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圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 1 1 緒 論 目前 我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜?主要原因是我國在沖壓 基礎理論及成形工藝 模具標準化 模具設計 模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā) 達的國家尚有相當大的差距 導致我國模具在壽命 效率 加工精度 生產(chǎn)周期等方 面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大 沖壓模具是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 在沖壓模具的設計制造上 目前正朝著以 下兩方面發(fā)展 一方面 為了適應高速 自動 精密 安全等現(xiàn)代生產(chǎn)需要 沖壓模 具正向高效率 高精度 高壽命 自動化及多工位方向發(fā)展 在我國 工位數(shù)達 50 甚 至更多的級進模 壽命達億次的硬質(zhì)合金模 精度和自動化程度相當高的沖壓模具都 已經(jīng)應用在生產(chǎn)中 同時 由于這樣的沖壓模具對加工 裝配 調(diào)整 維修要求很高 因此 各種高效 精密 數(shù)控 自動化的模具加工機床和檢測設備也在迅速發(fā)展 另 一方面 為了產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要 鋅合金沖壓模具 聚氨酯橡 皮沖壓模具 薄板沖壓模具 鋼帶沖壓模具 組合沖壓模具等各種簡易沖壓模具及其 制造技術也得到了迅速發(fā)展 性能練好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術水平的基本條件 高精度 高壽命 高 效率的沖模需要高精度 高自動化的壓力機與之匹配 為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需 要 目前沖壓設備由單工位 單功能 低速朝著多工位 多功能 高速和數(shù)控方面發(fā) 展 加之機械手乃至機器人的大量使用 使沖壓生產(chǎn)效率得到了大幅度提高 沖壓生產(chǎn)的自動化是提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動生產(chǎn)條件的有效措施 由于冷沖 壓操作簡單 坯料和工序形狀比較規(guī)則 一致性好 因此 容易實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化 沖壓生產(chǎn)的自動化包括 原材料的運輸 沖壓工藝過程及檢測 沖模的更換與原裝 廢料處理等各個環(huán)節(jié) 但最基本的是壓力機自動化和沖壓模具自動化 適用于各種條 件下自動操作的通用裝置和檢測裝置有 帶料 條料或工序件的自動送料裝置 自動 出件及理件裝置 送料位置和加工檢測裝置 安全保護裝置等 都是實現(xiàn)普通壓力機 和沖壓模具自動化的基本裝置 1 1 沖壓模具市場情況 目前 我國沖壓模具在數(shù)量 質(zhì)量 技術和能力等方面都有了很大的發(fā)展 但與 國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比 差距仍很大 一些大型 精密 復雜 長壽命的 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 2 高檔模具每年仍大量進口 特別是中高檔轎車覆蓋件模具 超大規(guī)模集成電路及精密 電子產(chǎn)品的模具還主要依靠進口 為汽車零部件配套的大型多工位級進模剛起步不久 板料熱沖壓成型及其模具技術在國內(nèi)剛起步 基本上還是空白 模具生產(chǎn)技術水平已 成為影響我國汽車和高檔電子產(chǎn)品自主創(chuàng)新能力提高的重要因素 而一些低檔次的簡 單模具 已趨供過于求 市場競爭激烈 2006 2010 年 我國沖壓鈑金行業(yè)產(chǎn)值由 4500 億增至 8600 億元 年耗薄鋼板 帶 材由 0 7 億 t 增至 1 2 億 t 年新購設備費用由 200 億元增至 350 億元 年薪購模具費 用由 300 億元增至 500 億元 2010 年沖壓鈑金企業(yè) 或車間 4 萬多家 80 以上的 沖壓鈑金企業(yè)年產(chǎn)值在 1000 萬元以下 從業(yè)人員 350 多萬人 1 2 沖壓成形工藝與理論研究 近年來 沖壓成形工藝有很多新的進展 精密成形 電磁成形 液壓成形 超塑 性成形 軟模成形 管內(nèi)高壓成形 熱成形 無模多點成形等新工藝的應用不斷成熟 這些新工藝具有精密 柔性 快速 復合 信息化等特點 無模多點成形系統(tǒng)以 CAD CAM CAE 技術為主要手段 能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形 1 3 沖壓模具設計與制造 近年來 我國沖壓模具水平有很大的提高 其中精密 高效 長壽命的多工位及 多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件模代表了現(xiàn)代沖壓模具的技術水平 模具制造 技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎 計算機信息技術 信息技術 自動化技術等先進 技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透 交合 融合 形成了現(xiàn)代模具制造技術 其中高 速銑削加工 電火花銑削加工 慢走絲線切割加工 精密磨削及拋光 數(shù)控測量等代 表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平 高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精 度和表面質(zhì)量 而且與傳統(tǒng)切削加工相比 具有溫升低 切削力小的特點 因而可加 工熱敏材料和剛性差的零件 合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料 60HRC 加 工 電火花銑削加工是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工 因此不再 需要制造昂貴的成形電極 慢走絲切割技術的發(fā)展水平已相當高 功能也相當完善 自動化技術已達到無人看管運行的程度 目前切割速度已達到 300 平方毫米每分鐘 精度磨削及拋光拋光技術已開始使用數(shù)控成形磨床 數(shù)控光學曲線磨床 數(shù)控連續(xù)軌 跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 3 2 直臂深圓筒拉深模具的設計思路 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 4 拉深是沖壓基本工序之一 它是利用拉深模在壓力機作用下 將平板坯料或空心 工序件制成開口空心零件的加工方法 它不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件 還可以加工盒形 零件及其他形狀復雜的薄壁零件 但是 加工出來的制件的精度都很底 一般情況下 拉深件的尺寸精度應在 IT13 級以下 不宜高于 IT11 級 只有加強拉深變形基礎理論的研究 才能提供更加準確 實用 方便的計算方法 才能正確地確定拉深工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸 解決拉深變形中出 現(xiàn)的各種實際問題 從而 進一步提高制件質(zhì)量 直壁圓筒件是最典型的拉深件 其工作過程很簡單就一個拉深 在工藝性分析和 毛柸尺寸的計算后根據(jù)計算確定它不能一次拉深成功 由此知需要多次拉深 在最后的 一次拉深中由于制件的高度太高 根據(jù)計算的結(jié)果和選用的標準模架 判斷此次拉深 不能采用標準的模架 最后選用適合的壓力機和其他的設備 設計時可能高度出現(xiàn)誤 差 應當邊試沖邊修改高度 3 筒形件拉深設計 零件名稱 直臂筒形件 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 5 生產(chǎn)批量 大批量生產(chǎn) 材料 鋁 料厚 1mm 拉深件的零件圖 如下圖所示 圖 1 圓筒件 4 沖壓件的工藝性分析 該沖壓件為不帶凸緣的直臂筒形件 要求零件尺寸標注在外形 料厚 t 1mm 且 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 6 沒有厚度不變的要求 該零件結(jié)構簡單 對稱底部圓角半徑 r3 4mm t 滿足拉深工 藝對形狀和圓角半徑的要求 拉深件的制造精度包括直徑方向的精度和高度方向的精度兩個方面 一般情況下 拉深件的尺寸精度應在 IT13 級以下 不宜高于 IT11 級 由于該零件標注尺寸未注公 差 即其尺寸為自由公差 所以拉深工藝能滿足工件的公差等級要求 由以上分析可 取直臂筒形件的尺寸精度等級為 IT14 級 零件所用材料鋁的拉深性能較好 易于拉深 成形 綜上所述 該工件的拉深工藝性較好 可用拉深工藝加工 工件的拉深次數(shù)及其 有關尺寸可有下列各工序計算來確定 因材料的料厚 t 1mm 1mm 故按板厚中線尺寸計算 5 沖壓件的工藝計算 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 7 5 1 確定俢邊余量 由拉深件的零件圖可得 d 30 1 mm 29mm h 75mm 由無凸緣筒形件的拉深相對高度 h d 75 29 2 5 查 中表 4 2 可得俢邊余量 5 h 5mm 則拉伸高度為 H h h 75 5 mm 80mm 5 2 計算毛抷直徑 由圖可知 r 4mm d 29mm H 80mm 筒形件毛抷直徑的計算公式為 D 代入數(shù)據(jù)得 256 07 142rdhd D 100mm 5 3 確定是否采用壓邊圈拉深 毛抷的相對厚度為 t D 100 1 100 100 1 由 中表 4 7 可知 需要采用壓邊圈 5 首次拉伸時一般采用平面壓邊裝置 再次拉深時 采用筒形壓邊圈 如圖 2 所示 一 般來說再次拉深所需要的壓邊力較小 而提供壓邊力的彈性力卻隨著行程而增加 所 以要用限位裝置 壓邊圈的尺寸 10 65 10 75mm壓H第 三 次 拉 伸 后 制 件h a 首次拉深 b 再次拉深 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 8 圖 2 壓邊圈各次拉深采用形式 5 4 計算總的拉深系數(shù) 并判斷能否一次拉成 根據(jù)工件直徑 d 和毛抷直徑 D 算出總拉深系數(shù) 由總拉深系數(shù)的計算公式 d D 總m 代入數(shù)據(jù) 29 100 0 29總m 由上述計算可知 t D 100 1 查 中表 4 9 可得 m1 0 54 因此 5 29 100 0 29 0 54 所以該工件不能一次拉出 則需要多次拉深 總 5 5 確定拉深次數(shù) n 根據(jù)毛抷的相對厚度 t D 100 2 04 查 中表 4 11 可得各次拉深極限拉深系數(shù) 5 m1 0 54 m2 0 77 m3 0 79 m4 0 81 根據(jù)公式得各次拉深時半成品的直徑為 d1 m1 D 0 54 100 54mm d2 m2 d1 0 77 54 41 58mm d3 m3 d2 0 79 41 58 32 85mm d4 m4 d3 0 81 32 85 26 61mm 5 6 工藝方案的確定 該工件的拉深次數(shù)與工序尺寸的計算結(jié)果見下表 表 1 拉深次數(shù)與各次拉深工序件尺寸 mm 拉深次數(shù) n 筒體直徑 工序件高度 圓角直徑 1 55 35 31 8 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 9 2 43 49 62 5 3 35 64 59 4 4 29 80 89 4 根據(jù)以上計算及對零件工藝性的分析可知 有三種方案可以成形直臂筒形件 具 體方案如下 方案一 落料 首次拉深 第二次拉深 第三次拉深 第四次拉深 切邊 方案二 落料與首次拉深復合 第二次拉深 第三次拉深 第四次拉深 切邊 方案三 落料 正反拉深 方案一 模具結(jié)構簡單 壓力機噸位可較小 但生產(chǎn)率低 需要六道工序 此方 案適應于生產(chǎn)批量不大場合 方案二 復合工序模具結(jié)構較復雜 且壓力機要求噸味較大 生產(chǎn)率比方案一高 適應于生產(chǎn)批量較大的場合 方案三 正反拉深模具結(jié)構復雜 況且這時需要采用雙動壓力機 生產(chǎn)率高 適 應于生產(chǎn)批量大且有雙動壓力機的場合 通過對上述三種方案的比較 前面的計算結(jié)果及零件的生產(chǎn)批量等可知 該零件 需要落料 制成 100的坯料經(jīng)過多次拉深和切邊達到零件的要求的高度 75mm 工六 道工序 由于首次拉深的高度不是太高 首次拉深后的直徑與坯料的直徑相比較 可 知落料可以和首次拉深復合 此時可以提高生產(chǎn)效率 節(jié)約成本 綜合考慮選用方案 二比較合理 直臂筒形件的工藝方案為 方案二 落料與首次拉深復合 第二次拉深 第三次拉深 第四次拉深 切邊 因 d4 26 61mm 29mm 所以應該用四次拉深成形 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 10 5 7 半成品尺寸的確定 計算各次拉深后的直徑 5 7 1 工序件的直徑 nd 根據(jù) 和 對拉深系數(shù)進行調(diào)整后得 1m 2 nm 12 n總m m1 0 55 m2 0 78 m3 0 80 m4 0 82 則各次拉深后工序件的直徑為 d1 m1 D 0 55 100 55mm d2 m2 d1 0 78 55 42 9 mm 調(diào)整后為 43mm d3 m3 d2 0 80 43 34 4mm 調(diào)整后為 35mm d4 m4 d3 0 82 35 28 7mm 調(diào)整后為 29mm 因為 d4 29mm 29mm 所以最終是 4 次拉深成形 選定 d4 為工件的直徑 5 7 2 確定各次拉深凸凹模的圓角半徑 根據(jù)經(jīng)驗公式 0 8 0 6 1 可求得各工序件筒底處的圓角半凹r D d1 t凸r凹r 徑 第一次拉深的凹模的圓角半徑 0 8 6 74mm 1r凹 100 29 1 則第一次拉深的工件的圓角半徑 r1 t 2 6 74 1 2 7 24 取 r1 8mm 并取 凹 1r凹 則 r1 r2 8mm 根據(jù)工件圓角重新調(diào)整凸 凹模的圓角半徑 取為 8 2r凸 凹 凸 1 2 mm 7 5 第二次拉深的凸凹模的圓角半徑 0 6 7 5 4 5mm r 凸 2 2r凹 則第二次拉深的工件的圓角半徑 4 5 1 2 5mm 同理 第三次拉深的凸凹模的圓角半徑 3 5mm 工件 r3 4mm3r凹 凸 最后一次拉深的模具的圓角半徑應等于工件的圓角半徑 4mm4凸 所以各次拉深工序件底部圓角半徑取以下數(shù)值 4r凹 8mm 5mm 4mm 4mm1r2r3r4r 5 8 計算各次拉深半成品高度 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 11 查 根據(jù)式 D d d 1 72r 0 57 r d 4 得 5nH2nnn2 100 55 55 1 72 8 0 57 8 55 4 35 31mm1h 100 43 43 1 72 5 0 57 5 43 4 49 62mm2 2 100 35 35 1 72 4 0 57 4 35 4 64 46mm 3 100 29 29 1 72 4 0 57 4 29 4 80 76mm 4h2 2 5 9 繪制拉深工序圖 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 12 圖 3 筒形拉深件的工序圖 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 13 6 進行必要的計算 6 1 計算壓邊力 拉深力 為了解決首次拉深過程中的起皺問題 生產(chǎn)中的主要方法是在模具結(jié)構上采用壓 料裝置 壓邊圈產(chǎn)生的壓邊力 FQ 大小應當適當 FQ 太小 防皺效果不好 FQ 太大 則會 增大傳力區(qū)危險斷面上的拉應力 從而引起材料嚴重變薄甚至拉裂 因此實際應用中 再不起皺的情況下 盡量選用小的壓邊力 因為本零件是軸對稱零件 所以不用計算壓力中心 6 1 1 計算壓邊力 解決拉深工作中的起皺問題的主要方法是采用防皺壓邊圈 并且壓邊力要適當 必須指出 如果拉深的變形程度比較小 毛坯的相對厚度比較大 則不需要采用壓邊 圈 因為不會產(chǎn)生起皺 壓邊圈對拉深坯料的變形區(qū)施加的壓邊力 F 壓 是為了防止毛坯起皺 保證拉深過程 順利進行而施加的力 它的大小對拉深影響很大 壓邊力太小時 防皺效果不好 造 成拉深件筒壁質(zhì)量差 壓邊力太大時 則會增加危險斷面處的拉應力 引起拉深件拉 裂破壞或嚴重變薄超差 生產(chǎn)中 壓邊力的大小不是唯一的 它有一定的調(diào)節(jié)范圍 其范圍在最大壓邊力 F 壓 max 和最小壓邊力 F 壓 min 之間 可以看出 壓邊力的調(diào)節(jié)范圍與拉深系數(shù)有一定的 關系 拉深系數(shù)減小 壓邊力的變動范圍就減小 這對拉深工作是不利的 因為當壓 邊力稍大些時 會產(chǎn)生破裂 壓邊力稍小些時 會產(chǎn)生起皺 即拉深的工藝穩(wěn)定性不 好 相反 拉深系數(shù)增大 壓邊力課調(diào)節(jié)范圍增大 工藝穩(wěn)定性好 在模具設計時 通常是使壓邊力 F 壓 稍大于防皺作用所需色最低值 即在保證毛坯 凸緣變形區(qū)不起皺的前提下 盡量選用小的壓邊力 并按下列公式經(jīng)行計算 總壓邊力 AP壓 筒形件第一次拉伸時 D2 d 2r 凹 2 P 4 壓F 式中 A 壓邊圈下坯料的投影面積 mm 2 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 14 P 單位壓邊力 Mpa 可按表 4 8 選用 d1 d2 d n 第一次及以后各次工件的直徑 mm 各次拉伸凹模圓角半徑 mm 凹 凹 凹 3r凹 由于工件的材料為鋁 查 表 4 8 得 p 3N 5 代入數(shù)據(jù)得 3 14 1002 55 2 8 2 3 4 11679N1F壓 機 3 14 552 432 3 4 2769N2壓 機 3 14 432 352 3 4 1470N3壓 機 3 14 352 292 3 4 904N4F壓 機 壓邊裝置彈性壓邊裝置 這種裝置多用于普通沖床 通常有三種結(jié)構形式 橡皮壓 邊裝置 彈簧壓邊裝置 氣墊式壓邊裝置 另外氮氣彈簧技術也逐漸在模具中使用 隨著拉深深度的增加 需要壓邊的凸緣不斷減少 故需要的壓邊力也就逐漸減小 橡皮及彈簧壓邊裝置的壓邊力恰好與需要的壓邊力相反 隨拉深深度的增加 從而導 致零件斷裂 因此 橡皮及彈簧結(jié)構通常只用于淺拉深 但是 這兩種壓邊裝置結(jié)構 簡單 在中小型壓力機上使用較為方便 只要正確地選擇彈簧的規(guī)格和橡膠的牌號及 尺寸 能減少它的不利影響 彈簧應選用總壓縮量大 壓力隨壓縮量增加比較緩慢的 規(guī)格 橡皮應選用軟橡膠 并應保證相對壓縮量不過大 橡皮的壓邊力隨壓縮量增加 很快 因此 橡皮的總厚度應選大些 建議橡皮總厚度不小于拉深工作行程的五倍 氣墊式壓邊裝置的壓邊效果較好 壓邊力基本上不隨工作行程而變化 但它結(jié)構復雜 制造 使用及維修都比較困難 剛性壓邊裝置 這種結(jié)構用于雙動壓力機 凸模裝在壓力機的內(nèi)滑塊上 壓邊裝 置裝在外滑塊上 在拉伸過程中 外滑塊保持不動 所以其剛性壓邊力不隨行程變化 拉深效果好 模具結(jié)構簡單 由于零件結(jié)構簡單 尺寸精度要求不高 所以壓邊裝置選用彈簧壓邊裝置 6 1 2 計算拉深力 圓筒形工件可用以下經(jīng)驗公式計算拉深力 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 15 采用壓邊圈拉深時 第一次拉深 F d 1t bk1 第二次以后 Fn d nt bkn n 2 3 i 式中 F 拉伸力 b 材料的抗拉強度 本例中為 440Mpa t 材料厚度 mm D 毛坯直徑 mm d1 d n 各次拉伸后的后續(xù)件中徑 mm k1 k 2 修正系數(shù) 由表 4 6 查出修正系數(shù) 5 m1 d1 D 551 100 0 55 k 1 00 m2 d2 d1 43 55 0 78 k 0 82 m3 d3 d2 35 43 0 82 k 0 76 m4 d4 d3 29 35 0 83 k 0 74 查 得 鋁的抗拉強度 b 440MPa 3 則各次拉伸力為 F1 1 3 14 55 1 440 N 75988N F2 0 82 3 14 43 1 440 N 48715 22N F3 0 76 3 14 35 1 440 N 36750 56N F4 0 74 3 14 29 1 440 N 29649 14N 6 1 3 計算公稱壓力 根據(jù) 查有公式 1 6 1 8 5壓 機F總F 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 16 可取 1 7 總F拉 壓 壓 機F拉 壓F 代入各次的壓邊力與拉深力得 首次拉深需加上沖裁力 1 7 11697 75988 N 149030N1F壓 機 1 7 2769 48715 22 N 87523N2壓 機 1 7 1470 36750 56 N 64970N3壓 機 1 7 904 29649 14 N 51940N4F壓 機 6 2 模具工作部分尺寸計算 因為本零件是軸對稱零件 所以不用計算壓力中心 6 2 1 模具間隙 拉深模間隙指的是凸 凹模之間的雙面間隙 間隙的大小對拉深力 拉深件的質(zhì) 量以及模具壽命都有較大的影響 間隙小時 拉深件回彈小 側(cè)壁平直而光滑 質(zhì)量 較好 精度較高 若間隙值太小 拉深力增加 導致工件變薄嚴重 甚至拉裂 模具 表面間的摩擦 磨損嚴重 模具壽命降低 間隙過大時 拉深力降低 模具的壽命提 高 但毛坯容易起皺 拉深件錐度大 精度較差 因此 拉深模的間隙值應合理 確 定拉伸模的間隙時 要考慮壓邊狀況 拉深次數(shù)和工件精度等 其原則是 既要考慮 板料本身的公差 又要考慮板料的增厚現(xiàn)象 間隙取值一般都比毛坯厚度略大一些 本模具的拉深要壓邊裝置 查 5 表 4 13 可查每次的單邊間隙值 有壓邊圈拉深時單邊間隙查 5 表 4 13 得 首次拉深時單邊間隙 Z 2 1 2t 第二 三次拉深時單邊間隙 Z 2 1 1t 第四次拉深時單邊間隙 Z 2 1 1 05 t 代入數(shù)據(jù)得 Z1 2 1 2t 1 2 1 1 2mm Z2 2 Z3 2 1 1t 1 1 1 1 1mm Z4 2 1 1 05 t 1 1 05 1 1 1 05mm 所以 各次拉深時拉深間隙為 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 17 Z1 2 4mm Z3 Z2 2 2mm Z4 2mm 6 2 2 拉深模圓角半徑 凸模 凹模的選用在制件拉深過程中有著很大的作用 凸模圓角半徑的選用可以 大些 這樣會減低板料繞凸模的彎曲拉應力 工件不易被拉裂 極限拉深因數(shù)會變小 些 凹模的圓角半徑也可以選大些 這樣沿凹模圓角部分的流動阻力就會小些 拉深 力也會減小 極限拉深因數(shù)也會相應減小 但是凸 凹模的圓角半徑也不易過大 過 大的圓角半徑 就會減少板料與凸模和凹模端面的接觸面積及壓邊圈的壓料面積 板 料懸空面積增大 容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺 首次拉深凹模圓角半徑可按以下經(jīng)驗公式計算 0 80 以后各次拉深1rdt1d D 的凹模圓角半徑 可按下式確定 0 6 0 9 i 2 3 4 n ird 1 id 代入凹模圓角半徑的計算公式經(jīng)計算得 7 8mm 取 8mm1rd1r凹 0 6 0 9 4 7 7 0mm 取 5m m21d 2r凹 0 6 0 9 3 0 4 5mm 取 4mm3rd2r3凹 有經(jīng)驗可知凸模的圓角半徑可以取與凹模圓角半徑相等 所以凸凹模圓角半徑為 8mm 5mm 4mm1r凸 凹 2r凸 凹 3r凸 凹 最后一次拉深 凸凹模的圓角半徑應與拉深件相應的圓角半徑一致 故取 4mm4r凸 凹 6 2 3 凸凹模工作尺寸及公差 有上述已知工件公差等級為 IT13 級 所以查 公差表得工件的尺寸公差為 1 55 mm 42 mm 34 mm 28 mm074 062 062 052 對于多次拉深 工序件尺寸無需嚴格要求 前三次拉深以凹模為基準 模具的制造公 差按 IT10 級選取 對于多次拉深 工序件尺寸無需嚴格要求 所以中間各工序的凸凹模尺寸可按下 式計算 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 18 D凹 A 0 D Z 凸 代入數(shù)據(jù)得 56 mm 44 mm 36 mm1凹D2 0 2凹D10 3凹D10 計算出各次凸模的尺寸 54 mm 42 mm 34 mm1凸 02 2凸 01 3凸 01 第四次拉深是最后一次拉深 由于要求零件尺寸注在外形 因此 以凹模的的社 計為基準 模具按 IT8 級選取公差 計算出模具的尺寸為 0 75 代入數(shù)據(jù)得4凹DmaxA 0 35 0 75 0 52 34 61 mm凹 3 03 D 凹 4 Z 34 61 2 32 61 mm4凸 0A A A 6 2 4 凸模通氣孔設計 拉深時變形材料包緊在凸模上 取件時零件與凸模會形成真空狀態(tài) 如果無通氣 孔 取件困難 甚至使零件變形 為了取件方便設置通氣孔 其尺寸由相關資料可查 得 5mm 所有拉深凸模的通氣孔尺寸均為 5mm 7 模具的總體設計 四次拉深模具都是在單動壓力機上拉深 采用標準中間模架 第四次拉深模具是 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 19 在單動壓力機上采用單工序拉深模拉深 上模部分主要有上模座 凹模等零件組成 下模部分主要有凸模 凸模固定板 下模座等組成 壓邊圈是通過頂件桿由氣墊來壓 邊的 氣墊的壓邊提供的壓邊力恒定 是較為理想的彈性壓邊裝置 由限位圈來防止 壓邊圈被頂出 盡量減小壓邊面積 以增大單位壓邊力 模具為倒裝結(jié)構 由推桿推 出工件 工作過程 模具在工作時 將前一道工序拉深后所得的半成品毛坯套在壓邊圈上 壓邊圈的形狀必須與上一次拉出的半成品毛抷形狀一致 凹模裝在上模 凸模裝在下 模 上模下行 首先將半成品坯件壓住 然后將坯件和壓邊圈同時向下推 凸模逐漸 露出壓邊圈 而將坯料上端一部分材料壓入凹模內(nèi) 使坯料在凸 凹模作用下 產(chǎn)生 塑性變形而制成所要求的零件 當凹模隨上?；厣龝r 零件制品在推桿及推件板的作用下 將其從凹模內(nèi)推出 而壓邊圈在緩沖器系統(tǒng)作用下又回到原位 準備下一次拉深 8 模具主要零部件的設計 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 20 8 1 拉深凸模與凹模的結(jié)構設計 拉深凹模對拉深過程的影響比凸模大得多 結(jié)構形式也較多 就對拉深過程的影 響而言 可將拉深凹模分為普通直壁凹模和錐形凹模兩大類 8 1 1 拉深凹模結(jié)構 普通直壁凹模這種模具結(jié)構比較簡單 有圓弧直接過度到直壁工作帶 首次拉深 與再拉深 有無壓邊圈均可采用 但出件方式不同時結(jié)構上也有所不同 為了減小摩 擦 凹模工作帶高度 h 不應太大 普通拉深可取 h 8 12mm 精密拉深 要求拉深件直 徑尺寸精度 凸模與凹模之間的間隙取得較小 可取 h 6 10mm 錐形凹模是在直壁凹模的基礎上加一段錐形過度段稱為錐形凹模 采用錐形凹模 拉深有兩方面的優(yōu)點 一凹模圓角半徑處的包角均小于 90 可減小拉深時板料在凹模 圓角處的折彎與摩擦阻力 從而可降低筒壁處所受到的拉應力 二毛抷首先在錐形過 度段預成形 如同增加了一次拉深 待正式拉人凹模的直壁段時 在切向所需的壓縮 量已大為減小 因而起皺的危險也就減小了 錐形凹模一般不用于不壓邊的首次拉深 其要求相對料厚較大 由于該零件結(jié)構簡單 尺寸精度要求不高 所以采用直壁凹模結(jié)構 凹模采用螺 釘和銷釘定位 同時要保證螺釘 或沉孔 間 螺孔與銷孔間及螺孔 銷孔與凹模刃 壁間的距離不能太近 否則會降低模具壽命 凹模外形采用圓形結(jié)構 材料選擇 T10 鋼 熱處理硬度為 58 62HRC 技術條件按 JB T7653 1994 的規(guī)定處理 根據(jù)制件的 高度由經(jīng)驗得拉深凹模的 高度為 15 80 15 95mm凹H制 件h 直徑為 35 40 2 115mm凹D 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 21 95R42530 0 80 43 M1 A0 8 圖 4 凹模 8 1 2 拉深凸模結(jié)構 拉深凸模結(jié)構比較簡單 為了卸料方便 拉深凸模上需鉆一通氣孔 受鉆頭長度 限制 一般很難從凸模工作端鉆通至固定端 這時可自工作端先鉆一通孔 再從凸模 側(cè)壁鉆孔與之相通 側(cè)孔中心線到凸模的距離側(cè)孔中心線到凸模的距離只要稍大于拉 深工件的高度就可達到通氣的目的 由于該零件的結(jié)構簡單 所以凸模選擇臺階式凸模 凸模與固定板采用裝好后磨 平 凸模與固定板配合部分按過渡配合 H7 m6 或 H7 n6 凸模材料選擇 Cr12 硬度 為 56 60HRC 尾部回火硬度為 40 50HRC 技術條件按 JB T7653 1994 的規(guī)定處 理 凸模的高度 凸H凸 模 固 定 板h制 件 安 全 高 度h壓 邊 圈 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 22 15 80 10 75 180mm 31518 0 R4 A45 0 4 0 4 6 0 2 圖 5 凸模 8 2 上下模座等零部件的設計 上模座 220 30 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 23 下模座 220 35 凸模固定板 115 15 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 24 9 沖壓設備的選擇 為使壓力機能安全工作 取 1 6 1 8 由前面的計算結(jié)果 在滿足拉壓 機p總p 深力使用要求的前提下 初選壓力機型號如下 首次沖裁拉深時 149030N 故選 160KN 的開式壓力機 其型號為 JH2 25 1壓 機 第二次拉深時 87523N 故選 100KN 的開式壓力機 其型號為 2F壓 機 JB23 16 第三次拉深時 64970N 故選 100KN 的開式壓力機 其型號為 JB23 16 3F壓 機 最后一次拉深時 51940N 故選 63KN 的開式壓力機 其型號為 JB23 6 3 4壓 機 拉深模的閉合高度時指滑塊在上止點時滑塊下表面到工作臺上表面的距離 故本 模具的閉合高度為 30 75 95 35 15 閉H上 模 座h壓 邊 圈 凹h下 模 座 凸 模 固 定 板 mm 260mm H 260mm 220mm 不滿足壓力機的最大閉合高度大于模具的閉合高度 所以改選 壓力機的型號為 JB23 16 型 型號為 JH2 25 的開式可傾壓力機的最大閉合高度為 270mm 260mm 滿足閉合高度要求 JH2 25 型開式可傾壓力機的具體參數(shù)如下 公稱壓力 250KN 最大閉模高度 270mm 最大裝模高度 175mm 連桿調(diào)節(jié)長度 55mm 壓力機工作臺尺寸 前后 左右 370mm 560mm 壓力機工作臺孔尺寸 前后 左右 直徑 370mm 560mm 260mm 模柄孔尺寸 40mm 60mm 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 25 最大傾斜角度 30 綜上分析 最后一次拉深所選用的型號為 JB23 25 的開式可傾壓力機能夠滿足使 用要求 由于最后一拉深的工件高度高 而經(jīng)校核最后一次拉深所選的壓力機的公稱壓力 和閉合高度均符合要求 所以前三次拉深所選的壓力機也符合要求 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 26 10 繪制模具總裝圖 以第四次拉深模為例 選用倒裝敞開式 即模具中不設導向裝置 拉深模 毛坯利用壓邊圈的外形進行 定位 利用剛性推件裝置推件 123 4567891011213 14151617 圖 6 第四次拉深模 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 27 1 頂桿 2 凸模固定板 3 通氣孔 4 上模座 5 6 螺釘 7 推桿 8 模柄 9 推件塊 10 橫銷 11 銷釘 12 拉深凹模 13 拉深凸模 14 壓邊圈 15 螺釘 16 銷釘 17 下模座 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 28 總結(jié) 畢業(yè)設計是畢業(yè)前的最后工作 通過做畢業(yè)設計我們可以總結(jié)大學三年學的所有 課程 更好的總結(jié)了專業(yè)所需要的各方面的知識 我們是模具設計與制造專業(yè) 所學 的主要專業(yè)課程就是沖壓與塑料 主要的畫圖技能就是練習使用繪圖軟件 autoCAD 以 及 UG 通過這次的畢業(yè)設計 我更加掌握了這些專業(yè)課以及繪圖軟件 這次的畢業(yè)設計題目是設計圓筒形件 深圓筒件屬于簡單拉深件 分析其工藝性 并確定工藝方案 根據(jù)計算確定本制件是多次拉深成的 此外 還需要確定模具工藝零 件和結(jié)構零件以及模具的總體尺寸 然后根據(jù)上面的設計繪出模具的總裝圖 通過在 圖書館查找數(shù)據(jù) 以及總結(jié)以往所學的知識進行設計 在剛開始的時候不知道如何下 手 通過與同學交流以及老師的幫助 很快找到了設計的思路 沖壓模具設計是很實際應用很廣泛的模具設計方法 是理論與實踐的有機結(jié)合 通過設計 我們能更好的將書中所學的知識應用到實際中來 因此為了將來能有更好 的工作 我們必須要掌握好自己的專業(yè)課 并不斷的學習新的知識 讓自己能有更好 的用途 為模具的發(fā)展作貢獻 圓筒件沖壓成形工藝與模具設計 29 致謝 在此次的畢業(yè)設計中 幫助我最大的就是老師和同學 在剛開始的時候 老師 給了我正確的方向 確認好方向之后 自己開始著手 在設計的過程中 通過在圖 書館查閱資料克服難題 有不會的就跟同學們一塊商量 總之 宿舍的同學給了我 不少的幫助 最后要感謝我的母校 河南機電高等專科學校的辛勤培育之恩 感謝材料工 程系給我提供的良好學習及實踐環(huán)境 使我學到了許多新的知識 掌握了一定的操 作技能 我非常慶幸在三年的的學習 生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學 并 感激師友的教誨和幫助 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書 30 參考文獻 1 寇世瑤主編 機械制圖 M 北京 高等教育出版社 2007 12 2 柯旭貴 張榮清主編 沖壓工藝及模具設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2012 9 3 周理主編 冷沖模設計指導教程與簡明手冊 M 長沙 中南大學出版社 2010 4 周玲主編 沖模設計實例詳解 M 北京 化學工業(yè)出版社 2007 5 原紅玲主編 沖壓工藝與模具設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 8