單位代碼學(xué) 號(hào)分 類(lèi) 號(hào)密 級(jí)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)水壺殼體成型工藝與模具設(shè)計(jì)院 （ 系 ） 名 稱(chēng) 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng) 材 料 成 型 及 控 制 工 程學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師年 5 月 10 日水壺殼體成型工藝與模具設(shè)計(jì)摘 要本次設(shè)計(jì)了一套水壺殼體落料、拉深、脹形的模具。經(jīng)過(guò)查閱資料，首先要對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，經(jīng)過(guò)工藝分析和對(duì)比，采用落料、拉深脹形，通過(guò)沖裁力、頂件力、卸料力等計(jì)算，確定壓力機(jī)的型號(hào)。再分析對(duì)沖壓件加工的模具適用類(lèi)型選擇所需設(shè)計(jì)的模具。得出將設(shè)計(jì)的模具類(lèi)型后將模具的各工作零部件設(shè)計(jì)過(guò)程表達(dá)出來(lái)。在文檔中第一部分，主要敘述了沖壓模具的發(fā)展?fàn)顩r，說(shuō)明了沖壓模具的重要性與本次設(shè)計(jì)的意義，接著是對(duì)沖壓件的工藝分析，完成了水壺殼體工藝方案的確定。第二部分，對(duì)零件排樣圖的設(shè)計(jì)，完成了材料利用率的計(jì)算。再進(jìn)行沖裁工藝力的計(jì)算和沖裁模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)選擇沖壓設(shè)備提供依據(jù)。最后對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇，為本次設(shè)計(jì)模具的繪制和模具的成形提供依據(jù)，以及為裝配圖各尺寸提供依據(jù)。通過(guò)前面的設(shè)計(jì)方案畫(huà)出模具各零件圖和裝配圖。本次設(shè)計(jì)闡述了沖壓倒裝復(fù)合模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過(guò)程。本模具性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞：水壺殼體、落料，沖孔，模具，模具間隙The molding process and mold design of Kettle shellAbstractThe design of a set of blanking,punching mold of kettle shell . through access to information, the first parts to the process analysis, through process analysis and comparison, the use of blanking, punching process, through the blanking force, the top piece, and in terms of discharge power to determine the model press. Further analysis of the stamping dies for processing the application to select the desired type of mold design. The mold will be designed to draw upon the type of mold parts of the work expressed in the design process.In the first part of the document mainly describes the development of stamping die, stamping die illustrate the importance and significance of this design, and then stamping parts of the process analysis, completed a process to identify programs. The second part of the nesting parts of the design plans to complete the calculation of the utilization of the material further edge blanking process of calculation and Die Design and Calculation of the work of some of the stamping equipment to provide a basis to choose. Finally, the main components of standard design and the choice of design-based mapping tool and provide a basis for forming mold, as well as the assembly drawing to provide the basis of the size. Through the draw in front of mold design and assembly of the parts diagram Fig.The design of the flip-stamping the structure of compound mold design and working process. Reliable performance of the mold, smooth running, improved product quality and production efficiency, reduce labor intensity and production costs.Key words: Kettle shell, Blanking, Punching, Mold, Mold gap目 錄前言 11. 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) .32. 零件及沖壓工藝性分析 .42.1 結(jié)構(gòu)與尺寸 .42.2 精度 .42.3 材料 .42.4 批量 .43. 確定沖裁工藝方案 53.1 拉伸方法及比較 .53.2 脹形方法的選擇 .53.3 工序組合方案及比較 .54. 主要工藝參數(shù)計(jì)算 .74.1 毛坯展開(kāi)尺寸計(jì)算 74.2 確定排樣方案和計(jì)算材料利用率 .85. 各工序工藝、沖壓力及零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .95.1 落料工藝、沖壓力及零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .95.1.1 落料工藝計(jì)算 .95.1.2 落料沖壓力的計(jì)算 .95.1.3 落料模主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 105.2 拉深工藝計(jì)算及零部件設(shè)計(jì) 135.2.1 拉深工藝計(jì)算 135.2.2 拉深工藝方案的確定 145.2.3 拉深力及工作部分尺寸、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 155.3 脹形模工藝計(jì)算及零部件設(shè)計(jì) 205.3.1 脹形工藝分析 205.3.2 脹形模工藝計(jì)算 .205.3.3 脹形模零部件裝配設(shè)計(jì) 215.4 沖側(cè)孔模工藝設(shè)計(jì) 215.4.1 工藝方案及模具結(jié)構(gòu) 216. 繪制模具總圖 237.繪制模具非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖 .25結(jié) 束語(yǔ) .30致謝 .32參考文獻(xiàn) .33前 言改革開(kāi)放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來(lái)，模具工業(yè)一直以 15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國(guó)有專(zhuān)業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些?guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開(kāi)始使用 UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等國(guó)際通用軟件。雖然中國(guó)模具工業(yè)在過(guò)去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM 技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴(lài)進(jìn)口。導(dǎo)柱式?jīng)_裁模的導(dǎo)向比導(dǎo)板模的準(zhǔn)確可靠,并能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精度較高、模具使用壽命長(zhǎng)，而且在沖床上安裝使用方便，因此導(dǎo)柱式?jīng)_裁模是應(yīng)用最廣泛的一種沖模,適合大批量生產(chǎn)。尤其是在我國(guó)加入 WTO 之后，在全球化經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)的環(huán)境下，為生產(chǎn)符合“交貨期短” 、 “精度高” 、 “質(zhì)量好” 、 “價(jià)格低”等要求服務(wù)的模具產(chǎn)品，研究、開(kāi)發(fā)、改進(jìn)模具生產(chǎn)設(shè)備與模具設(shè)計(jì)方式更具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和緊迫性。畢業(yè)設(shè)計(jì)是在修完所有課程內(nèi)容之后，我們走上社會(huì)之前一次綜合性設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)課題是水壺殼體成型工藝與模具設(shè)計(jì)，是對(duì)以前所學(xué)課程的一個(gè)總結(jié)。在指導(dǎo)教師周密安排和精心指導(dǎo)下，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)從確定設(shè)計(jì)課題、擬定設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過(guò)程到畢業(yè)答辯都按照畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃進(jìn)行。 第一，充分調(diào)研，確定應(yīng)用型畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。選好畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)、保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題取自企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。這個(gè)課題能較全面地應(yīng)用學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)或者將來(lái)工作所需的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，達(dá)到綜合運(yùn)用的目的，既能夠解決企業(yè)急需解決的生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，又能夠培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)崗位能力，難度不是很大，符合我們所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)水平和實(shí)際設(shè)計(jì)能力，工作量恰當(dāng)，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。但是該課題是真題真做，雖然難度不是很大，但要使設(shè)計(jì)圖紙能真接用于生產(chǎn)，去造出零件，裝配成機(jī)器，并能滿足使用要求，也是不容易的。第二，反復(fù)論證，確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。明確課題的性質(zhì)、意義、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和完成時(shí)間，并確定好正確合理的設(shè)計(jì)方案是完成設(shè)計(jì)任務(wù)的保證，指導(dǎo)教師、企業(yè)技術(shù)員讓我們參與設(shè)計(jì)方案的討論，使我們對(duì)課題設(shè)計(jì)方案心中有數(shù)。第三，虛心求教，仔細(xì)認(rèn)真地進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。我們學(xué)生雖然有基礎(chǔ)理論知識(shí)，但設(shè)計(jì)能力較差，為了使我們很快地進(jìn)入工作狀態(tài)，指導(dǎo)教師耐心向我們介紹機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法、一般步驟和設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。在設(shè)計(jì)中能主動(dòng)請(qǐng)教指導(dǎo)老師，培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、工程材料與熱處理、公差配合、計(jì)算機(jī)繪圖、機(jī)械制造工藝等專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和踏實(shí)的工作作風(fēng)。明確必須有高度責(zé)任心、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作習(xí)慣，才能做好設(shè)計(jì)工作，減少工作失誤，避免給企業(yè)生產(chǎn)造成損失。充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極思考，大膽創(chuàng)新。第四，完善設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯在此次設(shè)計(jì)中，主要用到所學(xué)的沖壓模設(shè)計(jì)，以及機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。著重說(shuō)明了沖壓模的一般設(shè)計(jì)流程，即沖壓成型的工藝分析、壓力機(jī)的選擇及相關(guān)參數(shù)的校核、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件圖的繪制等。其中模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)，主要包括沖壓方式的選擇、間隙的確定、凸凹模的設(shè)計(jì)，以及固定板、模座、橡膠、彈簧、模座等零部件的選擇和設(shè)計(jì)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我更加了解模具設(shè)計(jì)的含義，以及懂得如何查閱相關(guān)資料和怎樣解決在實(shí)際工作中遇到的實(shí)際問(wèn)題，這為我以后從事模具職業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，且水平有限，時(shí)間倉(cāng)促。設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有錯(cuò)誤和欠妥之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。何偉輝2012 年 5 月 10 日1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)零件材料：1Cr13Mo，退火態(tài)；料厚 t=3mm；精度：IT12；大批量生產(chǎn)；沖壓件零件圖如圖 1 所示： φ 240φ 206φ20120301R458圖 1 零件圖2 零件及沖壓工藝性分析2.1 結(jié)構(gòu)與尺寸該水壺殼體零件形狀簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱(chēng)，一邊上端有 φ20mm 圓孔，壺體上端尺寸為 φ240mm，總高度為 301mm，距離上端 120mm 處傾斜至下端并與下端通過(guò) R45mm 圓角過(guò)渡連接，拉伸深度較深，但整體尺寸適宜沖裁加工。2.2 精度該零件無(wú)尺寸精度要求，也無(wú)其他特殊尺寸要求，可采取 IT13—IT14 加工精度，利用普通沖裁方式可以達(dá)到零件圖樣要求。2.3 材料1Cr13Mo 淬 透 性 好 ， 它 具 有 較 高 的 硬 度 ， 韌 性 ， 較 好 的 耐 腐 性 ， 熱 強(qiáng) 性 和 冷 變形 性 能 ， 減 震 性 也 很 好 。 退 回 狀 態(tài) 下 的 抗 剪 強(qiáng) 度 為 320—380Mpa， 適 宜 沖 裁 加 工 。根據(jù)以上分析，該零件個(gè)工藝性較好，適合沖裁加工。2.4 批量該零件屬于大批量生產(chǎn)，在沖壓加工下操作簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高，成本低，適合沖裁。結(jié)論：該零件的工藝性較好，可以沖裁加工。3 確定沖裁工藝方案首先根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類(lèi)型和選擇工序順序。沖壓該零件需要的基本工序有剪切（或落料） 、沖圓孔、拉深和脹形。其中彎曲和脹形決定了零件的總體形狀和尺寸，因此選擇合理的拉深和脹形方法很重要。3.1 拉深方法及比較第一種方法為一次拉深成形，其優(yōu)點(diǎn)是用一副模具成形，可以提高生產(chǎn)率，減少所需設(shè)備和操作人員。缺點(diǎn)是毛坯的整個(gè)面積幾乎都參與激烈的拉深變形，零件表面擦傷嚴(yán)重，零件形狀與尺寸都不精確，拉深處起皺嚴(yán)重，甚至?xí)?，這些缺陷將隨拉深深度的增加而愈加明顯。第二種方法為多次拉深成形，這種方法顯然比第一種方法拉深變形的激烈程度緩和的多，但增加了模具、設(shè)備和操作人員，且需計(jì)算拉伸系數(shù)，計(jì)算量較大。結(jié)合水壺殼體零件尺寸，該沖裁件高 301mm 且底部直徑較大，深度較大，一次拉深成形難度較大，不適宜一次拉深成形，所以采用多次拉深成形。3.2 脹形方法的選擇第一種方法采用剛性模具脹形，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)控制模具凸模的模瓣數(shù)目來(lái)控制工件的精度，但這種模具脹形方法很難得到精度較高的正確旋轉(zhuǎn)體，變形的均勻程度差，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。第二種方法采用柔性模脹形，其原理是利用橡膠、液體、氣體或鋼丸等代替剛性凸模。軟模脹形時(shí)材料的變形比較均勻，容易保證零件的精度，便于成型復(fù)雜的空心零件，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但該零件經(jīng)過(guò)多次拉深工序，伴隨有冷作硬化現(xiàn)象，故在脹形前應(yīng)該進(jìn)行退火，已恢復(fù)金屬的塑形。由于水壺殼體零件精度要求不高，為了保證零件形狀，減少變形和便于成形，應(yīng)采用柔性模脹形，脹形凸模采用聚氨酯橡膠。3.3 工序組合方案及比較根據(jù)沖壓該零件需要的基本工序和拉深脹形方法的選擇，可以作出下列各種組合方案： （1）先落料，再?zèng)_孔、拉深和脹形。采用單工序模生產(chǎn)（2）落料—拉深—沖孔—脹形，采用單工序模生產(chǎn)（3）落料—拉深—脹形—沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。方案（1） 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造周期短，成本低，操作簡(jiǎn)單，但沖孔后拉伸不能保證孔的位置精度，且沖孔后拉深容易使孔周?chē)a(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生變形難以滿足零件形狀和位置要求。方案（2） 拉深后沖孔，沖孔模復(fù)雜，且產(chǎn)生的應(yīng)力集中使脹形時(shí)發(fā)生零件變形尺寸和形狀不精確，操作難度較大，生產(chǎn)效率低。方案（3） 拉深脹形后沖孔，可以保證孔的位置精度，且減少了拉深脹形時(shí)的應(yīng)力集中，保證了拉深脹形時(shí)零件的完整性，使得拉深脹形時(shí)零件精度高，操作方便，生產(chǎn)效率高，但最后沖孔模結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，整個(gè)生產(chǎn)需要四套單工序模，延長(zhǎng)了制造周期。綜上所述，該零件使用時(shí)需要承受一定溫度，應(yīng)減少其應(yīng)力集中，同時(shí)為了保證其出水口的位置精度，減少大批量生產(chǎn)時(shí)零件的修整時(shí)間，應(yīng)采用方案（3）進(jìn)行生產(chǎn)。4 主要工藝參數(shù)計(jì)算4.1 毛坯展開(kāi)尺寸計(jì)算（1）脹形區(qū)毛坯尺寸計(jì)算脹形后零件的最大直徑 dmax=d1+2R d1=206mm, R=45mm所以 d max=206+45*2=296mm脹形系數(shù) K=dmax/d0 d0為坯料原始直徑即拉深后直徑 240mm 所以 K=296/240=1.23脹形系數(shù)與坯料伸長(zhǎng)率關(guān)系為 23.01.???K?脹形變形區(qū)母線長(zhǎng)度 l=301-120=181mm脹形區(qū)坯料長(zhǎng)度（即脹形高度）L=l*[1+(0.3—0.4)* δ]+bb 為切邊余量，一般取 10—20mm，系數(shù) 0.3—0.4 是考慮到切向伸長(zhǎng)會(huì)引起高度縮減所加的余量。所以：L=181*[1+0.4*0.23]+（10—20）=197.65+（10—20）mm 取 b=12mm，L=210mm即拉深后脹形前脹形區(qū)所需拉伸高度為 210 mm，拉深后零件總高度為210+120=330mm(2) 毛坯直徑計(jì)算拉深后零件形狀如圖 4.1 所示：圖 4.1 拉深后零件圖該件 h＝330mm, h/d=330/240=1.375，查相關(guān)設(shè)計(jì)確定修邊余量為 Δh=8.5mm，所以拉深高度 H=330+8.5=338.5mm。所有尺寸均視為中性層尺寸，根據(jù)拉深件計(jì)算表面積相等簡(jiǎn)化計(jì)算得坯料直徑 D== =618.5mm, 取 D=620mmdH*4?5.38*24020?4.2 確定排樣方案和計(jì)算材料利用率（1） 確定排樣方案，根據(jù)零件形狀選用合理的排樣方案，以提高材料的利用率。該零件毛坯形狀為圓形，直徑尺寸較大，為便于送料，采用單排方案。排樣圖如圖 4.2所示：圖 4.2 排樣圖搭邊值 a 和 a1有查表得：a=2.5mm, a 1=2.2mm.（2）確定板料規(guī)格和卸料方式根據(jù)條料的寬度尺寸選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好，該零件直徑用料為 620mm,以選擇 3mm*625mm*n（長(zhǎng)度）為宜。由于該零件尺寸較大，為了考慮沖制該零件的數(shù)量采用橫模下料為宜，以降低零件的材料費(fèi)用。（3）計(jì)算材料利用率一個(gè)步距內(nèi)材料的利用率 η 為 η=nA/Bh*100% A——沖裁件面積η= （310*310-210*20） /625*622.2=0.7727*100%=77.3%?5 各工序工藝、沖壓力及零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 落料工藝、沖壓力及零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1 落料工藝計(jì)算落料工藝計(jì)算主要為凸、凹模刃口尺寸計(jì)算，落料時(shí)凸、凹模刃口尺寸的設(shè)計(jì)原則是以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小合理間隙值 Zmin。1Cr13 含C 量 0.1%，為軟剛，根據(jù)材料厚度 3mm 查表取 Zmax=0.270mm,Zmin=0.210mm落料時(shí)落料凹模尺寸為： D d=（D max-xΔ） d?0按 IT12 級(jí)去 φ620mm 的偏差為 0.63 mm,即 Δ=0.63 mm,根據(jù)厚度及工件公差查的磨損系數(shù) x 為 0.5， D max=620+0.63=620.63mm該零件形狀簡(jiǎn)單，刃口尺寸偏差按 IT6 取值： =+0.033mm, =0.020mm。d?p?所以：D d=（620.63-0.63*0.5） =620.315 mm03.?03.?凸模尺寸 D =( Dd- Zmin) =(620.315-0.21) =620.105pp??02.?02.?5.1.2 落料沖壓力的計(jì)算（1） 計(jì)算沖裁力P=KLT =1.3* *620*3*350=2657382N≈2657.4kN??式中：P——沖裁力，N L——沖裁周邊長(zhǎng)度，mm L=πD=π*620——材料抗剪強(qiáng)度，MPa 查表為 320——380Mpa,取 350Mpa ?K——系數(shù)，通常取 1.3（2） 計(jì)算卸料力、推件力① 卸料力 P =K P=0.04*2657.4=106.3 kNx② 推件力 P =nK P=3*0.45*2657.4=3587.5 kNtt式中：n——卡在下模洞口內(nèi)的工件數(shù)，n=h/t=10/3,取 n=3h——凹?？卓诟叨菿 ——卸料系數(shù)，查表得 K =0.03―0.04x xK ——推件系數(shù)，查表得 K =0.45t t（3） 計(jì)算沖壓力總和P 總 =P+P +P =2657.4+106.3+3587.5=6351.2 kNxt（4） 壓力機(jī)的選擇選擇壓力為 6500kN 工作行程為 30mm 的壓力機(jī) 5.1.3 落料模主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.3.1 凹模的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）凹?？卓谛问?，見(jiàn)圖 5.1：圖 5.1 凹?？卓谛问桨寄？卓诟叨?t5-10mm h=10-15mm該落料件厚 t=3 mm,取 h=10 mm（2）凹模外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般圓形刃口凹模外形結(jié)構(gòu)也為圓形 (3) 凹模外形尺寸的計(jì)算凹模厚度 Ha= = =85.9mm, 取凹模厚度為 90mm總P31.032.651*.凹模周界尺寸，即凹模壁厚 C=（1.5—2）Ha，所以 C=2Ha=180mm5.1.3.2 固定板的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）凹模固定板的設(shè)計(jì)凹模固定板的厚度與凹模一致，取 90mm（2）凸模固定板的設(shè)計(jì)凸模固定板的外形尺寸與凹模固定板或卸料版尺寸相同，但本例采用的是橡膠直接卸料，故凸模固定板的外形尺寸可以小些。凸模固定板的厚度 H =(0.62-0.8)H =(0.6-0.8)*90, 取 H =70mmt a t5.1.3.3 卸料版的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）卸料板類(lèi)型選擇 一般常用的卸料板有固定卸料板和彈性卸料板兩種。固定卸料板裝于下模，具有卸料力大、工作可靠、模具安裝方便等優(yōu)點(diǎn)；但是沖裁時(shí)卸料板壓不住材料，沖出的工件平整度差。固定卸料板與凸模的間隙一般為 0.2-0.6mm,沖裁厚度大于 1.5mm。彈性卸料板除了在沖裁后卸料外，還可以在沖裁前壓住材料，使沖制的工件平整度好，一般沖制厚度小于 1.5mm 或材料較軟的工件。本例中的材料雖然大于 1.5mm，但由于用單個(gè)毛坯，如果采用固定卸料板會(huì)給送料、定位增加難度，所以采用彈性卸料板。彈性卸料板與凸模的雙邊間隙一般為 0.1-0.2mm，或采用 H9/f8 等間隙配合。為了可靠卸料，彈性卸料板應(yīng)高出凸模 0.2-0.5 mm。（2）卸料板的尺寸① 外形。彈性卸料板的外形一般與同方向上的固定板的外形一致；固定板卸料一般與凹模外形一致。② 厚度。查《冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)》得 H =40mm。x③ 成形孔。基本與凹模刃口的形狀相同。5.1.3.4 定位零件的設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)中定位零件采用定位銷(xiāo)和定位螺釘定位，其尺寸大小根據(jù)模具大小選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)件。5.1.3.5 彈性元件設(shè)計(jì)計(jì)算此沖模中彈性元件主要為聚氨酯橡膠，橡膠的壓縮量一般不能超過(guò)橡膠自由高度的 30%，否則橡膠會(huì)過(guò)早失去彈性。橡膠的自由高度 H 自 =h/0.25-0.30=(100-120)mm, 取 100mm橡膠直徑 P =A*p, p 為與橡膠壓縮量有關(guān)的單位壓力，查《冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)》x得 p=1.52 Mpa。所以 A= P /p=106.3*10 /1.52≈70*10 mm ,橡膠直徑：x332D= = =298mm, 取 D=300mm。?/4A14./0*75.1.3.6 凸模的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)① 凸模的刃口形式。 圓形凸模，可以采用加工成臺(tái)階式結(jié)構(gòu)或直接不分段結(jié)構(gòu)。② 凸模的固定形式。 凸模根據(jù)沖制零件的形狀、尺寸、加工方法的不同而有多種固定形式。該模具以臺(tái)肩與固定板固定，凸模與凸模固定板的配合部分采用過(guò)渡配合（H7/m6 或 H7/n6） 。（2）凸模長(zhǎng)度計(jì)算L = H +H 自 -Y=70+100-2=168mmtt式中：L ——涂抹的長(zhǎng)度，mm H ——凸模固定板厚度 H 自 ——卸料橡膠自由高度 t tY——為了可靠卸料，在橡膠高度上所加的量，取 2mm5.1.3.7 其它零件的設(shè)計(jì)和計(jì)算（1）模座的設(shè)計(jì) 模座的長(zhǎng)度比凹模長(zhǎng)度大 300mm，寬度可與凹模的寬度相同或稍小些模座厚度 H s=Hx=(1-1.5)Ha=(90-135)mm, 取 120mm。Hs——上模座厚度 H x——下模座厚度(2) 模柄設(shè)計(jì)模柄的作用是將上模與壓力機(jī)的滑塊相連接。在安裝模具時(shí)應(yīng)注意模柄直徑與壓力機(jī)模柄孔直徑要一致。模柄的形式采用壓入式模柄結(jié)構(gòu)，此模柄與上模座連接，采用過(guò)渡配合，模柄尺寸大小根據(jù)模具大小查標(biāo)準(zhǔn)模柄。（3）墊板設(shè)計(jì)該模具在壓力機(jī)安裝時(shí)加墊板，墊板厚度取 40mm。5.1.3.8 落料模閉合高度的計(jì)算模具閉合高度 H 模 =Hs+Hx+Ha+Lt-h1=120+120+90+168-1=497mm 5.2 拉深工藝計(jì)算及零部件設(shè)計(jì) 5.2.1 拉深工藝計(jì)算（1）確定修邊余量 由以上毛坯直徑計(jì)算時(shí)確定得修邊余量 Δh=8.5mm，毛坯直徑 D=620mm（2）確定拉深次數(shù)確定毛坯相對(duì)高度 t/D=3/620=0.0048,工件相對(duì)高度 H/d=338.5/240=1.41查相關(guān)設(shè)計(jì)資料得 n=3，故初步確定需 3 次拉深。（3）計(jì)算各拉深直徑查表得各次極限拉深系數(shù)為 m =0.55 m =0.78 m =0.8,初步計(jì)算各次拉深直徑為：123d = m D=0.55*620=341mm1d = m d =0.78*341=266mm2d = m d =0.8*266=212.8mm32通過(guò)計(jì)算，第 3 次拉深直徑已小于工件直徑，需調(diào)整各次拉深系數(shù)，最后取m =0.58 m =0.8 m =0.83，計(jì)算得：12d = m D=0.58*620=360mm1d = m d =0.8*360=288mm2d = m d =0.83*288≈240mm32（4）凸模與凹模圓角確定首次拉深凹模圓角半徑 ra取 8t,即=8*3=24mm。由式 r =(0.7-0.8)r 得na1?nar =(0.7-0.8)r ，確定各次拉深和凹模的圓角半徑并化整，分別為：nt 1?ntr =24mm r =20mm r =16mm 1a2a3ar =17mm r =12mm r =9mm (即工件底部圓角半徑)1t 2t 3t（5）計(jì)算各次拉深工件的高度由式 Hn=1/4(D /d - d +1.72 r +0.57 r / d )得：2nn2nH1=1/4（620*620/360-360+1.72*17+0.57*17 /360）≈185mmH2=1/4(620*620/288-288+1.72*12+0.57*12 /288) ≈267mm2H3=1/4(620*620/240-240+1.72*9+0.57*9 /240) ≈344mm計(jì)算拉深件高度的目的是為了設(shè)計(jì)再拉深模時(shí)確定壓邊圈的高度，再拉深模壓邊圈的高度應(yīng)大于前道工序件的高度，所以在計(jì)算拉深件工序時(shí)不必很精確，可取較大整數(shù)值。5.2.2 拉深工藝方案的確定拉深工藝方案為：落料——首次拉深——2 次拉深——3 次拉深——切邊見(jiàn)圖 5.2：圖 5.2 拉深工序圖5.2.3 拉深力及工作部分尺寸、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.3.1 首次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設(shè)計(jì)計(jì)算（1）拉深力計(jì)算拉深所需的壓力：P =P 拉 +P 壓 總P 拉 =πdt k=3.14*360*3*600*0.75=1526 kN ?bP 壓 =Ap=π/4*（620 -360 ）*4=800 kN 2所以：P =P 拉 +P 壓 =1526+800=2326 kN總式中：P 拉 ——拉深力，NP 壓 ——壓邊力，Nk——修正系數(shù)，一般取 0.5—0.8，t/D 與 m 值小時(shí)，k 取大值——拉伸件材料的抗拉強(qiáng)度，MPa，查得 1Cr13 540 MPa，取 600 MPa?b ?bA——有效壓面積，mm 2p——單位壓邊力，查得取 p=4 MPa（2）初選壓力機(jī)壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力 P0≧（1.6—1.8）P 總?cè)?P0=1.8*2326=4186.8 kN故初選壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力為 5000 kN（3）凸、凹模間隙的計(jì)算拉伸間隙是指單邊間隙，即 Z=（d a-dt）/2。間隙過(guò)小會(huì)增加摩擦力，是拉深件容易拉裂，且易擦傷制件表面，降低模具壽命。間隙過(guò)大則對(duì)坯料的校直作用小，影響制件的尺寸精度。因此，確定間隙的原則是，既要考慮板料厚度的公差，又要考慮圓筒形件的增厚現(xiàn)象，根據(jù)拉深時(shí)是否采用壓邊圈和制件的尺寸精度、表面粗糙度要求合理確定。此件拉深采用壓邊裝置，經(jīng)工藝計(jì)算取間隙為 Z=1.05t=3.15mm（4）凸、凹模圓角半徑的計(jì)算經(jīng)以上計(jì)算得，一次拉深時(shí)凹模圓角半徑 r =24mm，凸模圓角半徑 r =17mm1a 1t（5）凸、凹模工作部分尺寸計(jì)算此工件要求的是外形尺寸，設(shè)計(jì)凸、凹模時(shí)應(yīng)以凹模尺寸以基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，即：凹模尺寸 Da=（Ｄ－0.75△） =357.75 mm04/??75.0式中，D——拉深件的基本尺寸，mm △——拉深件尺寸公差（6）其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算① 壓邊圈的設(shè)計(jì)壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強(qiáng)度略低于凸、凹模的硬度。取 Hy =60mm② 壓邊裝置的設(shè)計(jì)該拉深模選在單動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行拉深加工，所以必須借助彈性元件在受壓時(shí)所產(chǎn)生的壓力提供壓邊力。故選用具有通用性的彈性壓邊裝置作為彈性元件，這樣可避免每副模具都設(shè)計(jì)一套專(zhuān)用的彈性壓邊裝置。模具只需配備壓邊圈和頂桿并采用倒裝結(jié)構(gòu)。（7）拉深模閉合高度的計(jì)算拉深模的閉合高度是指滑塊在下止點(diǎn)位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離，即：H=H s+Hag+Ha+Hy+Htg+Hx+s+t=120+100+100+120+70+60+(20-25)+3=593—598mm, 取 H=600mm式中， H a——上模座厚度，mmHx——下模座厚度，mmHag——凹模固定板厚度，mmHa——凹模厚度，mmHy——壓邊圈厚度，mmHtg——凸模固定板厚度，mmS——安全距離，mm, 一般取 20—25mm t——拉深件厚度， mm5.2.3.2 2 次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設(shè)計(jì)計(jì)算（1）計(jì)算拉深力壓邊力① 拉深力 P=πd nt k=3.14*288*3*600*0.8≈1302 kN?b② 壓邊力 P 壓 =Ap=π(d 12-d22)p/4=3.14*1/4*4*(3602-2882) ≈146.5 kN③ 總壓力 P 總 ≧1.4（P+P 壓 ）=1.4*（1302+146.5）=2028 kN故壓力機(jī)的總壓力為 2028 kN以上各式中，t——工件厚度k——修正系數(shù)，一般取 0.5—0.8，取 k=0.8——拉深件材料的抗拉強(qiáng)度，MPa，取 600 MPa?bA——有效壓面積，mm 2p——單位壓邊力，查《冷沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)》得 p=4 MPa（2）模具工作部分尺寸計(jì)算① 拉深模的間隙第 2 次拉深模的間隙取單邊間隙 Z=1.1t=1.1*3=3.3mm② 凸、凹模工作部分尺寸和公差由于工件要求內(nèi)形尺寸，故以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，間隙取在凹模上凸模工作部分尺寸 dt=(d+0.5Δ) 04/??=(360+0.5*0.57) =360.2854/57.00143.?凹模工作部分尺寸 da=(dt+2z) 4/0??=(360.285+2*3.3)=366.885 143.0?式中，d——拉深件基本尺寸Δ——拉深件尺寸公差，基本尺寸 360mm,按 IT12 查得 Δ=0.57mmz——單邊間隙（3）確定凸模通氣孔通氣孔直徑一般可在 3—8mm 之間選取，選取的原則一般視凸模尺寸而定。此工序通氣孔直徑選 8mm。（4）2 次拉深模結(jié)構(gòu)的確定拉深模具是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉深。由于是再次拉深，壓邊圈采用圓筒形，因此工件的毛坯會(huì)十分順利的定位，把筒形件毛坯套在壓邊圈上，因再次拉深的壓邊力一般不大，故采用兩根限位柱的壓邊力等于所計(jì)算的值。模具仍采用倒裝結(jié)構(gòu)，出件采用推桿推出。（5）2 次拉深其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算① 壓邊圈的設(shè)計(jì)壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強(qiáng)度略低于凸、凹模的硬度。取 Hy =60mm② 壓邊裝置的設(shè)計(jì)該拉深模選在單動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行拉深加工，所以必須借助彈性元件在受壓時(shí)所產(chǎn)生的壓力提供壓邊力。故選用具有通用性的彈性壓邊裝置作為彈性元件，這樣可避免每副模具都設(shè)計(jì)一套專(zhuān)用的彈性壓邊裝置。模具只需配備壓邊圈和頂桿并采用倒裝結(jié)構(gòu)。5.2.3.3 3 次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設(shè)計(jì)計(jì)算（1）計(jì)算拉深力壓邊力① 拉深力 P=πd nt k=3.14*240*3*600*0.8≈1085 kN?b② 壓邊力 P 壓 =Ap=π(d 22-d32)p/4=3.14*1/4*4*(2882-2402) ≈75.6 kN③ 總壓力 P 總 ≧1.4（P+P 壓 ）=1.4*（1085+75.6）≈1161 kN故壓力機(jī)的總壓力為 1161 kN以上各式中，t——工件厚度k——修正系數(shù)，一般取 0.5—0.8，取 k=0.8——拉伸件材料的抗拉強(qiáng)度，MPa，取 600 MPa?bA——有效壓面積，mm 2p——單位壓邊力，查《冷沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)》得 p=4 MPa（2）模具工作部分尺寸計(jì)算① 拉深模的間隙第 3 次拉深模的間隙取單邊間隙 Z=1.1t=1.1*3=3.3mm② 凸、凹模工作部分尺寸和公差由于工件要求內(nèi)形尺寸，故以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，間隙取在凹模上凸模工作部分尺寸 dt=(d+0.5Δ) 04/??=(288+0.5*0.52) =288.264/52.0013.?凹模工作部分尺寸 da=(dt+2z) 4/0??=(288.26+2*3.3)=294.86 13.0?式中，d——拉深件基本尺寸Δ——拉深件尺寸公差，基本尺寸 288mm,按 IT12 查得 Δ=0.52mmz——單邊間隙（3）確定凸模通氣孔通氣孔直徑一般可在 3—8mm 之間選取，選取的原則一般視凸模尺寸而定。此工序通氣孔直徑選 8mm。（4）3 次拉深模結(jié)構(gòu)的確定拉深模具是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉深。由于是 3 次拉深，壓邊圈采用圓筒形，因此工件的毛坯會(huì)十分順利的定位，把筒形件毛坯套在壓邊圈上，因再次拉深的壓邊力一般不大，故采用兩根限位柱的壓邊力等于所計(jì)算的值。模具仍采用倒裝結(jié)構(gòu)，出件采用推桿推出。（5）2 次拉深其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算壓邊圈的設(shè)計(jì)壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強(qiáng)度略低于凸、凹模的硬度。取 Hy =60mm5.3 脹形模工藝計(jì)算及零部件設(shè)計(jì)5.3.1 脹形工藝分析脹形屬于伸長(zhǎng)類(lèi)成形。脹形過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象，且在脹形充分時(shí)制件表面很光滑，這是由于材料硬化的結(jié)果。 對(duì)空心毛坯的脹形，如果毛坯的長(zhǎng)度不是很長(zhǎng)，脹形時(shí)其長(zhǎng)度就會(huì)縮短，這說(shuō)明脹形區(qū)以外的材料向脹形區(qū)補(bǔ)充，使脹形區(qū)的徑向拉伸變形得到緩解，而使切向的拉伸變形為最主要的變形，脹形脹破就是切向拉應(yīng)力過(guò)大引起的。為了不脹破，需限制切向最大拉應(yīng)變不超過(guò)材料的許用伸長(zhǎng)率[ ] 。?由此產(chǎn)品圖可知，該制件側(cè)壁是由空心毛坯脹形而成，對(duì)壁厚變化沒(méi)有要求，尺寸精度要求不高，故滿足脹形工序加工的要求。5.3.2 脹形模工藝計(jì)算（1）毛坯尺寸計(jì)算由以上計(jì)算得毛坯尺寸如圖 5.3：圖 5.3 脹形毛坯圖該件脹形系數(shù) K=1.23（2）脹形力的計(jì)算① 計(jì)算單位脹形力單位脹形力分兩種情況計(jì)算：兩端不固定，允許毛坯軸向自由收縮時(shí)，p 為 p =2t/dmax*?b兩端固定時(shí)，毛坯軸向不能自由收縮時(shí)，p 為 p =2 （t/d max+t/2R）b上式所用到的 p 的計(jì)算公式均為軟模脹形空心毛坯制件時(shí)的單位壓力的計(jì)算公式。p=2t/dmax* =2*3*600/296=12.16 MPa?b② 計(jì)算脹形力P=Ap=3.14*296*330*12.16≈3730 kN式中，P——脹形力A——脹形面積，mm 2p——單位脹形力，MPa5.3.3 脹形模零部件裝配設(shè)計(jì)脹形模采用聚氨酯橡膠進(jìn)行硬模脹形，為了使制件在脹形后便于取出，將凹模分為兩部分，上下模單邊間隙取 0.2mm。側(cè)壁受橡膠的擠壓脹形，當(dāng)模具閉合時(shí)被橡膠壓緊，然后脹形。模具的外形尺寸和閉合高度較大，壓力也較大，以模具尺寸為依據(jù)，最后確定選用壓力機(jī)。5.4 沖側(cè)孔模工藝設(shè)計(jì)5.4.1 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)本沖孔為側(cè)沖孔，沖孔難度大，為保證零件尺寸的精度，該沖孔放在脹形后進(jìn)行，模具結(jié)構(gòu)為側(cè)開(kāi)式，便于零件的放入和取出，凸模周界采用橡膠彈性體覆蓋，以保證沖孔的精度，同時(shí)減少?zèng)_孔后毛刺的產(chǎn)生，凹模通過(guò)螺釘和墊圈加以固定。凸、凹模、楔塊及定位座是該模具的關(guān)鍵零件。凸模 5 材料為 W18Cr4V，熱處理硬度 60～63HRC。由于凸模厚度為 3mm，低于定位座 8 的燕尾槽深度，這樣壓料器就不會(huì)壓死凸模， 凸?？稍诙ㄎ蛔辔膊蹆?nèi)自由滑動(dòng)，燕尾的尺寸按 f7／H8 配合。凹模材料采用 Crl2 或 CrWMn，熱處理硬度 58～62HRC。凹模制作的關(guān)鍵是刃口帶不能大于 3mm，否則凹模腔內(nèi)會(huì)因存廢料太多而加大沖裁力，影響凸模和楔塊的壽命。6 繪制模具總圖本設(shè)計(jì)零件加工工序有落料、1 次拉深、2 次拉深、3 次拉深、脹形、沖測(cè)孔，其中繪制落料模、2 次拉深模和脹形模各一幅，其模具總圖如下:圖 6.1 落料模結(jié)構(gòu)裝配圖圖 6.2 拉深模結(jié)構(gòu)裝配圖圖 6.3 脹形模結(jié)構(gòu)裝配圖