拉伸模具设计说明书.doc

河南机电高等专科学校毕业设计说明书1 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；6）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用覆盖率达70%以上，而我国才达到451.3深圆筒拉深件模具设计与制造方面1.3.1 深圆筒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。圆筒件是最典型的拉深件，其工作过程很简单就一个拉深，根据计算确定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深。在最后的一次拉深中由于制件的高度太高，根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次拉深不能采用标准的模架。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。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度。导柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工作配合长度决定设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。1.3.2深圆筒拉深模具设计的进度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；2 气瓶落料拉深模具的设计2.1 工件的工艺性分析如图所示: 工件名称：气瓶生产批量：中批量材料：08钢图表 2-1气瓶原件料厚：1.5mm 气瓶为带底的筒形缩口工件，可采用拉深工艺制成圆筒形件，再进行缩口成形。缩口时底部不变。由于在拉深时须知道缩口件的毛胚尺寸，根据图样计算出拉深件的毛坯尺寸如图所示： 此工件为无凸缘圆筒形工件，要求外形尺寸，没有厚度不变的要求。此工件的形状满足拉深的工艺要求，可采用拉深工序加工。工件底部圆角半径r=1mm，外形尺寸为35mm由于没有公差等级标注，所以可以按未标公差等级处理。35mm的公差等级满足拉深工序对工件公差等级的要求。工件的总体高度到最后可由修边达到要求。图表 2-2深件毛坯 2.1.1 计算毛坯尺寸因为t=1.5mm1mm，所以应按中线尺寸计算。则d=35-1.5=33.5（mm） h=52.7（mm） r=1（mm）所以h/d=52.7/33.5=1.57，查表4.11得修边余量h=3.8mm，则H=52.7+3.8=56.5（mm）。根据表面积相等原则，用解析法求该零件的毛坯直径D。可按下面的公式计算： = =93（mm）2.1.2条料的排样由于落料为圆形制件，采用有废料排样。查表2.91 选取搭边值为工件间a=1.0，侧面a=1.2 如下图所示： 图表 2.3 排样图2.1.3 确定是否用压边圈相对厚度t/D100=1.5/93100=1.61，查表4.71得，不需要采用压边圈。 2.1.4 拉深次数的确定采用查表法。根据t/D100=1.5/93100=1.61和d/D=33.5/93=0.36，查表4.41须多次拉深。 2.1.5 各次拉深直径查表4.41得，各次拉深的极限系数为: 则各次拉深直径为：（调整为58）（调整为45）（调整为33.5）计算结果表明，2次拉深不出来，而3次多一些，故取三次拉深。对拉深系数进行调整后，取： 。2.1.6 选取凸模与凹模的圆角半径考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值，故首次拉深凹模圆角半径应大些，可按公式和计算各工序筒底处的圆角半径（对应工序中的凸模圆角半径）： 2.1.7 计算各次拉深高度根据公式 计算各次拉深的高度： 代入数据得：同时各次工序的总高度也可求得：=19.6+5.8+0.75=26.15（mm）=34.8+3.5+0.75=39.05（mm）2.1.8 画出拉深工序图 如图所示：图2.4拉深件的工序图2.2工艺方案的确定根据制件的工艺分析,知道制件是多工序复杂的制件，它的大致方案如下：方案一：设计落料模，拉深模，缩口模各一套，对毛坯进行落料，拉深，再缩口，制成工件。方案二：设计落料拉深复合模，缩口模各一套，对毛坯进行落料拉深，再缩口，制成工件。方案三：设计一套落料拉深缩口模，对毛坯进行落料拉深缩口，制成工件。这三种方案都能完成所要目的，但方案一设计模具三套，造价太高，方案三集三套模具于一体增加了模具的复杂性，这反而增加了模具的成本，考虑到成本和制作的复杂性我采用第二种方案。制件的工序为落料，首次拉深，再次拉深，三次拉深，最后缩口。2.3必要的工艺计算2.3.1 压力计算本制件各次拉深都不采用压边圈。其拉深力的计算公式应该以生产中常用的经验公式进行计算。 (n=2,3,4,i)式中 F拉深力 材料的抗拉强度（MPa） t材料厚度（mm） D毛坯直径（mm），后工序件中径（mm） ，修正系数由表4.61查得：修正系数=1， 又08钢的抗拉强度=450MPa则： 首次拉深 =1.33.14（93-58）24501 =12.9(KN) 第二次拉深 =1.33.14(58-45)2450 =4.8(KN) 第三次拉深 =1.33.14(45-33.5)2450 =4.2(KN) 由于在实际生产中，深拉深所需要的拉深力较大些，所以在选取压力机的公称压力时，按下面的公式计算：F12 Fz125.8KN F22 Fz29.6KN F32Fz38.4KN 落料时各个冲裁力=2450=13.1KN2.3.2 压力机的首次选用 压力机的工作行程需要考虑工件的成形和方便取件，因此，工作行程根据拉深力的计算结果和工件的高度，选择压力机：由落料力查表15.2选用J23-3.15。拉深力查表17.3,得首次拉深： JH2-25.同样,选择第二次拉深、第三次拉深拉深所用压力机,分别为第二次拉深：J23-6.3、第三次拉深：J323-6.3。 2.3.3 拉深模的间隙深间隙对拉深过程有较大的影响。它不仅影响拉深件的质量与尺寸精度，而且影响拉深模的寿命以及拉深是否能够顺利进行。因此，应该综合考虑各种影响因素，选取适当的拉深间隙值，既可保证工件的要求，又能使拉深顺利进行。本模具的各次拉深为无压边装置的拉深，其凸凹模的间隙可以按下式计算： Z/2=（11.1） (4.29)则可以计算出拉深模各次凸凹模的单边间隙如下：Z1/2=2.4mm Z2/2=Z3/2=Z4/2=1.12=2.2(mm)2.3.4 拉深模的圆角半径 拉深凸凹模的圆角半径已有前面计算得出结果：2.3.5 拉深凸凹模工作部分的尺寸和公差 因为零件没有内、外形的尺寸及公差要求，所以可以以凹模为基准计算，模具的制造公差按IT10级选取。根据磨损规律，凹模的基本尺寸为： （4.35） 由表14.3查得：零件的制造公差=0.11mm，=0.07mm；由表23-2查得：=0.1mm。计算出各次凹模的尺寸为： =mm = =mm根据公式 (4.36)且已经求得： Z1/2=2.4mm Z2/2=Z3/2=Z4/2=1.12=2.2(mm)。 计算出各次凸模的尺寸为： 2.3.6 落料凸，凹模刃口尺寸的计算落料时，应该以凹模为基准配作凸模，根据公式： 查表12.4 0.132 查表 2.5 =0.035，=0.025。查表22.6 =0.75，0.2 带入数据得： 2.4 模具的结构设计2.4.1送料方式 条料从右向左送进，有两个导正销和一个挡料销限制条料的送进位置，上模下行进行冲裁。2.4.2落料方式 上模下行进行一次冲裁，落料被卡入落料凹模里，为接下来的拉深左准备，条料紧箍在落料凸模上，上模上行，弹性卸料板复位，迫使条料从落料凸模卸下。2.4.3选用模架、确定闭合高度及总体尺寸由于拉深凹模外形尺寸不大，为了工作过程方便，选用后侧导柱模架。再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。表2-1 模架规格选用名称尺寸材料热处理上模座25050065HT200下模座25050080HT200导柱50300、5530020渗碳5862导套5016063、551606320渗碳5862Hmin=460mm,Hmax=485mm 模具的闭合高度H闭=H上+H凹+ +H下=50+100+270+60=480mm式中：H凹凹模厚度，H凹=100mm；H凸凸模的厚度，H凸270mm；2.5 压力机的校核 选择压力机：由落料力查表15.2选用J23-3.15。行程为25mm，最大闭合高度为120mm，不能满足工作要求，改用J23-16F，滑块行程120mm，最大闭合高度为205，能满足使用要求，可以选用。拉深力查表17.3,得首次拉深： JH2-25.同样,选择第二次拉深、第三次拉深拉深所用压力机,分别为第二次拉深：J23-6.3、第三次拉深：J323-6.3。拉深所选压力机最大装模高度均在490mm以上，且行程都大于165mm。都能满足使用要求。2.6 模具零件的结构设计2.6.1 拉深凹模 内、外形尺寸和厚度已由前面的计算确定；拉深凹模需要有三个以上的螺钉与上模座固定，还需要两个与上模座同时加工的销钉孔。2.6.2 拉深凸模 拉深凸模的外形尺寸工作尺寸由前面的计算确定。它需要三个以上的螺纹孔，以便与下模座固定。拉深凸模上一般开有出气孔，这样会使卸件容易些，否则凸模与工件由于真空状态而无法卸件。查表，本凸模出气孔的直径为10mm2.6.3 落料凸模 落料凸模的外形尺寸工作尺寸由前面的计算确定。它需要三个以上的螺纹孔，以便与上模座固定。2.6.4 落料凹模落料凹模内、外形尺寸和厚度已由前面的计算确定；落料凹模需要有三个以上的螺钉与上模座固定，还需要两个与上模座同时加工的销钉孔。2.6.5 打料块 一般与打料杆联合使用，属于刚性卸件装置，靠两者的自重把工件打出来。打料块与拉深凹模间隙配合。图2-5 打料块2.6.6 导柱、导套 对于生产批量大、要求模具寿命高的模具，一般采用导柱、导套来保证上、下模的导向精度。导柱、导套在模具中主要起导向作用。导柱与导套之间采用间隙配合。根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍微不同。因为本制件的厚度为1.5mm，所以采用H7/f7。2.6.7 其他零件模具其他零件的选用见表2-2表2-2 模具其他零件的选用序号名称数量材料规格/ mm标准热处理1上模座1HT200250210502销钉240Cr25903螺钉445M24704打料块140220404045HRC5凹模1Cr125850806062HRC6导套220416375渗碳5862HRC7导柱22028180渗碳5862HRC8下模座1HT200250210509凸模 1Cr1258656062HRC10螺钉345M246011顶杆3T8AM20804045HRC2.7 模具总装图 由以上设计，可得到模具的总装图，其工作过程是：模具在工作时，上模下行，凸凹模5与落料凹模10先冲出毛坯的落料外形，上模继续下行，拉深凸模7将毛坯拉入凸凹模5成形。上模回程后，由顶板8和推板6将拉深件推出。该模具结构合理，制造和调整方便。（后附图）3 缩口模的设计3.1 缩口的工艺计算 （1）计算缩口系数d=15mm D=35-1.5=33.5mm，则缩口系数m=d/D=15/33.5=0.45。因为该工件是有底的缩口件，所以只能采用外支承方式的缩口模具，查表15.9知n所以需要多次缩口。各次缩口系数为=0.63，=0.71 （2）各次缩口直径 =n.d=0.6333.5=21.105 =21.1050.71=15（3） 计算缩口前毛坯高度 由图可知：=51-18=33(mm) D=35-1.5=33.5(mm) d=15mm sin=5/所以 H=1.05 代入数据得 H=1.05=52.7mm如图所示：图表 3-1 缩口毛坯（4） 计算缩口力 已知凹模与工件得摩擦系数为=0.1，材料=430MPa，则缩口力F为：F=K F=43KN3.2 选用模架、确定闭合高度及总体尺寸由于拉深凹模外形尺寸较大，为了工作过程稳定，选用中间导柱模架。再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。表3-1 模架规格选用名称尺寸材料热处理上模座25050030HT200下模座25050030HT200导柱50150、5515020渗碳5862导套505063、55506320渗碳5862Hmin=170mm,Hmax=200mm 模具的闭合高度H闭=H上+H缩口凹模+ +H下=30+50+70+30=180mm3.3 缩口模的模具设计缩口模采用外支承式两次成形，缩口凹模工作面要求表面粗糙度为0.4m，使用标准下弹顶器，采用后侧导柱架，导柱导套加长为150mm。考虑到模具闭合高度为180mm，选用40kN开式可倾压力机。模具结构如下图所示：图表 3-2 缩口模4 结束语 气瓶的工艺制作过程是先落料，再拉深，再缩口的过程，其中需要多次拉深成形，然后再缩口，根据所给气瓶的尺寸需要两次缩口。深圆筒件属于简单拉深件，分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定本制件是多次拉深成的，然后相应选取各次拉深时的压力机。本设计主要是最后一次拉深模具设计，需要计算拉深时的间隙、工作零件的圆角半径、尺寸和公差，并且还需要确定模具的总体尺寸和模具零件的结构，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。 由于在零件制造前进行了预测，分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷，采取了相应的工艺措施。因此，模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。 深圆筒件的形状结构较为简单，但是高度太高不适合选用标准模架。要保证零件的