圆筒拉伸模具设计的毕业论文.doc

毕业设计说明书 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 CAD CAM 用 AutoCAD2000 绘制了所有零件图和装配图 用 Pro E2001 设计了模具的三维实体造型 另外还运用 Flash MX 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 AbstractAbstract This text talks about our country hurtles to press the molding tool manufacturing technical present condition and the development trends currently Then the text part introduces a kind of design for drawing die which is used for the motor case s body with frank tube shape which content includes mainly The priciple analysis of Drawing the technical analysis for Drawing the scheme relatively chosen design and calculate for the die structure There have fully utilized CAD in the design CAD CAM Have drawn all part pictures and installation diagrams with Auto CAD 2000 Have designd the three dimensional entity s modelling of the die with pro E2001 Still use FLash MX to be made and set out the picture in addition demonstrate the working process of whole die KeyKey wordswords die shell drawing the priciple analysis the structure design punch angel 目目 录录 1 前言 1 2 拉深 2 3 工艺方案的确定 3 3 1 圆筒件拉深的变形分析 3 3 1 1 拉深变形过程 3 3 1 2 凹模圆角部分 4 3 1 3 筒底部分 5 3 2 拉深件的起皱及拉裂 5 4 拉伸模具的分析 7 4 1 拉伸模具的结构 7 4 2 圆筒件拉深的变形分析 7 4 2 1 拉深变形过程圆筒形件是最典型的拉深件 7 4 2 2 拉深过程中坯料内的应力与应变状态 8 4 3 旋转体拉深件坯料尺寸的确定 11 4 3 1 坯料形状和尺寸确定的依据 11 4 3 2 简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定 11 4 4 圆筒件的拉深工艺计算 11 4 4 1 拉深系数与极限拉深系数 11 4 4 2 拉深次数与工序件尺寸 12 4 4 3 圆筒形件拉深的压料力与拉深力 12 5 模具结构设计 14 5 1 传动原理 14 5 1 1 成形工艺 14 5 1 2 卸料过程 14 5 2 零部件设计 14 5 3 导向顶出机构设计 16 5 3 1 滑动导柱 导套 17 5 3 2 滚珠导柱 导套 17 5 3 3 常用卸料 出件及压料零 部件 17 5 4 1 模具工作部分的表面加工 19 5 4 2 工艺润滑 19 6 零件的工艺性分析 21 6 1 对拉伸件的分析 21 6 2 工艺分析 21 6 3 拉伸凸凹模尺寸计算 22 6 4 拉伸间隙的确定 23 6 4 1 间隙对冲压模具寿命的影响 24 6 4 2 间隙对冲压工艺力的影响 24 6 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 1 1 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 CAD CAM 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 CI MS 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 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 3 3 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 1 3 1 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 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 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 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 4 4 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 t 2mm 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 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 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 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 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 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 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 5 5 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 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 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 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 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 25 0 30 H 自由 所以橡胶的自由高度为 H 自由约为 3 5 4 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 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 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 6 6 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 H h 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 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 h d 及 h B拉伸高度 h mm 0 5 0 8 0 8 1 6 1 6 2 5 2 5 4 0 10 1 01 21 52 0 10 201 21 62 02 5 20 502 02 53 34 0 50 1003 03 85 06 0 100 1504 05 06 58 0 150 2005 06 38 010 0 200 2506 07 59 011 0 2507 08 510 012 0 表 6 2 依图样零件计算尺寸 H 30 0 25 2 0 31 75 D 78 2 22 2 2 56 072 14rrdHdd 6 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 8 5mm 1d tdD r 0 6 0 8 r 4mm 2d1d 凸模圆角半径 r 0 7 1 0 r 5mm 1p1d r 3 5 2p 完成拉伸工作的总次数 12345 拉伸次数 1121231 234 凸模与凹模的单边间隙 Z 1 1 1t 1 1t1 1 05t1 2t1 1t1 1 05t1 2t1 1t1 1 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 03 dp 拉伸件的直径 d材料 厚度 t 2020 100 100 0 5 d p d p d p 0 5 1 50 020 010 030 02 1 5 0 040 020 050 030 080 05 0 060 040 080 050 100 06 表 6 3 凸模和凹模的制造公差 6 6 4 4 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 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 5 20 左右 时 冲压力的降低不超过 5 10 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 15 25 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 6 4 3 间隙值的确定 由以上分析可见 凸 凹模间隙对冲压件质量 冲压工艺力 冲压模具寿 命都有很大的影响 因此 设计冲压模具时一定要选择一个合理的间隙 以保 证冲压件的断面质量 尺寸精度满足产品的要求 所需冲裁力小 冲压模具寿 命高 但分别从质量 冲压力 冲压模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并 不是同一个数值 只是彼此接近 考虑到冲压模具制造中的偏差及使用中的磨 损 生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙 只要间隙在这个范围内 就可冲出良好的制件 这个范围的最小值称为最小合理间隙 min 最大值称为 最大合理间隙 max 考虑到冲裁模具在使用过程 中的磨损使间隙增大 故设计 与制造新冲压模具时要采用最小合理间隙值 min 确定合理间隙的方法有理论 确定法与经验确定法 设计总结设计总结 虽然我的论文作品很不是成熟 有不足 但我可以自豪地说 这里面的每 一个程序 都有我的劳动 当看着自己的程序 自己成天相伴的系统能够健康 的运行 真是莫大的幸福和欣慰 我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的 甘泉 这次我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事 是真正的自己学习 的过程和研究的过程 没有学习就不可能有研究的能力自己的研究 就不会有 所突破 那也就不叫论文了 希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续 进步 参参 考考 文文 献献 1 王孝培主编 冲压手册 北京 机械工业出版社 1990 2 肖景荣 姜奎华主编 冲压工艺学 北京 机械工业出版社 1996 3 吴诗淳主编 冲压工艺学 西安 西北工业大学出版社 1995 4 李硕本主编 冲压工艺学 北京 机械工业出版社 1982 5 模具实用技术丛书编委会 冲压设计应用实例 北京 机械工业出版社 1994 6 高鸿庭 刘建超主编 冷冲压设计及制造 北京 机械工业出版社 2002 7 翁其金主编 冷冲压技术 北京 机械工业出版社 2000 8 丁松聚主编 冷冲模设计 北京 机械工业出版社 1994 9 成虹主编 冲压工艺与模具设计 北京 高等教育出版社 2000 10 李天佑主编 冲模图册 北京 机械工业出版社 1988 11 国家技术监督局 冲模模架 北京 中国标准出版社 1991 12 中国机械工程学会锻压学会编 锻压手册 第 2 册 北京 机械工业出版社 1993 13 王同海编著 实用冲压设计技术 北京 机械工业出版社 1995 14 模具实用技术丛书编委会 模具制造工艺装备及应用 北京 机械工业出版 社 1999 15 杜东福等编 冷冲压模具设计 长沙 湖南科学技术出版社 1985 16 赵孟栋主编 冷冲模设计 北京 机械工业出版社 2000 致致 谢谢 踉踉跄跄地忙碌了两个月 我的毕业设计课题也终将告一段落 点击运行 也基本达到预期的效果 虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头 但由于 能力和时间的关系 总是觉得有很多不尽人意的地方 譬如功能不全 外观粗 糙 底层代码的不合理 数不胜数 可是 我又会有点自恋式地安慰自己 做一件事情 不必过于在乎最终的结果 可贵的是过程中的收获 以此语言来 安抚我尚没平复的心 毕业设计 也许是我大学生涯交上的最后一个作业了 想籍次机会感谢两 年以来给我帮助的所有老师 同学 你们的友谊是我人生的财富 是我生命中 不可或缺的一部分 我的毕业指导老师潘广静老师 虽然我们是在开始毕设时 才认识 但她却能以一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动 给我不厌其烦的 指导 在此 特向她道声谢谢 大学生活即将匆匆忙忙地过去 但我却能无悔地说 我曾经来过 大学两 年 但它给我的影响却不能用时间来衡量 这两年以来 经历过的所有事 所 有人 都将是我以后生活回味的一部分 是我为人处事的指南针 就要离开学 校 走上工作的岗位了 这是我人生历程的又一个起点 在这里祝福大学里跟 我风雨同舟的朋友们 一路走好 未来总会是绚烂缤纷 附附 录录 A A 附附 录录 B B 附附 录录 C C 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃