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河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計任務書 系 部 材料工程系 專 業(yè) 模具設計與制造 學 生 姓 名 李超 學 號 111304247 設 計 題 目 端蓋拉深沖壓工藝模具設計 起 迄 日 期 2014 年 3 月 20 日 4 月 20 日 指 導 教 師 文秀海 2014 年 4 月 20 日 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 1 本畢業(yè)設計課題來源及應達到的目的 該課題來源于于智宏老師發(fā)放的畢業(yè)設計題目 在完成該課題之后 應對沖裁工藝生產較為熟悉 能熟練掌握相關設計手冊的使 用 能獨立完成一套模具的設計及模具工作零件加工工藝的編制 能夠運用模具設計 軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制 2 本畢業(yè)設計課題任務的內容和要求 包括原始數據 技術要求 工作 要求等 1 了解目前國內外沖裁模具的發(fā)展現狀 2 沖壓件的結構工藝分析 3 板體落料模設計 并編寫設計說明書一份 4 繪制模具總裝圖一張 并畫出非標準零件的零件圖 5 編制主要零件加工工藝過程卡 2 0 34 32 0 4 5 1 原始資料 零件件圖及其尺寸見說明書 零件名稱 盒形拉伸件 材料 YL12 厚度 0 6mm 生產批量 大批量 所在專業(yè)審查意見 負責人 年 月 日 系部意見 系領導 年 月 日 端蓋拉伸復合模設計 摘 要 本設計課題介紹了盒形蓋體拉伸擠切復合模的結構設計及工作過程 針對零件擠切后口部呈尖銳刃口狀現象 改進了模具結構 消除部分加工缺陷 分體現了沖壓工藝先進性和高效性 有一定的設計意義 通過對工藝零件的工藝 分析及模具結構設計 鞏固所學的知識 熟悉有關資料 樹立正確的設計思路 加強了對模具的整體認識 提高自己的實際模具設計工作能力 本計運用了沖壓成形模具設計的基本知識 首先對整個零件的了解分析工 藝參數 沖壓工藝性能 然后確定沖壓模的結構形式 工零部件的設計與計算 拉深和切邊在一個工序上完成 本副模具優(yōu)點結構簡單緊湊 易于加工維修 缺點取件可能不太方便 關鍵詞 工藝分析 拉深成型 切邊 模具結構 盒形殼體拉伸 機械加工工藝過程卡 產品型號 零 部 件圖號 04 機械加工工藝過程卡 片 產品名稱 端蓋 拉深 模設 計 零 部 件名稱 擠切凸模 共 2 第 1 頁 材料牌號 Cr12 毛坯種類 圓 棒 料 毛坯外 型尺寸 100 80m m 每個毛坯可制件數 1 每臺件數 1 備注 工時 工序號 工序名稱 工 序 內 容 車間 工段 設備 工 藝 裝 備 準終 單件 05 下 料 鋸割下料 70 40 下料 車間 鋸床 0 5 10 鍛 造 鍛成 105 85 48mm 尺 寸公差均為 2 鍛造 車間 空氣 錘 10 15 熱 處 理 退火 熱處 理車 間 熱處 理爐 10 20 磨 削 磨上 下平面 兩基準面 至圖樣尺寸 模具 車間 磨床 2 25 鉗 工 劃中心線 各螺孔 銷孔 型孔輪廓線 模具 車間 0 5 30 鉆 孔 根據沖眼鉆孔 模具 車間 鉆床 1 35 修 銼 修銼方形和圓角 模具 車間 0 5 40 熱 處 理 淬火并回火達 54 58HRC 熱處 理車 間 加熱 爐 油槽 6 45 修 整 修整型孔 圓角 模具 車間 電機 拋光 機 2 50 檢 驗 按圖樣檢驗 設計 日期 審核 日期 標準化 日期 會簽 日期 標記 記數 更改文 件號 簽字 日期 標記 處數 更該文件 號 冷沖壓工藝卡片 產品型號 零 部 件名稱 共 頁 冷沖壓工藝卡片 產品名稱 端蓋 零 部 件型號 第 頁 材料牌號及規(guī)格 材料技術要求 毛坯尺寸 厚度 mm 退火處理 條料 400 50 工序號 工序名稱 工序內容 加工簡圖 設備 工藝裝備 工時 0 備料 剪床上剪切 400 50 1 沖壓 校裝模具 拉深 切邊 J 10A 2 檢驗 按產品圖紙技術要求 3 4 編制 日期 審核 會簽 標記 處理 簽字 日期 參 考 文 獻 1 陳錫棟 周小玉主編 實用模具技術手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2001 2 李紹林 馬長福主編 實用模具技術手冊 M 上海科學技術出版社 1998 3 許發(fā)樾主編 實用模具設計與制造手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 4 楊玉英主編 實用沖壓工藝及模具設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 5 模具實用技術叢書編委會 沖壓設計應用實例 M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 6 翟德梅主編 模具制造技術 M 河南機電高等?？茖W校 7 王芳主編 冷沖壓模具設計指導 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 8 任嘉卉主編 公差與配合手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 9 李易 于成功 聞小芝主編 現代模具設計 制造 調試與維修實用手冊 M 北京 金版電子出版公司 2003 10 彭建聲 秦曉剛編著 模具技術問答 M 北京 機械工業(yè)出版社 1996 河南機電高等專科學校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 畢業(yè)設計題目 端蓋沖壓成形工藝及模具設計 系 部 材料工程系 專 業(yè) 模具設計與制造 班 級 模具 112 學生姓名 李超 學 號 111304247 指導教師 文秀海 2014年 4 月 20 日 目 錄 第 1 章 緒論 1 1 1 國內模具的現狀和發(fā)展趨勢 1 1 1 1 國內模具的現狀 1 1 1 2 國內模具的發(fā)展趨勢 2 1 2 國外模具的現狀和發(fā)展趨勢 3 1 3 端蓋拉深模具設計與制造方面 3 1 3 1 端蓋拉深模具設計的設計思路 4 1 3 2 低方形件拉深模具設計的進度 5 第 2 章 端蓋拉深沖壓件的工藝分析 6 2 1 引言 6 2 2 拉深件工藝分析 6 第 3 章 確定工藝方案 8 第 4 章 主要工藝參數的計算 9 4 1 拉深毛坯尺寸計算 9 4 2 確定拉深次數 10 4 3 確定是否用壓邊圈及類型 10 4 4 排樣方式的確定 11 第 5 章 沖裁壓力 壓力中心計算及壓力機的選用 12 5 1 切邊沖裁力的計算 12 5 1 1 切邊力的計算 12 5 2 拉深力的計算 12 5 3 卸料力的計算 13 5 4 壓料力的計算 13 5 5 拉深功的計算 13 5 6 拉深功率的計算 14 5 7 壓力的選用 14 第 6 章模具的結構設計 16 6 1 模具工作部分的工藝計算 16 6 1 1 拉深部分的計算 16 6 1 2 擠切部分的計算 17 6 1 3 壓料橡膠的設計與計算 18 6 1 4 彈簧的選用 19 6 1 5 選用模架 確定閉合高度及總體尺寸 19 6 2 模具零件的結構設計 20 6 2 1 拉深凸模 20 6 2 2 拉深凹模 21 6 2 3 推件塊 21 6 2 4 壓邊圈 22 6 2 5 導柱 導套 23 6 2 6 其他零件 23 6 3 模具總裝圖 24 第 7 章結束語 26 致謝 27 參考文獻 28 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 1 第 1 章 緒論 隨著我國改革開放步伐的進一步加快 中國正逐步成為全球制造業(yè)的基地 特別 是加入 WTO 后 作為制造業(yè)基礎的模具行業(yè)近年來得到了迅速發(fā)展 模具是工業(yè)生產 的基礎工藝裝備 在電子 汽車 電機 電器 儀表 家電和通信等產品中 60 80 的 零部件都依靠模具成型 國民經濟的五大支柱產業(yè) 即機械 電子 汽車 石化 建 筑 都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應 模具生產水平的高低 己成為衡量一個國家 產品制造水平高低的重要標志 在很大程度上決定著產品的質量 效益和新產品的開 發(fā)能力 因此 我國要從一個制造業(yè)大國發(fā)展成為一個制造業(yè)強國 必須要振興和發(fā) 展我國的模具工業(yè) 提高模具工業(yè)的整體技術水平 目前 我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達 國家相比還相當的落后 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 生產周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相 當大 1 1 國內模具的現狀和發(fā)展趨勢 1 1 1 國內模具的現狀 我國模具近年來發(fā)展很快 目前 我國制造業(yè)的資源已突破了企業(yè) 社會 國家的界線 制造業(yè)的國際化已是一個客觀事實 據不完全統(tǒng)計 2003 年我國模具生 產廠點約有 2 萬多家 從業(yè)人員約 50 多萬人 2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭 模具企業(yè)總體上訂單充足 任務飽滿 2004 年模具產值 530 億元 進口模具 18 13 億 美元 出口模具 4 91 億美元 分別比 2003 年增長 18 32 4 和 45 9 進出口之比 2004 年為 3 69 1 進出口相抵后的進凈口達 13 2 億美元 為凈進口量較大的國家 在 2 萬多家生產廠點中 有一半以上是自產自用的 在模具企業(yè)中 產值過億元 的模具企業(yè)只有 20 多家 中型企業(yè)幾十家 其余都是小型企業(yè) 近年來 模具行業(yè) 結構調整和體制改革步伐加快 主要表現為 大型 精密 復雜 長壽命中高檔模具 及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品 專業(yè)模具廠數量增加 能力提高較快 三 資 及私營企業(yè)發(fā)展迅速 國企股份制改造步伐加快等 雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速 但遠遠不能適應國民經濟發(fā)展的需要 我國尚存在 以下幾方面的不足 第一 體制不順 基礎薄弱 三資 企業(yè)雖然已經對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了 積極的推動作用 私營企業(yè)近年來發(fā)展較快 國企改革也在進行之中 但總體來看 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 2 體制和機制尚不適應市場經濟 再加上國內模具工業(yè)基礎薄弱 因此 行業(yè)發(fā)展還不 盡如人意 特別是總體水平和高新技術方面 第二 開發(fā)能力較差 經濟效益欠佳 我國模具企業(yè)技術人員比例低 水平較低 且不重視產品開發(fā) 在市場中經常處于被動地位 我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產值 約合 1 萬美元 國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15 20 萬美元 有的高達 25 30 萬美 元 與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理 真正實現現代化 企業(yè)管理的企業(yè)較少 第三 工藝裝備水平低 且配套性不好 利用率低 雖然國內許多企業(yè)采用了先 進的加工設備 但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多 特別是設備數控化率和 CAD CAM 應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多 由于體制和資金等原因 引進設備不配套 設備與附配件不配套現象十分普遍 設備利用率低的問題長期得不到較好解決 裝備 水平低 帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題 第四 專業(yè)化 標準化 商品化的程度低 協作差 由于長期以來受 大而全 小而全 影響 許多模具企業(yè)觀念落后 模具企業(yè)專業(yè)化生產水平低 專業(yè)化分工 不細 商品化程度也低 目前國內每年生產的模具 商品模具只占 45 左右 其馀為自 產自用 模具企業(yè)之間協作不好 難以完成較大規(guī)模的模具成套任務 與國際水平相 比要落后許多 模具標準化水平低 標準件使用覆蓋率低也對模具質量 成本有較大 影響 對模具制造周期影響尤甚 第五 模具材料及模具相關技術落后 模具材料性能 質量和品種往往會影響模 具質量 壽命及成本 國產模具鋼與國外進口鋼相比 無論是質量還是品種規(guī)格 都 有較大差距 塑料 板材 設備等性能差 也直接影響模具水平的提高 1 1 2 國內模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調整發(fā)展 雖然我國的模具工業(yè)和技術在 過去的十多年得到了快速發(fā)展 但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距 尚不能 完全滿足國民經濟高速發(fā)展的需求 未來的十年 中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方 向包括以下幾方面 1 模具日趨大型化 2 在模具設計制造中廣泛應用 CAD CAE CAM 技術 3 模具掃描及數字化系統(tǒng) 4 在塑料模具中推廣應用熱流道技術 氣輔注射成型和高壓注射成型技術 5 提高模具標準化水平和模具標準件的使用率 6 發(fā)展優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術 7 模具的精度將越來越高 8 模具研磨拋光將自動化 智能化 9 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 3 10 開發(fā)新的成形工藝和模具 1 2 國外模具的現狀和發(fā)展趨勢 用模具生產制作表現出的高效率 低成本 高精度 高一致性和清潔環(huán)保的特性 是其他加工制造方法所無法替代的 近幾年 全球模具市場呈現供不應求的局面 世 界模具市場年交易總額為 600 650 億美元左右 美國 日本 法國 瑞士等國家年出 口模具量約占本國模具年總產值的三分之一 國外模具總量中 大型 精密 復雜 長壽命模具的比例占到 50 以上 國外模具 企業(yè)的組織形式是 大而專 大而精 2004 年中國模協在德國訪問時 從德國工 模具行業(yè)組織 德國機械制造商聯合會 VDMA 工模具協會了解到 德國有模具企業(yè) 約 5000 家 2003 年德國模具產值達 48 億歐元 其中 VDMA 會員模具企業(yè)有 90 家 這 90 家骨干模具企業(yè)的產值就占德國模具產值的 90 可見其規(guī)模效益 隨著時代的進步和技術的發(fā)展 國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結 構設計 模具工藝設計 高級鉗工及企業(yè)管理人才 他們的技術水平比較高 故人均 產值也較高 我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產值約合 1 萬美元左右 而國外模具工 業(yè)發(fā)達國家大多 15 20 萬美元 有的達到 25 30 萬美元 國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達 70 以上 而我國才達到 45 1 3 拉深件模具設計與制造方面 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 拉深不僅可以加工旋轉體零件 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 本設計為簡單的拉深件 形狀比較規(guī)則 但底部圓角存在較高的工藝性問題 直 邊區(qū)的變形不是簡單的彎曲 應力分布不均 可以利用塑性加工理論進行定性分析 因 此 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和模具工作部分的幾何形狀與尺寸 解決拉深變形中出 現的各種實際問題 從而 進一步提高制件質量 其工作過程很簡單就一個低方形拉 深 根據工藝分析及計算確定它能一次拉深成功 根據計算的結果和選用的標準模架 為了保證制件的尺寸精度 設計時可能高度出現誤差 應當邊試沖邊修改高度 方行件是最典型的盒形拉深件 根據盒形件能否一次拉深成形將其分兩類 低盒 形件與高盒形件 盒形件在拉深時由于其幾何形狀的非回轉特性 變形沿變形區(qū)周邊 的分布是不均的 直邊區(qū)變形小 圓角區(qū)變形大 而且變形是非常的復雜的 通過網 格實驗的分析得出拉深方形的一些變形特點 1 直邊區(qū)的變形不是簡單的彎曲 橫向 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 4 受壓縮 縱向受拉深 越靠近圓角區(qū)變形越大 另外橫向壓縮變形要比相應圓筒形件 小 2 應力分布不均 特別是徑向拉應力的分布很不均勻 中間最大 向兩側直邊區(qū) 減小 方形件拉深時同樣存在起皺和裂問題 且發(fā)生在圓角區(qū) 在直邊區(qū)還有一個特 殊的工藝問題 即所謂 直邊緩松 現象 這是由于拉深過程中圓角區(qū)材料從橫向擠 向徑向直邊 使直邊區(qū)材料沿橫向顯得偏多 造成工件的剛性不好 嚴重時可造成工 件的形狀不規(guī)則 出現扭曲現象 這是方形件拉深的特殊質量問題 應該引起注意的 1 3 1 端蓋拉深模具設計的設計思路 1 明確設計任務書 收集有關資料 在指導老師的指導下 擬定設計任務 方形件拉深以及設計進度計劃 并仔細 閱讀 冷沖模設計指導 教材 了解本設計的目的 內容 要求和步驟 以及查閱有 關模具圖冊 設計手冊等資料 了解本設計零件的用途 結構 性能 在整個產品中 的裝配關系 技術要求 生產批量 采用的沖壓設備型號和規(guī)格 模具零件的制造加 工工藝及標準化等情況 2 工藝分析及工藝方案的制定 經分析制件的技術要求 結構工藝性及經濟性都符合工藝要求 確定總體工藝方 案 填寫工藝卡 3 工藝計算及設計 1 排樣及材料利用率計算 2 刃口尺寸的計算 3 沖壓的計算 壓力中心的確定 沖壓設備的初選 根據排樣圖和所選的模 具結構形式 可以方便計算出所需總壓力 待模具總設計好后 校核設備裝模尺寸 最終確定設備型號及工藝參數 4 模具結構設計 1 確定凹模尺寸 先計算出凹模的厚度 再根據厚度確定凹模周界尺寸 在此 需要考慮的三個問題 第一 要考慮凹模上的螺孔 銷孔的布置 第二 壓力中心一 般與凹模的幾何中心重合 第三 凹模外形尺寸盡量按國家標準選取 2 選擇模架并確定其他沖模零件的主要參數 根據凹模周界尺寸大小 從 冷沖模國家標準 中確定模架規(guī)格及主要沖模零件的規(guī)格參數 3 畫沖模裝配圖 裝配圖上零件較多 結構復雜 為準確 迅速地完成畫圖 工作 必須掌握正確的畫法 4 畫沖模零件圖 5 編寫技術文件 技術文件包括 說明書 沖壓工藝卡和機械加工工藝過程 卡 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 5 第 2 章 盒形沖壓件的工藝分析 2 1 引言 設計的目的是在于鞏固所學的理論知識 熟悉了解有關資料 樹立正確的設計思 想 掌握設計方法 培養(yǎng)實際工作能力 通過沖模結構設計 在沖壓工藝性分析 沖 壓工藝方案論證 沖壓工藝計算 沖模零件結構設計 編寫技術文件和查閱技術文獻 等方面受到依次綜合訓練 本設計題目為低盒形件拉深模 但對做畢業(yè)設計的畢業(yè)生有一定的設計意義 它概 括了拉深零件的設計要求 內容及方向 通過對該零件模具的設計 進一步加強了設 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 6 計者沖壓模設計的基礎 為設計更復雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經驗 拉深件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設計是否合理 一般地講 在滿足 工件的使用要求條件下 能以最簡單的最經濟的方法將工件沖制出來 2 2 拉深件工藝分析 原始資料 如圖 1 所示 材 料 YL12 厚 度 0 6mm 圖 1 制件圖 根據零件結構可知 此工件為無凸緣方形工件 要求內形尺寸 沒有厚度不變的 要求 此工件的形狀滿足拉深的工藝要求 可采用拉深工序加工 工件底部圓角半徑 r 2mm 大于兩倍的壁厚尺寸 也滿足首次拉深工藝要求 因此在拉深工序 拉深工序 底部圓角半徑 r 2mm 后須增加一道擠邊工序以滿足制件高度上質量要求 內形尺寸為 32mm 工件的總體高度到最后可由切邊達到要求 用于拉深的材料的一般具有較好的塑性 低的屈強比 大的板厚方向性系數和小 的板平面方向性 YL12 是較普遍的材料 價格便宜 資源豐富 其退火后并且滿足拉 深件對材料的要求 厚度為 0 6mm 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 7 第 3 章 確定工藝方案 根據制件的工藝分析 知道制件是個簡單的方形拉深件 經制件的工藝性分析 由 沖裁工藝可知 該制件可能包括落料 拉深或拉深 切邊基本工序 可以有以下三種 工藝方案 方案一 先落料 再拉深 采用單工序模生產 方案二 拉深和切邊復合沖壓 采用復合模生產 方案一 模具結構簡單 但需兩道工序兩副模具 沖件多次定位 加工尺寸積累 誤差較大 模具制造成本高而生產率低 難以滿足批量生產要求 方案二 只需一副模具 工件的精度及生產效率都較高 工件平整 同軸度高 對稱 度及位置誤差小 由于該沖裁件為方形并且需切邊 落料和拉深幾道工序才可完成 所以對 于該工件尺寸較小 同軸度要求較高 因此 根據工件的外形及尺寸關系選擇方案二 為拉深切邊復合模 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 8 第 4 章 主要工藝參數的計算 4 1 拉深毛坯尺寸 拉深件的工藝計算是拉深工藝設計中的一個環(huán)節(jié) 本制件的工藝計算屬于最簡單的 其主要的內容包括計算毛坯直徑 決定拉深次數及確定壓邊裝置等 根據表面積相等原則 用解析法求該零件的毛坯直徑 D 可按下面的程序計算 1 確定修邊余量 在拉深的過程中 由于材料的各向異性 模具間隙不均 摩擦力不均及定位不準 等因素的影響 使拉深的口部不齊 為保證制件高度方向的尺寸精度 須進行修邊 在計算毛坯尺寸也須計入修邊余量 2 計算拉深毛坯尺寸 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 9 由于板厚 t 小于 1mm 故可直接用工件圖所注尺寸計算 不必用中線尺寸計算 1 求出彎曲部分的展開長度 L 由 r 角 B 3 32 0 094 工件的相對高度 H r 5 2 3 1 73 按表 4 13 可知 制 1 件可一次拉深出 且由式 3 2 計算展開長度為 2 L H 0 57R 底 式中 H 拉深件高度 mm R 底 底部圓角半徑 mm r 角 轉角圓角半徑 mm 即 L 5 2 0 57 2 6 3mm 2 圓角部分展開的圓弧半徑 R 由式 R 底角底角角 rHr16 086 02 2 3 53 5 87mm 3 作出圓角部分到直邊部分階梯過度的平面毛坯 ABCDEF 4 過 BC DE 中點分別向半徑為 R 的圓弧作切線 并用圓弧圓滑過渡 使 f1 f2 最后得角部毛坯輪廓線見下圖 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 10 圖 2 毛坯輪廓圖 4 2 確定拉深次數 利用極限相對高度進行判斷 根據角部的相對圓角半徑 r B 2 32 0 06 和相對厚度 t D 100 0 6 43 35 100 1 38 由表 1 36 矩 方 形盒首次拉深的極限相對高度 H B1 0 5 可知 工作的相對高度 H B 5 2 32 0 16 H B1 故可一次拉成 4 3 確定是否用壓邊圈及類型 在拉深過程中工件易發(fā)生起皺現象 制件在成形過程中 凸緣的起皺現象主要取 決于毛坯的相對厚度 變形程度和凹模的幾何形狀等 為了解決這個問題 生產實際 中主要方法是在模具結構上采用壓料裝置 常用的壓料裝置有剛性壓料裝置和彈性壓 料裝置兩種 是否采用壓料裝置主要看拉深過程中是否可能發(fā)生起皺現象 可根據坯 料相對厚度 來確定 相對厚度 t D 100 0 6 43 35 100 1 38 查表得 當Dt 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 11 t D 100 1 5 起皺的可能性很大 需要采用壓邊圈 首次拉深時一般采用平面壓邊裝 置 其結構如下圖所示 圖 3 壓邊圈采用形式 4 4 排樣方式的確定 設計復合模 首先要設計條料排樣圖 該工件的毛坯是近圓形 應采用有廢料直 排的排樣方式 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 12 第 5 章 沖裁壓力 壓力中心計算及壓力機的選用 5 1 切邊沖裁力的計算 5 1 1 切邊力的計算 考慮到模具的刃口部被磨損 凸模與凹模間隙不均勻和波動 材料的力學性能波動 及材料的厚度偏差等各種因素的影響 于是實際計算剪切力的計算公式應按以下經驗公 式進行 F 切 L1t b計算 式中各含義見 5 F 切 切邊力 KN L1 切邊周邊長度 mm t 制件的材料厚度 mm b 被拉深材料的抗拉強度 N mm 2 查手冊得 YL12 的 b 200N mm2 即 F 切 4 33 2 0 6 200 15 9KN 5 2 拉深力的計算 本制件拉深時需要采用壓邊圈 考慮到模具的刃口部被磨損 凸模與凹模間隙不均 勻和波動 材料的力學性能波動及材料的厚度偏差等各種因素的影響 實際計算拉深力 的計算公式應該以生產中常用的經驗公式進行計算 本次拉深 F Lt bK 式中各含義見 5 F 拉深力 KN L 拉深件周邊長度 mm K 系數 一般取 0 8 即拉深力 F 4 32 0 6 200 0 8 12 3KN 5 3 卸料力的計算 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 13 影響卸料力的因素很多 其中以沖裁間隙 沖裁件的形狀及尺寸影響較大 其次 是材料的力學性能 板料厚度 搭邊料的寬度 潤滑與粘度情況等 在生產均采用經 驗公式計算 F 卸 K1 F K 卸料力系數 查表 1 7 取 0 05 則 F 卸 0 05 12 3KN 0 62KN 5 4 壓料力的計算 壓邊圈產生的壓邊力 F 壓 大小應適當 F 壓 太小 防皺效果不好 F 壓 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 在保證變形區(qū)不起皺的前提下 盡量選小的壓邊力 其計算公式可按下式計算 壓邊力 F Q Ap 4 D 2 B2 p 式中各含義見 4 A 壓 邊 圈 的 面 積 mm 2 p 單 位 壓 邊 力 Mpa 查表 1 56 壓 床 上 拉 深 時 單 位 壓 邊 力 的 數 值 可 知 YL12 的 單 位 壓 邊 力 p 1 6 Mpa 即壓 邊 力 F Q 4 43 35 2 322 1 6 1 07KN 5 5 拉深功的計算 總 拉 深 力 F 總 F F Q F 切 F 卸 12 3 1 07 15 9 0 62 29 89KN33max1010AFhch 平 均 式 中 拉 深 功 J maxF 最 大 拉 深 力 N h 拉 深 深 度 mm c 系 數 查 表 4 61 拉 深 系 數 的 關 系 取 c 0 8 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 14 33max1010AFhch 平 均 0 8 29890 5 2 0 001 124 34 J 5 6 拉深功率的計算 功 率 N 75603 1 KAn 507 92kw 14 2 式 中 N 壓 力 機 電 動 機 功 率 KW K 不 平 衡 系 數 K 1 2 A 拉 深 功 J 1 壓 力 機 效 率 1 0 6 2 電 機 效 率 2 0 9 n 壓 力 機 每 分 鐘 行 程 次 數 1 36 轉 換 系 數 5 7 壓力機的選用 壓力機額定壓力的選擇 必須使壓力機額定壓力大于拉深力與壓邊力的總和 為 了使拉深的工藝力的曲線處于壓力機壓力曲線之內 在選用壓力機的額定壓力時 可 按下列淺拉深件經驗公式選用 P 1 8 F F Q F 切 F 卸 1 8 12 3 1 07 15 9 0 62 53 80 KN 壓力機的工作行程需要考慮工件的成形和方便取件 因此 工作行程 根據拉深力的計算結果和工件的高度 由文獻 表 1 8 開式雙柱可傾壓力機部分參數 初步可選 J23 10A 型號 J23 10A 公稱壓力 KN 100 滑塊行程 mm 75 滑塊行程次數 min 1351 最大閉合高度 mm 180 閉合高度調節(jié)量 mm 50 滑塊中心線至車身距離 mm 130 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 15 工作臺尺寸 mm 前后 240 左右 360 墊塊厚度 mm 50 模柄孔尺寸 mm 直徑 30 深度 50 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 16 第 6 章 模具的結構設計 6 1 模具工作部分的工藝計算 6 1 1 拉深部分的計算 1 凸凹模間隙 拉深模的凸凹模之間的間隙對拉深過程有較大的影響 它不僅影響拉深件的質量 與尺寸精度 而且影響拉深模的壽命以及拉深是否能夠順利進行 間隙過大 制件有 錐度 易起皺 精度差 間隙過小 則直壁變薄嚴重 甚至拉裂 同時降低模具壽命 因此 應該綜合考慮各種影響因素 選取適當的拉深間隙值 既可保證工件的要求 又能使拉深順利進行 直邊部分的單邊間隙按式 由表 3 5 29 選取為 4 Z 2 1 05t 0 63mm 故直邊部分間隙為 1 26mm 圓角部分的單邊間隙比直邊部分大 0 1t 即圓角部分間隙 為 1 38mm 2 拉深模的圓角半徑 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 容易產生失穩(wěn)起皺 拉深凹模的圓角半徑由表 3 5 30 選取 r 凹 5t 既 r 凹 5 0 6 3mm 拉深凹模的 4 圓角半徑等于工件的圓角半徑 即 r 凸 r 2mm 3 拉深凸凹模工作部分的尺寸和公差 制件的尺寸要求內形尺寸 拉深以凸模為基準 考慮到凸模越磨越小 按式 凸模尺寸 dp dmin 0 4 0 凹模尺寸 dd dmin 0 4 Z 0 式中 dmin 工件的內形公稱尺寸 工件的公差 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 17 凸 凸 凹模的制造公差凹 工件的公差為 IT13 級 凸凹模的制造公差取 IT8 級 查表 3 5 32 4 凸 0 020mm 0 020mm 核對 Zmax Zmin 0 04凹 將 0 34mm Z 1 26mm 代入上式 則凸 凹模的尺寸分別為 dp 32 0 34 0 4 32 15 mm03 03 dd 32 0 4 0 34 1 26 33 40 mm02 02 4 拉深凸模通氣孔 在拉深的過程中 由于拉深力的作用或潤滑油等因素 使得制件很容易被粘附在 凸模上制件與凸模間形成真空 會增加卸件的困難 造成制件底部不平 為此 凸模 應設計有通氣孔 對于一般小型制件可直接在凸模上鉆出通氣孔 其大小根據凸模尺 寸而定 具體數據由表 4 32 查得直徑 d1 3mm 1 6 1 2 擠切部分的計算 1 切邊沖裁模間隙 切邊間隙是否合理將直接影響到沖裁件的質量 尺寸 精度 模具的壽命 設備的能耗 等 當切邊沖裁間隙適當時 上下裂紋重合 沖件的斷面質量較好 間隙過小時 凸模刃口部 的裂紋向外裂開錯開 沖件斷面上有二次剪切的光亮帶和夾層 此時的毛刺是被擠出來的 間隙過大時 材料在變形過程中被拉伸較大 沖裁件斷面上光亮帶較小 而圓角帶及毛刺都 比較大 在擠切修邊是 工件的內側邊緣部分的變形阻力要比中間部分的大 而使得 模具彈性變形的分布不均 且模具刃口的單位壓力都非常大 確定合理的間隙值是十 分重要的 在實際應用中通常選擇一個適當的范圍作為合理間隙 其下限為 Cmin 最小合 理間隙值 Cmax 最大合理間隙值 2 擠切凸模工作部分的尺寸和公差 1 擠切凸模刃口尺寸與制件的內側尺寸基本一致 以拉深凹模作為設計基準尺寸 凸 凹模間隙靠改變擠切凸模刃口尺寸得到 2 擠切凸模刃口在沖制中也會因逐漸被磨損 而減小尺寸 故設計時 應選用接近 或等于 工作的最大極限 尺寸作為凸模刃口尺寸 3 凸 凹模在沖制中均會磨損 從而使沖裁間隙增大 設計模具時 一般應依照磨 損的規(guī)律 選擇最小合理間隙 4 選擇凸凹模刃口尺寸公差應依照沖件的精度要求以經濟合理為原則 查表得間隙值 Zmin 0 12 Zmax 0 20 對切邊采用凸凹模配作制造法 其凸凹模部分 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 18 尺寸計算如下 查表得凸 凹模制造法 0 020mm 0 020mm 核對 Zmax Zmin 0 04 凸 凹 0 04 滿足 Zmax Zmin 的條件 查表得因數 X 0 5 d d 凸 凹 凸 凹 凸 凹 Zmin 33 28 mm d 33 40 mm02 02 凹 02 6 1 3 壓料橡膠的設計與計算 1 壓料板工作行程 h 工 h 工 h1 h2 t 1mm 0 6mm 5 2mm 6 8mm h1 凸模凹進壓料板的高度 h2 凸模沖裁后進入凹模的深度 取 5 2mm 2 橡膠工作行程 H 工 H 工 h 工 h 修 6 8mm 2mm 8 8mm h 修 凸模修模量 取 2mm 3 橡膠自由高度 H 自由 取 H 工 為橡膠自由高度的 25 H 自由 4 8 8mm 35 2mm 4 橡膠的預壓縮量 H 預 一般 H 預 為 0 1 0 15 H 自由 取 H 預 0 15 H 自由 0 15 35 2mm 5 28mm 5 每個橡膠承受的載荷 F1 選用兩個圓筒形橡膠 F 1 F 壓 2 1070 2N 535N 6 橡膠的外徑 D D 27 1pFd 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 19 m 5 0 3 27 10 38mm 7 校核橡膠自由高度 H 自由 0 5 H 自由 D 0 90 1 5 滿足要求 8 橡膠的安裝高度 H 安 H 安 H 自由 H 預 35 2mm 5 28mm 29 2mm 取安裝高度 30mm 6 1 4 彈簧的選用 沖模常用圓柱螺旋壓縮彈簧 強力彈簧和碟形彈簧 根據實際工藝力選擇圓柱螺 旋壓縮彈簧 由文獻 3 表 3 27 查得 圓柱螺旋壓縮彈簧的有關參數 彈簧外徑 D 6mm 鋼絲直徑 d 0 8mm 節(jié)距 t 1 8mm 最大工作負荷 F2 28N 最大工作負荷 F 的總變形量 f2 15 5mm 彈簧自由長度 H0 30mm 有效圈數 n 16 最大工作負荷下的單圈變形量 f 0 97mm 6 1 5 選用模架 確定閉合高度及總體尺寸 由于拉深凹模外形尺寸較小 為了工作過程穩(wěn)定 選用中間導柱模架 再按其標 準選擇具體結構尺寸見表 6 1 表 6 1 模 架 規(guī) 格 選 用 名稱 尺寸 材料 熱處理 上模座 100 80 25 HT200 下模座 100 80 30 HT200 導柱 20 100 22 100 20 滲碳 58 62 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 20 導套 20 65 23 22 65 23 20 滲碳 58 62 Hmin 130mm Hmax 150mm 模具的閉合高度 H 上模座厚 墊板厚 凹模厚 凸模高 下模座厚 工件高 料 厚 25 10 45 5 3 40 10 30 5 2 0 6 145mm 因為模具的封閉高度 H 應該介于壓力機的最大封閉高度 Hmax 和最小封閉高度 Hmin 之間 一般取 Hmax 5mm H Hmin 10mm 由此可以看出 要想讓制件順利加工和從模具上取出 只有使模具有足夠的封閉 高度 Hmax H 5mm 145 5 150mm Hmin H 10mm 145 10 135mm 6 2 模具零件的結構設計 6 2 1 拉深凸模 拉深凸模的外形尺寸 即工作尺寸由 前面的計算確定 拉深凸模上一般開有出 氣孔 這樣會使卸件容易些 否則凸模與 工件由于真空狀態(tài)而無法卸件 其結構見 下圖 圖 4 拉深凸模結構 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 21 拉深凸模用壓入法與擠切凸模固定 擠切凸模用螺釘與下模座固定 還需要一個 銷釘孔 6 2 2 拉深凹模 內 外形尺寸已由前面的計算確定 經查閱有關資料并根據模具結構要求 初步 確定落料凹模壁厚 C 30mm 厚度 h 40mm 它需要兩個銷釘定位和兩個以上的螺紋孔 以便與上模座固定 實際確定凹模尺寸如圖 6 2 3 推件塊 一般與打料桿聯合使用 屬于剛性卸件裝置 靠兩者的自重把工件打出來 打料 塊與拉深凹模間隙配合 圖 5 推件塊 6 2 4 壓邊圈 在拉深工序中 為保證拉深件的表面質量 防止拉深過程中材料的起皺 常采用 壓邊圈用合適的壓邊力使毛坯的變形區(qū)部分被壓在凹模平面上 并使毛坯從壓邊圈與 凹模平面之間的縫隙中通過 從而制止毛坯的起皺現象 在此由于料厚少于 1mm 采用彈壓裝置 壓邊圈的內形與拉深凸模間隙配合 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 22 圖 6 壓邊圈 6 2 5 導柱 導套 對于生產批量大 要求模具壽命高的模具 一般采用導柱 導套來保證上 下模 的導向精度 導柱 導套在模具中主要起導向作用 導柱與導套之間采用間隙配合 根據沖壓工序性質 沖壓的精度及材料厚度等的不同 其配合間隙也稍微不同 因為 本制件的厚度為 0 6mm 所以采用 H7 h6 6 2 6 其他零件 模具其他零件的選用見表 6 2 表 6 2 模具其他零件的選用 序 號 名稱 數 量 材料 規(guī)格 mm 標準 熱處理 1 上模座 1 HT200 100 80 25 GB T28559 90 2 模柄 1 Q235 GB T2862 1 81 3 連接推桿 1 45 8 70 GB T7650 94 40 45HRC 4 抑制螺釘 1 45 M6 12 GB T7653 94 5 螺釘 2 45 8 60 GB T7653 94 40 45HRC 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 23 6 上墊板 1 Q235 100 80 8 GB T7643 3 94 40 43HRC 7 推件塊 1 45 GB T7653 94 8 拉深凹模模 1 Cr12 100 80 45 60 62HRC 9 拉深凸模 1 T10A 60 62HRC 10 壓料板 1 45 43 48HRC 11 橡膠 聚胺脂 12 卸料螺釘 2 45 M8 65 GB T2867 6 92 30 35HRC 13 擠切凸模 2 Cr12 60 62HRC 14 固定銷 2 45 6 35 40 45HRC 15 下模座 1 HT200 100 80 30 GB T2855 10 94 16 螺釘 2 45 6 40 GB T7653 94 40 45HRC 17 彈簧 2 60SiMn 6 30 18 活動擋料銷 2 45 6 10 JB T7649 1 94 40 45HRC 19 導柱 2 20 20 22 100 GB T2862 1 94 滲碳 58 62HRC 20 導套 2 20 20 22 63 100 GB T2862 6 94 滲碳 58 62HRC 21 固定銷 2 20 8 60 GB T2855 1 90 40 45HRC 6 3 模具總裝圖 由以上設計 可得到模具的總裝圖 見下圖 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 24 圖 7 模具總體結構 1 上模座 2 模柄 拉伸擠切凹模 3 連接推桿 4 抑制螺釘塊 5 緊固螺釘 6 上墊板 7 塊件塊 擠切凸 8 拉伸凹模 9 拉伸凸模 10 壓邊料 11 橡膠 12 卸料螺釘 13 擠切凸 模 14 固定銷 15 下模座 16 緊固螺釘 17 彈簧 18 活動擋料銷 19 導柱 20 導套 21 固定銷 其工作過程是 根據上述各工序安排 整個零件加工分別設計了一副專用模具 為拉伸擠切復合模 其結構如圖示 該模具工作過程為 凹模裝在上模 凸模裝在下 模 沖床滑塊上行 模具開啟 將條料放于壓邊圈 10 上 在活動擋料銷的導向與定位 作用下 當沖床滑塊下行 待凹模隨上模下降時 首先將坯件壓住 然后坯件和壓邊 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 使坯件 在凸 凹模作用下 產生塑性變形將工件拉深成形 切邊凸模與凹模成無間隙配合沖 裁 隨著沖床滑塊的逐漸下移 當拉伸完成 拉伸擠切凸模 13 上的擠切刃口部位開始 與拉伸擠切凹模 2 作用將擠切口部擠切出來 完成修邊 當凹模隨上?；厣龝r 零件 由推件塊 7 從拉伸擠切凹模 8 內推出 工件與切邊料自行分離 零件制品在打料塊及 連接推桿的作用下 將其從凹模內推出 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 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 25 第 7 章 結束語 低盒形件屬于簡單拉深件 但拉深工藝相對復雜 由于在零件制造前進行了預測 分析了制件在生產過程中可能出現的缺陷 采取了相應的工藝措施 因此 模具在生 產零件的時候才可以減少廢品的產生 低盒形件的形狀結構較為簡單 但是高度不大 不適合將拉深毛坯的加工工序與 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 26 拉深工序在一副模具上生產 要保證零件的順利加工和取件及生產的經濟性 本模具 采用采用拉伸擠切復合模 能較好地實現拉伸及拉伸件口的修邊 模具設計制造簡便 易行 擠切效果好 能極大地提高生產效率 但拉伸擠切凹模設計較為重要 設計中 應充分考慮其擠切?？谛螤?否則易影響擠切口的擠切面形狀 在拉伸最終進行擠切 修邊時 拉伸擠切凹模四角不可過大 同時 最好保證擠切修邊口的平宵 從而避免 出現尖銳刃口狀擠切口 本次的畢業(yè)設計 是理論知識與實踐有機的結合 更加系統(tǒng)地對理論知識做了 更深切貼實的闡述 通過設計的這一環(huán)節(jié)使我更深刻地認識到 設計的好壞直接影 響到制件質量和勞動強度以及生產成本 所以設計者應該具備淵博的知識和大量的 實踐經驗作為基礎 應該懂得生產的環(huán)節(jié) 這樣才能設計出好的實用的模具來 同時也使我意識到要想做為一名合理的模具設計人員 必須要有扎實的專業(yè)基 礎 并不斷學習新知識新技術 樹立終身學習的觀念 把理論知識應用到實踐中去 并堅持科學 嚴謹 求實的精神 雖然我傾注了大量的勞動和汗水在這個設計 由 于缺乏經驗與實踐 設計的十分艱辛 雖然借鑒了許多 還是有好多不明白之處 希望在老師的指導和今后自己的工作中不斷充實自我的能力 致 謝 首先感謝本人的導師文秀海老師 他仔細審閱了本文的全部內容并對我的畢業(yè)設 計內容提出了許多建設性建議 文老師淵博的知識 誠懇的為人 使我受益匪淺 在 畢業(yè)設計的過程中 特別是遇到困難時 他給了我鼓勵和幫助 在這里我向他表示真 誠的感謝 感謝母校 河南機電高等?？茖W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 感謝和我在一起進行課題研究的同窗同學 和他們在一起討論 研究使我受益非 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 27 淺 最后 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 參 考 文 獻 1 陳錫棟 周小玉主編 實用模具技術手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2001 2 李紹林 馬長福主編 實用模具技術手冊 M 上?？茖W技術出版社 1998 3 許發(fā)樾主編 實用模具設計與制造手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 4 楊玉英主編 實用沖壓工藝及模具設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 5 模具實用技術叢書編委會 沖壓設計應用實例 M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 6 翟德梅主編 模具制造技術 M 河南機電高等?？茖W校 7 王芳主編 冷沖壓模具設計指導 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 28 8 任嘉卉主編 公差與配合手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 9 李易 于成功 聞小芝主編 現代模具設計 制造 調試與維修實用手冊 M 北京 金版電子出版公司 2003 10 彭建聲 秦曉剛編著 模具技術問答 M 北京 機械工業(yè)出版社 1996 11 Williams D J Advanced tool materials in the drawing of metals Shceet Metal Ind Nov 1983 12 Kondo K Parametric and Interactive Geometric Modeler Formechanical Computer Aeded Design 1990 10