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Word文件下载.docx
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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１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（0.2～0.3）t，最大变薄量约为（0.10～0.18）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0.6～0.9，最大变薄量约为0.3～0.54。
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：
rd≥t，R≥2t。
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1-2
1.3.2.2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（D1—d2﹚。
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（10％～15％）。
1.3.2.5反拉深后的圆筒最小径为d=（30～60）t。
1.3.2.6凹模圆角半径不能大于1/4（D1—d2）。
反拉深的最小圆角半径r>
（2～6）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。
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=88.5m
d=（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Δh=3.5mm。
将d=93mm，H=h+Δh=（88.5+3.5）mm=92mm，R=（10+1.5）mm=11.5mm，代入D=
=
=208
1.4.2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（10％～15％。
），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=0.53×
208mm=110.24mm（调整d1=111mm）
第二次拉深半成品直径为：
d2=m反d1=0.675×
111mm=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=
=
=63mm
H2=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F1
F1=πd1tδbK1
F--------拉深力；
t--------------板料厚度；
D--------------坯料直径；
d-------------拉深后的工序件直径；
δb--------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δb=450MPa。
将K1=1.15，d1=114mm，δb=450MPa，t=3mm代入上式，即
F正=πd1tδbK1
=（3×
3.14×
114×
50×
1.15）
=555732.9N
=556KN
1.4.3.2反拉深的拉深力F2（图1-3）
有表【9】查得K1=1.12，08钢的抗拉强度极限δb=450MPa。
将K1=1.12，d1=114mm，δb=450MPa，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=πd2tδbK2（1＋20％）
=3×
450×
1.12×
93
=441534.24N
=442KN
1.4.3.3压边力Fy
Fy=π[D2-（d1+2r凹）2]P/4
Fy------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=π/4[2082（114+2×
10）2]mm2×
3MPa
=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=（1.3×
3）mm=3.9mm
反拉深时无压聊装置，单边间隙取：
Z/2=1.06t=（1.06×
3）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
=14
2.1.2.2凸凹模的凹模圆角半径：
由于反拉深凹模圆角半径不能大于1/4（D1—d2）。
所以取凸凹模的凹模圆角半径为R2.5
2.1.2.3凸凹模的凸模圆角半径的确定：
R2.5
2.1.2.4凸模的圆角半径：
r凸=r=10mm
2.1.3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
δA，δT------凸凹模制造公差
Z----------拉深模双面间隙
将模具公差按IT10级选取
2.1.3.1凸凹模的凸模尺寸的确定：
由公差表【7】得δA=δT=0.14mm，把dmin=111mm，△=0.87，Z=7.8mm代入上式，则凸模尺寸为：
dT=（111+0.4×
0.87）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+0.4×
0.87+7.8）
=119.15
2.1.3.3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，δA=δT=0.14mm，把dmin=90，△=0.87mm代入dT=
dT=（90+0.4×
0.87）=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
=96.71
2.1.3.5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+（5～10）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
＜25
3.0
25～50
3.0～5.0
50～100
5.5～6.5
100～200
7.0～8.0
＞200
＞8.5
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（D1—d2）。
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
σ＜1/2（D1—d2）=1/2（111-93）mm=9mm
所以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=（30～60）t。
该工件的料厚t=3mm，则
d=（30×
3）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（Ⅰ）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（Ⅱ）所示。
总装图
（Ⅰ）正拉深（Ⅱ）反拉深
图2-1
名称
材料
数量
规格
标准
热处理
1
顶杆
45
43～48
2
3
20×
130
GB/T7650.3
压边圈
T8A
56～60
4
凸凹模
CrWM2
58～62
5
凹模
5CrNiMo
52～56
6
螺钉
M16×
25
GB/T70.1-2000
7
拉深凸模
T10A
8
上模座
HT200
400×
315×
50
JB/T7642.3-94
～
9
柱销
40Cr
Φ16×
GB/T119.1-2000
10
顶件块
Q235
11
下模座
60
JB/T7642.4-94
12
30
13
2.2.1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-L
H-------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=60mmH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。
Ｈ外＋h上模+h下模-L外＝（138+180-80）mm=238mm
Ｈ内+h凸模+h下模-L内=（258+160-100）mm=318mm
2.2.2冲压设备的选择
这套模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
（1.8～2）F≤F0内
取1.9F=1056.4KN
FY≤F0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（90×
2）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＋（5～10）mm＜H内＜H内最大-（10～15）mm
H外最小＋（5～10）mm＜H外＜H外最大-（10～15）mm
H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-18
最大装模高度/mm
内滑快770外滑快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/mm1620
工作台板尺寸/mm前后×
左右
内滑快560×
560外滑快850×
850
气缸顶出力/KN80（8）
气垫顶出力/KN315
主电机功率/KN40
2.3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；
图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φ6.5mm）
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）
外形与凸凹模内形间隙配合。
（单边间隙0.1～0.5（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0.1～0.5（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。
图2-7顶杆
第3章口杯一次正反拉深模具的装配与调试
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