無凸緣圓筒形工件的首次拉深模課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書 課程名稱： 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 題目名稱：無凸緣圓筒形工件的首次拉深模 班 級：姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：評定成績：教師評語： 指導(dǎo)老師簽名： 20 年 月 日無凸緣圓筒形工件的首次拉深模 摘 要：本文簡要介紹了無凸緣圓筒形零件拉深成形過程，經(jīng)過對筒形零件的生產(chǎn)批量、零件質(zhì)量要求、零件結(jié)構(gòu)以及使用場合的分析,將其確定為拉深件。用倒裝拉深的方法完成零件的加工，且簡要分析了坯料形狀、尺寸，排樣、裁板方案，拉深次數(shù)，拉深工序性質(zhì)、數(shù)目和順序。進(jìn)行了工藝力、壓力中心、模具工作部分尺寸及公差的計(jì)算，并設(shè)計(jì)出模具。同時具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、拉深凸模、墊板、凸模

2、固定板等）的設(shè)計(jì)，沖壓設(shè)備的選用，凸凹模間隙調(diào)整和編制一個重要零件的加工工藝過程。列出了模具所需零件的詳細(xì)清單，并給出了合理的裝配圖。關(guān)鍵詞：筒形件 首次拉伸模 倒裝模目 錄設(shè)計(jì)任務(wù).11.沖壓件工藝分析.11.計(jì)算毛坯直徑D.12.判斷拉深次數(shù).23.模具壓力中心的確定.22.確定排樣裁板方案及材料利用率計(jì)算. .33.確定工藝方案.34.相關(guān)力的計(jì)算.41.計(jì)算壓邊力、拉深力.4模具工作部分尺寸的計(jì)算.41.拉深模的間隙.4 2.拉深模的圓角半徑.4 3.凸凹模工作部分的尺寸和公差.64.確定凸模的通氣孔.6模具總體的初步設(shè)計(jì).7設(shè)備的選擇.9關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì).101.凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).111

3、.1凸模的尺寸設(shè)計(jì).112.凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).112.1凹模的尺寸設(shè)計(jì).12裝配圖.12總結(jié).14參考文獻(xiàn). .15一、設(shè)計(jì)任務(wù) 零件名稱：蓋 生產(chǎn)批量：大批量 材料：Q235 材料厚度：1mm（一）沖壓件工藝分析此工件為無凸緣圓筒形件，要求外形尺寸，沒有厚度不變要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可用拉深工序加工。工件底部圓角半徑Rt=8mm,大于拉深凸模圓角半徑Rp46mm(首次拉深凹模圓角半徑Rd=6t=6mm,而Rp=(0.61)Rd=46mm,RRp),滿足首次拉深對圓角半徑的要求。尺寸都為IT14級，滿足拉深對工件公差等級的要求。Q235鋼的拉深性能較好。經(jīng)過對制件工藝性

4、分析，工件適合拉深成形。故采用單工序拉深模在單動壓力機(jī)上拉深?？傊?，該工件的拉深工藝性較好，需進(jìn)行如下的工序計(jì)算，來判斷拉深次數(shù)。1、計(jì)算毛坯直徑D如后圖1所示。h=(12.85-0.5)mm=12.35mm,d=(69.53-1)mm=68.53mm。工件的相對高度h/d=12.35/68.53=0.209。根據(jù)相對高度從沖壓簡明設(shè)計(jì)手冊查得修邊余量h=2mm。由參考文獻(xiàn)1表4.2序號1，查得無凸緣圓筒形拉深工件的毛坯尺寸計(jì)算公式為D=將d=68.53mm,H=h+h=(12.35+2)=14.35mm,r=(8+0.5)=8.5mm代入上式，即得毛坯的直徑為D=mm=89.889mm取毛坯

5、的直徑為90mm。2、判斷拉深次數(shù)工件總拉深系數(shù) m總=d/D=68.5mm/90mm=0.7611。毛坯的相對厚度t/D=1mm/90mm=0.011用參考文獻(xiàn)1式（4.27）判斷拉深時是否需要壓邊。因0.045 （1-0.76）=0.01025，而t/D=0.0110.045 （1-0.76）=0.01025,雖然如此，但仍加壓邊圈。由相對厚度可以從參考文獻(xiàn)1表4.8中查得首次拉深的極限拉深系數(shù)m1=0.52.因m總m1,故我所負(fù)責(zé)的范圍內(nèi)，工件只需一次拉深。若是需要多次拉深成形,那么對每次拉深都需要重新計(jì)算拉深直徑,以滿足拉深次數(shù)的要求。3、模具壓力中心的確定由于該制件的毛坯及各工序件均

6、為軸對稱圖形，而且只有一個工位，因此壓力中心必定與制件的幾何中心重合。圖1工作步驟簡圖 1-毛坯; 2-第一次拉深; 3-第二次拉深; 4-最后一次拉深; （二）確定排樣裁板方案及材料利用率計(jì)算1、排樣方式的確定由于毛坯直徑比較大，采用有廢料排樣；考慮操作方便，排樣采用單排。2、搭邊值的確定由參考文獻(xiàn)2表19.1-18可得：條料沿邊a=1.5,工件間a1=1.5；條料進(jìn)距h=D+ a1=90+1.5=91.5；條料寬度b=D+2a=90+3=93。3、材料利用率由參考文獻(xiàn)2，板料規(guī)格選用熱軋鋼板1.0mm×750mm×150

7、0mm。若橫裁，則裁板的條數(shù) n1 =A/b=1500/93=16(條)，余12mm每條零件個數(shù) n 2 =(B-a1)/h=(950-1.5)/91.5=10（個），余33.5mm零件總個數(shù)n總= n1× n2 =16×10=160（個）材料利用率=（n總D2）/(4×A×B)×100%=(160×3.14×90)/(4×750×1500)=90.432%若用縱裁，則n1 =B/b=950/93=10(條)，余20mmn 2 =(A-a1)/h=(1500-1.5)/91.5=16（個），余34.5mm

8、n總=160個，所以橫裁、縱裁的零件總數(shù)一樣，橫、縱裁皆可。材料利用率為90.432%。排樣如圖所示。圖2排樣圖 （三）確定工藝方案本工件首先需要落料，制成直徑D=90mm的圓片，然后以D=90mm的圓板料為毛坯進(jìn)行拉深，拉深成內(nèi)徑為、內(nèi)圓角R=8mm的無凸緣圓筒，最后按h=14.84mm進(jìn)行修邊。（1)采用的結(jié)構(gòu)形式 拉深模結(jié)構(gòu)采用帶壓邊圈的倒裝式結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于可采用通用的彈頂裝置（彈性壓邊裝置）。  （2)模具工作過程 這種拉深模結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造容易。工作時，將坯放入壓邊圈5上面的定位銷或定位板內(nèi)上模下降，彈性壓邊圈先將毛坯壓住

9、，然后凸模6對毛坯進(jìn)行拉深。當(dāng)拉深結(jié)束上模回升時，包在凸模上的工件被壓邊圈頂出，并由推件板3把工件從凹模4內(nèi)推下。這里彈性壓邊圈不僅起壓邊作用，而且還起定位和卸件作用。凸模上需開設(shè)排氣孔，以防拉伸件緊吸于凸模上而造成卸件困難。采用倒裝式結(jié)構(gòu)，方便在空間位置較大的下模部分安裝和調(diào)節(jié)壓邊裝置。 圖3初定上模圖（四）相關(guān)力的計(jì)算 1、計(jì)算壓邊力、拉深力由參考文獻(xiàn)2表4.24確定壓邊力的計(jì)算公式為式中，rd=rp=8mm，D=90mm,d1=68.5mm,由表4.25查得p=2.8Mpa。把各已知數(shù)據(jù)代入上公式，得壓力為由參考文獻(xiàn)2表4.17計(jì)算拉深力已知道m(xù)=0.76，由參考文獻(xiàn)2表4.18中查得=

10、0.40，Q235鋼的強(qiáng)度極限=490Mpa。將=0.40，d1=68.5,t=1, =490Mpa代入上式，即按參考文獻(xiàn)2表4.31，壓力機(jī)的公稱壓力為 故壓力機(jī)的公稱壓力要大于62KN。二、模具工作部分尺寸的計(jì)算1、拉深模的間隙拉深間隙是指凸凹模橫向尺寸的差值，雙邊間隙用Z表示。間隙過小，工件質(zhì)量較好，但拉深力大工件容易拉斷，模具磨損嚴(yán)重，壽命低。間隙過大，拉深力小模具壽命提高了，但工件易起皺變厚，側(cè)壁不直，口部邊線不齊，有回彈，質(zhì)量不能保證。在一般拉深成形中，當(dāng)壓邊力增大時，凸緣處的摩擦阻力也增加，壓邊力過大可能出現(xiàn)拉斷。壓邊力的作用本來足為了防止毛坯凸緣起皺，所以只要在保證凸緣不起皺的

11、前提下，施加最小的壓邊力就可以了。因此，確定間隙的原則是：既要考慮到板料公差的影響，又要考慮毛坯口部增厚現(xiàn)象，故間隙值一般應(yīng)比毛坯厚度略大一些，其值按參考文獻(xiàn)2表4.28查得拉深模的單邊間隙為則取拉深模的間隙=2 1.1=2.2mm2、拉深模的圓角半徑拉深力是通過凸模圓角傳遞到被拉深工件上的，位于凸模圓角處的工件材料是最容易破裂的，“危險斷面”凸模圓角半徑r增大，則該處拉深件材料因厚度變薄量減小而強(qiáng)度增大，所傳遞的極限拉深力F也增大，因而可以減小拉深系數(shù)m。拉深模的凹模圓角半徑要取得適當(dāng)，如果增大凹模圓角半徑則材料拉入凹模時的阻力減小，拉深系數(shù)m也減小，但當(dāng)如果當(dāng)取得過大，則有更多的材料未被壓

12、料圈壓住，而容易起皺。在拉深工件時，對于變形量較大處，就需要用較大的，由于在矩形件拉深時，角部的變形量最大，為了使金屬的流動性較為均勻，角部的凹模圓角半徑應(yīng)比直邊處的凹模圓角半徑大。凹模的圓角半徑ra 一般來說，大的ra可以降低拉深系數(shù)，還可以提高拉深件的質(zhì)量，所以ra應(yīng)盡可能取大些。但ra過大拉深時板料過早地失去壓邊，有可能出現(xiàn)拉深后期起皺。凹模圓角半徑ra的合理值應(yīng)當(dāng)不小于4t(t為板料厚度）。凸模圓角半徑rt,rt對拉深變形的影響，不像ra那樣影響拉深的全過程，但rt過大或過小同樣對防止起皺和拉裂及降低極限拉深系數(shù)不利。故rt的合理取值應(yīng)不小于 (23)t.只有變形程

13、度變小時，才允許取rt = 2t。按參考文獻(xiàn)2表4.31查得拉深模凹模的圓角半徑rd=8t=8mm,凸模的圓角半徑rp等于工件的內(nèi)圓角半徑，即rp=r=8mm。3、凸凹模工作部分的尺寸和公差由于工件要求外型尺寸，以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。凹模尺寸的計(jì)算按文獻(xiàn)2表4.29間隙取在凸模上。將模具公差按IT14級選取，則=0.05mm，=0.08mm式中，為工件外形的工稱尺寸；-工件的公差；凸凹模的制造公差；把Dmax=70.2mm,=0.7mm,Z=2.2mm代入上式，則凸、凹模的刃口尺寸分別為4、確定凸模的通氣孔凸模應(yīng)鉆通氣孔，這樣會使卸件容易，否則凸模與工件由于真空狀態(tài)而無法卸件。

14、按參考文獻(xiàn)2表4.32查得，凸模的通氣孔直徑為6.5mm。表1 拉深凸模出氣孔尺寸 凸模直徑 50 > > >出氣孔直徑 5 6.5 8 9.5 數(shù)量 按圓周直徑三、模具總體的初步設(shè)計(jì)拉深模具在單邊壓力機(jī)上拉深，壓邊圈采用平面式的，坯料用壓邊圈的凹槽定位，凹槽深度小于1mm，以便壓料，壓邊力用彈性元件，模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，出件時用卸料板頂出。因?yàn)槊鳛閳A形，所以只需要在凹模相應(yīng)位置加工出毛坯直徑大小的沉頭即可，這種定位方法定位可靠且結(jié)構(gòu)簡單。此次設(shè)計(jì)工序?yàn)橐淮卫?，因此選用單工序拉深模。頂件的作用是將制件從凹模中頂出來（凹模在上）。設(shè)計(jì)在上模的彈性頂件裝置，通過凹模下壓使彈性元

15、件在沖壓時儲存能量，模具回程時頂件器的彈性元件釋放能量，頂件塊將制件從凹模中頂出。頂件塊的形狀和頂桿的位置應(yīng)根據(jù)被頂材料的尺寸和形狀來確定。模具采用彈性卸料。由于此拉深模為非標(biāo)準(zhǔn)形式，需要計(jì)算模具的閉合高度。其中各模具的尺寸需按國家標(biāo)準(zhǔn)取值。模具的閉合高度為H模= H上模座+H壓邊圈+ H固定板+ H下模座+ 25mm式中25mm是模具閉合時，壓邊圈與固定板之間的距離。取H上模=（45+8+14+30）mm=97mm，取H壓邊圈=20mm.H固定板=20mm，H下模座=55mm，則模具的閉合高度為：H模= 97+20+ 20+ 55+ 25=217mm模具的總裝簡圖如下圖所示。圖4初定裝配簡圖

16、四、設(shè)備的選擇設(shè)備的工作行程需要考慮工件成型和方便取件。因此，工作行程 2.5 h=2.5 14.8=37mm。由前面的計(jì)算，根據(jù)壓力機(jī)型號，確定選擇JA21-35壓力機(jī)。技術(shù)規(guī)格如下。表2 壓力機(jī)參數(shù)規(guī)格數(shù)值規(guī)格數(shù)值公稱壓力kN350工作臺尺寸mm左右380滑塊行程mm130前后610滑塊行程次數(shù)r/min50工作臺孔尺寸mm左右200最大封閉高度mm280前后290封閉高度調(diào)節(jié)量mm60直徑260滑塊中心線至機(jī)身距離mm205模柄孔尺寸直徑深度5070立柱間的距離mm428工作臺板尺寸mm厚度60五、關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)1 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因?yàn)樵摾罴榻Y(jié)構(gòu)形狀簡單的圓形件，因此采用凸模固定板來固

17、定的形式（臺肩固定）。而凸模固定板則靠兩個對稱的銷釘定位，同時靠三個均勻分布的螺栓來固定。為避免精加工面太多，故在凸模與凸模固定板的接觸面開退刀槽。凸模與凸模固定板之間的配合為過渡配合。裝配圖中要標(biāo)。如下圖所示：圖5凸模示意圖1.1凸模的尺寸設(shè)計(jì)凸模的長度L應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定。采用固定板，無卸料版和導(dǎo)尺時，固定板厚度為（凸模固定板的厚度應(yīng)取其凸模設(shè)計(jì)長度L的40%），凸模附加長度（凸模進(jìn)入凹模的深度）,及模具閉合狀態(tài)下凸模固定板至凹模上表面的安全距離。2凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因?yàn)樵摾罴榻Y(jié)構(gòu)形狀簡單的圓形件，因此采用凹模固定板來固定的形式（臺肩固定）。而凹模固定板則靠兩個對稱的銷釘定位，同時靠三個

18、均勻分布的螺栓來固定。凹模與凹模固定板之間的配合為過渡配合。裝配圖中要標(biāo)。如下圖所示：圖5凹模示意圖2.1凹模外形尺寸的確定 凹模的外形尺寸是指凹模的厚度H、厚度H與外徑D（圓形凹模）。凹模板的厚度直接關(guān)系到模具的使用。厚度過小，影響凹模的強(qiáng)度和剛度；厚度過大，會使模具的體積和閉合高度增大，從而增加模具的質(zhì)量。外徑D選擇直接與厚度有關(guān)，同時也是選擇模架外形尺寸的依據(jù)。通過查表可知： 凹模厚度Hk*b1,查表知:k=0.25 所以H=77*0.25=19.25mm 凹模壁厚C2*H=38.5mm3頂件導(dǎo)向零件的確定 3.1頂件裝置的確定頂件的作用是將制件從凹模中頂出來（凹模在上）。設(shè)計(jì)在上模的彈

19、性頂件裝置，通過凹模下壓使彈性元件在沖壓時儲存能量，模具回程時頂件器的彈性元件釋放能量，頂件塊將制件從凹模中頂出。頂件塊的形狀和頂桿的位置應(yīng)根據(jù)被頂材料的尺寸和形狀來確定。模具采用彈性卸料，剛性打件，并利用裝在壓力機(jī)工作臺下的標(biāo)準(zhǔn)緩沖器提供壓邊力。 3.2導(dǎo)向方式的確定常用的模架有：滑動式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架、滾動式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架。模架有上、下模座和導(dǎo)向零件組成，是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓全過程的全部載荷。模具上模座和下模座分別與沖壓設(shè)備的滑塊和工作臺固定。上、下模間的精度由導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向來實(shí)現(xiàn)。主要模架形式有：對角模架：由于導(dǎo)柱安裝在模具的中心對稱的對角線上，所以上

20、模座在導(dǎo)柱上滑動平穩(wěn)，常用于橫向送料級進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。后側(cè)導(dǎo)柱模架：由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便，因?qū)е惭b在后側(cè)，工作時偏心距會造成導(dǎo)柱導(dǎo)套單邊磨損，并且不能用浮動模柄結(jié)構(gòu)。中間導(dǎo)柱模架：導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)，準(zhǔn)確，但只能在一個方向送料。四導(dǎo)柱模架：具有平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)，常用于沖壓尺寸較大或精度較高的沖壓件。滾動式導(dǎo)柱導(dǎo)套模架的導(dǎo)向精度高，使用壽命長。主要用于高精度、高壽命的精密模具及薄材料的沖裁模具。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇，為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該單工序拉深模采用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式用GB/T 2851-2008 L=280mm,B=200mm,H=220260mm,級精度的滑動導(dǎo)向中間導(dǎo)柱。 3.3導(dǎo)柱導(dǎo)套的選用 模具選用中間導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架，可承受較大的沖壓力。為防止裝模時，上無轉(zhuǎn)裝配，將模架中兩對導(dǎo)柱與導(dǎo)套制作成粗細(xì)不等：導(dǎo)柱分別為；GB/T 2861.1