毕业设计（论文）-汽车电机外壳冲压工艺及模具设计.doc

济南大学毕业设计1 前言模具是成型不同形状的一种特殊装置，由于物品所采用的材料不同，模具成型的方法也是方法各异，一般将模具成型分为冲压成型、压铸成型、注塑成型、吹塑成型、橡胶模具成型和玻璃模具。模具在汽车行业、家用电器、冶金机床行业等机械制造行业中占有极其重要的作用。模具生产和机械切削加工相比具有材料利用率高，能耗低，生产效率高，周期短和成本低等特点。从20世纪80年代开始，在发达国家的模具行业，已经从机床行业中分离出来了，并发展成为一种独立的行业部门，其年产值已经超过机床行业的的产值。自改革开放以来，我国的模具行业突飞猛进，近年来一直以15%的速度迅速发展，并且在一些高等院校中也设置了模具专业课程，培养了大批高等模具技术人才。 当前，为了提高对市场快速反应能力提高互换性，大力采用模具标准件，并行工程和快速原型技术得到广泛推行。计算机的应用，模具行业也研制推广了CAD/CAM技术、RPM技术、气辅注塑技术先进制造技术。模具设计必然成为推动模具发展技术关键因素。大量统计表明设计费用占成本的15%，但设计却决定了产品总成本好坏的70%，可以说设计成为制约产品成功与否的根本因素。激烈的市场竞争中，必须采用现代的设计方法。模具行业的计算机软件CADCAM、UG、PRO/E等应运而生。但我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。自1999 年以来产值呈逐年递增趋势，年增长率均在12%以上；其次，我国模具产品进口金额的增幅有逐年下降的趋势，出口比例逐年加大（尤其是2002以来）进出口比例正逐步趋向合理，2005年达到0.36。然而，与需求相比，中国模具工业明显供不应求，自2002年以来，贸易逆差均在10亿美元以上，致使我国仍为世界上模具年净进口量较大的国家。在信息化带动工业化发展的今天，我国冲压模具行业水平必须尽快提高。在国家产业政策的正确引导下，通过改革开放，采取各种有效措施，把技术创新和管理创新放在首位，我国冲压模具也不断提高水平，与世界先进水平的差距也是逐渐缩小。2 工艺方案的制定2.1零件的工艺性分析2.1.1汽车电机外壳工艺性分析电机的机壳和机盖决定了该电机中定子和转子的相对位置，是组成电机的关键零件。机壳和机盖制造品质的好坏直接影响到电机的输出功率、运行噪声和发热等电机的性能。图2-1是某车启动电机外壳的零件图，材料为08T钢，厚度为2mm。电机壳的内筒壁上装有定子并支撑着装有转子的轴轴承。因为电机的定子和转子的间隙较小且较均匀，所以零件头部的轴承室和内筒壁的尺寸精度以及两处的相对位置精度较高。该零件属于带小法兰的筒形拉伸件，通过拉深加工而成。关键是确定拉深次数与拉深系数，08T钢属于普通碳素结构钢，含碳量低，塑性、韧性较好，抗剪强度为260-360Mpa，抗拉强度为330-350Mpa，有利于拉深成型加工。材料牌号材料状态抗剪强度MP抗拉强度MPa伸长率 /%屈服强度a/MPa优质炭素结构钢08F退火26031028039032180 图2-1 汽车电机外壳2.1.2 毛坯尺寸计算由图2-1的零件图可知，该零件的坯料为圆形板料。因为在此制件的拉深过程中并不是变薄拉深，所以可以根据面积不变的原则来计算毛坯的面积。一般的拉深件，在拉深成形后，工件口部或凸缘周边不齐，必须进行修边，以达到工件的拉深要求。在计算此制件的毛坯尺寸时需加上修边余量。因为凸缘直径d=196mm，中径d=146mm，=1.34由表2-1可查取修边余量。表2-1有凸缘圆筒形拉深件的修边余量凸缘直径d凸缘相对直径-2-2.5252550501001502001.82.53.55.01.62.03.04.21.41.82.53.51.21.62.22.7由上表可查出=5.0。此制件为形状简单的旋转体拉深件，在计算其毛坯直径时，首先将拉深件划分成若干个简单的几何形状，如图2-2所示，分别求出各部分的面积并相加。即得到工件面积A。图2-2 简单几何形状（1） a=1768 （2.1） 式中 ： d圆环的外直径； d圆环的内直径；（2） a=5665 （2.2） 式中 ： r球环半径； d球环外直径；（3） a= = 20498 （2.3） 式中： d筒形件的中径； h筒形件的分段高度；(4) a=8rh=22880综上：A=a+a+a=1024.4+1519.4+20498=184538毛坯面积为A,按毛坯相等的原则，故A=A。所以毛坯直径为：D=440mm （2.4）所以，毛坯的直径为440mm。2.1.3工艺方案的制定经过对零件毛坯尺寸的计算得知，其坯料可定直径为440mm的圆形毛坯。经过以上分析和计算，可以进一步明确，该零件的冲压加工包括以下基本工序为落料及拉深。此工件的成形工艺可以有以下几种方案：1、落料第一次拉深第二次拉深第三次拉伸第四次拉伸卷边整形2、落料拉深复合第二次拉深第三次拉深第四次拉深及卷边整形3、落料拉深复合第二次拉深第三次拉深第四次拉深卷边整形分析三种方案：方案一：将落料和拉伸、卷边工艺分开，这样所需单工序模具结构简单，制造方便，但由于增加了冲压工序，增加了成本，率低了生产效，且在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量有所降低，不能到所需的要求。方案二：落料首次拉深采用复合模 ,较方案 (1) 生产效率有所提高，复合模冲件精度较高，表面比较好，受送料误差影响较小。不过也存在一定的问题，凸凹模壁厚或内形与内形间的壁厚的要求比较高，以免影响强度。方案三：复合模类似，但增加了冲压工序和生产成本，降低了生产经济型。通过对上述三种方案的分析，最终选用方案二：落料拉深、第二次拉深、第三次拉深、第四次拉深及整形。各步工序图如下：（1）零件的排样图，如图2-3所示搭边的最小宽度大于塑变区宽度，由板厚2.0mm查表2-2得，沿边搭边为1.5mm，工件间搭边为1.8mm。表2-1搭边a和a的数值材料厚度t/mm圆件矩形件工件间a侧边a工件间a侧边a1.21.61.01.21.21.51.62.01.21.51.82.52.02.51.51.82.02.2图2-3 简单几何形状（2）第一步工序图，如图2-4所示： 图2-4落料拉深工件图（3） 第二步工序后的制件图，如图2-5所示：图2-5二次拉深工件图（4）第三部工序后制件图：如图2-6所示，图2-6三次拉深工件图（5）第四部工序后的制件图，如图2-7所示，图2-7拉深整形后工件图2.1.4确定拉深系数与拉深次数 （2.5）式中：d法兰的外直径；d直筒外径；由上式知部件是窄法兰边，可以当作直筒件来拉深，只是在倒数第二道工序拉深出法兰边或锥形口，最后一道工序中整形。毛坯的相对厚度为： （2.6）式中：t毛坯的厚度； D毛坯的直径；总拉深系数为：m总= （2.7）式中：d直筒直径； D毛坯的直径；表2-2由坯料的可初步确定拉深系数的范围m：毛配相对厚度拉深系数M1M2M3M421.50.480.500.730.750.760.780.780.800.60.30.550.580.780.790.800.810.820.83判断们否一次拉伸： 在生产实践中，太凸缘圆筒形件的拉深次数使用极限拉深系数来判断。就是首先计算出拉深系数m值，然后再与极限拉伸系数m1的只想比较，若m总 m,则表明可以一次拉深，否之则需要多次拉伸。经计算m总 m1，所以工件不能一次拉深成型。查表2-2得，试取m1=0.58 m2=0.79 m3=0.81 =0.83m1m2m3m4= 0.580.3 m总此制件可在四次拉深后完成。2.1.5工序件尺寸的确定 各次拉深后工件的直径尺寸为： d= m1D=0.58=255.2（mm） d= m2d=0.78255.2=199.06（mm） d= m3d=0.81199.06=161.24（mm） d= m4d=0.83161.924=133.83（mm） 计算各次拉深工序后工件圆角半径：拉深时，平面凸缘区材料经过凹模圆角流入凸、凹模间隙。如果凹模圆角半径过小，则材料流入凸、凹模间隙时的阻力和拉深力太大，将使拉伸件表面产生划痕甚至使危险断面破裂；如果圆角半径过大，则材料在流经凹模圆角时会产生起皱。首次拉深的凹模圆角半径可由表2-3选用。表2-3首次拉深的凹模圆角半径r拉深方式毛坯相对厚度2.01.01.00.30.30.1无凸缘件拉深带凸缘件拉深（46）t（610）t（68）t（1015）t（812）t（1520）t由上表可查取：r=（68）t=1216 取 r16mm以后各次拉深的凹模圆角半径可按下式取值： （2.8） r=（0.60.8）r（i=2，3，n）由上式计算得：r=（0.60.8）r=9.612.8 取：r=12mm r=（0.60.8）r=7.29.6 取:r9mm r=（0.60.8）r=5.47.2 取：r=7mm拉伸时，若凸模圆角半径过小，拉深过程中危险断面易产生局部变薄，甚至被拉破。凸模圆角半径过大，拉深时底部材料的承压面积小，容易变薄。首次拉深的凸模圆角半径为r=（0.71.0）r11.216 （2.9） 取r=14mm中间各次拉深的凸模圆角半径由下式计算： r=0.5（d-d-2t） （2.10）凸模圆角半径已凹模为基准，也可以用公式： （2.11） 所以r=13mm； r=12mm；r=11计算各次拉深后半成品的底角半径： r= r+ （2.12） r=14mm r=13mm r=12mm 各次拉深后工件的高度尺寸为： h=0.25+0.43 （2.13） =0.25 =140mm h=0.25 （2.14） =0.25 =199.18mm h=0.25 （2.15） =0.25 =265.3mmh=0.25 （2.16） =0.25=300mm式中： h，h，h ，h各次拉深半成品的拉深高度； d，d，d，d各次拉深半成品的直径； D毛坯直径； 3 落料拉深复合模的设计第一道工序选用复合模结构，能在压力机一次行程内，完成落料及拉深两道工序。减少了模具数和工序数，可以提高生产效率。在做完这些工序的过程中，冲件材料无需进给移动，不受送料误差的影响，精度较高。常见的复合模结构有正装和倒装两种。因为正装对薄冲件能达到平整要求，而且废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由顶杆打出，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减少壁厚，所以选择正装复合模。3.1冲压工艺的计算3.1.1 排样方案 冲裁件在条料上的布置叫排样。合理的排样充分利用材料就有重大意义。其排样的经济程度用材料的利用率K来表示： = （3.1）式中： K材料利用率 ( % )冲裁条料的面积（mm）；n调料上生产的冲件数目；a每一冲件面积（mm）；3.1.2 计算冲压压力（1）、落料时冲裁力可以按公式计算：F落=KLt=1.3 （3.2）=1113.57kN式中：k安全系数，选择压力机吨位是一般选取1.3；L冲裁件的轮廓长度，L=（mm）；t材料厚度（mm）；材料的抗剪强度，08T钢为310MPa；（2）、第一次拉深力的计算：F拉=3.1425523500.9 （3.3）=504.44kN式中：d筒形件第一次拉深的直径，根据料厚中线计算（mm）；t材料厚度；材料的抗拉强度，此处取350 Mpa；k系数，查表取0.9；（3）、推料力的计算： F推=nK推F落=10.0551113.57 （3.4）=61.25 kN式中：F落-推料力（N）K推推料力系数，查表为0.055； n卡在凹模内料的个数；（4）、卸料力的计算： F卸=K缷F落=0.061113.57 （3.5）=66.81 kN 式中：K缷卸料力系数，查表为0.06； F落落料时冲裁力；（5）、压边力的计算：因为，所以应该使用压边圈。F压= （3.6） =252.33 kN 式中：D落料凹模的外径尺寸；D拉深凹模的外径尺寸；P单位压边力，此处依经验取2.5；F总= F落+ F拉+ F推+ F卸+ F压=1113.57+504.44+61.25+66.81+252.33 =1998.36 kN3.1.3 计算模具压力中心因为制件的外形对称，且毛坯为圆形板料，所以模具的压力中心在坯料中心处。3.1.4 计算模具刃口尺寸（1）、落料凸、凹模的刃口尺寸在冲裁过程中，凸凹模的刃口尺寸及制造公差直接冲裁件的尺寸精度。落料时落料件的外径尺寸等于凹模的内径尺寸，所以落料模应以凹模为设计基准，间隙由减小凸模的尺寸来取得。因为在冲裁过程中，凹模半径越来越小，凸模半径越来越大，所以在设计凸、凹模时应选取最小的合理冲材间隙。冲裁间隙可由表3-1选取。表3-1 冲裁模初始双面间隙材料厚度08、10、35、Q235、9Mn2VZZ1.752.02.10.2200.2460.2600.3200.3600.380由上表可查取Z=0.246 Z=0.360以分开加工的方法计算刃口尺寸，计算刃口尺寸时需先查取制造公差、值。制造公差、值可由表3-2查取。表3-2冲裁时的制造公差基本尺寸凸模公差凹模公差3080801201201800.0200.0200.0250.0300.0250.0300.0350.040由上表可查取=0.030 =0.040因为，所以符合分开加工的条件。此零件的公差等级为IT14级，公差=0.74mm。 落料凹模的刃口尺寸为：D=（D-） （3.7）=（440+0.74-0.5）=440.37落料凸模的刃口尺寸为：D=（D- Z）=（D） （3.8） =（440+0.74-0.5） =440.124式中：D、D分别为凸模、凹模的基本刃口尺寸； D落料件的最大极限尺寸； 落料凹模的制造公差，（mm）； 落料凸模的制造公差，（mm）； 磨损系数，其值在0.51之间，取系数x=0.5； 工件的制造公差，（mm）；Z 最小合理间隙，（mm）；（2）、拉深凸、凹模的刃口尺寸拉深模的凸、凹模间隙对拉深件质量和模具寿命都有重要的影响。间隙取值较小时，拉深件的回弹较小，尺寸精度高，但拉深力较大，凸、凹模磨损较快，模具寿命低。间隙值过小时拉深件的筒壁将严重变薄危险断面容易破裂。间隙取值较大时，拉深件筒壁的锥度较大，尺寸精度低。因此，拉深模的设计须选取合适的凸、凹模间隙。凸、凹模间隙可由表3-3查取。表3-3拉深凸、凹间隙总拉深次数34各次拉深的凸、凹模间隙mm1231、2341.2t1.1t11.05t1.2t1.1t11.05t由表3-3可查取第一、二次拉深的凸、凹模间隙为：Z1.2t=2.4mm；第三次拉深的凸、凹模间隙为为：Z=1.1t=2.2mm；第四次拉深的凸、凹模间隙为为：Z=11.05t=22.1mm；对于电机外壳这种以内形尺寸为主的拉深件应当以凸模为基准，先确定凸模的工作尺寸，然后通过增大凹模尺寸保证凸、凹间隙。在计算拉深凸、凹模的工作尺寸时，首先在表3-4中查取拉深凸、凹模的制造公差。表3-4拉深凸、凹模制造公差材料厚度t/mm拉深件直径d/mm201000.040.060.020.040.050.080.030.05由表3-4可查取：=0.08 =0.05拉深对于首次和中间各次拉深，半成品的尺寸无需严格要求，凸、凹模的尺寸可按下式来计算： D=（D-Z） （3.9）D=D （3.10）可以计算出：D=255； D= 199； D=161； D=252.6； D=196.6 ； D=158.8；末次拉深的凸、凹模的工作尺寸由下式计算： D=（d+0.4+Z） （3.11） D=（d+0.4） （3.12）可以计算出：D=148.29； D=146.29式中：D拉深凹模的基本尺寸，mm； D拉深凸模的基本尺寸，mm；d拉深件内径的最小极限尺寸，mm；D首次和中间各次拉深半成品外径的基本尺寸，mm； 工件的制造公差，此处取0.74（mm）；、凹、凸模的制造公差，mm；Z拉深模间隙，mm； 3.2落料、拉深复合模主要零部件的设计3.2.1 落料凹模（1）、刃壁形式此套模具选用直筒形刃口，其优点是刃口的强度较高，修磨后刃口尺寸不变，加工精度较高。刃口高度h=40mm。（2）、凹模的外形尺寸由3.1中计算可知刃口尺寸D=440.39；凹模外形尺寸还应保证有足够的强度与刚度，凹模壁厚尺寸b可由经验公式计算得到：b=（1.52）H=51.368.4mm由经验取b=60mm；所以圆形凹模的直径为：d=171.37+2=560.37mm；（3）、凹模的厚度凹模的厚度根据冲裁力大小，为保证模具的强度及冲压的顺利完成，凹模的厚度必须大于制件的高度，取H=150mm。（4）、凹模的固定形式 本套模具中的落料凹模为圆形，采用2个A10的销钉定位，4个M12的内六角螺栓紧固，在钻销钉孔、螺钉孔时要注意孔之间的间距、孔与模具刃口之间的间距不能小于相应的标准，否则会降低模具寿命。3.2.2拉深凸模（1）、由3.1中的计算可知凸模的圆角为r m；（2）、工件在拉深时，由于空气压力的作用或者润滑油的粘性等因素，使工件很容易粘附在凸模上，为使工件不至于紧贴在凸模上，凸模上应设有通气孔。通气孔可在表3-5中选取。表3-5拉深凸模通气孔尺寸（mm）凸模直径D100出气孔直径d56.58 由上表可查出通气孔的直径为d=8mm； （3）、凸模的固定形式利用2个A10的销钉定位和4个M10的螺钉固定。（4）、凸模的高度根据凸模的固定形式及其他零件的配合情况，取凸模的厚度:H凸=200mm；凸模高度的校核公式为：L270=2140mm （3.13）因为H凸 L，所以凸模的高度为合适的。凸模的凸缘直径设计为：d=440mm。3.2.3压边圈设计（1）压边圈的内孔： =255.3mm-压料圈内径（mm）-拉深凸模外径（mm）以你取压边圈内孔为255.3mm。（2）压边圈的厚度根据零件的厚度，及相关零件的结构取h=20mm。（3）、采用压边装置是为了防止凸缘处起皱，但是若压边力过大则会增大拉深阻力，容易导致拉裂。压边装置可分为刚性和弹性压边装置两种，此处选用弹簧支撑的弹性压边。由于越靠近拉深底部压边力越大，对拉深的不利影响越大，所以要选取合适的弹簧。由拉深凸模与凹模的工作配合配合关系可知，弹簧负载状态下的变形量为H=140mm；弹簧自由长度为H=250mm；因为压边力为：F压=252.33kN，所以满足此试验力要求的弹簧直径为：d=15mm；综上选用弹簧的规格为：GB2089-80 YA 650250-23.2.4凸凹模的设计（1）、圆角半径：在2.1.4中计算可得筒形件首次拉深的圆角半径：r16mm；（2）、凸凹模的壁厚凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定制件的质量，由3.1.3计算可得：落料凸模的刃口尺寸为：D=（D- Z）=（D） （3.14） =440.37D为凸凹模的外径尺寸；由3.1.3计算可得：第一次拉深凹模的刃口尺寸为D=255D为凸凹模的内径尺寸；从强度的角度考虑，凸凹模的壁厚有最小值限制，凸凹模的最小壁厚受冲模结构的影响。对于正装复合模，由于凸凹模装于上模，内孔不会积聚废料，胀力小，壁厚可小些。最小壁厚可在表3-6中查取。表3-5凸凹模的最小壁厚料后t1.752.02.1最小壁厚a4.04.95.0最小直径D212125b= D- D=185mm，符合强度要求。（3）、根据前面确定的凹模厚度H，在保证凸凹模的强度要求下，取凸凹模厚度为200mm。3.2.5卸料板的设计（1）、卸料板的外形尺寸卸料装置可以分为刚性卸料板和弹性卸料板两种，刚性卸料板常用于较硬、较厚且精度不高的冲裁件。弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产效率较高。在冲压过程中，弹性卸料板先接触毛坯，有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸料。此处采用弹性卸料板。弹性卸料板与凸凹模外径的单边间隙为（0.10.2）t = 0.20.4mmD=440.37mmD= D+0.4=441.17mm（2）、卸料板的技术要求卸料螺钉采用常用的卸料螺钉结构形式，此处选用3个M8螺钉完成固定。卸料板材料选用45钢，不用热处理。（3）、弹簧的选取由3.1.3计算可得卸料力的大小：F卸=66.81 kN ；初步选用4个弹簧，则每个弹簧的承受载荷为FKN；所选取饿弹簧的工作极限载荷F F；弹簧的自由长度为300mm；综上，选取的弹簧规格为GB2089-80 YA 430150。3.2.5凸凹模固定板的设计（1）、凸凹模固定板的外形尺寸一般情况下与落料凹模的外径尺寸相同。（2）、凸凹模固定板的厚度：根据经验公式H=（0.60.8）H计算，可以取H=180mm。3.2.6垫板的设计凸模支承端面对模座单位压力为：F拉=504.44kN （3.15） 式中：F拉深力(kN)，在此F为172320N；A凸模支承端面面积(mm)，在此为 18110.6mm。 因此MPa因为铸铁HT250的许用压应力为90140Mpa，因此此副模具不用加垫板。但是为了满足模具的安装需要，根据模具的实际要求选择合适的垫板。3.2.7推件装置的设计（1）、推件块的设计： 推件块的外径尺寸dd，此处设计d=250mm；中间钻M12的螺孔；（2）、推杆的长度： （3.16） 式中： 推出状态下，推杆在上模座内的长度，（mm）； 压力机结构尺寸，（mm）； 考虑各种误差而附加的常数，取1015mm。所以： =405（mm）3.2.8定位零件的设计 （1）、冲模的定位装置用以保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置，在此使用条料，保证条料送进导向的零件为导料螺钉，此处选用的导料螺钉规格为：GB119-86 M12（2）、挡料销用于限定条料的送进距离，抵住条料的搭边或工件轮廓，起定位作用，此处选用圆形固定挡料销。3.2.9冲模闭合高度的确定冲模闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低的工作位置时，上模座的上平面至下模座的下平面之间的距离（不含模柄高度）。冲模的闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应。压力机的闭合高度是指滑块在下死点位置时，滑块下平面至工作台（不含垫板厚度）的距离。即： H=212mm+H+H （3.17）式中： 压力机最小闭合高度； 压力机最大闭合高度； H垫板的厚度； H上模座的厚度；H下模座的厚度； 3.2.10模架的设计圆形模座的直径应比凹模的直径大3070mm，厚度应该为凹模厚度的1.5倍。压力机的行程为：S2h=2140=280mm。由模具的闭合高度与压力机的行程来设计对角导柱模架的规格，所设计的模座的边界为：L=B=500mm 选用标准的导柱、导套，选用时应注意，长度应保证上模座在最低位置时，导柱上表面与上模座顶面距离不小于1015mm，而下模座底面与导柱面的距离不应小于15mm，导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合，导套的长度保证在冲压开始时导柱一定要进入导套10mm以上。选用B型的导套、导柱。导套的尺寸为：dHD=5028070mm导柱的尺寸为：dH=40320mm上模座的尺寸为：LBH=500500125mm下模座的尺寸为：LBH=500500155mm3.2.11压力机的选取（1）、公称力F： F 1.3F总=1.31998.36=2597.87kN（2）、闭合高度：H=212mm+H+H=212+280=492mm（3）、压力机行程： S2h=2150=300mm综上：选取JA23-100开式双柱可倾压力机，公称压力为100000kN，滑块行程为130mm。3.2.12模柄的选取根据所选压力机的模柄孔，相应的标准的模柄直径d=60mm，D=75mm。3.2.13模具材料的选用选用的模具材料如下：（1）凸模、凹模、凸凹模均采用9Mn2V，热处理5862HRC；（2）导柱、导套采用20钢，热处理560HRC；（3）挡料螺栓、导料销、固定板、卸料板、托板、弹顶板采用45钢；（4）上、下模座采用HT200。部分模具材料要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度，以利于修磨。 4 第二次拉深模具的设计4.1 二次拉深模的方案设计在进行二次拉深后工件的零件图如下图4-1所示 图4-14.2拉深力和压边力的计算4.2.1 拉深力的计算圆筒件首次拉深后各次拉深力为： F= （4.1） =3.1419923200.78 =399.9kN式中：K2系数，由表4-1 得K2=0.78； d二次拉深后工件的直径；b材料的抗拉强度，取320Mpa；t材料厚度，取。表4-1首次后拉深时系数k值相对厚度拉深系数M2M3M42.00.600.520.320.450.780.800.834.2.2 压边力的计算筒形件第一次拉深后各次拉深时压边力的计算：F压= （4.2）=30kN式中： d第一次拉深后的直径； d第二次拉深后的直径； r拉深凹模的圆角直径；p单位压边力，查表可取2.5。4.2.3总压力的计算F= F+ F压=399.9kN+30kN =429.9 kN4.3拉深模工作部分尺寸计算拉深模工作部分的尺寸已在3.1节中计算，D= 199；D=196.6； r=12mm；r=13mm；4.4拉深模零件的设计与选用4.4.1压边圈的选用由于是圆筒形毛坯件的拉深，压边圈的形状应于毛坯形状相同，起到固定制件的作用。而且压边圈有兼有卸料作用，压边圈要与顶杆配合，因此压边圈设计成凸台形。压边圈与凸模之间应留有一定的间隙S。S=t+（0.050.1）2mm，所以压边圈的内径d=199+2201mm；压边圈的高度应大于制件的高度，取H=202mm。压边圈的外径与制件间为间隙配合，起固定作用，取d=205.8mm。4.4.2凹模的尺寸(1)、 凹模的厚度凹模厚度H可根据冲裁力F=429.9KN由以下经验公式计算得出：H=kb=0.28255=71.4mm为了顺利完成拉深，凹模需与凸模进行入体配合，且考虑到推件块的厚度与富余空间，取H=111mm(2)、凹模的直径选用圆形凹模，以凸缘的形式增大其直径尺寸，可以减小对模座的压强，从而不再使用上垫板，此处取凸缘直径为D=250mm。其刃口尺寸为D=199，依经验取其壁厚为80mm。（3）、固定形式：拉深凹模采用2个A10的销钉定位，采用4个M12的螺栓紧固，在钻孔时应合理安排，注意间距，以免降低凹模的强度。4.4.3凸模的尺寸凹模的直径为D=199.6；为使工件不至于紧贴在凸模上，凸模上应设有通气孔。通气孔可选取d=10mm；为了顺利完成拉深，除保证凹模需与凸模进行入体配合外，再考虑到压边圈的高度，可取凸模的高度为H=350mm。4.4.4模座设计本设计选用对角导柱式模架，由于模具闭合高度较大，根据拉深凹模外经尺寸以及模具的闭合高度选取合适的模架，模架的规格尺寸为：上模架的尺寸为：410380120mm，下模座尺寸为410380130mm；导柱规格选用：60420，导套规格选用：13019050mm;最大闭合高度为550mm。4.4.5压力机的选取压力机的选取应符合以下三个要求：（1）、公称力F1.3F=558.87 kN（2）、压力机行程S2h=400mm（3）、依据所选的模架可确定H=500mm。综合以上三方面的要求，选取压力机的型号为J21400A。其技术参数为：工称压力F=4000 kN；最大闭合高度为550mm。4.4.6模柄的选取根据所选压力机的模柄孔，相应的标准的模柄直径d=60mm，D=115mm。4.4.7模具材料的选用选用的模具材料如下：（1）凸模、凹模、凸凹模均采用9Mn2V，热处理5862HRC；（2）导柱、导套采用20钢，热处理560HRC；（3）压边圈、托板、弹顶板采用45钢；（4）上、下模座采用HT200。部分模具材料要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度，以利于修磨。5 第三套模具设计5.1 三次拉深模的方案设计在进行三次拉深后工件的零件图如下图5-1所示图5-15.2拉深力和压边力的计算5.2.1 拉深力的计算圆筒件首次拉深后各次拉深力为： F= （5.1） =3.146323200.7 =88.62kN式中：K3系数，由表4-1 得K3=0.7； d二次拉深后工件的直径；b材料的抗拉强度，取320Mpa；t材料厚度，取。表5-1首次后拉深时系数k值相对厚度拉深系数0.780.800.850.922.00.600.520.320.141.20.750.620.420.165.2.2 压边力的计算筒形件第一次拉深后各次拉深时压边力的计算：F压=0.3 kN （5.2）式中： d第二次拉深后的直径； d第三次拉深后的直径； r拉深凹模的圆角直径；p单位压边力，查表可取2.5。5.2.3总压力的计算F= F+ F压=88.62kN+0.3kN =88.92 kN5.3拉深模工作部分尺寸计算拉深模工作部分的尺寸已在3.1节中计算，D=60.8；D=63；r=6mm；r=4mm；5.4拉深模零件的设计与选用5.4.1压边圈的选用由于是圆筒形毛坯件的拉深，压边圈的形状应于毛坯形状相同，起到固定制件的作用。而且压边圈有兼有卸料作用，压边圈要与顶杆配合，因此压边圈设计成凸台形。压边圈与凸模之间应留有一定的间隙S。S=t+（0.050.1）2mm，所以压边圈的内径d=60.8+263mm；压边圈的高度应大于制件的高度，取H=106mm。压边圈的外径与制件间为间隙配合，起固定作用，取d=73mm。5.4.2凹模的尺寸(1)、 凹模的厚度凹模厚度H可根据冲裁力F=88.92KN由以下经验公式计算得出：H=kb=0.2863=17.64mm为了顺利完成拉深，凹模需与凸模进行入体配合，且考虑到推件块的厚度与富余空间，且在此次拉深时应该拉出法兰边，取H=120.5mm(2)、凹模的直径选用圆形凹模，以凸缘的形式增大其直径尺寸，可以减小对模座的压强，从而不再使用上垫板，此处取凸缘直径为D=203mm。其刃口尺寸为D=63；依经验取其壁厚为51.5mm。（3）、固定形式：拉深凹模采用2个A10的销钉定位，采用4个M12的螺栓紧固，在钻孔时应合理安排，注意间距，以免降低凹模的强度。5.4.3凸模的尺寸凹模的直径为D=60.8；为使工件不至于紧贴在凸模上，凸模上应设有通气孔。通气孔可选取d=6.5mm；为了顺利完成拉深，除保证凹模需与凸模进行入体配合外，再考虑到压边圈的高度，可取凸模的高度为H=216.7mm。5.4.4模座设计本设计选用对角导柱式模架，由于模具闭合高度较大，根据拉深凹模外经尺寸以及模具的闭合高度选取合适的模架，模架的规格尺寸为：上模架的尺寸为：40031550mm，下模座尺寸为40031560mm；导柱规格选用：45290，导套规格选用：4515058mm;最大闭合高度为320mm。5.4.5压力机的选取压力机的选取应符合以下三个要求：（1）、公称力F1.3F=115.6 kN（2）、压力机行程S2h=205mm（3）、依据所选的模架可确定H=352mm。综合以上三方面的要求，选取压力机的型号为J21400A。其技术参数为：工称压力F=4000 kN；最大闭合高度为550mm。5.4.6模柄的选取根据所选压力机的模柄孔，相应的标准的模柄直径d=60mm，D=115mm。5.4.7模具材料的选用选用的模具材料如下：（1）凸模、凹模、凸凹模均采用9Mn2V，热处理5862HRC；（2）导柱、导套采用20钢，热处理560HRC；（3）压边圈、托板、弹顶板采用45钢；（4）上、下模座采用HT200。部分模具材料要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度，以利于修磨。6第四套模具设计6.1 四次拉深模的方案设计在进行第四次拉深后工件的零件图如下图6-1所示图6-16.2拉深力和压边力的计算6.2.1 拉深力的计算圆筒件首次拉深后各次拉深力为： F= （6.1） =3.145823200.14 =16.32kN式中：K4系数，由表4-1 得K4=0.14； d二次拉深后工件的直径；b材料的抗拉强度，取320Mpa；t材料厚度，取。6.2.2 压边力的计算此处应按弯曲件压边力来计算：F压=2.4bt=2.49.523200.4170.46 （6.2） =0.3 kN式中： b弯曲件的宽度； t弯曲件的厚度； 材料的抗拉强度；K安全系数，可取1.3；系数，分别查表得。6.2.3总压力的计算F= F+ F压=16.32kN+0.3kN =16.62 kN6.3拉深模工作部分尺寸计算拉深模工作部分的尺寸已在3.1节中计算，D=56.008； D=54.008；r=5mm；r由工件的成型后要求选取。6.4拉深模零件的设计与选用6.4.1压边圈的选用由于是U形件的弯曲，压边圈的形状设计成圆形板状，压边圈与凸模之间应留有一定的间隙S。S=t+（0.050.1）2mm，所以压边圈的内径d=54+256mm；压边圈的厚度取H=15mm。压边圈的外径与凹模的直径相同，取d=74mm。6.4.2凹模的尺寸(1)、 凹模的厚度凹模厚度H可根据冲裁力F=16.62 kN由以下经验公式计算得出：H=kb=0.2863=17.64mm为了顺利完成拉深，凹模需与凸模进行入体配合，且考虑到推件块的厚度与富余空间，且在此次拉深时应该拉出法兰边，取H=125.5mm(2)、凹模的刃口尺寸与外经刃口尺寸取为D=56.008。选用圆形凹模，以凸缘的形式增大其直径尺寸，可以减小对模座的压强，从而不再使用上垫板，此处取凸缘直径为D=236mm。依经验取其壁厚为50mm。（3） 、固定形式： 拉深凹模通过固定板，采用2个A10的销钉定位，采用4个M12的螺栓紧固。 6.4.3凸模的尺寸凹模的直径为D=54.008为使工件不至于紧贴在凸模上，凸模上应设有通气孔。通气孔可选取d=6.5mm；为了顺利完成拉深，除保证凹模需与凸模进行入体配合外，再考虑到压边圈的高度，可取凸模的高度为H=195mm。6.4.4模座设计本设计选用对角导柱式模架，由于模具闭合高度较大，根据拉深