端盖成形工艺及模具设计

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深冲压用冷轧板
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冷轧钢板
图!
凸台部分计算图
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冷轧低碳钢板
经分析 & 图 ! 中各线段长度和表面积可利用简单 几何图形计算公式计算出来 (
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碳素结构钢冷轧板
%& 线段(线段长 ’%&%"*$+//&表面积 (%&0,1*$0,//!’ &) 线段 (线段长 ’!&!*,!//&表面积 (!&%1)*"$)//!’ )" 线段 (线段长 ’0&!*%%//&表面积 (0&%)!*$%)//!’ "* 线段 (线段长 ’#&!*,!//& 表面积 (#&))*!#%//!’ #&%+*!,//’
#* 弹簧
&*落料凹模
$* 落料凸模
/* 成形凹模
’3( 也可采用 45*678 ( 9 或其他软件来计算 $ 将上 述制件按中线尺寸画出三维图 & 就可计算出表面积 & 求 得落料毛坯直径 ’ $ 计算方法有繁有易 &但计算结果都差不多 $ 为此选取 ’%.--*&’’ $
" ! !( %.--*&$#.--*&’’
为了保证制件尺寸和表面质量 & 在凸台成形过程 中应有一定的胀形成分 ’ 为此 & 应使预成形面积略小于 制件实际变形区的面积 ’ 根据资料 & 取预成形面积 ( 为 ( 变 的 1+5 ’ 则预成形面积为 (
预
"*)+%! ’
为此可得出本件大部分材料都能满足 ! 变 "2! 许 8 的条件 &所以底部凸台部位可直接成形 ’ 为了慎重起见 & 先后找 :;% ):<%#)"$=)>%1+ 钢板 & " 模具制造 #!""# 年第 $ 期
! 冲 模 技 术 !!
端 盖 成 形 工 艺 及 模 具 设 计
湖北万向汽车零部件有限公司 $湖北石首 #%##""% 黄石高等专科学校 傅烈钧 傅金枝 袁策纲
& 摘要 ’ 介绍了端盖零件的冲压成形工艺及其模具设计 ( 特别是对拉伸件中局部变形部位的 计算方法和以价格低廉的普通钢板代替高价优质钢板进行了阐述 ( 对类似零件的成形有一 定的借鉴作用 ) 关键词 端盖 成形工艺 模具设计 且突耳可控制在公差的四分之一范围内 ( 不影响零件 外观和使用 ) $! % 对 中 间 的 锥 形 部 位 ( 可 视 为 宽 凸 缘 锥 形 拉 伸 件 ( 按宽凸缘锥形拉伸的办法来处理即可 ) $%% 对底部的凸台部位 ( 不属于拉伸 ( 应属于成形 ) 成形这一凸台时 ( 凸台外部的料很难给予补充 ( 只能靠 凸台中间部分的材料变薄成形出来 ) 所以这一部位的 成形属于本件的关键部位 ( 为能否成功的关键 ) 若处理 不好 ( 零件会开裂致使报废 ( 也迁涉到选取什么样的原 材料加工最为恰当 (涉及到零件成本的问题 ) $# % 中 间 平 面 上 的 4 个 !&"5!22 的 孔 ( 因 离 翻 边 内侧较近 (为了保证孔不变形 ( 应在翻边后再冲孔 ) 此 4 孔 是 否 与 底 部 凸 台 上 的 !&22 孔 一 起 冲 出 应 全 面 分 析 ( 若一起冲 (模具结构较复杂 (模具维修也困难 ) 何况
%
工艺计算
$& %先确定制件翻边前半成品的外径 "&) 对制件上部高 -6"5-22 的部位 ( 可采用外缘翻边
的办法达到 ( 其翻边前半成品的外径 "& 可按圆筒形浅 拉伸来计算 ) "模具制造 #!""# 年第 $ 期
! 冲 模 技 术 !!
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( 预&( 变 .1+5&1"!*)).1+5&$+)*,//!
根据面积相等原则 & 最后就可计算出预成形球头 的半径 - 预 及球头高度 / 预 ’ !!"!
! 冲 模 技 术 !!
! ! ! ! 在此要先设预成形球头高度 ! 预%&’’ $
根据 " 预%!!# 预 ! 预 得% 通过上述工艺分析 * 工艺计算和试验 & 得知端盖零 件的关键工序是底部凸台部分的预成形和锥形部分的 拉伸 $ 为了减少工序 & 将凸台的预成形与落料工序复合 在一起完成 & 然后以制件外形 ’ 即落料外径 ( 定位 & 将预 成形的球头向上 & 拉伸成形锥面和凸台 ’ 后者为反拉 伸 ($ 为了降低成本 & 选用货源丰富 * 价格便宜料厚 * %
表%
钢板种类
采用拉伸锥形的拉伸模进行对比试验 & 发现底部凸台 部位的圆角处变薄都很明显 &有开裂的趋势 ’ 为了使工 艺稳定可靠 & 决定更改工艺方案 & 采用先在圆形板料上 预成形一个球头形 & 再拉伸成锥形 & 并将球头形缩小成 凸台 ’ 试验结果比较理想 & 凸台圆角处只有轻微的变 薄 & 无开裂趋势 & 采用几种钢板效果都差不多 ’ 为了降 低零件成本 & 决定更改产品图样 & 采用材料货源的较丰 富 ) 价格便宜的>%1+ 冷轧钢板 ’ 改用>%1+材料之后 & 对 凸台部位要预先成形一个较大的球头 & 再在拉伸时收 缩成小的凸台 ’
凸台部分直接局部成形时变形程度为 ( 预成形球头形计算步骤为 ( 假设预成形变形区的 尺寸扩大到图 ! 所示的 , 点位置 & 则 , 点的横坐标 - 值 应等于球头部分展开毛坯的半径 ’ 前面已算出了各部分的表面积 &这样球头面积 ( 球 &
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根据面积相等原则 (
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工艺分析
该件由 % 部分组成 + 上部为浅圆筒形 ( 中间为带 %"3
斜度的圆锥形 ( 底部为带 &-3 斜度的凸台 ) 并且上部底 平面均布4 个!&"5!22 的孔 (底部有!&22 的小孔 ) 各个部位的分析分别叙述如下 + $& % 对上部的圆筒形部位 ( 若直接与中间的锥形一 起拉伸出来 ( 势必要增加工艺难度 ( 模具结构也要复杂 一些 ) 可先拉伸成带凸缘的锥形之后 ( 再切边翻边成形 上部的圆筒 ) 翻边后上端面是否要车端面 ( 来达到其高 度 -22 ( 仔细分析 ( 其高度为 -6"5-22 ( 尺寸精度要求 不高 ( 只要翻边前切边尺寸选取得当 , 翻边模凸凹模间 隙均匀 ( 尺寸完全可以保证 ( 可不用车端面 ) 何况翻边 高度不高 ( 翻边后上端面不会因材料轧制的方向性产 生过高的突耳 ( 只有微小的突耳 $ 即口端高低不平 %( 并 ! !" !
$%%"-% %.$+-"*+%&%!"*)// 选取 !%&%!"*+//& 此即为切边后翻边前尺寸 ’ $!%再确定制件切边前半成品外径 !!’ 因制件高度较低 &选取切边余量 !&!// &所以切边 前半成品外径 !!&!%-!!&%!"*+-!.!&%!#*+// ’ $0%确定底部凸台能否一次成形 ’ 由前面的工艺分析得知 & 底部凸台部位的成形是 本件的关键 &凸台部位采用局部成形 $胀形 %工艺 ’ 根据 塑性变形理论 & 材料的变形量不能超过材料的许用变 形程度 ’ 利用图 ! &可计算出局部成形时的变形程度 ’
# 预%" 预 ( !!# 预%$&)*+ ( !!,&%!)*-’’
为保证压凸台部分的成形质量和模具结构的合理 性 & 在成形球头后拉伸时 & 应使球头部分向反向拉伸成 形 & 即放料时球头向上 $ ’#( 确定锥形能否一次拉伸成形 $ 根据 $ % &%.& ( )/%"*.$ & 此数介于 "*.0"*!& & 所以本 件属于浅锥形件 & 这类工件在拉伸时变形量小 & 可以一 次拉伸成形 $ 但在拉伸过程中回弹量大 & 不容易保证工 件的几何形状 & 所以在拉伸时需要增加压边力 & 以加大 对材料的径向拉应力 & 使其超过材料的弹性极限 & 以克 服拉伸后工件的回弹 $ ’&( 落料毛坯尺寸 ’ 的计算 $ 计 算 时 & 制 件 外 径 按 ’!%.!#*&’’ & 底 部 不 考 虑 凸 台的变形量按平底 &如图 - 所示来计算 $
部分冷轧钢板伸长率 ! $ 料厚 +&%// %
牌号 伸长率 ! $5% 材料价 格对比 价格 稍高 价格高 价格 稍高 价格高 价格 稍高 价格高 最便宜
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优质碳素结构钢冷轧板
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B 级 )!# : 级 )0! C 级 )0"
"$)"$DE)%"= B 级 )0! : 级 )0" C 级 )!$ :;% $"$DE % :C;; :C;F :C;G :<%! :<%0 :<%# >%1+ >!%+ 0$ 0) 01 #% !$ 0# 0$ 0" !$
.’’ 的 :./& 冷轧薄钢板 $
为此确定零件的工艺方案为 %" 落料成形 ’ 预成形 凸台 ()# 拉伸 ’ 成形锥形和凸台 () $ 切边 ) % 翻边 ) & 冲 + 个 ’."*!’’ 孔 )( 冲 ’.’’ 孔 $
& &*.
部分模具结构介绍 落料成形模 为便于模具制造和维修 & 设计了图 # 所示的模具
结构 $ 将落料凸模与压球头凹模 &分成件 $*/ 两件 $ 这 样刃磨时 & 可分别对件 $ 刃口部位和件 / 尾部磨去相 同量 ) 同样对件 & 落料凹模与件 . 压球头凸模也可刃 磨 $ 采用这种结构的模具还可以按情况对球头形状和 尺寸进行修改 $
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图-
毛坯尺寸计算图
Biblioteka Baidu
计算方法有几种 % ’1( 分解成简单几何形状先计算表面积 &再求出 ’$ 可将图 - 所示图形分解成 & 个简单几何图形 & 分 别计算出各部分的表面积 %
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(.%)"&#*/.’’!)(!%-/.*--’’!)(-%--$#*!+’’!)(#% #"-*/)’’ )(&%!))/*.&’’ $ !()(.2(!2(-2(#2(&%.#".-*+!’’ ’%
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图#
落料成形模结构
.* 成形凸模 +*卸料板
!* 压板 )*橡皮
-* 固定板
& " - ! & 得 ( - & !( 球 4 "
& !$%,*1$ 4 " &%,*%0$%,// ’
也 就 是 把 局 部 变 形 区 的 尺 寸 范 围 扩 大 到 #0!// 的范围 &即 , 点以内的区域 & 该区域的面积应为 (
( 变 &( 球 -" $-! 6#!% &$%,*1$-" $%,*%0! 6%+*!,!% & 1"!*))//!
整 * 无皱 * 无划伤 * 擦痕和尖角毛刺等缺陷 ( 最后进行镀 锌处理 ( 出厂前还要进行盐雾试验 ( 检验耐腐蚀性 )
!&22 孔属于小孔冲裁 ( 不能采用一般的模具结构 ( 为
此应分开两工序冲孔 ) $- % 底 部 凸 台 上 的 小 孔 与 料 厚 相 等 ( 所 以 属 于 小 孔 ) 若采用冲压加工 ( 凸模易弯曲或折断 ) 采用钻孔加 工 ( 孔径不容易控制 ( 孔周围也会产生过大的毛刺 ( 需 增加清理毛刺工序 ( 生产效率低 ( 会增加生产成本 ) 为 此应采用冲压加工 ( 在模具结构上采取些措施 + 凸模长 度尽量短一些 ( 采用两个台阶 , 卸料板安装与凸模工作 段导向的导套 , 凹模做成易拆卸的镶块结构 ( 冲孔凹模 刃口高度尽量取短 )
球
! 实&2! $’%-’!-’0-’#%’!#3 4 !#.%""5
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根据有关资料 & 汇总出部分料厚 +&%// 的冷轧钢 板的伸长率和钢板价格对比见表 % ’ 从表 % 可查出 & 料厚 +&%// 的不同冷轧钢板的最 大变形程度 & 即伸长率 !& 其许用伸长率 2! 许 8&$"()9
图& 端盖零件图
&
引言
图 & 所示零件是某一出口产品上的一个重要件 (
原 设 计 材 料 为 ’(& 深 冲 压 用 冷 轧 薄 钢 板 $ 按 )* +
,-!&% .!""& 标 准 (’(& 即 原 )*-!&% .$- 标 准 中 的 "$/0%( 料厚 !1&22 ) 要求成形后的零件表面光洁 * 平