圓筒形沖壓模具設(shè)計【無凸緣圓筒形件】【說明書+CAD】

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雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足: 第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。 ??? 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 ?? 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。 ? 第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。 1.1.2　國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:???? 1） 模具日趨大型化；??? ? 2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；?? ? 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；??? 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；? ?? 5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；??? 6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)；??? 7）模具的精度將越來越高；? 8）模具研磨拋光將自動化、智能化；?? ?? 9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；?? 10）開發(fā)新的成形工藝和模具。 1.2　國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。? 國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達 國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。 國外先進國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％． 1.3　深圓筒拉深件模具設(shè)計與制造方面 1.3.1 深圓筒拉深模具設(shè)計的設(shè)計思路 拉深是沖壓基本工序之一，它是利用拉深模在壓力機作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。它不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復(fù)雜的薄壁零件，但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級以下，不宜高于IT11級。 只有加強拉深變形基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準(zhǔn)確、實用、方便的計算方法，才能正確地確定拉深工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決拉深變形中出現(xiàn)的各種實際問題，從而，進一步提高制件質(zhì)量。 圓筒件是最典型的拉深件，其工作過程很簡單就一個拉深，根據(jù)計算確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，根據(jù)計算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架，判斷此次拉深不能采用標(biāo)準(zhǔn)的模架。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)拉深凸模與拉深凹模工作配合長度決定．設(shè)計時可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。 1.3.2深圓筒拉深模具設(shè)計的進度 1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時間20天； 　　2.確定加工方案，所用時間5天； 　　3.模具的設(shè)計，所用時間30天； 4．模具的調(diào)試．所用時間5天． 第2章 深圓筒沖壓工藝的分析 2.1 拉深件工藝分析 圖2-1 材料：08鋼板 厚度：1mm 此工件為無凸緣圓筒形工件，要求內(nèi)形尺寸，沒有厚度不變的要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可采用拉深工序加工。 工件底部圓角半徑 圖2-1 制件圖r＝8mm,取拉延凹模圓角半徑=8t=8mm.而根據(jù)式（6-13）=（0.6-1）r=5-8mm,現(xiàn)取=8mm,滿足拉延對圓角半徑的要求。尺寸，按沖壓設(shè)計資料中公差表查得為IT14級，滿足拉延工序?qū)ぜ畹燃壱蟆? 2.2 拉深工藝計算和工藝方案 拉深件的工藝計算是拉深工藝設(shè)計中的一個環(huán)節(jié)，本制件的工藝計算屬于最簡單的。其主要的內(nèi)容包括計算毛坯直徑、決定拉深次數(shù)及確定工序件的尺寸等。為了避免設(shè)計拉深模時出現(xiàn)尺寸錯誤，可以畫出圓筒形拉深件的工序圖。 2.2.1 工藝方案的確定 根據(jù)制件的工藝分析,知道制件是個簡單的圓筒形拉深件。所以它的工序只有一個：拉深。 2.2.2 計算毛坯尺寸 根據(jù)表面積相等原則，用解析法求該零件的毛坯直徑D?？砂聪旅娴墓接嬎悖? 公式見[2]。該件mm，查表得出修邊余量mm。則，，一次拉深可以成形。 D= =116.3mm 2.2.3 確定是否用壓邊圈 相對厚度，查表得，需要采用壓邊圈。拉深時一般采用平面壓邊裝置。 首次拉深 圖2-2 壓邊圈拉深采用形式 2.2.4 拉深次數(shù)的確定 　　 采用查表法。根據(jù)和工件相對高度，查表得n=1。 2.2.5 排樣及相關(guān)的計算 圖 2-3 排樣方式 采用有廢直排的排列的方式，因為沖件與沖件之間，沖件與條料之間都存在搭邊廢料，這樣沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度較高，模具壽命也較長，但材料的利用率較低。 沖裁件的面積A： 條料的寬度B=D+2a+c=116.3+2+0.5=118.8.查表2.5.2得最小搭邊值a=1.0mm, ,條料與導(dǎo)料板間隙，n=1. 步距S=D+=116.3+0.8=117.1mm. 一個步距的材料的利用率 2.3 壓力、壓力中心計算及壓力機的選用 因為本制件是軸對稱零件，所以不用計算壓力中心。 2.3.1 壓力計算 由《沖壓模設(shè)計與制造》式4.4.6確定壓邊力的計算公式為：，。由表4.4.5 p=3.0Mpa. ==12904.5N 查表得。 代入公式得F拉==0.8x400x1x73.7x3.14 =74053.76N 沖裁件的面積A： ，t=1mm，，F(xiàn)沖=10617.7x1x400=4025x10.壓力機的公稱壓力。 2.3.2 壓力機的選用 根據(jù)沖裁工藝總力的計算結(jié)合工件的高度，初選開式雙拄可傾壓力機JH23-40 第3章 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 模具工作部分的計算 3.1.1 拉深模的間隙 深間隙對拉深過程有較大的影響。它不僅影響拉深件的質(zhì)量與尺寸精度，而且影響拉深模的壽命以及拉深是否能夠順利進行。因此，應(yīng)該綜合考慮各種影響因素，選取適當(dāng)?shù)睦铋g隙值，既可保證工件的要求，又能使拉深順利進行。 本模具的拉深間隙查表得出：Z1/2=1.2t=1.2mm Z2/2=1.1t=1.1mm Z3/2=t=1mm 3.1.2 拉深模的圓角半徑 凸模、凹模的選用在制件拉深過程中有著很大的作用。凸模圓角半徑的選用可以大些，這樣會減低板料繞凸模的彎曲拉應(yīng)力，工件不易被拉裂，極限拉深因數(shù)會變小些；凹模的圓角半徑也可以選大些，這樣沿凹模圓角部分的流動阻力就會小些，拉深力也會減小，極限拉深因數(shù)也會相應(yīng)減小。但是凸、凹模的圓角半徑也不易過大，過大的圓角半徑，就會減少板料與凸模和凹模端面的接觸面積及壓邊圈的壓料面積，板料懸空面積增大，容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。 拉深凸凹模的圓角半徑已有前面計算得出結(jié)果： 　 3.1.3 凸凹模工作部分的尺寸和公差 圖 3-1 凸 凹 模 （1）沖裁凸凹模刃口的尺寸計算 該圓形零件，無特殊要求，屬一般落料件，內(nèi)形，由表查得其公差為 mm，查表得2.32[3]得Zmin=0.07㎜，Zmax=0.09㎜ 則： Zmax-Zmin=（0.09-0.07）㎜=0.02㎜ 由公差表查得為IT10級，取X=1㎜ 該凸凹模分別按IT6級和IT7級加工制造，則： =（Dmax-X）== == 核查0.016㎜+0.025㎜=0.041＞0.01㎜，不能滿足間隙公差條件，因此只有縮小，提高制造精度才能保證間隙合理。 取： 故： （2）計算拉深凸凹模刃口尺寸 ①拉深模的圓角半徑，凸凹模的圓角半徑按表選取：凸模的圓角半徑 ②拉深默的間隙由查表得拉深模的單位間隙Z/2=1.1t=1.1×1=1.1㎜ 則拉深模的間隙： Z=2×1.1=2.2㎜ ③凸凹模工作部分的尺寸和公差由于工件要求外形尺寸，則以凹模為設(shè)計基準(zhǔn)，凹模尺寸計算見表4.29[1] ，間隙取在凸模上，則凹模的尺寸按表4.29[1]計算 代入上式，則凸模尺寸為： ④確定凸模的通氣孔由表4.32查得凸模通氣孔的直徑為5mm。 3.1.4 選用模架、確定閉合高度及總體尺寸 由于拉深凹模外形尺寸較大，為了工作過程穩(wěn)定，選用中間導(dǎo)柱模架。再按其標(biāo)準(zhǔn)選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸見表3-1。 表3-1 模架規(guī)格選用 名稱 尺寸 材料 熱處理 上模座 160x160x40 HT200 下模座 160x160x45 HT200 導(dǎo)柱 28x35、32x150 20 滲碳58～62 導(dǎo)套 28x100x38、32x100x38 20 滲碳58～62 Hmin=160mm,Hmax=200mm 模具的閉合高度H閉=H上+H凹+H壓+H下=40+100+35+45=220mm 式中：H凹—凹模厚度，H凹=100mm； 　　　H壓—壓邊圈的厚度，H壓＝35mm； 　 由此可見模具的實際閉合高度遠遠大于所采用模架的最大閉合高度。查標(biāo)準(zhǔn)件的資料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)模具的實際閉合高度還是遠遠大于其它標(biāo)準(zhǔn)的最大閉合高度。所以此制件不能采用標(biāo)準(zhǔn)模架。 為了節(jié)省加工時間，只有在模具標(biāo)準(zhǔn)模架的基礎(chǔ)上進行修改。因為模具的封閉高度H應(yīng)該介于壓力機的最大封閉高度Hmax和最小封閉高度Hmin之間，一般?。篐max-5mm≥H≥Hmin+10mm 由此可以看出，要想讓制件順利加工和從模具上取出，只有使模具有足夠的封閉高度： Hmax≥H+5mm=220+5=225mm Hmin≤H-10mm=220-10=210mm 要使模具具有足夠的封閉高度，只有改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度： 導(dǎo)柱：28x50、32x180； 導(dǎo)套：28x120x50、32x120x50 為了使模座有足夠的強度，上，下模座的厚度應(yīng)該再增加一些。 3.2 模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.2.1 拉深凹模 圖3-2 凹 模 內(nèi)、外形尺寸和厚度已由前面的計算確定；拉深凹模需要有三個以上的螺釘與上模座固定，還需要兩個與上模座同時加工的銷釘孔。 3.2.2 拉深凸模 圖3-3 凸模 拉深凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的計算確定。它需要三個以上的螺紋孔，以便與下模座固定。拉深凸模上一般開有出氣孔，這樣會使卸件容易些，否則凸模與工件由于真空狀態(tài)而無法卸件。查表，本凸模出氣孔的直徑為φ5mm　 3.2.3 打料塊 一般與打料桿聯(lián)合使用，屬于剛性卸件裝置，靠兩者的自重把工件打出來。打料塊與拉深凹模間隙配合。 3.2.4 壓邊圈 圖3-4 壓邊圈 在拉深工序中，為保證拉深件的表面質(zhì)量，防止拉深過程中材料的起皺，常采用壓邊圈用合適的壓邊力使毛坯的變形區(qū)部分被壓在凹模平面上，并使毛坯從壓邊圈與凹模平面之間的縫隙中通過，從而制止毛坯的起皺現(xiàn)象。 壓邊圈的內(nèi)形與拉深凸模間隙配合，外形套有半成品制件。一般與頂料桿(三根以上)、橡皮等構(gòu)成彈性卸料系統(tǒng)。 3.2.5 導(dǎo)柱、導(dǎo)套 對于生產(chǎn)批量大、要求模具壽命高的模具，一般采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套來保證上、下模的導(dǎo)向精度。導(dǎo)柱、導(dǎo)套在模具中主要起導(dǎo)向作用。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質(zhì)、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。因為本制件的厚度為1mm，所以采用H7/f6。 3.2.6 其他零件 模具其他零件的選用見表3-2． 表3-2 模具其他零件的選用 序號 名稱 數(shù)量 材料 規(guī)格/ mm 熱處理 1 上模座 1 HT200 160x160x40 2 銷釘 2 40Cr φ25×90　 3 打桿 1 40 φ25×80 40～45HRC 4 螺釘 4 45 M24×54 5 打料塊 1 40 φ72×40 40～45HRC 6 凹模 1 Cr12 160×160×100 60～62HRC 7 導(dǎo)套 2 20 28x120x50 滲碳58～62HRC 8 導(dǎo)柱 2 20 28x50 滲碳58～62HRC 9 下模座 1 HT200 160x160x45 10 壓邊圈 1 45 φ73×35 56～58HRC 11 卸料螺釘 3 40Cr M20×100 30～35HRC 12 凸模 1 T10A φ72.7×40 60～62HRC 13 螺釘 3 45 M24×60 14 頂桿 3 T8A M20×450 40～45HRC 15 導(dǎo)套 2 20 32x120x50 滲碳58～62HRC 16 導(dǎo)柱 2 20 90×670 滲碳58～62HRC 3.3 模具總裝圖 圖 3-5 模具裝配圖 由以上設(shè)計，可得到模具的總裝圖，其工作過程是：模具在工作時，將前一道工序拉深后所得的半成品坯件套在壓邊圈上。凹模裝在上模，凸模裝在下模。待凹模隨上模下降時，首先將坯件壓住，然后坯件和壓邊圈同時向下推，凸模逐漸露出壓邊圈，而將坯料上端一部分材料壓入凹模內(nèi)，使坯件在凸、凹模作用下，產(chǎn)生塑性變形而制成所要求的零件。 當(dāng)凹模隨上?；厣龝r，零件制品在打料塊及打料桿的作用下，將其從凹模內(nèi)推出。而壓邊圈在緩沖器系統(tǒng)作用下又回到原位，準(zhǔn)備下一次拉深。 結(jié)束語 深圓筒件屬于簡單拉深件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計算確定本制件是多次拉深成的，然后相應(yīng)選取各次拉深時的壓力機。本設(shè)計主要是最后一次拉深模具設(shè)計，需要計算拉深時的間隙、工作零件的圓角半徑、尺寸和公差，并且還需要確定模具的總體尺寸和模具零件的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)上面的設(shè)計繪出模具的總裝圖。 由于在零件制造前進行了預(yù)測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。 深圓筒件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡單，但是高度太高不適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架。要保證零件的順利加工和取件，必須有足夠的高度，因此需要改變導(dǎo)柱、導(dǎo)套的長度，以達到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡單，它可以相應(yīng)的簡化了模具結(jié)構(gòu)。便以以后的操作、調(diào)整和維護。 深圓筒模具的設(shè)計，是理論知識與實踐有機的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認(rèn)識到，要想做為一名合理的模具設(shè)計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識應(yīng)用到實踐中去，并堅持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國民經(jīng)濟的騰飛做出應(yīng)有的貢獻。 致 謝 首先感謝本人的導(dǎo)師原紅玲老師，她對我的仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。原紅玲老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！ 感謝母?！幽蠙C電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。 感謝和我在一起進行課題研究的同窗廖文龍同學(xué)，和他在一起討論、研究使我受益非淺。 最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！ 參考文獻： [1] 陳錫棟、周小玉主編.實用模具技術(shù)手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2001 [2] 李紹林、馬長福主編.實用模具技術(shù)手冊.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998 [3] 許發(fā)樾主編.實用模具設(shè)計與制造手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2000 [4] 楊玉英主編.實用沖壓工藝及模具設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 [5] 模具實用技術(shù)叢書編委會.沖壓設(shè)計應(yīng)用實例.北京：機械工業(yè)出版社.1999 [6] 翟德梅主編.模具制造技術(shù).河南機電高等專科學(xué)校 [7] 王芳主編.冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo). 北京：機械工業(yè)出版社，1998 [8] 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