落料正反拉深成形工艺及模具设计

河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书11 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、模具标准化、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。 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河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书2约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 1520 万美元，有的高达 2530 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； 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； 河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书36）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，6080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 600650 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 1520 万美元，有的达到 2530 万美元。国外先进国家模具标准件使%以上，而我国才达到 45用覆盖率达 701.3 落料拉深模具设计与制造方面河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书41.3.1 落料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。筒形件是最典型的拉深件，其工作过程很简单就一个拉深，根据计算确定它能一次拉深成功.因此，根据计算的结果，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，而标准模架的最高和最低高度满足要求，所以可以选用标准模架。1.3.2 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.确定加工方案，所用时间 5 天；3.模具的设计，所用时间 30 天；河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书52 落料拉深件的冲压工艺性分析2.1 冲压工件的工艺性分析零件名称：落料拉深件 生产批量：大批量材料：15 钢料厚：2.5mm零件简图：(见下图)此工件为有凸缘的筒形件，拉深高度适中，拉深前后厚度不变，工件材料为 15钢，拉深性能比较好，且此工件的形状满足拉深工艺要求，可用拉深工序加工。工件满足冲裁尺寸条件要求。的公差等级为 IT12 级，满足拉深工序对工件公差等级的要求， 403517.0 的公差等级为 IT9 级，精度比较高，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，17.02又由于材料的各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要在最后增加切边工序。3 工艺方案 的确定河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书6因为工件为带凸缘的筒形零件，零件形状比较对称，所以该工件的生产包括落料、拉深、两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先落料，其次拉深。采用单工序模生产。方案二：先拉深，再落料复合冲压。采用复合模生产。方案三：先落料，再拉深，采用复合模具生产。方案一模具结构简单，但需要两道工序四副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率较高，能满足大批量生产要求，但是模具结构落料部分比较复杂，模具的生产、装配和维修困难。方案三虽然和方案二看起来都是一副模具，但由于两套模具进行的两个工序顺序的不同，且零件的几何形状简单对称，模具制造、装配和维修并不困难，模具采用复合形式，简化了工序，生产效率比方案一高，能满足大批量生产的要求，所以经综合考虑，工件采用方案三进行生产。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书74 工艺计算4.1 计算毛坯尺寸由工件简图可得，d = 60 mm,d= (40 - 2.5)mm = 37.5mm,由凸缘的相对直径 d / d 凸 t= 60mm / 37.5mm = 1.6,查表 4.2 得修边余量 = 1.6mm,因零件底部圆角半径 r 与凸缘R圆角半径 R 相等，即 r = R 时，有凸缘筒形件的毛坯直径D = dhdt4.32将 d = 60 + 2 = (60 + 21.6)mm = 63.2mm ,d = 37.5mm,H = (14 2.5)tmm = 11.5mm,R = 2mm,代入上式中，得毛胚的直径为D = 77.3mm25.374.51.374.624.2 判断能否一次拉深成形工件总的拉深系数 m = d / D = 37.5mm / 77.3mm = 0.485,工件总的拉深相对高总度 H / d = 11.5mm / 37.5mm = 0.307。由 d / d = 63.5mm / 37.5mm = 1.69,t /D100 = 2.5mm / 77.3mm100 = 3.24,t查表 4.9 得有凸缘筒形件第一次拉深的极限拉深系数 m = 0.45。1由表 4.10 查得，有凸缘筒形件首次拉深的极限相对高度 h /d = 0.50,由于1m = 0.485 m = 0.45, H / d = 11.5mm / 37.5mm = 0.307 2.0, m = 0.45 0.6，由1表 4.7 查得需要采用压边装置。又因为工件能一次拉深成形，所以采用平面压边装置，且不需要使用限位装置。4. 4 排样设计设计模具时，条料的排样很重要。中轴碗具有左右对称的特点，单向排列时（如图所示）的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书84.5 条料宽度、导料板间距离和材料利用率的计算查表取得搭边值为 a = 1.8mm，a = 2.2mm。1条料宽度的计算：拟采用无侧压装置的送料方式，由条料宽度 B =【D + 2a + C】0max0B_条料宽度（mm）D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a侧搭边的最小值；条料宽度的单向（负向）偏差；C_导料板与最宽条料之间的单面最小间隙；把 D = 77.3mm，a = 2.2mm,查表得 C = 0.5, = 0.8mm,代入上式得 B max= 82.2 mm。 08.材料利用率的计算：由书 材料利用率通用计算公式 = 100%BAnS式中 S一个零件的实际面积，mm2;河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书9n一个步距内实际冲裁件数量；B条料宽度，mm; A送料步距， mm把 S = 3.14 38.65 = 4690.6mm ,n = 1,B = 82.2mm,A = D + a = 22 177.3mm + 1.8mm = 79.1mm。代入上式得= 4960.6 mm 1/82.2mm79.1mm100% = 76.3% 2导料板间距离的计算：A = B + C = D + 2a + 2Cmax式中 B_条料宽度（mm）D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a侧搭边的最小值；C_导料板与最宽条料之间的单面最小间隙；把 B = 82.2mm，C = 0.5, a = 2.2mm, D = 77.3mm，代入上式得maxA = 77.3mm + 22.2mm + 20.5mm = 82.7mm。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书105 工序冲压力的计算5.1、落料力P = 1.3 t落 D式中 _材料抗剪强度D_毛胚直径t_材料厚度查表得 15 钢得抗剪强度 = 289MPa 。把 D = 77.3mm,t = 2.5mm 代入上式得P = 1.3 3.14 77.3mm 289MPa2.5mm =227976.638 落227.977kN。 5.2、卸料力P = K P卸 卸 落K _卸料力系数；卸P 落料力； 落查表得 K = 0.06，P =227.977k