【文章內(nèi)容簡介】 83。37 1 1 分析零件的工藝性 沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料 — 沖壓加工工序 — 必要的輔助工序 — 質(zhì)量檢驗(yàn) — 組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點(diǎn)要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個(gè)零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點(diǎn)分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。 該零件是端蓋，如圖 ，該零件可看成帶凸緣的筒形件，料厚 t=2mm，拉深后厚度不變；零件底部圓角半徑 r= 凸緣處的圓角半徑也為 R=；尺寸公差都為自由公差，滿足拉深工藝對精度等級的要求。 圖 工件圖 工藝性對精度的要求是一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在 IT13 級以下，不宜高于 IT11 級；對于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后 增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向異性的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，出現(xiàn)“突耳”現(xiàn)象，需要增加切邊工序。 2 影響拉深件工藝性的因素主要有拉深件的結(jié)構(gòu)與尺寸、精度和材料。拉深工藝性對結(jié)構(gòu)與尺寸的要求是拉深件因盡量簡單、對稱，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或變薄量一般不應(yīng)超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律；當(dāng)零件一次拉深的變形程度過大時(shí)，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時(shí)在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應(yīng)允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能產(chǎn)生的痕跡；在保證裝配要求下，應(yīng)允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度；拉深件的 徑向尺寸應(yīng)只標(biāo)注外形尺寸或內(nèi)形尺寸，而不能同時(shí)標(biāo)注內(nèi)、外形尺寸。 工藝性要求材料具有良好的塑性，屈強(qiáng)比 bs ??/ 值越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系數(shù) r 和板平面方向性系數(shù) r? 反映了材料的各向異性性能，當(dāng) r 較大或 r? 較小時(shí)，材料寬度的變形比厚度方向的變形容易，板平面方向性能差異較小，拉深過程中材料不易變薄或拉裂，因而有利于拉深成形。 該零件結(jié)構(gòu)較簡單、形狀對稱 ，完全由圓弧和直線組成，沒有長的懸臂和狹槽。零件尺寸除中心孔和兩中心孔的距離尺寸接近 IT11 級外，其余尺寸均為自由尺寸且無其他特殊要求，利用普通沖裁方法可以達(dá)到零件圖樣要求。零件材料為 20 號鋼，退火抗拉強(qiáng)度為 400Mpa，屈服強(qiáng)度為 ，其沖裁加工性較好。該零件的沖裁性較好，可以沖裁加工，適于大批大量。 2 確定工藝方案 計(jì)算毛坯尺寸 由于板料在扎壓或退火時(shí)所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向 性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會(huì)引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。這樣在計(jì)算毛坯尺寸的時(shí)候就必需加上修邊余量然后再進(jìn)行毛坯的展開尺寸計(jì)算。 根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為 。 在拉深時(shí)，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，則其厚度的變化量還是并不 太大。在設(shè)計(jì)工藝過程時(shí)，可以不考慮毛坯厚度的 3 變化。同時(shí)由于金屬在塑性變形過程中保持體積不變，因而，在計(jì)算拉深件的的毛坯展開尺寸時(shí)，可以認(rèn)為在變形前后的毛坯和拉深間的表面積相等。 對于該零件，可看成帶凸緣拉深件。 其相對凸緣最大直徑 7011639。 ??d fd， ??d ，故切邊前的凸緣直徑為： dfddf ??? 239。 m axm ax =116+2? =123mm?????????? 因 , ????rd 毛坯直徑 : maxD = dhdf 42 ? ???????????????? = 38704123 2 ??? =160mm 毛坯形狀如圖 圖 毛坯圖 確定是否需要壓邊圈 坯料相對厚度 %100?Dt ???????????????? 4 %%1001602 ??? %? 所以需要壓邊圈。 計(jì)算拉深次數(shù) 在考慮拉深的變形程度時(shí)，必需保證使毛坯在變形過程中的應(yīng)力既不超過材料的變形極限，同時(shí)還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強(qiáng)度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數(shù)值可以用理論計(jì)算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在危險(xiǎn) 斷面上的抗拉強(qiáng)度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實(shí)驗(yàn)的方法得出的，我們可以通過查表來取值。 零件的總拉深系數(shù)為 ??? Ddm總，其相對凸緣直徑 ???dd f ，屬于帶大凸緣拉深的拉深件。根據(jù) ??dh ， %%100 ??Dt ，由教材 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 上表 41 418 查得一次允許的拉深系數(shù) ?m ，第一次拉深的最大相對高度 ~11 ?dh 。 因材料為 20號鋼 ,具有良好的強(qiáng)度和塑性 ,其加工工藝性較好 ,可減小帶凸緣筒形件的首次拉深系數(shù)及增大最大相對高度。 使得111 , dhdhmm ??總 ，所以零件只需要一次拉深。 確定工藝方案 根據(jù)以上分析和計(jì)算，可以進(jìn)一步明確該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序 :落料、拉深、沖孔和修邊。 根據(jù)這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案： 方案一 先進(jìn)行落料，再拉深，修邊，最 后沖孔，以上工序過程都采用單工序模加工。用此方案，模具的結(jié)構(gòu)都比較簡單，制造很容易，成本低廉，但由于結(jié)構(gòu)簡單定位誤差 5 很大，而且單工序模一般無導(dǎo)向裝置，安裝和調(diào)整不方便，費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)效率低。 方案二 落料與拉深、修邊在復(fù)合模中加工成半成品，再在單工序模上進(jìn)行沖孔。采用了落料與拉深、修邊的復(fù)合模，提高了生產(chǎn)率。對落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道沖孔工序是在單工序模中完成， 使得最后一步?jīng)_孔工序的精度降低，影響了整個(gè)零件的精度，而且中間過程序要取件，生產(chǎn)效率不高。 方案三 落料、拉深、沖孔和修邊全都在同一個(gè)復(fù)合模中一次加工成型。此方案把三個(gè)工序集中在一副復(fù)合模中完成，使得生產(chǎn)率有了很大的提升。沒有中間的取放件過程，一次沖壓成型，而且精度也比較高，能保證加工要求，在沖裁時(shí)材料處于受壓狀態(tài)，零件表面平整。模具的結(jié)構(gòu)也非常的緊湊，外廓尺寸比較小，但模具的結(jié)構(gòu)和裝配復(fù)雜。 方案四 采用帶料級進(jìn)多工位自動(dòng)壓力機(jī)沖壓，可以獲得較高的生產(chǎn)效率，而且操作安全，但這 一方案需要專用的壓力機(jī)或自動(dòng)的送料裝置。模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造周期長，生產(chǎn)成本高。 根據(jù)設(shè)計(jì)需要和生產(chǎn)批量，綜合考慮以上方案，方案三最適合。即落料、拉深、沖孔和修邊在同一復(fù)合模中完成，這樣既能保證大批量生產(chǎn)的高效率又能保證加工精度，而且成本不高，經(jīng)濟(jì)合理。 3 主要工藝參數(shù)的計(jì)算 確定排樣、裁板方案 加工此零 件為大批大量生產(chǎn)，沖壓件的材料費(fèi)用約占總成本的 60%～ 80%之多。因此，材料利用率每提高 1%，則可以使沖件的成本降低 %～ %。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產(chǎn)中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。 由于材料的經(jīng)濟(jì)利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產(chǎn)中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來作為衡量排樣合理性的指標(biāo)。 6 同時(shí)屬于工藝廢料的搭邊對沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補(bǔ)充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時(shí)的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質(zhì)量，沖制出合格的工件。同時(shí)，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進(jìn)，提高了生產(chǎn)率。搭邊值得大小要合理選取。根據(jù)此零件的尺寸通過查表取 : 搭邊值為 mma 2? 進(jìn)距方向 mma ? 從視測方面來講，該零件的排樣應(yīng)該采用斜排最合理 。 從圖 2 上可知：進(jìn) 距 S=128+=???????? 條料寬度 b=+2*2=???????? 板料規(guī)格擬用 2mm 1400mm 4000mm 熱軋鋼板。查《沖壓模具設(shè)計(jì)》 GB70888，為了操作方便采用橫裁。 裁板條數(shù) ??? 1 bAn35條 ????? ??? ???? 每條個(gè)數(shù) ????? 2 S aBn11 個(gè) ???????? 每板總個(gè)數(shù) 385113521 ????? nnn 材料利用率 %100???? BA Sn 面? ????????????? %10040001400 10149385 ????? %71?? 計(jì)算工藝力、初選設(shè)備 計(jì)算工藝力 （ 1） 落料力 平刃凸模落料力的計(jì)算公式為 7 ?kLtP? ?????????????? ?? 式中 P— 沖裁力（ N） L— 沖件的周邊長度（ mm） t— 板料厚度（ mm） ? — 材料的抗沖剪強(qiáng)度（ MPa） K— 修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等多種因素有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在（ ～） P的范圍內(nèi)，一般 k取為 ～ 。 在實(shí)際應(yīng)用中，抗沖剪強(qiáng)度 ? 的值一般取材料抗拉強(qiáng)度 b? 的 ~。為便于估算，通常取抗沖剪強(qiáng)度等于該材料抗拉強(qiáng)度 b? 的 80%。即 b?? ? ??? ?????????????? 因此，該沖件的落料力的計(jì)算公式為 bLtF ???? ????????????? ??? = ???? =321984N （ 2） 沖孔力 沖孔力可按下式計(jì)算： bKLtF ??沖 ?????????????? 式中 沖F — 沖孔力（ N） L— 沖件的內(nèi)輪廓長度（ mm） t— 板料厚度（ mm） b? — 材料的抗拉強(qiáng)度（ MPa） 因此，該零件的沖孔力為： bKLtF ?? = ???? =15675N （ 2） 卸料力 一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會(huì)使落料件梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的力稱卸料力。影響這個(gè)力的因素較多，主要有材料力學(xué)性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計(jì)算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗(yàn) 8 公式計(jì)算： 卸料力 FKF 1?卸 ?????????????? 式中 F—— 沖裁力 (N) 1K —— 頂件力及卸料力系數(shù)，其值可查教材表 17。 這里取 1K 為 。 因此 NF 1 2 8 8 03 2 1 9 8 ???卸 （ 3） 推件力 將卡在凹模中的材料逆著沖裁力方向頂出所需要的力稱為推件力。根據(jù) 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 書上公式 18，則推件力為： FnKF 2?推 ???????????????? N1 6 0 9 93 2 1 9 8 ???? 2K — 推件力系數(shù)，其值可查表 17，取 2K 為 。 （ 4） 拉深力 一般情況下拉深力隨凸模行程變化而改變，其變化曲線如圖 。從圖中可以看出，在拉深開始時(shí)，由于凸緣變形區(qū)材料的變形不大，冷作硬化也小，所以雖然變形區(qū)面積較大，但材料變形抗力與變形區(qū)面積相乘所得的拉深力并不大；從初期到中期，材料冷作硬化的增長速度超過了變形區(qū)面積減少速度，拉深力逐漸增大，于前中期拉深力達(dá)到最高點(diǎn)位置；拉深到中期以后，變形區(qū)面積減少的速度超過了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐漸下降。零件拉深完以后，由于還要從凹模中推出，曲線出現(xiàn)延緩下降，這是摩擦力作用的結(jié)果，不是拉深變形力。 oFmax拉深力凸模行程 9 圖 拉深力變化曲線 由于影響拉深力的因素比較復(fù)雜，按實(shí)際受力和變形情況來準(zhǔn)確計(jì)算拉深 力是筆尖困難的。所以，實(shí)際生產(chǎn)中通常是以危險(xiǎn)斷面的拉應(yīng)力不超過其材