锁紧连接件级进拉深模设计Word文件下载.docx

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模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

1.1.2冲模在现代工业生产中的地位

在现代工业生产中，冲模约占模具工业的50%，在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。

据统计，利用冲模制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%~70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。

在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。

1.2我国冲模状况

1.2.1我国冲压模具市场情况

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，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、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。

一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。

据中国模具工业协会发布的统计材料，2008年我国冲压模具总产出约为610亿元，其中出口2.5亿美元，约合17.2亿元。

根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元。

从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元。

其中国内市场需求为260.4亿元，总供应约为213.8亿元，市场满足率为82%。

在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明：

一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率；

二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力，因此其在国际市场前景看好，2005年冲压模具出口达到1.46亿美元，比2004年增长94.7%就可说明这一点；

三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。

我国冲模工业不能满足国内经济需要的原因主要有：

1.专业化和标准化程度低。

2.模具品种少，效率低，经济效益也差。

3.制造周期长，模具精度不高，制造技术较落后。

4.模具寿命短，新材料使用量不到10%。

5.力量分散，管理落后。

但改革开放以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，尤其是国民经济的高速发展，大大地提高了模具的商品化程度，推动了模具技术和模具工业的迅速发展，在CAD/CAM/CAE的运用、加工工艺手段、冲压件质量及模具性能方面，均已达到或接近国际水平。

1.2.2冲压模具水平状况

近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。

大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。

为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。

精度达到1～2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。

表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。

由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。

由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。

上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。

20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。

国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。

在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。

1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。

21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。

其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。

模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。

在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。

如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E,以色列公司的Cimatron还引进了AutoCADCATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。

且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。

在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。

快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。

围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。

它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。

在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。

虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。

这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。

轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。

虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。

标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。

有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。

但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。

汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。

高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。

NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。

这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。

模具表面强化技术也得到广泛应用。

工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。

真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。

激光切割和激光焊技术也得到了应用。

1.2.3我国冲模今后发展趋势

根据我国冲模技术的发展现状及存在的问题，今后应朝着如下几个方面发展：

1.开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具。

2.加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具制造周期。

3.大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制造过程的自动化程度。

4.积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。

5.发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。

1.3总结

冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。

近年来，冲压成型工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产率有了极大的提高，正把冲压加工提高到高品质、新的发展水平。

由于引入了计算机辅助工程（CAE）冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化分析设计。

计算机在模具领域，包括设计、制造、管理等领域发挥着越来越重要的作用。

第2章工艺分析

2.1零件的工艺性分析

设计冲压工件如图2.1所示：

图2-1零件图

技术要求：

1.本产品为直筒形拉伸件，材料为08F钢，厚度为1mm。

2.生产纲领：

大批量生产。

工件尺寸按未注公差要求。

3.未注圆角为1.5mm。

冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。

一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。

当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。

以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。

根据这一要求对该零件进行工艺分析。

由于该件外形简单，形状规则，适于冲压加工。

2.2工艺方案的确定

确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。

确定合理的冲裁工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个合理的冲压工艺方案。

零件属于大批量生产，工艺性较好，所选材料08F具有很好的冲压性能。

方案

（1）采用落料加浅拉伸的复合模，再采用单工序模拉深，然后冲孔，对设备要求较低。

方案

（2）采用单工序模具，占用设备人员多，需要开发多套模具，成本较高，但适用于大批量生产，操作简单，模具也简单，易于维护。

方案（3）采用级进模，只需1套模具，要求精度比较高，但成本较低，操作较复杂。

综合以上分析，比较利弊，由于拉深深度较大，而且产品20万件/年，属于大批量生产，所以选择方案（3）,设计一套拉深冲孔落料级进模对工件进行加工。

第3章拉深落料级进模具设计

3.1落料拉伸工艺分析

落料后拉伸可看做是带凸缘的筒形件拉伸。

在不变薄的拉深中，材料厚度虽有变化，但其平均直径与毛坯原始厚度十分接近。

因此毛坯展开尺寸可根据毛坯面积等于拉深件面积的原则来确定。

由于材料的各项异性以及拉深时金属流动条件的差异，为了保证零件的尺寸，必须留出修边余量，在计算毛坯尺寸时，必须计入修边余量，修边余量的数值可查表。

表3-1带凸缘圆筒形拉深件的修边余量δ（单位：

mm）

凸缘直径d凸

凸缘的相对直径d凸/d

1.5以下

>

1.5~2

2~2.5

2.5~3

≤25

1.6

1.4

1.2

1.0

25~50

2.5

2.0

1.8

50~100

3.5

3.0

2.2

100~150

4.3

3.6

150~200

5.0

4.2

2.7

200~250

5.5

4.6

3.8

2.8

3.2工艺计算

3.2.1拉深件毛坯尺寸计算的原则

（1）面积相等原则

由于拉深前和拉深后材料的体积不变，对于不变薄拉深，假设材料厚度拉深前后不变，拉深毛坯的尺寸按“拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积”的原则来确定（毛坯尺寸确定还可按等体积，等重量原则）。

（2）形状相似原则

拉深毛坯的形状一般与拉深件的横截面形状相似。

即零件的横截面是圆形、椭圆形时，其拉深前毛坯展开形状也基本上是圆形或椭圆形。

对于异形件拉深，其毛坯的周边轮廓必须采用光滑曲线连接，应无急剧的转折和尖角。

拉深件毛坯形状的确定和尺寸计算是否正确，不仅直接影响生产过程，而且对冲压件生产有很大的经济意义，因为在冲压零件的总成本中，材料费用一般占到60%以上。

3.2.2毛坯尺寸计算

1．查表3-1选取修边余量δ=1.2mm

=dt+2δ=26mm（3-1）

2．按公式计算毛坯直径D

（3-2）

=26mm，

=11mm，h=5mm，r=1.5mm

代入数据：

=28.4mm

取整数得D=28mm。

图3-1工件展开图

所示为带凸缘圆筒形件及其坯料。

通常，当dt/d=1.1~1.4时，称为窄凸缘圆筒形件；

当dt/d＞1.4时，称为宽凸缘圆筒形件。

图3-2带凸缘圆筒形件及其坯料

本次设计dt/d=24/11=2.18>

1.4,所以为宽凸缘圆筒形件。

带凸缘圆筒形件的拉深看上去很简单，好象是拉深无凸缘圆筒形件的中间状态。

但当其各部分尺寸关系不同时，拉深中要解决的问题是不同的，拉深方法也不相同。

当拉深件凸缘为非圆形时，在拉深过程中仍需拉出圆形的凸缘，最后再用切边或其他冲压加工方法完成工件所需的形状。

拉深方法：

有凸缘拉伸件的计算过程算是一项比较繁琐复杂的工作，该类零件的拉伸过程，其变形区的应力状态和变形特点与无凸缘圆筒形件是相同的。

但有凸缘圆筒形件拉伸时，坯料凸缘部分补时全部进入凹模口部，而是当拉伸进行到凸缘的外径（包括切边量）时，凸缘部分的拉伸工作就停止了。

二者的差别主要在首次拉伸。

3.2.3拉伸特点

首先带凸缘圆筒形件不能用拉深系数来反映材料实际的变形程度大小，而必须将拉深高度考虑进去。

因为，对于同一坯料直径D和筒形部分直径d，可有不同凸缘直径dt和高度H对应，尽管拉深系数相同（m=d/D），若拉深高度H不同，其变形程度也不同。

生产实际中，通常用相对拉深高度H/d来反映其变形程度。

其次宽凸缘圆筒形件需多次拉深时，第一次拉深必须将凸缘尺寸拉到位，以后各次拉深中，凸缘的尺寸应保持不变。

这就要求正确地计算拉深高度和严格地控制凸模进入凹模的深度。

考虑到在普通压力机上严格控制凸模进入凹模的深度比较困难，生产实践中通常有意把第一次拉入凹模的材料比最后一次拉入凹模所需的材料增加3%~5%（按面积计算），这些多拉入的材料在以后各次拉深中，再逐次挤入凸缘部分，使凸缘变厚。

工序间这些材料的重新分配，保证了所要求的凸缘直径，并使已成形的凸缘不再参与变形，从而避免筒壁拉裂的危险。

这一方法对于料厚小于0.5mm的拉深件效果更为显著。

3.2.4带凸缘圆筒形件的拉深变形程度

带凸缘筒件的拉深系数为：

mt=d/D（3-3）

mt——带凸缘圆筒形件拉深系数；

d——拉深件筒形部分的直径；

D——坯料直径。

dt/d=24/11=2.2

h/d=5/11=0.455

mt=d/D=11/28=0.393

查表3-2得，首次拉伸最大高度比0.35-0.45，而工件高度比为

，故工件一次拉不出来。

表3-2带凸缘圆筒形拉深件第一次拉伸的最大高度

凸缘相对直径

毛坯相对厚度t/D×

100

0.06~0.2

0.2~0.5

0.5~1

1~1.5

1.5

≤1.1

0.45~0.52

0.50~0.62

0.57~0.70

0.60~0.80

0.75~0.90

1.1~1.3

0.40~0.47

0.45~0.53

0.50~0.60

0.56~0.72

0.65~0.80

1.3~1.5

0.35~0.42

0.40~0.48

0.50~0.63

0.48~0.58

1.5~1.8

0.29~0.35

0.34~0.39

0.37~0.44

0.42~0.53

1.8~2.0

0.25~0.30

0.29~0.34

0.32~0.38

0.36~0.46

0.42~0.54

2.0~2.2

0.22~0.26

0.25~0.29

0.27~0.33

0.31~0.40

0.55~0.45

2.2~2.5

0.07~0.21

0.20~0.22

0.22~0.27

0.25~0.32

0.28~0.35

2.5~2.8

0.13~0.46

0.15~0.18

0.17~0.21

0.19~0.24

2.8~3.0

0.10~0.13

0.12~0.15

0.14~0.17

0.16~0.20

0.18~0.22

圆筒形件的拉深系数和拉深次数

所谓拉深系数，即每次拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯（或半成品）直径的比值以m表示。

它是衡量拉深变形程度的指标。

它的倒数称拉深程度也称拉深比。

表示为:

（3-4）

第一次批深系数

第二次拉深系数

第n次拉深系数

（m<

1）

带凸圆筒形件多次拉深时，第一次拉深的最小拉深系数列表于3-3。

表3-3带凸缘圆筒形拉深件第一次拉伸时的拉伸系数

0.59

0.57

0.55

0.53

0.50

0.54

0.51

0.49

0.52

0.47

0.48

0.46

0.45

0.44

0.43

0.41

0.40

0.38

0.37

0.35

0.34

0.33

0.32

0.31

查表3-3得m1=0.40选取实际拉深系数稍大于极限拉深系数者，故暂定第一拉深直径d1=28×

0.4=11.2mm第一次拉深直径取较大值，这里我们取为=15mm，再确定以后各次拉深直径。

拉深系数愈小，每次拉深工序毛坯的变形程度愈大，所需要的扎深工序也愈少。

拉深系数是拉深工艺计算中的主要工艺参数之一。

通常用它来决定拉深的顺序和次数。

3.2.5选择拉伸系数

采用查表法:

表3-4圆筒形拉深件用压边圈拉伸时的拉伸系数

<

2~1.5

1.5~1.0

1.0~0.6

0.6~0.3

0.3~0.15

0.15~0.08

0.48~0.50

0.50~0.53

0.53~0.55

0.55~0.58

0.58~0.60

0.60~0.63

0.73~0.75

0.75~0.76

0.76~0.78

0.78~0.79

0.79~0.80

0.80~0.82

0.80~0.81

0.81~0.82

0.82~0.84

查表3-4查得:

=0.48-0.50,

=15

0.50=7.5mm

由于