油底壳的冲压成型工艺与模具设计【含CAD图纸和说明书】
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含CAD图纸和说明书
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摘 要这次设计的零件为汽车发动机油箱下底壳这一凸缘盒形件拉深件。此次设计的制件的外形是对称的，为了能够适用于制造高变形性能，深拉深产品及形状较复杂产品的钢材为材料的制件。首先，我们需要对零件的工艺进行分析，确定加工工序，有拉深（延）、冲孔、切边等一系列工序。而且油底壳要求大批量生产，并且各个工位上有一定的尺寸关系，经过我们的计算和分析，我们决定采用拉延与冲孔切边的工艺方案设计制造制件，因为这种方案能够提高材料的利用率。为了完成该模具的主要设计计算，我们需要对凸、凹模进行设计并且计算其数据，同时也要设计模具的工位布置，与此同时也要完成模具中必要的零部件的结构设计，并选择合适的模具材料，需要经过一系列的计算。拉深又称拉伸、压延或引深。拉深，就是我们设计制造的模具凭借着压力机给予的压力作用，将在拉深工序之前，已经被冲裁出一定形状的平面毛坯板料，加工成为立体的空心件的一种加工方法。拉延成型是毛胚板材立体成形的最主要的方式，非常多的冲压件以拉深成形为主体，现在有很多拉深成形的制品被利用在工业及生活用品中，这是冲模其中一种发展方向。本次毕业设计需要对本专业学习的课程中的理论加以运用，同时也要求我们结合实际生产知识进行一次冲压模具设计，通过这次设计，可以养成和扩展学生独自工作的能力，而且，本次设计加深了学生对于本专业课程知识及老师教授的知识的理解，同时也额外学习了新的知识，熟悉了冲压模具设计的方法，了解了模具设计的步骤。在这次的设计中，我们了解到了如何对于对零件在制造时的工艺作出具体分析，要确定什么样加工工序方案，对于模具的结构有了基本的了解，使得我计算数据的能力提高了，熟练了二维、三维绘图软件的应用，对模具设计的规范和标准有了了解，同时，对于设计时用到的各个科目以及相关的知识都进一步的恢复和加强。关 键 词：拉延模，拉深，切边，冲孔，设计。IIIAbstractThe parts of the design for the flange box deep drawing parts, gasoline generator under the tank shell. The basic symmetry parts appearance, material is suitable for manufacturing high deformation performance, deep drawing steel and shape more complex products.First on the parts manufacturability analysis, deep drawing, punching and trimming and a series of processes. And production batch is large, each station is the size of the relationship between each other, through calculation and analysis using a tensile trimming and punching process production plan, can improve the utilization rate of material. Through calculation and analysis to complete the main design and calculation of the mould, convex and concave mould work part of the design and calculation, and location layout and structural design of main components, choose the right mold material. Stretching also called drawing, rolling or drawing. It is the use of stretching die under the pressure of the press, will be cut in advance or cutting into a certain shape flat workpieces, pulled the three-dimensional hollow pieces of processing methods. Stretch forming is the most important plank three-dimensional forming method, to stretch forming as the main body of the stamping parts, in many industries and articles for daily use and stretch forming products, is one of the stamping die development direction.This design is suitable for the production of such expertise and training practice a theory of cold stamping die design programs to develop and improve students independent work, consolidate and expand the capacity of the course content, such as cold stamping die design, master cold stamping mold design methods and procedures, with cold stamping mold, a basic design skills, learn to analyze how technology components, how to determine treatment options, understand the basic structure of the mold, increase capacity, and drawing skills, familiar with specifications for all subjects and standards, and related courses have a comprehensive review, the ability to think independently improved.Key words: tensile modulus, deep drawing, trimming, punching and design.IV目 录摘 要IIIAbstractIV1绪 论11.1概述11.2冲压技术的发展11.3模具的现状及发展21.4模具CAD/CAE/CAM技术41.5设计的主要目的及意义52油底壳成型工艺的总体分析62.1汽车发动机油底壳的作用62.2油底壳结构及工艺难点分析62.3冲压工艺分析及方案确定73 油底壳拉深模具主要数据确定113.1拉深力计算113.2压力机的选择113.3凸、凹模尺寸计算123.4压边圈确定153.5拉深筋布置164 拉深模具整体结构形式设计184.1拉深模结构184.2模具材料的选择194.3模具零件的结构设计195油底壳成型后续工序225.1整形225.2切边226冲孔模具设计236.1冲压模具的基本结构组成236.2凸凹模尺寸计算236.3凸、凹模的设计246.4模板的设计256.5冲压设备的选用256.6压力中心的计算286.7定位导向零件296.8卸料装置296.9导向装置307结论31参考文献32致谢33II 第一章 绪论1绪 论1.1 概述冲压模具即是人们俗称的冷冲模，它同时也被人称为冷冲压模具。冲压模具是在冲压工序中，将金属或者非金属的平面板料进行加工使其成型的一种与众不同的工艺性的装备。冲压，利用安装在压力机上的模具，施加压力于需要被加工的板料上，使得板料产生相对程度的无法在失去外力时恢复的变形，通过冲压这种加工工序，我们可以得到自己所需要加工的制件。加工时温度要在正常的室温下。冲压成形与其它加工方法相比较具有很多与众不同的优势，经过冲压成形的制件其本身的硬度大，加工成本低廉、模具本身较为轻、可以高效率生产等优点，同时冲压成形的零件在实际的生产中可以实现自动化机械生产制造。作为领先的制造技术的一种，冲压成形，相比于其它的机械制造方法，冲压成形比起其它的加工方法优势巨大，而且没有什么加工方法可以相媲美，所以冲压成形在世界制造业中有十分强的竞争力。如今，冲压成型技术被世界各国人民纷纷采用，在机器、车辆、信息、能量、载人航天、武器防御以及人类的每日作息生活和生产中大放光彩。模具在工业上的运用和发展，为模具日益进步的制造技术打下基础。电子技术、对信息进行处理的技术，以及生产无人化技术等一系列领先的技术正不断随着科学技术的发展对传统制造技术进行补充、改变、交融,使得传统的制造技术得到不断地进步和发展,促进先进的制造技术的形成。在巨大市场需求刺激和推动下，结合现代先进技术的应用,核心部位是冲压产品，团结在模具周围，冷冲压技术在国民经济发展、产业化、智能化方面有着重要作用。同时也使得人民的生活水平得到了提高，使得生活更加的方便。1.2 冲压技术的发展随着时代的发展，从90年代起，不断发展的高新技术全面促进了传统的成形工艺的改造及先进的成形技术的形成和发展。为了满足模具生产中“快速交货”、“高精度”、“质量优秀”、“售价不高”的服务要求，冲压技术在21世纪将会有更快的发展速度和可持续的发展方向，并将发展的方向更倾向于强调“精华、省、网”的需求。 冲压成形技术的不断科学化、数字化、可控化发展。对产品的成形过程、产品的质量、所用的成本、可获得的效益的预测和控制程度体现了科学化的冲压成形技术。成形过程的数值模拟技术在实际应用方面取得十分大的发展，同时很好地集成了数字化制造系统。从形状简单的零件的成形发展到如今复杂形状的覆盖件成形，随着人工智能方面技术的运用，智能化的控制将真正被运用在实用阶段。这意味着信息化、高产量和高精密的发展趋势。从设计技术方面来说，冲压技术的发展重点在于对CAD/CAE/CAM应用技术的应用和推广，并不断的提高效率。模具CAD、CAE技术应该向集成化、宣人化、智能化以及网络化的方向发展，并不断的对模具CAD、CAM系统专用化程度进行提高。 对多目标最大程度地进行全局综合优化并且将重点放在产品制造全过程上。从传统方向的单一成形环节向产品制造的全部过程进行系统的整体方向的优化。产品可制造性和成形过程发展的快速分析和评价的能力将有十分巨大的发展。便于从最初的产品设计理念,甚至可以根据零件的成形性和所需的性能的保证程度,作出快速分析评估。 为了适应未来多品种混流生产方式和市场多样化、个性化需求的发展趋势，要求我们不断加强企业快速响应市场变化的能力，冲压技术将会具有更大的灵活性或弹性。高度重视复合成形工艺的发展。基于复合工艺的先进成形技术不仅正在由以前的制造毛坯向直接加工成型零件方向发展，也正在从原来的一次只制造一个零件向如今直接加工成型所需成型件结构整体的方向发展。 中国自从加入WTO以后，中国的汽车制造业、航空航天工业等其它的支柱型产业必将有更大的发展空间。我国的冲压行业一边充满了发展的机遇，一边又面临进严峻挑战，需要我们进一步以高新技术改造传统的技术的。国民经济的快速发展和国防建设事业的不断扩大将要求我们发展出更多更新更高的冲压成形技术。钣金加工领域,我国必须加强联合力量,加强综合和集成技术,加快传统技术的进程从经验科学的转变；加快人才培养,促进技术创新能力,提高整体质量的冲压技术和制造企业的竞争力。1.3 模具的现状及发展 1）模具的现状模具是用来使物品成型的工具,这种工具包含了各种零件,许多的零部件拼接成为了截然不同的模具。为了对物品的形状进行处理，它需要改变材料的物理状态使其获得所需形状。在冲裁、模锻、挤压、冷镦、成形冲压、粉末冶金零件压制,压力铸造,以及工程使用的塑料、橡胶、陶瓷和其他产品的压缩或注射成型过程中,用外力的作用使坯料成为一个有特定形状和尺寸的冲压工具。在工业生产中，模具是最基础的技术设备,是一种具有很高附加价值的产品,模具作为新型的技术产业的重要组成,模具技术的高水平和低水平已经是评价一个国家的制造业整体发展水平的重要依据。伴随着国家经济的不断发展和不断进步的工业产品技术,每一个行业都在不断地加大对模具的需要,同时，也要求模具在技术方面更加的合理。在中国,模具行业正在大步的向前迈进。“十二五”期间的产品开发的重心在于:（1）要达到以智能化模具为代表的高效、精密、高性能模具的水平，中后期的主要目标是追上世界上其它先进的国家，在“十二五”的末期，最重要的是发展智能化技术，基本上要满足智能化发展的需求。（2）目前为止，生产效率以及性能高的精密模具大约在模具总量中占据35%，而到“十二五”的末尾，这些模具要达到40%以上，这样就可以达成占50%以上模具总量的指标。（3）不断地减短模具的生产时间，但同时也要保证延长模具的寿命和性能的稳定，首先在“十二五”期末要满足比现在缩短20%30%的生产周期，提高模具20%30%的使用寿命，为了提高可靠性和稳定性，要求模具制造精细化。（4）不间断的对模具水平加以提高。在“十二五”结尾，生产高精度模具的企业，为了提高生产效率，所以要实现在CAD/CAM/CAE/PDM上的一体化，并且要有40%以上的模具公司在管理上达到信息化的要求。（5）模具首要的发展方向在于自动化生产，此前，模具自动化生产还处在理论实验的水平，到“十二五”末尾时，要尽可能的使数家模具企业可以实现模具生产的自动化，并且在模具智能化，网络化，管理方面达成重大突破。到现在为止，虽然我国的模具年生产总值已经是世界第三了，但是在这之中，冲压模具的年生产总量占据模具总量的40%以上。同时，我国在整个模具设计和研发水平上，相比较西方的一些发达国家还有着巨大的不足。我国对于一部分轿车覆盖件的模具的设计和制造，已经不逊色于大部分国家，设计制造出来的模具无论是外形还是性能都已达到了发达国家的水平，这预示着我国已经可以使得轿车模具实现国产化，这加快了我国自主轿车的生产和发展。但是，在模具制造的质量、产品的精度、制件的制造周期和成本等数个方面，还存在一定的差距在我国与国外之间。多工位级进模、多功能模具，标志冲模技术的先进水平，我国对于这几种模具进行了重点的发展，即便如此，相比较国外的多工位级进模和多功能模具，在模具的制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，我国的模具设计还存在一定差距。2）模具的发展（1）生产金属冲压件使用的传统的金属材料,逐渐被高强度钢板,涂镀层钢板、塑料叠层钢板和其它另类或聚合物复合材料所代替。随着材料科学的不断发展,加强研究各种新材料的冲压性能,冲压技术正进行不断的发展和完善。（2）得到不断发展和应用的精密冲裁与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术，这些先进的技术将取代某些传统的冲压加工方法，使得产品的冲压加工变得更加的合理、成本更经济。其中精冲技术得到了快速发展。精密冲裁技术是一种先进的制造技术，因为它具有优质、高效、低耗、应用广的特点，所以它可以取代某些零件的切削加工。以齿圈压板精密冲裁举例，在普通液压机上进行精密冲裁，冲压工艺装备简单，冲压得到的工件精密度高。它以金属板材为原料，采用塑性加工方法，一次冲裁成形，可以得到尺寸精度高、剪切面粗糙度低的零件，精冲件即指这种采用精冲技术生产的零件。(3) 伴随着计算机图形技术的日趋成熟，近年来兴起了冲压计算机辅助设计（CAD）领域，计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）技术。该技术似乎对改变传统的冲压技术产生了显著的影响。尤其是金属板材成形仿真技术的出现，使钣金冲压技术，摆脱了“经验”和“质”的层面，变身为了“科学”和发展的“量化”的阶段。使用这种技术来模拟钣金成形过程中的处理流程，可以预测冲压金属形成过程中应力和应变分布领域，模具力的厚度和翘曲，破裂，冲击线可能的缺陷和故障模式。这提供了工艺参数和模具结构，在降低甚至取消试用过程，缩短产品开发周期，降低产品开发成本中扮演着越来越重要的角色。它是一个非常有效的优化的工具，它已逐渐成为指导模具设计和优化的重要工具。(4)高速铣削加工，最近一些年，国外对于高速铣削的发展，大大提高了制件加工的效率，并且，这种加工方法还可以使得制件的表面无比的光滑圆润。另外，还可用来对硬度高的材料进行切削，同时具有温度升高程度低、受热时变形程度小等优点。汽车、家电行业中大型型腔模具制造随着高速铣削加工技术的发展，注入了新的活力。目前高速铣削加工已经向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (5)优质的材料以及先进的表面处理技术的运用。为了提高模具的寿命，我们需要选择质量好的材料，同时也必须对材料的表面采取一定的工序。模具表面处理应该对气相沉积、等离子喷涂等技术进行完善及发展。1.4 模具CAD/CAE/CAM技术1.4.1 模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状模具CAD/CAE/CAM技术，在CAD/CAE/CAM系统的辅助下，设计模具的人员凭借对制件工艺的分析，同时依靠设计和制造模具的程序，对模具进行设计，同时制造模具的一项新型的技术。自21世纪以来，CAD/CAE/CAM技术在模具应用方面快速的发展，这项技术被模具生产企业广泛的运用。对模具CAD/CAE/CAM技术的采纳和推广是模具革命化生产的重大措施，同时也是现代化模具技术发展的一个明显的特点。1.4.2 模具CAD/CAE/CAM技术的发展趋势随着技术的飞速发展，21世纪的市场需要的是优质的、低廉的产品，而且要求我们要飞快的采取措施来满足各种不同的市场需求。模具制造技术趋于专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的生产，将会给模具行业带来很大的变化和改革。（1）模具CAD/CAE/CAM技术的专业化程度在明显提高。（2）模具CAD/CAE/CAM技术越来越向标准化发展。（3）模具CAD/CAE/CAM技术的在不断的向集成化发展。（4）智能技术的发展会促进模具CAD/CAE/CAM技术的发展。（5）在模具CAD/CAE/CAM技术上会采用虚拟技术。（6）模具CAD/CAE/CAM技术的网络化是其应用手段。1.4.3 总结伴随模具市场的国际化，模具行业的竞争会越来越激烈，模具行业和用户追求的是生产周期短、质量好、使用寿命长的模具，这些要求一定会使模具CAD/CAE/CAM技术被全面的，深入的运用在模具行业之中。1.5设计的主要目的及意义设计的主要目的：通过对发动机油箱下壳体进行工艺分析，设计出合理的加工工序，使得可以冲压成形该制件。油底壳属拉深件系列，需采用拉深，冲孔切边等一系列的工序。设计的主要意义：本毕业设计课题的主要目的是提高学生对所学的基础理论与综合应用能力，用专业基本技能分析和解决实际问题，训练初步工艺设计的能力。根据机械设计、制造及其自动化专业的特点，着重地培养以下几方面能力： （1）调查研究、中外文献检索、阅读与翻译的能力； （2）综合运用基础理论、专业理论和知识分析解决实际问题的能力； （3）查阅和使用专业设计手册的能力； （4）设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机进行绘图的能力； （5）撰写设计说明书（论文）的能力。5 第二章 油底壳成型工艺的总体分析2油底壳成型工艺的总体分析2.1汽车发动机油底壳的作用发动机油底壳是封闭曲轴箱作为贮油槽的外壳，防止杂质进入，并收集和储存由柴油机各摩擦表面流回的润滑油，散去部分热量，防止润滑油氧化。2.2油底壳结构及工艺难点分析图1油底壳外形 2.2.1 产品材料分析 材料：st16钢 用途：超深冲压 屈服点s=160MPa 抗拉强度260-330MPa 材料厚度：2mm 外缘孔直径R=10mmst16钢是碳素结构钢，属于碳的质量百分数是0.03%的低碳钢，材料的延深率不小于27，st16钢塑性好，焊接性好，适合冲裁。2.2.2技术要求：（1）油底壳表面不能出现波浪纹等拉深缺陷。（2）拉深变薄最小处要大于0.6mm。（3）冲裁产生的毛刺不得大于0.1mm，边拉深不平度要求小于0.2mm。 工艺难点：复杂空间曲面构成油箱下底壳的复杂的形状，该制件在断面处要求平面平直，光滑。在外缘面上的孔位不得有较大的偏移。本次设计的油底壳属于典型的复杂拉深件。油底壳成型是拉深的主要工艺难点，该冲压件有十分大的成型高度，而它的凹模半径很小，制件的外形复杂，在冲压工序中各处应力、应变情况不稳定，所以拉裂以及部位起皱在拉深过程中十分容易出现。2.3冲压工艺分析及方案确定2.3.1 冲压工序的组合冲裁工序：（1）单工序冲裁 （2）复合工序冲裁 （3）级进冲裁冲裁方式根据下列因素确定：（1）根据冲裁件的尺寸和精度确定冲裁工序 ：对于尺寸精度等级要求高的冲裁件选用复合冲裁，连续冲裁冲裁件的尺寸精度比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。本次设计没有公差标注，属于自由公差，所以产品的精度要求比较低。因此，在设计模具时，我们优先选用复合工序冲裁或单工序冲裁。（2）模具在制造和安装过程，我们不仅要考虑到模具是否易于安装，同时也要考虑模具的价格：在复杂形状的冲裁件设计冲压工序时，因为考虑到比较容易的模具制造和安装调整，而且成本较低，所以采用复合冲裁比采用连续冲裁更为适宜，。（3）冲裁工序的确定要考虑到操作是否方便与安全：复合冲裁工序中，冲裁件的出料或废料的清除比较困难，冲裁过程中工作不安全，所以选用连续冲裁较安全。更据上述分析，因为满足了冲裁件的质量与生产率，为了模具寿命更长，生产效率更高，操作更加方便和工作安全性高，我们选择单工序模具冲裁方式。2.3.2工艺流程初定通过上面综合性对与油底壳零件结构及工艺进行分析，我们初步确定了此零件的工艺流程：（1）落料（2）油箱下壳体的拉深（次数未定）（3）油箱下壳体冲孔切边（4）翻边（5）校平依照上述的工序，这样的优点是：在经过拉延成型后，油箱下底壳的冲孔切边将在一道工序中通过复合模完成，因此，可以大幅度提高生产效率。上述的工序，这样的缺点是：因为先进行切边 、冲孔等工序加工，之后才进行翻边，因此，在之后的翻边工序中，冲孔产生的孔将会产生发生偏移或者变形。2.3.3 拉深次数的确定确定拉深件是否可以一次拉深成形：根据盒形件的相对高度H/r判断能否一次拉深成形，如果相对高度H/r在范围内，则可以用一道拉深工序使盒形件成形，否则只能采用多道工序拉深成形。表1盒形件首次拉深成形的最大相对高度相对圆角半径 r/B0.4 0.3 0.2 0.1 0.05相对高度H/r 232.84468121015矩形盒件拉深零件的工艺参数：相对圆角半径r/B=35/308=0.114相对厚度t/B100=2/308100=0.65相对高度H/r=308/35=8.8根据上表给定的相对高度范围，该拉深件能一次拉深成型。但是因为呈台阶构造的油底壳底部，在拉延工序中，拉深件的右侧比较深，有145，这样的话为了弥补右边拉深成型的需求，必须有很多的材料流进右侧，可以使拉深件不至于开裂；在这时，只有33的左侧，只需要较少的材料流进量，这样的话就不太会出现，。考虑到材料的这种流动不均匀性，为了保证拉深成型的质量，为此，我们决定采用两次拉深成型的方法。第一次将拉深出油底壳最深处的部分，第二次再进行盒形件的拉深成型。2.3.4工艺流程的最终确定 通过计算以及分析，我们确定了油箱下底壳成形的拉深次数。（1）落料（2）拉深（3）整形（4）切边（5）冲孔对于毕业设计来说，落料，拉深，整形，切边等工序工作量十分大，同时由于本人所掌握的知识和技术的不足以及在毕业设计过程中设计时间较短，所以本设计中只设计拉深模具。2.3.5方案最终确定首先，选择落料一块材料为st16复合钢的平面板料，经过第一次拉深工序，我们可以得到一个高112的盒形件，这个盒形件拉深件与油底壳右侧形状相似。见下图2所示：图2 第一次拉深毛胚图然后取出经过第一次拉深工序的制件，将其放置在第二次拉深设计的凸模上，并且固定。在第二次拉深中，毛胚制件在凹模的约束下继续拉延成型，最终得到油底壳外形制件见下图3：图3第二次拉深毛胚图考虑到拉深后的制件表面会有一定的变形，为了提高制件的精度。我们要将拉深后的制件加以整形，降低产品表面的粗糙度。这时得到的产品外缘部分与所设计的油底壳不同，所以要进行切边加工，这样多余的边缘部分被切掉，油底壳基本成型。最后我们要在制件的边缘部分冲裁出26个半径为5的圆孔。这样油底壳加工工序结束。得到最终产品。173 油底壳拉深模具主要数据确定3.1 拉深力计算由于理论计算上，拉深力的计算很复杂，所以一般根据经验计算拉深力，当拉深力略小于拉深件危险断面的断裂力时，经验公式可以使用；断裂力与拉深力的比值用系数K表示；拉深件的形状及变形方式决定K值的大小。其数值由实验确定。第一次拉深拉深力可按下式计算P=0.721085.932.0330=516033.936N=516KN式中 拉深件的周边长（mm）; 材料的抗拉强度（N/）； 板料厚度（mm）； 系数， K=0.5-0.8 .压料力的计算，F=0.08P=5160.08=41.3KN所以第一次拉深拉深模的总的冲压力为F总=P+F=516+41.3=557.3KN第二次拉深拉深力可按下式计算P=0.721623.222.0330=771354.144N=771.35KN压料力的计算，F=0.08P=0.08771.35=61.7KN所以第二次拉深拉深模的总的冲压力为F总=P+F=771.35+61.7=833.05KN3.2 压力机的选择根据参考文献6，选用YT32-500D四柱液压机成型。表2 YT32-500D型油压机参数公称压力/kN5000滑块行程/mm900工作台尺寸（左右*前后）/mm2200*1400液体最大工作压力/MPa25滑块工作速度/（mm/s）10最大拉深深度/mm355电动机功率/kw/主电动机45电动机功率/kw/总功率46重量/t/净重50重量/t/毛重59外形尺寸（长X宽X高）/mm5000*3525*5335因为选择的压力机没有顶出滑块，但是有顶出装置在下工作台中心，所以设计两此拉深的模具结构成倒装式，这样可以解决拉深过程中的压边力及卸料力的问题。在第一次拉深时，压边圈和拉深凸模处于同等高度。在拉深工作过程中，随着压力机滑块的下移，凹模也同时向下运动，当凹模接触压边圈时，推杆和顶出活塞杆使压边圈产生压边力，板料被凹模与压边圈紧紧的压住。随着凹模的移动，板料不断成形，同时板料的凸缘处始终被恒定的压边力压住，恒定的压边力阻止了板料起皱，也限制住了流动阻力。板料在同一时间内沿着压紧面进行滑动，这样拉深工作就可以顺利的进行。制件被拉深到位后，为了确保零件凸缘平整，需要继续加大压力使零件加以整形。拉延过程终止，滑块向上运动，凹模便与压边圈分开，在顶杆的推动下，压边圈将工件顶出。在第二次加工工序中，在二次拉深模的凸模上，将经过一次拉深的坯件扣在凸模上。凹模强行约束坯件继续成形。因为制件经过二次拉深，所以在第二次拉深之前，要求凸模上平面高于压边圈的工作表面大概50mm。3.3 凸、凹模尺寸计算3.3.1 拉深模间隙的确定是为了保证模具工作正常，同时也为了获得高质量的零件，要求设计合理的凸模，凹模间隙。如果选择的拉深间隙较大，在拉深过程中会使得径向拉力过小，这将导致板料起皱，同时也会引起拉深件的精度变低。如果拉深间隙太小，因为板料受到较大的阻力，所以没法进入凹模，容易在零件表面产生擦伤和拉裂，使凹模磨损加快。在拉延工序中，边缘处的材料会随着拉延的进展而加厚，为了满足材料增厚的要求，需要选择合理的间隙。查找参考文献选择拉延时的单边间隙为（1.05-1.2）在直边部分，为了板料与模具之间的摩擦阻力的增大，同时为了直边的深长变形的增大，取小间隙。四角处，为了减少材料的变形阻力，防止在转角与侧壁部分产生破裂，取大间隙。油底壳拉深的间隙值分别确定为：第一次拉深的单边间隙为：2.3-2.4mm。 第二次拉深的单边间隙为：2.1-2.2mm。3.3.2凹模圆角半径为了不影响拉深毛坯的进料阻力，要选择适当的凹模圆角半径。油箱下壳体底部的圆角半径R=3mm，因为R=3mm太小，不利于拉深，而且变形阻力会在坯料经过凹模圆角部分时不断增大，这会使得拉深力变大，在凹模口处，坯料沿会产生断裂，所以拉深凹模圆角半径不能为3mm。因为St16的抗拉强度260-330Mpa，在第一次拉深时，凹模圆角半径R=12mm，油底壳第二次拉深时，凹模圆角半径R=10mm，制件底部圆角R3mm由整形切边工序完成。在实际拉深中，拉深圆角半径会有一定的调整放大。3.3.3凸模圆角半径在第二次拉延工序中，选择零件的圆角半径作为凸模的圆角半径。为了方便第二次拉深时角部修正，第一次拉深中凸模圆角半径比二次拉深圆角半径稍微大0.5mm。3.3.4工作面粗糙度为了使工作表面尽可能的光滑平整，使得材料变形时的阻力减少，凹模、压料圈、板料相互接触时候的工作表面粗糙度值应该尽量的小一些。所以，凹模、压料圈、板料工作表面的粗糙度取0.8m。为了增大凸模与板料之间的摩擦力，在拉深过程中，防止材料沿凸模滑动导致零件产生偏移，同时也为了阻止危险断面变薄，凸模工作表面需要设计的比较粗糙，因此凸模表面粗糙度取3.2m。3.3.5凸、凹模尺寸的确定考虑到模具的磨损、拉深件的回弹等因素，确定了凸、凹模工作尺寸为：参考文献8得：（1）制件标注外形尺寸凹模尺寸为：=（0.75）凸模尺寸为：=（0.75Z）（2）制件标注内尺寸凸模尺寸为：=（ +0.4） 凹模尺寸为：=（+0.4+Z）其中：D拉伸件外形的基本尺寸 d拉伸件内形的基本尺寸 拉伸件的尺寸偏差 拉伸凹模基本尺寸 拉伸凸模基本尺寸 凸凹模双面间隙具体计算如下： 拉深模1标注外尺寸：D1=（0.75）=308mmD2=（0.75）=223mm凹模圆弧尺寸：D1=（ 0.75）=35mm凸模尺寸为：d1=（ 0.75Z）=303.4mmd2=（ 0.75Z）=32.7mm拉深台阶高度保证一致：112mm拉伸模2标注外尺寸，按此公式计算凸模尺寸为：d1=（ +0.4）=258mmd2=（ +0.4）=555.5mmd3=（+0.4）=80mm凹模尺寸为：D1=（+0.4+Z）=253.5mmD2=（+0.4+Z）=551mmD3=（+0.4-Z）=77.7mmD3=（+0.4+Z）=82mm拉深台阶高度保证一致：145mm，33mm3.4 压边圈确定压料面形状的确定需要满足以下条件：（1）对拉深深度的降低起重大作用。压料效果最好的是如图4拉深模平压料面，但是，为了降低拉深的深度，经常使压料面形成一定的倾斜。图4 拉深模的压料面（2）压料面使得凸模对毛料持有相对应的拉深效应。在拉深过程中，为了让毛料始终处于紧张状态，并能稳定逐渐地紧贴凸模，不可以产生皱纹，所以我们要让压料圈和凸模的形状有一定的几何关系。如图4所示，如图5所示。因此，必须满足下列式3.1。 （3.1） （3.2） 式中 l凸模展开长度；l1压料面展开长度；凸模表面夹角；压料面表面夹角。图5压料面和凸模表面展开长短示意图图6 压料面形状（）（3）为了使得毛料顺利的流向凹模型腔，必须使压料面尽可能的平滑光顺。不可以在压料面的局部部位产生明显的鼓包、凹坑和下陷。如果所设计的覆盖件本身的凸缘面就是压料面，而且有明显的凸起和下陷在凸缘上时，我们应该增加整形工序。一旦压料面，冲压方向之间的夹角大于90，那么进料阻力就会加大，所以这种情况也是不可取的。为了有利于覆盖件的成形，并且益于加工，应尽量采用平面压料面。 3.5 拉深筋布置拉深成形的覆盖件在成形时，如果设制拉深筋、拉深槛在覆盖件的表面，会适当的改变进料阻力，使得进料速度均匀化、同时也起到了防止起皱的明显效果。拉深筋的主要作用：（1）使得在局部区域内的进料阻力加大，可以让整个拉深件拉深过程中的进料速度达到相对平衡的状态。（2）提高了拉深成形的内应力数值，使得覆盖件的刚性得到提高。（3）使得径向拉应力加大，同时使切向压应力变少；起到了延缓起皱或防止起皱的作用。图7所示的是拉深筋在局部的形状，图8所示的是拉深槛在局部的形状。拉深筋在断面的几何形状呈现半圆形，一般情况下，我们取拉深筋的半径R=1218mm，筋高h=57mm（钢件）或35mm(铝合金件)。一般情况下，拉深筋的凹槽和工作面是不相互吻合的，为了改变进料阻力，我们要适当的修整拉深筋凹槽的宽度。因为拉深槛的阻力比拉深筋大很多，所以在更多情况下被用在深度浅的拉深件拉深中。图7拉深筋局部图图8拉深槛局部图设计原则：（1）对于有圆角和直线部分的拉深件，需要在直线部分设置拉深筋，使得拉深过程中获得平衡的进料速度；（2）对于直线部分有的深度不相同的拉深件，一般在深度较浅的直线部分设置拉深筋，而不在深度深的直线部分设置拉深筋；（3）对于浅拉深件，我们在圆角和直线部分都要设置拉深筋，但是只设置一条筋在圆角的部分，而设置13条拉深筋在直线部分。当设置了多条拉深筋的时侯，通过改变拉深筋的高度，使得在外圈的拉深筋“松”些，而在内圈的拉深筋要设置的“紧”一些。（4）对于轮廓呈现凸起、凹下等曲线形状的拉深件，在凸曲线部分设置较宽的拉深筋，而不在凹曲线部分设置拉深筋；（5）为了增加材料的利用率、使得模具外廓尺寸减小，拉深筋或拉深槛要尽可能的向凹模圆角靠近，但是，同时要考虑到不能对修边模的强度造成影响。 第四章 模具整体结构形式设计4 拉深模具整体结构形式设计4.1拉深模结构参考文献，得倒装拉深模结构形式图9第一次拉深模图10第二次拉伸模4.2模具材料的选择因为拉深模具在工作时，表面需要承受很大的挤压力、摩擦力、冲击力，所以要求模具的材料具有：硬度高、耐磨性强、强度高、韧性大，热处理性能好等特点。考虑到油底壳模具的尺寸比较大，覆盖件工作的部分形状十分复杂，而且加工成型困难，所以采用QT600-3球墨铸铁制做拉深过程的主要模具。QT600-3球墨铸铁不但容易制取毛坯，也有利于模具的加工，同时也可以对表面进行淬火处理，使得模具达到耐磨要求。4.3模具零件的结构设计（1）第一次拉深凸模的设计，与下模板采用螺钉固定。材料：QT600-3球墨铸铁（如图），中间掏空，减少模具重量。图11 第一次拉深拉深凸模覆盖件拉深凸模的外轮廓就是拉深件的内轮廓。19 第四章 模具整体结构设计（2）拉深凹模的设计，下模板固定，材料：QT600-3球墨铸铁图12第一次拉深拉深凹模（3）退料板的设计材料：QT600-3球墨铸铁形状结构：（如图）图13第一次拉深退料板(4）压边圈的设计材料：QT600-3球墨铸铁形状结构：（如图）图14第一次拉深压边圈21 第五章 油底壳成型后续工序5油底壳成型后续工序5.1整形整形(sizing)：指为了得到比较精准的尺寸和形状，于是采用模具使冲压件在局部或整体上产生细微的塑性变形的冲压工序。在整形前，工件就已经经过数道工序，基本上成型了，整形模与一般成形模具相似。但是由于弯曲件的回弹，拉深或翻边后的工件在局部部位尺寸不精准。为了提高产品的精度，使产品表面光滑平整，就要利用整形模对工件的局部进行塑形变形。拉深件的整形：对于没有凸缘的直壁拉深件，为了提高零件侧壁精度，我们常常采用变薄拉深的整形方法，在变薄的部位处，材料以2%-5%的伸长为适宜，因为过分的伸长会使得工件破损开裂。可以取整形模的单边间隙（0.9-0.95）t。对于带凸缘的拉深件，整形工序一般要包含对凸缘面的校平、要校平工件底部的圆角半径、对直壁与底部进行校平等等。5.2切边切边(trimming)：是利用模具对工序件的边缘进行切修，让成型零件具有一定高度、直径和形状的冲压工序。切边模被广泛运用于修整拉深件的边缘，让拉深件的端面变得平整且美观.22 第六章 冲孔模具设计6冲孔模具设计6.1冲压模具的基本结构组成冲孔:利用模具在钢板、皮革、布料、木板等材料上冲裁出各种图形来满足不同的需求的一种冲压工序。工艺构件:工作零件：(1)凸模：凸模的外轮廓就是成形制件的工作部分。 (2)凹模：凹模内轮廓就是成形制件的工作部分。 (3)凸凹模：凸凹模内外轮廓就是成形制件的工作部分。定位零件：用来使冲压材料被固定在模具中相对正确的位置的零件。定位零件有：定位板；定位、挡料、导正销；导尺；侧刃等。卸料、 出料及压料零件：为了使得冲压材料在冲压过程中能够平稳冲压，并且在冲压完成后能够顺利的离开模具。其它零件：(1)导向零件：用来使上下模的导向精度得到一定的保证。 其形式有：导柱导套、导板、导筒等。 (2)固定零件：用来支撑模具一其它的所有零件。 (3)其它零件,其形式有：螺钉、销钉、键、其它。6.2凸凹模尺寸计算6.2.1凸、凹模刃口尺寸的计算1) 凸、凹模间隙的选择凸、凹模间隙值的大小对于冲裁制件断面质量、尺寸精度、模具寿命、冲压力大小有很大的影响。在接下来的模具设计中，模具间隙值的大小会是我们的设计的重要依据。根据对制件的数据分析，查依据查表法得知：2)凸、凹模刃口尺寸计算 （1）凸、凹模刃口尺寸计算原则：要考虑到刃口的磨损会对冲压件的尺寸造成影响。大多数情况下，冲裁间隙取最小合理间隙值（）。选取适当的模具制造公差，既要保证冲件的精度，也要保证有合理间隙值。 （2）冲圆孔凸、凹模刃口尺寸计算因为圆孔的形状简单，为了方便制造，采用分开加工的方法加工凸、凹模。圆孔尺寸如图15，因为没有标注公差，所以按IT12级处理。由文献14表2-10取凸、凹模的制造公差，但是这样无法满足分开加工的条件：。考虑到圆孔易于加工，所以适当的提高了凸、凹模的制造精度，按:，取，这样就满足条件： ，可以分开加工凸、凹模。 图15圆孔尺寸凸模刃口尺寸的确定：查参考书14表取：，代入（6.1）得： (6.1)则： mm凹模刃口尺寸，代入（6.2）得： (6.2)则： mm6.3凸、凹模的设计6.3.1 凸模的结构和固定形式在实际生产中，因为制件的外形和大小都是不一样的，所以设计时可以有许多的模具结构选择。在大多数情况下，产品的形状决定了冲裁凸模的形状，冲裁凸模可以采用直身结构，同时也可以采用加强型结构。主要采用的固定方式有：铆接、螺钉、销钉固定、粘结剂浇注法固定等。6.3.2 凸模的确定（1）凸模长度的确定大多数情况下，我们分析模具的结构来确定模具凸模工作部分的长度。为了防止因为纵向弯曲导致凸模工作时失稳，在多数时候，凸模工作部分的长度不能设计的过于长。过于长的话会使模具间隙不均匀，导致产品品质下滑，如果过于严重，会导致模具的断裂。根据对模具的分析，设计凸模的长度为：（6.3）式中： 凸模在固定板里的厚度（mm），冲件的厚度t决定它的大小；多数情况下，在冲制t1.5mm的板料时，取1520mm；当t=1.52.5mm时，取2025mm；这里取=22mm； 卸料板的厚度（mm），取12mm； 导料长度的厚度（mm），取11.8mm；附加长度（mm），取10mm；将各数据代入式（6.3）中得：冲裁凸模长度为55.8mm。(2) 凹模结构形式设计在设计过程中，采用整体加工的方式加工成型凹模的各个镶块部分，为了方便设计、制造、维修，决定采用镶拼结构，将凹模镶嵌进入冲裁模具下模座板的环形槽内，并且使用螺丝和件块互相配合固定，凸、凹之间的间隙为0.2mm。凹模厚度 凹模壁厚式中 b-凹模刃口最大尺寸 K-系数，参考文献14表2-11取k=0.15所以H=0.15*555=83mm C=125-166mm6.4模板的设计卸料板、固定板、凹模板是模具设计中重要的三块模板。在该模具中，固定板被用来固定凸模。卸料板主要被用来卸料、压料，但是也还具有一定的导向作用。前面已经提到的凹模板，不仅要充当凹模安装的载体，也可以在上面镶拼凹模镶块。6.5冲压设备的选用依据所要完成的制件的冲压工艺性质、所需生产批量的大小、冲压制件的几何尺寸和精度要求来选择设备型号。液压机具有以下几个特点：（1）基于液压传动原理，工作缸及柱塞或活塞的结构简单，因此有利于实现很大的工作压力，拥有比较大的工作空间和较长的工作行程，因此有很强的适应性，较为方便大型的工件或者较长、较高的工件的压铸。 （2）因为执行元件的结构简单，可以灵活的布置，所以，可以凭借工艺要求在多方位进行布置（垂直的、水平的、倾斜一定的角度等），同时也可以分散在多地点布置。 （3）在滑块工作行程的任何部位都可以产生液压机额定的最大压力。 （4）滑块可以在一定的范围内任意的改变工作行程，也可以根据工艺要求，任意改变和控制行程的下转换点。 （5）为了适应工艺过程，对于滑块的速度有着不同要求，在一定范围内，我们可以对滑块的速度进行相当大的调整。 （6）可以用简单的方法，在一个工作循环中，利用各种阀进行调压或限压，可以有较好的安全性能，不容易超载，并且有利于模具的保护。 （7）压力机工作十分的平稳，撞击、振动和噪声较小，有利于工人的健康、不容易损坏厂房、污染周围的环境。综合考虑，采用液压压力机。6.5.1 冲压力的计算该单工序模采用刚性卸料和下出料方式。先算冲裁力： （6.4）式中，L 冲裁件周边长度（mm）；t 材料厚度（mm），t=2mm；t 材料抗剪强度（），=330MPa；K 系数。在实际的生产中，考虑模具刃口磨损情况，间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度等，取K=1.3。计算得冲孔工序中冲裁单个圆孔的周边长度L=31.4mm，代入下式得： F=1.333031.4226.94KN （6.4）普通平刃冲裁模 ，其冲裁力 F一般可按下式计算： F=2626.94KN=700.47KN 式中 抗剪强度 (取330MP)； L冲裁周边总长(mm)； L=23.145=31.4mm； t材料厚度(mm)，1.3mm。系数 是考虑到冲裁模刃口的磨损、 凸模与凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均)、润滑情况 、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 1.3。按照上述数据计算： 卸料力=0.045700.47=31.5212KN (6.5) 推料力=0.063700.47=44.1296KN (6.6) 顶件力=0.08700.47=56.0376KN (6.7)式中 冲裁力(N)； 卸料力系数，其值为0.020.06(薄料取大值， 厚料取小值)；0.045推料力系数，其值为0.030.07(薄料取大值， 厚料取小值)；0.063 顶件力系数，其值为0.040.08(薄料取大值， 厚料取小值)；0.08 n堵塞在凹模型腔中的制件或废料数量(nh/t); h凹模直壁刃口部分的高度(mm)； t材料厚度(mm)。 6.5.2冲压设备的选取在实际冲裁时侯，压力机的公称压力必须大于或等于冲压各种工艺力的总和。 采用刚性卸料装置和下出件的冲压模具时： 冲裁工艺力=冲裁力+推件力；F总=F冲+F推=744.6KN考虑到摩擦阻力，所以选则的压力机的公称压力必须大于根据上述冲压力的计算，选用液压压力机。该压力机主要技术规格如下：表3 YT32-500D型液压机参数公称压力/KN5000滑块行程/mm900工作台尺寸（左右*前后）/mm2200*1400液体最大工作压力/MPa25滑块工作速度/（mm/s）10最大拉深深度/mm355电动机功率/kw/主电动机45电动
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