U形件方形盒端蓋的拉深沖壓工藝模具設(shè)計(jì)【拉深和切邊復(fù)合模含16張CAD圖帶工藝卡】
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1第 1 章 緒論隨著我國改革開放步伐的進(jìn)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(chǔ)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(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%—80%的零部件都依靠模具成型。國民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)，即機(jī)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(yīng)。模具生產(chǎn)水平的高低，己成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，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(qiáng)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(shù)水平。目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)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(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)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(shí)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003 年我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)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(wù)飽滿，2004 年模具產(chǎn)值 530 億元。進(jìn)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(jìn)出口之比2004 年為 3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá) 13.2 億美元，為凈進(jìn)口量較大的國家。在 2 萬多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)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(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)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(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)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(jìn)行之中，但總體來看，2體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)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(shù)方面。 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是 15～20 萬美元，有的高達(dá) 25～30 萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)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(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)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(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM 應(yīng)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(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)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(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)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(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。1.1.2 國內(nèi)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(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)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(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)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(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)； 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)； 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)； 5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率； 6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)； 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(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程； 310）開發(fā)新的成形工藝和模具。1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)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(xiàn)供不應(yīng)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(chǎn)值的三分之一。 國外模具總量中,大型、精密、復(fù)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(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國模具產(chǎn)值達(dá) 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(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的 90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多 15～20 萬美元，有的達(dá)到 25～30 萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá) 70%以上，而我國才達(dá)到 45％．1.3 拉深件模具設(shè)計(jì)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(jī)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(zhuǎn)體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復(fù)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(yīng)在 IT13 級以下，不宜高于 IT11 級。本設(shè)計(jì)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(yīng)力分布不均,可以利用塑性加工理論進(jìn)行定性分析。因此，只有加強(qiáng)拉深變形基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準(zhǔn)確、實(shí)用、方便的計(jì)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(shí)際問題，從而，進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。其工作過程很簡單就一個低方形拉深，根據(jù)工藝分析及計(jì)算確定它能一次拉深成功。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架。為了保證制件的尺寸精度，設(shè)計(jì)時可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。方行件是最典型的盒形拉深件，根據(jù)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(zhuǎn)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(fù)雜的。通過網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)的分析得出拉深方形的一些變形特點(diǎn)：1.直邊區(qū)的變形不是簡單的彎曲，橫向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(yīng)圓筒形件小。2.應(yīng)力分布不均，特別是徑向拉應(yīng)力的分布很不均勻，中間最大，向兩側(cè)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(xiàn)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(yán)重時可造成工件的形狀不規(guī)則，出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。這是方形件拉深的特殊質(zhì)量問題，應(yīng)該引起注意的。1.3.1 端蓋拉深模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路1、明確設(shè)計(jì)任務(wù)書，收集有關(guān)資料在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)——方形件拉深以及設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃，并仔細(xì)閱讀《冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)》教材，了解本設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求和步驟，以及查閱有關(guān)模具圖冊、設(shè)計(jì)手冊等資料；了解本設(shè)計(jì)零件的用途、結(jié)構(gòu)、性能，在整個產(chǎn)品中的裝配關(guān)系、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量，采用的沖壓設(shè)備型號和規(guī)格，模具零件的制造加工工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等情況。2、工藝分析及工藝方案的制定經(jīng)分析制件的技術(shù)要求，結(jié)構(gòu)工藝性及經(jīng)濟(jì)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(jì)算及設(shè)計(jì)（1） 、排樣及材料利用率計(jì)算 （2） 、刃口尺寸的計(jì)算（3） 、沖壓的計(jì)算，壓力中心的確定，沖壓設(shè)備的初選，根據(jù)排樣圖和所選的模具結(jié)構(gòu)形式，可以方便計(jì)算出所需總壓力。待模具總設(shè)計(jì)好后，校核設(shè)備裝模尺寸，最終確定設(shè)備型號及工藝參數(shù)。4、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)、確定凹模尺寸 先計(jì)算出凹模的厚度，再根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)選取。（2） 、選擇模架并確定其他沖模零件的主要參數(shù) 根據(jù)凹模周界尺寸大小，從《冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)》中確定模架規(guī)格及主要沖模零件的規(guī)格參數(shù)。（3） 、畫沖模裝配圖 裝配圖上零件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為準(zhǔn)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(shù)文件 技術(shù)文件包括：說明書、沖壓工藝卡和機(jī)械加工工藝過程卡。1.3.2 低方形件拉深模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度51.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間 15 天；2.確定加工方案，所用時間 5 天；3.模具的設(shè)計(jì)，所用時間 30 天；4．模具的調(diào)試．所用時間 5 天．第 2 章 盒形沖壓件的工藝分析2.1 引言設(shè)計(jì)的目的是在于鞏固所學(xué)的理論知識，熟悉了解有關(guān)資料，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)實(shí)際工作能力，通過沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在沖壓工藝性分析，沖壓工藝方案論證，沖壓工藝計(jì)算，沖模零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)文獻(xiàn)等方面受到依次綜合訓(xùn)練。本設(shè)計(jì)題目為低盒形件拉深模,但對做畢業(yè)設(shè)計(jì)的畢業(yè)生有一定的設(shè)計(jì)意義，它概括了拉深零件的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者沖壓模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。6拉深件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)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(jù)零件結(jié)構(gòu)可知：此工件為無凸緣方形工件，要求內(nèi)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(zhì)量要求。內(nèi)形尺寸為32mm 的公差等級為 IT13 級，滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃壍囊蟆９ぜ目傮w高度到最后可由切邊達(dá)到要求。用于拉深的材料的一般具有較好的塑性、低的屈強(qiáng)比、大的板厚方向性系數(shù)和小的板平面方向性。YL12 是較普遍的材料，價(jià)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。7第 3 章 確定工藝方案根據(jù)制件的工藝分析,知道制件是個簡單的方形拉深件。經(jīng)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(chǎn)。方案二：拉深和切邊復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案一、模具結(jié)構(gòu)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(chǎn)率低，難以滿足批量生產(chǎn)要求。方案二、只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)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(jù)工件的外形及尺寸關(guān)系選擇方案二,為拉深切邊復(fù)合模。8第 4 章 主要工藝參數(shù)的計(jì)算4. 1 拉深毛坯尺寸拉深件的工藝計(jì)算是拉深工藝設(shè)計(jì)中的一個環(huán)節(jié)，本制件的工藝計(jì)算屬于最簡單的。其主要的內(nèi)容包括計(jì)算毛坯直徑、決定拉深次數(shù)及確定壓邊裝置等。根據(jù)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(jì)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(zhǔn)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(jìn)行修邊，在計(jì)算毛坯尺寸也須計(jì)入修邊余量。2.計(jì)算拉深毛坯尺寸9由于板厚 t 小于 1mm，故可直接用工件圖所注尺寸計(jì)算，不必用中線尺寸計(jì)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(jì)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(zhuǎn)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(diǎn)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：10圖 2 毛坯輪廓圖4. 2 確定拉深次數(shù)利用極限相對高度進(jìn)行判斷,根據(jù)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(xiàn)象，制件在成形過程中，凸緣的起皺現(xiàn)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(chǎn)實(shí)際中主要方法是在模具結(jié)構(gòu)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(xiàn)象，可根據(jù)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(dāng)Dt11t/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(jié)構(gòu)如下圖所示:圖 3 壓邊圈采用形式4.4 排樣方式的確定設(shè)計(jì)復(fù)合模，首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖。該工件的毛坯是近圓形，應(yīng)采用有廢料直排的排樣方式。12第 5 章 沖裁壓力、壓力中心計(jì)算及壓力機(jī)的選用5.1 切邊沖裁力的計(jì)算5.1.1 切邊力的計(jì)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(xué)性能波動及材料的厚度偏差等各種因素的影響,于是實(shí)際計(jì)算剪切力的計(jì)算公式應(yīng)按以下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行：F 切=L1t b計(jì)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） ，σ b------被拉深材料的抗拉強(qiáng)度（N/mm ） ，2查手冊得 YL12 的 σ b =200N/mm2即F 切=4×33.2×0.6×200=15.9KN5.2 拉深力的計(jì)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(xué)性能波動及材料的厚度偏差等各種因素的影響,實(shí)際計(jì)算拉深力的計(jì)算公式應(yīng)該以生產(chǎn)中常用的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)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(shù),一般取 0.8即拉深力 F=4×32×0.6×200×0.8=12.3KN5.3 卸料力的計(jì)算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(xué)性能、板料厚度、搭邊料的寬度、潤滑與粘度情況等。在生產(chǎn)均采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：F 卸=K1 FK-------卸料力系數(shù),查表 1-7 取 0.05，則F 卸=0.05 ×12.3KN=0.62KN5.4 壓料力的計(jì)算 壓邊圈產(chǎn)生的壓邊力 F 壓 大小應(yīng)適當(dāng)，F(xiàn) 壓 太小，防皺效果不好；F 壓 太大，則會增大傳力區(qū)危險(xiǎn)斷面上的拉應(yīng)力，從而引起材料嚴(yán)重變薄甚至拉裂。因此，實(shí)際應(yīng)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(jì)算公式可按下式計(jì)算：壓邊力 F Q=Ap=π/4[D 2-B2]p 式中各含義見[4]A———壓 邊 圈 的 面 積 （ mm ）; 2p——單 位 壓 邊 力 （ Mpa） ;查表 1-56 壓 床 上 拉 深 時 單 位 壓 邊 力 的 數(shù) 值 可 知 YL12 的 單 位 壓 邊 力 p=1.6 Mpa，即壓 邊 力F Q＝π/4[43.35 2-322]×1.6＝1.07KN5.5 拉深功的計(jì)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(shù) （ 查 表 4-61 拉 深 系 數(shù) 的 關(guān) 系 ， 取 c=0.8） 。1433max1010AFhch?????平 均=0.8?29890 ?5.2?0.001=124.34 J 5.6 拉深功率的計(jì)算功 率 ： N= ?75603.1?KAn= =507.92kw..14.2式 中N----壓 力 機(jī) 電 動 機(jī) 功 率 （ KW）K----不 平 衡 系 數(shù) ， K =1.2A----拉 深 功 （ J）1----壓 力 機(jī) 效 率 ， 1=0.6??2----電 機(jī) 效 率 ， 2=0.9n----壓 力 機(jī) 每 分 鐘 行 程 次 數(shù)1.36----轉(zhuǎn) 換 系 數(shù)5.7 壓力機(jī)的選用壓力機(jī)額定壓力的選擇，必須使壓力機(jī)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(jī)壓力曲線之內(nèi)，在選用壓力機(jī)的額定壓力時，可按下列淺拉深件經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(jù)拉深力的計(jì)算結(jié)果和工件的高度，由文獻(xiàn)[]表 1-8 開式雙柱可傾壓力機(jī)部分參數(shù)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(shù)/min ：1351?最大閉合高度/mm：180閉合高度調(diào)節(jié)量/mm：50滑塊中心線至車身距離/mm：13015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：5016第 6 章 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 模具工作部分的工藝計(jì)算6.1.1 拉深部分的計(jì)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(zhì)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(jìn)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(yán)重，甚至拉裂，同時降低模具壽命。因此，應(yīng)該綜合考慮各種影響因素，選取適當(dāng)?shù)睦铋g隙值，既可保證工件的要求，又能使拉深順利進(jìn)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(yīng)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(yīng)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。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(nèi)形尺寸，拉深以凸模為基準(zhǔn)，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(nèi)形公稱尺寸△ ——工件的公差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(yīng)設(shè)計(jì)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(jù)凸模尺寸而定，具體數(shù)據(jù)由表 4.32 ,查得直徑 d1=3mm]1[6.1.2 擠切部分的計(jì)算1、切邊沖裁模間隙切邊間隙是否合理將直接影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量,尺寸,精度,模具的壽命,設(shè)備的能耗等.當(dāng)切邊沖裁間隙適當(dāng)時,上下裂紋重合,沖件的斷面質(zhì)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(nèi)側(cè)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(shí)際應(yīng)用中通常選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g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(nèi)側(cè)尺寸基本一致,以拉深凹模作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(shè)計(jì)時,應(yīng)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(shè)計(jì)模具時,一般應(yīng)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(yīng)依照沖件的精度要求以經(jīng)濟(jì)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18尺寸計(jì)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(shù) 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(shè)計(jì)與計(jì)算1.壓料板工作行程 h 工h 工 =h1+h2+t=1mm+0.6mm+5.2mm=6.8mmh1——凸模凹進(jìn)壓料板的高度h2——凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度 取 5.2mm2.橡膠工作行程 H 工H 工 =h 工 +h 修=6.8mm+2mm=8.8mmh 修 ——凸模修模量 取 2mm3.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=35.2mm4.橡膠的預(yù)壓縮量 H 預(yù)一般 H 預(yù) 為（0.1～0.15）H 自由?。?H 預(yù) =0.15 H 自由=0.15×35.2mm=5.28mm5.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=535N6.橡膠的外徑 DD= )/(27.1pFd?19= m)5.0/3(27.10??=38mm7.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(yù)=35.2mm-5.28mm=29.2mm取安裝高度 30mm6.1.4 彈簧的選用沖模常用圓柱螺旋壓縮彈簧，強(qiáng)力彈簧和碟形彈簧。根據(jù)實(shí)際工藝力選擇圓柱螺旋壓縮彈簧，由文獻(xiàn)[3]表 3-27 查得，圓柱螺旋壓縮彈簧的有關(guān)參數(shù)：彈簧外徑 D=6mm鋼絲直徑 d=0.8mm節(jié)距 t=1.8mm最大工作負(fù)荷 F2=28N最大工作負(fù)荷 F 的總變形量 f2=15.5mm彈簧自由長度 H0=30mm有效圈數(shù) n=16最大工作負(fù)荷下的單圈變形量 f=0.97mm6.1.5 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(dǎo)柱模架。再按其標(biāo)準(zhǔn)選擇具體結(jié)構(gòu)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(dǎo)柱 20×100、22×100 20 滲碳 58～6220導(dǎo)套 20×65×23、22×65×23 20 滲碳 58～62Hmin=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?yàn)槟＞叩姆忾]高度 H 應(yīng)該介于壓力機(jī)的最大封閉高度 Hmax 和最小封閉高度Hmin 之間，一般?。篐max-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=150mmHmin≤H-10mm=145-10=135mm6.2 模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(jié)構(gòu)見下圖：21圖 4 拉深凸模結(jié)構(gòu)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(nèi)、外形尺寸已由前面的計(jì)算確定，經(jīng)查閱有關(guān)資料并根據(jù)模具結(jié)構(gòu)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(shí)際確定凹模尺寸如圖：6.2.3 推件塊一般與打料桿聯(lián)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(zhì)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(xiàn)象。在此由于料厚少于 1mm，采用彈壓裝置，壓邊圈的內(nèi)形與拉深凸模間隙配合。22圖 6 壓邊圈6.2.5 導(dǎo)柱、導(dǎo)套對于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套來保證上、下模的導(dǎo)向精度。導(dǎo)柱、導(dǎo)套在模具中主要起導(dǎo)向作用。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、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?yàn)楸局萍暮穸葹?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(shù)量 材料 規(guī)格/ mm 標(biāo)準(zhǔn) 熱處理1 上模座 1 HT200 100×80×25 GB/T28559-902 模柄 1 Q235 GB/T2862.1-813 連接推桿 1 45 φ8×70 GB/T7650-94 40～45HRC4 抑制螺釘 1 45 M6×12 GB/T7653-94235 螺釘 2 45 φ8×60 GB/T7653-94 40～45HRC6 上墊板 1 Q235 100×80×8 GB/T7643.3-94 40～43HRC7 推件塊 1 45 GB/T7653-948 拉深凹模模 1 Cr12 100×80×45 60～62HRC9 拉深凸模 1 T10A 60～62HRC10 壓料板 1 45 43～48HRC11 橡膠 聚胺脂12 卸料螺釘 2 45 M8×65 GB/T2867.6-92 30～35HRC13 擠切凸模 2 Cr12 60～62HRC14 固定銷 2 45 φ6×35 40～45HRC15 下模座 1 HT200 100×80×30 GB/T2855.10-9416 螺釘 2 45 φ6×40 GB/T7653-94 40～45HRC17 彈簧 2 60SiMn φ6×30 18 活動擋料銷 2 45 φ6×10 JB/T7649.1-94 40～45HRC19 導(dǎo)柱 2 20 20（22）×100GB/T2862.1-94 滲碳58～62HRC20 導(dǎo)套 2 20 20（22）×63×100GB/T2862.6-94 滲碳58～62HRC21 固定銷 2 20 φ8×60 GB/T2855.1-90 40～45HRC6.3 模具總裝圖由以上設(shè)計(jì)，可得到模具的總裝圖，見下圖：24圖 7 模具總體結(jié)構(gòu)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(dǎo)柱 20 導(dǎo)套 21 固定銷 其工作過程是：根據(jù)上述各工序安排，整個零件加工分別設(shè)計(jì)了一副專用模具，為拉伸擠切復(fù)合模，其結(jié)構(gòu)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(dǎo)向與定位作用下，當(dāng)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(nèi)，使坯件在凸、凹模作用下，產(chǎn)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(dāng)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(dāng)凹模隨上模回升時，零件由推件塊 7 從拉伸擠切凹模 8 內(nèi)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(nèi)推出。而壓邊圈在緩沖器系統(tǒng)作用下又回到原位，準(zhǔn)備下一次拉深。25第 7 章 結(jié)束語低盒形件屬于簡單拉深件，但拉深工藝相對復(fù)雜。由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。低盒形件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡單，但是高度不大，不適合將拉深毛坯的加工工序與拉深工序在一副模具上生產(chǎn)。要保證零件的順利加工和取件及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，本模具采用采用拉伸擠切復(fù)合模，能較好地實(shí)現(xiàn)拉伸及拉伸件口的修邊，模具設(shè)計(jì)制造簡便易行．?dāng)D切效果好，能極大地提高生產(chǎn)效率，但拉伸擠切凹模設(shè)計(jì)較為重要，設(shè)計(jì)中26應(yīng)充分考慮其擠切模口形狀，否則易影響擠切口的擠切面形狀。在拉伸最終進(jìn)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(xiàn)尖銳刃口狀擠切口。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是理論知識與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實(shí)的闡述。通過設(shè)計(jì)的這一環(huán)節(jié)使我更深刻地認(rèn)識到，設(shè)計(jì)的好壞直接影響到制件質(zhì)量和勞動強(qiáng)度以及生產(chǎn)成本。所以設(shè)計(jì)者應(yīng)該具備淵博的知識和大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，應(yīng)該懂得生產(chǎn)的環(huán)節(jié)。這樣才能設(shè)計(jì)出好的實(shí)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(shè)計(jì)人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神。雖然我傾注了大量的勞動和汗水在這個設(shè)計(jì)，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐。設(shè)計(jì)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(dǎo)和今后自己的工作中不斷充實(shí)自我的能力。致 謝首先感謝本人的導(dǎo)師，她仔細(xì)審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。于老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向她表示真誠的感謝！感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗同學(xué)，和他們在一起討論、研究使我受益非淺。最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！27參 考 文 獻(xiàn)[1] 陳錫棟、周小玉主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊[ M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001[2] 李紹林、馬長福主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊[ M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998[3] 許發(fā)樾主編.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊[ M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[4] 楊玉英主編.實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊[ M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[5] 模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會.沖壓設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例[ M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1999[6] 翟德梅主編.模具制造技術(shù)[ M].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校[7] 王芳主編.冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[ M]. 北京：機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，2000[9] 李易、于成功、聞小芝主編.現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試與維修實(shí)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(shù)問答[ M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996[11] Williams. D.J. : Advanced tool materials in the drawing of metals. 28Shceet Metal.Ind. ,Nov. 1983 [12] Kondo K.Parametric and Interactive Geometric Modeler Formechanical.Computer-Aeded Design.1990(10)