1、模具设计与制造专业毕业论文口杯一次正反拉深模具设计绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量、复杂、大型、精密，更新换代速度快等变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展。冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向计算机辅助设
2、计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。1. 未来冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成
3、为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2) 高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3) 模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD
4、数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。(4) 电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5) 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6) 优质
5、材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7) 模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8) 模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀
6、具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 2. 拉深成形理论及拉深工艺拉深是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。广泛应用于汽车、电子、日用品、仪表、航空和航天等各种工业部门的产品生产中，不仅可以加工旋转体零件，还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是，加工出来的制件的精度都很底。一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级。只有加强拉深变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决拉深变形中出现的各种实际问题，从
7、而，进一步提高制件质量。研究和推广采用新工艺，如软模成形工艺、高能高速成形工艺及其他高效率、经济成形工艺等，进一步提高冲压技术水平。值得特别指出的是，随着计算机模拟技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值，帮助设计人员实现优化设计。2. 拉深工艺设计的基本内容和基本要求 针对给定的产品图样，根据其生产批量的大小、企业现有拉深设备的类型规格、模具制造能力及工人技术水平等具体生产条件；从对产品零件图的拉深工艺性分析入手，经过必要的工艺计算，制定出合理的工艺方案（包括工序性质、数量的确
8、定、工序顺序的安排、工序组合方式及工序定位方式的确定等），最后编写出拉深工艺卡。其基本要求应达到以下几方面：1材料消耗应尽可能少2根据工厂的具体生产条件，制定的工艺方案应技术上先进可行，经济上合理。3工序组合方式和工序排列顺序应符合拉深变形规律，能确保拉深出合格的工件。4工序数量应尽可能少，生产效率尽可能高。5制定的工艺规程，应方便工厂的生产组织与管理。第章一次正反拉深工艺的分析1.1 零件的工艺性分析：工件图：如图1-1所示 生产批量：大量料厚：3mm材料：08钢1.1.1拉深件的工艺分析： 图1-1 工件图一般情况下，拉深件的尺寸精度在IT13级以下，不宜高IT11级。 拉深件壁厚公差要求
9、一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律。拘统计，不变薄拉深，最大增厚量约为（0.20.3）t，最大变薄量约为（0.100.18）t（t为板料厚度）。此工件为未注公差尺寸，应按IT14级选取公差。此工件采用不变薄拉深最大增厚量约为0.60.9，最大变薄量约为0.30.54。1.1.2 拉深件的结构工艺性：1.1.2.1 拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成行。1.1.2.2 许多次拉深的零件，在保证必要的表面质量的前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。1.1.2.3 在保证装配要求的前提下，应允许拉深侧壁有一定的斜度。1.1.2.4拉深件的底与壁、凸缘与壁、应满足：rdt，R2
10、t。否则，应增加整形工序。1.1.2.5 拉深件的尺寸标注，应注明保证外形尺寸，还是内形尺寸，不能同时标注内外形尺寸。此工件形状简单、对称，允许内外表面拉深过程中产生的痕迹。取底与壁的圆角半径rd=10，凸缘与壁的圆角半径R=7。应保证此工件的内形尺寸。1.1.3 拉深件的材料用于拉深的材料一般要求具有较好的塑性，低的屈强比，大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。08钢的拉深性能较好。1.2 工艺方案的确定该工件包括落料、拉深、在拉深三个基本工序，可以有以下两种方案：方案一：落料拉深再拉深。采用单工序模生成。方案二：落料正反一次拉深复合模具冲压。采用复合模生成。方案一模具结构简单，但需三道工序
11、三副模具，生成效率低，难以满足该工件大批量生成的要求。方案二需两副模具，生成效率较高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。通过对上述两种方案的分析比较该急件若能一次拉深则其冲压采用方案二为佳。1.3 反拉深的工艺的特点1.3.1 反拉深的工艺方案的确定 该工件采用正反一次拉深复合模具冲压，其中反拉深有其独特的工艺特点。.此工件为带凸缘的圆筒形工件，要求内形尺寸，没有厚度不变的要求，尺寸为自由公差。此工件的形状满足拉深工艺要求，可用拉深工序加工。次工件可采用普通拉深和反拉深相复合的模具结构，安装在双动压力机上一次完成正拉深和反拉深。以后各次拉深有正拉深和反拉
12、深两种方法：正拉深的拉深方向与上一次拉深方向一致，反拉深的拉深方向与上一次拉深方向相反，工件的内外表面相互转换。将工件按与前次拉深相反的方向进行拉深称为反拉深。反拉深用于制造如图1-1所示的制件，也实用于薄料的拉深，反拉深与普通拉深的区别在于拉深时毛坯的外表面被翻到内面，因而内面则被翻到外面，原有外表面拉深时划痕不影响外观。反拉深时材料流动方向与正拉深方向相反，有利于相互抵消拉深形成的残余应力。反拉深时材料弯曲与反弯曲次数较少，冷作硬化也少，有利于成形。1.3.2 反拉深工艺的特点：1.3.2.1 反拉深的拉深力可比正拉深大20左右。 图 1-21.3.2.2 反拉深坯料D1套在凹模外，反拉深
13、工件外径d2通过凹模内孔。故凹模壁厚度不能超过1/2（D1d2。即反拉深的拉深系数不能太大，否则凹模壁厚度过薄，强度不足。如图 1-2 1.3.2.3 反拉深坯料与凹接触面积较正拉深大，材料流动阻力也大，因而一般可不用压边圈。但坯料外院流经凹模入口圆角时，阻力已明显减小，所以大直径薄料拉深时仍虚压料以免起皱。1.3.2.4 反拉深比一般拉深的拉深系数小（1015)。1.3.2.5 反拉深后的圆筒最小径为d=（3060)t。 1.3.2.6 凹模圆角半径不能大于1/4(D1d2)。反拉深的最小圆角半径r(26)t，拉深厚料时，r取小；拉深薄料时，r取大值。当制件的圆角半径不能满足上述要求时，就需
14、要增加整形工序。在双动拉深压力机上，正拉深和反拉深可用一副模具，先用外滑快进行一般拉深，后用内滑快进行反拉深1.4 主要设计计算1.4.1计算毛坯的尺寸如图1-1所示h=（90-1.5）mm=88.5md=（90+3）mm=93mm根据相对高度h/d=88.5mm/93mm=0.95，有表【9】查得，修边余量h=3.5mm。将d=93mm，H=h+h=（88.5+3.5）mm=92mm，R=（10+1.5）mm=11.5mm，代入D=2081.4.2 判断拉深次数工件总的拉深因数m总=d/D=93mm/208mm=0.45毛坯的相对厚度（t/D）100=（3mm/208mm）100=1.4按毛
15、坯的相对厚度，假定采用压边圈，从表【9】查得极限拉深系数m1=0.53，m2=0.75，反拉深比一般拉深的拉深系数小（1015。），则：m反=0.75(1-10)=0.675由于m总m1，故工件不能被一次拉成形。第一次拉深半成品直径为：d1=m1D=0.53208mm=110.24mm（调整d1=111mm）第二次拉深半成品直径为：d2=m反d1=0.675111mm=75mm（调整d2=d=90mm）取r凹1=14mm，r凸1= r凹1=14mm，故r1=r凸1+t/2=（14+1.5）mm=15.5mm；末次r2=r工件=t/2=（10+1.5）mm=11.5mm可求的半成品的高度：Hh=
16、 =63mmH2=H工件=92mm所以该工件需要拉深两次。1.4.3 拉深力的计算（图1-3）1.4.3.1 正拉深的拉深力F1F1= d1tbK1F - 拉深力； t - 板料厚度； D - 坯料直径；d - 拉深后的工序件直径； b - 拉深件材料的抗拉强度； 图1-3 正拉深工序图K - 修正系数。有表【9】查得K1 =1.15，08钢的抗拉强度极限b=450MPa。将K1=1.15，d1=114mm，b=450MPa，t=3mm代入上式，即F正= d1tbK1=（33.14114501.15）=555732.9N=556KN1.4.3.2 反拉深的拉深力F2（图1-3）有表【9】查得K
17、1 =1.12，08钢的抗拉强度极限b=450 MPa。将K1=1.12，d1=114mm，b=450 MPa，t=3mm代入上式， 由于反拉深的拉深力可比正拉深大20左右，则F反= d2tbK2（120）=33.144501.1293=441534.24N=442KN1.4.3.3 压边力FyFy=D2-(d1+2r凹)2P/4Fy - 压边力；D - 坯料直径；d1 - 拉深工序件直径；r凹 - 拉深凹模的圆角半径；P - 单位面积压料力。 式中r凹=r凸=10mm，D=220mm，d1=114mm。有表【2】，查的P=3MPa。 把各已知数据代入上式，得压边力为： FQ =/4 2082
18、（114+210）2mm23MPa =71695.62N =72KN第2章 模具的结构设计2.1 模具工作部分的尺寸计算：2.1.1 拉深模的间隙由于采用正反拉深，正拉深时有压料装置，单边间隙取：Z/2=1.3t=（1.33）mm=3.9mm 反拉深时无压聊装置，单边间隙取： Z/2=1.06t=（1.063）mm=3.18mm 2.1.2 拉深模的圆角半径 2.1.2.1 凹模的圆角半径： 首次（包括只有一次）拉深凹模半径可按下式计算： rA1=0.8 rA1 - 凹模圆角半径； D - 坯料直径； d - 凹模直径。 rA1 =0.8 =0.8 =142.1.2.2 凸凹模的凹模圆角半径：
19、由于反拉深凹模圆角半径不能大于1/4(D1d2)。反拉深的最小圆角半径r(26)t，拉深厚料时，r取小；拉深薄料时，r取大值。当制件的圆角半径不能满足上述要求时，就需要增加整形工序。所以取凸凹模的凹模圆角半径为R2.52.1.2.3 凸凹模的凸模圆角半径的确定：R2.52.1.2.4 凸模的圆角半径： r凸=r=10mm2.1.3 凸凹模工作部分的尺寸和公差。由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计基准，凸模和凹模尺寸的计算公式如下：dT= dA= 式中dA，dT-凸凹模的尺寸 dmin - 拉深件内径的最小极限尺寸- 零件的公差 A，T- 凸凹模制造公差 Z- 拉深模双面间隙将模具公差按IT10
20、级选取2.1.3.1 凸凹模的凸模尺寸的确定：由公差表【7】得A=T=0.14mm，把dmin=111mm，=0.87，Z=7.8mm代入上式，则凸模尺寸为：dT=（111+0.40.87）0-0.14 =111.35 2.1.3.2 凹模的尺寸确定：间隙取在凹模上，则凹模的尺寸。 按式dA = 计算把dmin=111mm，=0.87，Z=7.8mm代入上式，则凹模的尺寸为 dA =（111+0.40.87+7.8） =119.152.1.3.3 凸模尺寸的确定： 由公差查表【7】得，凸模、凹模的凹模的制造公差为，A=T=0.14mm，把dmin=90，=0.87mm代入 dT=dT=（90+
21、0.40.87）=90.35 2.1.3.4 凸凹模凹模尺寸的确定：间隙取在凹模上，则凹模的尺寸为：把dmin=90mm，=0.87mm，Z=6.36mm，代入dA =（dmin+0.4+Z） = （90+0.4+6.36） mm =96.712.1.3.5 通气孔尺寸的确定：当拉伸后的冲件从凸模上脱下时，由于受空气的压力而紧包在凸模上，致使不易脱下。对于厚度较薄的拉深件，甚至使零件压瘪。因此，需要在凸模上留有通气孔。通气孔的高度h应大于冲件的高度。 h一般取 h=H冲件+（510）则h取 98mm 通气孔的直径不宜取太小，否则容易被润滑剂堵塞气孔，或因气孔量不够而使气孔不起作用，圆形凸模通气
22、孔的尺寸列于表一表一圆形凸模通气孔的尺寸凸模直径 通气孔的直径253.025503.05.0501005.56.51002007.08.02008.5确定凸模的通气孔，由表一查得，凸模的通气孔直径为6.5mm。 2.2 模具结构的总体设计采用正反拉深符合模，首先要考虑凸凹模的壁厚是否过薄。反拉深的壁厚不能完全根据构造的理由选择，而是取决于拉深件的尺寸，反拉深坯料D1套在凹模外，反拉深工件外径d2通过凹模内孔。故凹模壁厚度不能超过1/2（D1d2）。即反拉深的拉深系数不能太大，否则凹模壁厚度过薄，强度不足，如图 1-2。本模具的凸凹模壁厚1/2（D1d2）=1/2（111-93）mm=9mm所以
23、模具的凸凹模壁厚能保证足够的强度。其次，反拉深的圆筒最小径为d=（3060）t。该工件的料厚t=3mm，则 d=（303）mm=90mm故可采用一次正反拉深符合模。本模具安装在双动拉深压力机上，一次成形正拉深和反拉深成形。坯料放在压料圈3上，利用装在外滑快上的凹，模5下行与凸凹模4完成正拉深工序，如图1-4（）所示。完成正拉深后，装在内滑快上的凸模7向下行，与凸凹模完成反拉深，见图1-4（）所示。总装图 () 正拉深 () 反拉深 图2-1 名称材料数量规格标准热处理1顶杆45143482顶杆45320130GB/T7650.343483压边圈T8A156604凸凹模CrWM2158625凹模
24、5CrNiMo152566螺钉453M1625GB/T70.1-200043487拉深凸模T10A156608上模座HT200140031550JB/T7642.3-949柱销40Cr21625GB/T119.1-2000434810顶件块Q235111下模座HT200140031560JB/T7642.4-9412螺钉454M1630GB/T70.1-2000434813柱销40Cr21630GB/T119.1-200043482.2.1 模具的闭合高度的计算由于此拉深为非标准形式，需计算模具闭合高度。其中各模板的尺寸取国标。 由于双动拉深压力机的模具安装及工作方式与单动压力机有所不同，所以
25、应分为外滑快闭合高度和内滑快闭合高度的计算。其通用计算公式如下： H=h+h1-LH - 内滑快或外滑快的闭合高度（mm）；h - 上模装配后的组合高度（mm）；h1 - 下模装配后的组合高度（mm）；L - 上模与下模闭合后的重叠部分（mm）。查模座的相关标准取： 取H上模座=50mm，H下模座=60mm H压边圈=20mm。经计算h上模=138mm,h下模=160mm,h凸模=258m ,L外=80mm ,L内=100。外h上模+ h下模- L外(138+180-80)mm=238mm内+ h凸模+ h下模- L内=(258+160-100)mm=318mm2.2.2 冲压设备的选择这套模
26、具应安装在双动压力机上使用，所以应根据双动拉深压力机的方式选择设备。2.2.2.2 按冲压力选用（1.82）FF0内取1.9F=1056.4KN FYF0外 FY=72KN 式中 F - 拉深、成形等冲压工序力； FY - 压边力 F0内 - 内滑快公称力 F0外 - 外滑快公称力2.2.2.3 按冲压工序工作行程选用（拉深件高度）2压力机内滑快行程即（902）mm=180 由于本压力机借助于气垫压力在正拉深时作拉深压边，反拉深结束时顶出制件，所以应参照气垫行程选择。即，工件的拉深高度要小于气垫行程。2.2.2.4 按模具闭合高度选用 按装在双动压力机上的模具分内外两部分。H内最小（510）m
27、mH内H内最大-（1015）mm H外最小（510）mmH外H外最大-（1015）mmH内 - 模具内闭合高度H外 - 模具外闭合高度H内最小 压力机内滑快最小装模高度；H内最大 压力机内滑快最大装模高度；H外最小 压力机外滑快最小装模高度；H外最大 压力机外滑快最大装模高度；机械压力机的最小装模高度=最大装模高度-最小装模高度。根据以上几点，经校核，选择JA55-200型闭式上传动双动拉深压力机。闭式上传动双动拉深压力机技术数公称压力/KN内滑快 2000 外滑快 1250 滑快行程/mm内滑快 670 外滑快 425滑快行程次数/次.min-1 8最大装模高度/mm内滑快 770 外滑快
28、665内外滑快装模高度调节量/mm内滑快 165 外滑快 165主柱间距离/mm 1620工作台板尺寸/mm 前后左右内滑快 560560 外滑快 850850 气缸顶出力/KN 80（8） 气垫顶出力/KN 315 主电机功率/KN 402.3 模具零件的结构的设计2.3.1 拉深凹模（图2-2）设计内外形尺寸（工作部分已定）；需有三个以上螺纹孔，以便与上模座固定；需要有两个与上模座配作的销钉孔；标注尺寸精度，形位公差及粗糙度。 2.3.2 拉深凸凹模（图2-3）内外形尺寸和厚度（已定）；需有三个以上螺纹孔，以便与下模座固定；需要有两个与下模座配作的销钉孔；标注尺寸精度，形位公差及粗糙度。图
29、2-2 拉深凹模 图2-3 拉深凸凹模2.3.3 凸模（图2-4）设计外形尺寸。（工作部分已定）一般有出气孔。（取6.5mm）有一个与双动压力机螺栓配合的螺纹孔。图2-4 凸模2.3.4 推件块（图2-5）设计外形尺寸。外形与凸凹模内形间隙配合。（单边间隙0.10.5（mm）内形为与顶杆配合的螺纹孔。（取M25）图2-5 推件块2.3.5 压边圈（该件兼做顶料板）（图2-6） 设计外形尺寸内形与凸凹模间隙配合。（单边间隙0.10.5（mm）外形大于凹模外形尺寸。图2-6 压边圈（该件兼做顶料板）2.3.6 顶杆（图2-7）设计外形尺寸头部为与推件块配合的螺杆。（取M25）图2-7 顶杆第3章 口杯一次正反拉深模具的装配与调试
