有凸缘圆筒形件冲压成形工艺及模具设计

1 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型工艺、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。

1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状我国冲压模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。

进口模具18.13亿美元，出口模具 4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。

进出口之比2004年为 3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。

在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。

近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；"三资"及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。

虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。

低档模具过剩，高档模具供不应求，甚至有的依赖进口，因此，模具企业必须找准自己的弱点，尽快缩短与国外的差距。

(1)体制不顺，基础薄弱“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。

(2)人才严重不足，科研开发及技术攻关方面投入太少模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。

由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，民营企业贷款困难也影响许多企业的技术改造，致使科技进步不大。

(3)工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。

由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。

装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。

(4)专业化、标准化、商品化的程度低、协作差由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。

目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。

模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。

模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。

(5)模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。

塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。

1.1.2国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。

虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。

未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:(1) 模具日趋大型化；(2)在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；(3).模具扫描及数字化系统；(4).在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；(5).提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；(6).发展优质模具材料和先进的表面处理技术；(7).模具的精度将越来越高；(8).模具研磨抛光将自动化、智能化；(9).研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；(10).开发新的成形工艺和模具。

1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。

用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。

美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。

国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。

2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。

2003年德国模具产值达48亿欧元。

其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。

随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到25～30万美元。

国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％。

1.3有凸缘圆筒形件多次拉深模具设计与制造1.3.1 有凸缘圆筒形件多次拉深模具设计的设计思路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。

它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。

有凸缘圆筒形件是最典型的拉深件，其工作过程很简单就一个拉深，根据计算确定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深。

为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。

要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度,改变导柱和导套的高度的同时,还要注意保证导柱和导套的强度. 导柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工作配合长度决定．设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。

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。

1.3.2有凸缘圆筒形件多次拉深模具设计的进度1.了解目前国内外塑料模具的发展现状，所用时间15天；2.确定工艺规程，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天；4.模具的调试，所用时间5天。

2 有凸缘圆筒形件冲压成形工艺及模具设计2.1拉深件工艺性分析工 件 图： 如图所示生产批量： 大量材 料： 08钢厚 度： 2mm图 1 制件图此工件为有凸缘圆筒形件，要求零件尺寸标注在外形，零件尺寸厚度不变。

此工件的形状满足拉深工艺要求，可用拉深工序加工。

各圆角r=3.5＞2t ，满足拉深对圆角半径的要求。

03.034-φ为IT13级，满足拉深工序对工件的公差等级要求。

08钢拉深性能良好。

此零件的拉深次数可由下列工序计算来确定。

2.1.1计算毛坯尺寸凸d =76mm,d=(34-1.5)mm=32.5mm,由凸缘的相对直径凸d /d=76 mm/32.5 mm=2.34，查表4.3.2[6]得修边余量△R=2.5 mm ，因零件底部圆角半径r 与凸缘圆角半径R 相等，即r=R 时，有凸缘筒形件的毛坯直径： D=dR dH d 44.342-+凸，将凸mm mm R d 81)5.2276(276=⨯+=∆+=d=32.5mm,H=(54.5-1.5)mm=53mm,R=3.5mm 代入上式中，得毛坯的直径为：D=5.35.3244.3535.324762⨯⨯-⨯⨯+=111mm2.1.2确定是否用压边圈因为t ／D×100%=1.35＜1.5，1m =0.53＜0.6，由表 4.4.4[6]查得需要用压料装置。

首次拉深时一般采用平面压边装置。

再次拉深时，采用筒形压边圈。

一般来说再次拉深所需要的压边力较小，而提供压边力的弹性力却随着行程而增加，所以要用限位装置。

首次拉深 再次拉深图 2 压边圈各次拉深采用形式 2.1.3判断能否一次拉成工件总的拉深系数总m =d/D=32.5 mm/111 mm =0.29 ,工件总的拉深相对高度H/d=53 mm/32.5 mm =1.63.由凸d /d=81mm/32.5mm=2.49,t/D×100=1.5mm/111mm×100=1.35,查表4.5.2[6]得，有凸缘圆筒形件第一次拉深的极限拉深系数1m =0.38；由表 4.5.1[6]查得，有凸缘圆筒形件首次拉深的极限相对高度1h /1d =0.3,由于总m ＜1m ，H/d ＞1h /1d ，故此工件不能一次拉出。

2.1.4试制订首次拉深系数取首次凸d /1d =1.1，查表 4.4.1[6]得1m =0.53，而第一次拉深系数1m = 1d /D ，则第一次拉深的半成品直径为D m d 11= =0.53×111mm=58.83mm(调整为60mm)。

第一次拉深的凹模圆角半径用下式计算1凹r =0.8()t d D 1-将D=111mm,1d =60mm,t=1.5mm 代入上式得，凹模的圆角半径1凹r =0.85.1)60111(⨯-mm=6.997mm,则1r =1凹r +t/2=(6.997+1.5／2)mm=7.747mm,取1r =8mm,并取1凸r =1凹r ,则2r =1r =8mm,根据工件圆角重新调整凸、凹模的圆角，取为1凸r =1凹r =8-1.5/2=7.25mm.为了以后的拉深不使已拉深好的凸模变形，第一次拉深要将坯料多拉入凹模所需要量的5%，则需对坯料作相应的放大。

过程如下：图b)所示为第一次拉深的半成品，其凸缘的圆环面积A 环，由公式求得：环A =4π[2凸d -（1d +21r ）2] 将凸d =81mm,1d =60mm,1r =8mm 代入上式，则：环A =4π[812-（60+2×8）2] 2mm =785×4π2mm 工件的面积应等于毛坯的面积，由下列公式求得：工件A =4πD 2=4π×1112 2mm =12321×4π2mm 被拉入凹模的面积应等于：凹A =工件A -环A =11536×4π2mm若多拉入5%的料进入凹，则被拉入凹模的面积凹A ＇=1.05凹A =12112.8×4π 2mm ， 使扩大的毛坯面积为：环A ＇=1.05凹A +环A =12112.8×4π+785×4π 2mm=12897.8×4π 2mm故扩大后的坯料直径为：D ＇=π’环A 4=8.12897=113.6mm由下式可求得半成品的高度，因圆角半径2r =1r ，则：n H =dn 25.0( D ＇2- 2凸d )+0.43(2r +1r ) 将D ＇=113.6mm,凸d =81mm,1d =60mm, 1r =2r =8mm 代入上式，得到第一次拉深的高度为：1H =6025.0（113.62-812）mm+0.43×16mm=33mm 工件的第一次相对高度工件)/(11d H =33mm/60mm=0.55由表 4.5.1[6]查得有凸缘圆筒形件第一次拉深的最大高度)/(11d h =0.65，因为工件)/(11d H ≤)/(11d h ，所以第一次拉深直径φ60 mm 选择合理。