无凸缘筒形件的拉深模具设计

1、无凸缘筒形拉深件模具设计目 录一、概述31.模具概述32.冷冲模具工业的现状33.冷冲模具的发展方向3二、工艺方案分析及确定41.零件工艺性分析4i.材料分析4ii.结构分析4iii.一次拉深成形条件4iv.拉深件所能达到的偏差4v.变形特点的分析52.工艺方法的确定5三、零件工艺计算51.拉深工艺计算5i.确定零件修边余量5ii.确定坯料尺寸D5iii.判断是否采用压边圈6iv.确定拉深次数6v.确定各次拉深半成品尺寸6vi.拉深件工序尺寸图6vii.排样计算72.拉深压力计算与设备的选择8i.首次拉深8ii.二次拉深:8iii.压力中心的计算8iv.压力设备的选择93.拉深模工作零件设计与

2、计算9i.凸、凹模刃口尺寸计算9ii.落料拉深复合模其它工艺计算11四、模具结构的确定121.模具的形式12i.正装式特点12ii.倒装式特点122.定位装置133.卸料装置13i.条料的卸除13ii.出件装置134.导向零件135.模架13i.标准模架的选用13五、第二次拉深凹模零件图15i.拉深凹模如图5-1所示15六、第二次拉深凸模零件图15ii.拉深凸模如图5-2所示15七、模具的工作原理151.拉深的变形过程152.各种拉深现象16i.起皱：16ii.变形的不均匀:16iii.材料硬化不均匀16八、总结17九、参考文献18一、 概述1. 模具概述模具是高新技术产业的一个组成部分，是工

3、业生产的重要基础装备用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点，这是其他任何加工制造方法所不及的。目前，模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业，模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。2. 冷冲模具工业的现状到了21世纪随着计算机软件的发展和进步CADCAECAM技术日臻成熟，其现代模具

4、中的应用越来越广泛。目前我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，仍具有较大的差异，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具。目前仍主要依靠进口。而一些低档次的简单冲模，则已供过于求，市场竞争非常激烈。3. 冷冲模具的发展方向发展模具工业的关键是制造模具的技术、相关人才以及模具材料。模具技术的发展是模具工业发展最关键的个因素，其发展方向应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、质量好”和“价格低”的要求服务。为此，急需发展如下：1 全面推广模具CADCAMCAE技术：随着微机软件发展和

5、进步，普及CADCAMCAE技术的条件已基本成熟，各企业需要加大CADCAM技术培训和技术服务的力度，同时进一步扩大CAE技术的应用范围。2 模具扫描及数字化系统：高速扫描机和模具扫描系统具备从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，这样可以大大缩短模具研制制造周期。3 电火花加工：电火花加工(EDM)虽然已受到高速铣削的严峻挑战，但其固有特性和独特的加工方法是高速铣削所不能完全替代的。4 优质材料及先进表面处理技术：选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。5 模具研磨抛光将自动化、智能化：模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究

6、自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，提高模具表面质量是重要的发展趋势。二、 工艺方案分析及确定1. 零件工艺性分析如图2-1所示拉深零件，材料为08F，厚度为1mm。其工艺性分析内容如下：图2-1 筒形件拉深零件图i. 材料分析此拉深模选用材料为08F08F是极软的低碳钢，强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，正火后切削加工性尚可，退火后导磁率较高，剩磁较少，但淬透性、淬硬性极低。因此，此材料具有良好的拉深成形性能。ii. 结构分析零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角半径为R3，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的结构工艺性

7、。iii. 一次拉深成形条件圆筒形拉深件一次成型条件为：H0.50.7d拉深件高度H=29mm ;拉深件中径d=30+1=31mm（0.50.7）d=(0.50.7)*31=1521mm<H该筒形件不能一次拉深成形iv. 拉深件所能达到的偏差a) 直径偏差查文献2表4.4得此零件所能达到的直径偏差是±0.25，因此 30 0+0.52满足条件。b) 高度偏差查文献2表4.5得此零件所能达到的高度偏差是±0.06，因此29±0.06满足条件。v. 变形特点的分析1）拉深时的变形区在毛坯的凸缘部分，其它部分为传力区，不参与主要变形；2）毛坯变形区在切向压应力和径

8、向拉应力作用下，产生切向压缩和径向拉长变形；3）极限变形参数主要受到毛坯传力区承载能力的限制。2. 工艺方法的确定由上面分析可知，为了保证工件的性能，该工件不能一次拉深到位，至少需经过两次拉深。而完成该工件需经过落料、拉深工序。综合实际情况，可有以下3种方案（如表格2-1所示）供选择：表2-1序号工艺方案结构特点1单工序模生产：先落料，再进行第一次拉深、第二次拉深，最后切边模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低。2复合模生产：先落料、第一次拉深复合、继而进行后续拉深，最后切边同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也难以提高

9、压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合中小批量生产。3连续模生产：落料后正、反拉深，最后切边正、反拉深模具结构比较复杂，要求工步精确，并需要采用双动力压力机，生产效率高，适合于大量而且具备双动力机的情况。根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。三、 零件工艺计算1. 拉深工艺计算零件的材料厚度为1mm，以下所有的计算以中线为准。i. 确定零件修边余量零件的相对高度，由文献1表6-2查得修边余量，故修正后拉深件的总高应为。ii. 确定坯料尺寸D由公式D=d2+4dh-1.72rd-0.56r2计算出D其中:d=31mm，h=28.5mm，r=3.5mm 则：D=6

10、8mmiii. 判断是否采用压边圈零件的相对厚度，由文献2表4-11知：该拉深工艺须可用可不用压边圈，为保险起见，第一次拉深采用压边圈。iv. 确定拉深次数 先判断能否一次拉出由文献1表6-8， ，由此可知：,故判断不能一次拉深成形。故可根据公式求得 取较大整数：v. 确定各次拉深半成品尺寸1） 调整各次拉深系数，使各次拉深后系数均大于文献1表6-6、6-7查得的相应极限拉深系数。调整后，实际选取，。所以各次拉深的直径确定为：2） 各次半成品的高度计算：取各次的r凹分别为：由公式r凹1=0.8D-d1t,r凸=(0.71)r凹,计算得：r凹1=4.4mm,r凸1=3.084.4mm，取r1=4

11、mm，r2=3.5mm则由公式可计算出各次h：h1=0.25D2d1-d1+0.43r1d1d1+0.32r1h2=0.25(D2d2-d2)+0.43r2d2(d2+0.32r2) 将所有已知数据带入可求得:h1=23.2mm, h2=31.1mm.vi. 拉深件工序尺寸图根据前面分析计算，可知本零件须两次拉深，各工序尺寸如图31所示图31各工序尺寸图vii. 排样计算零件采用单直排排样方式，查文献1表3-10得零件间的搭边值a=0.8mm，零件与条料侧边之间的搭边值a1=1.0mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的步距S=D+a=68+0.8=68.8mm，由文献1式3-2

12、6可知条料的宽度应为B=D+2a1+2+b0- 0=68+2×1+2×0.5+0.5-0.5 0=71.5-0.05 0mm其中，b0=0.5由文献1表3-12查得。故一个步距内的材料利用率为： =A/BS100=p(D/2)2/BS100 =(68/2)2 /(71.5×68.8)×100%=73.8%零件的排样图如图3-2所示：图3-2 排样图2. 拉深压力计算与设备的选择i. 首次拉深模具为落料拉深复合模，动作顺序是先落料后拉深，现分别计算落料力拉深力和压边力。F落=KLt,t=295mPa,则F落=1.3*3.14*68*1*295=81884.

13、92N=81.88kNP卸=K卸F落 式中K卸卸料系数，查参考文献1表3-8知k卸=0.0250.06，取K卸=0.04， 所以P卸=0.04*81,88=3.28kNF拉=d1tbk1,sb=295mPa，d1=38mm, 由文献1表6-11查取K1=0.965则：F拉=×38×1×295×0.965=33967.42N=33.97kNF压=4D2-d1+2r12P,其中r1=4mm,由文献1表6-13查P=2.75mPa则：F压=4682-38+2×42×2.75=5416.89N=5.42kNF拉+F压=33.97+5.42=3

14、9.39kN<F落,所以，应按照落料力的大小选用设备。F公称压力>1.61.8P=131147kN, 故F公称压力至少要131147kN为方便取件，工作行程s2.5h工件=2.5×23=57.5mm 。初选设备J23-25。 ii. 二次拉深:F拉=d2tbk2,sb=295mPa，d2=31mm, 由文献1表6-11查取K2=0.78则：F拉=×31×1×295×0.78=22397.93N=22.40kNF公称压力>1.61.8P=35.8440.32kN, 故F公称压力至少要131147kN为方便取件，工作行程s2.5h

15、工件=2.5×31=77.5mm 。初选设备JA21-35。iii. 压力中心的计算图3-3 压力中心图由于是圆形工件，如图3-3所示，所以工件的压力中心应为圆心即O(34,34)iv. 压力设备的选择1) 落料拉深复合模设备的选用根据以上计算，同时考虑拉深件的高度选取开式可倾压力机J23-25，其主要技术参数为：公称压力：250KN 滑块行程：65mm 滑块行程次数：105次/min最大装模高度：220mm 最大闭合高度：270mm连杆调节长度：55mm 工作台尺寸：370´560mm模柄孔尺寸：f40´60 mm 垫板厚度：50mm2) 第二次拉深模设备的选用

16、考虑零件的高度，选取开式固定式压力机JA23-80，以保证拉深的顺利操作，其主要技术参数如下：公称压力：350KN 最大闭合高度：280mm滑块行程：130mm 滑块行程次数：50次/min工作台尺寸：380´610mm 模柄孔尺寸：f50´70 mm 3. 拉深模工作零件设计与计算i. 凸、凹模刃口尺寸计算a) 首次拉深凸、凹模尺寸的刃口尺寸计算由上边计算可知：第一次拉深件后零件直径为f38mm，查文献34-12由公式Z2=1.1t确定拉深凸、凹模间隙值，所以间隙Z=2×1.1×1=2,2mm，则由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计基准。拉深凸模直径：

17、dp=dmin+0.4-p 0=36.3-0.020mm拉深凸模刃口尺寸如图3-5所示图3-5 拉深凸模刃口尺寸图拉深凹模直径：D凹=(dp+Z)0+凸=（36.3+2.2）0+0.03拉深凹模刃口尺寸如图3-4所示图3-4 凸凹模刃口尺寸图以上d凹、dp查文献1表3-6得知，d凹=+0.03，dp=-0.02b) 二次拉深凸、凹模尺寸刃口尺寸计算由文献3表4-12查取Z/2=1.05t=1.05mm,则2Z=2.1mm由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计基准。拉深凸模直径：dp=dmin+0.4-p 0=（30+0.4×0.52）-0.03 0=30.2-0.030mm拉深凸模刃口

18、尺寸如图3-7所示图3-7 拉深凸模刃口尺寸图拉深凹模直径D凸=(dmin+0.4+Z) 0+凸=(30.2+0.4×0.52+2.1)-0.05 0=32.2 0+0.05mm拉深凹模刃口尺寸如图3-6所示图3-6拉深凹模刃口尺寸图ii. 落料拉深复合模其它工艺计算根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用配作加工法。落料尺寸为68±0.2mm，落料凹模刃口尺寸计算如下：由文献1表3-3查取该零件冲裁凸、凹模最小间隙Zmin=0.10mm，最大间隙Zmax=0.14mm，表3-5查得磨损系数x=0.5，以凹模为基准，则：落料凹模直径D凹=(Dmax-x) 0 +4=（68.02-

19、0.5×0.4） 0+0.44=68 0+0.1mm拉深凹模刃口尺寸如图3-10所示：图3-10拉深凹模刃口尺寸图落料凸模直径d凸=f68mm落料凸模刃口尺寸如图3-11所示：图3-11 拉深凸模刃口尺寸图四、 模具结构的确定1. 模具的形式 本产品冲孔落料采用正装式复合模进行冲裁，拉深则采用倒装式拉深模具成形。i. 正装式特点 冲出的工件表面比较平直为后续加工提供条件。ii. 倒装式特点操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，此工件，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要

20、求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定二次拉深采用倒装式复合模，首次拉深用正装。 2. 定位装置 首次拉深采用固定式挡料销纵向定位，安装在凹模上，工作很方便。3. 卸料装置 i. 条料的卸除 采用弹性卸料板。因为是正装式复合模，所以卸料板安装在上模。ii. 出件装置 本模具采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。4. 导向零件 导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具

21、在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。5. 模架 若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。本设计决定采用后侧导柱模架。i. 标准模架的选用1） 落料拉深复合模零部件设计标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得凹模高度H=Kb=0.35*32=11.2mm，凹模壁厚C=（1.2-2）H=1.6×11.2=18mm所

22、以，凹模的外径为D=(32+2×18)=68mm。以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉深复合模，所以凹模高度受拉深件高度的影响必然会有所增加，其具体高度将在绘制装配图时确定。另外，为了保证凹模有足够的强度，将其外径增大到70mm。模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查文献2表15.2得模架规格为：上模座：286mm×190mm×40mm，下模座：286mm×190mm×40mm，导柱： A25mm×150mm，导套： A25mm×95mm×38mm。2） 第二次拉深模零部件设计标准模架的选用依据为凹模的外形

23、尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得凹模高度H=Kb=0.35*32=11.2mm，凹模壁厚C=（1.2-2）H=1.6×11.2=18mm所以，凹模的外径为D=(32+2×18)=68mm。以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉深复合模，所以凹模高度受拉深件高度的影响必然会有所增加，其具体高度将在绘制装配图时确定。另外，为了保证凹模有足够的强度，将其外径增大到70mm。模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查文献2表15.2得模架规格为：上模座：200mm×160mm×40mm，下模座：200mm×160mm

24、×45mm，导柱：28mm×170mm，导套：38mm×100mm×42mm。五、 第二次拉深凹模零件图i. 拉深凹模如图5-1所示 图5-1 拉深凹模零件图六、 第二次拉深凸模零件图ii. 拉深凸模如图5-2所示图5-2 拉深凸模零件图七、 模具的工作原理 1. 拉深的变形过程 拉深时压边圈先把中板毛坯压紧，凸模下行，强迫位于压边圈下的材料（凸缘部分）产生塑性变形而流进凸凹模间隙形成圆筒侧壁。 拉深材料的变形主要发生在凸缘部分，拉深变形的过程实质上是凸缘处的材料在径向拉应力和切向压应力的作用下产生塑性变形，凸缘不断收缩而转化为筒壁的过程，这种变形程度在

25、凸缘的最外缘为最大。2. 各种拉深现象 由于拉深时各部分的应力（受力情况）和变形情况不一样，使拉深工艺出现了一些特有的现象：i. 起皱： A.拉深时凸缘部分的切向压应力大到超出材料的抗失稳能力，凸缘部分材料会失稳而发生隆起现象，这种现象称起皱.起皱首先在切向压应力最大的外边沿发生,起皱严重时会引起拉断. B.起皱是拉深工艺产生废品的主要原因之一,正常的拉深工艺中是不答应的.常采用压力圈的压力压住凸缘部分材料来防止起皱. C.起皱的影响因素: a）. 相对厚度:t/D 其中t-毛坯厚度,D-毛坯直径 判定是否起皱的条件:D-d<=2Zt, d -工件直径. b). 拉深变形程度的大小 但是

26、在拉深变形过程中,切向压应力及凸缘的抗失稳能力都是随着拉深进行,切向压应力是不断增大,变形区变小,厚度相对增加,变形失稳抗力增加,两种作用的相互抵消,使凸缘最易起皱的时刻发生于拉深变形的中间阶段,即凸缘宽度大约缩至一半左右时较易发生起皱现象.ii. 变形的不均匀: 拉深时材料各部分厚度都发生变化,而且变化是不均匀的. 凸缘外边沿材料厚度变化最大,拉深件成形后,拉深件的坯口材料最厚,往里逐渐减薄,而材料底部由于磨擦作用(拉深凸模与底部材料间)阻止材料的伸长变形而使底部材料变薄较小,而底部圆角部分材料拉深中始终受凸模圆角的顶力及弯曲作用,在整个拉深中一直受到拉应力作用,造成此处变薄最大。 所以拉深中厚度变薄主要集中于底部圆角部分及圆筒侧壁部分,我们把这一变薄最严重的部位称作危险断面. 拉深过程中,圆筒侧壁起到传递凸模拉力给凸缘的作用,当传力区的径向拉应力超出材料极限,便出现拉破现象.iii. 材料硬化不均匀 拉深后材料发生塑性变形,引起材料的冷作硬化. 由于各部分变形程度不一样，冷作硬化的程度亦不一样，其中口部最大，往下硬化程度降低，拉近底部时，由于切向压缩变形较小，冷作硬化最小，材料的