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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 課 程 設 計 課程名稱 材料成型工藝及設計 題目名稱 圓筒件的模具設計 專業(yè)班級 材控112 學 號 學生姓名 張孝富 指導教師 聶信天 夏榮霞 徐秀英 2014年 9 月 25日 專心---專注---專業(yè) 目錄

2、 課程設計任務書 題目名稱 圓筒件的模具設計 專業(yè)班級 材控112 姓 名 張孝富 學 號 產(chǎn)品圖及設計說明 零件簡圖：如右圖所示?！? 名稱：圓筒　 生產(chǎn)批量：大批量　　　　　　　　　　 材料：30鋼 材料厚度：0.5mm 要求設計此工件的落料拉深模。 序言 沖壓是使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的加工方法。沖壓利用沖壓模具對板料進行加工。常溫下進行的板料沖壓加工稱為冷沖壓。

3、 模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。 模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價的軋鋼鋼板或鋼帶為壞料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，是其他加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。 目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工業(yè)方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機加工，一臺普通的壓力機設備每分鐘可成形零件幾件

4、到幾十件，高速壓力機的生產(chǎn)率已達到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計，飛機、汽車、拖拉機、電機、電器、儀表、等產(chǎn)品，有60%左右的零件是用模具加工出來的；而自行車、手表、洗衣機、電冰箱及電風扇等輕工業(yè)產(chǎn)品，有90%左右的零件時用模具加工出來的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來進行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝設備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識。 本次課程設計的內(nèi)容為用模具生產(chǎn)無凸緣圓筒件，其中包括落料、拉深、二次拉深、三次拉深、四次拉深、切邊等工序。其中把落料和首次拉深用復合模完成，而其他不出圖但進行了相關的尺寸計算，重點在復合模上，解決落料

5、和拉深的計算問題同時對相關的模具的零件給以詳細的設計。生成裝配工程圖和相關的零件圖。 第1章 制件的工藝性分析 1.1 圓筒件工藝性分析 （1）零件材料為30鋼，其塑性，韌性較好，屈服強度σs為295MPa,抗拉強度σb為490MPa,利于各種工序的加工。 (2)從零件圖樣上看,其尺寸有公差要求,故精度較高,屬于一般零件，其公差按IT14處理,給模具制造帶來一系列方便. A、如果沖壓件零件圖上沒有標注公差，只有公稱尺寸，則應該給以標注公差； ……圓形件，沖模按IT7～6級制造模具。 B、按“入

6、體”原則把它們逐個改為單向公差（目的是方便于以后的刃口尺寸計算）； ……外形部分，化為上偏差為零，下偏差為負（相當為基軸制標注，只小不大）； 2零件的形狀、結(jié)構(gòu)及沖壓工藝性 (1) 該零件總體屬于圓筒形拉深件,無凸緣的普通件. (2) 該零件的厚度t=0.5mm，且材料較軟對于各種工序都有可以適應 (3) 零件圓微形部分高為75mm,可能需要幾次拉深成形 (4) 綜上所述，此零件可用冷沖壓加工成形 (5) 成形半徑為10mm的半圓球形，需幾次成形 1.2 零件工藝方案的確定 （1） 模具類型的確定 經(jīng)分析，工件尺寸精度要求較高，形狀不復雜，且不大，根據(jù)材料較?。?.5mm

7、）的特點，為保證較高的生產(chǎn)率，落料模具采用帶料（或條料、卷料），漏料方式的沖裁模結(jié)構(gòu)形式；從零件的結(jié)構(gòu)形狀，尺寸公差來看，該零件可以使用單工序模、級進?；驈秃夏?，各種模具都有各自的優(yōu)缺點，下面通過對其進行比較，得出較合適的模具類型。 ① 單工序模。制件公差等級一般，生產(chǎn)率較低，在高速自動沖床上不能使用，安全性不高，但模具制造工作量小，成本低。 ② 級進模。公差可達IT14~IT10級，可加工復雜制件，生產(chǎn)率高，可使用高速自動沖床機，安全性高，模具制造工作量較大，成本高。 ③ 復合模。公差IT9~IT8級，生產(chǎn)率略高，安全性不高，模具制造工作量大，成本高。 綜上所述制件公差為IT14級，

8、比較簡單，生產(chǎn)率要求高，所以可采用單工序模。 （2） 制件工藝方案的確定 從產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)形狀可知，所需基本工序有落料、拉深； （3） 設計制圖落料拉深復合模 第2章 工藝方案的制定及分析比較 完成此工件需要落料、拉深兩道工序。其加工方案分為3種，見表2.1。 表2.1 工藝方案 序號 工藝方案 結(jié)構(gòu)特點 1 單工序模生產(chǎn)： 落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深、四次拉深、切邊 模具結(jié)構(gòu)簡單，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，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。 2 復合模生產(chǎn)： 落料

9、-首次拉深復合、二次拉深、三次拉深、四次拉深、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，也難以提高壓力機等設備的使用效率；操作簡單、方便，適合中批量生產(chǎn)；。 3 連續(xù)模生產(chǎn)： 落料-拉深-拉深-拉深-拉深連續(xù)、切邊 同一副模具不同工位完成兩道不同的工序，生產(chǎn)效率高，模具規(guī)模相對第二種方案要大一些，模具成本要高；兩道工位之間的定位要求非常高。 根據(jù)本零件的設計要求以及各方案的特點，決定采用第2種方案復合模比較合理。 第3章 圓筒形拉深件工藝計算 3.1

10、 工藝尺寸的計算 （1） 確定切邊余量δ 由H=75-0.25=74.75、d=40-0.5=39.5 H/d=74.75/39.51.89 見文獻[1]p120查表4-2得：取修邊值δ=5mm ⑵計算毛坯直徑 D= = =116 mm ⑶確定拉深形式及拉深次數(shù) 根據(jù)毛坯首次拉深不起皺的條件是:D-d>22t 即116-39.5=76.5>22x0.5得76.5>11,故：D-d>22t成立 所以應采用壓邊圈。 ⑷確定每次拉深的拉深系數(shù)和直徑 毛坯的相對厚度t/D1000.4 總拉深系數(shù)為m總=d/D=39.5/116=0.341

11、 取m1=0.56，m2=0.78，m3=0.8得： 由上計算可得共需要4次拉深； 取m1=0.57，m2=0.78，m3=0.8，m4=0.82 則： 取=66.1mm 取=51.5mm 取=41.2mm 取=33.7mm 由于=33.7mm<39.5mm,所以可適當增大拉深系數(shù)，但變形程度分布合理，現(xiàn)調(diào)整為 m1=0.6，m2=0.81，m3=0.83，m4=0.844 調(diào)整后拉深件直徑： 取=69.6mm 取=56.4mm

12、 取=446.8mm 取=39.5mm ⑸凸凹模圓角半徑的確定 ①凹模圓角半徑的確定 第一次： rd1=0.80=0.80=5mm 第二次： 取3.5mm 第三次： 取2.5mm 第四次： ②凸模圓角半徑的確定 第一次： rp1=(0.7～1.0)rd1=(0.7～1.0)5=3.5～5 取4mm 第二次： 第三次： 第四次： ⑹計算每次拉深工序件的高度 見文獻[1]p127根據(jù)式4-8計算各次拉深工序件的高度 h1=0.25(D2/d1-d1)+0.43r1/d1(d1+0.32r1) =

13、0.25(1162/69.6-69.6)+0.434/69.6(69.6+0.32 4) =32.68mm 取33mm h2=0.25(D2/d2-d2)+0.43r2/d2(d2+0.32r2) =0.25(1162/56.4-56.4)+0.436.1/56.4(56.4+0.326.1) =48.26mm 取48mm 同理h3 =62mm ， h4=80mm 由80-75=5mm即有5mm的修邊余量，滿足要求。 3.2 拉深力的確定 3.2.1首次拉深 模具為落料拉深復合模，動作順序是先落料后拉深，現(xiàn)分別計算落料力、拉深力和壓邊力。

14、 式中 —卸料系數(shù)，查參考文獻[1]知～0.055，取。 所以 KN 查表得 k1=0.86 σb=490N 公式P=πd1tσbk1 =3.1469.60.54900.8646KN 因為拉深力與壓邊力的和落料力，即 所以，應按照的大小選用設備。初選設備為J23—25 3.2.2第二次拉深 公式：P=πd2tσbk2 查表得 k2=0.81 σb=490N

15、 P2=3.1456.40.54900.8134.7KN 3.2.3第三次拉深 P3=3.1446.80.54900.7426.6KN 3.2.4第四次拉深 P4=3.1439.50.54900.7121.6KN 由于 P2 >P3 >P4 則： Q=(1/3～1/6)P2=(11.6～5.8)KN 取Q=10 P總=P1+Q=34.7+10=44.7KN<63KN 由文獻[1]p15表1-5得：壓力機選63KN，型號J23-

16、6.3。 3.2.5確定壓力中心 該模具屬圖形對稱旋轉(zhuǎn)件，圓心即壓力中心，不必進行壓力中心的計算。 3.3 拉深模間隙 有壓邊圈模具的間隙 第一次拉深 C=1.1t=0.55mm 第二次拉深 C=(1～1.05)t=0.5～0.525 取C=0.5mm 第三次拉深 C=(1～1.05)t=0.5～0.525 取C=0.5mm 第四次拉深 C=(0.9～0.95)t=0.45～0.475 取C=0.45mm 3.4 凸凹模工作

17、部分的尺寸及公差的確定 3.4.1第一次拉深 第一次拉深后零件直徑為69.6mm，由公式c=1.2t確定拉深凸凹模間隙值c, 所以c=1.2x0.5=0.6mm,則： 以凹模為基準；凹模尺寸的計算為： 查表得δd=0.03 凸模尺寸的計算為 查表得δp=-0.02 3.4.2第二次拉深 以凹模為基準；c=1.2x0.5=0.6mm;凹模尺寸的計算為： 查表得δd=0.03 凸模尺寸的計算為

18、 查表得δp=-0.02 3.4.3第三次拉深 以凹模為基準；c=1.2x0.5=0.6mm;凹模尺寸的計算為： 查表得δd=0.03 凸模尺寸的計算為 查表得δp=-0.02 3.4.4第四次拉深 以凹模為基準； 凹模尺寸的計算為 查表得δd=0.03 則凸模尺寸的計算為 查表得δp=-0.04

19、3.5 落料拉深復合模其它工藝計算 根據(jù)零件形狀特點，刃口尺寸計算采用分開制造法。查文獻[2]p574落料尺寸為φ，落料凹模刃口尺寸計算如下。 查得該零件沖裁凸、凹模最小間隙C，最大間隙，最小間隙，凸模制造公差，凹模制造公差。將以上各值代入≤校驗是否成立。經(jīng)校驗，不等式成立，則，所以可按下式計算工作零件刃口尺寸。 落料時以凹模為基準件計算： 3.6 排樣圖設計及材料利用率計算 毛胚直徑為116mm,考慮操作方便，采用單排排樣，無側(cè)向壓邊裝置。其排樣圖如圖3-1：

20、 排樣圖3-1 由文獻[1]p32表2-10得： 搭邊值：a=1.2mm , b=1.5mm 送近距離：A=D+b=116+1.5=117.5mm 條料寬度：查表2-11，2-12得：△=0.5 ，bo=0.6 材料利用率： 3.7 壓邊的橡膠計算 其產(chǎn)生的壓力開始就為壓邊力，其總的行程 橡膠的直徑 為保證橡膠墊不過早失去彈性而破壞，其允許的最大壓縮兩不得超過摘要高度的45%，一般取自由高度的35%～45%。橡膠墊的預壓縮量一般取自由高度的10%～15%。橡膠墊產(chǎn)生的力

21、 式中：—壓力； —橡膠墊橫截面積； —與橡膠墊壓縮量有關的單位壓力，如表3-1所示。 表3-1 橡膠壓縮量和單位壓力 橡膠壓縮量（%） 單位壓力（MPa） 橡膠壓縮量(%) 單位壓力(MPa) 10 15 20 0.26 0.50 0.70 25 30 35 1.03 1.52 2.10 又因為 3.8 卸料裝置的設計 卸去沖裁后緊箍在凸模外面的帶孔部分（制件或條料） ，卸料裝置分為剛性卸料裝置和彈性卸料裝置；

22、3.8.1剛性卸料裝置 特點：優(yōu)點：卸料力大。 缺點：沖裁時，板料沒有受到壓料力作用，因此沖 裁后的帶孔部分有明顯的翹曲現(xiàn)象。 適用場合：常用于材料較硬、厚度較大、精度要求不太高 的工件的沖裁。（當t＞3時，一般都采用剛性卸料） 3.8.2彈性卸料裝置 特點： 優(yōu)點：沖裁時彈性卸料板對條料有預壓作用，因此 沖裁后的帶孔部分表面平整，精度較高。 缺點：卸料力小。 適用場合： 常用于材料較?。╰＜2 ）、硬度較小、精度要求高的工件的沖裁。 所以：選用彈性卸料裝置——

23、卸料橡膠 3.8.3橡皮的選用 ⑴橡皮材料：聚氨酯橡膠（PUR）。 ⑵聚氨酯橡膠：ε2=15～35% ；ε1=10%。 ⑶橡皮工作時的總壓縮量L：L=A+t+B+（3～5）=15+0.5+33+（3～5）=51.5～53.5取52mm 式中：A—裝配完成時，凸模低于卸料板的高度； t—料厚； B—沖裁完成時，凸模將落料推入凹模的深度； 3～5—刃口磨損量 ⑷橡皮自由高度H計算公式： 式中：L—橡皮工作時的總壓縮量，mm; ε1—橡皮預

24、壓縮率，%; ε2—橡皮工作時的總壓縮率，%。 3.8.4卸料板 卸料板外形尺寸計算： 外形尺寸：同凹模（或凹模固定板）外形尺寸; 內(nèi)形尺寸：與凹?？仔螤罨鞠嗤?，和凸模間有一定間隙; ①彈性卸料時：與凸模單面間隙按（0.05～0.1）＞Z/2配合； ②剛性卸料時：與凸模單面間隙?。?.2～0.5）＞Z/2配合； ③導板式卸料板時：與凸模刃口尺寸按H7/h6配合。 采用剛性卸料，材料：45鋼 厚度:①僅作卸料時：Hx=（10～20）mm

25、 ②既作導板又作卸料時： 式中：Hx——卸料板厚度，mm； Ha——凹模厚度，mm。 3.8.5推件裝置 推件裝置安裝在上模部分，利用壓力機橫梁或模具內(nèi)彈性元件，通過推桿、推板 等，將制件或廢料從凹模型腔內(nèi)推出。分為彈性推件裝置和剛性推件裝置。 彈性推件裝置：利用壓力機橫梁，通過安裝在模柄內(nèi)的打桿進行推件。 特點：壓平使沖裁件質(zhì)量較好；但模具較厚；推件力小。 剛性推件裝置：利用安裝在模具內(nèi)部的彈性元件完成推出動作。 特點：模具緊湊；推件力

26、大、可靠。 采用：剛性推件裝置，材料：45鋼 3.8.6卸料螺釘 ⑴卸料螺釘作用：固定彈性卸料板，限制彈性卸料板的靜止位置。 ⑵卸料螺釘?shù)男螤睿簶藴始?JB/T7650.5-94 第4章 模具結(jié)構(gòu)的確定 4．1模具的形式 復合模又可分為正裝式和倒裝式。 4.1.1 正裝式特點 沖出的工件表面比較平直為后續(xù)加工提供條件。 4.1.2 倒裝式特點 操作方便，應用很廣，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嚴格控制，以免強度不足。 經(jīng)分析，此工件，若采用正裝式復合模，操作很不方便；另外，此工件無較高的平直度要求，工件精度

27、要求也較低，所以從操作方便、模具制造簡單等方面考慮，決定二、三、四次拉深采用倒裝式復合模，首次拉深用正裝。 4.2 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。 4.3 卸料裝置 4.3.1 條料的卸除 采用彈性卸料板。因為是正裝式復合模，所以卸料板安裝在上模。 4.3.2 工件的卸除 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。 4.4 導向零件 導向零件有許多種，如用導板導向，則在模具上安裝不便而且阻擋操作者視線，所以不采用；若用滾珠式導柱導套進行導向，雖然導向精度高、壽命長，但結(jié)構(gòu)比較復雜，所以也不采

28、用；針對本次加工的產(chǎn)品的精度要求不高，采用滑動式導柱導套極限導向即可。而且模具在壓力機上的安裝比較簡單，操作又方便，還可降低成本。 4.5 模架 若采用中間導柱模架，則導柱對稱分布，受力平衡，滑動平穩(wěn)，拔模方便，但只能一個方向送料。若采用對焦導柱模架，則受力平衡，滑動平穩(wěn)，可縱向或橫向送料。若采用后側(cè)導柱模架，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，滑動不平穩(wěn)。 本設計決定采用后側(cè)導柱模架。 4．5．1標準模架的選用 ⑴ 落料拉深復合模零部件設計 標準模架的選用依據(jù)為凹模的外形尺寸，所以應首先計算凹模周界的大小。根據(jù)凹模高度和壁厚的

29、計算公式得 拉深凹模的工作部分長為33mm,由于在凹模內(nèi)要安裝打料塊且與打桿相連，為保證修模余量且能正常工作，在凹模內(nèi)留至少20mm自由尺寸。 即拉深凹模高度為80mm 內(nèi)徑為mm 外徑為mm 拉深凸模直經(jīng)為mm 落料凹模內(nèi)徑為mm 模具采用后置導柱模架，根據(jù)以上計算結(jié)果，查得模架規(guī)格為：上模座200mm×160mm×40mm，下模座200mm×160mm×45mm，導柱28mm×180mm，導套28mm×100mm×38mm。 ⑵第二、三、四次拉深模零部件設計 由于零件高度較高，尺寸較小，所以未選用標準模架，導柱導套選用

30、標準件，其規(guī)格分別為25mm×180mm，25mm×105mm×43m，上模座。下模座。 第5章 編寫工藝卡片 各工序詳細說明見表5-1. 表5-1 圓筒工序表 序號 工序說明 工序簡圖 設備規(guī)格 模具形式 1 落料 與拉深 250KN 正裝式 落料拉深 復合模 2 拉深 63KN 倒裝式 拉深復合模 3 拉深 63KN 倒裝式 拉深復合模 4 拉深 63KN 倒裝式 拉深復合模 結(jié)束語 通過對無凸緣筒件的相關模具的設計、計算，使我對沖裁模的設計流程有了更深的了解，包括零件的工藝分析、

31、工藝方案的確定、模具結(jié)構(gòu)的形式的選擇、必要的工藝計算、主要的零件設計、壓力機的選擇、總裝配圖及零件圖的繪制。在設計的過程中，有些數(shù)據(jù)、尺寸是一點也馬虎不得的，只要一個數(shù)據(jù)有誤，就得全部的改動，使設計難度大大的增加。在這次設計中，我感覺要完成設計不僅要有扎實的專業(yè)的知識，還要有過硬的計算機的基礎保障，方才能很好的完成這次設計。所以我們今后的學習中不僅要學習好應該所學的，還要盡可能多的去擴展我們的其他方面的領域，只有這樣我們才能做得過更好。 參考文獻 [1] 田光輝，林紅旗，模具設計與制造, 北京大學出版社，2009.9 [2] 王孝培，沖壓手冊（第2版）,機械工業(yè)出版社，2000.10 [3] 王秀鳳,冷沖壓模具設計與制造,北京航空航天大學出版社，2005.4 [4] 周玲編,沖模設計實例詳解,劃線工業(yè)出版社，2007.1