【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壁深錐零件的拉伸成形方面的研究 錐形零件如圖 11所示。 圖 11 錐形零件 錐形件拉 伸成形的難易程度與其幾何形狀、坯料的相對(duì)厚度、材料的沖壓性能 值、 r值等有關(guān)。 此 薄壁深錐零件需要經(jīng)過(guò)多工序拉伸使零件 逐漸成形，其加工 方法 有階梯過(guò)渡法、 曲面過(guò)渡法 、 圓筒過(guò)渡法 等多種方法 [3]。 鋁鍋冷擠壓工藝及模具等類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 鋁鍋的形狀及尺寸 如 圖 12所示 。 其加工 方法：按無(wú)凸緣的直接反擠壓，其工藝過(guò)程如圖 13所示 ，冷擠壓后， 還要進(jìn)行端部翻邊工序 [1]。 圖 12 鋁鍋的形狀及尺寸 圖 13 零件加工 a—— 下料 b一一反擠壓 c—— 翻 邊 本論文研究的基本內(nèi)容及擬解決的主要問(wèn)題 用鋁材板料拉深成型的燈罩模型，考慮到用復(fù)合模實(shí)現(xiàn)此加工的話，其卷邊的工序需要另外加工，而且模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此本人直接通過(guò)單步 工序來(lái)實(shí)現(xiàn)此模具的加工，主要實(shí)現(xiàn)落料、拉深、翻邊、卷邊四個(gè)過(guò)程來(lái)加工出零件。 基本內(nèi)容及 擬解決的主要問(wèn)題： 1) 設(shè)計(jì)落料模具 2) 設(shè)計(jì)液壓拉深模具 3) 設(shè)計(jì)翻邊模具 4) 設(shè)計(jì)卷邊模具 落料模具 的設(shè)計(jì)主要是為了得到圓形板料的設(shè)計(jì)，根據(jù)逆向設(shè)計(jì)和理論要求，確定圓形板料的尺寸，根據(jù)圓形板料的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)落料模具。在落料模設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)板料的利用率 進(jìn)行計(jì)算，使其符合經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求 [4]。在對(duì)落料模的設(shè)計(jì)中，根據(jù)其它相關(guān)類似模具的設(shè)計(jì)，落料模設(shè)計(jì)成通用的落料模結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)落料沖壓力進(jìn)行計(jì)算來(lái)選擇相對(duì)應(yīng)的壓力機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，利用Solidworks 軟件畫出三維模型。 液壓模具的設(shè)計(jì)主要是為了得到旋轉(zhuǎn)突起零件的設(shè)計(jì)（具體結(jié)構(gòu)可見(jiàn)模型），根據(jù)逆向設(shè)計(jì)和理論要求，確定所要設(shè)計(jì)零件的尺寸，根據(jù)所確定尺寸數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)液壓模具。在液壓模設(shè)計(jì)的過(guò)程中，同時(shí)要考慮凹模內(nèi)槽的液體壓力，使橡膠模處于一個(gè)平衡的要求，其液體通過(guò)外部連通器保持要求的壓力，這部分?jǐn)?shù)據(jù)在生產(chǎn)實(shí)踐中 調(diào)節(jié)，本課題不做考慮 。對(duì)液壓模所需 壓力進(jìn)行計(jì)算 ，同時(shí)分析設(shè)計(jì)的可行性，從而 來(lái)選擇相對(duì)應(yīng)的壓力機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，利用 Solidworks 軟件畫出三維模型。 翻邊模具的設(shè)計(jì)主要是為了得到零件的邊緣向凸起的方向翻起的設(shè)計(jì)，考慮到翻邊成型的功能不能在液壓模具中實(shí)現(xiàn)，因此需要設(shè)計(jì)翻邊模具來(lái)實(shí)現(xiàn) 。在 翻邊模具 設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 結(jié)合所要得到的零件外形和翻邊受力狀況來(lái)設(shè)計(jì)其它部件 。同時(shí)對(duì) 翻邊模具所須的 力進(jìn)行計(jì)算來(lái)選擇相對(duì)應(yīng)的壓力機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，利用 Solidworks 軟件畫出三維模型。 卷 邊模具的設(shè)計(jì)主要是為了得到零件的 翻 起 邊緣向 內(nèi)卷起的設(shè)計(jì)，考慮到卷邊成型的功能不能在翻邊模具中實(shí)現(xiàn)，因此需要設(shè)計(jì)卷邊模具來(lái)實(shí)現(xiàn)。在卷邊模具設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)合所要得到的零件外形和卷邊受力狀況來(lái)設(shè)計(jì)其它部件。同時(shí)對(duì)卷 邊模具所須的力進(jìn)行計(jì)算來(lái)選擇相對(duì)應(yīng)的壓力機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，利用Solidworks 軟件畫出三維模型。 本論文的最終目的是為了 設(shè)計(jì)出燈罩零件，根據(jù)以上的方案，依次通過(guò)四種模具的使用來(lái)做出產(chǎn)品零件，在理論上是可行的。 第二章 總體方案的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 燈罩零件尺寸示意圖如圖 21所示： 圖 21 燈罩零 件尺寸示意圖 模具要求： 1) 此模具屬于燈罩成型模，要求是液壓成型模； 2) 模具必須具有一般成型模具的典型結(jié)構(gòu)，包括材料定位，送進(jìn)、卸料、導(dǎo)向等裝置； 3) 模具制造精度高，表面光潔度好； 4) 模具適合材料是純鋁材料； 5) 材料厚度為 。 設(shè)計(jì)分析和流程 設(shè)計(jì)方案的比較和選擇。 根據(jù) 圖 21 的 零件尺寸，可以考慮用其它機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工出燈罩零件。因?yàn)榇肆慵x用鋁材，故其的可塑形比較好，而且零件是旋轉(zhuǎn)體薄件，傳統(tǒng)方法是可以采用旋壓機(jī)來(lái)加工。 根據(jù)燈罩的外形，可以設(shè)計(jì)得出沿?zé)粽滞庑巫邉?dòng)的成型路線軌跡，不過(guò)燈罩 的邊緣部分是向外卷，而且半徑較小。利用旋壓機(jī)來(lái)一次加工具有一定的難度，而且 旋壓機(jī)的價(jià)格比一般的壓力機(jī)貴。 在批量生產(chǎn)中，利用旋壓機(jī)來(lái)加工的經(jīng)濟(jì)性不如采用模具來(lái)加工成型。對(duì)于圖21 中零件形狀和尺寸要求，考慮到 零件的卷邊部分，采用復(fù)合模具加工成形具有一定的難度，而且這種模具的造價(jià)比較高 。結(jié)合課題的要求，本人采用多副模具分工序分別加工零件來(lái)完成設(shè)計(jì)，這些模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜，對(duì)于零件的批量加工非常使用?？梢?jiàn)，選用多副模具分工序加工這個(gè)方案來(lái)對(duì)于批量生產(chǎn)零件產(chǎn)品是非常經(jīng)濟(jì) 實(shí)用的。 為了得到以上零件的三維模型，本 人設(shè)計(jì)的此零件需要通過(guò) 四 個(gè)主要工序來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)零件的成型。首先在一般的 鋁料板料中沖壓出所要求尺寸的圓形鋁板，之后，圓形鋁板要進(jìn)行拉深、翻邊、卷邊，這些主要通過(guò)設(shè)計(jì)的模具和壓力機(jī)等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。 落料模的設(shè)計(jì)，該模具可以實(shí)現(xiàn)沖壓得到圓形的坯料 （結(jié)合設(shè)計(jì)尺寸要求） ，其內(nèi)部大概結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖 22。 圖 22 落料模內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 液壓拉深模的設(shè)計(jì)，該模具可以實(shí)現(xiàn)沖壓得到 旋轉(zhuǎn)突起零件 的拉深成型 （結(jié)合設(shè)計(jì)尺寸要求） ，其內(nèi)部大概結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖 23。 圖 23 液壓模內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 翻邊模的設(shè)計(jì)， 該模具可以實(shí)現(xiàn)沖壓得到 旋轉(zhuǎn)突起零件邊緣 的翻邊成型 （結(jié)合設(shè)計(jì)尺寸要求） ，其內(nèi)部大概結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖 24。 圖 24 翻邊模內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 卷邊模的設(shè)計(jì)，該模具可以實(shí)現(xiàn)沖壓得到旋轉(zhuǎn)突起零件邊緣的卷邊成型（結(jié)合設(shè)計(jì)尺寸要求） ，其內(nèi)部大概結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖 25。 圖 25 卷邊模內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 對(duì)模具結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)工作原理的解說(shuō) 對(duì)沖裁落料模工作過(guò)程和原理的解釋說(shuō)明 在開(kāi)始工作時(shí)，模具處于開(kāi)模狀態(tài)，在模具的一邊自動(dòng)的間歇性的送入板料，在送入板料的過(guò)程中，由三個(gè)擋料銷來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向定位的作用。每 當(dāng)板料進(jìn)給到一定的距離，落料模開(kāi)始合模沖壓板料，首先卸料板壓緊板料，然后凸模沖壓板料，沖出圓形鋁板。然后進(jìn)行開(kāi)模，考慮到凸模沖壓板料后，板料可能會(huì)卡在凸模上，故在模具中添加卸料裝置。該卸料裝置由卸料板、卸料橡皮和卸料螺釘三部分組成，在合模時(shí)卸料橡皮處于壓縮狀態(tài)，開(kāi)模后其恢復(fù)原形，故卸料橡皮的彈性恢復(fù)力和卸料裝置的重力使得卸料板下移來(lái)帶動(dòng)板料，讓卡在凸模上的板料脫落，而被沖落下來(lái)的圓形板料會(huì)沿著下模座和凹模的中心通孔掉落。以上這樣就完成了整個(gè)沖壓過(guò)成了，下一個(gè)過(guò)成就從復(fù)以上的描述 過(guò)程 。 對(duì)液壓模工 作過(guò)程和原理的解釋說(shuō)明 在開(kāi)始工作時(shí)，模具處于開(kāi)模狀態(tài)，在模具的一邊通過(guò)人工或機(jī)械手送入圓形板料，在送入板料的過(guò)程中，由豎起的兩個(gè)圓柱銷來(lái)實(shí)現(xiàn)定位的作用，同時(shí)橡膠壓板的錐形孔有利于圓形板料的滑入，使之中心定位。模具在 合模的過(guò)程中，先由壓邊環(huán)向下與橡膠壓板的內(nèi)錐形孔壓緊，并沒(méi)有壓緊 工件，只留有一部分的間隙以便于零件拉深成型時(shí)的金屬流通 [5]。之后，凸模下壓拉深工件，而凹模裝置中，在液體壓力的作用下，使工件包向凸模，逐漸性成凸模的形狀 ，由于凹模處采用軟性材料的橡膠模，在拉深成型的過(guò)程中，不會(huì)壓緊半徑較小 的變形面，此橡膠模起到保護(hù)零件的作用 。 由于利用這種模具的液壓拉深成型，可以防止產(chǎn)生尖角和 較小半徑弧面的裂開(kāi)，故零件在加工中不需要整形。 當(dāng)零件成型后，凹模零件內(nèi)液體壓力調(diào)小，液壓模開(kāi)始開(kāi)模。凸模開(kāi)始離開(kāi)零件，而壓邊環(huán)依然壓 緊著零件 邊緣，當(dāng)其上的彈簧處于松弛狀態(tài)后，等上模上升到一定程度后使 螺釘帶動(dòng)壓邊環(huán)，之后，整個(gè)上模將 離開(kāi)下模。當(dāng)上模離開(kāi)到一定距離后，凹模槽內(nèi)的液體通過(guò)外部的聯(lián)通器 沖壓，使橡膠?；謴?fù)到原來(lái)的形狀，同時(shí)把成型零件頂出。之后，通過(guò)人工或機(jī)械手把成型零件取出，完成整個(gè)工作過(guò)程，下一個(gè)過(guò)成就從復(fù)以上的 描述 過(guò)程。 對(duì)翻邊模工作過(guò)程和原理的解釋說(shuō)明 在開(kāi)始工作時(shí)，模具處于開(kāi)模狀態(tài)，在模具的一邊通過(guò)人工或機(jī)械手送入液壓成型后的零件，在送入零件的過(guò)程中，通過(guò)下模定位板的錐形孔有利于零件的滑入，使之中心定位。模具在合模的過(guò)程中，先由下模的大型推桿件推動(dòng)翻邊凸模，使翻邊凸模上升到一定的高度，以便與上模下壓過(guò)程中，凹模和凸模把零件夾在中間，然后繼續(xù)下移，當(dāng)零件下移到碰到下模定位板的錐形孔的沉頭面時(shí)，零件的邊緣開(kāi)始拉深成型。此時(shí)，凹模套環(huán)和夾緊卸料環(huán)同步下移，工件的外邊緣開(kāi)始拉深變形，直到上模下降到 規(guī)定的高度。翻邊模的成型過(guò)程就完成了。之后是開(kāi)模過(guò)程，此時(shí)上模架、凸模和夾緊卸料環(huán)同時(shí)上升，當(dāng)夾緊卸料環(huán)的上表面上升到與下模定位板的錐形孔的沉頭面等高時(shí)，凸模和夾緊卸料環(huán)停止上升，而上模依然上升留出一定的空間以便于零件的取出和放入。上模架上升停止后，通過(guò)人工或機(jī)械手把成型零件取出，完成整個(gè)工作過(guò)程，下一個(gè)過(guò)成就從復(fù)以上的 描述 過(guò)程。 對(duì)卷邊模工作過(guò)程和原理的解釋說(shuō)明 在開(kāi)始工作時(shí)，模具處于開(kāi)模狀態(tài)，在模具的一邊通過(guò)人工或機(jī)械手送入經(jīng)過(guò)反邊處理過(guò)的零件，因?yàn)橥鼓５耐怀鐾庑问沽慵行亩ㄎ?。模?在合模的過(guò)程中，先由卷邊凹模的下表面接觸壓向凸模套環(huán)的上表面，同時(shí)夾緊裝置中的定位夾緊模開(kāi)始?jí)壕o零件，防止在卷邊過(guò)成中因?yàn)榫磉叾沽慵膬?nèi)部發(fā)生變形。當(dāng)上模架和凸模套環(huán)下降到一定程度時(shí)，凹模的內(nèi)弧形面對(duì)零件的邊緣進(jìn)行卷邊變形，直到卷邊成型完成。之后，上模架開(kāi)始上升，在此同時(shí)上模架和凸模套環(huán)同步上升直到彈簧恢復(fù)到平衡狀態(tài)。上摩架繼續(xù)上升，直到夾緊定位裝置中的螺釘帶動(dòng)壓環(huán)上升時(shí)，整個(gè)上模架全部離開(kāi)下模架。當(dāng)開(kāi)模到一定程度，以便于零件取出和放入時(shí)，上模架上升停止后，通過(guò)人工或機(jī)械手把成型零件取出，完成整個(gè)工作過(guò)程 ，下一個(gè)過(guò)成就從復(fù)以上的 描述 過(guò)程。 第三章 落料模的設(shè)計(jì) 中等批量沖壓生產(chǎn)如圖 3— 1所示圓形鋁板 零件，材料為 1060 牌號(hào)的純鋁材料，直徑 D =d坯 =190mm，料厚 t=，尺寸公差 ? =。 圖 3— 1 所需圓形鋁板零件 工藝分析計(jì)算 該工件屬典型的落料件，形狀簡(jiǎn)單，尺寸精度較低，只需一套簡(jiǎn)單的沖裁模即可。 工件的排樣 方案 根據(jù)本人的設(shè)計(jì)， 查手冊(cè)得知 工件與板料邊緣的搭邊值 a =3mm，工件間的搭邊值 1a =3mm。 采用單排方式，此時(shí)條料寬度可裁為 ： ? ?2 19 0 2 3 19 6 m mb D a? ? ? ? ? ? 沖裁時(shí)送進(jìn)步距為 ： ? ?1 19 0 3 19 3 m mp D a? ? ? ? ? 選用條料尺寸為 10 00 m m 19 6 m m 0. 8m m??，該條料是窄卷裁展開(kāi)所得。沖裁 前后坯料形狀分別見(jiàn) 圖 3— 2 和 圖 3— 3 所示。 首先 建立沖裁后的板材零件 （ 1） 根據(jù)以上尺寸先建立窄卷材的展開(kāi)模型 圖 3— 2 窄卷材的展開(kāi)模型 （ 2） 根據(jù)拉伸切除和陣列特征得到最終板料形狀 圖 3— 3 窄卷材沖壓完后的模型 使用測(cè)量功能測(cè)量完成沖裁前后的板料的面積 在 Solidworks 中利用測(cè)量功能測(cè)量完成沖裁前后的板料的面積，在測(cè)量沖裁前的板料面積對(duì)話框中顯示出所選面的面積為 196000 2mm ,此為沖裁前板料的表面積，所選面的周長(zhǎng)為 2392mm。 在測(cè)量沖裁后的板料面積對(duì)話框中顯示出所選面的面積為 2mm ,此為沖裁后板料的表面積。利用上面所得到的兩個(gè)面積就可以得到材料的利用率了，材料的利用率為： ( 196 000 542 35. 63 ) 196 000 100 % 72. 33%? ? ? 工藝力計(jì)算和壓力機(jī)選擇 在此 選用退火后的 106O 純鋁材料，其力學(xué)性能：抗剪強(qiáng)度為 80MPa?? ，抗拉強(qiáng)度為 100MPab? ? ，屈服強(qiáng)度為 80MPas? ? ，伸長(zhǎng)率為 25%?? 。 190 596 .6( m m )Ld?? ? ? ?坯 式中 ? —— 圓周率，一般取 ?? ； d坯 —— 坯料直徑，由已知得 d坯 ： 190（ mm）； L —— 沖裁件周長(zhǎng) （ mm）。 1. 3 0. 8 59 6. 6 80 49 63 7 ( N )F Kt L ?? ? ? ? ? ?落 料 （ 31） 式中 F落 料 —— 落料力（ N）； t —— 板料厚度（ mm）； L —— 沖裁件周長(zhǎng)（ mm）； K —— 修正安全系數(shù)，一般取 ? ； ?—— 材料的抗剪強(qiáng)度（ MPa）。 查手冊(cè)此材料的卸料力系數(shù) K卸 為 ~,在此取上限為 ，則落料的卸料力為 0. 08 49 63 7 39 71 ( N )F K F? ? ? ?卸 卸 落 料 （ 32） 式中 F卸 —— 沖裁所需卸料力（ N）。 查手冊(cè)根據(jù) 材料 厚度 取凹模刃口高度 1h =5mm，故在凹?？趦?nèi)同時(shí)存有落料件的個(gè)數(shù)為 1 5 t? ? ?