模具设计基础第4、5章

1、模具设计基础第2版第4章拉深工艺与拉深模具设计第5章其他冷冲压成形工艺与模具设计第4章拉深工艺与拉深模具设计第4章拉深工艺与拉深模具设计4.1拉深工艺概述4.1.1拉深的概念及分类4.1.2拉深变形过程分析4.1.3拉深工序的主要工艺问题4.2圆筒形拉深件拉深工艺4.2.1拉深件工艺性4.2.2圆筒形拉深件毛坯尺寸的计算4.2.3圆筒形拉深件的拉深系数和拉深工序尺寸计算4.2.4拉深力计算4.2.5带料级进拉深第4章拉深工艺与拉深模具设计4.3拉深模典型结构4.3.1首次拉深模4.3.2以后各次拉深模4.3.3落料拉深复合模4.4压边装置4.4.1压边装置的类型4.4.2压边圈的类型4.5拉深

2、模工作部分设计4.5.1拉深模凸、凹模圆角半径4.5.2拉深模间隙第4章拉深工艺与拉深模具设计4.5.3拉深凸、凹模工作部分尺寸4.1拉深工艺概述4.1.1拉深的概念及分类4.1.2拉深变形过程分析图4-1拉深工艺过程4.1.2拉深变形过程分析图4-2拉深网格实验4.1.2拉深变形过程分析图4-3拉深件筒壁厚度和硬度的变化4.1.3拉深工序的主要工艺问题1.平面凸缘部分的起皱2.筒壁危险断面的拉裂1.平面凸缘部分的起皱表4-1单位压边力2.筒壁危险断面的拉裂图4-4危险断面拉裂4.2圆筒形拉深件拉深工艺4.2.1拉深件工艺性1.拉深件材料2.拉深件的结构3.拉深件的精度1.拉深件材料2.拉深件

3、的结构3.拉深件的精度4.2.2圆筒形拉深件毛坯尺寸的计算1.计算准则2.计算方法1.计算准则表4-2无凸缘拉深件的切边余量(mm)表4-3带凸缘拉深件的切边余量(mm)2.计算方法(1) 查表计算法(2) 解析计算法2.计算方法表4-4圆筒形拉深件毛坯尺寸计算公式2.计算方法表4-4圆筒形拉深件毛坯尺寸计算公式2.计算方法表4-4圆筒形拉深件毛坯尺寸计算公式2.计算方法1) 画出拉深件壁厚的轮廓(包括切边余量)，如图4-5所示，并将其分解为由直线段和圆弧段构成的单元母线。表4-4圆筒形拉深件毛坯尺寸计算公式2.计算方法2) 找出每一单元的重心。3) 求出各单元母线的长度l1、l2、ln。4)

4、 求出各单元母线的长度与其重心到旋转轴的距离的乘积的代数和：5) 求出毛坯的直径：4.2.3圆筒形拉深件的拉深系数和拉深工序尺寸计算1.拉深系数2.影响极限拉深系数的因素3.极限拉深系数的确定2.表中数值适用于未经中间退火的拉深。3.凹模圆角半径较大时(rd=815t)，应取表中的较小数值；凹模圆角半径较小时(rd=48t)，应取表中的较大数值。4.无凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算5.带凸缘圆筒形拉深件的工序尺寸4.2.3圆筒形拉深件的拉深系数和拉深工序尺寸计算2.底部及凸缘的圆角半径大时(由t/D100=21.5时的R=1015t到t/D100=0.30.15时的R=15t20t)，H/

5、d取大值；底部及凸缘的圆角半径小时(R=4t8t)，H/d取小值。1.拉深系数1.拉深系数图4-7无凸缘圆筒形件的多次拉深1.拉深系数1.拉深系数2.影响极限拉深系数的因素(1) 材料的力学性能(2) 拉深条件1) 模具几何参数。2) 压边条件。3) 摩擦和润滑条件。(3) 毛坯的相对厚度(t/D)100(4) 拉深次数(5) 拉深件的几何形状3.极限拉深系数的确定表4-5圆筒形拉深件的拉深系数(用压边圈时)2.表中数值适用于未经中间退火的拉深。3.凹模圆角半径较大时(rd=815t)，应取表中的较小数值；凹模圆角半径较小时(rd=48t)，应取表中的较大数值。表4-6圆筒形拉深件的拉深系数(

6、不用压边圈时)表4-7不锈钢及高温合金的以后各次拉深系数4.无凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算(1) 拉深次数4.无凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算表4-8圆筒形拉深件拉深次数的确定(2) 半成品筒部直径(3) 各次拉深后半成品的底部圆角半径4.无凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算图4-8无凸缘4.无凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算解：(1) 由图中尺寸得(2) 确定切边余量(3) 计算毛坯直径4.无凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算(4) 确定拉深次数(5) 确定各次拉深后的半成品底部圆角半径4.无凸缘圆筒形拉深件的拉深工序尺寸计算(6) 计算各次拉深后的半成品高度5.带凸缘圆筒形拉深

7、件的工序尺寸表格5.带凸缘圆筒形拉深件的工序尺寸图4-11宽凸缘圆筒形拉深件的拉深方法5.带凸缘圆筒形拉深件的工序尺寸1) 凸缘直径应在首次拉深时确定，以后各次拉深只是将首次拉深拉入凹模的材料作重新分配。2) 带凸缘拉深件首次拉深的变形程度比拉深系数相同的无凸缘件的拉深小，因而允许取更小的拉深系数。3) 首次拉深拉入凹模的材料应比实际需要量多5%10%，多拉入的材料在以后各次拉深中逐次返回到凸缘上。5.带凸缘圆筒形拉深件的工序尺寸表4-9带凸缘圆筒形拉深件第一次拉深的最大相对高度/2.底部及凸缘的圆角半径大时(由t/D100=21.5时的R=1015t到t/D100=0.30.15时的R=15

8、t20t)，H/d取大值；底部及凸缘的圆角半径小时(R=4t8t)，H/d取小值。表4-10带凸缘圆筒形拉深件(10钢)第一次拉深的极限拉深系数解：(1) 计算实际拉深的凸缘直径2.底部及凸缘的圆角半径大时(由t/D100=21.5时的R=1015t到t/D100=0.30.15时的R=15t20t)，H/d取大值；底部及凸缘的圆角半径小时(R=4t8t)，H/d取小值。图4-12例4.2带凸缘2.底部及凸缘的圆角半径大时(由t/D100=21.5时的R=1015t到t/D100=0.30.15时的R=15t20t)，H/d取大值；底部及凸缘的圆角半径小时(R=4t8t)，H/d取小值。(2)

9、 初算毛坯直径(3) 判断能否一次拉深，由(4) 确定首次拉深的毛坯和半成品尺寸2.底部及凸缘的圆角半径大时(由t/D100=21.5时的R=1015t到t/D100=0.30.15时的R=15t20t)，H/d取大值；底部及凸缘的圆角半径小时(R=4t8t)，H/d取小值。2.底部及凸缘的圆角半径大时(由t/D100=21.5时的R=1015t到t/D100=0.30.15时的R=15t20t)，H/d取大值；底部及凸缘的圆角半径小时(R=4t8t)，H/d取小值。(5) 确定以后各次拉深的工序尺寸2.底部及凸缘的圆角半径大时(由t/D100=21.5时的R=1015t到t/D100=0.3

10、0.15时的R=15t20t)，H/d取大值；底部及凸缘的圆角半径小时(R=4t8t)，H/d取小值。4.2.4拉深力计算表4-11修正系数、4.2.4拉深力计算图4-13带料级进拉深4.2.5带料级进拉深表4-12带料级进拉深的总极限拉深系数4.3拉深模典型结构4.3.1首次拉深模表4-12带料级进拉深的总极限拉深系数4.3.2以后各次拉深模4.3.3落料拉深复合模表格4.4压边装置4.4.1压边装置的类型图4-18弹性压边装置4.4.2压边圈的类型图4-19压边圈的结构4.5拉深模工作部分设计4.5.1拉深模凸、凹模圆角半径1.凹模圆角半径rd2.对于有色金属取较小值，对于黑色金属取较大值

11、。2.凸模圆角半径1.凹模圆角半径rd表4-13首次拉深凹模圆角半径rd1(mm)2.对于有色金属取较小值，对于黑色金属取较大值。2.凸模圆角半径4.5.2拉深模间隙表4-14使用压边圈进行拉深时的凸、凹模单边间隙4.5.3拉深凸、凹模工作部分尺寸1.拉深变形有哪些特点？用拉深方法可以制成哪些零件？举例说明。2.拉深件的主要危险断面在何处？在什么情况下会产生拉裂现象？3.什么是圆筒形拉深件的拉深系数？影响拉深系数的因素有哪些？4.拉深件的毛坯尺寸计算应遵循哪些原则？5.如图4-21所示的罩体，材料08F，料厚1mm，试计算拉深模工作部分尺寸。4.5.3拉深凸、凹模工作部分尺寸6.如图4-22所

12、示的零件，材料08F，料厚1mm，试计算拉深次数和各工序件尺寸。4.5.3拉深凸、凹模工作部分尺寸4.5.3拉深凸、凹模工作部分尺寸图4-20拉深凸、凹模工作尺寸计算4.5.3拉深凸、凹模工作部分尺寸表4-15拉深凸模和凹模的制造公差(mm)1.拉深变形有哪些特点？用拉深方法可以制成哪些零件？举例说明。2.拉深件的主要危险断面在何处？在什么情况下会产生拉裂现象？3.什么是圆筒形拉深件的拉深系数？影响拉深系数的因素有哪些？4.拉深件的毛坯尺寸计算应遵循哪些原则？5.如图4-21所示的罩体，材料08F，料厚1mm，试计算拉深模工作部分尺寸。6.如图4-22所示的零件，材料08F，料厚1mm，试计算

13、拉深次数和各工序件尺寸。表格第5章其他冷冲压成形工艺与模具设计第5章其他冷冲压成形工艺与模具设计5.1成形工艺与模具设计5.1.1起伏成形工艺与模具设计5.1.2圆柱形空心毛坯的胀形5.1.3翻孔和翻边5.1.4缩口5.1.5校平与整形5.1.6压印5.2冷挤压5.2.1冷挤压方法5.2.2采用冷挤压必须解决的主要问题第5章其他冷冲压成形工艺与模具设计5.2.3冷挤压设计实例5.1成形工艺与模具设计5.1.1起伏成形工艺与模具设计1. 加强肋(beading)2. 加强窝(swaging)3. 起伏成形的压力计算4. 百页窗口的冲压5.1.1起伏成形工艺与模具设计图5-1起伏成形的零件示意图1

14、. 加强肋(beading)2. 加强窝(swaging)图5-2加强肋的形式2. 加强窝(swaging)5M3.TIF2. 加强窝(swaging)表5-1加强肋的尺寸2. 加强窝(swaging)表5-2加强窝的尺寸和间距(mm)3. 起伏成形的压力计算4. 百页窗口的冲压表格5.1.2圆柱形空心毛坯的胀形1. 刚性凸模胀形2. 软模胀形3. 波纹管零件胀形4. 罩盖胀形模设计示例5.1.2圆柱形空心毛坯的胀形图5-7钢模胀形1. 刚性凸模胀形2. 软模胀形图5-8软体凸模胀形3. 波纹管零件胀形4. 罩盖胀形模设计示例表格(1) 工件的工艺性分析(2) 工艺计算1) 底部起伏成形计算。

15、4. 罩盖胀形模设计示例2) 侧壁胀形计算。表格4. 罩盖胀形模设计示例表5-3极限胀形系数和切向许用伸长率3) 胀形毛坯的计算。4. 罩盖胀形模设计示例4) 侧壁胀形力计算。(3) 模具结构设计4. 罩盖胀形模设计示例图5-13罩盖胀形模装配图4. 罩盖胀形模设计示例图5-14翻边形式5.1.3翻孔和翻边1. 内孔翻边(hole-flanging)2. 螺纹底孔的变薄翻边3. 外缘翻边(flaring)4. 固定套翻边模设计实例1. 内孔翻边(hole-flanging)(1) 内孔翻边的变形特点及变形系数1. 内孔翻边(hole-flanging)表5-4各种材料的翻边系数1) 材料的塑性

16、。2) 孔的边缘状况。1. 内孔翻边(hole-flanging)3) 材料的相对厚度。4) 凸模的形状。(2) 非圆孔翻边2. 螺纹底孔的变薄翻边图5-15小孔翻边模2. 螺纹底孔的变薄翻边3. 外缘翻边(flaring)3. 外缘翻边(flaring)图5-16外缘翻边3. 外缘翻边(flaring)表5-5外缘翻边允许的极限变形程度3. 外缘翻边(flaring)表5-5外缘翻边允许的极限变形程度4. 固定套翻边模设计实例(1) 工件工艺性分析表格(2) 固定套翻边件工艺计算1) 平板毛坯内孔翻边时预孔直径及翻边高度在内孔翻边工艺计算中有两方面内容，一是根据翻边零件的尺寸，计算毛坯预孔的

17、尺寸d0；二是根据允许的极限翻边系数，校核一次翻边可能达到的翻边高度H(如图5-19所示)。4. 固定套翻边模设计实例图5-19内孔翻边尺寸计算4. 固定套翻边模设计实例2) 计算翻边系数3) 计算翻边力由附录1查得s=200MPa(3) 翻边模(planging die)结构设计4. 固定套翻边模设计实例图5-20翻边凸模结构形式4. 固定套翻边模设计实例5M21.TIF5.1.4缩口1.缩口变形程度2.缩口工艺计算3.气瓶缩口模设计示例1.缩口变形程度表5-6各种材料的缩口系数m2.缩口工艺计算1)缩口坯料尺寸。表5-7缩口坯料计算公式2.缩口工艺计算2)缩口所需的压力。图5-22缩口模结

18、构2.缩口工艺计算图5-23气瓶零件图3.气瓶缩口模设计示例(1) 工件工艺分析(2)工艺计算1)计算缩口系数。2)计算缩口前毛坯高度。3)计算缩口力。3.气瓶缩口模设计示例(3)缩口模结构设计3.气瓶缩口模设计示例图5-24气瓶缩口模装配图5.1.5校平与整形1.校平与整形的工艺特点2.校平3.整形4.校平、整形力的计算1.校平与整形的工艺特点2.校平图5-25光面校平模2.校平图5-26校平模齿形3.整形表格4.校平、整形力的计算表5-8校平整形时单位压力(MPa)5.1.6压印图5-29闭式压印模5.1.6压印A2.TIF5.1.6压印图5-30开式压印模5.2冷挤压5.2.1冷挤压方法

19、1.正挤压(forward-extrusion)2.反挤压(backward-extrusion)3.复合挤压4.径向挤压1.正挤压(forward-extrusion)A2.TIF1.正挤压(forward-extrusion)5m31.TIF1.正挤压(forward-extrusion)图5-31正挤压实心件1.正挤压(forward-extrusion)图5-32正挤压空心件2.反挤压(backward-extrusion)3.复合挤压表格4.径向挤压表格5.2.2采用冷挤压必须解决的主要问题选用适合于冷挤压加工的材料。采用正确、合理的冷挤压工艺方案。选用合理的毛坯软化热处理方案。采用

20、合理的毛坯表面处理方法及选用最理想的润滑剂。设计并制造适合冷挤压特点的模具结构，保证成品达到所要求的质量，同时还应保证模具有较长的工作寿命、较高的生产率和安全可靠。选择合适的冷挤压模具材料及加热方法。选择适合于冷挤压工艺特点的机器与设备。选用适合于冷挤压加工的材料。采用正确、合理的冷挤压工艺方案。选用合理的毛坯软化热处理方案。采用合理的毛坯表面处理方法及选用最理想的润滑剂。设计并制造适合冷挤压特点的模具结构，保证成品达到所要求的质量，同时还应保证模具有较长的工作寿命、较高的生产率和安全可靠。选择合适的冷挤压模具材料及加热方法。选择适合于冷挤压工艺特点的机器与设备。5.2.3冷挤压设计实例1.冷

21、挤压工艺性分析2.冷挤压工艺方案的确定3.毛坯尺寸的确定4.挤压变形程度的计算5.冷挤压力的计算6.模具设计1.什么是成形?按塑性变形特点可分为哪几类？2.名词解释：起伏成形、胀形、翻边、缩口、校平与整形、压印。3.什么是冷挤压？冷挤压的种类有哪些？1.冷挤压工艺性分析图5-37大功率电容器外壳1.冷挤压工艺性分析图5-38挤压成形形状2.冷挤压工艺方案的确定采用圆柱毛坯，径向挤压成形凸缘部分，反挤压成筒部。采用圆柱毛坯，预成形为杯形，正挤压达到工件要求。采用圆柱毛坯，复合挤压一次成形。图5-39凸缘部分毛坯尺寸计算图3.毛坯尺寸的确定1)毛坯直径。2)毛坯体积。工件筒部体积筒部凸缘部分体积(

22、如图5-39所示)毛坯高度尺寸H4.挤压变形程度的计算1)断面缩减率。2)挤压比。3)对数挤压比。表5-9各种挤压方法变形程度的计算方法4.挤压变形程度的计算表5-10有色金属一次挤压的许用变形程度5.冷挤压力的计算(1)有色金属单位挤压力p的确定根据不同的挤压方式和计算的断面缩减率F，在图5-40或图5-41的对应图上确定F的位置。由F点向上作垂线与被挤压材料曲线相交一点。由该点向右图作水平线与右图代表F的斜线相交一点，在该点向下作垂线与横轴交点即为单位挤压力p。图5-40有色金属正挤压时单位挤压力计算图5.冷挤压力的计算图5-41有色金属反挤压时单位挤压力计算图(2)黑色金属挤压力p的确定5.冷挤