拉伸模具设计说明书

拉伸模具设计说明 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 1 绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。 1.1 国内模具的现状和发展趋势 1.1.1国内模具的现状 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。 1 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 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，其馀为自产自用。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。 1.1.2 国内模具的发展趋势 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; 2 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 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。 1.2 国外模具的现状和发展趋势 模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60,,80,的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并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。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600,650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上;国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会(VDMA)工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中(VDMA)会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 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。 3 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 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,( 1.3 深圆筒拉深件模具设计与制造方面 1.3.1 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。 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，所用时间20天; 2.确定加工，所用时间5天; 3.模具的设计，所用时间30天; 4 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2 气瓶落料拉深模具的设计 2.1 工件的工艺性分析 如图所示: 工件名称:气瓶 生产批量:中批量 材料:08钢 料厚:1.5mm 图表 2-1气瓶原件 气瓶为带底的筒形缩口工件，可采用拉深工艺制成圆筒形件，再进行缩口成形。缩口时底部不变。由于在拉深时须知道缩口件的毛胚尺寸，根据图样计算出拉深件的毛坯尺寸如图所示: 此工件为无凸缘圆筒形工件，要求外形尺 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r=1mm，外形尺寸为 ,35mm由于没有公差等级标注，所以可以按 ,未标公差等级处理。35mm的公差等级满足 拉深工序对工件公差等级的要求。工件的总体 高度到最后可由修边达到要求。 图表 2-2深件毛坯 5 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.1.1 计算毛坯尺寸 因为t=1.5mm>1mm，所以应按中线尺寸计算。 则d=35-1.5=33.5(mm) h=52.7(mm) r=1(mm)所以h/d=52.7/33.5=1.57， [1]查表4.1得修边余量?h=3.8mm，则H=52.7+3.8=56.5(mm)。 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: 22 D,，,,dHdrdr41.720.56 2 = 33.5，4，56.5，33.5,1.72，1，33.5,0.56，1 =93(mm) 2.1.2条料的排样 [1]由于落料为圆形制件，采用有废料排样。查表2.9 选取搭边值为工件间a=1.0，侧面a=1.2 如下图所示: 图表 2.3 排样图 6 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.1.3 确定是否用压边圈 [1]相对厚度t/D×100=1.5/93×100=1.61，查表4.7得，不需要采用压边圈。 2.1.4 拉深次数的确定 采用查表法。根据 [1]t/D×100=1.5/93×100=1.61和d/D=33.5/93=0.36，查表4.4 须多次拉深。 2.1.5 各次拉深直径 [1]查表4.4得，各次拉深的极限系数为: m,0.75m,0.8m,0.84m,0.87 „„ 2345 则各次拉深直径为: d,mD,0.6，93,55.8 (调整为58) 11 d,md,0.75，55.8,41.85(调整为45) 221 d,md,0.80，41.85,33.48(调整为33.5) 332 计算结果表明，2次拉深不出来，而3次多一些，故取三次拉深。对 m,0.62,m,0.78,m,0.74拉深系数进行调整后，取: 。 123 2.1.6 选取凸模与凹模的圆角半径 考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值，故首次拉深凹模圆角半 rd1径应大些，可按公式和计算,,r(0.6~1)(d-d)0.8tr凹凸r凹n-1n 各工序筒底处的圆角半径(对应工序中的凸模圆角半径): r,5.8mm1 r,3.5mm2 r,3.3mm3 7 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.1.7 计算各次拉深高度 222，，h,D,d,2,rd,8r/4d根据公式 11011011 222，，h,D,d,2,rd,8r/4d nnnnnn00计算各次拉深的高度: d,d,2r,58,2，5.8,46.4 1011 d,d,2r,45,2，3.5,38 代入数据得: 2022 222h,93,46.4,2，3.14，5.8,8，5.8/4，58,19.6mm1，， 222，，h,93,38,2，3.14，3.5,8，3.5/4，45,34.8mm2 同时各次工序的总高度也可求得: 1=19.6+5.8+0.75=26.15(mm) Hhrt,，，1112 1=34.8+3.5+0.75=39.05(mm) Hhrt,，，2222 2.1.8 画出拉深工序图 如图所示: 8 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 图2.4拉深件的工序图 2.2工艺方案的确定 根据制件的工艺分析,知道制件是多工序复杂的制件，它的大致方案如下: 方案一:设计落料模，拉深模，缩口模各一套，对毛坯进行落料，拉深，再缩口，制成工件。 方案二:设计落料拉深复合模，缩口模各一套，对毛坯进行落料拉深，再缩口，制成工件。 方案三:设计一套落料拉深缩口模，对毛坯进行落料拉深缩口，制成工件。 这三种方案都能完成所要目的，但方案一设计模具三套，造价太高，方案三集三套模具于一体增加了模具的复杂性，这反而增加了模具的成本，考虑到成本和制作的复杂性我采用第二种方案。制件的工序为落料，首次拉深，再次拉深，三次拉深，最后缩口。 2.3必要的工艺计算 2.3.1 压力计算 本制件各次拉深都不采用压边圈。其拉深力的计算公式应该以生产中常用的经验公式进行计算。 Fddt,,1.3(),, (n=2,3,4„„,i) nnnb,1 式中 F——拉深力 , ——材料的抗拉强度(MPa) b t——材料厚度(mm) D——毛坯直径(mm) dd，„„，——后工序件中径(mm) 1n 9 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 k，k——修正系数 12 [1],由表4.6查得:修正系数k=1， 又08钢的抗拉强度=450MPa则: b1 ，F 首次拉深 =1.33.14×(93-58)×2×450×1 1 =12.9(KN) F 第二次拉深 =1.3×3.14×(58-45)×2×450 2 =4.8(KN) F 第三次拉深 =1.3×3.14×(45-33.5)×2×450 3 =4.2(KN) 由于在实际生产中，深拉深所需要的拉深力较大些，所以在选取压力机的公称压力时，按下面的公式计算: F,2 F,25.8KN 1z1 F,2 F,9.6KN 2z2 F,2F,8.4KN 3z3 F,KLt,Lt, 落料时各个冲裁力= bb F,r=2×450=13.1KN 2.3.2 压力机的首次选用 压力机的工作行程需要考虑工件的成形和方便取件，因此，工作行程 [1]根据拉深力的计算结果和工件的高度，选择压力机:由落料力查表5.2 [1]选用J23-3.15。拉深力查表7.3,得首次拉深: JH2-25.同样,选择第二次拉深、第三次拉深拉深所用压力机,分别为第二次拉深:J23-6.3、第三次拉深:J323-6.3。 10 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.3.3 拉深模的间隙 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。 本模具的各次拉深为无压边装置的拉深，其凸凹模的间隙可以按下式计算: t Z/2=(1,1.1) (4.29) max 则可以计算出拉深模各次凸凹模的单边间隙如下: ，Z/2=2.4mm Z/2=Z/2=Z/2=1.12=2.2(mm) 1234 2.3.4 拉深模的圆角半径 拉深凸凹模的圆角半径已有前面计算得出结果: r,r,5.8mm 凸1凹1 r,r,3.5mm 凸2凹2 r,r,3.3mm 凸3凹3 2.3.5 拉深凸凹模工作部分的尺寸和公差 因为零件没有内、外形的尺寸及公差要求，所以可以以凹模为基准计算，模具的制造公差按IT10级选取。根据磨损规律，凹模的基本尺寸为: ，,凹 (4.35) =(D-0.75),Dd0 [1][2],,由表4.3查得:零件的制造公差=0.11mm，=0.07mm;由表3-2凹凸 ,查得:=0.1mm。 计算出各次凹模的尺寸为: +0.11+0.11 =mm =(49+2-0.750.1)，50.925 0D凹1 0 11 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 +0.11+0.11 = D2=(39.2+2-0.750.1)，41.135凹 0 0 +0.11+0.11 =mm =(32.93+2-0.750.1)，34.855D凹3 0 0 根据公式 0 (4.36) =(D-0.75),,ZD凸,,凸 ，且已经求得: Z/2=2.4mm Z/2=Z/2=Z/2=1.12=2.2(mm)。 1234计算出各次凸模的尺寸为: 00 =48.725=38.935DD凸1凸2,,0.070.07 0 =32.655D凸3,0.07 2.3.6 落料凸，凹模刃口尺寸的计算 落料时，应该以凹模为基准配作凸模，根据公式: ,，凹D,D,x,凹，，max0 0，，D,D,Z凸凹,,min凸 [1][2],,Z, 查表2.4 0.132 查表 2.5 ==0.035，=0.025。查表2.6 凹凸min x=0.75，0.2 ,,,，凹0.035D,D,x,,92.985凹max00，， 带入数据得: 00，，D,D,Z,92.853凸凹,,,凸min0.025 12 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.4 模具的结构设计 2.4.1送料方式 条料从右向左送进，有两个导正销和一个挡料销限制条料的送进位置，上模下行进行冲裁。 2.4.2落料方式 上模下行进行一次冲裁，落料被卡入落料凹模里，为接下来的拉深左准备，条料紧箍在落料凸模上，上模上行，弹性卸料板复位，迫使条料从落料凸模卸下。 2.4.3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不大，为了工作过程方便，选用后侧导柱模架。再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。 表2-1 模架规格选用 名称 尺寸 材料 热处理 上模座 250×500×65 HT200 下模座 250×500×80 HT200 导柱 50×300、55×300 20 渗碳58,62 导套 50×160×63、55×16020 渗碳58,62 ×63 Hmin=460mm,Hmax=485mm H 模具的闭合高度H=H+H+ +H=50+100+270+60=480mm 闭上凹下凸 13 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 式中:H—凹模厚度，H=100mm; 凹凹 H—凸模的厚度，H,270mm; 凸凸 2.5 压力机的校核 [1] 选择压力机:由落料力查表5.2选用J23-3.15。行程为25mm，最大闭合高度为120mm，不能满足工作要求，改用J23-16F，滑块行程120mm， [1]最大闭合高度为205，能满足使用要求，可以选用。拉深力查表7.3,得首次拉深: JH2-25.同样,选择第二次拉深、第三次拉深拉深所用压力机,分别为第二次拉深:J23-6.3、第三次拉深:J323-6.3。拉深所选压力机最大装模高度均在490mm以上，且行程都大于165mm。都能满足使用要求。 2.6 模具零件的结构设计 2.6.1 拉深凹模 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。 2.6.2 拉深凸模 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φ10mm 2.6.3 落料凸模 落料凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的计算确定。它需要三个以上的螺纹孔，以便与上模座固定。 2.6.4 落料凹模 14 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 落料凹模内、外形尺寸和厚度已由前面的计算确定;落料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。 2.6.5 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。 图2-5 打料块 2.6.6 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1.5mm，所以采用H7/f7。 2.6.7 其他零件 模具其他零件的选用见表2-2( 15 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 表2-2 模具其他零件的选用 序号 名称 数量 材料 规格/ mm 标准 热处理 1 上模座 1 HT200 250×210× 50 2 销钉 2 40Cr φ25×90 3 螺钉 4 45 M24×70 4 打料块 1 40 φ220×40 40, 45HRC 5 凹模 1 Cr12 58×50×80 60, 62HRC 6 导套 2 20 41×63×75 渗碳 58, 62HRC 7 导柱 2 20 28×180 渗碳 58, 62HRC 8 下模座 1 HT200 250×210× 50 9 凸模 1 Cr12 φ58×65 60, 62HRC 10 螺钉 3 45 M24×60 11 顶杆 3 T8A M20×80 40, 45HRC 16 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.7 模具总装图 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，上模下行，凸凹模5与落料凹模10先冲出毛坯的落料外形，上模继续下行，拉深凸模7将毛坯拉入凸凹模5成形。上模回程后，由顶板8和推板6将拉深件推出。该模具结构合理，制造和调整方便。(后附图) 7 18 2 310 411 258512 613 14 159 17 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 3 缩口模的设计 3.1 缩口的工艺计算 (1)计算缩口系数 d=15mm D=35-1.5=33.5mm～则缩口系数m=d/D=15/33.5=0.45。 因为该工件是有底的缩口件，所以只能采用外支承方式的缩口模具，查表 [1]所以需要多次缩口。各次缩口系数为K=0.63，K=0.71 5.9知n模板

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