無凸緣筒形件的拉深模具設(shè)計(jì)_圖文

1、無凸緣筒形拉深件模具設(shè)計(jì)目 錄一、 概述 31. 模具概述 32. 冷沖模具工業(yè)的現(xiàn)狀 33. 冷沖模具的發(fā)展方向 3二、 工藝方案分析及確定 41. 零件工藝性分析 4i. 材料分析 4ii. 結(jié)構(gòu)分析 4iii. 一次拉深成形條件 4iv. 拉深件所能達(dá)到的偏差 4v. 變形特點(diǎn)的分析 52. 工藝方法的確定 5三、 零件工藝計(jì)算 51. 拉深工藝計(jì)算 5i. 確定零件修邊余量 5ii. 確定坯料尺寸D 5iii. 判斷是否采用壓邊圈 6iv. 確定拉深次數(shù) 6v. 確定各次拉深半成品尺寸 6vi. 拉深件工序尺寸圖 6vii. 排樣計(jì)算 72. 拉深壓力計(jì)算與設(shè)備的選擇 8i. 首次拉深

2、 8ii. 二次拉深: 8iii. 壓力中心的計(jì)算 8iv. 壓力設(shè)備的選擇 93. 拉深模工作零件設(shè)計(jì)與計(jì)算 9i. 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 9ii. 落料拉深復(fù)合模其它工藝計(jì)算 11四、 模具結(jié)構(gòu)的確定 121. 模具的形式 12i. 正裝式特點(diǎn) 12ii. 倒裝式特點(diǎn) 122. 定位裝置 133. 卸料裝置 13i. 條料的卸除 13ii. 出件裝置 134. 導(dǎo)向零件 135. 模架 13i. 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 13五、 第二次拉深凹模零件圖 15i. 拉深凹模如圖5-1所示 15六、 第二次拉深凸模零件圖 15ii. 拉深凸模如圖5-2所示 15七、 模具的工作原理 151. 拉深的變形

3、過程 152. 各種拉深現(xiàn)象 16i. 起皺： 16ii. 變形的不均勻: 16iii. 材料硬化不均勻 16八、 總結(jié) 17九、 參考文獻(xiàn) 18一、 概述1. 模具概述模具是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，是工業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)裝備用模具生產(chǎn)的產(chǎn)品，其價(jià)值往往是模具價(jià)值的幾十倍。模具技術(shù)是一門技術(shù)綜合性強(qiáng)的精密基礎(chǔ)工藝裝備技術(shù)，涉及新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的開發(fā)與推廣應(yīng)用是冶金、材料、計(jì)量、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科以及鑄、鍛、熱處理、機(jī)加工、檢測(cè)等諸多工種共同打造的系統(tǒng)工程。用模具生產(chǎn)制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高復(fù)雜程度等特點(diǎn)，這是其他任何加工制造方法所不及的。目前，模具

4、制造業(yè)已成為與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)互為依托的產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)技術(shù)水平的高低已成為衡量國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。2. 冷沖模具工業(yè)的現(xiàn)狀到了21世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步CADCAECAM技術(shù)日臻成熟，其現(xiàn)代模具中的應(yīng)用越來越廣泛。目前我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，仍具有較大的差異，一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具。目前仍主要依靠進(jìn)口。而一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模，則已供過于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。3. 冷沖模具的發(fā)展方向發(fā)展模具工業(yè)的關(guān)鍵是制造模具的技術(shù)、相關(guān)人才以及模具材料。

5、模具技術(shù)的發(fā)展是模具工業(yè)發(fā)展最關(guān)鍵的個(gè)因素，其發(fā)展方向應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、質(zhì)量好”和“價(jià)格低”的要求服務(wù)。為此，急需發(fā)展如下：1全面推廣模具CADCAMCAE技術(shù)：隨著微機(jī)軟件發(fā)展和進(jìn)步，普及CADCAMCAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)需要加大CADCAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度，同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。2模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)：高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)具備從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，這樣可以大大縮短模具研制制造周期。3電火花加工：電火花加工(EDM雖然已受到高速銑削的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，但其固有特性和獨(dú)特的加工方法是高速銑削所不能完全替代的。4

6、優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)：選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。5模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化：模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。二、 工藝方案分析及確定4. 零件工藝性分析如圖2-1所示拉深零件，材料為08F，厚度為1mm。其工藝性分析內(nèi)容如下：圖2-1 筒形件拉深零件圖i. 材料分析此拉深模選用材料為08F08F是極軟的低碳鋼，強(qiáng)度、硬度很低，而塑性、韌性極高，具有良好的冷變形性和焊接性，正火后切削加工性尚可，退火后導(dǎo)磁率較高，剩磁較少，但淬透

7、性、淬硬性極低。因此，此材料具有良好的拉深成形性能。ii. 結(jié)構(gòu)分析零件為一無凸緣筒形件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，底部圓角半徑為R3，滿足筒形拉深件底部圓角半徑大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。iii. 一次拉深成形條件拉深件高度H=29mm ;拉深件中徑d=30+1=31mm（0.50.7）d=(0.50.7*31=1521mm 該筒形件不能一次拉深成形iv. 拉深件所能達(dá)到的偏差a 直徑偏差b 高度偏差v. 變形特點(diǎn)的分析1）拉深時(shí)的變形區(qū)在毛坯的凸緣部分，其它部分為傳力區(qū)，不參與主要變形；2）毛坯變形區(qū)在切向壓應(yīng)力和徑向拉應(yīng)力作用下，產(chǎn)生切向壓縮和徑向拉長變形；3）極限變形參數(shù)主要受

8、到毛坯傳力區(qū)承載能力的限制。5. 工藝方法的確定由上面分析可知，為了保證工件的性能，該工件不能一次拉深到位，至少需經(jīng)過兩次拉深。而完成該工件需經(jīng)過落料、拉深工序。綜合實(shí)際情況，可有以下3種方案（如表格2-1所示）供選擇：表2-1序號(hào)工藝方案結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1單工序模生產(chǎn)：先落料，再進(jìn)行第一次拉深、第二次拉深，最后切邊模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率低。2復(fù)合模生產(chǎn)：先落料、第一次拉深復(fù)合、繼而進(jìn)行后續(xù)拉深，最后切邊同一副模具完成兩道不同的工序，大大減小了模具規(guī)模，降低了模具成本，提高生產(chǎn)效率，也難以提高壓力機(jī)等設(shè)備的使用效率；操作簡(jiǎn)單、方便，適合中小批量生產(chǎn)。3連續(xù)模

9、生產(chǎn)：落料后正、反拉深，最后切邊正、反拉深模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求工步精確，并需要采用雙動(dòng)力壓力機(jī)，生產(chǎn)效率高，適合于大量而且具備雙動(dòng)力機(jī)的情況。根據(jù)本零件的設(shè)計(jì)要求以及各方案的特點(diǎn)，決定采用第2種方案比較合理。三、 零件工藝計(jì)算6. 拉深工藝計(jì)算零件的材料厚度為1mm，以下所有的計(jì)算以中線為準(zhǔn)。vi. 確定零件修邊余量零件的相對(duì)高度，由文獻(xiàn)1表6-2查得修邊余量，故修正后拉深件的總高應(yīng)為。vii. 確定坯料尺寸D由公式 其中:d=31mm，h=28.5mm，r=3.5mm則：D=68mmi. 判斷是否采用壓邊圈零件的相對(duì)厚度，由文獻(xiàn)2表4-11知：該拉深工藝須可用可不用壓邊圈，為保險(xiǎn)起見，第一

10、次拉深采用壓邊圈。ii. 確定拉深次數(shù) 先判斷能否一次拉出由文獻(xiàn)1表6-8， ，由此可知：,故判斷不能一次拉深成形。故可根據(jù)公式求得 取較大整數(shù)：iii. 確定各次拉深半成品尺寸1）調(diào)整各次拉深系數(shù)，使各次拉深后系數(shù)均大于文獻(xiàn)1表6-6、6-7查得的相應(yīng)極限拉深系數(shù)。調(diào)整后，實(shí)際選取，。所以各次拉深的直徑確定為：2）各次半成品的高度計(jì)算：取各次的r凹分別為：由公式 , ,計(jì)算得：r凹1=4.4mm,r凸1=3.084.4mm，取r1=4mm，r2=3.5mm則由公式可計(jì)算出各次h：將所有已知數(shù)據(jù)帶入可求得:h1=23.2mm, h2=31.1mm.iv. 拉深件工序尺寸圖根據(jù)前面分析計(jì)算，可知

11、本零件須兩次拉深，各工序尺寸如圖31所示圖31各工序尺寸圖v. 排樣計(jì)算零件采用單直排排樣方式，查文獻(xiàn)1表3-10得零件間的搭邊值a=0.8mm，零件與條料側(cè)邊之間的搭邊值a1=1.0mm，若模具采用無側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板結(jié)構(gòu)，則條料上零件的步距S=D+a=68+0.8=68.8mm，由文獻(xiàn)1式3-26可知條料的寬度應(yīng)為其中，b0=0.5由文獻(xiàn)1表3-12查得。故一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為：=A/BS100=(D/22/BS100=(68/22 /(71.5×68.8×100%=73.8%零件的排樣圖如圖3-2所示：圖3-2 排樣圖1. 拉深壓力計(jì)算與設(shè)備的選擇vi. 首次拉深模

12、具為落料拉深復(fù)合模，動(dòng)作順序是先落料后拉深，現(xiàn)分別計(jì)算落料力拉深力和壓邊力。,=295mPa,式中K卸卸料系數(shù)，查參考文獻(xiàn)1表3-8知k卸=0.0250.06，取K卸=0.04，所以P卸=0.04*81,88=3.28kN,b=295mPa，d1=38mm, 由文獻(xiàn)1表6-11查取K1=0.965則： ,其中 ,由文獻(xiàn)1表6-13查P=2.75mPa則： ,所以，應(yīng)按照落料力的大小選用設(shè)備。故F公稱壓力至少要131147kN為方便取件，工作行程 。初選設(shè)備J23-25。 vii. 二次拉深:,b=295mPa，d2=31mm, 由文獻(xiàn)1表6-11查取K2=0.78則： 故F公稱壓力至少要131

13、147kN為方便取件，工作行程 。初選設(shè)備JA21-35。viii. 壓力中心的計(jì)算圖3-3 壓力中心圖由于是圓形工件，如圖3-3所示，所以工件的壓力中心應(yīng)為圓心即O(34,34ix. 壓力設(shè)備的選擇1 落料拉深復(fù)合模設(shè)備的選用根據(jù)以上計(jì)算，同時(shí)考慮拉深件的高度選取開式可傾壓力機(jī)J23-25，其主要技術(shù)參數(shù)為：公稱壓力：250KN 滑塊行程：65mm 滑塊行程次數(shù)：105次/min最大裝模高度：220mm 最大閉合高度：270mm連桿調(diào)節(jié)長度：55mm 工作臺(tái)尺寸：370560mm模柄孔尺寸：4060 mm 墊板厚度：50mm2 第二次拉深模設(shè)備的選用考慮零件的高度，選取開式固定式壓力機(jī)JA2

14、3-80，以保證拉深的順利操作，其主要技術(shù)參數(shù)如下：公稱壓力：350KN 最大閉合高度：280mm滑塊行程：130mm 滑塊行程次數(shù)：50次/min工作臺(tái)尺寸：380610mm 模柄孔尺寸：5070 mm 2. 拉深模工作零件設(shè)計(jì)與計(jì)算x. 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算a 首次拉深凸、凹模尺寸的刃口尺寸計(jì)算由上邊計(jì)算可知：第一次拉深件后零件直徑為38mm，查文獻(xiàn)34-12由公式 確定拉深凸、凹模間隙值，所以間隙 ，則由于工件要求內(nèi)形尺寸，則以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。拉深凸模直徑：拉深凸模刃口尺寸如圖3-5所示圖3-5 拉深凸模刃口尺寸圖拉深凹模直徑：拉深凹模刃口尺寸如圖3-4所示圖3-4 凸凹模刃口尺寸圖以上

15、凹、p查文獻(xiàn)1表3-6得知，凹=+0.03，p=-0.02b 二次拉深凸、凹模尺寸刃口尺寸計(jì)算由文獻(xiàn)3表4-12查取Z/2=1.05t=1.05mm,則2Z=2.1mm由于工件要求內(nèi)形尺寸，則以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。拉深凸模直徑：拉深凸模刃口尺寸如圖3-7所示圖3-7 拉深凸模刃口尺寸圖拉深凹模直徑拉深凹模刃口尺寸如圖3-6所示圖3-6拉深凹模刃口尺寸圖xi. 落料拉深復(fù)合模其它工藝計(jì)算根據(jù)零件形狀特點(diǎn)，刃口尺寸計(jì)算采用配作加工法。落料尺寸為680.2mm，落料凹模刃口尺寸計(jì)算如下：由文獻(xiàn)1表3-3查取該零件沖裁凸、凹模最小間隙Zmin=0.10mm，最大間隙Zmax=0.14mm，表3-5查得磨損

16、系數(shù)x=0.5，以凹模為基準(zhǔn)，則：落料凹模直徑拉深凹模刃口尺寸如圖3-10所示：圖3-10拉深凹模刃口尺寸圖落料凸模直徑d凸=68mm落料凸模刃口尺寸如圖3-11所示：圖3-11 拉深凸模刃口尺寸圖一、 模具結(jié)構(gòu)的確定3. 模具的形式 本產(chǎn)品沖孔落料采用正裝式復(fù)合模進(jìn)行沖裁，拉深則采用倒裝式拉深模具成形。xii. 正裝式特點(diǎn) 沖出的工件表面比較平直為后續(xù)加工提供條件。xiii. 倒裝式特點(diǎn)操作方便，應(yīng)用很廣，但工件表面平直度較差，凸凹模承受的張力較大，因此凸凹模的壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制，以免強(qiáng)度不足。經(jīng)分析，此工件，若采用正裝式復(fù)合模，操作很不方便；另外，此工件無較高的平直度要求，工件精度要求也較低，

17、所以從操作方便、模具制造簡(jiǎn)單等方面考慮，決定二次拉深采用倒裝式復(fù)合模，首次拉深用正裝。 4. 定位裝置 首次拉深采用固定式擋料銷縱向定位，安裝在凹模上，工作很方便。5. 卸料裝置 xiv. 條料的卸除 采用彈性卸料板。因?yàn)槭钦b式復(fù)合模，所以卸料板安裝在上模。xv. 出件裝置 本模具采用打料裝置將工件從落料凹模中推下，落在模具工作表面上。6. 導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件有許多種，如用導(dǎo)板導(dǎo)向，則在模具上安裝不便而且阻擋操作者視線，所以不采用；若用滾珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，雖然導(dǎo)向精度高、壽命長，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以也不采用；針對(duì)本次加工的產(chǎn)品的精度要求不高，采用滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套極限導(dǎo)向即可。而且模具在壓力

18、機(jī)上的安裝比較簡(jiǎn)單，操作又方便，還可降低成本。7. 模架 若采用中間導(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對(duì)稱分布，受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，拔模方便，但只能一個(gè)方向送料。若采用對(duì)焦導(dǎo)柱模架，則受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，可縱向或橫向送料。若采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，則可三方向送料，操作者視線不被阻擋，結(jié)構(gòu)比較緊湊，但模具受力不平衡，滑動(dòng)不平穩(wěn)。本設(shè)計(jì)決定采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。xvi. 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用1） 落料拉深復(fù)合模零部件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸，所以應(yīng)首先計(jì)算凹模周界的大小。根據(jù)凹模高度和壁厚的計(jì)算公式得凹模高度H=Kb=0.35*32=11.2mm，凹模壁厚C=（1.2-2）H=1.6×11.2=18mm所以

19、，凹模的外徑為D=(32+2×18=68mm。以上計(jì)算僅為參考值，由于本套模具為落料拉深復(fù)合模，所以凹模高度受拉深件高度的影響必然會(huì)有所增加，其具體高度將在繪制裝配圖時(shí)確定。另外，為了保證凹模有足夠的強(qiáng)度，將其外徑增大到70mm。模具采用后置導(dǎo)柱模架，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，查文獻(xiàn)2表15.2得模架規(guī)格為：上模座：286mm×190mm×40mm，下模座：286mm×190mm×40mm，導(dǎo)柱： A25mm×150mm，導(dǎo)套： A25mm×95mm×38mm。2） 第二次拉深模零部件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸

20、，所以應(yīng)首先計(jì)算凹模周界的大小。根據(jù)凹模高度和壁厚的計(jì)算公式得凹模高度H=Kb=0.35*32=11.2mm，凹模壁厚C=（1.2-2）H=1.6×11.2=18mm所以，凹模的外徑為D=(32+2×18=68mm。以上計(jì)算僅為參考值，由于本套模具為落料拉深復(fù)合模，所以凹模高度受拉深件高度的影響必然會(huì)有所增加，其具體高度將在繪制裝配圖時(shí)確定。另外，為了保證凹模有足夠的強(qiáng)度，將其外徑增大到70mm。模具采用后置導(dǎo)柱模架，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，查文獻(xiàn)2表15.2得模架規(guī)格為：上模座：200mm×160mm×40mm，下模座：200mm×160mm

21、15;45mm，導(dǎo)柱：28mm×170mm，導(dǎo)套：38mm×100mm×42mm。一、 第二次拉深凹模零件圖i. 拉深凹模如圖5-1所示圖5-1 拉深凹模零件圖二、 第二次拉深凸模零件圖ii. 拉深凸模如圖5-2所示圖5-2 拉深凸模零件圖三、 模具的工作原理 1. 拉深的變形過程拉深時(shí)壓邊圈先把中板毛坯壓緊，凸模下行，強(qiáng)迫位于壓邊圈下的材料（凸緣部分）產(chǎn)生塑性變形而流進(jìn)凸凹模間隙形成圓筒側(cè)壁。拉深材料的變形主要發(fā)生在凸緣部分，拉深變形的過程實(shí)質(zhì)上是凸緣處的材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性變形，凸緣不斷收縮而轉(zhuǎn)化為筒壁的過程，這種變形程度在凸緣的最外緣

22、為最大。2. 各種拉深現(xiàn)象由于拉深時(shí)各部分的應(yīng)力（受力情況）和變形情況不一樣，使拉深工藝出現(xiàn)了一些特有的現(xiàn)象：iii. 起皺：A.拉深時(shí)凸緣部分的切向壓應(yīng)力大到超出材料的抗失穩(wěn)能力，凸緣部分材料會(huì)失穩(wěn)而發(fā)生隆起現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱起皺.起皺首先在切向壓應(yīng)力最大的外邊沿發(fā)生,起皺嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起拉斷.B.起皺是拉深工藝產(chǎn)生廢品的主要原因之一,正常的拉深工藝中是不答應(yīng)的.常采用壓力圈的壓力壓住凸緣部分材料來防止起皺.C.起皺的影響因素:a）. 相對(duì)厚度:t/D其中t-毛坯厚度,D-毛坯直徑判定是否起皺的條件:D-d<=2Zt, d -工件直徑.b. 拉深變形程度的大小但是在拉深變形過程中,切向壓應(yīng)力

23、及凸緣的抗失穩(wěn)能力都是隨著拉深進(jìn)行,切向壓應(yīng)力是不斷增大,變形區(qū)變小,厚度相對(duì)增加,變形失穩(wěn)抗力增加,兩種作用的相互抵消,使凸緣最易起皺的時(shí)刻發(fā)生于拉深變形的中間階段,即凸緣寬度大約縮至一半左右時(shí)較易發(fā)生起皺現(xiàn)象.iv. 變形的不均勻:拉深時(shí)材料各部分厚度都發(fā)生變化,而且變化是不均勻的. 凸緣外邊沿材料厚度變化最大,拉深件成形后,拉深件的坯口材料最厚,往里逐漸減薄,而材料底部由于磨擦作用(拉深凸模與底部材料間阻止材料的伸長變形而使底部材料變薄較小,而底部圓角部分材料拉深中始終受凸模圓角的頂力及彎曲作用,在整個(gè)拉深中一直受到拉應(yīng)力作用,造成此處變薄最大。所以拉深中厚度變薄主要集中于底部圓角部分及圓筒側(cè)壁部分,我們把這一變薄最嚴(yán)重的部位稱作危險(xiǎn)斷面.拉深過程中,圓筒側(cè)壁起到傳遞凸模拉力給凸緣的作用