第二节 冲压工艺与模具设计实例一、摩托车侧盖前支承冲压工艺设计二、微型汽车水泵叶轮冲压工艺与模具设计一、摩托车侧盖前支承冲压工艺设计图12-1所示为摩托车侧盖前支承零件示意图，材料Q215钢，厚度1.5mm，年生产量5万件，要求 编制 该冲 压工艺方 案。1. 零件及其冲压工艺性分析摩托车侧盖前支承零件是以2个mm的凸包定位且焊接组合在车架的电气元件支架上，腰圆孔用于侧盖 的装配,故腰圆孔位置是该零件需要保证的重点。另外 ,该零件属隐蔽件，被侧 盖完全遮蔽,外观上要求不 高， 只需 平整。1270k6图1 2-1 侧盖前支承零件示意图该零件端部四角为尖角,若采用落料工艺,则工艺性较差,根据该零件的装配使用情况,为了改善落料的工艺性，故将四角修改为圆角，取圆角半径为2 mm。此外零件的“腿”较长，若能 有效地利用过弯曲和校正弯 曲来 控制回弹 ，则可 以得 到形状和 尺寸比较准 确的零件 。腰圆孔边至弯曲半径R中心的距离为2.5mm。大于材料厚度 （1.5mm ），从而腰圆孔位于变形区之外， 弯曲 时不会引起孔变形,故该孔可在弯曲 前冲出。2. 确定工艺方案首先根据零件形状确定冲压工序类 型和选择工序顺序。 冲压该零件需要的基本工序有剪切（或落料） 冲腰圆孔、一次弯 曲、二次 弯曲和冲凸包。其中 弯曲决定了零件的 总体形状和尺寸,因此选择合理的弯曲 方法 十分 重要。（1） 弯曲 变形 的方法及比较 该零件弯 曲变形的 方法可采用如图 12-2 所示中的 任何一种。第一种方法（图1 2-2a）为一次成形，其优点是用一副模具成形，可以提高生产率，减少所需设备和操作 人员。缺点是毛坯的整个面积几乎都参与激烈的变形， 零件表面擦伤严重， 且擦伤面积大， 零件形状与 尺寸都不精确 ，弯曲 处变薄严重，这些缺陷将随零件“腿”长的增加和“腿 ”长的减小而愈加明显。第二种方法（图 12-2b） 是先用 一副 模具 弯曲端部两角， 然后在另一副模具上弯曲 中间两角。 这显然比 第一 种方法弯 曲变形的激烈程度缓和的 多，但回弹现象难以控制， 且增加了模具 、设备和操 作人员。第三种方法（图12-2c）是先在一副模具上弯曲端部两角并使中间两角预弯45。，然后在另一副模具 上弯曲成形,这样由于能够实现过弯曲和校正弯曲来控制回弹，故零件的形状和尺寸精确度高。此外 ,由 于成 形过 程中材料 受凸、 凹模 圆角的阻 力较小，零 件的表面 质量较好。 这种弯曲 变形方法对 于精度要 求 高或长“脚”短“脚”弯 曲件的成形特别有利。图12-2 弯曲成形a）副模具成形b）、c）两副模具成形（2）工序组合方案及比较根据冲压该零件需要的基本工序和弯曲成形的不同方法，可以作出下列各种组合方案。方案一：落料与冲腰圆孔复合、弯曲四角、冲凸包。其优点是工序比较集中,占用设备和人员少,但回 弹难 以控 制,尺寸和形状 不精确,表面擦伤严 重。方案二:落料与冲腰圆孔复合、弯曲 端部两角、弯曲 中间两角、冲凸包。其优 点是模具结构简单，投产 快， 但回 弹难以控 制，尺 寸和 形状不精 确，而且工 序分散， 占用设备和 人员多。方案三：落料与冲腰圆孔复合、弯曲 端部两角并使中间两角预弯 45、弯曲中间两角、冲凸 包。其优 点是 工件 回弹容易 控制，尺寸 和形 状精确,表面质量 好，对于 这种 长“腿”短“ 脚”弯曲件 的成形特别有 利,缺点是 工序分散 ，占用设 备和 人员多。方案四：冲腰圆孔、切断及弯曲四角连续冲压、冲凸包。其优点是工序比较集中 ,占用设备和人员少， 但回 弹难 以控制， 尺寸和 形状 不精确， 表面擦伤严 重。方案 五： 冲腰圆孔 、切断 及弯 曲端部冲 腰圆孔、切 断连续冲 压、弯曲中 间两角、 冲凸包。这 种方案实 质上与方案二差不多，只是采用了结构复杂的连续模，故工件回弹难以控制 ,尺寸和形状不精确。方案六:将方案 三全部工 序组合,采用带 料连续冲 压。其优点是工 序集中，只用一 副模具完 成全 部工序, 其实 质是 把方案三 的各工 序分 别布置在 连续模的各 工位上， 所以还具有 方案三的 各项优点， 缺点是模 具 结构 复杂,安装、调 试和 维修困难 。制造周期 长。综合上述,该零件 虽然对表面外观要求不高，但由 于“腿”特别 长,需要有效地利用过弯曲和校正来 控制 回弹,其方案三 和方 案六都能 满足这一要 求,但考虑到该 零件 件生产批 量不是太大 ,故选 用方案三 ，其冲压 工序 如下：落料冲孔、一次弯形 （弯曲端部两角并使中间两角预弯45 ）、二次弯形（弯曲中间两角）、冲凸包。3. 主要工艺参数计算（1） 毛坯展 开尺寸 （查工具书） 展开尺 寸按图 12-3 分段计 算。 毛坯展开长度式 中 l1=2.5mm;23L = 21 + 2 l +l + 2 l + 2 lI = 4 5.5m ;13=30m m ;14和15按三（r +叫算。其中圆周半径r分别为2mm和4 mm，材料厚度t =1. 5 mm，中性层位置系数x按rt由表3-2查取。当 r= 2 mm 时取 x=0.4 3 , r=4mm 时取 x = 0.46。将以上数 值代入上 式得L 二 2 x 12.5 + 2 x 45.5 + 30 + 兰 （2 + 0.43 x 1.5）+ 竺（4 + 0.46 x 1.5）= 169（mm）2 2考虑到弯曲时材料略有伸长，故取毛坯展开长度L= 168mm。对于精度要求高的弯曲件，还需要通过试弯后进行修正,以获得准确的展开尺寸。（2） 确定排样方案和计算材料利用率1） 确定排样方案，根据零件形状选用合理的排样方案，以提高材料利用率。该零件采用落料与冲孔 复合冲压，毛坯形状为矩形，长度方向尺寸较大，为便于送料，采用单排方案 （见图 12-4）。图 12-3毛坯 计 算图图12- 4 排样方案a a a a搭边值 和由表2-12查得，得 =2mm,】=1.8mm。？ ？ ？2) 确定板料 规格 和裁料 方式 。根据条 料的宽度尺 寸,选择合 适的板料 规格,使剩 余的边料 越小 越好。该零件宽度用料为172mm，以选择1. 5mm X 710m m X 142 0 mm的板料规格为宜。裁料方式既要考虑所选板料规格、冲制零件的数量，又要考虑裁料操作的方便性， 该零件以 纵裁下料为宜 。对 于较为大 型的零 件,则着重考虑 冲制 零件的数 量,以降低 零件 的材料费 用。（3）计算材料消耗工艺定额和材料利用率。根据排样计算,一张钢板可冲制的零件数量为n=4 X 59=236（件）。材料消耗工艺定额一张钢板的质量_ 1.5 x 710 x 1420 x 0.0000078一张钢板冲制零件的数量236=0.04998kg材料 利用 率一张钢板冲制零件数量X零件面积x 100%一张钢板面积X 0零件面积由图1 2-5计算得出。236 x(68 x 22 -12 x 13 兀x 6.52)x710 x1420= 7 9.7%1000图 12-5 落料 、冲孔工序 略图4. 计算各工序冲压力和选择冲压设备（1）第一道工序一落料冲孔（见图12- 6 ） 该工序冲压力包括冲裁力Fp,卸料力F 3和推料力F , 按图12-6所示的结构形式，系采用打杆在滑块快回到最高位置时将工件直接从凹模内打出，故不再考虑 顶件 力 F 2。冲裁 力F = Ltb （或 1.3LtP）Pb式中L 剪切长度;t 材料 厚度 （ 1.5mm ）& b 拉深强度，由表8-4 9查取，取& b =400Mpa ;T 抗剪强度。剪切长度L按图12- 5所示尺寸计算L = L + L12 式中L i 落料长度（mm）;2 冲孔长度（mm）。L将图 示尺寸代入 计算公式可得376mmL = 2 x (168 - 2 x 2 - 2 x 2)+ 2 x 2兀1(12 + 6.5兀)=65 mm因此，L=37 6 +6 5 =441mm将以 上数 值代入冲 裁力计 算公 式可得F = Lt b = 441X 1.5 X 400 = 264600（N）pb落料 卸料 力K式中卸卸料力 系数,由表 2-8 查取；Ip 落料力（N）。将数值代入卸料力 公式可得F 二 0.04 x 376 x 1.5 x 400 二 9024（N）3冲孔 推件 力F 二n K F 二n K Ltg1推p推 2bn式中一梗塞件数量（即腰圆形废料数）,取n=4；K推一推件力系数，由表2- 8查取；F p 冲孔 力 （ N） 。将数 值代 入推 件力 公式可 得第一 道工 序总 冲压 力F 二 4 X 0.055 X 65 x 1.5 x 400 二 8580(N)1F = F + F + Fz p 3 1=26460 0 + 9 024 + 85 8 0 =2 8 2204 疋 2 8 2 ( kN)选择冲压 设备时着 重考虑的主 要参 数是公称压力、 装模 高度、滑块行程 、台 面尺寸等。根据第一道工序所需的冲压力，选用公称压力为40 0 kN的压力机就完全能够满足使用要求。（2）第二道工序一一次弯形（见图12-7）该工序的冲压力包括预弯中部两角和弯曲、校正 端部两角及压料力等，这些力并不是同时发生或达到最大值的，最初只有压弯力和预弯力，滑块下降到一定 位PP置时开始压弯端部两角，最后进行校正弯曲，故最大冲压力只考虑校正弯曲力 P 2和压料力 y。校正 弯曲 力式中校正部分的投影面积m2单位面积校正（MPa）,q由表 3-1 1 查取， =100M p a。结合图12-1、图1 2-5所示尺寸计算式如下S = 34+(6834 los45。【22 12x13+6.52&=2544校正 弯曲 力P = S q =2544 x 100 = 254400（N）2PP压料力y为自由弯曲力1的30%80% 。C b 12b自由 弯曲 力 （表 3-10）2Lb式中系数C=1.2；弯 曲件 宽度b=22 mm;料厚t=15mm ；抗拉强度bb =4 OOMP a；2LP支点间距近似取 1O mm 。 将上 述数 据代 入 P 1表达 式,得:取八50%P，得压料力则第 二道 工序总冲 压力p = 1.2 x 2210.5如00 = 2376&)p y = 50% X 2376 = 1 1 8 8 * )P 二 P + P 二 254400 +1188 二 255588(N) 256(kN) z 2 Y根据第二道工序所需要的冲压力，选用公称压力为4 OOkN的压力机完全能够满足使用要求。(3)第三道工序二次弯形(见图 12-8)力P。p该工序仍需要压料，故冲压力包括自由弯曲力 p