筒形件拉深模具設(shè)計無凸緣

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1、. 前言 1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備〔主要是壓力機〕上的模具對材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需零件〔俗稱沖壓或沖壓件〕的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進(jìn)行冷變形加工,且主要采用板料來加工成所需零件,所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一,隸屬于材料成型工程術(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具,簡稱沖模。沖模是將材料〔金屬

2、或非金屬〕批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要,沒有符合要求的沖模,批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒有先進(jìn)的沖模,先進(jìn)的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素,只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。 與機械加工及塑性加工的其它方法相比,沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 <1> 沖壓加工的生產(chǎn)效率高,且操作方便,易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工,普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次,高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上,而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。 〔2〕沖壓時由于

3、模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度,且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有"一模一樣"的特征。 〔3〕沖壓可加工出尺寸圍較大、形狀較復(fù)雜的零件,如小到鐘表的秒表,大到汽車縱梁、覆蓋件等,加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng),沖壓的強度和剛度均較高。 〔4〕沖壓一般沒有切屑碎料生成,材料的消耗較少,且不需其它加熱設(shè)備,因而是一種省料,節(jié)能的加工方法,沖壓件的成本較低。 但是,沖壓加工所使用的模具一般具有專用性,有時一個復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形,且模具 制造的精度高,技術(shù)要求高,是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以,只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下,沖壓加工

4、的優(yōu)點才能充分體現(xiàn),從而獲得較好的經(jīng)濟效益。 沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件,如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中,沖壓件所占的比重都相當(dāng)?shù)拇?少則60%以上,多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件,現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說,如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝,許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn) 的。 1.2 沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多,各

5、類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同,因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來,可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓〔俗稱沖裁件〕的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序,按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序,每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實際生產(chǎn)中,當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時,若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達(dá)到要求。這時在工藝上多采用集中的方案,即把兩種或兩種以上的單一工序

6、集中在一副模具完成,稱為組合的方法不同,又可將其分為復(fù)合-級進(jìn)和復(fù)合-級進(jìn)三種組合方式。 復(fù)合沖壓——在壓力機的一次工作行程中,在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級進(jìn)沖壓——在壓力機上的一次工作行程中,按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復(fù)合-級進(jìn)——在一副沖模上包含復(fù)合和級進(jìn)兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模等。但不論何種類型的沖模,都可看成是由上模和下模兩部分 組成,上

7、模被固定在壓力機工作臺或墊板上,是沖模的固定部分。工作時,坯料在下模面上通過定位零件定位,壓力機滑塊帶動上模下壓,在模具工作零件〔即凸模、凹模〕的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回升時,模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來,以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn),因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。 <1>.沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前,國外對沖

8、壓成形理論的研究非常重視,在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善,近年來國外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計算機模擬技術(shù),即利用有限元〔FEM〕等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程,根據(jù)分析結(jié)果,設(shè)計人員可預(yù)測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題,并通過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù),可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用,也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應(yīng)用圍的各種壓新工藝,也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方

9、向之一。目前,國外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中,精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法,它擴大了沖壓加工圍,目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá)25mm,精度可達(dá)IT16~17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的軟模成形工藝,能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件,在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件,具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑成形,可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序,這對于加工形狀

10、復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù),我國已自主設(shè)計制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點成形設(shè)備,解決了多點壓機成形法,從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài),提高了材料的成形極限,同時利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料殘余應(yīng)力,實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段,能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。 <2.>沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計制造上,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、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要,沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方

11、向發(fā)展,與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù),各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面,為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要,鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前,50個工位以上的級進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到2微米,多功能級進(jìn)模不僅可以完成沖壓全過程,還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設(shè)計制造出達(dá)到國際水平的精度達(dá)2?~5微米,進(jìn)距精度2~3微米,總壽命達(dá)1億次。我國主

12、要汽車模具企業(yè),已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具,在設(shè)計制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國際水平,但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國際水平,模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平,但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。 模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、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、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測量等代表了現(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〔主軸轉(zhuǎn)速一般為15000~40000r/min〕

13、,加工精度一般可達(dá)10微米,最好的表面粗糙度Ra≤1微米〕,而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低〔工件只升高3攝氏度〕、切削力小,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現(xiàn)硬材料〔60HRC〕加工；電火花銑削加工〔又稱電火花創(chuàng)成加工〕是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工〔像數(shù)控銑一樣〕,因此不再需要制造昂貴的成形電極,如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機床,配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng),體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高,功能也相當(dāng)完善,自動化程度已達(dá)到無人看管

14、運行的程度,目前切割速度已達(dá)到300mm/min,加工精度可達(dá)±1.5微米,表面粗糙度達(dá)Ra=01~0.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過程中的檢測技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡單操作步驟,使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外,激光快速成形技術(shù)〔RPM〕與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后,通過瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大

15、學(xué)開發(fā)研制的"M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)"是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝〔分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM〕的系統(tǒng),它基于"模塊化技術(shù)集成"之概念而設(shè)計和制造,具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎(chǔ),采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應(yīng)用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。 <3> 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 性能良好的沖壓設(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、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要,目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速

16、壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展,加之機械乃至機器人的大量使用,使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高,各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后,在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲,從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉(zhuǎn)子沖片時,一分鐘可沖幾百片,并能自動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯,生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍,材料利用率高達(dá)97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達(dá)2000次/min以上。在多功能壓力機方面,日本田公司生產(chǎn)的2000KN"沖壓中心"采用CNC控制,只需5min時間就可完成自動換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)

17、等工作；美國惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心,在相同的時間,加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的4~10倍,并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來,為了適應(yīng)市場的激烈競爭,對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求,開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中,無需設(shè)計專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國亦開始使用的沖壓柔性制造單元〔FMC〕和沖壓柔性制造系統(tǒng)〔FMS〕代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體,包括板

18、料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng),生產(chǎn)過程完全由計算機控制,車間實現(xiàn)24小時無人控制生產(chǎn)。同時,根據(jù)不同使用要求,可以完成各種沖壓工序,甚至焊接、裝配等工序,更換新產(chǎn)品方便迅速,沖壓件精度也高。 <4>沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn),已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn),沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性,又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此,只有實現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化,才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化,從而降低模具的成本,提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前,國外先進(jìn)工業(yè)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%~80%,模具廠只需設(shè)計制造工作

19、零件,大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購買,使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高,分工越來越細(xì),如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等,甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖裁模或彎曲模,這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展,除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外,標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴展,精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求,主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高〔一般在40%以下〕,標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少,大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn),標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問題。另外,標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。

20、 正文 如下圖1所示拉深件,材料為08鋼,厚度0.8mm,制件高度70mm,制件精度IT14級。該制件形狀簡單,尺寸小,屬普通沖壓件。試制定該工件的沖壓工藝規(guī)程、設(shè)計其模具、編制模具零件的加工工藝規(guī)程。 圖1 一、沖壓件工藝分析 1、材料：該沖裁件的材料08鋼是碳素工具鋼,具有較好的可拉深性能。 2、零件結(jié)構(gòu)：該制件為圓桶形拉深件,故對毛坯的計算要。 3、單邊間隙、拉深凸凹模及拉深高度的確定應(yīng)符合制件要求。 4、 凹凸模的設(shè)計應(yīng)保證各工序間動作穩(wěn)定。 5、 尺寸精度：零件圖上所有未注公差的尺寸

21、,屬于自由尺寸,可按IT14級確定工件尺寸的公差。 查公差表可得工件基本尺寸公差為： 二、工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型 1、工藝方案分析 該工件包括落料、拉深兩個基本工序,可有以下三種工藝方案：方案一：先落料,首次拉深一,再次拉深。采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料+拉深復(fù)合,后拉深二。采用復(fù)合模+單工序模生產(chǎn)。方案三：先落料,后二次復(fù)合拉深。采用單工序模+復(fù)合模生產(chǎn)。 方案四：落料+拉深+再次拉深。采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單,但需三道工序三副模具,成本高而生產(chǎn)效率低,難以滿足大批量生產(chǎn)要求。方案二只需二副模具,工件的精度及生產(chǎn)效率都較高,工件精度也能滿足要求,操作方便,

22、成本較低。方案三也只需要二副模具,制造難度大,成本也大。方案四只需一副模具,生產(chǎn)效率高,操作方便,工件精度也能滿足要求,但模具成本造價高。通過對上述四種方案的分析比較,該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。 2、 主要工藝參數(shù)的計算 <1>確定修邊余量 該件h=70mm,h/d=70/50=1.4,查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表4-10 可得 則可得拉深高度H H=h+=70+3.8=73.8mm <2>計算毛坯直徑D 由于板厚小于1mm,故可直接用工件圖所示尺寸計算,不必用中線尺寸計算。 D= = <3>確定拉深次數(shù) 按

23、毛坯相對厚度t/D=0.8/130和工件相對高度H/d=73.8/50=1.36 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表4-15可得n=2,初步確定需要兩次拉成,同時需增加一次整形工序。 <4>計算各次拉深直徑 由于該工件需要兩次拉深,查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表4-11可得,首次拉深系數(shù)m和二次拉深系數(shù)m: m=0.53 m=0.76 初步計算各次拉深直徑為： d= mD=0.5313069mm d=mD=0.7613050mm <5>選取凸凹模的圓角半徑 考慮到實際采用的拉深系數(shù)均接近其極限值,故首次拉深凹模圓角半徑r應(yīng)取大些

24、,根據(jù)《壓工藝與模具設(shè)計》表4-7知： r=10t=100.8=8 mm 由《沖壓工藝與模具設(shè)計》式〔4-49〕和式〔4-50〕即： r=<0.7—0.8> r和r=<0.7—0.8>r 計算各次拉深凹模與凸模的圓角半徑,分別為： r=8 mm r=6 mm r=6 mm r=5 mm <6>計算各次工序件的高度 根據(jù)《沖壓工藝與模具設(shè)計》式〔4-39〕計算各次拉深高度如下： H=1/4 =1/4〔〕 =49mm H=1/4= =1/4=<> mm <7>畫出

25、工序件簡圖 工序簡圖如下圖2所示： 圖2 三、確定排樣圖和裁板方案 1、 制件的毛坯為簡單的圓形件,而且尺寸比較小,考慮到操作方便,宜采用單排。 于t=0.8mm,查《沖壓工藝與模具設(shè)計》附表7軋制薄鋼板擬選用規(guī)格為： 0.85001000 的板料。 2、 排樣設(shè)計 圖3 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2-10,確定搭邊值 兩工件間的橫搭邊a=1.2mm；兩工件間的縱搭邊a=

26、1.0mm； 步距S=d+a=50+1=51mm； 條料寬度B=〔D+2a+〕=52.8 故一個步距的材料利用率為： =A/BS100 =/BS100 =72.9 由于直板材料選取0.85001000 故每塊板料可裁剪919=171個工件 故每塊板料〔0.85001000〕的利用率為： =nA/LB100 =171100 =67 四、計算工序沖壓力、壓力中心以及初選壓力機 1、落料力的計算 F=1.3Lt 式中L—沖裁輪廓的總長度；t—板料厚度；--板料的抗拉強度 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》附表1可知：=40

27、0MPa 。故： F=1.3225250.8400=65.31KN 2、 卸料力和頂件力的計算 =KF =K F 式中K為卸料力系數(shù),K為頂件力系數(shù) 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表1-7知：K=0.050；K =0.08 故： =KF =0.0565.31 =3.27KN =K F =0.0865.31 =5.22KN 3、壓邊力的計算 采用壓邊的目的是為力防止變形區(qū)板料在拉深過程中的起皺,拉深時壓扁力必須適當(dāng),壓邊力過大會引起拉伸力的增加,甚至造成制件拉裂,壓邊力過

28、小則會造成制件直壁或凸緣部分起皺,所以是否采用壓邊裝置主要取決于毛坯或拉深系數(shù)m和相對厚度t/D100 由于t/D100=0.8/130100 =0.62 首次拉深系數(shù)=0.53 故：查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表4-3知,兩次拉深均需要采用壓邊裝置。 壓邊力: = 式中A為初始有效面積；為單位壓邊力〔MPa〕 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表4-4可知：=2MPa = = = =15.2 KN = = = =1.44 KN 4、

29、拉深力的計算 首次拉深時拉深力= 二次拉深時拉深力= 式中：為首次拉深與二次拉深時工件的直徑； 為材料抗拉強度〔MPa〕； 為修正系數(shù)。 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表4-1可知：=1;=0.85 首次拉深力：= = =69.33 KN 二次拉深力：= = =42.7 KN 故總拉深力：=+ =+ =112.03KN 由于制件屬于深拉深,故確定壓力機的公稱壓力應(yīng)滿足： 故： =6

30、7.2KN 綜上所述： =+ +++++ =202.47KN 5、 壓力中心的計算 7 圖4 由于是圓形工件,如圖4所示,所以工件的壓力中心應(yīng)為圓心即o<25,25> 6、壓力機的選擇 由于該制件數(shù)億小型制件,且精度要求不高,因此選用開始可傾壓力機,它具有工作臺面三面敞開,操作方便,成本低廉的有點。根據(jù)總壓力選擇壓力機,前面已經(jīng)算得壓力機的公稱壓力為202.47 KN,查《沖壓工藝與模具模具設(shè)計》表7.3提供的壓力機公稱壓力中可選取壓力機的型號為：J23-16F 五、工件零件刃口尺寸的計算 刃口尺寸按凹模實際尺寸配作,用配作法,因此凸?；境叽缗c凹模尺寸

31、相同,保證單邊間隙 圖5 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表1-3可知： 拉深模的單邊間隙為：Z==0.015 mm 式中x為補償刃口磨損量系數(shù)。查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2-21可知：x=0.5 取落料的尺寸公差I(lǐng)T14,則公差為=0.4mm 所以落料凹模的尺寸為： =〔130-0.50.4〕 =129.8mm 六、工件零件結(jié)構(gòu)尺寸和公差的確定 1、整體落料凹模板的厚度H的確定： H= 式中為凹模材料的修正系數(shù),碳素工具鋼取=1.3； 為凹模厚度按刃口長度修正系數(shù),查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2-18

32、可知：=1 H= =1.31 =52.35mm 2、凹模板長度L的計算 L=D+2C 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表2-17可知：C取28—36mm,根據(jù)要求C值可取30mm 故： L=D+2C =50+230 =110 mm 故確定凹模板外形尺寸為：11011052〔mm〕。凸模板尺寸按配作法計算。 3、 其他零件結(jié)構(gòu)尺寸 序號 名稱 長寬厚〔mm〕 材料 數(shù)量 1 上墊板 11011040 T8A 1 2 凸模固定板 11011048 45鋼 1 3 空心墊板 11011046 45鋼 1 4 卸料版

33、 11011044 45鋼 1 5 凸凹模固定板 11011050 45鋼 1 6 下墊板 11011040 T8A 1 7 壓邊圈 11011060 45鋼 1 <1>第一次拉深 ①拉深凸模 第一次拉深模,由于其毛坯尺寸與公差沒有必要予以嚴(yán)格的限制,這時凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的過渡尺寸即可,以凸模為基準(zhǔn).取公差等級為IT10=0.12mm. d凸=d-0δ凸=690-0.12mm d凹=< d凸+ 2Z> 0+δ凹=<69+2×0.015>0+0.12=69.03 0+0.12mm 拉深凸模采用臺階式,也是采用車床加工,與凸模固定板的配合按

34、H7/m6的配合,拉深凸模結(jié)構(gòu)如下圖6所示。 圖6 ②凸凹模 結(jié)合工件外形并考慮加工,將凸凹模設(shè)計成帶肩臺階式圓凸凹模,一方面加工簡單,另一方面又便于裝配與更換,采用車床加工,與凸凹模固定板的配合按H7/m6,凸凹模長度L=99mm,具體結(jié)構(gòu)可如下圖7所示。 圖7 ③落料凹模 凹模采用整體凹模,各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工,安排凹模在模架上的位置時,要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù),將壓力中心與模柄中心重合。凹模的輪廓尺寸應(yīng)要保證凹模有足夠的強度與剛度,凹模板的厚度還應(yīng)考慮修磨量,根據(jù)沖裁件的厚度和沖裁件的最大外形尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中選取凹模板的各尺寸為：長230mm,寬200mm,

35、因考慮到整套模具的整體布置要求,選其厚度為52mm,結(jié)構(gòu)如下圖8所示。 圖8 <2>第二次拉深模 ①凸模 根據(jù)工件外形并考慮加工,將凸模設(shè)計成帶肩臺階式圓凸凹模,一方面加工簡單,另一方面又便于裝配與修模,采用車床加工,與凸模固定板的配合按H7/m6。 凸模長度 L=H1+H2+Y 式中 H1——凸模固定板厚度 H2——壓邊圈高度 Y——附加長度,包括凸模刃口修磨量,凸模進(jìn)入凹模的深度73.8mm, 因此凸模長度L=48+60+73.8=181.8mm。具體結(jié)構(gòu)可參見下圖9所示。 圖9 ②凹模 凹模采用整體凹模,各沖裁的凹模孔均采用線切割機床加工,安排凹模在模架

36、上的位置時,要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù),將壓力中心與模柄中心重合。取凹模輪廓尺寸為φ160mm×73.8mm,結(jié)構(gòu)如下圖10所示。 拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差: 查表得凸凹的制造公差為:δ凸=0.02mm δ凹=0.03mm 當(dāng)工件要求形尺寸:凸模尺寸: d凸=-0δ凸 =<50+0.4×0.4>0-0.02mm=50.160-0.02 mm 凹模尺寸: d凹=< dmin+0.4△+2Z> 0+δ凹 =<50+0.4×0.4+2×0.015>0+0.03 =50.19 0+0.03mm 圖10 ③固定擋料銷 落料凹模上部設(shè)置固定擋

37、料銷,采用 固定擋料銷的進(jìn)行定距.擋料裝置在復(fù)合模 中,主要作用是保持沖件輪廓的完整和適量 的搭邊.,如圖11所示為鉤形擋料銷,因其固定孔 離刃口較遠(yuǎn),因此凹模強度要求,結(jié)構(gòu)上帶有 防轉(zhuǎn)定向銷. 擋料銷采用H7/r6安裝在落料 凹模端面 圖11 ④導(dǎo)料板的設(shè)計 導(dǎo)料板的側(cè)與條料接觸,外側(cè)與凹模齊平,查表知導(dǎo)料板與條料之間的間隙取0.5mm,這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度,導(dǎo)料板的厚度查表可知選擇。導(dǎo)料板采用45鋼制作,熱處理硬度為28～32HRC,用螺釘固定在凹模上。 ⑤卸料部件設(shè)計 卸料裝置用彈壓卸料板的卸料

38、裝置,如下圖12所示,卸料板孔每側(cè)與凸模保持間隙C＇=0.1~0.2t=0.16mm;卸料板周界尺寸與凹模周界尺寸一樣,厚度根據(jù)沖裁件料厚t和卸料板寬度B查模具手冊之四[2]中表14-10得其厚度為16mm。卸料板采用45鋼制造,淬火硬度為43～48HRC。 圖12 ⑥卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設(shè)置2個卸料螺釘,公稱直徑為12mm,螺紋部分為M8×16mm。卸料釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后, 應(yīng)使卸料板超出凸模端面lmm,有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。 ⑦壓邊圈設(shè)計 1>首次拉深: 為了防止拉深過程中起皺,生產(chǎn)中主要采用壓邊圈,查《沖壓工藝與模具設(shè)計》表

39、4-3知,兩次拉深均需要采用壓邊裝置。壓邊圈采用45鋼制造,熱處理硬度為42～45HRC。其結(jié)構(gòu)如下圖13所示。 圖13 2>二次拉深: 壓邊圈結(jié)構(gòu)與尺寸由標(biāo)準(zhǔn)中選取,壓邊圈圓角半徑rY應(yīng)比上次拉深凸模的相應(yīng)圓角半徑大0.5～1mm,以便將工序件套在壓邊圈上.材料采用45鋼,熱處理硬度為調(diào)質(zhì)42-45HRC.其結(jié)構(gòu)如下圖14所示。 圖14 ⑧凸模固定板 圖15 技術(shù)要求：a.上、下平行度為0.02,粗糙度為1.6 b.材料為45#鋼,調(diào)質(zhì)為24~28HRC c.帶*號尺寸按凸模實際尺寸配作并保證凸模呈H7/

40、m6配合 ⑨凸凹模固定板 圖16 技術(shù)要求：a.上、下平行度為0.02,粗糙度為1.6 b.材料為45#鋼,無需熱處理 ⑩落料拉深復(fù)合模架與二次拉深模架 采用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架的導(dǎo)向方式,如圖 17所示,帶有導(dǎo)柱的沖裁模適合于精度要求較高,生 產(chǎn)批量較大的沖裁件,且導(dǎo)柱模結(jié)構(gòu)比較完善,對后 側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式可從左右和前后兩個方向進(jìn)行送料。故相應(yīng)選后側(cè)導(dǎo)柱模架。 因為它的模具較高所以選取比較大一點的模架模 架的結(jié)構(gòu)與尺寸都直接由標(biāo)準(zhǔn)中選取,相關(guān)參數(shù)如下： 凹模周界L：315 凹模周界B：250

41、 圖17 閉合高度<參考>|最?。?75 閉合高度<參考>|最大：320 a上模座 數(shù)量1 規(guī)格：315×250×55 b下模座 數(shù)量1 規(guī)格：315×250×70 c導(dǎo)柱數(shù)量1 規(guī)格：40×260 d導(dǎo)套 數(shù)量1 規(guī)格：40×140×53 導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)中選取,尺寸由模架中參數(shù)決定。 導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時,導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10-15mm,而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5-1mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6,導(dǎo)套與上模座之間的配合為H7/r6,導(dǎo)柱與下模座之

42、間的配合為R7/h5。導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料采用20鋼,熱處理硬度為〔滲碳〕56-62HRC。上下模座材料采用45鋼,熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC。 二次拉深模采用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架的導(dǎo) 向方式,如圖18所示,模架的結(jié)構(gòu)與尺寸都直接由 標(biāo)準(zhǔn)中選取,因為它的模具較高所以選取比較大一 點的模架相關(guān)參數(shù)如下： 凹模周界L：250 凹模周界B：250 閉合高度<參考>|最小：240 閉合高度<參考>|最大：285 a上模座 數(shù)量1 規(guī)格：250×250×50 b下模座 數(shù)量1 規(guī)格：250×250×65 圖18

43、 c導(dǎo)柱 數(shù)量1 規(guī)格：35×230 d導(dǎo)套 數(shù)量1 規(guī)格：35×125×48 導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)中選取,尺寸由模架中 參數(shù)決定。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時,導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10-15mm,而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5-1mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6,導(dǎo)套與上模座之間的配合為H7/r6,導(dǎo)柱與下模座之間的配合為R7/h5。導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料采用20鋼,熱處理硬度為〔滲碳〕56-62HRC。上下模座材料采用45鋼,熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC。 5、彈頂器的彈性元件的選取 ①落料拉深復(fù)合模 選用橡皮作為彈性

44、元件,橡皮一般為聚氨膠,因為它允許承受的載荷較彈簧大,并且安裝調(diào)理方便。 因為聚氨脂橡膠的總壓縮量一般≤35%,所以取30%,剛聚氨膠的高度根據(jù) h=0.3×H計算。h為壓邊圈運行的高度,h=60mm。 所以橡膠的高度H=60/0.3=200mm 選取三塊同樣的橡膠.中間加上鋼墊圈,防止失穩(wěn)彎曲.其結(jié)構(gòu)圖如下圖19。 圖19 ②二次拉深模 選用彈簧作為彈性元件.選用圓柱螺旋彈簧,它的主要技術(shù)參數(shù)是工作極限負(fù)荷Fj與其相對應(yīng)的工作極限負(fù)荷下的變形量Lj。根據(jù)所需要的卸料力或推件力FQ以及所需要的量大壓縮行程L0,來計算Fj 與Lj,然后就可以在標(biāo)準(zhǔn)中選取相應(yīng)的規(guī)格彈簧。 1）

45、 確定彈簧的數(shù)目為1 2） 頂件載荷FQ=壓邊力=1440N 3） 最大壓縮行程L0=h1 + h2 + h3 + t =1+46.8+7+0.8=55.6mm 4） 計算所需的彈簧的工作極限負(fù)荷Fj 與工作極限負(fù)荷下的變形量Lj,K取40% Fj = FQ/K=1440/0.4=3600N Lj= L0/<1-K>=55.6/<1-0.4>=92.67N 由上述二式查彈簧標(biāo)準(zhǔn)表得：彈簧材料直徑為10mm,彈簧中徑為75mm,節(jié)距為t=26.5,工作極限負(fù)荷Fj =3500N,變形量Lj=111mm,有效圈數(shù)為7.5 七、模具總裝配圖 1、首次拉深?？傃b配圖

46、如下圖20所示。 圖20 2、二次拉深模總裝配圖如下圖21所示。 八、水杯拉深模具的制造 1、水杯拉深模拉深凸模的制造 拉深凸模的加工工藝過程 材料：Cr12,硬度：58～62HRC 序號 工序名 工序容 1 備料 毛坯鍛成φ145mm×65mm的圓棒料 2 熱處理 退火 3 銑平面 銑上、下平面,保證尺寸60.8mm 4 車削 車外圓,φ129.6mm外圓柱留磨削余量0.4mm,其余達(dá)圖樣尺寸 5 鉗工 倒圓角至要求,去毛刺 6 劃線 劃上端及側(cè)面通氣孔線 7

47、 鉆孔 鉆通氣孔 8 檢驗 9 熱處理 淬火,硬度至58～62HRC 10 磨削 磨削各表面達(dá)設(shè)計要求 11 檢驗 2、水杯拉深模拉深凹模的制造 拉深凹模的加工工藝過程 材料：Cr12,硬度：58～62HRC 序號 工序名 工序容 1 備料 毛坯鍛成φ200mm×135mm的圓棒料 2 熱處理 退火 3 銑平面 銑上、下平面,保證高度尺寸130.8mm 4 鉆中心孔 鉆中心孔 5 車削 車削外表面并留0.4mm的磨削余量 6 鏜孔 鏜孔,φ133.25mm的孔留0.4mm的磨削余量 7 鉗工 倒圓角至要求,去

48、毛刺 8 檢驗 9 熱處理 淬火、回火,硬度至58～62HRC 10 磨削 磨削φ133.25mm表面和φ188mm外表面達(dá)設(shè)計要求, 11 檢驗 3、水杯拉深模凸模固定板的制造 凸模固定板的加工工藝過程 材料：45鋼,硬度：調(diào)質(zhì)24～28HRC 序號 工序名 工序容 1 備料 毛坯鍛成355mm×285mm×25mm的平行六面體 2 熱處理 退火 3 銑平面 銑六面達(dá)350.3mm×280.3mm×20.3mm,并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直 4 劃線 劃型孔、銷孔、螺紋孔中心線 5 鉆孔 鉆各孔,φ188mm、φ28m

49、m留0.4mm的磨削余量 6 鉗工 攻螺紋,去毛刺 7 檢驗 8 熱處理 調(diào)質(zhì)24～28HRC 9 磨削 磨削φ188mm、φ28mm表面達(dá)設(shè)計要求 10 檢驗 4、水杯拉深模凹模固定板的制造 凹模固定板的加工工藝過程 材料：45鋼,硬度：58～60HRC 序號 工序名 工序容 1 備料 毛坯鍛成355mm×285mm×25mm的平行六面體 2 熱處理 調(diào)質(zhì),硬度24～28HRC 3 銑平面 銑六面達(dá)350.3mm×280.3mm×20.3mm,并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直 4 鉗工 劃型孔、銷孔、螺紋孔中心線,鉆穿絲孔

50、,攻螺紋 5 線切割 割安裝固定孔 6 銑削 銑削固定孔背面的沉孔到要求 7 磨削 磨削表面達(dá)設(shè)計要求 8 檢驗 5、水杯拉深模彈壓卸料板的制造 彈壓卸料板的加工工藝過程 材料：45鋼,硬度：43～48HRC 序號 工序名 工序容 1 備料 毛坯鍛成285mm×120mm×15mm的平行六面體 2 熱處理 退火 3 銑平面 銑六面達(dá)280.3mm×120.3mm×15.3mm,并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直 4 鉗工 劃各孔中心線 5 鉆孔 鉆各孔 6 銑削 銑削固定孔背面的沉孔到要求 7 熱處理 淬火,硬度43

51、～48HRC 8 磨削 磨削表面達(dá)設(shè)計要求 9 檢驗 6、水杯拉深模上墊板的制造 上墊板的加工工藝過程 材料：T8A,硬度：淬火54～58HRC 序號 工序名 工序容 1 備料 毛坯鍛成355mm×285mm×15mm的平行六面體 2 熱處理 退火 3 銑平面 銑六面達(dá)350.3mm×280.3mm×12mm,并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直 4 磨削 磨上、下平面,厚度達(dá)10.6mm,并磨兩相鄰側(cè)面使四面垂直 5 劃線 劃型孔、銷釘孔、螺紋孔中心線 6 鉆孔 鏜大孔,鉆各孔到要求 7 鉗工 攻螺紋,去毛刺 8 檢驗

52、 9 熱處理 淬火硬度54～58HRC 10 磨削 磨削φ140mm及兩大平面達(dá)設(shè)計要求 11 檢驗 7、水杯拉深模下墊板的制造 下墊板的加工工藝過程 材料：T8A,硬度：淬火54～58HRC 序號 工序名 工序容 1 備料 毛坯鍛成355mm×285mm×45mm的平行六面體 2 熱處理 退火 3 銑平面 銑六面達(dá)350.3mm×280.3mm×42mm,并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直 4 磨削 磨上、下平面,厚度達(dá)40.6mm,并磨兩相鄰側(cè)面使四面垂直 5 鉗工 ①劃型孔、銷釘孔、螺紋孔中心線 ②鉆銷孔、螺紋孔、穿絲孔 ③攻

53、螺紋到要求 6 線切割 線切割型孔 7 熱處理 淬火硬度54～58HRC 8 磨削 磨削厚度及型孔到要求 9 檢驗 結(jié)論 通過這次畢業(yè)設(shè)計使我熟悉了沖壓模具的整個過程,并且了解了在做沖壓模具之前首先要對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形態(tài),模具的結(jié)構(gòu)形態(tài)。也就是要對產(chǎn)品的工藝性進(jìn)行合理的分析,從而才能采取更合適模具,節(jié)約成本的同時還能保證加工零件的精度要求。其次,考慮好產(chǎn)品的批量以及精度要求以及材料的造價。最后完成產(chǎn)品的模具設(shè)計、模具的裝配圖、零件圖。 本次畢業(yè)設(shè)計的成功完成使我個人的所有專業(yè)中學(xué)術(shù)上的一次難忘的歷程,因為通過我本人的長時間的思考、設(shè)計以及老師多次細(xì)心的指導(dǎo)使我知道一套合格的沖壓模具設(shè)計的完成以及一套合格的圖紙的完需要付出多少次的心血和汗水,通過它可以說明一個人最基本的學(xué)習(xí)工作態(tài)度,我認(rèn)為要立志成為一個模具行業(yè)的佼佼者首先要從每一個細(xì)節(jié)做起,做事要有堅忍不拔的毅力,有耐心、謙虛、謹(jǐn)慎這樣才能成為一名出色的模具工程師。 32 / 32