa=F*qF=1670mm2（校正面積）q=80MPa(單位校正力)故Pa=1670*8=133600(N)得P0=9000+4500+133600=147100(N)=14.7(t)選用16噸沖床(3)第二次彎曲，見圖10（c）二次彎曲時(shí)仍需壓料力，故所需總的沖壓力：P0=Pw+Pj式中 Pw=Bt2b/r+t=30*1.52*

18、40/1.5+1.5=9000(N)Pj=0.5Pw=4500(N)故 P0=9000+4500=13500(N)選用16噸沖床4.沖4-5孔，見圖10（d）4個(gè) 5孔同時(shí)沖壓，所需的總壓力 P0=Pw+Pe Pe=nd*t*b=4*5*1.5*4.=37680(N) P0=K0*Ph=0.04*37680=1510(N) 故 P0=37680+1510=39190(N) 選用16噸壓力機(jī)表5托架工序表工序工序說明工序草圖沖床規(guī)格（t ）模具型式1落料與沖孔25落料沖孔復(fù)合模2一次彎曲（帶頂彎）16彎曲模3二次彎曲16彎曲模4沖四個(gè)小孔16沖孔模案例3拉深模零件名稱：180柴油機(jī)通風(fēng)口座子生產(chǎn)

19、批量：大批量材 料：08酸洗鋼板零件簡圖：如圖17所示 圖17通風(fēng)口座子 設(shè)計(jì)步驟按如下程序進(jìn)行(一)分析零件的工藝性這是一個(gè)不帶底的階梯形零件，其尺寸精度、各處的圓角半徑均符合拉深工藝要求。該零件形狀比較簡單，可以采用：落料一拉深成二階形階梯件和底部沖孔一翻邊的方案加工。但是能否一次翻邊達(dá)到零件所要求的高度，需要進(jìn)行計(jì)算。1. 翻邊工序計(jì)算一次翻邊所能達(dá)到的高度：按相關(guān)表 取極限翻邊系數(shù)K最小=0.68由相應(yīng)公式計(jì)算得： H最大=D/2(1-K最小)+0.43r+0.72 =56/2(1-0.68)+0.43*8+0.72*1.5 =13.48(mm)而零件的第三階高度H=21.5H最大=1

20、3.48。由此可知一次翻邊不能達(dá)到零件高度要求，需要采用拉深成三階形階梯件并沖底孔，然后再翻邊。第三階高度應(yīng)該為多少，需要幾次拉深，還需繼續(xù)分析計(jì)算。計(jì)算沖底孔后的翻邊高度h（見圖18）：取極限翻邊系數(shù)K最小=0.68拉深凸模圓角半徑取r凸=2=3mm由相關(guān)公式得翻邊所能達(dá)到的最大高度：圖18拉深后翻邊h最大=D/2(1-K最小)+0.57r凸=56/2（1-0.68）+0.57*3=10.67（mm）取翻邊高度 h=10(mm) 計(jì)算沖底孔直徑d: d=D+1.14r凸-2h =56+1.143-210 =39.42(mm)實(shí)際采用39mm。計(jì)算需用拉深拉出的第三階高度hh=H-h+r凸+=

21、21.5-10+3+1.5=16（mm）根據(jù)上述分析計(jì)算可以畫出翻邊前需拉深成的半成品圖，如圖19所示。2.拉深工序計(jì)算圖19所示的階梯形半成品需要幾次拉深，各次拉深后的半成品尺寸如何，需進(jìn)行如下拉深工藝計(jì)算。計(jì)算毛坯直徑及相對厚度：先作出計(jì)算毛坯分析圖，如圖20所示。為了計(jì)算方便，先按分析圖中所示尺寸，根據(jù)彎曲毛坯展開長度計(jì)算方法求出中性層母線的各段長度并將計(jì)算數(shù)據(jù)列于表6中。圖19 翻邊前半成品形狀 圖20 計(jì)算毛坯分析圖表6毛料計(jì)算附表（mm）序 號lrlr序 號lrlr11779.251374.25613.7531.17428.5926.6777.71518.33722856310.4

22、2870.184731.8885.8926.64156.67428.3755.1041563.3924.2512.13293.4355.2539.375206.72lr=5302.17根據(jù)公式計(jì)算得毛坯直徑：計(jì)算相對厚度：/D*100=1.5/206*100=0.72確定拉深次數(shù)：根據(jù)h/dn=54.5/57.5=0.95/D*100=0.72查相關(guān)表得拉深次數(shù)為2，故一次不能拉成。計(jì)算第一次拉深工序尺寸：為了計(jì)算第一次拉深工序尺寸，需利用等面積法，即第二次拉深后的面積和拉深前參與變形的面積相等，求出第一次拉深工序的直徑和深度。由于參與第二次拉深變形的區(qū)域是從圖2-30中的L5開始，因此以L5

23、開始計(jì)算面積，并求出相應(yīng)的直徑。/D*100=0.72查相應(yīng)表 和第二次拉深系數(shù)m2=0.76因此，第一次應(yīng)拉成的第二階直徑.（）為了確保第二次拉深質(zhì)量，充分發(fā)揮板料在第一次拉深變形中的塑性潛力，實(shí)際定為：d=72mm按照公式（4-7c）求得：h=0.25/72(96.62-842)+0.86*4.75 =11(mm) 這樣就可以畫出第一次拉深工序圖，如圖21所示。上述計(jì)算是否正確，即第一次能否由206的平板毛坯拉深成圖21所示的半成品，需進(jìn)行核算。階梯形零件 ，能否一次拉成，可以用下述近似方法判斷，即求出零件的高度與最小直徑之比h/dn，再按圓筒形零件拉深許可相對高度表（相應(yīng)表）查得其拉深次

24、數(shù)，如拉深次數(shù)為1，則可一次拉成。根據(jù)圖2-31所示：h=51, dn=72, h/dn=0.70, /D100=72，查相關(guān)表提拉深次數(shù)為1，說明圖2-31所示半成品可以由平板毛坯一次拉成。(二)確定工藝方案通過上述分析計(jì)算可以得出該零件的正確工藝方案是：落料；第一次拉深，壓成如圖2-31所示的形狀；第二次拉深、沖孔，壓成如圖2-29所示的形狀；第四道工序?yàn)榉?，達(dá)到零件形狀和尺寸要求，如圖2-27所示。共計(jì)四道工序。現(xiàn)在以第一次拉深模為例繼續(xù)介紹設(shè)計(jì)過程。(三)進(jìn)行必要的計(jì)算1.計(jì)算總拉深力根據(jù)相對厚度/D100=0.27，按照公式判斷要使用壓邊圈按照公式計(jì)算得到拉深力為：P=d1bK1=3.14158.51.54500.91 =300000(N)壓邊力為：Q=/4D2-(d1-2r凹)2q =/42052-(160+2*8)22.5 =22000(N)式中 q的值按相應(yīng)表 選取為2.5N/mm總拉深力P總=P+Q=300000+22000=322000(N)圖21 第一次拉深工序圖 圖22模具結(jié)構(gòu)草圖2.工作部分尺寸計(jì)算該工件要求外形尺寸，因此以凹模為基準(zhǔn)間隙取