自行车脚蹬内板零件的冲压工艺及模具设计

自行车脚蹬内板零件的冲压工艺及模具设计内容摘要：

安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 3 第 2 章 零件的工艺性分析和工艺方案的确定 零件的工艺性分析 本工件的外形有 两个  的孔 ,属于落料 冲孔工序 ,中间带有凸台的孔 ,可以采用两种方法冲压 .第一种是先作浅拉深 ,然后从底部冲孔 ,在进行拉深时 ,圆锥部位的材料一部分是从底面流动得来的 ,另一部分要从主板上流动而来 ,而后者若材料流动留有余量 ,就要增 加工件排样的步距 ,从而造成材料消耗增加 .第二种是先冲预定孔 ,在进行冲压 .此则属于翻边工序 .翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿着圆周方向伸长 ,使材料变薄。 而在径向材料长度几乎没有变化 ,既材料在径向没有伸长 ,因而不会引起主板上的材料流动 ,在排样时按正常冲裁设计的搭边值即可 ,可节省材料 ,该零件长年生产 ,若采用单工序模制造工序多且生产率低 ,故采用级进模。 级进模是具有两个或两个以上的工位，在压力机的一次行程内，在模具的不同工位上完成多道冲压工序，条料在逐次送进过程中逐步成形。 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺 的适应性在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求，冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。 冲裁的工艺性要求有： (1) 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角； (2) 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽； (3) 腰圆形件，圆弧半径 R 应大于料宽的一半，即能采用少废料排样，如圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生； (4) 冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小； (5) 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不宜太短。 冲裁工艺方案的确定 该工件包括冲孔、翻边、落料三个基本工序，可有以下三种工艺方案。 方案一：先冲孔，后翻边和落料，采用单工序模生产； 方案二：先冲孔翻边后落料复合冲压，采用复合模生产； 方案三：冲孔 — 翻边落料级进冲压，采用级进模生产。 结合本零件的特点，经过对模具的分析 以及要求零件的大批量生产 可以得出，采用级进模生产比较适合本零件的生产。 梁超帝：自行车脚蹬内板零件的冲压工艺及模具设计 4 排样方案的确定及计算 设计级进模时，首先要考虑条料的排样图。 本工件的形状是两头小中间大，直接排样时材料利用率低，应采用斜队排样示的排样方法，设计成隔位冲压，可 显著地减少废料， 常用的排样方法有三种： (1) 有废料排样：指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高； (2) 少废料排样：指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁，只有局部搭边的在； (3) 无废料排样：指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。 少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。 并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。 上述三类排样方法，按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。 根据本零件的特点，适合采用有废料斜排的方式 ,这样不仅使冲出的零件达到要求，有可以尽可能大的提高材料的利用率。 查表 21 可得最小搭边值： a= a1= 表 21 最小搭边值表 条料厚度 t/mm 搭边值 /mm 圆形工件 矩形件 L＜ 50 矩形件 L50 a a1 a a1 a a1 ～ 本模具采用无侧压装置，条料与导料板间间隙最小值为 1mm。 条料宽度 B：  02  ZaDB 其中 D 垂直送料方向上零件尺寸 Z 条料与条料板间间隙 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 5  条料宽度公差值 由 公式得：  mmB   布距 S：  mmS   材料利用率： %100 S 其中 N 一个 步距内冲裁件的数目 A 冲裁件的面积 由公式得： %% 12981 应 该采用下图的排样方式 ,共分 5 个工位 第一工位 ： 冲 15 的工艺孔 第二工位 ： 翻边 第三工位 ： 冲 mm19 底孔。 整形 第四工位 ： 冲 2 个  孔 第五工位：落料 ,工件从底孔中漏出。 由以上分析可以得知，该模具的动作过程为：先冲出翻边时用的 工艺孔，然后翻边，冲孔、整形和落料，模具的动作需要在不同的工位上完成不同的动作，所以模具的定位要绝对正确，只有这样才能保证送进步距的精确，冲制出合格的产品，所以在级进模中最重要的设计工作就是送料装置的设计和制造。 通过上面的计算可以得出该工件的排样图如图 21 所示。 梁超帝：自行车脚蹬内板零件的冲压工艺及模具设计 6 步距３４ 图 21 排样图 翻边凸模必须有圆角，工件  的部位有公差要求 ,而且不允许有圆角 ,因此该工位要有整形工序，整形和 mm19 孔的冲裁两道工序在一个工位上完成。 模具使用条料 ,用手工送进 ,没有设置定位装置。 第二个翻边以后 ,板料下面形成明显凸包。 手工送料时 ,放在下一工位的凹模中即可。 第二和第五工位的凸模设有导正销进行精确定位，在第一和第二工位个设置一个始用挡料销、供条料开始送进的第一、第二工位使用。 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 7 第 3 章 主要工序力的计算 翻边力的计算 翻边的计算有： ① 计算翻边前的毛坯孔径； ② 变形程度计算； ③ 翻边力的计算。 根据工件图计算翻边前毛坯孔径，称为底孔孔径，底孔周边材料在翻边时材料没有径向流动。 在分析它的横截面时，可把它看作弯曲。 既如图 21 红线所示的部位。 翻边后移动到实线位置，而其长度不变，前后两部分中心线长度相等。 这与弯曲材料展开的计算是相同的。 计算时应按点划线的圆弧和直线，通过几何关系计算其长度，先计算 BC 段长，先用做图法求出点划线上的 B 点、 C 点的位置。 在直角三角形 BDC 中，用勾股定理计算 BC 长。 具体计算可以参照图 31。 图 31 工艺孔的确定图 mmBD 2 mmDC  mmBC 22  mmAB  有以上分析， EC 应是 AB 和 BC 的和。  mmBCABEC  因此，计算出底孔所需的直径为： mmd  梁超帝：自行车脚蹬内板零件的冲压工艺及模具设计 8 考虑到翻边后还有冲裁 19 孔，故留有余量，将工艺孔定为 15 .校核变形程度。 材料翻边过程是底孔沿着圆周方向被拉伸长的过程，其变形量不应超过材料的伸长率，否则会出现裂纹。 用变形前、后圆周长之比，表示变形程度。 在翻边计算中称其为翻边系数 m，即： 78  mmmmDdDdm  式中 d —————— 翻边前的孔径（ mm）； D —————— 翻边后的孔径（ mm）。 按表 31 可知允许的 m 值为 ，因此计算出的值比 m 大，即设计合理。 翻边时不会出现裂纹。 表 31 一些材料的翻边系数 退火材料 翻边系数 K Kmin 白铁皮 黄铜 t＝ 铝 t＝ 硬铝 软钢 t＝ 翻边力的计算采用以下公式：  dDtF S   式中， F —— 翻边力（ N）； t—— 板料厚度， t=； d—— 翻边前孔径（ mm）； D —— 翻边后孔径（ mm）； s —— 材料屈服点。 在计算翻边力时，翻边孔径取实际孔径值 15 与翻边所需孔径相比缩小 ，则 19 也应缩小 ，翻边后的实际孔径应为。 故将 d=15mm， D=代入上式中，则：   NmmM P ammF   翻边凸凹模间隙的计算：在平面毛坯上冲孔的翻边和先拉深后冲孔后冲孔的翻边所用的凸、凹模间隙值可按表 32 选取。 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 9 表 32 翻边时的凸、凹模间隙值表 材料厚度 平毛坯翻边 拉深后翻边 当翻边时内孔有尺寸精度要求时，尺寸精度有凸模保证，此时应按下式来计算凸、凹模的尺寸：  0POP DD     dZDD pd 02 式中， dp DD、 ———————— 凸、凹模直径 P d ———————— 凸、凹模公差  ————————— 竖孔内径公差 如果对翻边竖孔的外径精度要求较高时，凸、凹模之间应取小间隙，以便凹模对直壁外侧产生挤压作用，从而控制其外形尺寸。 在该模具中  p d  00  PDDp   0 0      dZDD pd 0   冲裁力的计算 该模具采用平刃口模具进行冲裁，其理论冲裁力 F（ N） 可按下式计算： LtF 式中： L 冲裁件周长 mm t 材料厚度 mm 梁超帝：自行车脚蹬内板零件的冲压工艺及模具设计 10  材料抗剪强度 Mpa 但选择设备时，需要考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取： LtF  因为在该模具中 需要冲压的部位主要有外形，两个直径为  的孔、直径为 19 的孔和直径为 15 的工艺孔，因此可到其周长分别为： 、 、 、 材料厚度 t mm 材料抗剪强度 Mpa340 故 ： LtF 外     LtF    LtF    9 5 5 4 4 LtF  0 8 1 8 3 4   抗剪强度取  =340MPa。 冲裁共有四个部位，分别是第一工位 15 孔和第三工位 19孔、第四工位两个  孔、第五工位落料。 前三个部位都是圆孔，冲裁圆周容易计算。 落料冲裁边长通过几何计算可求出，其值为。 计算出各工位的冲裁力，分别是： 19 孔冲裁力为 30430N，两个  孔 冲裁力为 17612N， 15 孔的冲裁力为24034N，落料时的冲裁力是 82994N。 整形压力的计算与校正压力相同，采用下式计算： pAF 式中， F —— 整形力（ N）； 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 11 P —— 单位整形力（ Mpa）； A —— 工件整形面积 (mm2)。 关于单位整形力的选择与弯曲校正以及校平工艺的校平力不同，整形力是使整形局部的压强超过材料的抗压强度，而产生变形，但是最后作用在校平面上的压强必须低于材料的抗压强 度。 综合以上因素， p 值取 150Mpa。 事实上，校平力的大小取决于模具在压力机上安装时对压力机的调整，而调整压力机的依据是否符合要求。 故得该工件的整形压力为： NF 982 0  。 模具中主要尺寸的计算 在确定工件零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。 结合该模具的特点，工作零件的形状相对比较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各孔的同轴度，使装配工作简化。 因此工作零件刃口尺寸计算就 分开加工的方法计算。 由工件图可知，该工件属于无特殊要求的一般冲裁件。 有两个  的圆和 19 的孔组成可由冲孔来获得，有关冲孔获得查 表 33 得。 表 33 初始双面间隙值表 材料厚度t/mm 0 35 09M Q235 Q345 50 65Mn Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin 最小合理间隙值 由于所有尺寸都未表注公差，查冲裁件外径与内孔尺寸公差表 35 得 : 基本尺寸 、和、  ， 梁超帝：自行车脚蹬内板零件的。