有凸緣圓筒U形件沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)【落料拉深復(fù)合模含12張CAD圖帶卡片】

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11 緒 論目前，我國(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜螅饕蚴俏覈?guó)在沖壓基礎(chǔ)理論及成型工藝、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(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國(guó)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(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀我國(guó)沖壓模具近年來(lái)發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003 年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有 2萬(wàn)多家，從業(yè)人員約 50 多萬(wàn)人，2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿(mǎn)，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(zhǎng) 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(guó)家在 2 萬(wàn)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(guò)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(lái)， 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(zhǎng)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(zhuān)業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資" 及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速；國(guó)企股份制改造步伐加快等。雖然說(shuō)我國(guó)模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。低檔模具過(guò)剩，高檔模具供不應(yīng)求，甚至有的依賴(lài)進(jìn)口，因此，模具企業(yè)必須找準(zhǔn)自己的弱點(diǎn)，盡快縮短與國(guó)外的差距。(1)體制不順，基礎(chǔ)薄弱“三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用，私營(yíng)企業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快，國(guó)企改革也在進(jìn)行之中，但總體來(lái)看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，再加上國(guó)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。 (2)人才嚴(yán)重不足，科研開(kāi)發(fā)及技術(shù)攻關(guān)方面投入太少 2模具行業(yè)是技術(shù)密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時(shí)代進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展，能掌握和運(yùn)用新技術(shù)的人才異常短缺，高級(jí)模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊缺。由于模具企業(yè)效益欠佳及對(duì)科研開(kāi)發(fā)和技術(shù)攻關(guān)不夠重視，因而總體來(lái)看模具行業(yè)在科研開(kāi)發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，民營(yíng)企業(yè)貸款困難也影響許多企業(yè)的技術(shù)改造，致使科技進(jìn)步不大。 (3)工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低雖然國(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來(lái)看裝備水平仍比國(guó)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(guó)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(wèn)題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低，帶來(lái)中國(guó)模具企業(yè)鉗工比例過(guò)高等問(wèn)題。(4)專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差 由于長(zhǎng)期以來(lái)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(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)水平低，專(zhuān)業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 45%左右，其余為自產(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(guó)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(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，對(duì)模具制造周期影響尤甚。 (5)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(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國(guó)產(chǎn)模具鋼與國(guó)外進(jìn)口鋼相比，無(wú)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(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來(lái)的十年，中國(guó)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)； 3(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(lái)越高； (8).模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化； (9).研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程； (10).開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具。1.2　國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車(chē)、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。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(wú)法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)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。近幾年，全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場(chǎng)年交易總額為 600～650 億美元左右。美國(guó)、日本、法國(guó)、瑞士等國(guó)家年出口模具量約占本國(guó)模具年總產(chǎn)值的三分之一。 國(guó)外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例占到 50%以上；國(guó)外模具企業(yè)的組織形式是"大而專(zhuān) "、"大而精"。2004 年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪問(wèn)時(shí)，從德國(guó)工、模具行業(yè)組織-- 德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)了解到，德國(guó)有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá) 48 億歐元。其中（VDMA）會(huì)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(guó)模具產(chǎn)值的 90%，可見(jiàn)其規(guī)模效益。 隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國(guó)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(jí)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(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬(wàn)美元左右，而國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多 15～20 萬(wàn)美元，有的達(dá)到 25～30 萬(wàn)美元。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá) 70%以上，而我國(guó)才達(dá)到 45％。1.3　有凸緣圓筒形件多次拉深模具設(shè)計(jì)與制造1.3.1 有凸緣圓筒形件多次拉深模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路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(kāi)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 4零件及其他形狀復(fù)雜的薄壁零件，但是，加工出來(lái)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(jí)以下，不宜高于 IT11 級(jí)。有凸緣圓筒形件是最典型的拉深件，其工作過(guò)程很簡(jiǎn)單就一個(gè)拉深，根據(jù)計(jì)算確定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度,改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度的同時(shí),還要注意保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的強(qiáng)度. 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)拉深凸模與拉深凹模工作配合長(zhǎng)度決定．設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。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(wèn)題，從而，進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。1.3.2 有凸緣圓筒形件多次拉深模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度1.了解目前國(guó)內(nèi)外塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間 15 天；2.確定工藝規(guī)程，所用時(shí)間 5 天；3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間 30 天；4.模具的調(diào)試，所用時(shí)間 5 天。 52 有凸緣圓筒形件沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)2.1 拉深件工藝性分析工 件 圖： 如圖所示生產(chǎn)批量： 大量 材 料： 08 鋼厚 度： 2mm圖 1 制件圖此工件為有凸緣圓筒形件，要求零件尺寸標(biāo)注在外形，零件尺寸厚度不變。此工件的形狀滿(mǎn)足拉深工藝要求，可用拉深工序加工。各圓角 r=3.5＞2t，滿(mǎn)足拉深對(duì)圓角半徑的要求。 為 IT13 級(jí)，滿(mǎn)足拉深工序03.4??對(duì)工件的公差等級(jí)要求。08 鋼拉深性能良好。此零件的拉深次數(shù)可由下列工序計(jì)算來(lái)確定。2.1.1 計(jì)算毛坯尺寸 =76mm,d=(34-1.5)mm=32.5mm,由凸緣的相對(duì)直徑 /d=76 mm/32.5 mm=2.34，凸d 凸d查表 4.3.2[6]得修邊余量△R=2.5 mm，因零件底部圓角半徑 r 與凸緣圓角半徑 R 相等， 6即 r=R 時(shí)，有凸緣筒形件的毛坯直徑：D= dRHd4.32??凸d=32.5mm,H=(54.5-1.5)mm=53mm,R=3.5mm 代，將 凸 mR81)5.76(????入上式中，得毛坯的直徑為：D= =111mm5.324.3.24???2.1.2 確定是否用壓邊圈因?yàn)?t／D×100%=1.35＜1.5， =0.53＜0.6，由表 4.4.4[6]查得需要用壓料裝置。首1m次拉深時(shí)一般采用平面壓邊裝置。再次拉深時(shí)，采用筒形壓邊圈。一般來(lái)說(shuō)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。首次拉深 再次拉深圖 2 壓邊圈各次拉深采用形式2.1.3 判斷能否一次拉成工件總的拉深系數(shù) =d/D=32.5 mm/111 mm =0.29 ,工件總的拉深相對(duì)高度 H/d=53 總mmm/32.5 mm =1.63.由 /d=81mm/32.5mm=2.49,t/D×100=1.5mm/111mm×100=1.35,查表 4.5.2[6]得，有凸凸d緣圓筒形件第一次拉深的極限拉深系數(shù) =0.38；1由表 4.5.1[6]查得，有凸緣圓筒形件首次拉深的極限相對(duì)高度 / =0.3,由于1hd＜ ，H/d＞ / ，故此工件不能一次拉出?？俶11hd 72.1.4 試制訂首次拉深系數(shù)取首次 / =1.1，查表 4.4.1[6]得 =0.53，而第一次拉深系數(shù) = /D，則第一次凸d1 1m1md拉深的半成品直徑為 =0.53×111mm=58.83mm(調(diào)整為 60mm)。D1?第一次拉深的凹模圓角半徑用下式計(jì)算=0.81凹r??td1?將 D=111mm, =60mm,t=1.5mm 代入上式得，凹模的圓角半徑 =0.81凹rmm=6.997mm,則 = +t/2=(6.997+1.5／2)mm=7.747mm,取 =8mm,5.)601(??1r凹并取 = ,則 = =8mm,根據(jù)工件圓角重新調(diào)整凸、凹模的圓角，取為 = =8-凸r1凹 2r1 1凸 凹r1.5/2=7.25mm.為了以后的拉深不使已拉深好的凸模變形，第一次拉深要將坯料多拉入凹模所需要量的 5%，則需對(duì)坯料作相應(yīng)的放大。過(guò)程如下：圖 b)所示為第一次拉深的半成品，其凸緣的圓環(huán)面積 A 環(huán)，由公式求得：= [ -（ +2 ） 2]環(huán)A4?2凸d1r將 =81mm, =60mm, =8mm 代入上式，則：凸 11= [812-（60+2×8） 2] =785×環(huán)A4?m4?2工件的面積應(yīng)等于毛坯的面積，由下列公式求得：= D2= ×1112 =12321× 工 件A4?4?2被拉入凹模的面積應(yīng)等于：= - =11536×凹A工 件 環(huán) 4?2m若多拉入 5%的料進(jìn)入凹，則被拉入凹模的面積＇ =1.05 =12112.8× ，凹A凹 4?2 8使擴(kuò)大的毛坯面積為：＇ =1.05 + =12112.8× +785× 環(huán)A凹 環(huán)A4?2m=12897.8× 2m故擴(kuò)大后的坯料直徑為：D＇ = = =113.6mm?’環(huán)A48.1297由下式可求得半成品的高度，因圓角半徑 = ，則：2r1= ( D＇2 - )+0.43( + )nHd5.02凸 21將 D＇ =113.6mm, =81mm, =60mm, = =8mm 代入上式，得到第一次拉深的凸 1d1r2高度為：= （113.6 2-812）mm+0.43×16mm=33mm1H605.工件的第一次相對(duì)高度 =33mm/60mm=0.55工 件)/(1dH由表 4.5.1[6]查得有凸緣圓筒形件第一次拉深的最大高度 =0.65，因?yàn)?/(1dh≤ ，所以第一次拉深直徑 φ60 mm 選擇合理。工 件)/(1dH)/(1h2.1.5 確定拉深次數(shù)1.計(jì)算直徑由于有凸緣圓筒形件在以后各次拉深中的拉深系數(shù)可由表 4.4.1[6]選取，且取值應(yīng)略大些。根據(jù)毛坯的相對(duì)高度(t/D)×100=(1.5mm/113.6 mm) ×100=1.32,由表 4.4.1 可取值為=0.76， =0.79， = 0.84， =0.88。2m34m5各次拉深時(shí)半成品的直徑為：= =0.76×60mm=45.6mm（調(diào)2d1 整為 47mm） 9= =0.79×47mm=37.13mm（調(diào)整為 40mm）3dm2= =0.84×40mm=33.6mm（調(diào)整為 36mm）4= =0.88×36mm=31.68mm＜34mm。5選定 為工件的直徑 34mm。d2.計(jì)算圓角半徑以后各次的凹模圓角半徑 =（0.6～0.8）nr凹 )1(?nr凹第二次拉深的凹模圓角半徑 =0.6×7.25≈4.3mm， = =4.3mm。2凹 2凸 凹r則第二次拉深的工件尺寸為： =4.3+1.512≈5mm。r同理，第三次拉深的模具圓角半徑 = =3.25 mm，工件的尺寸為 r=4mm。3凸 凹第四次拉深的模具圓角半徑 = =3.25mm，半成品的圓角半徑取為 4mm。4凸r凹最后一次拉深，凸、凹模的圓角半徑應(yīng)取工件的圓角半徑值，即 = =3.5mm。5凸r凹3.計(jì)算高度第二次拉深時(shí)，多拉 3%的材料，第一次余下 2%的材料返到凸緣上。= [ 2-（ +2 ） 2]環(huán)A4?凸dr= [812-（ 47+2×5） 2] =3312× ，m4?2= - = D2-凹A工 件 環(huán) 4?環(huán)A= ×1112 -3312× =9009× ，m24?2m若多拉入 3%的料進(jìn)入凹模，則被拉入凹模的面積：＇ =1.03× =9279.27× ，凹A凹 4?2 10使擴(kuò)大的毛坯面積為：＇ = ＇ + =9279.27× +3312×環(huán)A凹 環(huán) 4?2m=12591.27× ，2m故擴(kuò)大后的坯料直徑為：D＇ = = =112mm?’環(huán)A427.159則第二次拉深時(shí)半成品的高度為：= ( - 2)+0.43×22H5.0d?凸 2r= (1122-812)mm+0.43×2×5mm 47.=36mm第三次多拉入 1.5%的材料，第二次余下 1.5%的材料返回到凸緣上，= [ 2-（ +2 ） 2]環(huán)A4?凸d3r= [812-（40+2×4） 2] =4257× ，m4?2= - = D2-凹A工 件 環(huán) 4?環(huán)A= ×1112 -4257× =8064× ，m24?2m＇ =1.03× =8305.92× ，凹A凹 2 11＇ = ＇ + =8305.92× +4257×環(huán)A凹 環(huán) 4?2m=12562.92× ，2D＇ = = =112mm?’環(huán)A49.156則第三次拉深時(shí)半成品的高度為：= ( - 2)+0.43×23H5.0d?凸 3r= (1122-812)mm+0.43×2×4mm 40.=41mm第四次多拉入 1%的材料，第三次余下 0.5%的材料返回凸緣上。= [ 2-（ +2 ） 2]環(huán)A4?凸d4r= [812-（36+2×4） 2]mm2=4625× ，4?2m= - = D2-凹A工 件 環(huán) 4?環(huán)A= ×1112 -4625× =7696× ，m24?2m＇ =1.03× =7926.88× ，凹A凹 2＇ = ＇ + =7926.88× +4625×環(huán) 凹 環(huán) 4?2m=12551.88× ，2 12D＇ = = =112mm?’環(huán)A48.125則第四次拉深時(shí)半成品的高度為：= ( - 2)+0.43×24H5.0d?凸 4r= (1122-812)mm+0.43×2×4mm 36.=45mm= =53mm5H工 件各半成品的外形總高用： +1.5mm，分別為：n=34.5mm， =37.5mm， =42.5mm， =46.5mm， =54.5mm。1h2h3h4h5h2.1.6 畫(huà)出拉深工序圖畫(huà)出各次拉深件的簡(jiǎn)圖，便于設(shè)計(jì)各次拉深模，可避免設(shè)計(jì)拉深模時(shí)，將重要尺寸搞錯(cuò)。如果拉深次數(shù)較少，也不用畫(huà)出工序圖。本次拉深簡(jiǎn)圖如下圖所示：R8R8 34.5φ81φ62 R5R5 37.5φ81φ49R4R4 42.5φ81φ4048R4R4φ81φ3554.5R3.5R3.5φ81φ32.5圖 3 有凸緣圓筒形拉深件的工序圖2.2 工藝方案的確定 13根據(jù)制件的工藝分析,知道制件是個(gè)帶凸緣筒形拉深件。所以它的基本工序有：落料、拉深。根據(jù)這兩個(gè)基本工序可擬出三種方案：方案一：先落料、后拉深。采用兩個(gè)單工序模生產(chǎn)。方案二：落料--拉深復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：拉深級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)比較三種方案，方案一：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序兩副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿(mǎn)足工件大批量生產(chǎn)的要求。方案二：只需一副模具，生產(chǎn)效率高，盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)，模具制造并不困難。方案三：也只需一副模具，生產(chǎn)效率高，但模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，操作不方便。對(duì)上述三種方案的分析比較，該工件若能一次拉深，則其沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。第一步是落料，然后進(jìn)行五次拉深。由于本工件采用了圖一的拉深過(guò)程，而且每次拉深都有余料返回凸緣，為了去掉筒壁上的壓痕和凸緣上的波紋，須加一次整形工序，最后是修邊。2.3 必要的工藝計(jì)算2.3.1 排樣計(jì)算這里毛坯直徑 Ф111mm 不算太小，考慮到操作方便，排樣采用單排。采用側(cè)壓裝置，查參考文獻(xiàn) [6]取其搭邊數(shù)值： 14圖 4 排樣圖條料兩邊 a=1.2mm，進(jìn)距方向 a1=1.0mm，條料與導(dǎo)料板之間的間隙 c=0.5mm。進(jìn)距 h=D+a1=111+1.0=112mm條料寬度 b=D+2a+C=111+2×1.2+0.5≈114mm板料規(guī)格查參考文獻(xiàn) [2]選用 1.5×2300×3000 的鋼板裁板條數(shù) 201431?bBn每條個(gè)數(shù) 6.2?haA每板總個(gè)數(shù) 52021???n總材料利用率 =72.9%BAD24??總總2.3.2 計(jì)算壓邊力，拉深力 15為了解決拉深過(guò)程中的起皺問(wèn)題，生產(chǎn)實(shí)際中的主要方法是在模具結(jié)構(gòu)上采用壓料裝置。壓邊圈產(chǎn)生的壓邊力 大小應(yīng)適當(dāng)， 太小，防皺效果不好； 太大，則會(huì)增大QFQFQF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。因?yàn)楸局萍禽S對(duì)稱(chēng)零件，所以不用計(jì)算壓力中心。1.計(jì)算壓邊力由表 4.4.6[6]中公式計(jì)算第一次拉深的壓邊力為：P 值由表 4.4.5[6]查得 P=3Mpa。= [D2-（ +2 ） 2]P= [113.62-（60+2×8 ） 2]mm2×3Mpa1QF4?1d凹r4?=16789N；以后各次的壓邊力為：= （ 2 - 2）P= （60 2-472）mm 2×3Mpa=3276N；2QF4?1d4?= （ 2 - 2）P= （47 2-402）mm 2×3Mpa=1434N；33= （ 2 - 2）P= （40 2-362）mm 2×3Mpa=716N；4QF?3d4?= （ 2- 2）P= （36 2-342）mm 2×3Mpa=330N；5452.計(jì)算拉深力拉深力按式 4.4.8[6]計(jì)算。F=Kπdtσb 16由表 4.4.6[6]查出因數(shù) K。= = =0.54， =1.00；1mDd601= = =0.78， =0.78；21d60472K= = =0.83， =0.76；3m24793= = =0.85， =0.70；43d94K= = =0.98， =0.50；5m4.25則各次拉深力為：=（1×3.14×60×1.5×440）N=124344N1F=（0.78×3.14×47×1.5×440）N=75974.18N2=（0.76×3.14×40×1.5×440）N=63000.96N 3=（0.70×3.14×36×1.5×440）N=52224.48N 4F=（0.50×3.14×34×1.5×440）N=35230.8N53.計(jì)算公稱(chēng)壓力按式 4.4.13[6]計(jì)算壓力機(jī)公稱(chēng)壓力。≥1.6（F+ ）壓FQ代入各次的壓邊力，拉深力，得：≥226KN， ≥127KN， ≥103KN， ≥85KN， ≥57KN。1壓 2壓 3壓F4壓 5壓F2.3.3 模具工作部分尺寸的計(jì)算1.拉深模的間隙 17拉深間隙對(duì)拉深過(guò)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。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。由表 4.8.2[6]有壓料圈拉深時(shí)單邊間隙值查得，／ 2= ／2= ／2=1.2t=1.2×1.5mm=1.8mm ， ／2=1.1t=1.1×1.5mm=1.65mm，1Z23Z4Z5Z／2=1.05t=1.05×1.5mm=1.575mm。因此各次拉深間隙為：=3.6mm， =3.6mm， =3.6mm， =3.3mm， =3.15mm。1Z23Z45Z2.拉深模的圓角半徑凸模、凹模的選用在制件拉深過(guò)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(huì)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(huì)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(dòng)阻力就會(huì)小些，拉深力也會(huì)減小，極限拉深因數(shù)也會(huì)相應(yīng)減小。但是凸、凹模的圓角半徑也不易過(guò)大，過(guò)大的圓角半徑，就會(huì)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。= =（8-0.75）mm=7.25mm1凸r凹= =（5-0.75）mm=4.25mm2凸 凹= = = =（4-0.75 ）mm=3.25mm3凸r凹 4凸 凹r= = =3.5mm5凸 凹 工 件3.凸、凹模工作部分的尺寸和公差對(duì)于多次拉深，工序件尺寸無(wú)需嚴(yán)格要求，前四次拉深以凹模為基準(zhǔn)，模具的制造公差按 IT10 級(jí)選取，由式 4.8.16[6]計(jì)算出各次凹模的尺寸為： = mm， =1dD12.056?2dmm， = mm， = mm。1.0548?3dD1.054?4d1.0537?由式 4.8.17[6]計(jì)算出各次凸模的尺寸為：= mm， = mm， = mm， = mm。1p012.97?2p01.9?3Dp01.9?4p01.93?第五次拉深是最后一次拉深，由于要求零件尺寸標(biāo)注在外形，因此以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，模具按 IT8 級(jí)選取公差。由式 4.8.12 [6]、式 4.8.13[6]計(jì)算出模具的尺寸為： 18=（Dmax-0.75△ =（34-0.75×0.3 ） mm=33.78 mm5dDA??0)039.?039.?=（Dmax-0.75△- =（34-0.75×0.3-3.15 ） mm=30.405 mmp5ZT?? 039.?039.?2.4 模具總體設(shè)計(jì)2.4.1 模具類(lèi)型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類(lèi)型為落料拉伸復(fù)合模。2.4.2 定位方式的選擇因?yàn)樵撃＞呤褂玫氖菞l料，所以導(dǎo)料采用導(dǎo)料板，送進(jìn)步距控制采用擋料銷(xiāo)。2.4.3 卸料、出件方式的選擇模具采用固定卸料，彈性打件，并利用裝在壓力機(jī)工作臺(tái)下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力。2.4.4 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，該復(fù)合模采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。2.5 主要零部件的設(shè)計(jì)2.5.1 拉深凹模內(nèi)、外形尺寸和厚度已由前面的計(jì)算確定；拉深凹模需要有三個(gè)螺釘與上模座固定，還需要兩個(gè)與上模座同時(shí)加工的銷(xiāo)釘孔。2.5.2 拉深凸模拉深凸模的外形尺寸（工作尺寸）由前面的計(jì)算確定。它需要三個(gè)螺紋孔，以便與下模座固定。拉深凸模上一般開(kāi)有通氣孔，這樣會(huì)使卸料容易些，否則凸模與工件由于真空狀態(tài)而無(wú)法卸料。查表，本凸模通氣孔的直徑為 Ф5mm。2.5.3 打板一般與打桿聯(lián)合使用，屬于剛性卸件裝置，靠?jī)烧叩淖灾匕压ぜ虺鰜?lái)。打板與 19拉深凹模間隙配合。圖 10-1 打板2.5.4 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(guò)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(guò)，從而制止毛坯的起皺現(xiàn)象。壓邊圈的內(nèi)形與拉深凸模間隙配合，外形套有半成品制件。一般與頂件桿(四根)、橡皮等構(gòu)成彈性卸料系統(tǒng)。2.5.5 導(dǎo)柱、導(dǎo)套對(duì)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(lái)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?1.5mm，所以采用 H7/f7。2.5.6 固定擋料銷(xiāo)固定擋料銷(xiāo)的設(shè)計(jì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件，選用此擋 料銷(xiāo)如圖6 選用直徑 φ20mm，h=4mm 材料為 45 鋼 A 型 固定擋料銷(xiāo) GB/T1214。根據(jù)分析選用廢料孔前端定位時(shí)擋料銷(xiāo)位 置如圖 7： 廢料孔前端定位時(shí)擋料銷(xiāo)位置 圖 6 固定擋料銷(xiāo)的結(jié)構(gòu) 2012rdla??——擋料銷(xiāo)與導(dǎo)正銷(xiāo)的間距，mm ldr——凸凹模的直徑，mmd——擋料銷(xiāo)的直徑，mm——搭邊，mm1a=（66.7+20）/2+1=44.35mm 圖 7 固定擋料銷(xiāo)的位置l2.5.7 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大，為了工作過(guò)程穩(wěn)定，選用后側(cè)導(dǎo)柱模架。上模座：125×125×35下模座：125×125×45導(dǎo) 柱：22×150導(dǎo) 套：22×85×33=150mm, =190mmminHmax模具的閉合高度 = + + + =35+40+45+45=165mm閉 上H凹 壓 下式中： —凹模厚度， =40mm；凹 凹—壓邊圈的厚度， ＝45mm；壓H壓—上模座的厚度， ＝35mm；上 上H—下模座的厚度， ＝45mm；下 下由上述計(jì)算模具的閉合高度 =165mm，壓力機(jī)所允許模具的最小厚度閉=150mm，最大厚度 =190mm，即模具滿(mǎn)足的安裝條件。minHmax≤ ≤inHmax2.6 壓力機(jī)的選定壓力機(jī)的工作行程需要考慮工件的成形和方便取件。壓力機(jī)的類(lèi)型選擇，主要根據(jù) 21沖壓性質(zhì)，生產(chǎn)批量大小，制件的幾何形狀尺寸，精度要求以及安全操作因素來(lái)確定。本設(shè)計(jì)的制件屬于大批量，精度中等，外形輪廓一般但是需要壓邊裝置，保證壓力的可靠性以及制件的精度。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，選擇壓力機(jī)：由于拉深力很大，所以首次拉深：J23-31.5。同樣，選擇第二次拉深： J23-16；第三次拉深：J23-16；第四次拉深：J23-10；第五次拉深：J23-6.3．2.7 模具總裝圖圖示為本工件的落料與首次拉深復(fù)合模。 123456789101234156178920圖 8 模具總裝圖說(shuō)明：五次拉深模具都是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉深，采用標(biāo)準(zhǔn)后座模架，壓邊圈是通過(guò)頂件桿由氣墊來(lái)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(lái)防止壓邊圈被頂出，盡量減小壓邊面積，以增大單位壓邊力。模具仍為倒裝結(jié)構(gòu)，由打桿頂出工件。其工作過(guò)程是：模具在工作時(shí)，將前一道工序拉深后所得的半成品坯件套在壓邊圈上。凹模裝在上模，凸模裝在下模。待凹模隨上模下降時(shí)，首先將坯件壓住，然后坯件和壓邊圈同時(shí)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)生塑性變形而制成所要求的零件。 22當(dāng)凹模隨上?；厣龝r(shí)，零件制品在打料塊及打料桿的作用下，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。2.8 加工工藝卡機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 1產(chǎn)品型號(hào)零（部）件圖號(hào)2機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片產(chǎn)品名稱(chēng)墊片落料拉深復(fù)合模零（部）件名稱(chēng)落料凹模共（1）第（1）頁(yè)材料牌號(hào)Cr12MoV毛坯種類(lèi)棒料毛坯外型尺寸φ150x450+4㎜每個(gè)毛坯可制件數(shù) 1每臺(tái)件數(shù)1 備注工時(shí)工序號(hào)工序名稱(chēng)工 序 內(nèi) 容 車(chē)間 工段 設(shè)備工 藝 裝 備準(zhǔn)終 單件05下料 鋸割下料 Φ150㎜×45㎜ 下料車(chē)間鋸床 0.510車(chē) 端面 模具車(chē)間車(chē)床 20.15磨 磨平面 模具車(chē)間磨床 1020劃線 模具車(chē)間525鉗工 鉆螺孔及銷(xiāo)孔 模具車(chē)間630熱處理淬火，回火 60~64HRC。 熱處理車(chē)間235磨內(nèi)孔模具車(chē)間磨床15 2340平磨 磨上下面，基準(zhǔn)面，對(duì)90°模具車(chē)間磨床645鉗工 裝配 模具車(chē)間20設(shè)計(jì)日期審核日期標(biāo)準(zhǔn)化日期會(huì)簽日期標(biāo)記記數(shù) 更改文件號(hào)簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更該文件號(hào)機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 2產(chǎn)品型號(hào)零（部）件圖號(hào)8機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片產(chǎn)品名稱(chēng)墊片落料拉深復(fù)合模零（部）件名稱(chēng)拉深凸模共（1）第（1）頁(yè)材料牌號(hào)T10A毛坯種類(lèi)棒料毛坯外型尺寸φ60x500+4㎜每個(gè)毛坯可制件數(shù) 1每臺(tái)件數(shù)1 備注工時(shí)工序號(hào)工序名稱(chēng)工 序 內(nèi) 容 車(chē)間 工段 設(shè)備工 藝 裝 備準(zhǔn)終 單件05下料 鋸割下料 Φ60㎜×50㎜ 下料車(chē)間鋸床 0.510車(chē) 端面 模具車(chē)間車(chē)床 20.15磨 磨平面 模具車(chē)間磨床 1020劃線 模具車(chē)間525鉗工 鉆螺孔及銷(xiāo)孔 模具車(chē)間63 熱處 淬火，回火 60~64HRC。 熱處理 2 240 理 車(chē)間35線切割模具車(chē)間線切割1540平磨 磨上下面，基準(zhǔn)面，對(duì)90°模具車(chē)間磨床645鉗工 裝配 模具車(chē)間20設(shè)計(jì)日期審核日期標(biāo)準(zhǔn)化日期會(huì)簽日期標(biāo)記記數(shù) 更改文件號(hào)簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更該文件號(hào) 25結(jié) 束 語(yǔ)有凸緣圓筒形件屬于簡(jiǎn)單拉深件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定本制件是多次拉深成的，然后相應(yīng)選取各次拉深時(shí)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是首次拉深模具的設(shè)計(jì)，需要計(jì)算拉深時(shí)的間隙、工作零件的圓角半徑、尺寸和公差，并且還需要確定模具的總體尺寸和模具零件的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分析了制件在生產(chǎn)過(guò)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(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。有凸緣圓筒形件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，以達(dá)到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，它可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)。便以以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。有凸緣圓筒形件拉深模具的設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)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(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù)，樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識(shí)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，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 26 27參 考 文 獻(xiàn)[1] 模 具 實(shí) 用 技 術(shù) 叢 書(shū) 編 委 主 編 .沖 模 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 用 實(shí) 例 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.6 ：141～146[2] 馮炳堯，韓泰榮，蔣文森編著.模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)（第二版）.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999，10[3] 陳于萍，高曉康編著 .互換性與測(cè)量技術(shù).北京：高等教育出版社，2002，9[4] 翟德梅，段維峰主編 .模具制造技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5[5] 陸宇主編 .實(shí)用注塑模具設(shè)計(jì).北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1997.10[6] 劉建超，張寶忠主編 .沖壓模具設(shè)計(jì)與制造.北京：高等教育出版社，2004.6 28目 錄1 緒 論 ..........................................................................................................................................................12 有凸緣圓筒形件沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) ..............................................................................................62.1 拉深件工藝性分析 ............................................................................................................................62.1.1 計(jì)算毛坯尺寸 .........................................................................................................................62.1.2 確定是否用壓邊圈 .................................................................................................................72.1.3 判斷能否一次拉成 .................................................................................................................72.1.4 試制訂首次拉深系數(shù) .............................................................................................................82.1.5 確定拉深次數(shù) .........................................................................................................................92.1.6 畫(huà)出拉深工序圖 ...................................................................................................................132.2 工藝方案的確定 ..............................................................................................................................142.3 必要的工藝計(jì)算 ..............................................................................................................................152.3.1 排樣計(jì)算 ...............................................................................................................................152.3.2 計(jì)算壓邊力，拉深力 ...........................................................................................................162.3.3 模具工作部分尺寸的計(jì)算 ...................................................................................................182.4 模具總體設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................192.4.1 模具類(lèi)型的選擇 ...................................................................................................................192.4.2 定位方式的選擇 ...................................................................................................................192.4.3 卸料、出件方式的選擇 .......................................................................................................202.4.4 導(dǎo)向方式的選擇 ...................................................................................................................202.5 主要零部件的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................................202.5.1 拉深凹模 ...............................................................................................................................202.5.2 拉深凸模 ...............................................................................................................................202.5.3 打板 .......................................................................................................................................202.5.4 壓邊圈 ...................................................................................................................................212.5.5 導(dǎo)柱、導(dǎo)套 ...........................................................................................................................212.5.6 固定擋料銷(xiāo) ...........................................................................................................................212.5.7 選用模架、確定閉合高度及總體尺寸 ...............................................................................222.6 壓力機(jī)的選定 ..................................................................................................................................222.7 模具總裝圖 ......................................................................................................................................232.8 加工工藝卡 ......................................................................................................................................24結(jié) 束 語(yǔ) ........................................................................................................................................................27 29致 謝 ............................................................................................................................................................28參 考 文 獻(xiàn) ..................................................................................................................................................29