華航HKHT內(nèi)殼體沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+三維UG+文檔】
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XX大學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目： 華航HKHT內(nèi)殼體沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)
學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)：材料成型及控制工程 班級(jí)：
學(xué)生姓名：
導(dǎo)師姓名：
完成日期： 20xx年6月6日
華航HKHT內(nèi)殼體沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)
摘要：內(nèi)殼體是應(yīng)用在飛機(jī)上的一種小批量生產(chǎn)的中小型拉深件，零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成型工藝包括落料、拉深、整形、沖孔、翻邊、修邊等多個(gè)工序。本設(shè)計(jì)首先詳細(xì)分析了內(nèi)殼體零件的工藝性，制定了多種成型方案，通過(guò)分析比較，選擇出最優(yōu)方案，然后根據(jù)工件的形狀和技術(shù)要求進(jìn)行模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，選擇了落料拉深組合工序，多次拉深，整形，沖孔，翻邊，修邊，沖孔的工序組合，并且設(shè)計(jì)了一副落料拉深復(fù)合模具，一副沖孔模具。
關(guān)鍵詞：沖壓；模具設(shè)計(jì)；拉深；翻邊；復(fù)合模。
Cal HKHT inner shell stamping process And die design
Abstract: The inner shell is used in aircraft on a small batch production of small
and medium sized deep drawing parts, complicated structure, molding process includes blanking, drawing, punching, flanging, plastic, trimming and other
processes.The design of the first detailed analysis of the inner parts of the process, developed a variety of molding programme, through comparative analysis, to select the optimal scheme, then according to the shape of the workpiece and the technical requirements for progressive die structure design and the main components of the structural design.
Through consulting relevant literature, choice of blanking drawing assembly process, repeatedly drawing, plastic, punching, flanging, trimming, punching process combination, and designs a set of drawing blanking compound die, a pair of punching die.
Key words: stamping; mold design; drawing; flanging; compound die.
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ
第一章 緒論…………………………………………………………………………………1
1.1 引言…………………………………………………………………………………1
1.2 課題的目的 ……………………………………………………………………… 1
1.3 課題的意義 ……………………………………………………………………… 1
1.4 完成本課題的總體思路…………………………………………………………………… 2
第二章 沖壓件工藝分析……………………………………………………………………3
2.1 零件的工藝性分析………………………………………………………………3
2.2工藝方案的確定…………………………………………………………………4
第三章 毛坯尺寸的確定……………………………………………………………………6
3.1確定毛坯直徑……………………………………………………………………6
3.2確定修邊余量……………………………………………………………………6
第四章 主要工藝參數(shù)計(jì)算……………………………………………………………… 8
4.1落料模具工藝計(jì)算………………………………………………………………8
4.1.1排樣方案………………………………………………………………………8
4.1.2材料利用率……………………………………………………………………8
4.1.3落料模沖裁力計(jì)算……………………………………………………………9
4.1.4確定落料模壓力中心………………………………………………………10
4.1.5落料模凸凹模刃口尺計(jì)算…………………………………………………10
4.2 拉深模具工藝計(jì)算……………………………………………………………11
4.2.1判斷能否一次拉成形………………………………………………………11
4.2.2確定拉深次數(shù)………………………………………………………………13
4.2.3計(jì)算拉深壓邊力與拉深力…………………………………………………15
4.2.4初選沖壓設(shè)備………………………………………………………………17
4.2.5模具工作部位尺寸計(jì)算……………………………………………………18
4.3整形模具工藝計(jì)算…………………………………………………………… 19
4.4 沖孔（頂孔和斜孔）模具工藝計(jì)算……………………………………………20
4.4.1沖孔?？倹_裁力的計(jì)算……………………………………………………20
4.4.2沖孔模壓力中心的確定……………………………………………………21
4.4.3沖孔模凹凸模刃口尺寸的計(jì)算…………………………………………21
4.4.4沖孔凸模強(qiáng)度校核…………………………………………………………22
4.4.5沖孔模彈性元件的選擇……………………………………………………23
4.4.6初選沖壓設(shè)備………………………………………………………………23
4.5 翻邊模具工藝計(jì)算……………………………………………………………24
4.5.1沖壓力的計(jì)算………………………………………………………24
4.5.2初選沖壓設(shè)備………………………………………………………24
4.6修邊模具工藝計(jì)算………………………………………………………………24
4.6.1沖壓力計(jì)算…………………………………………………………………24
4.6.2模具工作部分尺寸計(jì)算……………………………………………………25
4.6.3初選沖壓設(shè)備………………………………………………………………25
4.7沖側(cè)孔模具工藝計(jì)算……………………………………………………………26
4.7.1沖壓力計(jì)算…………………………………………………………………26
4.7.2模具工作部分尺寸計(jì)算……………………………………………………26
4.7.3初選沖壓設(shè)備………………………………………………………………27
第五章 模具工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………28
5.1落料拉深（首次拉深）復(fù)合模工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………28
5.1.1 落料凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………28
5.1.2 拉深凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………28
5.1.3 凹凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………… 29
5.2 沖孔（頂孔和斜孔）模具工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………30
5.2.1沖孔凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………30
5.2.2沖孔凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………31
5.2.3沖孔刃口的對(duì)準(zhǔn)……………………………………………………………31
第六章 模具結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)………………………………………………………………33
6.1落料拉深（首次拉深）復(fù)合模結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)…………………………………33
6.1.1復(fù)合模模架……………………………………………………………33
6.1.2復(fù)合模模座……………………………………………………………33
6.1.3復(fù)合模模柄……………………………………………………………33
6.1.4復(fù)合模導(dǎo)向裝置……………………………………………………34
6.1.5復(fù)合模壓料裝置……………………………………………………35
6.2沖孔（頂孔和斜孔）模結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)…………………………………………… 36
6.2.1沖孔模模架……………………………………………………………36
6.2.2沖孔模模座……………………………………………………………36
6.2.3沖孔模模柄………………………………………………………………36
6.2.4沖孔模導(dǎo)向裝置………………………………………………………37
6.2.5 沖孔模支承板…………………………………………………………… 37
6.2.6 沖孔模壓料板…………………………………………………………… 37
6.2.7沖孔模凸模固定板……………………………………………………38
6.3編寫(xiě)工藝文件………………………………………………………………………39
結(jié)束語(yǔ)………………………………………………………………………………………41
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………42
致謝…………………………………………………………………………………………43
圖紙…………………………………………………………………………………………44
V
第一章 緒 論
1.1 引言
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60％～80％的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來(lái)的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。冷沖壓是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需要零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法。因?yàn)樗ǔＪ窃谑覝叵逻M(jìn)行加工，所以稱為冷沖壓。因此，我們必須加快模具行業(yè)的發(fā)展。
1.2 課題的目的
本課題主要是研究華航HKHT內(nèi)殼體的沖壓所需的模具設(shè)計(jì)以及模具的制造工藝，通過(guò)現(xiàn)有的專業(yè)知識(shí)及搜集相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)出適合制造華航HKHT內(nèi)殼體的沖壓模具，并且盡量提高其生產(chǎn)和制造水平。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮以下幾個(gè)方面的要求，以便設(shè)計(jì)出最佳的模具。
⑴模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，制造成本低，制造周期短（技術(shù)性）。
⑵生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
⑶該模具能廣泛用于生產(chǎn)大批量精度要求高的沖裁件。
⑷模具導(dǎo)向可靠，工件質(zhì)量穩(wěn)定、精度高，壽命較高。
⑸安裝方便，操作安全。
1.3 課題的意義
通過(guò)本課題的研究能夠使我很好的的鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，系統(tǒng)地把理論知識(shí)正確地運(yùn)用到了設(shè)計(jì)中去，讓理論與實(shí)踐更好的結(jié)合，為以后的工作的打下良好的基礎(chǔ)，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我能全面理解和掌握沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)、模具制造等內(nèi)容；掌握沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)的基本方法和步驟、模具零件的常用加工方法及工藝規(guī)程編制；獨(dú)立解決在制定沖壓工藝規(guī)格、設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)、編制模具零件加工工藝規(guī)程中出現(xiàn)的問(wèn)題；
會(huì)查閱技術(shù)文獻(xiàn)和資料，以進(jìn)一步完善從事專業(yè)技術(shù)工作中在模具設(shè)計(jì)與制造方面所必須具備的基本能力訓(xùn)練。
沖模設(shè)計(jì)，難在結(jié)構(gòu)，因件而異，變化萬(wàn)千。設(shè)計(jì)安全、實(shí)用、先進(jìn)、可靠的沖模結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)在沖壓技術(shù)迅速發(fā)展的需要，也是以人為本、堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀的要求。
沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及面廣、技術(shù)含量高、富于開(kāi)拓與挑戰(zhàn)、技術(shù)綜合性和創(chuàng)造性都很強(qiáng)的設(shè)計(jì)工作。沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，是確保沖壓工藝實(shí)施并獲取高質(zhì)量沖壓零件的關(guān)鍵；是確保操作安全、節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)綠色制造的基礎(chǔ)；是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與沖壓過(guò)程機(jī)械化與自動(dòng)化的前提；也是拓寬沖壓加工范圍，廣泛推行無(wú)切割加工的重要手段 。
1.4 完成本課題的總體思路
華航HKHT內(nèi)殼體的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)主要采用單工序模進(jìn)行生產(chǎn)，本人認(rèn)為所用到的工序：落料、拉深、整形、沖孔、翻邊、修邊、。考慮到生產(chǎn)周期及生產(chǎn)成本等問(wèn)題，在本人以下的設(shè)計(jì)中將個(gè)別工序組合采用復(fù)合模具加工（具體的分析和比較在后面的工藝分析）。
第二章 沖壓件工藝分析
沖裁件的工藝性分析是指沖裁件的材料、形狀、尺寸精度等方面是否適應(yīng)沖裁加工的工藝要求。工藝分析包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的內(nèi)容。技術(shù)方面，主要分析該沖壓件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求；經(jīng)濟(jì)方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟(jì)效益。
2.1 零件的工藝性分析
圖2-1所示是內(nèi)殼體零件圖,圖2-2所示是內(nèi)殼體零件實(shí)體圖，材料為10#鋼，厚度為1.2mm 。零件尺寸精度沒(méi)做要求，都為IT13級(jí)，不高于IT11級(jí)，適合沖裁；頂部斜面上有直徑為Φ5.4的2個(gè)孔，其上偏差為-0.18，取精度等級(jí)為IT13，頂部平面上有直徑為Φ8的孔1個(gè)，其上偏差為-0.22，取精度等級(jí)為IT13級(jí)，圓周直壁上有直徑為Φ4的20個(gè)均布孔，上偏差為-0.18，取精度等級(jí)為IT13級(jí)，可通過(guò)沖孔工序?qū)崿F(xiàn)；其工件外形為圓形，直徑為Φ210，精度等級(jí)為IT11；內(nèi)側(cè)下端為Φ120mm高110mm的圓筒形件，上端為高20mm的圓筒形切了兩個(gè)對(duì)應(yīng)的60度角的斜坡面，沒(méi)有特殊要求，尺寸均取精度等級(jí)為IT13，可通過(guò)拉深和整形工序成型。零件的外緣有深度為10的翻邊，零件的精度等級(jí)都不是很高，拉深和沖孔的工序比較容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，通盤(pán)考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，在保證模具能沖壓出合格的制件的前提下，要求模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命較長(zhǎng)，成本較低。
圖2-1 內(nèi)殼體沖壓件零件圖
圖2-2 內(nèi)殼體沖壓件零件實(shí)體圖
2.2工藝方案的確定
根據(jù)內(nèi)殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，要實(shí)現(xiàn)制件的完全成型，有落料、拉深、整形、沖孔、翻邊、修邊六個(gè)基本工序。不同的工藝路線可設(shè)計(jì)出不同的模具。經(jīng)分析，安排的工藝路線如下：
① 落料-帶料級(jí)進(jìn)拉深內(nèi)側(cè)直徑成型（幾次拉深）-整形-沖孔（頂孔和斜孔）-修邊-翻邊-沖20個(gè)均布孔；
② 落料-拉深內(nèi)側(cè)直徑成型（幾次拉深）-整形-沖孔（頂孔和斜孔）-修邊-翻邊-沖20個(gè)均布孔；
③ 落料、拉深（首次拉深）-拉深（幾次拉深）-整形-沖孔（頂孔和斜孔）-翻邊-修邊-沖20個(gè)均布孔；
④ 落料-拉深內(nèi)側(cè)直徑成型（幾次拉深）-整形-沖孔（頂孔和斜孔）-沖20個(gè)均布孔-翻邊-修邊；
⑤ 落料-拉深內(nèi)側(cè)直徑成型（幾次拉深）-整形-沖孔（頂孔和斜孔）-翻邊-修邊-沖20個(gè)均布孔；
比較以上各種工藝方案：
從工藝路線具體考慮：第①方案，由于零件較大，采用級(jí)進(jìn)模成型零件，帶料進(jìn)給不方便，不考慮采用。第②方案先進(jìn)行修邊再進(jìn)行翻邊，因?yàn)榱慵饩夐_(kāi)有凹槽，翻邊時(shí)凹槽開(kāi)口形狀無(wú)法得到保證，不宜選用；第④方案，先沖圓筒直壁上的20個(gè)均布孔再進(jìn)行修邊，由于沖20個(gè)均布孔時(shí)要設(shè)計(jì)分度裝置利用零件外緣的4個(gè)凹槽開(kāi)口進(jìn)行定位，修邊放在后面的話沖均布孔時(shí)無(wú)法精確定位。第⑤方案比第③方案多了一副模具，成本增加，出于經(jīng)濟(jì)考慮，不宜采用。
通過(guò)對(duì)比各成型方案，考慮的內(nèi)殼體生產(chǎn)批量和精度等級(jí)可知方案③更適合內(nèi)殼體制件的成型加工。
第三章 確定毛壞尺寸
3.1確定毛坯直徑
成形零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構(gòu)成沖裁件的尺寸。該工件為有凸緣圓錐形件，根據(jù)等面積原則，用解析法求毛坯直徑：
任何形狀的母線繞軸線旋轉(zhuǎn)一周所得到的旋轉(zhuǎn)體面積,等于該母線的長(zhǎng)度與其形心繞該軸線旋轉(zhuǎn)所得周長(zhǎng)的乘積.
旋轉(zhuǎn)體面積為:
A=
根據(jù)拉深前后面積相等的原則,毛坯直徑按下式求出:
式中 A—旋轉(zhuǎn)體的面積
--旋轉(zhuǎn)體母線形心到旋轉(zhuǎn)軸線的距離(旋轉(zhuǎn)半徑)
L—旋轉(zhuǎn)體母線長(zhǎng)度(中線尺寸)
—毛坯直徑
所以最后毛坯直徑=335mm
3.2確定修邊余量
此零件為帶凸緣筒形拉深件，由毛坯尺寸和零件結(jié)構(gòu)可計(jì)算凸緣直徑，計(jì)算公式如下： =
代入數(shù)據(jù)得：
Error! No bookmark name given.
圖3-1 內(nèi)殼體沖壓件零件形狀圖
由于, ,可得凸緣的相對(duì)直徑，查相關(guān)數(shù)據(jù)得修邊余量，故實(shí)際的凸緣的直徑
表3.1 有凸緣筒形件的修邊余量
凸緣直徑
凸緣的相對(duì)直徑/d
1.5以下
25-50
50-100
100-150
150-200
200-250
250
1.8
2.5
3.5
4.3
5.0
5.5
6
1.6
2.0
3.0
3.5
4.2
4.6
5
1.4
1.8
2.5
3.0
3.5
3.8
4
1.2
1.6
2.2
2.5
2.7
2.8
3
第四章 主要工藝參數(shù)計(jì)算
4.1 落料模具工藝計(jì)算
4.1.1排樣方案
考慮到排樣的簡(jiǎn)便性，并且該零件采用落料沖壓毛坯形狀為圓形，長(zhǎng)度方向尺寸較大，為便于送料，采用單排方案，排樣圖如圖4-1。
圖4-1 內(nèi)殼體沖壓件零件沖裁排樣圖—直排
查《沖壓手冊(cè)》表2-18，最小搭邊值是：
直排：取搭邊值2mm。
條料寬度，步距；
工件面積：
板料規(guī)格選用 1.2×1200×2400mm
裁料方式既要考慮所選板料規(guī)格、沖制零件的數(shù)量，又要考慮裁料操作的方便性，該零件以縱裁下料為宜。對(duì)于較為大型的零件，則著重考慮沖制零件的數(shù)量，以降低零件的材料費(fèi)用。
4.1.2材料利用率
a 當(dāng)采用橫裁時(shí)
每張鋼板的裁板條數(shù)n=2400/339=7條
每條裁板的沖壓件數(shù)m=1200/337=3個(gè)
每張鋼板的沖壓件總數(shù)是N=7×3=21個(gè)
b 當(dāng)采用豎裁時(shí)
每張鋼板的裁板條數(shù)n=1200/339=3條
每張裁板的沖壓件數(shù)m=2400/337=7個(gè)
每張鋼板的沖壓件總數(shù)是N=3×7=21個(gè)
因此優(yōu)先先考慮豎裁，如果不合要求再在選擇模架時(shí)更改。
材料利用率：
4.1.3 落料模沖裁力計(jì)算
1 、沖裁力：
F=Ltσb
式中 F--沖裁力(N)；
L--沖裁周長(zhǎng)(mm)；
t--材料厚度(mm)；
σb--材料抗拉強(qiáng)度(MPa)；
沖裁力：F=3.14×335×1.2×340=429175.2N=429.2KN
卸料力：
推件力：
頂件力：
KX、KT、KD-卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見(jiàn)表3.1。
表4.1 卸料力、推件力、和頂件力系數(shù)
材料厚度t/mm
KX
KT
KD
鋼
≤0.1
>0.1-0.5
>0.5-2.5
0.065-0.075
0.045-0.055
0.04-0.05
0.1
0.063
0.045
0.14
0.08
0.06
鋁、鋁合金
純銅、黃銅
0.025-0.08
0.02-0.06
0.03-0.07
0.03-0.09
=0.05×429.2=21.46KN
=0.055×429.2KN=23.6KN
= =0.06×429.2KN=25.75KN
總的沖裁力為：
Fz=F+=429.2+21.46=450.66KN
4.1.4 落料模壓力中心的確定
沖壓合力的作用點(diǎn)稱為模具的壓力中心，模具的壓力中心應(yīng)該通過(guò)液壓機(jī)的中心線。建立如圖3.2的坐標(biāo)系XOY：各線段和圓弧的長(zhǎng)度與重心位置如圖3.3.2所示。
圖4.2 壓力中心坐標(biāo)系
由于落料件外形為圓形，故其壓力中心坐標(biāo)為其原點(diǎn)即壓力中心坐標(biāo)
4.1.5 落料模凸凹模刃口尺寸的計(jì)算
查相關(guān)數(shù)據(jù)得間隙值 ，凸模采用配作法加工，
式中 A——相應(yīng)的凹模刃口尺寸
——工件的最大極限尺寸
——工件公差
——系數(shù)
表4.2 沖模工作部分的制造公差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
0.020
0.020
0.020
0.025
0.020
0.030
0.025
0.035
0.030
0.040
表4.3 系數(shù)
材厚t
mm
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1-2
2-4
>4
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
0.17-0.35
0.21-0.41
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
零件毛坯直徑為335mm,取精度為IT13， 落料凸模的尺寸按凹模實(shí)際尺寸進(jìn)行配作，保證雙面間隙0.126～0.180之間
4.2拉深模具工藝計(jì)算
4.2.1 判斷能否一次拉成
板料的厚度為1.2mm,按中線計(jì)算。
（1） 工件總的拉深因數(shù)：
;
式中 d—帶凸緣的圓筒形件部分直徑.
—毛坯直徑.
（2）工件總的拉深相對(duì)高度：
H/d=130mm/121.2mm=1.072；
式中 H—拉深工件的高度
d—拉深后的工件直徑
（3）凸緣的相對(duì)直徑：
由拉深后的零件圖可知，.
；
式中 —凸緣的實(shí)際直徑
d—拉深后的工件直徑
（4） 工件的相對(duì)厚度：
；
t—毛坯的厚度
D—毛坯的直徑
表4.4為帶凸緣的拉深件的極限拉深系數(shù).
首次拉深的極限相對(duì)高度見(jiàn)表4.5所示
表4.4 帶凸緣拉深件的極限拉深系數(shù)
凸緣相對(duì)直徑
毛坯相對(duì)厚度t/
2-1.5
1.5-1.0
1.0-0.6
0.6-0.3
0.3-0.1
1.3
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.51
0.49
0.47
0.45
0.42
0.4
0.37
0.34
0.32
0.53
0.51
0.49
0.46
0.43
0.41
0.38
0.35
0.33
0.55
0.53
0.50
0.47
0.44
0.42
0.38
0.35
0.33
0.57
0.54
0.51
0.48
0.45
0.42
0.38
0.35
0.33
0.59
0.55
0.52
0.48
0.45
0.42
0.38
0.35
0.33
表4.5凸緣拉深件的首次拉深極限相對(duì)高度
凸緣相對(duì)直徑
毛坯相對(duì)厚度t/
0.06-0.2
0.2-0.5
0.5-1.0
1.0-1.5
1.5
1.1-1.3
1.3-1.5
1.5-1.8
1.8-2.0
2.0-2.2
2.2-2.5
2.5-2.8
2.8-3.0
0.45-0.52
0.40-0.47
0.35-0.42
0.29-0.35
0.25-0.30
0.22-0.26
0.17-0.21
0.13-0.16
0.10-0.13
0.50-0.62
0.45-0.53
0.40-0.48
0.34-0.39
0.29-0.34
0.25-0.29
0.20-0.23
0.15-0.18
0.12-0.15
0.57-0.70
0.50-0.60
0.45-0.53
0.37-0.44
0.32-0.38
0.27-0.33
0.22-0.27
0.17-0.21
0.14-0.17
0.60-0.80
0.56-0.72
0.50-0.63
0.42-0.53
0.36-0.46
0.31-0.40
0.25-0.32
0.19-0.24
0.16-0.20
0.75-0.90
0.65-0.80
0.58-0.70
0.48-0.58
0.42-0.51
0.35-0.45
0.28-0.35
0.22-0.27
0.18-0.22
查表4.4有凸緣圓筒形件第一次拉深時(shí)的最小拉深因數(shù)得，有凸緣圓筒形件第一次的最小拉深系數(shù)m=0.45;由表4.5查得有凸緣圓筒形件第一次拉深的最大相對(duì)高度為0.31，因?yàn)?.358<0.45,1.072>0.31，故此工件不能一次拉出，需要多次拉深成型。
4.2.2確定拉深次數(shù)
為了減少拉深次數(shù),第一次拉深的圓筒形直徑應(yīng)該盡可能的小,可以先假定某一直徑d,再根據(jù)已知的的值,從圖示的曲線中求出h/d值,如果從左邊曲線中求出的h/d值稍大于從右邊曲線中求得的h/d值,即可將這假定的d值取為第一次拉深的圓筒直徑.以后的各次的圓筒直徑,可按多次拉深計(jì)算，各工序的值為：
(i=2,3,…,n)
式中 —拉深系數(shù)
有凸緣的圓筒形件的拉深系數(shù)：
式中 …. —各次拉深后的工序件的高度；
….—各次拉深后的工序件的直徑；
….—各次拉深后工序件底部圓角半徑；
….—各次拉深后工序件凸緣處圓角半徑。
確定拉深件件工序件尺寸 假定d=192則：
D/d=335/192=1.74
t/D100%=0.358%
查表確定合適.取R=7mm；r=6mm
計(jì)算后得出首次的拉深高度：
由于有凸緣件在以后拉深中的拉深因數(shù)可由表4-6選取，且取值應(yīng)略大些
表4.6 有凸緣圓筒件用壓邊圈時(shí)的拉深因數(shù)
拉深因數(shù)
毛坯的相對(duì)厚度
1.0—0.6
0.6—0.3
0.3—0.15
0.53—0.55
0.55—0.58
0.58—0.60
0.76—0.78
0.78—0.79
0.79—0.80
0.79—0.80
0.80—0.81
0.81—0.82
0.81—0.82
0.82—0.83
0.83—0.85
0.84—0.85
0.85—0.86
0.86—0.87
根據(jù)毛坯的相對(duì)厚度（t/D）×100=(1.2/335)×100=0.358，由表4.6的取值為：，，，。
各次拉深時(shí)半成品的直徑為：
（調(diào)整為150mm）
（調(diào)整為121.2mm）
由于圓筒形件直徑為Ф120mm，按中線算直徑為121.2mm。故上端只需拉三次即可成型。
以后各次工序的圓角半徑為：
, , , ,
以后各次工序的拉深高度為
=106 ,=130
4.2.3拉深壓邊力與拉深力
（1）壓邊力計(jì)算
一般來(lái)說(shuō),拉深過(guò)程中的起皺是不允許的,必須采取措施防止或消除起皺的缺陷,而最常用的防止起皺的方法就是采用壓邊圈的結(jié)構(gòu)以及選擇合適的模具結(jié)構(gòu),如應(yīng)用錐形凹模,設(shè)置壓邊圈等。
在設(shè)計(jì)拉深模時(shí)，如果拉深時(shí)不會(huì)起皺，一般不設(shè)置壓邊圈。因而準(zhǔn)確的判斷拉深時(shí)毛坯是否起皺，對(duì)于模具設(shè)計(jì)是十分重要的。
用錐形凹模時(shí)毛坯不致起皺的條件是：
用普通的平端面凹模拉深時(shí)毛坯不起皺的條件是：
式中: t—拉深板料厚度；
—毛坯尺寸；
m—拉深系數(shù)。
由上式可得0.003580.0087，所以需要用壓邊圈。也可按下表的條件來(lái)判斷是否采用壓邊圈。
表4.7 平端面凹模是否采用壓邊圈的條件
拉深次數(shù)
第一次
以后各次
采用壓邊圈
可用可不用
不用壓邊圈
1.5
1.5-2
2
0.6
1-1.5
0.8
設(shè)計(jì)模具時(shí)對(duì)于多次拉深的圓筒形件,壓邊力按下式計(jì)算:
式中 ….r—凹模的圓角半徑
P—單位壓邊力,可由下表查得
….—拉深的壓邊力
可得：
表4.8 單位壓邊力 p
材料名稱
材料名稱
P/Mpa
鋁
純銅,硬鋁(已退火)
黃銅
0.8-1.2
1.2-1.8
1.5-2.0
鍍錫鋼板
耐熱鋼
高合金鋼,不銹鋼
2.5-3.0
2.8-3.5
3.0-4.5
t0.5
軟鋼
2.5-3.0
2.0-2.5
（2）拉深力計(jì)算
采用壓邊圈拉深圓筒形零件所需拉深力
首次拉深
以后各次拉深
式中 d—拉深件的直徑（mm）；
t—材料厚度（mm）；
—材料的強(qiáng)度極限（MPa）;
F—拉深力（N）；
K—修正因數(shù)，見(jiàn)3.5。
表4.9 修正因數(shù)K的數(shù)值
0.55
0.57
0.60
0.62
0.65
0.67
0.70
0.72
0.75
0.77
0.80
1.00
0.93
0.86
0.79
0.72
0.66
0.60
0.55
0.50
0.45
0.40
0.70
0.72
0.75
0.77
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.70
0.60
0.50
由表4.9查出因數(shù)K。
4.2.4初選沖壓設(shè)備
拉深工序的工作行程較長(zhǎng)。對(duì)于曲柄壓力機(jī)來(lái)說(shuō)，不管工作行程有多長(zhǎng)，拉深力都必須處于壓力機(jī)滑塊的許用負(fù)荷曲線之內(nèi)。對(duì)于拉深較淺的零件，一般情況下只要實(shí)際拉深力不超過(guò)壓力機(jī)的公稱壓力即可。而對(duì)于工作行程較長(zhǎng)的拉深工序，在實(shí)際生產(chǎn)中，一般按總的拉深力小于或等于壓力機(jī)公稱壓力的50%-60%來(lái)選用。
拉深合力計(jì)算：
代入數(shù)據(jù)得：
壓力機(jī)的公稱壓力為:
由成型方案可知，首次拉深和落料工序合在一起做成落料拉深復(fù)合模，
考慮模具高度，第一次拉深選用JA45-200底傳動(dòng)雙動(dòng)拉深壓力機(jī)，其他選取型號(hào)為JA45-100底傳動(dòng)雙動(dòng)拉深壓力機(jī)。
4.2.5模具工作部分尺寸的計(jì)算
(1) 拉深模具的間隙
表4.10有壓邊圈拉深時(shí)單邊間隙
總拉深次數(shù)
拉深工序
單邊間隙
總拉深次數(shù)
拉深工序
單邊間隙
1
一次拉深
(1—1.1）t
4
第一、二次拉深
1.2t
2
第一次拉深
1.1t
第三次拉深
1.1t
第二次拉深
（1—1.05）t
第四次拉深
（1—1.05）t
3
第一次拉深
1.2t
5
第一、二、三次拉深
1.2t
第二次拉深
1.1t
第四次拉深
1.1t
第三次拉深
（1—1.05）t
第五次拉深
（1—1.05）t
由表4.10可得：
因此各次的拉深間隙為：
， ，
(2) 拉深模的圓角半徑如下：
(3) 凸、凹模工作部分的尺寸和公差
中間過(guò)渡工序的半成品尺寸，由于沒(méi)有嚴(yán)格限制的必要，模具尺寸只要等于半成品的尺寸即可，拉深以凹模為基準(zhǔn)，尺寸標(biāo)注在內(nèi)形，前兩道工序參考公式如下 ：
凸模尺寸為：
凹模尺寸為：
模具的制造公差按IT10級(jí)選取
第三次拉深是最后一次拉深，由于要求外形尺寸，因此以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，模具按IT8級(jí)選取公差。
凹模尺寸：
凸模尺寸：
計(jì)算得：
(4) 確定凸模的通氣孔
凸模應(yīng)鉆通氣孔，這樣會(huì)使卸件容易，否則凸模與工件由于真空狀態(tài)而難以卸件。故取通氣孔的直徑為Ф8mm。
4.3 整形模具工藝計(jì)算
整形（較平）力按下式計(jì)算：
P=Fq
式中 P-整形（較平）力（N）;
F-工件的整形（較平）面積（）
q-單位較平力（MPa）
單位較平力的選取，通常用如下方法：
對(duì)于光面模較平（整形），取（材料的屈服強(qiáng)度），當(dāng)材料為軟鋼或黃銅時(shí)，取q=50-100MPa。
由前面的計(jì)算可知，F(xiàn)=2382.4， q=75MPa，
P=Fq=2384.2X75=178.7KN
由于該制件較大，開(kāi)模行程較遠(yuǎn)，模具閉合高度較大，考慮開(kāi)模行程和閉模高度，初選壓力機(jī)型號(hào)為J23-100型的開(kāi)式可傾壓力機(jī)。
4.4 沖孔（頂孔和斜孔）模具工藝計(jì)算
4.4.1沖孔?？偛昧Φ挠?jì)算
1 沖裁力：
F=Ltσb
式中 F-沖裁力(N)；
L-沖裁周長(zhǎng)(mm)；
t-材料厚度(mm)；
σb-材料抗拉強(qiáng)度(MPa)；
沖裁力：F=2×3.14×4×1.2×340+2×3.14×2.7×1.2×340×2/=37921.2N=39.9KN
卸料力：
推件力：
頂件力：
KX、KT、KD-卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見(jiàn)表4.11。
表4.11 卸料力、推件力、和頂件力系數(shù)
材料厚度t/mm
KX
KT
KD
鋼
≤0.1
>0.1-0.5
>0.5-2.5
0.065-0.075
0.045-0.055
0.04-0.05
0.1
0.063
0.055
0.14
0.08
0.06
鋁、鋁合金
純銅、黃銅
0.025-0.08
0.02-0.06
0.03-0.07
0.03-0.09
=0.05×37.9=1.895KN
=0.055×37.9KN=2.085KN
=0.06×.7.9KN=2.274KN
總的沖裁力為：
Fz=F++=37.9+1.895+2.085=41.88KN
4.4.2沖孔模壓力中心的確定
沖壓合力的作用點(diǎn)稱為模具的壓力中心，模具的壓力中心應(yīng)該通過(guò)油壓機(jī)的中心線。建立如圖坐標(biāo)系XOY：各線段和圓弧的長(zhǎng)度與重心位置如圖4.3所示。
圖4.3 壓力中心坐標(biāo)系
由于落料件外形為圓形，故其壓力中心坐標(biāo)為其原點(diǎn)即壓力中心坐標(biāo)
4.4.3沖孔模凸凹模刃口尺寸的計(jì)算
頂孔和斜孔的基本尺寸為 ，。
查相關(guān)數(shù)據(jù)得間隙值 ，采用分別加工法加工，
校核：
，故符合條件。則：
=
式中 ——凸模制造公差,取
——凹模制造公差,取
——沖孔件孔的最小極限尺寸
——工件公差
——系數(shù)
表4.12 系數(shù)x
材厚t
mm
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1-2
2-4
>4
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
0.17-0.35
0.21-0.41
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
代入數(shù)據(jù)得：
4.4.4沖孔凸模強(qiáng)度校核
在一般情況下，凸模的強(qiáng)度和剛度是足夠的，沒(méi)必要進(jìn)行校核，但當(dāng)凸模的截面尺寸很小而沖裁的板料厚度較大或根據(jù)結(jié)構(gòu)需要確定的凸模特別細(xì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行承壓能力的校核和抗縱彎曲能力的校核。抗壓強(qiáng)度校核：
式中 dmin —凸模最小直徑（mm）；
t—材料厚度（mm）；
—材料抗剪強(qiáng)度（MPa）；
[壓]—凸模材料的許用壓應(yīng)力（MPa）。
凸模材料的許用抗壓強(qiáng)度大小取決于凸模材料及熱處理，對(duì)于T8A、T10A、Cr12MoV、GCr15等工具鋼，淬火硬度為58-62HRC時(shí)可取[]=（1.0-1.6）103MPa；如果凸模有特殊導(dǎo)向時(shí)，可取[]=（2-3）103MPa。
本課題內(nèi)殼體沖壓件沖孔凸模Cr12，淬火硬度為58-62HRC，[壓]=1.6103MPa
=4 =1.29mm；
而 故設(shè)計(jì)合理。
4.4.5沖孔模彈性元件的選擇
（1）沖孔凸模復(fù)位彈簧的選擇
由于模具結(jié)構(gòu)，彈性元件選擇彈簧較合適。初定彈簧數(shù)量，選擇3個(gè)。根據(jù)預(yù)壓力，查有關(guān)彈簧規(guī)格，初選彈簧的規(guī)格分別為為：d=3、D2=18mm和d=3.5、D2=18mm，由于D2較大，安裝位置受到限制，故采用組合彈簧，為滿足組合彈簧等變形情況，應(yīng)使每個(gè)彈簧預(yù)壓縮后的許可壓縮量相同；為保證組合彈簧同心和不致卡住，應(yīng)使其中一個(gè)彈簧為右旋，另一個(gè)為左旋。
（2） 上模座部分的橡膠選擇
上模座橡膠的主要作用是分離支承板與凸模上端，凸模的運(yùn)動(dòng)距離是3～5mm。選用橡膠的規(guī)格為D=85mm，d=30，H=27mm的同心圓柱形聚氨酯彈性體。壓縮量為30%。
4.4.6初選沖壓設(shè)備
由于該制件較大，開(kāi)模行程較遠(yuǎn)，模具閉合高度較大，考慮開(kāi)模行程和閉模高度，初選壓力機(jī)型號(hào)為J23-100型的開(kāi)式可傾壓力機(jī)。
4.5翻邊模具工藝計(jì)算
4.5.1 沖壓力的計(jì)算
外緣翻邊，其變形情況類似于淺拉深。其翻邊力按下面公式計(jì)算：
式中
代入數(shù)據(jù)得：P=41.8KN
4.5.2初選沖壓設(shè)備
由于該制件較大，開(kāi)模行程較遠(yuǎn)，模具閉合高度較大，考慮開(kāi)模行程和閉模高度，初選壓力機(jī)型號(hào)為J23-100型的開(kāi)式可傾壓力機(jī)。
4.6 修邊模具工藝計(jì)算
4.6.1 沖壓力的計(jì)算
沖裁力按下式計(jì)算
式中
經(jīng)計(jì)算得：
F=292.8KN
卸料力按下式計(jì)算
代入數(shù)據(jù)得：
4.6.2 模具工作部分尺寸的計(jì)算
修邊模的凸、凹模刃口尺寸按照配制法加工凸凹模，落料模以凹模尺寸計(jì)算。凸模刃口尺寸按照凹模實(shí)際尺寸配制，保證雙面間隙為0.126-0.180mm。
修邊工序外形尺寸如圖4.5
圖4.5 修邊工序外形尺寸
由圖可知，修邊工序凹模磨損變大尺寸有： ； 凹模磨損變小尺寸有：， 。
凹模磨損后變大尺寸計(jì)算公式：
凹模磨損后變小尺寸計(jì)算公式:
代入數(shù)據(jù)得：
4.6.3初選沖壓設(shè)備
由于該制件較大，開(kāi)模行程較遠(yuǎn)，模具閉合高度較大，考慮開(kāi)模行程和閉模高度，初選壓力機(jī)型號(hào)為J23-100型的開(kāi)式可傾壓力機(jī)。
4.7沖側(cè)孔模具工藝計(jì)算
在零件的圓筒側(cè)壁上均勻分布有20個(gè)直徑為4mm的圓孔，利用零件底邊均與分布的4個(gè)切口，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的分度裝置，采用懸臂沖裁的方法，可以依次沖出20個(gè)均布孔。
4.7.1沖壓力計(jì)算
沖裁力按下式計(jì)算
式中
經(jīng)計(jì)算得：
F=5.124KN
代入數(shù)據(jù)得：
4.7.2 模具工作部分尺寸的計(jì)算
沖孔模的凸、凹模刃口尺寸按照配制法加工凸、凹模，落料模以凹模尺寸計(jì)算。凸模刃口尺寸按照凹模實(shí)際尺寸配制，保證雙面間隙為0.126-0.180mm。 筒壁上的孔的尺寸為： ，系數(shù)x取0.75。
凹模刃口尺寸為：
代入數(shù)據(jù)得：
4.7.3初選沖壓設(shè)備
由沖壓合力，代入數(shù)據(jù)可得：
預(yù)選機(jī)床型號(hào)為J23-10開(kāi)式雙點(diǎn)壓力機(jī)。
第五章 模具工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.１ 落料拉深（首次拉深）復(fù)合模工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1落料凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)落料凹模結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
凹模孔口采用整體式，制造方便，刃口強(qiáng)度高，刃磨后工作部分尺寸不變，適合中、大批量生產(chǎn)。
2）落料凹模輪廓尺寸的確定
生產(chǎn)中，根據(jù)沖裁的板料厚度和落料件的輪廓尺寸，以及凹模的固定方式和拉深件的拉深高度，考慮壓邊圈和凸模固定板的空間位置，取凹模的總高度為H=140mm，外形直徑取500X500mm。凹模零件圖如5-1。
圖5-1 落料凹模的結(jié)構(gòu)輪廓圖
5.1.2拉深凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)本課題內(nèi)殼體工件拉深的尺寸和凸模強(qiáng)度要求等因素，凸模結(jié)構(gòu)采用模具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的B型圓凸模，結(jié)構(gòu)形式如圖5-2。
圖5-2 拉深凸模結(jié)輪廓圖
5.1.3凹凸模模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
生產(chǎn)中，根據(jù)沖裁的板料厚度和落料件的輪廓尺寸，以及凹凸模的固定方式和拉深件的拉深高度，考慮凹凸模固定板的高度，取凹凸模的總高度為H=160mm，外形直徑取Ф345mm。凹凸模零件圖如5-3。
圖5-3 凹凸模輪廓圖
5.2 沖孔（頂孔和斜孔）模工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.2.1沖孔凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）凸模結(jié)構(gòu)類型
沖孔凸模采用整體式結(jié)構(gòu)，根據(jù)零件孔
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