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圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 目前 我國(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?主要原因是我國(guó)在沖壓 基礎(chǔ)理論及成形工藝 模具標(biāo)準(zhǔn)化 模具設(shè)計(jì) 模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā) 達(dá)的國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距 導(dǎo)致我國(guó)模具在壽命 效率 加工精度 生產(chǎn)周期等方 面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大 沖壓模具是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 在沖壓模具的設(shè)計(jì)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(dòng) 精密 安全等現(xiàn)代生產(chǎn)需要 沖壓模 具正向高效率 高精度 高壽命 自動(dòng)化及多工位方向發(fā)展 在我國(guó) 工位數(shù)達(dá) 50 甚 至更多的級(jí)進(jìn)模 壽命達(dá)億次的硬質(zhì)合金模 精度和自動(dòng)化程度相當(dāng)高的沖壓模具都 已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)中 同時(shí) 由于這樣的沖壓模具對(duì)加工 裝配 調(diào)整 維修要求很高 因此 各種高效 精密 數(shù)控 自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備也在迅速發(fā)展 另 一方面 為了產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要 鋅合金沖壓模具 聚氨酯橡 皮沖壓模具 薄板沖壓模具 鋼帶沖壓模具 組合沖壓模具等各種簡(jiǎn)易沖壓模具及其 制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展 性能練好的沖壓設(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(dòng)化的壓力機(jī)與之匹配 為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需 要 目前沖壓設(shè)備由單工位 單功能 低速朝著多工位 多功能 高速和數(shù)控方面發(fā) 展 加之機(jī)械手乃至機(jī)器人的大量使用 使沖壓生產(chǎn)效率得到了大幅度提高 沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)生產(chǎn)條件的有效措施 由于冷沖 壓操作簡(jiǎn)單 坯料和工序形狀比較規(guī)則 一致性好 因此 容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化 沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化包括 原材料的運(yùn)輸 沖壓工藝過(guò)程及檢測(cè) 沖模的更換與原裝 廢料處理等各個(gè)環(huán)節(jié) 但最基本的是壓力機(jī)自動(dòng)化和沖壓模具自動(dòng)化 適用于各種條 件下自動(dòng)操作的通用裝置和檢測(cè)裝置有 帶料 條料或工序件的自動(dòng)送料裝置 自動(dòng) 出件及理件裝置 送料位置和加工檢測(cè)裝置 安全保護(hù)裝置等 都是實(shí)現(xiàn)普通壓力機(jī) 和沖壓模具自動(dòng)化的基本裝置 1 1 沖壓模具市場(chǎng)情況 目前 我國(guó)沖壓模具在數(shù)量 質(zhì)量 技術(shù)和能力等方面都有了很大的發(fā)展 但與 國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比 差距仍很大 一些大型 精密 復(fù)雜 長(zhǎng)壽命的 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 高檔模具每年仍大量進(jìn)口 特別是中高檔轎車(chē)覆蓋件模具 超大規(guī)模集成電路及精密 電子產(chǎn)品的模具還主要依靠進(jìn)口 為汽車(chē)零部件配套的大型多工位級(jí)進(jìn)模剛起步不久 板料熱沖壓成型及其模具技術(shù)在國(guó)內(nèi)剛起步 基本上還是空白 模具生產(chǎn)技術(shù)水平已 成為影響我國(guó)汽車(chē)和高檔電子產(chǎn)品自主創(chuàng)新能力提高的重要因素 而一些低檔次的簡(jiǎn) 單模具 已趨供過(guò)于求 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈 2006 2010 年 我國(guó)沖壓鈑金行業(yè)產(chǎn)值由 4500 億增至 8600 億元 年耗薄鋼板 帶 材由 0 7 億 t 增至 1 2 億 t 年新購(gòu)設(shè)備費(fèi)用由 200 億元增至 350 億元 年薪購(gòu)模具費(fèi) 用由 300 億元增至 500 億元 2010 年沖壓鈑金企業(yè) 或車(chē)間 4 萬(wàn)多家 80 以上的 沖壓鈑金企業(yè)年產(chǎn)值在 1000 萬(wàn)元以下 從業(yè)人員 350 多萬(wàn)人 1 2 沖壓成形工藝與理論研究 近年來(lái) 沖壓成形工藝有很多新的進(jìn)展 精密成形 電磁成形 液壓成形 超塑 性成形 軟模成形 管內(nèi)高壓成形 熱成形 無(wú)模多點(diǎn)成形等新工藝的應(yīng)用不斷成熟 這些新工藝具有精密 柔性 快速 復(fù)合 信息化等特點(diǎn) 無(wú)模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以 CAD CAM CAE 技術(shù)為主要手段 能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形 1 3 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 近年來(lái) 我國(guó)沖壓模具水平有很大的提高 其中精密 高效 長(zhǎng)壽命的多工位及 多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車(chē)覆蓋件模代表了現(xiàn)代沖壓模具的技術(shù)水平 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(jì)算機(jī)信息技術(shù) 信息技術(shù) 自動(dòng)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 交合 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 慢走絲線切割加工 精密磨削及拋光 數(shù)控測(cè)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 而且與傳統(tǒng)切削加工相比 具有溫升低 切削力小的特點(diǎn) 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(shí)現(xiàn)硬材料 60HRC 加 工 電火花銑削加工是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工 因此不再 需要制造昂貴的成形電極 慢走絲切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高 功能也相當(dāng)完善 自動(dòng)化技術(shù)已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度 目前切割速度已達(dá)到 300 平方毫米每分鐘 精度磨削及拋光拋光技術(shù)已開(kāi)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(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù) 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 3 2 直臂深圓筒拉深模具的設(shè)計(jì)思路 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 拉深是沖壓基本工序之一 它是利用拉深模在壓力機(jī)作用下 將平板坯料或空心 工序件制成開(kāi)口空心零件的加工方法 它不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件 還可以加工盒形 零件及其他形狀復(fù)雜的薄壁零件 但是 加工出來(lái)的制件的精度都很底 一般情況下 拉深件的尺寸精度應(yīng)在 IT13 級(jí)以下 不宜高于 IT11 級(jí) 只有加強(qiáng)拉深變形基礎(chǔ)理論的研究 才能提供更加準(zhǔn)確 實(shí)用 方便的計(jì)算方法 才能正確地確定拉深工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸 解決拉深變形中出 現(xiàn)的各種實(shí)際問(wèn)題 從而 進(jìn)一步提高制件質(zhì)量 直壁圓筒件是最典型的拉深件 其工作過(guò)程很簡(jiǎn)單就一個(gè)拉深 在工藝性分析和 毛柸尺寸的計(jì)算后根據(jù)計(jì)算確定它不能一次拉深成功 由此知需要多次拉深 在最后的 一次拉深中由于制件的高度太高 根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架 判斷此次拉深 不能采用標(biāo)準(zhǔn)的模架 最后選用適合的壓力機(jī)和其他的設(shè)備 設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤 差 應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度 3 筒形件拉深設(shè)計(jì) 零件名稱(chēng) 直臂筒形件 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 5 生產(chǎn)批量 大批量生產(chǎn) 材料 鋁 料厚 1mm 拉深件的零件圖 如下圖所示 圖 1 圓筒件 4 沖壓件的工藝性分析 該沖壓件為不帶凸緣的直臂筒形件 要求零件尺寸標(biāo)注在外形 料厚 t 1mm 且 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 沒(méi)有厚度不變的要求 該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 對(duì)稱(chēng)底部圓角半徑 r3 4mm t 滿足拉深工 藝對(duì)形狀和圓角半徑的要求 拉深件的制造精度包括直徑方向的精度和高度方向的精度兩個(gè)方面 一般情況下 拉深件的尺寸精度應(yīng)在 IT13 級(jí)以下 不宜高于 IT11 級(jí) 由于該零件標(biāo)注尺寸未注公 差 即其尺寸為自由公差 所以拉深工藝能滿足工件的公差等級(jí)要求 由以上分析可 取直臂筒形件的尺寸精度等級(jí)為 IT14 級(jí) 零件所用材料鋁的拉深性能較好 易于拉深 成形 綜上所述 該工件的拉深工藝性較好 可用拉深工藝加工 工件的拉深次數(shù)及其 有關(guān)尺寸可有下列各工序計(jì)算來(lái)確定 因材料的料厚 t 1mm 1mm 故按板厚中線尺寸計(jì)算 5 沖壓件的工藝計(jì)算 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 7 5 1 確定俢邊余量 由拉深件的零件圖可得 d 30 1 mm 29mm h 75mm 由無(wú)凸緣筒形件的拉深相對(duì)高度 h d 75 29 2 5 查 中表 4 2 可得俢邊余量 5 h 5mm 則拉伸高度為 H h h 75 5 mm 80mm 5 2 計(jì)算毛抷直徑 由圖可知 r 4mm d 29mm H 80mm 筒形件毛抷直徑的計(jì)算公式為 D 代入數(shù)據(jù)得 256 07 142rdhd D 100mm 5 3 確定是否采用壓邊圈拉深 毛抷的相對(duì)厚度為 t D 100 1 100 100 1 由 中表 4 7 可知 需要采用壓邊圈 5 首次拉伸時(shí)一般采用平面壓邊裝置 再次拉深時(shí) 采用筒形壓邊圈 如圖 2 所示 一 般來(lái)說(shuō)再次拉深所需要的壓邊力較小 而提供壓邊力的彈性力卻隨著行程而增加 所 以要用限位裝置 壓邊圈的尺寸 10 65 10 75mm壓H第 三 次 拉 伸 后 制 件h a 首次拉深 b 再次拉深 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 圖 2 壓邊圈各次拉深采用形式 5 4 計(jì)算總的拉深系數(shù) 并判斷能否一次拉成 根據(jù)工件直徑 d 和毛抷直徑 D 算出總拉深系數(shù) 由總拉深系數(shù)的計(jì)算公式 d D 總m 代入數(shù)據(jù) 29 100 0 29總m 由上述計(jì)算可知 t D 100 1 查 中表 4 9 可得 m1 0 54 因此 5 29 100 0 29 0 54 所以該工件不能一次拉出 則需要多次拉深 總 5 5 確定拉深次數(shù) n 根據(jù)毛抷的相對(duì)厚度 t D 100 2 04 查 中表 4 11 可得各次拉深極限拉深系數(shù) 5 m1 0 54 m2 0 77 m3 0 79 m4 0 81 根據(jù)公式得各次拉深時(shí)半成品的直徑為 d1 m1 D 0 54 100 54mm d2 m2 d1 0 77 54 41 58mm d3 m3 d2 0 79 41 58 32 85mm d4 m4 d3 0 81 32 85 26 61mm 5 6 工藝方案的確定 該工件的拉深次數(shù)與工序尺寸的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表 表 1 拉深次數(shù)與各次拉深工序件尺寸 mm 拉深次數(shù) n 筒體直徑 工序件高度 圓角直徑 1 55 35 31 8 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 9 2 43 49 62 5 3 35 64 59 4 4 29 80 89 4 根據(jù)以上計(jì)算及對(duì)零件工藝性的分析可知 有三種方案可以成形直臂筒形件 具 體方案如下 方案一 落料 首次拉深 第二次拉深 第三次拉深 第四次拉深 切邊 方案二 落料與首次拉深復(fù)合 第二次拉深 第三次拉深 第四次拉深 切邊 方案三 落料 正反拉深 方案一 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 壓力機(jī)噸位可較小 但生產(chǎn)率低 需要六道工序 此方 案適應(yīng)于生產(chǎn)批量不大場(chǎng)合 方案二 復(fù)合工序模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 且壓力機(jī)要求噸味較大 生產(chǎn)率比方案一高 適應(yīng)于生產(chǎn)批量較大的場(chǎng)合 方案三 正反拉深模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 況且這時(shí)需要采用雙動(dòng)壓力機(jī) 生產(chǎn)率高 適 應(yīng)于生產(chǎn)批量大且有雙動(dòng)壓力機(jī)的場(chǎng)合 通過(guò)對(duì)上述三種方案的比較 前面的計(jì)算結(jié)果及零件的生產(chǎn)批量等可知 該零件 需要落料 制成 100的坯料經(jīng)過(guò)多次拉深和切邊達(dá)到零件的要求的高度 75mm 工六 道工序 由于首次拉深的高度不是太高 首次拉深后的直徑與坯料的直徑相比較 可 知落料可以和首次拉深復(fù)合 此時(shí)可以提高生產(chǎn)效率 節(jié)約成本 綜合考慮選用方案 二比較合理 直臂筒形件的工藝方案為 方案二 落料與首次拉深復(fù)合 第二次拉深 第三次拉深 第四次拉深 切邊 因 d4 26 61mm 29mm 所以應(yīng)該用四次拉深成形 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 5 7 半成品尺寸的確定 計(jì)算各次拉深后的直徑 5 7 1 工序件的直徑 nd 根據(jù) 和 對(duì)拉深系數(shù)進(jìn)行調(diào)整后得 1m 2 nm 12 n總m m1 0 55 m2 0 78 m3 0 80 m4 0 82 則各次拉深后工序件的直徑為 d1 m1 D 0 55 100 55mm d2 m2 d1 0 78 55 42 9 mm 調(diào)整后為 43mm d3 m3 d2 0 80 43 34 4mm 調(diào)整后為 35mm d4 m4 d3 0 82 35 28 7mm 調(diào)整后為 29mm 因?yàn)?d4 29mm 29mm 所以最終是 4 次拉深成形 選定 d4 為工件的直徑 5 7 2 確定各次拉深凸凹模的圓角半徑 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 0 8 0 6 1 可求得各工序件筒底處的圓角半凹r D d1 t凸r凹r 徑 第一次拉深的凹模的圓角半徑 0 8 6 74mm 1r凹 100 29 1 則第一次拉深的工件的圓角半徑 r1 t 2 6 74 1 2 7 24 取 r1 8mm 并取 凹 1r凹 則 r1 r2 8mm 根據(jù)工件圓角重新調(diào)整凸 凹模的圓角半徑 取為 8 2r凸 凹 凸 1 2 mm 7 5 第二次拉深的凸凹模的圓角半徑 0 6 7 5 4 5mm r 凸 2 2r凹 則第二次拉深的工件的圓角半徑 4 5 1 2 5mm 同理 第三次拉深的凸凹模的圓角半徑 3 5mm 工件 r3 4mm3r凹 凸 最后一次拉深的模具的圓角半徑應(yīng)等于工件的圓角半徑 4mm4凸 所以各次拉深工序件底部圓角半徑取以下數(shù)值 4r凹 8mm 5mm 4mm 4mm1r2r3r4r 5 8 計(jì)算各次拉深半成品高度 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 11 查 根據(jù)式 D d d 1 72r 0 57 r d 4 得 5nH2nnn2 100 55 55 1 72 8 0 57 8 55 4 35 31mm1h 100 43 43 1 72 5 0 57 5 43 4 49 62mm2 2 100 35 35 1 72 4 0 57 4 35 4 64 46mm 3 100 29 29 1 72 4 0 57 4 29 4 80 76mm 4h2 2 5 9 繪制拉深工序圖 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 圖 3 筒形拉深件的工序圖 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 13 6 進(jìn)行必要的計(jì)算 6 1 計(jì)算壓邊力 拉深力 為了解決首次拉深過(guò)程中的起皺問(wèn)題 生產(chǎn)中的主要方法是在模具結(jié)構(gòu)上采用壓 料裝置 壓邊圈產(chǎn)生的壓邊力 FQ 大小應(yīng)當(dāng)適當(dāng) FQ 太小 防皺效果不好 FQ 太大 則會(huì) 增大傳力區(qū)危險(xiǎn)斷面上的拉應(yīng)力 從而引起材料嚴(yán)重變薄甚至拉裂 因此實(shí)際應(yīng)用中 再不起皺的情況下 盡量選用小的壓邊力 因?yàn)楸玖慵禽S對(duì)稱(chēng)零件 所以不用計(jì)算壓力中心 6 1 1 計(jì)算壓邊力 解決拉深工作中的起皺問(wèn)題的主要方法是采用防皺壓邊圈 并且壓邊力要適當(dāng) 必須指出 如果拉深的變形程度比較小 毛坯的相對(duì)厚度比較大 則不需要采用壓邊 圈 因?yàn)椴粫?huì)產(chǎn)生起皺 壓邊圈對(duì)拉深坯料的變形區(qū)施加的壓邊力 F 壓 是為了防止毛坯起皺 保證拉深過(guò)程 順利進(jìn)行而施加的力 它的大小對(duì)拉深影響很大 壓邊力太小時(shí) 防皺效果不好 造 成拉深件筒壁質(zhì)量差 壓邊力太大時(shí) 則會(huì)增加危險(xiǎn)斷面處的拉應(yīng)力 引起拉深件拉 裂破壞或嚴(yán)重變薄超差 生產(chǎn)中 壓邊力的大小不是唯一的 它有一定的調(diào)節(jié)范圍 其范圍在最大壓邊力 F 壓 max 和最小壓邊力 F 壓 min 之間 可以看出 壓邊力的調(diào)節(jié)范圍與拉深系數(shù)有一定的 關(guān)系 拉深系數(shù)減小 壓邊力的變動(dòng)范圍就減小 這對(duì)拉深工作是不利的 因?yàn)楫?dāng)壓 邊力稍大些時(shí) 會(huì)產(chǎn)生破裂 壓邊力稍小些時(shí) 會(huì)產(chǎn)生起皺 即拉深的工藝穩(wěn)定性不 好 相反 拉深系數(shù)增大 壓邊力課調(diào)節(jié)范圍增大 工藝穩(wěn)定性好 在模具設(shè)計(jì)時(shí) 通常是使壓邊力 F 壓 稍大于防皺作用所需色最低值 即在保證毛坯 凸緣變形區(qū)不起皺的前提下 盡量選用小的壓邊力 并按下列公式經(jīng)行計(jì)算 總壓邊力 AP壓 筒形件第一次拉伸時(shí) D2 d 2r 凹 2 P 4 壓F 式中 A 壓邊圈下坯料的投影面積 mm 2 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 P 單位壓邊力 Mpa 可按表 4 8 選用 d1 d2 d n 第一次及以后各次工件的直徑 mm 各次拉伸凹模圓角半徑 mm 凹 凹 凹 3r凹 由于工件的材料為鋁 查 表 4 8 得 p 3N 5 代入數(shù)據(jù)得 3 14 1002 55 2 8 2 3 4 11679N1F壓 機(jī) 3 14 552 432 3 4 2769N2壓 機(jī) 3 14 432 352 3 4 1470N3壓 機(jī) 3 14 352 292 3 4 904N4F壓 機(jī) 壓邊裝置彈性壓邊裝置 這種裝置多用于普通沖床 通常有三種結(jié)構(gòu)形式 橡皮壓 邊裝置 彈簧壓邊裝置 氣墊式壓邊裝置 另外氮?dú)鈴椈杉夹g(shù)也逐漸在模具中使用 隨著拉深深度的增加 需要壓邊的凸緣不斷減少 故需要的壓邊力也就逐漸減小 橡皮及彈簧壓邊裝置的壓邊力恰好與需要的壓邊力相反 隨拉深深度的增加 從而導(dǎo) 致零件斷裂 因此 橡皮及彈簧結(jié)構(gòu)通常只用于淺拉深 但是 這兩種壓邊裝置結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 在中小型壓力機(jī)上使用較為方便 只要正確地選擇彈簧的規(guī)格和橡膠的牌號(hào)及 尺寸 能減少它的不利影響 彈簧應(yīng)選用總壓縮量大 壓力隨壓縮量增加比較緩慢的 規(guī)格 橡皮應(yīng)選用軟橡膠 并應(yīng)保證相對(duì)壓縮量不過(guò)大 橡皮的壓邊力隨壓縮量增加 很快 因此 橡皮的總厚度應(yīng)選大些 建議橡皮總厚度不小于拉深工作行程的五倍 氣墊式壓邊裝置的壓邊效果較好 壓邊力基本上不隨工作行程而變化 但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜 制造 使用及維修都比較困難 剛性壓邊裝置 這種結(jié)構(gòu)用于雙動(dòng)壓力機(jī) 凸模裝在壓力機(jī)的內(nèi)滑塊上 壓邊裝 置裝在外滑塊上 在拉伸過(guò)程中 外滑塊保持不動(dòng) 所以其剛性壓邊力不隨行程變化 拉深效果好 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 尺寸精度要求不高 所以壓邊裝置選用彈簧壓邊裝置 6 1 2 計(jì)算拉深力 圓筒形工件可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算拉深力 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 15 采用壓邊圈拉深時(shí) 第一次拉深 F d 1t bk1 第二次以后 Fn d nt bkn n 2 3 i 式中 F 拉伸力 b 材料的抗拉強(qiáng)度 本例中為 440Mpa t 材料厚度 mm D 毛坯直徑 mm d1 d n 各次拉伸后的后續(xù)件中徑 mm k1 k 2 修正系數(shù) 由表 4 6 查出修正系數(shù) 5 m1 d1 D 551 100 0 55 k 1 00 m2 d2 d1 43 55 0 78 k 0 82 m3 d3 d2 35 43 0 82 k 0 76 m4 d4 d3 29 35 0 83 k 0 74 查 得 鋁的抗拉強(qiáng)度 b 440MPa 3 則各次拉伸力為 F1 1 3 14 55 1 440 N 75988N F2 0 82 3 14 43 1 440 N 48715 22N F3 0 76 3 14 35 1 440 N 36750 56N F4 0 74 3 14 29 1 440 N 29649 14N 6 1 3 計(jì)算公稱(chēng)壓力 根據(jù) 查有公式 1 6 1 8 5壓 機(jī)F總F 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 可取 1 7 總F拉 壓 壓 機(jī)F拉 壓F 代入各次的壓邊力與拉深力得 首次拉深需加上沖裁力 1 7 11697 75988 N 149030N1F壓 機(jī) 1 7 2769 48715 22 N 87523N2壓 機(jī) 1 7 1470 36750 56 N 64970N3壓 機(jī) 1 7 904 29649 14 N 51940N4F壓 機(jī) 6 2 模具工作部分尺寸計(jì)算 因?yàn)楸玖慵禽S對(duì)稱(chēng)零件 所以不用計(jì)算壓力中心 6 2 1 模具間隙 拉深模間隙指的是凸 凹模之間的雙面間隙 間隙的大小對(duì)拉深力 拉深件的質(zhì) 量以及模具壽命都有較大的影響 間隙小時(shí) 拉深件回彈小 側(cè)壁平直而光滑 質(zhì)量 較好 精度較高 若間隙值太小 拉深力增加 導(dǎo)致工件變薄嚴(yán)重 甚至拉裂 模具 表面間的摩擦 磨損嚴(yán)重 模具壽命降低 間隙過(guò)大時(shí) 拉深力降低 模具的壽命提 高 但毛坯容易起皺 拉深件錐度大 精度較差 因此 拉深模的間隙值應(yīng)合理 確 定拉伸模的間隙時(shí) 要考慮壓邊狀況 拉深次數(shù)和工件精度等 其原則是 既要考慮 板料本身的公差 又要考慮板料的增厚現(xiàn)象 間隙取值一般都比毛坯厚度略大一些 本模具的拉深要壓邊裝置 查 5 表 4 13 可查每次的單邊間隙值 有壓邊圈拉深時(shí)單邊間隙查 5 表 4 13 得 首次拉深時(shí)單邊間隙 Z 2 1 2t 第二 三次拉深時(shí)單邊間隙 Z 2 1 1t 第四次拉深時(shí)單邊間隙 Z 2 1 1 05 t 代入數(shù)據(jù)得 Z1 2 1 2t 1 2 1 1 2mm Z2 2 Z3 2 1 1t 1 1 1 1 1mm Z4 2 1 1 05 t 1 1 05 1 1 1 05mm 所以 各次拉深時(shí)拉深間隙為 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 17 Z1 2 4mm Z3 Z2 2 2mm Z4 2mm 6 2 2 拉深模圓角半徑 凸模 凹模的選用在制件拉深過(guò)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(huì)減低板料繞凸模的彎曲拉應(yīng)力 工件不易被拉裂 極限拉深因數(shù)會(huì)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(dòng)阻力就會(huì)小些 拉深 力也會(huì)減小 極限拉深因數(shù)也會(huì)相應(yīng)減小 但是凸 凹模的圓角半徑也不易過(guò)大 過(guò) 大的圓角半徑 就會(huì)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(chǎn)生失穩(wěn)起皺 首次拉深凹模圓角半徑可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 0 80 以后各次拉深1rdt1d D 的凹模圓角半徑 可按下式確定 0 6 0 9 i 2 3 4 n ird 1 id 代入凹模圓角半徑的計(jì)算公式經(jīng)計(jì)算得 7 8mm 取 8mm1rd1r凹 0 6 0 9 4 7 7 0mm 取 5m m21d 2r凹 0 6 0 9 3 0 4 5mm 取 4mm3rd2r3凹 有經(jīng)驗(yàn)可知凸模的圓角半徑可以取與凹模圓角半徑相等 所以凸凹模圓角半徑為 8mm 5mm 4mm1r凸 凹 2r凸 凹 3r凸 凹 最后一次拉深 凸凹模的圓角半徑應(yīng)與拉深件相應(yīng)的圓角半徑一致 故取 4mm4r凸 凹 6 2 3 凸凹模工作尺寸及公差 有上述已知工件公差等級(jí)為 IT13 級(jí) 所以查 公差表得工件的尺寸公差為 1 55 mm 42 mm 34 mm 28 mm074 062 062 052 對(duì)于多次拉深 工序件尺寸無(wú)需嚴(yán)格要求 前三次拉深以凹模為基準(zhǔn) 模具的制造公 差按 IT10 級(jí)選取 對(duì)于多次拉深 工序件尺寸無(wú)需嚴(yán)格要求 所以中間各工序的凸凹模尺寸可按下 式計(jì)算 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 D凹 A 0 D Z 凸 代入數(shù)據(jù)得 56 mm 44 mm 36 mm1凹D2 0 2凹D10 3凹D10 計(jì)算出各次凸模的尺寸 54 mm 42 mm 34 mm1凸 02 2凸 01 3凸 01 第四次拉深是最后一次拉深 由于要求零件尺寸注在外形 因此 以凹模的的社 計(jì)為基準(zhǔn) 模具按 IT8 級(jí)選取公差 計(jì)算出模具的尺寸為 0 75 代入數(shù)據(jù)得4凹DmaxA 0 35 0 75 0 52 34 61 mm凹 3 03 D 凹 4 Z 34 61 2 32 61 mm4凸 0A A A 6 2 4 凸模通氣孔設(shè)計(jì) 拉深時(shí)變形材料包緊在凸模上 取件時(shí)零件與凸模會(huì)形成真空狀態(tài) 如果無(wú)通氣 孔 取件困難 甚至使零件變形 為了取件方便設(shè)置通氣孔 其尺寸由相關(guān)資料可查 得 5mm 所有拉深凸模的通氣孔尺寸均為 5mm 7 模具的總體設(shè)計(jì) 四次拉深模具都是在單動(dòng)壓力機(jī)上拉深 采用標(biāo)準(zhǔn)中間模架 第四次拉深模具是 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 19 在單動(dòng)壓力機(jī)上采用單工序拉深模拉深 上模部分主要有上模座 凹模等零件組成 下模部分主要有凸模 凸模固定板 下模座等組成 壓邊圈是通過(guò)頂件桿由氣墊來(lái)壓 邊的 氣墊的壓邊提供的壓邊力恒定 是較為理想的彈性壓邊裝置 由限位圈來(lái)防止 壓邊圈被頂出 盡量減小壓邊面積 以增大單位壓邊力 模具為倒裝結(jié)構(gòu) 由推桿推 出工件 工作過(guò)程 模具在工作時(shí) 將前一道工序拉深后所得的半成品毛坯套在壓邊圈上 壓邊圈的形狀必須與上一次拉出的半成品毛抷形狀一致 凹模裝在上模 凸模裝在下 模 上模下行 首先將半成品坯件壓住 然后將坯件和壓邊圈同時(shí)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(nèi) 使坯料在凸 凹模作用下 產(chǎn)生 塑性變形而制成所要求的零件 當(dāng)凹模隨上模回升時(shí) 零件制品在推桿及推件板的作用下 將其從凹模內(nèi)推出 而壓邊圈在緩沖器系統(tǒng)作用下又回到原位 準(zhǔn)備下一次拉深 8 模具主要零部件的設(shè)計(jì) 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 8 1 拉深凸模與凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 拉深凹模對(duì)拉深過(guò)程的影響比凸模大得多 結(jié)構(gòu)形式也較多 就對(duì)拉深過(guò)程的影 響而言 可將拉深凹模分為普通直壁凹模和錐形凹模兩大類(lèi) 8 1 1 拉深凹模結(jié)構(gòu) 普通直壁凹模這種模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 有圓弧直接過(guò)度到直壁工作帶 首次拉深 與再拉深 有無(wú)壓邊圈均可采用 但出件方式不同時(shí)結(jié)構(gòu)上也有所不同 為了減小摩 擦 凹模工作帶高度 h 不應(yīng)太大 普通拉深可取 h 8 12mm 精密拉深 要求拉深件直 徑尺寸精度 凸模與凹模之間的間隙取得較小 可取 h 6 10mm 錐形凹模是在直壁凹模的基礎(chǔ)上加一段錐形過(guò)度段稱(chēng)為錐形凹模 采用錐形凹模 拉深有兩方面的優(yōu)點(diǎn) 一凹模圓角半徑處的包角均小于 90 可減小拉深時(shí)板料在凹模 圓角處的折彎與摩擦阻力 從而可降低筒壁處所受到的拉應(yīng)力 二毛抷首先在錐形過(guò) 度段預(yù)成形 如同增加了一次拉深 待正式拉人凹模的直壁段時(shí) 在切向所需的壓縮 量已大為減小 因而起皺的危險(xiǎn)也就減小了 錐形凹模一般不用于不壓邊的首次拉深 其要求相對(duì)料厚較大 由于該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 尺寸精度要求不高 所以采用直壁凹模結(jié)構(gòu) 凹模采用螺 釘和銷(xiāo)釘定位 同時(shí)要保證螺釘 或沉孔 間 螺孔與銷(xiāo)孔間及螺孔 銷(xiāo)孔與凹模刃 壁間的距離不能太近 否則會(huì)降低模具壽命 凹模外形采用圓形結(jié)構(gòu) 材料選擇 T10 鋼 熱處理硬度為 58 62HRC 技術(shù)條件按 JB T7653 1994 的規(guī)定處理 根據(jù)制件的 高度由經(jīng)驗(yàn)得拉深凹模的 高度為 15 80 15 95mm凹H制 件h 直徑為 35 40 2 115mm凹D 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 21 95R42530 0 80 43 M1 A0 8 圖 4 凹模 8 1 2 拉深凸模結(jié)構(gòu) 拉深凸模結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 為了卸料方便 拉深凸模上需鉆一通氣孔 受鉆頭長(zhǎng)度 限制 一般很難從凸模工作端鉆通至固定端 這時(shí)可自工作端先鉆一通孔 再?gòu)耐鼓?側(cè)壁鉆孔與之相通 側(cè)孔中心線到凸模的距離側(cè)孔中心線到凸模的距離只要稍大于拉 深工件的高度就可達(dá)到通氣的目的 由于該零件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 所以凸模選擇臺(tái)階式凸模 凸模與固定板采用裝好后磨 平 凸模與固定板配合部分按過(guò)渡配合 H7 m6 或 H7 n6 凸模材料選擇 Cr12 硬度 為 56 60HRC 尾部回火硬度為 40 50HRC 技術(shù)條件按 JB T7653 1994 的規(guī)定處 理 凸模的高度 凸H凸 模 固 定 板h制 件 安 全 高 度h壓 邊 圈 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 15 80 10 75 180mm 31518 0 R4 A45 0 4 0 4 6 0 2 圖 5 凸模 8 2 上下模座等零部件的設(shè)計(jì) 上模座 220 30 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 23 下模座 220 35 凸模固定板 115 15 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 9 沖壓設(shè)備的選擇 為使壓力機(jī)能安全工作 取 1 6 1 8 由前面的計(jì)算結(jié)果 在滿足拉壓 機(jī)p總p 深力使用要求的前提下 初選壓力機(jī)型號(hào)如下 首次沖裁拉深時(shí) 149030N 故選 160KN 的開(kāi)式壓力機(jī) 其型號(hào)為 JH2 25 1壓 機(jī) 第二次拉深時(shí) 87523N 故選 100KN 的開(kāi)式壓力機(jī) 其型號(hào)為 2F壓 機(jī) JB23 16 第三次拉深時(shí) 64970N 故選 100KN 的開(kāi)式壓力機(jī) 其型號(hào)為 JB23 16 3F壓 機(jī) 最后一次拉深時(shí) 51940N 故選 63KN 的開(kāi)式壓力機(jī) 其型號(hào)為 JB23 6 3 4壓 機(jī) 拉深模的閉合高度時(shí)指滑塊在上止點(diǎn)時(shí)滑塊下表面到工作臺(tái)上表面的距離 故本 模具的閉合高度為 30 75 95 35 15 閉H上 模 座h壓 邊 圈 凹h下 模 座 凸 模 固 定 板 mm 260mm H 260mm 220mm 不滿足壓力機(jī)的最大閉合高度大于模具的閉合高度 所以改選 壓力機(jī)的型號(hào)為 JB23 16 型 型號(hào)為 JH2 25 的開(kāi)式可傾壓力機(jī)的最大閉合高度為 270mm 260mm 滿足閉合高度要求 JH2 25 型開(kāi)式可傾壓力機(jī)的具體參數(shù)如下 公稱(chēng)壓力 250KN 最大閉模高度 270mm 最大裝模高度 175mm 連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度 55mm 壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸 前后 左右 370mm 560mm 壓力機(jī)工作臺(tái)孔尺寸 前后 左右 直徑 370mm 560mm 260mm 模柄孔尺寸 40mm 60mm 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 25 最大傾斜角度 30 綜上分析 最后一次拉深所選用的型號(hào)為 JB23 25 的開(kāi)式可傾壓力機(jī)能夠滿足使 用要求 由于最后一拉深的工件高度高 而經(jīng)校核最后一次拉深所選的壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力 和閉合高度均符合要求 所以前三次拉深所選的壓力機(jī)也符合要求 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 10 繪制模具總裝圖 以第四次拉深模為例 選用倒裝敞開(kāi)式 即模具中不設(shè)導(dǎo)向裝置 拉深模 毛坯利用壓邊圈的外形進(jìn)行 定位 利用剛性推件裝置推件 123 4567891011213 14151617 圖 6 第四次拉深模 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 27 1 頂桿 2 凸模固定板 3 通氣孔 4 上模座 5 6 螺釘 7 推桿 8 模柄 9 推件塊 10 橫銷(xiāo) 11 銷(xiāo)釘 12 拉深凹模 13 拉深凸模 14 壓邊圈 15 螺釘 16 銷(xiāo)釘 17 下模座 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是畢業(yè)前的最后工作 通過(guò)做畢業(yè)設(shè)計(jì)我們可以總結(jié)大學(xué)三年學(xué)的所有 課程 更好的總結(jié)了專(zhuān)業(yè)所需要的各方面的知識(shí) 我們是模具設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè) 所學(xué) 的主要專(zhuān)業(yè)課程就是沖壓與塑料 主要的畫(huà)圖技能就是練習(xí)使用繪圖軟件 autoCAD 以 及 UG 通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì) 我更加掌握了這些專(zhuān)業(yè)課以及繪圖軟件 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是設(shè)計(jì)圓筒形件 深圓筒件屬于簡(jiǎn)單拉深件 分析其工藝性 并確定工藝方案 根據(jù)計(jì)算確定本制件是多次拉深成的 此外 還需要確定模具工藝零 件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸 然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖 通過(guò)在 圖書(shū)館查找數(shù)據(jù) 以及總結(jié)以往所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì) 在剛開(kāi)始的時(shí)候不知道如何下 手 通過(guò)與同學(xué)交流以及老師的幫助 很快找到了設(shè)計(jì)的思路 沖壓模具設(shè)計(jì)是很實(shí)際應(yīng)用很廣泛的模具設(shè)計(jì)方法 是理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合 通過(guò)設(shè)計(jì) 我們能更好的將書(shū)中所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中來(lái) 因此為了將來(lái)能有更好 的工作 我們必須要掌握好自己的專(zhuān)業(yè)課 并不斷的學(xué)習(xí)新的知識(shí) 讓自己能有更好 的用途 為模具的發(fā)展作貢獻(xiàn) 圓筒件沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì) 29 致謝 在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中 幫助我最大的就是老師和同學(xué) 在剛開(kāi)始的時(shí)候 老師 給了我正確的方向 確認(rèn)好方向之后 自己開(kāi)始著手 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中 通過(guò)在圖 書(shū)館查閱資料克服難題 有不會(huì)的就跟同學(xué)們一塊商量 總之 宿舍的同學(xué)給了我 不少的幫助 最后要感謝我的母校 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校的辛勤培育之恩 感謝材料工 程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境 使我學(xué)到了許多新的知識(shí) 掌握了一定的操 作技能 我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí) 生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué) 并 感激師友的教誨和幫助 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 參考文獻(xiàn) 1 寇世瑤主編 機(jī)械制圖 M 北京 高等教育出版社 2007 12 2 柯旭貴 張榮清主編 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2012 9 3 周理主編 冷沖模設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程與簡(jiǎn)明手冊(cè) M 長(zhǎng)沙 中南大學(xué)出版社 2010 4 周玲主編 沖模設(shè)計(jì)實(shí)例詳解 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 5 原紅玲主編 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 8