汽缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì)3

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1、 氣缸蓋罩組合沖壓復(fù)合模具設(shè)計(jì) 摘 要 冷沖壓是一種常用的機(jī)械制造工藝，其材料利用率高，生產(chǎn)率高。當(dāng)前柴油機(jī)氣缸蓋罩的材料均使用板件代替原先的鑄鋁件。為了提高其加工效率，降低生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)了一套精拉深模具和一套沖孔切邊復(fù)合模，并對(duì)其進(jìn)行板件沖壓成形工藝分析與沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬其成形過(guò)程，并根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，改變坯料尺寸及形狀、壓邊力和凸凹模圓角半徑等工藝參數(shù)。設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先分析了零件的外形特征及工藝性，安排了成形工藝，計(jì)算了相關(guān)參數(shù)及工作尺寸

2、，選擇了沖壓設(shè)備，進(jìn)行了模具的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再利用三維設(shè)計(jì)軟件 Solidworks 完成了拉深、切邊模具和零件的幾何形狀造型，并運(yùn)用dynaform仿真軟件對(duì)沖壓過(guò)程進(jìn)行了模擬。通過(guò)分析得到的成形極限圖，找出了模具設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，通過(guò)修改模具結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)，使問(wèn)題得以改善。 關(guān)鍵詞：氣缸蓋罩，沖壓成形，拉深模具，沖孔模具 ,分析 I Abstract Stamping is a kind of common mechanical manufacturing process with high material utilization and high produ

3、ctivity.At present ,The panel substituted the original aluminum cast part.In order to reduce the cost of the diesel engine cylinder head cover.First ,In view of the structural characteristics of the part ,we put forward the forming process. Then we calculated the structural parameters and size, sele

4、cted the stamping equipment and specified the structure of the mold. During the design process, Firstly ,In view of the structural characteristics of the part ,we put forward the forming process. Then we calculated the structural parameters and size, selected the stamping equipment and specified the

5、 structure of the mold. Lastly we use a three-dimensional design software called Solidworks to complete the structure design of the mold and its parts ,and we also use Dynaform software to simulate the real stamping process. By checking and analyzing the FLD diagram, we found some defects in design.

6、 Lastly, by modifying the mold design ,those defects has been solved. Keywords：cylinder head cover，deep drawing die, punching die，Dynaform I 目錄 摘 要 I Abstract II 目錄 III 第一章 緒論 1 1.1 課題的研究背景與意義 1 1.2 課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 1.3 課題主要設(shè)計(jì)任務(wù) 2 1.4 課題主要設(shè)計(jì)步驟 2 第二章 沖壓工藝與沖壓設(shè)備 5 2.1 沖壓工藝 5 2.2沖壓材

7、料 8 2.2.1沖壓材料的選取原則 8 2.2.2材料中主要元素對(duì)沖壓性能影響 10 2.3模具材料 10 2.4 冷沖壓變形原理 11 2.4.1 塑性變形、變形抗力的概念 11 2.4.2 影響金屬塑性和變形抗力的因素 11 2.4.3 沖壓成形的應(yīng)力和應(yīng)變 12 2.4.4 塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系 15 2.4.5 冷沖壓成形中的硬化現(xiàn)象 15 2.5 沖壓設(shè)備 17 2.5.1 常用的壓力機(jī)類型 17 2.5.2 冷擠壓用壓力機(jī)的要求 17 2.5.3 選用沖壓設(shè)備準(zhǔn)則 18 3.1 精拉深模具設(shè)計(jì) 19 3.1.1 沖壓工藝分析 19 3.1

8、.2 沖壓工藝方案制定 20 3.1.3 模具總體設(shè)計(jì) 25 3.1.4 主要零部件設(shè)計(jì) 26 3.2 切邊沖孔復(fù)合模的設(shè)計(jì) 33 3.2.1 沖壓工藝分析 33 3.2.2 工藝方案制定 34 3.2.3 模具總體設(shè)計(jì) 37 3.2.4 主要零部件設(shè)計(jì) 38 第四章 模具的三維實(shí)體造型 43 4.1 三維造型基礎(chǔ) 43 4.2 Solidworks簡(jiǎn)介 43 4.3 精拉深模具的三維造型 44 4.4 切邊、沖孔復(fù)合模具的三維造型 45 第五章 數(shù)值模擬及設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化 46 5.1 Dyna-form 46 5.1.1 Dyna-form簡(jiǎn)介 46 5.1.2

9、 模擬分析過(guò)程 48 5.1.3 分析結(jié)果及問(wèn)題解決 50 5.2 SimulationeXpress 51 5.2.1 SimulationeXpress簡(jiǎn)介 51 5.2.2模擬分析過(guò)程 52 第六章 總 結(jié) 54 致 謝 55 參考文獻(xiàn) 56 III 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1 課題的研究背景與意義 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來(lái)越大，技術(shù)要求也越來(lái)越高。模具種類繁多，但其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿足大量需要，又有較高技術(shù)含量，特別是目前國(guó)內(nèi)尚不能自給，需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)

10、壽命模具。我國(guó)雖然很早就開(kāi)始制造模具和使用模具，但長(zhǎng)期未形成產(chǎn)業(yè)。直到20世紀(jì)80年代后期，中國(guó)模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年，不僅國(guó)有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個(gè)體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在：大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命、中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快。 模具技術(shù)集合了機(jī)械、電子、化學(xué)、光學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)、精密監(jiān)測(cè)和信息網(wǎng)絡(luò)等諸多學(xué)科，是一個(gè)綜合性多學(xué)科的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密

11、、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無(wú)圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營(yíng)國(guó)際化的方向發(fā)展。隨著技術(shù)的發(fā)展，冷沖壓模具的相關(guān)技術(shù)也得到了不少的發(fā)展。首先，模具的發(fā)展朝著高效，簡(jiǎn)易，多功能，高壽命，高精度的方向發(fā)展。其次，隨著模具CAD和CAM技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，模具CAD/CAM系統(tǒng)已在技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家完全實(shí)用化，并且沖壓過(guò)程的計(jì)算機(jī)分析和仿真技術(shù)已能在工程實(shí)際中幫助解決傳統(tǒng)方法難以解決的模具設(shè)計(jì)和沖壓工藝設(shè)計(jì)難題，如拉裂預(yù)測(cè)，回彈計(jì)算和起皺預(yù)測(cè)等。再次，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)

12、在模具行業(yè)中的應(yīng)用，使塑性成形加工設(shè)備向數(shù)控的方向發(fā)展。目前已開(kāi)發(fā)出CNC壓力機(jī)，CNC彎板機(jī)，CNC液壓彎管機(jī),CNC剪板機(jī)等設(shè)備。 1.2 課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題主要的研究?jī)?nèi)容是氣缸蓋罩沖壓模具的設(shè)計(jì)與分析，對(duì)模具進(jìn)行三維造型。圖1-1為氣缸蓋罩拉深成型零件的實(shí)體圖： 圖1-1 氣缸蓋罩 氣缸蓋罩成型件的長(zhǎng)540mm，寬135mm，高85mm，料厚為2.0mm。為提高氣缸蓋罩拉深成型件的強(qiáng)度和剛性，其螺孔及標(biāo)牌周圍增加了很多凹凸圓弧形的加強(qiáng)筋，頂面角度為12°的斜面，四個(gè)Φ20的螺栓孔（用于與缸蓋的聯(lián)結(jié)）和一個(gè)Φ40的加油口，底面為一彎曲翻邊。 1.3 課題主

13、要設(shè)計(jì)任務(wù) ⒈設(shè)計(jì)出氣缸蓋罩精拉深模具的裝配圖，沖孔切邊復(fù)合模裝配圖，及模具主要零件的零件圖； ⒉用Solidworks對(duì)精拉深模具及復(fù)合模的各個(gè)進(jìn)行三維造型，并進(jìn)行裝配； ⒊對(duì)設(shè)計(jì)的模具零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行dynaform分析，并對(duì)其進(jìn)行完善和優(yōu)化。 1.4 課題主要設(shè)計(jì)步驟 1.4.1 沖壓件工藝設(shè)計(jì) （一）沖壓件工藝分析 1.技術(shù)分析（審查沖壓件的工藝性） 分析沖壓件成形的結(jié)構(gòu)工藝性沖壓件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合沖壓工藝要求； 2.經(jīng)濟(jì)分析（沖壓件的成本分析 ） 闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟(jì)效益。由于缺乏必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析難度較大，因此不進(jìn)

14、行此項(xiàng)分析。 （二）沖壓工藝方案制定 1.必要的工藝計(jì)算 毛坯的展開(kāi)尺寸計(jì)算和必要的其他工藝計(jì)算； 2.確定沖壓工序的性質(zhì) 對(duì)產(chǎn)品圖進(jìn)行計(jì)算、分析、比較后確定所需的工序性質(zhì)； 3.確定沖壓工序的數(shù)量 結(jié)合工件形狀的復(fù)雜程度，尺寸精度及材料性能，生產(chǎn)批量等多種因素的影響和制約來(lái)對(duì)工序進(jìn)行把握； 4.確定工序順序 沖壓順序取決于沖壓成型規(guī)律和工件的質(zhì)量要求。 （三）沖壓工序的定位于沖壓設(shè)備的選擇 合理選擇定位基準(zhǔn)和定位方法是保證沖壓件質(zhì)量和尺寸精度的基本條件，也直接影響操作和安全；設(shè)備類型的選擇主要取決于沖壓工藝要求和生產(chǎn)批量。 （四）編寫(xiě)沖壓工藝過(guò)程卡 根據(jù)工藝分析編寫(xiě)沖壓工藝

15、過(guò)程卡。 1.4.2 模具設(shè)計(jì) （一）模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.確定模具的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)沖壓工藝卡中選定的模具類型，確定模具的具體結(jié)構(gòu)形式； 2.初定模具的外形尺寸 確定的模具外形尺寸必須與壓力機(jī)規(guī)格相協(xié)調(diào)； 3.繪制模具的結(jié)構(gòu)草圖以備審定 草圖通常按模具工作位置在閉合狀態(tài)時(shí)繪制。 （二）模具主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定工作零件、定位零件、卸料零件、導(dǎo)向零件的結(jié)構(gòu)形式及固定方法。 （三）模具總裝配圖和零件圖的繪制 繪制模具圖應(yīng)盡量采用1:1的比例，直觀性好，便于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；繪圖時(shí)遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械制圖規(guī)定，在不違反制圖標(biāo)準(zhǔn)的前提下按照模具行業(yè)的習(xí)慣和特殊規(guī)定的繪制方法作圖。

16、（四）運(yùn)用模擬仿真軟件分析 （五）編寫(xiě)模具設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 記錄模具設(shè)計(jì)的過(guò)程與相關(guān)說(shuō)明。 29 第二章 沖壓工藝與沖壓設(shè)備 第二章 沖壓工藝與沖壓設(shè)備 沖壓成形所用的板料毛坯的幾何形狀的特點(diǎn)和所用設(shè)備與模具的特殊性，使沖壓成形除具有塑性加工普遍存在的特點(diǎn)和遵循其一般的變形規(guī)律外，它還具有一些與一般的壓力加工不同的特點(diǎn)與獨(dú)特的規(guī)律。對(duì)這些特點(diǎn)與規(guī)律的研究不僅有助于深入而清晰地認(rèn)識(shí)沖壓成形過(guò)程的本質(zhì)和各種現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，掌握變形規(guī)律，科學(xué)而合理地制定沖壓工藝過(guò)程，確定合理的工藝參數(shù)與模具參數(shù)，而且還可以準(zhǔn)確而迅速地分析沖壓成形過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷與不良現(xiàn)象發(fā)生的原因。另

17、外，對(duì)這些問(wèn)題的研究，還能夠推動(dòng)沖壓技術(shù)與理論工作的進(jìn)步。 2.1 沖壓工藝 2.1.1 沖壓工藝介紹 沖壓成形是塑性加工的一種方法，是指在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。它也是利用材料的塑性變形能力，改變其幾何形狀與尺寸，從而達(dá)到?jīng)_壓成形的目的。 沖壓件坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過(guò)沖壓制成成品。汽車的車身、底盤(pán)、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機(jī)械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有

18、大量沖壓件。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。與鑄件、鍛件相比，沖壓件具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達(dá)微米級(jí)，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、凸臺(tái)等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。是一種高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級(jí)進(jìn)模，可在一臺(tái)壓力機(jī)上完成多道沖壓工序，實(shí)現(xiàn)由帶料開(kāi)卷、矯平、沖裁，到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 2.1.2 沖壓工藝的種類 （一

19、）沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。 1.分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求； 2.成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件； 3.在實(shí)際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 （二）按照沖壓時(shí)的溫度情況有冷沖壓和熱沖壓兩種方式。 這取決于材料的強(qiáng)度、塑性、厚度、變形程度以及設(shè)備能力等，同時(shí)應(yīng)考慮材料的原始熱處理狀態(tài)和最終使用條件。 1.冷沖壓 金屬在常溫下的加工，一般適用于厚度小于4mm的坯料。優(yōu)點(diǎn)為不需加

20、熱、無(wú)氧化皮，表面質(zhì)量好，操作方便，費(fèi)用較低。缺點(diǎn)是有加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)使金屬失去進(jìn)一步變形能力。冷沖壓要求坯料的厚度均勻且波動(dòng)范圍小，表面光潔、無(wú)斑、無(wú)劃傷等。 2.熱沖壓 將金屬加熱到一定的溫度范圍(表2-1)的沖壓加工方法。優(yōu)點(diǎn)為可消除內(nèi)應(yīng)力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低變形抗力，減少設(shè)備的動(dòng)力消耗。沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對(duì)沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無(wú)斑、無(wú)疤、無(wú)擦傷、無(wú)表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻，無(wú)明顯方向性；均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。 在實(shí)際生產(chǎn)中，常用與沖壓過(guò)程近似的工藝性試驗(yàn)，如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖

21、壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。 表2-1 常用材料熱沖壓的溫度范圍 材料牌號(hào) 熱沖壓溫度（℃） 加熱 終止≥ Q235-A，15，20，25g，22g 900～1050 700 16Mn,16MnRE,15MnV, 950～1050 750 15MnVRE,15MnTi,14MnMoV, 950～1050 750 18MnMoNb,18MnMoNbRE, 950～1050 750 15MnVN,15MnVNRE 950～1050 750 Cr5Mo,12CrMo,15CrMo 900～1000 750 4MnMoVBR

22、E, 1050～1100 850 12MnCrNiMoVCu 1050～1100 850 14MnMoNbB 1000～1100 750 0Cr13,1Cr13 1000～1100 850 1Cr18Ni9Ti,12Cr1MoV 950～1100 850 黃銅H62，H68 600～700 400 鋁及其合金L2，LF2，LF21 350～400 250 鈦 420～560 350 鈦合金 600～840 500 2.2沖壓材料 2.2.1沖壓材料的選取原則 沖壓材

23、料與沖壓生產(chǎn)的關(guān)系相當(dāng)密切。材料質(zhì)量的好壞直接影響到?jīng)_壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、沖壓件質(zhì)量、產(chǎn)品使用壽命和沖壓件成本：沖壓件材料費(fèi)用往往要占沖件成本的60% -80%。因此，一方面應(yīng)提高沖壓件結(jié)構(gòu)的工藝性以改善沖壓過(guò)程的變形條件，來(lái)降低對(duì)材質(zhì)的要求，另一方面又需要提高和穩(wěn)定材料質(zhì)量，以適應(yīng)沖壓過(guò)程的變形要求，生產(chǎn)出優(yōu)良的沖壓件。 一般來(lái)說(shuō)，沖壓用材料應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求： 1)．良好的使用性能 從不同產(chǎn)品的使用性能出發(fā)，對(duì)材料的力學(xué)性能、物理性能等提出了各種要求，例如：機(jī)械和儀器制造等零件著重要求機(jī)械強(qiáng)度、剛度和沖擊韌度；化學(xué)和醫(yī)療儀器零件著重要求耐腐蝕性；飛機(jī)和宇航飛行器等零件著重要求傳熱和耐熱性

24、能；汽車、摩托車等零件著重于表面質(zhì)量；運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)機(jī)械等零件著重于耐磨和耐久性。 2)．良好的沖壓性能 材料的沖壓性能是指材料對(duì)各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。包括便于加工，容易得到高質(zhì)量和高精度的沖壓件，生產(chǎn)率高（一次沖壓工序的極限變形程度大），模具壽命長(zhǎng)．不產(chǎn)生廢品等。由于各種不同的沖壓加工方法其應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)不同，對(duì)沖壓用沖壓材料的性能要求也不一樣。 （1）材料的塑性 在變形區(qū)部位，材料內(nèi)部應(yīng)力主要是拉應(yīng)力，其變形主要是伸長(zhǎng)和厚度減薄。當(dāng)主要變形部位超過(guò)成形極限時(shí)，使會(huì)引起破裂。因此，要求材料應(yīng)有良好的塑性和塑性變形的穩(wěn)定性。塑性好的材料，允許的成形極限大，這樣可減少工序，減少

25、因材質(zhì)不良而產(chǎn)生的廢品、次品。 影響材料塑性的因素是化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能。其中含碳量對(duì)材料塑性影響最大，一般認(rèn)為含碳量不超過(guò)0.05%一0.15%的低碳鋼具有良好的塑性。常用沖壓材料牌號(hào)有：08, 08F, 08 Al , 10等，其中以08 Al的塑性最好。因此，對(duì)形狀復(fù)雜的汽車覆蓋件和摩托車油箱以及對(duì)材料強(qiáng)度要求不高的復(fù)雜拉深零件，多采用塑性很好的08 Al鋼板加工。鋼板的晶粒大小對(duì)塑性影響甚大。晶粒大，則塑性降低，在沖壓成形時(shí)，不僅容易產(chǎn)生破裂，而且制件表面還容易產(chǎn)生粗糙的桔皮，對(duì)后續(xù)的拋光、電鍍、涂漆等工序帶來(lái)不利的影響。若晶粒過(guò)細(xì)，則回彈現(xiàn)象增加。因此，鋼板的晶粒大小應(yīng)適中

26、。復(fù)雜拉深用的冷軋薄鋼板，其晶粒度6一8級(jí)，中板為5一7級(jí)，且相鄰級(jí)別不超過(guò)2級(jí)。 材料塑性的好壞，通常用伸長(zhǎng)率、冷彎試驗(yàn)中的彎心直徑和杯突試驗(yàn)值來(lái)表示。 伸長(zhǎng)率、杯突試驗(yàn)值越大，彎心直徑越小，則材料塑性越好。 (2)材料的抗壓失穩(wěn)起皺能力 在變形區(qū)部位，當(dāng)材料內(nèi)部主典是壓縮應(yīng)力時(shí)，如直壁零件的拉深、縮口及外凸曲線翻邊等，其變形主要是壓縮，厚度增加，這時(shí)容易產(chǎn)生失穩(wěn)。因此，在要求材料具有良好塑性的同時(shí)，還要求材料具有良好的抗壓失穩(wěn)能力。這種能力與彈性模量 E和板料厚向異性系數(shù)r有關(guān)。 r值的大小，表明板材平面方向和厚度方向上的變形難易程度的比較，當(dāng)r>1時(shí)，板料厚度方向上的變形比

27、寬度方向上的變形困難。所以r 值大的材料，在復(fù)雜形狀的曲面零件拉深成形時(shí)，厚度方向上變形比較困難，而在板料平面內(nèi)的壓縮變形比較容易，毛坯中間部分起皺的趨向性降低，也就是抗壓失穩(wěn)起皺的能力高，有利于沖壓加工的進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。屈強(qiáng)比r/rm 小，對(duì)于壓縮類成形工藝有利。在拉深時(shí)，如果材料的屈服點(diǎn)R低，則變形區(qū)的切向壓應(yīng)力小，材料抗壓失穩(wěn)起皺的能力高。抑止起皺所必須的壓邊力和摩擦損失都相應(yīng)地降低，有利子提高極限變形程度。 3).良好的表面質(zhì)量 材料應(yīng)具有良好的表面質(zhì)量，即材料表面應(yīng)光潔、平整和無(wú)銹等。 (1)材料表面質(zhì)量材料表面質(zhì)量的好壞，將直接影響制件的外觀性。表面如有裂紋、麻

28、點(diǎn)、劃痕、結(jié)疤、氣泡等缺陷，在沖壓過(guò)程中，容易在缺陷部位產(chǎn)生應(yīng)力集中而引起破裂。 (2)材料表面平整材料表面若撓曲不平，會(huì)影響剪切和沖壓時(shí)的定位精度，以及由于定位不穩(wěn)而造成廢品，或因沖裁過(guò)程中材料變形時(shí)的展開(kāi)作用而損壞沖頭。在變形工序中，材料表面的平面度也會(huì)影響材料的流向，引起局部起皺或破裂。 (3)材料表面有銹，不僅影響沖壓性能、損傷模具，而且還會(huì)影響后續(xù)焊接和涂漆等工序的正常進(jìn)行。 2.2.2材料中主要元素對(duì)沖壓性能影響 C——能增加Fe3C的影響，提高鋼板的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，降低塑性，使沖壓性能惡化，特別是當(dāng)Fe3C出現(xiàn)晶界時(shí)，對(duì)沖壓性能不利影響更大; Si——硅溶于鐵素體中

29、，強(qiáng)化鐵素體的作用很大，增加強(qiáng)度，降低塑性，含硅量越低越好，深沖壓鋼板不能用硅脫氧; Mn——錳的直接影響不大，錳和硫生成MnS夾雜物，其數(shù)量和形態(tài)對(duì)沖壓性能有影響; P——顯著增強(qiáng)強(qiáng)度和脆性，并有偏析傾向，易于形成帶狀組織，對(duì)沖壓性能產(chǎn)生影響; S——生成硫化物，其數(shù)量、形狀和分布對(duì)沖壓性能有很大的影響，數(shù)量多且成細(xì)長(zhǎng)條狀分布的硫化物對(duì)沖壓性能影響最不利; Al——鋁是鎮(zhèn)靜鋼最終脫氧劑，可與氮形成氮化鋁，顯著降低鋼板的應(yīng)變時(shí)效傾向，容易得到餅形鐵素體晶粒，改善沖壓性能。鋼中鋁的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%-0.05%; 2.3模具材料 沖模是在較大的沖擊、溫升、磨損等狀況下工作，尤其

30、是凸模、凹模的工作條件更差，所以凸、凹模材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、熱變形小、淬透性及優(yōu)良的機(jī)加工性能等，而且要價(jià)格便宜，采購(gòu)方便。要滿足上述全部條件是困難的，所以沖模材料必須根據(jù)具體生產(chǎn)條件、用途來(lái)選用。 目前沖模常用的鋼材品種有： （1) 碳素工具鋼（T8A, T10A） 該種材料是沖模中應(yīng)用最廣、價(jià)格最便宜的材料，適宜簡(jiǎn)單形式的沖模。優(yōu)點(diǎn)是加工性好，有一定硬度。缺點(diǎn)是淬火變形大，耐磨性較差。 (2) 低合金工具鋼（CrWMn, 9CrSi, 9Mn2V, GCr15 ) 此類材料有較高的硬度和耐磨性，淬火變形小、易淬透，機(jī)械加工也容易，所以可用來(lái)制造較復(fù)雜形狀的

31、沖模。 (3） 高碳高鉻模具鋼（Gr12、Cr12 MoV） 這類鋼具有強(qiáng)度高、耐磨、易淬透、變形小等優(yōu)點(diǎn)。用于沖壓力大、壽命高、形狀復(fù)雜的沖模。 (4)高速工具鋼（W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2） 高速工具鋼熱處理后具有很高的抗壓屈服強(qiáng)度和良好的韌性、熱硬性和耐磨性。當(dāng)沖壓件的形狀復(fù)雜、強(qiáng)度高、模具工作條件苛刻時(shí)，可采用高速工具鋼為模具材料。 (5) 硬質(zhì)合金（YG、YT） 這類材料是以碳化鎢、碳化鈦為基體，以鉆、鎳等鐵族金屬作粘接劑，經(jīng)燒結(jié)而成的一種多相組合材料。其耐磨、硬度、強(qiáng)度都較高?？捎米鞔笈?、壽命高的小型沖模。其缺點(diǎn)是不能進(jìn)行切削加工，價(jià)格也

32、較昂貴。 (6) 鋼結(jié)硬質(zhì)合金（YE） 這是一種以合金鋼為基體，以碳化鎢或碳化鈦為硬質(zhì)相，用燒結(jié)方法制造的一種材料。它既具有合金鋼的可鍛造性、可加工性、可焊接性及熱處理的性能，又具有硬質(zhì)合金的高硬度、高耐磨性的特點(diǎn)。其使用壽命約為一般模具鋼的幾十倍至幾百倍，是一種很好的模具材料。 2.4 冷沖壓變形原理 2.4.1 塑性變形、變形抗力的概念 在沖壓技術(shù)中，經(jīng)常見(jiàn)到塑性變形、塑性、變形抗力、柔軟性等術(shù)語(yǔ)，它們的定義分別是：物體在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力被取消后，物體不能恢復(fù)到原始的形狀和尺寸，這樣的變形稱為塑性變形；物體具有塑性變形的能力稱為塑性；在—定的加載條件和一定

33、的變形溫度、速度條件下，引起塑性變形的單位變形力稱為變形抗力；柔軟性應(yīng)理解為金屬對(duì)變形的抵抗能力，變形抗力越小，則柔軟性越好。 2.4.2 影響金屬塑性和變形抗力的因素 能否充分利用金屬的塑性并在最小變形抗力的情況下獲得所需的工件，是沖壓加工中的一個(gè)重要問(wèn)題。影響金屬的塑性和變形抗力的因素很多，這里只討論物理方而的因素。 （一）金屬組織 組成金屬的晶格類型，雜質(zhì)的性質(zhì)，數(shù)量及分布情況，晶粒大小、形狀及晶界強(qiáng)度等不同，金屬的塑性就不同。一般來(lái)說(shuō)，組成金屬的化學(xué)成分越復(fù)雜。對(duì)金屬的塑性及變形能力的影響也越大，例如，純鋼比碳鋼的塑性好、變形抗力低。 （二）變形溫度 在沖壓工藝中、有時(shí)也采

34、用加熱成形的方法。加熱的目的是提高塑性，增加材料在—次成形中所能達(dá)到的變形程度；降低材料的變形抗力；提高工件的成形準(zhǔn)確度。在彈性范圍內(nèi)．溫度增加可使金屬的彈性模量下降。在塑性范圍內(nèi)，溫度增加主要影響金屬的軟化作用并使金屬發(fā)生物理化學(xué)變化。 （三）變形速度 變形速度是指單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)變的變化量，其對(duì)金屬塑性變形的影響一般憑生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而定，通常是： ⒈對(duì)小零件的沖壓工序，例如沖裁、彎曲、拉深、翻邊等，一般可以不考慮速度因素，只需考慮設(shè)備的構(gòu)造、公稱壓力、功率等； ⒉對(duì)于大型復(fù)雜零件的成形，坯料各部分的變形極不均勻，宜用低速。為了便于控制金屬的流動(dòng)情況．以采用低速壓力機(jī)或液壓機(jī)為宜； ⒊對(duì)

35、于加熱成型工序，如加熱拉深、加熱縮口等．為了使坯料中的危險(xiǎn)斷面能及時(shí)冷卻強(qiáng)化，宜用低速； ⒋對(duì)于變形速度比較敏感的材料．如不銹鋼、耐熱合金、鈦合金等，加載速度不宜超過(guò)0.25m/s。 （四）尺寸因素 同一種材料，在其它條件相同時(shí)，尺寸越大，塑性越差。這是因?yàn)椴牧铣叽缭酱螅M織和化學(xué)成分越不一致，雜質(zhì)分布越不均勻，應(yīng)力分布也不均勻。例如厚板沖裁，產(chǎn)生剪裂紋時(shí)凸模擠入板料的深度與板料厚度的比值(稱相對(duì)擠入深度)比薄板沖裁時(shí)小。 2.4.3 沖壓成形的應(yīng)力和應(yīng)變 在各種沖壓過(guò)程中，材料的塑性變形都是沖模對(duì)材料施加的外力所引起的內(nèi)力或由內(nèi)力直接作用的結(jié)果。為了研究和分析金屬的塑性變形過(guò)程，首

36、先必須了解坯料內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài)以及它們之間的關(guān)系。 （一）應(yīng)力狀態(tài) 模具對(duì)材料施加的外力引起材料內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力，單位面積的內(nèi)力的大小稱為應(yīng)力。坯料內(nèi)每一點(diǎn)上的受力情況，通常稱為點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。經(jīng)研究得，要充分確定變形體內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，實(shí)際上只需知道六個(gè)分量，即三個(gè)正應(yīng)力和三個(gè)切應(yīng)力即可。 圖2-1 點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力標(biāo)號(hào) a）、b）為任意坐標(biāo)系 c）為主軸坐標(biāo)系 三個(gè)坐標(biāo)軸稱為主軸；三個(gè)坐標(biāo)軸的方向稱為主方向；三個(gè)正應(yīng)力稱為主應(yīng)力；三個(gè)主應(yīng)力的作用面稱為主平面。帶正號(hào)的正應(yīng)力或主應(yīng)力表示拉應(yīng)力，帶負(fù)號(hào)的正應(yīng)力或主應(yīng)力表示壓應(yīng)力。 （二）塑性條件(屈服條件) 決定

37、受力物體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)由彈性狀態(tài)向塑性狀態(tài)過(guò)渡的條件，簡(jiǎn)稱為塑性條件。金屬由彈性變形過(guò)渡到塑性變形，主要取決于在一定變形條件(變形溫度與變形速度)下金屬的物理力學(xué)性能和所處的應(yīng)力狀態(tài)。物理力學(xué)性能是金屬內(nèi)在的本質(zhì)，不同的應(yīng)力狀態(tài)則是促使金屬屈服而加的不同外部條件。當(dāng)外部條件與內(nèi)因相符時(shí)，金屬即會(huì)從彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形。 塑性條件的物理意義：當(dāng)物體中的微元體上三個(gè)主應(yīng)力所決定的點(diǎn)在柱面上時(shí)，則此微元體處于塑性狀態(tài)，位于此表面以內(nèi)，則該微元體處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，位于此表面以外沒(méi)有意義。 圖2-2 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服表面 （三）應(yīng)變狀態(tài) 一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)也是通過(guò)微元體的變形來(lái)表示的。與應(yīng)力狀態(tài)

38、—樣，當(dāng)采用主軸坐標(biāo)系時(shí)，微元體就只有三個(gè)主應(yīng)變分量、和，而沒(méi)有切應(yīng)變分量。一種應(yīng)變狀態(tài)只有一組主應(yīng)變，可分解成兩部分。如圖2—3所示，第一部分是以平均應(yīng)變力為各向應(yīng)變值的三向等應(yīng)變狀態(tài)=(++)/3,表示了微元體體積的變化。第二部分是以各向主應(yīng)變與的差值為應(yīng)變值構(gòu)成的應(yīng)變狀態(tài)，表示了微元體形狀的變化。 圖2-3 應(yīng)變狀態(tài)的分解 應(yīng)變狀態(tài)對(duì)金屬的塑性有很大的影響，同一種材料在同樣的變形條件下，其應(yīng)力狀態(tài)雖然相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同．其塑性也不—樣。在材料的應(yīng)變狀態(tài)中，壓應(yīng)變的成分越多，拉應(yīng)變的成分越少，越有利于材料塑性的發(fā)揮；反之．越不利于材料塑性的發(fā)揮。這是因?yàn)椴牧系牧鸭y與缺陷在拉應(yīng)變的

39、方向易于暴露和擴(kuò)展，沿著壓應(yīng)變的方向則不易暴露和擴(kuò)展。 2.4.4 塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系 物體彈性變形時(shí)，其變形是可以恢復(fù)的，變形過(guò)程是可逆的，與變形物體的加載過(guò)程無(wú)關(guān)，應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系可以通過(guò)廣義虎克定律來(lái)表示。但是，當(dāng)外載荷所引起的應(yīng)力超過(guò)F物體的屈服點(diǎn)以后，其應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系就不同了。在單向受拉或單向受壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系可以用硬化曲線或用硬化曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示。在受到二向以上應(yīng)力作用時(shí)的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，其應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的。 2.4.5 冷沖壓成形中的硬化現(xiàn)象 （一）硬化現(xiàn)象 一般常用的金屬材料，在冷塑性變形時(shí)會(huì)引起材料性能的變化。隨變形程度的增

40、加，所合強(qiáng)度指標(biāo)均增加，硬度也增加，同時(shí)塑性指標(biāo)降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。材料加工硬化不僅使所需的變形抗力增加，而且對(duì)沖壓成形有較大的影響。例如在脹形工藝中，板材的硬化能夠減少過(guò)大的局部集中變形，使變形趨向均勻，增大成形極限；而在翻孔工序中，翻邊前沖孔邊緣部分材料的硬化容易導(dǎo)致翻邊時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂，則降低了極限變形程度。因此，在對(duì)變形坯料進(jìn)行力學(xué)分析，確定各種工藝參數(shù)和處理生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題時(shí)，必須了解材料的硬化現(xiàn)象及其規(guī)律。 （二）硬化曲線 在冷變形中材料的變形抗力隨變形程度而變化的情況是用硬化曲線來(lái)表示的。硬化曲線可以通過(guò)拉深、壓縮或板料的液壓脹形試驗(yàn)等多種方法求得。繪制硬化曲線時(shí)，如果應(yīng)力指標(biāo)

41、采用假象應(yīng)力來(lái)表示則稱為假象應(yīng)力曲線。假象應(yīng)力是各加載瞬間之載荷F除以變形前按試樣的原始截面積計(jì)算的，而沒(méi)有考慮變形過(guò)程中試樣截面積的變化，在塑性加工中，為了真實(shí)反映硬化規(guī)律，應(yīng)力以各加載瞬間之載荷可以與該瞬間試件的截面面積A之比F／A表示，應(yīng)變以相對(duì)應(yīng)變(δ或ψ)或?qū)嶋H應(yīng)變(ε)表示，這類曲線稱之為實(shí)際應(yīng)力曲線或真實(shí)應(yīng)力曲線(又叫硬化曲線或變形抗力曲線)。真實(shí)應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線的不同之處可以從圖2-4中看出。 圖2-4 金屬的應(yīng)力-應(yīng)變圖 1-真實(shí)應(yīng)力曲線，2-假象應(yīng)力曲線 從圖2—4中可以看出塑性變形階段的三個(gè)特征點(diǎn)：1.屈服點(diǎn)是從彈性變形過(guò)渡到塑性變形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；2.細(xì)頸點(diǎn)是

42、從均勻塑性變形過(guò)渡到不均勻塑性變形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。它是控制扳料成形極限的一個(gè)重要依據(jù)；3.斷裂點(diǎn)是從塑性變形過(guò)渡到破裂的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)變形達(dá)到極限應(yīng)變。因此，屈服點(diǎn)、細(xì)頸點(diǎn)和斷裂點(diǎn)對(duì)于板料沖壓工作來(lái)說(shuō)，具有重要的實(shí)際意義。 從圖2-5可知，不同材料的硬化曲線差別很大，為了使用上的需要，必須將實(shí)際材料的硬化曲線進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，變成既能寫(xiě)成簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式，又只需要少量試驗(yàn)數(shù)據(jù)就能確定下來(lái)的近似硬化曲線。在塑性力學(xué)中經(jīng)常采用直線指數(shù)曲線來(lái)近似代替實(shí)際硬化曲線。 圖2-5 各種材料的硬化曲線 2.5 沖壓設(shè)備 沖壓設(shè)備主要有機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)。 2.5.1 常用的壓力機(jī)類型 ⒈專用臥式

43、擠壓機(jī)：這類壓力機(jī)在滑塊的工作行程中，具有很大的能量，剛性好，工作行程時(shí)滑塊速度變化較平穩(wěn)； ⒉曲軸或偏心式壓力機(jī)：即為通常沖壓加工用的壓力機(jī)，為各有關(guān)廠具有的通用設(shè)備。由于這類壓力機(jī)床身臺(tái)面上有大孔，床面強(qiáng)度薄弱，剛度較差，故應(yīng)加厚冷擠模的底板； ⒊開(kāi)式壓力機(jī)：剛度很差，只有對(duì)擠壓力不大的工件才能應(yīng)用； ⒋閉式壓力機(jī)：剛性較好，適宜用于冷擠壓加工，但對(duì)臺(tái)面上的孔應(yīng)更換臺(tái)面加以封閉，加厚模具底板； ⒌液壓機(jī)：用于降擠壓是比較理想的設(shè)備，但其主要缺點(diǎn)是行程不易控制，擠壓速度也較慢，必要時(shí)要進(jìn)行改裝。 以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開(kāi)卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具

44、庫(kù)和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時(shí)間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。 2.5.2 冷擠壓用壓力機(jī)的要求 冷擠壓用壓力機(jī)的要求為： ⒈壓力機(jī)必須有足夠的強(qiáng)度和剛度； ⒉導(dǎo)向精確，滑塊行程調(diào)節(jié)精度范圍小于0.1mm； ⒊具有較大的行程和足夠的能量； ⒋具有可靠的自動(dòng)下上料裝置； ⒌具有適合的擠壓速度，使坯料取得大的熱效應(yīng)提高模具壽命。理想的擠壓速度是當(dāng)凸模與毛坯料接觸時(shí)速度要低，擠壓時(shí)速度要均勻，滑塊速度(經(jīng)驗(yàn)得知，以1

45、2—24mm/min為好)； ⒍壓力機(jī)應(yīng)具有超載保險(xiǎn)裝置，以避免由于坯料磷化層脫落成材料成分不均勻等一些未能預(yù)料的原因，使壓力機(jī)工作超載導(dǎo)至損壞。 2.5.3 選用沖壓設(shè)備準(zhǔn)則 選用沖壓設(shè)備的準(zhǔn)則為： ⒈在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)； ⒉在小批量生產(chǎn)中，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)中，多采用液壓機(jī)； ⒊沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外，一般都采用機(jī)械壓力機(jī)； ⒋在缺少設(shè)備的情況下，可用摩擦壓力機(jī)及大噸位的液壓機(jī)。 參考文獻(xiàn) 第三章 氣缸蓋罩沖壓模具的設(shè)計(jì) 柴油機(jī)的氣缸蓋罩位于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的最上端，圖3-1為氣缸蓋罩拉深成型零件的三維線框圖和實(shí)體圖。不僅要

46、求其達(dá)到設(shè)計(jì)性能和可靠性要求，同時(shí)還要求外形美觀、成本低。該零件的沖壓過(guò)程包括拉深成形、整形、沖孔、切邊、翻邊等工序。 3.1 精拉深模具設(shè)計(jì) 3.1.1 沖壓工藝分析 （1） 拉深件的形狀特點(diǎn)及尺寸 圖3-1 柴油機(jī)氣缸蓋罩 氣缸蓋罩成型件的長(zhǎng)540mm，寬135mm，高85mm，料厚為2.0mm。為提高氣缸蓋罩拉深成型件的強(qiáng)度和剛性，其螺孔及標(biāo)牌周圍增加了很多凹凸圓弧形的加強(qiáng)筋，頂面角度為12°的斜面，四個(gè)Φ20的螺栓孔（用于與缸蓋的聯(lián)結(jié)）和一個(gè)Φ40的加油口，底面為一彎曲翻邊。 （二）拉深件的圓角半徑 如圖3-2所示，拉深件底部圓角半徑應(yīng)滿足，為使拉深順利進(jìn)行，一般

47、取，此處取=20mm。凸緣圓角半徑一般取3t，盡可能使1/5H，此處取=20mm。 拉深件與側(cè)壁間的圓角半徑一般?。?-8）t，此處取18mm。 圖3-2 拉深件圓角半徑 （三）拉深件的拉深精度 拉深件的尺寸精度一般不應(yīng)超過(guò)表3-1所列精度。 表3-1 有凸緣拉深件高度的極限偏差 注：本表為未經(jīng)整形所能達(dá)到的數(shù)值。 故取氣缸蓋罩拉深件尺寸公差等級(jí)為；拉深件高度的極限偏差為=IT14。 3.1.2 沖壓工藝方案制定 （一）工藝計(jì)算 ⑴切邊余量的確定 在拉深過(guò)程中，由于材料力學(xué)性能的方向性，模具間隙的不均勻，摩擦不均勻以及定位不準(zhǔn)確等原因，會(huì)使拉深件邊緣不齊，因此

48、拉伸后一般需要切邊，要切邊的拉深件在計(jì)算坯料應(yīng)加上切邊余量。切邊余量的數(shù)值如表3-2。 表3-2 帶凸緣拉深件的切邊余量 （mm） 注：本表適用于有凸緣筒形件和盒形件。 根據(jù)拉深件的形狀尺寸，故取=6mm。 ⑵拉深次數(shù)的確定 ⒈根據(jù)相對(duì)高度H／B進(jìn)行校核：一次拉探所能拉出的盒形件最大相對(duì)高度見(jiàn)[2]表1-4-16。若盒形件相對(duì)高度H/B＜，則可一次拉成；若H／B＞，則需多次拉深。 ⒉根據(jù)角部的拉深系數(shù)進(jìn)行校核：對(duì)于低盒形件，由于因角處變形最大，故變形程度可以用圓角處的假想拉深系數(shù)來(lái)表示： m=r/R=18/22=0.8

49、 （3-1） 式中 r：盒形件角部的圓角半徑； R：盒形體角部的坯料半徑。 盒形件第一次拉深系數(shù)列于[2]表1-4-17。若m，則可一次拉成；若m<，則需多次拉成。 綜上所述，氣缸蓋罩只需一次拉深即可成形，設(shè)計(jì)第二次拉深并不增加拉深高度，主要用于整形和減小圓角半徑。 ⑶坯料尺寸的確定 坯料尺寸根據(jù)坯料面積與拉深件表面積(包括切邊余量)相等的原則求出，拉深件毛坯的形狀一般與工件的橫截面相似。 首次拉深凹模圓角半徑=10mm,凸模圓角半徑=（0.7-1.0），取8mm。因相對(duì)轉(zhuǎn)角半徑r/B=10/132.5=0.075，相對(duì)高度H/r=84.6

50、/10=8.46取8.5。可由[2]表7-36得到毛坯屬于C類毛坯。一次拉深成型r=，毛坯尺寸計(jì)算方法為： = （3-2） = =272.14mm(取272mm)。 由相對(duì)轉(zhuǎn)角半徑r/B=0.075，查出 =0.05，得k=1.037([2] 圖7-118),則放大后的毛坯直徑D=k×=1.037×272=282.2mm，取283mm。 切去的弓形高度h,由=0.05,查[2]圖7-118a,得; h/d=0.048=， （3-3） h=D=0.048×275=13.2mm （3

51、-4） 毛坯圖如圖3-3，厚度1.5mm。材料為上海寶鋼ST14拉深板，抗拉強(qiáng)度=350MPa。 圖3-3 毛坯尺寸圖 ⑷壓邊力和拉深力的計(jì)算 ⒈是否采用壓邊的條件可根據(jù)表3-3來(lái)確定。 表3-3 采用或不采用壓邊圈的條件 注：t為材料厚度，D為坯料直徑，m為拉深系數(shù) 由表3-3可得氣壓缸蓋的兩次拉深均需要對(duì)毛坯進(jìn)行壓邊。 ⒉壓邊力的計(jì)算 壓邊力的計(jì)算公式： Q＝Fq=474003.7=175380(N) （3-5） 式中：F：在壓邊圈下的毛坯投影面積，； Q：為單位壓邊力，MPa。 根據(jù)[1]表2-4-11，

52、取q＝3.7MPa，得出壓邊力為176kN。 ⒊拉深力的計(jì)算 橫截面為矩形拉深件的拉深力為： F=KLt=0.84501.5350=189000（N） （3-6） 式中 F：拉深力,N； K: 修正因數(shù)，可取0.8-0.5； L：橫截面周邊長(zhǎng)度，mm； t：材料厚度，mm； ：材料的強(qiáng)度極限，MPa。 ⒋拉深功的計(jì)算 拉深功在拉伸過(guò)程中是變化的，拉深功的計(jì)算公式為： =0.6418900090=10886.4（J） （3-7） 式中 ：最大拉深力(N)； h：拉深深度（mm）；

53、 c：系數(shù)，取0.64。 （二）確定沖壓工藝方案 根據(jù)對(duì)氣缸蓋罩零件的形狀特點(diǎn)，尺寸精度及材料性能分析，結(jié)合沖壓變形的規(guī)律和質(zhì)量要求，確定零件的沖壓工序?yàn)椋? ⒈粗拉深成型：使板材在壓力機(jī)和模具的作用下初步形成總體輪廓； ⒉精拉深成形：使初步成型的輪廓進(jìn)一步成型，使制件外表形狀凸凹彰顯，去除拉深圓角，為下道工序和翻邊工序作準(zhǔn)備； ⒊切邊（底邊），沖孔（四個(gè)螺孔和一個(gè)加油口）復(fù)合：去除拉深件的周邊余料的同時(shí)沖出四個(gè)螺孔和一個(gè)加油口； ⒋翻邊：將底邊上翻，形成圓弧形截面，與橡膠密封件配合。 （三）沖壓設(shè)備的選擇 設(shè)備類型的選擇主要取決于沖壓工藝要求和生產(chǎn)批量，在精拉深工序中一

54、般選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)。壓力機(jī)噸位的選擇： 對(duì)于單動(dòng)壓力機(jī)：>+； 對(duì)于雙動(dòng)壓力機(jī)：>，>。 式中 ：壓力機(jī)的公稱壓力（N）； ：內(nèi)滑塊公稱壓力（N）； ：外滑塊公稱壓力（N）； ：拉深力（N）； ：壓邊力（N）。 拉深與落料、沖孔等工序復(fù)合沖壓時(shí)，其壓力機(jī)噸位結(jié)合滑塊的許用壓力曲線選擇。本工序中選用閉式上傳動(dòng)拉深壓力機(jī)，型號(hào)為：JA45-200，其參數(shù)為： 總公稱壓力：3250kN； 內(nèi)滑塊公稱壓力：2000 kN； 外滑塊公稱壓力：1250 kN； 內(nèi)滑塊行程：670mm； 外滑塊行程：425mm。 3.1.3 模具總體設(shè)計(jì) （一）模具的結(jié)構(gòu)形式 倒裝模具由于

55、其推件裝置通常是剛性的，且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，廢料排除方便，操作安全，故精拉深模具采用倒裝的結(jié)構(gòu)。 （二）定位方式 在拉伸的準(zhǔn)備工作中，合理選擇定位基準(zhǔn)和定位方法是保證沖壓件質(zhì)量和尺寸精度的基本條件，也直接影響沖壓工藝過(guò)程的穩(wěn)定、影響操作和生產(chǎn)安全。 由于坯料在前一道工序粗拉伸中已經(jīng)基本成型，本道工序（精拉深）并不增加拉深件的高度，而主要用于整形和減小圓角半徑，故可直接將半成品零件直接套在凸模上，通過(guò)其壁面的接觸來(lái)完成本道工序中的定位，無(wú)需定位零件。 （三）卸料、出件方式的選擇 根據(jù)零件加工的特點(diǎn)及質(zhì)量要求，拉深模具中采用剛性卸料的方式，通過(guò)使用推桿將壓邊圈與雙動(dòng)液壓機(jī)的滑塊進(jìn)行連接，依靠

56、液壓機(jī)將零件推出。在模具中，壓邊圈同時(shí)起到壓邊和沖壓完成后的卸料功能。 為了避免拉深完成后零件附在上模的凹模中，特在上模中設(shè)計(jì)了一個(gè)彈性卸料裝置對(duì)此種情況進(jìn)行卸料。 （四）導(dǎo)向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該精拉深模具中采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套滑動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)向方式。 （五）確定模具壓力中心 模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心軸線重合，以避免沖壓時(shí)產(chǎn)生偏心載荷，加劇模具及壓力機(jī)滑塊與導(dǎo)軌間的磨損，影響模具及壓力機(jī)的壽命和沖壓質(zhì)量。 由于零件屬于規(guī)則形狀，零件的壓力中心就在零件的幾何中心。對(duì)于本副模具來(lái)說(shuō)，壓力中心就在矩形對(duì)角線處。 （六）繪制模具結(jié)構(gòu)草圖 依

57、據(jù)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的精拉深模具結(jié)構(gòu)草圖如圖3-3所示： 圖3-4 氣缸蓋罩精拉深模具結(jié)構(gòu)草圖 1-下模座； 2-推板； 3-頂桿； 4.凸模； 5-推桿； 6-壓料圈； 7-導(dǎo)桿； 8-導(dǎo)桿套； 9-壓料彈簧套； 10-凹模； 11-上模座； 12-導(dǎo)料板 圖3-4所示結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)料板12用于定位毛坯，上模下行時(shí)，壓料彈簧套9伸出凹模，起預(yù)先壓料的作用。拉伸開(kāi)始時(shí)，壓料圈6壓料，拉伸完成后推件，在凹凸模的作用下完成拉伸成型。 3.1.4 主要零部件設(shè)計(jì) （一）凹、凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹凸模結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)得是否合理，不但關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，而且直接影響拉深變形程度。 ⑴凹

58、凸模的圓角 一般說(shuō)來(lái)，大的凹凸模半徑可以增加極限拉深系數(shù)，而且還可以提高拉深件的質(zhì)量。但凹模圓角半徑太大又會(huì)削弱壓迫圈的作用，可能引起起皺現(xiàn)象。因此，凹模圓角半徑大小要適當(dāng)。凸模圓角半徑對(duì)拉深作用的影響不象凹模圓角半徑那樣顯著，但過(guò)小的凸模圓角半徑會(huì)降低傳力區(qū)危險(xiǎn)斷面的有效抗拉強(qiáng)度。如果凸模圓角半徑過(guò)大，會(huì)使在拉深初始階段不與模具表面接觸的毛坯寬度加大，因而這部分毛坯容易起皺(稱此為內(nèi)皺)。 凸、凹模的圓角半徑對(duì)拉深成形影響很大，因此： ⒈首次拉深凹模圓角半徑可按表3-4來(lái)選： 表3-4 首次拉深凹模圓角半徑 （mm） 故取粗拉伸凹模圓角半徑為

59、20mm。 ⒉精拉深的圓角半徑： （i=2,3，···，n） （3-8） 故取精拉深凹模圓角半徑0.8r=16mm。 ⒊首次拉深凸模的圓角半徑： =（0.7-1.0） （3-9） 故取=22mm； ⒋精拉深凹模的圓角半徑： =（-2t）/2 （3-10） 故取=18mm。 ⑵凸、凹模間隙 拉深模的間隙，是指凹凸模間橫向尺寸之差值。它影響拉探件質(zhì)量、拉深力的大小以及模具的壽命。因此，應(yīng)確定一個(gè)合理的間隙，確定間隙大小的一般原則是：既要考慮板料公差的影響，又要考慮拉深件口部增厚現(xiàn)象。因

60、此，間隙一般比毛坯厚度略大一些。由表3-5，取凹凸模間隙為1.7mm，圓角部分間隙取法如圖3-5。 （a） （b） 圖3-5 圓角部分間隙取法 （a） 內(nèi)形尺寸 （b）外形尺寸 表3-5 有壓邊圈拉深的單邊間隙值 （mm） 注：1.t為材料厚度，去材料允許偏差的中間值； 2.當(dāng)拉深精密工件時(shí)，對(duì)最后一次拉深間隙取Z/2=t。 拉深模間隙對(duì)拉探的影響如下： ⒈拉深力：間隙愈小，拉深力愈大； ⒉工件質(zhì)量：間隙過(guò)大，容易起皺，而且口部的變厚得不到消除；間隙過(guò)小，則會(huì)使工件容易拉

61、斷或嚴(yán)重變??； ⒊模具壽命：間隙小，則模具磨損加劇，壽命低。 ⑶凸、凹模工作部分設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損和拉深件的回彈，其尺寸公差只在最后一道工序考慮。末次凹凸模尺寸，公差確定如下: ⒈若工件拉深精度要求取外形尺寸時(shí)(如圖3-4)，則： =（-0.75 （3-11） =（-0.75-Z （3-12） =（+0.4

62、 （3-13） =（+0.4+Z （3-14） 式中：、：凹模尺寸； 、：凸模尺寸； 、：分別為工件的最大外形尺寸和最小內(nèi)形尺寸； Z：凸、凹模雙邊間隙； D：拉深件的制造公差； 、 ：凸、凹模的制造公差。 精拉深凹、凸模設(shè)計(jì)效果分別如圖3-6，圖3-7： 圖3-6 精拉深凹模 圖3-7 精拉深凸模 ⑷凸模、凹模工作表面的技術(shù)要求 在拉深過(guò)程中，凸緣變形區(qū)的變形程度最大，與凹模接觸的面積也最大。筒壁部

63、分由于凸、凹模間隙的存在，接觸面積較小。凹凸模圓角處，筒壁和凸模完全脫離．接觸面最小。由于以下原因，毛坯在拉深過(guò)程中受到不同程度和不同性質(zhì)的力的作用，特別是凸緣變形區(qū)除了受徑向拉力外，還受摩擦阻力與凹模圓角處的彎曲阻力的作用。 為了提高成形質(zhì)量和成形極限、盡量降低筒壁傳力區(qū)的最大拉力，或提高危險(xiǎn)斷面的承載能力，在模具設(shè)計(jì)和制造中，除了對(duì)凹凸模的尺才公差嚴(yán)格要求外，對(duì)其表面質(zhì)量還應(yīng)有以下要求： ⒈凸、凹模加工后的表面，不允許有影響使用的砂眼、縮孔、裂紋和機(jī)械損傷等缺陷； ⒉凹模工作表面和型腔表面的粗糙度應(yīng)達(dá)到及0.8um．而凹模圓角處的表面粗糙度數(shù)值一般要求為0.4um，目的是降低徑向拉應(yīng)

64、力，保證拉深順利進(jìn)行； ⒊在拉深過(guò)程中，凸模的工作表面特別是凸模的圓角處材料的摩擦阻力有利予抵制材料的變薄。因此，在不影響工件表面質(zhì)量的條件下，凸模圓角區(qū)的表面粗糙度值達(dá)到1.6-0.8um即可。 （二）壓邊裝置的設(shè)計(jì) 為了防止毛坯凸緣變形部分在拉深過(guò)程中起皺，通常使用的拉深模均設(shè)有壓邊裝置。壓邊圈主要有兩種類型：剛性壓邊圈和彈性壓邊圈。剛性壓邊圈主要用于大型拉深件的拉深模，安裝在雙動(dòng)壓力機(jī)的外滑塊上。而彈性壓邊圈多用于中小型拉深件使用的模具，彈性壓邊圈利用氣壓、液止、彈簧或橡皮產(chǎn)生的力為壓邊圈提供壓力。由于氣缸蓋罩屬于大型拉深件，故采用剛性壓邊圈對(duì)其進(jìn)行壓邊，圖3-8所示為氣墊壓邊裝置。 圖3-8 彈性壓邊裝置 1-凹模；2-壓邊圈；3-下模座；4-凸模；5-工作臺(tái)；6-氣墊 壓邊圈的作用主要是壓邊防皺，但一般設(shè)計(jì)的壓邊圈還起卸料作用。因此，壓邊圈與凸模的間隙不能太大。根據(jù)材料厚度，設(shè)計(jì)的壓邊圈與凸模的單面間隙在0.5mm,如圖3-9所示。