制定电器开关网芯零件的冲压工艺规程与模具设计说明.docx
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制定电器开关网芯零件的冲压工艺规程与模具设计说明
制定电器开关网芯零件的冲压工艺规程及模具设计
制件如图1所示，材料为黄铜H62（软），厚度1.2mm，制件精度为IT14，形状简单，尺寸也不大，大批量生产，属于普通冲压件。
图1电器开关网芯零件图
1冲压件进行工艺分析
根据制件的材料、厚度、形状及尺寸，在进行冲压工艺设计和模具设计时，应特别注意以下几点：
1）该制件为圆形拉深件，因此在设计时，毛坯尺寸的计算是一个重点。
2）要确定落料、拉深、冲孔各工序的顺序。
3）制件不大，可能需要经过多次拉深。
如果需要经过多次拉深，则拉深工序的确定以及拉深工序件尺寸的计算是正确进行工艺和模具设计的关键。
4）冲裁间隙、拉深凸凹模间隙以及每道拉深工序的高度的确定，应符合制件的要求。
5）各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序运动稳妥、连贯。
2工艺方案的分析和确定
（1）工艺方案分析根据该零件的形状特征，该产品属于拉伸件，需要进行落料、冲孔、拉伸三道工序。
根据落料、拉深、冲孔各工序三道基本工序，可以对它们作不同的组合，排出顺序，即得出工艺方案，具体可排出一下五中方案：
方案一：
落料与拉伸复合，冲孔独立完成。
方案二：
先落料，拉伸与冲孔复合。
方案三：
先落料，再拉伸，最后冲孔，即单工序模。
方案四：
落料、拉伸、冲孔复合，组成复合模。
方案五：
拉伸、冲孔、落料组成级进模。
方案一中，形位精度相对较底，但是模具结构较简单，制造周期较短，生产成本不高，对精度要求不太高，中小批量生产比较合适，对于模具的磨损修复也比较容易。
方案二中，形位精度相对方案二高，但是模具结构较复杂，制造周期较长，生产成本较高，由于拉伸和冲孔磨损速度不一样，修复较困难。
方案三中，由于是单工序模，模具结构简单，生产成本底，但是生产效率底，生产批量不大，产品的形位精度不高，生产不太安全。
方案四中，落料、拉伸、冲孔组成复合模，形位精度较高，但是模具结构复杂，制造周期较长，生产成本较高，落料、拉伸、冲孔中凸凹模的磨损速度不一样，修模比较困难，适合大批量生产，生产比较安全。
方案五中，采用级进，模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，因此只有在大量生产中才较合适。
根据现有条件和技术水平，产量及经济方面考虑，选择方案一。
（2）主要工艺参数计算
计算拉深工序间尺寸：
为了计算拉深工序间尺寸必须先确定拉深次数从而确定计算方法。
图2
1）毛坯尺寸
零件的相对高度h/d＝（16-0.6）/（45-1.2）＝0.352，而高度h>10～20mm，根据文献[1]查表4－3可知，修边余量δ＝1.2㎜，因而毛坯直径为
D＝
d1＝45-（4.5+1.2）×2＝33.6㎜，
d2＝45-1.2＝43.8㎜，δ＝1.2㎜，
h＝16-4.5-1.2＝10.3㎜，rg＝4.5+0.6＝5.1㎜
D＝
＝68.94㎜
取D＝70㎜
2）确定是否用压边圈
毛坯的相对厚度t/d×102＝1.2/70×102＝1.71，根据文献[1]查表4－18得,采用压边装置。
3）确定拉伸次数
采用查表法，当t/d×102＝1.71％，h/d＝16.6/43.8＝0.379时，根据文献[1]查表4－8得n＝1。
4）确定各次拉伸的直径
根据文献[1]由表4－6查得m1＝0.5,
d1＝0.5×70＝35㎜<43.8㎜,
调整到m1＝0.626，d1＝0.626×70≈43.8㎜
（3）计算各工序冲压力
1）落料拉深工序
根据文献[2]查表4-12H62的бb＝294MPa，根据文献[1]查表2－2得K卸＝0.04,K顶＝0.06，K推＝0.06
落料力计算：
F落＝Ltбb＝3.14×70×1.2×294≈78KN
卸料力计算：
F卸＝K卸F落＝0.04×78≈3KN
拉伸力计算：
F拉深＝KLtбb＝0.79×3.14×70×1.2×294≈62KN
根据文献[1]查表4－20得修正系数K＝0.79
2）拉深时的压边力：
F压＝Ap＝2257×2≈5KN
根据文献[1]查表4-19得p=2。
3）总压力计算
F总＝F落＋F卸＋F拉深＋F压＝78＋3＋62＋5＝148KN
4）冲孔冲裁力：
落料力计算：
F孔＝Ltбb＝3.14×30×1.2×294＝33KN
卸料力计算：
F卸＝K卸F落＝0.04×33≈2KN
推件力计算：
F推＝K推F落＝0.06×33≈2KN
总的冲压力：
F总冲＝F落＋F卸＋F推＝33＋2＋2＝37KN
3模具压力中心的确定
由于该制件的毛坯及各工序件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。
4模具主要零件尺寸的确定
根据确定的冲压工艺方案和制件的形状特点、要求等因素确定冲模的类型及结构形式。
（1）模具结构形式的选择只有拉深件高度比较高时才能采用落料、拉深复合模具。
这是因为浅拉深件若采用复合模，则落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚会太薄，造成模具的强度不足。
这里凸凹模的最小壁厚为bmin=
=12.5mm,零件的材料强度不是很大，能够保证足够的强度，故采用用复合模的结构形式是合理的。
（2）模具工作部分的尺寸和公差的确定
1）计算落料凸、凹模刃口尺寸
本制件为简单轴对称图形，故按配合法计算凸、凹模忍口尺寸。
根据文献[1]查表2-11得：
x1=0.5
由公式得凹模尺寸：
Dd=（70-0.5×0.74）
=68.76
根据文献[1]查表2-6得
Zmin=0.072mmZmax=0.096mm
则凸模尺寸为Dp=68
2）计算拉深凸、凹模工作部分尺寸
根据文献[1]查表4-23得
δp=0.03mmδd=0.05mm
凸模尺寸：
Dp=（43.8+0.4×0.52）
=44
凹模尺寸：
Dd=（43.8+0.4×0.52+2×1.3）
=46.6
（3）模具结构的设计
模具根据凹模尺寸，挡料装置、定位销、螺钉等布置，根据文献[3]查表22.4-30选用后侧导柱模架，凹模周界200×200，上模座GB/T2855.5,下模座GB/T2855.6,导柱GB/T2861.1,导套GB/T2861.6。
其他模板按国家标准选用。
（4）卸料、压边弹性元件的确定
1）确定卸料弹簧
计算的卸料力F卸＝3KN，选用四根弹簧，则每根弹簧的受力为F=750N，选用的弹簧直径为3.0mm,中径为16mm，节距为6.64mm，每圈最大工作负荷为110.65N，每圈最大变形为4.317mm，选用十圈。
H自=6.64×10=66.4mm
取预紧高度为L预=2.4mm
安装高度为H装=H自-L预=（66.4-2.4）mm=64mm
卸料力为F=25.63×30.4=780N>750N，符合要求。
2）确定压边弹性元件
选择压边元件为橡胶。
①确定橡胶的自由高度H自，根据文献[2]表3-9得：
H自=L工/0.3+h修模
式中，L工为模具的工作形成再加1～3mm，本模具的行程高度为L工=21mm，h修模的取值范围为4～6mm，这里取中间值5mm。
H自=（21/0.3+5）mm=75mm
②确定橡胶的横截面积A
A=F/q
F由前可知为F=5KN，q=0.26～0.5MPa，这里取q=0.4MPa。
则A=5000/0.4=12500mm2
取橡胶的的直径为160mm，因为压力机的工作台的孔为180mm。
（5）冲裁件的排样
以有废料排样为依据：
图3
根据文献[4]查表3-20得a＝0.8㎜，B＝1.0㎜。
对于软黄铜要取大点，则a=2mm,b=2mm。
图4
表1-1落料拉深复合模零件
序号
名称
数量
材料
规格/mm
热处理
1
内六角圆柱螺钉
4
35钢
M12×100
2
A型滑动导柱
2
20钢
Φ32×210
渗碳58～62HRC
3
A型圆柱销
2
35钢
Φ12×100
4
顶杆
3
45钢
Φ12×100
45～50HRC
5
压边环
1
45钢
Φ89×25
56～58HRC
6
固定挡料销
3
45钢
A10×6
7
A型滑动导套
2
20钢
Φ45×110
渗碳58～62
8
凸凹模
1
T10A
70×125×56
56～58HRC
9
垫板
1
T7A
Φ200×50
10
开槽锥端紧定螺钉
1
45钢
M4×10
11
压入式模柄
1
Q235
Φ50×110
12
内六角圆柱螺钉
4
45钢
M12×60
13
卸料螺钉
4
40钢
M8×55
30～35HRC
14
上模板
1
HT250
290×280×50
焖火
15
打料杆
2
45钢
Φ14×200
45～50HRC
16
A型圆柱销
2
45钢
Φ10×60
17
弹簧
4
65Mn
Φ1.8×16
18
卸料板
1
Q275
200×70×12
19
凹模
1
T10A
200×70×20
60～62HRC
20
打料块
1
40钢
Φ45×33
40～45HRC
21
凸模
1
45钢
Φ42.6×67
60～62HRC
22
垫块
1
45钢
200×70×50
23
下模板
1
45钢
290×280×50
焖火
5模具凸凹模的校核
①凹模高度的校核
根据文献[3]查表20.1-18凹模的强度计算公式：
H≥
根据文献[2]查表4-12得бs＝353Mpa，
d＝70mm，d0＝90mm，F=78000N
H=
=12.6mm
凹模的厚度20mm>H，符合要求。
②凸模的长度校核
根据文献[3]查表20.1-10凸模的稳定能力校核计算公式：
Lmax＝C
（f）查表20.1-11得C=0.1
根据文献[2]查表4-12得τ=450MPa，E=200×103MPa
d0＝90mm，t=1.2mm
Lmax＝0.1
≈73mm
凸模的高度为H＝67㎜≤Lmax，符合要求。
其它尺寸及销钉、螺钉等的确定都是事先按照强度计算来选择的。
6选择冲压设备
由于该制件是一件小型制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机。
它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。
由于冲裁、拉深复合模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在拉深阶段所需的反而要小的多。
因此若按总的压力来选取压力机，很可能出现虽然总的压力满足要求，但是在开始阶段冲裁时已经超载。
同时，选用拉深压力机还应该对拉深功进行校核，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。
因此精确确定压力机压力应该根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。
但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际情况，在现有压力机中选取。
在这里根据总压力为148KN，根据文献[5]表2-3提供的压力机公称压力序列中选取350KN的压力机，型号为J23-35。
模具的总体尺寸长290宽280高214.2，压力机参数如表1-2。
表1-2压力机参数
型号
J23-35
公称压力/KN
350
最大闭合高度/mm
280
滑块行程/mm
80
闭合高度调节量/mm
60
滑块行程次数/mm-1
50
滑块中心线至床身距离/mm
205
立柱距离/mm
300
工作台尺寸/mm
前后
380
左右
610
工作台孔尺寸/mm
前后
200
左右
290
直径
260
垫板尺寸/mm
厚度
60
直径
150
模柄孔尺寸/mm
直径
50
深度
70
滑块底面尺寸/mm
前后
190
左右
210
床身最大可倾斜角度/（º）
20
7冲压工艺单
表1-3冷冲压工艺卡
南昌航院
冷冲压工艺卡片
产品型号
零（部）件名称
共页
产品名称
电器开关网芯零件
零（部）件型号
第页
材料牌号及规格
材料技术要求
毛坯尺寸
每毛坯可制件数
毛坯质量
辅助材料
H62（软）Φ45×16×1.2
条料710×72
10
工序号
工序名称
工序内容
加工简图
设备
工艺装备
工时
1
下料
剪床上裁板
710×72
Q11-3×1200
2
冲压
落料、拉深
J23-25
3
检验
按产品图纸检验
4
5
6
编制
（日期）
审核
（日期）
会签
（日期）
8设计小结
通过两个星期的冲模设计，是对以前所学知识的一次综合运用，做到学有所用，既是对自己能力的锻炼也是对自己学习的检验，为以后走上工作岗位打好基础。
同时对以前感到困惑的知识点，通过这次设计，豁然开朗。
同时感谢老师耐心的指导和同学的帮助。
9参考资料
文献[1]－－－姜奎华主编.冲压工艺与模具设计.北京：
机械工业出版社1998
文献[2]－－－史铁梁主编.模具设计指导.北京：
机械工业出版社2003
文献[3]－－－肖祥芷、王孝培主编.中国模具设计大典（3）.南昌：
江西科技出版社2003
文献[4]－－－《冲模设计手册》编写组编著.冲模设计手册.北京：
机械工业出版社1996
文献[5]－－－陈锡栋、周小玉主编.实用模具技术手册.北京：
机械工业出版社20001
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