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長春理工大學本科畢業(yè)設計
摘要
拉深模在沖壓生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用，不僅可以加工旋轉體零件、盒形件及其它形狀復雜的薄壁零件，還能和其它沖壓成形工藝配合，制造形狀極為復雜的零件，模具是機械制造業(yè)中技術先進、影響深遠的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量優(yōu)良、工藝適應性好等特點,它廣泛應用于汽車、電子、儀表、航空航天等各種工業(yè)部門和日常生活用品生產(chǎn)中。
我的畢業(yè)設計是設計一個球殼零件的落料、拉深模具。該球殼零件形狀較簡單，尺寸精度要求也不高。根據(jù)零件結構，選取合適的修邊余量之后，可判定其能一次性完成拉深，考慮到加工的經(jīng)濟性，加工工藝方案為：剪切條料--落料并拉深--修邊。經(jīng)計算選擇JC23/63型壓力機；采用正裝復合模的拼接結構設計。用solidworks三維軟件進行模具的各零部件的結構設計，完成了復合模具的建模與裝配。
關鍵詞：沖壓 殼體 拉深
Abstract
Drawing die in stamping production has an important role, not only can machining rotary parts, box shaped parts and other complex shape thin-walled parts, and also other stamping forming technology, making the shape is very complex parts, mold is machinery manufacturing industry with advanced technologies and far-reaching important craft equipment, with the characteristics of high production efficiency, high material utilization rate, good quality parts, process adaptability good. It is widely used in automobile, electronics, instrumentation, aerospace and other industrial sectors and the production of daily necessities.
My graduation design content is design a blanking and drawing compound die for a case of parts.The case parts with a simple shape has a low dimensional accuracy . According to the structure of the part, select the appropriate trimming allowance.Then we can verdict the single-pass drawing of the part. Taking into account the economics of processing ,the processing scheme is shearing strip ,then cutting material and drawing and then trimming. I choose the JC23/63 punching machine after calculating; design the structure of mold parts,.choose materials and heat treatments.model the die and assembly.
Keywords: Stamping ;monoblock ;drawing
28
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1沖壓技術概述 1
1.2沖壓技術的發(fā)展 2
第2章 零件沖壓工藝分析 3
2.1零件結構形狀分析 3
2.2確定排樣方案和計算材料利用率 3
2.2.1排樣方式的確定 4
2.3加工工藝分析 4
第3章 零件沖壓工藝方案論證 5
3.1沖壓方案 5
3.2各工藝方案的比較 5
3.3計算毛坯直徑以及確定是否使用壓邊圈 5
3.4確定各次拉深系數(shù)、拉深直徑及拉深次數(shù) 5
3.5確定拉深的凸、凹模圓角半徑、筒壁高度 6
3.6計算沖壓力和選擇沖壓設備 6
3.6.1落料沖壓力的計算 6
3.6.2拉深沖壓力的計算 7
3.6.3壓力機的初步選取 8
3.7模具壓力中心的確定 8
第4章 模具設計 10
4.1落料凹凸模尺寸及間隙 10
4.2拉深模具尺寸及間隙 10
4.2.1凸、凹模間隙 10
4.3模具結構設計 10
4.3.1凸凹模零件設計 11
4.3.2凹模零件設計 12
4.3.3模架零件的設計 14
4.3.4推件裝置設計 16
4.4各零部件的材料及熱處理 17
第5章 模具的總體設計 19
5.1壓力機的確定 20
5.1.1沖模的閉合高度 21
5.1.2壓力機的確定 21
5.2拉深的輔助工序 21
5.2.1退火 21
5.2.2酸洗 22
5.2.3潤滑 22
結論 23
參考文獻 24
致謝 25
第1章 緒 論
1.1沖壓技術概述
沖模是模具的一個重要組成部分，是實現(xiàn)沖壓加工的主要工藝裝備。隨著沖壓件在機械、電子、儀器儀表、家用電器，乃至玩具、生活日用品等產(chǎn)品中所占比例不斷增加，沖壓模無論在數(shù)量還是質(zhì)量上都獲得了巨大的發(fā)展然而沖壓模的設計是一項非常艱辛而又極富創(chuàng)造性的工作，除了要求設計師具有豐富的專業(yè)理論基礎外還要具有極強的實踐性和實用性。
由于采用模具進行生產(chǎn)能提高生產(chǎn)效率、節(jié)約原材料、降低生產(chǎn)成本在一定的尺寸精度范圍內(nèi)能夠保證產(chǎn)品零件的互換性，因此在我國各行各業(yè)得到廣泛的應用。模具是機械、電子、輕工、國防等行業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。由此可見，模具設計與制造技術在國民經(jīng)濟中的地位十分重要。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的迅速發(fā)展對模具的使用壽命、尺寸精度和表面質(zhì)量等不斷提出新的跟高的要求，二大力提高模具工業(yè)的人才素質(zhì)并加強人才的培養(yǎng)則成為振興我國模具工業(yè)的根本任務之一。
沖壓技術中沖壓模具是制造業(yè)的重要基礎工藝裝備。用模具生產(chǎn)制件所達到的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低耗能、低耗材，使模具工業(yè)在制造業(yè)中的地位越來越重要。國外將模具比喻為“金鑰匙”、“金屬加工帝王”、“進入富裕社會的原動力”等等。國內(nèi)也將模具工業(yè)稱為“永不衰亡的工業(yè)”、“點鐵成金的行業(yè)”、“無與倫比的效益放大器”等等。現(xiàn)在，模具技術已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。沒有高水平的模具就沒有高水平的產(chǎn)品已成為共識。就工程制造而言，進入80、90年代，由于世界各國經(jīng)濟的高速發(fā)展和國民生活水準的大大提高，人們對汽車、家用電器、住宅等的需求與日俱增，促進了沖壓技術的快速發(fā)展，同時也就對模具技術提出了更高的要求。且由于電子計算機技術的廣泛而有效的應用，不僅促進了沖壓技術的理論深入發(fā)展，而且使沖壓機械、模具及操作的自動化程度等，都達到了一個更高的階段?，F(xiàn)今，沖壓加工技術已發(fā)展成為了一種先進制造技術。
在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產(chǎn)。[2]
沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個非常重要的問題。
1.2沖壓技術的發(fā)展
未來我國冷沖模具工業(yè)同模具工業(yè)將向大型、精密、復合高效、復雜多功能和長壽命方向發(fā)展。
沖壓成形技術將更加科學化、數(shù)字化、可控化?？茖W化主要體現(xiàn)在對成形過程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的預測和可控程度。成形過程的數(shù)值模擬技術將在實用化方面取得很大發(fā)展，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地集成。人工智能技術、智能化控制將從簡單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復雜形狀零件成形，從而真正進入實用階段。注重產(chǎn)品制造全過程，最大程度地實現(xiàn)多目標全局綜合優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。
對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展。以便從產(chǎn)品初步設計甚至構思時起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評估。沖壓技術將具有更大的靈活性或柔性，以適應未來小指量多品種混流生產(chǎn)模式及市場多樣化、個性化需求的發(fā)展趨勢，加強企業(yè)對市場變化的快速響應能力。
重視復合化成形技術的發(fā)展。以復合工藝為基礎的先進成形技術不僅正在從制造毛坯向直接制造零件方向發(fā)展，也正在從制造單個零件向直接制造結構整體的方向發(fā)展。深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形程度等；應用有限元、邊界元等技術，對沖壓過程進行數(shù)字模擬分析，以預測某一工藝過程中坯料對沖壓的適應性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑性變形理論逐步起到對生產(chǎn)過程的直接指導作用。
制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復合材料或高分子材料替代。隨著材料科學的發(fā)展，加強研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術。在模具設計與制造中，開發(fā)并應用計算機輔助設計和制造系統(tǒng)（CAD/CAM），發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具（軟模、低熔點金模具等）制造技術以及通用組合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的要求。精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成形等技術得到不斷發(fā)展和應用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產(chǎn)品的沖壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟。
第2章 零件沖壓工藝分析
2.1零件結構形狀分析
拉深工藝分無凸緣件和有凸緣件的拉深兩種。凸緣件的拉深又分窄凸緣和寬凸緣兩種。寬凸緣件的計算方法和無凸緣和窄凸緣件的計算方法是不同的。所以在計算前需首先判斷是不是寬凸緣件，判斷公式為：
式中，df—凸緣直徑
D—筒直徑
由此得：
124/100=1.24<1.4
圖2-1 球殼
判斷該零件為窄凸緣件，窄凸緣件可以在每次拉深時都保留凸緣部分，最后切邊，也可在首次拉深時做無凸緣件拉伸，在最后兩道拉深工序時將工序件拉成具有錐形的或留窄凸緣，最后整形壓邊成平面凸緣，然后切邊。在本次設計中，擬采用第一種方法，即在每次拉伸中都留有凸緣部分，最后切邊。
2.2確定排樣方案和計算材料利用率
根據(jù)零件形狀選用合理的排樣方案，以提高材料利用率。該零件采用落料與拉深復合沖壓，毛坯形狀為圓形，尺寸較大。
1）有搭邊單排
圖2-2 排樣
搭邊和帶料寬度的確定 查文獻[1]表2-1得a=0.8,a1=1.0；帶料寬度為：
B=（b+2a1)-=169.7mm。
板料利用率 計算公式為
（2-1）
式中，F(xiàn)—制件面積；
N一根條料上所沖的制件數(shù)
B0L0—帶料的寬度和長度乘積
聯(lián)系實際工廠生產(chǎn)，選取1mm×700mm×850mm的板料，采用豎裁，可裁條數(shù)是：700mm÷170mm=4(條)余20mm，每條板料可沖制件數(shù)：(850mm-1.0mm)÷169mm=5(件)余5mm。則每張可沖制件數(shù)：n=4×5=20（個）。板料利用率為：
=[20×3.14×1682÷4÷（700×850)]×100%=74.47%
2）斜對排
搭邊和帶料寬度的確定 取相同的搭邊，帶料寬度由計算公式計算為：
B=(d+a)sin60。+d+2a1=(168+0.8)x0.866+168+2x1=316.18mm
板料利用率
2.2.1排樣方式的確定
從材料利用率來看，雙排比較節(jié)約，但毛坯直徑較大，考慮到送料[4]的難易程度，綜合選用有搭邊單排排樣，寬度為170mm。
2.3加工工藝分析
該零件味帶有球形邊緣的球形體結構，外形尺寸不大，精度要求不高，有利于成形，但球星結構的曲面零件在拉深開始時，由于凸模與毛坯中間部分僅在頂點附近接觸，接觸處要承受全部拉深力，將使凸模頂點附近的材料發(fā)生較嚴重的變薄，在凸模頂點附近的材料處于雙向受拉的應力狀態(tài)，具有脹形的變形特點，另外，在拉深過程中，材料在凸模的外緣部分有很大的一部分未被壓邊圈壓住，而這部分材料在由平面變成曲面的過程中，在其切向仍要產(chǎn)生相當量的切向壓縮變形，易起皺，這種缺陷對薄料更易產(chǎn)生。
考慮到零件球形邊緣成形方向與SR50半球形成形方向相反，在拉深過程中能顯著地改善成形性能，經(jīng)分析，決定設計正反拉深模，一次性生產(chǎn)出零件，滿足產(chǎn)品眼球，加工工藝方案為：切割展開料—拉深。
第3章 零件沖壓工藝方案論證
3.1沖壓方案
方案一：拉深—切邊
方案二：落料拉深—切邊
3.2各工藝方案的比較
方案一單工序模設計簡單，制造成本低，維修方便。方案二使用復合模，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品精度高，但成本較高因此，綜合考慮選用方案一。
3.3計算毛坯直徑以及確定是否使用壓邊圈
在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當?shù)墓に嚧胧?，則其厚度的變化量并不大。在設計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變化。所以毛坯厚度t=1mm
修邊余量查文獻[1]表4-8，d凸/d=1.24，取值mm。因為在拉深時，有些地方會變薄，所以，即使不加或少加修邊余量，仍會有切邊余量，故選取mm。
依據(jù)毛坯直徑D計算公式
可計算出毛坯直徑D為167.7mm。
毛坯相對厚度t/D*100=1/167.7*100=0.6,屬于0.5~3范圍。故設計的拉深模需采用帶壓邊圈結構，以防止起皺。
3.4確定各次拉深系數(shù)、拉深直徑及拉深次數(shù)
查文獻[1]表4-10帶壓邊圈的極限拉深系數(shù)，因為本次拉深材料為08鋼，為軟料，取值可以比表中值小1.5%~2%。
表3-1 帶壓邊圈時圓筒形件的極限拉深系數(shù)
拉深系數(shù)
坯料相對厚度（t/D）x100
2.0~1.5
1.5~1.0
1.0~0.6
0.6~0.3
0.3~0.15
0.15~0.08
m1
0.48~0.50
0.50~0.53
0.53~0.55
0.55~0.58
0.58~0.60
0.60~0.63
m2
0.73~0.75
0.75~0.76
0.76~0.78
0.78~0.79
0.79~0.80
0.80~0.82
m3
0.76~0.78
0.78~0.79
0.79~0.80
0.80~0.81
0.81~0.82
0.82~0.84
m4
0.78~0.80
0.80~0.81
0.81~0.82
0.82~0.83
0.83~0.85
0.85~0.86
m5
0.80~0.82
0.82~0.84
0.84~0.85
0.85~0.86
0.86~0.87
0.87~0.88
坯料相對厚度為t/Dx100=0.7，m1=0.53，m2=0.76，m3=0.79，m4=0.81，m5=0.84。
根據(jù)極限拉深系數(shù)求出各半成品的直接d，再根據(jù)最后一直徑d應等于工件直徑D的原則對各次拉深系數(shù)進行調(diào)整。
毛坯直徑D=167.7，初步確定各次拉深直徑
167.7x0.53=87.204<121.9
所以只需一次拉深即可，N=1。
3.5確定拉深的凸、凹模圓角半徑、筒壁高度
在計算高度前，應先定出各次半成品底部和邊緣的圓角半徑[圓角半徑的不同是會影響高度尺寸的，各筒底r從首次拉深開始到拉深結束止越來越小。因為此次設計只需一次拉深，所以凸模圓角半徑就是零件的筒底圓角半徑r=50mm，凹模的拉深圓角半徑為R=5mm。
筒壁高度計算 由公式
（3-1）
式中，D—毛坯直徑；
d—拉深的工件直徑；
K—拉深比；
r—拉深件底部圓角半徑；
h—拉深高度。
考慮到此零件只需一次拉深，所以高度直接是零件尺寸高度，h=57mm。
3.6計算沖壓力和選擇沖壓設備
3.6.1沖壓力的計算
沖裁時，沖裁過程中最大的剪切抗力叫沖裁力Fp，工件或廢料從凸模上卸下來的力叫做卸料力F卸，從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫推件力F推。沖裁時，沖壓力為沖裁力、卸料力、和推件力之和，這些力在選擇壓力機時應該考慮過去。
a.沖裁力
（3-2）
式中 L——剪切長度
t——材料厚度（1mm）
——抗拉強度，由文獻[2]表8-49查取，取=400MPa
——抗剪強度
剪切長度為落料長度
L=167.7x3.14mm=526.578mm
將以上數(shù)值帶入求得：
N
b.卸荷力
F卸=K卸=K卸 （3-3）
式中K卸——卸料力系數(shù)，查文獻[2]表2-8查取為0.4
——落料力（N）
將數(shù)值代入公式得
F卸=0.04x210631.2=8425.248N
c.沖壓總力
F總=FP+F卸=219056。448N219KN
3.6.2拉深沖壓力的計算
在確定拉深件所需的壓力機噸位時，必須先求得拉深力。
a.拉深壓邊力的計算
查文獻[2]表4-51，公式為
（3-4）
式中 p——單位壓邊力，查文獻[3]表4-53取3
r——凹模圓角半徑
D——毛坯直徑
代入數(shù)值求得
F壓=3.14/4（1682-（121.9-2x5）2）x3 N=36979.13 N
b.拉深力的計算
（3-5）
式中 ——材料的抗拉強度，由文獻[4]表8-49查取，取=400MPa
——材料的屈服極限,查得=210MPa
d——拉深凹模直徑
代入數(shù)值計算得：
FL=3x（400+210）（168-100-5）x1.5 N=172935 N
c.計算完成拉深所需總力
F總=F壓+FL=36979.13N+172935N=185464.6N210KN
由上面結果可知，沖壓力219KN大于拉深力210KN，因為設計的是直接進行拉深工藝的，所以此落料拉深模所需的最大的沖壓力為219KN。
3.6.3壓力機的初步選取
所生產(chǎn)零件為中小件， 選用單動壓力機即可。拉深工序選用壓力機時，應根據(jù)總拉深力和拉深高度兩個條件選用。由于拉深時所需最大力是在拉深開始的一段，而壓力機公稱力數(shù)值在壓力機滑塊接近下止點時，即在公稱力行程范圍內(nèi)才出現(xiàn)最大沖擊力。壓力機說明書中會提供壓力機壓力曲線，對深拉深時，用拉深力-行程曲線，與壓力機壓力曲線進行比較，使最大拉深力不超過壓力機滑塊向下行程相應位置所能產(chǎn)生的壓力。對于中、小型沖壓件，主要選取開式曲柄壓力機。缺點是：剛度差，降低了模具壽命和制件質(zhì)量；優(yōu)點是：成本低、操作方便、容易安裝機械化裝置。本次沖壓制品精度要求不高，可以選用此壓力機。
選擇沖壓設備時主要考慮的主要參數(shù)是公稱壓力、裝模高度、滑塊行程、臺面尺寸。實際生產(chǎn)中可采取概略計算的方法進行選擇，即：
總拉深力<（0.5～0.6）×壓力機公稱力 （3-6）
為使拉深后工件能從模具中取出，應滿足：
壓力機滑塊行程>2×拉深件高度 （3-7）
由參考文獻[4]412頁表10-26可知，適合落料拉深工序的機床類型為：中大行程曲軸壓力機、偏心壓力機。
綜合選取開式壓力機JC23/63，其具體參數(shù)如下：
公稱壓力：630KN 封閉高度：360mm
滑塊固定行程：120mm 標準行程次數(shù)70次/min
閉合高度調(diào)節(jié)量80mm 模柄孔尺寸50mmx70mm。
3.7模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時所有沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌間產(chǎn)生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，減低模具和壓力機的使用壽命。
沖模的壓力中心按下述原則確定：
對稱圖形的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心；
工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合；
形狀復雜的零件，多孔沖模，級進模的壓力中心可以用解析法求出沖模壓力中心。
根據(jù)以上原則，因為所設計的零件為對稱單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。故落料和拉深時的壓力中心在圓心處。
第4章 模具設計
4.1凹凸模尺寸及間隙
零件的尺寸由凹模尺寸決定，所以設計時以凹模為基準，間隙取在凸模上?？紤]到凸、凹模的磨損，凹模的尺寸應取工件尺寸公差范圍內(nèi)接近最小尺寸，這樣，在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格制件并可以使模具的壽命達到最大化。
本次沖壓件的毛坯為圓形，直徑可取未注公差尺寸的極限偏差，故取落料件的尺寸及公差為：
按公式計算：
D凹=（D-x）=（168-0.5×1.15）=167.43
式中x——0.5
——凹取自表2-28為+0.025，凸為-0.017
D凸=（D-x-2Cmin）=（168-0.575-2×0.132）=167.16
式中Cmin——查表取0.132，Cmax=0.240
|凹|+|凸|=0.025+0.017=0.042<2Cmax-2Cmin=0.480-0.264=0.216
所以上述計算是恰當?shù)摹?
4.2拉深模具尺寸及間隙
最后一道拉深工序的拉深模凸凹模的尺寸精度根據(jù)工件的內(nèi)（外）形尺寸要求和磨損方向來確定凸、凹模工作尺寸及公差。
4.2.1凸、凹模間隙
間隙值應當合理選取，過小會增大摩擦力，使拉深件容易破裂，易擦傷表面，降低模具壽命；過大又易使拉深件褶皺，影響工件精度。此零件為用壓邊圈拉深的凹模單側間
C=tmax+Kt （4-1）
式中 tmax——材料厚度及最大極限尺寸，mm；
t——板料厚度的基本（公稱）尺寸；
K——間隙系數(shù)查文獻[4]表4-14得K=0.2。
由此得
C=1.8mm
4.3模具結構設計
對于大中型的凹凸?；蛘咝螤顝碗s、局部薄弱的小型凸、凹模，如果采用整體式結構，將給鍛造機械加工或熱處理帶來困難，而且當發(fā)生局部損壞時，就會造成整體凸、凹模的報廢，因此常用鑲拼式結構的凸、凹模，而外部用次一點的鋼材。所以，本次設計選擇正裝復合模的鑲拼式結構。
4.3.1凸凹模零件設計
1）凹模厚度
在沖裁時，凹模受沖裁力和側向擠壓力的作用。由于凹模結構形式眾多，受力情況又比較復雜，目前還不能用理論方法精確地把凹模外輪廓尺寸計算出來。在實際生產(chǎn)中，通常根據(jù)沖件的材料厚度和沖件的輪廓尺寸，按經(jīng)驗公式[4]確定凹模厚度尺寸：
H=Kb （4-2）
式中 b——最大外形尺寸
K——系數(shù)，見下表，取K=0.18
帶入數(shù)值求得：
H=0.18×124mm23mm
因為結果大于15mm，所以凹模厚度選23mm
2）凹模壁厚
因為此處模具是落料的凸模拉深的凹模，所以不用自行設計壁厚，只需檢驗。
C=（167.16-119.65）/2mm=32.26
有要求C≥30~40mm，所以是合格的。
3）固定與定位
凸凹模的固定方法，常見的有機械固定法、物理固定法和化學固定法。物理固定法有低熔點合金澆注和熱套法；化學固定法主要指環(huán)氧樹脂澆注及無機粘結固定等；機械固定法，一般采用螺栓緊固，對于凸模或鑲嵌式圓凹模，常應用端部的臺肩或鉚頭，并通過定位部分與下凸模固定板成過盈配合固定。本設計采用機械固定法，借助螺栓、銷釘緊固定位在上模座上。該定位方式緊固力大，定位可靠，通用性強，裝拆方便，適用于各種類型的模具。具體的固定方法見裝配圖。此處采用的4個螺栓連接，所受總力為219KN，螺栓材料為40Cr，求連接螺栓尺寸，計算公式為：
表4-1 普通螺栓基本尺寸表（第一系列）
公稱直徑d
中徑d2
小徑d1
螺距p
24
22.051
20.752
3
30
27.727
26.211
3.5
36
33.402
31.670
4
42
39.077
37.129
4.5
48
44.725
42.587
5
查上表取M24螺栓連接。最后，凸凹模如圖所示：
圖4-1 凸凹模
4.3.2凹模零件設計
凹模設計應考慮凹模強度、制造方法及其加工精度。特別是凹?？椎某叽?，它是同制件尺寸一起來考慮的。它關系到制件質(zhì)量的好壞，因此對其加工表面質(zhì)量必須予以充分考慮。
凹模的厚度和外形尺寸，對其承受的拉深力，必須具有不引起破損和變形的足夠強度。拉深時，凹模承受拉深力和水平方向的作用，由于凹模的結構形式不一，受力狀態(tài)比較復雜，特別是對于復雜形狀的沖件，其凹模的強度計算特別復雜。因而，在目前的一般生產(chǎn)實際情況下，通常根據(jù)拉深件的輪廓尺寸和板料厚度、拉深力的大小來警醒概略的估算及經(jīng)驗修正。
1）凹模尺寸
凹模厚度
H=Kb=0.18×168mm=30.24mm
取厚度H=31mm
凹模壁厚
C≥（1.5~2）H=51~68mm
凹模壁厚暫取C=55mm。
2）凹模刃口部分的設計
凹模刃口部分的側壁形狀常用的結構形式有兩種，本次設計采用下圖的刃口方式，屬于往下漏料的設計?？湛贖值取與下表：
表4-2 凹口刃部的尺寸
料厚t/mm
<0.5
0.5~1
1~2.5
2.5~6
空口H值
≥4
≥5
≥6
≥8
設計時選擇H值需大于6mm。
3）凹模的固定與定位
凹模的固定方式采用機械固定法，借助螺栓、銷釘緊固定位在下模座上。該定位方式緊固力大，定位可靠，通用性強，裝拆方便，適用于各種類型的模具。具體的固定方法見裝配圖。
圖4-2 凹模
3）擋料銷的選用
設計利用坯件外形定位，選擇固定擋料銷，材料選用45號鋼，熱處理，硬度HRC43~48。尺寸見下表
表4-3 固定擋料銷、導料板高度、厚度
材料的厚度
t/mm
擋料銷高度
h/mm
導料板的高度H/mm
固定擋料銷
自動擋料銷
0.3~2
3
6~8
4~8
2~3
4
8~10
6~8
3~4
4
10~12
6~10
4~6
5
12~15
8~10
6~10
8
15~20
10~15
由此選用高為8mm，直徑為20mm的擋料銷。
圖4-3 固定擋料銷
4）彈簧尺寸計算
凹模上布置2個或4個或多個彈簧，此處設計使用4個。
F頂=F卸/4=14167.68N÷4=3542N
在選擇彈簧規(guī)則時，必須使工作極限負荷量F極大于1.5~2F頂
F極>1.5~2F頂=5313~7084N
查常用模具圓柱螺旋壓縮彈簧表，沒有查到此處的彈簧規(guī)格，卸料力過大，由此改為固定卸料裝置,綜合設計卸料板與導料板為一體的。
4.3.3模架零件的設計
模座主要用來固定復合模所有的零件。模座分為上模座和下模座，上模座與壓力機的滑塊相連，下模座與工作臺相連，傳遞壓力。
1）模架的選取
模架主要分為兩類：導柱模模架和導板模模架。導柱模模架又分為滑動導向和滾動導向兩種，在本次設計中，我選用滑動導柱模架。因為滑動導柱模架是有標準的，所以需查尺寸，凹模設計最外面圓直徑為300，所以選取模架時，根據(jù)國標參數(shù)，選用中間導柱模架。參數(shù)為：
2）模柄的設計
模柄是將模具與壓力機連接起來的零件，在此我選用凸緣式模柄，型號選擇A50×74，材料選用Q235。如圖
3）滑動導柱與滑動導套的選擇
導套按國家標準選取長度180mm,外圓直徑80mm。選擇與上模座以過盈配合連接，具體的固定方法見裝配圖。
導柱按國家標準選取直徑60mm，長度由設計選取290mm。選擇與下模座過盈配合，與導套間隙配合。
圖4-4 上模座
圖4-5 模柄
圖4-6滑動套筒
圖4-7 滑動導柱
4.3.4推件裝置設計
推件裝置主要有剛性推件裝置和彈性推件裝置兩種。一般剛性推件裝置用的比較多，由打桿、推板、推桿等組成。本次推件裝置選用剛性推件裝置，打料裝置選用帶銷孔的打桿，之間用螺紋連接。下模采用托桿推件，熱處理采用頭部淬火。
1）打桿
采用打桿卸料時，其工作過程是：上模隨壓力機滑塊上行到一定位置時，打桿的上端碰到壓力機上的打桿橫梁而停止上行；上模與滑塊繼續(xù)上行時，由于打桿不能繼續(xù)上行，故使推板產(chǎn)生相對下行運動，實現(xiàn)打料。
打桿的長度計算：
H=h1+h2+C （4-3）
式中，H——打桿長度（mm）；
h1——模具在頂出狀態(tài)時，打桿在上模板平面下的長度（mm）；
h2——壓力機結構尺寸
C——考慮各種誤差而加常數(shù)，通常取C=10~15。
設計時，打桿一端車螺紋與推料板連接，另一端帶有銷孔，與壓力機連接。如下圖：
圖4-8 打桿
2）托桿
利用壓力機的氣墊來進行壓料或卸料時，需借助托桿來實現(xiàn)。因此，托桿的長度必須根據(jù)壓力機、氣墊和沖模結構尺寸來進行計算。
托桿長度計算：
L=(H1+H2+H3)>(l+H3) （4-4）
式中，L——托桿長度（mm）；
H1——氣墊處于上死點時，托桿在沖模內(nèi)的長度（mm）；
H2——壓力機工作臺的厚度（mm）；
H3——氣墊的下沉量（mm）；
l——氣墊的行程（mm）。
4.4各零部件的材料及熱處理
沖壓模具的材料屬于冷作模具鋼，是應用量大、使用廣泛、種類最多的模具鋼種類。主要性能要求有強度、韌性、耐磨度。目前使用最多的我國國產(chǎn)的模具鋼種以Cr12、Cr12MoV為代表。模具材料的選用不僅關系到模具的使用壽命，而且直接影響模具的制造成本。在工作過程中，模具承受沖擊負荷且連續(xù)工作，使凸、凹模受到強大壓力和劇烈摩擦，工作條件極其惡劣。此處設計，我選用Cr12MoV作為我的模具材料。它具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形小，為高耐磨為變形模具鋼。
由以上的各零部件的結構與尺寸設計，確定其材料及熱處理：
表4-3 零件材料、熱處理及硬度
零件名稱
材料
熱處理
硬度（HRC）
凹、凸模及凸凹模
Cr12MoV
淬火
60~62
上、下模座
Q235
時效
—
模柄
Q235
—
—
托、打桿
45
頭部淬火
43~48
導柱
標準件
—
—
導套
標準件
—
—
第5章 模具的總體設計
在上一章已設計計算出各零部件的結構與尺寸，經(jīng)SolidWorks建模后得零件圖，然后經(jīng)過組合裝配，得到模具開模和閉合時的裝配圖與爆炸圖，具體如下：
圖5-1 開模狀態(tài)模具裝配
圖5-2 閉合裝配圖
圖5-3 爆炸圖
工作時，條料送進，由帶凸凹模的固定凹模導向。沖首件時，以目測定位，沖第二件時則以固定擋料銷定位。拉深壓邊靠壓力機的氣墊，通過兩個托桿和壓邊圈進行，沖壓后把工件頂起。卸料靠固定卸料塊。凸凹模還起到部分拉深凹模的作用。上模上行時，推桿與推料板推出工作。
5.1壓力機的確定
確定壓力機的規(guī)格時，除了需要考慮沖壓力，還需要以下幾點：1.壓力機滑塊行程應滿足制件在高度上能獲得所需尺寸的要求，并在沖壓工序完成后能順利地從模具上取出來，對于拉深件，則行程應在制件高度兩倍以上。2.壓力機的行程次數(shù)應符合生產(chǎn)率的要求。3.壓力機的閉合高度、工作臺面尺寸、滑塊底平面尺寸等都要能滿足模具的正確安裝要求。對于曲柄壓力機，模具的閉合高度應在壓力機的最大裝模高度與最小裝模高度之間。
5.1.1沖模的閉合高度
沖模的閉合高度是指模具在最低工作位置時，上模座的上平面與下模座的下平面之間的距離Hm。沖模的閉合高度應和壓力機的裝模高度相適應。
模具的實際閉合高度，一般為：
Hm=上模座厚度+凸凹模長度+凸模高度-沖壓件高度-2沖壓件厚度
+下模座高度-凸模與下模座的配合高度
該副模具使用的上模座厚度為50mm，凹凸模長度為155mm，凸模高度為77mm，沖壓件高度為57mm，沖壓件厚度為1mm，下模座高度為60mm，凸模與下模座的配合高度為5mm，由此計算出Hm為：
Hm=50+155+77-42.7-3+60-5=291.3mm
故實際設計模具的閉合高度為291.3mm。
5.1.2壓力機的確定
查開式壓力機設備參數(shù)，選擇的開式壓力機JC23/63，公稱壓力630KN，封閉高度360mm，閉合高度調(diào)節(jié)量90mm，因為壓力機的封閉高度大于模具的閉合高度，所以上面的壓力機選型合適。
壓力機的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求。其關系式為
Hmax-5≥H≥Hmin+10
式中Hmax、Hmin—壓力機的最大和最小裝模高度（mm）
H—為閉模高度（mm）
得：
360-5≥291.3≥（360-90）+10
其中，90mm為封閉高度調(diào)節(jié)量，故閉合高度設計與初選的壓力機相匹配。
5.2拉深的輔助工序
拉深件在拉深過程中，結合實際的要求，需要進行與之相應的附加工序以達到良好的成型條件，主要包括中間退火、酸洗和潤滑等工序。
5.2.1退火
在拉深過程中，為了解決金屬材料在塑性變形中產(chǎn)生的內(nèi)應力及冷作硬化，需要進行半成品的工序間退火和成品退火。中間退火的方式有高溫退火和低溫退火。是否需要中間退火，由拉深件材料和拉深次數(shù)決定，見表5-1
表5-1 無需中間退火所能完成的拉深工序次序
材料
不用退火的工序次數(shù)
材料
不用退火的工序次數(shù)
08、10、15
3~4
不銹鋼1Cr18Ni9Ti
1
鋁
4~5
鎂合金
1
黃銅H68
2~4
鈦合金
1
純銅
1~2
本次設計的沖壓件材料是08，且拉深次數(shù)為一，所以不需要中間退火。
5.2.2酸洗
酸洗是因為退火后的鋼、銅等工件表面有氧化皮，在繼續(xù)加工時會增加對模具的磨損。一般應加以酸洗，即在加熱的稀酸液中浸蝕后，在冷水中漂洗，再在弱堿中將殘留的酸液中和，最后再在熱水中洗滌，在烘房烘干。因為并未采用中間退火，所以也無需酸洗。
退火、酸洗是延長生產(chǎn)周期和增加生產(chǎn)成本、生產(chǎn)環(huán)境污染的工序，應盡可能加以避免。若能夠通過增加拉深次數(shù)的辦法來減少退火工序時，一般寧可增加拉深次數(shù)。
本次設計無需采用中間退火和酸洗。
5.2.3潤滑
拉深工件中使用潤滑油的目的，是為了模具與毛坯之間形成牢固的、低摩擦的潤滑膜，以防止兩者直接接觸，降低其摩擦力，抑制工件破裂，提高成形極限；同時，減少因燒結粘著而產(chǎn)生擦傷，提高拉深產(chǎn)品質(zhì)量，延長模具壽命。
具體的來說，拉深潤滑劑的使用應盡量可能地擴大使起皺和破裂兩者都不發(fā)生的加工條件范圍、維持連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，就成為拉深加工用潤滑劑的主要目的。
結合該制件拉深成型特點以及潤滑劑的要求，可選取工業(yè)凡士林做為潤滑劑。拉深時潤滑劑涂抹在凹模圓角部位和壓邊面的部位，以及與此部位相接觸的毛坯表面上，并經(jīng)常保持潤滑部位的干凈。在拉深中提高潤滑油粘度，能降低模具和坯料的接觸率，減少摩擦，其結果是降低了拉深力，這已是實際生產(chǎn)中業(yè)已成為一種手段。
制件成型后，需要通過軟抹布手工擦除、在堿液中電解除油、或在其他溶劑中除油等方式去除潤滑劑。
結論
本次的球殼拉深模的設計中，首先查閱相關資料，對表殼進行了工藝分析，該表殼零件形狀較簡單，尺寸精度要求也不高。根據(jù)零件結構，選取合適的修邊余量之后，可判定其能一次性完成拉深，考慮到加工的經(jīng)濟性，加工工藝方案為：剪切條料--落料并拉深--修邊。接著對其拉深工序進行拉深模的設計。主要設計步驟為：
① 收集資料、查閱文獻了解沖壓模具國、內(nèi)外的發(fā)展狀況；
② 對零件進行工藝分析、零件分析，對模具的設計做準備；
③ 計算主要參數(shù)，確定沖壓工藝方案，計算各次拉深工序的力，通過力選用壓力機；
④ 拉深模具的總體設計，零件材料的選用及熱處理；
⑤ 模具的總體安裝，附加工序的確定。
在畢業(yè)設計中，參考了不少的文獻，對知識的擴充有了很大的幫助。在實際中我基本沒有接觸過沖壓模具，所以對沖壓模具的了解很少。在參考文獻中，通過閱讀大量的模具裝配圖，對模具的結構有了一定的了解，對以后的工作學習生活有很大的幫助。同時畢業(yè)設計也提高了我的資源搜索與整合的能力、實際生產(chǎn)的設計能力，這是非常難得的。
畢業(yè)設計中，我用solidworks三維建模，然后用Auto CAD二維出圖，繪制模具裝配圖和部分零件圖，因此我的繪圖工具的使用水平與工程制圖的能力也有所提高。
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致謝
在這次畢業(yè)設計中，通過一個學期的努力，我真正學到了狠多專業(yè)方面的知識，從一個不愛看書的孩子變成整天泡在圖書館查閱資料，多方面的知識得到了鞏固和提高。但我的收獲離不開老師的指導和同學們的幫助，在此我對他們致以衷心的感謝。
感謝我的指導老師趙偉宏老師。由于我的基礎比較薄弱，趙老師幫助我選了一個相對較為簡單的課題，而且細心幫助我修改方案的論證和具體模具的設計和說明書，一切的一切都離不開趙老師的用心指導。趙老師仔細的審閱我的設計，指出了許多錯誤，并提出了很多建議，很感謝趙老師的耐心與認真。趙老師不僅有著較高的專業(yè)水平，她還有著嚴謹?shù)目蒲芯窈椭螌W態(tài)度，而這些都深深地感動著我，并將影響著我接下來的研究學習生活。
在此還要感謝大學四年來的各個老師，是他們的辛勤教育，豐富了我的專業(yè)知識，提高了我的學習能力與專業(yè)素養(yǎng)。同時感謝大學同學們的陪伴與相處，謝謝你們帶給了我獨特的大學生活。
最后，再次感謝我的母校，我的老師和我的同學，謝謝你們！