殼體沖壓工藝及模具設計

1緒 論目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜螅饕蚴俏覈跊_壓基礎理論及成型工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。模具是工業(yè)生產(chǎn)關鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，6080％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。拉深是沖壓基本工序之一，它是利用拉深模在壓力機作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。它不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復雜的薄壁零件，但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，拉深件的尺寸精度應在IT13級以下，不宜高于IT11級。有凸緣圓筒形件是最典型的拉深件，其工作過程很簡單就一個拉深，根據(jù)計算確定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導柱和導套的高度,改變導柱和導套的高度的同時,還要注意保證導柱和導套的強度.導柱和導套的高度可根據(jù)拉深凸模與拉深凹模工作配合長度決定．設計時可能高度出現(xiàn)誤差，應當邊試沖邊修改高度。12殼體的落料拉深工序的沖壓工藝分析落料拉深件工藝分析原始資料：如下圖示材料：08F 厚度：1.5mm 批量：中批技術要求：一般公差，線性尺寸的未注公差按GB/T1804圖1t圖示零件材料為08鋼板，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。外形落料的工藝性：該帶凸緣筒形件屬于中等尺寸零件，料厚1.5mm外形復雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工藝獲得。拉深的工藝性：觀察零件圖可知尺寸精度要求一般，屬于帶凸緣拉深。此工件為帶窄凸緣圓筒形工件，要求外形尺寸，沒有厚度不變的要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可采用落料拉深工序加工。工件底部圓角半徑r＝7.5mm,外形尺寸為220mm，220mm的公差等級為IT12級，滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃壍囊?。工件的總體高度到最后可由修邊達到要求。由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生2PAGEPAGE6產(chǎn)。沖壓工藝方案的確定該工件包括落料、拉深兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，再拉深。采用單工序模生產(chǎn)方案二：落料－拉深復合模沖壓。采用復合模生產(chǎn)。方案三：拉深采用級進模生產(chǎn)。表一 簡單模、復合模、級進模比較類型因素類型因素生產(chǎn)批量尺寸精度形狀大小制造安裝安全性成本復合模中大批量高中小型高差級進模中大批量較高中小型較高較好簡單模小批量低無要求低較好采用方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩套模具，生產(chǎn)效率低，工件的累計誤差大，操作不方便，難以滿足該工件大批量生產(chǎn)的要求。方案二只需一副模具生產(chǎn)效率高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)比較復雜，送進操作不方便，加之工件尺寸偏大。通過對上述三種方案的分析比較，該件若能一次拉深，則其沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定）工作零件安裝結(jié)構(gòu)：本零件的沖壓包括落料和拉深兩個工序，為方便落料件和拉深件的落下，采用正裝結(jié)構(gòu)，即凸凹模安排在上模。）送料方式：是中小批量生產(chǎn)，采用手動送料方式，能簡化模具結(jié)構(gòu)，更能節(jié)約成本。）定位裝置：本工件在拉深復合模中尺寸是相對較大的，又是批量生產(chǎn)，落料時采用擋料銷定位，送料時廢料孔與固定擋料銷作為粗定距。4）導向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于采用了手工送料方式，為了提高開敞性便于送料，且其工件較大，采用中間導柱模架可承受較大的沖壓力。5）卸料方式：本模具采用正裝結(jié)構(gòu)，落料件的廢料靠剛性卸料板從凸凹模上刮下，筒形拉深件靠上?；爻虝r打桿和推件塊的共同作用把其從凸凹模中頂出。拉深工藝計算和工藝方案本制件的工藝計算屬于相對簡單的。其主要的內(nèi)容包括計算毛坯直徑、確定拉深次數(shù)及相關尺寸等。2.4.1工藝方案的確定根據(jù)制件的工藝分析,知道制件是相對簡單的帶凸緣圓筒形拉深件。所以它的工序只有一個：拉深。2.4.2計算毛坯尺寸查沖壓手冊表4-5選取修邊余量δ=6mm.查沖壓手冊表4-7的公式計算：拉深件毛坯直徑計算公式P187頁序號20則可按下面當rr1時D=d+6.28rd+8r+4dh+6.28rd+4.56r+d-d1 2 1d=280代入數(shù)據(jù)后得D373mm1342.4.3拉深次數(shù)的確定采用查表法。根據(jù)t/D100=1.5/373×100=0.4和工件相對高度h/d=72/221.50.325，查沖壓手冊表4-20得h1/d1=0.48。因0.325〈0.48且總拉深系數(shù)mt=d/D=221.5/373 ≈0.594>0.54(極限拉深系數(shù)值故可以一次拉深成形d凸/d=280/221.5≈1.264<1.4,屬窄凸緣筒形拉深件。確定是否用壓邊圈拉深中，是否采用壓邊圈裝置，主要取決于拉深坯料的相對厚度大小，具體選擇方法可參照下表所列的條件決定采用壓邊圈的條件表二 采用壓邊圈的條件拉深方法用壓邊圈

第一次拉深t/D×100＜1．5

m1＜0．6

以后各次拉深t/D×100＜1

mn＜0．8可用壓邊圈不用壓邊圈

1．5～2．00．6＞2．0 ＞0．6

1～1．5＞1．5

0．8＞0．81112 11 2143d=208r=6.75d=221.5h=63r=2.25d=226相對厚度t/D100=1.5/373×100=0.4，查表得，需要采用壓邊圈。首次拉深時一般采用平面壓邊裝置。再次拉深時，采用筒形壓邊圈。一般來說再次拉深所需要的壓邊力較小，而提供壓邊力的彈性力卻隨著行程而增加，所以要用限位裝置。選取凸模與凹模的圓角半徑根據(jù)沖壓手冊P307頁當工件直徑d>200mm 時,拉深凹模圓角半徑按下式確定:r凹min=0.039d+2(mm) d 為凹模內(nèi)徑=226mm采用合適的

、R與凸凹模間隙Z可以減小拉深系數(shù)。采用過小凸 凹的R、R凸

和Z會使拉深過程中摩擦阻力與彎曲阻力增加，危險斷面的凹變薄加劇，而過大的R

、R和Z則會減小有效的壓邊面積，使板凸 凹料的懸空部分增加，易于使板料失穩(wěn)起皺，所以對拉深都不利。且為了制造方便，綜上考慮取r凹=11mm壓力、壓力中心計算及壓力機的選用因為本制件是軸對稱零件，所以不用計算壓力中心。壓力計算本制件拉深時需要采用壓邊圈。其拉深力的計算公式應該以生產(chǎn)中常用的經(jīng)驗公式進行計算：壓邊圈產(chǎn)生的壓邊力

大小應適當，F(xiàn)壓

太小，防皺效果不好；F壓 壓太大，則會增大傳力區(qū)危險斷面上的拉應力，從而引起材料嚴重變薄甚至拉裂。因此，實際應用中，在保證變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選小的壓邊力。其計算公式可按下式計算：落料拉深工序①落料力P=1.3Dt 查表可知式中=294MPa D=373 則：P=1.3×373××1.5×294N≈671.5KN②卸料力Q=kP 查表可知式中k＝Q=0.04671.5KN27KN③拉深力F=d0

tkб1 b查沖壓手冊表4-85可知式中k1

＝0.82

＝392MPabF=×2231.50.82392N≈337KN④壓邊力Q =壓邊力 4

D2

d 2r2 q查表可知式中q=2.5MPa

=3732

221.52112

2.54＝272.13KN確定壓力機噸位:這一工序的最大總壓力F總=F落料+F卸料+F壓邊≈671.5KN+27KN+272.13KN≈970.6KN選擇壓力機公稱壓力時需注意，當拉深工作行程較大，尤其落料拉深復合模時，應使工藝力曲線位于壓力機滑塊的許用壓力曲線之下。而不能簡單地按壓力機公稱壓力大于工藝壓力的原則去確定壓力機的規(guī)格，否則可能發(fā)生壓力機超載而損壞。在實際生產(chǎn)中可以按下式來確定壓力機的公稱壓力：F≥(1.6～1.8)Fg

則可得：Fg

介于1553.0～1747.1之間壓力機的選用壓力機的工作行程需要考慮工件的成形和方便取件，因此，工作行程根據(jù)拉深力的計算結(jié)果和工件的高度，選擇壓力機：閉式壓力機機身左右封閉，剛度好，多點壓力機抗偏載能力強，綜合考慮后，采用閉式雙點壓力機。且所需壓力機的公稱壓力Fg故選用JB36-200B7

介于1553.0～1747.1kn之間PAGEPAGE16表三JB36-200B所選擇壓力機的相關參數(shù)壓力機型號公稱壓力（KN）JB36-200B2000公稱壓力行程（mm）13滑塊行程（mm）400滑塊行程次數(shù)（/）18最大裝模高度（mm）600裝模高度調(diào)節(jié)量（mm）250導軌間距離（mm）2430滑塊底面前后尺寸（mm）1150工作臺板左右尺寸（mm）2350工作臺板前后尺寸（mm）1250排樣設計確定零件的排樣方案設計模具時，條料的排樣很重要。排樣合適恰當不僅可以降低成本，提高材料的利用率，而且可以提高生產(chǎn)效率。根據(jù)該零件的圖形分析可知：筒形件是由落料件后續(xù)拉深成型的。其排樣方安比較簡單，容易確定，這里就采用直排的形式來確定落料的排樣。其排樣簡圖如下：圖2圖2條料寬度、導尺間寬度和材料利用率的計算查表取得搭邊值為a=2mm和a1=1.5mm。條料寬度的計算：B=D+2a, 代入數(shù)據(jù)計算得進距為377mm進距的計算：由s=D+a1,代入數(shù)據(jù)計算得進距為374.5mm。材料利用率的計算：根據(jù)一般的市場供應情況，原材料選用A×L×t=1200mm1600mm1.5mm的冷軋薄鋼板。A 1200縱向剪板條數(shù)：n== =3條余69mm1 B 377La 16001.5每條落料個數(shù)：n=2

s1=

374.5

=4條余100.5mm落料工序板料利用率：nn =1

D4

100%代入數(shù)據(jù)

AL＝3 1

＝4D=284mm2得

33732 100%=68.26%120016004L 1600橫向剪板條數(shù)：n=1

B=377

=4條余92mmAa 12001.5每條落料個數(shù)：n=2

s 1

374.5

=3條余75mm落料工序板料利用率：nn =1

D4

100%代入數(shù)據(jù)

＝41

AL＝3D=373mm2得

33732 100%=68.26%120016004因此采用縱排或橫排均可以。3模具的結(jié)構(gòu)設計模具工作部分的計算拉深模的間隙深間隙對拉深過程有較大的影響。它不僅影響拉深件的質(zhì)量與尺寸精度，而且影響拉深模的壽命以及拉深是否能夠順利進行。因此，應該綜合考慮各種影響因素，選取適當?shù)睦铋g隙值，既可保證工件的要求，又能使拉深順利進行。本模具的拉深間隙查表得出：拉深模的圓角半徑

/2=1.t=1.65mm1凸模、凹模的選用在制件拉深過程中有著很大的作用。凸模圓角半徑的選用可以大些，這樣會減低板料繞凸模的彎曲拉應力，工件不易被拉裂，極限拉深因數(shù)會變小些；凹模的圓角半徑也可以選大些，這樣沿凹模圓角部分的流動阻力就會小些，拉深力也會減小，極限拉深因數(shù)也會相應減小。但是凸、凹模的圓角半徑也不易過大，過大的圓角半徑，就會減少板料與凸模和凹模端面的接觸面積及壓邊圈的壓料面積，板料懸空面積增大，容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。模具工作部分的尺寸和公差0落料件尺寸公差為φ373-0.89由表2-31公式進行計算：D凹=（D-x△）+δ凹 +0.060=（373-0.5×0.89）0=372.56～372.62（查表2-30 X=0.5 δ凹=+0.060）D凸=（D-x-2c）δ0=（373-0.5×0.89-0.132）-0.04=372.38～372.42δ凸=-0.040Cmin=0.066 查表2-23δ凹的絕對值與δ凸的絕對值之和=0.060+0.040〈2Cmax-2Cmin=0.24-0.1332=0.108mm故上述計算是恰當?shù)摹＠钋暗拿魅∥醋⒐畛叽绲臉O限偏差。由《沖壓手冊》表4-75公式計算：D凹=（d+0.4+2c）δ+0.12=（220+0.4×0.46+2×1.65）0=223.48～223.60C=1.1t=1.65mm δ=0.120D凸=（d+0.4）δ（220+0.40.46+）-0.08=220.10～δ=-0.08凸模部分的設計及長度計算由于工件的形狀簡單且對稱，本模具為落料-拉深復合模，為了實現(xiàn)先落料后拉深，模具裝配后，應使拉深凸模的端面應比落料凹模端面低。凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的，拉深凸模的L長度可按下式計算：L=H固+H凹-H低式中：H固———凸模固定板的高度（50mmH凹———凹模的高度(210mm)H低———裝配后拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根據(jù)板厚太小，確定H低=5mm則：L=210mm+50mm-5mm=255mm該模具凸模因為高度較大，為了防止淬火變形，除了采用工作部分局部淬火（5862HRC）T10-A優(yōu)質(zhì)工具鋼。凸凹模的設計及長度計算外形落料凸模內(nèi)形拉深凹模的凸凹模：其外形可用數(shù)控車床加工和外圓精磨，用四個M30的螺釘固定在墊板上，由于其內(nèi)部的拉深凹模的形狀，致使凸凹模的強度和剛度下降，這里也采用淬火變形小的CrWMn模具鋼。為了加強強度和剛度，這里把凸凹模做成整體式的，不必再作凸凹模固定板。其長度可按下式計算：L＝HHHH其中：H凹———凹模的高度(210mm)H 卸———固定卸料板的高度(50mm)H 固———凸凹模固定部分的長度(60mm)H 頂———頂件塊的高度(80mm)L＝210mm50mm60mm80mm＝240mm選用模架、確定閉合高度及總體尺寸由于拉深凹模外形尺寸較大，為了工作過程穩(wěn)定，選用中間導柱模架。再按其標準選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸見表3-1名稱表3-1尺寸模架規(guī)格選用材料熱處理上模座下模座600×90600×90HT200HT200燜火燜火導柱A70h7A75h7×550×55020滲碳HRC58～62導套A70h7A75h7×550×55020滲碳HRC58～62模具的閉合高度H=H閉

+H 上 凹模

+H凸凹模

（凸凹模刃面高度差+拉深件下高度－料厚）=90+210+240+90- （3+73.5-1.5）=555mm式中：H

—凹模厚度，H凹

=210mm；凹H—壓邊圈的厚度，H＝80mm壓 壓由此可見模具的實際閉合高度遠遠大于所采用模架的最大閉合高度。查標準件的資料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)模具的實際閉合高度還是遠遠大于其它標準的最大閉合高度。所以此制件不能采用標準模架。為了節(jié)省加工時間，只有在模具標準模架的基礎上進行修改。因為模具的封閉高度H應該介于壓力機的最大封閉高度Hmax=600mm和最小封閉高度Hmin之間，一般取：Hmax-5mmHHmin+10mm由此可以看出，要想讓制件順利加工和從模具上取出，只有使模具有足夠的封閉高度： Hmax≥H+5mm=555+5=560mmHmin≤H-10mm=555-10=545mm要使模具具有足夠的封閉高度，只有改變導柱和導套的高度：導柱：A70h7×550A75h7×550；A70H718073A75H718073為了使模座有足夠的強度，上，下模座的厚度應該再增加一些。模具選用中間導柱標準模架，可承受較大的沖壓力，為了防止裝模時上模旋轉(zhuǎn)180度裝配，將模架中兩對導柱與導套做成粗細不等。導柱α/mmL/mm為φ70導柱α/mmL/mm為φ75550導套α/mmL×D為φ7018073導套α/mmL×D為φ75180H上模=90mmH墊板=30mmH卸=50mmH凸模固定=35mmH下墊板=30mmH下模=30mm模具實際閉合高度：H閉=H上模+H墊+H凸凹模+H凹模+H下墊板+H下模-H入=90+30+240+210+30+30-75=555mm式中：H凸凹模=240mmH凹模=210mmH入=75mm———凸凹模進入落料凹模深度由此可見該模具實際閉合高度小于所選壓力機的最大裝模高度600m所以可以使用。模具零件的結(jié)構(gòu)設計拉深凹模內(nèi)、外形尺寸和厚度已由前面的計算確定；拉深凹模需要有三個以上的螺釘與上模座固定，還需要兩個與上模座同時加工的銷釘孔。拉深凸模 圖3拉深凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的計算確定。它需要三個以上的螺紋孔，以便與下模座固定。拉深凸模上一般開有出氣孔，這樣會使卸件容易些，否則凸模與工件由于真空狀態(tài)而無法卸件。查表，本凸模出氣孔的直徑為φ9.5mm壓邊圈在拉深工序中，為保證拉深件的表面質(zhì)量，防止拉深過程中材料的起皺，常采用壓邊圈用合適的壓邊力使毛坯的變形區(qū)部分被壓在凹模平面上，并使毛坯從壓邊圈與凹模平面之間的縫隙中通過，從而制止毛坯的起皺現(xiàn)象。壓邊圈的內(nèi)形與拉深凸模間隙配合，外形套有半成品制件。一般與頂料桿(三根以上)、橡皮等構(gòu)成彈性卸料系統(tǒng)。導柱、導套對于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導柱、導套來保證上、下模的導向精度。導柱、導套在模具中主要起導向作用。導柱與導套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。因為本制件的厚度為3mm，所以采用H7/h6。卸料彈簧的選擇F卸=27KN擬選用12個彈簧，每個彈簧擔負卸料力約為2250N彈簧的工作壓縮量h工=73.5+1.0+0.5=75.0mm式中a為落料凹模高出拉深凸模的距離，取a=1mmb 為卸料板超出凸凹模刃口的距離，以保證卸料，取b=0.5mm查《沖壓手冊》表10-1選用彈簧為D2=95mm d=10mm h 0=300mmhj=184mm Fj=2870N除去75mm的工作壓縮量h預=(hj／Fj)F預=72mm計算后且應滿足如下條件:hj>

工+h預+h修磨hj=184>72+75+6=153mm 故所選彈簧是合適的.橡膠的選擇查教材表2.9.12擬采用圓筒形的橡膠d=30mmD=(d2+1.27Fxyp)=73mm 4此外0.5≤（HO／D）≤1.5 取HO=75mm推桿長度推桿長度〉模柄總長+凸凹模高度-推件塊厚度=90+240-40=290mm其他零件17PAGEPAGE19模具其他零件的選用見表五．表五模具其他零件的選用序號名稱數(shù)量材料規(guī)格/熱處理1卸料板14550×850850×2上模座1HT200600×90燜火3彈簧1265Mn10×30095×40～45HRC4擋料銷345M30×2405螺釘1440M30×18040～45HRC6上模固定板1Cr12280×400220×7模柄套145260×110滲碳 62HRC～8打桿12080×67040～45HRC9模柄140220×200×50～56HRC26010推件塊145φ272×27040～45HRC11凸凹模1CrWMn500×24060～62HRC12銷釘12T10AM30×18030～35HRC13退料板螺445M30×24030～35HRC釘14導套22070×180×滲碳 56～73 58HRC15導柱22070×550滲碳56～16下模座1HT20090×67058HRC燜火17落料凹模1T10Aφ600×210滲碳58～62HRC18 銷釘2 2 45 M30×27019 螺釘2 4 45 M30×24020 銷釘3 2 45 φ20×15021 螺釘3 1 45 M30×18022 螺釘4 2 45 M20×15023 夾板 2 45 600×600 40～45HRC24 推銷 4 T8A φ40×180 45～50HRC25 拉深凸模 1 T10A φ300×255 60～62HRC26 壓邊圈 1 T8A φ390×80 56～58HRC27 下模固定板

1 45 600×600×40～45HRC40模具總裝圖由以上設計，可得到模具的總裝圖，其工作過程是：將條料沿擋料銷送進，前端再由擋料銷進行精定位，坯料放在落料凹模表面上，卸料板在此兼起壓料作用，由凸凹模和落料凹模完成第一道落料工序，凸凹模繼續(xù)下行，毛坯在凸凹模、拉深凸模以及壓邊圈共同作用下，被反向拉入凸凹模中，產(chǎn)生塑性變形而制成所要求的零件。當凸凹模隨上模部分回升時，零件制品在推件塊及推桿的作用下，將其從凸凹模內(nèi)推出。而壓邊圈在緩沖器系統(tǒng)作用下又回到原位，準備下一次拉深。20PAGEPAGE23結(jié)束語殼體屬于簡單拉深件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計算確定本制件是由落料拉深和切邊沖孔兩道工序復合而成的，然后相應選取各工序所需的壓力機。本設計是殼體的第一個