《沖壓模具設(shè)計-項目式教程》課件第3章

項目三拉深模設(shè)計3.1引導(dǎo)案例

3.2任務(wù)分析

3.3相關(guān)知識3.4任務(wù)實施(步驟、方法、內(nèi)容)3.5總結(jié)與回顧3.6拓展知識3.7復(fù)習(xí)思考題3.8技能訓(xùn)練 3.1引導(dǎo)案例

3.1.1無凸緣圓筒形拉深產(chǎn)品

圖3-1所示的是日常生活中常見的圓筒形產(chǎn)品，這些產(chǎn)品具有開口、空心、有底的形狀特征，一般可通過拉深模具拉深圓形毛坯成型。圖3-1無凸緣圓筒形拉深產(chǎn)品3.1.2拉深變形過程及特點

1．拉深變形過程

拉深變形過程如圖3-2所示，將直徑為D、厚度為t的坯料放在凹模3的上表面，上模下行，首先是壓邊圈2壓住坯料，接著凸模1向下壓坯料。

隨著凸模1的繼續(xù)下行，凸模1將坯料逐漸拉入凸、凹模間的間隙，留在凹模3端面上的毛坯外徑不斷縮小。

當坯料全部進入凸、凹模間的間隙時，拉深過程結(jié)束，直徑為D的平板毛坯就變成了直徑為d、高度為的開口圓筒形工件。1—凸模；2—壓邊圈；3—凹模；4—工件圖3-2拉深變形過程及特點

2．拉深變形特點

在圓形毛坯上畫出許多等間距的同心圓和等分中心角度的輻射線(如圖3-3(a)所示)。拉深后觀察由這些同心圓與輻射線所組成的扇形網(wǎng)格，可以發(fā)現(xiàn)，筒形件底部的網(wǎng)格基本上保持原來的形狀，而筒壁部分的網(wǎng)格則發(fā)生了很大的變化，由扇形網(wǎng)格變成矩形網(wǎng)格(如圖3-3(b)所示)。原來的直徑不同的同心圓變?yōu)橥脖谏现睆较嗤乃綀A周線，不僅圓周周長縮短，而且其間距a也增大了，愈靠近筒的口部間距增大愈多，即a1

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a2

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a。圖3-3拉深件的網(wǎng)格試驗3.1.3拉深的主要質(zhì)量問題及防止措施

拉深的主要質(zhì)量問題有凸緣的起皺、筒底拉裂等。如圖3-4所示。圖3-4拉深件凸緣的起皺、筒底拉裂

1．起皺

在拉深時，凸緣部分材料直徑方向伸長，圓周方向壓縮，當圓周方向壓力達到一定值時，凸緣部分材料便失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲。這種在凸緣的整個周圍產(chǎn)生波浪形的連續(xù)彎曲現(xiàn)象，稱為起皺，如圖3-4(a)所示。

拉深件起皺后，制件口凸緣部分產(chǎn)生波紋，不僅會使拉深件質(zhì)量降低，而且會導(dǎo)致拉深力急劇增大，使拉深件過早破裂，有時甚至?xí)p壞模具和設(shè)備。

1)影響起皺的主要因素

(1)板料的相對厚度t/D。板料在平面方向受壓時，其厚度越薄越容易起皺；反之不容易起皺。

(2)拉深系數(shù)m。拉深后工件直徑d與拉深前板料外徑D的比值m?=?d/D稱為拉深系數(shù)。m越小，拉深變形程度越大，變形區(qū)圓周方向壓應(yīng)力相應(yīng)增大，板料的起皺趨勢也越大。

2)防起皺措施

通常的防起皺措施是增加壓邊裝置，使板料可能起皺的部分被夾在凹模平面與壓邊圈之間，讓板料在兩平面之間順利通過。

2．拉裂

在拉深過程中，凸緣部分材料逐漸轉(zhuǎn)移到筒壁。在筒底圓角部分與筒壁部分的交界處，其變薄相對最為嚴重，成為整個拉深件最薄弱的地方，通常稱此斷面為“危險斷面”。如果此處的拉應(yīng)力超過材料的強度極限，則拉深件將在此處拉裂。如圖3-4(b)所示。

防止拉裂的主要措施是適當加大模具圓角半徑；采用適當?shù)睦钕禂?shù)和壓邊力；采用多次拉深和在凹模與壓邊圈之間涂潤滑劑。

3.2任務(wù)分析

如表3-1所示，本項目是設(shè)計一副無凸緣圓筒形件拉深模，要求編寫計算說明書1份(Word文檔格式)；繪制模具總裝圖1張、非標零件圖7～10張(采用AutoCAD繪制)。表3-1無凸緣圓筒形鋼杯拉深模設(shè)計工作任務(wù)書 3.3相關(guān)知識

3.3.1拉深件的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計規(guī)范

(1)拉深件的形狀應(yīng)盡量簡單、對稱，深度應(yīng)盡可能小，以減少拉深次數(shù)。

(2)對于無凸緣圓筒形拉深件的底部圓角半徑(即為拉深凸模圓角半徑)r1，應(yīng)取r1>t。如果r1<t，則應(yīng)增加整形工序,每整形1次，r1可減小一半。

(3)對于半敞開及非對稱的空心件，應(yīng)考慮設(shè)計成對拉深，然后剖開，如圖3-5所示。圖3-5半敞開及非對稱的空心件

(4)由于拉深件各部位的厚度有較大變化，在設(shè)計拉深件時，應(yīng)注明必須保證內(nèi)形尺寸(如圖3-6(a)所示)或外形尺寸(如圖3-6(b)所示)，不能同時標注內(nèi)外形尺寸。圖3-6拉深件尺寸標注

3.3.2無凸緣圓筒形件拉深工藝設(shè)計規(guī)范

1．拉深毛坯尺寸的計算

1)修邊余量

由于拉深后工件口部不平，通常拉深后需修邊，因此計算毛坯尺寸時應(yīng)在工件高度方向上增加修邊余量，無凸緣圓筒形件修邊余量見表3-2。表3-2無凸緣圓筒形件的修邊余量d

2)毛坯直徑計算

如圖3-7所示，對于無凸緣圓筒形件，可劃分為三部分，設(shè)各部分的面積分別A1，A2，A3，則(3-1)設(shè)坯料直徑為D，根據(jù)相似性原理及拉深前后面積相等的原則，可得

將式(3-1)代入式(3-2)，整理后可得

注意：式(3-3)中的H包括修邊余量d

。當工件壁厚t≥1?mm時，應(yīng)按中線尺寸計算坯料尺寸；當工件壁厚t?<?1?mm時，按內(nèi)形或外形尺寸計算均可。(3-3)(3-2)圖3-7筒形件坯料尺寸計算

2．采用壓邊圈的條件

在分析拉深工藝時，應(yīng)判斷在拉深過程中是否會起皺，如果不起皺，則不用壓邊圈；否則，應(yīng)該使用壓邊裝置。在生產(chǎn)中判斷是否采用壓邊圈的條件見表3-3。表3-3采用壓邊圈的條件(平面凹模)

3．拉深工序件尺寸的計算

1)多次拉深的拉深系數(shù)

如圖3-8所示，對于多次拉深，拉深系數(shù)可按式(3-4)計算。圖3-8圓筒形件多次拉深示意圖(3-4)

2)極限拉深系數(shù)

當拉深系數(shù)m減少到某一極限值時，就會使拉深件起皺、斷裂或嚴重變薄超差，這個極限值就稱為極限拉深系數(shù)，帶壓邊圈時的極限拉深系數(shù)見表3-4。在實際生產(chǎn)中，一般情況下均采用大于極限值的拉深系數(shù)。表3-4帶壓邊圈時圓筒形件的極限拉深系數(shù)

5)工序件高度

根據(jù)拉深前后面積相等原則，可推導(dǎo)出工序件高度計算公式：(3-6)3.3.3圓筒形件的拉深力與壓邊力

1．拉深力

如圖3-9所示，采用壓邊圈的拉深力按式(3-8)和式(3-9)計算。圖3-9拉深力與壓邊力表3-7單位壓邊力p3.3.4拉深模工作部分設(shè)計

1．拉深間隙的選取

拉深間隙C是指凸、凹模之間的單邊間隙。

拉深間隙小，坯料與模具間的摩擦加劇，拉深力大，模具磨損大，使零件減薄甚至拉裂，但工件回彈小，精度高；拉深間隙大，坯料易起皺，精度差。

生產(chǎn)實際中，采用壓邊圈時，拉深間隙一般按表3-8選取。(3-15)表3-8有壓邊圈拉深時的單邊間隙當制件要求外形尺寸時(見圖3-10(a))，以凹模為基準。先確定凹模尺寸，因為凹模尺寸在拉深中隨磨損的增加而逐漸變大，因此應(yīng)取工件的最小極限尺寸，模具工作部分尺寸計算公式見式(3-18)和式(3-19)。

凹模尺寸：

圖3-10拉深制件的標注與模具尺寸凸、凹模的制造公差dd和dp可按表3-9選取。表3-9拉深凸、凹模制造公差圖3-11拉深凸模的結(jié)構(gòu)形式通氣孔的開口高度h1應(yīng)大于制件的高度H，一般取

h1?=?H?+?(5～10)mm(3-24)

通氣孔的直徑不宜太小，否則容易被潤滑劑堵塞或因通氣量小而導(dǎo)致不起作用。圓形凸模通氣孔的尺寸見表3-10。

拉深后為了使制件容易從模具上脫下，凸模的高度方向應(yīng)帶有一定錐度(如圖3-10(b)所示)，一般圓筒形零件的拉深，a可取2'

～5'。表3-10通?氣?孔?尺?寸

5．拉深凹模的結(jié)構(gòu)形式

對于可一次拉成形的淺拉深件，其凹?？刹捎萌鐖D3-12(a)、(b)所示結(jié)構(gòu)。圖3-12凹模結(jié)構(gòu)圖3-12中圓角以下的直壁部分是坯料受力變形形成圓筒形件側(cè)壁、產(chǎn)生滑動的區(qū)域，其值h應(yīng)盡量地取小些。但如果h過小，則在拉深過程結(jié)束后制件會有較大的回彈，而使拉深件在整個高度上各部分的尺寸不能保持一致；而當h過大時，拉深件側(cè)壁在凹模洞口直壁部分滑動時摩擦力增大而造成側(cè)壁過分變薄。

直壁部分的高度h在精密拉深時可取6?mm～10?mm，在普通拉深時可取9?mm～13?mm。

拉深完成后由于金屬彈性回復(fù)的作用，制件的口部略有增大。這時，凹?？诓恐北诓糠值南露藨?yīng)做成直角，這樣在凸?；爻虝r，凹模就能將拉深件鉤下，直角部分單邊寬度可取2?mm～5?mm，高度可取4?mm～6?mm，凹模壁厚可取30?mm～40?mm。3.3.5拉深模的典型結(jié)構(gòu)

1．有壓邊裝置的正裝拉深模

拉深模具的結(jié)構(gòu)與單工序沖裁模具的結(jié)構(gòu)類似。圖3-13是帶壓邊圈的正裝拉深模，適合沖制拉深變形程度較大、厚度較小(t?<?2?mm)和拉深高度較大的零件。

拉深模具的壓邊裝置(序號4、5、9)可參考沖裁模的彈性卸料裝置進行設(shè)計，定位裝置(序號6)一般采用定位板。緊固零件、支撐零件、導(dǎo)向零件的設(shè)計等均可參照沖裁模的設(shè)計方法。圖3-13有壓邊圈的正裝拉深模

2．有壓邊裝置的倒裝拉深模結(jié)構(gòu)

如圖3-14所示，由于彈性元件裝在下模座下面，因此工作空間較大，允許彈性元件有較大的壓縮行程，可以拉深深度較大一些的拉深件。

在拉深時，錐形壓邊圈6先將毛坯壓成錐形，使毛坯的外徑已經(jīng)產(chǎn)生一定量的收縮，然后再將其拉成筒形件。采用這種結(jié)構(gòu)，有利于拉深變形，可以降低極限拉深系數(shù)。圖3-14有壓邊裝置倒裝拉深模圖3-15所示為有壓邊裝置的以后各次拉深摸。拉深前，毛坯套在壓邊圈4上，壓邊圈的形狀必須與上一次拉出的半成品相適應(yīng)。拉深后，壓邊圈將沖壓件從凸模3上頂出至凹模中，推件板1將沖壓件從凹模中推出。圖3-15有壓邊裝置的倒裝式以后各次拉深模

3.4任務(wù)實施(步驟、方法、內(nèi)容)

3.4.1無凸緣圓筒形鋼杯拉深模設(shè)計工作引導(dǎo)文

無凸緣圓筒形鋼杯拉深模設(shè)計工作引導(dǎo)文見表3-11。表3-11無凸緣圓筒形鋼杯拉深模設(shè)計工作引導(dǎo)文續(xù)表3.4.2無凸緣圓筒形鋼杯拉深模設(shè)計實例

1．沖壓工藝分析及沖壓工藝方案的確定

1)結(jié)構(gòu)及尺寸

制件為無凸緣圓筒形零件，要求外形尺寸，對厚度變化沒有要求。底部圓角半徑r?=4?mm?>?t?=?0.5?mm，滿足3.3.1節(jié)的要求，制件的形狀及尺寸滿足拉深工藝要求。

2)精度

尺寸未注公差，按IT14級。

3)材料

10鋼為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，適合拉深工藝。

4)批量

該產(chǎn)品為大批量，采用拉深模具生產(chǎn)是合適的。

綜上所述，該產(chǎn)品適合采用拉深模具生產(chǎn)。

2．拉深工藝計算

1)拉深件毛坯尺寸的計算

(1)確定修邊余量d。該制件h=20?mm，d?=?40?mm，則h/d?=?0.5。根據(jù)h及h/d查表3-2可確定d?=?1.2?mm。

(2)計算毛坯直徑。因為板料厚度小于1?mm，故可直接用零件圖所注尺寸進行計算。

2)拉深次數(shù)的確定

工件總的拉深系數(shù)為?=?d/D?=?40/68.7?=?0.582。

毛坯相對厚度為t/D?=?0.5/68.7?=?0.00728?=?0.728%。

根據(jù)t/D?=?0.728%，查表3-3，可確定第一次拉深時應(yīng)采用壓邊圈；查表3-4，可確定首次拉深的極限拉深系數(shù)為m1?=?0.53～0.55。

因為，故工件可一次拉深成形。

4．初選壓力機

根據(jù)式(3-13)確定壓力機的公稱壓力為Fg≥1.4×FZ=1.4×28?662≈40?127N。

根據(jù)壓力機的公稱壓力大于Fg，滑塊行程大于工件高2.5～3.0倍。故初選壓力機型號為J23－25，參數(shù)如下：

公稱壓力：250?kN；

滑塊行程：65?mm；

最大閉合高度：270?mm；

連桿調(diào)節(jié)量：55?mm；

工作臺尺寸(前后?×?左右)：370?mm?×?560?mm；

工作臺孔尺寸：200?mm?×?290?mm；

模柄尺寸(直徑?×?深度)：f40?mm?×?60?mm。

5．拉深模結(jié)構(gòu)的設(shè)計

經(jīng)過工藝性分析計算，可知制件能一次拉深成形，模具擬采用帶壓邊圈的正裝式結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于模具結(jié)構(gòu)簡單，利用凸模將制件直接推出凹模，壓邊圈能有效阻止坯料變形，拉深模結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-13所示。

6．拉深模工作部分尺寸計算

1)凸、凹模間隙計算

查表3-8，可得有壓邊圈第一次拉深時的單邊間隙為C=(1～1.1)t?=?1.1?×?0.5?=?0.55?mm。

7．拉深模零部件初步設(shè)計

1)凹模結(jié)構(gòu)初步設(shè)計

凹模結(jié)構(gòu)參考圖3-12(b)所示結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。凹模直壁段高度h取9mm～13?mm；直角部分單邊寬度取2mm～3?mm,高度取5?mm～10?mm；凹模壁厚取30～40?mm。

因此，凹模高度(厚度)取為4+(9～13)+5～10=18?mm～27?mm；

凹模直徑取為39.54+2×(30～40)?=?99.54～119.54?mm。

查附表F2，確定凹模規(guī)格為f125?mm×32?mm，凹模結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整如下：

凹模圓角半徑rd=?4?mm；直壁段高度?h?=13?mm；直角部分單邊寬度取2.5?mm，高度取15?mm。

2)上、下模座的初步設(shè)計

根據(jù)凹模厚度，查附表M3，初選中間導(dǎo)柱圓形模座，型號參數(shù)為

下模座125?mm?×?35?mm，GB/T2855.12—1990

上模座125?mm?×?35?mm，GB/T2855.11—1990

3)定位板初步設(shè)計

定位板外徑取與凹模直徑相同,根據(jù)板料厚度t=0.5?mm,查表1-27可確定定位板的定位部分厚度為h?=?2.5?mm，因此，定位板規(guī)格可確定為f125?mm?×?5.5?mm。

4)凸模固定板初步設(shè)計

凸模固定板外徑取與凹模直徑相同，厚度取為32?mm。查附表F2，可確定凸模固定板規(guī)格為f125?mm?×?32?mm。

5)凸模墊板初步設(shè)計

凸模墊板外徑取與凹模直徑相同，厚度取為8?mm。查附表F2，可確定凸模墊板規(guī)格為f125?mm?×?8?mm。

6)彈性壓邊裝置初步設(shè)計

拉深結(jié)束時，模具各零件相對位置關(guān)系如圖3-16所示。圖3-16拉深結(jié)束時上模各零件相對位置關(guān)系圖

(1)壓邊圈。壓料圈直徑取與凹模直徑相同，總厚度取為14?mm，其中臺階部分高6?mm，與M8卸料螺釘?shù)呐浜喜糠趾穸??mm，其他結(jié)構(gòu)尺寸可參考1.3.9節(jié)介紹的彈壓卸料裝置設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計。

(2)彈簧。初選4個彈簧，每個彈簧的荷重為3793(N)/4=948?N，查附表C1、附表C2，選取f?22的紅色彈簧，彈簧參數(shù)：外徑22?mm，內(nèi)徑11?mm，30萬回荷重951.2?N，最大壓縮比32%。

由圖3-16可知，壓邊圈相對凸模行程=0.5+4+13+(21.2－0.5)=38.2?mm，因此彈簧自由長度應(yīng)為L=38.2?mm/0.32=119.4?mm。取彈簧自由長度為125?mm，壓縮38.2?mm后長度為125－38.2?=?86.8?mm(彈簧安裝長度)。

(3)卸料螺釘。初定選用M8的卸料螺釘，如圖3-16所示，卸料螺釘?shù)拈L度為86.8?+?10?+?38.2?=?135?mm。

卸料螺釘規(guī)格：M8?×?135?mm。

7)凸模初步設(shè)計

凸模工作部分采用如圖3-11(a)所示結(jié)構(gòu)，固定部分采用臺階式結(jié)構(gòu)，如圖3-13所示。

凸模長度=32+(86.8－5.8)+14+(4+13)+(21.2－0.5)

=164.7?mm

8)閉模高度校核

閉模高度=35+8+32+(86.8－5.8)+14+32+35=237?mm

因為壓力機的最大閉合高度為270?mm，連桿調(diào)節(jié)量為55?mm，因此，所選壓力機滿足模具設(shè)計要求。

9)導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇

根據(jù)式(1-39)可確定導(dǎo)柱長度：L=237－(2～3)－(10～15)=219?mm～225?mm。

查附表M5、附表M6，選取的導(dǎo)柱、套型號為

左導(dǎo)柱(自制)：B22h5?×?220?×?50GB/T2861.1；

右導(dǎo)柱(自制)：B25h5?×?220?×?50GB/T2861.1；

左導(dǎo)套：A22H6?×?85?×?33；

右導(dǎo)套：A25H6?×?85?×?33。

10)模柄的設(shè)計

根據(jù)式(1-41)及壓力機滑塊模柄孔尺寸(f40mm×60mm),查附表N1可確定壓入式模柄型號為模柄A40?×?85GB2862.1—81Q235。

11)螺釘、銷釘?shù)倪x擇

參考項目一可確定螺釘、銷釘?shù)囊?guī)格、數(shù)量。

凸模固定板固定：螺釘4-M10×60，銷釘2-f10?mm×60?mm。

凹模固定：螺釘4-M10×35，銷釘2-f10?mm×50?mm。

定位板固定：沉頭螺釘4-M6×15，銷釘4-f6?mm×15?mm。

模柄止轉(zhuǎn)銷：銷釘f

6?mm?×?10?mm。

8．拉深模零部件詳細設(shè)計

參考項目一及項目二主要零部件的詳細設(shè)計方法進行設(shè)計，并繪制零件圖、裝配圖如下：

(1)凹模零件圖見圖3-17。圖3-17凹模零件圖

(2)凸模零件見圖3-18。圖3-18凸模零件圖

(3)定位板零件圖見圖3-19。圖3-19定位板零件圖

(4)凸模墊板零件圖見圖3-20。圖3-20凸模墊板零件圖

(5)凸模固定板零件圖見圖3-21。圖3-21凸模固定板零件圖

(6)壓邊圈零件圖見圖3-22。圖3-22壓邊圈零件圖

(7)模柄零件圖見圖3-23。圖3-23模柄零件圖

(8)下