冲压模具PPT

项目三拉深模设计项目三拉深模设计3.1引导案例3.2任务分析3.3相关知识3.4任务实施(步骤、方法、内容)3.5总结与回顾3.6拓展知识3.7复习思考题3.8技能训练项目三拉深模设计3.1引导案例3.1.1无凸缘圆筒形拉深产品图3-1所示的是日常生活中常见的圆筒形产品，这些产品具有开口、空心、有底的形状特征，一般可通过拉深模具拉深圆形毛坯成型。图3-1无凸缘圆筒形拉深产品项目三拉深模设计3.1.2拉深变形过程及特点1．拉深变形过程拉深变形过程如图3-2所示，将直径为D、厚度为t的坯料放在凹模3的上表面，上模下行，首先是压边圈2压住坯料，接着凸模1向下压坯料。随着凸模1的继续下行，凸模1将坯料逐渐拉入凸、凹模间的间隙，留在凹模3端面上的毛坯外径不断缩小。当坯料全部进入凸、凹模间的间隙时，拉深过程结束，直径为D的平板毛坯就变成了直径为d、高度为的开口圆筒形工件。项目三拉深模设计1—凸模；2—压边圈；3—凹模；4—工件图3-2拉深变形过程及特点项目三拉深模设计2．拉深变形特点在圆形毛坯上画出许多等间距的同心圆和等分中心角度的辐射线(如图3-3(a)所示)。拉深后观察由这些同心圆与辐射线所组成的扇形网格，可以发现，筒形件底部的网格基本上保持原来的形状，而筒壁部分的网格则发生了很大的变化，由扇形网格变成矩形网格(如图3-3(b)所示)。原来的直径不同的同心圆变为筒壁上直径相同的水平圆周线，不仅圆周周长缩短，而且其间距a也增大了，愈靠近筒的口部间距增大愈多，即a1  a2  a3  …  a。项目三拉深模设计图3-3拉深件的网格试验项目三拉深模设计3.1.3拉深的主要质量问题及防止措施拉深的主要质量问题有凸缘的起皱、筒底拉裂等。如图3-4所示。图3-4拉深件凸缘的起皱、筒底拉裂(a)起皱(b)拉裂项目三拉深模设计1．起皱在拉深时，凸缘部分材料直径方向伸长，圆周方向压缩，当圆周方向压力达到一定值时，凸缘部分材料便失去稳定而产生弯曲。这种在凸缘的整个周围产生波浪形的连续弯曲现象，称为起皱，如图3-4(a)所示。拉深件起皱后，制件口凸缘部分产生波纹，不仅会使拉深件质量降低，而且会导致拉深力急剧增大，使拉深件过早破裂，有时甚至会损坏模具和设备。1)影响起皱的主要因素(1)板料的相对厚度t/D。板料在平面方向受压时，其厚度越薄越容易起皱；反之不容易起皱。项目三拉深模设计(2)拉深系数m。拉深后工件直径d与拉深前板料外径D的比值m = d/D称为拉深系数。m越小，拉深变形程度越大，变形区圆周方向压应力相应增大，板料的起皱趋势也越大。2)防起皱措施通常的防起皱措施是增加压边装置，使板料可能起皱的部分被夹在凹模平面与压边圈之间，让板料在两平面之间顺利通过。项目三拉深模设计2．拉裂在拉深过程中，凸缘部分材料逐渐转移到筒壁。在筒底圆角部分与筒壁部分的交界处，其变薄相对最为严重，成为整个拉深件最薄弱的地方，通常称此断面为“危险断面”。如果此处的拉应力超过材料的强度极限，则拉深件将在此处拉裂。如图3-4(b)所示。防止拉裂的主要措施是适当加大模具圆角半径；采用适当的拉深系数和压边力；采用多次拉深和在凹模与压边圈之间涂润滑剂。项目三拉深模设计3.2任务分析如表3-1所示，本项目是设计一副无凸缘圆筒形件拉深模，要求编写计算说明书1份(Word文档格式)；绘制模具总装图1张、非标零件图7～10张(采用AutoCAD绘制)。项目三拉深模设计表3-1无凸缘圆筒形钢杯拉深模设计工作任务书名称图样及技术要求工作对象(如零件)零件名称：无凸缘圆筒形钢杯材料：10钢材料厚度：0.5mm生产批量：大批量生产工作要求大批量，无起皱，无裂纹任务要求编写计算说明书1份(Word文档格式)；绘制模具总装图1张、非标零件图7～10张(采用AutoCAD)完成任务的思路为了能使本项目顺利完成，应按照表3-12“无凸缘圆筒形钢杯拉深模设计工作引导文”的提示进行模具设计工作，在设计过程中掌握相关的知识和技能项目三拉深模设计3.3相关知识3.3.1拉深件的结构工艺设计规范(1)拉深件的形状应尽量简单、对称，深度应尽可能小，以减少拉深次数。(2)对于无凸缘圆筒形拉深件的底部圆角半径(即为拉深凸模圆角半径)r1，应取r1t。如果r1t，则应增加整形工序,每整形1次，r1可减小一半。(3)对于半敞开及非对称的空心件，应考虑设计成对拉深，然后剖开，如图3-5所示。项目三拉深模设计图3-5半敞开及非对称的空心件项目三拉深模设计(4)由于拉深件各部位的厚度有较大变化，在设计拉深件时，应注明必须保证内形尺寸(如图3-6(a)所示)或外形尺寸(如图3-6(b)所示)，不能同时标注内外形尺寸。项目三拉深模设计图3-6拉深件尺寸标注项目三拉深模设计3.3.2无凸缘圆筒形件拉深工艺设计规范1．拉深毛坯尺寸的计算1)修边余量由于拉深后工件口部不平，通常拉深后需修边，因此计算毛坯尺寸时应在工件高度方向上增加修边余量，无凸缘圆筒形件修边余量见表3-2。项目三拉深模设计表3-2无凸缘圆筒形件的修边余量d拉深件相对高度h/d拉深高度h0.5～0.80.8～1.61.6～2.52.5～4附图≤101.01.21.52.010～201.21.62.02.520～502.01.53.34.050～1003.01.85.06.0100～1504.05.06.58.0150～2005.06.38.010.0200～2506.07.59.011.02507.08.510.012.0项目三拉深模设计2)毛坯直径计算如图3-7所示，对于无凸缘圆筒形件，可划分为三部分，设各部分的面积分别A1，A2，A3，则12223ππ2π284π24AdHrArdrrAdr()()()(3-1)项目三拉深模设计设坯料直径为D，根据相似性原理及拉深前后面积相等的原则，可得将式(3-1)代入式(3-2)，整理后可得注意：式(3-3)中的H包括修边余量d。当工件壁厚t≥1 mm时，应按中线尺寸计算坯料尺寸；当工件壁厚t  1 mm时，按内形或外形尺寸计算均可。(3-3)2123π4iDAAAA2241.720.56DddHrdr(3-2)项目三拉深模设计图3-7筒形件坯料尺寸计算项目三拉深模设计2．采用压边圈的条件在分析拉深工艺时，应判断在拉深过程中是否会起皱，如果不起皱，则不用压边圈；否则，应该使用压边装置。在生产中判断是否采用压边圈的条件见表3-3。表3-3采用压边圈的条件(平面凹模)第一次拉深以后各次拉深拉深方法(t/D)×100m1(t/D)×100m1用压边圈1.50.610.80可用可不用1.5~2.00.61~1.50.80不用压边圈2.00.62.00.80项目三拉深模设计3．拉深工序件尺寸的计算1)多次拉深的拉深系数如图3-8所示，对于多次拉深，拉深系数可按式(3-4)计算。图3-8圆筒形件多次拉深示意图项目三拉深模设计nnnnnnnnnnnnmmmmddddDdddDdmddmddmddmDdm1211211211121112211总(3-4)项目三拉深模设计2)极限拉深系数当拉深系数m减少到某一极限值时，就会使拉深件起皱、断裂或严重变薄超差，这个极限值就称为极限拉深系数，带压边圈时的极限拉深系数见表3-4。在实际生产中，一般情况下均采用大于极限值的拉深系数。项目三拉深模设计表3-4带压边圈时圆筒形件的极限拉深系数坯料相对厚度t/D(%)拉深系数2.0～1.51.5～1.01.0～0.60.6～0.30.3～0.150.15～0.08m1m2m3m4m50.48～0.500.73～0.750.76～0.780.78～0.800.80～0.820.50～0.530.75～0.760.78～0.790.80～0.810.82～0.840.53～0.550.76～0.780.79～0.800.81～0.820.84～0.850.55～0.580.78～0.790.80～0.810.82～0.830.84～0.850.58～0.600.79～0.800.81～0.820.83～0.850.86～0.870.60～0.630.80～0.820.82～0.840.85～0.860.87～0.88注：1．表中拉深数据适用于08、10和15Mn等普通拉深碳钢及软黄铜H62。对拉深性能较差的材料，如20、25、Q215、Q235、硬铝等应比表中数据大1.5%～2.0%；而对塑性更好的材料，如05等拉深钢及软铝应比表中数据小1.5%～2.0%。2．表中数据适用于未经中间退火的拉深，若采用中间退火工序时，可取比表中数据小2%～3%。3．表中较小值适用于大的凹模圆角半径rp=(8～15)t，较大值适用于小的凹模圆角半径rd=(4～8)t。项目三拉深模设计3)拉深次数拉深次数的确定可采用推算法。根据坯料相对厚度，由表3-4查得各次拉深的极限拉深系数，然后依次计算出各次拉深工序件的直径，即d1=m1D，d2=m2d1，…，dn=mndn-1(3-5)当计算到dnd时，即当计算所得直径小于或等于工件直径d时，计算的次数n即为拉深次数。4)工序件直径按式(3-5)计算各次拉深工序件直径，如果计算所得的dn小于工件直径d，则应调整各次拉深系数，使dn=d，并按调整后的拉深系数重新计算各工序件直径。调整时依照的原则：变形程度逐次减小，即后续拉深系数逐次增大。项目三拉深模设计5)工序件高度根据拉深前后面积相等原则，可推导出工序件高度计算公式：)32.0(43.025.0)32.0(43.025.0)32.0(43.025.022222222211111121nnnnnnnrddrddDhrddrddDhrddrddDh(3-6)项目三拉深模设计首次拉深时，凸模圆角半径取与凹模圆角半径相等的数值，最后一次拉深时，凸模圆角半径取与制件底部圆角半径相等的数值，中间各次rp可取相应于rd略小些的数值，即rp(n)=(0.7～1.0)rd(n)(3-7)首次拉深时凹模的圆角半径rd可按式(3-22)计算。项目三拉深模设计3.3.3圆筒形件的拉深力与压边力1．拉深力如图3-9所示，采用压边圈的拉深力按式(3-8)和式(3-9)计算。图3-9拉深力与压边力项目三拉深模设计首次拉深：F=d1tbK1(3-8)以后各次拉深：F=ditbK2(i=2、3、4、…、n)(3-9)式中：F为拉深力；d1、…、dn为各次拉深后的工序件直径；t为板料厚度；b为拉深材料的抗拉强度；K1、K2为修正系数，其值见表3-5和表3-6。项目三拉深模设计表3-5修正系数K1m10.550.570.600.620.650.670.700.720.750.770.80K11.00.930.860.790.720.660.60.600.550.500.450.40表3-6修正系数K2m2、m3、mn0.700.720.750.770.800.850.900.95K21.00.950.900.850.800.700.600.50项目三拉深模设计2．压边力计算首次拉深的压边力可按式(3-10)计算22Y1d1π24FDdrp()(3-10)以后各次拉深的压边力可按式(3-11)计算22Y1dπ24iiiFddrp()(3-11)式中：p为单位压边力(MPa)，可按表3-7选取；D为坯料直径；d1、…、dn为各次拉深工序件直径；rd1、…、rdn为各次拉深凹模的圆角半径。项目三拉深模设计表3-7单位压边力p材料名称单位压边力p/Mpa铝紫铜、硬铝(退火)黄铜0.8～1.21.2～1.81.5～2.0板料厚度t0.5mm2.5～3.0软钢板料厚度t≥0.5mm2.0～2.5镀锌钢板耐热钢(软化状态)高合金钢、高锰钢、不锈钢2.5