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钢管冲孔模设计

编辑:创始人 日期:2019-07-30 人气:1184

摘 要:通过对支撑管零件冲孔工艺进行了分析,先容了各种加工工艺的特点。根据该零件特点,提出了采用有凹模冲孔加工,并先容了模具结构及工作过程。

1 零件分析
    
支撑管是某产品的重要零件,如图1所示。材料为45钢,规格为40×3mm的无缝管,筒壁上有一个5.60+0.0075mm的孔,精度要求较高且壁厚较厚,零件表面不允许有很小的凹坑和塌陷等缺陷存在。零件生产批量较大,为年产2万件。


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2 成形件工艺分析
    
(1)钻孔加工。
    
采用钻孔加工,尽管能保证孔的尺寸精度,但生产效率低。由于该零件生产批量较大,无法满足大批量生产的要求。
    
(2)无凹模冲孔加工。
    
采用无凹模冲孔加工,尽管生产效率较高,零件的尺寸精度也能保证,但管壁上存在着的凹坑和塌陷等缺陷,而且零件壁厚较厚,凸模直径较小,凸模很容易被折断。
    
(3)有凹模冲孔加工。
    
采用有凹模冲孔加工,不但生产效率较高,而且零件的尺寸精度也能保证。零件壁厚较厚,凸模直径较小,凸模很容易被折断,在模具设计时,必须考虑使用凸模保护装置。
    
通过以上分析,由于φ5.600+0.075的孔距离零件端面较近,只有20mm,故采用有凹模冲孔加工。


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3 工艺计算
    
3.1 模具工作部分尺寸计算
    
(1)凸凹模冲裁间隙。
    
凸凹模冲裁间隙一般按下式计算:
    
Z=Kt
    
式中
    
Z——凸凹模冲裁间隙,mm
    
K——系数,对于45钢,K=0.08
    
t——材料厚度,mm
    
将以上数值代入得,凸凹模冲裁间隙Z=0.24mm。
   
(2)模具工作部分尺寸计算。
    
冲孔凸模尺寸:


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冲孔凹模尺寸:


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 3.2 冲裁力计算
 
(1)冲裁力计算。
   
 冲裁力按下式计算:
    
式中
    
P——冲裁力,N
    
d——冲孔直径,mm
    
t——材料厚度,mm
    
τ——材料的抗剪强度(MPa)。查资料,对于45钢,τ=549MPa
    
将以上数值代入得:
    
(2)推件力计算。
    
推件力按下式计算:
    
P1=nK1P
    
式中
    
P1——推件力,N
    
P——冲裁力,N
    
n——同时梗塞在凹模内的废料数,n=h/t
    
t——材料厚度(mm)
   
h——圆柱形凹模型腔高度(mm)
    
K1——推件力系数,查资料,推件力系数K1=0.045
    
将以上数值代入得:
    
P1=4 x 0..045 x 37649=6776.8N=6.77kN
    
总作用力:
    
F1=P+P1=37.6+6.77kN
    
故选用JB23-63压力机。


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4 模具结构及工作过程
    
4.1 模具结构
    
根据零件结构,设计冲孔模具如图2所示。
    
4.2 模具工作过程
    
将模具置于压力机工作台上,将待冲孔的工件套在芯轴14上,并使工件端面顶紧芯轴14上的定位部分,同时工件通过作用在挡块16上的弹力,使工件内表面最高点与芯轴14紧密接触。压力机滑块向下运动,模具的上模部分随之向下运动,凸模6开始接触工件,随着上模部分继续向下运动,凸模6与凹模4共同作用,完成冲孔工作。上模部分回程,工件上从凸模6上卸下,当上模部分向上运动到极限位置后,将工件从芯轴14上卸下,完成一个工作循环。
    
5 模具设计
    
5.1 凹模设计
    
为了保证冲裁力均匀,凹模端面必须与工件的内表面充分接触,故将凹模端面设计成圆弧形。凹模如图3所示。
    
凹模材料的选用Cr12MoV制造,热处理硬度58~62HRC。
    
凹模与芯轴按H7/m6配合,采用该结构不仅简化了凹模加工工序,而且节省了冷作模具材料,同时,也方便了凹模维修。
    
尺寸34±0.095mm,由凹模与芯轴装配后一起磨削加工来保证。
    
5.2凸模设计
    
由于冲孔直径较小,必须对冲孔凸模进行压应力和弯曲应力校核,检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。经校核,凸模自由长度超过允许最大自由长度,必须采取对冲孔凸模增加保护装置的措施。冲孔凸模保护套常用的有两种:扇形槽式凸模保护套、简易凸模保护套。扇形槽式凸模保护套虽然能较好地保护冲小孔,但凸模结构复杂,加工要求高。简易凸模保护套具有结构简单,加工简单、方便。根据以上分析,决定选用带简易凸模保护套的冲小孔模具。凸模如图4所示,保护套如图5所示。

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凸模和保护套选用Cr12MoV制造,凸模热处理硬度60~64HRC;保护套热处理硬度55~58HRC。


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 5.3 芯轴的设计
 
芯轴是模具的重要零件之一,在工作过程中,它承受偏心载荷的作用。为保证冲孔工作的顺利进行,必须保证芯轴具有一定的刚度,故芯轴选用40Cr材料制造,调质处理240~280HB。为保证定位部分具有较高的耐磨性,定位部分须进行高频表面淬火,淬火50~55HRC。芯轴如图6所示。


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6 结束语
   
采用上述模具,生产出的支撑管,完全满足产品图的要求,生产效率高,冲孔凸模使用寿命较高,零件的生产成本低,取得了较好的经济效益和社会效益。

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