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圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)【拉深?！?拉深模,圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)【拉深?！?圓筒,沖壓,成形,工藝,模具設(shè)計(jì) 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 1 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(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。 沖壓模具是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件。在沖壓模具的設(shè)計(jì)制造上，目前正朝著以下兩方面發(fā)展：一方面，為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等現(xiàn)代生產(chǎn)需要，沖壓模具正向高效率、高精度、高壽命、自動(dòng)化及多工位方向發(fā)展。在我國(guó)，工位數(shù)達(dá)50甚至更多的級(jí)進(jìn)模、壽命達(dá)億次的硬質(zhì)合金模、精度和自動(dòng)化程度相當(dāng)高的沖壓模具都已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)中，同時(shí)，由于這樣的沖壓模具對(duì)加工、裝配、調(diào)整、維修要求很高，因此，各種高效、精密，數(shù)控、自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備也在迅速發(fā)展；另一方面，為了產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅合金沖壓模具、聚氨酯橡皮沖壓模具、薄板沖壓模具、鋼帶沖壓模具、組合沖壓模具等各種簡(jiǎn)易沖壓模具及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 性能練好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的壓力機(jī)與之匹配。為了滿(mǎn)足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備由單工位、單功能、低速朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方面發(fā)展，加之機(jī)械手乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到了大幅度提高。 沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)生產(chǎn)條件的有效措施。由于冷沖壓操作簡(jiǎn)單，坯料和工序形狀比較規(guī)則，一致性好，因此，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化包括：原材料的運(yùn)輸、沖壓工藝過(guò)程及檢測(cè)、沖模的更換與原裝、廢料處理等各個(gè)環(huán)節(jié)，但最基本的是壓力機(jī)自動(dòng)化和沖壓模具自動(dòng)化。適用于各種條件下自動(dòng)操作的通用裝置和檢測(cè)裝置有：帶料、條料或工序件的自動(dòng)送料裝置，自動(dòng)出件及理件裝置，送料位置和加工檢測(cè)裝置，安全保護(hù)裝置等，都是實(shí)現(xiàn)普通壓力機(jī)和沖壓模具自動(dòng)化的基本裝置。 1.1 沖壓模具市場(chǎng)情況 目前，我國(guó)沖壓模具在數(shù)量、質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大的發(fā)展，但與國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車(chē)覆蓋件模具、超大規(guī)模集成電路及精密電子產(chǎn)品的模具還主要依靠進(jìn)口，為汽車(chē)零部件配套的大型多工位級(jí)進(jìn)模剛起步不久，板料熱沖壓成型及其模具技術(shù)在國(guó)內(nèi)剛起步，基本上還是空白，模具生產(chǎn)技術(shù)水平已成為影響我國(guó)汽車(chē)和高檔電子產(chǎn)品自主創(chuàng)新能力提高的重要因素。而一些低檔次的簡(jiǎn)單模具，已趨供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。 2006-2010年，我國(guó)沖壓鈑金行業(yè)產(chǎn)值由4500億增至8600億元，年耗薄鋼板（帶）材由0.7億t增至1.2億t，年新購(gòu)設(shè)備費(fèi)用由200億元增至350億元，年薪購(gòu)模具費(fèi)用由300億元增至500億元。2010年沖壓鈑金企業(yè)（或車(chē)間）4萬(wàn)多家，80%以上的沖壓鈑金企業(yè)年產(chǎn)值在1000萬(wàn)元以下，從業(yè)人員350多萬(wàn)人。 1.2 沖壓成形工藝與理論研究 近年來(lái)，沖壓成形工藝有很多新的進(jìn)展，精密成形、電磁成形、液壓成形、超塑性成形、軟模成形、管內(nèi)高壓成形、熱成形、無(wú)模多點(diǎn)成形等新工藝的應(yīng)用不斷成熟。這些新工藝具有精密、柔性、快速、復(fù)合、信息化等特點(diǎn)。無(wú)模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。 1.3 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 近年來(lái)，我國(guó)沖壓模具水平有很大的提高。其中精密、高效、長(zhǎng)壽命的多工位及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車(chē)覆蓋件模代表了現(xiàn)代沖壓模具的技術(shù)水平。模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交合、融合，形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲線(xiàn)切割加工、精密磨削及拋光、數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量，而且與傳統(tǒng)切削加工相比，具有溫升低、切削力小的特點(diǎn)，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實(shí)現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工，因此不再需要制造昂貴的成形電極；慢走絲切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動(dòng)化技術(shù)已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度，目前切割速度已達(dá)到300平方毫米每分鐘；精度磨削及拋光拋光技術(shù)已開(kāi)始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線(xiàn)磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)。 2 直臂深圓筒拉深模具的設(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)。 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。 直壁圓筒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，在工藝性分析和毛柸尺寸的計(jì)算后根據(jù)計(jì)算確定它不能一次拉深成功.由此知需要多次拉深。在最后的一次拉深中由于制件的高度太高，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架，判斷此次拉深不能采用標(biāo)準(zhǔn)的模架。最后選用適合的壓力機(jī)和其他的設(shè)備。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。 3 筒形件拉深設(shè)計(jì) 零件名稱(chēng)：直臂筒形件 生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn) 材料：鋁 料厚：1mm 拉深件的零件圖，如下圖所示 圖1 圓筒件 4 沖壓件的工藝性分析 該沖壓件為不帶凸緣的直臂筒形件，要求零件尺寸標(biāo)注在外形，料厚t=1mm，且沒(méi)有厚度不變的要求；該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)稱(chēng)底部圓角半徑r3=4mm＞t，滿(mǎn)足拉深工藝對(duì)形狀和圓角半徑的要求。 拉深件的制造精度包括直徑方向的精度和高度方向的精度兩個(gè)方面。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)。由于該零件標(biāo)注尺寸未注公差，即其尺寸為自由公差，所以拉深工藝能滿(mǎn)足工件的公差等級(jí)要求。由以上分析可取直臂筒形件的尺寸精度等級(jí)為IT14級(jí)；零件所用材料鋁的拉深性能較好，易于拉深成形。 綜上所述，該工件的拉深工藝性較好，可用拉深工藝加工。工件的拉深次數(shù)及其有關(guān)尺寸可有下列各工序計(jì)算來(lái)確定。 因材料的料厚t=1mm≥1mm，故按板厚中線(xiàn)尺寸計(jì)算。 5 沖壓件的工藝計(jì)算 5.1確定俢邊余量 由拉深件的零件圖可得，d=（30-1）mm=29mm h=75mm 由無(wú)凸緣筒形件的拉深相對(duì)高度h/d=75/29=2.5，查中表4.2可得俢邊余量Δh=5mm 則拉伸高度為H=h+Δh=（75+5）mm=80mm 5.2計(jì)算毛抷直徑 由圖可知：r =4mm d=29mm H= 80mm 筒形件毛抷直徑的計(jì)算公式為，D= 代入數(shù)據(jù)得 D =100mm 5.3確定是否采用壓邊圈拉深 毛抷的相對(duì)厚度為：t/D×100=1/100×100=1，由中表4.7可知，需要采用壓邊圈。首次拉伸時(shí)一般采用平面壓邊裝置；再次拉深時(shí)，采用筒形壓邊圈，如圖2所示。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。 壓邊圈的尺寸：=+10=65+10=75mm a首次拉深 b再次拉深 圖2 壓邊圈各次拉深采用形式 5.4計(jì)算總的拉深系數(shù)，并判斷能否一次拉成 根據(jù)工件直徑d和毛抷直徑D算出總拉深系數(shù)。由總拉深系數(shù)的計(jì)算公式=d/D 代入數(shù)據(jù) =29/100=0.29 由上述計(jì)算可知t/D×100= 1查中表4.9可得m1=0.54，因此=29/100=0.29＜0.54=，所以該工件不能一次拉出，則需要多次拉深。 5.5確定拉深次數(shù)n 根據(jù)毛抷的相對(duì)厚度t/D×100=2.04，查中表4.11可得各次拉深極限拉深系數(shù)： m1=0.54 m2=0.77 m3=0.79 m4=0.81 根據(jù)公式得各次拉深時(shí)半成品的直徑為： d1=m1×D=0.54×100=54mm d2=m2×d1=0.77×54=41.58mm d3=m3×d2=0.79×41.58=32.85mm d4=m4×d3=0.81×32.85=26.61mm 5.6工藝方案的確定 該工件的拉深次數(shù)與工序尺寸的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表 表1 拉深次數(shù)與各次拉深工序件尺寸（mm） 拉深次數(shù)n 筒體直徑 工序件高度 圓角直徑 1 Φ55 35.31 8 2 Φ43 49.62 5 3 Φ35 64.59 4 4 Φ29 80.89 4 根據(jù)以上計(jì)算及對(duì)零件工藝性的分析可知，有三種方案可以成形直臂筒形件。具體方案如下： 方案一：落料————首次拉深————第二次拉深————第三次拉深————第四次拉深————切邊 方案二：落料與首次拉深復(fù)合————第二次拉深————第三次拉深————第四次拉深————切邊 方案三：落料——-正反拉深 方案一：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力機(jī)噸位可較小，但生產(chǎn)率低，需要六道工序。此方案適應(yīng)于生產(chǎn)批量不大場(chǎng)合。 方案二：復(fù)合工序模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且壓力機(jī)要求噸味較大，生產(chǎn)率比方案一高，適應(yīng)于生產(chǎn)批量較大的場(chǎng)合。 方案三：正反拉深模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，況且這時(shí)需要采用雙動(dòng)壓力機(jī)，生產(chǎn)率高，適應(yīng)于生產(chǎn)批量大且有雙動(dòng)壓力機(jī)的場(chǎng)合。 通過(guò)對(duì)上述三種方案的比較，前面的計(jì)算結(jié)果及零件的生產(chǎn)批量等可知。該零件需要落料（制成Φ100的坯料經(jīng)過(guò)多次拉深和切邊達(dá)到零件的要求的高度75mm）工六道工序，由于首次拉深的高度不是太高，首次拉深后的直徑與坯料的直徑相比較，可知落料可以和首次拉深復(fù)合，此時(shí)可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。綜合考慮選用方案二比較合理。 直臂筒形件的工藝方案為： 方案二：落料與首次拉深復(fù)合————第二次拉深————第三次拉深————第四次拉深————切邊 因d4=26.61mm＜29mm，所以應(yīng)該用四次拉深成形。 5.7半成品尺寸的確定，計(jì)算各次拉深后的直徑 5.7.1工序件的直徑 根據(jù)-≈-≈-和……=。對(duì)拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整后得： m1=0.55 m2=0.78 m3=0.80. m4=0.82 則各次拉深后工序件的直徑為： d1 =m1 ×D =0.55×100=55mm d2=m2 ×d1 =0.78×55=42.9 mm(調(diào)整后為43mm) d3 =m3 ×d2 =0.80×43=34.4mm(調(diào)整后為35mm) d4 =m4 ×d3 =0.82×35=28.7mm(調(diào)整后為29mm) 因?yàn)閐4=29mm≤29mm,所以最終是4次拉深成形，選定d4為工件的直徑。 5.7.2確定各次拉深凸凹模的圓角半徑 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式=0.8=（0.6～ 1） 可求得各工序件筒底處的圓角半徑。 第一次拉深的凹模的圓角半徑 =0.8=6.74mm 則第一次拉深的工件的圓角半徑r1= +t/2=6.74+1/2=7.24,取r1=8mm,并取 =，則 r1=r2=8mm,根據(jù)工件圓角重新調(diào)整凸、凹模的圓角半徑,取為= =（8-1/2）mm=7.5 第二次拉深的凸凹模的圓角半徑 =0.6×7.5=4.5mm= r凸2 則第二次拉深的工件的圓角半徑 =4.5+1/2=5mm 同理，第三次拉深的凸凹模的圓角半徑 ==3.5mm 工件r3=4mm 最后一次拉深的模具的圓角半徑應(yīng)等于工件的圓角半徑==4mm 所以各次拉深工序件底部圓角半徑取以下數(shù)值： =8mm =5mm =4mm =4mm 5.8 計(jì)算各次拉深半成品高度 查根據(jù)式＝（D/d－d+1.72r－0.57 r/d）/4得 =(100/55－55+1.72×8+0.57×8/55)/4=35.31mm =(100/43－43+1.72×5+0.57×5/43)/4=49.62mm =(100/35－35+1.72×4+0.57×4/35)/4=64.46mm =(100/29－29+1.72×4+0.57×4/29)/4=80.76mm 5.9 繪制拉深工序圖 圖3 筒形拉深件的工序圖 6 進(jìn)行必要的計(jì)算 6.1計(jì)算壓邊力、拉深力 為了解決首次拉深過(guò)程中的起皺問(wèn)題，生產(chǎn)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FQ大小應(yīng)當(dāng)適當(dāng)，F(xiàn)Q太小，防皺效果不好；FQ太大，則會(huì)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，再不起皺的情況下，盡量選用小的壓邊力。 因?yàn)楸玖慵禽S對(duì)稱(chēng)零件，所以不用計(jì)算壓力中心。 6.1.1計(jì)算壓邊力 解決拉深工作中的起皺問(wèn)題的主要方法是采用防皺壓邊圈，并且壓邊力要適當(dāng)。必須指出，如果拉深的變形程度比較小，毛坯的相對(duì)厚度比較大，則不需要采用壓邊圈，因?yàn)椴粫?huì)產(chǎn)生起皺。 壓邊圈對(duì)拉深坯料的變形區(qū)施加的壓邊力F壓是為了防止毛坯起皺，保證拉深過(guò)程順利進(jìn)行而施加的力，它的大小對(duì)拉深影響很大。壓邊力太小時(shí)，防皺效果不好，造成拉深件筒壁質(zhì)量差；壓邊力太大時(shí)，則會(huì)增加危險(xiǎn)斷面處的拉應(yīng)力，引起拉深件拉裂破壞或嚴(yán)重變薄超差。 生產(chǎn)中，壓邊力的大小不是唯一的，它有一定的調(diào)節(jié)范圍，其范圍在最大壓邊力F壓max和最小壓邊力F壓min之間，可以看出，壓邊力的調(diào)節(jié)范圍與拉深系數(shù)有一定的關(guān)系。拉深系數(shù)減小，壓邊力的變動(dòng)范圍就減小，這對(duì)拉深工作是不利的，因?yàn)楫?dāng)壓邊力稍大些時(shí)，會(huì)產(chǎn)生破裂，壓邊力稍小些時(shí)，會(huì)產(chǎn)生起皺，即拉深的工藝穩(wěn)定性不好。相反，拉深系數(shù)增大，壓邊力課調(diào)節(jié)范圍增大，工藝穩(wěn)定性好。 在模具設(shè)計(jì)時(shí)，通常是使壓邊力F壓稍大于防皺作用所需色最低值，即在保證毛坯凸緣變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選用小的壓邊力，并按下列公式經(jīng)行計(jì)算： 總壓邊力 =AP 筒形件第一次拉伸時(shí) =π[D2-(d+2r凹)2]P/4 式中A——壓邊圈下坯料的投影面積（mm2）； P——單位壓邊力（Mpa），可按表4.8選用； d1 ,d2 ,…，dn——第一次及以后各次工件的直徑（mm）； …——各次拉伸凹模圓角半徑（mm）。 由于工件的材料為鋁，查表4.8得p=3N 代入數(shù)據(jù)得： =3.14×(1002-(55+2×8)2）×3/4=11679N =3.14×(552-432)×3/4=2769N =3.14×(432-352)×3/4=1470N =3.14×(352-292)×3/4=904N 壓邊裝置彈性壓邊裝置,這種裝置多用于普通沖床，通常有三種結(jié)構(gòu)形式：橡皮壓邊裝置；彈簧壓邊裝置；氣墊式壓邊裝置。另外氮?dú)鈴椈杉夹g(shù)也逐漸在模具中使用。 隨著拉深深度的增加，需要壓邊的凸緣不斷減少，故需要的壓邊力也就逐漸減小。橡皮及彈簧壓邊裝置的壓邊力恰好與需要的壓邊力相反，隨拉深深度的增加，從而導(dǎo)致零件斷裂，因此，橡皮及彈簧結(jié)構(gòu)通常只用于淺拉深。但是，這兩種壓邊裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在中小型壓力機(jī)上使用較為方便，只要正確地選擇彈簧的規(guī)格和橡膠的牌號(hào)及尺寸，能減少它的不利影響。彈簧應(yīng)選用總壓縮量大，壓力隨壓縮量增加比較緩慢的規(guī)格。橡皮應(yīng)選用軟橡膠，并應(yīng)保證相對(duì)壓縮量不過(guò)大。橡皮的壓邊力隨壓縮量增加很快，因此，橡皮的總厚度應(yīng)選大些，建議橡皮總厚度不小于拉深工作行程的五倍。氣墊式壓邊裝置的壓邊效果較好，壓邊力基本上不隨工作行程而變化，但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造、使用及維修都比較困難。 剛性壓邊裝置，這種結(jié)構(gòu)用于雙動(dòng)壓力機(jī)，凸模裝在壓力機(jī)的內(nèi)滑塊上，壓邊裝置裝在外滑塊上。在拉伸過(guò)程中，外滑塊保持不動(dòng)，所以其剛性壓邊力不隨行程變化，拉深效果好，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸精度要求不高，所以壓邊裝置選用彈簧壓邊裝置。 6.1.2計(jì)算拉深力 圓筒形工件可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算拉深力 采用壓邊圈拉深時(shí)： 第一次拉深 F=πd1tσbk1 第二次以后 Fn=πdntσbkn (n=2，3，…，i) 式中： F——拉伸力； σb——材料的抗拉強(qiáng)度（本例中為440Mpa）； t——材料厚度（mm）； D——毛坯直徑（mm）； d1,…，dn——各次拉伸后的后續(xù)件中徑（mm）； k1、k2——修正系數(shù), 由表4.6查出修正系數(shù) m1=d1/D=551/100=0.55， k=1.00 m2=d2/d1=43/55=0.78， k=0.82 m3=d3/d2=35/43=0.82， k=0.76 m4=d4/d3=29/35=0.83， k=0.74 查得：鋁的抗拉強(qiáng)度δb=440MPa 則各次拉伸力為： F1 =（1×3.14×55×1×440）N=75988N F2=(0.82×3.14×43×1×440)N=48715.22N F3=(0.76×3.14×35×1×440)N=36750.56N F4=(0.74×3.14×29×1×440)N=29649.14N 6.1.3計(jì)算公稱(chēng)壓力 根據(jù)查有公式≥（1.6～1.8） =+，可取=1.7（+） 代入各次的壓邊力與拉深力得： 首次拉深需加上沖裁力： =1.7（11697+75988）N=149030N =1.7(2769+48715.22)N=87523N =1.7(1470+36750.56)N=64970N =1.7(904+29649.14)N=51940N 6.2 模具工作部分尺寸計(jì)算 因?yàn)楸玖慵禽S對(duì)稱(chēng)零件，所以不用計(jì)算壓力中心。 6.2.1模具間隙 拉深模間隙指的是凸、凹模之間的雙面間隙。間隙的大小對(duì)拉深力、拉深件的質(zhì)量以及模具壽命都有較大的影響。間隙小時(shí)，拉深件回彈小，側(cè)壁平直而光滑，質(zhì)量較好，精度較高。若間隙值太小，拉深力增加，導(dǎo)致工件變薄嚴(yán)重，甚至拉裂，模具表面間的摩擦、磨損嚴(yán)重，模具壽命降低。間隙過(guò)大時(shí)，拉深力降低，模具的壽命提高，但毛坯容易起皺，拉深件錐度大，精度較差，因此，拉深模的間隙值應(yīng)合理。確定拉伸模的間隙時(shí)，要考慮壓邊狀況、拉深次數(shù)和工件精度等，其原則是：既要考慮板料本身的公差，又要考慮板料的增厚現(xiàn)象，間隙取值一般都比毛坯厚度略大一些。本模具的拉深要壓邊裝置，查[5]表4.13可查每次的單邊間隙值。 有壓邊圈拉深時(shí)單邊間隙查[5]表4.13得：首次拉深時(shí)單邊間隙Z/2=1.2t；第二，三次拉深時(shí)單邊間隙Z/2=1.1t；第四次拉深時(shí)單邊間隙Z/2=（1～1.05）t；代入數(shù)據(jù)得： Z1/2=1.2t=1.2×1=1.2mm Z2/2= Z3/2=1.1t=1.1×1=1.1mm Z4/2=（1～1.05）t=（1～1.05）×1=1～1.05mm 所以，各次拉深時(shí)拉深間隙為： Z1 =2.4mm Z3=Z2=2.2mm Z4=2mm 6.2.2拉深模圓角半徑 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。 首次拉深凹模圓角半徑可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算=0.80，以后各次拉深的凹模圓角半徑，可按下式確定：=（0.6～0.9） （i=2，3，4…n） 代入凹模圓角半徑的計(jì)算公式經(jīng)計(jì)算得： =7.8mm 取=8mm =（0.6～0.9）=4.7～7.0mm取=5mm =（0.6～0.9）=3.0～4.5mm取=4mm 有經(jīng)驗(yàn)可知凸模的圓角半徑可以取與凹模圓角半徑相等。所以凸凹模圓角半徑為：==8mm，==5mm ，==4mm 最后一次拉深，凸凹模的圓角半徑應(yīng)與拉深件相應(yīng)的圓角半徑一致。故取 ==4mm 6.2.3凸凹模工作尺寸及公差 有上述已知工件公差等級(jí)為IT13級(jí)，所以查公差表得工件的尺寸公差為： 55mm，42 mm ，34 mm ，28 mm 對(duì)于多次拉深，工序件尺寸無(wú)需嚴(yán)格要求，前三次拉深以凹模為基準(zhǔn)，模具的制造公差按IT10級(jí)選取。 對(duì)于多次拉深，工序件尺寸無(wú)需嚴(yán)格要求，所以中間各工序的凸凹模尺寸可按下式計(jì)算： ＝D =(D-Z) 代入數(shù)據(jù)得 =56 mm，=44 mm，=36 mm 計(jì)算出各次凸模的尺寸： =54 mm，=42 mm，=34 mm 第四次拉深是最后一次拉深，由于要求零件尺寸注在外形，因此，以凹模的的社計(jì)為基準(zhǔn)，模具按IT8級(jí)選取公差。計(jì)算出模具的尺寸為： =（-0.75Δ） 代入數(shù)據(jù)得 =（35-0.75×0.52）=34.61 mm =( D凹4-Z) =(34.61-2) =32.61mm 6.2.4凸模通氣孔設(shè)計(jì) 拉深時(shí)變形材料包緊在凸模上，取件時(shí)零件與凸模會(huì)形成真空狀態(tài)，如果無(wú)通氣孔，取件困難，甚至使零件變形。為了取件方便設(shè)置通氣孔，其尺寸由相關(guān)資料可查得：5mm 所有拉深凸模的通氣孔尺寸均為5mm。 7 模具的總體設(shè)計(jì) 四次拉深模具都是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉深，采用標(biāo)準(zhǔn)中間模架。第四次拉深模具是在單動(dòng)壓力機(jī)上采用單工序拉深模拉深。上模部分主要有上模座，凹模等零件組成；下模部分主要有凸模，凸模固定板，下模座等組成。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。模具為倒裝結(jié)構(gòu)，由推桿推出工件。 工作過(guò)程：模具在工作時(shí)，將前一道工序拉深后所得的半成品毛坯套在壓邊圈上，壓邊圈的形狀必須與上一次拉出的半成品毛抷形狀一致。凹模裝在上模，凸模裝在下模。上模下行，首先將半成品坯件壓住，然后將坯件和壓邊圈同時(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)，使坯料在凸、凹模作用下，產(chǎn)生塑性變形而制成所要求的零件。 當(dāng)凹模隨上?；厣龝r(shí)，零件制品在推桿及推件板的作用下，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。 8 模具主要零部件的設(shè)計(jì) 8.1拉深凸模與凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 拉深凹模對(duì)拉深過(guò)程的影響比凸模大得多，結(jié)構(gòu)形式也較多。就對(duì)拉深過(guò)程的影響而言，可將拉深凹模分為普通直壁凹模和錐形凹模兩大類(lèi)。 8.1.1拉深凹模結(jié)構(gòu) 普通直壁凹模這種模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，有圓弧直接過(guò)度到直壁工作帶，首次拉深與再拉深，有無(wú)壓邊圈均可采用。但出件方式不同時(shí)結(jié)構(gòu)上也有所不同。為了減小摩擦，凹模工作帶高度h不應(yīng)太大，普通拉深可取h=8～12mm精密拉深（要求拉深件直徑尺寸精度，凸模與凹模之間的間隙取得較小）可取h=6～10mm。 錐形凹模是在直壁凹模的基礎(chǔ)上加一段錐形過(guò)度段稱(chēng)為錐形凹模。采用錐形凹模拉深有兩方面的優(yōu)點(diǎn)：一凹模圓角半徑處的包角均小于90°,可減小拉深時(shí)板料在凹模圓角處的折彎與摩擦阻力，從而可降低筒壁處所受到的拉應(yīng)力；二毛抷首先在錐形過(guò)度段預(yù)成形，如同增加了一次拉深，待正式拉人凹模的直壁段時(shí)，在切向所需的壓縮量已大為減小，因而起皺的危險(xiǎn)也就減小了。錐形凹模一般不用于不壓邊的首次拉深，其要求相對(duì)料厚較大。 由于該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸精度要求不高，所以采用直壁凹模結(jié)構(gòu)。凹模采用螺釘和銷(xiāo)釘定位，同時(shí)要保證螺釘（或沉孔）間，螺孔與銷(xiāo)孔間及螺孔，銷(xiāo)孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則會(huì)降低模具壽命。凹模外形采用圓形結(jié)構(gòu)。材料選擇T10鋼，熱處理硬度為58～62HRC，技術(shù)條件按JB/T7653—1994的規(guī)定處理。根據(jù)制件的高度由經(jīng)驗(yàn)得拉深凹模的 高度為=+15=80+15=95mm 直徑為=35+40×2=115mm 圖4 凹模 8.1.2拉深凸模結(jié)構(gòu) 拉深凸模結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，為了卸料方便，拉深凸模上需鉆一通氣孔，受鉆頭長(zhǎng)度限制，一般很難從凸模工作端鉆通至固定端，這時(shí)可自工作端先鉆一通孔，再?gòu)耐鼓?cè)壁鉆孔與之相通，側(cè)孔中心線(xiàn)到凸模的距離側(cè)孔中心線(xiàn)到凸模的距離只要稍大于拉深工件的高度就可達(dá)到通氣的目的。 由于該零件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以凸模選擇臺(tái)階式凸模，凸模與固定板采用裝好后磨平，凸模與固定板配合部分按過(guò)渡配合（H7/m6或H7/n6）。凸模材料選擇Cr12，硬度為56～60HRC，尾部回火硬度為40～50HRC，技術(shù)條件按JB/T7653—1994的規(guī)定處理。 凸模的高度= +++ =15+80+10+75=180mm 圖5 凸模 8.2上下模座等零部件的設(shè)計(jì) 上模座：220×30 下模座：220×35 凸模固定板：115×15 9 沖壓設(shè)備的選擇 為使壓力機(jī)能安全工作，取≥（1.6～1.8） 由前面的計(jì)算結(jié)果,在滿(mǎn)足拉深力使用要求的前提下，初選壓力機(jī)型號(hào)如下： 首次沖裁拉深時(shí)=149030N故選160KN的開(kāi)式壓力機(jī)。其型號(hào)為：JH2-25; 第二次拉深時(shí)=87523N故選100KN的開(kāi)式壓力機(jī)。其型號(hào)為： JB23-16; 第三次拉深時(shí)=64970N故選100KN的開(kāi)式壓力機(jī)。其型號(hào)為：JB23-16； 最后一次拉深時(shí)=51940N故選63KN的開(kāi)式壓力機(jī)。其型號(hào)為：JB23-6.3; 拉深模的閉合高度時(shí)指滑塊在上止點(diǎn)時(shí)滑塊下表面到工作臺(tái)上表面的距離，故本模具的閉合高度為： =++ ++=（30+75+95++35+15）mm=260mm H=260mm＞220mm不滿(mǎn)足壓力機(jī)的最大閉合高度大于模具的閉合高度，所以改選壓力機(jī)的型號(hào)為JB23-16型。型號(hào)為JH2-25的開(kāi)式可傾壓力機(jī)的最大閉合高度為270mm＞260mm滿(mǎn)足閉合高度要求。 JH2-25型開(kāi)式可傾壓力機(jī)的具體參數(shù)如下： 公稱(chēng)壓力：250KN 最大閉模高度：270mm 最大裝模高度：175mm 連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度：55mm 壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸（前后×左右）:370mm×560mm 壓力機(jī)工作臺(tái)孔尺寸（前后×左右×直徑）：370mm×560mm×Φ260mm 模柄孔尺寸：Φ40mm×60mm 最大傾斜角度：30° 綜上分析，最后一次拉深所選用的型號(hào)為JB23-25的開(kāi)式可傾壓力機(jī)能夠滿(mǎn)足使用要求。 由于最后一拉深的工件高度高，而經(jīng)校核最后一次拉深所選的壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力和閉合高度均符合要求，所以前三次拉深所選的壓力機(jī)也符合要求。 10 繪制模具總裝圖(以第四次拉深模為例) 選用倒裝敞開(kāi)式（即模具中不設(shè)導(dǎo)向裝置）拉深模，毛坯利用壓邊圈的外形進(jìn)行定位，利用剛性推件裝置推件。 圖6 第四次拉深模 1—頂桿；2—凸模固定板；3—通氣孔；4—上模座；5，6—螺釘；7—推桿；8—模柄；9—推件塊；10—橫銷(xiāo)；11—銷(xiāo)釘；12—拉深凹模；13—拉深凸模；14—壓邊圈；15—螺釘；16—銷(xiāo)釘；17—下模座 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是畢業(yè)前的最后工作，通過(guò)做畢業(yè)設(shè)計(jì)我們可以總結(jié)大學(xué)三年學(xué)的所有課程，更好的總結(jié)了專(zhuān)業(yè)所需要的各方面的知識(shí)，我們是模具設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)，所學(xué)的主要專(zhuān)業(yè)課程就是沖壓與塑料，主要的畫(huà)圖技能就是練習(xí)使用繪圖軟件autoCAD以及UG，通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我更加掌握了這些專(zhuān)業(yè)課以及繪圖軟件。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是設(shè)計(jì)圓筒形件，深圓筒件屬于簡(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。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。通過(guò)在圖書(shū)館查找數(shù)據(jù)，以及總結(jié)以往所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在剛開(kāi)始的時(shí)候不知道如何下手，通過(guò)與同學(xué)交流以及老師的幫助，很快找到了設(shè)計(jì)的思路。 沖壓模具設(shè)計(jì)是很實(shí)際應(yīng)用很廣泛的模具設(shè)計(jì)方法，是理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，通過(guò)設(shè)計(jì)，我們能更好的將書(shū)中所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中來(lái)，因此為了將來(lái)能有更好的工作，我們必須要掌握好自己的專(zhuān)業(yè)課，并不斷的學(xué)習(xí)新的知識(shí)，讓自己能有更好的用途，為模具的發(fā)展作貢獻(xiàn)。 致謝 在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，幫助我最大的就是老師和同學(xué)，在剛開(kāi)始的時(shí)候，老師給了我正確的方向，確認(rèn)好方向之后，自己開(kāi)始著手，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)在圖書(shū)館查閱資料克服難題，有不會(huì)的就跟同學(xué)們一塊商量，總之，宿舍的同學(xué)給了我不少的幫助。 最后要感謝我的母?！幽蠙C(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。 我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)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！ 參考文獻(xiàn) [1] 寇世瑤主編.機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社，2007.12 [2] 柯旭貴、張榮清主編.沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.9 [3] 周理主編.冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程與簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010 [4] 周玲主編.沖模設(shè)計(jì)實(shí)例詳解[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007 [5] 原紅玲主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.8 29

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