毕业设计（论文）-汽车用消音器外壳拉深冲孔复合模设计.docx

编号本科生毕业设计汽车用消音器外壳拉深冲孔复合模设计design of compound die for auto silencer drawing and punching学生姓名专业学号指导教师学院机电工程学院二一五年六月长春理工大学本科毕业设计毕业设计（论文）原创承诺书1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文）汽车用消音器外壳拉深冲孔复合模设计，是认真学习理解学校的长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！作 者 签 名： 年月日摘要本设计是对汽车消音器外壳零件的冲压工艺进行分析并完成相关模具结构的拟定，设计出的复合模具应能够实现消音器外壳零件的批量生产。首先了解复合模具的相关设计要求，并根据零件的结构特点，结合所学的模具知识，确定出合理的冲压方案；再通过零件的结构、尺寸，分析、计算出模具工作部分的结构、尺寸，并设计出合理的零件结构零部件；同时，利用autocad，catia，solidworks进行辅助设计，绘制二维和三维的模具装配图；最后验证和分析模具的工作过程。关键词：汽车消音器外壳复合模具拉深冲孔abstractthis topic is the study of the automobile muffler shell parts stamping process analysis and related mould design, design of composite mould should be able to achieve mass production of silencer parts.first of all, we need tounderstand the related design of compound die requirements according to thestructure characteristics of the parts combined with learned knowledge of mould, determine the reasonable stamping scheme;again through parts of the structure, size, analysis, calculate the mould work part of the structure, size, and design a reasonable parts structure components.at the same time, using autocad,catia and solidworks aided design, draw 2d and 3d mold assembly drawing;the final validation and analysis of the working process of the mould, ensure that the design of the mould can normal, work smoothly, and have longer life.keywords ：auto silencer；compound die；stamping；piercing目录摘要iabstractii第1章绪论11.1 本设计的目的和意义11.2 国内外冲压模具技术的发展现状11.3 冲压模具设计制造的发展趋势21.4 本设计内容3第2章汽车消音器外壳的制造工艺分析42.1 零件的材料42.2 零件加工工艺分析42.3 零件技术要求分析6第3章零件冲压工艺规程设计73.1 零件毛坯尺寸计算73.1.1 确定修边余量73.1.2 确定毛坯直径73.2 拉深工序的计算83.3 制件排样方案的确定113.3.1 单排排列123.3.2 交叉双排排列133.4 计算工艺力133.4.1 落料工序133.4.2 拉深工序143.4.3 冲预制孔工序163.4.4 翻孔、翻边工序163.5 零件冲压方案的确定173.5.1 确定冲压工艺方案173.5.2 汽车消音器外壳冲压工艺卡17第4章拉深冲孔复合模设计194.1 模具结构分析194.2 拉深凸凹模尺寸及精度设计204.3 冲孔凸凹模尺寸及精度设计214.4 主要模具零件的选用及结构设计224.5 模具装配设计284.6 模具三维装配及仿真30第5章压力机的选用315.1 压力中心的确定315.2 压力机的选择31结论32参考文献33致谢34iv第1章 绪论1.1 本设计的目的和意义噪声污染是环境污染的主要问题之一。在噪声污染中，汽车、火车等产生的交通噪声是很重要的一部分。汽车噪声严重影响人的身体健康。近年来，城市机动车辆增长很快，伴随而来的交通噪声污染环境现象也日益突出。如何采用先进的手段研究、制造汽车消音器零件，减少车辆噪声，已经成为当代城市环保的重要主题之一。汽车消音器外壳属于冷冲压件，我国的模具工业虽然有了很大的发展，但总体看来，技术水平大幅仍落后于工业发达国家。因此，提高自主创新能力，采用高新技术和先进适用技术研究设计高精度、长寿命、复杂的大型模具，对我国制造业的发展十分重要。模具被称为工业产品之母。所以工业的高速发展也离不开模具工业的不断进步。中国模具巿场规模巨大，随着国内模具工业高速发展，技术也获得了较大的飞跃，但是，仍然面对高档模具以进口为主的尴尬局面。提升技术实力，乃是中国模具工业发展的前途所在。随着冲压金属制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业的广泛应用，对冷冲压模具的需求日益增加，冲压模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。因此我选择了模具设计的课题，即设计汽车消音器外壳的模具，需结构合理、能保证制品的精度、表面质量。在设计中要能熟练使用catia、autocad 等机械、模具相关绘图软件。1.2 国内外冲压模具技术的发展现状改革开放使我国的经济进入高速发展的时期，模具的市场的需求量也进一步的增加。模具行业也一直以15%左右的增速在发展。因此带来了模具工业企业的所有制成分的巨大变化，一些国有专业模具厂也如雨后春笋般的建立起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式的快速发展。赋有“模具之乡”的浙江宁波和黄岩地区是现今我国规模最大的两个地方；广东地区也渐渐掀起了开建模具厂的浪潮；其中科龙、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资或是外商独资形式的模具企业现也有几千家。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维cad，并陆续开始使用ug、pro/engineer、i-deas、euclid-is等国际通用软件，个别厂家还引进了moldflow、c-flow、dynaform、optris和magmasoft等cae软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具cad/cae/cam技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；cad/cae/cam技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。而在国外，特别是欧美和日韩等发达地区的模具工业起步较早，拥有比较先进的生产管理技术及经验，值得我们国内模具行业学习和借鉴。在欧美，许多模具企业将高新技术应用于模具的设计和制造，主要体现在：（1）充分发挥了信息技术带动和提升模具工业的优越性；（2）高速切削、五轴高速加工技术基本普及，大大缩减制模周期，提高企业的市场竞争力；（3）快速成形技术和快速制模技术得到普遍应用；（4）从事模具行业的人员精简，一专多能，一人多职，精益生产；（5）模具产品专业化，市场定位准确；（6）采用先进的管理信息系统，实现集成化管理；（7）工艺管理先进、标准化程度高。日本模具加工的未来发展方向主要表现为无人手修模、无放电加工、加工时间缩短、五轴加工等方面。1.3 冲压模具设计制造的发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：（1）全面推广cad/cam/cae技术模具cad/cam/cae技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及cad/cam/cae技术的条件已基本成熟，各企业将加大cad/cam技术培训和技术服务的力度；进一步扩大cae技术的应用范围。计算机和网络的发展正使cad/cam/cae技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。（2）高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。（3）模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的cad数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。（4）电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。（5）提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。（6）优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(tin、tic等)、等离子喷涂等技术。（7）模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。（8）模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。1.4 本设计内容（1）学习材料成形技术、冲压模具设计、参数化设计、零件cad建模尺寸关联技术等知识；（2）完成汽车用消音器外壳零件结构分析及冲压工艺规程设计；（3）完成复合模具部分的零件及装配设计，并进行检验及仿真（4）完成汽车用消音器外壳拉深冲孔复合模参数化设计；得到拉深冲孔复合模具的零件图及装配图。第2章汽车消音器外壳的制造工艺分析2.1 零件的材料汽车消音器外壳是汽车消音器的重要部件，属于冲压件，应选用硬度、塑性、韧性好，易于深冲、拉延和弯曲，且能耐受较高工作温度的材料，故选用08f钢（冲压用钢板中沸腾钢的一种）。表2-1 冲压件的材料力学性能材料抗拉强度b/mpa屈服强度s/mpa伸长率/%断面收缩率/%硬度/hb08f2951753560131图2-1 汽车消音器外壳零件图2.2 零件加工工艺分析对于110mm孔部分有三种成形方法：一是拉深后车削加工；二是拉深后冲切；三是拉深后先冲预制孔，再翻边。如下图2-2所示。此三种方案中，车削的方案质量高，但生产效率较低，且废料，该零件尺寸要求不高，一般不宜采用；冲切方案较车削方案效率高，但冲切后需要增加一道整形工序且质量不易保证；翻边方案生产效率高且省料，翻边端部虽不如以上两种方案好，但由于该零件对这一部分的高度和孔口端部质量要求不高，图中零件的尺寸还是可以保证的。所以，通过综合比较，采用方案三更为合理、合算。（a）方案一（车切线）（b）方案二（冲切线）（c）方案三（冲孔翻边）图2-2 底部成形方案该零件特点是生产批量大，在高温条件下工作，表面不允许有褶皱和划痕等缺陷，是典型的旋转体拉深成形件。从零件的形状分析当中不难看出，它需要经过落料，拉深，冲孔，修边等冲压工序，但它需要几次拉深，冲预制孔以及翻边尺寸如何计算等成为了本次设计的重点和难点。根据零件的结构形状、各工序的变形性质和“弱区必先变形，变形区应为弱区”这一重要原则，前工序要为后工序的变形区成为弱区创造条件，并杜绝前工序削弱后工序的非变形区。故工序顺序安排为：落料拉深冲预制孔内翻边外翻边修边开槽。2.3 零件技术要求分析（1）尺寸精度110尺寸精度为it12，250尺寸精度为it11，零件上其余未注尺寸公差要求为it13。（2）冲裁件端面质量板料厚度为3mm，生产时毛刺允许高度为0.15mm，本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量是可以保证的。（3）产品材料分析08f钢是优质沸腾钢，强度、硬度低，塑性极好。深冲压，深拉延性好，冷加工性，焊接性好。易轧成薄板，薄带、冷变形材、冷拉钢丝。用作冲压件、压延件，各类不承受载荷的覆盖件，渗碳、渗氮、氰化件，制作各类套筒、靠模、支架。（4）生产批量产品的生产批量为大批量生产，适用于采用冲压加工的方法，最好是采用复合模或级进模，这样在保证加工精度的情况下，能极大的提高生产效率，降低生产成本。第3章零件冲压工艺规程设计3.1 零件毛坯尺寸计算3.1.1 确定修边余量制件要有拉深工序，且属于有凸缘的筒形件拉深，凸缘直径为290mm，料厚3mm，由表3-1可知，df/d=290/110=2.63时，选取修边余量=3mm，故修边前实际凸缘直径df=290+3+3=296mm。表3-1 带法兰筒形件的修边余量法兰直径df/mm相对法兰直径df/d0.5111.51.51.31.50.450.530.500.630.580.702.52.80.170.210.100.240.220.27由表3-3可知,极限相对高度h1d1=0.170.21。故hdh1d1，不能一次拉深成形，需进行多次拉深。表3-4 带法兰筒形件第一次拉深时的极限拉深系数m1法兰相对直径dfd毛坯相对厚度td1000.5111.51.52.52.80.340.340.33表3-5带法兰筒形件以后各次的拉深系数拉深系数mn材料相对厚度td1001.00.60.60.30.30.15m20.760.780.80m30.790.800.82m40.820.830.84由表3-4可知，第一次拉深系数：m1=0.34，再由表3-5可得以后各次拉深系数：m2=0.76，m3=0.79，m4=0.82。（2）预算各工序的拉深直径：d1=m1d=0.34342=116.28mmd2=m2d1=0.76116.28=88.37mm110mm故至少需要进行2次拉深。（3）调整各工序拉深系数，使变形合理分配表3-6拉深系数调整极限拉深系数mn调整后的拉深系数mn各工序的拉深直径dnmmm1=0.34m1=0.585d1=3420.585=200mmm2=0.76m2=0.800d2=2000.800=160mmm3=0.79m3=0.688d3=1600.688=110mm（4）重新修正毛坯直径图3-3 毛坯直径修正毛坯直径初步计算：d=d12+6.28rd1+8r2+4d2h1+6.28r1d2+4.56r12+d42-d32 (3-5)其中：d1=94mm，d2=110mm，d3=126mm，d4=296mm，r1=r2=8mm，h=70mm，h1=54mm。故d=43648.8+71740为了保证以后拉深是凸缘不参与变形，宽凸缘拉深件于第一次拉入凹模的材料应比零件最后拉入凹模部分实际所需的材料多5%。并以此重新计算毛坯直径。则：d=43648.81.05+71740=342.89mm因此，圆整后最终取d=343mm。（5）确定各次拉深圆角半径确定第一次圆角半径rd1，当d-d1=143mm，t=3mm时，取rd1=17mm。其后，有rdn=(0.60.9)rd(n-1)，并取凸模圆角半径rpn与凹模圆角半径rdn相等，则：rd1=17mm rp1=17mmrd2=12mm rp2=12mmrd3=8mm rp3=8mm（6）计算第一次拉深高度根据修正后的毛坯直径，计算第一次拉深高度。其中：d=343mm，d1=200mm，d2=160mm，d3=110mm，df=296mm。h1=0.25d1d2-df2+0.43r1+r1+0.14d1(r12-r12) (3-6)=0.252003432-2962+0.4317+17+0=52.16mm故，取h1=52mm。（7）校核第一次相对拉深高度法兰相对直径：dfd1=296200=1.48毛坯相对厚度：td100=3342100=0.87根据以上数据，由表3-3得，极限相对高度h1d1=0.450.53。而h1d1=52200=0.26232.5232.543.5由料厚3mm及表3-7，确定搭边值a=2.5mm,a1=2mm。3.3.1 单排排列（1）单排排样方案如下图3-4单排条料排样图（2）确定条料宽度采用侧压装置，冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸为d=343mm，取条料裁剪公差=1.1mm，故b-0=(d+2a)-0=(343+22.5)-1.10=348-1.10mm (3-8)（3）确定步距指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离。步距可定义为 s=l+a1=343+2=345mm (3-9)式中 s冲裁步距，mm l沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度，mm（4）计算材料利用率=nd2lb100%=43432345348100%=76.96% (3-10)3.3.2交叉双排排列（1）交叉双排排样方案如下：图3-5交叉双排条料排样图（2）确定条料宽度c=(d+a1)2-(d2-a12)2=(343+2)2-(3432-22)2=299.9 mmb-0=(c+d+2a)-0=(299.9+343+22.5)-1.10=647.9-1.10 mm（3）确定步距设取工件数量 n=10+10=20件，则条料长度：l=d2+10d+12a1=3432+10343+122=3625.5 mm（4）计算材料利用率=nd2lb100%=20434323625.5647.9100%=78.67%虽然交叉双排材料利用率较高，但考虑到落料与首次拉深复合，双排的话不易保证加工精度，且模具制造难度较大，综合考虑，最终选用单排排样方案。3.4 计算工艺力3.4.1 落料工序（落料力）平刃冲裁力：f=1.3ltb(n) (3-11)其中，08f钢b=206.5mpa式中：l冲裁件的周长，mm t材料厚度，mmb材料的抗剪强度，mm计算得f=1.3ltb=1.33433206.5=867.8 kn表3-8卸料力、推件力及顶件力系数材料料厚/mmk卸k推k顶钢30.060.080.0450.05由表3-8系数可得：卸料力f卸=k卸f=0.07867.8=60.7 kn推件力f推=k推f=0.045867.8=39.1 kn顶件力f顶=k顶f=0.05867.8=43.4 kn故落料工序力为f1=f+f卸+f推+f顶 =867.8+60.7+39.1+43.4=1011 kn3.4.2 拉深工序（1）压边条件判断为了防止在拉深过程中，制件的边壁或凸缘起皱，应使毛坯（或半成品）被拉入凹模圆角以前，保持稳定状态，其稳定程度主要取决于毛坯的相对厚度td100及以后各次拉深半成品的相对厚度tdn-1100。表3-9是否采用压边圈的条件拉深方法第一次拉深以后各次拉深td100m1tdn-1100mn用压边圈1.50.612.00.61.50.8已知td100=3343100=0.87，td1100=3200100=1.5，td2100=3160100=1.875，m1=0.585，m2=0.800，m3=0.688。根据上表，第一次拉深采用压边圈，第二次及第三次拉深不采用压边圈。表3-10压料力计算公式拉深情况计算公式拉深任意形状的工件q=fq筒形件首次拉深（用平毛坯）q=4d2-(d1+2rd)2q筒形件以后各次拉深（用筒形毛坯）q=4dn-12-(dn+2rd)2q注：f压料面积；q单位压料力；d平毛坯的直径；d1、dn拉深件直径；rd凹模圆角半径。材料为深拉深钢，t0.5mm时，q=2.02.5（mpa），故取q=2.0mpa。表3-11拉深力计算公式拉深件形式拉深工序公式宽凸缘筒形零件第一次fl=d1tbk1以后各次fl=dntbk2式中fl拉深力，n t坯料厚度，mmb材料的抗拉强度，295mpad1、dn拉深件直径，mmk1、kn修正因数表3-12 修正系数k1首次拉深系数m10.550.570.600.62k11.00.930.860.79表3-13 修正系数k2第二次拉深系数m20.700.750.800.85k21.000.900.800.70（2）第一次拉深压边力q1=4d2-(d1+2rd)2q =43432-(200+217)22=98.8 kn当m1=0.585时，由表3-12得，k1=(0.93+0.82)2=0.90故拉深力fl1=d1tbk1=20032950.9=500.5 kn因此，第一次拉深合力为f2=q1+fl1=98.8+500.5=599.3 kn（3）第二次拉深（不采用压边圈）当m2=0.8时，由表3-13查得k2=0.8拉深力（拉深合力）f3=fl2=d2tbk2 =16032950.8=355.9 kn（3）第三次拉深（不采用压边圈）当m3=0.688时，由表3-13查得k2=1.00拉深力（拉深合力）f4=fl3=d3tbk2 =11032951.00=305.8 kn3.4.3 冲预制孔工序由落料工序中的公式求得冲孔力 f=1.3ltb =1.3833206.5=210.0kn卸料力f卸=k卸f=0.07210=14.7 kn推件力f推=k推f=0.045210=9.5 kn故冲预制孔力为f5=f+f卸+f推 =210+14.7+9.5=234.2 kn3.4.4 翻孔、翻边工序（1）翻孔力计算有预制孔的翻孔力按下式计算：p=1.1ts(d-d) (3-12)式中s材料屈服强度，175mpa d翻孔直径，110mm d毛坯预制孔直径，83mm t毛坯厚度，3mm故翻孔力：f6=p=1.1ts(d-d) =1.13175(110-83)=49.0 kn（2）翻外边力计算翻边力按下式计算：p=cltb (3-13)式中b材料抗拉强度，295mpa c系数，一般c=0.50.8 l翻边线长度，20mm t毛坯厚度，3mm故翻边力：f7=p=cltb=0.8203295=14.2 kn3.5 零件冲压方案的确定3.5.1 确定冲压工艺方案根据以上分析和计算，可以进一步明确，该零件的冲压加工包括以下基本工序：落料、首次拉深、第二次拉深、第三次拉深、冲预制孔、翻孔、翻外边、修边、切槽。根据这些基本工序，可拟出如下四种方案：方案一：落料与首次拉深复合，其余按基本工序。方案二：落料与首次拉深复合，第三次拉深与冲预制孔复合，翻孔和翻外边复合，其余按基本工序。方案三：落料与首次拉深复合，第三次拉深、冲孔、翻孔与翻外边复合，其余按基本工序。方案四：采用带料连续拉深或在多工位自动压力机上冲压。分析以上四种方案，可以看到：在方案三中，冲孔、翻孔与翻外边复合时，它们的刃口不在同一平面上，磨损快慢也不一样，这会给修磨带来不便，修磨后保持相对位置比较困难。方案四采用带料连续拉深或在多工位自动压力机上冲压，可获得较高的生产率，且操作安全，但这一方案需要专用压力机和自动送料装置，而且模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，维护费用较高。方案一中虽然没有上述缺点，但其工序复合程度较低，生产率低。而方案二中工序复合程度较高，且工序安排分布较为合理，适用于控制成本的批量生产，故选用方案二。3.5.2 汽车消音器外壳冲压工艺卡工序工序名称工序草图所用模具1下料2落料、拉深落料拉深复合模3第二次拉深拉深模4第三次拉深、冲孔拉深冲孔复合模5退火、酸洗6翻孔、翻边内、外翻边复合模7修边8切槽切槽模第4章拉深冲孔复合模设计4.1 模具结构分析冲压模具，是在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。根据工序组合程度可分为单工序模、复合模、级进模和传递模。其中，单工序模是指在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具；复合模是只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具；级进模（也称连续模）指在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具；传递模则是综合了单工序模和级进模的特点，利用机械手传递系统，实现产品的模内快速传递，可以大大提高产品的生产效率，减低产品的生产成本，节俭材料成本，并且质量稳定可靠。其中，复合模由于不受送料误差的影响，因而具有许多优点：工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生产；模具结构紧凑，要求压力机的工作台面的面积较小等。多用于成批、大批大量生产。根据落料凹模在模具中的安装位置，复合模可分为正装式和倒装式两种：落料凹模在下模布置的，称为正装式复合模；落料凹模在上模布置的，称为倒装式复合模。表4-1 复合模正装和倒装比较序号正装倒装1对于薄件能达到平整度要求平整度不高2操作不方便、不安全，孔的废料由打棒打出操作方便，能装自动拔料装置，既能提高生产效率又能保证安全生产，孔的废料通过凸凹模的孔从下面漏掉3废料不会在凸凹模内堆积，由打棒打出，可减少孔内废料的张力，利于凸凹模减少壁厚废料在凸凹模中积聚，凸凹模要求有较大的壁厚来增加强度4装凹模的面积较大，有利于复杂制件用拼块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板本文主要设计第三次拉深与冲预制孔的复合模，通过比较复合模正装和倒装，考虑到制件的结构特点以及废料的处理方式，决定采用倒装式复合模。4.2 拉深凸凹模尺寸及精度设计不用压边圈拉深时，凸、凹模的单边间隙为c=(11.1)tmax故,取c=1.1tmax=3.3mm。因为工件要求内部尺寸，所以以凸模尺寸为基准，计算公式如下：拉深凹模刃口：dd=(d+0.4+2c)0+d (4-1)拉深凸模刃口：dp=(d+0.4)-p0 (4-2)式中dd凹模尺寸，mmdp凸模尺寸，mmd拉深件内部基本尺寸，mm c凸、凹模单边间隙，mmd凹模的制造公差，mm p凸模的制造公差，mm拉深件基本尺寸d的公差，mm表4-2 圆形拉深模凸凹模的制造公差（mm）材料厚度制件直径的基本尺寸105050200dpdp2.50.130.0850.150.1003.50.150.1000.180.120查表4-2，得圆形拉深凸、凹模的制造公差d=0.165 mm，p=0.110 mm，再取公差=0.3 mm，d=110-3=107 mm。故，凹模尺寸：dd=d+0.4+2c0+d=107+0.40.3+23.30+0.165=113.720+0.165mm凸模尺寸：dp=(d+0.4)-p0=(107+0.40.3)-0.1100=107.12-0.1100 mm4.3 冲孔凸凹模尺寸及精度设计冲孔时首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小间隙zmin。其计算公式如下：冲孔凸模刃口：dp=(d+)-p0 (4-3)冲孔凹模刃口：dd=(dp+zmin)0+d (4-4)式中dp、dd冲孔凸、凹模刃口尺寸，mm d冲孔工件孔径的基本尺寸，mm系数zmin最小合理间隙值（双面）表4-3 金属材料冲裁间隙值（mm）材料抗剪强度b/mpa初始间隙（单边间隙）（c/t）/%1类2类3类低碳钢2104003.07.07.010.010.012.5查表4-3，取2类间隙7.010.0，则双面间隙z=t(7.010.02100) mm故zmin= 3(7.02100)=0.42 mmzmax=3(10.02100)=0.6 mmzmax-zmin=0.6-0.42=0.18mm表4-4 规则形状冲裁凸凹模的极限偏差（mm）基本尺寸凸模极限下偏差p凹模极限上偏差80120-0.0250.035再由表4-4，得p=-0.025 mm，d=+0.035 mm。d-p=0.025+0.035=0.06zmax-zmin故满足工作要求。冲孔凸模：dp=(d+)-p0=(83+0.50.3)-0.0250=83.15-0.0250 mm冲孔凹模：dd=(dp+zmin)0+d=(83.15+0.42)0+0.035=83.570+0.035mm在一般情况下，凸模的强度是足够的，不必进行强度校核。4.4主要模具零件的选用及结构设计（1）冲孔凸模冲孔凸模结构为圆柱头直杆圆凸模，材料选用cr12，其长度由模具结构而定，确保当拉深完成后，凸模刃口应深入冲孔凹模内部一定长度，因此l凹模=h凸模固定板+推杆间隙+h上卸料块+深入长度 =25+3+58+9=95 mm其具体尺寸如图4-1所示。图4-1 冲孔凸模（2）拉深凹模凹模材料选用cr12，其内孔尺寸通过计算而定，考虑到拉深高度为70mm，以及凹模内部装有上卸料块，确定拉深孔深为72mm，略大于拉深高度，当上模座上行时，卸料块底部应该与凹模底部持平，从而对拉深件底部有一定的压件作用，故确定凹模高度为130mm。其具体尺寸如图4-2所示。图4-2 拉深凹模（3）弹性元件本模具中选择橡胶作为弹性元件，其许用负荷比弹簧大，安装调整也很方便，因为是卸料、顶件，所以采用普通橡胶。橡胶的自由高度： h=100l2-1 (4-5)式中 h橡胶高度，mm l工作行程，或橡胶在工作时的压缩量，mm1橡胶预压量(%)2工作行程末的橡胶压缩量(%)对于普通橡胶，取1=10%，2=45%，则有 h=1007045-10=200 mm 即当橡胶压缩时，h压缩=20055%=110 mm。因为其内由螺钉穿过，与其上的定位顶尖器连接，所以选择空心圆柱结构，内孔直径14 mm，取d=d2+1.27fq (4-6)式中 f橡胶承受的压力，n q橡胶的单位压力值，mpa考虑到橡胶所承受的压力是由定位顶尖器所传递的，而定位顶尖器受到的力只在顶部的一圈圆环上，为方便计算，可算是拉深力15，且有4个橡胶圈，取q值为3 mpa，故：d=142+1.27305800543=81.66 mm 这里取d=85 mm。（4）定位顶件器定位顶件器材料选用q235钢，同时起到加工件冲压前的定位和冲压后的顶出作用，其底部与橡胶连接，因而在竖直方向上有一定的移动范围，由于其套在凸凹模上，为保证上下移动顺利，内孔直径应比凸凹模外径略大，且要求其内壁光滑，不会对凸凹模外壁造成刮伤。故其结构如图4-3所示：图4-3定位顶件器（5）凸凹模凸凹模是复合模中的一个特殊零件，因为凸凹模要同时和凸模以及凹模相配合，因此其壁厚有一定的强度要求，即应满足最小壁厚，其值可由表4-5确定。凸凹模材料选用cr12，其作用是分别与拉深凹模及冲孔凸模相配合，完成零件的冲压变形，底部通过凸凹模固定板与下模座相连接，安装时应注意保持其轴线的垂直度要求。其具体尺寸如图4-4所示。表4-5复合模最小壁厚制件材料材料厚度 t0.50.60.81低碳钢(0.81.0)t(1.01.2)t(1.21.5)t图4-4凸凹模（6）模柄模柄的作用是固定上模座于压力机滑块上，使模具的压力中心与压力机的压力中心保持一致。因此模柄的长度不得大于压力机滑块里模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔一致，常见的模柄类型有五种：整体式、压入式、螺纹旋入式、凸缘式和浮动式。本模具采用的是凸缘式模柄，结构如图4-5所示：图4-5模柄（7）上模推件装置上模座推件装置由打杆、推板、推杆及上卸料块共同组成，当拉深冲孔之后，上模座上行，拉深件可能会嵌在凹模内，此时打杆下行，通过推板和推杆将力传递给上卸料块，从而使制件顺利从凹模内脱落。（8）选用标准模架模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，有多重模架类型，如：后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料的定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面来进行综合考虑。基于加工零件的尺寸，选用冲模滑动导向四导柱模架，其他模具零件外形尺寸都由此而定。图4-6上模座表4-6模具的尺寸选择名称尺寸/mm材料规格上模座50040055ht200gb/t 2855.1下模座50040065ht200