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鋼管沖孔模設計

作者:創(chuàng )始人 日期:2019-07-30 人氣:3944

摘 要:通過(guò)對支撐管零件沖孔工藝進(jìn)行了分析,介紹了各種加工工藝的特點(diǎn)。根據該零件特點(diǎn),提出了采用有凹模沖孔加工,并介紹了模具結構及工作過(guò)程。

1 零件分析
    
支撐管是某產(chǎn)品的重要零件,如圖1所示。材料為45鋼,規格為40×3mm的無(wú)縫管,筒壁上有一個(gè)5.60+0.0075mm的孔,精度要求較高且壁厚較厚,零件表面不允許有很小的凹坑和塌陷等缺陷存在。零件生產(chǎn)批量較大,為年產(chǎn)2萬(wàn)件。


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2 成形件工藝分析
    
(1)鉆孔加工。
    
采用鉆孔加工,盡管能保證孔的尺寸精度,但生產(chǎn)效率低。由于該零件生產(chǎn)批量較大,無(wú)法滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)的要求。
    
(2)無(wú)凹模沖孔加工。
    
采用無(wú)凹模沖孔加工,盡管生產(chǎn)效率較高,零件的尺寸精度也能保證,但管壁上存在著(zhù)的凹坑和塌陷等缺陷,而且零件壁厚較厚,凸模直徑較小,凸模很容易被折斷。
    
(3)有凹模沖孔加工。
    
采用有凹模沖孔加工,不但生產(chǎn)效率較高,而且零件的尺寸精度也能保證。零件壁厚較厚,凸模直徑較小,凸模很容易被折斷,在模具設計時(shí),必須考慮使用凸模保護裝置。
    
通過(guò)以上分析,由于φ5.600+0.075的孔距離零件端面較近,只有20mm,故采用有凹模沖孔加工。


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3 工藝計算
    
3.1 模具工作部分尺寸計算
    
(1)凸凹模沖裁間隙。
    
凸凹模沖裁間隙一般按下式計算:
    
Z=Kt
    
式中
    
Z——凸凹模沖裁間隙,mm
    
K——系數,對于45鋼,K=0.08
    
t——材料厚度,mm
    
將以上數值代入得,凸凹模沖裁間隙Z=0.24mm。
   
(2)模具工作部分尺寸計算。
    
沖孔凸模尺寸:


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沖孔凹模尺寸:


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 3.2 沖裁力計算
 
(1)沖裁力計算。
   
 沖裁力按下式計算:
    
式中
    
P——沖裁力,N
    
d——沖孔直徑,mm
    
t——材料厚度,mm
    
τ——材料的抗剪強度(MPa)。查資料,對于45鋼,τ=549MPa
    
將以上數值代入得:
    
(2)推件力計算。
    
推件力按下式計算:
    
P1=nK1P
    
式中
    
P1——推件力,N
    
P——沖裁力,N
    
n——同時(shí)梗塞在凹模內的廢料數,n=h/t
    
t——材料厚度(mm)
   
h——圓柱形凹模型腔高度(mm)
    
K1——推件力系數,查資料,推件力系數K1=0.045
    
將以上數值代入得:
    
P1=4 x 0..045 x 37649=6776.8N=6.77kN
    
總作用力:
    
F1=P+P1=37.6+6.77kN
    
故選用JB23-63壓力機。


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4 模具結構及工作過(guò)程
    
4.1 模具結構
    
根據零件結構,設計沖孔模具如圖2所示。
    
4.2 模具工作過(guò)程
    
將模具置于壓力機工作臺上,將待沖孔的工件套在芯軸14上,并使工件端面頂緊芯軸14上的定位部分,同時(shí)工件通過(guò)作用在擋塊16上的彈力,使工件內表面最高點(diǎn)與芯軸14緊密接觸。壓力機滑塊向下運動(dòng),模具的上模部分隨之向下運動(dòng),凸模6開(kāi)始接觸工件,隨著(zhù)上模部分繼續向下運動(dòng),凸模6與凹模4共同作用,完成沖孔工作。上模部分回程,工件上從凸模6上卸下,當上模部分向上運動(dòng)到極限位置后,將工件從芯軸14上卸下,完成一個(gè)工作循環(huán)。
    
5 模具設計
    
5.1 凹模設計
    
為了保證沖裁力均勻,凹模端面必須與工件的內表面充分接觸,故將凹模端面設計成圓弧形。凹模如圖3所示。
    
凹模材料的選用Cr12MoV制造,熱處理硬度58~62HRC。
    
凹模與芯軸按H7/m6配合,采用該結構不僅簡(jiǎn)化了凹模加工工序,而且節省了冷作模具材料,同時(shí),也方便了凹模維修。
    
尺寸34±0.095mm,由凹模與芯軸裝配后一起磨削加工來(lái)保證。
    
5.2凸模設計
    
由于沖孔直徑較小,必須對沖孔凸模進(jìn)行壓應力和彎曲應力校核,檢查其危險斷面尺寸和自由長(cháng)度是否滿(mǎn)足強度要求。經(jīng)校核,凸模自由長(cháng)度超過(guò)允許最大自由長(cháng)度,必須采取對沖孔凸模增加保護裝置的措施。沖孔凸模保護套常用的有兩種:扇形槽式凸模保護套、簡(jiǎn)易凸模保護套。扇形槽式凸模保護套雖然能較好地保護沖小孔,但凸模結構復雜,加工要求高。簡(jiǎn)易凸模保護套具有結構簡(jiǎn)單,加工簡(jiǎn)單、方便。根據以上分析,決定選用帶簡(jiǎn)易凸模保護套的沖小孔模具。凸模如圖4所示,保護套如圖5所示。

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凸模和保護套選用Cr12MoV制造,凸模熱處理硬度60~64HRC;保護套熱處理硬度55~58HRC。


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 5.3 芯軸的設計
 
芯軸是模具的重要零件之一,在工作過(guò)程中,它承受偏心載荷的作用。為保證沖孔工作的順利進(jìn)行,必須保證芯軸具有一定的剛度,故芯軸選用40Cr材料制造,調質(zhì)處理240~280HB。為保證定位部分具有較高的耐磨性,定位部分須進(jìn)行高頻表面淬火,淬火50~55HRC。芯軸如圖6所示。


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6 結束語(yǔ)
   
采用上述模具,生產(chǎn)出的支撐管,完全滿(mǎn)足產(chǎn)品圖的要求,生產(chǎn)效率高,沖孔凸模使用壽命較高,零件的生產(chǎn)成本低,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

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