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五金-冲大小垫圈复合模[含CAD图纸+文档],含CAD图纸+文档,冲大小垫圈复合模,CAD 图纸,CAD图纸+,CADCAD,cad图+复合模

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湖南科技大学毕业设计说明书湖南科技大学毕 业 论 文论文题目 冲大小垫圈复合模学科、专业 机 械 制 造 及 其 自 动 化 姓名 贺建平 指导老师及姓名 钱书琨 教 授 . 摘要：模具是制造业的重要工艺基础，在我国模具制造属于专用设备制造业。本设计是空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计，冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的高低。选用材料时应考虑模具的工作特性，受力情况，冲压件材料性能，冲压件的精度，生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素。冲床的选用主要是确定冲床的类型和吨位。板料冷冲压加工是机械加工的一个重要组成部分。它应用十分广泛。但由于传统的加工存在着冲压工艺方案选择不合理、冲压间隙选择过大，压力机不相匹配等问题。本文就以空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计主要介绍了冲压模具设计的全过程：1. 经工艺分析工艺计算，间隙值的选择，确定了该设计工艺流程及冲模结构形式。2. 同时对所设计的模具分别进行了分析说明，3. 对压力机做出了合理的选择，4. 整个过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配图和个别零件图。 关键字：冲压模；空气滤清器壳；冲裁间隙；冲压工艺。Abstract: Board material cold to press , it processes to be machined one important component. It is very extensive that it employs . But because the choice with unreasonable choice and pressing the interval that traditional processing is pressing the craft scheme is too big, question of matching of the press. etc. This text presses The automobile rim falls the materal drawing compound mold with the main introduction of mold design to the clutch housing:1. Calculate by analysis , craft by craft, interval choice of value, confirm this design technological process and structural form of trimming die. 2. Analyzed separately to moulds designed that explain at the same time ,3. Having made the rational choice to the press,4. The whole course adopts AutoCAD software to draw the two-dimentional installation diagrams and specific part pictures of the mould . Key word: Press the mould ；automobile rim； the interval of blanking；press the craft。1一 序 言 冲压技术概述冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。12 冲压技术的发展趋势进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM），发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济。. 1-3 一般人在参观现代人化的工厂时，都不大注意参观冲压车间，往往觉得冲压车间不过是通过许多发着噪声的庞大机器的组合体，从成卷的钢带上生产出一个个零件而已，他们更感兴趣的是那些常常被称为“自动化”的比较新的加工方法和生产制造工艺。 数控就是一个突出的例子。然而，数控对于现代化制造业的贡献及其应用的广泛程度与冲压技术相比，却是微不足道的，无论是在洗衣房，还是在厨房，冲压零件无处不在。如果没有冲床及其相关设备，如果没有压印金属零件的技术，汽车就会贵得使普通人根本买不起，罐头起子也不会象现在这样便宜。 冷冲压是一种金属压力加工方法，它是在常温下利用冲模在压床上对金属板料施加压力，使其分离或变形，从而得到一定形状零件的加工方法，它是建立在金属材料塑性基础上的一种工艺。 冷冲压技术是一种先进的金属加工方法，它有以下特点： 1 它是无屑加工； 2 所用设备是冲床； 3 所用的工具是各种形状的冲模； 4 所用的原料多为金属或非金属冷冲压与其他加工方法比较,在技术上、经济上有许多优点：在压床简单冲压下，能得到形状复杂的零件，而这些零件用其他的方法是不可能或者很难得到的。制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，而且有一定精度，具有互换性。在耗料不大的情况下，能得到强度高、足够刚性而重量轻、外表光滑美观的零件。材料利用率高，一般为7085。生产率高，冲床冲一次一般可得一个零件，而冲床一分钟的行程少则几次，多则几百次。同时，毛坯和零件形状规则，便于实现机械化和自动化。冲压零件的质量主要靠冲模保证，所以操作方便，要求的工人技术等级不高，便于实现组织生产。在大量生产的条件下，产品的成本低。冷冲压的缺点是模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中受到限制。另外，冲压件的精度决定于模具精度，如零件的精度要求过高，用冷冲压生产就难以达到。 故可知，冷冲压制品所得零件具有表面质量好，质量轻，成本低的优点，是一种经济的加工方法。我们现在所达到的生活标准，在很大程度上应归功于金属冲压制品，冲压技术及工厂里与其有关的设备，仍然是我们的面包和黄油，是不可缺少的。 本说明书将着重介绍设计“冲压大小垫圈”的模具全过程，主要包括零件的结构分析及工艺性分析，模具类型及结构形式的选择以及与之相关的零件设计和计算分析。 二 设计任务及产品图课题名称：“冲压大小垫圈”的模具设计的主要内容 根据图纸所给的产品形状，经过计算和分析，确定适当的模具结构形式和制品成型的自动程度，设计一幅满足工艺条件和使用要求的模具。设计要求及任务根据相关资料，尽量设计出结构简单和标准化的模具。制品要求从一块板料上冲出三个大小不同的垫圈，且要求废料少，材料的利用率高。模具的公差等级为78。画出模具的装配图及非标准零件或标准件需加工的零件图。产品图（见图1、零件图上） 三 产品的工艺性分析由产品图可知，该产品为对称结构，且厚度均匀，而三个垫圈的结构尺寸有一定联系，即大垫圈的内径与小垫圈的外径相近，故完全可以从一块板料上制得。 从图1可知，该产品的公差等级为11级，且要求无刺边。 四 冲压零件的工艺方案拟定由零件的工艺特性及产品图可知，冲压该产品有两种工艺方案可供选择。 方案一：将产品从板料上由小到大冲压，即先冲最小垫圈的内径，再冲出小垫圈（也就是冲中型垫圈的内径），其次冲出中型垫圈，最后冲出大垫圈。方案二：一次完成三个垫圈的冲压 无论方案一还是方案二，都会使垫圈的内外径扩大或缩小，然而根据使用的要求，其垫圈的内径只能有适当扩大，而外径扩大和缩小一点点均可。五 模具类型及结构形式的选择 根据冲压零件的工艺方案可知，其模具的类型有两种供选择。 类型一：连续模 类型二：复合模 因连续模具有结构复杂和成本高，不适合设计要求，故应选复合摸其优点如下：（1）冲件精度比较高，不受送料误差影响，内外形相对位置零件一致（2）冲件表面叫平直。（3）适宜冲簿料件，也适宜冲脆性或软质材料。（4）可以用充分利用短材和边角材。冲模面积小。其初定结构如图2所示，显然这是一套倒装复合模。 六 排样及裁样的方法1、排样 根据材料的经济利用，同时又考虑冲裁件的质量，故采用少量废料排样，如图3所示。（总装配图上） 2、裁样的方法 板料的规格选用2mm 600mm 1200mm,为了操作方便，采用条料单排，由排样图可知搭边值a=1.5mm、a1=2mm,则送进距：A=D+a1=90+2=92(mm)： 条料宽度：B=D+2a=90+2 1.5=93(mm)I、纵裁法： n1=1200/93=12 n2=600/92=6则材料的利用率为=12( /4)614.526001200100=61.9 横裁法: n1 =1200/92=13 n2 =600/93=6则材料的利用率为: =13( /4) 614.526001200100=67.1由于横裁法的材料利用率高,故采用横裁法裁料。七 工序压力计算及压力机的选择 根据产品见图1表1-24得： =340373Mpa, 取=343Mpa1、冲裁力计算： F落=1.3 dt =1.33.14502343 =252022.68(N) F孔=1.3 dt =1.33.14502343 =140012.6(N) F孔=1.3 dt =1.33.14282343 =78407.056(N) 其相关数据见下表：公称压力：/KN800发生公称压力时滑块距下死点距离/mm9 滑块行程 /mm130最大封闭高度固定和可倾式 /mm380活动台位置最高 /mm480最低 /mm240封闭高度调节量 /mm100滑块中心到床身距离 /mm290 工作台尺寸左右800前后540工作台孔尺寸前后380左右210直径260立柱间距 /mm380活动台压力机滑块中心到床身紧固工作台平面距离/mm270模柄孔尺寸（直径深度） /mm6075工作台板厚度 /mm100垫板厚度 /mm100倾斜角（可倾式工作台压力机）30行程次数 次/分钟605、压力中心的确定由产品图可知，冲裁件对称，故其压力中心为其对称中心，即冲裁件垫 圈的圆心。 八 凸凹模刃口尺寸的计算在1附表15，查得相关参数见下表：基本尺寸极限偏差公差等级900-0.301250+0.1601128+0.10011 =8 九 模具零件的选用设计及必要计算 一工作零件凸模 1、凸模的构造及固定方法，由零件图可知，其外形为圆形，为增加凸模的强度与刚度而做成台阶式，同时为了使于其固定，且配合为H7/m6,并采用机械固定。2、凸模尺寸确定，根据1及本模具结构，可知其长度为凸模固定板的厚度h1、附加长度h2与推件厚度h3之和，则h11.5d=1.514.5=26.75取h1=h2通常取1520mm=h1+h2+h3=683、凸模强度校核由公式14-2） dmin4t/c(mm)式中dmin凸模最小直径c凸模材0料的许用应力（Mpa）,对一般工具钢，凸模淬火硬度HRC为5862时，取10001600Mpa,如有良好导向可取20003000Mpa。t-材料厚度-材料的抗剪强度（Mpa）查1表124，其=588（T10A） 故dmin4.7,而计算刃口尺寸大于dmin,所以凸模设计满足要求，其相关尺寸及结构见图4（零件图上第10页） 凹模 由于冲裁件的外形为圆形，另为了使在修模后刃口尺寸不变且刃口强度高，所以采用圆柱形洞口，根据经验公式（ H=kb=0.02890=25.2式中：b冲裁件最大外形尺寸（mm） k系数。见图2表220取H为33凹模的固定方法，采用螺钉固定其结构如图5所示（零件图第13页 凸凹模根据本模具结构冲裁特点，需采用三个凸凹模，从强度考虑，壁原受到最小的限制，由表221得选用本模具的经验数据，如下表：料厚最小壁厚最小直径D24.921 由零件尺寸可知，其凸凹模完全满足相应要求，为了便于固定，故做成台阶式，其相关尺寸，如图6、7、8所示。（零件图第14、15、22页） 二定位零件 冲模的定位零件是用来保证材料的正确送进及在模具中的正确定位由本模具是冲裁条料，故导向零件用导料销，保证进距的则用档料销定位。 导料销，为了保证板料准确到位，采用两个导料销，根据进料方向（从右向左）且导料销装在后侧，另外导料销为标准杆，按GB 286、11-8.1，可洗用A型，如图9所示。 档料销 由本模具结构，选用弹簧弹顶档料销，如图10所示，按GB 286.11-8.1，由5表1933得，相关数据，见下表：DDd1lL基本尺寸极限偏差10-0.040-0.0762182032其弹簧规格为：1.61230 卸料装置与推件装置 弹压卸料板1、卸料与凸凹模弹边间隙为:a=(0.10.2) t=0.20.4 取a=0.32、弹簧的选用与计算初定弹簧个数n=6,而P卸=11341 (N)则每个弹簧所要承受的力为:P0=11341/6=1890(N)查1表1139,则可知选用65Mn圆钢丝弹簧,其规格为24号,相关数据见下表:D(mm)D(mm)F2(mm)f(mm)H(mm)P2(N)40821.32.51953100则弹簧的欲压缩量Fb=P0F2/P2 =310021.3/3100=13Fw=1t=3(mm)取修磨量 Fg=5(mm)则弹簧实际所需最大压缩为:F1=F0+Fw+Fg=13+3+5 =21(mm)21.3(mm)所以所选弹簧基本满足要求3、卸料螺钉的选择由公式d= (摘自1P350)式中: P-冲载力 n-螺钉个数(一般取偶数) -极限强度取n=6,材料为45纲,则 =610Mpa,又P=511046(N)d=6.67按GB 2867.6-81, 查1表1114,得相关数据见下表:dd1ILDHD2D1D2Stbcc1rr110M8107015106.29.89.28521.20.50.5-1故卸料板的设计如图11所示。（零件图第21页）、推荐装置 由于本模是一次性冲三个垫圈，由于其结构可知，协定模均要推件装置，考虑使干预件块由带螺纹孔（便于今后修模和更换配件）的圆柱销立、连接，二推荐快由带螺纹孔（便于今后修模和更换配件）的圆柱销连结，二推件相关尺寸见图12，13。（2）顶板；其结构及尺寸见图142、弹件顶件装置（1）推件快：根据相关尺寸结构，其数是为1，基本尺寸见图15选用氨脂弹性，由推件力F推=6700N， 按GB2867.9-81，查1表147，相关数学，如图16所示。 四模架及导向装置I、模架由凹模外经尺寸（150）可知，模架的凹模周边为DO=160，按GB255.6-81,在6表194查表: 上模座16016045 下模座16016055由于模架的最大高度小于压力机的最小闭合度,故将上下模座适当加厚,其相关尺寸见图片17,18(零件图第6，18页) 、导向装置 1，倒柱：按GB2661.6-81,在1表1115查得, 2，倒套：按GB2881.6-81,现选用A型,采用低熔点合金固定。 五固定与支承零件I、 螺钉选用凸缘模柄，用3个螺钉固定在模座的窝孔内，按GB2862.3-81,在表1表1129查的相关数据,见图20(零件圈第8页) 、固定板与垫板1、 固定板:主要作用是在凹凸模固定在模板座上,其平面轮廓尺寸,除保证凹凸模按装外,还应考虑螺钉与销钉孔的位置,形式有圆形和矩形两种,一般取其厚度为凹模厚度的608,采用过渡配合(H7/m6),压装后端面要磨平,以保证冲模的垂直度。由于上述条件，现确定相关尺寸，见图21、22。2垫板：其作用是在直接承受和扩散改工作零件传递压力，保护模座，以免被压陷，其作用一般取412mm,现取H=10，故垫板的设计尺寸及结构，如图23（所示零件图P4。20）、紧固件1、 螺钉为了使于安装，本模具的螺钉选用圆柱头内六角螺钉，其规格按GB119-76，在1表1135查得相关数据如下表所示DDHS I L0 8 125 8 6 25 25 55 20 10 15 108 80 202、 圆注销按GB119-76，在表1138查得，数据见下表D C L 10 30 10 70 8 110六其他零件导筒 根据漏料孔及其他尺寸，设计如图24托板 由导筒及橡胶的尺寸，设计如图25顶杆 根据模柄内径及顶板尺寸，现设计相关尺寸，见图26螺母 按GB 53-76， 在1表1139查得dSDH243236.910名称材料热处理硬度上模座HT200HRC2832下模座HT200HRC2832凸模Cr12Mo淬火HRC6062凹模A3淬火HRC5860凸凹模Cr12Mo淬火HRC6062固定板45HRC4348卸料板HT200HRC4348导套20渗碳淬硬HRC5660导柱20渗碳淬硬HRC5660顶件板A3HRC4348螺钉A3头部淬硬HRC3540托板HT20弹簧65Mn顶杆45HRC4348顶板40垫板45淬硬HRC4348圆柱销45淬硬HRC4348固定导筒45HRC2832橡胶垫圈聚氨脂卸料螺钉45HRC3540档料销45HRC4348定位销T10A淬硬HRC5054模柄A3HRC4348十一 小结本着综合系统的熟悉模具设计要求，步骤，模具结构及行业从设计、造模、生产全过程的特点 ，培养独立完成一项设计任务的能力的目的，我经过近两个月的认真分析设计，在老师的指导下设计出这套冲大垫圈复合模，在设计中我充分考虑模具的生产适用性，对模具各部位的结构、性能及工作原理，都有了较为明确的慨念，在设计中过程中，我体会到以下几点对模具设计工作者的重要性。 1、在保证产品质量和效率的情况下，要尽量简化模具结构，以降低成本。 2、模具中零部件材料选用适当，尽量做到既经济又适用。 总之，毕业设计对我来说是一次很好的锻炼机会，怎样做到熟能生巧，怎样做到得心应手，还要求今后多练习、多总结 十二参考资料 1实用冲压模具设计手册 郑可皇 宇航出版社出版1990.5月 2冷冲工艺与模具设计 刘湘云 航空工业出版社 1994年8月 3模具实用技术设计综合手册 王 树 勋 华南理工大学 1995年6月 4冲压手册王孝培 机械工业出版社 1983年11月5冷冲压及塑料模设计手册6 6冲压及塑料伐型工艺与模具设计资料 虞 传宝 机械工业出版社 1992年12月毕业设计（论文）答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： 1 摘要： 模具是制造业的重要工艺基础，在我国模具制造属于专用设备制造业。本设计是 空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计，冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的 高低。选用材料时应考虑模具的工作特性，受力情况，冲压件材料性能，冲压件的精 度，生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素。冲床的选用主要 是确定冲床的类型和吨位。板料冷冲压加工是机械加工的一个重要组成部分。它应用 十分广泛。但由于传统的加工存在着冲压工艺方案选择不合理、冲压间隙选择过大， 压力机不相匹配等问题。本文就以空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计主要介绍了 冲压模具设计的全过程： 1. 经工艺分析工艺计算，间隙值的选择，确定了该设计工艺流程及冲模结构形 式。 2. 同时对所设计的模具分别进行了分析说明， 3. 对压力机做出了合理的选择， 4. 整个过程采用 AutoCAD 软件绘制模具的二维装配图和个别零件图。 关键字：冲压模；空气滤清器壳；冲裁间隙；冲压工艺。 Abstract: Board material cold to press , it processes to be machined one important component. It is very extensive that it employs . But because the choice with unreasonable choice and pressing the interval that traditional processing is pressing the craft scheme is too big, question of matching of the press. etc. This text presses The automobile rim falls the materal drawing compound mold with the main introduction of mold design to the clutch housing: 1. Calculate by analysis , craft by craft, interval choice of value, confirm this design technological process and structural form of trimming die. 2. Analyzed separately to moulds designed that explain at the same time , 3. Having made the rational choice to the press, 4. The whole course adopts AutoCAD software to draw the two-dimentional installation diagrams and specific part pictures of the mould . Key word: Press the mould ；automobile rim； the interval of blanking；press the craft。 2 目目录录 1 前言前言.4 11 冲压技术概述4 12 冲压技术的发展趋势5 2 冲压工艺分析冲压工艺分析.6 21 零件材料的分析6 22 零件工艺性能分析6 23 确定工艺方案与模具形式6 24 冲压工序数确定7 25 模具类型的确定8 26 工艺方案分析8 3 3 模具结构型式的确定模具结构型式的确定.10 4 4 部分工艺参数计算部分工艺参数计算.10 41 毛坯尺寸计算：10 42 反拉深次数计算13 5 5 各部分工艺力计算各部分工艺力计算.13 51 反拉深力13 52 顶件力14 53 冲栽力14 6 6 凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算.16 61 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的计算16 62 冲孔凸、凹模刃口尺寸及公差的计算.17 63 冲孔凸模的设计19 631 凸模的结构设计三原则.19 632 凸模的尺寸计算.20 633 凸模的结构形式.21 64 拉深凹模的设计23 64. 1 拉深模的凹模圆角半径20 642 拉深间隙.20 65 凸凹模的设计.25 651 凸模的结构设计.20 652 拉深凸模结构.20 7 7 压力设备选择压力设备选择.27 8 模具设计模具设计.28 9 模具其他零件设计及计算模具其他零件设计及计算.28 3 91 冲模的导向装置28 91. 1 无导向冲栽条件 .29 91. 2 导板导向 .29 91. 3 模架的导向 .29 92 模架的类型及应用29 93 定位装置30 94 卸料装置30 94. 1 固定卸料装置的形式 .29 94. 2 固定卸料板的固定方式 .29 95 推件装置的设计30 95. 1 推件板的结构形式 .29 95. 2 推件板的尺寸与公差 .29 95. 3 推件板的极点位置 .29 95. 4 打杆与打板的设计 .29 96 模柄的类型与选择29 97 凸模固定板29 98 垫板29 99 紧固件29 910 定位销29 10 模具的装配模具的装配.38 101 复合模的装配29 102 凸、凹模间隙的调整29 11 凸凹模制造的工艺过程凸凹模制造的工艺过程.37 10 模具的总装配图模具的总装配图.38 1111 设计总结设计总结.40 1212 致谢致谢.41 13 参考文献参考文献.42 4 1 前言前言 11 冲压技术概述 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离， 从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加 工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有 6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、 油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器 仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带 有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级， 且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷 冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲 压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好， 生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是 使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料 在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序 综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀； 表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高； 屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验 5 材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本 和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大 量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少 冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批 量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机 为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程 序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料 等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。 12 冲压技术的发展趋势 进入 90 年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。 21 世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。 冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、 成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数 字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复 杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。 注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节 向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。 对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至 构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。 冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、 个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。 重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接 制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。 深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应 用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的 适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的 直接指导作用。 制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复 合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发 展和改善冲压成形技术。 在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM） ，发展高精度、 6 高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速 换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。 推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS） 、多工位高速自动冲压机以及智能机器 人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。 精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得 到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更 经济。 2 冲压工艺分析冲压工艺分析 2 21 1 零件材料的分析 冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、 级进模等各种模具。设计这些模具时，首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进 行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺，设计冲压模具前，必须要了解 和掌握材料的一些力学性能，以便设计。现将空气滤清器壳零件材料为 10 号钢的力学性能主要 参数及其概念叙述如下： （1）应力：材料单位面积上所受的内力，单位是 N/mm ，用 Pa 表示。10 Pa=1MPa；1MPa = 2 6 1N/mm ；10 Pa = 1GPa。 2 9 （2）屈服点 s：材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是 N/mm 。弯曲、拉深、成形等工 2 序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取 s = 210 MPa。 （3）抗拉强度 b。材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是 MPa。b = 340MPa。 （4）抗剪强度 b。材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是 MPa。取 b = 255333MPa。 （5）弹性模量 E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变 形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。E = 194 x 10 MPa。 3 （6）屈服比 s/b。是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形 区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小， 有利于提高成形极限。 （7）伸长率 。在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量 7 与原长度之比称为伸长率，其数值用“”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得， 材料为 10 号钢的伸长率 =31。 综上所述，对空气滤清器壳零件材料 10 号钢的力学性能分析，主要是为了便于模具设计中 各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。 2.22.2 零件工艺性的分析 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括 备料冲压加工工序必要的辅助工序质量检验组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点 要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同 一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义 也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 该零件为空气滤清器壳，结构简单，对称，是典型的冲压件。在冲压过程中要注意控制冲载 程度，加工时，根据零件的结构，形状等一些技术要求，应考虑以下几点： （1）凸、凹模间隙的决定：对于断面垂直度、尺寸精度要求不高的零件，在保证零件要求的前 提下，应以降低冲载力，提高模具寿命为主，采用大间隙；对于断面垂直度、尺寸精度要求较高 的零件，应选用较小的间隙值。间隙 Z=2t(1-h/t)tan。 （2）考虑模具刃口钝利情况：当模具刃口磨损成圆角变钝时，刃口与材料接触面积增加，应力 集中效应减轻，挤压作用大，延缓了裂纹的产生，制件圆角大，光亮带宽，但裂纹发生点要由刃 口侧面向上移动，毛刺高度加大，即使间隙合理，也仍会产生毛刺。 根据零件图，初步分析可以知道空气滤清器壳零件的冲压成形需要多道工序才能完成，进行 反拉深，形成外形尺寸形状，其次冲孔。 综上所述，空气滤清器壳由原始毛坯冲压成形应包括的基本工序有：反拉深，冲孔复合模等。 2.3 确定工艺方案和模具形式 在冲压分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲 压工艺方案，内容包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，有时同一种冲压零件也可 能存在多个可行的方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量生产效率，设备占用情况，模 具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低，生产成本，操作方便与安全程度等方面进行综合分 析、比较，确定出适合于现有生产条件的最佳方案，故在一定的条件下，以最简单的方法，最快 的速度，最少的劳动量，最少的费用，可靠的加工出符合图样各项要求的零件，在保证加工质量 的前提下，选择经济合理的工艺方案。 确定工艺方案及模具形式： 1、根据对冲压零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定冲压所需的基本 的工序，反拉深，冲孔复合。 8 2、根据初步工艺计算，确定工艺数目，如冲压次数等。 3、根据个别工序的变形特点、质量要求等确定工序顺序。 一般可按照下列原则进行： 1） 、对冲带孔的或有缺口的冲裁件，如选用简单模，一般先落料，再冲孔或切口，使用级进 模，则先冲空孔或切口后落料 2） 、对于到孔的拉深件，一般先拉深，后冲孔，但孔的位置在零件底部且孔径尺寸要求不高 时，也可先冲孔后拉深。 3） 、对于形状复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先形成内部形状，再拉深外部形状。 4） 、整形或校平工序，应在冲压件基本成型以后进行。 4、根据生产批量和条件（冲压加工条件和模具制造条件）确定工序组合。生产批量大时， 冲压工序应尽可能组合在一起，用复合模具；小批量生产用单工序简单模。 由于离合器冲压成形需要的多道工序完成，因此选择合理的成形工艺方案十分重要，考虑到 生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率，降低生产成本。 要提高生产成本，应该尽量选择合理的工艺方案，选择复合能复合的工序，但复合程度太高， 模具的结构复杂，安装调试困难，模具成本高，同时可能降低模具的强度，缩短模具寿命。 根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序，为了提高生产率，保证模具结构简单，冲 压件尺寸稳定、精度高，冲压该零件的基本工序为反拉深，冲孔复合模。 图 1.1 所示为空气滤清器壳零件，材料为 10 号钢，厚度为 t=2mm，大批量生产。而冷冲压 是一种先进的金属加工方法，这是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具与冲压设备对板料金 属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。冷冲压和切削加工相比较，具有生产率高，加工 成本低，材料利用率高，产品尺寸精度稳定，操作简单，容易实现机械化和自动化等一系列优点， 特别适合大批量生产，因此，此零件的生产选用冲压加工较为经济合理。 图 1.1 空气滤清器壳 9 24 冲压工序数确定 由零件图（1.1） ，冲压开始，毛坯材料应先进行落料工序，通过计算初步确定毛坯的外形尺 寸，落料件为圆形，压力中心在圆心上，为典型的落料；落料之后包括了正拉深、反拉深、冲孔、 等工序；进行拉深时，须用经验公式计算拉深系数 m，判断是否可以一次拉深成形，通过验算可 知此零件可以一次拉深成形；然后在冲中心孔，综上可知，冲压此零件主要有以下几个基本工序： （1） 落料； （2） 正拉深； （3） 反拉深； （4） 冲中间孔； 25 模具类型的确定 冲压生产的模具制造费用比较高，占冲压件总成本的 10%30%，甚至更高，所以采用冲压 加工的生产方式，必须视生产批量决定采用何种模具形式，由表 2-82：生产批量与模具形式之 间的关系，参考知，此工件为大批量生产，如果采用单工序模，虽然单工序模具有结构简单，操 作安全方便，模具使用寿命高，成本低等优点，但最主要是工序数较大，生产批量大，形状较为 复杂，采用单工序模很难达到精度要求，且生产率低，位置误差较大，故不采用单工序模；所以 模具形式采用级进模与复合模较为合理，显然此工件满足冲压工艺的要求，成形时包括了落料、 反拉深、冲孔、压筋等工序，整形与车边采用专用模具与车床进行，且工件体积较大，拉深与压 筋都比较容易实现，但由此工件的形状分析知不适合采用级进模。通过表 2-92单工序模、级进 模与复合模的比较，综合考虑各种生产成本和经济性，确定此工件的冲压成形模具采用复合模具。 26 工艺方案分析 采用落料拉深冲孔复合模，而本人要做的是毛坯已经是落料正拉深之后的零件了，所以工艺 方案为反拉深冲孔复合模。 3 3 模具结构型式的确定模具结构型式的确定 通过以上工艺分析与工艺方案的确定，选定模具种类：落料模，拉深模，冲孔模等，而落料 与正拉深复合，反拉深与冲孔复合，整形为一套模具，总共为二套模具，本设计只设计其中的反 拉深与冲孔复合模具，综合上面的分析，画出模具的结构草图： 10 ?50 H7 r6 ?35 H7 h6 ?35 H7 r6 ?16 H7 m6 ?16 H7 m6 ?81 H7 h6 ?16 H7 h6 ?99 H7 h6 ?8 H7 h6?8 H7 h6 4 4 部分工艺参数计算部分工艺参数计算 41 毛坯尺寸计算： 尺寸不变原理 拉深前和拉深后材料的体积不变；对于不变薄拉深因假设变形 中材料厚度不变，既拉深前毛坯的面积与工件面积相等。 相似原理 毛坯的形状一般与工件截面形状相似；毛坯的周边必须制成光滑曲 线，无急剧的转折。如图示零件其毛坯既为圆形。这样，当工件的重量、体积或面 积已知时，其毛坯尺寸就可以求得。其具体方法有：等重量法，等体积法，等面积 法，分析图解法和作图法等。在生产上应用的最多的是等面积法，下面就用等面积 法求出图示零件的毛坯尺寸。先计算零件的表面积。因材料厚度为 3mm，则以中径 来计算。由于拉深时材料厚度不均匀，机械性能有方向性，模具的间隙不均匀以及 毛坯定位不准确等原因，拉深后工件的口部是不齐平的。为使工件整齐，应切去不 平的部分。在生产上用的最多的是等面积法来计算零件的毛坯尺寸。先计算零件的 表面积，因材料厚度大于 1mm,如以外径和外高或内部尺寸来计算，则毛坯尺寸误差 大。故对于料厚大于 1mm 的工件，应以零件厚度的中线为准来计算，即零件尺寸从 料厚中间算起。 由于拉深时材料厚度不均匀，机械性能有方向性，模具的间隙不均匀以及毛坯定位不准确等 原因，拉深后工件的口部是不平齐的。为使工件整齐，应切去不平的部分。因而计算毛坯时应在 工件高度方向上加一修边量 。根据零件的尺寸取修边余量的值为 2mm。查表 57， 冲压工艺 与模具设计实用技术 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度会发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚 度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化，为了便于计算把零 件和毛坯分解成若干个简单几何体，分别求出其面积后相加。 毛坯的外径与零件的外径相等，都为 102，根据面积相等法可以算出平板材料第一次正拉深 11 之后毛坯的高度 h 为 54.27，宽度为 102. 42 计算反拉深次数 在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限， 同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下， 采用最大的变形程度，即极限变形程度。 极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上 的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程 中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。 该工件反拉深为工件第 2 次拉伸，因此可以计算其拉深系数来确定拉深次数。 其反拉深系数为： 83 . 0 100/83/Ddm 查表 4-1，m=0.720.74 之间，而 m m,所以反拉深过程可以一次拉深成功。 22 5 5 各部分工艺力计算各部分工艺力计算 51 反拉深力 第 2 次拉深力的计算公式为 F=d tk 2.9 2 2b 2 依据(P175， 冲压工艺与模具设计实用手册 ) 式中 F 拉深力（N） 2 材料的抗拉强度（MPa） 10 号钢抗拉强度为 340MPa b d 第 2 次拉深成品的直径 2 t板料厚度（mm） k 修正系数。查表 4-7 为 0.74 2 因此，该零件的拉深力的计算公式为 F=d tk 2.10 2 2b 2 =2 N74 . 0 3408314 . 3 =131144 N 拉深功：A =Fh /1000=3737.6 W 22 2max2 12 52 顶件力 顶件力的计算公式可按下式： = 2.14 顶 F 拉顶 FK 式中 顶件力（N） ； 顶 F 顶件力系数；查表 2-8 = 0.06 顶 K 顶 K = 顶 F 拉顶 FK = 0.06131144 =7867 N 53 冲裁力 冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。它是随凸模行程而变化的。通常所说的冲裁力是 指冲裁力的最大值。它是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。一般用下列经验公式 计算： 冲裁力 2.11 LtF b 式中 F冲裁力(N) 零件周长（mm） ，L 材料的抗拉强度极限（MPa） b 板料厚度（mm）t 因此 =34163.2 N b rtF2 6 6 凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算 61 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的计算： 由式 3.8 d DDd 0 )75 . 0 ( 3.9 0 )275 . 0 ( p CDdp 依据（P54， 冲压工艺模具学 ） 以上各式中，查表可知分别为+0.025、-0.035。间隙 C 查表（表 210， 冲压工艺 pd 、 模具学 ） 有 3.10mmtC2)(0 . 1 12 . 0 0 )075 . 0 85( d D 13 mm 12 . 0 0 )85( 0 08 . 0 )4075 . 0 85( p d 0 08 . 0 81 62 冲孔凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 对于圆行或-简单规则形状的冲裁件,采用凸凹模分别加工的方法,冲孔时,由于零件孔尺寸为 16,根据冲孔时间隙取在凹模上,则首先确定基准件凸模刃口尺寸,再加上便是凹模刃口尺 p d min Z 寸。 3.3 0 )( p ddp 3.4 d Zdd pd 0 )( min 式中 冲孔凸、凹模刃口尺寸 p d d d d 零件孔径公称尺寸（mm） 零件公差(mm) 最小合理间隙(mm) min Z 、凹、凸模制造偏差, ,查表其值分别为+0.02、-0.02 d p 带入数值可以算出=16 =16.246 p d 0 02 . 0 d d 02 . 0 0 采用凸凹模分别加工法,需要分别标注凸凹模刃口尺寸及公差,为了保证合理间隙, 必须满足下列条 件: |+|。带入数值校核间隙可知满足要求. p d minmax ZZ 6.3 冲孔凸模的设计 6.3.1）凸模的结构设计的三原则 为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。 精确定位 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造 成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成啃模。 防止拔出 回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。 防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模，当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模， 例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定 段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动，否则将啃模。 以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计各种凸模的时，应注意都要满足 14 这三条原则。 6.3.2） 凸模的尺寸计算 凸模工作部分的尺寸计算，参见前面的主要工艺参数的计算。其他部分结构寸的计算如下： （1）凸模长度 L 凸模长度 L 应根据模具的结构确定。采用固定卸料板和导尺时，凸模长度应该为： L=h +h +h +h 123 式中 h -固定板厚度（mm） 1 h -卸料板厚度（mm） 2 h -导尺厚度（mm） 3 h-附加长度（mm） h 主要考虑凸模进入凹模的深度，模具闭合状态下，卸料板到凸模固定板间的安全距离 （1520mm）以及总修磨量（46mm）等因素后确定。而本冲孔凸模为下固定板加上外出部分。 一般情况下，凸模的强度是足够的，不必作强度效核，但是，在凸模特别细长或凸模的断面 尺寸很小而坯料厚度较大的情况下，必须进行效核，对于本题的凸模，凸模并不特别细长，所以 不须进行强度效核。 凸模外形尺寸形状如下图所示: 4.1 凸模外形尺寸图 凸模的外形尺寸已标准化，用以上方法求得的外形尺寸应向接近的标准尺寸靠拢。故凸模尺 寸、强度和刚度足够，一般不再进行强度和刚度的核算。 6.3.3 凸模的结构形式 当冲裁形状复杂，公差等级高，尺寸大或尺寸较小的零件时，可以采用镶拼式凹模，但对于 此零件的冲裁其凹模结构简单，故采用整体式结构。其凸模结构图如下图所示： 15 4.2 冲孔凸模结构形式图 凸模的固定方法用过盈配合与下固定板固定，采用台肩形式放入下固定板，且同时用下模板顶住， 具体的固定方法见装配图。 6.4 拉深凹模的设计 计算拉深凹模的工作尺寸的计算参见前面的主要工艺参数计算。现将其它参数的计算介绍如下： 6.4.1 拉深模的凹模圆角半径 拉深时，材料只有经过凹模圆角流入洞口内才能形成工件的筒壁，所以 r 的大小对拉深工作 的影响非常大。 R 小时，材料流过它就困难，弯曲变形阻力，摩擦力，反向弯曲的校直力都大，从而使拉深 力增加，工件筒壁容易刮伤，变薄严重，甚至在危险断面处拉破，同时，材料对凹模的压力增加， 磨损增大，使模具的寿命降低。这样，材料变形受限制，必须采用较大的拉深系数。在生产上一 般应尽量避免采用过小的凹模圆角半径。 R 太大时，拉深初期不与模具表面接触的毛坯宽度加大，由于这部分材料不受压边力作用，因 而容易起皱。在拉深后期毛坯外缘也会早脱离压边作用而起皱，使拉深件质量不好，在侧壁下部 和口部都形成皱折。尤其当毛坯的相对厚度小时，这个现象更严重。 在不产生起皱的前提下，凹模圆角半径越大越好。可按下面公式计算 r 的最小值。 r =0.8 d tdD)( 式中 D-毛坯直径或上道工序拉深件直径； d-本道工序拉深后的直径； t-材料厚度。 以后各次拉深时，r 应逐步减小，其值可按关系式 r确定 dn1 )8 . 06 . 0( nd r 式中 -前次拉深的凹模圆角半径； 1nd -本次拉深的凹模圆角半径。 dn 经计算反拉深凹模圆角半径为 8mm。 拉深凸模的圆角半径 r 凸对拉深工作也有影响。当 r 凸过小时，则角部弯曲变形大，危险断 16 面容易拉断。当 r 凸过大时，则毛坯底部的承压面积减小，悬空部分加大，容易产生底部的局部 变薄和内皱。 除最后一次拉深，凸模的圆角半径 r 凸应比凹模半径略小，即：r 凸=（0.61）r 凹，最后 一次拉深时，凸模的 r 凸应等于零件的内圆半径，但不得小于材料厚度。如工件的内圆角半径要 求小于料厚，则要有整形工序来完成。故在此设计中取 r 凸=6mm。 6.4.2 拉深间隙 拉深间隙指拉深凸模与凹模之间的单面间隙，用 Z 表示。 模具间隙对拉深过程的影响 拉深模的凸模与凹模之间的单边间隙 Z/2，影响拉深力与拉深件的质量。 拉深模的凸、凹模间隙 Z/2 大，则摩擦小，能减小拉深力。但如果间隙过大，拉深件的精度 将不易控制，拉深后零件的高度将小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模间隙 Z/2 小，则摩擦大，将增加拉深力，造成许用拉深系数 m 值的增大。 如果凸、凹模间隙 Z/2 小于拉深件的材料厚度，则将产生变薄拉深的效果，使得拉深件的精度降 低。 拉深模具间隙的取向 A）除最后一道工序外，间隙的取向不作规定。 B）对于最后一道工序，当工件外形尺寸要求一定时，以凹模为基准，凸模尺寸按凹模减小 以取得间隙。当工件内形尺寸要求一定时，以凸模为基准，凹模尺寸按凸模放大以取得间隙。 C）浅拉深时，拉深间隙可取小些，深拉深时，则应取大些。这是因为变形程度越大，板厚 的增厚量也越大。 D）多次拉深时，前几次拉深可取较大的拉深间隙，以便使拉深顺利进行。最后一次拉深则 取较小的拉深间隙，以便获得尺寸精度较高的拉深件。 E）在整形拉深时，如果要求工件的精度较高，例如 IT1012 级，可取拉深间隙稍小于板料 厚度，常取 Z/2=（0.90.95）t。如果整形时只要求减小圆角半径，拉深间隙可稍大于板料厚度， 例如取 Z/2=（1.051.1）t。 F）板料较软时，可取较小的拉深间隙，因为软料在凸模与凹模之间容易被挤薄，可消除拉 深过程已出现的微小皱折。相反，硬度则应取较大的拉深间隙。 G）实际供应的板料厚度可能与其公称值相比较有较大的误差，甚至超出板厚的公差范围。 因此，如果成批生产拉深件的板料已经购入，最好依据实测的板料厚度参考上述原则确定合适的 拉深间隙值。 拉深模具间隙的确定 根据以上对拉深间隙的取向原则和拉深间隙对拉深件的影响我们得知，拉深时，不用压边圈 拉深时，考虑到起皱的可能性，取间隙值为：Z=（11.1）t=2mm。 max 17 6.5 凸凹模（拉深凸模和冲孔凹模）设计 6.5.1 凸模的结构设计 （1）凸模的结构设计的三原则 为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。 精确定位 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造 成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成啃模。 防止拔出 回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。 防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模，当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模， 例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定 段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动，否则将啃模。 以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计各种凸模的时，应注意都要满足 这三条原则。 6.5.2 拉深凸模结构 根据以上凸模设计的三个原则，在设计拉深凸模时应满足这三个原则。在学习拉深成形这一 章节时我们知道，拉深凸模结构比较简单，可参见设计模具装配图，在此仅就其结构设计的一些 要点作一简要的介绍。首先每个拉深凸模需钻一通气孔，以防当工件脱离凸模时在凸模端头与工 件底之间的空间形成真空，增加额外的卸件力，严重时会将工件底部抽瘪。通气孔直径一般可在 38mm 之间选取，本设计取 6.5mm。受钻头长度限制，一般很难从凸模工件端钻通至固定端，这 时可自工作端先钻一深孔，再从凸模侧壁钻孔与之相通，侧孔中心线到凸模工作端只要稍大于拉 深工序件的高度就可达到通气的目的。 其次要确定拉深凸模的固定方法，以便确定其固定端的结构形式。对于顺装顺出件简单拉深 模，如果工件直径与模柄直径相差不大，常将凸模与模柄制成一体。如果两者直径相差较大，或 者拉深模有压边装置，可将凸模固定板设计成凸缘式的，借助固定板与上模板进行连接。许多设 计者喜欢采用下述方法固定拉深凸模：凸模固定端不带凸缘，以过渡配合直接嵌入到模座内一定 深度，并用螺钉联接防止拔出。其优点是模具结构比较的简单，可省去销钉和凸模固定板。但拉 深凸模与模座的垂直度比凸缘式凸模较差，因此不适用于较精密的拉深模。有利于较大的拉深凸 模，从节省模具钢与便于热处理考虑，可采用组合式的结构。 凸凹模即拉深时为拉深凸模、冲孔时为冲孔凹模。在设计过程中综合考虑。其一些设计要点 在这里不在叙述，凸凹模结构图如下所示： 18 4.3 拉深凸模冲孔凹模结构图 7 7 压力设备选择压力设备选择 根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小 ，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选 择设备的类型。 对于中小型的冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。虽然开式冲床 的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件 的表面质量，可是由于它提供了极为方便的操作条件和非常容易安装的机械化附属装置的特点， 使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。 对于大中型冲压件的生产，多采用闭式结构形式的机械压力机，其中有一般用途的通用压力 机，也有台面较小而刚度大的专用挤压压力机、精压机等。在大型拉深件的生产中，应尽量选用 双动拉深压力机，因其可使所用的模具结构简单，调整方便。 在小批量生产不中，尤其是大型厚板冲压件的生产多采用液压机。液压机没有固定的行程， 不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的 优点。但是，液压机的速度小，生产效率低，而且零件的尺寸精度有时因受到操作因素的影响而 不十分稳定。 摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常 19 用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是，摩擦压力机的行程式次数较少，生产率低，而且操作也 不太方便。 在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选取高速压力机或多工位自动压力机。 综合考虑以上因素，在这里冲压此零件选用开式机械压力机。在冲压设备的类型选定之后， 应该进一步根据冲压件的尺寸、模具尺寸和冲压力来确定设备的规格。 为安全起见，防止设备的超载，对于冲裁工序，压力机的公称压力 P 应大于或等于拉深与冲裁时 较大者总冲压力的 1.11.3 倍。 即： P （1.11.3）Fmax2.18 取 P = 1.3 Fmax P = 1.3 Fmax = 242（KN） 所以可以选择吨位为 250KN 以上的压力机，考虑到拉深成形的行程比较大，选定压力机还 应参考压力机说明书所给出的允许工作负荷曲线。参照书末表 C-1 可选取公称压力为 250KN 的 开式压力机，该压力机与模具设计的有关参数为： 表 2.1 名称量值 公称压力（10KN）25 发生公称压力时滑块离下极点距离/mm6 固定行程/mm80 80滑块行程 调节行程/mm 10 标准行程次数（不小于）/（次/min）100 固定台和可倾/mm250 最低/mm360最大闭合高度/mm 活动台位置 最高/mm180 闭合高度调节量/mm70 滑块中心到机身距离（喉深）/mm190 左右560 工作台尺寸/mm 前后360 左右260 前后130工作台孔尺寸/mm 直径180 20 立柱间距离（不小于）/mm260 模柄孔尺寸（直径 x 深度）/mm50 x 70 工作台板厚度/mm70 8.模具模具设计设计 8.1 模具结构的设计 模具结构形式的选择采用反拉深、冲孔复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模） 的壁厚是否过薄。能够保证足够的强度，故采用复合模。 如前所述，模具设计包括模具结构形式的选择和设计，模具结构参数计算，模具图的绘制等 内容。现对反拉深、冲孔复合模设计步骤如下： 模具结构如图 3.1 所示 ?50 H7 r6 ?35 H7 h6 ?35 H7 r6 ?16 H7 m6 ?16 H7 m6 ?81 H7 h6 ?16 H7 h6 ?99 H7 h6 ?8 H7 h6?8 H7 h6 图 3.1 反拉深、冲孔复合模 2顶杆、3螺钉 1、16凸模、7导柱、9螺钉 2、8导套、 10模柄、14打杆、 6上模板、 13上固定板、5凸凹模、 15凹模、4下固定板、1下模板、 15顶杆、17螺杆、 12垫板、11骑缝螺钉 如图 3.1 所示，已经正拉深过的材料送进来后，压力机加压，滑块夹着模柄带动凸凹模向下 运动，准备反拉深，当到达滑块行程下死点之前 2mm 时，开始冲孔，冲孔凸模不动，凸凹模继续 下走到达死点完成反拉深冲孔复合，至此零件加工成型。 8.2 模具的闭合高度 21 根据以上反拉深和冲孔复合模结构图可知，模具的闭合高度 hm 为： Hm=下模板厚度+上模板厚度+凸凹模长度+垫板+冲孔凸模高度-公共长度 =50+65+88+10+74-37 =250mm 查所选设备的参数；压力机的最大的闭合高度为 360mm，最小闭合高度为 180 mm，则模具的 装模高度应该满足下式要求： Hmax-5 hm Hmin+103.2 即： 355 170 190 故满足设计要求。 9 模具其它零件设计模具其它零件设计及计算及计算 9.1 冲模的导向装置 冲模工作时，除了由压力机滑块对上模与下模进行导向以外，还可单独设置导向装置进行导 向，其主要作用如下： 1.模具在压力机上安装调整比较的方便。 2.冲制的工件质量稳定，冲裁间隙始终保持一致而不易发生变化，因此工件有较好的互换性。 3.冲模不易损坏，故模具的寿命比无导向冲模高。 9.1.1 无导向冲裁 （1）无导向冲裁的条件 无导向冲裁是指冲裁模本身无导向装置。冲裁时，压力机滑块的导向精度，即滑块横向偏摆 的最大距离将直接影响冲裁间隙的均匀程度。 无导向冲裁不啃模的条件是：在凸模与凹模单面间隙调整均匀的条件下，其值应不小于压力 机滑块的导向精度。如果