水壺殼體成型工藝及模具設計【含CAD圖紙+文檔】

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前 言 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。 導柱式?jīng)_裁模的導向比導板模的準確可靠,并能保證沖裁間隙的均勻,沖裁的工件精度較高、模具使用壽命長，而且在沖床上安裝使用方便，因此導柱式?jīng)_裁模是應用最廣泛的一種沖模,適合大批量生產(chǎn)。尤其是在我國加入WTO之后，在全球化經(jīng)濟競爭的市場的環(huán)境下，為生產(chǎn)符合“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”等要求服務的模具產(chǎn)品，研究、開發(fā)、改進模具生產(chǎn)設備與模具設計方式更具有深遠的現(xiàn)實意義和緊迫性。 畢業(yè)設計是在修完所有課程內(nèi)容之后，我們走上社會之前一次綜合性設計。本次設計課題是水壺殼體成型工藝與模具設計，是對以前所學課程的一個總結(jié)。 在指導教師周密安排和精心指導下，這次畢業(yè)設計從確定設計課題、擬定設計方案、設計過程到畢業(yè)答辯都按照畢業(yè)設計工作計劃進行。 第一，充分調(diào)研，確定應用型畢業(yè)設計課題。 選好畢業(yè)設計題目是實現(xiàn)畢業(yè)設計目標、保證畢業(yè)設計質(zhì)量的前提，我們的畢業(yè)設計的課題取自企業(yè)生產(chǎn)實際。這個課題能較全面地應用學生所學專業(yè)知識或者將來工作所需的專業(yè)技術(shù)，達到綜合運用的目的，既能夠解決企業(yè)急需解決的生產(chǎn)技術(shù)問題，又能夠培養(yǎng)學生的職業(yè)崗位能力，難度不是很大，符合我們所學的專業(yè)理論知識水平和實際設計能力，工作量恰當，能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成。 但是該課題是真題真做，雖然難度不是很大，但要使設計圖紙能真接用于生產(chǎn)，去造出零件，裝配成機器，并能滿足使用要求，也是不容易的。 第二，反復論證，確定產(chǎn)品設計方案。 明確課題的性質(zhì)、意義、設計內(nèi)容、設計要達到的技術(shù)經(jīng)濟指標和完成時間，并確定好正確合理的設計方案是完成設計任務的保證，指導教師、企業(yè)技術(shù)員讓我們參與設計方案的討論，使我們對課題設計方案心中有數(shù)。 第三，虛心求教，仔細認真地進行畢業(yè)設計。 我們學生雖然有基礎(chǔ)理論知識，但設計能力較差，為了使我們很快地進入工作狀態(tài)，指導教師耐心向我們介紹機械產(chǎn)品設計方法、一般步驟和設計過程中應注意的事項。在設計中能主動請教指導老師，培養(yǎng)綜合運用機械制圖、工程材料與熱處理、公差配合、計算機繪圖、機械制造工藝等專業(yè)知識的能力。培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和踏實的工作作風。明確必須有高度責任心、嚴肅認真的工作習慣，才能做好設計工作，減少工作失誤，避免給企業(yè)生產(chǎn)造成損失。充分發(fā)揮主觀能動性，積極思考，大膽創(chuàng)新。 第四，完善設計，準備畢業(yè)設計答辯 在此次設計中，主要用到所學的沖壓模設計，以及機械設計等方面的知識。著重說明了沖壓模的一般設計流程，即沖壓成型的工藝分析、壓力機的選擇及相關(guān)參數(shù)的校核、模具的結(jié)構(gòu)設計、模具設計的相關(guān)計算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件圖的繪制等。其中模具結(jié)構(gòu)的設計既是重點又是難點，主要包括沖壓方式的選擇、間隙的確定、凸凹模的設計，以及固定板、模座、橡膠、彈簧、模座等零部件的選擇和設計。通過本次畢業(yè)設計，使我更加了解模具設計的含義，以及懂得如何查閱相關(guān)資料和怎樣解決在實際工作中遇到的實際問題，這為我以后從事模具職業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。 由于實踐經(jīng)驗的缺乏，且水平有限，時間倉促。設計過程中難免有錯誤和欠妥之處，懇請各位老師和同學批評指正。 1 設計原始數(shù)據(jù) 零件材料：1Cr13Mo，退火態(tài)；料厚t=3mm；精度：IT12；大批量生產(chǎn)；沖壓件零件圖如圖1所示： 圖1 零件圖 2 零件及沖壓工藝性分析 2.1 結(jié)構(gòu)與尺寸 該水壺殼體零件形狀簡單，結(jié)構(gòu)基本對稱，一邊上端有φ20mm圓孔，壺體上端尺寸為φ240mm，總高度為301mm，距離上端120mm處傾斜至下端并與下端通過R45mm圓角過渡連接，拉伸深度較深，但整體尺寸適宜沖裁加工。 2.2 精度 該零件無尺寸精度要求，也無其他特殊尺寸要求，可采取IT13—IT14加工精度，利用普通沖裁方式可以達到零件圖樣要求。 2.3 材料 1Cr13Mo 淬透性好，它具有較高的硬度，韌性，較好的耐腐性，熱強性和冷變形性能，減震性也很好。退回狀態(tài)下的抗剪強度為320—380Mpa，適宜沖裁加工。 根據(jù)以上分析，該零件個工藝性較好，適合沖裁加工。 2.4 批量 該零件屬于大批量生產(chǎn)，在沖壓加工下操作簡便，勞動強度低，生產(chǎn)效率高，成本低，適合沖裁。 結(jié)論：該零件的工藝性較好，可以沖裁加工。 3 確定沖裁工藝方案 首先根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序。沖壓該零件需要的基本工序有剪切（或落料）、沖圓孔、拉深和脹形。其中彎曲和脹形決定了零件的總體形狀和尺寸，因此選擇合理的拉深和脹形方法很重要。 3.1 拉深方法及比較 第一種方法為一次拉深成形，其優(yōu)點是用一副模具成形，可以提高生產(chǎn)率，減少所需設備和操作人員。缺點是毛坯的整個面積幾乎都參與激烈的拉深變形，零件表面擦傷嚴重，零件形狀與尺寸都不精確，拉深處起皺嚴重，甚至會拉裂，這些缺陷將隨拉深深度的增加而愈加明顯。 第二種方法為多次拉深成形，這種方法顯然比第一種方法拉深變形的激烈程度緩和的多，但增加了模具、設備和操作人員，且需計算拉伸系數(shù)，計算量較大。 結(jié)合水壺殼體零件尺寸，該沖裁件高301mm且底部直徑較大，深度較大，一次拉深成形難度較大，不適宜一次拉深成形，所以采用多次拉深成形。 3.2 脹形方法的選擇 第一種方法采用剛性模具脹形，其優(yōu)點是可以通過控制模具凸模的模瓣數(shù)目來控制工件的精度，但這種模具脹形方法很難得到精度較高的正確旋轉(zhuǎn)體，變形的均勻程度差，模具結(jié)構(gòu)復雜。 第二種方法采用柔性模脹形，其原理是利用橡膠、液體、氣體或鋼丸等代替剛性凸模。軟模脹形時材料的變形比較均勻，容易保證零件的精度，便于成型復雜的空心零件，在生產(chǎn)中廣泛應用，但該零件經(jīng)過多次拉深工序，伴隨有冷作硬化現(xiàn)象，故在脹形前應該進行退火，已恢復金屬的塑形。 由于水壺殼體零件精度要求不高，為了保證零件形狀，減少變形和便于成形，應采用柔性模脹形，脹形凸模采用聚氨酯橡膠。 3.3 工序組合方案及比較 根據(jù)沖壓該零件需要的基本工序和拉深脹形方法的選擇，可以作出下列各種組合方案： （1）先落料，再沖孔、拉深和脹形。采用單工序模生產(chǎn) （2）落料—拉深—沖孔—脹形，采用單工序模生產(chǎn) （3）落料—拉深—脹形—沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。 方案（1） 模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，成本低，操作簡單，但沖孔后拉伸不能保證孔的位置精度，且沖孔后拉深容易使孔周圍產(chǎn)生應力集中，發(fā)生變形難以滿足零件形狀和位置要求。 方案（2） 拉深后沖孔，沖孔模復雜，且產(chǎn)生的應力集中使脹形時發(fā)生零件變形尺寸和形狀不精確，操作難度較大，生產(chǎn)效率低。 方案（3） 拉深脹形后沖孔，可以保證孔的位置精度，且減少了拉深脹形時的應力集中，保證了拉深脹形時零件的完整性，使得拉深脹形時零件精度高，操作方便，生產(chǎn)效率高，但最后沖孔模結(jié)構(gòu)較復雜，整個生產(chǎn)需要四套單工序模，延長了制造周期。 綜上所述，該零件使用時需要承受一定溫度，應減少其應力集中，同時為了保證其出水口的位置精度，減少大批量生產(chǎn)時零件的修整時間，應采用方案（3）進行生產(chǎn)。 4 主要工藝參數(shù)計算 4.1毛坯展開尺寸計算 （1）脹形區(qū)毛坯尺寸計算 脹形后零件的最大直徑dmax=d1+2R d1=206mm, R=45mm 所以 dmax=206+45*2=296mm 脹形系數(shù)K=dmax/d0 d0為坯料原始直徑即拉深后直徑240mm 所以K=296/240=1.23 脹形系數(shù)與坯料伸長率關(guān)系為 脹形變形區(qū)母線長度l=301-120=181mm 脹形區(qū)坯料長度（即脹形高度）L=l*[1+(0.3—0.4)* δ]+b b為切邊余量，一般取10—20mm，系數(shù)0.3—0.4是考慮到切向伸長會引起高度縮減所加的余量。所以： L=181*[1+0.4*0.23]+（10—20）=197.65+（10—20）mm 取b=12mm，L=210mm 即拉深后脹形前脹形區(qū)所需拉伸高度為210 mm，拉深后零件總高度為210+120=330mm (2) 毛坯直徑計算 拉深后零件形狀如圖4.1所示： 圖4.1 拉深后零件圖 該件h＝330mm, h/d=330/240=1.375，查相關(guān)設計確定修邊余量為Δh=8.5mm， 所以拉深高度H=330+8.5=338.5mm。 所有尺寸均視為中性層尺寸，根據(jù)拉深件計算表面積相等簡化計算得坯料直徑D== =618.5mm, 取D=620mm 4.2 確定排樣方案和計算材料利用率 （1） 確定排樣方案，根據(jù)零件形狀選用合理的排樣方案，以提高材料的利用率。該零件毛坯形狀為圓形，直徑尺寸較大，為便于送料，采用單排方案。排樣圖如圖4.2所示： 圖4.2 排樣圖 搭邊值a和a1有查表得：a=2.5mm, a1=2.2mm. （2）確定板料規(guī)格和卸料方式 根據(jù)條料的寬度尺寸選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好，該零件直徑用料為620mm,以選擇3mm*625mm*n（長度）為宜。 由于該零件尺寸較大，為了考慮沖制該零件的數(shù)量采用橫模下料為宜，以降低零件的材料費用。 （3）計算材料利用率 一個步距內(nèi)材料的利用率η為η=nA/Bh*100% A——沖裁件面積 η=（310*310-210*20）/625*622.2=0.7727*100%=77.3% 5 各工序工藝、沖壓力及零部件的設計計算 5.1 落料工藝、沖壓力及零部件的設計計算 5.1.1 落料工藝計算 落料工藝計算主要為凸、凹模刃口尺寸計算，落料時凸、凹模刃口尺寸的設計原則是以凹模為設計基準，間隙取在凸模上，設計時采用最小合理間隙值Zmin。1Cr13含C量0.1%，為軟剛，根據(jù)材料厚度3mm查表取Zmax=0.270mm,Zmin=0.210mm 落料時落料凹模尺寸為： Dd=（Dmax-xΔ） 按IT12級去φ620mm的偏差為0.63 mm,即Δ=0.63 mm,根據(jù)厚度及工件公差查的磨損系數(shù)x為0.5， Dmax=620+0.63=620.63mm 該零件形狀簡單，刃口尺寸偏差按IT6取值：=+0.033mm, =0.020mm。 所以：Dd=（620.63-0.63*0.5）=620.315mm 凸模尺寸D=( Dd- Zmin)=(620.315-0.21)=620.105 5.1.2 落料沖壓力的計算 （1） 計算沖裁力 P=KLT=1.3**620*3*350=2657382N≈2657.4kN 式中：P——沖裁力，N L——沖裁周邊長度，mm L=πD=π*620 ——材料抗剪強度，MPa 查表為320——380Mpa,取350Mpa K——系數(shù)，通常取1.3 （2） 計算卸料力、推件力 ① 卸料力 P=KP=0.04*2657.4=106.3 kN ② 推件力P=nKP=3*0.45*2657.4=3587.5 kN 式中：n——卡在下模洞口內(nèi)的工件數(shù)，n=h/t=10/3,取n=3 h——凹?？卓诟叨? K——卸料系數(shù)，查表得K=0.03―0.04 K——推件系數(shù)，查表得K=0.45 （3） 計算沖壓力總和 P總=P+P+P=2657.4+106.3+3587.5=6351.2 kN （4） 壓力機的選擇 選擇壓力為6500kN工作行程為30mm的壓力機 5.1.3 落料模主要零部件設計計算 5.1.3.1 凹模的設計計算 （1）凹?？卓谛问?，見圖5.1： 圖5.1 凹模孔口形式 凹?？卓诟叨?t<0.5mm h=3-5mm t=0.5-5mm h=5-10mm t>5-10mm h=10-15mm 該落料件厚t=3 mm,取h=10 mm （2）凹模外形結(jié)構(gòu)的設計 一般圓形刃口凹模外形結(jié)構(gòu)也為圓形 (3) 凹模外形尺寸的計算 凹模厚度Ha===85.9mm, 取凹模厚度為90mm 凹模周界尺寸，即凹模壁厚C=（1.5—2）Ha，所以C=2Ha=180mm 5.1.3.2 固定板的設計計算 （1）凹模固定板的設計 凹模固定板的厚度與凹模一致，取90mm （2）凸模固定板的設計 凸模固定板的外形尺寸與凹模固定板或卸料版尺寸相同，但本例采用的是橡膠直接卸料，故凸模固定板的外形尺寸可以小些。 凸模固定板的厚度H=(0.62-0.8)H=(0.6-0.8)*90, 取H=70mm 5.1.3.3 卸料版的設計計算 （1）卸料板類型選擇 一般常用的卸料板有固定卸料板和彈性卸料板兩種。 固定卸料板裝于下模，具有卸料力大、工作可靠、模具安裝方便等優(yōu)點；但是沖裁時卸料板壓不住材料，沖出的工件平整度差。固定卸料板與凸模的間隙一般為0.2-0.6mm,沖裁厚度大于1.5mm。 彈性卸料板除了在沖裁后卸料外，還可以在沖裁前壓住材料，使沖制的工件平整度好，一般沖制厚度小于1.5mm或材料較軟的工件。本例中的材料雖然大于1.5mm，但由于用單個毛坯，如果采用固定卸料板會給送料、定位增加難度，所以采用彈性卸料板。 彈性卸料板與凸模的雙邊間隙一般為0.1-0.2mm，或采用H9/f8等間隙配合。為了可靠卸料，彈性卸料板應高出凸模0.2-0.5 mm。 （2）卸料板的尺寸 ① 外形。彈性卸料板的外形一般與同方向上的固定板的外形一致；固定板卸料一般與凹模外形一致。 ② 厚度。查《冷沖模設計指導》得H=40mm。 ③ 成形孔。基本與凹模刃口的形狀相同。 5.1.3.4 定位零件的設計計算 本設計中定位零件采用定位銷和定位螺釘定位，其尺寸大小根據(jù)模具大小選擇合適的標準件。 5.1.3.5 彈性元件設計計算 此沖模中彈性元件主要為聚氨酯橡膠，橡膠的壓縮量一般不能超過橡膠自由高度的30%，否則橡膠會過早失去彈性。 橡膠的自由高度H自=h/0.25-0.30=(100-120)mm, 取100mm 橡膠直徑P=A*p, p為與橡膠壓縮量有關(guān)的單位壓力，查《冷沖模設計指導》得p=1.52 Mpa。所以A= P/p=106.3*10/1.52≈70*10mm,橡膠直徑： D===298mm, 取D=300mm。 5.1.3.6 凸模的設計計算 （1）凸模的結(jié)構(gòu)設計 ① 凸模的刃口形式。 圓形凸模，可以采用加工成臺階式結(jié)構(gòu)或直接不分段結(jié)構(gòu)。 ② 凸模的固定形式。 凸模根據(jù)沖制零件的形狀、尺寸、加工方法的不同而有多種固定形式。該模具以臺肩與固定板固定，凸模與凸模固定板的配合部分采用過渡配合（H7/m6或H7/n6）。 （2）凸模長度計算 L= H+H自-Y=70+100-2=168mm 式中：L——涂抹的長度，mm H——凸模固定板厚度 H自——卸料橡膠自由高度 Y——為了可靠卸料，在橡膠高度上所加的量，取2mm 5.1.3.7 其它零件的設計和計算 （1）模座的設計 模座的長度比凹模長度大300mm，寬度可與凹模的寬度相同或稍小些 模座厚度 Hs=Hx=(1-1.5)Ha=(90-135)mm, 取120mm。 Hs——上模座厚度 Hx——下模座厚度 (2) 模柄設計 模柄的作用是將上模與壓力機的滑塊相連接。在安裝模具時應注意模柄直徑與壓力機模柄孔直徑要一致。模柄的形式采用壓入式模柄結(jié)構(gòu)，此模柄與上模座連接，采用過渡配合，模柄尺寸大小根據(jù)模具大小查標準模柄。 （3）墊板設計 該模具在壓力機安裝時加墊板，墊板厚度取40mm。 5.1.3.8 落料模閉合高度的計算 模具閉合高度H模=Hs+Hx+Ha+Lt-h1=120+120+90+168-1=497mm 5.2 拉深工藝計算及零部件設計 5.2.1 拉深工藝計算 （1）確定修邊余量 由以上毛坯直徑計算時確定得修邊余量Δh=8.5mm，毛坯直徑D=620mm （2）確定拉深次數(shù) 確定毛坯相對高度 t/D=3/620=0.0048,工件相對高度H/d=338.5/240=1.41 查相關(guān)設計資料得n=3，故初步確定需3次拉深。 （3）計算各拉深直徑 查表得各次極限拉深系數(shù)為m=0.55 m=0.78 m=0.8,初步計算各次拉深直徑為： d= mD=0.55*620=341mm d= md=0.78*341=266mm d= m d=0.8*266=212.8mm 通過計算，第3次拉深直徑已小于工件直徑，需調(diào)整各次拉深系數(shù)，最后取m=0.58 m=0.8 m=0.83，計算得： d= mD=0.58*620=360mm d= md=0.8*360=288mm d= m d=0.83*288≈240mm （4）凸模與凹模圓角確定 首次拉深凹模圓角半徑ra取8t,即=8*3=24mm。由式r=(0.7-0.8)r得r=(0.7-0.8)r，確定各次拉深和凹模的圓角半徑并化整，分別為： r=24mm r=20mm r=16mm r=17mm r=12mm r=9mm (即工件底部圓角半徑) （5）計算各次拉深工件的高度 由式Hn=1/4(D/d- d+1.72 r+0.57 r/ d)得： H1=1/4（620*620/360-360+1.72*17+0.57*17/360）≈185mm H2=1/4(620*620/288-288+1.72*12+0.57*12/288) ≈267mm H3=1/4(620*620/240-240+1.72*9+0.57*9/240) ≈344mm 計算拉深件高度的目的是為了設計再拉深模時確定壓邊圈的高度，再拉深模壓邊圈的高度應大于前道工序件的高度，所以在計算拉深件工序時不必很精確，可取較大整數(shù)值。 5.2.2 拉深工藝方案的確定 拉深工藝方案為：落料——首次拉深——2次拉深——3次拉深——切邊 見圖5.2： 圖5.2 拉深工序圖 5.2.3 拉深力及工作部分尺寸、零部件設計計算 5.2.3.1首次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設計計算 （1）拉深力計算 拉深所需的壓力：P=P拉+P壓 P拉=πdtk=3.14*360*3*600*0.75=1526 kN P壓=Ap=π/4*（620-360）*4=800 kN 所以：P=P拉+P壓=1526+800=2326 kN 式中：P拉——拉深力，N P壓——壓邊力，N k——修正系數(shù)，一般取0.5—0.8，t/D與m值小時，k取大值 ——拉伸件材料的抗拉強度，MPa，查得1Cr13>540 MPa，取600 MPa A——有效壓面積，mm2 p——單位壓邊力，查得取p=4 MPa （2）初選壓力機 壓力機的公稱壓力P0≧（1.6—1.8）P 取P0=1.8*2326=4186.8 kN 故初選壓力機的公稱壓力為5000 kN （3）凸、凹模間隙的計算 拉伸間隙是指單邊間隙，即Z=（da-dt）/2。間隙過小會增加摩擦力，是拉深件容易拉裂，且易擦傷制件表面，降低模具壽命。間隙過大則對坯料的校直作用小，影響制件的尺寸精度。因此，確定間隙的原則是，既要考慮板料厚度的公差，又要考慮圓筒形件的增厚現(xiàn)象，根據(jù)拉深時是否采用壓邊圈和制件的尺寸精度、表面粗糙度要求合理確定。 此件拉深采用壓邊裝置，經(jīng)工藝計算取間隙為Z=1.05t=3.15mm （4）凸、凹模圓角半徑的計算 經(jīng)以上計算得，一次拉深時凹模圓角半徑r=24mm，凸模圓角半徑r=17mm （5）凸、凹模工作部分尺寸計算 此工件要求的是外形尺寸，設計凸、凹模時應以凹模尺寸以基準進行計算，即：凹模尺寸Da=（Ｄ－0.75△）=357.75mm 式中，D——拉深件的基本尺寸，mm △——拉深件尺寸公差 （6）其它零部件的設計計算 ① 壓邊圈的設計 壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強度略低于凸、凹模的硬度。取Hy =60mm ② 壓邊裝置的設計 該拉深模選在單動壓力機上進行拉深加工，所以必須借助彈性元件在受壓時所產(chǎn)生的壓力提供壓邊力。故選用具有通用性的彈性壓邊裝置作為彈性元件，這樣可避免每副模具都設計一套專用的彈性壓邊裝置。模具只需配備壓邊圈和頂桿并采用倒裝結(jié)構(gòu)。 （7）拉深模閉合高度的計算 拉深模的閉合高度是指滑塊在下止點位置時，上模座上平面與下模座下平面之間的距離，即：H=Hs+Hag+Ha+Hy+Htg+Hx+s+t =120+100+100+120+70+60+(20-25)+3 =593—598mm, 取H=600mm 式中， Ha——上模座厚度，mm Hx——下模座厚度，mm Hag——凹模固定板厚度，mm Ha——凹模厚度，mm Hy——壓邊圈厚度，mm Htg——凸模固定板厚度，mm S——安全距離，mm, 一般取20—25mm t——拉深件厚度， mm 5.2.3.2 2次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設計計算 （1）計算拉深力壓邊力 ① 拉深力P=πdntk=3.14*288*3*600*0.8≈1302 kN ② 壓邊力P壓=Ap=π(d12-d22)p/4=3.14*1/4*4*(3602-2882) ≈146.5 kN ③ 總壓力P總≧1.4（P+P壓）=1.4*（1302+146.5）=2028 kN 故壓力機的總壓力為2028 kN 以上各式中，t——工件厚度 k——修正系數(shù)，一般取0.5—0.8，取k=0.8 ——拉深件材料的抗拉強度，MPa，取600 MPa A——有效壓面積，mm2 p——單位壓邊力，查《冷沖模設計手冊》得p=4 MPa （2）模具工作部分尺寸計算 ① 拉深模的間隙 第2次拉深模的間隙取單邊間隙Z=1.1t=1.1*3=3.3mm ② 凸、凹模工作部分尺寸和公差 由于工件要求內(nèi)形尺寸，故以凸模為設計基準，間隙取在凹模上 凸模工作部分尺寸dt=(d+0.5Δ) =(360+0.5*0.57)=360.285 凹模工作部分尺寸da=(dt+2z) =(360.285+2*3.3)=366.885 式中，d——拉深件基本尺寸 Δ——拉深件尺寸公差，基本尺寸360mm,按IT12查得Δ=0.57mm z——單邊間隙 （3）確定凸模通氣孔 通氣孔直徑一般可在3—8mm之間選取，選取的原則一般視凸模尺寸而定。此工序通氣孔直徑選8mm。 （4）2次拉深模結(jié)構(gòu)的確定 拉深模具是在單動壓力機上拉深。由于是再次拉深，壓邊圈采用圓筒形，因此工件的毛坯會十分順利的定位，把筒形件毛坯套在壓邊圈上，因再次拉深的壓邊力一般不大，故采用兩根限位柱的壓邊力等于所計算的值。模具仍采用倒裝結(jié)構(gòu)，出件采用推桿推出。 （5）2次拉深其它零部件的設計計算 ① 壓邊圈的設計 壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強度略低于凸、凹模的硬度。取Hy =60mm ② 壓邊裝置的設計 該拉深模選在單動壓力機上進行拉深加工，所以必須借助彈性元件在受壓時所產(chǎn)生的壓力提供壓邊力。故選用具有通用性的彈性壓邊裝置作為彈性元件，這樣可避免每副模具都設計一套專用的彈性壓邊裝置。模具只需配備壓邊圈和頂桿并采用倒裝結(jié)構(gòu)。 5.2.3.3 3次拉深拉深力及工作部分尺寸零部件設計計算 （1）計算拉深力壓邊力 ① 拉深力P=πdntk=3.14*240*3*600*0.8≈1085 kN ② 壓邊力P壓=Ap=π(d22-d32)p/4=3.14*1/4*4*(2882-2402) ≈75.6 kN ③ 總壓力P總≧1.4（P+P壓）=1.4*（1085+75.6）≈1161 kN 故壓力機的總壓力為1161 kN 以上各式中，t——工件厚度 k——修正系數(shù)，一般取0.5—0.8，取k=0.8 ——拉伸件材料的抗拉強度，MPa，取600 MPa A——有效壓面積，mm2 p——單位壓邊力，查《冷沖模設計手冊》得p=4 MPa （2）模具工作部分尺寸計算 ① 拉深模的間隙 第3次拉深模的間隙取單邊間隙Z=1.1t=1.1*3=3.3mm ② 凸、凹模工作部分尺寸和公差 由于工件要求內(nèi)形尺寸，故以凸模為設計基準，間隙取在凹模上 凸模工作部分尺寸dt=(d+0.5Δ) =(288+0.5*0.52)=288.26 凹模工作部分尺寸da=(dt+2z) =(288.26+2*3.3)=294.86 式中，d——拉深件基本尺寸 Δ——拉深件尺寸公差，基本尺寸288mm,按IT12查得Δ=0.52mm z——單邊間隙 （3）確定凸模通氣孔 通氣孔直徑一般可在3—8mm之間選取，選取的原則一般視凸模尺寸而定。此工序通氣孔直徑選8mm。 （4）3次拉深模結(jié)構(gòu)的確定 拉深模具是在單動壓力機上拉深。由于是3次拉深，壓邊圈采用圓筒形，因此工件的毛坯會十分順利的定位，把筒形件毛坯套在壓邊圈上，因再次拉深的壓邊力一般不大，故采用兩根限位柱的壓邊力等于所計算的值。模具仍采用倒裝結(jié)構(gòu)，出件采用推桿推出。 （5）2次拉深其它零部件的設計計算 壓邊圈的設計 壓邊圈的外形尺寸與凹模外形尺寸相同，壓邊圈材料與凸、凹模一致，熱處理強度略低于凸、凹模的硬度。取Hy =60mm 5.3 脹形模工藝計算及零部件設計 5.3.1 脹形工藝分析 脹形屬于伸長類成形。脹形過程中不會產(chǎn)生失穩(wěn)起皺現(xiàn)象，且在脹形充分時制件表面很光滑，這是由于材料硬化的結(jié)果。 對空心毛坯的脹形，如果毛坯的長度不是很長，脹形時其長度就會縮短，這說明脹形區(qū)以外的材料向脹形區(qū)補充，使脹形區(qū)的徑向拉伸變形得到緩解，而使切向的拉伸變形為最主要的變形，脹形脹破就是切向拉應力過大引起的。為了不脹破，需限制切向最大拉應變不超過材料的許用伸長率[] 。 由此產(chǎn)品圖可知，該制件側(cè)壁是由空心毛坯脹形而成，對壁厚變化沒有要求，尺寸精度要求不高，故滿足脹形工序加工的要求。 5.3.2脹形模工藝計算 （1）毛坯尺寸計算 由以上計算得毛坯尺寸如圖5.3： 圖5.3 脹形毛坯圖 該件脹形系數(shù)K=1.23 （2）脹形力的計算 ① 計算單位脹形力 單位脹形力分兩種情況計算： 兩端不固定，允許毛坯軸向自由收縮時，p為p =2t/dmax* 兩端固定時，毛坯軸向不能自由收縮時，p為p =2（t/dmax+t/2R） 上式所用到的p的計算公式均為軟模脹形空心毛坯制件時的單位壓力的計算公式。 p=2t/dmax*=2*3*600/296=12.16 MPa ② 計算脹形力 P=Ap=3.14*296*330*12.16≈3730 kN 式中，P——脹形力 A——脹形面積，mm2 p——單位脹形力，MPa 5.3.3 脹形模零部件裝配設計 脹形模采用聚氨酯橡膠進行硬模脹形，為了使制件在脹形后便于取出，將凹模分為兩部分，上下模單邊間隙取0.2mm。 側(cè)壁受橡膠的擠壓脹形，當模具閉合時被橡膠壓緊，然后脹形。模具的外形尺寸和閉合高度較大，壓力也較大，以模具尺寸為依據(jù)，最后確定選用壓力機。 5.4 沖側(cè)孔模工藝設計 5.4.1 工藝方案及模具結(jié)構(gòu) 本沖孔為側(cè)沖孔，沖孔難度大，為保證零件尺寸的精度，該沖孔放在脹形后進行，模具結(jié)構(gòu)為側(cè)開式，便于零件的放入和取出，凸模周界采用橡膠彈性體覆蓋，以保證沖孔的精度，同時減少沖孔后毛刺的產(chǎn)生，凹模通過螺釘和墊圈加以固定。 凸、凹模、楔塊及定位座是該模具的關(guān)鍵零件。凸模5材料為W18Cr4V，熱處理硬度60～63HRC。由于凸模厚度為3mm，低于定位座8的燕尾槽深度，這樣壓料器就不會壓死凸模， 凸?？稍诙ㄎ蛔辔膊蹆?nèi)自由滑動，燕尾的尺寸按f7／H8配合。 凹模材料采用Crl2或CrWMn，熱處理硬度58～62HRC。凹模制作的關(guān)鍵是刃口帶不能大于3mm，否則凹模腔內(nèi)會因存廢料太多而加大沖裁力，影響凸模和楔塊的壽命。 6 繪制模具總圖 本設計零件加工工序有落料、1次拉深、2次拉深、3次拉深、脹形、沖測孔，其中繪制落料模、2次拉深模和脹形模各一幅，其模具總圖如下: 圖6.1 落料模結(jié)構(gòu)裝配圖 圖6.2 拉深模結(jié)構(gòu)裝配圖 圖6.3 脹形模結(jié)構(gòu)裝配圖 7 繪制模具非標準件零件圖 非標準件零件圖主要是指凸模和凹模和其它零部件，其零件圖如下： 圖7.1 落料凸模 圖7.2 落料凹模 圖7.3 落料凹模固定板 圖7.4 落料凸模固定板 圖7.5 2次拉深凸模 圖7.6 2次拉深凹模 圖7.7 脹形凹模 結(jié) 束 語 歷經(jīng)近兩個月的畢業(yè)設計即將結(jié)束，本套模具的設計也終于完成了。在這次畢業(yè)設計中，通過參考，查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請教各位老師有關(guān)模具方面的問題，特別是模具在實際中可能遇到的具體問題，使我在這短暫的時間里，對模具的認識有了質(zhì)的飛躍。模具在當今社會里運用的非常廣泛，掌握模具設計方法對我以后的工作和發(fā)展有著十分重要的意義。 在整個設計過程中我主要從以下方面來開展設計工作的。第一，根據(jù)工件的要求和尺寸繪制了零件的零件圖。第二，對零件進行沖壓工藝性能分析。第三，確定沖裁方案。第四，排樣設計。第五，工藝計算，包括沖裁力和凸凹模刃口尺寸的計算等。第六，根據(jù)沖裁力選擇沖壓設備。第七，模具的結(jié)構(gòu)方案設計，包括設計一些典型的零件盒附件，并繪制其零件圖。第八，模具的工作過程介紹和繪制模具裝配圖。在設計過程中我發(fā)現(xiàn)了許多問題，也解決了許多問題。就是在這個發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，我將自己在模具方面的知識進行了系統(tǒng)的運用和再次提升，將理論知識很好的運用到了實踐中，提高了自己的設計能力。更重要的是，在整個設計過程中，我對模具行業(yè)的前景和現(xiàn)狀有了更深入的了解，掌握了模具設計的一般方法和主要設計思想以及設計過程中的注意事項，在思想上，我們樹立起了工程思想，不在死扣書本上的公式和理論，一切以實際生產(chǎn)為主，一切不再是簡單的，死板的知識，而是一個活靈活現(xiàn)的真實的例子。 在這次設計中，我受益匪淺！首先，它讓我知道了什么是一絲不茍，為什么要一絲不茍。在一次次的計算，繪圖的修改中，我認識到了認真的力量，沒有踏踏實實的工作，不會有最后的成功。再就是，我知道了什么是態(tài)度決定一切！倘若有一個良好的工作心態(tài)、態(tài)度，那么你的成功就完成了一半。 至此，畢業(yè)設計已完成。通過本次設計證明了自己的綜合能力，能將所學專業(yè)知識應用在對實際問題的具體分析和解決上。在設計過程中，經(jīng)常會遇到因考慮問題不周而導致前后矛盾，甚至使下一步工作無法進行。然而經(jīng)查閱許多相關(guān)資料和在老師的精心指導下，問題都一一得到了解決，使整個大學四年所學的專業(yè)知識也得到了系統(tǒng)的鞏固和提高。 同時，這次設計使我對冷沖壓模具的設計有了更深刻的認識，專業(yè)知識掌握得更牢固，對以前遺留的那些似懂非懂的問題也理解透徹了。這次設計對我來說是一次很好的鍛煉，而在這之中的收獲對我以后的工作來說是一種很大的幫助。?通過本文以上一系列的計算和討論，已經(jīng)大致給出了正裝復合沖模設計的全貌。由于本人的專業(yè)水平有限，以及對國家標準的理解程度不夠深入和透徹，還有對理論過程與實際過程之間的差異的考慮較少，在對一些設計參數(shù)的估計上也存在著或多或少的偏差，這是本設計論文最大的不足之處。 致 謝 畢業(yè)論文已經(jīng)結(jié)束，這也意味著我在黃河技術(shù)學院的四年的學習生活既將結(jié)束?；厥准韧?，自己一生最寶貴的時光能于這樣的校園之中，能在眾多老師們的熏陶下度過，實是榮幸之極。在這四年的時間里，我在學習上和思想上都受益非淺。 這除了自身努力外，與各位老師、同學和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的 論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。在老師的諄諄誘導、同學的出謀劃策及家長的支持鼓勵，是我堅持完成論文的動力源泉。在此，我特別要感謝我的導師張保豐老師。從論文的選題、文獻的采集、框架的設計、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標題到標點，他都費盡心血。 同時感謝我的各位同學，與他們的交流使我受益頗多。 時間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤。懇請閱讀此篇論文的老師同學，多予指正，不勝感激！ 參考文獻 [1] 湯酞則主編.冷沖模課程設計與畢業(yè)設計指導[M].長沙：湖南大學出版社，2008. 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