拉深模具设计要点

8 拉深模具设计本章内容：各种拉深模具结构与工作原理，单动压力机拉深模、双动压力机拉深模；首次拉深模、以后各次拉深用拉深模(后次拉深模)；单工序拉深模、落料拉深模、落料拉深冲孔模、落料正反拉深冲孔翻边模等。本章难点：单动压力机拉深复合模的工作原理、结构。8.1 单动压力机首次拉深模单动压力机首次拉深模所用的毛坯一般为平面形状，模具结构相对简单。根据拉深工作情况的不同，可以分为几种不同的类型。8.1.1 无压边圈的拉深模适用于底部平整、拉深变形程度不大、相对厚度(t/D)较大和拉深高度较小的零件。图8.1 无压边圈有顶出装置的拉深模图8.2 无压边圈落件拉深模8.1.2 带压边圈的拉深模图8.3 带固定压边圈的拉深模图8.4 有弹性压边装置的正装式拉深模图8.5 有弹性压边装置的倒装式拉深模图8.6 凸缘件拉深模(定距垫块)图8.7 凸缘件拉深模(打料块定距)8.2 单动压力机后次拉深模由于首次拉深的拉深系数有限，许多零件经首次拉深后，其尺寸和高度不能达到要求，还需要经第二次、第三次甚至更多次拉深，这里统称为后次拉深。后次拉深模的定位方式、压边方式、拉深方法以及所用毛坯与首次拉深模有所不同。图8.8 无压边圈的后次拉深模图8.9 无压边圈的反向后次拉深模图8.10 有压边圈的反向后次拉深模图8.11 双动正反向拉深原理图8.12 有压边圈的后次拉深模8.3 单动压力机落料拉深模拉深工序可以与一种或多种其他冲压工序(如落料、冲孔、成形、翻边、切边等)复合，构成拉深复合模。在单动压力机的一个工作行程内，落料拉深模可完成落料、拉深两道(甚至更多道)工序，工作效率高，但结构较复杂，设计时要特别注意模具中所复合的各冲压工序的工作次序。8.3.1 凸缘制件的落料拉深模图8.13 带凸缘制件落料拉深复合模8.3.2 球形制件落料拉深模图8.14 球形制件落料拉深复合模8.3.3 矩形制件落料拉深模图8.15 油箱落料拉深复合模图8.16 矩形制件落料拉深复合模8.3.4 落料拉深压形模图8.17 落料拉深压形复合模8.3.5 落料拉深冲孔模 图8.18 落料拉深冲孔复合模图8.19 拉深切边冲孔复合模8.4 单动压力机落料、正反拉深、冲孔和翻边复合模图8.20 落料、正反拉深、冲孔翻边复合模8.5 双动压力机拉深模图8.21 双动压力机大型零件拉深模(凸模导向)图8.22 双动压力机大型零件拉深模(压边圈导向)8.6 拉深模设计实例如图8.23所示零件，材料为08钢，厚度，大批量生产。试确定拉深工艺，设计拉深模。8.6.1 零件的工艺性分析该零件为带凸缘筒形件，要求内形尺寸，料厚，没有厚度不变的要求；零件的形状简单、对称，底部圆角半径t，凸缘处的圆角半径，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求；尺寸为IT12级，其余尺寸为未注公差，满足拉深工艺对精度等级的要求；零件所用材08钢的拉深性能较好，易于拉深成形。综上所述，该零件的拉深工艺性较好，可用拉深工序加工。图8.23 带凸缘筒形件8.6.2 工艺方案确定为了确定零件的成形工艺方案，先应计算拉深次数及有关工序尺寸。板料厚度t=1mm，按中线尺寸计算。1. 计算坯料直径根据零件尺寸查表7-5得切边余量，故实际凸缘直径。由表7-6查得带凸缘圆筒件的坯料直径计算公式为确定各参数为，代入上式得：。式中：3200mm2为筒形部位的表面积，2895 mm2为凸缘部位的表面积。2. 判断可否一次拉深成形根据，查表7-14可知，说明该零件不能一次拉深成形，需要多次拉深。3. 确定首次拉深工序件尺寸初定，查表7-8得，取，则：取为了使以后各次拉深时凸缘不再变形，取首次拉入凹模的材料面积比最后一次拉入凹模的材料面积(即筒形部位的表面积)增加5%，故坯料直径修正为可得首次拉深高度为：验算所取是否合理：根据，查表7-12可知。因为，因此所取是合理的。4. 计算以后各次拉深的工序件尺寸查表7-8，得到，则： 因为，故共需四次拉深。调整以后各次拉深系数，取， (必须保证)。所以以后各次拉深工序件的直径为以后各次拉深工序件的圆角半径取： ， 设第二次拉深时多拉入3%的材料(其余2%的材料返回到凸缘上)，第三次拉深时多拉入1.5%的材料(其余1.5%的材料返回到凸缘上)，则第二次和第三次拉深的假想坯料直径分别为以后各次拉深工序件的高度为 最后一次拉深后达到零件的高度，上一道工序多拉入的1.5%的材料全部返回到凸缘，拉深工序至此结束。将上述中线尺寸计算的工序件尺寸换算成与零件图相同的标注形式后，所得各工序件的尺寸如图8.24所示。图8.24 各次拉深工序尺寸5. 工艺方案根据上述计算结果，本零件需要落料(制成的坯料)、四次拉深和切边(达到零件要求的凸缘直径)共六道冲压工序。考虑该零件的首次拉深高度较小，且坯料直径(mm)与首次拉深后的筒体直径(mm)的差值较大，为了提高生产效率，可将坯料的落料与首次拉深复合。因此，该零件的冲压工艺方案为落料与首次拉深复合第二拉深第三次拉深第四次拉深切边。以下仅以落料与首次拉深复合为例介绍拉深模设计过程。8.6.3 落料与首次拉深复合工序力的计算1. 落料力取08钢的强度极限为，因此：落料力。板厚，可以采用刚性卸料板卸料。2. 拉深力与压料力拉深力压料力3. 初选压力机标称压力确定机械式拉深压力机标称压力时必须注意，当拉深工作行程较大，特别是落料拉深复合时，由于滑块的受力行程大于压力机的标称压力行程(即曲柄开始受力时的工作转角大于标称压力角)，必须使落料拉深力曲线位于压力机滑块的许用负荷曲线之下(见图8.25)，而不能简单地按压力机标称压力大于拉深力(或拉深力与压料力之和)的原则去确定规格。图8.25 许用负荷与实际负荷实际生产中可以按下式初步确定拉深工序所需的压力机标称压力：本例拉深的高度不大()，因此有：由于此复合模工作时落料工序和拉深工序是先后进行的，并未产生落料力和拉深力的叠加。按落料力初选的压力机标称压力为综合以上两方面，初步确定所需压力机的标称压力：。待确定压力机型号后再校核。8.6.4 模具工作部分尺寸的计算落料凸模、凹模的刃口尺寸计算参见冲裁模设计计算过程。拉深凸模、凹模工作部分尺寸计算如下：1. 凸、凹模间隙由(表7.9.2)查得凸、凹的单边间隙为，取。2. 凸、凹模圆角半径由前述计算，凸模圆角半径，凹模圆角半径。3. 凸、凹模工作尺寸及公差由于此次拉深为中间工序，由凸、凹模工作尺寸及公差计算式，取凸模制造公差，凹模制造公差，有： 4. 凸模通气孔根据凸模直径大小，取通气孔直径为。8.6.5 模具的总体设计图8.26 落料首次拉深复合模8.6.6 压力机选择根据标称压力，滑块行程，及模具闭合高度185mm，确定选择型号为JC2335型开式双柱可倾压力机。校核过程如下：确定所选型号压力机的滑块许用负荷图，根据工艺安排、设备参数和模具结构确定模具工作过程中对应的落料拉深力曲线，若落料拉深力曲线处于许用负荷曲线之下，则所选设备符合工作要求；若落料拉深力曲线超出许可范围(见图8.25)，则需选择标称压力更大型号的压力机，继续以上校核过程。本例中，落料拉深力曲线处于JC2335压力机滑块许用负荷曲线以下，符合设备安全工作要求。8.6.7 模具零件设计根据模具总装图结构、拉深工序要求及前述模具工作部分的计算，设计出模具各零件。习 题1. 什么是拉深模？拉深模有哪几种类型？2. 拉深模的工作过程及工作原理是什么？3. 无凸缘拉深制件和有凸缘拉深制件在拉深中有何不同之处？ 4. 比较和说明旋转体直壁零件和半球形制品零件拉深模结构特征。 5. 首次拉深模和后次拉深模各有什么特点？为什么单动压力机上使用的后次拉深模常常采用倒装结构形式？6. 反拉深有什么特点？什么情况下可采用？7. 什么情况下弹性压边装置中要设置限位柱？8. 落料拉深复合模为何要设计成先落料后拉深？9. 双动拉深模的结构特点是什么？10. 图8.27所示圆筒形拉深件，材料为10钢，大批量生产。试完成以下工作：(1) 分析零件的工艺性。(2) 计算零件坯料尺寸、拉深次数及各次拉深工序件尺寸。(3) 计算各次拉深时的拉深力和压料力。(4) 绘制各次拉深的模具结构草图。(5) 确定最后一次拉深的凸、凹模