圓筒拉伸模具設計的

1、畢業(yè)設計說明書圓筒拉伸模具設計本文首先論敘了我國目前沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。正文部分介紹了一種直筒形電動機殼體的拉深模具設計，內(nèi)容主要包括：拉深原理分析、 拉深工藝分析及方案比較選擇、模具結(jié)構(gòu)的設計計算。在設計中充分利用了計算 機輔助設計（CAD/CAM）用AutoCAD200（繪制了所有零件圖和裝配圖；用 Pro/E2001設計了模具的三維實體造型。另外還運用Flash MX制作出動畫，演示了整個模具的工作過程。關(guān)鍵詞：模具、殼體拉深、工藝分析、結(jié)構(gòu)設計、凸模角度AbstractThis text talks about our country hurtles to press

2、 the mold ing tool manu facturi ng tech ni cal prese nt con diti on and the developme nt trends currently.Thenthe text part introduces a kind of design for drawing diewhich is used for the motor case's body with frank tube shape,which content includes mainly :The pricipleanalysis of Drawing ,the

3、 technical analysisfor Drawing ,the scheme relatively chosen, design and calculate for the die structure. There have fully utilized CADn the design CAD/CAM:Have drawn all part pictures and installation diagrams with Auto CAD2000;Have desig nd the three-dime nsionalen tity'smodelli ng of the die

4、withpro/E2001.Still use FLash MX to be made and set out the picture in additi on ,dem on strate the work ing process of whole die.Key words: die、shell drawing 、the priciple analysis 、the structure design、punch angel1 前言 12 拉深 23工藝方案的確定 33.1圓筒件拉深的變形分析 3拉深變形過程 33.12凹模圓角部分 53.1.3. 筒底部分 53.2拉深件的起皺及拉裂 64

5、 拉伸模具的分析 74.1拉伸模具的結(jié)構(gòu) 74.2圓筒件拉深的變形分析 7拉深變形過程圓筒形件是最典型的拉深件 7拉深過程中坯料內(nèi)的應力與應變狀態(tài) 84.3旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定 11坯料形狀和尺寸確定的依據(jù) 11簡單旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定 124.4圓筒件的拉深工藝計算 12拉深系數(shù)與極限拉深系數(shù) 12拉深次數(shù)與工序件尺寸 13圓筒形件拉深的壓料力與拉深力135模具結(jié)構(gòu)設計 155.1傳動原理 15成形工藝： 15卸料過程： 155.2零部件設計 155.3導向頂出機構(gòu)設計 18滑動導柱導套 19滾珠導柱、導套 195.3.3 常用卸料、出件及壓料零、部件 205.4.1 模具工作部

6、分的表面加工 22工藝潤滑 226 零件的工藝性分析 246.1對拉伸件的分析 246.2工藝分析 246.3拉伸凸凹模尺寸計算 266. 4拉伸間隙的確定 27間隙對沖壓模具壽命的影響 28間隙對沖壓工藝力的影響 28間隙值的確定 28設計總結(jié) 30參考文獻 31致謝 32附錄A 29附錄B 30附錄C 31/、八1 前言模具制造技術(shù)迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。如模具的CAD/CA技術(shù)，模具的激光快速成型技術(shù)，模具的精密成形技術(shù)，模具的超精密 加工技術(shù)，模具在設計中采用有限元法、邊界元法進行流動、冷卻、傳熱過程的 動態(tài)模擬技術(shù)，模具的CI MS技術(shù)，已在開發(fā)的模具DNM技術(shù)以

7、及數(shù)控技術(shù)等， 幾乎覆蓋了所有現(xiàn)代制造技術(shù)。模具設計水平的高低、加工設備的好壞、制造力 量的強弱、模具質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代， 影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高?，F(xiàn)代模具制造技術(shù)朝著加快信息驅(qū)動、提高制造柔性、敏捷化制造及系統(tǒng)化 集成的方向a）軸對稱旋轉(zhuǎn)體拉深件b）盒形件 c）不對稱拉深件2拉深拉深（又稱拉延）是利用拉深模在壓力機的壓力作用下，將平板坯料或空心工 序件制成開口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一，廣泛應用于汽車、 電子、日用品、儀表、航空和航天等各種工業(yè)部門的產(chǎn)品生產(chǎn)中，不僅可以加工 旋轉(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復雜的薄壁零件，如圖

8、2.1所示a I中tij中Q O O I圖2.1拉深件類型3工藝方案的確定根據(jù)上述工藝分析及計算，可確定該零件橢圓外形可以一道工序拉伸成形， 考慮到零件底部各孔裝配及拉伸后端面修邊的需要，因此還需設計底部沖孔及端 面切邊模，為保證拉伸好的橢圓的外形光潔、 圓滑，同時還需對拉伸好的橢圓進 行整形。于是采用的工藝方案為：沖切展開料-拉伸成橢圓外形-整形-修邊。具體分析零件展開料及橢圓形各尺寸的關(guān)系，可看出落料一拉伸凸凹模的壁 厚大于凸凹模最小壁厚具備復合的條件， 為減少工序數(shù)目及模具數(shù)量，降低設備 占用，以提高經(jīng)濟效益，因而確定工藝方案為：沖切展開料并拉伸出橢圓外形-整 形并修邊。為此，需設計落料

9、-沖孔-拉伸復合模、整形修邊復合模、等3副模具 來完成上述3個工序。3.1圓筒件拉深的變形分析拉深變形過程拉深可分為不變薄拉深和變薄拉深。 前者拉深成形后的零件，其各部分的壁 厚與拉深前的坯料相比基本不變；后者拉深成形后的零件，其壁厚與拉深前的坯 料相比有明顯的變薄，這種變薄是產(chǎn)品要求的，零件呈現(xiàn)是底厚、壁薄的特點。 本模具應用不變薄拉深。拉深所使用的模具叫拉深模。拉深模結(jié)構(gòu)相對較簡單，與沖裁模比較，工作 部分有較大的圓角，表面質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。下圖為有 壓邊圈的首次拉深模的結(jié)構(gòu)圖，平板坯料放入定位板6內(nèi)，當上模下行時，首先 由壓邊圈5和凹模7將平板坯料壓住，隨后凸模10

10、將坯料逐漸拉入凹模孔內(nèi)形 成直壁圓筒。成形后，當上?；厣龝r，彈簧 5恢復，利用壓邊圈5將拉深件從凸模10上卸下，為了便于成形和卸料，在凸模10上開設有通氣孔。壓邊圈在這副模具中，既起壓邊作用，又起卸載作用。如圖3.1拉深過程中，其底部區(qū)域幾乎不發(fā)生變化由于金屬材料內(nèi)部的相互作用，使金屬各單元體之間產(chǎn)生樂內(nèi)應力，在徑向產(chǎn)生拉伸應力6 1，在切向產(chǎn)生壓縮應力6 3。在6 1和6 3的共同作 用下，凸緣區(qū)的材料在發(fā)生塑性變形的條件下不斷地被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件 的直壁。拉深時，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件的直壁。拉伸時，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形是不均勻的， 外緣的厚度，硬度最大

11、變形亦 最大。3.1拉深模結(jié)構(gòu)圖1模柄 2 上模座 3 凸模固定板 4彈簧5 壓邊圈 6定位板 7凹模8下模座9卸料螺釘 10 凸模圖拉深過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。 凸 緣區(qū)起皺是由于切向壓應力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲； 傳力區(qū)的拉裂是由于 拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。 同時，拉深變形區(qū)板料有所增厚，而傳力區(qū) 板料有所變薄。因而出現(xiàn)的問題也不同。為了更好地解決上述問題，有必要研究。 3.12凹模圓角部分面積較小，因此產(chǎn)生的拉應力較大。同時，該處所需要轉(zhuǎn)移的材料較少，故 該處材料的變形程度很小，冷作硬化較低，材料的屈服極限也就較低。而與凸模 圓角部分相比，

12、該處又不象凸模圓角處那樣，存在較大的摩擦阻力。因此在拉深 過程中，此處變薄便最為嚴重，是整個零件強度最薄弱的地方，易出現(xiàn)變薄超差 甚至拉裂。3.1.3. 筒底部分這部分材料與凸模底面接觸，直接接收凸模施加的拉深力傳遞到筒壁，是傳 力區(qū)。該處材這部分材料變薄嚴重，尤其是與筒壁相切的部位，此處最容易出現(xiàn) 拉裂，是拉深的“危險斷面”。原應力作用，變形為徑向和切向伸長、厚度變薄， 但變形量很小。從拉深過程坯料的應力應變的分析中可見：坯料各區(qū)的應力與應變是很不均 勻的。即這部分材料變薄嚴重，尤其是與筒壁相切的部位，此處最容易出現(xiàn)拉裂， 是拉深的“危險斷面”。原是這樣，越靠近外緣，變形程度越大，板料增厚也

13、越 多，拉深成形后制件壁厚和硬度分布情況可以看出，拉深件下部壁厚略有變薄， 壁部與圓角相切處變薄嚴重，口部最厚。由于坯料各處變形程度不同，加工硬化 程度也不同，表現(xiàn)為拉深件各部分硬度不一樣，越接近口部，硬度愈大3.2拉深件的起皺及拉裂凸緣變形區(qū)的“起皺”和筒壁傳力區(qū)的“拉裂”是拉深工藝能否順利進行 的主要障礙。為此，必須了解起皺和拉裂的原因，在拉深工藝和拉深模設計等方 面采取適當?shù)拇胧?，保證拉深工藝的順利進行，提高拉深件的質(zhì)量。凸緣區(qū)會不會起皺，主要決定于兩個方面：一方面是切向壓應力c的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺；另一方面是凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力，凸緣寬度越大，厚度越薄這部分材料變薄嚴重

14、，尤其是與筒壁相切的部位，此處最容易 出現(xiàn)拉裂，是拉深的“危險斷面”。原力而且取決于壓桿的粗細。在拉深過程中 是 隨著拉深的進行而增加的，但凸緣變形區(qū)的相對厚度也在增大。這說明拉深過程中失穩(wěn)起皺的因素在增加而抗失穩(wěn)起皺的能力也在增加。拉深時，筒壁所受的拉應力除了與徑向拉應力有關(guān)之外，還與由于壓料力引 起的摩擦阻力、坯料在凹模圓角表面滑動所產(chǎn)生的摩擦阻力和彎曲變形所形成的 阻力有關(guān)。筒壁會不會拉裂主要取決于兩個方面： 一方面是筒壁傳力區(qū)中的拉應力；另 一方面是筒壁傳力區(qū)的抗拉強度。當筒壁拉應力超過筒壁材料的抗拉強度時，拉 深件就會在底部圓角與筒壁相切處一一“危險斷面”產(chǎn)生破裂要防止筒壁的拉裂，一

15、方面要通過改善材料的力學性能，提高筒壁抗拉強度； 另一方面是通過正確制定拉深工藝和設計模具，合理確定拉深變形程度、凹模圓 角半徑、合理改善條件潤滑等，以降低筒壁傳力區(qū)中的拉應力4 拉伸模具的分析4.1拉伸模具的結(jié)構(gòu)拉深模結(jié)構(gòu)相對較簡單。根據(jù)拉深模使用的壓力機類型不同，拉深?？煞?為單動壓力機用拉深模和雙動壓力機用拉深模；根據(jù)拉深順序可分為首次拉深模 和以后各次拉深模；根據(jù)工序組合可分為單工序拉深模、復合工序拉深模和連續(xù)工序拉深模；根據(jù)壓料情況可分為有壓邊裝置和無壓邊裝置拉深模。1. 無壓邊裝置的簡單拉深模這種模具結(jié)構(gòu)簡單，上模往往是整體的，如圖3.1所示。當凸模3直徑過小時，則還應加上模座，以

16、增加上模部分與壓力機滑塊的接觸面積，下模部分有定位板1、下模座2與凹模5。為使工件在拉深后不致于緊貼在凸模上難以取下， 在拉深凸模3上應有直徑聲© 3mm以上的小通氣孔。拉深后，沖壓件靠凹模下部 的脫料頸刮下。這種模具適用于拉深材料厚度較大（t>2m m）及深度較小的零件2. 有壓邊裝置的拉深模如圖3.1所示為壓邊圈裝在上模部分的正裝拉深模。由于彈性元件裝在上模，因此凸模要比較長，適宜于拉深深度不大的工件。4.2圓筒件拉深的變形分析拉深變形過程圓筒形件是最典型的拉深件平板圓形坯料拉深成為圓筒形件變形過程如圖4.1r Jr廠“j"X . X拉深拉深過程中，其底部區(qū)域幾乎

17、不發(fā)生變化由于金屬材料內(nèi)部的相互作 用，使金屬各單元體之間產(chǎn)生樂內(nèi)應力，凸緣區(qū)的材料在發(fā)生塑性變形的條件下 不斷地被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件的直壁。 拉深時，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形 被拉入凹模內(nèi)成為筒形零件的直壁。 拉伸時，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形是不均 勻的，外緣的厚度，硬度最大變形亦最大。422拉深過程中坯料內(nèi)的應力與應變狀態(tài)拉深過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題主要是凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂。凸緣區(qū)起皺是由于切向壓應力引起板料失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲；傳力區(qū)的拉裂是由于拉應力超過抗拉強度引起板料斷裂。拉深時，凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形的同時， 拉深變形區(qū)板料有所增厚，而傳力區(qū)板料有所變薄。這些現(xiàn)象表明

18、，在拉深過程 中，坯料內(nèi)各區(qū)的應力、應變狀態(tài)是不同的，因而出現(xiàn)的問題也不同。為了更好 地解決上述問題，有必要研究拉深過程中坯料內(nèi)各區(qū)的應力與應變狀態(tài)。圖4.2是拉深過程中某一瞬間坯料所處的狀態(tài)。 根據(jù)應力與應變狀態(tài)不同，可將坯料劃 分為五個部分圖4.2拉深過程的應力與應變狀態(tài)1）.凸緣部分（見圖4.2 a、圖4.2 b、圖4.2 c ）這是拉深的主要變形區(qū)，材料在徑向拉應力和切向壓應力的共同作用下產(chǎn) 生切向壓縮與徑向伸長變形而逐漸被拉入凹模。力學分析可證明，凸緣變形區(qū)的 是按對數(shù)曲線分布的，其分布情況如圖 所示，在=r處（即凹模入口處）， 凸緣上的值最大。在厚度方向，由于壓料圈的作用，產(chǎn)生壓應

19、力，通常和的絕對值比大得多。厚 度方向上材料的的變形情況取決于徑向拉應力和切向壓應力之間比例關(guān)系，一般 在材料產(chǎn)生切向壓縮和徑向伸長的同時， 厚度有所增厚，越接近于外緣，板料增 厚越多。如果不壓料（=0），或壓料力較?。ㄐ。@時板料增厚比較大。當拉深變 形程度較大，板料又比較薄時，則在坯料的凸緣部分，特別是外緣部分，在切向 壓應力 作用下可能失穩(wěn)而拱起，產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。2）.凹模圓角部分（見圖4.2 a、圖4.2 b、圖4.2 d ）此部分是凸緣和筒壁的過渡區(qū)，材料變形復雜。切向受壓應力而壓縮，徑向受 拉應力而伸長，厚度方向受到凹模圓角彎曲作用產(chǎn)生壓應力。由于該部分徑向拉應力 的絕對值最大，所

20、以，是絕對值最大的主應變，為拉應變，而和為壓應 變。3）.筒壁部分（見圖4.2 a、圖4.2 b、圖4.2 e ）這部分是凸緣部分材料經(jīng)塑性變形后形成的筒壁， 它將凸模的作用力傳遞給凸 緣變形區(qū)，因此是傳力區(qū)。該部分受單向拉應力作用，發(fā)生少量的縱向伸長和厚 度變薄。4）.凸模圓角部分（見圖4.2 a、圖4.2 b、圖4.2 f ）此部分是筒壁和圓筒底部的過渡區(qū)。拉深過程一直承受徑向拉應力和切向拉應力的作用，同時厚度方向受到凸模圓角的壓力和彎曲作用，形成較大的壓應力， 因此這部分材料變薄嚴重，尤其是與筒壁相切的部位，此處最容易出現(xiàn)拉裂，是 拉深的“危險斷面”。原因是：此處傳遞拉深力的截面積較小，

21、因此產(chǎn)生的拉應 力較大。同時，該處所需要轉(zhuǎn)移的材料較少，故該處材料的變形程度很小，冷作 硬化較低，材料的屈服極限也就較低。而與凸模圓角部分相比，該處又不象凸模 圓角處那樣，存在較大的摩擦阻力。因此在拉深過程中，此處變薄便最為嚴重， 是整個零件強度最薄弱的地方，易出現(xiàn)變薄超差甚至拉裂。5）.筒底部分（見圖4.2 a、圖4.2 b、圖4.2 g ）這部分材料與凸模底面接觸，直接接收凸模施加的拉深力傳遞到筒壁，是傳力 區(qū)。該處材料在拉深開始時即被拉入凹模， 并在拉深的整個過程中保持其平面形 狀。它受到徑向和切向雙向拉應力作用，變形為徑向和切向伸長、厚度變薄，但 變形量很小。從拉深過程坯料的應力應變的

22、分析中可見：坯料各區(qū)的應力與應變是很不均勻 的。即使在凸緣變形區(qū)內(nèi)也是這樣，越靠近外緣，變形程度越大，板料增厚也越 多。拉深成形后制件壁厚和硬度分布情況可以看出，拉深件下部壁厚略有變薄， 壁部與圓角相切處變薄嚴重，口部最厚。由于坯料各處變形程度不同，加工硬化 程度也不同，表現(xiàn)為拉深件各部分硬度不一樣，越接近口部，硬度愈大。4.3旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定431坯料形狀和尺寸確定的依據(jù)拉深件坯料形狀和尺寸是以沖件形狀和尺寸為基礎，按體積不變原則和相似原則確定。體積不變原則，即對于不變薄拉深，假設變形前后料厚不變，拉深 前坯料表面積與拉深后沖件表面積近似相等， 得到坯料尺寸；相似原則，即利用 拉深

23、前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似，得到坯料形狀。當沖件的斷面是圓形、 正方形、長方形或橢圓形時，其坯料形狀應與沖件的斷面形狀相似，但坯料的周 邊必須是光滑的曲線連接。對于形狀復雜的拉深件，利用相似原則僅能初步確定 坯料形狀，必須通過多次試壓，反復修改，才能最終確定出坯料形狀，因此，拉 深件的模具設計一般是先設計拉深模， 坯料形狀尺寸確定后再設計沖裁模。由于 金屬板料具有板平面方向性和模具幾何形狀等因素的影響，會造成拉深件口部不整齊，因此在多數(shù)情況下采取加大工序件高度或凸緣寬度的辦法，拉深后再經(jīng)過 切邊工序以保證零件質(zhì)量當零件的相對高度H / d很小，并且高度尺寸要求不高時，也可以不用切邊 工序。

24、432簡單旋轉(zhuǎn)體拉深件坯料尺寸的確定首先將拉深件劃分為若干個簡單的便于計算的幾何體，并分別求出各簡單幾 何體的表面積。把各簡單幾何體面積相加即為零件總面積，然后根據(jù)表面積相等 原則，求出坯料直徑在計算中，零件尺寸均按厚度中線計算；但當板料厚度小于1mm時，也可以按外形或內(nèi)形尺寸計算。4.4圓筒件的拉深工藝計算拉深系數(shù)與極限拉深系數(shù)a:拉深系數(shù)的定義在制定拉深工藝時，如拉深系數(shù)取得過小，就會使拉深件起皺、斷裂或嚴 重變薄超差。因此拉深系數(shù)減小有一個客觀的界限，這個界限就稱為極限拉深系 數(shù)。極限拉深系數(shù)與材料性能和拉深條件有關(guān)。從工藝的角度來看，極限拉深系數(shù)越小越有利于減少工序數(shù)。b:影響極限拉深

25、系數(shù)的因素1）材料的組織與力學性能 一般來說，材料組織均勻、晶粒大小適當、屈 強比小、塑性好、板平面方向性小、板厚方向系數(shù)大、硬化指數(shù)大的板料，都可 能采用較小的極限拉深系數(shù)。2）板料的相對厚度 當板料相對厚度較小時，抵抗失穩(wěn)起皺的能力小，容易 起皺。為了防皺而增加壓料力，又會引起摩阻力增大。因此板料相對厚度小，使 極限拉深系數(shù)高；板料相對厚度大，可選用較小的極限拉深系數(shù)c:拉深工作條件1）凸、凹模之間間隙也應適當，太小，板料受到太大的擠壓作用和摩擦阻力， 增大拉深力；間隙太大會影響拉深件的精度，拉深件錐度和回彈較大。2）摩擦潤滑 凹模和壓料圈與板料接觸的表面應當光滑，潤滑條件要好，以 減少摩

26、擦阻力和筒壁傳力區(qū)的拉應力。 而凸模表面不宜太光滑，也不宜潤滑，以 減小由于凸模與材料的相對滑動而使危險斷面變薄破裂的危險。3）壓料圈的壓料力 壓料是為了防止坯料起皺，但壓料力卻增大了筒壁傳力 區(qū)的拉應力，壓料力太大，可能導致拉裂。拉深工藝必須正確處理這兩者關(guān)系， 做到既不起皺又不拉裂。為此，必須正確調(diào)整壓料力，即應在保證不起皺的前堤 下，盡量減少壓料力，提高工藝的穩(wěn)定性。此外，影響極限拉深系數(shù)的因素還有拉深方法、拉深次數(shù)、拉深速度、拉 深件的形狀等。采用反拉深、軟模拉深等可以降低極限拉深系數(shù)； 首次拉深極限 拉深系數(shù)比后次拉深極限拉深系數(shù)小；拉深速度慢，有利于拉深工作的正常進行， 盒形件角部

27、拉深系數(shù)比相應的圓筒形件的拉深系數(shù)小。442拉深次數(shù)與工序件尺寸1. 拉深次數(shù)的確定2. 各次拉深工序件尺寸的確定，工序件直徑的確定確定拉深次數(shù)以后，由表查得各次拉深的極限拉深系數(shù)，適當放大，并加以調(diào)整。圓筒形件拉深的壓料力與拉深力1.壓料裝置與壓料力為了解決拉深過程中的起皺問題，生產(chǎn)實際中的主要方法是在模具結(jié)構(gòu)上采 用壓料裝置。常用的壓料裝置有剛性壓料裝置和彈性壓料裝置兩種。是否采用壓 料裝置主要看拉深過程中是否可能發(fā)生起皺， 在實際生產(chǎn)中可按表壓料裝置產(chǎn)生 的壓料力FY大小應適當，F(xiàn)Y太小，則防皺效果不好；FY太大，則會增大傳 力區(qū)危險斷面上的拉應力，從而引起材料嚴重變薄甚至拉裂。因此，實

28、際應用中, 在保證變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選用小的壓料力。隨著拉深系數(shù)的減小，所需壓料力是增大的。同時，在拉深過程中，所需壓 料力也是變化的，一般起皺可能性最大的時刻所需壓料力最大。 理想的壓料力是 隨起皺可能性變化而變化，但壓料裝置很難達到這樣的要求。2 拉深力與壓力機公稱壓力(1 )拉深力(2 )壓力機公稱壓力單動壓力機，其公稱壓力應大于工藝總壓力。5模具結(jié)構(gòu)設計5.1傳動原理成形工藝：下磨部分靜止，上模部分下移，壓邊圈壓料，凸模進行拉深卸料過程：上模部分上移，彈簧帶動卸料板卸料5.2零部件設計在模具設計階段，有必要對模具結(jié)構(gòu)件進行必要的強度校核計算， 而選用材 料時則有以下注意事項：

29、模承受的應力 凸模材料的許用壓應力 為提高凸模的抗彎強度，應選用彈性系數(shù)大的材質(zhì) 根據(jù)歐拉公式，進行穩(wěn)定能力的校核值得注意的是，在沖壓成形過程中，由于每一種沖壓板材都有自己的化學成 分、力學性能以及與沖壓性能密切相關(guān)的特性值，沖壓材料的性能不穩(wěn)定、沖壓 材料厚度的波動、以及沖壓材質(zhì)的變化，不但直接影響到?jīng)_壓成形加工的精度和 品質(zhì)，亦可能導致模具的損壞。以拉伸筋為例，其在沖壓成形中便占據(jù)有非常重要的地位。 在拉伸成形過程 中，產(chǎn)品的成形需要具備一定大小、 且沿固定周邊適當分布的拉力，這種拉力來 自沖壓設備的作用力、邊緣部分材料的變形阻力，以及壓邊圈面上的流動阻力。 而流動阻力的產(chǎn)生，如果僅僅是依

30、靠壓邊力的作用，則模具和材料之間的摩擦力 是不夠的。為此，還須在壓邊圈上設置能產(chǎn)生較大阻力的拉伸筋，以增加進料的阻力,從而使材料產(chǎn)生較大的塑性變形，以滿足材料的塑性變形和塑性流動的要求。 同時，通過改變拉伸筋阻力的大小與分布，并控制材料向模具內(nèi)流動的速度和進料 量，實現(xiàn)對拉伸件各變形區(qū)域內(nèi)的拉力及其分布狀況的有效調(diào)節(jié)，從而防止拉伸成形時產(chǎn)品的破裂、起皺，以及變形等品質(zhì)問題。由上可見，在制定沖壓工藝和 模具設計過程中，必須考慮拉伸阻力的大小，根據(jù)壓邊力的變化范圍來布置拉伸 筋并確定拉伸筋的形式，使各變形區(qū)域按需要的變形方式和變形程度完成成形。耐磨性坯料在模具型腔中塑性變性時，沿型腔表面既流動又滑

31、動，使型腔表面與坯 料間產(chǎn)生劇烈的摩擦，從而導致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最 基本、最重要的性能之一。硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量 越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大 小及分布有關(guān)。強韌性模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負荷，從而導致脆性 斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強度和韌性。模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)。(3) 疲勞斷裂性能模具工作過程中，在循環(huán)應力的長期作用下，往往導致疲勞斷裂。其形式有 小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及

32、彎曲疲勞斷裂。模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的 含量(4) 高溫性能當模具的工作溫度較高進，會使硬度和強度下降，導致模具早期磨損或產(chǎn)生 塑性變形而失效。因此，模具材料應具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工 作溫度下，具有較高的硬度和強度。(5) 耐冷熱疲勞性能有些模具在工作過程中處于反復加熱和冷卻的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力 變應力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸 精度，從而導致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一， 幫這類模 具應具有較高的耐冷熱疲勞性能。(7)耐蝕性有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟等

33、元素，受熱后分解析 出HCI、HF等強侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損 失效。模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。為保證模具 的制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，其材料應具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、 淬透性及可磨削性；還應具有小的氧化、脫碳敏感性和淬火變形開裂傾向?？慑懶跃哂休^低的熱鍛變形抗力，塑性好，鍛造溫度范圍寬，鍛裂冷裂及析出網(wǎng)狀 碳化物傾向低。退火工藝性球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動范圍小，球化率高。切削加工性切削用量大，刀具損耗低，加工表面粗糙度低。氧化、脫碳敏感性高溫加熱時抗氧化懷能好，脫碳速度慢，對加熱介質(zhì)不敏感，產(chǎn)生麻點傾向 小

34、。淬硬性淬火后具有均勻而高的表面硬度。淬透性淬火后能獲得較深的淬硬層，采用緩和的淬火介質(zhì)就能淬硬。淬火變形開裂傾向常規(guī)淬火體積變化小，形狀翹曲、畸變輕微，異常變形傾向低。常規(guī)淬火開 裂敏感性低，對淬火溫度及工件形狀不敏感?？赡ハ餍陨拜喯鄬p耗小，無燒傷極限磨削用量大，對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感， 不易發(fā)生磨傷及磨削裂紋。在給模具選材是，必須考慮經(jīng)濟性這一原則，盡可能地降低制造成本。因此, 在滿足使用性能的前提下，首先選用價格較低的，能用碳鋼就不用合金鋼，能用 國產(chǎn)材料就不用進口材料。5.3導向頂出機構(gòu)設計導柱和導套對批量生產(chǎn)大，要求模具壽命長，工件精度較高的沖模一般采用 導柱，導套來保證上，下

35、模的精確導向。導柱，導套的結(jié)構(gòu)形式由滑動和滾動的 兩種，這里選用滑動導柱，導套的結(jié)構(gòu)形式531滑動導柱導套導柱的直徑一般在16毫米到60毫米之間，長度在90毫米到320毫米之間。 按標準選用時，長度應保證上模座在最低位置時， 導柱上端與上模座頂面距離不 小于10毫米到15毫米，而下模座底面與導柱底面的距離不小于 2毫米。導柱的 下部與下模座導柱孔采用過盈配合。導套的長度必須保證在沖壓前進入導套10毫米以上。導套與導柱之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)，沖壓件的精度及材料厚 度等的不同，其間隙配合也稍有不同。例如：對于拉伸模，導柱和導套的配合可 根據(jù)凸凹模間隙選擇。凸凹模間隙小于 0.3毫米時，

36、采用H6-h5配合；大于0.3 毫米時，采用H7-h6配合。拉伸厚度為4毫米到8毫米的金屬板時，采用h7-H7 配合。滾珠導柱、導套滾珠導柱、導套是一種無間隙、精度高、壽命長的導向裝置，適用于高速沖 模、精密沖裁模以及硬質(zhì)合金模具的沖壓工作。常見的滾珠導柱、導套的結(jié)構(gòu)形 式為：導套與上模座導套孔采用過盈配合， 滾珠置于滾珠夾持圈內(nèi)，與導柱和導 套接觸，并有微量過盈。設計時，滾珠與導柱、導套之間應保持 0.01到0.02毫米的過盈量。為保 證均勻接觸，滾珠尺寸必須嚴格控制。滾珠直徑一般取3到5毫米。對于高精度 的模具，滾珠精度取IT5，一般精度的模具取IT6。滾珠應排列對稱，分布均勻， 與中心線

37、傾斜角一般取5度到10度。使每個滾珠在上下運動時都有其各自的滾 道而減少磨損。滾珠夾持圈的長度，應保證上?；爻讨辽现裹c時，仍有2道3圈滾珠與導柱、導套配合，起導向作用。導柱、導套有國家標準，設計時應盡可能選用標準的導柱、導套本套模具我選用滑動導柱導套。533常用卸料、出件及壓料零、部件(1) 卸料裝置一般分為固定卸料裝置和彈壓卸料裝置兩種形式。在固定卸料 裝置中，卸料板和導料板是做成一體的、和分開的兩種。分開的主要是從凸模上 卸下條料。適用與沖壓材料厚度較厚、沖裁力較大的落料模和級進模。懸臂式固 定卸料裝置，適用于成型后制件的沖孔模。鉤形固定卸料裝置，適用于簡單的彎 曲和拉伸件的沖孔模。固定卸

38、料裝置，用螺釘和銷釘固定在下模板上。固定卸料 裝置能承受較大的卸料力，卸料安全可靠，但操作不便生產(chǎn)率較低。固定卸料板 與凸模的雙面間隙一般取0.4到2毫米。剛性卸料板的厚度取決于卸料力的大小 及模具尺寸的大小，一般取5到25毫米。彈簧和橡膠是模具中廣泛應用的彈性零件，主要用于卸料。圓鋼絲螺旋壓縮彈簧在模具設計時，彈簧按標準選用首先壓力要足夠即彈簧的預壓力要大于卸料 力除以彈簧的個數(shù)。壓縮量要足夠還得符合模具結(jié)構(gòu)空間的要求。 而橡膠允許承 受的負荷要比彈簧大，而且安裝調(diào)整方便，成本低，是模具中使用最廣泛的原件。 橡膠在受壓力方向所產(chǎn)生的變形與其所受到的壓力不成正比的線性關(guān)系。在本例中我們使用橡膠

39、為卸料裝置。為了保證橡膠的正常使用，不致于過早損壞，應該控制其允許的最大壓縮量， 一般取自由高度的百分之30到40,而橡膠的預壓縮量一般取自由高度的百分之 10左右。則橡膠的工作行程為：S工作=S總-S預=(0.250.30)H 自由所以橡膠的自由高度為H自由約為(3.54.0)S工作橡膠的高度與直徑之比在0.5到1.5之間。橡膠斷面面積的確定一般是憑經(jīng)驗估計，并根據(jù)模具空間大小進行合理布 置。同時，在橡膠裝上模具后，周圍要留有足夠的空隙位置，以允許橡膠壓縮時 斷面尺寸的脹大！(2) 在拉伸工序中，為保證拉伸件的表面質(zhì)量，防止拉伸過程中材料的起皺， 常采用壓邊圈把零件的變形區(qū)部分壓在凹模平面上

40、，并使零件從壓邊圈與凹模平 面之間的間隙中通過，從而防止零件起皺現(xiàn)象的產(chǎn)生。5.4模具表面的處理模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，因 此在模具使用之前，同時也是模具制造的最后階段，通常要進行研磨與拋光處理， 以提高模具表面質(zhì)量。而在研磨與拋光處理后，有很多模具制造企業(yè)和模具使用 企業(yè)還運用了表面處理技術(shù)，目的在于延長模具使用壽模具表面的質(zhì)量對模具使 用壽命命，提高工件的加工品質(zhì)，降低模具使用成本，提高生產(chǎn)效率。(1) 成膜溫度會影響原有鋼材的質(zhì)量，較高的溫度使鋼材產(chǎn)生退火或回火效 應，降低基材的硬度和韌性。(2) 成膜技術(shù)決定了膜層是否容易脫落，通常，較新的技術(shù)都

41、采用離子注入 法，使膜層嵌入基體表面，從而提高了膜基結(jié)合力(3) 膜層硬度決定了鍍件的耐磨性能(4) 膜層表面摩擦系數(shù)低，有利于工件表面的潤滑，也是提高耐磨性的一個因素541模具工作部分的表面加工不銹鋼拉深模表面質(zhì)量要求很高。較低的表面粗糙度可以起到減摩和提高抗 粘合性的作用。因此，模具表面粗糙度降低，模具的修磨次數(shù)相應減少，模具使 用壽命相應地得到提高。工藝潤滑由不銹鋼拉深特性可知，形成粘結(jié)瘤是因為板料與模具發(fā)生了直接接觸，因 此選擇潤滑劑或涂覆劑的首要點就是在板料拉深成形過程中潤滑膜自始至終不 發(fā)生破裂并且起潤滑作用?！胺勒辰的Α笔沁x擇潤滑劑的基本出發(fā)點。一般在潤滑劑中加一定比例的添加劑或

42、采用固體潤滑劑均可取得較好效果。這主要是提高潤滑劑對金屬表面的潤滑能力，用以產(chǎn)生含硫、磷、氯的化合物在高溫下與金屬表面起化學反應，生成硫化鐵、氯化鐵等來加強油膜強度和增強吸 附能力，較好地潤滑模具與產(chǎn)品表面。固體潤滑劑則是填充到金屬表面的小坑內(nèi)，使干磨擦接觸點減少到最少，另 外固體潤滑劑有很高的穩(wěn)定性，在高溫下也能起到潤滑作用，不易發(fā)生模具粘結(jié)。 通常在生產(chǎn)中根據(jù)產(chǎn)品變形程度和實際情況選擇和配方 （有關(guān)沖壓手冊上可查到 配方）。另外，由脂肪、礦物油、合成油脂、潤滑脂、皂液也可組成潤滑劑，且對不 銹鋼淺拉深效果較好。含有水溶乳濁液，或者用油稀釋的有機礦物油也可用于淺 拉延。在潤滑劑中加入石墨能起

43、到抗粘合的作用但石墨加人后的清洗較困難。如選用代號3054合金鑄鐵制作模具，那么選用一般潤滑劑效果都較好。據(jù)資料介紹板料經(jīng)鹽浴處理可在表面獲得一層金屬軟模 （如銅、鋅、鉛等），拉深成形過程中不會出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象。另外，近年來研制出了一種以聚乙烯醇縮丁 醛為主體的有機高分子潤滑膜，毛坯經(jīng)過處理，表面得到一層有機潤滑膜，它可 隨板料一起變形，這不僅避免了模具與板料的直接接觸， 防止了粘模，保證了產(chǎn) 品表面質(zhì)量，而且極大的減弱了模具與板料的摩擦作用，起到良好的潤滑作用， 實驗表明效果良好。6零件的工藝性分析6.1對拉伸件的分析裝飾蓋（半成品）是某產(chǎn)品上的外觀裝飾件，圓外形，如圖 2.1采用厚度為1mm勺

44、45#鋼板制成，少量生產(chǎn)。由于是裝飾件，要求外觀圓滑、光潔，零件不 允許有拉伸過程中出現(xiàn)的壓痕、歪扭等缺陷。在實際裝配使用過程中，蓋內(nèi)需安 放電器元件，內(nèi)形尺寸還起著定位、固定其它零件的作用。此外殼形狀簡單，所用材料及厚度和零件尺寸精度均適合拉伸成型工藝要求。所以采用拉伸成型工藝，不但可以提高零件的強度和剛度， 還可以取得更好 的經(jīng)濟效益。圖6.1零件6.2工藝分析從外形看，該零件屬于拉伸成形件。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，加工中應有落料、 拉伸等工序。根據(jù)裝飾蓋高度及其相對高度，H/h=(30-0.25)/(38.5+0.5)0.76拉深件坯料形狀和尺寸是以沖件形狀和尺寸為基礎，按體積不變原則和相似

45、 原則確定。體積不變原則，即對于不變薄拉深，假設變形前后料厚不變，拉深前 坯料表面積與拉深后沖件表面積近似相等，得到坯料尺寸；相似原則，即利用拉深前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似，得到坯料形狀。當沖件的斷面是圓形、正方形、長方形或橢圓形時，其坯料形狀應與沖件的斷面形狀相似，但坯料的周邊 必須是光滑的曲線連接。對于形狀復雜的拉深件，利用相似原則僅能初步確定坯 料形狀，必須通過多次試壓，反復修改，才能最終確定出坯料形狀，因此，拉深 件的模具設計一般是先設計拉深模，坯料形狀尺寸確定后再設計沖裁模。由于金屬板料具有板平面方向性和模具幾何形狀等因素的影響， 會造成拉深 件口部不整齊，因此在多數(shù)情況下采取加

46、大工序件高度或凸緣寬度的辦法， 拉深 后再經(jīng)過切邊工序以保證零件質(zhì)量。查表 6.2可得，修邊余量為2.0拉伸高度h/mm拉伸的相對高度h/d及h/ B> > >> < 101.01.21.52.0> 10-201.21.62.02.5> 20-502.02.53.34.0> 50-1003.03.85.06.0> 100-1504.05.06.58.0> 150-2005.06.38.010.0> 200-2506.07.59.011.0> 2507.08.510.012.0表6.2依圖樣零件計算尺寸 H=30-0.25+

47、2.0=31.75D=d； 4d2H 1.72rd20.56r2 =786.3拉伸凸凹模尺寸計算凹模圓角半徑按公式得r d1 =0.8 (D d)t 5mmr d2 =(0.60.8) r d1 4mm凸模圓角半徑r pi=(0.71.0) r d1 5mmr p2 =3.5完成拉伸工作的總次數(shù)12345拉伸次數(shù)1121231,234凸模與凹模的單邊間隙 Z11.1t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t第一次拉伸單邊間隙Z=1.2t第二次拉伸單邊間隙Z=t查表 6.3 得 & d =0.05& p =0.03材料厚度t拉伸件的直徑dw 2

48、020-100> 100w 0.53 d3 p3 d3 p3 d3 p0.51.50.020.010.030.02> 1.50.040.020.050.030.080.050.060.040.080.050.100.06表6.3凸模和凹模的制造公差6. 4拉伸間隙的確定拉伸件的尺寸精度是指拉伸件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高。這個差值包括兩方面的偏差，一是拉伸件相對與凸?；蛘呤前寄３叽?的偏差，二是拉伸模具本身的制造誤差。拉伸件相對于凸凹模尺寸的偏差，主要是制件從凹模推出或從凸模上卸下 時，因材料所受的擠壓變形纖維伸長穹彎等產(chǎn)生彈性恢復而造成的。偏差值可 能是正的

49、，也可能是負的。影響這個偏差值的因素有：凸凹模間隙 材料性質(zhì) 工 件形狀與尺寸。其中主要因素是凸凹模間隙值。當凸凹模間隙較大時，材料的彈性恢復使拉伸件尺寸向?qū)嶓w方向收縮， 落料 件尺寸小于凹模尺寸，沖孔孔徑大于凸模直徑。拉伸尺寸與沖壓模具尺寸完全一樣。當間隙較小時，由于材料受凸、凹模擠壓力大，故沖壓完后，材料的彈性恢復使落料件尺寸增大，沖孔孔徑變小。尺 寸變化量的大小與材料性質(zhì)、厚度、軋制方向等因素有關(guān)。材料性質(zhì)直接決定了 材料在沖壓過程中的彈性變形量。 軟鋼的彈性變形量較小，沖壓后的彈性恢復也 就??；硬鋼的彈性恢復量較大。上述因素的影響是在一定的沖壓模具制造精度這 個前提下討論的。若沖壓模具

50、刃口制造精度低，則沖壓件的制造精度也就無法保證。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件的尺寸要求來決定。此外， 沖裁模具的結(jié)構(gòu)形式及定位方式對孔的定位尺寸精度也有較大的影響，這將在沖 裁模具結(jié)構(gòu)中闡述。沖模制造精度與沖裁件精度之間的關(guān)系可見很緊密641間隙對沖壓模具壽命的影響沖壓模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是影響沖壓模具壽命諸因素中最 主要的因素之一。沖壓過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩 擦，而且間隙越小，沖壓模具作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重。所以過小的間 隙對沖壓模具壽命極為不利。 而較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小， 并減緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高沖壓模具壽命。間隙對沖壓工藝力的影響隨著間隙的增大，材料所受的拉應力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力 減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當單邊間隙在材料厚度的520%左右時，沖壓力的降低不超過510%。間隙對卸料力、推件力的影響比較顯著。間隙增 大后，從凸模上卸料和從凹模里推出零件都省力，當單邊間隙達到材料厚度的 1525流右時卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸 料力、