毕业设计（论文）-圆筒拉伸模具设计

毕业设计说明书圆筒拉伸模具设计学生姓名：学号：学院：专业：指导教师：2009年6月圆筒拉伸模具设计圆筒拉伸模具设计摘摘要要本文首先论叙了我国目前冲压模具制造技术发展现状以及发展趋势。正文部分介绍了一种直筒形电动机壳体的拉深模具设计内容主要包括：拉深原理分析、拉深工艺分析及方案比较选择、模具结构的设计计算。在设计中充分利用了计算机辅助设计(CADCAM)：用AutoCAD2000绘制了所有零件图和装配图；用ProE2001设计了模具的三维实体造型。另外还运用FlashMX制作出动画，演示了整个模具的工作过程。关键词：关键词：模具、壳体拉深、工艺分析、结构设计、凸模角度AbstractAbstractThistexttalksaboutourcountryhurtlestopressthemoldingtoolmanufacturingtechnicalpresentconditionandthedevelopmenttrendscurrently.Thenthetextpartintroducesakindofdesignfordrawingdiewhichisusedforthemotorcasesbodywithfranktubeshapewhichcontentincludesmainly:ThepricipleanalysisofDrawingthetechnicalanalysisforDrawingtheschemerelativelychosendesignandcalculateforthediestructure.TherehavefullyutilizedCADinthedesignCADCAM:HavedrawnallpartpicturesandinstallationdiagramswithAutoCAD2000Havedesigndthethree-dimensionalentitysmodellingofthediewithproE2001.StilluseFLashMXtobemadeandsetoutthepictureinadditiondemonstratetheworkingprocessofwholedie.KeyKeywordswords:die、shelldrawing、thepricipleanalysis、thestructuredesign、punchangel中北大学2009届毕业设计说明书第I页共II页目目录录1前言.12拉深.23工艺方案的确定.33.1圆筒件拉深的变形分析.33.1.1拉深变形过程.33.1.2.凹模圆角部分.43.1.3.筒底部分.53.2拉深件的起皱及拉裂.54拉伸模具的分析.74.1拉伸模具的结构.74.2圆筒件拉深的变形分析.74.2.1拉深变形过程圆筒形件是最典型的拉深件.74.2.2拉深过程中坯料内的应力与应变状态.84.3旋转体拉深件坯料尺寸的确定.114.3.1坯料形状和尺寸确定的依据.114.3.2简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定.114.4圆筒件的拉深工艺计算.114.4.1拉深系数与极限拉深系数.114.4.2拉深次数与工序件尺寸.124.4.3圆筒形件拉深的压料力与拉深力.125模具结构设计.145.1传动原理.145.1.1成形工艺：.145.1.2卸料过程：.145.2零部件设计.145.3导向顶出机构设计.165.3.1滑动导柱导套.17中北大学2009届毕业设计说明书第II页共II页5.3.2滚珠导柱、导套.175.3.3常用卸料、出件及压料零、部件.175.4.1模具工作部分的表面加工.195.4.2工艺润滑.196零件的工艺性分析.216.1对拉伸件的分析.216.2工艺分析.216.3拉伸凸凹模尺寸计算.2264拉伸间隙的确定.236.4.1间隙对冲压模具寿命的影响.246.4.2间隙对冲压工艺力的影响.246.4.3间隙值的确定.24设计总结.26参考文献.27致谢.28附录A.29附录B.30附录C.31中北大学2009届毕业设计说明书第1页共31页11前言前言模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。如模具的CADCAM技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术，模具在设计中采用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术，模具的CIMS技术，已在开发的模具DNM技术以及数控技术等，几乎覆盖了所有现代制造技术。模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。现代模具制造技术朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向中北大学2009届毕业设计说明书第2页共31页2拉深拉深拉深(又称拉延)是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一，广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件，如图2.1所示。a)轴对称旋转体拉深件b)盒形件c)不对称拉深件图2.1拉深件类型中北大学2009届毕业设计说明书第3页共31页33工艺方案的确定工艺方案的确定根据上述工艺分析及计算，可确定该零件椭圆外形可以一道工序拉伸成形，考虑到零件底部各孔装配及拉伸后端面修边的需要，因此还需设计底部冲孔及端面切边模，为保证拉伸好的椭圆的外形光洁、圆滑，同时还需对拉伸好的椭圆进行整形。于是采用的工艺方案为:冲切展开料-拉伸成椭圆外形-整形-修边。具体分析零件展开料及椭圆形各尺寸的关系，可看出落料一拉伸凸凹模的壁厚大于凸凹模最小壁厚具备复合的条件，为减少工序数目及模具数量，降低设备占用，以提高经济效益，因而确定工艺方案为:冲切展开料并拉伸出椭圆外形-整形并修边。为此，需设计落料-冲孔-拉伸复合模、整形修边复合模、等3副模具来完成上述3个工序。3.13.1圆筒件拉深的变形分析圆筒件拉深的变形分析3.1.1拉深变形过程拉深可分为不变薄拉深和变薄拉深。前者拉深成形后的零件，其各部分的壁厚与拉深前的坯料相比基本不变；后者拉深成形后的零件，其壁厚与拉深前的坯料相比有明显的变薄，这种变薄是产品要求的，零件呈现是底厚、壁薄的特点。本模具应用不变薄拉深。拉深所使用的模具叫拉深模。拉深模结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。下图为有压边圈的首次拉深模的结构图，平板坯料放入定位板6内，当上模下行时，首先由压边圈5和凹模7将平板坯料压住，随后凸模10将坯料逐渐拉入凹模孔内形成直壁圆筒。成形后，当上模回升时，弹簧5恢复，利用压边圈5将拉深件从凸模10上卸下，为了便于成形和卸料，在凸模10上开设有通气孔。压边圈在这副模具中，既起压边作用，又起卸载作用。如图3.1拉深过程中，其底部区域几乎不发生变化由于金属材料内部的相互作用，使金属各单元体之间产生乐内应力，在径向产生拉伸应力，在切向产生压缩应力。在和131的共同作用下，凸缘区的材料在发生塑性变形的条件下不断地被拉入凹模内成3为筒形零件的直壁。拉深时，凸缘变形区内各部分的变形被拉入凹模内成为筒中北大学2009届毕业设计说明书第4页共31页形零件的直壁。拉伸时，凸缘变形区内各部分的变形是不均匀的，外缘的厚度，硬度最大变形亦最大。3.1拉深模结构图模柄上模座凸模固定板弹簧压边圈定位板凹模下模座卸料螺钉10凸模图拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。同时，拉深变形区板料有所增厚，而传力区板料有所变薄。因而出现的问题也不同。为了更好地解决上述问题，有必要研究。中北大学2009届毕业设计说明书第5页共31页3.1.2.凹模圆角部分面积较小，因此产生的拉应力较大。同时，该处所需要转移的材料较少，故该处材料的变形程度很小，冷作硬化较低，材料的屈服极限也就较低。而与凸模圆角部分相比，该处又不象凸模圆角处那样，存在较大的摩擦阻力。因此在拉深过程中，此处变薄便最为严重，是整个零件强度最薄弱的地方，易出现变薄超差甚至拉裂。3.1.3.筒底部分这部分材料与凸模底面接触，直接接收凸模施加的拉深力传递到筒壁，是传力区。该处材这部分材料变薄严重，尤其是与筒壁相切的部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。原应力作用，变形为径向和切向伸长、厚度变薄，但变形量很小。从拉深过程坯料的应力应变的分析中可见：坯料各区的应力与应变是很不均匀的。即这部分材料变薄严重，尤其是与筒壁相切的部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。原是这样，越靠近外缘，变形程度越大，板料增厚也越多，拉深成形后制件壁厚和硬度分布情况可以看出，拉深件下部壁厚略有变薄，壁部与圆角相切处变薄严重，口部最厚。由于坯料各处变形程度不同，加工硬化程度也不同，表现为拉深件各部分硬度不一样，越接近口部，硬度愈大。3.23.2拉深件的起皱及拉裂拉深件的起皱及拉裂凸缘变形区的“起皱”和筒壁传力区的“拉裂”是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。为此，必须了解起皱和拉裂的原因，在拉深工艺和拉深模设计等方面采取适当的措施，保证拉深工艺的顺利进行，提高拉深件的质量。凸缘区会不会起皱，主要决定于两个方面：一方面是切向压应力的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失稳的能力，凸缘宽度越大，厚度越薄这部分材料变薄严重，尤其是与筒壁相切的部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。原力而且取决于压杆的粗细。在拉深过程中是随着拉深的进行而增加的，但凸缘变形区的相对厚度也在增大。这说明拉深过程中失稳起皱的因素在增加而抗失稳起皱的能力也在增加。拉深时，筒壁所受的拉应力除了与径向拉应力有关之外，还与由于压料力中北大学2009届毕业设计说明书第6页共31页引起的摩擦阻力、坯料在凹模圆角表面滑动所产生的摩擦阻力和弯曲变形所形成的阻力有关。筒壁会不会拉裂主要取决于两个方面：一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面”产生破裂要防止筒壁的拉裂，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面是通过正确制定拉深工艺和设计模具，合理确定拉深变形程度、凹模圆角半径、合理改善条件润滑等，以降低筒壁传力区中的拉应力。中北大学2009届毕业设计说明书第7页共31页44拉伸模具的分析拉伸模具的分析4.14.1拉伸模具的结构拉伸模具的结构拉深模结构相对较简单。根据拉深模使用的压力机类型不同，拉深模可分为单动压力机用拉深模和双动压力机用拉深模；根据拉深顺序可分为首次拉深模和以后各次拉深模；根据工序组合可分为单工序拉深模、复合工序拉深模和连续工序拉深模；根据压料情况可分为有压边装置和无压边装置拉深模。1.无压边装置的简单拉深模这种模具结构简单，上模往往是整体的，如图3.1所示。当凸模3直径过小时，则还应加上模座，以增加上模部分与压力机滑块的接触面积，下模部分有定位板1、下模座2与凹模5。为使工件在拉深后不致于紧贴在凸模上难以取下，在拉深凸模3上应有直径声3mm以上的小通气孔。拉深后，冲压件靠凹模下部的脱料颈刮下。这种模具适用于拉深材料厚度较大(t2mm)及深度较小的零件2.有压边装置的拉深模如图3.1所示为压边圈装在上模部分的正装拉深模。由于弹性元件装在上模，因此凸模要比较长，适宜于拉深深度不大的工件。4.24.2圆筒件拉深的变形分析圆筒件拉深的变形分析4.2.1拉深变形过程圆筒形件是最典型的拉深件平板圆形坯料拉深成为圆筒形件变形过程如图4.1中北大学2009届毕业设计说明书第8页共31页拉深拉深过程中，其底部区域几乎不发生变化由于金属材料内部的相互作用，使金属各单元体之间产生乐内应力，凸缘区的材料在发生塑性变形的条件下不断地被拉入凹模内成为筒形零件的直壁。拉深时，凸缘变形区内各部分的变形被拉入凹模内成为筒形零件的直壁。拉伸时，凸缘变形区内各部分的变形是不均匀的，外缘的厚度，硬度最大变形亦最大。4.2.2拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。拉深时，凸缘变形区内各部分的变形的同时，拉深变形区板料有所增厚，而传力区板料有所变薄。这些现象表明，在拉深过程中，坯料内各区的应力、应变状态是不同的，因而出现的问题也不同。为了更好地解决上述问题，有必要研究拉深过程中坯料内各区的应力与应变状态。图4.2是拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态。根据应力与应变状态不同，可将坯料划分为五个部分。中北大学2009届毕业设计说明书第9页共31页图4.2拉深过程的应力与应变状态1).凸缘部分(见图4.2、图4.2、图4.2)这是拉深的主要变形区，材料在径向拉应力和切向压应力的共同作用下产生切向压缩与径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。力学分析可证明，凸缘变形区的是按对数曲线分布的，其分布情况如图4.2.5所示，在=r处(即凹模入口处)，凸缘上的值最大。在厚度方向，由于压料圈的作用，产生压应力，通常和的绝对值比大得多。厚度方向上材料的的变形情况取决于径向拉应力和切向压应力之间比例关系，一般在材料产生切向压缩和径向伸长的同时，厚度有所增厚，越接近于外缘，中北大学2009届毕业设计说明书第10页共31页板料增厚越多。如果不压料(=0)，或压料力较小(小)，这时板料增厚比较大。当拉深变形程度较大，板料又比较薄时，则在坯料的凸缘部分，特别是外缘部分，在切向压应力作用下可能失稳而拱起，产生起皱现象。2).凹模圆角部分(见图4.2、图4.2、图4.2)此部分是凸缘和筒壁的过渡区，材料变形复杂。切向受压应力而压缩，径向受拉应力而伸长，厚度方向受到凹模圆角弯曲作用产生压应力。由于该部分径向拉应力的绝对值最大，所以，是绝对值最大的主应变，为拉应变，而和为压应变。3).筒壁部分(见图4.2、图4.2、图4.2)这部分是凸缘部分材料经塑性变形后形成的筒壁，它将凸模的作用力传递给凸缘变形区，因此是传力区。该部分受单向拉应力作用，发生少量的纵向伸长和厚度变薄。4).凸模圆角部分(见图4.2、图4.2、图4.2)此部分是筒壁和圆筒底部的过渡区。拉深过程一直承受径向拉应力和切向拉应力的作用，同时厚度方向受到凸模圆角的压力和弯曲作用，形成较大的压应力，因此这部分材料变薄严重，尤其是与筒壁相切的部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。原因是：此处传递拉深力的截面积较小，因此产生的拉应力较大。同时，该处所需要转移的材料较少，故该处材料的变形程度很小，冷作硬化较低，材料的屈服极限也就较低。而与凸模圆角部分相比，该处又不象凸模圆角处那样，存在较大的摩擦阻力。因此在拉深过程中，此处变薄便最为严重，是整个零件强度最薄弱的地方，易出现变薄超差甚至拉裂。5).筒底部分(见图4.2、图4.2、图4.2)这部分材料与凸模底面接触，直接接收凸模施加的拉深力传递到筒壁，是传力区。该处材料在拉深开始时即被拉入凹模，并在拉深的整个过程中保持其平面形状。它受到径向和切向双向拉应力作用，变形为径向和切向伸长、厚度变薄，但变形量很小。从拉深过程坯料的应力应变的分析中可见：坯料各区的应力与应变是很不均匀的。即使在凸缘变形区内也是这样，越靠近外缘，变形程度越大，板料增厚也越多。拉深成形后制件壁厚和硬度分布情况可以看出，拉深件下部壁厚略有中北大学2009届毕业设计说明书第11页共31页变薄，壁部与圆角相切处变薄严重，口部最厚。由于坯料各处变形程度不同，加工硬化程度也不同，表现为拉深件各部分硬度不一样，越接近口部，硬度愈大。4.34.3旋转体拉深件坯料尺寸的确定旋转体拉深件坯料尺寸的确定4.3.1坯料形状和尺寸确定的依据拉深件坯料形状和尺寸是以冲件形状和尺寸为基础，按体积不变原则和相似原则确定。体积不变原则，即对于不变薄拉深，假设变形前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸；相似原则，即利用拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似，得到坯料形状。当冲件的断面是圆形、正方形、长方形或椭圆形时，其坯料形状应与冲件的断面形状相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。对于形状复杂的拉深件，利用相似原则仅能初步确定坯料形状，必须通过多次试压，反复修改，才能最终确定出坯料形状，因此，拉深件的模具设计一般是先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。由于金属板料具有板平面方向性和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不整齐，因此在多数情况下采取加大工序件高度或凸缘宽度的办法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。当零件的相对高度很小，并且高度尺寸要求不高时，也可以不用切边工序。4.3.2简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定首先将拉深件划分为若干个简单的便于计算的几何体，并分别求出各简单几何体的表面积。把各简单几何体面积相加即为零件总面积，然后根据表面积相等原则，求出坯料直径在计算中，零件尺寸均按厚度中线计算；但当板料厚度小于1时，也可以按外形或内形尺寸计算。4.44.4圆筒件的拉深工艺计算圆筒件的拉深工艺计算4.4.1拉深系数与极限拉深系数a:拉深系数的定义在制定拉深工艺时，如拉深系数取得过小，就会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差。因此拉深系数减小有一个客观的界限，这个界限就称为极限拉深中北大学2009届毕业设计说明书第12页共31页系数。极限拉深系数与材料性能和拉深条件有关。从工艺的角度来看，极限拉深系数越小越有利于减少工序数。b:影响极限拉深系数的因素1)材料的组织与力学性能一般来说，材料组织均匀、晶粒大小适当、屈强比小、塑性好、板平面方向性小、板厚方向系数大、硬化指数大的板料，都可能采用较小的极限拉深系数。2)板料的相对厚度当板料相对厚度较小时，抵抗失稳起皱的能力小，容易起皱。为了防皱而增加压料力，又会引起摩阻力增大。因此板料相对厚度小，使极限拉深系数高；板料相对厚度大，可选用较小的极限拉深系数。c:拉深工作条件1)凸、凹模之间间隙也应适当，太小，板料受到太大的挤压作用和摩擦阻力，增大拉深力；间隙太大会影响拉深件的精度，拉深件锥度和回弹较大。2)摩擦润滑凹模和压料圈与板料接触的表面应当光滑，润滑条件要好，以减少摩擦阻力和筒壁传力区的拉应力。而凸模表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于凸模与材料的相对滑动而使危险断面变薄破裂的危险。3)压料圈的压料力压料是为了防止坯料起皱，但压料力却增大了筒壁传力区的拉应力，压料力太大，可能导致拉裂。拉深工艺必须正确处理这两者关系，做到既不起皱又不拉裂。为此，必须正确调整压料力，即应在保证不起皱的前堤下，尽量减少压料力，提高工艺的稳定性。此外，影响极限拉深系数的因素还有拉深方法、拉深次数、拉深速度、拉深件的形状等。采用反拉深、软模拉深等可以降低极限拉深系数；首次拉深极限拉深系数比后次拉深极限拉深系数小；拉深速度慢，有利于拉深工作的正常进行，盒形件角部拉深系数比相应的圆筒形件的拉深系数小。4.4.2拉深次数与工序件尺寸1.拉深次数的确定2.各次拉深工序件尺寸的确定，工序件直径的确定确定拉深次数以后，由表查得各次拉深的极限拉深系数，适当放大，并加以调整。中北大学2009届毕业设计说明书第13页共31页4.4.3圆筒形件拉深的压料力与拉深力1.压料装置与压料力为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模具结构上采用压料装置。常用的压料装置有刚性压料装置和弹性压料装置两种。是否采用压料装置主要看拉深过程中是否可能发生起皱，在实际生产中可按表压料装置产生的压料力大小应适当，太小，则防皱效果不好；太大，则会增大传力区危险断面上的拉应力，从而引起材料严重变薄甚至拉裂。因此，实际应用中，在保证变形区不起皱的前提下，尽量选用小的压料力。随着拉深系数的减小，所需压料力是增大的。同时，在拉深过程中，所需压料力也是变化的，一般起皱可能性最大的时刻所需压料力最大。理想的压料力是随起皱可能性变化而变化，但压料装置很难达到这样的要求。2拉深力与压力机公称压力()拉深力()压力机公称压力单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力。中北大学2009届毕业设计说明书第14页共31页55模具结构设计模具结构设计5.15.1传动原理传动原理5.1.1成形工艺：下磨部分静止，上模部分下移，压边圈压料，凸模进行拉深5.1.2卸料过程：上模部分上移，弹簧带动卸料板卸料5.25.2零部件设计零部件设计在模具设计阶段，有必要对模具结构件进行必要的强度校核计算，而选用材料时则有以下注意事项：模承受的应力凸模材料的许用压应力为提高凸模的抗弯强度，应选用弹性系数大的材质根据欧拉公式，进行稳定能力的校核值得注意的是，在冲压成形过程中，由于每一种冲压板材都有自己的化学成分、力学性能以及与冲压性能密切相关的特性值，冲压材料的性能不稳定、冲压材料厚度的波动、以及冲压材质的变化，不但直接影响到冲压成形加工的精度和品质，亦可能导致模具的损坏。以拉伸筋为例，其在冲压成形中便占据有非常重要的地位。在拉伸成形过程中，产品的成形需要具备一定大小、且沿固定周边适当分布的拉力，这种拉力来自冲压设备的作用力、边缘部分材料的变形阻力，以及压边圈面上的流动阻力。而流动阻力的产生，如果仅仅是依靠压边力的作用，则模具和材料之间的摩擦力是不够的。为此，还须在压边圈上设置能产生较大阻力的拉伸筋，以增加进料的阻力，从而使材料产生较大的塑性变形，以满足材料的塑性变形和塑性流动的要求。同时，通过改变拉伸筋阻力的大小与分布，并控制材料向模具内流动的速度和进料量，实现对拉伸件各变形区域内的拉力及其分布状况的有效调节，从而防止拉伸成形时产品的破裂、起皱，以及变形等品质问题。由上可见，在制定冲压工艺和模具设计过程中，必须考虑拉伸阻力的大小，根据压边力的变化范围来布置拉伸筋并确定拉伸筋的形式，使各变形区域按需要的变形方式和变形程中北大学2009届毕业设计说明书第15页共31页度完成成形。(1)耐磨性坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。(2)强韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。(3)疲劳断裂性能模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。(4)高温性能当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。(5)耐冷热疲劳性能有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。(7)耐蚀性有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧中北大学2009届毕业设计说明书第16页共31页磨损失效。模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。可锻性具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。退火工艺性球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。切削加工性切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。氧化、脱碳敏感性高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。淬硬性淬火后具有均匀而高的表面硬度。淬透性淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。淬火变形开裂倾向常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。可磨削性砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。中北大学2009届毕业设计说明书第17页共31页5.35.3导向顶出机构设计导向顶出机构设计导柱和导套对批量生产大，要求模具寿命长，工件精度较高的冲模一般采用导柱，导套来保证上，下模的精确导向。导柱，导套的结构形式由滑动和滚动的两种，这里选用滑动导柱，导套的结构形式5.3.1滑动导柱导套导柱的直径一般在16毫米到60毫米之间，长度在90毫米到320毫米之间。按标准选用时，长度应保证上模座在最低位置时，导柱上端与上模座顶面距离不小于10毫米到15毫米，而下模座底面与导柱底面的距离不小于2毫米。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合。导套的长度必须保证在冲压前进入导套10毫米以上。导套与导柱之间采用间隙配合。根据冲压工序性质，冲压件的精度及材料厚度等的不同，其间隙配合也稍有不同。例如：对于拉伸模，导柱和导套的配合可根据凸凹模间隙选择。凸凹模间隙小于0.3毫米时，采用H6-h5配合；大于0.3毫米时，采用H7-h6配合。拉伸厚度为4毫米到8毫米的金属板时，采用h7-H7配合。5.3.2滚珠导柱、导套滚珠导柱、导套是一种无间隙、精度高、寿命长的导向装置，适用于高速冲模、精密冲裁模以及硬质合金模具的冲压工作。常见的滚珠导柱、导套的结构形式为：导套与上模座导套孔采用过盈配合，滚珠置于滚珠夹持圈内，与导柱和导套接触，并有微量过盈。设计时，滚珠与导柱、导套之间应保持0.01到0.02毫米的过盈量。为保证均匀接触，滚珠尺寸必须严格控制。滚珠直径一般取3到5毫米。对于高精度的模具，滚珠精度取IT5，一般精度的模具取IT6。滚珠应排列对称，分布均匀，与中心线倾斜角一般取5度到10度。使每个滚珠在上下运动时都有其各自的滚道而减少磨损。滚珠夹持圈的长度，应保证上模回程至上止点时，仍有2道3圈滚珠与导柱、导套配合，起导向作用。导柱、导套有国家标准，设计时应尽可能选用标准的导柱、导套。本套模具我选用滑动导柱导套。中北大学2009届毕业设计说明书第18页共31页5.3.3常用卸料、出件及压料零、部件(1)卸料装置一般分为固定卸料装置和弹压卸料装置两种形式。在固定卸料装置中，卸料板和导料板是做成一体的、和分开的两种。分开的主要是从凸模上卸下条料。适用与冲压材料厚度较厚、冲裁力较大的落料模和级进模。悬臂式固定卸料装置，适用于成型后制件的冲孔模。钩形固定卸料装置，适用于简单的弯曲和拉伸件的冲孔模。固定卸料装置，用螺钉和销钉固定在下模板上。固定卸料装置能承受较大的卸料力，卸料安全可靠，但操作不便生产率较低。固定卸料板与凸模的双面间隙一般取0.4到2毫米。刚性卸料板的厚度取决于卸料力的大小及模具尺寸的大小，一般取5到25毫米。弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性零件，主要用于卸料。圆钢丝螺旋压缩弹簧在模具设计时，弹簧按标准选用首先压力要足够即弹簧的预压力要大于卸料力除以弹簧的个数。压缩量要足够还得符合模具结构空间的要求。而橡胶允许承受的负荷要比弹簧大，而且安装调整方便，成本低，是模具中使用最广泛的原件。橡胶在受压力方向所产生的变形与其所受到的压力不成正比的线性关系。在本例中我们使用橡胶为卸料装置。为了保证橡胶的正常使用，不致于过早损坏，应该控制其允许的最大压缩量，一般取自由高度的百分之30到40，而橡胶的预压缩量一般取自由高度的百分之10左右。则橡胶的工作行程为：S工作=S总-S预=(0.250.30)H自由所以橡胶的自由高度为H自由约为(3.54.0)S工作橡胶的高度与直径之比在0.5到1.5之间。橡胶断面面积的确定一般是凭经验估计，并根据模具空间大小进行合理布置。同时，在橡胶装上模具后，周围要留有足够的空隙位置，以允许橡胶压缩时断面尺寸的胀大！(2)在拉伸工序中，为保证拉伸件的表面质量，防止拉伸过程中材料的起皱，常采用压边圈把零件的变形区部分压在凹模平面上，并使零件从压边圈与凹模平面之间的间隙中通过，从而防止零件起皱现象的产生。5.45.4模具表面的处理模具表面的处理中北大学2009届毕业设计说明书第19页共31页模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，因此在模具使用之前，同时也是模具制造的最后阶段，通常要进行研磨与抛光处理，以提高模具表面质量。而在研磨与抛光处理后，有很多模具制造企业和模具使用企业还运用了表面处理技术，目的在于延长模具使用寿模具表面的质量对模具使用寿命命，提高工件的加工品质，降低模具使用成本，提高生产效率。(1)成膜温度会影响原有钢材的质量，较高的温度使钢材产生退火或回火效应，降低基材的硬度和韧性。(2)成膜技术决定了膜层是否容易脱落，通常，较新的技术都采用离子注入法，使膜层嵌入基体表面，从而提高了膜基结合力(3)膜层硬度决定了镀件的耐磨性能(4)膜层表面摩擦系数低，有利于工件表面的润滑，也是提高耐磨性的一个因素5.4.1模具工作部分的表面加工不锈钢拉深模表面质量要求很高。较低的表面粗糙度可以起到减摩和提高抗粘合性的作用。因此，模具表面粗糙度降低，模具的修磨次数相应减少，模具使用寿命相应地得到提高。5.4.2工艺润滑由不锈钢拉深特性可知，形成粘结瘤是因为板料与模具发生了直接接触，因此选择润滑剂或涂覆剂的首要点就是在板料拉深成形过程中润滑膜自始至终不发生破裂并且起润滑作用。“防粘降摩”是选择润滑剂的基本出发点。一般在润滑剂中加一定比例的添加剂或采用固体润滑剂均可取得较好效果。这主要是提高润滑剂对金属表面的润滑能力，用以产生含硫、磷、氯的化合物在高温下与金属表面起化学反应，生成硫化铁、氯化铁等来加强油膜强度和增强吸附能力，较好地润滑模具与产品表面。固体润滑剂则是填充到金属表面的小坑内，使干磨擦接触点减少到最少，另外固体润滑剂有很高的稳定性，在高温下也能起到润滑作用，不易发生模具粘结。通常在生产中根据产品变形程度和实际情况选择和配方(有关冲压手册上可查到配方)。中北大学2009届毕业设计说明书第20页共31页另外，由脂肪、矿物油、合成油脂、润滑脂、皂液也可组成润滑剂，且对不锈钢浅拉深效果较好。含有水溶乳浊液，或者用油稀释的有机矿物油也可用于浅拉延。在润滑剂中加入石墨能起到抗粘合的作用但石墨加人后的清洗较困难。如选用代号3054合金铸铁制作模具，那么选用一般润滑剂效果都较好。据资料介绍板料经盐浴处理可在表面获得一层金属软模(如铜、锌、铅等)，拉深成形过程中不会出现粘模现象。另外，近年来研制出了一种以聚乙烯醇缩丁醛为主体的有机高分子润滑膜，毛坯经过处理，表面得到一层有机润滑膜，它可随板料一起变形，这不仅避免了模具与板料的直接接触，防止了粘模，保证了产品表面质量，而且极大的减弱了模具与板料的摩擦作用，起到良好的润滑作用，实验表明效果良好。中北大学2009届毕业设计说明书第21页共31页66零件的工艺性分析零件的工艺性分析6.16.1对拉伸件的分析对拉伸件的分析装饰盖(半成品)是某产品上的外观装饰件，圆外形，如图2.1采用厚度为1mm的45#钢板制成，少量生产。由于是装饰件，要求外观圆滑、光洁，零件不允许有拉伸过程中出现的压痕、歪扭等缺陷。在实际装配使用过程中，盖内需安放电器元件，内形尺寸还起着定位、固定其它零件的作用。此外壳形状简单，所用材料及厚度和零件尺寸精度均适合拉伸成型工艺要求。所以采用拉伸成型工艺，不但可以提高零件的强度和刚度，还可以取得更好的经济效益。图6.1零件6.26.2工艺分析工艺分析从外形看，该零件属于拉伸成形件。根据零件的结构特点，加工中应有落料、拉伸等工序。根据装饰盖高度及其相对高度，Hh=(30-0.25)(38.5+0.5)0.76拉深件坯料形状和尺寸是以冲件形状和尺寸为基础，按体积不变原则和相中北大学2009届毕业设计说明书第22页共31页似原则确定。体积不变原则，即对于不变薄拉深，假设变形前后料厚不变，拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等，得到坯料尺寸；相似原则，即利用拉深前坯料的形状与冲件断面形状相似，得到坯料形状。当冲件的断面是圆形、正方形、长方形或椭圆形时，其坯料形状应与冲件的断面形状相似，但坯料的周边必须是光滑的曲线连接。对于形状复杂的拉深件，利用相似原则仅能初步确定坯料形状，必须通过多次试压，反复修改，才能最终确定出坯料形状，因此，拉深件的模具设计一般是先设计拉深模，坯料形状尺寸确定后再设计冲裁模。由于金属板料具有板平面方向性和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不整齐，因此在多数情况下采取加大工序件高度或凸缘宽度的办法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。查表6.2可得，修边余量为2.0拉伸的相对高度hd及hB拉伸高度hmm0.5-0.80.8-1.61.6-2.52.5-4.0101.01.21.52.010-201.21.62.02.520-502.02.53.34.050-1003.03.85.06.0100-1504.05.06.58.0150-2005.06.38.010.0200-2506.07.59.011.02507.08.510.012.0表6.2依图样零件计算尺寸H=30-0.25+2.0=31.75D=782222256.072.14rrdHdd6.36.3拉伸凸凹模尺寸计算拉伸凸凹模尺寸计算凹模圆角半径按公式得r=0.85mm1dtdD)(r=(0.60.8)r4mm2d1d中北大学2009届毕业设计说明书第23页共31页凸模圆角半径r=(0.71.0)r5mm1p1dr=3.52p完成拉伸工作的总次数12345拉伸次数1121231234凸模与凹模的单边间隙Z11.1t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t第一次拉伸单边间隙Z=1.2t第二次拉伸单边间隙Z=t查表6.3得&=0.05&=0.03dp拉伸件的直径d材料厚度t2020-1001000.5dpdpdp0.51.50.020.010.030.021.50.040.020.050.030.080.050.060.040.080.050.100.06表6.3凸模和凹模的制造公差6644拉伸间隙的确定拉伸间隙的确定拉伸件的尺寸精度是指拉伸件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高。这个差值包括两方面的偏差，一是拉伸件相对与凸模或者是凹模尺寸的偏差，二是拉伸模具本身的制造误差。拉伸件相对于凸凹模尺寸的偏差，主要是制件从凹模推出或从凸模上卸下中北大学2009届毕业设计说明书第24页共31页时，因材料所受的挤压变形纤维伸长穹弯等产生弹性恢复而造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这个偏差值的因素有：凸凹模间隙材料性质工件形状与尺寸。其中主要因素是凸凹模间隙值。当凸凹模间隙较大时，材料的弹性恢复使拉伸件尺寸向实体方向收缩，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。拉伸尺寸与冲压模具尺寸完全一样。当间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力大，故冲压完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。尺寸变化量的大小与材料性质、厚度、轧制方向等因素有关。材料性质直接决定了材料在冲压过程中的弹性变形量。软钢的弹性变形量较小，冲压后的弹性恢复也就小；硬钢的弹性恢复量较大。上述因素的影响是在一定的冲压模具制造精度这个前提下讨论的。若冲压模具刃口制造精度低，则冲压件的制造精度也就无法保证。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件的尺寸要求来决定。此外，冲裁模具的结构形式及定位方式对孔的定位尺寸精度也有较大的影响，这将在冲裁模具结构中阐述。冲模制造精度与冲裁件精度之间的关系可见很紧密。6.4.1间隙对冲压模具寿命的影响冲压模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是影响冲压模具寿命诸因素中最主要的因素之一。冲压过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，冲压模具作用的压应力越大，摩擦也越严重。所以过小的间隙对冲压模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并减缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高冲压模具寿命。6.4.2间隙对冲压工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的520左右时，冲压力的降低不超过510。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模上卸料和从凹模里推出零件都省力，当单边间隙达到材料厚度的1525%左右时卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力、迅速增大。中北大学2009届毕业设计说明书第25页