類圓筒形件兩次正拉深模設(shè)計【說明書+CAD+PROE】

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Described in detail the design of molding die parts including punch, die and other components, such as blank holder, the mold base, mold base, such as under the Design and Manufacture of process, and the relevant parameters for the necessary calculations. The main part of the mold design detail. Key words: matrix punch daawing dies 目 錄 1.引言...................................................................5 2.對拉深件的參數(shù)分析.....................................................6 2.1拉深件的工藝分析....................................................6 2.2拉深工藝方案的確定..................................................6 2.3旋轉(zhuǎn)體拉深毛坯尺寸的計算原則........................................7 2.4壓力中心的計算......................................................7 3.第一次拉深時模具的部分工作參數(shù)..........................................8 3.1拉深凸模尺寸的確定..................................................8 3.2凸模、凹模圓角半徑的確定............................................9 3.3凸模、凹模之間間隙的確定............................................9 3.4凸模、凹模工作部分尺寸的確定.......................................10 3.5壓邊力、拉深力的計算...............................................11 4.第二次拉深時模具的部分工作參數(shù).........................................13 4.1拉深凸模尺寸的確定.................................................13 4.2底角頂件塊高度的確定...............................................13 4.3凸模、凹模工作部分尺寸的確定.......................................15 4.4拉深力的計算.......................................................17 4.5拉深壓力機的選用...................................................17 5.模具其他零件的設(shè)計....................................................18 5.1模具的組成.........................................................18 5.2模具的特點.........................................................18 5.3彈性元件的選擇.....................................................18 5.4定位方式的選擇.....................................................18 5.5固定板的設(shè)計.......................................................18 5.6拉深模閉合高度的設(shè)計和計算.........................................19 5.7模具的固定與連接零件...............................................19 5.8拉深模在壓力機上的安裝.............................................19 5.9模具總體結(jié)構(gòu)草圖...................................................19 6.拉深工藝的輔助工序.....................................................20 6.1潤滑................................................................20 6.2熱處理..............................................................21 6.3酸洗................................................................21 7.心得與體會.............................................................22 8.參考文獻...............................................................23 1.引言 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，模具對于現(xiàn)代工業(yè)來說是十分重要的，尤其是沖壓技術(shù)的應(yīng)用。在國民經(jīng)濟各部門中，幾乎都有沖壓加工生產(chǎn)，它不僅與整個機械行業(yè)密切相關(guān)，而且與認民的生活息息相關(guān)。 沖壓工藝與沖壓設(shè)備正在不斷地發(fā)展，特別是精密沖壓。高速沖壓、多工位自動沖壓以及液壓成形、超塑性沖壓等各種沖壓工藝的迅速發(fā)展，把沖壓技術(shù)水平提高到了一個新高度新型模具材料的采用和鋼結(jié)合金、硬質(zhì)合金模具的推廣，把各種表面處理技術(shù)的發(fā)展，沖壓設(shè)備和模具結(jié)構(gòu)的改善及精度的提高，顯著的延長了模具的壽命和擴大了沖壓加工的的工藝范圍。 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)。由于在國外，特別是工業(yè)發(fā)達國家，起步早，底子厚，科研水平發(fā)達，生產(chǎn)能力強，處于成熟穩(wěn)定的發(fā)展狀態(tài)。在我國，雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到20世紀80年代后期，中國模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年，我國除了引進國外的先進技術(shù)外，自主研發(fā)與制造能力也在突飛猛進地發(fā)展，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)(個體)模具企業(yè)的發(fā)展也相當迅速。 隨著近代工業(yè)的發(fā)展，對沖壓提出了越來越高的要求，因而也促進了沖壓技術(shù)的發(fā)展。沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件，在沖模的設(shè)計和制造上，目前正朝著以下兩個方面發(fā)展：一方面，為了適應(yīng)高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命、自動化方向發(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，鋅基合金模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造工藝也得到迅速發(fā)展。 由于沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可加工復雜形狀工件等一系列優(yōu)點，在機械、汽車、輕工、國防、電機電器、家用電器，以及日常生活用品等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，占有十分重要的地位。 應(yīng)用信息技術(shù)將先進的設(shè)計理論、方法與制造技術(shù)加以系統(tǒng)的集成創(chuàng)新，是全面推動中國由模具制造大國走向模具制造強國的重要措施。實現(xiàn)模具設(shè)計、制造信息化與智能化，是21世紀中國模具制造業(yè)光榮而艱巨的任務(wù)。 本次設(shè)計的是拉深件，拉深件形狀應(yīng)盡量簡單、對稱。軸對稱零件在圓周方向上的變形是均勻的，模具加工也容易，其工藝性最好。其他形狀的拉深件，應(yīng)盡量避免急劇的輪廓變化。 2.對拉深件的參數(shù)分析 2.1拉深件的工藝分析 該工件是類圓筒型件，共進行兩次拉深。材料是08F，屬于低碳鋼，強度和硬度低，塑性和韌性好。08F也屬于沸騰鋼，成本低，用于制造沖壓件和焊接件，該工件厚度較?。?.4mm）。本次設(shè)計第一次將毛坯拉深成不帶凸緣的圓筒形件，第二次拉深成帶凸緣的圓筒形件，底部被頂件塊頂成一個小梯形槽（該工件左右對稱）。本設(shè)計工件的尺寸精度取IT13。 2.2拉深工藝方案的確定 此工件是一般的拉深件，屬于典型的圓筒形拉深。由于工件不需要落料，故只需設(shè)計拉深工序即可。 （1） 此拉深?？刹捎脙煞N方案 方案一：采用無壓邊圈的簡單拉深模 方案二：采用有壓邊圈的簡單拉深模 （2） 分析論證 壓邊圈是主要在拉深?；虺尚文Ｖ?，為了調(diào)節(jié)材料流動的阻力，防止起皺而壓緊毛坯邊緣的零件。當拉深較薄的板料時，毛坯的邊緣會出現(xiàn)輕微的起皺現(xiàn)象，故采用有壓邊圈的拉深模符合要求，選擇方案二。 （3） 壓邊圈的種類及其選擇 壓邊圈主要有兩種類型：剛性壓邊圈和彈性壓邊圈。剛性壓邊圈的適用范圍有限，而彈性壓邊圈適應(yīng)性很強，可用于落料拉深模等復合模。對于曲面形零件和大型覆蓋件的拉深，需要較大的壓邊力。多采用帶拉深筋的壓邊圈，以增加毛坯進入凹模的阻力，其防皺效果明顯。對于許多中、小型零件的拉深，壓邊圈還起卸料作用，因此，壓邊圈與凸模的間隙不能太大。根據(jù)材料厚度不同，一般壓邊圈與凸模的單面間隙在范圍內(nèi)。拉深薄材料時，間隙取小值，反之取大值。 本設(shè)計選擇使用彈性壓邊圈，材料選用45。 以下是安裝示意草圖： 2.3旋轉(zhuǎn)體拉深毛坯尺寸的計算原則 （1）以工件最后一次拉深后的尺寸為計算基礎(chǔ)； （2）按體積不變條件，對于不變薄拉深，拉深件與毛坯表面積相等； （3）當板料厚度時，按工件中線尺寸計算；當t<1mm可按內(nèi)形或外形尺寸計算； （4）計算毛坯尺寸時要加上修邊余量。 2.4壓力中心的計算 模具的壓力中心應(yīng)該通過壓力機滑塊的中心線。對于有模柄的沖模來說，須使壓力中心通過模柄的中心線，否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響工件質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。在實際生產(chǎn)中，可能出現(xiàn)沖模壓力中心在沖壓過程中發(fā)生變化的情況，或者由于沖件的形狀特殊，從模具機構(gòu)考慮，不宜于使壓力中心與模柄中心相重合的情況，這時應(yīng)注意使壓力中心的偏離不致超出所選用壓力機允許的范圍。 根據(jù)工件圖形分析可知，工件軸是對稱圖形。故壓力中心即為幾何體的重心位置，且此重心位置在對稱軸上。 選定坐標軸X軸和Y軸，將組成圖形的輪廓線劃分為若干簡單的線段，求出各線段長度和線段的重心位置，然后按以下公式計算壓力中心坐標 。 經(jīng)計算 ，。 3.第一次拉深時模具的部分工作參數(shù) 3.1拉深凸模尺寸的確定 底部有圓角的筒形件第一次拉深： 式中 —毛坯直徑（mm） —第一工序拉深的工件直徑(mm) —第一拉深工序的拉深程度（，為第一次拉深系數(shù)） 代入數(shù)據(jù)得 工件的相對厚度 工件的相對高度 查表4-4得第一次拉深無凸緣圓筒形拉深件的修邊余量 凸模直徑 考慮到毛坯有厚度，故凸模的實際高度 3.2凸模、凹模圓角半徑的確定 拉深凹模的圓角半徑可按經(jīng)驗公式確定： 式中—凹模圓角半徑（mm） —毛坯直徑(mm) —凹模內(nèi)徑(mm) —材料厚度(mm) 凹模圓角半徑也可查表4-43來確定 用后者方法查表得 拉深凸模的圓角半徑根據(jù)下述規(guī)定來?。? ① 除最后一次拉深工序外，其他所有歌詞拉深工序中，凸模圓角半徑可取與凹模圓角半徑相等或略小的數(shù)值： ② 在最后一次拉深工序中，凸模圓角半徑應(yīng)與工件的圓角半徑相等。但對于厚度小于6mm的材料，其數(shù)值不得小于；對于厚度大于6mm的材料，其厚度不得小于。 ③ 如果工件要求的圓角半徑很小，則在最后一次拉深工序以后，須進行整形。 但根據(jù)設(shè)計要求，第一次拉深后的筒形件底角半徑為6mm，故 驗證： 故模具的選擇符合要求。 3.3凸模、凹模之間間隙的確定 ① 拉深的凸模及凹模的單邊間隙： ② 間隙值應(yīng)合理選取，否則，過小會增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦傷表面，和降低模具壽命；過大，又易使拉深起皺，且影響工件精度。 ③ 在確定間隙時，須考慮到毛坯在拉深中外緣的變厚現(xiàn)象，材料厚度偏差及拉深件的精度要求。 查表4-46，有壓邊圈拉深時單邊間隙值：，由于材料厚度較薄，故單邊間隙值取大值： 3.4凸模、凹模工作部分尺寸的確定 拉深模工作部分尺寸計算公式： （尺寸標注在內(nèi)徑的拉深件） （尺寸標注在內(nèi)徑的拉深件） 上式中—凹模尺寸 —凸模尺寸 —拉深件內(nèi)形的基本尺寸 —凸、凹模的單邊間隙 —凹模的制造公差 —凸模的制造公差 查表4-48， ， 查表公差配合、形狀與位置、公差和表面粗糙度，尺寸精度為IT13，d=158mm時， 首次拉深后的工件圖： 3.5壓邊力、拉深力的計算 壓邊圈的壓力必須適當，如果過大，就要增加拉深力，因而會使工件拉裂，而壓邊圈的壓力過低就會使工件的邊壁或凸緣起皺。 筒形件第一次拉深(用平毛坯)壓邊力的計算公式： 式中—單位壓邊力 —平毛坯直徑 —拉深件直徑 —凹模圓角半徑 查表4-53，在雙動壓床上拉深時單位壓邊力的數(shù)值取3/MPa。 拉深力的計算：在確定拉深件所需的壓力機噸位時，必須先求得拉深力。如果給定了毛坯的材質(zhì)，直徑D和板料厚度t，拉深模的直徑d以及凹模的圓角半徑，等則在拉深圓筒件時，其最大拉深力可以按下式計算： 式中 —拉深力（N） —材料的抗拉強度（Mpa） —材料的屈服極限（Mpa） —拉深凹模直徑（mm） 查表得08F得，。 代入得 查表4-54帶寬凸緣的筒形零件的拉深力 式中—拉深力（N） —筒形件的工序直徑，根據(jù)料厚中線計算（mm） —材料厚度（mm） —寬凸緣筒形件拉深時的系數(shù)值 —材料的抗拉強度（MPa） 查表4-57得取0.95 拉深力 4.第二次拉深時模具的部分工作參數(shù) 4.1拉深凸模尺寸的確定 凸緣的相對直徑 查表有凸緣圓筒形拉深件的修邊余量 凹模、凸模圓角半徑的確定：由于第二次拉深后工件的凸緣半徑為3，故凹模的圓角半徑；底角圓角半徑為12，故凸模的圓角半徑。 凸模直徑 考慮到毛坯有厚度，故凸模的實際高度 4.2底角頂件塊高度的確定 計算法：旋轉(zhuǎn)體零件的毛坯應(yīng)該是圓形的，其直徑按面積相等的原則計算。在進行計算時，首先應(yīng)將零件劃分成若干個便于計算的部分，分別求出各部分的面積并相加，即可得到零件的總面積。然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)體零件的總面積，計算出圓形毛坯的的直徑。 用公式表達： 式中—拉深件的總面積（含修邊余量） —拉深件的毛坯直徑 —拉深件各組成部分的面積 對工件的分析：由于該工件的毛坯直徑已知，把拉深件分成4部分，根據(jù)上述公式可以求得 代入各部分尺寸和： 求得： 取 則頂件塊的高度 4.3凸模、凹模工作部分尺寸的確定 拉深的凸模及凹模的單邊間隙： 不用壓邊圈時（末次拉深取最小值，中間拉深取最大值） 式中—材料厚度的最大極限尺寸， 查表得 由于本次拉深是最后一次拉深，故取最小的系數(shù)1，則單邊間隙 拉深模工作部分尺寸計算公式： （尺寸標注在內(nèi)徑的拉深件） （尺寸標注在內(nèi)徑的拉深件） 查表公差配合、形狀與位置、公差和表面粗糙度，尺寸精度為IT13，d=120mm時， 查表4-48， ， 第二次拉深后的工件圖： 4.4拉深力的計算 由于第二次拉深沒有使用壓邊圈，故壓邊力 不用壓邊圈拉深圓筒形零件所需的拉深力： ①首次拉深： ②以后各次拉深： 式中—拉深力（N） —毛坯厚度（mm） —材料抗拉強度（MPa） 拉深力 4.5拉深壓力機的選用 拉深工序的工作行程較長。對于曲柄壓力機來說，不管工作行程有多長，拉深力都必須處于壓力機滑塊的許用符合曲線之內(nèi)。對于拉深較淺的零件，一般情況下只要實際拉深力不超過壓力機的公稱壓力即可。對于工作行程較長的拉深工序，在實際生產(chǎn)中，一般按總的拉深力小于或等于壓力機公稱壓力的50%—60%來選用。 拉深較淺零件，對壓邊要求不高時，一般可選用通用型曲柄壓力機。在模具設(shè)計時采用彈性壓邊裝置。對于拉深零件較深，壓邊要求較高或大型零件拉深時，應(yīng)選用專用的雙動拉深壓力機或帶氣墊的單動曲柄壓力機。 本設(shè)計要求壓邊較高，拉深較深，故采用雙動壓力機。 對于雙動壓床， 式中，—內(nèi)滑塊公稱壓力 —外滑塊公稱壓力 —拉深力 —壓邊力 工藝總壓力 根據(jù)拉深力的計算選用壓力機型號為J23-40。 5.模具其他零件的設(shè)計 5.1模具的組成 上模主要有上模座、凸模1、凹模1、壓邊圈、定位板等組成；下模主要由凹模2、凸模2、頂件塊、下模座等零件組成。 5.2模具的特點 該模具結(jié)構(gòu)簡單，在壓力機上安裝、調(diào)整方便。壓邊圈在第一次拉深時候?qū)寄⑴c毛坯夾緊，很好的調(diào)節(jié)了材料流動的阻力，防止了材料的起皺，使工件底部保持平整，有效的防止了工件的滑移。 5.3彈性元件的選擇 本設(shè)計采用圓柱形螺旋彈簧，選用彈簧的直徑為40mm，彈簧的直徑為6mm，彈簧的自由長度為110mm，彈簧的序列號為65號，材料選用65Mn。 5.4定位方式的選擇 為了保證模具正常工作和拉深出合格的零件，必須保證坯料或工件對模具處于正確的相對位置，所以必須定位。 本設(shè)計采用毛坯外形定位。 5.5固定板的設(shè)計 對于小型的凹、凸模零件，一般通過固定板固定在模座上，為使凹（凸）模固定牢靠并有良好的垂直度，應(yīng)使固定板有足夠的厚度。 凸模固定板厚度: 凹模固定板厚度: 如果凹（凸）模端面上的單位壓力大于模板材料的許用抗壓應(yīng)力，應(yīng)采用墊板減低模板承受的單位壓力。 本設(shè)計選用的材料為Q235。 5.6拉深模閉合高度的設(shè)計和計算 拉深模閉合高度是指沖床運行到下死點時到模具工作狀態(tài)的高度。 經(jīng)計算，模具閉合高度。 5.7模具的固定與連接零件 采用固定板將凹模和凸模固定在模座上，固定板與凹模凸模之間采用階梯固定的形式。固定板與上模座之間采用圓柱銷和內(nèi)六角螺釘來連接和定位，螺釘?shù)某叽绾蛨A柱銷的尺寸根據(jù)被連接的兩部分零件厚度來確定。本設(shè)計除特殊說明外都使用M8的開槽圓柱頭螺釘緊固，采用直徑為10mm的圓柱銷定位。 5.8拉深模在壓力機上的安裝 根據(jù)拉深模的閉合高度，下模座的平面尺寸及所選壓力機的額定壓力，確定要安裝的設(shè)備，模具安裝時，先安裝上模，把上模固定好，根據(jù)上模的安裝位置，調(diào)整下模與上模的間隙，間隙調(diào)整好后，把下模預緊，經(jīng)沖床空運行無問題，停機后，把下模緊固好，再進行試模。 5.9模具總體結(jié)構(gòu)草圖 本模具裝在雙動壓力機上，一次行程中完成兩次正拉深。毛坯放在定位板中，下工作臺攜同下模一起上升到壓邊圈處，將毛坯夾緊，下工作臺繼續(xù)上升，凸模1進入凹模1內(nèi)進行首次拉深。首次拉深完后，內(nèi)滑塊帶動凸模2下行，進入凹模2內(nèi)，完成第二次拉深。拉深完畢，內(nèi)滑塊上行，下工作臺下降，由頂件塊將工件從凹模2中頂出。 模具總體結(jié)構(gòu)草圖： 6. 拉深工藝的輔助工序 6.1潤滑 由于材料與模具接觸面上總是有摩擦力存在，沖壓過程中產(chǎn)生的摩擦對于板料成形不總是有害的，也有有益的一面。例如圓筒形零件在拉深時，壓料圈和凹模與板料間的摩擦力Ｆ1、凹模圓角與板料的摩擦力Ｆ2、凹模側(cè)壁與板料間的摩擦力Ｆ3等將增大筒壁傳力區(qū)的拉應(yīng)力，并且會刮傷模具和零件的表面，因而對拉深成形不利，應(yīng)盡量減小；而凸模側(cè)壁和圓角與板料之間的摩擦力Ｆ４和Ｆ5會阻止板料在危險斷面處的變薄，因而對拉深成形是有益的，不應(yīng)減小。 在拉深成形中，需要摩擦力小的部位，除模具表面粗糙度應(yīng)該小外，還必須潤滑，以降低摩擦系數(shù)，減小拉應(yīng)力，提高極限變形程度；而摩擦力對拉深成形是有益的部位，可不潤滑，模具表面粗糙度不宜很小。 6.2熱處理 ? 為消除加工硬化而進行的熱處理方法，對于一般金屬材料是退火，對于奧氏體不銹鋼、耐熱鋼則是淬火。 ? 若需要中間熱處理或最后消除應(yīng)力的熱處理，應(yīng)盡量及時進行，以免長期存放造成沖件變形或開裂。 酸洗是為了去除熱處理工序件的表面氧化皮及其它污物而采取的工藝措施。 6.3酸洗 酸洗的方法一般是將沖件置于加熱的稀酸液中浸蝕，接著在冷水中漂洗，后在弱堿溶液中將殘留于沖件上的酸中和，最后在熱水中洗滌并經(jīng)烘干即可。 ?退火、酸洗是延長生產(chǎn)周期和增加生產(chǎn)成本、產(chǎn)生環(huán)境污染的工序，應(yīng)盡可能加以避免。 7.心得與體會 經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺，自己要學習的東西還太多。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。 很感謝學校和給我這次鍛煉的機會，我是認認真真的做完這次畢業(yè)設(shè)計的，由于水平有限，設(shè)計中的錯誤和不足在所難免，不過在設(shè)計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大的收獲，它將使我終身受益。 最后對我的導師段武茂老師和在設(shè)計中幫助過我的朋友們表示衷心的感謝！ 8.參考文獻 1 王孝培 《實用沖壓技術(shù)手冊》 北京 機械工業(yè)出版社 2 翁其金 徐新成 《沖壓工藝及沖模設(shè)計》 北京 機械工業(yè)出版社 3 于用泗 齊民 《機械工程材料》 大連 大連理工大學出版社 4 夏巨諶 李志剛 《中國模具設(shè)計大典電子版》 北京 中國機械工程學會 5 陳于萍 周兆元 《互換性與測量技術(shù)》 第二版 機械工業(yè)出版社 6 簡明冷 《簡明冷沖壓手冊》 第三版 機械工業(yè)出版社 7 楊明忠 朱家誠 《機械設(shè)計》 武漢理工大學出版社 8 曾新志 呂明 《機械設(shè)計制造基礎(chǔ)》 武漢理工大學出版社 9 譚建榮 張樹有 陸國棟 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