無凸緣U形深圓筒形件的拉深模沖壓模具設計【含17張CAD圖帶卡片】

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1第 1 章 緒 論目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當的落后，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。1.1 國內模具的現狀和發(fā)展趨勢1.1.1 國內模具的現狀我國模具近年來發(fā)展很快，據不完全統(tǒng)計，2003 年我國模具生產廠點約有 2 萬多家，從業(yè)人員約 50 多萬人，2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務飽滿，2004 年模具產值 530 億元。進口模具 18.13 億 美元，出口模具4.91 億美元，分別比 2003 年增長 18%、32.4%和 45.9%。進出口之比 2004 年為3.69:1，進出口相抵后的進凈口達 13.2 億美元，為凈進口量較大的國家。在 2 萬多家生產廠點中，有一半以上是自產自用的。在模具企業(yè)中，產值過億元的模具企業(yè)只有 20 多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。 近年來， 模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快，主要表現為：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品；專業(yè)模具廠數量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應國民經濟發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:第一，體制不順，基礎薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應市場經濟，再加上國內模具工業(yè)基礎薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術方面。 2第二，開發(fā)能力較差，經濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平較低，且不重視產品開發(fā)，在市場中經常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15～20 萬美元，有的高達 25～30 萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現現代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內許多企業(yè)采用了先進的加工設備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設備數控化率和CAD/CAM 應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設備不配套，設備與附配件不配套現象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內每年生產的模具，商品模具只占 45%左右，其余為自產自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關技術落后．模具材料性能、質量和品種往往會影響模具質量、壽命及成本，國產模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。1.1.2　國內模具的發(fā)展趨勢巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括以下幾方面: 1） 模具日趨大型化； 2）在模具設計制造中廣泛應用 CAD/CAE/CAM 技術； 33）模具掃描及數字化系統(tǒng)； 4）在塑料模具中推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型和高壓注射成型技術； 5）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率； 6）發(fā)展優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術； 7）模具的精度將越來越高； 8）模具研磨拋光將自動化、智能化； 9）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程； 10）開發(fā)新的成形工藝和模具。1.2　國外模具的現狀和發(fā)展趨勢模具是工業(yè)生產關鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產制作表現出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現供不應求的局面，世界模具市場年交易總額為 600～650 億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產值的三分之一。 國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到 50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004 年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國模具產值達 48 億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有 90 家，這 90 家骨干模具企業(yè)的產值就占德國模具產值的 90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結構設計、模具工藝設計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術水平比較高．故人均產值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產值約合 1 萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達4國家大多 15～20 萬美元，有的達到 25～30 萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達 70%以上，而我國才達到 45％．1.3　深圓筒拉深件模具設計與制造方面1.3.1 深圓筒拉深模具設計的設計思路拉深是沖壓基本工序之一，它是利用拉深模在壓力機作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。它不僅可以加工旋轉體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復雜的薄壁零件，但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，拉深件的尺寸精度應在 IT13 級以下，不宜高于 IT11 級。只有加強拉深變形基礎理論的研究，才能提供更加準確、實用、方便的計算方法，才能正確地確定拉深工藝參數和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決拉深變形中出現的各種實際問題，從而，進一步提高制件質量。圓筒件是最典型的拉深件，其工作過程很簡單就一個拉深，根據計算確定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深。在最后的一次拉深中由于制件的高度太高，根據計算的結果和選用的標準模架，判斷此次拉深不能采用標準的模架。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導柱和導套的高度。導柱和導套的高度可根據拉深凸模與拉深凹模工作配合長度決定．設計時可能高度出現誤差，應當邊試沖邊修改高度。1.3.2 深圓筒拉深模具設計的進度1.了解目前國內外沖壓模具的發(fā)展現狀，所用時間 20 天；2.確定加工方案，所用時間 5 天；3.模具的設計，所用時間 30 天；4．模具的調試．所用時間 5 天．5第 2 章 深圓筒沖壓工藝的分析2.1 拉深件工藝分析圖 2-1 材料：08 鋼板 厚度：1mm此工件為無凸緣圓筒形工件，要求內形尺寸，沒有厚度不變的要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可采用拉深工序加工。工件底部圓角半徑 圖 2-1 制件圖 r＝8mm, 取拉延凹模圓角半徑 =8t=8mm.而根據式（6-13） =（0.6-dr pr1）r=5-8mm,現取 =8mm,滿足拉延對圓角半徑的要求。尺寸 ，按沖壓設計p m7.02??資料中公差表查得為 IT14 級，滿足拉延工序對工件公差等級要求。2.2 拉深工藝計算和工藝方案拉深件的工藝計算是拉深工藝設計中的一個環(huán)節(jié)，本制件的工藝計算屬于最簡單的。其主要的內容包括計算毛坯直徑、決定拉深次數及確定工序件的尺寸等。為了避免設計拉深模時出現尺寸錯誤，可以畫出圓筒形拉深件的工序圖。2.2.1 工藝方案的確定6根據制件的工藝分析,知道制件是個簡單的圓筒形拉深件。所以它的工序只有一個：拉深。2.2.2 計算毛坯尺寸根據表面積相等原則，用解析法求該零件的毛坯直徑 D?？砂聪旅娴墓接嬎悖? 22241.70.56DdHrdr????公式見[2]。該件 mm，查表得出修邊余量 mm。則 ，9hmh??mH3129??，一次拉深可以成形。.0731HD= 22 856.07382.137.4??????=116.3mm2.2.3 確定是否用壓邊圈相對厚度 ，查表得，需要采用壓邊圈。拉深時一般采用0085.13??Dt平面壓邊裝置。首次拉深圖 2-2 壓邊圈拉深采用形式2.2.4 拉深次數的確定采用查表法。根據 和工件相對高度 ，0085.13??Dt 42.0731?dH7查表得 n=1。2.2.5 排樣及相關的計算 圖 2-3 排樣方式采用有廢直排的排列的方式，因為沖件與沖件之間，沖件與條料之間都存在搭邊廢料，這樣沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度較高，模具壽命也較長，但材料的利用率較低。沖裁件的面積 A： 222 7.1064/3.1.4/ mD?????條料的寬度 B=D+2a+c=116.3+2+0.5=118.8.查表 2.5.2 得最小搭邊值 a=1.0mm,,條料與導料板間隙 ，n=1. ma8.01?mC5.0in步距 S=D+ =116.3+0.8=117.1mm.1a一個步距的材料的利用率 000 3.761.78.16????BSA?2.3 壓力、壓力中心計算及壓力機的選用因為本制件是軸對稱零件，所以不用 計算壓力中心。82.3.1 壓力計算由《沖壓模設計與制造》式 4.4.6 確定壓邊力的計算公式為：， 。由表 4.4.5 prdDFQ])2([412???? mDdm3.16,7.3,8??p=3.0Mpa.= =12904.5NprdQ])2([412 3])827.3(.16[42????查表得 。MaKb0,7.1??代入公式得 F 拉= =0.8x400x1x73.7x3.141Ktd?=74053.76N沖裁件的面積 A： ，t=1mm，222 7.1064/3.1.4/ mD????，F 沖=10617.7x1x400=4025x10 .壓力機的公稱壓力Mpab40?? N6。Q6103.4??拉沖壓2.3.2 壓力機的選用根據沖裁工藝總力的計算結合工件的高度，初選開式雙拄可傾壓力機 JH23-40 第 3 章 模具的結構設計93.1 模具工作部分的計算3.1.1 拉深模的間隙深間隙對拉深過程有較大的影響。它不僅影響拉深件的質量與尺寸精度，而且影響拉深模的壽命以及拉深是否能夠順利進行。因此，應該綜合考慮各種影響因素，選取適當的拉深間隙值，既可保證工件的要求，又能使拉深順利進行。本模具的拉深間隙查表得出：Z 1/2=1.2t=1.2mmZ2/2=1.1t=1.1mmZ3/2=t=1mm3.1.2 拉深模的圓角半徑凸模、凹模的選用在制件拉深過程中有著很大的作用。凸模圓角半徑的選用可以大些，這樣會減低板料繞凸模的彎曲拉應力，工件不易被拉裂，極限拉深因數會變小些；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阻力就會小些，拉深力也會減小，極限拉深因數也會相應減小。但是凸、凹模的圓角半徑也不易過大，過大的圓角半徑，就會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，容易產生失穩(wěn)起皺。拉深凸凹模的圓角半徑已有前面計算得出結果：mrpd8?3.1.3 凸凹模工作部分的尺寸和公差10圖 3-1 凸 凹 模（ 1） 沖 裁 凸 凹 模 刃 口 的 尺 寸 計 算該 圓 形 零 件 ， 無 特 殊 要 求 ， 屬 一 般 落 料 件 ， 內 形 ， 由 表 查 得 其m7.2?公 差 為mm， 查 表 得 2.32[3]得 Zmin=0.07㎜ ， Zmax=0.09㎜7.02??則 ： Zmax-Zmin=（ 0.09-0.07） ㎜ =0.02㎜由 公 差 表 查 得 為 IT10 級 ， 取 X=1㎜7.??該 凸 凹 模 分 別 按 IT6 級 和 IT7 級 加 工 制 造 ， 則 ： =（ Dmax-X ） = =A?A???1.0025.)2(??m025.67?= =T0in)(TZ? 016.016.8.7???核 查 0.016㎜ +0.025㎜ =0.041＞ 0.01㎜ ， 不 能 滿 足 間 隙 公 差 條 件 ， 因 此 只 有 縮小 ， 提 高 制 造 精 度 才 能 保 證 間 隙 合 理 。AT?,取 ： mZT 4..)(4.minax????11mZA 06.1.0)(6.0minax?????故 ： D06.72??T4.58?（ 2） 計 算 拉 深 凸 凹 模 刃 口 尺 寸① 拉 深 模 的 圓 角 半 徑 ， 凸 凹 模 的 圓 角 半 徑 按 表 選 取 ： 凸 模 的ar ,4mtrd?圓 角 半 徑 mvp 80?， 即 ：等 于 工 件 的 內 圓 角 半 徑② 拉 深 默 的 間 隙 由 查 表 得 拉 深 模 的 單 位 間 隙 Z/2=1.1t=1.1×1=1.1㎜則 拉 深 模 的 間 隙 ： Z=2×1.1=2.2㎜③ 凸 凹 模 工 作 部 分 的 尺 寸 和 公 差 由 于 工 件 要 求 外 形 尺 寸 ， 則 以 凹 模 為 設 計 基 準 ，凹 模 尺 寸 計 算 見 表 4.29[1] 10,)750(6max ITDd將 模 具 公 差 按????? 寸 為代 入 上 式 中 ， 則 凹 模 尺把 4.,52.0.,04. ?bb m??， 間 隙 取 在 凸 模 上 ， 則 凹 模 的 尺 寸 按 表 4.29[1]計 算.372? mZmDZ pp p 03.,,5.0,7.,)75.( ax0max ???? ??把代 入 上 式 ， 則 凸 模 尺 寸 為 ： 03.03.1)2.0.72( ????pD④ 確 定 凸 模 的 通 氣 孔 由 表 4.32 查 得 凸 模 通 氣 孔 的 直 徑 為 5mm。3.1.4 選用模架、確定閉合高度及總體尺寸由于拉深凹模外形尺寸較大，為了工作過程穩(wěn)定，選用中間導柱模架。再按其標準選擇具體結構尺寸見表 3-1。表 3-1 模 架 規(guī) 格 選 用12名稱 尺寸 材料 熱處理上模座 160x160x40 HT200下模座 160x160x45 HT200導柱 28x35、32x150 20 滲碳 58～62導套 28x100x38、32x100x38 20 滲碳 58～62Hmin=160mm,Hmax=200mm模具的閉合高度 H 閉 =H 上 +H 凹 +H 壓 +H 下 =40+100+35+45=220mm式中：H 凹 —凹模厚度，H 凹 =100mm；H 壓 —壓邊圈的厚度，H 壓 ＝35mm；由此可見模具的實際閉合高度遠遠大于所采用模架的最大閉合高度。查標準件的資料。結果發(fā)現模具的實際閉合高度還是遠遠大于其它標準的最大閉合高度。所以此制件不能采用標準模架。為了節(jié)省加工時間，只有在模具標準模架的基礎上進行修改。因為模具的封閉高度 H 應該介于壓力機的最大封閉高度 Hmax 和最小封閉高度 Hmin 之間，一般?。篐max-5mm≥H≥Hmin+10mm由此可以看出，要想讓制件順利加工和從模具上取出，只有使模具有足夠的封閉高度：Hmax≥H+5mm=220+5=225mmHmin≤H-10mm=220-10=210mm要使模具具有足夠的封閉高度，只有改變導柱和導套的高度：導柱：28x50、32x180； 導套：28x120x50、32x120x50為了使模座有足夠的強度，上，下模座的厚度應該再增加一些。3.2 模具零件的結構設計133.2.1 拉深凹模圖 3-2 凹 模 內、外形尺寸和厚度已由前面的計算確定；拉深凹模需要有三個以上的螺釘與上模座固定，還需要兩個與上模座同時加工的銷釘孔。3.2.2 拉深凸模圖 3-3 凸模拉深凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的計算確定。它需要三個以上的螺紋孔，以便與下模座固定。拉深凸模上一般開有出氣孔，這樣會使卸件容易些，否則凸模與工件由于真空狀態(tài)而無法卸件。查表，本凸模出氣孔的直徑為 φ5mm　143.2.3 打料塊一般與打料桿聯(lián)合使用，屬于剛性卸件裝置，靠兩者的自重把工件打出來。打料塊與拉深凹模間隙配合。3.2.4 壓邊圈圖 3-4 壓邊圈在拉深工序中，為保證拉深件的表面質量，防止拉深過程中材料的起皺，常采用壓邊圈用合適的壓邊力使毛坯的變形區(qū)部分被壓在凹模平面上，并使毛坯從壓邊圈與凹模平面之間的縫隙中通過，從而制止毛坯的起皺現象。壓邊圈的內形與拉深凸模間隙配合，外形套有半成品制件。一般與頂料桿(三根以上)、橡皮等構成彈性卸料系統(tǒng)。3.2.5 導柱、導套對于生產批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導柱、導套來保證上、下模的導向精度。導柱、導套在模具中主要起導向作用。導柱與導套之間采用間隙配合。根據沖壓工序性質、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。因為本制件的厚度為 1mm，所以采用 H7/f6。3.2.6 其他零件模具其他零件的選用見表 3-2．表 3-2 模具其他零件的選用序號 名稱 數量 材料 規(guī)格/ mm 熱處理151 上模座 1 HT200 160x160x402 銷釘 2 40Cr φ25×90　3 打桿 1 40 φ25×80 40～45HRC4 螺釘 4 45 M24×545 打料塊 1 40 φ72×40 40～45HRC6 凹模 1 Cr12 160×160×100 60～62HRC7 導套 2 20 28x120x50 滲碳 58～62HRC8 導柱 2 20 28x50 滲碳 58～62HRC9 下模座 1 HT200 160x160x4510 壓邊圈 1 45 φ73×35 56～58HRC11 卸料螺釘 3 40Cr M20×100 30～35HRC12 凸模 1 T10A φ72.7×40 60～62HRC13 螺釘 3 45 M24×6014 頂桿 3 T8A M20×450 40～45HRC15 導套 2 20 32x120x50 滲碳 58～62HRC16 導柱 2 20 90×670 滲碳 58～62HRC3.3 模具總裝圖圖 3-5 模具裝配圖16由以上設計，可得到模具的總裝圖，其工作過程是：模具在工作時，將前一道工序拉深后所得的半成品坯件套在壓邊圈上。凹模裝在上模，凸模裝在下模。待凹模隨上模下降時，首先將坯件壓住，然后坯件和壓邊圈同時向下推，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，使坯件在凸、凹模作用下，產生塑性變形而制成所要求的零件。當凹模隨上?；厣龝r，零件制品在打料塊及打料桿的作用下，將其從凹模內推出。而壓邊圈在緩沖器系統(tǒng)作用下又回到原位，準備下一次拉深。17結束語深圓筒件屬于簡單拉深件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據計算確定本制件是多次拉深成的，然后相應選取各次拉深時的壓力機。本設計主要是最后一次拉深模具設計，需要計算拉深時的間隙、工作零件的圓角半徑、尺寸和公差，并且還需要確定模具的總體尺寸和模具零件的結構，然后根據上面的設計繪出模具的總裝圖。由于在零件制造前進行了預測，分析了制件在生產過程中可能出現的缺陷，采取了相應的工藝措施。因此，模具在生產零件的時候才可以減少廢品的產生。深圓筒件的形狀結構較為簡單，但是高度太高不適合選用標準模架。要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，因此需要改變導柱、導套的長度，以達到要求。模具工作零件的結構也較為簡單，它可以相應的簡化了模具結構。便以以后的操作、調整和維護。深圓筒模具的設計，是理論知識與實踐有機的結合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認識到，要想做為一名合理的模具設計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎，并不斷學習新知識新技術，樹立終身學習的觀念，把理論知識應用到實踐中去，并堅持科學、嚴謹、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術，為國民經濟的騰飛做出應有的貢獻。致 謝首先感謝本人的導師原紅玲老師，她18對我的仔細審閱了本文的全部內容并對我的畢業(yè)設計內容提出了許多建設性建議。原紅玲老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！感謝母?！幽蠙C電高等?？茖W校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學習及實踐環(huán)境，使我學到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。感謝和我在一起進行課題研究的同窗廖文龍同學，和他在一起討論、研究使我受益非淺。最后，我非常慶幸在三年的的學習、生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學，并感激師友的教誨和幫助！參考文獻：[1] 陳錫棟、周小玉主編.實用模具技術手冊.北京：機械工業(yè)出版社，200119[2] 李紹林、馬長福主編.實用模具技術手冊.上海科學技術出版社，1998[3] 許發(fā)樾主編.實用模具設計與制造手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2000[4] 楊玉英主編.實用沖壓工藝及模具設計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2004[5] 模具實用技術叢書編委會.沖壓設計應用實例.北京：機械工業(yè)出版社.1999[6] 翟德梅主編.模具制造技術.河南機電高等?？茖W校[7] 王芳主編.冷沖壓模具設計指導. 北京：機械工業(yè)出版社，1998[8] 任嘉卉主編.公差與配合手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2000[9] 李易、于成功、聞小芝主編 .現代模具設計、制造、調試與維修實用手冊 .北京：金版電子出版公司，2003[10] 建聲、秦曉剛編著.模具技術問答. 北京：機械工業(yè)出版社，1996