课程设计之拉深模.docx
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课程设计之拉深模
材料工程系模具设计与制造专业
冲压/塑料模具设计与制造实训说明书
姓名：
王永才
班级：
模具122
学号：
121304237
指导教师：
原国森
日期：
2015年4月
河南机电高等专科学校
目录
第一章绪论
1.1国内外模具的现状和发展趋势
1.2深圆筒拉深件模具设计与制造方面
第二章圆筒冲压工艺的分析
2.1拉深件工艺分析
2.2拉深工艺计算和工艺方案
2.2.1工艺方案的确定
2.2.2计算毛坯尺寸
2.2.3确定是否用压边圈
2.2.4拉深次数的确定
2.2.5排样及相关的计算
2.3压力、压力中心计算及压力机的选用
2.3.1压力计算
2.3.2压力机的选用
第3章模具的结构设计
3.1模具工作部分的计算
3.1.1拉深模的间隙
3.1.2拉深模的圆角半径
3.1.3凸凹模工作部分的尺寸和公差
3.1.4选用模架、确定闭合高度及总体尺寸
3.2模具零件的结构设计
3.2.1拉深凹模
3.2.2拉深凸模
3.2.3打料块
3.2.4压边圈
3.2.5导柱、导套
3.2.6其他零件
3.3模具总装图
第一章绪论
1.1模具设计的重要性与现状
目前我国模具工业与发达国家相比还相当落后。
主要原因是我国在模具标准化，模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家相比差距很大。
我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。
进口模具18.13亿 美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。
进出口之比2004年为3.69:
1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。
在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。
在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。
近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：
大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；"三资"及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等
虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。
我国尚存在以下几方面的不足:
第一，体制不顺，基础薄弱。
“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。
第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。
我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。
第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低．虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。
由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。
装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。
第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差．由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。
目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。
模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。
模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。
第五，模具材料及模具相关技术落后．模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。
塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。
巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。
虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。
未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:
1）模具日趋大型化；
2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；
3）模具扫描及数字化系统；
4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；
5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；
6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；
7）模具的精度将越来越高；
8）模具研磨抛光将自动化、智能化；
9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；
10）开发新的成形工艺和模具。
随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到25～30万美元。
国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．
1.2深圆筒拉深模具设计的设计思路
拉深是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。
它不仅可以加工旋转体零件，还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是，加工出来的制件的精度都很底。
一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级。
只有加强拉深变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决拉深变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。
对于拉深件来说，起皱与拉裂是不可避免会出现的两种主要障碍。
首先对于起皱来说：
凸缘变形区会不会起皱主要取决于两个方面，一是切向应力的大小，越打越容易失稳起皱;另一发面，凸缘变形区半脸本身抵抗失稳的能力，凸缘宽度越打，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小，这类似于材料力学中的压杆稳定问题。
圆筒件是最典型的拉深件，其工作过程很简单就一个拉深，根据计算确定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深。
在最后的一次拉深中由于制件的高度太高，根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次拉深不能采用标准的模架。
为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。
要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度。
导柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工作配合长度决定．设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。
1.3.2深圆筒拉深模具设计的进度
1.了解目前国内外冲压模具的发展现状；
2.确定加工方案；
3.模具的设计；
4．模具的调试．
第2章深圆筒冲压工艺的分析
2.1拉深件工艺分析
图2-1
材料：
T1铜厚度：
2mm
此工件为无凸缘圆筒形工件，要求内形尺寸，没有厚度不变的要求。
此工件的形状满足拉深的工艺要求，可采用拉深工序加工。
工件底部圆角半径
图2-1制件图r＝5mm,
取拉延凹模圆角半径
=5t=5mm.而根据式（6-13）
=（0.6-1）r=5--8mm,现取
=5mm,满足拉延对圆角半径的要求。
尺寸
，按冲压设计资料中公差表查得为IT14级，满足拉延工序对工件公差等级要求。
2.2拉深工艺计算和工艺方案
拉深件的工艺计算是拉深工艺设计中的一个环节，本制件的工艺计算属于最简单的。
其主要的内容包括计算毛坯直径、决定拉深次数及确定工序件的尺寸、凸凹模的圆角半径、拉深模间隙等。
为了避免设计拉深模时出现尺寸错误，可以画出圆筒形拉深件的工序图。
2.2.1工艺方案的确定
根据制件的工艺分析,知道制件是个简单的圆筒形拉深件。
所以它的工序只有一个：
拉深。
2.2.2计算毛坯尺寸
根据表面积相等原则，用解析法求该零件的毛坯直径D。
可按下面的公式计算：
公式见[2]。
该件
mm，查表得出修边余量
mm。
则
，
，一次拉深可以成形。
D=
=68.6mm
2.2.3确定是否用压边圈
相对厚度
，查表得，需要采用压边圈。
拉深时一般采用平面压边装置。
首次拉深
图2-2压边圈拉深采用形式
2.2.4拉伸工艺的确定
采用查表法。
根据
和工件相对高度
，查表得n=1。
2.2.5排样及相关的计算
图2-3排样方式
采用有废直排的排列的方式，因为冲件与冲件之间，冲件与条料之间都存在搭边废料，这样冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度较高，模具寿命也较长，但材料的利用率较低。
冲裁件的面积A：
条料的宽度B=D+2a+c=68.6+2×1.8+0.5=72.7.查表2.5.2得最小搭边值a=1.8mm,
条料与导料板间隙
，n=1.
步距S=D+
=68.6+1.5=70.1mm.
一个步距的材料的利用率
2.3压力、压力中心计算及压力机的选用
因为本制件是轴对称零件，所以不用计算压力中心。
2.3.1压力计算
由《冲压模设计与制造》式4.4.6确定压边力的计算公式为：
，
。
由表4.4.5p=1.8Mpa.
=
=2529.2N
查表得
。
代入公式得F拉=
=0.7x295x2x44x3.14
=57060.1N
冲裁件的面积A：
，t=2mm，
，F冲=3694.2x2x295=
.压力机的公称压力
。
2.3.2压力机的选用
根据冲裁工艺总力的计算结合工件的高度，初选开式双拄可倾压力机JH23-40
第3章模具的结构设计
3.1模具工作部分的计算
3.1.1拉深模的间隙
拉深模的凸、凹模之间的间隙对拉深力、零件质量、模具寿命等都有影响。
间隙小，拉深力大、模具磨损大过小的间隙会使零件严重变薄甚至拉裂；但间隙小冲件回弹小，精度高。
间隙过大，坯料容易起皱，冲件锥度大，精度差。
因此，生产中应根据板料厚度及公差、拉深过程板料的增厚情况、拉深次数、零件的形状及精度要求等，正确确定拉深模间隙。
深间隙对拉深过程有较大的影响。
它不仅影响拉深件的质量与尺寸精度，而且影响拉深模的寿命以及拉深是否能够顺利进行。
因此，应该综合考虑各种影响因素，选取适当的拉深间隙值，既可保证工件的要求，又能使拉深顺利进行。
由于本次所做零件是圆筒形件，且根据对于有压料圈的拉深模，其间隙为
Z/2=（1—1.2）
式中：
Z/2——拉深模单边间隙；
——板料厚度的最大极限尺寸。
本模具的拉深间隙查表得出：
Z1/2=1.2t=2.4mm
Z2/2=1.1t=2.2mm
Z3/2=t=2mm
3.1.2拉深模的圆角半径
工艺参数的确定模具圆角半径拉深件凸模与凹模的圆角半径，都是工艺上重要参数。
模具材料网专家认为，半径小板料会破裂，太大会产生内皱。
同时考虑到工件的实际应用，也只有采用在保证工件不破裂的情况下，尽可能减小圆角半径。
一般钢拉深件其壁厚T小于3mm时，其圆角半径R=（84）T，取其最小值。
间隙与通气孔凹凸模间隙直接影响工件变形阻力的大小，也影响工件的形状公差。
工件成形时，由于其形状是紧贴着凸模，而其外形最大处却紧挨着凹模。
根据工件的公差要求以凹模为尺寸基准，凸模再作适当的调整。
其单边值可取<（0.070.1）+1>T.
通气孔的目的是为了便于脱件，对于非圆形件，可以用两个或者更多的气孔，应将气孔位置开在易清理的地方，以防被润滑剂和脏物赌塞。
凹凸模的制造公差与表面粗糙度拉深件的制造公差一般视工件与其它机器零件的配合而定。
粗糙度越低越好，通常凹模比凸模要求要高。
凸模、凹模的选用在制件拉深过程中有着很大的作用。
凸模圆角半径的选用可以大些，这样会减低板料绕凸模的弯曲拉应力，工件不易被拉裂，极限拉深因数会变小些；凹模的圆角半径也可以选大些，这样沿凹模圆角部分的流动阻力就会小些，拉深力也会减小，极限拉深因数也会相应减小。
但是凸、凹模的圆角半径也不易过大，过大的圆角半径，就会减少板料与凸模和凹模端面的接触面积及压边圈的压料面积，板料悬空面积增大，容易产生失稳起皱。
拉深凸凹模的圆角半径已有前面计算得出结果：
3.1.3凸凹模工作部分的尺寸和公差
图3-1凸凹模
（1）冲裁凸凹模刃口的尺寸计算
该圆形零件，无特殊要求，属一般落料件，内形
，由表查得其公差为
mm，查表得2.3.2[3]得Zmin=0.12㎜，Zmax=0.16㎜
则：
Zmax-Zmin=（0.16-0.12）㎜=0.04㎜
由公差表查得为
根据模具公差等级可确定选IT10级，取X=0.75㎜,
该凸凹模分别按IT6级和IT7级加工制造，则：
=（Dmax-0.75
）
==
=
=
核查0.016㎜+0.025㎜=0.041＞0.01㎜，不能满足间隙公差条件，因此只有缩小
，提高制造精度才能保证间隙合理。
取：
mm
mm
故：
（2）计算拉深凸凹模刃口尺寸
①拉深模的圆角半径，凸凹模的圆角半径
按表选取：
凸模的圆角半径
②拉深默的间隙由查表得拉深模的单位间隙Z/2=1.1t=1.1×2=2.2㎜
则拉深模的间隙：
Z=2×1.1=2.2㎜
③凸凹模工作部分的尺寸和于工件要求外形尺寸，则以凹模为设计基准，凹模尺寸计算见表4.2.9[1]
，间隙取在凸模上，则凹模的尺寸按表4.29[1]计算
代入上式，则凸模尺寸为：
④确定凸模的通气孔由表4.32查得凸模通气孔的直径为2mm。
3.1.4选用模架、确定闭合高度及总体尺寸
由于拉深凹模外形尺寸较大，为了工作过程稳定，选用中间导柱模架。
再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。
表3-1模架规格选用
名称
尺寸
材料
热处理
上模座
160x160x40
HT200
下模座
160x160x45
HT200
导柱
28x35、32x150
20
渗碳58～62
导套
28x100x38、32x100x38
20
渗碳58～62
Hmin=160mm,Hmax=200mm
模具的闭合高度H闭=H上+H凹+H压+H下=40+100+35+45=220mm
式中：
H凹—凹模厚度，H凹=100mm；
H压—压边圈的厚度，H压＝35mm；
由此可见模具的实际闭合高度远远大于所采用模架的最大闭合高度。
查标准件的资料。
结果发现模具的实际闭合高度还是远远大于其它标准的最大闭合高度。
所以此制件不能采用标准模架。
为了节省加工时间，只有在模具标准模架的基础上进行修改。
因为模具的封闭高度H应该介于压力机的最大封闭高度Hmax和最小封闭高度Hmin之间，一般取：
Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm
由此可以看出，要想让制件顺利加工和从模具上取出，只有使模具有足够的封闭高度：
Hmax≥H+5mm=220+5=225mm
Hmin≤H-10mm=220-10=210mm
要使模具具有足够的封闭高度，只有改变导柱和导套的高度：
导柱：
28x50、32x180；导套：
28x120x50、32x120x50
为了使模座有足够的强度，上，下模座的厚度应该再增加一些。
3.2模具零件的结构设计
3.2.1拉深凹模
图3-2凹模
内、外形尺寸和厚度已由前面的计算确定；拉深凹模需要有三个以上的螺钉与上模座固定，还需要两个与上模座同时加工的销钉孔。
3.2.2拉深凸模
图3-3凸模
拉深凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的计算确定。
它需要三个以上的螺纹孔，以便与下模座固定。
拉深凸模上一般开有出气孔，这样会使卸件容易些，否则凸模与工件由于真空状态而无法卸件。
查表，本凸模出气孔的直径为φ2mm
3.2.3打料块
一般与打料杆联合使用，属于刚性卸件装置，靠两者的自重把工件打出来。
打料块与拉深凹模间隙配合。
3.2.4压边圈
图3-4压边圈
在拉深工序中，为保证拉深件的表面质量，防止拉深过程中材料的起皱，常采用压边圈用合适的压边力使毛坯的变形区部分被压在凹模平面上，并使毛坯从压边圈与凹模平面之间的缝隙中通过，从而制止毛坯的起皱现象。
压边圈的内形与拉深凸模间隙配合，外形套有半成品制件。
一般与顶料杆（三根以上）、橡皮等构成弹性卸料系统。
3.2.5导柱、导套
对于生产批量大、要求模具寿命高的模具，一般采用导柱、导套来保证上、下模的导向精度。
导柱、导套在模具中主要起导向作用。
导柱与导套之间采用间隙配合。
根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍微不同。
因为本制件的厚度为2mm，所以采用H7/f6。
3.2.6其他零件
模具其他零件的选用见表3-2．
表3-2模具其他零件的选用
序号
名称
数量
材料
规格/mm
热处理
1
上模座
1
HT200
160x160x40
2
销钉
2
40Cr
φ25×90
3
打杆
1
40
φ25×80
40～45HRC
4
螺钉
4
45
M24×54
5
打料块
1
40
φ72×40
40～45HRC
6
凹模
1
Cr12
160×160×100
60～62HRC
7
导套
2
20
28x120x50
渗碳58～62HRC
8
导柱
2
20
28x50
渗碳58～62HRC
9
下模座
1
HT200
160x160x45
10
压边圈
1
45
φ73×35
56～58HRC
11
卸料螺钉
3
40Cr
M20×100
30～35HRC
12
凸模
1
T10A
φ72.7×40
60～62HRC
13
螺钉
3
45
M24×60
14
顶杆
3
T8A
M20×450
40～45HRC
15
导套
2
20
32x120x50
渗碳58～62HRC
16
导柱
2
20
90×670
渗碳58～62HRC
3.3模具总装图
图3-5模具装配图
由以上设计，可得到模具的总装图，其工作过程是：
模具在工作时，将前一道工序拉深后所得的半成品坯件套在压边圈上。
凹模装在上模，凸模装在下模。
待凹模随上模下降时，首先将坯件压住，然后坯件和压边圈同时向下推，凸模逐渐露出压边圈，而将坯料上端一部分材料压入凹模内，使坯件在凸、凹模作用下，产生塑性变形而制成所要求的零件。
当凹模随上模回升时，零件制品在打料块及打料杆的作用下，将其从凹模内推出。
而压边圈在缓冲器系统作用下又回到原位，准备下一次拉深。
圆形拉深的基本过程
拉深的变形过程
用坐标网格试验法分析
拉深是压边圈先把中板毛坯压紧，凸模下行，强迫与压边圈下的材料（凸缘部分）产生塑性变形而流入凸凹模间隙形成圆通侧壁。
观察拉深后的网格发现：
底部网格基本保持不变，侧壁部分发生较大变化。
1、原网格相等的同心圆成了长度相等，间距增大的圆周线，越接近筒口，间距增大。
2、原分度相等的辐射线变成垂直的平行线，而且间距相等。
3、凸缘材料发生径向伸长变形和切向压缩变形。
总结：
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，这种变形程度在凸缘的最外缘为最大。
结束语
从测绘到精度的确定、工艺分析、模架结构设计，每一步都需要理论和经验的相互结合，但在实际设计过程中，经验的不足是我最大的缺点。
为避免因经验不足带来的问题，在设计中除经常去企业参观实习外，我还把遇到的问题总结、归类，并及时向老师询问，以求将可能出现的问题减至最小。
在设计过程中得到了原国森老师的热心指导，并得到同组同学的大力支持和帮助，在此表示衷心感谢在利用AutoCAD、Pro/E两种方式造型时得到了各位专业老师的指导，在此一并表示感谢
参考文献：
1.冲压工艺与模具设计机械工业出版社原红玲主编
2.模具设计与制造实训教程化学工业出版社李学峰主编
3.冲压手册机械工业出版社王孝培主编
4.冲压工艺学机械工业出版社肖景容主编
5.模具制造技术化学工业出版社翟德梅主编
6.机械制造技术机械工业出版社李华主编
7.UGNX3.0注塑模与冲压级进模设计案例精解化学工业出版社杨占尧主编
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