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摘 要 随着科学技术的发展，对压铸件产品的安全性和造型美观的要求不断提高。根据使用的不同，对零件的质量评价有所不同。如何生产出高质量的零件，对节约材料、能源和提高经济效益都有很大的意义。分析了灯罩这种形状复杂、壁薄零件的结构特点。针对压铸中易形成裂纹、拉伸不足等缺陷的工艺特性，在根据理论分析的要求和数据的基础上运用Sol- idworks软件进行三维实体造型，并对未知的尺寸进行规定。然后利用这个三维实体计算零件的质量，在Solidworks软件中根据零件的质量来设计出的预定厚度的圆形坯料板材直径。根据所得的直径来确定原始坯料的一些尺寸，为后续的设计和研究提供一定的依据。同时利用Solidworks软件或其它三维软件对冲压模型可行性进行分析和设计，利用软件进行灯罩成型模的相关模具设计。通过运用Solidworks软件，同时结合逆向造型的方法来设计相对应的模具，为了实现零件的成型，本人利用Solidworks软件设计四副模具，分别设计落料模、液压模、翻边模和卷边模，使原材坯料经过以上四副模具的加工来得到所要求的零件。研究成果是得到四副模具三维模型和相对应的二维CAD图尺寸图。结论是得到所设计的零件的四副模具的相关数据，如果在实际生产中，可能运用的话，再添加其它相关的数据，可以成批生产。最后，对本次的模具设计进行总结。关键词：落料； 液压； 翻边； 卷边Abstract With the development of science and technology, Die-casting products for safety and aesthetic shapes rising. According to different use, Evaluation of the quality of parts are different. How to produce high-quality parts, to save materials, energy and increase economic efficiency has great significance. Analysis of the complexity of the shade of such a shape, thin-walled parts of the structural characteristics. Easy for die-casting in the formation of cracks, lack of defects in the tensile properties of the process, and in accordance with the requirements of theoretical analysis and data based on the use of Solidworks 3D solid modeling software, and the provisions of unknown size. Then calculated using the three-dimensional entities, the quality of parts, in accordance with Solidworks software to design parts of the quality of the target plate thickness the diameter of the circular blank. According to the original blank diameter to determine the number of dimensions for the design and follow-up to provide a basis for research. At the same time, the use of Solidworks software or other three-dimensional software model of the stamping feasibility analysis and design, use of software related to shade Mold mold design. Through the use of Solidworks software, combined with the method of reverse modeling of the corresponding mold design, molding parts in order to achieve, I use Solidworks Mold Design four molds, respectively, blanking die design, hydraulic mold, flanging and crimping die mold, so that the original material for more than four blank mold after processing to get the required parts.Research results are three-dimensional models of four molds and the corresponding size chart diagram of two-dimensional CAD. Conclusion is designed by four mold parts of the relevant data, if in the actual production may be used, then add other relevant data, can be mass-produced. Finally, the die design of this summary.Keywords: Blanking; Hydraulic; flanging; Crimping目 录摘 要Abstract第一章 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 铝挤压材工业的发展现状11.3该行业的其它相关零件的研究21.3.1 薄壁深锥零件的拉伸成形方面的研究21.3.2 铝锅冷挤压工艺及模具等类似产品的设计21.4 本论文研究的基本内容及拟解决的主要问题3第二章 总体方案的设计42.1 设计要求42.2 设计分析和流程52.3 对模具结构和机构工作原理的解说72.3.1 对冲裁落料模工作过程和原理的解释说明72.3.2 对液压模工作过程和原理的解释说明82.3.3 对翻边模工作过程和原理的解释说明82.3.4 对卷边模工作过程和原理的解释说明8第三章 落料模的设计93.1 工艺分析计算93.1.1 工件的排样方案93.1.2 工艺力计算和压力机选择113.1.3 对模具工作部分尺寸计算123.2 模具零部件的设计计算133.2.1凹模的设计计算133.2.2 选择标准模架143.2.3 凹模和下模座的关联设计14第四章 液压模的设计244.1 设计拉深件时应遵循的原则244.2 设计拉深件时，对拉深件厚度不均匀现象的考虑254.3 确定拉深件的尺寸精度264.4 利用SolidWorks对于其它相关尺寸的确定274.5 液压拉深成形284.6 用SolidWorks设计液压成型模294.6.1 工艺分析计算并选择模具结构形式304.6.2 模具零部件的设计计算324.7 装配图模型34第五章 翻边模的设计355.1 工艺分析计算并选择模具结构形式365.1.1 计算毛坯365.1.2 验算拉深系数385.1.3 计算成型力并选用压力机385.1.4 对于模具的关键运作部分的设计说明395.2 模具零部件的设计计算395.2.1 翻边凹模的设计395.2.2 凹模套环的设计405.2.3 凸模的设计405.2.4 模具的其它零部件的设计415.3 模具组装41第六章 卷边模的设计426.1 工艺分析计算并选择模具结构形式436.1.1 计算毛坯436.1.2 弯曲力的计算446.1.3 计算成型力并选用压力机456.1.4 对于模具的关键运作部分的设计说明476.2 模具零部件的设计计算486.2.1 卷边凹模的设计486.2.2 凹模套环的设计496.2.3 凸模的设计506.2.4 模具的其它零部件的关联设计516.3 模具组装53第七章 总结和展望54参考文献55致 谢55附 录55 第一章 绪论1.1 课题研究的目的和意义全国数家家具企业在灯罩的加工中还是采用传统的以塑料位原材料的工艺进行生产，存在着“三低”(材料利用率低、设备效率低及生产率低)和“二高”(劳动强度高及制品成本高)等严重缺点。人们逐渐走上了健康、快乐、充满新意的现代化室内装潢，铝制灯罩代替塑料灯罩明显不断扩大，与塑料灯罩相比，铝制灯罩不仅是使用寿命长，还具有自身重量轻及外形色泽美观等特点。 在我国已加入世界贸易组织的形势下，各种型号铝制灯罩的产量及价格不能满足灯具行业中剧烈竞争的要求，为了改革工艺，提高制品质量及生产效率，改善工人的劳动条件及降低制品成本，经研究表明，铝制灯罩采用冷挤压方法是一种行之有效的、具有高质量、高精度、高产量、低消耗、低投资及低成本等优点。该冷挤压技术的出现，对灯具行业的大批量生产是一场革命。冷挤压技术是一项少、无切屑的金属塑性成形工艺。生产实践表明，采用冷挤压工艺代替其它加工方法，可以明显提高制件的表面质量，在机加工时节约材料，大大提高了生产率，达到降低制品成本的目的1。 目前，中国铝挤压工业中小的挤压企业还是多了些，单位企业的生产能力比大多数工业发达国家的小得多，还有相当大的调整空间。尽管国外铝挤压生产能力大量过剩，但中国铝挤压材还是有相当大的国外市场待开发。如果在出口中材料性能的均匀性与稳定性差一些，交货期就不能完全得到保证，运输过程中破损率也会大一些，使高附加值产品比例较小2。可见铝材板料拉伸成型行业还有很大的提升和发展空间，需要更多的科学技术和实践试验，对此方面的课题研究是相当有意义的。越来越多的生活用品考虑到使用铝板冲压成形，铝制用品也受到人们的喜好，可见灯罩选用铝材冲压成型是很好的选择，这样更加具有经济性。1.2 铝挤压材工业的发展现状中国已跨过铝挤压强国门槛，自2001年成为挤压材净出口国以来，2005年的净出口量324.56 kt。铝挤压工业的地区结构合理，与经济发展相适应；全球21个工业发达国家2004年的平均工业材与建筑材之比为54:46，没有一个国家工业材的比例达65%以上，中国2005年工业材的比例占34，2012年的这个比例可达45。截止到2006年底中国拥有16台大挤压机，总挤压力1170 MN，总生产能力约140 kta，不是生产能力与产量不够，而是在品质方面存在诸多不尽如人意。大挤压工业型材面临的最大挑战是市场与技术，是自主创新力量薄弱。中国还需要增建200 MN与150 MN的工业材挤压机各1台2。可见，铝制板料冲压技术需要更加广泛的应用于工业生产，薄型板料拉伸冲压具有广泛的市场前景。中国在这方面的企业将会越来越多，对这方面的研究将更加具有意义。1.3该行业的其它相关零件的研究根据本人的资料搜所，找到类似零件模型的加工成型研究，在此举几个例子。1.3.1 薄壁深锥零件的拉伸成形方面的研究锥形零件如图1-1所示。图1-1 锥形零件锥形件拉伸成形的难易程度与其几何形状、坯料的相对厚度、材料的冲压性能值、r值等有关。此薄壁深锥零件需要经过多工序拉伸使零件逐渐成形，其加工方法有阶梯过渡法、曲面过渡法、圆筒过渡法等多种方法3。1.3.2 铝锅冷挤压工艺及模具等类似产品的设计铝锅的形状及尺寸如图1-2所示。其加工方法：按无凸缘的直接反挤压，其工艺过程如图1-3所示，冷挤压后，还要进行端部翻边工序1。图1-2 铝锅的形状及尺寸图1-3 零件加工a 下料 b一一反挤压 c 翻边1.4 本论文研究的基本内容及拟解决的主要问题用铝材板料拉深成型的灯罩模型，考虑到用复合模实现此加工的话，其卷边的工序需要另外加工，而且模具的结构比较复杂。因此本人直接通过单步工序来实现此模具的加工，主要实现落料、拉深、翻边、卷边四个过程来加工出零件。基本内容及拟解决的主要问题：1) 设计落料模具2) 设计液压拉深模具 3) 设计翻边模具4) 设计卷边模具落料模具的设计主要是为了得到圆形板料的设计，根据逆向设计和理论要求，确定圆形板料的尺寸，根据圆形板料的尺寸来设计落料模具。在落料模设计的过程中，对板料的利用率进行计算，使其符合经济实用的要求4。在对落料模的设计中，根据其它相关类似模具的设计，落料模设计成通用的落料模结构。同时对落料冲压力进行计算来选择相对应的压力机。根据设计的数据，利用Solidworks软件画出三维模型。液压模具的设计主要是为了得到旋转突起零件的设计（具体结构可见模型），根据逆向设计和理论要求，确定所要设计零件的尺寸，根据所确定尺寸数据来设计液压模具。在液压模设计的过程中，同时要考虑凹模内槽的液体压力，使橡胶模处于一个平衡的要求，其液体通过外部连通器保持要求的压力，这部分数据在生产实践中调节，本课题不做考虑。对液压模所需压力进行计算，同时分析设计的可行性，从而来选择相对应的压力机。根据设计的数据，利用Solidworks软件画出三维模型。翻边模具的设计主要是为了得到零件的边缘向凸起的方向翻起的设计，考虑到翻边成型的功能不能在液压模具中实现，因此需要设计翻边模具来实现。在翻边模具设计的过程中，结合所要得到的零件外形和翻边受力状况来设计其它部件。同时对翻边模具所须的力进行计算来选择相对应的压力机。根据设计的数据，利用Solidworks软件画出三维模型。卷边模具的设计主要是为了得到零件的翻起边缘向内卷起的设计，考虑到卷边成型的功能不能在翻边模具中实现，因此需要设计卷边模具来实现。在卷边模具设计的过程中，结合所要得到的零件外形和卷边受力状况来设计其它部件。同时对卷边模具所须的力进行计算来选择相对应的压力机。根据设计的数据，利用Solidworks软件画出三维模型。本论文的最终目的是为了设计出灯罩零件，根据以上的方案，依次通过四种模具的使用来做出产品零件，在理论上是可行的。第二章 总体方案的设计2.1 设计要求灯罩零件尺寸示意图如图2-1所示：图2-1 灯罩零件尺寸示意图模具要求：1) 此模具属于灯罩成型模，要求是液压成型模；2) 模具必须具有一般成型模具的典型结构，包括材料定位，送进、卸料、导向等装置；3) 模具制造精度高，表面光洁度好；4) 模具适合材料是纯铝材料；5) 材料厚度为0.8mm的板材。2.2 设计分析和流程 设计方案的比较和选择。根据图2-1的零件尺寸，可以考虑用其它机构来实现加工出灯罩零件。因为此零件选用铝材，故其的可塑形比较好，而且零件是旋转体薄件，传统方法是可以采用旋压机来加工。根据灯罩的外形，可以设计得出沿灯罩外形走动的成型路线轨迹，不过灯罩的边缘部分是向外卷，而且半径较小。利用旋压机来一次加工具有一定的难度，而且旋压机的价格比一般的压力机贵。在批量生产中，利用旋压机来加工的经济性不如采用模具来加工成型。对于图2-1中零件形状和尺寸要求，考虑到零件的卷边部分，采用复合模具加工成形具有一定的难度，而且这种模具的造价比较高。结合课题的要求，本人采用多副模具分工序分别加工零件来完成设计，这些模具的结构简单、造价便宜，对于零件的批量加工非常使用。可见，选用多副模具分工序加工这个方案来对于批量生产零件产品是非常经济实用的。为了得到以上零件的三维模型，本人设计的此零件需要通过四个主要工序来逐步实现零件的成型。首先在一般的铝料板料中冲压出所要求尺寸的圆形铝板，之后，圆形铝板要进行拉深、翻边、卷边，这些主要通过设计的模具和压力机等设备来实现。 落料模的设计，该模具可以实现冲压得到圆形的坯料（结合设计尺寸要求），其内部大概结构可见图2-2。图2-2 落料模内部结构简图液压拉深模的设计，该模具可以实现冲压得到旋转突起零件的拉深成型（结合设计尺寸要求），其内部大概结构可见图2-3。图2-3 液压模内部结构简图 翻边模的设计，该模具可以实现冲压得到旋转突起零件边缘的翻边成型（结合设计尺寸要求），其内部大概结构可见图2-4。图2-4 翻边模内部结构简图卷边模的设计，该模具可以实现冲压得到旋转突起零件边缘的卷边成型（结合设计尺寸要求），其内部大概结构可见图2-5。图2-5 卷边模内部结构简图2.3 对模具结构和机构工作原理的解说2.3.1 对冲裁落料模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时，模具处于开模状态，在模具的一边自动的间歇性的送入板料，在送入板料的过程中，由三个挡料销来实现导向定位的作用。每当板料进给到一定的距离，落料模开始合模冲压板料，首先卸料板压紧板料，然后凸模冲压板料，冲出圆形铝板。然后进行开模，考虑到凸模冲压板料后，板料可能会卡在凸模上，故在模具中添加卸料装置。该卸料装置由卸料板、卸料橡皮和卸料螺钉三部分组成，在合模时卸料橡皮处于压缩状态，开模后其恢复原形，故卸料橡皮的弹性恢复力和卸料装置的重力使得卸料板下移来带动板料，让卡在凸模上的板料脱落，而被冲落下来的圆形板料会沿着下模座和凹模的中心通孔掉落。以上这样就完成了整个冲压过成了，下一个过成就从复以上的描述过程。2.3.2 对液压模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时，模具处于开模状态，在模具的一边通过人工或机械手送入圆形板料，在送入板料的过程中，由竖起的两个圆柱销来实现定位的作用，同时橡胶压板的锥形孔有利于圆形板料的滑入，使之中心定位。模具在合模的过程中，先由压边环向下与橡胶压板的内锥形孔压紧，并没有压紧工件，只留有一部分的间隙以便于零件拉深成型时的金属流通5。之后，凸模下压拉深工件，而凹模装置中，在液体压力的作用下，使工件包向凸模，逐渐性成凸模的形状，由于凹模处采用软性材料的橡胶模，在拉深成型的过程中，不会压紧半径较小的变形面，此橡胶模起到保护零件的作用。由于利用这种模具的液压拉深成型，可以防止产生尖角和较小半径弧面的裂开，故零件在加工中不需要整形。当零件成型后，凹模零件内液体压力调小，液压模开始开模。凸模开始离开零件，而压边环依然压紧着零件边缘，当其上的弹簧处于松弛状态后，等上模上升到一定程度后使螺钉带动压边环，之后，整个上模将离开下模。当上模离开到一定距离后，凹模槽内的液体通过外部的联通器冲压，使橡胶模恢复到原来的形状，同时把成型零件顶出。之后，通过人工或机械手把成型零件取出，完成整个工作过程，下一个过成就从复以上的描述过程。2.3.3 对翻边模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时，模具处于开模状态，在模具的一边通过人工或机械手送入液压成型后的零件，在送入零件的过程中，通过下模定位板的锥形孔有利于零件的滑入，使之中心定位。模具在合模的过程中，先由下模的大型推杆件推动翻边凸模，使翻边凸模上升到一定的高度，以便与上模下压过程中，凹模和凸模把零件夹在中间，然后继续下移，当零件下移到碰到下模定位板的锥形孔的沉头面时，零件的边缘开始拉深成型。此时，凹模套环和夹紧卸料环同步下移，工件的外边缘开始拉深变形，直到上模下降到规定的高度。翻边模的成型过程就完成了。之后是开模过程，此时上模架、凸模和夹紧卸料环同时上升，当夹紧卸料环的上表面上升到与下模定位板的锥形孔的沉头面等高时，凸模和夹紧卸料环停止上升，而上模依然上升留出一定的空间以便于零件的取出和放入。上模架上升停止后，通过人工或机械手把成型零件取出，完成整个工作过程，下一个过成就从复以上的描述过程。2.3.4 对卷边模工作过程和原理的解释说明 在开始工作时，模具处于开模状态，在模具的一边通过人工或机械手送入经过反边处理过的零件，因为凸模的突出外形使零件中心定位。模具在合模的过程中，先由卷边凹模的下表面接触压向凸模套环的上表面，同时夹紧装置中的定位夹紧模开始压紧零件，防止在卷边过成中因为卷边而使零件的内部发生变形。当上模架和凸模套环下降到一定程度时，凹模的内弧形面对零件的边缘进行卷边变形，直到卷边成型完成。之后，上模架开始上升，在此同时上模架和凸模套环同步上升直到弹簧恢复到平衡状态。上摩架继续上升，直到夹紧定位装置中的螺钉带动压环上升时，整个上模架全部离开下模架。当开模到一定程度，以便于零件取出和放入时，上模架上升停止后，通过人工或机械手把成型零件取出，完成整个工作过程，下一个过成就从复以上的描述过程。第三章 落料模的设计中等批量冲压生产如图31所示圆形铝板零件，材料为1060牌号的纯铝材料，直径=190mm，料厚t=0.8mm，尺寸公差=0.3。图31 所需圆形铝板零件3.1 工艺分析计算该工件属典型的落料件，形状简单，尺寸精度较低，只需一套简单的冲裁模即可。3.1.1 工件的排样方案根据本人的设计，查手册得知工件与板料边缘的搭边值=3mm，工件间的搭边值=3mm。采用单排方式，此时条料宽度可裁为：冲裁时送进步距为：选用条料尺寸为，该条料是窄卷裁展开所得。冲裁前后坯料形状分别见图32和图33所示。1、首先建立冲裁后的板材零件 （1）根据以上尺寸先建立窄卷材的展开模型图32 窄卷材的展开模型（2）根据拉伸切除和阵列特征得到最终板料形状图33 窄卷材冲压完后的模型2、使用测量功能测量完成冲裁前后的板料的面积在Solidworks中利用测量功能测量完成冲裁前后的板料的面积，在测量冲裁前的板料面积对话框中显示出所选面的面积为196000,此为冲裁前板料的表面积，所选面的周长为2392mm。在测量冲裁后的板料面积对话框中显示出所选面的面积为54235.63,此为冲裁后板料的表面积。利用上面所得到的两个面积就可以得到材料的利用率了，材料的利用率为：3.1.2 工艺力计算和压力机选择在此选用退火后的106O纯铝材料，其力学性能：抗剪强度为，抗拉强度为，屈服强度为，伸长率为。式中 圆周率，一般取； 坯料直径，由已知得：190（mm）； 冲裁件周长（mm）。 （3-1）式中 落料力（N）； 板料厚度（mm）； 冲裁件周长（mm）；修正安全系数，一般取； 材料的抗剪强度（MPa）。查手册此材料的卸料力系数为0.0250.08,在此取上限为0.08，则落料的卸料力为 （3-2）式中 冲裁所需卸料力（N）。查手册根据材料厚度取凹模刃口高度=5mm，故在凹模口内同时存有落料件的个数为 （3-3）查手册此材料推件力系数为0.030.07，在此取上限为0.07，则推件力为 （3-4）式中 推件力大小（N）； 卡在凹模中工件及废料个数。这工序的最大总压力为 （3-5）设备吨位大小的选择，首先要以冲压工艺所需要的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所许要的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。例如，某道冲压工序的工艺变形力为， 那么，选择的设备吨位一般为。从提高设备的工作刚度、冲压件的精度及延长设备的寿命观点出发，要求设备容量有较大剩余。最新观点是使设备留有40%30%的余量，即使用设备容量的60%70%。还有的建议只使用设备容量的50%，即取设备的吨位为工艺变形力的2倍。对本人的课题设计，设备的名义压力可取工艺变形力的1.3倍，即根据上述工艺力的计算值，可选用压力机，其主要参数为：最大封闭高度，封闭高度调节量，最小封闭高度，工作台孔直径，模柄孔尺寸（直径深度）为。3.1.3 对模具工作部分尺寸计算对圆形凸模和凹模，可采用分开加工方式。凸模和凹模之间的间隙也必须在一个合理的范围内，如果间隙过大或过小，不仅难以冲出合格的制件，还会影响模具的寿命，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙，查设计手册得知该材料的冲裁模最大双面间隙，最小双面间隙。 （3-6）查手册得，落料部分凹模和凸模的制造偏差分别为 （3-7）经验算不满足的条件，因此减小、的值，按下面的公式取值，即 （3-8） （3-9）查手册得模具磨损系数，此零件的普通冲裁件的外形及孔内公差为，则磨损量：。对落料件，应该先根据工件确定凹模尺寸，得落料模凹模和凸模工件直径分别为： （3-10） （3-11）3.2 模具零部件的设计计算3.2.1凹模的设计计算1、选定孔口形式：因为工件生产批量较大且材料较薄，所以选用刃口强度高、修模后孔口尺寸不变的圆柱形孔口凹模。2、刃口直筒高度：如前述的材料厚度所取凹模刃口高度为5 mm。3、刃口直筒直径：高度为的刃口直筒的直径即为前面求得的凹模工作直径，名义尺寸为189.775mm；为了便于出料，直筒下部的宽孔直径比直筒直径大12mm，在这里为了便于设计取1.225mm，因此直筒下部的宽孔直径取4、凹宽的外形尺寸确定：凹模的高度和壁厚查手册获得，根据板料厚度及凹模尺寸，得推荐的凹模的高度。取，调整到符合标准，取凹模的外径尺寸为。5、在SolidWorks环境中进行凹模的初步造型，其模型如图3-4所示。图3-4 凹模的初步造型3.2.2 选择标准模架1、确定模具封闭高度：根据所选压力机的最大封闭高度和最小封闭高度，一般按下列关系选择冲模的闭合高度： （3-12）即。2、根据凹模的轮廓尺寸以及闭合高度的尺寸范围，参照手册，并根据国家标准，选择：凹模Z周界为为；后侧滑动导向铸铁模架为；（上模座为、下模座为、导柱为、导套为等零件）。3.2.3 凹模和下模座的关联设计1、紧固螺钉的选择及螺钉孔的计算凹模与下模座之间使用螺钉紧固，此处采用4个均布的M10内六角圆柱螺钉。根据下模座的厚度（55mm），选择长度为60mm的内六角圆柱螺钉。下模座的沉头孔直径为16.5mm，下模座的螺钉孔采用通孔的形式，其通孔的直径为11.5mm。下模座的沉头孔的深度等于螺钉直径加上1mm，所以下模座的沉头孔的深度为11mm。凹模的螺纹孔的深度应大于如下值：螺钉长（下模座厚度沉头孔深度）=60（5511）=16（mm）考虑凹模的高度，凹模的螺纹孔的深度取20mm。一般来说，M10的螺纹孔与凹模边缘的距离要大于11mm，与凹模刃口的距离要大于17mm，所以凹模中螺纹孔可以分布在直径为：之间，在这里取225mm的圆周作为凹模螺纹孔的分布圆周。2、销钉的选择以及凹模和下模座的销钉孔尺寸计算下模座与凹模之间使用螺钉紧固，为了不使两者发生相互移动，须用两个销钉进行定位。选择直径为10mm的圆柱销标准件，柱销配合长度为柱销直径的两倍，根据下模座厚度与销钉直径两倍和（55mm+20mm），选择长度为70 (755)的销钉。因此，可采用型普通圆柱销。两个销钉沿凹模轴线对称分布，销钉孔直径为10mm，与凹模边缘之间的距离一般不小于8mm,所以可与螺纹孔分布在同一圆周上，该圆直径为。3、落料孔计算由于此冲裁采用正装式，凹模装在下模座上，冲下的工件从凹模的落料孔漏下，所以应在下模座中开一个落料孔，工件经下模座的落料孔以及冲床工作台面的落料孔落下。通常，下模座的落料孔的直径比凹模下部的宽孔直径大0.52mm，在此取2mm，因此，下模座的落料孔直径为：4、用软件设计凹模和下模座的装配体（1）挡料销的选择：根据材料的厚度0.8mm，查手册可选固定挡料销，其基本尺寸为。由此可以得到凹模上与挡料销相配的孔的直径为4mm。固定挡料销的数量选用3个，其中的一个挡料销用来保证条料的送进步距，其位置位于凹模孔沿送料方向的中心线上，另外两个用于条料侧面的定位。（2）用软件进行挡料销的零件造型，如图3-5所示。图3-5 挡料销的零件（3）凹模上与挡料销相配合的孔位置的确定：为保证准确的送料步距，挡料销孔与凹模中心的距离可以通过下面的方式计算： （3-13）用于侧挡料的挡料销孔与沿送料方向的中心线的距离可以用下面的方式计算得出： （3-14）结合凹模孔的尺寸，用于侧挡料的两个挡料销孔之间的距离取100mm。（4）为凹模添加挡料销孔，如图3-6所示。图3-6 加挡料销孔（5）向下模装配体中插入挡料销及紧固件并完成下模设计，如图3-7所示。图3-7 下模装配体（6）弹性卸料装置的设计计算卸料橡皮的选择：选择圆筒形橡皮，根据凸模尺寸，并考虑橡皮压缩时产生的鼓形，取橡皮圆筒的内径，查手册得知橡皮压缩20%时的单位压力。查手册得橡皮圆筒的外径为： 取230mm （3-15）根据经验，卸料橡皮的自由高度一般应满足关系：故可取，其总压缩量达到20%时，便能够满足卸料力的要求，此时橡皮的高度为55.2mm。另外，一般要求卸料橡皮工作时的最大压缩量不大于45%。卸料板尺寸：根据橡皮和凸模尺寸及其布置，取卸料板的外径，卸料板厚度取12mm。弹性卸料板与凸模之间的单面间隙可取。显然卸料板的内径为。在Solidworks中进行卸料板的造型，如图3-8所示。图3-8 卸料板（7）凸模与垫板的设计计算选用垫板：为了增加铸铁模座的抗压能力，应采用垫板。参照卸料板的外形尺寸，垫板外形尺寸也取，高度取，垫板材料选用45钢，即选用的钢垫板。在Solidworks中进行垫板零件的造型，如图3-9所示。图3-9 垫板零件凸模的设计：该模具比较简单，凸模和垫板可通过螺钉和销钉直接固定在上模座上，凸模直径已在计算刃口尺寸时求出。凸模高度应考虑卸料板厚度及橡皮压缩后的高度等。为使卸料彻底，应使卸料板底端与凸模平齐时橡皮的压缩量不低于20%，取此时橡皮高度。对冲裁而言，模具工作行程约为，其t值很小，所以卸料橡皮工作时的压缩量远远低于45%的上限值。凸模高度及所选择的橡皮能够满足工作要求。在此凸模高度可近似取 （3-16）在Solidworks中进行凸模零件的造型，如图3-10所示。图3-10 凸模零件（8）卸料螺钉的设计选择卸料螺钉：按标准初选圆柱头卸料螺钉4个，每个螺钉所程受的力为，由冲压工艺（湖南省机械工程学会锻压分会编，湖南科学技术出版社，1984.5）中表317知，M8螺钉允许负荷4300N，故卸料螺钉强度能够满足工作要求。卸料螺钉窝深由下式求得：=上模座厚度+垫板厚度+凸模高度卸料板厚度卸料螺钉长度 （3-17） =45+10+68.2-12-80=31.2同时还需要满足下面的条件：螺栓头部高度+刃口修磨量+入模量+ （3-18）刃口修磨量一般为，入模量为1mm。其值小于上模座厚度，故所选螺钉的长度也能满足工作要求。四个卸料螺钉采用均布方式，其分布位置可以参考下模座上螺钉的分布位置，也取在直径130mm的圆周上。在Solidworks中进行卸料螺钉的造型，如图3-11所示。图3-11 卸料螺钉（9）选择模柄形式选择模柄：模具较小，可选择压入式模柄。由于模柄长度不得大于压力机滑块里模柄孔的深度，查手册可采用的A型模柄，即模柄。模具往压力机上安装时，模柄外采用套筒。在Solidworks中进行模柄零件的造型，如图3-12所示。图3-12 模柄零件（10）在装配体环境中关联设计上模座、垫板、凸模、橡皮和卸料板为上模插入紧固螺钉孔和销钉孔：上模座、垫板和凸模之间采用螺钉紧固，使用销钉定位。为了减少加工次数和统一规格，采用M8的螺钉和两个直径为8mm的销钉，采用均匀分布即可。根据所选用的螺钉尺寸，上模座的沉头孔的直径和深度分别取13.5mm和9mm，其通孔直径为9mm，根据凸模的尺寸，螺钉孔和销钉孔分布在直径为225mm的圆周上。为上模插入卸料螺钉孔：卸料螺钉穿过上模座、垫板、卸料橡皮以及卸料板，所以卸料螺钉孔是一个贯穿上模的通孔，在上模装配环境中生成卸料螺钉孔。（11）往上模装配体中插入螺钉和销钉并初步完成上模设计采用自底向上的装配方式，向上模装配体中依此插入两个定位销钉、三个紧固螺钉以及四个卸料螺钉，可见图3-13。图3-13 上模装配体（12）生成冲裁模装配体，如图3-14所示。图3-14 冲裁模装配体使用Solidworks的“测量”功能，测得摩具的闭合高度为202.2mm。也可以使用公式计算：=上模座厚度+垫板厚度+凸模厚度+凹模厚度+下模厚度 （3-19） =（45+10+68.2+25+55-1）=202.2mm所选压力机最大及最小封闭高度分别为， 冲裁模高度符合设计要求。（13）检查并完善模具装配体 使用“干涉检查”功能，检查“冲裁模”装配体，发现下模的挡料销与上模的卸料板间存在干涉现象，故卸料板上还需要钻三个与挡料销相配合的孔。（14）插入工件和板料得到最终的冲裁模装配体和冲裁模可见图3-15和图 3-16。图3-15 冲裁模装配体图3-16 冲裁模1板料 2下模座 3卸料板 4内六角螺钉 5凸模 6工件7挡料销 8橡胶环 9导柱 10导套 11上模座 12卸料螺钉13内六角螺钉 14模柄 15定位销 16垫板第四章 液压模的设计4.1 设计拉深件时应遵循的原则在将平板坯料通过拉深方法变成各种形状的空心件的拉深工艺过程中，材料本身要发生流动，其流动的难易程度直接决定工件拉深的可能性和拉深次数的多少。为了有利于拉深的正常进行及减少不必要的废品产生，在设计中，得考虑以下几方面。1） 在使用条件允许的情况下，拉深件应尽可能采用轴对称回转体件，且形状力求简化。2） 在工件的平面部分，尤其是在距离边缘较远的位置上，应尽量避免有凸起和凹坑现象，即使产品上要求其局部有凹坑及凸起，则高度也不能过大。3） 设计曲面空心件时，应尽量避免有尖底形状。4） 拉深件各部分尺寸比例要适当，应尽量避免设计有宽凸缘和深度较大的拉深件。图21所示的带凸缘的拉深件，其凸缘直径应控制在如下范围内： （4-1）式中 凸缘直径（mm）； d 拉深件直径（mm）； t 拉深件厚度（mm）。拉深件的拉深深度，一般应控制在如下范围内：式中 h拉深件的最大拉深深度（mm）。一般来说，拉深件的圆角半径越大越好。如图41所示，其拉深件底与壁之间的圆角半径和凸缘的圆角半径及矩形件的四壁间的圆角半径应满足下列关系： ，即最好使，； ，即最好使，； ，为了尽量减少拉深次数，应使。式中 H矩形盒件的高度（mm）。 假如矩形盒件各圆角半径要求较小，则可考虑增加一道整形工序，根据以上的尺寸要求，考虑到与矩形盒件的相似之处，可大概确定灯罩的尺寸，如图4-2所示。图 41 矩形盒件尺寸示意图图4-2 灯罩尺寸图4.2 设计拉深件时，对拉深件厚度不均匀现象的考虑在拉深件时，拉深件由于各处变形不均匀，所以拉深过程中材料厚度要发生变化。一般情况下，拉深件的底部中心拉深后保持原材料厚度，底部圆角处材料变薄，上部和凸缘处变厚。在拉深矩形件时，其矩形四角处材料变薄。在不变拉深中，拉深件厚度不均匀现象严重时，其上下壁厚变化可达（t为板料厚度）。即根据以上条件上下壁厚的的变化为。在多次拉深时，零件内外壁上或带凸缘拉深件的凸缘表面应允许有拉深过程中产生的印痕。若有特殊要求时，可最后采用整形工序消除这些印痕。4.3 确定拉深件的尺寸精度设计拉深件时，由于影响拉深件尺寸精度因素很多，所以在保证拉深件使用的情况下，不要对其有过高的要求。其断面精度一般可取IT12IT14级，查使用手册，得表4-1和表4-2：表4-1 拉深件内形或外形的直径公差 （单位：mm）材料厚度拉深件直径d505010010030018303050508080120不带凸缘带凸缘的不带凸缘带凸缘的不带凸缘带凸缘的不带凸缘带凸缘的不带凸缘带凸缘的10.50.30.60.40.70.50.80.61.10.7根据上表中的数据要求，本人所设计的零件尺寸精度为如图4-3所示。图4-3 零件尺寸对于拉深件，弹性变形作用比弯曲件小，但在（t为材料厚度，d为筒直径）小于时，零件从模中卸下后，直径则往往稍有加大。在材料厚度不一致的情况下，顶端也可能发生椭圆。所以设计拉深件时，为保持拉深出合格的产品，从工艺性来考虑，设计者可以在保持拉深件的一定形状情况下，可以在周边或底部加上加强筋或设计成有一定宽度的凸缘及卷边形状。根据上述信息，得： （4-2） （4-3）因此，在本人的这课题设计中，在最后的工序中零件本身的的卷边形状在一定程度上减弱了零件拉深后的弯曲回弹，同时在实际生产和使用中，对灯罩的尺寸精度要求不需要很高。4.4 利用SolidWorks对于其它相关尺寸的确定用SolidWorks来计算和确定零件内凹面的值，用SolidWorks对于原来的圆形毛坯件的单面面积和整体质量进行测量估算。测得圆形毛坯的单面面积为，毛坯的质量为。根据以上情况和原来所确定的零件尺寸，在SolidWorks中进行实体造型，确定如图4-4中的尺寸。图4-4 零件的尺寸图根据以上的步骤，用SolidWorks测得成型件的上表面面积为，零件的质量为。以上测得圆形毛坯的单面面积为，毛坯的质量为，可见从毛坯到成型件的质量和单面面积的数据变化不大，理论上推断上图所示的零件尺寸符合设计要求。在SolidWorks中设计的零件尺寸中确定，其中所对应的角度约。然而，在实际生产中，零件的弯曲和拉伸部分的壁厚是不均匀的，影响零件成型后的尺寸的因素很多，因此以上的数据仅供参考。本人的课题设计就按以上的理论数据进行设计和计算。为了方便建模，本人采用SolidWorks中的零件尺寸进行液压成型模的设计。4.5 液压拉深成形根据SolidWorks中的零件尺寸可以知道所设计的零件中部是属于抛物线形的，抛物线形零件目前应用的较多，如汽车车灯外壳、自行车车灯等。目前，拉深这种复杂的抛物线零件，已被液压成形及橡胶成形所代替。采用液压成形的零件，可以得到较理想的尺寸精度和表面质量的制品。对于这类抛物线零件，若用普通拉深，需要多道工序，而用液压成形，可以减少工序。液压成形是指直接利用液体（水、油类）的压力，使坯料成形的一种冲压加工方法。利用液压成形，可以进行的工序有：弯曲、拉深、翻边、成形等。液压成形较其他成形有如下优点：1） 模具制造简单，生产周期短。2） 模具寿命较长，并且模具的通用化程度较高。3） 采用液压拉深时，其拉深深度可加大并可加工形状复杂的制品零件。4） 液压成形可不必使用特殊的专用冷冲压设备。液压成形尽管有上述优点，但它用液体充当凸、凹模，因此操作工艺较一般钢模及橡皮模复杂的多，故目前使用的还不够广泛。液压成形有两种类型：一种是凸模采用液体，另一种是凹模采用液体。不论是哪种类型，其原理全是一样的。根据以上情况和本人的课题设计要求，本人采用液压凹模拉深，即采用液体充当拉深凹模，而凸模仍为普通的钢制凸模的一种拉深方法,在凸凹模之间隔一层橡胶模，以便于成型。这种液压凹模拉深，其液压特点是：1） 液压凹模拉深时，由于有很高的液体静压力，可将坯料紧紧地压在凸模之上，故工件底部不易变薄。2） 液压凹模拉深时，极限拉深系数要比普通拉深极限系数小得多，故材料变形容易，易于成形，无需多次拉深，一次即可成形。3） 采用液压凹模成型，坯料定位容易，故质量、精度高于液压凸模拉深。4） 液压凹模拉深不易出现皱纹6。液体的压力，对成形有很大影响。压力不能过大或过小。其压力可按下式确定： （4-4）式中 所需液体单位压力（）； 零件直径（mm）；材料厚度（mm）； 坯料周边产生拉深变形所需的拉应力（）。可近似按下式确定： （4-5）式中 材料的屈服强度（）； 零件拉深系数。根据以上条件，得知所需要液体单位压力为：=2.76 (N) （4-4）如果所拉深零件形状较为复杂，若使成形能得到零件底部较小的圆角半径时，则必须加大液压力，其值为： （4-6）式中 零件底部的圆角半径（mm）； 材料的屈服强度（）；材料厚度（mm）。 根据以知尺寸，零件底部较小的圆角半径最小值为。则可以得到： （4-6）在实际生产中，采用最大单位压力压力：。4.6 用SolidWorks设计液压成型模根据以上情况情况，用SolidWorks设计液压成形模，为了方便液压拉深成型，本人假设坯料经这副液压成模后成形模后的零件尺寸如图4-5所示。 图4-5 液压成型后的零件模型和尺寸根据已知结构特点得知，上一道工序成形件是直径为190mm的1060的铝板圆形坯料，板材厚度为t=0.8mm，而成型后的坯件尺寸可见上图，板材厚度t=0.8mm（理论假设），凸缘直径，圆筒体内径，两个圆角半径分别为，查手册可得，圆筒的内径公差为，公差为。4.6.1 工艺分析计算并选择模具结构形式1、对毛坯的计算在SolidWorks中测量以上零件的单面面积为,原先的毛坯单面积为：，己经非常接近了，为了方便起见，则可认为这毛坯直径为。毛坯作为落料件，其精度应低于级。查手册可将毛坯直径公差定为，并按“入体原则”标注为单向负公差。毛坯形状及尺寸是落料模冲压落料后的成形件。2、验算拉深系数 由于本人采用高压液体通过橡皮使工件成形，因此不同于一般的拉深。要形成以上的零件模型可以认为通过一次拉深可以实现。毛坯相对厚度： 凸缘弯曲处的直径：凸缘弯曲处的相对直径：查表得该尺寸处第一次拉深时极限拉深系数为：0.44,而实际拉深系数为: （4-7）筒形中面直径为：凸缘相对直径：查表得该尺寸处第一次拉深时极限拉深系数为：0.38,而实际拉深系数为: （4-8）可见，以上的分部分析符合一次拉深成形的要求。3、计算成形力并选用液压机根据液压拉深成形中采用最大单位压力。圆形坯料的单面面积可近似取：，则拉深力可按下式计算： （4-9）然而在实际拉深中，凸模所受的力要比上面的小，因为压边部分的面积是不受正面的拉深力的，在设计中取上值计算。压力机上的单位压边力约为，则单边力的的公式计算如下： （4-10）然而本人设计的压边装置是为了零件的定位和加紧，防止边缘在拉深过程中起皱，同时要保证材料有一定的流动性。可见，加紧力不需要以上这么大，在设计中取上值计算。 根据本人的设计需要在模具上增加一个卸料装置，其装置又具有压边功能，则采用弹簧卸料，其作用力作用在环形钢圈上，环形圈会托住拉深零件的边缘，使零件顶出，具体可见三维模型，其卸料力是为了取出成形零件。 （4-11）其质量由SolidWorks直接算出。，则不需要添加额外的力，压边装置就可实现卸料功能。则其总的压力为 （4-12）根据以上条件，选择四柱式单动薄板冲压液压机，其型号为：4000A。4、模具结构形式选择在这模具中，工件的高度为60mm，为了零件便于卸料和取出，模具行程在每次的工作中至少为120mm。初步定为弹簧作为卸料装置，模具上的缓冲器可作压边装置，与弹簧连接的环形圈为顶件装置，使出件方便。工件经拉深成形后嵌在下模的凹模内，由顶出件的回弹和橡皮模液压回复来顶出成形件。此模具通过高压液体通过橡皮使工件成形。橡皮膜厚度6.5mm，最高压力可达，橡皮膜寿命可2万件以上，拉深
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