3 拉深模结构与工作零件设计.docx

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3拉深模结构与工作零件设计

模块三拉深模结构与工作零件设计

项目名称

拉深模结构与工作零件设计

授课时数

4课时

授课时间

授课班级

模具1201

项目要求

完成金属保护筒拉深模具的设计及相关工艺计算

教学条件

多媒体教室

准备好的电子课件、教案

教

学

目

标

知识与技能

了解拉深模的类型和常见结构，掌握拉深模工作部位零件的设计及计算；

过程与方法

通过项目导入、知识讲解、分组讨论、项目实施、集中点评的教学过程，使学生掌握并应用拉深模设计的内容。

素质与能力

培养学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力。

学习目标

利用拉深模设计及工艺计算，完成对拉深模具的设计。

学习内容

1.拉深模具结构设计；

2.拉深模工作零件设计。

课前分析

教学对象分析：

拉深模的结构较冲裁模有所相似，也有所不同。

在完成拉深模设计任务的基础上对本模具进行学习，学生已具备一定的知识基础。

对于拉深模设计的相关工艺计算，方式方法接受起来不难，但是要注意将知识点条理化，捋清拉深模的设计思路，逐步细致地完成各项步骤。

教学内容分析：

由于拉深件一般要经过多次拉深才能成型，每次拉深使用的模具都有差异，因此该项目的工作任务较为繁重，是拉深模设计过程中的重点和难点。

由于在冲裁模具设计单元，学生已经学习并完成了冲裁模的设计，因此在本模块的学习中，注意举一反三，总结冲裁模和拉深模的共同点，对完成学习任务有较大的帮助。

教学目标分析：

本模块要求学生掌握拉深模具的常见结构及模具零件设计，完成本模具的教学目标，可适当放宽项目实施的时间，在学生独立完成项目任务的同时，检查辅导学生的完成情况。

项目案例

工件名称：

金属保护筒

生产批量：

大批量

材料：

08钢

材料厚度：

2mm

项目任务：

1.确定金属保护筒模具的结构，包括首次拉深

和后序各次拉深工序模具结构设计；

2.完成拉深模具工作部位零件的设计；

案例分析

1．常见的拉深模具的结构？

2.拉深模工作部位零件的设计方法？

教学过程

时间分配

教学环节及内容要点

教师活动

学生活动

4课时

一、项目导入（10分钟）

继上一模块完成拉深件的工艺计算之后，本模块学习的知识内容包括拉深模具结构的设计和工作部位零件（凸凹模）的设计。

由于拉深工艺可能分几个步骤进行，因此一个零件的拉深可能需要多副拉深模具，学习中注意各类典型拉深模具结构的区别，对模具工作部位零件设计的相关计算同样需要重视。

知识讲解（90分钟）

4.3 拉深模结构与工作零件的设计

4.3.1 拉深模的分类及典型结构

1．拉深模分类

拉深模的结构一般较简单，但结构类型较多：

按使用的压力机类型不同，可分为单动压力机上使用的拉深模与双动压力机上使用的拉深模；按工序的组合程度不同，可分为单工序拉深模、复合工序拉深模与级进工序拉深模；按结构形式与使用要求的不同，可分为首次拉深模与以后各次拉深模，有压料装置拉深模与无压料装置拉深模，顺装式拉深模与倒装式拉深模，下出件拉深模与上出件拉深模等。

2．拉深模典型结构

（1）单动压力机上使用的拉深模

①首次拉深模 图4-26a为无压料装置的首次拉深模。

拉深件直接从凹模底下落下，为了从凸模上卸下冲件，在凹模下装有卸件器，当拉深工作行程结束，凸模回程时，卸件器下平面作用于拉深件口部，把冲件卸下。

为了便于卸件，凸模上钻有直径为3mm以上的通气孔。

如果板料较厚，拉深件深度较小，拉深后有一定回弹量。

回弹引起拉深件口部张大，当凸模回程时，凹模下平面挡住拉深件口部而自然卸下拉深件，此时可以不配备卸件器。

这种拉深模具结构简单，适用于拉深板料厚度较大而深度不大的拉深件。

图4-26b为有压料装置的正装式首次拉深模。

拉深模的压料装置在上模，由于弹性元件高度受到模具闭合高度的限制，因而这种结构形式的拉深模只适用于拉深高度不大的零件。

图4-26c为倒装式的具有锥形压料圈的拉深模，压料装置的弹性元件在下模底下，工作行程可以较大，可用于拉深高度较大的零件，应用广泛。

图4-26 首次拉深模

②以后各次拉深模 图4-27所示为无压料装置的以后各次拉深模，前次拉深后的工序件由定位板6定位，拉深后工件由凹模孔台阶卸下。

为了减小工件与凹模间的摩擦，凹模直边高度h取9~13mm。

该模具适用于变形程度不大、拉深件直径和壁厚要求均匀的以后各次拉深。

图4-27 无压料以后各次拉深模

1-上模座 2-垫板 3-凸模固定板 4-凸模 5-通气孔6-定位板 7-凹模 8-凹模座 9-下模座

图4-28所示为有压料倒装式以后各次拉深模，压料圈6兼作定位用，前次拉深后的工序件套在压料圈上进行定位。

压料圈的高度应大于前次工序件的高度，其外径最好按已拉成的前次工序件的内径配作。

拉深完的工件在回程时分别由压料圈顶出和推件块3推出。

可调式限位柱5可控制压料圈与凹模之间的间距，以防止拉深后期由于压料力过大造成工件侧壁底角附近过分减薄或拉裂。

图4-28 有压料以后各次拉深模

1-打杆 2-螺母 3-推件块 4-凹模 5-可调式限位柱 6-压料圈

③落料拉深复合模 图4-29所示为落料由于拉深复合模，条料由两个导料销11进行导向，由挡料销12定距。

由于排样图取消了纵搭边，落料后废料中间将自动断开，因此可不设卸料装置。

工作时，首先由落料凹模1和凸凹模3完成落料，紧接着由拉深凸模2和凸凹模进行拉深。

压料圈9既起压料作用又起顶件作用。

由于有顶件作用，上模回程时，冲件可能留在拉深凹模内，所以设置了推件装置。

为了保证先落料、后拉深，模具装配时，应使拉深凸模2比落料凹模1低约1～1.5倍料厚的距离。

图4-29 落料拉深复合模

1-落料凹模 2-拉深凸模 3-凸凹模 4-推件块 5-螺母

6-模柄 7-打杆 8-垫板 9-压料圈 10-固定板 11-导料销 12-挡料销

（2）双动压力机上使用的拉深模

1双动压力机用首次拉深模 如图4-30所示，下模由凹模2、定位板3、凹模固定8、顶件块9和下模座1组成，上模的压料圈5通过上模座4固定在压力机的外滑块上，凸模7通过凸模固定杆6固定在内滑块上。

工作时，坯料由定位板定位，外滑块先行下降带动压料圈将坯料压紧，接着内滑块下降带动凸模完成对坯料的拉深。

回程时，内滑块先带动凸模上升将工件卸下，接着外滑块带动压料圈上升，同时顶件块在弹顶器作用下将工件从凹模内顶出。

图4-30 双动压力机用首次拉深模

1-下模座 2-凹模 3-定位板 4-上模座 5-压料圈

6-凸模固定杆 7-凸模 8-凹模固定板 9-顶件块

2双动压力机用落料拉深复合模 如图4-31所示，该模具可同时完成落料、拉深及底部的浅成形，主要工作零件采用组合式结构，压料圈3固定在压料圈座2上，并兼作落料凸模，拉深凸模4固定在凸模座1上。

这种组合式结构特别适用于大型模具，不仅可以节省模具钢，而且也便于坯料的制备与热处理。

图4-31双动压力机用落料拉深复合模

1-凸模座 2-压料圈座 3-压料圈（兼落料凸模）

4-拉深凸模 5-落料凹模 6-拉深凹模 7-顶件块

工作时，外滑块首先带动压料圈下行，在达到下止点前与落料凹模5共同完成落料，接着进行压料（如左半视图所示）。

然后内滑块带动拉深凸模下行，与拉深凹模6一起完成拉深。

顶件块7兼作拉深凹模的底，在内滑块到达下止点时，可完成对工件的浅成形（如右半视图所示）。

回程时，内滑块先上升，然后外滑块上升，最后由顶件块7将工件顶出。

4.3.2 拉深模工作零件的设计

1．凸、凹模的结构

凸、凹模的结构设计得是否合理，不但直接影响拉深时的坯料变形，而且还影响拉深件的质量。

凸、凹模常见的结构形式有以下几种：

图4-32 无压料一次拉深的凸、凹模结构

图4-33 无压料多次拉深的凸、凹模结构

（1）无压料时的凸、凹模

图4-32所示为无压料一次拉深成形时所用的凸、凹模结构，其中圆弧形凹模（图a）结构简单，加工方便，是常用的拉深凹模结构形式；锥形凹模（图b）、渐开线形凹模（图c）和等切面形凹模（图d）对抗失稳起皱有利，但加工较复杂，主要用拉深系数较小的拉深件。

图4-33所示为无压料多次拉深所用的凸、凹模结构。

上述凹模结构中，a=5~10mm，b=2~5mm，锥形凹模的锥角一般取30°。

（2）有压料时的凸、凹模

有压料时的凸、凹模结构如图4-34所示，其中图a用于直径小于100mm的拉深件；图b用于直径大于100mm的拉深件，这种结构除了具有锥形凹模的特点外，还可减轻坯料的反复弯曲变形，以提高工件侧壁质量。

图4-34 有压料多次拉深的凸、凹模结构

设计多次拉深的凸、凹模结构时，必须十分注意前后两次拉深中凸、凹模的形状尺寸具有恰当的关系，尽量使前次拉深所得工序件形状有利于后次拉深成形，而后一次拉深的凸、凹模及压料圈的形状与前次拉深所得工序件相吻合，以避免坯料在成形过程中的反复弯曲。

为了保证拉深时工件底部平整，应使前一次拉深所得工序件的平底部分尺寸不小于后一次拉深工件的平底尺寸。

2．凸、凹模的圆角半径

（1）凹模圆角半径

凹模圆角半径rA越大，材料越易进入凹模，但rA过大，材料易起皱。

因此，在材料不起皱的前提下，rA宜取大一些。

第一次（包括只有一次）拉深的凹模圆角半径可按以下经验公式计算：

             （4-14）

式中 rA1——凹模圆角半径；

D——坯料直径；

d——凹模内径（当工件料厚t≥1时，也可取首次拉深时工件的中线尺寸）；

 t——材料厚度。

以后各次拉深时，凹模圆角半径应逐渐减小，一般可按以下关系确定：

               rAi=（0.6~0.9）rA（i-1）   （i=2、3、…、n）       （4-15）

盒形件拉深凹模圆角半径按下式计算：

                        rA=（4~8）t                          （4-16）

以上计算所得凹模圆角半径均应符合rA≥2t的拉深工艺性要求。

对于带凸缘的筒形件，最后一次拉深的凹模圆角半径还应与零件的凸缘圆角半径相等。

（2）凸模圆角半径

凸模圆角半径rT过小，会使坯料在此受到过大的弯曲变形，导致危险断面材料严重变薄甚至拉裂；rT过大，会使坯料悬空部分增大，容易产生“内起皱”现象。

一般rT＜rA，单次拉深或多次拉深的第一次拉深可取：

rT1=（0.7~1.0）rA1               （4-17）

以后各次拉深的凸模圆角半径可按下式确定：

   （i=3、4、…、n）      （4-18）

式中 di-1、di——各次拉深工序件的直径。

最一次拉深时，凸模圆角半径rTn应与拉深件底部圆角半径r相等。

但当拉深件底部圆角半径小于拉深工艺性要求时，则凸模圆角半径应按工艺性要求确定（rT≥t），然后通过增加整形工序得到拉深件所要求的圆角半径。

3．凸、凹模间隙

拉深模的凸、凹模间隙对拉深力、拉深件质量、模具寿命等都有较大的影响。

间隙小时，拉深力大，模具磨损也大，但拉深件回弹小，精度高。

间隙过小，会使拉深件壁部严重变薄甚至拉裂。

间隙过大，拉深时坯料容易起皱，而且口部的变厚得不到消除，拉深件出现较大的锥度，精度较差。

因此，拉深凸、凹模间隙应根据坯料厚度及公差、拉深过程中坯料的增厚情况、拉深次数、拉深件的形状及精度等要求确定。

（1）对于无压料装置的拉深模，其凸、凹模单边间隙可按下式确定：

                          Z=（1～1.1）t

                     （4-19）

式中 Z──凸、凹模单边间隙；

t

──材料厚度的最大极限尺寸。

对于系数1～1.1，小值用于末次拉深或精度要求高的零件拉深，大值用于首次和中间各次拉深或精度要求不高的零件拉深。

（2）对于有压料装置的拉深模，其凸、凹模单边间隙可根据材料厚度和拉深次数参考表确定。

（3）对于盒形件拉深模，其凸、凹模单边间隙可根据盒形件精度确定，当精度要求较高时，Z=（0.9~1.05）t；当精度要求不高时，Z=（1.1~1.3）t。

最后一次拉深取较小值。

另外，由于盒形件拉深时坯料在角部变厚较多，因此圆角部分的间隙应较直边部分的间隙大0.1t。

4．凸、凹模工作尺寸及公差

拉深件的尺寸和公差是由最后一次拉深模保证的，考虑拉深模的磨损和拉深件的弹性回复，最后一次拉深模的凸、凹模工作尺寸及公差按如下确定：

当拉深件标注外形尺寸时（图4-35a），则

                 （4-20）

             （4-21）

当拉深件标注内形尺寸时（图5-56b），则

                   （4-22）

              （4-23）

式中 DA、dA——凹模工作尺寸；

     DT、dT——凸模工作尺寸；

     Dmax、dmin——拉深件的最大外形尺寸和最小内形尺寸；

     Z——凸、凹模单边间隙；

∆——拉深件的公差；

δT、δA——凸、凹模的制造公差，可按IT6~IT9级确定。

图4-35拉深件尺寸与凸、凹模工作尺寸

对于首次和中间各次拉深模，因工序件尺寸无需严格要求，所以其凸、凹模工作尺寸取相应工序的工序件尺寸即可。

若以凹模为基准，则

                         （4-24）

                   （4-25）

式中，D为各次拉深工序件的基本尺寸。

四、项目实施（60分钟）

工件名称：

金属保护筒

生产批量：

大批量

材料：

08钢

材料厚度：

2mm

项目任务：

1.确定金属保护筒模具的结构，包括首

次拉深和后序各次拉深工序模具结构设计；

2.完成拉深模具工作部位零件的设计；

解答：

（一）拉深模凸凹模设计

（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。

（二）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。

（三）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）拉深设备的选用

1..第一次拉深模设备的选用

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；

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。

（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

1.落料拉深复合模装配图如4-37所示。

图4-37落料拉深复合模装配图

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

2.第二次拉深模装配图

第二次拉深模装配图如图4-38所示。

图4-38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

五、师生项目评价（5分钟）

项目介绍

讲解

辅导

对项目进行点评

提出讨论项目实施过程中问题

项目评价

项目内容

要求

评定（3、2、1、0）

自评

组评

师评

拉深模结构设计

掌握单动压力机上使用的拉深模结构和双动压力机上使用的拉深模结构；

拉深模具工作部位零件的设计

掌握拉深模具凸凹模结构设计及相关工艺计算，了解相关工艺参数对拉深质量的影响；

分组讨论

锻炼学生分析问题的思路及解决问题的能力

项目完成质量

独立完成项目案例

意见与反馈