圓筒形件正反拉深模

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1、四川大學本科畢業(yè)論文 對我國小額信貸公司發(fā)展轉型的思考 本科生畢業(yè)論文（設計） 題 目 圓筒形件正反拉深模 學 院 　 專 業(yè) 　 學生姓名 學 號 年級 指導教師 二Ο一一 年 六

2、 月 二 日 [鍵入文字] 四川大學本科畢業(yè)設計 圓筒形件正反拉深模 圓筒形件正反拉深模 專業(yè)：機械設計制造及自動化 學生：鐘磊 指導教師：胡曉兵 摘要：隨著中國工業(yè)的不斷發(fā)展，模具行業(yè)顯得越來越重要。通過對圓筒形件的成型特點和成型方式進行研究，設計圓筒形件正反拉深模。首先對零件進行加工工藝性分析，通過擬定加工方案，計算毛坯尺寸，確定拉深系數，最后采用落料、正向拉深，反向拉深復合模；對材料的排樣做出合理的布置，使材料達到較高的利用率；在落料、

3、正反拉深的過程中，計算了具體的工藝力，具體包括落料力，卸料力、壓邊力、拉深力、頂料力等，并對壓力機進行合理的噸位選擇。 復合模在結構上采用正裝形式，根據要求計算出各個工序工作部分的尺寸，并對各個工作部件進行了合理的結構設計；同時通過計算機輔助設計（CAD）繪制了模具的實體模型和裝配圖，以及利用計算機輔助工程（CAE）對結構進行相關的應力分析等，使結構設計和選材更加合理。對模具的閉合高度進行了合理的確定；對壓力機的電動機也進行了功率校核并提出了潤滑的附加工序，使拉深能順利完成. 該復合模的設計和應用，能夠縮短生產周期，提高生產率，降低生產成本，獲得良好的經濟效益。 關鍵詞: 圓筒形件 復

4、合模具 正反拉深 The drawing and reverse drawing dies of the cylindrical workpiece Major: Mechanical Design, Manufacturing and Automation Student: ZhongLei Supervisor: Hu Xiaobing Abstract: With the continuous development of Chinese industry, Mould industry plays a more and more important role. By

5、doing research about the forming characteristics and ways of forming of the cylindrical workpiece, design the drawing and reverse drawing dies of the cylindrical workpiece. Firstly, analyse the manufacturability of the parts, by studying out the processing scheme and calculating the dimensions of th

6、e workblank , determining the drawing coefficient, finally by blanking, drawing dies and reverse drawing dies to draw the compound dies. Arrange the layout of the material reasonably so as to use the material fully. In the process of blanking ,drawing dies and reverse drawing dies, calculate the det

7、ailed manufacturability forces, including blanking force, unloading force, blank-holder force, drawing force, ejector force, etc. in addition, make a reasonable choice of the punching machine ‘s tonnage. Use the right-handed way for the structure of the compound die, calculate the dimensions of eve

8、ry part of the process upon request and design the reasonable structure of every workpiece. In order to make the structure design and material selection more reasonable, Draw the physical model and the assembly drawing of the model using the CAD, as well as analyse the stress related to the structur

9、e by using CAE, etc. Determine the shut height of the mould reasonably. In order to make the drawing successfully completed, we conduct a power check on the motor of the punching machine. The design and application of this compound die can shorten the production cycle, improve the productivity , re

10、duce the production costs and acquire good economical benefit. Key words：cylindrical workpiece compound die drawing and reverse drawing I 目錄 1.緒論 1 1.1課題研究的背景 1 1.2模具的現狀及發(fā)展 1 1.2.1國內模具的現狀及發(fā)展 1 1.2.2國外模具的現狀及發(fā)展 2 1.2.3拉深模的現狀及發(fā)展 3 1.3課題研究的內容及方法 3 2.確定工藝方案及尺寸參數 4 2.1分析零件的工藝性 4 2.2確定工藝

11、方案 4 2.3毛坯尺寸的計算 5 2.4拉深系數及拉深次數 7 2.4.1正拉深 7 2.4.2反拉深 8 2.5 確定排樣、裁剪方案 8 2.6中間工序尺寸的確定 9 2.7 計算工藝力、初選設備 10 2.7.1落料、正向拉深過程 10 2.7.2反拉深過程 12 2.7.3拉深功的計算 12 2.7.4初選壓力機 13 3.模具尺寸結構設計 13 3.1模具結構形式的選擇 13 3.2模具工作部分尺寸的計算 14 3.2.1落料 14 3.2.2正拉深 15 3.2.3反拉深 16 3.3模架的選用 16 3.4模具的閉合高度 17 3.5壓力中

12、心的確定 17 3.6模具主要零件的結構設計 18 3.6.1落料凹模 18 3.6.2凸凹模 19 3.6.3反拉深凸模 19 3.6.4反拉深凹模 20 3.6.5彈性卸料板 21 3.6.6上墊板 23 3.6.7壓邊圈 24 3.6.8凹模固定板 26 4.模具的整體安裝 27 4.1模具的總裝配 27 4.2模具零件 27 4.3選定沖壓設備 27 4.3.1壓力機的規(guī)格 27 4.3.2校核壓力機的安裝尺寸 27 4.3.3電動機功率的校核 27 4.4附加工序的確定 28 4.4.1中間退火 28 4.4.2酸洗 28 4.4.3潤滑 28

13、 4.5模具工作過程 29 5.計算機CAD/CAE的應用 32 5.1三維可視化結構設計 32 5.2虛擬裝配與干涉檢查 33 5.3應力分析 34 6.總結 37 參考文獻 38 1.緒論 1.1課題研究的背景 模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備，在機械、儀表、電子、通訊、汽車和航空航天等產品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生產的制件所達到的精度、復雜程度以及一致性都比其他加工工藝要具有更高的優(yōu)勢。由于模具成型的制件具有高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗等這些優(yōu)點，使得模具工業(yè)在制造業(yè)中越來越處于重要地位。 模具以成為一些國家工業(yè)產品的發(fā)展

14、和增強市場競爭力的可靠的技術基礎。日本把模具視為“進入富裕時代的原動力”，歐洲則把模具工業(yè)稱為“金屬加工工業(yè)的帝王”，是“其他工業(yè)的入門”。各國對模具工業(yè)的發(fā)展非常重視，模具制造也擺脫從屬地位，發(fā)展成為獨立的、專業(yè)化模具生產體系，在國民經濟發(fā)展中扮演者很重要的角色[1]。 1.2模具的現狀及發(fā)展 1.2.1國內模具的現狀及發(fā)展 20世紀80年代以來，我國模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。國民經濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大的動力。這些年來，我國的模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展。在模具工業(yè)總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6

15、%，其他各類模具約占11%。 由于模具發(fā)展的良好勢頭以及國家的重視，使得國內一些大學在國家政策和一些企業(yè)的支持下，成立相應的模具研究中心以及與模具相關的專業(yè)，進行了多種模具的研究和設計以及模具教學等工作。例如，1994年，國家在上海交通大學建立模具工程研究中心，在鄭州工學院建立的橡塑模具國家工程研究中心等，對沖壓模、級進模、塑料模、壓鑄模、橡膠模、玻璃模、擠壓模進行了相關的研究，使得我國模具設計制造水平有了很大的提高，帶來了較大的社會和經濟效益，并且提高了我國的模具特別是中、低檔模具在國際市場上的占有率，模具出口前景很好[2]。 雖然我國在模具方面已經取得了比較不錯的成績，但是就模具發(fā)展的

16、現狀來說，不是那么可觀，與國際水平和工業(yè)先進國家存在著較大的差距。尤其是在精密、大型、復雜、長壽命模具方面，技術實力顯得過于薄弱。我國現在每年還要從境外進口20多億美元的模具，這些大都是國內尚不能自行生產的高中檔模具。國內中高檔模具的自配率只占50%左右；大型、復雜、精密、長壽命等技術含量較高的模具只占到模具總量的30%左右；我國模具行業(yè)全員勞動生產率還較低，平均只有15萬元/人·年左右；模具商品化和模具標準件使用覆蓋率也較低，只有50%左右；模具生產專業(yè)化水平還較低，這些都說明我國的模具工業(yè)還不夠強大。 雖然，我國模具行業(yè)的發(fā)展有些不利因素，但總體來說，還是有利因素大于不利因素的。因為，我

17、國經濟現在處于高速發(fā)展時期，經濟全球化發(fā)展的趨勢日趨顯著，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的平臺。一方面國內模具市場將持續(xù)高速發(fā)展，另一方面是國際上將模具制造逐漸向我國轉移的趨勢和跨國集團到我國進行模具的國際采購十分明顯，這些都將大幅度的提高我國模具制造業(yè)的水平[3]。 1.2.2國外模具的現狀及發(fā)展 與我國模具工業(yè)發(fā)展相比，國外模具發(fā)展存在著多方面的優(yōu)勢，在先進的工業(yè)水平和高的設計、制造水平等因素的影響下，國外模具不論是在設計、制造以及銷售等方面都存在著很大的發(fā)展優(yōu)勢。 根據國際生產協會預測，工業(yè)零件粗加工的75%、精加工的50%都將由模具成型完成。目前，美、日、聯邦德國等國的模具工

18、業(yè)的產值，均已超過機床工業(yè)總產值。日本從1957-1984年的二十多年中，模具工業(yè)增長了100倍，是世界最大的模具輸出國。 高新技術在歐、美、日模具企業(yè)得到了廣泛的應用，歐美許多模具企業(yè)的生產制造水平，在國際上是一流的。將高新技術應用于模具設計與制造，是國外模具發(fā)展大型、復雜、精密等優(yōu)質模具的重要保障。國外模具發(fā)展集中于以下幾個方面： 1）繼續(xù)CAD/CAE/CAM的開發(fā)和廣泛的應用，顯示了信息技術帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。在CAD應用方面，不僅可以完成二維圖紙，也可以實現三維設計，可以在設計時進行裝配干涉檢查，保證設計和工藝的合理性。在設計中采用CAE分析軟件，可以模擬金屬變形過程，分

19、析應力應變的分布，預測破裂、起皺和回彈等缺陷。 2）模具結構向大型、復雜、精密、高效、柔性化和機電一體化方向發(fā)展。在沖模方面，國外發(fā)展的多工位級進模具多達50個工位。在級進模具基礎上發(fā)展多功能模具，能夠完成多種加工工藝的要求，大大縮減了生產和裝配周期。 3）模具制造技術由技能密集向技術密集過渡。國外通過采用高效精密機床和測試裝置，推進新的制模技術。NC、CNC、MC等設備的投入使用，使模具生產效率和質量從依賴模具鉗工手藝逐步轉移到主要依靠于各種加工設備的功能和精度，確保模具精度的再現性和重復性。模具的拋光是模具制造典型的一個工藝環(huán)節(jié)，日本正在研究使用機器人自動拋光并開發(fā)磁石研磨工具。美國、

20、日本還用激光加工疊層模，并開發(fā)了適用于鋼、鋁、鈦、陶瓷等各種硬、軟質材料的加工設備。三維坐標測量機、光學投影比較儀、已用于模具精密測試。激光測量器、統計法質量控制系統和對零部件進行無接觸測量用的視頻檢測系統等新技術也正在開發(fā)之中。 4）模具材料向綜合性能高、專專用性能好、系列化方向發(fā)展。隨著模具結構日趨精密、復雜、長壽命，因此對模具材料的耐磨性、耐高溫性、強度和韌性、切削加工性、精度保持性等方面的要求越來越高。研究和發(fā)展適應多種工作條件的新型高壽命的模具材料，已成為先進工業(yè)國家的主要技術動向之一。在模具熱處理方面，國外也大力的開發(fā)和應用了一些新的熱處理工藝，如化學氣相沉積、物理氣相沉積、激光

21、淬火等技術[4]。 1.2.3拉深模的現狀及發(fā)展 拉深模在沖壓生產中具有舉足輕重的作用，拉深模不僅可以加工旋轉體零件、盒形件及其他形狀復雜的薄壁零件，還可以與其他沖壓成型工藝相結合，制造極為復雜的零件，它廣泛用于汽車、電子、儀表、兵器、航空航天等各類工業(yè)部門和日常生活用品的生產。 我國在拉深模方面已經取得了比較可喜的成績，但就拉深模的現狀來說，與國際水平和工業(yè)先進國家存在著較大的差距，尤其是在精密、大型、復雜、長壽命拉深模方面，技術實力顯得過于薄弱。我國現在每年還要從歐美日等地區(qū)或國家進口拉深模具，這些大都是國內尚不能自行生產的高中檔拉深模具。 拉深模的發(fā)展方向主要體現在以下幾個方面：

22、 1）拉深模材料向綜合性能高、切削性能好、以及系列化方向發(fā)展。新的模具表面處理工藝得到了相應的開發(fā)和應用。 2）拉深模的設計將繼續(xù)廣泛采用現代信息處理技術，例如CAD/CAE/CAM，這些技術的開發(fā)和應用，同時三維可視化設計、虛擬加工以及裝配，都最大限度的節(jié)約了人力和物力，大大的縮短了模具的設計、生產制造周期，減少了生產成本，提高了經濟效益。 3）數控技術的開發(fā)和廣泛應用，將極大的提高拉深模的生產制造水平，從而可進行高精度、高復雜程度的拉深模具的加工制造。 1.3課題研究的內容及方法 本課題研究內容主要是針對圓筒形件的結構以及成型特點進行分析，根據制件的整體要求，設計出合理的正反

23、拉深復合模具，以滿足圓筒形件生產的要求，同時又要縮短模具的生產制造周期，以保持良好的經濟效益。 本課題研究方法主要是根據國內外模具發(fā)展的特點以及發(fā)展的趨勢，根據所要求加工的圓筒形件的結構和參數，進行合理的尺寸計算以及結構設計。主要研究方法可分為以下幾個部分： 首先，對圓筒形件的結構和尺寸參數就行分析，確定是否適合于拉深成型加工； 其次，在對工藝性進行合理的分析之后，需要確定加工工藝方案、計算出各部分工序的工藝參數，主要包括計算毛坯尺寸、拉深系數、各個工序所需的工藝力以及各個工作部分的尺寸參數、根據所需工藝力的大小，進行初選壓力機； 再次，根據工作部分的尺寸以及結構要求，同時參考國家模具

24、工業(yè)標準，利用計算機輔助設計（CAD），進行各個零件的結構設計以及進行三維可視化的虛擬裝配和干涉檢查；利用計算機輔助工程（CAE）軟件，進行應力分析，以便使結構設計和材料選擇更加合理。 最后，確定附加工序、選定沖壓設備，繪制出模具的整體裝配圖，完成設計。 37 2.確定工藝方案及尺寸參數 2.1分析零件的工藝性 圖2.1 零件圖 圖2.1 為圓筒形零件，落料為圓形毛坯，具有良好的工藝性。材料為10F鋼，其厚度為1.00mm，一般精度要求。10鋼屬于優(yōu)質碳素結構鋼，具有較高的塑性和良好的拉深成型性能。在零件圖上，制件為中小型零件，尺寸φ108-1.000為IT14級，其余尺寸為標

25、注公差，可以按照自由公差計算和處理。零件為軸對稱旋轉體，且DF/d，h/d都不太大，拉深工藝性較好，圓角半徑R3，R6都大于等于兩倍料厚，適合于拉深成型。 根據以上分析可得，圓筒形件的沖壓生產要用到沖壓的基本工序有：落料、拉深（拉深次數可能為多次），若考慮為大批量生產，為了縮短生產周期，減少成本，提高生產效率，可以將落料，正反拉深等工序設計在同一副復合模具中。 2.2確定工藝方案 根據以上分析，該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序：落料、正向拉深和反向拉深。由這些基本工序，可以擬出以下幾種工藝方案： 方案一 落料、正向拉深和反向拉深全都在同一個復合模具中一次加工成型。 方案二

26、 落料和正向拉深在復合模具中加工成半成品，再在單工序模具上進行反向拉深。 方案三 先落料、再正向拉深，最后進行反向拉深，以后的三個工序都在單工序模具中完成。 方案四 采用帶料連續(xù)拉深，或在多工位自動壓力機上沖壓、拉深成型。 分析比較上述四種方案，可以得出： 方案一：此方案三個工序很好的集中在一副模具中一次加工成所需的制件形狀，使得生產率有了很大的提高，同時也保證了制件所需的尺寸精度以及加工要求；沒有中間取放零件的過程，節(jié)約了生產時間；在落料時，板材出于受壓狀態(tài)，零件表面平整；模具結構非常緊湊，外廓尺寸比較小，但是模具結構和裝配較復雜。 方案二：采用了落料與正向拉深的復合模，提高了

27、生產率，對落料以及正向拉深的精度也比較高；反向拉深工序在單工序模具上完成，使得最后得到的制件精度會有所降低；中間多了一步取件和再安裝的過程，使得生產率降低。 方案三：采用了三個單工序進行制件的加工，模具結構比較簡單，制造容易，制造成本低；結構簡單，引起定位誤差比較大；單工序模具一般無導向裝置，模具安裝調整不方便；中間需兩步取件過程，使得生產效率降低，同時也不利于保證制件的加工精度。 方案四：采用帶料連續(xù)拉深或者多工位自動壓力機沖壓、拉深，可以獲得很高的加工精度和生產效率；操作簡單、安全；但這一方案需要專用的壓力機或自動送料機構，模具的結構比較復雜，制造周期長，成本較高。 根據設計需要和生

28、產經驗，綜合考慮以上四種方案，方案一最為合適。即落料、正向拉深、反向拉深在同一副復合模具中一次加工完成，這樣既能保證制件大批量生產的高效率，又能保證制件的加工精度，而且成本較低，經濟合理。 2.3毛坯尺寸的計算 由于板料在軋制或退火時所產生的聚合組織而使材料引起殘存的各向異性，以及材料在各個方向上的流動阻力的不同，毛坯經拉深后，尤其是經多次拉深后，拉深件的口部或凸緣一般都不平齊，需要進行切邊。另外，如果板料本身的金屬結構組織不均勻，模具間隙不均勻、潤滑不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現象，因此就必須在拉深后的零件口部和外緣進行切邊處理，這樣在計算毛坯尺寸的時候就必須加上切邊余量后

29、，然后再進行毛坯的展開尺寸計算。根據零件的尺寸取切邊余量為6 mm。 在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當的工藝措施，則其厚度的變化量并不大。在設計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變化。同時，由于金屬在塑性變形過程中保持體積不變，因而，在計算拉深件毛坯展開尺寸時，可以認為在變形前后的毛坯和拉深件的表面積相等。 毛坯計算方法可分為：查表計算法和解析計算法[5-10]。 由于該旋轉零件不是簡單結構，可以采用解析法求得。旋轉體拉深件的毛坯尺寸，可根據計算旋轉體表面積的定理求得：任何形狀的母線，繞軸線旋轉一周得到的旋轉體的表面積，等于該母線的長度與其重心繞該軸旋轉軌跡

30、的長度（即母線重心繞該軸所畫出的圓周長）的乘積，即： F=2πRsL 式中 F——旋轉體的表面積（mm2）； Rs——旋轉體母線的重心到旋轉軸線的距離（mm）； L——旋轉體母線的長度（mm）。 毛坯的面積與旋轉體的表面積相等，則 由 πD2/4=2πRsL 得 D== 式中 l——單元母線的長度（mm）； r——單元母線的重心到旋轉軸的距離（mm）。 用解析法求毛坯尺寸的過程如下： 1）畫出拉深件壁厚的輪廓（包括切邊余量），并將其分解為由直線段和圓弧段構成的單元母線 2）找出每一單元的重心。 3）求出個單元母線的長度l1、l2、… ln。 4）求出個單元母線

31、的長度與其重心到旋轉軸的距離的乘積的代數和： 5）出毛坯的直徑： D== 根據以上的計算公式、零件圖上已知尺寸以及切邊余量，可以求出： D=178mm 由于設計的零件要在一個復合模具中完成正向和反向拉深，因此中間有一個正向拉深轉反向拉深的過程，因此可以把這兩步分開來計算中間尺寸。 由參考文獻[5]中表4-4可查得公式： D= 或 D= 其中 D=178mm d=107mm d1=94mm d2=120mm r1=6.5mm r2=6.5mm H=35mm h=23mm 根據上述公式和已知參數，通過計算可以得到中間過程的凸緣直徑： d3=138m

32、m 中間過程的零件如下圖所示： 圖3.1 中間過程零件圖 2.4拉深系數及拉深次數 拉深系數是指拉深前后拉深件筒部直徑（或半成品筒部直徑）與毛坯直徑（半成品直徑）的比值。有些部件只需一次拉伸成型，有些則需要多次拉深才能得到所要的制件形狀。 拉深系數可以用來表示拉深時材料的變形程度，拉深系數m的數值越小，則變形程度越大，越不易于一次成型[5]。 在考慮拉深的變形程度時，必須使毛坯在變形過程中的應力不超過材料的變形極限，同時還應能充分利用材料的塑性。也就是在每次拉深工序上，應在毛坯側壁強度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。 極限拉深系數值可以通過理論計算的方法

33、確定。即使在傳力區(qū)域的最大拉應力與在危險斷面上的抗拉強度相等，便可求出最小拉深系數的理論值，此值為極限拉深系數。但在實際的生產過程中，極限拉深系數一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法得出，也可通過查表的方式來取值[7-10]。 由于該制件需要正反拉深兩個過程，因此可以分別計算其拉深系數來確定拉深次數。 2.4.1正拉深 對于正拉深，其實際的拉深系數為： m=d/D=107/178=0.6 材料的相對厚度為： t/d*100=1/178*100=0.56 凸緣的相對直徑為： df/d1=142/107=1.33 凸緣的相對高度為： h/d=40/107=0.37 由以上計算

34、結構，根據參考文獻[5]表4-10和表4-9查出： mmin=0.51 (h/d)max=0.46 根據以上數據可以看出，凸緣的相對高度0.37小于最大相對高度0.46，且實際拉深系數0.6大于最小極限拉深系數0.51，所以正拉深過程可以一次拉深成型。 2.4.2反拉深 對于反拉深，其實際的拉深系數為： m=d/D=79/107=0.74 材料的相對厚度為： t/d*100=1/142*100=0.70 凸緣的相對直徑為： df/d1=107/79=1.35 凸緣的相對高度為： h/d=35.5/79=0.45 由以上計算結構，根據參考文獻[5]表4-10和表4-9查

35、出： mmin=0.5 (h/d)max=0.48 根據以上數據可以看出，凸緣的相對高度0.45小于最大相對高度0.48，且實際拉深系數0.74大于最小極限拉深系數0.5，所以反拉深過程也可以一次拉伸成型。 2.5確定排樣、裁剪方案 在沖壓落料的工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量 生產中，較好的確定沖壓件的形狀尺寸和合理的排樣是降低成本的有效措施之一。 由于材料的經濟利用直接決定于沖壓件的制造方案和排樣方式，所以在沖壓生產中， 可以按照工件在板料上排樣的合理程度：即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比作為衡量排樣合理性的指標。 在沖裁

36、時制件與制件之間、制件與板料或條料邊緣之間的余料被稱為搭邊。搭邊的作用是：補償定位誤差，保證沖出合格的制件；保持條料具有一定的剛性，便于送料； 保護模具，以免模具過早的磨損而報廢；同時也提高了生產效率。 根據零件的尺寸以及參考文獻[5][7-10]可以查?。? 搭邊值為 b=2mm 進距方向為 a=1.2mm 于是有： 進距方向長度H為 H=D+a=178+1.2=179.2mm 條料寬度B1為 B1= D+2b=178+4=182mm 板料的規(guī)格擬用1mm*750mm*1500mm的軋制薄鋼板。由于毛坯面積較大，所以橫裁和縱裁的利用率相同，從送料方便考慮，采用橫裁方案。

37、 裁板條數 n1=A/B=1500/182=8條余43.6mm 每條個數 n2=(B-a)/H=(750-1.2)/179.2=4個余30mm 每板總個數 n=n1*n2=8*4=32個 材料利用率的計算：一個進距內制件的實際面積與所需板料面積之比的百分率，用η表示。 η=F/F0*100%=F/AB*100% 式中 A——在送料方向，排樣圖中相鄰兩個制件對應點的距離（mm）； B——條料寬度（mm）； F——一個步距內制件的實際面積（mm2）； F0——一個步距內所需毛面積（mm2） 由已知數據可得： F=24872mm2 F0=32614.4mm2 故材料利

38、用率為 η=24872/32614.4*100% =76% 2.6中間工序尺寸的確定 整個沖壓過程包括落料、正拉深以及反拉深三個過程，在正反拉深過程中，由于是一次沖壓成型，所以各次拉深的凸、凹模圓角尺寸必需與制件要求相一致，則： 正拉深凸模圓角半徑為6mm 正拉深凹模圓角半徑為6mm 正拉深高度為36mm 反拉深凸模圓角半徑為3mm 反拉深凹模圓角半徑為6mm 反拉深高度為36mm 第一個過程為落料和正向拉深，成型后如圖4.1所示： 圖4.1 正向拉深 第二個過程為反向拉深，成型后如圖4.2所示： 圖4.2 反向拉深 2.7計算工藝力、初選設備 2.7.

39、1落料、正向拉深過程 （1）落料力 平刃凸模落料力的計算公式為 P=KLtτ 式中P——沖裁力（N）； L——沖裁件的周邊長度（mm）； t——材料厚度(mm)； τ——材料的抗剪強度(MPa)； K——修正系數。它與沖裁間隙、沖件形式、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等各種因素有關。一般K取1.25-1.3。 在實際應用中，抗剪強度τ的值一般取材料抗拉強度σb的0.7-0.85。為了便于估算，通常取抗剪強度等于該材料抗拉強度σb的0.8。即 τ=0.8σb 因此，該制件的落料力的大小為 P= KLtτ=1.3*559*1*0.8*400 =232544N （2）卸料

40、力 一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響，會使落料件梗塞在凹模內，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上，從凸模上將廢料卸下來所需要的力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料的力學性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。精確計算卸料力的大小是很困難的，一般采用下列經驗公式計算： 卸料力 F卸=K1*P 式中P——沖裁力（N）； K1——頂件力及卸料力系數，這里K1可取0.04。 由已知數據及上述公式可求得： F卸=9302N （3）正拉深力 帶凸緣圓筒形零件的拉深力常采用經驗公式計算： 首次拉深 P=K1d1tπσb 以后各次拉深 P=K2

41、ditπσb 式中P——拉深力（N）； d1、di——第一次、以后各次拉深后的筒部直徑（mm）； t——材料厚度（mm）； σb——材料的強度極限（MPa）； K1、K2——修正系數，可將修正系數K1取為0.86。 由于此零件正向拉深只需一次就可成型，故只采用首次拉深經驗公式求出正向拉深力。將已知尺寸參數和材料的強度極限值代入上式，可求出： P=117737N （4）壓邊力 在進行拉深時，有許多因素會影響到拉深件的質量，甚至影響到拉深工藝能否順利完成。常見的拉深工藝問題主要是平面凸緣部分的起皺和筒壁危險斷面的拉裂。為了保證毛坯在拉深的過程中不產生起皺現象，為此需要施加一定的壓

42、邊力。 根據拉深不起皺的條件： t/D≥0.045（1-m1） 式中 t=1mm 、D=178mm 、m1=0.6 由上述已知參數可知此次正向拉深不滿足拉深不起皺條件，故需用壓邊裝置。 壓邊力的大小對拉深件的質量是有一定影響的：如果過大，就要增加拉深力，可能會使制件拉裂；反之，如果壓邊力過小就會使工件邊緣或者凸緣起皺，所以必須選擇合適的壓邊力。合適的壓邊力范圍一般應以沖件既不起皺，又使得沖件的側壁和口部不至產生顯著的變薄為原則。 壓邊力的大小與很多因素有關，在實際生產中，可以根據近似的經驗公式進行計算。 Q=Fq=π(D2-d2)q/4 式中Q——壓邊力（N）； F——毛坯在

43、壓邊圈上的投影面積（mm2）； q——單位壓邊力（MPa），這里取q=2.5。 D——毛坯直徑（mm）； d——沖件的外徑（mm）； 由已知參數和上述公式，可求得： Q=39289N 2.7.2反拉深過程 （1）反拉深力 通常反拉深力要比正常拉深力大20%[11]。即 F反=1.2πd2tσbK2 式中 d2、t、σb意義同計算正拉深力所代表的參數相同。 K2——修正系數，根據m2=0.74，這里可以取K2=0.91； 由已知參數和上式可以求得： F反=1.2*3.14*81*1*400*0.91 =111096N （2）頂料力 頂料力是將落料件逆著沖裁方向頂出

44、凹模刃口時所需要的力。頂料力的經驗公式為： P頂=K頂P 式中 P頂——頂料力（N）； P——沖裁力（N）； K頂——頂料力系數，其值取為0.06。 由已知參數和上述公式可以求得： P頂=0.06*232544 =13593N 2.7.3拉深功的計算 拉深所需的功可按下式計算： W=CPmaxh/1000 式中Pmax——最大拉深力（N）； h——拉深深度（mm）； W——拉深功（N/m）； C——修正系數，一般取為C=0.6-0.8。 所以 W=0.8*117737*35/1000 =3230 N/m 2.7.4初選壓力機 壓力機噸位大小的選擇，首先要以

45、沖壓工藝所需的變形力為前提，要求設備的名義壓力要大于所需的變形力，而且還需要一定的壓力儲備。從提高設備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設備的壽命的觀點出發(fā)，要求設備容量有較大的剩余[12]。 在此次設計中，所需的總壓力為 F= F落+F正+F反+F壓+F卸+F頂 =232.544+117.737+111.096+39.289+9.32+13.593 =523.5kN 由于該制件是中小型零件，且精度要求不高，因此選用開始可傾壓力機，它具有工作臺三面敞開，操作方便，成本低廉的優(yōu)點。由于沖裁、拉深復合模的壓力行程特點是在開始階段即需要很大的壓力，而在拉深階段所需要的反倒比較小。因此按總壓力

46、來選取壓力機，很可能出現總的壓力滿足要求，但是在開始階段沖裁時已經超載。同時，選用拉深壓力機還應該對拉深功進行校核，否則會出現壓力機在力的大小滿足要求，但是功率可能過載，飛輪轉速降低，從而引起電動機轉速降低過大，損壞電動機。因此精確確定壓力機壓力應該根據壓力機說明書中給出的允許工作負荷曲線，并校核功率。但是在一般條件下，可以根據生產車間的實際條件，在現有壓力機中選取。在這里根據總壓力為523.5kN，從參考文獻[6]中提供的壓力機公稱壓力序列中選取1000 kN的壓力機，型號為J23-100。 3.模具尺寸結構設計 3.1 模具結構形式的選擇 采用落料、拉深復合模具，首先要考慮落料凸模（

47、兼拉深凹模）的厚度是否過薄。經計算可的出該圓筒形件的凹凸模壁厚為： b=(178-108)/2=35mm 壁厚能夠保證足夠的強度，故采用復合模。模具的落料部分可以采用正裝式，正拉深部分采用反裝式，反拉深部分采用正裝式。模座下的緩沖器（彈簧、橡膠、氮氣彈簧）能夠同時提供壓邊力和頂件力；結構還設置有彈簧卸料板以及彈性頂件裝置。這種結構的優(yōu)點是操作方便和安全，出件暢通，能夠保證制件的生產精度，生產效率高。 彈性卸料板有敞開的工作空間、操作方便、生產效率高、沖壓前對毛坯有壓緊作用，沖壓后使廢料能夠平穩(wěn)的從凸凹模上平穩(wěn)卸下，從而使沖裁件較為平整。其缺點是由于受彈簧、橡膠等零件的限制，需要較大的安裝

48、空間，也使結構變的較為復雜，可靠性與安全性不及剛性卸料板，且卸料力較小。剛性卸料板用螺釘和銷釘固定在凹模上，能承受較大的卸料力，其卸料可靠、安全、但操做不便，生產效率不高[8]。 根據已上對彈性和剛性兩種卸料裝置的分析和制件的生產要求，該卸料裝置采用彈性卸料裝置。 模架的選擇，從導向精度和運動平穩(wěn)性以及具體規(guī)格考慮，可以采用的四導柱模架， (GB/T2851.7-1990)。 3.2 模具工作部分尺寸的計算 3.2.1 落料 沖裁模刃口多為直角，故沖裁模刃口尺寸是指沖裁后所得到毛坯光潔而平滑的表面的 尺寸，所以落料件的外徑應等于凹模內徑尺寸，沖孔件的內徑尺寸應等于沖頭的外徑尺

49、寸。 模具兩刃口的尺寸總有一個作為基準尺寸。在設計和制造模具時，可根據工件的精度要求， 決定把凸?；蛘甙寄烧咧蛔鳛榛鶞食叽?，把間隙取在另外的模具上。故在本設計中，將落料凹模作為基準。模具工作部分在加工時要注意經濟上的合理性，精度太高，則制造困難，成本高；精度過低，則不利于保證制件的精度要求，造成模具或者制件的不合格。因此，模具的加工精度應根據制件的精度要求來確定。 沖裁件的尺寸精度取決于凸、凹模刃口部分的尺寸。沖裁間隙的合理也是要靠凸、凹模刃口部分的尺寸來保證和實現的。所以在確定刃口部分的尺寸時相當重要的。在決定模具刃口尺寸及制造公差時，需考慮以下幾點原則： 1） 落料時，落料件尺

50、寸決定于凹模尺寸，以凹模為基準，間隙取在凸模上，沖裁 間隙通過減小凸模刃口的尺寸來獲得。 2）沖孔時，沖孔件尺寸決定于凸模尺寸，以凸模為基準，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口的尺寸來計算。 3）在確定模具刃口制造公差時，要既能保證工件的精度要求，又要保證合理的間隙數值。一般模具制造精度比工件精度高2-4級[12]。 落料凸、凹模刃口尺寸計算： Dd=(Dmax-x△)0+δd Dp=( Dd-Zmin)0-δp=(Dmax- x△- Zmin) 0-δp 式中 Dd——落料凹模直徑（mm）； Dp——落料凸模直徑（mm）； Dmax——落料件最大極限尺寸（mm）；

51、△——制件公差； x——磨損系數。其值與沖裁件制造精度有關，一般： 當沖裁件的精度在IT10以上時，x=1； 當沖裁件的精度在IT11-IT13時，x=0.75； 當沖裁件的精度在IT14時，取x=0.5； δd、δp——凹模、凸模的制造偏差，一般取IT6-IT7。這里取IT6，其值都為0.025； Zmin——凸凹模最小初始雙面間隙（mm）。 確定沖裁模間隙時，可以采用經驗公式和圖表法。根據參考文獻[5]表2-1，Zmin取為14%t，即Zmin=0.14mm；Zmax=20%t，即Zmax=0.2mm。 所落下的料按未注公差的自由尺寸IT14級選取極限偏差，故落料件的尺寸取

52、為φ178-1.000，還必須滿足下列公式 |δd|+|δp|≤Zmax-Zmin 有 0.025+0.025=0.05≤0.2-0.14=0.06 所以滿足條件。 Dd=(Dmax-x△)0+δd =（178-0.5*1.00）0+0.025 =177.50+0.025mm Dp=( Dd-Zmin)0-δp=(Dmax- x△- Zmin) 0-δp =(178-0.5*1.00-0.14)0-0.025 =177.360-0.025mm 落料凹模的外形尺寸的確定： 凹模厚度： H=Kb 凹模壁厚： C=(1.5-2.0)H 式中 b——沖裁件做大外形尺寸（m

53、m）； K——系數，考慮坯料厚度t的影響，其值可取K=0.16[13]； 故 H=28mm C=(42-56)mm 調整到符合標準，凹模外徑設計尺寸為φ270mm。 3.2.2 正拉深 正拉深時，因為零件是標注外形尺寸，故拉深件的外徑尺寸為φ108-1.000mm。以凹 模為基準，先計算確定凹模的工作尺寸，然后通過減小凸模尺寸來保證凸、凹模間隙[14]。 由式 Dd=(Dmax-0.75△)0+δd Dp=(Dmax- 0.75△- Z) 0-δp 式中 △——制件公差； δd、δp——凹模、凸模的制造偏差，根據參考文獻[5]表4-15，可分別取為 0.08，0.0

54、5； Z——拉深模間隙（mm）；可根據參考文獻[5]表4-14，取Z=2*(1.1t)=2.2mm。 Dd=(Dmax-0.75△)0+δd =(108-0.75*1.00)0+0.08 =107.250+0.08mm Dp=(Dmax- 0.75△- Z) 0-δp =(108-0.75*1.00-2.2)0-0.05 =105.050-0.05mm 3.2.3 反拉深 反拉深件按未注公差的極限偏差考慮，因為零件是標注內形尺寸，故拉深件的內徑尺寸取為φ800+0.74mm[15]。對于標注內形尺寸的拉深件，應當以凸模為基準，先計算確定凸模的工作尺寸，然后通過增大凹模尺寸保證

55、凸、凹模間隙[16]。 由式 dp=(dmin+0.4△)0-δp dd=(dmin+0.4△+Z)0+δd 式中 △制件公差與正拉深所示參數相同，δd、δp由參考文獻[5]表4-14分別取為0.05，0.03。由已知尺寸可以計算出 dp=(80+0.4*1.00) 0-0.03 =80.40-0.03mm dd=(80+0.4*1.00+2.2) 0+0.05 =82.60+0.05mm 3.3模架的選用 由凹模外形尺寸φ270mm，選擇四導柱模架（GB/T2851.7-1990）在按其標準選擇具體結構尺寸如下： 上模板 500*315*60 HT250 下模板

56、500*315*75 ZG450 導柱 45*290 20鋼 導套 45*150*58 20鋼 凸緣模柄 φ60*115 Q235 模具閉合高度 Max=350mm ，Min=315mm 該副模具沒有漏料問題，故不必考慮漏料孔尺寸。 3.4 模具的閉合高度 所謂的模具閉合高度H是指模具在最低工作位置上，上下模之間的距離，它應與壓力機得裝模高度相適應。 模具的實際閉合高度，一般為： H模=上模座厚度+墊板厚度+固定板座厚度+沖頭長度 -沖頭進入凹模深度+凹模厚度+下模座厚度 該副模具使用上墊板厚度為10mm，凹模固定板厚度為10mm，但由于裝入下模座的孔內，故不需要計算

57、在內。固定座厚度為55mm，沖頭長度為125mm，沖頭進入凹模的深度為70mm， H模=60+10+55+125-75+95+70=340mm 故實際設計模具的閉合高度為340mm。 查開式壓力機設備參數表可知，1000 kN壓力機的最大閉合高度為400mm，封閉調節(jié)高度為100mm。因為模具的閉合高度絕對不能大于所選用的壓力機的最大閉合高度，所以選用的壓力機型號恰當。 壓力機的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求。其關系式為 Hmax-5≥H≥Hmin+10[21] 式中Hmax、Hmin——壓力機的最大和最小裝模高度（mm）； H——為閉模高度（mm）. 所以 400-5≥

58、340≥（400-100）+10 其中 100mm為封閉高度調節(jié)量； 故閉合高度設計合理。 3.5 壓力中心的確定 模具的壓力中心是指沖壓力合力的作用點[16]。計算壓力中心的目的是： 1）使沖裁壓力中心與沖床滑塊中心相重合，避免會產生偏彎矩，減少模具導向機構的不均勻磨損； 2）保持沖裁工作間隙的穩(wěn)定性，防止刃口局部迅速變鈍，提高沖裁件的質量和模具的使用壽命； 3）合理布置凹模型孔的位置。 由于該制件的毛坯以及各工序件均為軸對稱圖形，而且只有一個工位，因此壓力中心必定與制件的幾何中心重合。 3.6模具主要零件的結構設計 3.6.1落料凹模 落料凹模的內外形

59、尺寸和厚度都在前面的計算中得出，在這里主要確定圓柱形孔口柱部的高度。根據刃口的形式以及落料的厚度，孔口柱部高度可選取為10mm[5]。凹模的固定方法常用螺釘、銷釘直接固定在下模座上，這里凹模下部設計三個螺紋孔，以便與固定板和下模座聯接，同時為了保證安裝的位置精度，需要有兩個與固定板、下模座起著定位作用的銷釘孔。在凹模的刃口下部設計了限位倒角，以保證推料板的行程范圍。為了保證條料送進時有準確的送進距，在凹模上部開有兩個導料銷銷孔和一個擋料銷銷孔。在落料凹模側壁設計有通氣孔，以保證在拉深過程中，受擠空氣的流出。凹模的具體尺寸，形位公差及粗糙度見圖3.1。 圖3.1 落料凹模 3.6.2凸凹

60、模 凸凹模的工作部分尺寸在上述3.2節(jié)已經設計計算給出，這里根據零件的拉深深度設計出凸凹模的內外形尺寸。在凸凹模上設計了三個螺紋孔，以便與固定板、墊板、上模座相連接，同時為了確保安裝所需要的位置精度，配制了兩個銷釘孔。在凸凹模的上圈部分設計了安裝反拉深凸模的沉槽，同時也設計了六個螺紋孔，以便與反拉深凸模相連接。凸凹模的尺寸精度、形位公差及粗糙度見圖3.2。 圖3.2 凸凹模 3.6.3反拉深凸模 反拉深凸模的工作部分尺寸在上述3.2節(jié)已經設計計算得出，這里根據制件的反向拉深深度設計出凸模的內外形尺寸。在反拉深凸模上設計了三個推桿孔，以便安裝推桿。在其內部設計了通氣孔，以使拉深后的拉

61、深件不受空氣的壓力緊緊的包住凸模，從而順利實現順利脫下。在頂端設計了圓凸緣結構，配置有六個螺紋孔，以便安裝在凸凹模上并與之固定。反拉深凸凹模的尺寸精度、形位公差及粗糙度見圖3.3。 圖3.3反拉深凸模 3.6.4反拉深凹模 反拉深凹模的工作部分的尺寸在上述3.2節(jié)已經設計計算得出，這里根據零件的反拉深深度設計出凹模的內外形尺寸。在反拉深凹模上設計三個螺紋孔，以便與下墊板、下模座固定連接。在其內部設計一個大的通孔，以便安裝制件推板和制件頂桿，實現制件的頂出。反拉深模的尺寸精度、形位公差及粗糙度見圖3.4。 圖3.4 反拉深凹模 3.6.5彈性卸料板 沖壓工藝中

62、常用的彈性元件有彈簧和橡膠等，但是由于這副模具所需的卸料力較大，如果選用彈簧，即使是使用了8個彈簧，每個彈簧所承擔的負荷也將達到F=F卸/8=1.45kN。同時由于這是一副落料、正反拉深復合模，模具的行程較大，也給彈簧的選用帶來困難。即使是選用了彈簧，也勢必造成為了安裝彈簧而選用較大的模架。因此，選用橡膠作為卸料的彈性元件。 確定卸料橡膠： 1）確定橡膠的自由高度H自，根據參考文獻[6]表3-9得： H自=[L工/(0.25-0.30)]+h修磨 式中 L工為模具的工作行程再加1-3mm。本模具的工作行程為正反拉深兩次行程之和，L工取為72mm，h修磨一般為4-6mm，這里取h修磨為5

63、mm。 H自=[L工/(0.25-0.30)]+h修磨 =[72/0.3]+5 =245mm 2）確定L預和H裝。由上述參考文獻[6]表3-9可得如下計算公式： L預=（0.1-0.15）H自=0.15*245=37mm H裝= H自-L預=245-37=208mm 3）確定橡膠截面面積A A=F/q F由前可知F=9300N，q=0.26-0.5MPa。在這里，由于該模具的工作行程較大，取q=0.5MPa。 則 A=F/q=9300/0.5=18600mm2 4） 校核橡膠的安裝空間：考慮到橡膠壓縮會產生橫向膨脹，這里卸料板的外徑為360mm，用卸料板外徑與凸凹模

64、上緣外徑之差的80%估算。經計算S=42139mm2，滿足安裝要求。 彈性卸料板上制作四個沉頭孔，以便固定卸料螺釘；同時開有能容納擋料銷和導料銷的沉孔。卸料板的尺寸精度、形位公差及粗糙度見圖3.5。 圖3.5彈性卸料板 3.6.6上墊板 墊板的直接作用是直接承受和擴散凸凹模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止在模座被壓出陷痕而損壞。在設計中，把墊板的外形尺寸與凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度為10mm。在上墊板上，設計了推板孔，以便安裝打桿和推桿；配制三個螺栓孔和兩個銷釘孔，以便與凸凹模以及凸凹模固定板相連接。上墊板的尺寸精度、形位公差及粗糙度見圖3.6。 圖3.6上墊板

65、 3.6.7壓邊圈 壓邊圈的作用是經過壓邊彈性元件，提供一定的壓邊力，確保在拉深過程中防止毛坯邊緣起皺，保證制件的質量。壓邊圈為環(huán)狀平面結構，中間設計為與反拉深凹凸模相匹配的孔；在壓邊圈下部設計有與落料凹模內部限位倒角相匹配的倒角。壓邊圈的尺寸精度、形位公差及粗糙度見圖3.7。 在確定壓邊圈結構之后需要考慮提供壓邊力的彈性元件的選擇。在拉深中，可選擇的彈性元件有橡膠、彈簧、氣墊、氮氣彈簧等。在此次拉深中，若采用橡膠、彈簧等作為彈性元件，隨著壓力機行程的增大，壓力也急劇增加，此時壓邊力很難控制，過大會使工件拉裂；過小，使工件邊緣或凸緣起皺。氣墊雖然能保持恒定的壓力，但是其結構體積比較大，往

66、往在大型機上才可使用。氮氣彈簧可根據要求獲得大小不同的壓邊力，壓邊力調整也很方便，以滿足對壓邊力的需求，從而有效防止起皺，保證制件質量[6]。 綜上分析，該設計選用氮氣彈簧作為提供壓邊力的彈性元件[13]。 1）選用氮氣彈簧的結構形式。管路連接式和氮氣彈簧座板需要較大的安裝空間，結構也比較復雜，這里選用獨立氮氣彈簧，其優(yōu)點是占用空間小，安裝、緊固方便。 2）確定氮氣彈簧的數量、選擇氮氣壓力。 ① 考慮到氣體泄漏和高壓氣體的節(jié)流損失，需要將壓邊力放大。 Fs=k*F1 式中 Fs——放大以后的壓邊力； F1——理論計算出的壓邊力； k——壓力增大系數，一般取1.15-1.20。 F1=39289N，則Fs為 Fs=k*F1=1.2*39289=47147N ② 確定氮氣彈簧數量。 Fs=K*F0 式中 Fs——放大以后的壓邊力； K——氮氣彈簧的數量； F0——初始充氣壓力。 根據參考文獻[6]初選TB1500型，額定充氣壓力為15MPa的氮氣彈簧。根據上式計算得出K=3.14個，不滿足要求。因此需重新調整確定初始壓充氣壓力，然后根據初始充氣壓