案例十八連接器殼沖壓工藝分析與冷沖模設計1.工件工藝分析及方案確定零件圖上圖為法蘭產品圖t=1mm，材料為Ocr18ni9鋼，生產綱領為大量生產2.1工件的工藝性分析2.1.1材料分析本零件材料為0cr18ni9，屬于不銹鋼，其具有較好的沖裁成形能力。其力學性能如下：抗拉強度σb(MPa)：≥520條件屈服強度σ0.2(MPa)：≥205伸長率δ5(%)：≥40斷面收縮率ψ(%)：≥60硬度：≤187HBS;≤90HRB;≤200HV2.1.2結構分析該工件是無凸筒形軸對稱緣零件，結構簡單，有利于合理進行排樣設計，材料利用率也高，無尖角，對沖裁加工也較為有利。該零件加工涉及落料、拉深、沖孔、翻邊工序，因為圓角半徑R=1，半徑較小，需要進行整形工序。2.1.3精度分析該工件的主要配合尺寸為Φ80、Φ40和拉深高度15，零件上未標注公差要求，對于未標注公差尺寸按IT14精度等級查補。2.2拉深工藝計算零件的材料厚度為1mm，所以所有計算以中經為準。2.2.1毛坯尺寸計算該零件屬于無凸緣筒形回轉件，根據無凸緣筒形拉深件坯料尺寸計算公式得：D=QUOTE=QUOTE≈103注：d=76h=13QUOTE=1.52.2.2確定零件修邊余量零件的相對高度h/d=14.5/79=0.184<0.5,查閱文獻知不需要加修邊余量。2.2.3判斷是否采用壓邊圈根據零件的相對厚度t/D×100=1/103×100=0.97<1.5,經查需要壓邊圈。2.2.4確定拉深次數根據沖壓件相對高度h/d=0.184，查手冊可知0.184遠遠小于一次拉深時所允許的拉深相對高度0.5—0.71，可一次拉深成形根據工件的拉深系數d/D=79/103=0.767,查表可知0.767大于圓筒形件的極限拉深系數0.53—0.55，也可一次拉深成形。綜上所述，此零件可以經毛坯一次拉深成形，拉深高度為15。2.3翻邊工藝分析2.3.1翻邊工藝性分析此工件翻邊為內孔翻邊，翻邊高度為h=3.5>1.5t=1.5。2.3.2翻邊預孔計算翻邊預孔直徑dm=〔d+2(r+t)〕-〔QUOTE(r+t/2)+2(h-r-t)〕=42-1.5QUOTE-5=32.3mm式中：h=4.5r=1t=12.3.3翻邊次數計算翻邊系數M=dm/40=32.3/40=0.81,相對厚度=d/t=32.3,根據《沖壓工藝與模具設計》表9-1，其極限翻邊系數0.57—0.61,此零件的翻邊系數0.81>0.61,所以可以一次翻邊成形。2.4工藝方案的確定根據以上的計算可知，該工件需要經過落料、拉深、整形、沖孔、翻邊工序才能加工完成。此零件為無凸緣筒形件，需要大批量生產，根據這些工序可以擬定以下幾種方案：方案一：全部采用單工序模；方案二：采用一套落料拉深復合模，其余采用單工序模；方案三：采用一套落料、拉深和沖孔復合模，其余采用單工序模；方案四：采用一套落料拉深復合模，一套沖孔翻邊復合模，其余用單工序模。對于方案一，單工序模雖然優點很多，比如結構簡單，制造費用低，但是最大的缺陷就是生產效率低，不適合大批量生產，因此不滿足本設計的要求。對于方案二，雖然采用了一套復合模，較方案一相比，有效的提高了生產效率，但是單工序模還是很多，制造精度和生產效率還是不太適合大批量生產。對于方案三，生產效率較前面兩種有很大提高，但是在沖完孔之后再進行整形不能精確的保證孔徑的位置和尺寸，要是孔徑一旦發生變化的話，將會對翻邊的高度尺寸和翻邊口部的質量產生嚴重影響，有可能加工出來的工件完全不符合要求，因此這種工序安排不太合理。對于方案四，無論從生產效率還是制造精度方面較前面三種相比都更合理。綜上，采用第四種方案最合適。即先落料拉深復合、再進行圓角整形、最后進行沖孔翻邊復合。2.5零件加工工序圖零件加工工序為落料、拉深、整形、沖孔、翻邊。2.6排樣設計與材料利用率2.6.1排樣設計該工件的落料件為圓形，形狀結構簡單，故可以采用單直排的排樣方式，考慮到零件精度和模具壽命等因素，選擇搭邊排樣。查得零件間的搭邊值為a=0.8，a1=1.0。進料步距：S=D+a1=103+0.8=103.8條料寬度：b=D+2a=103+2=105板料選用規格：1mm*2000mm*2000mm2.6.2材料利用率每張鋼板裁板條數：n1=2000/105=19條余13mm每條裁板上的沖壓件數：n2=B/S=2000/103.8=19個每張鋼板總的沖壓件數：n=n1*n2=19*19=361個材料的利用率η=（3.14*n*D*D）/（4LB）*100%=（3.14*361*103*103）/（4*2000*2000）*100%=75.16%3沖裁力及壓力中心的計算3.1落料3.1.1落料力根據落料力公式：F落=kLtτ0=1.3*3.14*103*460*1=193.40KN式中：F落—落料力（N）K—安全系數取K=1.3L—沖裁件周長（mm）t—材料厚度（mm）τ0—材料的抗剪強度（460MPa）3.1.2卸料力根據卸料力公式：F卸=k1*F落=0.05*193.40=9.67KN式中：F卸—卸料力（N）F落—落料力（N）K1—卸料力系數取K1=0.053.2拉深3.2.1拉深力根據拉深力公式：F拉=k2*QUOTEd1*t*τb=1.0*3.14*80*1*520=130.62KN式中：F拉—拉深力（N）K2—修正系數取K=1.0d1—拉深工序件直徑（mm）t—材料厚度（mm）τb—材料的抗拉強度（520MPa）3.2.2頂件力根據頂件力公式：F頂=k2*F拉=0.1*130.62=13.06KN式中：F頂—頂件力（N）F拉—拉深力（N）K2—頂件力系數取K1=0.13.2.3壓邊力根據壓邊力公式：F壓=QUOTE[D2-（d+t+2r）]*q/4=3.14*[1032-（80+1+2）]*4.5/4=13.14KN式中：F壓—壓邊力（N）D—坯料直徑（mm）d—拉深直徑（mm）q—單位壓邊力（N）t—材料厚度（mm）r—圓角半徑（mm）3.3沖孔3.3.1沖孔力根據沖孔力公式：F沖=k*QUOTED孔*t*τ0=1.3*3.14*32.3*1*460=60.65KN式中：F沖—沖孔力（N）K—安全系數取K=1.3D孔—沖孔工序件直徑（mm）t—材料厚度（mm）τ0—材料的抗剪強度（460MPa）3.3.2卸料力根據卸料力公式：F卸=k1*F沖=0.05*60.65=3.03KN式中：F卸—卸料力（N）F沖—沖孔力（N）K1—卸料力系數取K1=0.053．4翻邊3.4.1翻邊力根據翻邊力公式：F翻=k3*QUOTE（D-d）*t*σs=1.1*3.14*（38-32.3）*1*205=4.36KN式中：F翻—翻邊力（N）K3—翻邊力系數取K3=1.1t—材料厚度（mm）σs—材料的屈服極限（205MPa）3.4.2頂件力根據頂件力公式：F頂=k2*F拉=0.1*4.36=0.44KN式中：F頂—頂件力（N）F翻—翻邊力（N）K2—頂件力系數取K1=0.13.5壓力中心的計算為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線重合，否則，沖壓時滑塊就會受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件的質量，降低模具的壽命以致損壞模具。從該零件的外形形狀來看，其屬于回轉體結構，形狀對稱，故壓力中心就在零件輪廓圓形的幾何中心上。3.6壓力機的選擇3.6.1落料拉深復合模壓力機選擇F=F落+F卸+F拉+F頂+F壓=（193.40+9.67+130.62+13.06+13.14）KN=359.89KN因此壓力機的公稱壓力應大于359.89KN，可以選定JH21-40開式可傾壓力機，其公稱壓力為400KN。其參數如下：公稱壓力：400KN滑塊行程：100mm最大閉合高度：330mm閉合高度調節量：80mm工作臺尺寸：420mm*630mm工作臺孔尺寸：150mm*300mm模柄孔尺寸：Φ50*70mm工作臺模板厚度：80mm3.6.2整形單工序模壓力機的選擇整形單工序模是進行圓角整形，將拉深圓角R4整形到R1，根據有關手冊和經驗可得，可以選擇JH21-25開式壓力機。其主要參數如下：公稱壓力：250KN滑塊行程：80mm最大閉合高度：250mm閉合高度調節量：70mm工作臺尺寸：360mm*560mm工作臺孔尺寸：130mm*260mm模柄孔尺寸：Φ50*70mm工作臺模板厚度：70mm3.6.3沖孔翻邊復合模壓力機的選擇F=F沖+F卸+F翻+F頂=（60.65+3.03+4.36+0.44）KN=68.48KN因此壓力機的公稱壓力應大于68.48KN，可以選定JH21-25開式可傾壓力機，其公稱壓力為250KN。其參數如下：公稱壓力：250KN滑塊行程：80mm最大閉合高度：250mm閉合高度調節量：70mm工作臺尺寸：360mm*560mm工作臺孔尺寸：130mm*260mm模柄孔尺寸：Φ50*70mm工作臺模板厚度：70mm4模具結構的設計與計算4.1工作零件刃口尺寸計算4.1.1落料模刃口尺寸落料時先確定凹模刃口尺寸，凹模刃口的基本尺寸取接近于或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定的范圍之內仍能沖出合格制件。凸模刃口的基本尺寸則按凹模刃口基本尺寸減小一個合理間隙值來確定。對于毛坯外形尺寸Φ103，取IT14級確定公差，查表可得x=0.5mm。設凸凹模分別按IT6和IT7加工制造，由相關手冊查得沖裁間隙ZMAX=0.24,ZMIN=0.13ZMAX-ZMIN=0.24-0.13=0.1。凹模制造公差δd=0.035，凸模制造公差δp=0.025，查表可得Δ=0.35。Dd=QUOTE=QUOTE=102.830+0.035Dp=QUOTE=QUOTE=102.7-0.0250校核：|δd|+|δp|=0.06<ZMAX-ZMIN=0.24-0.13=0.1滿足公差條件4.1.2拉深模工作尺寸凹模圓角半徑：rd1=0.8QUOTE=0.8QUOTE=3.8取4mm拉深凸模圓角半徑：rp1=（0.7-1.0）rd1取rp1=rd1=4mm有壓邊圈的拉深模其單邊間隙：Z=（1-1.1）t=1mm查手冊圖表得凹模制造公差δd=0.05，凸模制造公差δp=0.03Dd=QUOTE=QUOTEDp=QUOTE=QUOTE=78-0.0304.1.3沖孔模刃口尺寸對于沖翻邊預孔Φ32.3，按IT10級確定公差，查表有：QUOTE=0.22,x=0.5,查手冊圖表得凹模制造公差δd=0.03，凸模制造公差δp=0.02，沖裁間隙ZMAX=0.240,ZMIN=0.132凸模刃口尺寸:dp=QUOTE=QUOTE=QUOTE凹模刃口尺寸:dd=QUOTE=QUOTE=QUOTE校核：|δd|+|δp|=0.05<ZMAX-ZMIN=0.24-0.132=0.108滿足公差條件4.1.4翻邊模工作尺寸為保證翻孔邊的豎直，翻邊模的單邊間隙值應略小于材料的厚度。一般取單邊間隙Z為：Z=（0.75～0.85）t取Z=0.8，凹模制造公差δd=0.05，凸模制造公差δp=0.03翻邊凸模的圓角半徑：r≥t=1mm翻邊凹模的圓角半徑：r=r工件=1mm翻邊凸模直徑：Dp=QUOTEmm翻邊凹模直徑：Dd=QUOTE=QUOTE=QUOTEmm4.2落料拉深復合模結構設計4.2.1落料拉深凹凸模該凸凹模既充當落料的凸模，同時又充當拉深的凹模。內外緣均為刃口，壁厚取決