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1、南京農業(yè)大學工學院課程設計說明書 工藝計算 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 33311227 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 目錄 課程設計任務書 3 產品圖及

2、設計說明 3 序言 4 第1章 制件的工藝性分析 5 1.1 圓筒件工藝性分析 5 1.2 零件工藝方案的確定 5 第2章 工藝方案的制定及分析比較 6 第3章 圓筒形拉深件工藝計算 7 3.1 工藝尺寸的計算 7 3.2 拉深力的確定 9 3.2.1首次拉深 9 3.2.2第二次拉深 10 3.2.3第三次拉深 10 3.2.4第四次拉深 10 3.2.5確定壓力中心 11 3.3 拉深模間隙 11 3.4 凸凹模工作部分的尺寸及公差的確定 11 3.4.1第一次拉深 11 3.4.2第二次拉深 11 3.4.3第三次拉深 12 3.4

3、.4第四次拉深 12 3.5 落料拉深復合模其它工藝計算 12 3.6 排樣圖設計及材料利用率計算 13 3.7 壓邊的橡膠計算 14 3.8 卸料裝置的設計 15 3.8.1剛性卸料裝置 15 3.8.2彈性卸料裝置 15 3.8.3橡皮的選用 15 3.8.4卸料板 16 3.8.5推件裝置 16 3.8.6卸料螺釘 16 第4章 模具結構的確定 17 4．1模具的形式 17 4.1.1 正裝式特點 17 4.1.2 倒裝式特點 17 4.2 定位裝置 17 4.3 卸料裝置 17 4.3.1 條料的卸除 17 4.3.2 工件的卸除 17 4

4、.4 導向零件 17 4.5 模架 17 4．5．1標準模架的選用 18 第5章 編寫工藝卡片 18 結束語 19 參考文獻 20 1 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 33311227 產品圖及設計說明 零件簡圖：如右圖所示。　 名稱：圓筒　 生產批量：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

5、 沖壓是使板料經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。 模具是大批生產同形產品的工具，是工業(yè)生產的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)。 模具可保證沖壓產品的尺寸精度，使產品質量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產品表面。用模具生產零部件可以采用冶金廠大量生產的廉價的軋鋼鋼板或鋼帶為壞料，且在生產中不需加熱，具有生產效率高、質量好、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)展和技術水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。 目

6、前，工業(yè)生產中普遍采用模具成形工業(yè)方法，以提高產品的生產率和質量。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到幾十件，高速壓力機的生產率已達到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據不完全統(tǒng)計，飛機、汽車、拖拉機、電機、電器、儀表、等產品，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。 本次課程設計的內容為用模具生產無凸緣圓筒件，其中包括落料、拉深、二次拉深、三次

7、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

8、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、結構及沖壓工藝性 (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

9、零件工藝方案的確定 （1） 模具類型的確定 經分析，工件尺寸精度要求較高，形狀不復雜，且不大，根據材料較?。?.5mm）的特點，為保證較高的生產率，落料模具采用帶料（或條料、卷料），漏料方式的沖裁模結構形式；從零件的結構形狀，尺寸公差來看，該零件可以使用單工序模、級進模或復合模，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。

10、 ③ 復合模。公差IT9~IT8級，生產率略高，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，比較簡單，生產率要求高，所以可采用單工序模。 （2） 制件工藝方案的確定 從產品零件結構形狀可知，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 結構特點 1 單工序模生產： 落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深、四次拉深、切邊 模具結構

11、簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產效率低，難以滿足零件大批量生產的需求。 2 復合模生產： 落料-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；。 3 連續(xù)模生產： 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

12、比較合理。 第3章 圓筒形拉深件工藝計算 3.1 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

13、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 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)調整為 m1=0.6，m2=0.81，m3=0.83，m4=0.

14、844 調整后拉深件直徑： 取=69.6mm 取=56.4mm 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

15、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) =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

16、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。 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

17、次拉深 公式：P=πd2tσbk2 查表得 k2=0.81 σb=490N 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

18、=P1+Q=34.7+10=44.7KN<63KN 由文獻[1]p15表1-5得：壓力機選63KN，型號J23-6.3。 3.2.5確定壓力中心 該模具屬圖形對稱旋轉件，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

19、 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

20、計算為： 查表得δd=0.03 凸模尺寸的計算為 查表得δp=-0.02 3.4.3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

21、 則凸模尺寸的計算為 查表得δp=-0.04 3.5 落料拉深復合模其它工藝計算 根據零件形狀特點，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1

22、16mm,考慮操作方便，采用單排排樣，無側向壓邊裝置。其排樣圖如圖3-1： 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

23、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%。橡膠墊產生的力 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

24、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； 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。

25、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——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

26、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：與凸模單面間隙取（0.2～0.5）＞Z/2配合； ③

27、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 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彈性元件，通過推桿、推板 等，將制件或廢料從凹模型腔內推出。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，通過安裝在模柄內的打桿進行推件。 特點：壓平使沖

28、裁件質量較好；但模具較厚；推件力小。 剛性推件裝置：利用安裝在模具內部的彈性元件完成推出動作。 特點：模具緊湊；推件力大、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 模具結構的確定 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，

29、因此凸凹模的壁厚應嚴格控制，以免強度不足。 經分析，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

30、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，但結構比較復雜，所以也不采用；針對本次加工的產品的精度要求不高，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。若采用后側導柱模架，則可三方向送料，操作者視線不被阻擋，結構比較緊湊，但模具受力不平衡，滑動不平穩(wěn)。 本設計決定采用后側導柱模架。 4．5．1標準

31、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為凹模的外形尺寸，所以應首先計算凹模周界的大小。根據凹模高度和壁厚的計算公式得 拉深凹模的工作部分長為33mm,由于在凹模內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，在凹模內留至少20mm自由尺寸。 即拉深凹模高度為80mm 內徑為mm 外徑為mm 拉深凸模直經為mm 落料凹模內徑為mm 模具采用后置導柱模架，根據以上計算結果，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

32、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

33、式 拉深復合模 結束語 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、工藝方案的確定、模具結構的形式的選擇、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、尺寸是一點也馬虎不得的，只要一個數(shù)據有誤，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 19