阶梯圆筒模具设计
[数控模具设计]阶梯型钢制零件的冲压工艺分析及模具设计精编
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Abstract
Thedeepdrawingisapressingprocess.Itcanmakeasheetblankintoauncorkpiecewithdie.Aprocesswithdeepdrawingcanmanufactureworkpieceinmanyshapes.Andthetapperedworkpiecewhichincludesbroadprotrudingedgeworkpiecesandnarrowprotrudingedgeworkpiecesisthemostusual.
3.2.4确定工件的制造工序步骤
初步确定工序顺序为：落料拉伸(半圆)——拉伸(阶梯)——修边——冲孔——扩口。
若以基本工序为工艺方案，则生产率低，工件累计误差打，且设计多套模具成本较高。考虑到生产批量为大批量，同时拟采用的冲压设备为中小型压力机，应尽量将工序合且，但又不能把模具弄得太复杂。从模具结构上分析，整形、拉伸和镦内角能够复合，大、小阶梯同时整形才能保证同轴度要求。小阶梯落料拉伸能否壹次拉伸成形需在后面进行工艺计算验证。此时工艺方案可暂定为：落料拉伸——拉伸整形——冲孔——扩口。
（8）计算以后各次的拉深高度
3.2必要的工序计算
3.2.1
因为在设计过程中毛坯件的尺寸确定是由二次拉深后的工件确定的，而二次拉深后的工件仍需要切去1.5的多余边，所以由下面计算出的毛坯尺寸已经包括修边余量，故不需要修边余量的确定。
3.2.2
板料在拉深过程中，材料没有增减，只有发生属性变化。在变形过程中，材料时以壹定的规律转移的，所以毛坯的形状必须负荷金属在变形时的流动规律，其形状壹般和拉深件周边形状相似。所以，对于旋转体来说，毛坯的形状无疑以壹块圆板，只要求出它的直径。拉深前后，拉深件及其毛坯的重量不变，材料厚度虽有变化，但其平均值和毛坯原始厚度非常接近，则其面积基本不变。可按公式计算
一次拉深成形圆桶形阶梯件的数值模拟
一次拉深成形圆桶形阶梯件的数值模拟摘要：本文对圆桶形阶梯件的一次拉深成形过程的进行了数值模拟，表明：在凸模头部的圆角附近和凹模端面圆角附近受到的应力最大，并且凸模头部的圆角附近的板料减薄较多，应力非常大，故此处最容易出现拉破现象；如果有适当压边力，则压边圈下的板料可以不出现起皱现象，且从凸模端面圆角到凹模端面圆角的区域，都是起皱的危险区；在整形阶段凸模和凹模受到的应力急剧增大，此时模具最容易被冲坏，且此阶段对模具的疲劳寿命影响最大，应力和模具疲劳寿命负相关。
有限元数值模拟可以预测减薄、破裂、预测压边力和预测成形力等，可以指导模具和工件设计。
关键词：圆桶形阶梯件；数值模拟；起皱；拉破前言材料拉深是一个常见、快捷而优良的工件成形方式，由于市场和结构设计的需要，也出现了不少圆桶形阶梯件。
一次拉深成形阶梯件可以提高圆桶形阶梯件产品的定位准确性、加工高效性；减少加工的成本；减少模具的套数；减少中间运送环节的成本；减少中间环节加工的废品率等等一系列的优点。
材料在拉深时还会有厚度上的变化，就要防止拉破或者板料过度减薄，以及防止出现起皱现象，又要提高产品的精度和粗糙度等产品的质量，那么设计模具的难度将较大。
通过数值模拟可指导解决那些影响工件质量、模具寿命等情况，可以指导工艺和模具设计，如对结构设计、材料选择、热处理强化等等的指导，减少工艺和模具的失败率，提高模具寿命及工件质量，减少修模工作量等。
还可以指导对工件形状结构的设计，以及对选择机床吨位的指导等。
在工程中板料可能出现难以用肉眼察觉的微裂纹,通过计算机仿真可以清楚地观察到,从而在模具设计和制定冲压工艺时采取必要的预防措施,大大降低了模具的开发周期和成本. 而要想准确地预测拉裂,首先可以通过仿真计算得到板料各处真实的应力和应变值[1 - 3 ] .且经大量试验证明，对于绝大多数金属材料，米塞斯屈服准则更接近实验数据[4]。
且屈雷斯加屈服准则没有考虑中间应力的影响，三个主应力大小顺序不知时使用不便，而米塞斯屈服准则考虑了中间应力的影响，使用方便[4]。
复杂阶梯形圆筒件拉深有限元分析
摘要阶梯形零件在拉深成形的过程中，毛坯变形区的变形与应力基本与圆筒形件拉深相同。
但是此类零件的复杂性与多样性，决定其拉深次数与工序的安排与圆筒形件拉深相比存在很大的不同点。
并且在拉深的过程中受到许多因素的影响，容易出现拉裂、起皱、减薄、拉深不充分和回弹量过大等问题。
因此，利用有限元分析软件Dynaform 模拟拉深，可以清楚的看到成形过程中存在的缺陷，进而利用数值模拟的结果优化冲压工艺与模具设计的方案，大大的缩短了研发周期。
本文首先分析了该零件的结构特点，探究一次拉深的可行性，根据一次拉深的数值模拟结果，分析危险部位，进而提出改进的方案。
其次根据阶梯形件的拉深规则与零件的结构特点，确定拉深次数，拉深顺序。
根据设计的各工序的凹模造型分别在不同压边力，不同毛坯直径，不同凸缘半径，不同拉深方式，不同工具运动速度等条件下在Dynaform软件里进行拉深模拟，选取成形质量最佳的作为下一工序的毛坯，通过不断地模拟优化最终得到该复杂阶梯形圆筒件的最佳拉深参数。
最后根据数值模拟的各项参数探讨各项拉深成形参数对成形模拟结果的影响。
本文主要通过Dynaform软件对复杂阶梯形圆筒件的拉深方法及各次拉深造型的确定进行研究，探讨数值模拟的各项参数对成形件的成形效果和质量的影响，着重探讨拉深方式对回转体阶梯形件的成形质量和效果的影响，对于多次拉深成形的零件，拉深方式对成形质量的影响极大，有限元模拟分析方法在实际的生产中具有重大的意义。
关键词：阶梯形件；拉深方案；Dynaform软件；虚拟冲压速度Complex stepped cylindrical deep drawing finite element analysisStudent:LIN Zi-mei Teacher:QIN TianAbstract:The deformation and stress of the stepped parts in the process of deep drawing forming are the same as that of the cylindrical parts.. However, the complexity and variety of the parts, the number of deep drawing and the arrangement of the process are different from the cylinder parts.And in the process of drawing by the influence of many factors, prone to crack, wrinkle, reducing thin, drawing and spring back problem. Therefore, using finite element analysis software DYNAFORM to simulate the drawing, can clearly see the forming defects existing in the process, optimization of stamping process and die design scheme and the numerical simulation results, greatly relationship development cycle.This paper first analyzes the structural features of this part, explores the feasibility of a deep drawing, and analyzes the dangerous parts according to the numerical simulation results of a deep drawing, and then puts forward the improving scheme.Secondly, according to the drawing rules of the ladder parts and the structural features of the parts, the number of the deep drawing and the order of drawing are determined.According to the design of the process of Concave die modeling respectively in different blank holder force, different diameter of blank, under the condition of different flange radius, different drawing methods, different velocity and in the DYNAFORM software used in deep drawing simulation, selection of forming quality best as a process of blank, through continuous simulation and optimization is finally obtained the complex stepped cylindrical parts the best drawing parameters.According to the parameters of numerical simulation, the influence of drawing parameters to the forming simulation results is discussed.This paper mainly by DYNAFORM software on complex stepped cylindrical parts drawing method and the drawing shape determine research, discusses the effects of the parameters of the numerical simulation of stamping forming effect and quality, focuses on drawing rotary stepped shape quality and effect, for multiple deep drawing parts drawing method on the forming quality of a great impact, finite element simulation analysis method in the actual production has great significance.Key words：Ladder；Drawing Scheme；Dynaform；Virtual punch velocity目次摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3课题研究的主要内容 (2)2 板块冲压成形模拟仿真软件Dynaform应用基础 (3)2.1板块冲压成形模拟仿真软件简介 (3)2.2应用Dynaform软件的一般流程 (3)2.3 Dynaform软件系统结构 (3)2.3.1前处理模块 (4)2.3.2分析模块 (4)2.3.3 后处理模块 (5)2.4本章小结 (5)3复杂阶梯形圆筒件一次拉深成形设计 (6)3.1复杂阶梯形圆筒件拉深工艺分析 (6)3.1.1拉深工艺要求 (6)3.1.2毛坯尺寸估算 (7)3.2 探究一次拉深成形 (8)3.2.1毛坯材料性能参数 (8)3.2.2理论压边力计算 (8)3.2.3模拟拉深及可行性判断 (8)3.3本章小结 (9)4复杂阶梯形圆筒件五次拉深成形设计 (10)4.1五次拉深设计依据 (10)4.2拉深工序造型结构设计 (10)4.3各工序不同参数下数值模拟与比较 (13)4.3.1第一次拉深 (13)4.3.2 第二次拉深 (14)4.3.3 第三次拉深 (15)4.3.4第四次拉深 (16)4.3.5 第五次拉深 (19)4.4本章小结 (20)5 拉深成形过程板料变化情况 (21)5.1成形极限与零件厚度分布 (21)5.2最小厚度变化情况 (22)5.3最大减薄率变化情况 (22)5.4最大主应变变化情况 (23)5.5复杂阶梯形圆筒件拉深成形参数影响探究 (23)5.5.1压边力对成形结果的影响 (23)5.5.2凸模运动速度对成形结果影响 (24)5.5.3拉深方式对成形结果影响 (24)5.5.4模具间隙对成形结果影响 (25)5.6本章小结 (26)6结论 (27)致谢 (28)参考文献 (28)桂林理工大学本科毕业设计·论文1 引言1.1课题研究的背景和意义冲压是指在常温的条件下，运用安装在压力机上的模具对板料施加压力，使得板料发生塑性变形或分离，进而得到所需要的零件的一种压力加工方法。
圆筒形件拉深模设计PPT课件
现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有 一机两用 的功效， 用户根据 不同的加 工对象选 择使用， 即电主轴 和镗杆可 相互更换 使用。这 种结构兼 顾了两种 结构的不 足，还大 大降低了 成本。是 当今卧式 镗铣床的 一大创举 。电主轴 的优点在 于高速切 削和快速 进给，大 大提高了 机床的精 度和效率 。
圆筒形件是最典型的拉深件。 1.拉深成形时板料的受力分析 2.拉深变形过程及特点
（1）拉深变形过程
平板圆形坯料的凸缘
弯曲绕过凹模圆角，然后拉直
形成竖直筒壁(凸缘逐渐减小，筒壁逐渐增高的过程）。
圆筒形件拉深模设计
第一节 拉深基本原理
（2）网格变化
① 筒底 无变化
② 筒壁 无变化
③ 凸缘区 径向伸长，切向压缩。
它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件，还可加工盒 形零件及其它形状复杂的薄壁零件。
拉深
不变薄拉深 变薄拉深
拉深模： 拉深所使用的模具。
拉深模特点：结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较
大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大 于板料厚度。
圆筒形件拉深模设计
第一节 拉深基本原理
一、拉深变形过程
（2）拉深变形特点
① 筒底、筒壁是传力区。
圆筒形件拉深模设计
第一节 拉深基本原理
② 凸缘区是变形区 ③ 变形不均匀：凸缘边缘变形最大。
二、拉深过程中坯料内的应力与应变状态
1.应变 （1）凸缘区
径 向： 伸长 凸缘部分 切 向： 压缩
厚度方向： 一定范围内变薄，一定范围外增厚 （2）凹模圆角部分 （3）筒壁部分
凸缘宽度减少到原来宽度一半时最易起皱。
圆筒形件拉深模设计
第一节 拉深基本原理
彩色圆柱体阶梯的操作方法
彩色圆柱体阶梯的操作方法彩色圆柱体阶梯是一种具有丰富色彩的装饰物件，可以用于室内外的空间布置和装饰。
它的操作方法简单易懂，只要按照以下步骤进行操作，就能制作出独特而美丽的彩色圆柱体阶梯。
第一步，准备材料。
制作彩色圆柱体阶梯所需的材料包括：彩色纸张、剪刀、胶水、尺子和铅笔。
彩色纸张可以选择多种颜色，以增加阶梯的视觉效果。
第二步，测量和切割。
首先，使用尺子和铅笔在彩色纸张上测量并标记出所需的尺寸。
然后，使用剪刀按照标记的线条将彩色纸张切割成相应的形状和尺寸，可以根据实际需要进行调整。
第三步，组装。
将切割好的彩色纸张用胶水粘贴在一起，形成一个圆柱体的形状。
确保每个彩色纸张都粘贴得紧密牢固，以免出现松动或掉落的情况。
可以适当使用夹子或其他工具来帮助固定。
第四步，重复操作。
根据需要，可以制作多个彩色圆柱体，以形成阶梯的形状。
重复以上步骤，将彩色纸张逐层粘贴在一起，直到达到所需的高度和形状。
第五步，装饰和涂色。
完成彩色圆柱体阶梯的基本结构后，可以进行装饰和涂色。
可以使用彩色纸张、彩笔、颜料或其他装饰材料来增加阶梯的美观度和吸引力。
可以根据个人喜好和创意进行装饰，创造出独特的效果。
第六步，固定和摆放。
完成装饰后，需要将彩色圆柱体阶梯固定在适当的位置。
可以使用胶水、双面胶或其他固定材料将阶梯固定在桌面、墙壁或其他平面上。
确保固定牢固，防止阶梯的倾斜或移动。
彩色圆柱体阶梯的操作方法就是这样简单。
通过以上步骤，你可以轻松地制作出具有丰富色彩和独特形状的彩色圆柱体阶梯。
它可以用于家居装饰、派对布置、展览展示等场合，为空间增添活力和艺术氛围。
希望以上操作方法能帮助到你，祝你制作出完美的彩色圆柱体阶梯！。
阶梯圆桶落料拉深复合模具设计
摘要此次毕业设计是由蔡昀老师亲自指导，设计一副简单的复合模具，经过数个月的设计，基本完成此次设计的任务。
此副模具主要是阶梯圆筒形零件的设计，采用落料﹑拉深两道工序相结合的复合模，本人经查阅相关书籍﹑资料以队此副模具所用到的相关公式﹑数据做出了一个准确的依据。
此副模具的设计一共分为四章，和其他模具的设计一样，首先第一章是对零件进行了工艺分析，接着对工艺方案进行了比较，最终确定采用先落料拉深后切边的工艺方案，然后画工序图﹑经过计算选择冲压设备。
第二章是选择冲模类型以及结构形式，接着是一些模具设计的相关数据计算。
第三章是对模具凸模﹑凹模加工工艺过程以及加工工艺方案的确定，最后填写凸凹模加工工艺规程卡以及编制凸模数控加工程序。
第四章是设计总结﹑谢辞以及参考文献。
本人在设计过程中得到了其他同学的大力支持，并有蔡昀老师的息心指导，在此表示诚恳的感谢。
由于本人水平有限，此次设计难免还存在一些缺点和错误，恳请阅读者批评指正。
目录第1章冲压工艺设计 (1)1.1 零件的工艺分析 (1)1.2 制定冲压工艺方案 (3)1.3 画工序图 (4)1.4 初选冲压设备 (6)1.5编制冲压工艺卡 (8)第2章冲压模具设计 (10)2.1 冲模类型及结构形式 (10)2.2 模具设计计算 (10)第3章模具主要零件加工工艺设计 (14)3.1 制定凸凹模加工工艺过程 (14)3.2 填写凸凹模加工工艺规程卡 (16)3.3 编制凸模或凹模数控加工程序 (19)第4章设计总结 (21)致谢 (22)参考文献 (23)第1章 冲压工艺设计1.1 零件的工艺分析此零件形状为阶梯圆筒形件，需要采用落料，拉深，切边三道工序，通过计算确定拉深次数。
零件材料为10钢，根据参考文献[1]表1.4.1得：10钢的抗剪强度=210MPa 。
由此可见，其塑性较好，有较高的强度，适合于成形加工。
τ=260～440MPa 、抗拉强度σb =300～440MPa ﹑伸长率δ10=29%、屈服强度=210MPa 。
阶梯形钣金件冲压分析与模具设计
阶梯形钣金件冲压分析与模具设计
阶梯形钣金件冲压分析与模具设计
摘要:本文通过对阶梯形件的冲压分析与模具设计,简述了此类零件从理论分析到模具设计制作的过程,强化对阶梯形件拉深特点的研究与认知。
关键词:阶梯形钣金件拉深模具设计冲压分析
随着我国工业化水平的提高,具有强度高,可靠性强,成本低廉的阶梯形钣金零件在产品开发与研制中被广泛应用,现就此类零件冲压过程及模具结构设计分析如下。
1 阶梯形件冲压分析
1.1 零件图形与性能分析
零件为阶梯形钣金件—外罩(见图1),材料08F,壁厚较薄,厚度为0.5mm,并在口部拉深直径变小,形成小圆角圆弧过度,整体成圆筒状,具有很高的强度和可靠性。
对于此类零件生产时适合采用多次拉深成型,既满足了产品设计要求又提高了材料利用率和生产效率,因此被广泛应用。
1.2 引深工艺分析
作为引深件在确定其引深加工时,首先考虑零件的复杂程度是否适合引深加工,然后确定加工工序及方法,计算零件的引深次数,必须。
阶梯圆筒形件级进模设计
阶梯圆筒形件级进模设计
金龙建
【期刊名称】《模具工业》
【年(卷),期】2010()2
【摘要】分析了阶梯圆筒形件成形工艺,计算了毛坯直径,设计了阶梯圆筒形件落料、冲孔、拉深级进模,对同类零件的模具设计有一定的借鉴作用。
【总页数】4页(P14-17)
【关键词】阶梯圆筒形件;冲压工艺;排样设计;级进模
【作者】金龙建
【作者单位】上海普极电子有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG386.2
【相关文献】
1.圆筒形拉伸件多工位级进模设计与制造 [J], 金龙建
2.级进模设计讲座——工艺零件的结构设计（连载一）：多工位级进模工艺零件的结构设计 [J], 姜伯军
3.级进模设计讲座——工艺零件的结构设计（连载二）：多工位级进模工艺零件的结构设计 [J], 姜伯军
4.级进模设计讲座——工艺零件的结构设计（连载四）——多工位级进模工艺零
件的结构设计 [J], 姜伯军
5.阶梯长圆盒形件拉深级进模设计 [J], 何凌;邓汝荣;黄雪梅
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第四章 拉深工艺与模具设计
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以后各次拉深中制件不起皱的条件是： 实践证明：
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直壁圆筒形件的首次拉深中起皱最易发生的时刻：拉深的初期
（二）拉裂 当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与 筒壁相切处——“危险断面”产生破裂。
为防止拉裂，可以从以下几方面考虑： （1）根据板材成形性能，采用适当的拉深比和压边力； （2）增加凸模表面粗糙度；改善凸缘部分的润滑条件； （3）合理设计模具工作部分形状；选用拉深性能好的材料等。
第四章 拉深工艺与模具设计
拉深变形过程分析
直壁旋转体零件拉深 工艺计算
非直壁旋转体零件拉深 成形方法
盒形件的拉深
拉深工艺设计 拉深模具的类型与结构
其他拉深方法 拉深模工作部分的设计
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拉伸：
拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心工 件，或将已制成的开口空心件加工成其它形状空心件的一种冲压加 工方法。拉深也叫拉延。
（二）筒壁传力区的受力分析
1．压边力Q引起的摩擦力：
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2Q dt
2．材料流过凹模圆角半径产生弯曲变形的阻力
w
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2
3．材料流过凹模圆角后又被拉直成筒壁的反向弯曲w 力 仍按上式进行计
算，拉深初期凸模圆角处的弯曲应力也按上式计算
w
w
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2）筒底圆角半径rn
筒底圆角半径rn即是本道拉深凸模的圆角半径rp,确定方法如下：
r r 一般情况下，除末道拉深工序外，可取 pi = di。 对于末道拉深工序：
阶梯形钣金件冲压分析与模具设计
阶梯形钣金件冲压分析与模具设计摘要:本文通过对阶梯形件的冲压分析与模具设计,简述了此类零件从理论分析到模具设计制作的过程,强化对阶梯形件拉深特点的研究与认知。
关键词:阶梯形钣金件拉深模具设计冲压分析随着我国工业化水平的提高,具有强度高,可靠性强,成本低廉的阶梯形钣金零件在产品开发与研制中被广泛应用,现就此类零件冲压过程及模具结构设计分析如下。
1 阶梯形件冲压分析1.1 零件图形与性能分析零件为阶梯形钣金件—外罩(见图1),材料08F,壁厚较薄,厚度为0.5mm,并在口部拉深直径变小,形成小圆角圆弧过度,整体成圆筒状,具有很高的强度和可靠性。
对于此类零件生产时适合采用多次拉深成型,既满足了产品设计要求又提高了材料利用率和生产效率,因此被广泛应用。
1.2 引深工艺分析作为引深件在确定其引深加工时,首先考虑零件的复杂程度是否适合引深加工,然后确定加工工序及方法,计算零件的引深次数,必须做到在毛坯内部的应力不超过材料的强度极限下,还能充分利用材料的塑性,在毛坯侧壁强度允许的条件下,采用最大可能的变形程度。
确定零件的引深次数,先应计算出零件的展开毛坯直径D。
根据久里金法则,即任何形状的母线AB绕轴线YY旋转,所得到的旋转体面积等于母线长度L与其重心绕轴线旋转所得周长2πX的乘积(X是该段母线重心至轴线的距离)。
即:旋转体面积:F=2πLX毛坯面积:F0=πD2/4(D为毛坯直径)毛坯直径:中L为旋转体母线长度;X为旋转体母线形心到旋转轴线的距离(称旋转半径)。
根据引深原理t/D=0.5/21≈2%;d2/d1 =6.5/9.8≈0.66。
h/d=13.3/6.5=1.8,查下表,可知拉深系数小于极限拉深系数,其拉深次数为2次。
如果相邻两阶梯直径之比(di/di-1)小于相应圆筒形件的极限拉深系数时,则由直径di-1到di按凸缘件的拉深方法拉深,但由于小台阶高度较小,故采用从大阶梯到小阶梯一次拉深,因此确定第一次拉深直径,经查上表选择最大一次拉深系数为0.5,即d1/D=0.5,d1=10.5,故先拉深出直径ф10.5圆筒,然后再通过二次拉深直接拉深成型。
阶梯件拉深模设计说明书
阶梯形零件拉深模设计说明书工件图如下图所示：材料：08钢 料厚：0.8 mm毛坯直径：D =344.25mm审图及工艺性分析如下图所示，工件为有凸缘圆筒阶梯形零件，无孔，有4个圆角需要加工，材料为08钢，为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的拉延性。
厚度为0.8mm ，精度等级为IT10级。
由此可知该工件适合拉深工艺。
工艺方案确定经过分析，可以确定采用单工序模一次拉深成型。
模具结构简单，操作方便，生产成本较低，可以满足设计要求。
因为=⨯=⨯000010025.3448.0100D t 0.23﹪＜1.5﹪ 故由参【1】表4-11知，采用带压边圈的结构。
三、拉深工艺计算1、拉深系数及拉深次数计算（1）拉深系数的确定438.125.191275==d d t 及毛坯的相对厚度000027.0100=⨯D t ，由参【6】表4-10查得拉深系数m =0.51（2）拉深次数的确定由参【1】式5-35得 ，349.05.1375.2325.191342211=+=+d h d h 而349.0481.05.1375.57>==d h故可以一次拉深成型。
2、拉深力的计算由参【1】公式5-27的得，拉深所需拉深力：F Z =F +F Y而 F =K dt b σπ=KN 392.1741.13308.025.19114.3=⨯⨯⨯⨯ KNKN AP F Y 501.703.2023.306533.2])225.191()2275[(22=⨯=⨯-==π式中b σ取330MpaK 取1.1 （由参【1】表5-9得）p 取2.3 （由参【1】表5-8得）故 F Z =174.392+70.501=244.893KN3、初选压力机由参【2】压力机的公称压力F 0≥（1.6～1.8）F Z 取F 0=1.8F Z =1.8×244.893KN =440.807KN所以初选压力机公称压力630KN 。
阶梯形零件拉深工艺及模具设计
阶梯形零件拉深工艺及模具设计
梅静;邢涛
【期刊名称】《精密成形工程》
【年(卷),期】2011(000)004
【摘要】通过对端盖加工工艺进行分析,介绍了端盖拉深模具结构及工作过程,并进行了工艺计算,提出了拉深凹模和凸模的设计方法,保证了端盖拉深成形的顺利进行.【总页数】3页(P61-63)
【作者】梅静;邢涛
【作者单位】四川化工职业技术学院机械工程系,四川泸州646005;化学工业出版社,北京100029
【正文语种】中文
【中图分类】TG386
【相关文献】
1.薄壁半球形零件拉深工艺及模具设计 [J], 许连辅;赵洪图;李艳静;李新;许雁冰;聂兰启
2.阶梯形状外罩类零件复合模具设计 [J], 林红艳
3.阶梯形钣金件冲压分析与模具设计 [J], 汤少征
4.阶梯形零件拉深工艺改进 [J], 冯志明
5.汽车支架零件的拉深工艺与模具设计 [J], 姜银方;孟英;朱元右
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设计题目：阶梯圆筒模具设计零件名称：阶梯圆筒生产批次：大批量材料：10钢料厚：0.5mm设计内容：1．绘制产品图，对产品进行工艺性分析，确定合理工艺方案；2．完成相关工艺计算；3．完成模具零部件的设计计算工作；4．绘制模具总装草图；5．绘制正式装配图；6．绘制教师制定的模具零件图；7．编写设计说明书；目录第1章冲压工艺设计 (1)1.1 零件的工艺分析 (1)1.2 制定冲压工艺方案 (2)1.3 画工序图 (3)1.4 初选冲压设备 (5)1.5编制冲压工艺卡 (5)第2章冲压模具设计 (7)2.1 冲模类型及结构形式 (7)2.2 模具设计计算 (7)第3章模具主要零件加工工艺设计 (10)3.1 制定凸凹模加工工艺过程 (10)3.2 填写凸凹模加工工艺规程卡 (11)3.3 编制凸模或凹模数控加工程序 (13)第4章设计总结 (15)参考文献 (15)第1章 冲压工艺设计1.1 零件的工艺分析此零件形状为阶梯圆筒形件，需要采用落料，拉深，切边三道工序，通过计算确定拉深次数。
零件材料为10钢，根据参考文献[1]表1.4.1得：10钢的抗剪强度=210MPa 。
由此可见，其塑性较好，有较高的强度，适合于成形加工。
τ=260～440MPa 、抗拉强度σb =300～440MPa ﹑伸长率δ10=29%、屈服强度=210MPa 。
由此可见，其塑性较好，有较高的强度，适合与成形加工。
此零件毛坯形状为圆形，故采用冲裁工艺中的落料工序。
首先计算出毛坯的尺寸，根据毛坯尺寸要求计算出凸凹模的尺寸，但要注意落料见的尺寸应增加修边余量，以保证零件的高度。
后面还有拉深等其它工序，最重要的是毛坯外形尺寸精度要保证下一道工序的完成。
拉深见工艺性的好坏，直接影响到该零件能否用拉深方法生产出来，不仅能满足产品的使用要求，同时也能够用最简单，最经济和最快的方法生产出来。
拉深见外形尺寸的要求应根据零件的高度以及厚度等选择一次拉深还是多次拉深。
1.计算落料毛坯尺寸：t=0.5mm<1mm. 故可以按外形尺寸计算 2.12834≈≈d d t 查《指导》表4-2. 取修边余量δ=2.5mm 则零件外径 D ’=34+2×2.5=39㎜由《指导》表4-4.将零件分为序号9和序号11两部分由序号9得：22232111828.6d d r rd d D -+++=取 1d =21.7mm 2d =28mm 3d =39mm r=2mm ∴ D 1=222228395.187.215.128.67.21-+⨯+⨯⨯+≈38.9mm 去掉d 1部分圆面积的材料则 A 1=4πD 21-4πd 21=4π（38.92-21.72）≈4π×104.2.3mm 2由序号11得: D 2=23242121222122156.42482d d r d r h d r d r d -++++++ππ取 d 1=5mm d 2=9mm d 3=12mm d 4=21.7mm r 1=1.5mm r 2=2mm h=0.5mm∴223.7mm D =≈则 A2=4πD 22=4π×23.72=4π×561.7mm 2 ∴ 毛坯的总面积 A=A 1+A 2=4π(1042.3+561.7)=4π×1604mm 2∴ 所以毛坯直径 mm A D 401604444≈⨯⨯==πππ因此毛坯直径为40mm2.确定拉深次数：60.679h dn =≈ 0.50.012540t D == 查《指导》表4-8得：当D t ×100%=1.25（＜1.5～1），一次拉深可得最大相对高度hd为0.84～0.65，故零件以以一次拉深成形。
3.计算拉深系数因该零件兼有凸缘见拉深与阶梯圆筒件拉深的持性，所以近似按此两种拉深方法估算总拉深系数.由参考文献[2]或（4-15）得：35.0145.1409402845.11212121=++⨯=++⨯=h h D d D d h h m 总 查参考文献[2]表4-9 当dd f＞2.8～3.0时 [m 1]=0.16～0.20＜m 总 此零件厚度为0.5mm ，拉深件的底部与侧壁间的圆角半径R 1为1.5mm ，1.5＞0.5mm ，各阶梯连接处的半径为1.5mm ，1.5>2t=1mm ，即满足R 1≥t,R 2≥t ,所以拉深可以顺利进行，不需要增加整形工序，零件产品尺寸为00.1434-Φ、精度为IT10～IT11级052.028-Φ、00.369-Φ，精度为IT14级，其中00.5228-Φ、00.369-Φ 由拉深工序保证。
拉深成形后切除零件多余外边，保证零件最后的外形尺寸公差，故00.1434-Φ由切边工序保证。
1.2 制定冲压工艺方案1.2.1 工艺方案分析比较此零件外壳形状表明它为拉深件，所以拉深为基本工序，其毛坯可用落料工序完成。
根据前面的计算，只需要一次拉深，故根据该零件所需基本冲压工序，做出一个合格的零件，可以有三种工艺方案：第一种方案是把落料、拉深、二道工序做一个简单复合模，然后再以切边工序做一个单工序切边模。
第二种方案是以落料、拉深、切边工序分开，各做一副单工序模。
第三种方案是把落料、拉深、切边三道工序并在一起，做一副多工位的级进模。
三种方案的比较：第一种方案:落料、拉深是一个简单复合模，设计简便，制造也不难生产效率高，装夹方便，切边工序作为单工序模，只要保证一个尺寸精度要求，方便、简单。
第二种方案：三道工序分开，分布鲜明，有序进行，看得懂，弄得请，但效率不高，占用设备多，若单用一个设备，则需拆下来，装上去次数多，比较麻烦。
第三种方案：三道工序一起进行，效率比较高，但是制造麻烦，周期长，成本高，只有大批量生产中才适合。
1.2.2 工艺方案确定根据工艺方案的比较： 方案一：落料拉深复合→切边 方案二：落料→拉深→切边 方案三：落料、拉深、切边级进模 综合所有因素，此零件选用方案一。
1.3 画工序图1.工序1：落料拉深 (1)毛坯图图1-1(2)工序图图1-2(3)排样图a.计算开料宽度及步距 由参考文献[1]表2.5.2 取搭边值min a =1.5mm min 1a =1.2mm 由表2.5.3得 减料公差δ=0.4mm 导料间隙C=0.1mm 考虑落料后需自然卸下条料 单恻需冲开0.5mm 深缺口则开料宽度 B=(D-0.5+min a +2δ+C)0δ-=(40-0.5+1.5+2×0.4+0.1)04.0- =41.904.0-mm 取B=41.904.0-mm步距A=D+min 1a =40+1.2=41.2mm. 取A=42mmb.画排样图图1-32.工序2：切边图1-41.4 初选冲压设备(1)计算拉深工艺力，相对厚度Dt=1.25%<1.5% t=0.5mm 根据参考文献[1]表4.5.2 拉深时需采用压边圈。
在该模具中可利用凸凹模与成型顶块进行压边。
由于该零件只一次拉深 因此拉深时需兼整形。
拉深工艺力应按整形力计算。
参考弯曲校正力进行计算。
查参考文献[1]表3.3.3。
取单位校正力q=40MPa则 NqA F 4.47759394402=⨯⨯==π整N F F 4.477591==整总(2)计算冲裁工艺力F 冲=Lt σb=π×40×0.5×440=27632N 由参考文献[1]取顶件力系数K 顶=0.08 则 F 顶=K 顶F 冲=0.08×27632=2210.6N F 总2=F 冲+F 顶=27632+2210.6=29842.6N (3)计算冲压工艺力F 总=F 总1+F 总2=47759.4+29842.6=77602N 按F 总=77602N,以及F 总≤(0.7～0.8)F 公 得 F 公≥97002.5～110860N查参考文献[2]表8-10 初选压力机为J23-161.5 编制冲压工艺卡表1-1 冲压工艺过程卡续表1-1第2章冲压模具设计2.1 冲模类型及结构形式此零件形状为阶梯圆筒形件，分为落料拉深（C003-1）、切边（C003-2）两副模具，本人设计C003-1模具，即落料拉深复合模，采用正装式。
利用挡料钉定距，模具本身利用M8螺钉固定及Ф8销钉定位，本模具采用弹顶器以及打杆作为卸料装置。
2.2 模具设计计算1．压力中心此零件为阶梯圆筒形件，即属于旋转体件，结构对称，所以压力中心应该在其几何中心。
2．各主要零件外形尺寸(1)落料凹模外形尺寸由参考文献[1]式（2.8.8）H=Kb查表2.8.2 K取0.3 b=40mmH1=Kb=0.3×40=12mm 按要求需满足H1≥15mm因为是复合模，另有拉深工序，零件高度为6mm，材料厚度为0.5mm，加之有凸模进入凹模的深度，综上所述，查参考文献[2]，H=25mm由式(2.8.9)凹模壁厚C=(1.5-2）H1=(1.5～2)×15=22.5～30mm按要求需满足C≥30～40mm 故取 C=30mm为便于加工模板取圆形则D=2×30+40=100(2)固定板外形尺寸直径D与凹模相同为100mm厚度H2=(0.6～0.8)H1(0.6～0.8)×25=(15～20)mm取H2=20mm(3)垫板外形尺寸直径D=100mm厚度H3=(6～12)mm取H3=8mm各模板采用Φ8与M8螺钉定位与连接根据参考文献[4] 孔距取76mm(4)凸凹模、凸凹模型芯、成形顶块、拉深凸模外形尺寸根据成型要求凸凹模、凸凹模型芯、成形顶块以及拉深凸凹模长度分别为41mm、35.5mm、18.5和42.5mm。
综上所述，归纳所得 (单位:mm)落料凹模Ф100×25 GB2858.4-81上、下固定板Ф100×20 GB2858.5-81上、下垫板Ф100×8 GB2858.5-81凸凹模：Ф46×40凸凹模型芯：Ф9×35.5成形顶块：Ф40×18.5拉深凸模：Ф14×42.5联接螺钉：M8 GB70-85定位销钉：Ф8 GB119-86孔距Ф763.凸凹模间隙及凸凹模工作部分尺寸(1)落料凸凹模尺寸及公差因为毛坯尺寸D=40mm，无公差要求根据参考文献[1]，落料尺寸以凹模为基准，凸模采用配合加工，由于该零件最后需要切边保证最终尺寸，故落料凹模尺寸直接采用计算尺寸Ф40，另外制造公差取0.02mm。
凸模与凹模配制，双面间隙0.04～0.06mm(参考文献[1]表2.2.3)。
凸、凹模尺寸要求参考零件图。
(2)拉深凸、凹模尺寸及公差由零件图知，工件外形尺寸及公差有要求，故以拉深凹模为基准，其值为：D1d =(28-0.75×0.52)03.0+=27.603.0+D1 P =27.703.0-D2 d =(9-0.75×0.36)03.0+D2p =(D2d-2c)pδ-=(8.7-2×0.5)03.0-=7.703.0-mm注：以上凸、凹模制造公差取0.03mm4.选用模架因为凹模周界为Ф100，根据参考文献[3]，采用冷冲模滑动导向中间导柱模架，根据各项指标，选用模架为：模架100×130～150 GB2851.6-81.HT20-40上、下模板厚度分别为H上=25mm. H下=30mm5.校核压力机(1)闭合高度校核模具闭合高度Hm =H上+ H3+H芯tH凸+H3+H下=25+8+35.5+0.5+42.5+8+30=149.5mm 由[2]表8-10得压力机最大装模高度Hmax=220-40=180mm由[2]表8-10得压力机最小装模高度Hmin=180-45=135mm满足Hmax -5≥Hm≥Hmin+10(2)公称压力F g校核F g=160KN＞F总=77.6KN所以F g合格。