矩形罩二次拉深模设计.docx
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矩形罩二次拉深模设计
毕业设计论文
论文题目：
矩形罩二次拉深模设计
系部材料工程系
专业模具设计与制造
班级
学生姓名
学号
指导教师
毕业设计论文任务书
系部：
材料工程系
专业：
模具设计与制造
学生姓名:
学号:
设计（论文）题目：
矩形罩二次拉深模
起迄日期:
指导教师:
发任务书日期:
毕业设计（论文）任务书
1．本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：
此次设计题目是老师从众多的课题中精心挑选出来的，具有一定的代表性的和可学习性。
通过此次的设计可使我对模具的设计过程及思路有个总体的认识。
2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
设计题目：
矩形罩的二次拉深模
材料：
08A
前言
利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都有决定性的意义。
在现代工业的主要部门，如机械、电子、轻工、交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。
如70%以上的汽车、拖拉机、电机、电器、仪表零件，80%以上的塑料制品，70%以上的日用五金及耐用消费零件，都采用模具成型的方法来生产[10]。
利用模具将平板毛坯变成开口空心零件的加工方法称为拉深（或拉延）。
拉深是主要的冲压工序之一，应用广泛。
用这种工艺方法可以制成筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物线形、盒形和其它不规则的薄壁零件，如果与其它冲压工艺相配合，还可以制造形状更为复杂的零件。
因此在汽车、拖拉机、电器、仪表电子、轻工等行业中有相当重要的地位。
该模具适应于高矩形和高筒形件的拉深，在毛坯排样无中间搭边，冲裁后废料中间自动断开，方便送料，不用设置卸料板送料。
该成型方法已经熟练应用于工业生产中。
但是在以前模具设计的毛坯计算中都是采用有关手册上所给的公式进行计算，计算量不仅很大，而且当遇到形状复杂的零件（该零件就是属于这种情况）会比较麻烦，且容易出错。
所以在本设计中拟采用模具CAD技术对零件的毛坯进行计算，以解决以前模具设计中毛坯计算较为复杂的问题，从而缩短模具设计的周期。
从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面：
（1）加深理论研究。
加强冲压理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地制定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲压变动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，以形成先进的模具制造技术。
（5）标准化。
开展模具标准化工作，使模板导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批的生产塑料成型模具。
第1章零件工艺性分析
1.1零件材料的化学成份及力学性能
从零件图（图1）上可以得出：
零件的外形为类似矩形拉深件，成型工艺为二次拉深。
零件材料为1008钢，查有关手册可以得知：
此为美国牌号，它属于优质碳素结构。
其中10代表优质炭素结构钢[8]，后面两位数字代表了含碳量。
由该材料的含碳量可以得知：
其力学性能与08钢很相似。
由于含碳量≤0.25％，因而属于极软低碳钢。
强度、硬度很低，塑性、韧性极好，冷加工性好，淬透性、淬硬性极差，由于硫、磷元素的作用，它比08钢容易切削加工。
退火后，导磁性能好，宜冲压、冷拉深，符合零件成型工艺要求[4]。
表108钢化学成份及机械性能[1]
牌号
化学成份（％）
机械性能（MPa）
C
Si
Mn
δb
δs
τ
E
08
0.17-0.24
0.17-0.37
0.25-0.35
353
245
300
206
1.2零件成型工艺分析
1.2.1拉深件工艺性分析
（1）拉深件形状应尽量简单，对称。
从零件图上可以看出：
该零件的外形为类似矩形，而且用圆弧过渡连接，结构对称。
即工件在圆周方向上的变形是均匀的，模具容易加工，其工艺性较好，避免了急剧的轮廓变化。
（2）拉深件各部分尺寸比例要适当。
从零件图上可以看出：
该零件的设计避免了宽凸缘和深度较大的尺寸（即d凸>3d,h≥2d）。
这样在成型中可以减少拉深次数甚至一次拉成。
（3）拉深件的圆角半径要适当拉深件的圆角半径，应尽量大些，以便利于成型和减少拉深次数。
拉深件底与壁、矩形件的四壁圆角半径应满足r1≥t、r2≥3t.从零件图可以得出：
该零件底与壁、矩形件的四壁圆角半径应满足上述值得要求。
这样就可以不用再另外增加整形工序。
（4）拉深件厚度不均匀现象的考虑由于各处变形不均匀，上下壁厚的变化达1.2t至0.75t。
但是只有工件有特殊的要求，才会考虑这些问题，否则可以认为零件壁厚是均匀的。
由毕业设计原始资料可以不用考虑壁厚不均匀的现象。
（5）拉深件的尺寸精度不宜要求过高拉深件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度，在一般情况下，拉深件的精度不宜超过表2中所列的数值。
表2拉深件的尺寸精度[1]
材料厚度
拉深件基本尺寸
≤50
>50～100
>100～300
1.2
±0.30
±0.35
±0.50
第2章零件成形工艺方案的确定
该工件为矩形罩的二次拉深，所加工的毛坯为一次拉深的半成品工件，故工件加工工艺方案可确定如下：
方案一：
采用正装模具生产。
方案二：
采用倒装模具生产。
方案一采用正装模具生产，从此工件的结构来看，很适合设计成正装模具生产，工件的精度及生产效率都较高。
方案二采用倒装模具生产，工件的定位和出件都不方便，不利于此工件的生产批量要求。
通过对上述两种工艺方案的分析比较，，则采取第一种方案为佳。
第3章模具主要设计计算
3.1零件毛坯尺寸的计算
由于该拉深件的外形为类似矩形，为得到毛坯的几何形状和尺寸。
其需要将工件分成多个部分进行计算。
而筒壁上部分的计算需要采用久里金法则（任意一个旋转体的表面积等于该旋转体重心x与该旋转体弧长l的乘积。
）进行计算。
其他部分则可以采用文献[1]推荐的公式求出。
当将各个部分的表面积分别求出来以后，进行相加便可以的到毛坯的表面积。
但是此过程十分的繁琐、麻烦，从而延长了模具的设计周期。
为了缩短模具的设计周期，可以采用模具CAD软件（如Proe软件）对拉深件进行展开可以很方便得到：
该工件的毛坯的形状及相关尺寸（见装配图），如图1、2所示。
图1零件毛坯图
将上面的立体图转化为零件图，可以得出毛坯零件图，如图1所示。
*以上尺寸均为生产经验而得，需要在试模时进一步调整。
3.2成形设备的选择及其校核
3.2.1.拉深力的计算
首先由零件的H/B、r/B值查相关设计手册[1]图4-72可以得知：
该拉深件可以一次拉深成型。
为简便计算出拉深力可以采用相关设计手册[1]表4-84所推荐的计算公式：
F拉=k1ltδb.
其中k1可以由相关设计手册查表4-85[1]并采取插值法得到：
k1=0.70。
将δb=353MPa，t=1.2mm,l=183代入上述公式可以得到：
F拉=0.70×183×1.2×353=54263.16N
3.2.2成型设备的选择
压力机的选择是工艺设计中一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列问题。
应根据所完成的工艺性质、批量大小、工件的几何尺寸和精度等级等选定压力机的类型和吨位。
此设计中，工件的拉深不采用压边装置，故无须考虑压边力。
即F总=F拉，将上述的值代入可以得到：
F总=54263.16N。
由此并根据生产工艺的要求采用J23-6.3压力机。
但此压力机的最大装模高度小于模具的闭和高度，故为了满足要求选用J23-25的压力机。
其相关参数见表4[3]。
选择压力机公称压力时，必须注意当拉深工作行程较大时，尤其后序拉深时，应使工艺曲线位于压力机滑块的许用压力之下而不能简单地按压力机的公称压力大于工艺力的原则去确定压力机的规格。
否则可能会发生压力机超载而损坏。
根据生产经验可以得知：
该压力机完全符合该零件生产工艺的要求。
3.3压力中心的确定及其相关计算
为保证压力机和模具正常工作，必须使冲模的压力中心与压力机的滑块中心相重合。
否则在冲压时会使冲模与压力机的滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，造成刃口和其他零件的损坏，甚至会引起压力机导轨的磨损。
影响压力机的精度，对于形状简单而对称的工件如矩形、圆形、正多边形，其冲裁的压力中心与工件的几何中心重合。
结合零件图，该冲裁件的压力中心即为工件的几何中心。
该工件的冲裁力不大，为便于模具的加工和装配，模具中心选在工件的几何中心。
此满足J23-２５的模柄孔投影面积范围内，满足要求。
3.4工作零件工作尺寸的确定
3.4.1拉深凸凹模工作尺寸的计算
确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉深件的弹复，其零件尺寸的公差只在最后一道工序考虑。
根据毕业设计原始资料可以得到：
此仅为第一次拉深工序，即该拉深凸、凹模尺寸的计算不用考虑尺寸公差。
综上所述，可以得到以下结论：
拉深凸、凹模工作的尺寸与拉深件的外形尺寸一样。
拉深凸、凹模的工作尺寸可以参见矩形罩零件图。
（1）模具的制造公差的确定。
结合零件图，对于非圆形凸、凹模制造公差可以根据零件的公差来确定。
若拉深件的公差为IT14级以上者，凸、凹模的制造公差则采取IT10
IT10级
≤3
40
〉18-30
84
〉3-6
48
〉30-50
100
〉6-10
58
〉50-80
120
〉10-18
70
〉80-120
140
即模具的制造公差具体值分别详见拉深凸、凹模零件图
（2）为防止真空吸附，顺利顶出工件，可在拉深凸模开出气孔。
其值可以查表4-77[1]得：
d=6.5mm。
（3）拉深凸、凹模的圆角半径的确定拉深凹模圆角半径可以根据零件的材料与厚度查有关手册确定r凹=8mm，而拉深凸模的圆角半径可以按下述的规定来确定。
即除最后一次拉深工序外，其它各次拉深工序中，凸模圆角半径r凸可取与凹模圆角半径相等或略小的数值：
r凸=（0.6～1）r凹=8mm。
[1]
（4）拉深凸、凹模间隙的确定对于矩形件的拉深凸、凹模间隙的确定可以参照U型件的弯曲模具间的间隙，但是对于圆角部分，因为材料的料厚变厚，所以这部分的间隙应比直边部分大0.1t。
而在多次拉深工序中，除最后一次拉深外，间隙的取向是没有规定的。
[1]
查相关设计手册[1]可以得到：
U型弯曲件凸、凹模的间隙值约为：
（1～1.1）t。
综上所述，可以得到该拉深件凸、凹模间隙值：
（1.2～1.32）mm。
表5工作零件刃口尺寸计算
尺寸及分类
尺寸转换
计算公式
计算结果
备注
拉深
R60
60+0.22
A凹=（A-X△）
59.8+0.055
R59.8X=0.75；
R2.8X=0.50
△见表3
R3
3+0.14
2.8+0.075
R8
8+0.36
7.73+0.0366
*模具的制造公差取工件公差的1/4
*凸模尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为Zmin～Zmax。
查相关设计手册可以得到：
Zmin=0.126，Zmax=0.120。
第4章模具总体设计
4.1模具类型的选择
由零件成型工艺方案可知，采用倒装的二次拉深模具生产。
4.2模具定位方式的选择
因为该模具采用的是首次拉深件的产品，所以应充分考虑毛坯在模具上的准确定位。
但是该模具由于成形力较小，所以不须考虑毛坯的定位。
4.3卸料、出件方式选择
为防止工件不能顺利顶出，所以在上模采取刚性顶件装置（即利用压力机上的打料衡梁的作用力卸下工件）。
把工件从凹模中顶出来。
4.4模具导向方式的选择
为提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该模具采用后侧导柱的导向方式。
如图5所示
图2后侧导柱模架
第5章模具主要零部件设计
5.1工作零件的结构设计
5.1.1拉深凹模的设计
凹模采用整体式结构，，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。
其轮廓尺寸可按生产经验，查相关手册[1]得知：
壁厚值C=64mm,高度值H=60mm。
具体尺寸可参见零件图。
由于上述值的确定是按生产经验而来。
故可以不用进行强度校核。
5.1.2拉深凸模的设计
结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成阶梯式，采用立式铣床加工，4个M12的螺钉固定直接将凸模与下模座连接在一起。
。
其总长可由上模的具体结构决定：
其中
指推件板的厚度，
指固定板的厚度。
将
=30mm，
=20mm,
=40mm代入以上公式可以得到：
L=90mm。
对该设计进行强度及长度校核，查有关设计手册可以得到相关校核公式：
Amin≥
Lmax≤1200
查有关设计手册[1]可以得
mm2。
经过以上计算可以得到以下结论：
该凸、凹模的设计符合使用要求。
5.2卸料装置及推件装置
由前面卸料、出件方式的确定，可以得知：
本套模具不用设置卸料装置，但是为了确保制件顺利从模具卸下来，需要在模具的上模、下模需要设置推件、顶件装置。
其中推件块及顶件块的结构尺寸及技术要求可分别参见零件图。
5.3模架及其组成零件
该模具采用后侧导柱模架，这种模架的导柱放在模具的后面侧位置，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成由于偏心力矩而引起上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具的寿命。
故此模架常用于较小的模具。
以落料凹模周界尺寸为依据，选择模架规格[1]见表7。
凹模周界|L:
235
1上模座数量1规格:
235×53×35
凹模周界|B:
53
2下模座数量1规格:
235×53×45
闭合高度（参考）|最小:
271
3导柱数量2规格:
32×180
闭合高度（参考）|最大:
210
4导套数量2规格:
32×20×45
表7模具模架规格
其中上模座、下模座的具体结构尺寸及技术要求（图3、图4）可以分别参见QM1102-93、QM1101-93。
导柱、导套的具体结构尺寸及技术要求可以分别参见QM1201-93、QM1226-93。
图6后侧导柱上模座图7后侧导柱下模座
5.4连接与固定零件的确定
对于本套模具的连接与固定零件，拟采取4个M12的圆柱头内六角螺钉及2个φ8的圆柱销。
其结构尺寸及技术要求可以分别GB70-76、GB119-76。
其中螺钉及圆柱销的长度可由模具的具体结构来决定，其布置最小间距可以参见表8[2]。
而其的具体布置位置可以详见模具装配图。
表8螺孔（或沉孔）、销钉之间至刃壁的最小距离
螺钉孔
M12
S1
13
S2
16
S3
3
销钉孔
φ8
S4
7
*S1、S2、S3、S4所代表的含义可参见图8
图5简图
第6章模具装配
6.1模具总装图
通过以上设计，可得到这套模具的总装图。
模具的上模部分主要有上模座、垫板、推件块、凹模等组成。
下部分由下模座、固定板、拉深凸模、推件伴等组成。
卸件方式则采用刚性的方式，可以保证工件顺利顶出。
6.2模具工作原理
当把一次拉深的制件送到指定位置时，上模在压力机的作用下进行冲压。
当冲压及拉深工艺完成时，上模上行回程，制件可能卡在凹模里也有可能包在凸模上，卡在凹模里的制件由推件块推下，当模具上的打料杆碰到压力机上的打料横梁时，打料横梁给模具打料杆一个作用力，在此作用力的作用下，将制件推出来。
假如制件卡在拉深凸模上，则有设在下模上的卸件板推出制件。
当上述的工艺完成以后，在进行二次送料，模具再开始下一个工作行程。
6.3模具的闭合高度及相关校核
压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上平面的距离（即垫板下平面）的距离。
它可以通过调节连杆的长度在一定范围内变化，由表4可以得知：
所选压力机的最大闭合高度为300，其调节量为80。
模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面的距离。
模具的闭合高度与压力机的闭合高度的关系在实际应用上为：
H≤Hmax-5mm[6]=295mm
式中：
Hmax代表压力机的最大闭合高度；
通过以上设计可以求得模具的闭合高度：
H=H上+H下+H垫板+H凸模+H推件块
=35+45+20+91+20=211mm
将求得模具的闭合高度代入上式进行校核可以得出以下结论：
模具的安装符合压力机的要求。
第7章工件主要成型工艺问题及解决措施
7.1拉深件主要成型工艺质量问题及解决措施
7.1.1拉伸件起皱分析及解决措施
拉深过程中主要成型工艺质量问题为凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。
前者是因为切向压应力引起板料失去稳定产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。
同时变形区板料有所增厚，而传力区板料有所变薄。
起皱主要取决于两个方面:
一方面是切向压应力δ3的大小，其值越大，越容易起皱；另一方面是凸缘变形区材料本身的抵抗失稳的能力，凸缘宽度越大，厚度越薄，材料的E值越小，则材料的抵抗失稳的能力越小，容易起皱。
7.2.2拉伸件拉裂分析及解决措施
筒壁的拉裂主要取决于两个方面：
一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。
当筒壁拉应力超过该区材料允许的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处—“危险断面”产生破裂。
为防止拉深过程中，工件的边壁或凸缘起皱，应使毛坯（或半成品）被拉入凹模圆角以前保持稳定状态。
其取决于毛坯的相对厚度
。
以上述值查相关手册来决定是否采取压边圈来防止工件起皱的工艺质量问题。
由排样图可以计算毛坯的相对厚度
，查表4-80[1]可以得出以下结论：
该工件不用采用压边圈来防止工件的起皱。
为防止工件在拉深过程中出现筒壁拉裂的工艺质量问题，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁的抗拉强度；另一方面是通过制定正确的拉深工艺和设计模具，合理确定拉深变形程度、凹模圆角半径、合理改善润滑条件，以降低筒壁传力区的拉应力。
这里要特别注意的是：
模具润滑的部位。
因为在拉深成形中，需要摩擦力小的部位（如凹模侧壁和圆角与板料之间的摩擦力），除模具表面粗糙度应该小外，还必须润滑，以减小摩擦系数，减小拉应力，提高极限变形程度。
而摩擦力对拉深成形有益的部位，（如凸模侧壁和圆角与板料之间的摩擦力）可以不用润滑。
并且此处的表面粗糙度也不宜过小。
设计小结
在指导老师及同学的帮助下，经过自己的努力顺利完成了毕业设计论文。
在此期间，我阅读了大量的参考文献。
不仅初步了解了国内、外模具工业发展的现状及发展趋势（如模具CAD/CAM在模具工业中的的广泛应用、模具新材料的研发、采取数控测量装置、热处理、表面处理新工艺的采用等），而且进一步了解了模具先进的加工工艺方法（尤其是电加工技术的应用）。
通过毕业设计，它使得我对冲裁理论知识进一步加深了认识，同时也加深了相关理论知识的认识。
并且熟练掌握了专业工具书的使用方法。
在整个过程中，增强了自己的动手能力及分析及独立思考解决问题的能力。
当然，由于本人水平有限及缺乏生产实际经验，该设计难免存在不足之处。
希望各位老师对此提出批评意见，在此表示万分的感谢。
通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强了创新意识和竞争意识，熟悉掌握了冲压设计的一般规律。
在设计过程中，进行了设计计算、绘图及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。
致谢
参考文献
[1]《冲压模具手册》王孝培主编机械工业出版社
[2]《冲压模具设计与制造》刘建超主编高等教育出版社
[3]《模具设计与制造简明手册》冯炳尧主编上海科技出版社
[4]《钢铁材料手册》李春胜主编江西科技出版社
[5]《冲压模具图册》杨占尧主编高等教育出版社
[6]《中国模具设计大典·第三卷》李志刚主编机械工业出版社
[7]《公差技术与配合测量》薛彦成主编机械工业出版社
[8]《冷冲压模具设计与制造》王秀凤主编北京航空航天大学出版社
[9]《机械工程材料》王运炎主编机械工业出版社
[10]《模具制造技术》翟德梅主编
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