油底殼拉伸成形工藝與模具設(shè)計(jì)【沖壓模具設(shè)計(jì)稿】

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 柴油機(jī)油箱拉深模具設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 盧志運(yùn) 指導(dǎo)教師： 郭占斌 學(xué) 院： 工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 07 級(jí)二班 2011 年 6 月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 作者承諾保證書(shū) 本人鄭重承諾：本篇畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容真實(shí)、可靠。如果存在弄虛 作假、抄襲的情況，本人愿承擔(dān)全部責(zé)任。 學(xué)生簽名： 年 月 日 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )指 導(dǎo) 教 師 承 諾 保 證 書(shū) 本人鄭重承諾：我已按有關(guān)規(guī)定對(duì)本篇畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 的選題與內(nèi)容進(jìn) 行了指導(dǎo)和審核，該同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中未發(fā)現(xiàn)弄虛作假、抄襲的 現(xiàn)象，本人愿承擔(dān)指導(dǎo)教師的相關(guān)責(zé)任。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................................I 1.概論 ...........................................................................................................................................1 1.1 課題的背景及意義 .......................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ..............................................................................................1 1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀...........................................................................................................1 1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)...........................................................................................................2 2. 工件的工藝性分析 ................................................................................................................3 2.1 工藝分析 ......................................................................................................................3 2.2 工藝方案確定 ..............................................................................................................3 3 拉伸工藝及拉伸模設(shè)計(jì) .........................................................................................................3 3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn) ......................................................................................................................3 3.2 工藝計(jì)算 .......................................................................................................................4 3.2.1 毛坯尺寸的計(jì)算...............................................................................................5 3.3 拉伸力的計(jì)算 ...............................................................................................................6 3.4 壓邊力計(jì)算 ...................................................................................................................7 3.5 壓力機(jī)的選擇 ...............................................................................................................8 3.6 拉深凸、凹模工作部分設(shè)計(jì) ......................................................................................9 3.6.1 凸、凹模的結(jié)構(gòu)...............................................................................................9 3.6.2 凸、凹模的圓角半徑.......................................................................................9 3.6.3 凸、凹模間隙 Z 的確定 ................................................................................10 3.6.4 凸、凹模工作部分尺寸及公差.....................................................................11 3.7 其他零件的設(shè)計(jì) .........................................................................................................13 3.7.1 導(dǎo)向裝置的確定.............................................................................................13 3.7.2 壓邊圈的設(shè)計(jì).................................................................................................13 3.7.3 壓料筋的設(shè)計(jì) ................................................................................................13 3.7.4 定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ............................................................................................14 3.7.5 調(diào)整塊的設(shè)計(jì) ................................................................................................14 3.7.6 緊固零件的選用.............................................................................................14 3.8 拉深?？傃b圖 .............................................................................................................14 4. 沖孔切邊模的設(shè)計(jì) ................................................................................................................15 4.1 沖裁力及壓力中心計(jì)算 ............................................................................................15 4.1.1 沖裁力的計(jì)算.................................................................................................15 4.1.2 壓力中心的計(jì)算.............................................................................................16 4.2 壓力機(jī)的選擇 ............................................................................................................16 4.2.1 卸料力的計(jì)算 ................................................................................................16 4.2.2 壓力機(jī)公稱壓力的計(jì)算 ................................................................................17 4.3 凸凹模確定 .................................................................................................................18 4.3.1 切邊凸凹模設(shè)計(jì).............................................................................................18 4.3.2 沖孔凸凹模設(shè)計(jì).............................................................................................19 4.4 凸凹模尺寸計(jì)算 .........................................................................................................19 4.4.1 凸、凹刃口尺寸的計(jì)算原則.........................................................................19 4.5 模板確定 ....................................................................................................................24 4.6 定位導(dǎo)向零件 ............................................................................................................24 4.7 卸料裝置 ...................................................................................................................24 4.7.1 彈性卸料裝置.................................................................................................24 4.7.2 廢料切刀裝置.................................................................................................25 4.8 導(dǎo)向裝置 ....................................................................................................................25 4.10 沖孔切邊模裝配總圖 ..............................................................................................26 5 總結(jié) .......................................................................................................................................27 謝 辭 ...........................................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................29 I 汽油發(fā)電機(jī)油箱下殼體沖壓成型工藝分析及模具設(shè)計(jì) 摘 要 本次設(shè)計(jì)的零件為凸緣盒形件拉深件汽油發(fā)電機(jī)油箱下殼體。下殼體采用的材料 ST16 號(hào)鋼及 1.5mm 厚度保證了足夠的強(qiáng)度和剛度。該零件外形基本對(duì)稱，材料是適于 制造高變形性能，深拉延產(chǎn)品及形狀較復(fù)雜產(chǎn)品的鋼材。 首先對(duì)零件進(jìn)行了工藝性分析，有拉深、沖孔、切邊等一系列工序。而且生產(chǎn)批量 大，各工位有相互的尺寸關(guān)系，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析采用一次拉伸與沖孔切邊的工藝生產(chǎn)方案， 可提高材料的利用率。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析完成該模具的主要設(shè)計(jì)計(jì)算，凸、凹模工作部分的 設(shè)計(jì)計(jì)算，還有工位布置和主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇合適的模具材料。拉伸又稱拉 延、壓延或引伸。它是利用拉伸模具在壓力機(jī)的壓力作用下，將預(yù)先剪裁或沖裁成一定 形狀的平板毛坯，拉制成立體空心件的加工方法。拉伸成型是板材立體成形的最重要方 法，以拉伸成形為主體的沖壓件非常多，在很多工業(yè)及生活用品中都又拉伸成形的制品， 是沖模發(fā)展方向之一。在模具設(shè)計(jì)前必須對(duì)工件進(jìn)行全面分析，然后合理確定工件的沖 壓成形工藝方案，正確設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)和模具零件的加工工藝規(guī)程，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)效益。 關(guān) 鍵 詞：拉伸模，拉深，切邊，沖孔，設(shè)計(jì)。 Gasoline Generator Fuel Tank Shell Under the Stamping Forming Process and Die Design Abstract The design of box-shaped flange parts for deep drawing parts - gasoline generator under the tank shell. Shell material used under No. ST16 steel and 1.5mm thickness to ensure sufficient strength and stiffness. This deformation of material is suitable for manufacturing high-performance and deep-drawing products and more complex products shape. We carried out the parts of analysis, there is deep drawing, punching, cutting-edge series of processes. And production volume, and the works are of the size of the mutual relationship between the calculated and II analyzed through the use of a stretching and punching the production of cutting-edge technology options to improve the utilization of materials. After completion of the analysis of the mold design，convex and concave die part of the design work，there are the major components of layout and design of the structure， choose a suitable mold material. Also known as tensile drawing, rolling or extended. It is stretching the use of molds in the press under pressure, will be pre-cut or blanking plate into the shape of a certain rough, three-dimensional drawing made of hollow pieces of processing methods. It is stretching the use of molds in the press under pressure, will be pre-cut or blanking plate into the shape of a certain rough, three-dimensional drawing made of hollow pieces of processing methods. Prior the design of the die, the work-piece should be fully analysis. A correctly designed die structure and works process specifications can obtain the best economical benefit. Keywords：Pushing die，Drawing, Trimming, Punching, Desig 1 1.概論 1.1 課題的背景及意義 設(shè)計(jì)的主要目的：通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)油箱下殼體的分析設(shè)計(jì)合理的模具，使該模具能滿 足發(fā)電機(jī)油箱下殼體生產(chǎn)的要求。油箱下殼體屬拉深件系列，需采用拉深，沖孔切邊等 一系列的工序，而且生產(chǎn)批量很大，經(jīng)過(guò)分析可采用普通的拉伸單工序模和沖孔切邊復(fù) 合模。設(shè)計(jì)的主要意義是：通過(guò)此次設(shè)計(jì)了解設(shè)計(jì)沖壓模的一般程序，了解相關(guān)的理論 知識(shí)并加以應(yīng)用和鞏固；熟練的運(yùn)用有關(guān)技術(shù)資料，如冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 、 多工位級(jí) 進(jìn)模與沖壓自動(dòng)化 、 冷沖壓技術(shù)及其他有關(guān)規(guī)范等；初步的掌握設(shè)計(jì)冷沖壓模具的 能力，也是檢驗(yàn)對(duì)所學(xué)相關(guān)課程理論、技能的理解程度；培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的良好作風(fēng)， 為將來(lái)的工作打下初步的基礎(chǔ)。 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀 模具是機(jī)械制造業(yè)中技術(shù)先進(jìn)、影響深遠(yuǎn)的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利 用率高、制件質(zhì)量?jī)?yōu)良、工藝適應(yīng)性好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航天、航空、 輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。用模具成型的制件所表現(xiàn)出來(lái)的高精度、高復(fù)雜性、 高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所無(wú)法比擬。我國(guó)模具行業(yè)將向大 型、精密、復(fù)雜、高效、長(zhǎng)壽命和多功能方向發(fā)展。模具在很大沖壓生產(chǎn)靠模具與設(shè)備 完成其加工過(guò)程，生產(chǎn)率高，操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，可以獲得其他加工 方法所不能或難以制造的、形狀復(fù)雜的零件。沖壓產(chǎn)品一般不需要再經(jīng)過(guò)機(jī)械加工便可 使用，沖壓加工過(guò)程一般也無(wú)需加熱毛坯。所以，沖壓生產(chǎn)不但節(jié)約金屬材料，而且節(jié) 約能源，沖壓產(chǎn)品一般還具有重量輕和剛性好的特點(diǎn)。 雖然近年來(lái)我國(guó)模具行業(yè)發(fā)展迅速，但是離國(guó)內(nèi)的需要和國(guó)際水平還有很大的差距。 制造產(chǎn)業(yè)是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力及技術(shù)水平的體現(xiàn)，而模具行業(yè)的發(fā)展是制造產(chǎn)業(yè)的關(guān) 鍵。針對(duì)這種情況，國(guó)家出臺(tái)了相應(yīng)的政策，正積極發(fā)展模具制造產(chǎn)業(yè)。 2 1.2.2 發(fā)展趨勢(shì) （1）制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強(qiáng)鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層 鋼板和其他復(fù)合材料或高分子材料替代。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，加強(qiáng)研究各種新材料的 沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術(shù)。 （2）精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑 成形等技術(shù)得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產(chǎn)品的沖 壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟(jì)。其中精密沖裁技術(shù)得到了較快發(fā)展，精密沖裁是一種先進(jìn) 制造技術(shù)，可取代某些零件的切削加工，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、應(yīng)用廣的特點(diǎn)。以齒 圈壓板精沖而論，在普通液壓機(jī)上進(jìn)行精沖，工藝裝備簡(jiǎn)單而工件精密 3。它以金屬板 材為原料，采用少無(wú)切削的塑性加工方法，一次成形即可得到尺寸精度高、剪切面粗糙 度低的零件，采用精沖技術(shù)生產(chǎn)的零件稱為精沖件。 (3) 隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展成熟，近年來(lái)在沖壓成形領(lǐng)域興起了計(jì)算機(jī)輔助設(shè) 計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng) 沖壓技術(shù)的變革產(chǎn)生了重要的影響。尤其是板料成形數(shù)值模擬技術(shù)的出現(xiàn)，使板料沖壓 成形技術(shù)徹底擺脫了“ 經(jīng)驗(yàn) ”和“定性”的水平，進(jìn)入了 “科學(xué)”和“ 定量”的發(fā)展階段。采用 這一技術(shù)進(jìn)行板材沖壓成形工藝過(guò)程的模擬，可以預(yù)知沖壓成形過(guò)程中金屬的流動(dòng)、應(yīng) 力應(yīng)變及厚度場(chǎng)的分布、模具受力及皺曲、破裂、沖擊線等可能的缺陷及失效形式。這 為優(yōu)化工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)提供了極為有效的工具，在減少甚至取消試模過(guò)程，縮短產(chǎn) 品開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，已逐漸成為指導(dǎo)模具設(shè) 計(jì)和優(yōu)化的重要手段。 (4)高速銑削加工，國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可 獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。 高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目 前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。 (5)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)，高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧?加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描 系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種 不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的 CAD 數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程” 。模 具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五” 期間將發(fā)揮更 3 大的作用。 (6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來(lái)提高 模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的 關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝 先進(jìn)的氣相沉積、等離子噴涂等技術(shù)。 2. 工件的工藝性分析 2.1 工藝分析 拉深件的工藝性是指拉深件對(duì)拉深工藝的適應(yīng)性。在一般情況下，對(duì)拉深件工藝 性影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求。良好的拉深工藝性應(yīng)能滿足材料較省、工序 較少、模具加工較容易、壽命較高、操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的 沖壓件是發(fā)電機(jī)外殼沖壓件的生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)計(jì)。該沖壓件屬于盒形件的拉伸，屬于大批 量生產(chǎn)。由參考文獻(xiàn)5選用 ST16 號(hào)鋼，厚度為 1.5mm， 厚度保證了足夠的強(qiáng)度和剛 度，該材料是適于制造高變形性能，深拉延產(chǎn)品及形狀較復(fù)雜產(chǎn)品的鋼材，故此工件的 形狀滿足拉深工件的要求，可用拉深工序加工。從以上對(duì)發(fā)電機(jī)油箱下殼體的形狀分析 當(dāng)中不難看出工件除了拉深工序外還有沖孔、切邊工序，各工序間有相互尺寸關(guān)系。 2.2 工藝方案確定 油箱下殼體為尺寸較大的盒形件，材料較薄，表面質(zhì)量要求高。下殼體成形時(shí)的變 形性質(zhì)不單是拉深，而且還有局部脹形，隨零件形狀尺寸不同而差別很大，很難進(jìn)行典 型的工藝分析計(jì)算。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算該盒形件可一次性拉伸成型，坯料要在拉深成形工序 后進(jìn)行沖孔和切邊。 工序安排為：（1）油箱下殼體的拉深；（2）油箱下殼體沖孔切邊 3 拉伸工藝及拉伸模設(shè)計(jì) 由于該沖壓件精度要求不高，且制件尺寸大，故采用導(dǎo)滑塊單工序拉伸模。 拉伸是利用專用模具將平板毛坯制成開(kāi)口空心零件的一種沖壓工藝方法。 3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 設(shè)計(jì)確定拉深模結(jié)構(gòu)時(shí)為充分保證制件的質(zhì)量及尺寸的精度，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）拉深高度應(yīng)計(jì)算準(zhǔn)確，且在模具結(jié)構(gòu)上要留有安全余量，以便工件稍高時(shí)仍能適 4 應(yīng)。 （2）拉深凸模上必須設(shè)有出氣孔，并注意出氣孔不能被工件包住而失去作用。 （3）有凸緣拉深件的高度取決勝于上模行程，模具中要設(shè)計(jì)有限程器，以便于模具調(diào) 整。 （4）彈性壓料設(shè)備必須有限位器，防止壓料力過(guò)大。 （5）模具結(jié)構(gòu)及材料要和制件批量相適應(yīng)。 （6）模架和模具零件，要盡是使用標(biāo)準(zhǔn)化。 (7）放入和取出工件，必須方便安全。 3.2 工藝計(jì)算 圖 3-1 拉伸件二維圖 產(chǎn)品外形尺寸：320mm X 320mm X 150mm 材料：st16 鋼 鋼板及鋼帶在室溫下儲(chǔ)存，保證使用時(shí)不出現(xiàn)拉伸應(yīng)變痕 用途：超深沖壓用。 取屈服強(qiáng)度 ：150Mpa 抗拉強(qiáng)度 ：260Mpa pb 材料厚度：1.5mm 5 技術(shù)要求： 1.油箱殼體表面不得出現(xiàn)波浪紋等拉深缺陷。 2.拉深變薄最小處不得小于 0.6mm。 3.沖裁毛刺不得大于 0.1mm，法蘭邊不平度應(yīng)不小于 0.2mm。 性能：St16 鋼在室溫下的機(jī)械強(qiáng)度與其基材的機(jī)械強(qiáng)度一致。在同樣的高溫下, st16 鋼板的強(qiáng)度是鋁板強(qiáng)度的 10 倍因此鋼板厚度可至少減少 30%。由于在熱浸鍍加工 過(guò)程中,熔融的鋁立即與空氣中的氧反應(yīng)形成一層 Al2O3 保護(hù)層,使鋼板表面立即鈍化。 這個(gè)保護(hù)層非常穩(wěn)定且不溶于水，即使后來(lái)鋼板表面被劃傷，這個(gè)保護(hù)層也具有自愈功 能。因此，st16 對(duì)化學(xué)腐蝕有極強(qiáng)的耐蝕性。St16 鋼強(qiáng)度低,塑性好,適用于制造受力不 大的沖壓件和拉深件,并有利于沖壓成形和制件質(zhì)量的提高,還具有良好的沖壓成形性能, 即有良好的抗破裂性,良好的貼模和定形性,所以具有良好的沖壓性能。 表 3-1 沖壓工藝方案 3.2.1 毛坯尺寸的計(jì)算 確定能否一次拉伸成形： 如果盒形件的相對(duì)高度 H/r 不超過(guò)下表中所列的極限值，則盒形件可以用一道拉深工序 成形，不然應(yīng)采用多道工序拉深成形。 表 3-2 盒形件首次拉深成形的最大相對(duì)高度 相對(duì)圓角半徑 r/B 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 相對(duì)高度 H/r 23 2.84 46 812 1015 r/B=30/295=0.102 H/r=70/30=2.333 所以該盒形件可以一次拉深成形 毛坯外形尺寸：由于該盒形件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且發(fā)電機(jī)油箱下殼體沖壓件要求的尺寸不高， 6 所以采用估算法求毛坯外形尺寸。 長(zhǎng)度方向上： L1=18+ +28.5+54.5+203+ +43+32 21241624 =455.76mm 寬度方向上： L2=60 2+ 2+190+20124 =367.68 mm 表 3-3 盒形件的修邊余量 h 所需拉深工序數(shù)目 1 2 3 4 修邊余量 h(0.030.05)H (0.040.06) )H (0.050.08) )H (0.060.1) )H 盒型件的拉深高度為 H=h+ h 其中彎曲部分的展開(kāi)長(zhǎng)度為 l=H+0.57 pr 式中 H 盒形件高度（包括修邊余量 ） ； -盒形件底部圓角半徑。pr 圓角拉深部分展開(kāi)后的毛坯半徑 R 為 )16.0(8.2pprrR 取拉伸高度 H=h+ =66+0.04*66=68.64mmh L=H+0.57 =68.64+0.57*30=85.74mmp =)16.0(8.2pprrHr 2rH = =64.17mm64*30 3.3 拉伸力的計(jì)算 計(jì)算拉深力的目的，是為了合理地選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)拉深模具。在整個(gè)拉深過(guò)程中， 除了需要使用毛坯變形的拉深力外，還有壓邊力。所以，總的拉深力為拉深力與壓邊力 之和。拉深力根據(jù)拉深件危險(xiǎn)斷面上的拉力必須小于材料的強(qiáng)度極限為原則進(jìn)行計(jì)算。 盒形件拉深力： bnbKLtP 式中 L 盒形件周邊長(zhǎng)（mm）; 7 材料的抗拉強(qiáng)度（N/ ） ；b2m t 材料厚度（mm） ； K系數(shù)， K=0.50.8 . L=134 2+228 2+2 3.14 30=912.4mm =0.6 912.4 1.5 260=142.334KNbLtP 3.4 壓邊力計(jì)算 拉伸時(shí)，壓邊力過(guò)大，會(huì)增大拉伸力，引起拉伸時(shí)制件破裂；壓力過(guò)小，制件在拉 伸時(shí)會(huì)出現(xiàn)邊壁或凸緣起皺。因此，控制適當(dāng)?shù)膲哼吜κ呛苤匾?。但壓邊力的?jì)算只 是為了確定壓邊裝置，而在生產(chǎn)中則是通過(guò)試模調(diào)整確定壓邊力的大小。壓邊力 Q 可按 表 所列公式計(jì)算，拉伸時(shí)單位壓邊力 q 值可按表 3-5 查得 表 3-4 壓邊力 Q 的計(jì)算公式（N） 拉伸情況 公式 拉伸任何形狀的制件 Q= F q 圓筒形件首次拉伸 Q= q.)2(412凹rdD 圓筒形件以后各次拉伸 .21凹nQ 式中： F-在壓邊圈下毛坯投影面積（ ）2m q-單位壓邊力（N/ ）2 D-毛坯直徑（ mm） -第一次第 n 次拉伸1dn 直徑（mm） -拉伸凹模圓角半徑（mm）凹r 表 3-5 拉伸時(shí)單位壓邊力 q 的數(shù)值 材料名 稱 鋁 紫銅、硬鋁 （退火的或 剛淬火的） 黃銅 壓軋青銅 20；08 鋼 鍍錫鋼板 軟化狀態(tài) 的耐熱鋼 高合金鋼、 高錳鋼、 不銹鋼 單位壓 力 q N/ 2m0.81.2 1.21.8 1.52 22.5 2.53 2.83.5 34.5 8 盒形件的壓邊力 Q= F q （取 q=3.5 N/ ）2m 估算在壓邊圈下毛坯投影面積 F=216 366-195 295=215312 Q= F q=21531 3.5=75358.5N 總的拉伸力 F=P+Q=142.334KN+75.359KN=217.693KN 3.5 壓力機(jī)的選擇 采用液壓機(jī)，液壓機(jī)的公稱壓力應(yīng)大于 F = P+Q=217.693KN YQ27-160 液壓機(jī)參數(shù)查參考文獻(xiàn)1如表 3-6 所示，公稱壓力及頂出力均符合要求。模 具閉合高度為 236mm 液壓機(jī)最小閉合高度 1000-700=300mm，可在凹模上部加墊座， 墊板高度 204mm，則模具最終閉合高度為 440mm。 下底板尺寸 780mm480mm 小于工作臺(tái)尺寸 960mm800mm 該設(shè)備可用于本道工序的成型。 表 3-6 液壓機(jī)參數(shù) 9 3.6 拉深凸、凹模工作部分設(shè)計(jì) 3.6.1 凸、凹模的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)拉伸模時(shí)，凸模與凹模的結(jié)構(gòu)是否合理，將直接關(guān)系到拉伸件的質(zhì)量 盒拉伸過(guò)程中材料的變形程度。根據(jù)該沖壓件的拉伸工藝特點(diǎn)，該沖壓件的外 尺寸大，所需的拉伸力大，所以采用壓邊圈的拉伸凸凹模結(jié)構(gòu)。凹模采用整體式 如圖 3-1，凸模也采用整體式如圖 3-2。 圖 3-1 凹模結(jié)構(gòu) 圖 3-2 凸模結(jié)構(gòu) 3.6.2 凸、凹模的圓角半徑 拉伸模的圓角半徑，應(yīng)盡量可能設(shè)計(jì)的大些。大的圓角半徑可以降低拉伸 系數(shù)，而且可提高拉伸件的質(zhì)量。但圓角半徑太大，會(huì)降低壓邊圈的作用，引起 拉伸件起皺，不利于拉伸。首次拉伸凹模圓角半徑，可采用查表所列數(shù)值，毛 坯材料較薄應(yīng)取大值，毛坯材料較厚取小值；拉伸鋼件取大值，拉伸有色金屬取 小值。矩形件的拉伸凹模圓角半徑，考慮到角部的變形量較大，為便于金屬的流 動(dòng)，角部的凹模圓角半徑可略大于直邊的凹模圓角半徑。 表 3-7 拉伸凹模圓角半徑 毛坯相對(duì)厚度（t/D ）x100拉伸形式 <0.10.3 <0.31.0 100材料厚度 dpdpdp 0.5 0.51.5 1.5 0.02 0.04 0.06 0.01 0.02 0.04 0.03 0.05 0.08 0.02 0.03 0.05 - 0.08 0.10 - 0.05 0.06 由表得尺寸 295、196 的 =0.08、 =0.05；dp = mm；05.1p2175.029）（d05.89 = mm；83）（D4 = mm；05.2p.6）（ 05. = mm8d1.79）（ 8379 尺寸 60、66 的 =0.05、 =0.03dp = mm03.1p325.06）（ 03.56 = mm5d74.）（D9 = mm03.1p41.）（ 03.8 = mm5d.06）（ 56 圖 3-3 圖 3-3 凸模 13 3.7 其他零件的設(shè)計(jì) 3.7.1 導(dǎo)向裝置的確定 凹模和壓邊圈采用下模背靠導(dǎo)向塊式導(dǎo)向；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng) 對(duì)稱布置，導(dǎo)向尺寸應(yīng)根據(jù)模具的工作形成和輪廓尺寸而 定，導(dǎo)向間隙一般為 0.10.02mm。結(jié)構(gòu)如圖 3-4 3.7.2 壓邊圈的設(shè)計(jì) 在拉深模中，壓邊圈的作用是用來(lái)防止在拉深過(guò)程中 產(chǎn)品邊壁或凸緣起皺。影響起皺的因素有毛坯的厚度、拉深系數(shù)和凹模工作部分的形狀。 相對(duì)厚度愈小，毛坯抵抗失穩(wěn)的能力就愈差，就愈容易起皺；拉深系數(shù)愈小，變形程度 大，也就容易起皺；平端面凹模比錐形凹模拉伸時(shí)容易起皺。壓邊圈由液壓機(jī)液壓墊頂 出，其壓邊力的大小不會(huì)隨凸模行程而產(chǎn)生大的變化，不會(huì)造成拉深后期壓邊力陡升， 筒壁拉力增大。結(jié)構(gòu)圖如圖 3-5 圖 3-5 壓邊圈 3.7.3 壓料筋的設(shè)計(jì) 拉伸寬凸緣的矩形件時(shí)，為防止凸緣平面與圓角半徑處起皺， 可在壓邊圈上鑲嵌拉伸凸筋，并在拉伸凸筋相對(duì)應(yīng)的拉伸凹模上 應(yīng)作出凹槽。 為了增加進(jìn)料阻力，使拉伸件表面承受足夠的拉應(yīng)力，減少由 于回彈而產(chǎn)生的凹面、扭曲、松弛和波紋等缺陷，還常在凹模上采 用拉伸筋。在拉伸筋的作用下，板料在拉伸使還可增大徑向拉應(yīng)力，減少切向壓應(yīng)力， 以防止起皺現(xiàn)象的發(fā)生。如圖 3-6 該拉伸筋用螺釘固定在壓邊圈的鑲件上。 圖 3-4 導(dǎo)向塊 圖 3-6 壓料筋 圖 3-6 14 3.7.4 定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在壓邊圈上加工定位塊滑槽，定位塊在上面能夠根據(jù)坯料的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。在縱軸 方向上布置兩個(gè)定位塊，橫軸方向上布置一個(gè)定位塊，便于沖壓作業(yè)。 3.7.5 調(diào)整塊的設(shè)計(jì) 調(diào)整塊的作用主要是通過(guò)調(diào)整塊的高度來(lái)調(diào)節(jié)壓邊圈對(duì)坯料的壓力，若壓邊力過(guò)大使制 件拉裂或變薄，過(guò)小時(shí)凸緣易起皺。調(diào)整塊的高度可在試模時(shí)視拉深情況調(diào)整，但調(diào)整 塊上表面與壓邊圈表面距離不能大于板厚 3.7.6 緊固零件的選用 模具中緊固零件主要包括螺釘、銷釘。其中螺釘主要起拉緊、連接沖模各類零件， 使其成為一體。而銷釘則起定位作用。選用時(shí)一般選用內(nèi)六角螺釘。其特點(diǎn)是緊固牢靠， 由于螺釘頭埋在模板內(nèi)，則模具的外型比較美觀。螺釘一般擁 35 鋼制作，其頭部淬火 硬度為 3540HRC；銷釘可以用 T7、T8 及 45 鋼制成，淬火硬度為 4852HRC。銷釘 的外表面粗糙度 Ra 要求較高，一般在 1.60m 以上。 3.8 拉深?？傃b圖 圖 3-7 拉深模主視圖 15 圖 3-8 拉伸模俯視圖 4. 沖孔切邊模的設(shè)計(jì) 4.1 沖裁力及壓力中心計(jì)算 4.1.1 沖裁力的計(jì)算 沖裁力是指沖裁時(shí)凸模所承受的最大壓力，包括施加給板料的正壓力和摩 阻力。 平刃口沖裁模的沖裁力 F 一般按下式計(jì)算： bKLt 式中 沖裁力 ；)(N 沖裁周邊長(zhǎng)度 ；Lm 材料厚度 ；t)( 材料抗剪強(qiáng)度 ；b2 系數(shù)。K 系數(shù) 是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻、刃口的磨損、板料力學(xué)K 性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取 。3.1K 為計(jì)算簡(jiǎn)便，也可以按下式估算沖裁力： 16 bLtF 式中 材料抗拉強(qiáng)度b)(2mN 切邊周長(zhǎng) L1=308 2+138 2+2 100 1/12 4 1101mm 沖孔周長(zhǎng) L2=15 4+10.5 221.37mm 沖裁周邊長(zhǎng) L=L1+L2 1322mm 代入公式得，F(xiàn) 1322 1 260 343720N 4.1.2 壓力中心的計(jì)算 沖壓力合力的作用點(diǎn)稱為模具的壓力中心。對(duì)于有模柄 的沖模來(lái)說(shuō)，須使壓力中 心通過(guò)模柄的中心線。否則，沖壓時(shí)滑塊就會(huì)承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向 部分不正常的磨損，還會(huì)使合理間隙得不到保證，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和降低模具壽命甚 至損壞模具。確定壓力中心，主要對(duì)復(fù)雜制件的落料模、多凸模沖孔模以及級(jí)進(jìn)模與意 義。 在實(shí)際生產(chǎn)中，可能出現(xiàn)沖模壓力中心在沖壓過(guò)程中發(fā)生變化的情況，或者由于沖件的 形狀特殊從模具結(jié)構(gòu)考慮，不宜于使壓力中心與模柄中心線相重合的情況，這時(shí)應(yīng)注意 使壓力中心的偏離不致超出所選用壓力機(jī)允許的范圍。 由于該沖壓件的沖裁形狀幾乎是對(duì)稱的，只有一小部分是在偏心位置上，對(duì)壓力中 心的影響不大。所以可以以產(chǎn)品的幾何中心為壓力中心，進(jìn)行切邊沖孔。 4.2 壓力機(jī)的選擇 4.2.1 卸料力的計(jì)算 卸料力是從壓力機(jī)或卸料裝置中獲得的。所以在選擇設(shè)備的公稱壓力或設(shè)計(jì) 沖模時(shí)，應(yīng)分別予以考慮。影響卸料力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、材料的厚 度、模具間隙、凹模洞口的結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤(rùn)滑情況等，實(shí)際工作中通常采用經(jīng)驗(yàn)公 式： FKX 式中 為卸料力 ；XF)(N 為沖裁力 ； 17 為卸料力系數(shù)，見(jiàn)表 4-1 這里取 0.045。XK 表 4-1 卸料力系數(shù) 料厚 t/mm XK 鋼 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 鋁、鋁合金 純銅、黃銅 0.0250.08 0.020.06 注：卸料力系數(shù) ，在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜制件時(shí)取上限值。XK =0.045 343720N=15467NFX 4.2.2 壓力機(jī)公稱壓力的計(jì)算 壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖壓力。計(jì)算總沖壓力 ，原則上只計(jì)算同時(shí)發(fā)ZF 生的力，并應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)分別對(duì)侍。 FXZ 式中 卸料力 ；)(N 沖裁力 。 代入，得 kFZ 36059187463720 表 4-2 壓力機(jī)參數(shù) 型號(hào) 參數(shù) J21M-80 公稱力 kN 800 公稱力行程 mm 4.0 滑塊行程 mm 150 每分鐘行程次數(shù) spm 4075 最大裝模高度 mm 330 裝模高度調(diào)節(jié)量 mm 80 喉深 mm 310 18 立柱間距 mm 614 工作臺(tái)板厚度 mm 100 工作臺(tái)板尺寸(L1xW1xD1)mm 1000600180 滑塊底面尺寸(L2xW2)mm 740 x420 模柄孔尺寸 (D2)mm 50 J21M-80 壓力機(jī)參數(shù)查參考文獻(xiàn)4得表 4-2 所示， 公稱壓力 F=800KN沖壓力 FZ =360KN。 模具閉合高度為 198mm 壓力機(jī)最大裝模高度 330mm。 模具下底板尺寸 630mm380mm 工作臺(tái)尺寸 1000mm600mm 公稱力行程 4.0mm板厚+凸、凹模刃模量。 該設(shè)備可用于本道工序的成型。 4.3 凸凹模確定 4.3.1 切邊凸凹模設(shè)計(jì) 圖 4-1 切邊凸模 圖 4-2 切邊凹模 凸模沖裁處留出一條切口，深度大概 2-5 左右，沖裁時(shí)就不至于被切斷。該切邊凸 凹模采用倒裝式結(jié)構(gòu)，凸模用螺釘固定在下模座上。凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)裝在凹模固 定板，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于沖裁件的形狀和尺寸千變?nèi)f化，因而大量使用外形為圓形或 矩形的凹模板，在其上面開(kāi)設(shè)所需要的凹模洞口，用螺釘和銷釘直接固定在模板上。 凹模采用螺釘和銷釘定位固定時(shí)，要保證螺孔（或沉孔）間、螺孔與銷孔間及螺 孔、銷孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則會(huì)影響模具壽命。 19 切邊凸、凹模結(jié)構(gòu)如圖 4-1、圖 4-2 4.3.2 沖孔凸凹模設(shè)計(jì) 圖 4-3 沖孔凸模 圖 4-4 沖孔凹模 由于需要沖的孔尺寸較小，選用臺(tái)階式凸模鑲在凸模固定板里面，通過(guò)凸模固定板 與上模座用螺釘連接。凸模固定板要為工件讓位，模具閉合沖孔完后通過(guò)推件塊把工件 頂出。沖孔凸、凹模結(jié)構(gòu)如圖 4-3、圖 4-4 4.4 凸凹模尺寸計(jì)算 4.4.1 凸、凹刃口尺寸的計(jì)算原則 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度。模具的合理間隙也要靠模具刃 口尺寸制造精度來(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模的主要任 務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐可發(fā)現(xiàn)：由于凸凹模之間存在間隙，使落下的料或伸出的孔卻帶有 錐度，且落料時(shí)因落料件光面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，應(yīng)先確定凹模刃口 尺寸，即以凹模刃口尺寸為基礎(chǔ)。又因落料件尺寸會(huì)隨凹模刃口的磨損而增大，故凹模 基本尺寸應(yīng)取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸。 沖孔時(shí)因孔的光潔表面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，應(yīng)先確定凸模刃口尺 寸，即以凸模刃口尺寸為基準(zhǔn)。又沖孔的尺寸會(huì)隨凸模刃口的磨損而減小，故凸?；?尺寸應(yīng)取沖件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。 20 凸、凹模分別加工法： 由于加工模具的方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計(jì)算公式與制造公差的標(biāo)注 也不同，刃口尺寸的計(jì)算方法可分為以下兩種情況：凹模與凸模分開(kāi)加工，凸模和凹模 配合加工，從此工件的結(jié)構(gòu)上分析，選擇凸模與凹模分開(kāi)加工的制造方法：采用這種方 法，凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸，要分別標(biāo)注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差 （凸模 p、凹模 d） ，適用于圓形或簡(jiǎn)單形狀的制件。為了保證初始間隙值小于最大合 理間隙 2Cmax，必須滿足下列條件： minax2Cdp 或?。?)(4.0i6cd 也就是說(shuō)，新制造模具應(yīng)該是 ，否則制造的模具部隙已超過(guò)允許max2ip 變動(dòng)范圍 2Cmin2Cmax,影響模具的使作壽命。 此法是指凸、凹模分別按各自圖樣上標(biāo)注的尺寸及公差進(jìn)行加工，沖裁間隙由凸、 凹模刃口尺寸及公差保證。其優(yōu)點(diǎn)是凸、凹模具有互換性，便于成批制造。但受沖裁間 隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小，主要適用于簡(jiǎn)單規(guī)則形狀的沖件。在這種情 況下需要分別計(jì)算和標(biāo)注凸模和凹模的尺寸和公差。落料時(shí)間隙取在凸模上，則凹模尺 寸： ddxD0ma)( 凸模尺寸： ppZ0inax)( 沖孔時(shí)，間隙取在凹模上，則凸模尺寸： 0minppd 凹模尺寸： ddZx0minin)( 孔心距 ： 式中 Dd、 Dp 分別為落料凹模和凸模的刃口尺寸（mm） ； dd 、 dp 分別為沖孔凹模和凸模的刃口尺寸（mm） ； D、 d 分別為落料件外徑和沖孔件孔徑的基本尺寸（ mm） ； d、 p 分別為凹模和凸模的制造公差（mm） ； X 系數(shù)； 8)2)2(mimin LL 21 公件的公差（mm） ； 最小合理間隙。minZ 表 4-3 沖裁時(shí)凸、凹模的制造公差 基本尺寸 凸模偏差 p 凹模偏差 d 18 -0.020 0.020 1830 -0.020 +0.025 3080 -0.020 +0.030 80120 -0.025 +0.035 120180 -0.030 +0.040 180260 -0.030 +0.045 260360 -0.035 +0.050 360500 -0.040 +0.060 表 4-4 沖裁模初始雙邊間隙 08、10、35、Q 235 Q345 40、50 65Mn材料 厚度 t/mm Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 0.5 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.024 0.170 0.240 0.170 0.240 1.7 5 0.220 0.320 0.220 0.320 0.220 0.320 工件無(wú)特殊要求，工件內(nèi)外形公差均為 IT14。 22 圖 4-5 制件圖 分析如上尺寸得：切邊尺寸 366、213 為落料尺寸； 15、 10 為沖孔尺寸； 342、110 為孔心距； 切邊尺寸 366 查參考文獻(xiàn)3表 6-12 得 為 1.40 =-0.040 =+0.060 ， 213 查pd 公差表得 為 1.15 =-0.030 =+0.045 .Zmin=0.060，Zmax=0.080，系數(shù) x=0.5.pd 尺寸 366：、 =0.10Zmax-Zmin=0.02d 但相差不大，可調(diào)整如下： d =0.4（Zmax-Zmin ）=0.4 0.02=0.008 p =0.6（Zmax-Zmin ）=0.6 0.02=0.012ddxD0ma)( 08.415.3608ppZx0mina)( = 012.6.415.36 = 02. 尺寸：213：、 =0.75Zmax-Zmin=0.02dpdxD0ma)( 08.15.23 23 08.4251ppZxDmina)( = 012.6..03 = 12.65 沖孔尺寸： 15 查參考文獻(xiàn)2表 5-6 得 為 0.43、同樣查得 10 的 為 0.36 =-0.02 =+0.02 Zmin=0.060，Zmax=0.080，系數(shù) x=0.5.pd 沖孔尺寸： =0.04Zmax-Zmin=0.0215d