0043-殼體沖壓工藝及模具設計【全套16張CAD圖】+設計說明書

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拉深的工藝性：觀察零件圖可知尺寸精度要求一般，屬于帶凸緣拉深。 此工件為帶窄凸緣圓筒形工件，要求外形尺寸，沒有厚度不變的要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可采用落料拉深工序加工。工件底部圓角半徑r＝7.5mm,外形尺寸為220mm， 220mm的公差等級為IT12級，滿足拉深工序對工件公差等級的要求。工件的總體高度到最后可由修邊達到要求。 由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產。 2.2沖壓工藝方案的確定 該工件包括落料、拉深兩個基本工序，可有以下三種工藝方案： 方案一：先落料，再拉深。采用單工序模生產 方案二：落料－拉深復合模沖壓。采用復合模生產。 方案三：拉深采用級進模生產。 表一 簡單模、復合模、級進模比較 類型因素 生產批量 尺寸精度 形狀大小 制造安裝成本 安全性 復合模 中大批量 高 中小型 高 差 級進模 中大批量 較高 中小型 較高 較好 簡單模 小批量 低 無要求 低 較好 采用方案一模具結構簡單，但需兩道工序兩套模具，生產效率低，工件的累計誤差大，操作不方便，難以滿足該工件大批量生產的要求。方案二只需一副模具生產效率高，盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產效率高，但模具結構比較復雜，送進操作不方便，加之工件尺寸偏大。通過對上述三種方案的分析比較，該件若能一次拉深，則其沖壓生產采用方案二為佳。 2.3模具結構形式的選擇與確定 1）工作零件安裝結構：本零件的沖壓包括落料和拉深兩個工序，為方便落料件和拉深件的落下，采用正裝結構，即凸凹模安排在上模。 2）送料方式：是中小批量生產，采用手動送料方式，能簡化模具結構，更能節(jié)約成本。 3）定位裝置：本工件在拉深復合模中尺寸是相對較大的，又是批量生產，落料時采用擋料銷定位，送料時廢料孔與固定擋料銷作為粗定距。 4）導向方式：為確保零件的質量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于采用了手工送料方式，為了提高開敞性便于送料，且其工件較大，采用中間導柱模架可承受較大的沖壓力。 5）卸料方式：本模具采用正裝結構，落料件的廢料靠剛性卸料板從凸凹模上刮下，筒形拉深件靠上?；爻虝r打桿和推件塊的共同作用把其從凸凹模中頂出。 2.4拉深工藝計算和工藝方案 本制件的工藝計算屬于相對簡單的。其主要的內容包括計算毛坯直徑、確定拉深次數及相關尺寸等。 2.4.1 工藝方案的確定 根據制件的工藝分析,知道制件是相對簡單的帶凸緣圓筒形拉深件。所以它的工序只有一個：拉深。 2.4.2計算毛坯尺寸 查沖壓手冊表4-5選取修邊余量δ=6mm. 查沖壓手冊表4-7拉深件毛坯直徑計算公式P187頁序號20則可按下面的公式計算： 當r≠r1時D2=d12+6.28rd1+8r2+4d2h1+6.28r1d2+4.56r12+d42-d32 d1=208 r=6.75 d2=221.5 h1=63 r1=2.25 d3=226 d4=280代入數據后得D≈373 mm 2.4.3 拉深次數的確定 采用查表法。根據t/D×100=1.5/373×100=0.4和工件相對高度h/d=72/221.5≈0.325，查沖壓手冊表4-20得h1/d1=0.48。因0.325〈0.48，且總拉深系數mt=d/D=221.5/373≈0.594>0.54(極限拉深系數值)故可以一次拉深成形。d凸/d=280/221.5≈1.264<1.4,屬窄凸緣筒形拉深件。 2.4.4確定是否用壓邊圈 拉深中，是否采用壓邊圈裝置，主要取決于拉深坯料的相對厚度大小，具體選擇方法可參照下表所列的條件決定采用壓邊圈的條件 表二 采用壓邊圈的條件 拉深方法 第一次拉深 以后各次拉深 t/D × 100 m 1 t/D × 100 m n 用壓邊圈 可用壓邊圈 不用壓邊圈 ＜ 1．5 1．5 ～ 2．0 ＞ 2．0 ＜ 0．6 0．6 ＞ 0．6 ＜ 1 1 ～ 1．5 ＞ 1．5 ＜ 0．8 0．8 ＞ 0．8 相對厚度t/D×100=1.5/373×100=0.4，查表得，需要采用壓邊圈。首次拉深時一般采用平面壓邊裝置。再次拉深時，采用筒形壓邊圈。一般來說再次拉深所需要的壓邊力較小，而提供壓邊力的彈性力卻隨著行程而增加，所以要用限位裝置。 2.4.5 選取凸模與凹模的圓角半徑 根據沖壓手冊P307頁當工件直徑d>200mm時,拉深凹模圓角半徑應按下式確定: r凹min=0.039d+2(mm) d為凹模內徑=226mm 采用合適的R凸、R凹與凸凹模間隙Z可以減小拉深系數。 采用過小的R凸、R凹和Z會使拉深過程中摩擦阻力與彎曲阻力增加，危險斷面的 變薄加劇，而過大的R凸、R凹和Z則會減小有效的壓邊面積，使板料的懸空部分增加，易于使板料失穩(wěn)起皺，所以對拉深都不利。 且為了制造方便，綜上考慮取r凹=11mm 2.5壓力、壓力中心計算及壓力機的選用 因為本制件是軸對稱零件，所以不用計算壓力中心。 2.5.1 壓力計算 本制件拉深時需要采用壓邊圈。其拉深力的計算公式應該以生產中常用的經驗公式進行計算： 壓邊圈產生的壓邊力F壓大小應適當，F壓太小，防皺效果不好；F壓太大，則會增大傳力區(qū)危險斷面上的拉應力，從而引起材料嚴重變薄甚至拉裂。因此，實際應用中，在保證變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選小的壓邊力。其計算公式可按下式計算： 落料拉深工序 ① 落料力 P=1.3Dt 查表可知式中=294MPa D=373 t=1.5mm 則：P=1.3×373××1.5×294N≈671.5KN ② 卸料力 Q=kP 查表可知式中k＝ 0.04 則：Q=0.04×671.5KN≈27KN ③ 拉深力 F = d0 t k1бb 查沖壓手冊表4-85可知 式中k1＝0.82 бb＝392 MPa 則：F= ×223×1.5×0.82×392N ≈337KN ④ 壓邊力 Q壓邊力= 查表可知式中q=2.5MPa 則：Q壓邊力= ＝272.13KN 確定壓力機噸位: 這一工序的最大總壓力F總=F落料+F卸料+F壓邊 ≈671.5KN+27KN+272.13KN ≈970.6KN 選擇壓力機公稱壓力時需注意，當拉深工作行程較大，尤其落料拉深復合模時，應使工藝力曲線位于壓力機滑塊的許用壓力曲線之下。而不能簡單地按壓力機公稱壓力大于工藝壓力的原則去確定壓力機的規(guī)格，否則可能發(fā)生壓力機超載而損壞。 在實際生產中可以按下式來確定壓力機的公稱壓力： Fg≥(1.6～1.8) FZ 則可得：Fg介于1553.0～1747.1之間 2.5.2 壓力機的選用 壓力機的工作行程需要考慮工件的成形和方便取件，因此，工作行程根據拉深力的計算結果和工件的高度，選擇壓力機：閉式壓力機機身左右封閉，剛度好，多點壓力機抗偏載能力強，綜合考慮后，采用閉式雙點壓力機。且所需壓力機的公稱壓力Fg介于1553.0～1747.1kn之間 故選用JB36-200B 表三JB36-200B所選擇壓力機的相關參數 壓力機型號 JB36-200B 公稱壓力（KN） 2000 公稱壓力行程（mm） 13 滑塊行程（mm） 400 滑塊行程次數（次/分鐘） 18 最大裝模高度（mm） 600 裝模高度調節(jié)量（mm） 250 導軌間距離（mm） 2430 滑塊底面前后尺寸（mm） 1150 工作臺板左右尺寸（mm） 2350 工作臺板前后尺寸（mm） 1250 2.6 排樣設計 2.6.1 確定零件的排樣方案 設計模具時，條料的排樣很重要。排樣合適恰當不僅可以降低成本，提高材料的利用率，而且可以提高生產效率。根據該零件的圖形分析可知：筒形件是由落料件后續(xù)拉深成型的。其排樣方安比較簡單，容易確定，這里就采用直排的形式來確定落料的排樣。其排樣簡圖如下： 圖2 2.6.2 條料寬度、導尺間寬度和材料利用率的計算 查表取得搭邊值為a=2mm和a1=1.5mm。 條料寬度的計算：B=D+ 2a, 代入數據計算得進距為377 mm。 進距的計算：由s=D+ a1,代入數據計算得進距為374.5 mm。 材料利用率的計算：根據一般的市場供應情況，原材料選用A×L×t=1200 mm×1600 mm×1.5 mm的冷軋薄鋼板。 縱向剪板條數：n1===3條余69mm 每條落料個數：n2===4條余100.5mm 落料工序板料利用率： = 代入數據 n1＝3 n2＝4 D=284mm 得 ==68.26% 橫向剪板條數：n1===4條余92mm 每條落料個數：n2===3條余75mm 落料工序板料利用率： = 代入數據 n1＝4 n2＝3 D=373mm 得 ==68.26% 因此采用縱排或橫排均可以。 3 模具的結構設計 3.1 模具工作部分的計算 3.1.1 拉深模的間隙 深間隙對拉深過程有較大的影響。它不僅影響拉深件的質量與尺寸精度，而且影響拉深模的壽命以及拉深是否能夠順利進行。因此，應該綜合考慮各種影響因素，選取適當的拉深間隙值，既可保證工件的要求，又能使拉深順利進行。 本模具的拉深間隙查表得出：Z1/2=1.t=1.65mm 3.1.2 拉深模的圓角半徑 凸模、凹模的選用在制件拉深過程中有著很大的作用。凸模圓角半徑的選用可以大些，這樣會減低板料繞凸模的彎曲拉應力，工件不易被拉裂，極限拉深因數會變小些；凹模的圓角半徑也可以選大些，這樣沿凹模圓角部分的流動阻力就會小些，拉深力也會減小，極限拉深因數也會相應減小。但是凸、凹模的圓角半徑也不易過大，過大的圓角半徑，就會減少板料與凸模和凹模端面的接觸面積及壓邊圈的壓料面積，板料懸空面積增大，容易產生失穩(wěn)起皺。 3.1.3 模具工作部分的尺寸和公差 0 落料件尺寸公差為φ373-0.89 由表2-31公式進行計算： D凹=（D-x△）+δ凹 +0.060 =（373-0.5×0.89）0 =372.56～372.62 （查表2-30 X=0.5 δ凹=+0.060） D凸=（D-x△-2c）-δ凸 0 =（373-0.5×0.89-0.132）-0.04 =372.38～372.42 δ凸=-0.040 Cmin=0.066 Cmax=0.120 查表2-23 δ凹的絕對值與δ凸的絕對值之和=0.060+0.040〈2Cmax-2Cmin =0.24-0.1332 =0.108mm 故上述計算是恰當的。 拉深前的毛坯取未注公差尺寸的極限偏差。由《沖壓手冊》表4-75公式計算： D凹=（d+0.4△+2c）+δ凹 +0.12 =（220+0.4×0.46+2×1.65）0 =223.48～223.60 C=1.1t=1.65mm δ凹=0.12 0 D凸=（d+0.4△）-δ凸=（220+0.4×0.46+）-0.08 = 220.10～220.18 δ凸=-0.08 3.1.4凸模部分的設計及長度計算 由于工件的形狀簡單且對稱，本模具為落料-拉深復合模，為了實現先落料后拉深，模具裝配后，應使拉深凸模的端面應比落料凹模端面低。 凸模長度一般是根據結構上的需要而確定的，拉深凸模的L長度可按下式計算：L=H固+H凹-H低 式中：H固———凸模固定板的高度（50mm） H凹———凹模的高度(210mm) H低———裝配后拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根據板厚太小，確定H低=5mm 則：L =210mm+50mm-5mm=255mm 該模具凸模因為高度較大，為了防止淬火變形，除了采用工作部分局部淬火（硬度58—62HRC）外，材料用T10-A優(yōu)質工具鋼。 3.1.5凸凹模的設計及長度計算 外形落料凸模內形拉深凹模的凸凹模：其外形可用數控車床加工和外圓精磨，用四個M30的螺釘固定在墊板上，由于其內部的拉深凹模的形狀，致使凸凹模的強度和剛度下降，這里也采用淬火變形小的CrWMn模具鋼。為了加強強度和剛度，這里把凸凹模做成整體式的，不必再作凸凹模固定板。其長度可按下式計算： L＝H凹＋H卸＋H固－H頂 其中：H凹———凹模的高度(210mm) H卸———固定卸料板的高度(50mm) H固———凸凹模固定部分的長度(60mm) H頂———頂件塊的高度(80mm) 則：L＝210mm＋50mm＋60mm－80mm＝240mm 3.1.6 選用模架、確定閉合高度及總體尺寸 由于拉深凹模外形尺寸較大，為了工作過程穩(wěn)定，選用中間導柱模架。再按其標準選擇具體結構尺寸見表3-1。 表3-1 模架規(guī)格選用 名稱 尺寸 材料 熱處理 上模座 600×90 HT200 燜火 下模座 600×90 HT200 燜火 導柱 A70h7×550 A75h7×550 20 滲碳HRC58～62 導套 A70h7×550 A75h7×550 20 滲碳HRC58～62 模具的閉合高度H閉=H上+H凹模+H凸凹模+H下－（凸凹模刃面高度差+拉深件高度－料厚）=90+210+240+90-（3+73.5-1.5）=555mm 式中：H凹—凹模厚度，H凹=210mm； 　　　H壓—壓邊圈的厚度，H壓＝80mm； 　 由此可見模具的實際閉合高度遠遠大于所采用模架的最大閉合高度。查標準件的資料。結果發(fā)現模具的實際閉合高度還是遠遠大于其它標準的最大閉合高度。所以此制件不能采用標準模架。 為了節(jié)省加工時間，只有在模具標準模架的基礎上進行修改。因為模具的封閉高度H應該介于壓力機的最大封閉高度Hmax=600mm和最小封閉高度Hmin之間，一般取： Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm 由此可以看出，要想讓制件順利加工和從模具上取出，只有使模具有足夠的封閉高度： Hmax≥H+5mm=555+5=560mm Hmin≤H-10mm=555-10=545mm 要使模具具有足夠的封閉高度，只有改變導柱和導套的高度： 導柱：A70h7×550 A75h7×550 ； 導套：A70H7×180×73 A75H7×180×73 為了使模座有足夠的強度，上，下模座的厚度應該再增加一些。 模具選用中間導柱標準模架，可承受較大的沖壓力，為了防止裝模時上模旋轉180度裝配，將模架中兩對導柱與導套做成粗細不等。 導柱α/mm×L/mm為φ70×550 導柱α/mm×L/mm為φ75×550 導套α/mm×L×D為φ70×180×73 導套α/mm×L×D為φ75×180×73 H上模=90mm———上模座厚度 H墊板=30mm———下模座墊板厚度 H卸=50mm———固定卸料板厚度 H凸模固定=35mm———凸模固定板厚度 H下墊板=30mm———下模墊板厚度 H下模=30mm———下模座厚度 模具實際閉合高度：H閉= H上模+H墊+H凸凹模+H凹模+ H下墊板+ H下模- H入=90+30+240+210+30+30-75=555mm 式中：H凸凹模=240mm———凸凹模的高度 H凹模=210mm———凹模的厚度 H入=75mm———凸凹模進入落料凹模深度 由此可見該模具實際閉合高度小于所選壓力機的最大裝模高度600m 所以可以使用。 3.2 模具零件的結構設計 3.2.1 拉深凹模 內、外形尺寸和厚度已由前面的計算確定；拉深凹模需要有三個以上的螺釘與上模座固定，還需要兩個與上模座同時加工的銷釘孔。 3.2.2 拉深凸模 圖3 拉深凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的計算確定。它需要三個以上的螺紋孔，以便與下模座固定。拉深凸模上一般開有出氣孔，這樣會使卸件容易些，否則凸模與工件由于真空狀態(tài)而無法卸件。查表，本凸模出氣孔的直徑為φ9.5mm　 3.2.3 壓邊圈 在拉深工序中，為保證拉深件的表面質量，防止拉深過程中材料的起皺，常采用壓邊圈用合適的壓邊力使毛坯的變形區(qū)部分被壓在凹模平面上，并使毛坯從壓邊圈與凹模平面之間的縫隙中通過，從而制止毛坯的起皺現象。 壓邊圈的內形與拉深凸模間隙配合，外形套有半成品制件。一般與頂料桿(三根以上)、橡皮等構成彈性卸料系統(tǒng)。 3.2.4 導柱、導套 對于生產批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導柱、導套來保證上、下模的導向精度。導柱、導套在模具中主要起導向作用。導柱與導套之間采用間隙配合。根據沖壓工序性質、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。因為本制件的厚度為3mm，所以采用H7/h6。 3.2.5卸料彈簧的選擇 F卸=27KN擬選用12個彈簧，每個彈簧擔負卸料力約為2250N。 彈簧的工作壓縮量h工=73.5+1.0+0.5=75.0mm 式中a為落料凹模高出拉深凸模的距離， 取a=1mm b 為卸料板超出凸凹模刃口的距離，以保證卸料，取b=0.5mm 查《沖壓手冊》表10-1選用彈簧為D2=95mm d=10mm h0=300mm hj=184mm Fj=2870N除去75mm的工作壓縮量 h預= (hj／ Fj) F預=72mm 計算后且應滿足如下條件:hj> h工+ h預+ h修磨 hj=184>72+75+6=153mm 故所選彈簧是合適的. 3.2.6橡膠的選擇 查教材表2.9.12擬采用圓筒形的橡膠d=30mm D=√(d2+1.27Fxy／p)=73mm 圖4 此外 0.5≤（HO／D）≤1.5 取HO=75mm 3.2.7推桿長度 推桿長度〉模柄總長+凸凹模高度-推件塊厚度 =90+240-40=290mm 3.2.8其他零件 模具其他零件的選用見表五．表五模具其他零件的選用 序號 名稱 數量 材料 規(guī)格/ mm 熱處理 1 卸料板 1 45 50×850×850 2 上模座 1 HT200 600×90　 燜火 3 彈簧 12 65Mn 10×300×95 40～45HRC 4 擋料銷 3 45 M30×240 5 螺釘1 4 40 M30×180 40～45HRC 6 上模固定板 1 Cr12 280×400×220 7 模柄套 1 45 260×110 滲碳58～62HRC 8 打桿 1 20 80×670 40～45HRC 9 模柄 1 40 220×200×260 50～56HRC 10 推件塊 1 45 φ272×270 40～45HRC 11 凸凹模 1 CrWMn 500×240 60～62HRC 12 銷釘1 2 T10A M30×180 30～35HRC 13 退料板螺釘 4 45 M30×240 30～35HRC 14 導套 2 20 70×180×73 滲碳56～58HRC 15 導柱 2 20 70×550 滲碳56～58HRC 16 下模座 1 HT200 90×670 燜火 17 落料凹模 1 T10A φ600×210 滲碳58～62HRC 18 銷釘2 2 45 M30×270 19 螺釘2 4 45 M30×240 20 銷釘3 2 45 φ20×150 21 螺釘3 1 45 M30×180 22 螺釘4 2 45 M20×150 23 夾板 2 45 600×600 40～45HRC 24 推銷 4 T8A φ40×180 45～50HRC 25 拉深凸模 1 T10A φ300×255 60～62HRC 26 壓邊圈 1 T8A φ390×80 56～58HRC 27 下模固定板 1 45 600×600×40 40～45HRC 3.3 模具總裝圖 由以上設計，可得到模具的總裝圖，其工作過程是：將條料沿擋料銷送進，前端再由擋料銷進行精定位，坯料放在落料凹模表面上，卸料板在此兼起壓料作用，由凸凹模和落料凹模完成第一道落料工序，凸凹模繼續(xù)下行，毛坯在凸凹模、拉深凸模以及壓邊圈共同作用下，被反向拉入凸凹模中，產生塑性變形而制成所要求的零件。當凸凹模隨上模部分回升時，零件制品在推件塊及推桿的作用下，將其從凸凹模內推出。而壓邊圈在緩沖器系統(tǒng)作用下又回到原位，準備下一次拉深。 結束語 殼體屬于簡單拉深件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據計算確定本制件是由落料拉深和切邊沖孔兩道工序復合而成的，然后相應選取各工序所需的壓力機。本設計是殼體的第一個工序落料拉深模具設計，需要計算拉深時的間隙、工作零件的圓角半徑、尺寸和公差，并且還需要確定模具的總體尺寸和模具零件的結構，然后根據上面的設計繪出模具的總裝圖。 由于在零件制造前進行了預測，分析了制件在生產過程中可能出現的缺陷，采取了相應的工藝措施。因此，模具在生產零件的時候才可以減少廢品的產生。 本落料拉深件的形狀結構較為簡單，但是高度太高不適合選用標準模架。要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，因此需要改變導柱、導套的長度，以達到要求。模具工作零件的結構也較為簡單，它可以相應的簡化了模具結構。便以以后的操作、調整和維護。 本模具的設計，是理論知識與實踐有機的結合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認識到，要想做為一名合理的模具設計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎，并不斷學習新知識新技術，樹立終身學習的觀念，把理論知識應用到實踐中去，并堅持科學、嚴謹、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術，為模具工業(yè)的騰飛做出應有的貢獻。 參考文獻 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