轴承套零件成形工艺及模具设计

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轴承套零件成形工艺及模具设计衡阳财经工业职业技术学院机械工程系 (湖南 421 001) 文建平如图1所示，零件材料08钢，年产量80万件。 的拉深尺寸如图2所示。确定零件的工艺尺寸主要其是 双合金轴承的基体零件 ，在 内表面烧结CuPblOSnlO材料的钢铜合金产 品。双合金轴承适用于高载低速下的亿运动 、旋图1 轴承套零件转运动，具有较好的抗疲劳强度和承载能力，摩擦因数低，耐磨性能好，使用寿命长，抗咬合性能好等特点。

-、 冲压工艺性分析08钢为碳素钢，强度、硬度很低，韧性、塑性极高，具有良好的拉深、弯曲及镦粗等冷加工性能和良好的焊接性。但时效敏感性、淬硬性及淬透性极低」拉强度 b≥325MPa，屈服强度 。≥196MPa，伸长率 5≥33%。

零件形状为有凸缘的开 口筒形件。内孔直径24mm精度等级为IT9，在冲压生产中精度要求较高，其他尺寸均为 自由公差，精度等级取IT14。

凸缘与筒壁圆角半径为lmm，小于2t(f为材料厚度)，-次拉深较困难，为保证内孔直径24mm的尺寸精度与凸缘和筒壁圆角半径，需要整形工序。

零件高度14mm，经过工艺估算：-次冲孔、翻边成形，金属材料变形程度较大，会造成孔的I：1部开裂，因此需要先进行拉深 ，再进行冲孔、翻边来保证零件的高度尺寸。综上分析，冲压加工该零件的基本工序为落料-拉深-冲孔-翻孔-整形。

二 工艺计算根据轴承套零件图样，经初步估算，确定零件包括拉深工艺计算和翻孔工艺计算。

。 IJl丝 l Il l- 图2 轴承套零件拉深工序尺寸1.拉深工艺计算(1)零件毛坯尺寸的确定 由于零件相对高度H/d8.5/(241.5)0.331：L较小 (日为零件的高度，d为拉深件筒形部分直径)，因此拉深时不考虑切边余量。

任何形状旋转体拉深件的坯料尺寸可用久里金法则求出：A2兀RxL式中 --旋转体面积；- - 旋转体母线重心到旋转轴线的距离 (又称旋转半径)；L--旋转体母线长度。

如图3所示，根据拉深前后面积相等的原则，坯料直径按下式求出，式中D为坯料直径：-D-2： 2 7cR L4D，/8R三以AutoCAD软件为例，计算R 、L的主要过程如下：按1：1比例绘制零件的半截面、截面中间线并画出零件的旋转中心线，将坐标原点放置在旋转中心线上，零件的半截面组合成面域，截面的中间线编辑成多线段，如图3所示。使用下拉菜单命令：医Forming参磊 整 57 Forming工具-查询-面域/质量特性即可查询出半截面的重心坐标为 12.601 1、 yY7.494 7，这里的 坐标即是旋转体母线重心到旋转轴线的距离。使用下拉菜单命令：工具-查询x图3 零件毛坯尺寸- - 'U表显示即可查询出截面的中间线长度，这就是旋转体母线长度L。坯料直径 为：D ：，/-8x12.601l-x29.851854.86(mm)(2)拉深次数确定 图2为-个典型的凸缘件拉深。拉深次数主要由零件总拉深系数和凸缘圆筒形件相对高度决定。

凸缘零件总拉深系数为：.： ： ： 0.46m u - D 54.86凸缘圆筒形件相对高度为：旦：旦 ：0.33d 241.5查手册，零件的极限拉深系数为0.45，零件的极限相对高度为0.42～0.51。因为零件的实际拉深系数大于极限拉深系数，且零件的实际相对高度小于极限相对高度，所以零件只需-次拉深。

(3)拉深力的计算 拉深力为： Kndtcrblx3.14×(241.5)x1.5x39046840.95(NJ式中 --拉深力 (N)；材料厚度 (mm)；o --材料的抗拉强度 (MPa)。

2.翻孔工艺计算(1)翻孔前预制孔的计算 先拉深后翻孔的高度h计算如图4所示。

- 图4 翻孔前预制孔由图4可知：h14-(8.5-2)7.5(mm)翻孔前预制孔do为：dod1.14r-2h241.51.14x2-2x7.512.78(mm)(2)翻孔变形程度的校验 主要是保证翻孔时58 lg粤SO謦.co辱m雠 参磊 . 热加工 ，。。。

孔 口部不开裂。由于翻孔时变形区材料受切向和径向两个方向拉应力的作用，其中切向拉应力是主应力，在材料孔 口处，切向拉应力最大。因此最容易产生的质量问题是孔IEl边缘拉裂。为保证零件口部不被拉裂，应控制好实际翻孔的变形程度。翻孔时的变形程度用翻孔系数 表示。 值越小变形程度越大，-般要保证零件的实际翻孔系数大于极限翻孔系数，才能保证零件口部不被拉裂。

零件的实际翻孔系数为：Kdo/d12.78/(241.5 0.51采用圆柱形平底凸模，冲孔时的极限翻孔系数为0.5。因为实际的翻孔系数大于极限翻孔系数 ，所以零件能翻孔成功，但由于接近极限翻孔系数，口部有点变保(3)翻孔力的计算 翻孔力为：F1.1n(d-do)幻 1.1x3.14x(241.5-12.78)x1.5×196 12916.85(N)式中 为材料的屈服极限 (MPa)。

根据以上计算的工艺尺寸，加工轴套零件的工序尺寸如图5所示。

! Il l k L 2 i50图5 轴承套零件基本工序三、模具设计1.落料拉深冲孑L翻边模具为减少各道工序的定位误差，保证零件内外形相对位置精度，减少模具的数量，降低生产成本，将落料、拉深、冲孔、翻边工序进行合并，设计了落料拉深冲孔翻边复合模，模具装配如图6所示，落料拉深工序如图7所示。

图6 落料拉深冲孔翻边模具1.下模座 2.弹簧固定圈 3.固定板 4.翻孔冲孔凸凹模5.顶件块 6.卸料板 7l中孔凸模 8周 定圈 9.套 10.上模座11.模柄 12.打杆 13.连接推杆 14.导柱 15.冲孔凸模垫圈l6.推件块 l7.落料拉深凸凹模 18.导套 19.落料凹模20.托杆 21.拉杆 22.弹簧条料送入卸料板6导料槽内，利用挡料销保证送料步距。随着上模下行，落料拉深凸凹模 17与落料凹模19落料 ，落料拉深凸凹模17与翻孔冲孔凸凹模4对落料的工序件进行拉深 ，顶件块 5此时起压边圈作用 。拉深到规定尺寸后，翻孔冲孔凸凹模4与冲孔凸模7完成拉深冲孔，冲孔完成后 ，翻孔冲孔凸凹模4与落料拉深凸凹模17对拉深件进行翻边 。在这-过程中，顶件块5推动托杆20，托杆20推动弹簧固定8 妙< 0 t/%1/ / 57 .86图7 落料拉深工序圈2，压缩弹簧22，为顶件做好准备～零件成形后，上模上行，弹簧22作用顶件块5将箍在翻孔冲孔凸凹模4上的零件顶出，上模继续上行，安装在压力机上的打料横杆推动打杆l2，打杆12推动连接推杆13，连接推杆13推动推件块16，将零件从落料拉深凸凹模17中推出，零件下落的过程利用压缩空气，吹出模具外。

由于拉深力远大于翻边力，因此只要零件完成冲孔，拉深将转化为翻边，同时，拉深尺寸将由冲孔凸模的位置决定，模具设计了冲孔凸模垫圈15与套9用于调整冲孔凸模的位置。

2.整形模具经过落料、拉深、冲孔、翻边工序后，为了保证零件的内孔尺寸精度和圆角R1尺寸，零件需要进行整形，轴套整形模如图8所示。

图8轴承套整形模1.下模座 2.导柱 3.凸模固定圈 4.顶杆 5.卸料板6.凸模 7.套 8.模座 9.固定圈 lO.凹模l1.打杆帽 12.模柄 13.打杆送入工件 ，利用凸模6与工件中心孔定位。上模下行 ，凹模l0与卸料板5将工件压紧，并将工件带进凸模6，实现对内孔与圆角的整形，在模具到达下限点时，对工件进行校正，保证圆角尺寸，在这个过程中，压缩弹顶器弹簧。上模上行，弹顶器弹簧的弹力通过顶杆4作用于卸料板5，将工件从凸模6上顶出，上撵到上止点时，压力机上的打料横杆作用于模具打杆13，将工件从凹模中推出，零件下落的过程利用压缩空气，吹出模具外。

四、结语通过对轴承套零件的工艺分析与计算，确定了轴承套零件的冲压加工方案：采用落料拉深冲孔翻边复合模设计，用整形方法保证零件的尺寸精度。

经过生产实践验证，冲压生产成本得到降低，设计的模具结构合理 ，产品质量好，对于类似零件的模具设计有-定的参考价值。MWr20121205)医Forming参磊 . 热加工 热处理 耆 59ww.megolworkln/。 a m