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1、汽车连杆油封盖拉伸工艺及模具设计班级：机械034班 学号：20034410428 姓名：周灵喜 产品分析： 汽车连杆油封盖如图1所示,材料为08Al,料厚1.5mm。零件尺寸精度高,为保证密封,内表面要求光亮平整,为方便装配,端口内外均倒角。对于倒角国内厂家大都采用金属切削加工成形,生产效率和经济效益低,不利于降低生产成本。本设计采用冲压成形。图1汽车连杆油封盖2工艺分析及计算2.1冲压工艺分析 ( 1) 制件材料塑性较好,对拉伸、成形比较合适。 ( 2) 对于制件端口倒角,从工艺上首次提出利用冲压成形。如果坯件端口平齐,端口倒角可以利用冲模镦角成形,但由于板料具有方向性和凸、凹模之间的间隙不
2、均等原因,拉伸后的工件顶端一般都不平齐,为保证端口平齐需要增加修边工序。镦角采用冷镦挤压成形,而工件端口内外都需镦角,如在同一道工序上实现则出件困难,需分成两道镦角工序。( 3) 从制件形状看,属阶梯形拉伸件。阶梯形件的拉伸与圆筒形件的拉伸基本相同,其主要考虑的问题是阶梯件是否可以一次拉成。 毛坯尺寸计算采用一种新的方法,按拉伸件体积不变原则,毛坯直径D按如下公式计算: 式中:T材料体积;t材料厚度。 按图1可计算得:D=70.9mm,毛坯相对厚度为t/D100= ( 1.5/70.9) 100=2.1,按小阶梯直径得拉伸系数为m= ( 24+1.5) /70.9=0.36,查表得相应筒形件极
3、限拉伸系数为0.50,前者小于后者,可以判断不能一次拉伸成形。小阶梯直径与大阶梯直径之比d 2/d 1 =24/49=0.49,接近极限拉伸系数0.5,按阶梯形件的多次拉伸原则,先拉出小阶梯法兰件。考虑到直接在壁部修边会使模具结构复杂,成本高,不易操作,在小阶梯法兰件上修边,然后将法兰翻边拉伸大台阶,以保证端口平齐。( 4) 制件尺寸精度、同轴度要求高,内表面要求光亮平整,且圆角R0.5、R1mm较小,需要增加整形工序。 由上述分析,可初步确定工序顺序为:落料拉伸 ( 小阶梯) 修边拉伸 ( 大阶梯) 整形镦内角镦外角冲孔。从模具结构上分析,整形、拉伸和镦内角可以复合,大、小阶梯同时整形才能保
4、证同轴度要求。小阶梯落料拉伸能否一次拉伸成形需在后面进行工艺计算验证。此时工艺方案可暂定为:落料拉伸修边拉伸镦内角整形镦外角冲孔。划伤制件表面,无法满足产品要求。根据经验,上道工序直径可定为,24.2mm,圆角R1、R2mm可分别加大为R2、R3mm。按拉伸件体积不变原则,可以计算出法兰直径:D=65.5mm。考虑到零件尺寸精度及表面质量要求较高,拉伸间隙比较小,零件局部变薄较严重,可按计算值减少3%,取法兰直径为63.6mm。由此可以设计出修边工序的工序图,见图2( c) 。( 3) 按图2 ( c) 加上修边余量即可得出修边前法兰直径,根据相对法兰直径df/d=63.6/25.5=2.5;
5、df =63.6mm,查表得修边余量为单边2.5mm,修边前法兰直径为:63.6+5=68.6mm,取为69mm。即可设计出拉伸工序图,见图2 ( b) 。( 4) 图2 ( b) 为典型的带法兰筒形拉伸件,相对法兰直径:df/d=69/ ( 24.2+1.5) =2.51.3,属宽法兰件。根据图2 ( b) 可以计算零件所用毛坯直径D 0 =75.6mm,取毛坯直径为75mm。 根据毛坯的相对厚度t/D0=1.5/75=0.02及相对法兰直径df/d=2.5查表得第一次极限拉伸系数为m 1J =0.37,零件的拉伸系数m=d/D 0 =( 24.2+1.5) /75=0.34,小于极限拉伸系
6、数,不能一次拉伸成功,需进行多次拉伸。 宽法兰筒形件第一次拉伸拉成零件要求的法兰直径,在以后的拉伸工序中法兰直径保持不变,只是逐渐地缩小圆筒部分的直径。因为即使法兰直径产生很小的收缩变形,也能引起筒壁传力区过大的拉力使其不能承受而破坏,造成筒壁拉裂。 在保证第一次拉伸成形的法兰直径不再变化的前提下,第一次拉伸后得到根部与底部的圆角半径较大的中间毛坯,在以后各道拉伸工序中毛坯的高度基本保持不变,仅缩小圆筒部分的直径和圆角半径,这种方法制成的零件表面光滑平整,厚度均匀,不存在中间工序中圆角部分的弯曲与局部变薄的痕迹。 查表得第二次极限拉伸系数m 2J =0.73。初步确定各工序拉伸直径,d 1=m
7、1JD0=0.3775=27.75mm,d2=m2Jd1=0.7327.75=20.25mm从上面计算可以看出,需要两次拉伸。在多工序拉伸中,拉伸系数的选取直接影响拉伸件质量。考虑到首次拉伸后材料产生硬化,使变形区变形抗力增加,第一次拉伸选取的拉伸系数可以加大一些,直径可以加大到d 1 =34mm,此时实际第二次拉伸系数m2 =d 2/d 1 = ( 24.2+1.5) / ( 34-1.5) =0.77,大于第二次极限拉伸系数0.73,由此可见,首次拉伸直径取,34mm是合理的。为了确保第一次拉伸已形成的法兰直径在第二次拉伸工序中不再发生收缩变形,应把首次拉入凹模的毛坯面积加大3%,这些多余
8、材料在第二次拉伸中挤回到法兰部分,使法兰增厚。这样做一方面可以补偿计算上的误差及材料拉伸过程中的变厚,另一方面也便于试模时的调整。图2 ( b) 中圆筒部分材料体积的1.03倍为首次拉伸圆筒部分材料的体积,计算出首次拉伸高度h=12mm,即可设计出落料拉伸工序图,见图2( a) 。综上所述,工艺方案最终修订为:落料拉伸二次拉伸修边拉伸镦内角整形镦外角冲孔,各工序图见图2。（a） （b） （c） （d） （e） （f） 图2各工序图 根据各道工序所需的变形力、行程、模具封闭高度估算来选定设备,6道工序设备型号按工序先后依次为:JB23-63、J23-40、J23-40、JB23-100、J23-
9、40、J23-16。3模具设计 前3道工序模具,按常规结构设计,现着重介绍后3道工序模具。3.1拉伸镦角整形模设计 模具结构如图3所示,制件大阶梯部分内、外径尺寸精度都有要求,因此凸模13与凹模2的工作部分尺寸应按制件尺寸确定,则凸、凹模单边间隙为1.5mm。由上两道工序拉伸造成法兰处材料厚度变厚,从而此处料厚大于凸、凹模的单边间隙,满足拉伸间隙要求。在凸模直壁上直接做出倒角,将制件端口硬镦成形。制件小圆筒部分内径尺寸精度高、内表面要求光亮平整,由整形时模具取小间隙保证。凸模工作部分尺寸设计按制件确定,凹模按凸模取略小于料厚的间隙。此处因为间隙较小,变形产生的热量较大而易产生高温粘结,从而划伤
10、制件表面,因此此处凸模镶块采用硬质合金,以提高模具寿命,达到产品表面质量的要求。 模具工作时工件以凸模定位,上模下行,凹模接触坯件开始拉伸,随后小圆筒进入凹模,整形开始,上模继续下行,坯料接触凸模镦角倒角,材料在凹模作用下沿倒角面流动从而形成倒角,最后压到底完成整形拉伸。出件时下模用卸料板,上模用顶出器。3.2镦角模设计 镦角模镦外倒角,模具结构见图4。由于工件形状所限制,采用的方法是用压块将工件镦入由凹模8和凸模14配合而成的型腔中,从而形成外倒角。 工作时以顶出器13和凹模8定位,上模下行工件在压块的压力下进入凹模,由于型腔封闭,材料只有沿着倒角面流动形成外倒角,镦死后由顶出器13将工件托起。 凹模采用窝座定位,便于维修更换。4结束语 采用上述工艺及模具,经过调试,已试制出合格制件,投入批量生产。在该零件的开发中采用了先进高效的工艺方法冲压模具倒角,与目前普遍采用的金属切削加工成形相比,大大提高了生产效率和经济效益,并且质量稳定、成本低。还采用了先进的设计计算方法,特别是用新的拉伸毛坯直径计算方法,提高了效率,极大地缩短了开发设计周期。参考文献:1吴诗淳.冲压工艺学M.西安:西北工业大学出版社,1987.2中国机械工程学会锻压学会.锻压手册K.北京: 机械工业出版社,2002.