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1、共 28 页 第 1 页 无凸缘圆筒形件的落料拉深复合模具设计 无凸缘圆筒形件的落料拉深复合模具设计 绪论绪论 毕业设计是为了模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、技术基础课和 专业课的基础上，所设置的一个重要环节。目的就是为了运用我们所学课程的理 论和生产实际知识，进行一次模具设计的实际训练，从而培养和提高我们独立工 作的能力。冲压模具设计通过收集资料、工艺分析、工艺计算、确定冲模的结构 设计，各个零部件的设计、绘制模具总装配图、零件图，最后完善和书写设计说 明书，终于完成整个的设计过程。 目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还有一定差距，主要原因是我 国在冲压基础理论及成形工艺、模具
2、标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等 方面与工业发达国家尚有相当大的差距。导致我国模具在寿命、效率、加工精度、 生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领 域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。在现代工业生产中，由 于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快， 冲压产品正朝着复杂化、多样化、高性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂 化、高效率、长寿命方向发展。 一、冲压成形理论及冲压工艺 加强冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法， 正确地确定冲压工艺
3、参数和模具工作部分的几何形状和尺寸，解决冲压变形中出 现的各种实际问题，进一步提高冲压件的质量。 研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、 超塑性成形工艺以及其他高效经济的成形工艺等，进一步提高冲压技术水平。 二、模具先进制造工艺及设备 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动 化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，形成先进制造技 术。模具先进制造技术主要体现如下方面： 1.高速铣削加工 普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速 铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数。高速铣削加工相对于普通铣削加 工具有高效、高
4、精度、高的表面质量、可加工高硬材料等特点。由此可见，高速 铣削加工是模具制造技术的重要发展方向。共 28 页 第 2 页 2.电火花铣削加工 电火花铣削加工是电火花加工技术的重大发展，这是一 种替代传统用成形电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣 削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、 昂贵的成形电极。 3.慢走丝线切割技术 目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功 能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。其加工工艺水平也令人称 道，最大切割速度已达到 300 2 /min,加工精度可达到1.5um，加工表面粗糙度 a 0.10.
5、2um。 4.精密磨削以抛光技术 精密磨削以抛光加工由于精度高、表面质量好、表 面粗糙度值小等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造已开始 使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等 先进设备和技术。 5.数控测量 伴随模具制造技术的进步，模具加工过程的检测手段也取得了 很大进展。三坐标测量机已在模具加工中使用，现代三坐标测量机除了能高精度 地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗震保护能力、严密 的防尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。 三、模具 CAD/CAM 技术 计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结合，
6、形成了计算机辅 助设计有计算机辅助制造（CAD/CAM）技术。 CAD/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术， 它以计算机软件的形式为用户 提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成 形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具 CAD/CAM 能显著缩短模具设计 及制造周期、降低生产成本、提高产品质量已成为人们的共识。共 28 页 第 3 页 1 工艺设计 1.1 工艺分析 该工件为无凸缘圆筒形工件，要求内形尺寸，形状简单对称，对零件的厚度 变化也没有要求。圆筒形件的毛坯为圆形板料，可以通过落料获得。工件的形状 满足拉深的工艺要求，可用落料获得的圆形板料进行拉
7、深，拉深成为内径为 72.7 7 . 0 0 + 、内圆角为 8 的无凸缘圆筒，工件总高度尺寸 29.5 可在最后 进行一道修边工序达到要求。 2 工件底部圆角半径 r=8 ，大于拉深凸模圆角半径 r 凸 =46 （见表 4-3， 首次拉深凹模的圆角半径 r 凹 =6=6 ，而 r 凸 =（0.61）r 凹 =46 ，rr 凸 ， 满足首次拉深对圆角半径的要求。尺寸72.7 7 . 0 0 + ，按公差表查的为 IT14 级， 满足拉深工序对工件公差等级的要求。 3 2 综上所述，该工件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺要求，工件的拉深工 艺性较好。该工件在满足冲压工艺性要求的前提下，采用的冲压
8、基本工序是落料、 拉深。 1.2 冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、拉深两个基本工序，根据分析，冲压该工件可以有以下三 种方案： 方案一：先落料，后拉深。采用单工序模生产。 方案二：落料拉深复合冲压。采用复合模生产。 方案三：拉深级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该工共 28 页 第 4 页 件大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率高，尽管模具结构较方案 一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需一 副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便。通过对上述方案 的分析比较，该件若能一次拉深，则
9、其冲压采用方案二为佳。 1 2 模具的设计要点 在设计模具时，由于拉深工艺的特殊要求，除了应考虑到与其他模具一样的 设计方法与步骤外，还需要考虑到如下特点： 1）拉深圆筒形件时，应考虑到料厚、材料、模具圆角半径 r 凹 、r 凸 等情况， 根据合理的拉深系数确定拉深工序。拉深工艺的计算要求有较高的准确性，从而 拉深凸模长度的确定必须满足工件拉深高度的要求，且在拉深凸模上必须有一定 尺寸要求的通气孔。 2）要分析成形件的形状，尺寸有没有超过加工极限的部分。 拉深凸模长度比较长时，选用凸模材料必须考虑热处理时的弯曲变形，同时需注 意凸模在固定板上的定位，紧固的可靠性。 3）设计落料拉深复合模时，由
10、于落料凹模的磨损比拉深凸模的磨损要来的 快，所以落料凹模上应预先加大磨损余量。普通落料凹模应高出拉深凸模约 26 。 4）因回弹、扭曲、局部变形等的缺陷所产生的弹性变形难于保证零件形状的 精度，此时应采取相应的改进措施。 5）对于形状复杂的零件，很难计算出准确的毛坯形状和尺寸。因此，在设计 模具时，往往先做拉深模，经试压确定合适的毛坯形状和尺寸再制作落料模，并 在拉深模上定形的毛坯安装定位装置，同时要预先考虑到使后面工序定位稳定的 措施。共 28 页 第 5 页 3 主要工艺参数的设计计算3 主要工艺参数的设计计算 3.1 毛坯尺寸计算 按中性层计算尺寸，h=（29.50.5）=29 ，=（7
11、2.70.351）74 。工件的相对高度29 74 0.4。根据相对高度从表 4-3 中查的 修边余量2 。 查得无凸缘圆筒形件拉深工件的毛坯尺寸计算公式为： 2 2 56 . 0 72 . 1 4 r rd dH d + 将=74 ， Hh=(292) 31 ,r(80.5) 8.5 代入上 式，即得毛坯的直径为： 2 2 5 . 8 56 . 0 74 5 . 8 72 . 1 31 74 4 74 + 116 3.2 判断拉深次数 2 工件总的拉深因数 总 74 116 0.64 。毛坯的相对厚度 1 116 0.0086。 用式 （4-33） 判断拉深是否需要压边。 因 0.045 （
12、1） 0.045 （10.64） 0.0162，而0.00860.045（1）0.0162，采用压边圈并加以合 理的压边力对拉深有利，可以减小 m。故需加压边圈。 由相对厚度可以从表 4-2 中查得首次拉深的极限拉深因数 1 0.54。 因 总 1 ，故工件只需一次拉深。 3.3 排样及相关计算 采用有废料直排的排样方式，查板材标准，宜选 7501000 的钢材，每张 钢板可剪裁为 6 张条料（125mm1000mm） ，每张条料可冲 8 个工件，故每张钢板 的材料利用率为 67.6%。共 28 页 第 6 页 3.3.1 排样的计算 1冲裁件面积的计算 A 2 D 43.14116 2 41
13、0562.96 2 2条料宽度 查得无侧压装置时条料的宽度计算公式为： BD2aC 1 查表 2.5.2 的最小搭边值0.8 ， 1 1 ；条料与导料板间隙 min 0.5 ； 1 B11620.80.5118.1 3步距 1 1161117 1 4一个步进距的材料利用率 考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，一张板料上总的材料利用率 总 为: 总 100 BS nA 1 式中,A10562.96 2 ,1, B118.1 , 117 代入式中: 总 117 1 . 118 96 . 10562 1 76 3.3.2 冲压力的计算 1落料力的计算 落料力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力,它是选用
14、压力机和设计模具的 重要依据之一. 查公式 2.6.1,确定落料力的计算公式为: FKL b 1 式中,系数，是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口的 磨损，板料的力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取 k 1.3。 b 材料抗剪强度; 查表 1.3.6,取 b 300Ma。 1 L冲裁周边长度；LD3.14421.271322.79 ，料厚 t1 。 所以，落料力为: F 落料 1.3364.241300142053.6N 2压边力的计算共 28 页 第 7 页 由表 4-15 确定压边力的计算公式为: F Y 2 (d2 r 凹 ) 2 4 式中，r 凹 r 凸
15、 8 ，116 ，74 ，由表 4-16 查得2.7 MPa 。 把各已知数据代入上式，压边力为： F Y ) 8 2 74 ( 116 4 14 . 3 2 2 + 2 2.7MPa11350N 3拉深力的计算 用式 4-35 计算拉深力： Fdtb k 拉深系数0.64，可查表 4-18 得：0.75，08 钢的强度极限b440 MPa。 将0.75，74 ，t1 ，b440 MPa 代入上式，即： F（0.753.14741440）N76700N 4冲压工艺总力 F 总 F 落料 F Y F 142053.6N11350N76700N 230103.6N 3.4 模具工作部分尺寸的计算 3.4.1 拉深模的间隙 拉深模的凸、凹模之间间隙对拉深力、零件质量、模具寿命等都有影响。间 隙小，拉深力大、模具磨损大，过小的间隙会使零件严重变薄甚至拉裂；但间隙 小， 冲件回弹小，精度高
