机电毕业论文范文

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1、上海工程技术大学毕业设计（论文） 可控制压边力保持恒定的拉深模具设计目 录摘 要11 .引言31.1拉深件的结构工艺性分析41.2对拉深材料的要求42.工艺方案的确定73模具的总体结构形式的确定83.1正、倒装模具结构的选择83.2凹模的结构形式及固定方式93.3凸模结构形式及固定方式114.工艺计算124.1判断是否一次拉深成形124.2 压边力的计算135.制件在拉深过程中的受力分析146.模具结构166.1模具的整体结构16结束语16致 谢17参考资料1818摘 要在国民经济高速发展的同时，模具工业起着不可忽视的角色，模具技术得到了迅速发展。模具作为高效率、高质量的一种生产方式，一直倍受

2、到各个行业，特别是航空、航天、汽车、电器、IT等行业的青睐。与传统的切削加工相比，模具的生产效率相当的高，易于实现自动化生产和管理。随着科学技术和工业技术的不断发展，冷冲压作为一种重要的塑性加工手段，更加体现出其特有的优越性。在现代工业生产中，企业的市场竞争日益激烈，产品的性能和质量要求越来越高。冲压的产品朝着复杂化、多样化，高性能、好质量方向发展，模具也朝着复杂化、高效率、高精度长寿命方向发展。因此，模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一,直接影响着国民经济中许多工业部门的发展。在模具工业的生产总值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%

3、，压铸模具约占6%，其他各种模具约占11%。冲压模具中，包括分离和成形工艺。在成形工艺中，拉深工艺是十分常见的，特别在汽车覆盖件、航天、航空中更为重要。拉深成形工艺是一个十分复杂的成形工艺过程，影响拉深成形工艺控制过程的参数包括模具的几何参数、板料参数、板料的成形性能等。在拉深成形工艺过程中，产品主要的质量问题包括起皱和拉破。研究方向，降低拉深极限系数、提高极限拉深深度，采用可控制压边力保持恒定的拉深模具来提高板料的成形极限，用性能较差的板材拉出合格的产品，提高材料的利用率、降低生产成本。本文主要对拉深模的结构进行分析并优化的过程，提出并给出可以控制压边力（BHF）保持恒定的模具结构，以及对模

4、具相关机构尺寸的计算。包括对凸模尺寸计算，凹模的尺寸计算，压边圈的尺寸计算等。设计出整套合格的模具，完成模具的三维造型。关键词：拉深模，UG, 压边力（BHF），板料成形可控制压边力保持恒定的拉深模具设计 朱正龙 1644092241 .引言拉深是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板板料或空心工序制件成形空心零件的加工方法。拉深也称为拉延、引伸、延伸等。用拉深方法可以制成圆筒形、阶梯型、球形、方盒形和其他不规则形状的薄壁零件。用拉深方法制造薄壁空心件生产效率高，而且精度也较高，材料消耗少，零件的强度和刚度也高。因此，在汽车、拖拉机、航空、航天、电子等工业部门及日常五金用品中。拉深工艺占着相当

5、重要的角色。板料的拉深成形工艺是一个十分复杂的过程，影响拉深成形过程工艺的控制涉及多个方面：模具的几何参数、板料的力学性能和成形性能、模具的工作环境、成形设备的性能参数等。在拉深成形工艺工程中，存在的产品主要的质量问题有：一、制件的起皱。在拉深成形的过程中，产品出现起皱情况的原因是压边力（BHF）不足，实质是板料的压缩失稳；二、制件的拉破。在拉深成形的过程中，产品出现拉破情况的原因是压边力（BHF）过大，阻碍板料流入凹模，实质是板料的拉深失稳。因此，在拉深的过程中压边力不能过大亦不能过小。制件在拉深的过程中，设计合理的压边力对产品更好的成形是十分重要的。目前在拉深模具中，为了实现压边力作用常用

6、的压边装置有两大类：一是弹性压边装置，通常有橡皮压边装置、弹簧压边装置、气垫压边装置等：二是刚性压边装置，该压边装置用于双动压力机上。对于弹性压边装置，施加压边力的是弹性元件，压边力是非线性变化的，压边力过大时，对简单的圆筒件容易使工件拉破，极限拉深深度小；对于刚性压边装置，由于该装置用于双动压力机上，不可用于单动压力机上，在生产实际中比较麻烦。目前的压边装置存在以下问题：对于弹性压边装置，施加压边力的是弹性元件，压边力是非线性变化的，压边力过大时，对简单的圆筒件容易使工件拉破，极限拉深深度小；对于刚性压边装置，由于该装置用于双动压力机上，不可用于单动压力机上，在生产实际中比较麻烦。在拉深中，

7、合理的压边力应该是在保证不起皱的前提下取最小值，若压边力增加到该值并保持不变为最佳。因为对于凸轮机构，从动件的的工作位移曲线中有推程远停留回程近停留四个阶段。本文根据凸轮机构的运动特点，设计一套压边装置，可以保持在拉深的过程中压边力保持恒定，可以提高圆筒件的成形极限。1.制件分析1.1拉深件的结构工艺性分析拉深件形状尽量简单、对称，尽可能一次性拉深成形；需多次拉深的零件，在保证必要的表面质量前提下，应允许内外表面在拉深的过程中可能产生的痕迹；在保证装配的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；1.2对拉深材料的要求用于拉深件的材料应具有良好塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。

8、对拉深零件形状和尺寸的要求拉深件高度尽可能小，以便能通过12次拉深工序成形。拉深件的形状尽可能简答、对称，以保证变形均匀。对半敝开的非对称拉深件，可成双拉深后在剖切成两件。有凸缘的拉深件，最好满足d凸d+12t，而且外轮廓与直壁断面最好形状相似。否则，拉深困难，切边余量大。在凸缘面上有下凹的轴线与拉深方向一致，可以拉出。若下凹的轴线与拉深方向垂直，则只能在最后校正时压出。为了使拉深顺利进行，凸缘圆角半径rd2t。对拉深零件精度的要求由于拉深件各部位的料厚有较大变化，所以对零件图上的尺寸应明确标注是外壁尺寸还是内壁尺寸，不能同时标注内外尺寸由于拉深件有回弹，所以零件横截面的尺寸公差，一般都在IT

9、12级以下。若果零件公差要求高于IT12级时，应增加整形工序来提高尺寸精度。多次拉深的零件对外表面或凸缘的表面，允许有拉深过程中所产生的印痕和口部的回弹变形，但必须保证精度在公差允许的范围内。如图1.1和1.2 分别为制件三维图和二维工程图。图1.1 制件的三维图 图1.2制件的二维图通过对制件材料、尺寸精度和形状等进行分析由图1.2所示，制件厚度为1mm，制件拉深部分内壁直径30mm，制件深43.5mm。零件图中仅有一处公差。零件内壁圆角半径分别为R3，适合于拉深。根据冷冲模设计表6-3 “有凸缘拉深件的修边余量d”得，有凸缘零件修边余量d=2.5mm此制件的材料为45钢，材料在拉深的过程中

10、受到各向应力作用。综合上述分析，该制件适合于拉深。2.工艺方案的确定通过对产品的结构工艺性分析得知：该制件只需一道工序即可成形，即拉深工序。目前成形该制件的方案：方案一：在单动拉深机上实现拉深成形。目前采用的压边装置是弹性压边装置。1） 橡皮压边装置 2）弹簧压边装置等。但是，该类型的压边装置，在拉深的过程中，压边力是一直增加的，不利于深筒件的一次性拉深成形。方案二：在双动拉深机上实现拉深成形。对于刚性压边装置，由于该装置用于双动压力机上，不可用于单动压力机上，在生产实际中比较麻烦。方案三：液压胀形拉深成形。该方式成形的制件可以更好的发挥材料的成形性能，制件的极限拉深深度大。但是，在实际生产中

11、，所对设备的要求较高。基于以上各方案，目前拉深过程中，压边装置大多不能更好的提供制件成形所需的压边力。对于简单的圆筒拉深件，拉深过程中所需的压边力应该是：先是逐渐的增大，再保持不变，再逐渐的减小，最后保持不变。如下图所示：图2.1 最优的压边力变化F-t为此，本文通过对压边装置的优化设计，提出了可控制压边力保持恒定的压边装置。利用凸轮机构的特性曲线，以及拉深模具的特点，可以很好的满足圆筒件在拉深的过程中所需要的压边力。3模具的总体结构形式的确定3.1正、倒装模具结构的选择正装拉深模具结构是：凸模装在上模座上，通过凸模固定板和内六角螺钉等固定；凹模装在下模座上，通过凹模固定板、内六角螺钉等固定。

12、该模具结构在拉深的过程中制件受到顶尖块和整个弹顶装置拖着，在拉深结束后，由于弹顶装置的伸张，将制件送出凹模。倒装拉深模具结构是：凸模装在下模座上，通过凸模固定板和内六角螺钉等固定；凹模装在上模座上，通过凹模固定板、内六角螺钉等固定。在拉深的过程中制件的外围受到压边圈的压边力，缓缓的流入凹模。拉深接收后，制件通过受到打件棒的力而落出凹模。针对于本文的可控制压边力保持很定的拉深模具的特点，正装与倒装拉深模具的结构选择：本文提出的拉深模具结构在拉深过程中，控制压边力变化的只要是凸轮机构。压边力根据凸轮的运动曲线发生变化。而本结构中，凸轮的运动时通过齿轮和齿条的啮合运动，从而带动凸轮运动的，进而控制压

13、边圈的受力变化。因此，上模与下模之间要安装齿轮和齿条，若是将齿轮安装在上模部分，则凸轮和一系列的支架都需要安装在上模座上。且此时压边圈在上面，无法通过凸轮和滚子来控制。综上所述，考虑到本文整体模具结构的优化和便于控制压边力的变化，采用倒装复合模。通过查阅关于常用机械传动零件的运动特性分析，制定了以下模具结构形式设计方案，如图3.1所示。图3.1 模具装配草图3.2凹模的结构形式及固定方式3.2.1 拉深凹模的结构分析拉深时，板材是经过凹模圆角流入筒壁部分。凹模圆角对材料的流动起到很大的影响。圆角部分是凸缘进入筒壁部分的过度变形区。材料的变形比较复杂。除有与凸缘部分相同的特点即径向受拉而产生拉应

14、力与拉应变和切向受压而产生压应力与压应变外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生压应力。在这个区域，拉应力的值最大，其相应的拉应力的绝对值也最大，因此板厚方向产生压应变，板料厚度减薄。当凹模圆角较小时，材料经过凹模圆角部分其变形阻力大，引起摩擦力增加，结果使拉深变形抗力增加，拉深力增大还容易使危险断面材料严重变薄甚至破裂，在这种情况下，材料变形受限，必须采用较大的拉伸系数。较小的凹模圆角还会使拉深件表面刮伤，结果使工件的表面质量受损。另外，凹模圆角较小时，材料对凹模的压力增加模具磨损加剧，使模具的寿命降低。拉深圆角太大时，毛坯变形区与凹模表面的接触面积减小。拉深后期毛坯外缘过早脱离压边作用

15、而起皱。3.2.2凹模结构设计通过对制件在凹模中的成形状态，分析凹模的结构，设计出本文的凹模结构如图3.2所示。图3.2 凹模二维结构图3.2.3凹模的定位和固定方式拉深凹模采用圆柱销与上模座、凹模固定板之间进行定位，并用4个内六角螺钉紧固。根据上图3.2的二维草图，在UG中造出凹模的三维模型如图3.3所示。图3.3凹模三维模型图3.3凸模结构形式及固定方式3.3.1凸模的结构形式设计凸模结构通常分为两大类，一类是镶拼式，另一类为整体式。对于本文的制件，简单轴对称圆筒形拉深件，只需将凸模设计成整体式阶梯轴形式。考虑到拉深过程中需要排气，以便在拉深结束后制件顺利的脱离凸模，故在凸模上设计排气孔。

16、设计出凸模的二维结构图如图3.4所示。图3.4 凸模二维结构图3.3.2凸模的固定形式考虑到凸模的尺寸较大，简单的通过过盈配合固定在凸模固定板上是不合理的，容易在拉深过程中使凸模与凹模错位，进而影响拉深的顺利进行。因此，本文提出，通过压盖和内六角螺钉压住凸模的阶梯轴，使凸模固定在凸模固定板上。凸模的及固定形式三维模型如图3.5所示：图3.5凸模及固定形式的三维模型4.工艺计算4.1判断是否一次拉深成形在拉深工艺设计时，必须知道拉深件能一次拉出，还是需要几道工序才能拉成。正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性和拉深件的质量。拉深次数决定于每次拉深时允许的变形程度。拉深系数m就是衡量拉深变形程

17、度的一个重要的工艺参数。拉深系数m就是每次拉深后筒形直径与拉深前毛坯直径的比值。根据凸缘的相对直径dt/d比值的不同，带有凸缘筒形件可分为窄凸缘筒形件（dt/d=1.11.4）和宽凸缘筒形件（dt/d1.4）。窄凸缘件拉深时的工艺计算完全按一般圆筒形零件的计算方法。本制件dt=56mm，d=31mm。dt/d=1.801.4。所以本制件属于宽凸缘制件。宽凸缘件毛坯直径的计算公式为： mm根据拉深系数定义，宽凸缘件总的拉深系数仍可表示为： mm毛坯的相对厚度根据表5.7“凸缘件的第一次拉深系数m1”查得带凸缘筒形件的拉深系数m1=0.42因此此制件可以一次拉深成形。4.2 压边力的计算F压=AP

18、式中：A压边面积（mm2） P单位面积上的压边力（Mpa）。对于筒形件，则第一拉深时的压边面积为：A1=/4D2-（d1+2R凹）本制件压边面积：A1=3.14/4742-（31.5+2x3）=4269.22mm2 查表的p=2.0则本制件所需的压边力为：F压=A1p=4269.22x2.0=8538.45N。5.制件在拉深过程中的受力分析根据圆筒件各部位的受力和变形性质的不同，可将整个变形毛坯分为5个区域：平面凸缘区是拉伸变形的主要变形区，也是扇形网格变成矩形网格的区域。此处材料被拉深凸模拉入凸模与凹模之间的间隙而形成筒壁。这一区域材料主要承受切向的压应力和径向的拉应力，厚度方向承受有压边力

19、引起的压应力的作用，该区域是二压一拉的三向应力状态。这是凸缘和筒壁部分的过渡区，材料的变形比较复杂，除有与凸缘部分相同的特点，即径向受拉应力和切向压应力作用外，厚度方向上还要受奥面膜圆角和弯曲作用产生的拉应力。该区域也是三向的。这是凸缘部分材料塑性变形后转化而成，它将凸模的作用力传给凸缘变形区的材料，因此是传力区。拉深过程中直径受凸模的阻碍不再发生变化，即切向应变为零。如果间隙适合，厚度方向上将不受力的作用。凸模产生的拉应力是由于材料在切向受凸模的限制不能自由收缩。这是筒壁与圆筒底部的过渡区，材料承受筒壁较大的拉应力、凸模圆角的压力和弯曲作用产生压应力和切向拉应力。在这个区域的筒壁与筒底转角处

20、稍上的位置，拉深开始时材料处于凸模与凹模间，需要转移的材料较少，受变形的程度小，冷作硬化程度低，加之该处材料变薄，使传力的截面积变小，所以此处往往成为整个拉伸件强度最薄弱的地方，是拉深过程中的“危险端面”。变形区一旦起皱，对拉深的正常进行时非常不利的。凸缘部分材料的相对厚度，即为t/(Dt-d)。式中，t为料厚；Dt为凸缘外径；d为工作直径。凸缘相对厚度越大，即说明t较大而Dt-d较小，即变形区较小较厚，以你抗失稳能力强，稳定性好，不易起皱。反之，材料抗纵向弯曲能力弱，容易起皱。材料的力学性能板料的曲强比校，则屈服极限小，变形区内的 切向压应力也相对减小，因此板料不容起皱。当板厚向异性系数R大

21、于1时，说明板料在宽度方向上的变形易于厚度方向，材料易于沿片面流动，因此不容易起皱。凹模工作部分的几何形状与普通的平端面凹模相比，锥形凹模允许用相对厚度较小的毛坯而不致起皱。生产中可用下式粗略估算拉深件是否会起皱。平端面凹模拉深时，毛坯首次拉深不起皱的条件是：t/D(0.090.17)（1-d/D）用锥形凹模首次拉深时，材料不起皱的条件是：t/D0.03(1-d/D)D、d为毛坯的直径和工件的直径，mm；t为板料的厚度。如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法（也是实际中最常用的方法）是采用压边圈。加压边圈后，材料被强迫在压边圈和凹模平面间的间

22、隙中流动，稳定性得到增加，起皱也就不容易发生。6.模具结构6.1模具的整体结构结束语致 谢参考资料1 成虹.冲压工艺与模具设计M.高等教育出版社,20062 李天佑.冲模图册.北京：机械工业出版社.19983 孙风勤.模具制造工艺与设备.北京：机械工业出版社.19994 王芳.冷冲压模具设计指导M. 北京： 机械工业出版社,1998 5 卢险峰编著.冲压工艺模具学. 北京：机械工业出版社，19946 周开华.精冲模具寿命的经验计算.上海：模具工业出版社.19857 袁国定.模具常用机构设计.北京：机械工业出版社.20038 John A. Campbell,Sales Manager,Wayne TrailTechnologies Inc. AUTOMATING THE HYDROFOR MING PROCESS.From MetalForming/June 2000.