筒形件拉深模具設(shè)計(jì)

1、前言1.1沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對(duì)材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來(lái)加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專(zhuān)用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒(méi)有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要

2、素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。（2）沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽

3、車(chē)縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。（4）沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專(zhuān)用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門(mén)越來(lái)越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車(chē)、農(nóng)機(jī)、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些

4、工業(yè)部門(mén)中，沖壓件所占的比重都相當(dāng)?shù)拇螅賱t60%以上，多則90%以上。不少過(guò)去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說(shuō)，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門(mén)要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實(shí)現(xiàn) 的。1.2 沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類(lèi)繁多，各類(lèi)零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來(lái)，可分為分離工序和成形工序兩大類(lèi)；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂

5、的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類(lèi)工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時(shí)，若用分散的單一工序來(lái)沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時(shí)在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級(jí)進(jìn)和復(fù)合-級(jí)進(jìn)三種組合方式。 復(fù)合沖壓在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級(jí)進(jìn)沖壓在壓力機(jī)上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具

6、的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復(fù)合-級(jí)進(jìn)在一副沖模上包含復(fù)合和級(jí)進(jìn)兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類(lèi)型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模等。但不論何種類(lèi)型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機(jī)工作臺(tái)或墊板上，是沖模的固定部分。工作時(shí)，坯料在下模面上通過(guò)定位零件定位，壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r(shí)，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來(lái)，以便進(jìn)行下一次沖

7、壓循環(huán)。1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開(kāi)始應(yīng)用塑性成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過(guò)程，根

8、據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，并通過(guò)在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無(wú)模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟(jì)的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴(kuò)大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá)25mm，精度可達(dá)IT1617級(jí)；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?，能加工出用普

9、通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果；采用爆炸等高能效成形方法對(duì)于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實(shí)用意義；利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對(duì)于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無(wú)模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無(wú)模多點(diǎn)成形設(shè)備，解決了多點(diǎn)壓機(jī)成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形。無(wú)模多

10、點(diǎn)成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。(2.)沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件.在沖模的設(shè)計(jì)制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位

11、及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車(chē)覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前，50個(gè)工位以上的級(jí)進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到2微米，多功能級(jí)進(jìn)模不僅可以完成沖壓全過(guò)程，還可完成焊接、裝配等工序。我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制造出達(dá)到國(guó)際水平的精度達(dá)25微米，進(jìn)距精度23微米，總壽命達(dá)1億次。我國(guó)主要汽車(chē)模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車(chē)覆蓋件模具，在設(shè)計(jì)制造方法、手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國(guó)際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國(guó)外相比還存在一定差距。 模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制

12、造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為1500040000r/min）,加工精度一般可達(dá)10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實(shí)現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成

13、形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN8E電火花銑削加工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機(jī)床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度，目前切割速度已達(dá)到300mm/min,加工精度可達(dá)±1.5微米，表面粗糙度達(dá)Ra=010.2微米;精度磨削及拋光已開(kāi)始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補(bǔ)償裝置

14、、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡(jiǎn)單操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹(shù)脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM技術(shù)快速成形三維原型后，通過(guò)陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實(shí)體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計(jì)和制造，具有較好的價(jià)格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹(shù)脂澆注成形的樹(shù)脂沖模應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎

15、車(chē)試制和小批量生產(chǎn)開(kāi)辟了新的途徑。(3) 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎?rùn)C(jī)中送入板料毛坯后，在計(jì)算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，一分鐘可沖幾百片，并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，

16、生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá)97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá)2000次/min以上。在多功能壓力機(jī)方面，日本田公司生產(chǎn)的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時(shí)間就可完成自動(dòng)換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國(guó)惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時(shí)間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機(jī)的410倍，并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來(lái)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開(kāi)發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無(wú)需設(shè)計(jì)專(zhuān)用模具、性能

17、先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機(jī)、激光切割和成形機(jī)、CNC萬(wàn)能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來(lái)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來(lái)、國(guó)內(nèi)亦開(kāi)始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì)。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類(lèi)存放系統(tǒng)、自動(dòng)上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控制，車(chē)間實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人控制生產(chǎn)。同時(shí)，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。(4)沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因?yàn)闆_模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性

18、和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實(shí)現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%80%，模具廠只需設(shè)計(jì)制造工作零件，大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)買(mǎi)，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專(zhuān)業(yè)化程度越不定期越高，分工越來(lái)越細(xì)，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專(zhuān)業(yè)化制造某類(lèi)產(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國(guó)沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)近年來(lái)也有較大發(fā)展，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)展，精度亦有提高。

19、但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高（一般在40%以下），標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問(wèn)題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷(xiāo)售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。正文如下圖1所示拉深件，材料為08鋼，厚度0.8mm，制件高度70mm，制件精度IT14級(jí)。該制件形狀簡(jiǎn)單，尺寸小，屬普通沖壓件。試制定該工件的沖壓工藝規(guī)程、設(shè)計(jì)其模具、編制模具零件的加工工藝規(guī)程。 圖1 一、沖壓件工藝分析1、材料：該沖裁件的材料08鋼是碳素工具鋼，具有較好的可拉深性能。2、零件結(jié)構(gòu)：該制件為圓桶形拉深件，故對(duì)毛坯的計(jì)算要。3、單邊間隙、拉深凸凹模

20、及拉深高度的確定應(yīng)符合制件要求。4、 凹凸模的設(shè)計(jì)應(yīng)保證各工序間動(dòng)作穩(wěn)定。5、 尺寸精度：零件圖上所有未注公差的尺寸，屬于自由尺寸，可按IT14級(jí)確定工件尺寸的公差。 查公差表可得工件基本尺寸公差為： 二、工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類(lèi)型1、工藝方案分析該工件包括落料、拉深兩個(gè)基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料+拉深復(fù)合，后拉深二。采用復(fù)合模+單工序模生產(chǎn)。方案三：先落料，后二次復(fù)合拉深。采用單工序模+復(fù)合模生產(chǎn)。方案四：落料+拉深+再次拉深。采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需三道工序三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)

21、要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，工件精度也能滿足要求，操作方便，成本較低。方案三也只需要二副模具，制造難度大，成本也大。方案四只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求，但模具成本造價(jià)高。通過(guò)對(duì)上述四種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。2、 主要工藝參數(shù)的計(jì)算(1)確定修邊余量該件h=70mm，h/d=70/50=1.4,查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-10可得 則可得拉深高度H H=h+=70+3.8=73.8mm(2)計(jì)算毛坯直徑D由于板厚小于1mm，故可直接用工件圖所示尺寸計(jì)算，不必用中線尺寸計(jì)算。 D= = (3)確定拉深次數(shù)按毛坯相對(duì)厚度t/

22、D=0.8/130和工件相對(duì)高度H/d=73.8/50=1.36查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-15可得n=2，初步確定需要兩次拉成，同時(shí)需增加一次整形工序。(4)計(jì)算各次拉深直徑由于該工件需要兩次拉深，查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-11可得，首次拉深系數(shù)m和二次拉深系數(shù)m: m=0.53 m=0.76初步計(jì)算各次拉深直徑為： d= mD=0.5313069mm d=mD=0.7613050mm(5)選取凸凹模的圓角半徑考慮到實(shí)際采用的拉深系數(shù)均接近其極限值,故首次拉深凹模圓角半徑r應(yīng)取大些,根據(jù)壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-7知：r=10t=100.8=8 mm由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)式（4-49）和式（4-50

23、）即：r=(0.70.8) r和r=(0.70.8)r計(jì)算各次拉深凹模與凸模的圓角半徑，分別為： r=8 mm r=6 mm r=6 mm r=5 mm (6)計(jì)算各次工序件的高度根據(jù)沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)式（4-39）計(jì)算各次拉深高度如下： H=1/4(D)=1/4（）=49mm H=1/4=(D) =1/4=() mm(7)畫(huà)出工序件簡(jiǎn)圖工序簡(jiǎn)圖如下圖2所示： 圖2三、確定排樣圖和裁板方案1、 制件的毛坯為簡(jiǎn)單的圓形件，而且尺寸比較小，考慮到操作方便，宜采用單排。 于t=0.8mm,查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)附表7軋制薄鋼板擬選用規(guī)格為： 0.85001000 的板料。2、 排樣設(shè)計(jì)圖3查沖壓工藝與

24、模具設(shè)計(jì)表2-10，確定搭邊值 兩工件間的橫搭邊a=1.2mm；兩工件間的縱搭邊a=1.0mm； 步距S=d+a=50+1=51mm； 條料寬度B=（D+2a+）=52.8故一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為： =A/BS100 =/BS100 =72.9由于直板材料選取0.85001000 故每塊板料可裁剪919=171個(gè)工件故每塊板料（0.85001000）的利用率為： =nA/LB100 =171(d/2)100 =67四、計(jì)算工序沖壓力、壓力中心以及初選壓力機(jī)1、落料力的計(jì)算F=1.3Lt式中L沖裁輪廓的總長(zhǎng)度；t板料厚度；-板料的抗拉強(qiáng)度查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)附表1可知：=400MPa 。故：F

25、=1.3225250.8400=65.31KN2、 卸料力和頂件力的計(jì)算 =KF =K F式中K為卸料力系數(shù)，K為頂件力系數(shù)查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表1-7知：K=0.050；K =0.08故： =KF =0.0565.31 =3.27KN =K F =0.0865.31 =5.22KN3、壓邊力的計(jì)算采用壓邊的目的是為力防止變形區(qū)板料在拉深過(guò)程中的起皺，拉深時(shí)壓扁力必須適當(dāng)，壓邊力過(guò)大會(huì)引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，壓邊力過(guò)小則會(huì)造成制件直壁或凸緣部分起皺，所以是否采用壓邊裝置主要取決于毛坯或拉深系數(shù)m和相對(duì)厚度t/D100 由于t/D100=0.8/130100 =0.62 首次拉深系數(shù)

26、=0.53故：查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-3知，兩次拉深均需要采用壓邊裝置。壓邊力:=式中A為初始有效面積；為單位壓邊力（MPa）查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-4可知：=2MPa = = = =15.2 KN = = = =1.44 KN4、拉深力的計(jì)算首次拉深時(shí)拉深力=二次拉深時(shí)拉深力=式中：為首次拉深與二次拉深時(shí)工件的直徑； 為材料抗拉強(qiáng)度（MPa）； 為修正系數(shù)。查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-1可知：=1;=0.85首次拉深力：= = =69.33 KN二次拉深力：= = =42.7 KN故總拉深力：=+ =+ =112.03KN 由于制件屬于深拉深，故確定壓力機(jī)的公稱壓力應(yīng)滿足： 故： =67.

27、2KN綜上所述：=+ + =202.47KN5、 壓力中心的計(jì)算 7圖4由于是圓形工件，如圖4所示，所以工件的壓力中心應(yīng)為圓心即o(25,25)6、壓力機(jī)的選擇由于該制件數(shù)億小型制件，且精度要求不高，因此選用開(kāi)始可傾壓力機(jī)，它具有工作臺(tái)面三面敞開(kāi)，操作方便，成本低廉的有點(diǎn)。根據(jù)總壓力選擇壓力機(jī)，前面已經(jīng)算得壓力機(jī)的公稱壓力為202.47 KN，查沖壓工藝與模具模具設(shè)計(jì)表7.3提供的壓力機(jī)公稱壓力中可選取壓力機(jī)的型號(hào)為：J23-16F五、工件零件刃口尺寸的計(jì)算刃口尺寸按凹模實(shí)際尺寸配作，用配作法，因此凸?；境叽缗c凹模尺寸相同，保證單邊間隙(mm)圖5 查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表1-3可知： 拉深模

28、的單邊間隙為：Z=0.015 mm式中x為補(bǔ)償刃口磨損量系數(shù)。查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-21可知：x=0.5 取落料的尺寸公差I(lǐng)T14，則公差為=0.4mm所以落料凹模的尺寸為： =（130-0.50.4） =129.8mm六、工件零件結(jié)構(gòu)尺寸和公差的確定1、整體落料凹模板的厚度H的確定： H=式中為凹模材料的修正系數(shù)，碳素工具鋼取=1.3；為凹模厚度按刃口長(zhǎng)度修正系數(shù)，查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-18可知：=1 H= =1.31 =52.35mm2、凹模板長(zhǎng)度L的計(jì)算 L=D+2C查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表2-17可知：C取2836mm，根據(jù)要求C值可取30mm故： L=D+2C =50+230

29、=110 mm故確定凹模板外形尺寸為：11011052（mm）。凸模板尺寸按配作法計(jì)算。3、 其他零件結(jié)構(gòu)尺寸序號(hào) 名稱長(zhǎng)寬厚（mm）材料數(shù)量1上墊板11011040T8A12凸模固定板1101104845鋼13空心墊板1101104645鋼14卸料版1101104445鋼15凸凹模固定板1101105045鋼16下墊板11011040T8A17壓邊圈1101106045鋼1(1)第一次拉深 拉深凸模第一次拉深模,由于其毛坯尺寸與公差沒(méi)有必要予以嚴(yán)格的限制,這時(shí)凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的過(guò)渡尺寸即可,以凸模為基準(zhǔn).取公差等級(jí)為IT10=0.12mm.d凸=d -0凸=690-0.12mmd

30、凹=( d凸+ 2Z) 0+凹=(69+2×0.015)0+0.12=69.03 0+0.12mm拉深凸模采用臺(tái)階式，也是采用車(chē)床加工,與凸模固定板的配合按H7/m6的配合,拉深凸模結(jié)構(gòu)如下圖6所示。圖6凸凹模結(jié)合工件外形并考慮加工，將凸凹模設(shè)計(jì)成帶肩臺(tái)階式圓凸凹模，一方面加工簡(jiǎn)單，另一方面又便于裝配與更換，采用車(chē)床加工，與凸凹模固定板的配合按H7/m6，凸凹模長(zhǎng)度L=99mm,具體結(jié)構(gòu)可如下圖7所示。圖7落料凹模凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。凹模的輪廓尺寸應(yīng)要保證凹模有足夠的強(qiáng)度與

31、剛度，凹模板的厚度還應(yīng)考慮修磨量，根據(jù)沖裁件的厚度和沖裁件的最大外形尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中選取凹模板的各尺寸為：長(zhǎng)230mm，寬200mm，因考慮到整套模具的整體布置要求，選其厚度為52mm，結(jié)構(gòu)如下圖8所示。圖8(2)第二次拉深模凸模根據(jù)工件外形并考慮加工，將凸模設(shè)計(jì)成帶肩臺(tái)階式圓凸凹模，一方面加工簡(jiǎn)單，另一方面又便于裝配與修模，采用車(chē)床加工，與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模長(zhǎng)度 L=H1+H2+Y式中 H1凸模固定板厚度H2壓邊圈高度Y附加長(zhǎng)度，包括凸模刃口修磨量，凸模進(jìn)入凹模的深度73.8mm，因此凸模長(zhǎng)度L=48+60+73.8=181.8mm。具體結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)下圖9所示。圖9凹模凹模采用整體

32、凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。取凹模輪廓尺寸為160mm×73.8mm，結(jié)構(gòu)如下圖10所示。拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差:查表得凸凹的制造公差為:凸=0.02mm凹=0.03mm當(dāng)工件要求內(nèi)形尺寸:凸模尺寸:d凸=(dmin+0.4)-0凸=(50+0.4×0.4)0-0.02mm=50.160-0.02 mm凹模尺寸: d凹=( dmin+0.4+2Z) 0+凹=(50+0.4×0.4+2×0.015)0+0.03=50.19 0+0.03mm圖10固

33、定擋料銷(xiāo)落料凹模上部設(shè)置固定擋料銷(xiāo)，采用固定擋料銷(xiāo)的進(jìn)行定距.擋料裝置在復(fù)合模中,主要作用是保持沖件輪廓的完整和適量的搭邊.,如圖11所示為鉤形擋料銷(xiāo),因其固定孔離刃口較遠(yuǎn),因此凹模強(qiáng)度要求,結(jié)構(gòu)上帶有防轉(zhuǎn)定向銷(xiāo). 擋料銷(xiāo)采用H7/r6安裝在落料凹模端面 圖11導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，查表知導(dǎo)料板與條料之間的間隙取0.5mm，這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度，導(dǎo)料板的厚度查表可知選擇。導(dǎo)料板采用45鋼制作，熱處理硬度為2832HRC，用螺釘固定在凹模上。卸料部件設(shè)計(jì)卸料裝置用彈壓卸料板的卸料裝置，如下圖12所示，卸料板內(nèi)孔每側(cè)與凸模保持間隙C=0.10.2t=0.16mm

34、;卸料板周界尺寸與凹模周界尺寸一樣，厚度根據(jù)沖裁件料厚t和卸料板寬度B查模具手冊(cè)之四2中表14-10得其厚度為16mm。卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為4348HRC。圖12卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設(shè)置2個(gè)卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M8×16mm。卸料釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后， 應(yīng)使卸料板超出凸模端面lmm，有誤差時(shí)通過(guò)在螺釘與卸料板之間安裝墊片來(lái)調(diào)整。壓邊圈設(shè)計(jì)1)首次拉深:為了防止拉深過(guò)程中起皺，生產(chǎn)中主要采用壓邊圈，查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)表4-3知，兩次拉深均需要采用壓邊裝置。壓邊圈采用45鋼制造，熱處理硬度為4245HRC。其結(jié)構(gòu)如下圖13所示。圖

35、132)二次拉深:壓邊圈結(jié)構(gòu)與尺寸由標(biāo)準(zhǔn)中選取，壓邊圈圓角半徑rY應(yīng)比上次拉深凸模的相應(yīng)圓角半徑大0.51mm,以便將工序件套在壓邊圈上.材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)42-45HRC.其結(jié)構(gòu)如下圖14所示。圖14 凸模固定板圖15 技術(shù)要求：a.上、下平行度為0.02，粗糙度為1.6 b.材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)為2428HRC c.帶*號(hào)尺寸按凸模實(shí)際尺寸配作并保證凸模呈H7/m6配合 凸凹模固定板圖16 技術(shù)要求：a.上、下平行度為0.02，粗糙度為1.6 b.材料為45#鋼，無(wú)需熱處理落料拉深復(fù)合模架與二次拉深模架采用滑動(dòng)導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架的導(dǎo)向方式，如圖17所示，帶有導(dǎo)柱的沖裁模適合于

36、精度要求較高，生產(chǎn)批量較大的沖裁件，且導(dǎo)柱模結(jié)構(gòu)比較完善，對(duì)后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式可從左右和前后兩個(gè)方向進(jìn)行送料。故相應(yīng)選后側(cè)導(dǎo)柱模架。因?yàn)樗哪＞咻^高所以選取比較大一點(diǎn)的模架模架的結(jié)構(gòu)與尺寸都直接由標(biāo)準(zhǔn)中選取，相關(guān)參數(shù)如下：凹模周界L：315凹模周界B：250 圖17閉合高度(參考)|最?。?75閉合高度(參考)|最大：320a上模座 數(shù)量1 規(guī)格：315×250×55b下模座 數(shù)量1 規(guī)格：315×250×70c導(dǎo)柱 數(shù)量1 規(guī)格：40×260 d導(dǎo)套 數(shù)量1 規(guī)格：40×140×53導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)中選取，尺寸由模架中

37、參數(shù)決定。 導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時(shí)，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10-15mm，而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5-1mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6,導(dǎo)套與上模座之間的配合為H7/r6，導(dǎo)柱與下模座之間的配合為R7/h5。導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料采用20鋼，熱處理硬度為（滲碳）56-62HRC。上下模座材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC。二次拉深模采用滑動(dòng)導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架的導(dǎo)向方式，如圖18所示，模架的結(jié)構(gòu)與尺寸都直接由標(biāo)準(zhǔn)中選取，因?yàn)樗哪＞咻^高所以選取比較大一點(diǎn)的模架相關(guān)參數(shù)如下：凹模周界L：250凹模周界B：250閉合高度(參考)|最?。?40閉合高

38、度(參考)|最大：285a上模座 數(shù)量1 規(guī)格：250×250×50b下模座 數(shù)量1 規(guī)格：250×250×65 圖18 c導(dǎo)柱 數(shù)量1 規(guī)格：35×230 d導(dǎo)套 數(shù)量1 規(guī)格：35×125×48導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定。導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時(shí)，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10-15mm，而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5-1mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6,導(dǎo)套與上模座之間的配合為H7/r6，導(dǎo)柱與下模座之間的配合為R7/h5。導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料采用20鋼，熱處理硬度為（

39、滲碳）56-62HRC。上下模座材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC。5、彈頂器的彈性元件的選取落料拉深復(fù)合模選用橡皮作為彈性元件，橡皮一般為聚氨膠，因?yàn)樗试S承受的載荷較彈簧大，并且安裝調(diào)理方便。因?yàn)榫郯敝鹉z的總壓縮量一般35%,所以取30%，剛聚氨膠的高度根據(jù)h=0.3×H計(jì)算。h為壓邊圈運(yùn)行的高度，h=60mm。所以橡膠的高度H=60/0.3=200mm選取三塊同樣的橡膠.中間加上鋼墊圈,防止失穩(wěn)彎曲.其結(jié)構(gòu)圖如下圖19。圖19二次拉深模選用彈簧作為彈性元件.選用圓柱螺旋彈簧,它的主要技術(shù)參數(shù)是工作極限負(fù)荷Fj與其相對(duì)應(yīng)的工作極限負(fù)荷下的變形量Lj。根據(jù)所需要的卸

40、料力或推件力FQ以及所需要的量大壓縮行程L0，來(lái)計(jì)算Fj 與Lj，然后就可以在標(biāo)準(zhǔn)中選取相應(yīng)的規(guī)格彈簧。1） 確定彈簧的數(shù)目為12） 頂件載荷FQ=壓邊力=1440N3） 最大壓縮行程L0=h1 + h2 + h3 + t =1+46.8+7+0.8=55.6mm4） 計(jì)算所需的彈簧的工作極限負(fù)荷Fj 與工作極限負(fù)荷下的變形量Lj，K取40% Fj = FQ/K=1440/0.4=3600N Lj= L0/(1-K)=55.6/(1-0.4)=92.67N由上述二式查彈簧標(biāo)準(zhǔn)表得：彈簧材料直徑為10mm，彈簧中徑為75mm，節(jié)距為t=26.5,工作極限負(fù)荷Fj =3500N,變形量Lj=111

41、mm,有效圈數(shù)為7.5七、模具總裝配圖1、首次拉深?？傃b配圖如下圖20所示。 圖202、二次拉深?？傃b配圖如下圖21所示。八、水杯拉深模具的制造1、水杯拉深模拉深凸模的制造拉深凸模的加工工藝過(guò)程材料：Cr12，硬度：5862HRC序號(hào)工序名工序內(nèi)容1備料毛坯鍛成145mm×65mm的圓棒料2熱處理退火3銑平面銑上、下平面，保證尺寸60.8mm4車(chē)削車(chē)外圓,129.6mm外圓柱留磨削余量0.4mm，其余達(dá)圖樣尺寸5鉗工倒圓角至要求，去毛刺6劃線劃上端及側(cè)面通氣孔線7鉆孔鉆通氣孔8檢驗(yàn)9熱處理淬火，硬度至5862HRC10磨削磨削各表面達(dá)設(shè)計(jì)要求11檢驗(yàn)2、水杯拉深模拉深凹模的制造拉深凹

42、模的加工工藝過(guò)程材料：Cr12，硬度：5862HRC序號(hào)工序名工序內(nèi)容1備料毛坯鍛成200mm×135mm的圓棒料2熱處理退火3銑平面銑上、下平面，保證高度尺寸130.8mm4鉆中心孔鉆中心孔5車(chē)削車(chē)削外表面并留0.4mm的磨削余量6鏜孔鏜內(nèi)孔，133.25mm的孔留0.4mm的磨削余量7鉗工倒圓角至要求，去毛刺8檢驗(yàn)9熱處理淬火、回火，硬度至5862HRC10磨削磨削133.25mm內(nèi)表面和188mm外表面達(dá)設(shè)計(jì)要求,11檢驗(yàn)3、水杯拉深模凸模固定板的制造凸模固定板的加工工藝過(guò)程材料：45鋼，硬度：調(diào)質(zhì)2428HRC序號(hào)工序名工序內(nèi)容1備料毛坯鍛成355mm×285mm×25mm的平行六面體2熱處理退火3銑平面銑六面達(dá)350.3mm×280.3mm×20.3mm，并使兩大平面與相鄰兩側(cè)面基本垂直4劃線劃型孔、銷(xiāo)孔、螺紋孔