拉伸模设计课程设计.docx

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拉伸模设计课程设计

无凸缘筒形件拉深模设计样例1

（一）零件工艺性分析1

1.材料分析1

2.结构分析2

3.精度分析2

（二）工艺方案的确定2

（三）零件工艺计算2

1.拉深工艺计算2

2.落料拉深复合模工艺计算4

3.第二次拉深模工艺计算6

4.第三次拉深模工艺计算7

5.第四次拉深模工艺计算7

（四）冲压设备的选用7

1.落料拉深复合模设备的选用7

2.第二次拉深模设备的选用8

（五）模具零部件结构的确定8

1.落料拉深复合模零部件设计8

2.第二次拉深模零部件设计9

（六）落料拉深复合模装配图9

摘要

简短介绍了我国模具行业发展状况，以及在当下模具行业情况，并且对国内外模具行业发展现状加以分析，从而对我国模具行业与国外模具行业进行了综合比较提出差距所在。

同时介绍了模具的类型和主要功能。

综合阐述对镶套落料拉深模具进行设计，首先对工件进行工艺分析，对拉深特点拉深变形过程进行技术分析。

在设计之前先确定修边余量和毛坯尺寸是否需要使用压边圈。

其次对拉深模具进行总体设计，了解拉深模具结构、分类，选择压边装置。

然后确定工作部分结构参数，确定拉深系数及工序尺寸。

计算凸模圆角半径、凹模圆角半径、间隙、凸、凹模尺寸公差、压边力、压边圈尺寸、拉深力、卸料力、拍样计算，并计算压力中心对压力机进行选择。

最后选择模具主要零部件及结构，对模具材料、模架进行选择，计算凸模长度、凹模高度和壁厚、凸模固定板尺寸以及校核凸、凹模强度。

同时设计选择其他零部件，确定模具闭合高度，对拉深模具进行安装调试。

关键词：

模具冲压凸模圆角半径尺寸公差间隙拉深力凸、凹模

绪论

一、概述

1、模具工业的概况

模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视，发达国家有“模具工业是进入富裕社会的源动力”之说，可见其重视的程度。

当今，“模具就是经济效益”的观念，已被越来越多的人所接受。

模具技术水平在很大程度上决定于人才的整体水平，而模具技术水平的高低，又决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

我国模具技术的现状与发展

近年来，我国的模具工业也有较大发展，全国已有模具生产厂数千个，拥有职工数十万人，每年能生产上百万套模具。

多工位级进模具和长寿命硬质合金模具的生产及应用有了进一步扩大。

为满足新产品试制和小批量生产的需要，我国模具行业制造了多种简单、生产周期短、成本低的简易冲模，如钢皮冲冲模、聚氨脂橡胶模、低熔点合金模具、锌合金模具、组合冲模、通用可调冲孔模等。

数控铣床、数控电火花加工机床、加工中心等加工设备已在模具生产中采用。

电火花和线切割加工已成为冷冲模制造的主要手段。

为了对硬质合金模具进行精密成型磨削，研制成功了单层电镀金刚石成形磨轮和电火花成形磨削专用机床，使用效果良好，对型腔的加工正在根据模具的不同类型采用电火花加工、电解加工、电铸加工、陶瓷型精密铸造、冷入挤压。

超塑成形以及利用照相腐蚀技术加工型腔皮革纹表面等多种工艺。

模具的计算机辅助设计和制造也已进行开发和应用。

尽管我国的模具工业这些年来发展较快，模具制造水平也在逐步提高，但和工业发达国家相比，仍存在较大差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短、生产周期长等方面。

二、冲压技术的发展趋势

21世纪的今天,中国凭借丰富且廉价的人力资源、庞大的市场及其它许多有利条件，已成为承接工业发达国家模具业转移的良好目的地。

随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐增加，中国模具已经与世界模具密不可分，中国模具在世界模具中的地位和影响越业越重要。

据相关专业人士分析，未来十年，中国模具工业和技术的主要发展方向将主要集中在以下几个方面：

（1）模具结构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高。

由于成型零件日趋大型及高效率生产所要求的一模多腔，使模具日趋大型化；随着零件微型化和模具结构发展的要求，今后模具加工的精度将更小，这必将促进超精密加工的发展。

（2）CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造中的广泛应用。

在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计的制造系统（CAD/CAE/CAM），发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点合金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。

模具制造是设计的延续，推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要求。

实践证明，模具CAD/CAE/CAM技术是当代最合理的模具生产方式，既可用于建模、为数控加工提供NC程序，也可针对不同的模具类型，以相应的基础理论，通过数值模拟方法达到预测产品成型过程的目的，改善模具结构。

从CAD/CAE/CAM一体化的角度分析，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM协同作业，以充分发挥各单元的优势和功效。

因此，应大力进行高端辅助设计制造软件的培训、推广和应用。

（3）快速经济模具技术的推广应用。

快速模具制造及快速成型技术是在近两来迅速发展起来的，并正向着高精度、更快捷的方向发展。

与传统的模具技术相比，该技术具有制模周期短、成本特点，是综合经济效益较显著的模具制造技术。

近年来快速模具制造商投入了很大的人力和物力，对各种模具的快速制造工艺进行研发，对传统的快速模具制造技术进行改造，嫁接了先进的RP及NC技术，有效满足一些高精度、高寿命模具的生产需求。

（4）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。

模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。

模具标准件应进一步增加规格、品种、发展和完善销售网络，保证供货速度，为客户提供交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低的优质模具标准件。

（5）开发优质模具材料和先进的表面处理技术。

模具材料是模具工业的基础，制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。

随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。

当前，国外模具材料系列日趋完善与细化，国内开发的高级优质模具钢品种虽然不少，但推广应用不足，每年所需约70万吨模具钢还要有相当一分进口。

模具表面处理技术对模具的制造精度、模具的强度、模具的寿命、模具的制造成本等有着直接的影响。

稀土表面工程技术和纳米技术表面工程技术的出现进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。

同时处理技术由大气热处理向真空热处理发展。

（6）冲压成形技术将更加科学化、数字化，可控化。

科学化主要体现深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理念、失稳理论与变形程度等对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程序。

数字化主要体现在应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压方案。

（7）成形过程的数值模拟技术将在实用化方向取得很大的发展，并与化制造系统很好地集成。

人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂开关零件成形，从而真正进入实用阶段。

（8）注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局优化。

优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。

（9）对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。

以便宜从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。

（10）冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、修改化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。

推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。

无凸缘筒形件拉深模设计样例

（一）零件工艺性分析

工件为图1所示拉深件，材料08钢，材料厚度2mm，其工艺性分析内容如下：

1.材料分析

08钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别钢，具有良好的拉深成形性能。

2.结构分析

图1拉深工件图

零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角半径为R3，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的结构工艺性。

3.精度分析

零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到零件的精度要求。

（二）工艺方案的确定

零件的生产包括落料、拉深（需计算确定拉深次数）、切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑工序的复合，本例中采用落料与第一次拉深复合，经多次拉深成形后，由机械加工方法切边保证零件高度的生产工艺。

（三）零件工艺计算

1.拉深工艺计算

零件的材料厚度为2mm，所以所有计算以中径为准。

（1）确定零件修边余量

零件的相对高度

，经查得修边余量

，所以，修正后拉深件的总高应为79+6=85mm。

（2）确定坯料尺寸

由无凸缘筒形拉深件坯料尺寸计算公式得

（3）判断是否采用压边圈

零件的相对厚度

，经查压边圈为可用可不用的范围，为了保证零件质量，减少拉深次数，决定采用压边圈。

（4）确定拉深次数

查得零件的各次极限拉深系数分别为[m1]=0.5，[m2]=0.75，[m3]=0.78，[m4]=0.8。

所以，每次拉深后筒形件的直径分别为

由上计算可知共需4次拉深。

（5）确定各工序件直径

调整各次拉深系数分别为

，

，

，则调整后每次拉深所得筒形件的直径为

第四次拉深时的实际拉深系数

，其大于第三次实际拉深系数

和第四次极限拉深系数

，所以调整合理。

第四次拉深后筒形件的直径为

。

（6）确定各工序件高度

根据拉深件圆角半径计算公式，取各次拉深筒形件圆角半径分别为

，

，

，

，所以每次拉深后筒形件的高度为

第四次拉深后筒形件高度应等于零件要求尺寸，即

。

拉深工序件图如图25所示。

图25拉深工序件图

2.落料拉深复合模工艺计算

（1）落料凸、凹模刃口尺寸计算

根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。

落料尺寸为φ

，落料凹模刃口尺寸计算如下。

查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙

，最大间隙

，凸模制造公差

，凹模制造公差

。

将以上各值代入

≤

校验是否成立。

经校验，不等式成立，所以可按下式计算工作零件刃口尺寸。

（2）首次拉深凸、凹模尺寸计算

第一次拉深件后零件直径为55.65mm，由公式

确定拉深凸、凹模间隙值

，查得

，所以间隙

，则

首次拉深凹模

。

首次拉深凸模

（3）排样计算

零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为1.5mm，零件与条料侧边之间的搭边值为1.8mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的步距为106.5mm，条料的宽度应为

选用规格为2mm×1000mm×1500mm的板料，计算裁料方式如下。

裁成宽109.6mm，长1000mm的条料，则每张板料所出零件数为

裁成宽109.6mm，长1500mm的条料，则每张板料所出零件数为

经比较，应采用第二种裁法，零件的排样图如图26所示。

（3）力的计算

图26零件排样图

模具为落料拉深复合模，动作顺序是先落料后拉深，现分别计算落料力

、拉深力

和压边力

。

因为拉深力与压边力的和小于落料力，即

，所以，应按照落料力的大小选用设备。

初选设备为J23—35。

3.第二次拉深模工艺计算

（1）拉深凸、凹模尺寸计算

第二次拉深件后零件直径为43.41mm，拉深凸、凹模间隙值仍为3mm，则拉深凸、凹模尺寸分别为

（2）拉深力计算

根据以上力的计算，初选设备位J23—10。

4.第三次拉深模工艺计算

计算方法与第二次拉深模工艺计算相同，此处从略。

5.第四次拉深模工艺计算

（1）拉深凸、凹模尺寸计算

因为零件标注外形尺寸（

）mm，所以要先计算凹模，即

拉深凸模

（2）拉深力计算

（四）冲压设备的选用

1.落料拉深复合模设备的选用

根据以上计算，同时考虑拉深件的高度选取开式双柱可倾压力机JH23—40，其主要技术参数如下：

公称压力：

4000kN

滑块行程：

80mm

最大闭合高度：

330mm

闭合高度调节量：

65mm

滑块中心线到床身距离：

250mm

工作台尺寸：

460mm×700mm

工作台孔尺寸：

250mm×360mm

模柄孔尺寸：

φ50mm×70mm

垫板厚度：

65mm

2.第二次拉深模设备的选用

考虑零件的高度，选取开式双柱可倾压力机JH23—80，以保证拉深的顺利操作，其主要技术参数如下：

公称压力：

800kN

滑块行程：

130mm

最大闭合高度：

380mm

闭合高度调节量：

90mm

滑块中心线到床身距离：

290mm

工作台尺寸：

540mm×800mm

模柄孔尺寸：

φ60mm×80mm

垫板厚度：

100mm

（五）模具零部件结构的确定

1.落料拉深复合模零部件设计

（1）标准模架的选用

标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。

根据凹模高度和壁厚的计算公式得

凹模高度

。

凹模壁厚

。

所以，凹模的外径为

。

以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉深复合模，所以凹模高度受拉深件高度的影响必然会有所增加，其具体高度将在绘制装配图时确定。

另外，为了保证凹模有足够的强度，将其外径增大到200mm。

模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规格为：

上模座200mm×200mm×45mm，下模座200mm×200mm×50mm，导柱32mm×190mm，导套32mm×105mm×43mm。

（2）其它零部件结构

拉深凸模将直接由连接件固定在下模座上，凸凹模由凸凹模固定板固定，两者采用过渡配合关系。

模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为A50×100的模柄。

2.第二次拉深模零部件设计

由于零件高度较高，尺寸较小，所以未选用标准模架，导柱导套选用标准件，其规格分别为35mm×230mm，35mm×115mm×43mm。

模柄采用凸缘式模柄，规格为A60×90。

（六）落料拉深复合模装配图

落料拉深复合模装配图如图27所示。

图27落料拉深复合模

1-下模座2、3、10、12、23-螺钉4-凹模5-导柱6-挡料销7-导套8-凸凹模固定板9-上模座11-模柄13-横销14-打杆15-推件块16、22、24-销钉17-凸凹模18-卸料版19-拉深凸模20-压边圈21-顶杆

（七）第二次拉深模具装配图

第二次拉深装配图如图28所示。

图28第二次拉深装配图

1-下模座2-导柱3-螺钉4-凸模固定板5-顶杆6-压边圈7-拉深凹模8-推件块9-上模座10-导套11、12-螺钉13-横销14-打杆15-模柄16-销钉17-凸模