工藝夾具畢業(yè)設(shè)計92洗手池成形工藝與拉深模設(shè)計

1 目 錄 摘 要 . 2 Abstract. 3 第一章 文獻(xiàn)綜述 . 4 1.1 模具工業(yè)的地位 . 4 1.2 盒形件成形機(jī)理 . 5 1.2.1 盒形件的成形特點 . 5 1.2.2 盒形件成形機(jī)理 . 5 1.3 國內(nèi)外有關(guān)盒形件拉深成形技術(shù)的研究 . 8 第二章 模具設(shè)計過程 . 10 2.1 前 言 . 10 2.2 沖壓件的工藝過程 . 10 2.2.1 分析零件的沖壓工藝性 . 10 2.2.1.1 分析其沖裁的工藝性： .11 2.2.1.2 分析其拉深的工藝性 .11 2.2.1.3 分析其擴(kuò)孔的工藝性 . 13 2.2.1.4 材料的性能： . 13 2.2.2 沖壓件的工藝方案的擬定 . 13 2.2.3 毛坯尺寸的確定 . 14 2.2.3.1 修邊余量 . 14 2.2.3.2 毛坯計算 . 14 2.3 排樣和搭邊 . 16 2.3.1 沖裁件的材料利用率 . 16 2.3.2 排樣和搭邊 . 17 2.4 壓力機(jī)的選擇 . 18 2.4.1 落料拉深 . 18 2.4.1.1 壓力中心： . 18 2.4.1.2 落料時的力的計算： . 18 2.4.1.3 壓邊力、拉深力的計算： . 20 2.4.1.4 沖裁變形功、拉深變形功和輔助功的計算： . 21 2.4.1.5 壓力機(jī)的選擇： . 22 2.5 落料拉深模具設(shè)計 . 23 2.5.1 模具類型 . 23 2.5.2 主要零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 . 23 2.5.2.1 工作零件 . 24 致 謝 . 32 參考文獻(xiàn) ： . 33 2 摘 要 本設(shè)計是洗手池沖壓模具設(shè)計，分析工件結(jié)構(gòu)，其主要包括落料、盒形件拉深、沖孔、擴(kuò)孔、修邊。首先確定工藝方案，選擇一個比較合理的設(shè)計方案。其次，根據(jù)設(shè)計方案確定一共需要多少副模具來完成洗手池的生產(chǎn)。在本次設(shè)計 中，采用四副模具來生產(chǎn)該工件。第一副是落料拉深，第二副是二次拉深沖孔，第三副是擴(kuò)孔修邊，第四副是翻邊。模具的設(shè)計中包括凸凹模刃口尺寸的確定和結(jié)構(gòu)形式，定位零件的設(shè)計，卸料與推件裝置的設(shè)計，以及其它輔助零件的設(shè)計。在模具的設(shè)計過程中首先要考慮零件工作的合理性，然后考慮零件的經(jīng)濟(jì)性。 【關(guān)鍵詞】工藝分析、方案確定、落料拉深、沖孔、擴(kuò)孔修邊、翻邊 3 Abstract This design is blanking die design of washbowl, including blank、 deep drawing of box parts、 punch、 chambering、 modification,through the structure analysis of work piece. First , determination of technological arrangement is for choosing the best alternatives in this design. Second, according to the proposal of this design, we should decide that how many moulds are used to complete production of washbowl. In this design ,four moulds are applied in this process. The compound for blanking and deep drawing is used in the first process. The second mould is applied for future deep drawing and punch. Chambering and modification are practiced in third process .Similarly , the forth mould is used for curring in the last process. Blanking and deep drawing mould design is consisted of the sizes of punch and die cutting edge、 location components 、 tripping and ejection equipment、and assistant structure parts. In the process of mould design, we should consider the reasonableness of working parts, and then take the cost of parts production. 【 Key words】 Technological analysis、 Determination of arrangements、 Blank and deep drawing、 punch、 Chambering and modification、 curring 4 第一章 文獻(xiàn)綜述 1.1 模具工業(yè) 的地位 模具是現(xiàn)代工業(yè)的重要工藝設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，它在國民經(jīng)濟(jì)中占有越來越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊。模具工業(yè)是技術(shù)密集型、資本密集型和投資密集型的產(chǎn)業(yè)，就冷沖模具而言，在沖模設(shè)計與制造上，模具結(jié)構(gòu)與精度正朝著兩個方面發(fā)展：一是為了適應(yīng)高速、自 動、精密、安全等大批量自動化生產(chǎn)的需要，沖模正向高效、精密、長壽命、多工位、多功能方向發(fā)展；另一方面，為適應(yīng)市場上產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速的要求，各種快速成形方法和簡易經(jīng)濟(jì)沖模的設(shè)計與制造也得到了迅速的發(fā)展。同時，計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)在模具技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，使模具設(shè)計與制造水平發(fā)生了深刻的革命性的變化。目前最為突出的是模具 CAD/CAE/CAM。 模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。沖壓模具是其中重要的一種。模具的標(biāo)準(zhǔn)化 和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的廣泛重視。這是由于模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，而模具的專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、降低成本的關(guān)鍵。我國已經(jīng)頒布了冷沖壓術(shù)語、冷沖模零部件的國家標(biāo)準(zhǔn)。沖模的模架等基礎(chǔ)零部件已專業(yè)化，商品化。但總的來說，我國沖模的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化還是比較低的。主要是模具制造商對模具制造的認(rèn)識還不夠，對模具新技術(shù)的應(yīng)用力度不大，對在模具制造過程中模具標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計還沒有足夠的認(rèn)識，還停留在老的手工制作又一有經(jīng)驗的模具師傅帶隊的水平線上，試觀國外發(fā)達(dá)國家模具制造，把標(biāo)準(zhǔn)化的模具設(shè)計放 在了最重要的位置上，其次是設(shè)備問題。性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高效率、高精度、長壽命的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備與之相匹配；為了適應(yīng)沖壓新工藝的需要，研制了許多新型結(jié)構(gòu)的沖壓設(shè)備；為了滿足新產(chǎn)品少批量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備朝多功能、數(shù)控方向發(fā)展；為提高生產(chǎn)率和安全生產(chǎn)，應(yīng)用各種自動化裝置以及沖壓自動化生產(chǎn)線。 5 1.2 盒形件成形機(jī)理 近年來，人們對盒形件成形的研究日趨活躍。尤其是對毛坯形狀確定方法、成形極限、破壞形式及其預(yù)防措施等的研究成為板料成形研究領(lǐng)域的熱點。 1.2.1 盒形件的成形特點 由于盒 形件形狀的非旋轉(zhuǎn)性和自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，決定了盒形件成形時不同于 筒形件的 最 大特點就是不均勻性，這種不均勻性主要體現(xiàn)在以下幾個方面 ： (1) 受力分布不均勻性 盒形件拉深變形過程中，在法蘭變形區(qū)，圓周部分的正應(yīng)力沿切向和徑向的分布、直邊部分正應(yīng)力沿橫向和縱向的分布都是不均勻的。在 已 變形的直壁部分，直邊區(qū)和圓周區(qū)所承受的單位載荷也是不同的。 (2) 變形分布不均勻性 盒形件成形過程中變形主要在法蘭區(qū)進(jìn)行，而沖頭的底部材料基本不變形或有少 量 的脹形部分。研究表明 ： 法蘭區(qū)平面內(nèi)圓周區(qū)和直邊 區(qū)的變形程度是不同的，圓周區(qū)的變形程度大于直邊區(qū)。 (3) 變形速度不均勻性 一般認(rèn)為 :盒形件拉深成形時，直邊部分的流動速度大于圓周部分的流動速度。但是，直邊區(qū)和圓周區(qū)是一連續(xù)的整體，因而其位移速度場的分布也是連續(xù)的，不存在間斷點。兩區(qū)之間也不存在明確的分界線。 1.2.2 盒形件成形機(jī)理 對于盒形件成形機(jī)理的探討，一般是從盒形件的變形特點入手，主要是研究法蘭變形區(qū)的變形機(jī)理，即圓周區(qū)和直邊區(qū)各自的變形性質(zhì)以及兩部分間的相互作用。 傳統(tǒng)的觀點是前蘇聯(lián)學(xué)者羅曼諾夫斯基早在 50年代就提出的，認(rèn)為圓周區(qū)為拉深變 形，直邊區(qū)為簡單的彎曲變形?；诖?，對盒形件拉深給出了一套工藝計算方法，也是世界各國所普遍沿用的。但實踐證明使用這套方法的結(jié)果是成形極限低，工序次數(shù)多，而且不可靠。后來，日本的一些學(xué)者認(rèn)為直邊部分不單純是彎曲變形， 6 還有少量的拉深變形，且對圓周部分的變形有減輕作用。名古屋大學(xué)的河合望教授提出了“變形緩和效應(yīng)”理論，他把圓角和直邊分成五個區(qū)域。 國內(nèi)的一些學(xué)者在這方面也進(jìn)行了大量的研究工作。認(rèn)為圓周區(qū)和直邊區(qū)都是拉深變形，由于直邊部分的變形程度小，位移速度快，因此直邊區(qū)對圓周區(qū)的變形有減輕和帶動作用。從而解釋了 盒形件的成形極限比相同半徑圓筒形件高的原因。 文獻(xiàn) 1提出“位移速度差誘發(fā)剪應(yīng)力”的觀點，認(rèn)為直邊與圓周區(qū)域內(nèi)都 存在剪切變形。 文獻(xiàn) 2提出了高盒形件多次拉深成形的“均勻變形理論”，對高盒形件成形具 有指 導(dǎo) 意義。目前對高盒形件的成形特點、成形機(jī)理的研究還很少，主要是因為高 盒形件 的 成形更為復(fù)雜，其規(guī)律也更難以把握。 文獻(xiàn) 3系統(tǒng)總結(jié)了對盒形件成形機(jī)理的研究成果，認(rèn)為 :盒形件一次拉深成形時，毛坯變形情況如圖 1-1所示。由平板毛坯成形至高度為 h的筒壁時，在變形區(qū)內(nèi)各處所受的應(yīng)力狀態(tài)不同。在圓周區(qū)的中心線 OA 上，在盒形件的兩對稱軸線CC 與 EE 上，都是徑向受拉和切向受壓的應(yīng)力狀態(tài)。由于直邊區(qū) (BC和 DE部分 )所產(chǎn)生的拉深變形較小，即其徑向的伸長變形小于圓周部分，以致在徑向正應(yīng)力與切向正應(yīng)力之外又引起剪切應(yīng)力的作用，使變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)及其分布變得十分復(fù)雜。 理論分析與實驗結(jié)果都證實，圓周區(qū)的變形程度大于直邊區(qū)，而且在圓周區(qū)的分角線 OA上的變形程度最大。因此，盒形件成形的徑向拉應(yīng)力在法蘭上的分 布，可以形象地用圖 1-1 來表示。在 OA 線上 r具有最大值，而在對稱線 CC 和 EE上 r 的數(shù)值最小，所以盒形件成形時毛坯 的危險斷面是圓周區(qū)筒壁的底部，當(dāng)超越成形極限時，在這個部位上材料被拉斷。由于在直邊 BC與 DE 部分上也產(chǎn)生一定程度的拉深變形，所以在 OA線上材料的變形程度 r小于半徑和高度相同的圓筒形零件。從而， OA 線上材料的變形抗力 i和徑向拉應(yīng)力 r的數(shù)值都必然小于半徑和高度相同的圓筒形件。這也是直邊區(qū)變形減輕作用使盒形件的成形極限大于圓筒形件的主要原因之一。 7 圖 1-1 盒形件一次成形時的變形特點 按照盒形件成形時徑向拉應(yīng)力近似公式r lrlnir 得到徑向拉應(yīng)力的 分布 ,如圖 1-1中的實 線所示。由于圓周區(qū)的徑向位移速度小于直邊區(qū)，在變形 區(qū) 內(nèi)必然形成直邊區(qū)對圓周區(qū)的帶動作用，也必然引起變形區(qū)內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的變化。除一般拉深變形中的徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力外，在直邊區(qū)中心點和圓周區(qū)對角線之間的過渡區(qū)內(nèi)，還會出現(xiàn)如圖 1-1所示的剪切應(yīng)力 。這樣的作用結(jié)果是變形區(qū)徑向拉應(yīng)力的分布發(fā)生變化，由圖 1-1中的實線變成為虛線，降低了危險部位。很顯然這樣的變化對提高成形極限是有利的。 法蘭徑向拉應(yīng)力，在經(jīng)過凹模圓角之后，構(gòu)成筒壁部分 (即傳力區(qū) )的拉應(yīng)力(圖 1-2)。在筒壁的上邊緣拉應(yīng)力 Pt上的分布，基本上和圖 1-1 中的虛線所示的徑向拉應(yīng)力 r的分布相同。但是，當(dāng)筒壁已有一定高度 h 時，在其底部，即在通常發(fā)生破壞的部位上，拉應(yīng)力分布又進(jìn)一步得到均勻化。這是由于傳力區(qū)內(nèi)的直邊區(qū)對圓周區(qū)的帶動作用，而使成形極限得以提高的另一個主要原因 4。 8 圖 1-2 筒壁內(nèi)拉應(yīng)力的變化 1.3 國內(nèi)外有關(guān)盒形件拉深成形技術(shù)的研究 自英國學(xué)者 Alexander Parks在 1857年開發(fā)并取得鋼板拉深工藝專利以來，拉深成形工藝不斷取得發(fā)展和廣泛應(yīng)用。在目前的理論研究中，對軸對稱拉深變形的研究成果很多，也比較成熟。迄今為止，國內(nèi)外專 家學(xué)者對盒形件的研究主要集中在如下幾個方面 : (1) 盒形件成形規(guī)律的研究 北京理工大學(xué)的 鄂 大辛采用實驗手段對盒形件法蘭部分的特定部位進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變解析 5，分析了法蘭變形及直邊部的變形緩和作用隨形狀特性的變化，并通過適當(dāng)?shù)厍谐迮鞯慕遣坎牧匣蛘{(diào)整板坯長短邊變形尺寸，研究對拉深極限的影響 ； 燕山大學(xué)的胡金華、李春科等應(yīng)用有限元模擬技術(shù)分析方盒形件拉深彈塑性的成形規(guī)律 5； 上海交通大學(xué)的學(xué)者介紹了一種在一步模擬算法的基礎(chǔ)上發(fā)展的新有限元方法，該方法還可用于直接預(yù)測應(yīng)變分布和毛坯外形 7。 (2) 確定盒形件最優(yōu)毛坯 外形方法的研究 上海交通大學(xué)的姚華和陳軍采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)預(yù)側(cè)毛坯外形 8,韓國學(xué)者Shim Hyunbo,K.Son 等人提出形狀靈敏度分析方法設(shè)計非圓拉深件的最優(yōu)毛坯外形，并以盒形件為例，實驗和模擬結(jié)果吻合很好，證明了該方法非常有效。但這種方法存在一個問題，就是在每一個設(shè)計步驟中需要進(jìn)行二三次變形分析，而且在剛性變形區(qū)中有奇異行為。所以，近來他們又發(fā)表文章介紹了新方法，只要知道工具尺寸和最終產(chǎn)品形狀等信息，利用邊界節(jié)點的初始速率就可確定最優(yōu)毛坯的外形 ；有限元逆算法 (IA)是現(xiàn)在國外較流行的一種分析大變形薄 板拉深件應(yīng)變和確定毛坯外形的方法，該方法是從最后希望得到的拉深件外形開始分析，劃分單元網(wǎng)格后，應(yīng)用牛頓 -拉普森迭代解決方案來確定初始位置 ； 在此基礎(chǔ)上，又有專家提出了基于有限元逆算法上的一步法來直接預(yù)測初始毛坯外形和應(yīng)變分布 。 (3)盒形件拉深極限及起皺失穩(wěn)的預(yù)測研究 上海交通大學(xué)的鄭曉丹、汪銳、何丹農(nóng)應(yīng)用專家系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了盒形件拉深極限的研究 9;日本學(xué)者綜合評估如模具轉(zhuǎn)角半徑和硬化指數(shù)等材料特性參數(shù)對鋁板材料的盒形件拉深性能的影響。在金屬板材成形中，起皺預(yù)側(cè)和防止的研究一 9 直是熱點和難點所在，起皺預(yù)測的研 究至今己有 50 多年的歷史，早期通常采用解析模型研究方法，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元數(shù)值模擬在近年來成為主要研究手段。美國西北大學(xué)的華人學(xué)者曹健提出一種新的起皺判斷準(zhǔn)則 C-B，該準(zhǔn)則將能量守恒和有限元技術(shù)綜合使用，認(rèn)為平板應(yīng)變能大于屈曲板應(yīng)變能，差值恰好等于外力將屈曲板壓平所做的功，由此建立方程得到臨界屈曲應(yīng)力和法向應(yīng)力函數(shù)的波長，然后解析關(guān)系再被置入有限元軟件包，就可以模擬預(yù)測起皺失效。作者以盒形件成形為例，法蘭區(qū)和側(cè)壁區(qū)起皺的模擬結(jié)果與實驗都吻合很好 10。 10 第二章 模具設(shè)計過程 2.1 前 言 沖壓是一種先進(jìn)的少無切削加工方法，具有節(jié)能省材、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、重量輕、加工成本底等一系列優(yōu)點，在汽車、航空航天、家電、電子、通訊、軍工等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。 沖壓是借助沖壓設(shè)備的動力，通過模具的作用，使板料分離或經(jīng)塑性成形而獲得一定形狀、尺寸和性能制件的加工技術(shù)。沖壓加工是金屬塑性加工的主要方法之一。與塑性加工的其它方法及機(jī)械制造中其它冷、熱加工方法相比具有以下優(yōu)點：(1) 生產(chǎn)效率高； (2) 易于實現(xiàn)機(jī)械化及其自動化； (3) 節(jié)約材料，節(jié)省能源； (4) 尺寸精度穩(wěn)定，表面質(zhì)量好； (5) 強(qiáng)度高、剛性大、重量輕等優(yōu)點。 2.2 沖壓件的工藝過程 2.2.1 分析零件的沖壓工藝性 零件的名稱為洗手池，其材料為 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼，料厚 1mm，分析其形狀，主要由 1 個小孔以及 150mm 深的形腔組成，完成此零件的生產(chǎn)，其主要有拉深和沖孔、擴(kuò)孔、修邊等工序。如下圖 2 1所示：零件圖 。 11 圖 2 1 零件圖 2.2.1.1 分析其沖裁的工藝性： 沖孔時，由于受到 凸模強(qiáng)度的限制，孔的尺寸不宜過小，其數(shù)值與孔的形狀、材料的機(jī)械性能、材料的厚度有關(guān)。由零件圖知，其最小孔的直徑為 10mm，大于孔的最小要求尺寸 (1.3t=1.3*1=1.3mm)，所以滿足沖孔要求。 2.2.1.2 分析其拉深的工藝性 此工件的拉深屬于盒形件拉深，盒形件是由圓角和直邊兩部分組成，毛坯的拉深變形性質(zhì)雖然與圓筒形件相似，但由于有直邊部分參與變形，對圓角部分在拉深過程中產(chǎn)生的切向壓應(yīng)力起分散減弱作用，因此與幾何參數(shù)相同的圓筒形件相比，拉深時，圓角部分受到的徑向平均拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力都要小得多。 所以在拉深過程中，圓角部分危險斷面的拉裂可能性和凸緣起皺的趨勢都較相應(yīng)的圓筒形件小。因此，拉深盒形件時，選用的拉深系數(shù)可以相對小一些。 (1) 拉深件側(cè)壁與底面或凸緣連接處的圓角 R 底 、 R 凸 、 R4 (圖 2 1)，應(yīng)取 R 12 底 t,R 凸 2t,R4 3t，而因為實際 R 凸 =5mm， R 底 =10mm， R4 10mm， t=1mm, 所以 R底 t, R 凸 2t， R43t (2) 由拉深的高度為 150mm，分析計算其拉深次數(shù)以及尺寸，則拉深時尺寸的計算如下： 分析零件圖知，其拉深主要包括四個半徑為 10mm的四分之一圓筒形件以 及四個直壁部分。其拉深屬于盒形件的拉深。盒形件拉深過程的應(yīng)力和變形比較復(fù)雜，沿周邊是不均勻分布的，其不均勻程度隨相對高度 H/B及角部的相對圓角半徑 R4/B的大小而變化，這兩個比值決定了圓角部分材料向工件側(cè)壁轉(zhuǎn)移的程度及側(cè)壁高度的增補(bǔ)量。在該零件中 R4 10mm， H 150mm， B 370mm。因此 H/B 0.41， R4/B 0.03查資料 1可知，該盒形件的拉伸情況位于 a區(qū)和 a區(qū)之間過渡區(qū)，屬于角部具有較小圓角半徑的中等高度盒形件。按 a區(qū)計算。 由于工件相對高度并不大，但由于圓角半徑較小，若一次拉深 ，因局部變形大，底部容易破裂，故須兩次拉深。第二次拉深近似整形，主要目的是用來減小角部和底部圓角，其外形不變，輪廓尺寸稍有改變。 13 圖 2 2 盒角半徑進(jìn)行整形的方形盒拉深 兩次拉深的相互關(guān)系 (見圖 2 2)應(yīng)符合： 兩次拉深的角部圓角半徑中心不同； 第二次拉深可不帶壓邊圈，故工序間的壁間距和角間距不宜太大。建議采用： 壁間距： b (4 5)t，這里取 b 5t 5mm 角間距： x 0.4b，這里取 x 1.5mm 則經(jīng)幾何計算 R42 24.45mm 第二次拉深高度的增量： H b-0.43(R 底 2-R 底 ) 取 R 底 2 10mm，已知 R 底 10mm 因此 H 5mm 2.2.1.3 分析其擴(kuò)孔的工 藝性 2.2.1.4 材料的性能： 表 2-1 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼的機(jī)械性能 牌號 材料狀態(tài) 極限強(qiáng)度 延伸率 10 (%) 屈服強(qiáng)度 s (MPa) 許用壓應(yīng)力 壓 (MPa) 許用彎曲應(yīng)力 彎 (MPa) 彈性模量 E (103MPa) 抗剪 (MPa) 抗拉 b (MPa) 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼 經(jīng)熱處理 451511 569628 35 196 140 533 196 2.2.2 沖壓件的工藝方案的擬定 分析洗手池的結(jié)構(gòu)，其基本的沖壓工序為落料、一次拉深、二次拉深、沖孔、擴(kuò)孔、修邊、翻邊?？蓴M出以下幾種工藝方案： 方案 (一 )、落料沖孔一次拉深二次拉深修邊擴(kuò)孔翻邊 方案 (二 )、落料一次拉深沖孔二次拉深擴(kuò)孔修邊翻邊 方案 (三 )、落料一次拉深二次拉深沖孔擴(kuò)孔修邊翻邊 分析以上各種方案： 采用方案 (一 )，生產(chǎn)率底，工件尺寸的積累誤差大 14 采用方案 (二 )，生產(chǎn)率相對最高，但是模具相對比較復(fù)雜，設(shè)計困難 采用方案 (三 )，生產(chǎn)率相對較高，減少了生產(chǎn)步驟 ，提高了工件的尺寸精度，落料拉深復(fù)合模的結(jié)構(gòu)相對不會太復(fù)雜，設(shè)計模具時也相對較簡單，其總體需要四副模具。綜上所述，決定采用方案三。 2.2.3 毛坯尺寸的確定 該盒形件的拉伸情況屬 a區(qū)，可按 a的盒形件計算毛坯。 2.2.3.1 修邊余量 帶凸緣盒形件的修邊余量可參考下表選取 表 2-2、有凸緣圓筒形件拉深件的修邊余量 凸緣直徑 B 凸 凸緣的相對直徑 B 凸 / B 1.5以下 1.5 2 2 2.5 2.5 25 25 50 50 100 100 150 150 200 200 250 250 1.8 2.5 3.5 4.3 5.0 5.5 6 1.6 2.0 3.0 3.6 4.2 4.6 5 1.4 1.8 2.5 3.0 3.5 3.8 4 1.2 1.6 2.2 2.5 2.7 2.8 3 因為 B凸 =390mm,B=370mm, 所以得出最小修邊余量 =6mm。 2.2.3.2 毛坯計算 (1) 翻邊部分毛坯計算 按彎曲計算， L A+B+ 式中： L 毛坯長度 修正系數(shù)，按表 2-3 選取。 所以 r 凸 L+ 4.77+19+0.23+6 30(mm) 15 圖 2-3 翻邊與翻邊部分毛坯形狀與尺寸 表 2-3 彎曲 90角的修正系數(shù)值 r(mm) t(mm) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 1 0.3 0.125 0.10 0.07 0.035 0.00 -0.125 -0.21 0.4 0.18 0.15 0.12 0.09 0.05 -0.06 -0.14 0.5 0.22 0.20 0.18 0.15 0.12 0.00 -0.07 0.8 0.36 0.35 0.33 0.31 0.28 0.18 0.11 1 0.43 0.43 0.43 0.41 0.38 0.30 0.23 (2) 按壓彎計算壁部展開長度 l l H+r 凸 -0.43(R 凸 +R 底 ) 173.55(mm) (3) 按拉深計算角部毛坯半徑 R R ）（）（ 底凸底凸凸 2242 RR14.0RR86.0HR2 r 62.26(mm) 考慮用第一次拉深，第二次拉深近似整形的工藝，工件圓角部分要兩次拉深，同時材料有向側(cè)壁擠流現(xiàn)象，故將展開圓角半徑加大 20。 則： R 74.71(mm) (4) 從 ab 線段的中心向半徑為 R 的圓弧引切線。 (5) 在直線與 切線的交接處及切線與切線的交接處，用半徑為 R 的圓弧光滑連接，即得出毛坯的外形。 16 圖 2 4 低矩形盒的毛坯作圖 法 2.3 排樣和搭邊 2.3.1 沖裁件的材料利用率 在大批量生產(chǎn)中，原材料費(fèi)用占生產(chǎn)成本的 60% 80%。節(jié)省材料對降低成本有著重要的作用。生產(chǎn)中，通常利用材料的利用率作為衡量材料經(jīng)濟(jì)利用程度的指標(biāo)。 一個進(jìn)距內(nèi)的材料利用率為： =(nF/Bh) 100% 式中： F 沖裁件面積； n 一個進(jìn)距內(nèi)沖件數(shù)； B 條料寬度； h 進(jìn)距。 17 一張板上總的材料利用率 總 為： 總 =(n 總 F/AL) 100% 式中： F 沖裁件面積； n 總 一張板料上沖件總數(shù)目； L 板長； A 板寬。 由式可見，若原材料以板料的形式供貨，則板料的材料利用率就是總的材料利用率。 材料的利用率還與板料寬度、送料進(jìn)距、一個進(jìn)距內(nèi)的沖件個數(shù)、一條板料上的沖件總數(shù)和條料長度等多個參數(shù)有關(guān)。而這些參數(shù)取決于制件在板料上的布置方法和搭邊。因此，選擇合理的排樣方法和搭邊值是提高材料利用率的重要措施。 2.3.2 排樣和搭邊 沖裁件在板料上的布置叫排樣。排樣的合理與否不僅影響材料的經(jīng)濟(jì)利用，還影響模具結(jié)構(gòu)與壽命，生產(chǎn)效率，工件精度，生產(chǎn)操作方便與安全等。 根據(jù)毛坯形狀，使用的排樣圖如下圖 3-2所示： 圖 2-5 排樣圖 排樣中相鄰兩制件之間或制件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊的作用之一是補(bǔ)償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料誤差而沖出殘缺的廢品；搭邊的作用之二是保持條料在沖裁過程中的強(qiáng)度和剛度，保證條料的順利送進(jìn)。此外，選取合理的搭邊值還可以調(diào)整模具沿周邊的受力狀況，提高模具壽命和工件斷面質(zhì)量。 普通鋼板沖裁件的搭邊值 (a1)和沿邊搭邊值 (a)見表 2 4。 18 表 2-4 最小工藝搭邊 值 (mm) 材料厚度 t(mm) 矩形件邊長 L50mm 0.8 1.2 工件間 a1 沿邊 a 1.5 1.8 這里 我 取 a=2.5mm, a1=2mm 則條料寬度 B=694.475+2a=694.475+5=699.475mm 送料進(jìn)距 h=724.475+a1=726.475mm 根據(jù)毛坯形狀，選擇的板料規(guī)格為 1mm 699.475mm 14535mm。 則：板料面積 A0=699.475 14535 =10166869.125 mm2 每個板料裁的零件數(shù)為： n 總 =14535/h 20個。余 5.5mm 每個零件的面積為 F =400350.6797mm2 所以總的材料利用率 總 =(n 總 F/A0) 100%=78.8% 2.4 壓力機(jī)的選擇 2.4.1 落料拉深 2.4.1.1 壓力中心： 因為工件為對稱零件，所以其壓力中心與工件的幾何中心重合。即，工件的幾何中心就是壓力中心。 2.4.1.2 落料時的力的計算： (1) 沖裁力： 沖裁力是指沖裁過程中的最大抗力，也就是力 行程曲線的峰值。它是合理 19 選用沖壓設(shè)備和校核模具強(qiáng)度的重要依據(jù)。影響沖裁力的因素很多，主要有材料的力學(xué)性能、厚度、沖裁件的周 邊長度、模具間隙以及刃口鋒利程度等。 平刃口的模具沖裁力可按 4-1式計算。 F 沖 =L t k (4-1) 式中： F 沖 沖裁力， N； L 沖裁件周長， mm t 材料厚度， mm； k 抗剪強(qiáng)度， MPa 考慮到?jīng)_裁與剪切、拉深的不同及速度的影響，以及刃口的磨損，凸凹模間隙的不均勻，材料的性能波動和厚度偏差等因素，實際所需的沖裁力還需要增加30%，如下式 3-2： F 沖 =1.3 L t k Lt b (4-2) 式中： b 材料的抗剪強(qiáng)度，由表 1-2知道，取 600Mpa L 工件的周長，等于 2312.6mm t 材料厚度為 1mm 所以 F 沖 =2312.6*1*600=1387560N=1387.56KN （ 2） 卸料力、推件力和頂件力 當(dāng)沖裁件工作完成后，沖下的制件 (或廢料 )沿徑向發(fā)生彈性變形而擴(kuò)張，廢料 (或制件 )上的孔則沿徑向發(fā)生彈性收縮。同時，制件與廢料還要力圖恢復(fù)彈性穹彎。這兩種彈性恢復(fù)的結(jié)果， 導(dǎo)致制件 (或廢料 )梗塞在凹模內(nèi)或抱緊在凸模上。所以從凸模上將制件 (或廢料 )卸下來的力叫卸料力；從凹模內(nèi)順著沖裁力方向?qū)⒅萍?(或廢料 )推出的力叫推件力；逆沖裁方向?qū)⒅萍?(或廢料 )從凹模洞口頂出的力叫頂件力。這些力在選擇壓力機(jī)或設(shè)計模具時都必須加以考慮。 生產(chǎn)中常用式 (4-3)、 (4-4)和 (4-5)來計算卸料力、推件力和頂件力。 Fx=KxF (4-3) Ft=nKtF (4-4) Fd=Kd F (4-5) 式中： Kx、 Kt、 Kd 分別是卸料力、推件力和頂件力的系數(shù)，其值可以查表2-5。 n 梗塞在凹模內(nèi)的工件數(shù)。 在此副模具設(shè)計中，采用剛性卸料板，總沖裁力按下式計算： 20 Fz=F+Fx 由于 Fx=KxF=0.04* 1387.56= 55.50KN 所以： Fz=1387.56+55.50=1443.06KN 表 2-5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 材料及料厚 (mm) Kx Kt Kd 鋼 0.1 0.1 0.5 0.5 2.5 2.5 6.5 6.5 0.065 0.075 0.045 0.055 0.04 0.05 0.03 0.04 0.02 0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.014 0.08 0.06 0.05 0.03 2.4.1.3 壓邊力、拉深力的計算： (1) 壓邊力： 采用壓邊圈的條件：除破裂外，拉深中常出現(xiàn)的問題還有壓縮失穩(wěn)起皺。為了防止起皺，有效措施是設(shè)置壓邊圈。分析可見，起皺取決于兩個因素，一個是法蘭處壓應(yīng)力的大小，另一個是板料的相對厚度。 分析洗手 池的板料相對厚度和拉深系數(shù)，查表 4-70沖壓設(shè)計資料可知，要用壓邊圈。 壓邊力的計算： 壓邊圈的壓力必須適當(dāng)，壓邊力過大會增加拉深變形阻力使制件拉裂，壓邊力過小會使工件的邊壁或法蘭失穩(wěn)起皺。壓邊力的計算公式如下： F 壓 =Fq (4-6) 式中： F 壓邊圈的面積； F 32584.24mm2 q 單位壓邊力；查表 4-72沖壓設(shè)計資料知 q=3 4.5MPa，取 q 4MPa。 所以 F 壓 =32584.24*4=130336.96N 130.34KN (2) 拉深力： 在選用壓力機(jī)時，必須先求得拉深力。拉深力的計算公式如下： F 拉 =Lt bk (4-7) 21 式中： L 凸模周邊長度， 1538.024mm t 材料厚度， 1mm b 材料抗拉強(qiáng)度， 600N/mm2由表 2-2查得 k 系數(shù)，由表 2-6查得 表 2-6 任意形狀拉深件的系數(shù) k值 制件復(fù)雜程度 難加工件 普通加工件 易加工件 k值 0.9 0.8 0.7 因為，洗手池的加工屬于普通件的加工，取 k=0.8。 則 F 拉 =1538.024*1*600*0.8=738251.52N=738.25KN F 壓 +F 拉 =130.34+738.25 868.59KN 2.4.1.4 沖裁變形功、拉深變形功和輔助功的計算： (1) 沖裁變形功 ： 對于平刃沖裁，其變形功為： A 沖 x F 沖 t*10-3 1387560 式中： F 沖 沖裁力 (N)； t 板厚 (mm)； x 系數(shù)，由材料的種類和厚度決定，查表 9-11沖壓設(shè)計資料 ，取 x 0.55 A 沖 0.55*1387560*1*10-3=763.16J (2) 拉深 變形 功 ： 拉深力并不是常數(shù)，而是隨凸模的工作行程改變。為了計算實際的拉深功，不能用最大拉深力 Pmax，而應(yīng)該用其平均值 P 平均 。 對于不變薄拉深： A 拉 F 平均 h 10-3 cFmaxh 10-3 式中 A 拉 拉深 變形 功 (J)； Fmax 最大拉深力 (N)； h 拉深深度 (mm)； c 系數(shù) (查表 2-7)。 表 2-7 系數(shù) c 與拉深系數(shù)的關(guān)系 拉深系數(shù) m 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 22 系數(shù) c 0.8 0.77 0.74 0.70 0.67 0.64 由于 m R42/R=24.45/74.71=0.33,這里我 取 c 0.87。 取 Fmax F 拉 =738251.52N 則 A 拉 0.87*738251.52*145*10-3 93130.43J (3) 輔助功 ： 由于在拉深中需要克服壓邊力做功，這部分功歸為輔助功。 A 輔 F 壓 *h*10-3=130336.96*145*10-3 18898.86J 2.4.1.5 壓力機(jī)的選擇： 冷沖壓設(shè)備的選擇是沖壓工藝及其模具設(shè)計中的一項重要內(nèi) 容，它直接影響到設(shè)備的安全和合理利用，也關(guān)系到?jīng)_壓生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及成本，已經(jīng)模具壽命等一系列問題。沖壓設(shè)備的選擇包括兩個方面：類型和規(guī)格。 由于零件坯料較大，形狀不復(fù)雜，所以這里選擇的壓力機(jī)的類型為閉式 單動壓力機(jī) 。 18898.86+93130.43+763.16 由以上計算得：總的壓力 F=Fz+F 壓 +F 拉 =1443.06+868.59=2311.65KN 則壓力機(jī)的的壓力應(yīng)該大于 F。 根據(jù)表 9-12沖壓設(shè)計資料 ， 壓力機(jī) 連續(xù)工作時 的有效功 A 與壓力機(jī)公稱壓力 P的關(guān)系為： 3P315.0A 有效功應(yīng)大于工作行程中所需做的功，即： 輔拉沖 AAAA 則 10863.75P (KN)(這里感覺有很大的問題 ) 所以可選 ?KN的壓力機(jī)，其基本參數(shù)由下表 2-8 所示。 由于沒有給出 表 2-8 閉式單點壓力機(jī)規(guī)格 名 稱 量 值 名 稱 量 值 公稱壓力 /t 400 最大裝模高度 /mm 550 公稱壓力行程 /mm 13 裝模調(diào)節(jié)量 /mm 250 滑塊行程 /mm 型 400 導(dǎo)軌間距離 /mm 1480 型 315 滑塊底面前后尺寸 /mm 1300 滑塊行程次數(shù) 型 16 工作臺板尺寸 /mm 左右 1250 型 25 前后 1250 23 2.5 落料拉深模具設(shè)計 2.5.1 模具類型 本模具完成的工序是落料拉深，分析后決定采用順裝復(fù)合模。 凸凹模裝在上模，落料凹模以及拉深凸模裝在下模，順裝復(fù)合模具向上出件，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 2-6 落料拉深順裝復(fù)合模 圖中 1 凸凹模、 2 推板 、 3 固定卸料板 、 4 落料凹模、 5 壓邊圈、 6 拉深凸模 其特點是壓 力機(jī)滑塊一次行程，在同一工位，同時完成落料及一次拉深，模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)率較高。 沖壓時，上模下行，凸凹模 1 與落料凹模 4 先沖出毛坯落料外形，上模繼續(xù)下行，拉深凸模 6將毛坯拉入凸凹模 11 成形。上模回程，固定卸料板 3將 板料卸下，由壓邊圈 5和推板 2將拉深件推出。 2.5.2 主要零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 沖模的設(shè)計程序與工藝方案的選擇密切相關(guān)，同時，沖裁工藝方案的確定也受到模具結(jié)構(gòu)形式的限制。所以應(yīng)該根據(jù)沖裁件的結(jié)構(gòu)特點、精度等級、尺寸和形狀、材料種類和厚度、生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮，來確定模具的結(jié)構(gòu) 24 形式。 沖模的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度雖然各不相同，但組成模具的零件是有共性的，其可分為工藝結(jié)構(gòu)零件和輔助結(jié)構(gòu)零件。其詳細(xì)分類見表 2-9 所示。 表 2-9 沖模零件詳細(xì)分類 工藝結(jié)構(gòu)部分 輔助結(jié)構(gòu)部分 工作零件 定位零件 壓料卸料及 出件零件 導(dǎo)向零件 固定零件 緊固及其他 零件