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課程設計說明書 題 目 皮帶輪落料拉深復合模設計 學 院 機械工程學院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 學 號 姓 名 指導教師 完成日期 2008 年 2 月 29 日 目 錄 1 目 錄 1 第 一 章 零 件 的 工 藝 性 分 析 2 第 二 章 毛 坯 尺 寸 展 開 計 算 3 第 三 章 拉 深 工 序 次 數(shù) 及 拉 深 系 數(shù) 確 定 5 第 四 章 沖裁力與拉深力的計算 11 第 五 章 凸 凹 模 的 設 計 7 1 落料凸 凹模尺寸計算 7 2 拉深凸 凹模尺寸計算 8 3 粗糙度的確定 9 第 六 章 模 具 基 本 結 構 的 確 定 13 第 七 章 模具主要零件的強度校核 15 第 八 章 沖 壓 設 備 的 選 擇 16 1 初 選 設 備 16 2 設 備 的 校 核 18 主 要 參 考 文 獻 附 錄 第一章 零件的工藝性分析 2 1 零件的形狀 尺寸及一般要求 該零件為厚度 2mm 大筒直徑為 86 8mm 小筒直徑為 47mm 的皮帶輪 零件材料 T8 尺寸精度按圖紙要求 2 工藝方案的分析及確定 工件由落料 拉深 反拉深三道工序成型 工件形狀較簡單 根據(jù)計算可知 拉深工序需要進行多次拉深才能完成 如果完 全采用連續(xù)模 則模具結構比較復雜會增加沖壓件的生產(chǎn)成本 所 以可先采用復合模進行落料和第一步拉深 然后采用連續(xù)模直至拉 深完成 再采用單工序模進行反拉深 本次主要設計其第一道工序 即落料和第一步拉深 第二章 毛坯尺寸展開計算 3 旋轉(zhuǎn)體零件采用圓形毛坯 在不變薄拉深中 材料厚度雖有變 化 但其平均值與毛坯原始厚度十分接近 因此 其直徑按面積相 等的原則計算 即毛坯面積與拉深件面積 加上修邊余量 相等 1 確定修邊余量 在拉深的過程中 常因材料機械性能的方向性 模具間隙不均 板厚變化 摩擦阻力不等及定位不準等影響 而使拉深件口部周邊 不齊 必須進行修邊 故在計算毛坯尺寸時應按加上修邊余量后的 零件尺寸進行展開計算 修邊余量的數(shù)值可查文獻 實用模具技術手冊 表 5 7 由于工件凸緣的相對直徑 d 凸 d 1 1013 查表可得修邊余量 3 5mm 2 毛坯尺寸計算 根據(jù)工件的形狀 可將其分成 F1 F8 這幾個部分 則可計算出 各部分的展開面積如下 4 F1 4 2 4 t 2 90 8 t 4 56 4 t 2 4 2 5 88 8 4 56 5 222 28 5 F2 d t h r1 r2 t 90 8 2 34 4 2 2 2308 8 F3 4 2 2 t 2 90 8 t 2 2 t 8 2 t 2 4 2 3 82 8 72 124 2 18 F4 4 90 8 2t 2 2 4 47 2t 2 2 4 82 8 4 55 957 71 F5 4 2 2 t 2 47 t 4 56 2 t 2 4 2 3 49 4 56 3 73 5 10 26 F6 20 2t 2 2 47 t 588 F7 4 2 2 t 2 47 2 2 8 2 t 2 4 2 3 43 8 3 64 5 18 F8 4 47 2 2 462 25 5 得 4D 222 28 5 2308 8 124 2 18 957 71 73 5 10 26 588 64 5 18 462 25 D 1936 8 17566 08 23647 632 所以經(jīng)計算求得毛坯直徑 D 154mm 3 確定是否使用壓邊圈 由于 D d 22t 則要使用壓邊圈 壓邊力的計算 因為 k D d 154 47 4 3 Fmax dt k 1 b 3 14 51 2 2 329 210 7 kN 所以 F 0 1 1 18k k 1 k Fmax 0 1 1 18 3 3 1 3 210 7 0 1 0 65 9 210 7 123 4kN 第三章 拉深工序次數(shù)及拉深系數(shù)確定 在制定拉深件的工藝過程和設計拉深模具時 必須預先確定是 否可以一道工序完成 或者是經(jīng)過幾道工序才能制成 在確定拉深 工序次數(shù)時 必須做到使毛坯內(nèi)部的應力既不超過材料的強度極限 6 而且還能充分利用材料的塑性 也就是說每一次拉深工序 應在毛 坯側(cè)壁強度允許的條件下 采用最大可能的變形程度 制訂拉深工藝時 為了減少拉深次數(shù) 希望采用小的拉深系數(shù) 大 的拉伸比 有力學分析可知 拉深系數(shù)過小 將會在危險斷面產(chǎn)生 破裂 因此 要保證拉深順利進行 每次拉深系數(shù)應大于極限拉深 系數(shù) 該零件的拉深系數(shù) 即拉深后圓筒件直徑與拉深前毛坯直徑的 比值 為 m d D 47 4 154 0 33 有凸緣的圓筒件在拉深時還要考慮拉深的相對高度是否大于極 限相對高度 計算可得拉深的相對高度為 h d 20 47 4 0 392 極限拉伸系數(shù)與板料成形性能 毛坯相對厚度 凸凹模間隙及 其圓角半徑有關 通過計算可得 4dF 756 25 73 5 10 26 588 64 5 18 462 25 484 2 4391 52 dF 143 6 所以 法蘭相對直徑 dF d 143 6 47 2 2 93 毛坯的相對厚度 t D 100 2 154 100 1 3 依文獻 沖壓工藝學 查表 4 10 查得零件的極限拉深系數(shù) m 0 32 7 依文獻 實用模具技術手冊 查表 5 16 查得第一次拉深的最 大相對高度 h d 0 18 可知拉深系數(shù)大于極限拉深系數(shù) 拉深的相對高度大于極限相 對高度 所以不能一次拉深成形 由于本設計只進行第一次拉深的設計 所以對以后的多次拉深 不進行計算 第四章 沖裁力與拉深力的計算 1 沖裁力的計算 計算沖裁力的目的是為了合理地選用壓床和設計模具 壓床的 噸位必須大于所計算的沖裁力 以適應沖裁的要求 平刃模具沖裁時 其沖裁力 F0可按下式計算 F0 Lt 式中 t 材 料 厚 度 t 為 mm 材 料 抗 剪 強 度 為 MPa L 沖 裁 周 長 L 為 mm 考 慮 到 模 具 刃 口 的 磨 損 凸 凹 模 間 隙 的 波 動 材 料 機 械 性 能 的 變 化 材 料 厚 度 偏 差 等 因 素 實 際 所 需 沖 裁 力 還 須 增 加 30 即 F 1 3F0 1 3Lt 8 所以沖裁力 F 1 3 2 154 2 2 260 326 89 kN 因為模具采用剛性卸料裝置 所以不用計算卸料力 而 F 頂件力 K2F 0 06 326 89 19 62 kN 依文獻 沖壓工藝學 查表 2 10 得 K2 0 06 所以總沖裁力為 F0 326 89 19 62 346 51 kN 2 拉深力的計算 在確定拉伸件所需的壓力機噸位時 必須先求的拉深力 在拉 深帶法蘭的圓筒件的生產(chǎn)中常用如下經(jīng)驗公式計算 F d1t bK 式中 t 料厚 d1 第一次拉深半成品圓筒直徑 b 抗拉強度 由于零件材料為 T8 鋼 查得其抗拉強度 為 329MPa K 系數(shù) 依文獻 沖壓工藝學 查表 4 11 查得 K 1 由上求得拉深力 F 103 3 kN 第五章 凸 凹模設計 9 1 落料凸 凹模尺寸計算 因為落料形狀為圓形 形狀簡單 所以采用凸 凹模分開加工 的方法 查文獻 沖壓工藝學 表 2 3 可知 沖裁模的雙面間隙為 Z min 0 12mm Zmax 0 16mm 則凸模和凹模的制造公差分別為 p 0 4 Zmax Zmin 0 4 0 16 0 12 0 016 d 0 6 Zmax Zmin 0 6 0 16 0 12 0 024 設工件尺寸為 D 落料時首先確定凹模尺寸 使凹模公稱尺 寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸 再減小凸模尺寸以保證最 小合理間隙 Zmin 則凸 凹模的尺寸計算公式如下 Dd D x d DP Dd Zmin p D x Z min p 式中 D d D P 落料凹 凸模尺寸 D d 與 D P 為 mm 工件制造公差 為 mm Zmin 最小合理間隙 雙面 Zmin 為 mm p d 凸 凹模的制造公差 p d 為 mm x 磨損量 其中系數(shù) x 是為了使沖裁件的實際尺寸 盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸 查文獻 沖壓工藝學 表 2 7 可知 x 0 75 2 拉深凸 凹模尺寸計算 10 一 凹 模 圓 角 半 徑 rd rd 與 毛 坯 厚 度 零 件 的 形 狀 尺 寸 和 拉 深 方 法 有 關 因 為 D dd 凹 模 內(nèi) 徑 30 時 應 取 較 大 的 rd 值 查 文 獻 沖 壓 工 藝 學 表 4 6 可 得 rd 9mm 二 凸 模 圓 角 半 徑 rp 一 般 可 取 rp rd 最 后 一 道 拉 深 時 rp 等 于 零 件 的 圓 角 半 徑 所 以 取 rp rd 9mm 三 凸 凹 模 間 隙 c 決 定 凸 凹 模 間 隙 時 不 僅 要 考 慮 材 質(zhì) 和 板 厚 還 要 考 慮 工 件 的 尺 寸 精 度 和 表 面 質(zhì) 量 要 求 由 于 該 拉 深 要 使 用 壓 邊 圈 則 C tmax kt 取 C 2mm 式 中 tmax 材 料 最 大 厚 度 k 間 隙 系 數(shù) 由 于 零 件 的 尺 寸 標 注 在 內(nèi) 徑 上 則 依 凸 模 為 準 間 隙 取 在 凹 模 上 即 增 大 凹 模 尺 寸 得 到 間 隙 四 凸 凹 模 尺 寸 及 制 造 公 差 最 后 一 道 拉 深 模 的 尺 寸 公 差 決 定 了 零 件 的 尺 寸 精 度 故 其 尺 寸 公 差 應 按 零 件 要 求 來 確 定 對 于 多 次 拉 深 的 第 一 次 拉 深 和 中 間 工 序 的 毛 坯 尺 寸 公 差 沒 11 有 必 要 限 制 此 時 可 取 模 具 尺 寸 等 于 毛 坯 過 渡 尺 寸 若 取 凸 模 為 基 準 則 凸模尺寸 D P D p 凹 模 尺 寸 Dd D 2c d 根據(jù)拉深系數(shù) m 0 32 即 d 154 0 32 d 50 則 D 50 2t 46 凸 凹模的制造公差依文獻 沖壓工藝學 查表 4 7 依工件 的厚度和拉深直徑 查得 d 0 08 p 0 05 則 D P 46 0 05 Dd 50 0 08 3 粗糙度的確定 凸凹模的刃口部位要求較高 粗糙度選用 0 4 凸模及凹模 鑲塊用于固定的部位選用 0 8 對于固定板上的孔 由于加工較困難 可選用 1 6 其它不太重要的部位選用 6 3 第六章 模具基本結構的確定 模具的基本結構和組成如下所示 12 1 凸 凹模的結構形式 一 落料凸模與拉深凹模 采用凸緣形式 用螺栓與上模板緊固 模具結構如下圖所示 二 落料凹模 模具結構如下圖所示 13 三 拉深凸模 采用嵌入式結構 用螺釘與下模板緊固 模具結構如下圖所示 2 模具其他部分的作用與選材如下 上模座 1 上模座的作用是通過模柄與壓力機相連接 將模具的上模部分 安裝在壓力機上 材料選用 HT200 因為上模座在模具工作中只承 14 受沖擊力 要求材料具有較好的強度和韌性 上模座尺寸選用 315mm 200mm 45mm 上模墊板 2 上模墊板在模具工作過程中 承受卸料組件 沖頭傳遞過來的 較大的沖擊載荷 因此要求材料有較好的強度 硬度和一定的韌性 選用 45 調(diào)質(zhì)到 HRC38 43 卸料板 3 本模具選用固定卸料板 用螺栓和銷釘固定在下模上 能承受 的卸料力較大 常用于厚板沖壓件的卸料 厚度為 6mm 材料選用 45 鋼 調(diào)質(zhì) HRC38 43 定位板 4 定位板在過程中起到保證單個毛坯在拉深過程中有正確位置的 作用 以保證拉深出合格的制件 通過螺釘與凹模固定板連接 以毛 坯外形進行定位 厚度為 5mm 材料選用 45 鋼 調(diào)質(zhì) HRC38 43 拉深凸模固定板 5 該固定板在模具中不僅起穩(wěn)定拉深凸模的作用 還通過其與下 模板之間的彈簧的作用起到壓邊圈的作用 在工作過程中要承受來 自落料凸模的沖擊 因此要求材料有較好的強度 硬度和一定的韌 性 選用 45 調(diào)質(zhì)到 HRC38 43 下模固定板 6 承受很大的沖擊載荷 需要有較好的韌性和強度 選用 45 鋼 下模座 7 15 其作用與上模座相似 選用 HT200 尺寸選用 315mm 200mm 55mm 2 模架 選定模具的基本形式后 開始選擇模架 依凹模尺寸及壓力機 工作臺尺寸選取 根據(jù)文獻 實用模具技術手冊 選用后側(cè)導柱模 架 選用 HT200 其各尺寸參數(shù)如下 凹模周界 D 200 mm B 200mm L 315mm 閉合高度 190 230mm 導套 32mm 160mm 導柱 32mm 43mm 110mm 其結構形式如下圖 本模具采用人工送料 16 第七章 模具主要零件的強度校核 1 壓力中心的確定 為了保證壓力機和模具正常的工作 必須使沖模的壓力中心與 壓力機滑塊中心線相重合 否則在沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪 斜 引起凸 凹模間隙不均和導向零件加速磨損 造成刃口和其它 零件的損壞 甚至還會引起壓力機導軌磨損 影響壓力機精度 本 制件為圓形 壓力中心在圓心 2 模具主要零件強度設計 凸 凹模 1 凸模長度確定以后 一般不作強度計算 且該凸模直徑較大 不會造成縱向失穩(wěn)或折彎 故可不進行校核 同理 凹模外形尺寸確定以后 可以保證凹模具有足夠的強度 和剛度 也不做強度校核 墊板 2 墊板的作用是為了平均分布模板所受到的壓力 可根據(jù)凸模傳 給的壓力來決定墊板是否合格 17 第八章 沖壓設備的選擇 沖 壓 設 備 的 選 擇 直 接 關 系 到 設 備 的 合 理 使 用 安 全 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 模 具 壽 命 生 產(chǎn) 效 率 和 成 本 等 一 系 列 問 題 1 初 選 設 備 沖壓生產(chǎn)中主要應用的是曲柄壓力機和液壓機 由于本零件的 成型屬于落料淺拉深 且根據(jù)其幾何尺寸和精度要求 選用具有 C 形床身的開式曲柄壓力機 雖然開式壓力機的剛度差 并且由于床 身變形而破壞了沖模的間隙分布 降低了沖模的壽命和制件的質(zhì)量 但是 它卻具有操作空間三面敞開 操作方便 容易安裝機械化的 附屬設備和成本低廉等優(yōu)點 在壓力機的類型選定以后 應進一步根據(jù)變形力的大小 沖壓 件的尺寸和模具尺寸來確定設備的規(guī)格 由于沖裁工序與拉深工序不是同時進行 所以只需考慮兩工序 中所需壓力較大的工序 沖裁力為 F 346 51 kN 依沖壓力的計算圖與沖壓設備需要負 荷圖對比 故可選用公稱壓力為 450 kN 的壓力機 根據(jù)國標 JB T 9965 1999 初選壓力機的型號為 J21 45 依文獻 沖壓模具簡明設計手冊 表 13 10 可查得該壓力機個 技術參數(shù)如下 標稱壓力 kN 450 標稱行程 mm 3 2 18 滑塊行程 mm 120 行程次數(shù) 次 min 1 80 最大閉合高度 mm 270 封閉高度調(diào)節(jié) mm 60 滑塊中心線到機身距離 mm 225 工作臺尺寸 左右 mm 810 前后 mm 440 工作臺孔尺寸 mm 150 模柄孔尺寸 直徑 mm 50 深度 mm 60 電動機功率 kW 5 5 2 設備校核 裝模高度校核 1 為使模具正常工作 模具閉合高度必須與壓力機閉合高度相適 應 應介于壓力機最大和最小閉合高度之間 一般按如下關系確定 h 最大 5mm h 模 h 最小 10mm 所設計模具的閉合高度為 220mm 而壓力機的閉合高度為 210mm 270mm 在可調(diào)范圍之內(nèi) 滑塊行程校核 2 在拉深中為了便于安放毛坯和取出工件 其行程一般大于拉深件 高度的 2 5 倍 工件高度為 9mm 而壓力機行程為 60mm 故該壓力機 19 行程符合規(guī)定 模具安裝空間尺寸校核 3 包括工作臺面的大小和模柄孔尺寸 經(jīng)校核比較該模具可在壓 力機工作上正確安裝和定位 且臺面上的漏料孔與所選工藝相適應 主 要 參 考 文 獻 主 要 參 考 文 獻 1 王 孝 培 沖 壓 手 冊 修 訂 本 機 械 工 業(yè) 出 版 社 1988 2 薛 啟 翔 冷 沖 壓 實 用 技 術 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2006 3 鄭 家 賢 沖 壓 工 藝 與 模 具 設 計 實 用 技 術 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2005 4 郝 濱 海 實 用 模 具 技 術 手 冊 北 京 化 學 工 業(yè) 出 版 社 2004 5 周 良 德 朱 泗 芳 等 現(xiàn) 代 工 程 圖 學 湖 南 湖 南 科 學 技 術 出 版 社 2000 6 肖 景 容 姜 奎 華 沖 壓 工 藝 學 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2004 7 陳 錫 棟 周 小 玉 實 用 模 具 技 術 手 冊 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2005 8 模 具 實 用 技 術 叢 書 編 委 會 沖 模 設 計 應 用 實 例 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2000 20 9 高 為 國 模 具 材 料 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2005 10 王 衛(wèi) 衛(wèi) 材 料 成 形 設 備 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2005 11 俞 漢 清 陳 金 德 金 屬 塑 性 成 形 原 理 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2003 12 廖 念 釗 莫 雨 松 李 碩 根 楊 興 駿 等 互 換 性 與 技 術 測 量 北 京 中 國 計 量 出 版 社 2003 13 楊 可 楨 程 光 蘊 機 械 設 計 基 礎 第 四 版 北 京 高 等 教 育 出 版 社 1999