毕业设计（论文）-汽车前轴油封盖冲压工艺分析与模具设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 第 55 页 共 55 页引言模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备，是最重要的工业生产手段和工艺发展方向，一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具工业的发展水平，模具工业的发展水平是一个国家工业水平的重要标志之一。模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具，例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造精确、价格低廉。在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。在加工过程中，大量采用近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比例越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：加深理论研究；高效率和自动化大型、超小型及高精度；革新模具制造工艺；加工工艺的标准化等。国内汽车制造业近年来得到迅速发展，汽车产量已名列世界汽车生产第11位。模具工业是汽车产品开发和大批量生产的重要组成部分。一辆客车或轿车上约有80%的零部件是用模具加工制造的。而覆盖件模具又以其大型、复杂、精密等特点而成为模具中举足轻重的部分。汽车是20世纪最显著的人文标志之一，它改变了人们的生活方式以及时空和价值观念，为人类社会的物质财富和精神文明作出了巨大的贡献。它是唯一的一种零件以万计，产量以百万计，保有量以亿计的且能走入千家万户的高技术产品。纵观世界各工业发达国家的历史，无一不是遵循通过汽车工业的发展从而带动其它相关行业发展这么一条发展规律。汽车工业发展的水平不仅反映了一个国家经济发展和人民生活的水准，而且也反映了一个国家科学技术和文明的水平。冲压模具占模具总量的40%以上。汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中具有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高。尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已有一定技术基础，已为中档轿车配套，但水平还不高，能力不足，目前满足率只有一半左右。中高档轿车覆盖件模具主要依靠进口，每年花费几亿美元。汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长已成了汽车发展的瓶颈，极大地影响了车型开发。今后中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。争取到2011年时中高档轿车及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配，2020年时除个别特别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具应基本立足国内配套。1.冲裁件的结构工艺分析1.1 材料分析 08钢为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件和焊接构件。1.2 冲裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达14.55.2，毛刺允许高度为；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。1.3 结构分析 零件为一凸缘筒形件，结构简单，底部圆角半径，凸缘处的圆角半径分别为均大于零件的厚度，满足冲压工艺对形状和圆角半径的要求，因此，零件具有良好的结构工艺性。1.4 精度分析 零件上尺寸公差精度要求都不高，零件厚度尺寸为IT12级，其他尺寸未注明公差，满足冲压工艺对精度等级的要求，普通拉深即可达到零件的精度要求。拉深件应在拉深后增加整形工艺，以提高其精度；由于材料各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的出现“突耳”现象需要增加切边工序。但考虑到产品用途，需要较高的精度，因此，零件精度设定为IT10级。1.5 工艺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。影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律；当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标注内、外形尺寸。工艺性要求材料具有良好的塑性，屈强比值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系数r和板平面方向性系数r反映了材料的各向异性性能，当r较大或r较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。2.冲裁工艺流程2.1 工序性质和数量 2.1.1 工序性质的确定 冲压性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。同时还应该考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。通常在确定工序性质时应当考虑以下几个方面：a.从零件图上直观的确定工序性质。b.对零件图进行计算分析，比较后确定工序性质。c.为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序。 根据零件图分析该零件加工时须用落料、拉深、切边、翻边、冲孔工序。2.1.2 工序数量的确定 确定工序数量的基体原则是：在保证工件质量，生产效率和经济性要求的前提下，工序数量应尽可能减少。2.2 工序顺序和组合 2.2.1 工序顺序 各工序的安排主要取决于冲压规律和零件的质量要求。工序顺序的安排一般应注意以下方面：a.所有的孔只要其尺寸和形状不受后续工序的影响，都应在平板坯料上冲。b.所在位置会受到以后某工序变形的影响的孔，一般都应在有关的成形工序完成后再冲孔。2.2.2 工序组合方式的选择 冲压工序的组合是将两个或两个以上的工序分析合并在一道工序内完成。减少工序及占用的模具设备和数量，提高效率和冲压件的精度，在确定工序组合时，首先应考虑组合的必要性和可行性，然后再决定是否组合a.工序组合的必要性主要取决于冲压件的生产批量。b.工序组合的可行性受到多种因素的限制，应保证能冲出形状、尺寸和精度均符合要求的图样，实现其所需动作保证有足够的强度与现有的冲裁设备条件相适应。 零件图中无产量要求，但考虑到此零件的用途，故初步定为大批量生产。适合大批量生产的冲压加工方法，最好采用复合模或连续模。2.3 冲压工艺方案的确定 2.3.1 工艺方案该工件包括落料、拉深、切边、翻边、冲孔，共5道工序，可有以下工艺方案：方案一：落料、拉深、切边、翻边、冲孔5道工序分别进行。采用5套单工序模生产。方案二：落料拉深复合冲压，切边、翻边、冲孔工序单工序冲压。采用1套复合模，3套单工序模生产。方案三：落料拉深复合冲压，切边工序单工序冲压，翻边冲孔复合冲压。采用2套复合模，1套单工序模生产。方案四：采用多工位级进模冲压，冲压工序依次为：冲切拉深切边翻边冲孔。2.3.2 工艺方案分析方案一：模具结构简单，工艺简单，所需工艺力较小，易于保证零件精度，易于生产及维护，单个模具的制造成本低，但考虑零件冲压成形需5道工序，即需要落料模、拉深模、切边模、翻边模、冲孔模共5副模具，综合工序的模具数量过多，生产分序过多而导致总成本增加，生产效率低，难以满足该零件的批量要求。方案二：采用复合模与单工序模配合加工的方法，需要4套模具。复合模的特点是，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。尽管模具结构较方案一稍复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三：同样采用复合模与单工序模配合加工的方法，需要3套模具。生产效率与方案一、方案二相比更高，减少了模具和设备的数量，便于操作。但2套复合模的制造较复杂，成本较高。方案四：多工位级进模是连续冲压的多工序冲模，在一副模具内可以完成多道工序，具有比复合模更高的劳动生产率。但级进模结构复杂，制造精度高，周期长，成本高，维护困难。工位产生的累积误差将会影响工件的精度，因此级进模适用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小工件加工。通过对于上述三种方案的分析比较，考虑到零件的精度，及需要大批量生产，方案一无法满足制造要求，而比较方案二和方案三，虽然方案三在制造成本及难度相对方案二有所提升，但考虑到零件为汽车前轴油封盖，在使用场所上需要良好的精度以便达到更高的安全性能，且汽车业的高速发展，需要保证各个零部件的生产效率，因此方案三比方案二更能满足零件生产及精度要求。而方案三与方案四比较，从零件外形进行分析，若采用级进模生产，第一道工序应为冲切，但根据零件图要求，零件各处厚度相等，冲切后进行拉深，因材料的流动，有可能造成拉深成型件与条料连接区域的厚度无法达到要求；零件拉深深度为17mm，模具的冲压行程很大，由此造成模具的结构设计难度增加，卸料板的厚度很大，从而使整体模具的闭合高度大大增加；拉深完成后需要对零件凸缘切边，修复凸缘，保证冲裁精度，需要考虑切边后的边缘废料如何排出，但由于是外缘切边，边缘废料只能由顶杆顶出凹模，这样的废料排出方式不适用于级进模设计；翻边与冲孔工序的排序，主要的考虑因素是，在零件凸缘上冲出的小孔，若先冲孔，再翻边，因凸缘材料的流动可能造成所冲小孔变形，影响精度；若先翻边，再冲孔，则需要考虑与条料分离的翻边成型件如何顺利向前送进，保证行进精度，不能造成磨损，且在到达下一工位时精确定位。通过对以上问题思考，可知级进模整体结构复杂，特别是凹模制造精度高，难度大，周期长，成本高，维护困难，工位产生的累积误差将会影响工件的精度。考虑过凹模的设计采用凹模镶块来解决以上问题，但由于凹模镶块的尺寸过大，工位间距过小而无法实现。针对以上出现的问题，在方案三中都可以很好的解决。因此，零件的冲压生产采用方案三为最佳选择。3. 落料拉深模设计3.1 零件拉深工艺分析3.1.1 确定凸缘性质图3-1 零件中线尺寸图根据零件中线尺寸图，由所标注尺寸可知，则，属于宽凸缘件。图3-2 凸缘性质示意图3.1.2 拉深件的圆角半径要求拉深件底部圆角半径应满足，一般取；凸缘圆角半径。本次课程设计，满足要求，故拉深后不用增加整形工序。3.1.3 拉深件尺寸拉深件尺寸比例要适当，拉深件高度不宜太大，一般控制在。其中，h为拉深件高度，d为拉深件直径。零件所示尺寸符合计算要求。拉深件凸缘宽度不宜太宽，一般控制在如下范围：本设计中：因此 （3.1）工件不满足尺寸比例要求，但制件结构不允许修改，故用压边圈防止起皱和移位。3.2 必要的工艺计算3.2.1 拉深性能由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，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。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。3.2.2 确定切边余量零件的相对直径 （3.2）表3-1 带凸缘圆筒形拉深件的切边余量凸缘直径凸缘相对直径/d1.5以下1.5224.54.5325504.54.01.81.6501005.55.04.54.2查表3-1，取得切边余量 （3.3）3.2.3计算毛坯直径D见图3-3中线尺寸图图3-3 落料拉深成形件零件中线尺寸图3.2.4 判断能否一次拉深成形 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。查表3-2可知 查表3-3可知 在范围（0.380.32）内，故综上所述，可一次拉深成形。拉深系数为 表3-2 凸缘件的拉深系数凸缘相对直径毛坯相对厚度0.060.20.20.50.5111.51.51.10.590.570.550.530.501.11.30.550.540.530.510.491.31.50.520.510.500.490.471.51.80.480.480.470.460.451.84.00.450.450.440.430.424.04.20.420.420.420.410.404.24.50.380.380.380.380.374.54.80.350.350.340.340.334.85.00.330.330.320.320.31表3-3 带凸缘筒形件第一次拉深的最大相对高度H/d凸缘相对直径/d毛坯的相对厚度（t/D）10021.51.51.01.00.60.60.31.11.30.800.650.720.560.600.500.530.450.470.401.31.50.700.580.630.500.530.450.480.400.420.351.51.80.580.480.50.420.440.370.390.340.350.291.84.00.510.420.460.360.380.320.340.290.300.253.2.5 最终毛坯尺寸为了保证以后拉深时凸缘不参加变形，宽凸缘拉深件首次拉入凹模的材料应比零件最后拉深部分实际所需材料多3%10% （按面积计算，拉深次数多时取上限值，拉深次数少时取下限值）。这些多余材料在以后各次拉深中，逐次将1.5%3%的材料挤回到凸缘部分，使凸缘增厚，从而避免拉裂。所以根据以上原则，重新计算毛坯长度D。拉深拉入凹模的材料比零件实际需要的面积多3%，即首次拉深时拉入凹模的实际面积为： （3.4）多拉入凹模3%的材料后，毛坯直径为： （3.5）3.3 排样计算3.3.1 排样方法 冲压件的材料费用约占总成本的60%80%之多。因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%0.5%。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种：a.有废料排样 b.少废料排样 c.无废料排样。根据零件图可选用少废料排样。沿冲件部分外形切断或冲裁，只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁排样。排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排等。根据零件形状和排样方法确定单直排样方式。3.3.2 搭边与料宽 1） 搭边 表3-4 搭边值与侧边值的数值 mm材料厚度t（mm）圆件及圆角矩形边长矩形边长或圆角工件间侧边工件间侧边工件间侧边0.25以下1.84.04.24.54.85.00.250.51.21.51.84.04.24.50.50.81.01.21.51.81.84.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.51.01.21.51.81.94.01.64.01.21.54.04.24.04.2零件采用单直排方式，查表3-4得零件间的搭边值为0.8，零件与条料侧边之间的搭边值为1.0。 2） 条料宽度 模具采用无侧压装置送料冲裁，条料的宽度应为： （3.6） 式中查阅表3-5，查阅表3-6表3-5 剪裁下的下偏差条料厚度t（mm）条料宽度b（mm）505010010020020010.50.50.71.0130.51.01.01.0341.01.01.01.5461.01.01.04.0表3-6 条料与导料板间空隙f（mm）条料厚度无侧压装置有侧压装置条 料 宽 度10010020020030010010010.50.5158150.811583.3.3 排样图零件图见图3-4：图3-4 零件排样图3.4 落料拉深模具设计3.4.1 拉深凸模和凹模尺寸计算（1）拉深凹模圆角半径拉深时材料在经过凹模圆角时不仅因为发生弯曲变形需要克服弯曲阻力，还要克服因相对流动引起的摩擦阻力，所以凹模圆角半径的大小对拉深工件的影响非常大。主要影响有以下：1）拉深力的大小；2）拉深件的质量；3）拉深模的寿命。所以凹模圆角半径小时材料对凹模的压力增加，摩擦力增加，磨损加剧，使模具的寿命降低。在生产上一般应尽量避免采用过小圆角半径，在保证工件质量的前提下尽量取大值，以满足模具寿命要求。拉深凹模圆角半径可按以下经验公式计算： 式中 则 但由于该零件可一次拉深成形，故（2）拉深凸模圆角半径凸模圆角半径太小，材料在圆角处的弯曲变形大、危险断面强度降低、厚度严重变薄甚至开裂，局部变薄和弯曲变形的痕迹会在成品侧壁上遗留下来。 凸模圆角半径太大，拉深初期毛坯与模具接触面积小易起皱又会减少传递拉深力的承载面积。由于该零件可一次拉深成形，。（3） 拉深凸模和凹模的间隙拉深模间隙是指单边间隙C，间隙的大小对拉深力，拉深件的质量，拉深模的寿命都有影响，若C值大时，凸缘区变厚的材料通过间隙时，校正和变形的阻力增加，与模具表面的摩擦，磨损严重，使拉深力增加，零件变薄，甚至拉破，模具寿命降低。间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑，质量好，精度较高。间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作用减小，拉深力降低，模具的寿命提高，但零件的质量变差，冲出的零件侧壁不直。因此，拉深模的间隙值也应合适，确定Z时要考虑压边状况，拉深次数和工件的精度。其原则是：既要考虑材料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般比毛坯厚度略大一些。不用压边圈时，考虑到起皱的可能性取间隙值为：。有压边圈时，工件的拉深间隙可取，。参考表5-7。表3-7 带压边圈拉深时的单边间隙值由于零件侧壁与凸缘的垂直度要求较高，为了使拉深后的回弹小、表面粗糙度值小，采用负间隙拉深，这时模具间隙值可取： （3.7）（4）拉深凸模和凹模的尺寸及公差工件的尺寸精度由末次拉深的凸。凹模的尺寸及公差决定，因此除最后一道拉深模的尺寸公差需要考虑外，首次及中间各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差没有必要做严格限制。模具的尺寸只取等于毛坯的过渡尺寸即可。零件给定外形尺寸，拉深以凹模为基准件，间隙由减小凸模而得到： （3.8）式中 =上偏差-下偏差 表3-8 规则形状冲裁模凸、凹模制造公差 mm基本尺寸基本尺寸18-0.020+0.020180260-0.030+0.0451830-0.020+0.025260360-0.035+0.0503080-0.020+0.030360500-0.040+0.06080120-0.025+0.035500-0.050+0.070120180-0.030+0.040由表3-8可知： （查表3-8可知）3.4.2冲裁模刃口尺寸及公差的计算在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的。故计算刃口件尺寸时，应按照落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：落料：落料件光面尺寸与凹模尺寸相等（或基本一致），故应以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减最小初始尺寸。冲孔：工件光面的孔位与凸模尺寸相等（或基本一致），故应以凸模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凸模的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙。冲裁模刃口制造公差：凸、凹模尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具一定的使用寿命。落料：由于冲裁件为圆形件，凸、凹模的计算采用分别加工法。 表3-9 冲裁模初始双面间隙值 mm材料名称Q215、Q235钢，08、10、15钢纯铜（硬）、磷青铜、铍青铜H62、H68力学性能HBS70140300MPa-400MPa板料厚度t始用间隙Z1.00.100.13根据冲压工艺与模具设计表2.5所示（摘录如表3-9），冲裁模间隙为：由于零件上尺寸公差精度要求都不高，定性公差等级为IT12级，故取x=0.75刃口尺寸计算： （3.9）（查表3-8可知）校核有0.035+0.0250.15-0.10，即上式不成立则凸、凹模制造公差即应重新确定： （3.10）故落料时刃口尺寸为：3.4.3外形尺寸设计1） 落料凹模外形尺寸： 因，选用圆形凹模板，型号：GB 2858.4-81。因此选择规格为：16032，则直径为160mm，厚度为32mm。落料凹模尺寸如下图所示：图3-5 落料凹模2） 拉深凸模外形尺寸：因选用正装复合模生产，拉深凸模固定在凹模固定板上，凹模固定板的选用型号为：GB 2858.5-81。因此选择规格为：16018，则直径为160mm，厚度为18mm。拉深凸模采用台阶式凸模，尺寸如下图所示：图3-6 拉深凸模 拉深凸模内部通孔为通气孔。 3） 凸凹模外形尺寸： ，。采用弹压卸料板，安装在上模，卸料板选用型号为：GB 2858.5-81，选择规格为：21016，则直径为210mm，厚度为16mm。凸凹模安装在凸模固定板上，固定板选用型号为：GB 2858.5-81，选择规格为：16018，则直径为160mm，厚度为18mm。凸凹模采用凸台式设计，尺寸如下图所示：图3-7 落料拉深凸凹模3.4.4 计算冲压力（1）冲裁力：根据冲压工艺与模具设计（摘录表格如下）表3-10 材料性能参考表3-10可知所选用材料08钢的抗剪强度为： （3.11）式中 P冲裁力 L冲裁断面零件周长（mm） t材料厚度（mm） 材料抗剪强度（MPa） K安全系数，一般取K=1.3（2）表3-11 卸料力、推件力和顶件力系数卸料力：一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用以下经验公式计算： （3.12）（参阅表3-11）推件力：将卡在凹模中的材料顺着冲裁力方向顶出所需要的力称为推件力。根据冲压工艺与模具设计书上公式5-8，则推件力为 （3.13）（参阅表3-11）式中： n卡在凹模中的材料数量，。顶件力：将材料从凹模内逆着冲裁方向顶出所需的力。 （3.14）（参阅表3-11）（3） 拉深力：一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图3-8。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。图5-8 拉深力变化曲线 由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是比较困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。由于零件是宽凸缘零件，对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为： （3.15）式中 筒形件第一次工序直径，根据料厚中线计算（mm）t材料厚度（mm）材料抗拉强度（MPa）系数，由表5-12查得表3-12 宽凸缘筒形件第一次拉深时的系数值（08钢15钢）凸缘相对直径/d第一次拉深系数m0.350.380.400.420.455.01.00.90.830.750.684.81.11.00.90.830.754.51.11.00.90.824.21.11.00.94.01.11.01，81.1（4） 压边力：压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。则：式中 D毛坯直径（mm） 拉深件的直径（mm） R凹模圆角半径（mm） P单位面积压边力（MPa）查表5-6 表3-13 拉深时的单位压边力 MPa材料q/MPa铝0.81.2紫铜，杜拉铝（退火的或刚淬火的）1.21.8黄铜1.54.0压轧青铜4.04.520钢、08钢、镀锡钢板4.55.0软化耐热钢4.85.5高合金钢，高锰钢，不锈钢5.04.5（5）总冲压力：（6）压力中心的确定 为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模压力中心确定原则： 对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出训模压力中心。 本次采用落料拉深复合模冲裁，零件为圆形宽凸缘拉深件，根据冲模压力确定原则，为对称形状的冲裁件，因此，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。3.4.5 压力机的选择 压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。 应选的压力机公称压力，取1.5，则公称压力为： （3.16） 曲轴（偏心）压力机适用于落料模、冲孔模、弯曲模、和拉深模。C形床身的开式曲轴压力机具有扣件方便及容易安装机械化附属等优点，适用于中小型冲模。 冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容，它直接关系到设备的安全和使用的合理，同时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、板料的性能与规格、成本的高低等一系列重要问题。 根据所选用的标准件，模具的闭合高度为。初选压力机型号为 J15-400,其主要参数如下： 公称压力 400KN 滑块行程 100mm 压力机最大闭合高度 400mm 压力机最小闭合高度 200mm 封闭高度调节量 80mm 工作台尺寸 630420mm 柄孔尺寸 工作台板厚 80mm根据所选压力机，与之前所设计零件进行验证校核：式中 压力机的最大闭合高度（mm）； 压力机的最小闭合高度（mm）；压力机垫板厚度（mm）；模具的闭合高度（mm）。因此，所选压力符合设计要求，最终确定压力机型号为 J15-4003.5 模具结构设计（1）挡料装置：挡料装置对人工送料提供进给量的依据。当材料与挡料装置的定位面（边）接触时，即停止进给。挡料装置在单工序落料或复合模中，主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。固定挡料销：圆柱挡料销，结构简单，使用方便，广泛应用于各类冲裁模；钩形挡料销，因其固定孔离刃口较远，因此凹模强度较好，适用于厚料冲裁时的挡料。由于挡料销有定向要求，结构上带有防转定向销。模具装配采用固定挡料销，考虑冲裁件的搭边值过小，若采用圆柱挡料销，固定孔离刃口很近，不利于冲裁。因此，最终选用的挡料装置为钩形挡料销。钩形挡料销与圆柱挡料销的特点及适用范围如表5-14所示：表3-14 挡料销的结构形式形式特点及适用范围圆柱头固定挡料销1、 此种挡料销结构简单，制造方便，当固定部分和工作部分的直径差别较大时，不至于削弱凹模的强度。2、 一般装在凹模上，适用于带固定卸料板或弹性卸料板的模具，应用较广。钩形头固定挡料销1、 此种挡料销头部为钩形，需加防转销，加工不如圆柱头挡料销方便，但优点是挡料销的固定孔可离凹模刃口更远一些，故凹模刃口强度更不会受影响。2、 一般装在凹模上，只有当采用圆柱头挡料销会削弱凹模刃口强度时，才采用此钩形挡料销。（2）定位装置：常用的定位装置有定位板和定位销两类，本套模具设计装配采用定位销定位，沿工序件外形定位。用六个定位销代替导料板。采用蘑菇状定位销，选用型号PST3,材质SKS3，硬度60-63HRC。两个定位销距离：（3）出件装置：采用上模推件装置，用于拉深模或落料模的推件装置。（4）顶出装置：顶出装置的功能主要以料或件起顶出作用。顶出装置均采用弹顶结构，弹压力主要靠压缩弹簧或橡胶获得。弹顶结构设计构成由顶件器（顶板、顶块）、顶杆、推板、螺杆、调节螺母和弹簧等组成。顶板：主要有三个作用：冲裁时夹紧材料，施加反压力；提供冲孔凸模的导向保护；顶出工件。橡胶：聚氨酯橡胶是一种优良的弹性元件材料，其特点是质量轻、弹性大、硬度高、耐磨、耐冲击、强度高、易于成形。常将其制造成带孔或不带孔的圆柱状或块状，在冲压模具中作为缓冲垫，用于卸料、压料和顶件等，即称聚氨酯橡胶垫。使用聚氨酯的寿命比橡皮高得多，一般可达20万次以上。在相同尺寸的情况下，相同硬度的聚氨酯橡胶与橡皮相比，聚氨酯橡胶所允许的承载能力要比橡皮大68倍。因此，当需要承载压力相同时，利用聚氨酯橡胶作弹性元件，可以减小弹性垫和模具的体积。顶出装置的弹压力由聚氨酯橡胶垫提供，根据已计算出的顶件力：，查阅冲压模具设计师手册表15-30聚氨酯橡胶弹性垫尺寸可知，选用尺寸为：。聚氨酯橡胶弹性垫压缩量为，可以满足顶件力要求，但考虑到零件尺寸及顶件器宽度要求，重新审定选用尺寸为：。（5）卸料装置：卸料装置除起卸料作用外，在拉深工序中同时起到压边圈的作用。由于板料料厚只有1mm，可以选用弹性卸料装置。弹性卸料装置是由卸料板通过卸料螺钉和弹性元件等，装在模具上组成的。当闭合的模具开启时，包在凸模上的料在弹簧回弹力的作用下推动卸料板被卸下。在自由状态下的弹压卸料板总是高出凸模底面一定高度。冲压开始时，先压住料，然后再冲压；冲压结束后，料被顺利地卸下。 卸料板：卸料板材料选A5钢，不用热处理淬硬；取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.10.3mm；卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为8mm，螺纹部分为M88mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面0.4mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。卸料板上弹簧孔深取5mm。考虑到卸料板的尺寸，采用无导向弹压卸料板。广泛应用于薄材料和零件要求平整的落料、冲孔、复合模等模具上的卸料。卸料效果好、操作方便。 卸料螺钉：为保证装配后卸料板的平行度，同一付模具 中各卸料螺钉的长度L及孔深H都 须分别保持一致，分别不超过0.02mm。各尺寸的关系如下： 弹性元件：圆钢丝圆柱螺旋压缩弹簧在模具中被用于卸料、压料、推件和压边等工作。是常用的普通弹簧。由于弹性好、制造简便、价格便宜，各行各业中广泛应用。 由于卸料装置除起卸料作用外，在拉深工序中同时起到压边圈的作用，因此弹簧所受力为卸料力与压边力的合力，则 （3.17）拟选用8个弹簧，则单个弹簧受力为： （3.18）弹簧的工作压缩量为： 其中，落料凹模高出拉深凸模距离，取 卸料板超出凸凹模刃口的距离，以保证卸料，取查阅机械设计手册弹簧，选用弹簧尺寸为：弹簧中径D=20mm，材料直径d=3mm，节距p=4.5mm，工作极限载荷P=2700 N。卸料螺钉：型号：GB2867.5-81，尺寸：1250（6）模座：考虑到装模方便，根据凹模板的尺寸，采用后侧导柱滑动导向模架。标记为：上模座20016040 GBT2855_5-2008HA_33 下模座20016045 GBT2855_4-2008HA_33 导柱A28h6200 GB/T2861.1 导套A28H79038 GB/T2861.67）垫扳：垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被压出陷痕而损坏。在设计中我们把垫板的外形尺寸与凸、凹模的外形尺寸相匹配，其厚度我们设计为8mm。3.6 模具装配3.6.1 模具的总装图根据以上设计计算，并经绘图设计，落料拉深复合模的总装图如下图所示：图3-9 落料拉深模总装配图3.6.2 模具的装配（1）复合模的装配复合模一般以凸凹模作为装配基准。其装配顺序为：装配模架，导套与上模座采用H7/r6配合，导柱与下模座采用R7/h6基轴制配合；装配凸凹模组件凸凹模及其固定板，和凸模组件凸模及其固定板；将凸凹模组件用螺钉和销钉安装固定在上模座的相应位置上；以凸凹模为基准，将凸模组件及凹模初步固定在下模座上，调整凸模组件及凹模的位置，使凸模刃口和凹模刃口分别与凸凹模的内、外刃口配合，并保证配合间隙均匀后固紧凸模组件与凹模；试冲检查合格后，将凸模组件、凹模和相应模座一起钻销孔；卸开上、下模，安装相应的定位、卸料、推件或顶出零件，再重新组装上、下模，并用螺钉和定位销紧固。（2）凸模组件和凸凹模组件的装配 此模具的凸模与固定板的配合采用H6/r5，凸模装入固定板后，其固定端面应和固定板的支承面处于同一平面内，在压力机上调整好凸模与固定板的垂直度将凸模压入固定板内，凸模对固定支承面的垂直度经检查合格后将凸模上端铆合，并在平面磨床上将凸模的上端面和固定板一起磨平，并以固定板支承面定位将凸模工作端面磨平，凸凹模与固定板的配合采用H6/r5，总装前应将凸凹模压入固定板内，压在平面磨床将上下平面磨平。（3）凸、凹模间隙的调整冲模中凸、凹模之间的间隙大小及其均匀程度是直接影响冲件质量和模具使用寿命的主要因素之一，因此，在制造冲模时，必须要保证凸、凹模间隙的大小及均匀一致性。通常，凸、凹模间隙的大小是根据设计要求在凸、凹模加工时保证，而凸、凹模之间间隙的均匀性则是在模具装配时保证的。冲模装配时调整凸、凹模间隙的方法很多，需根据冲模的结构特点、间隙值的大小和装配条件来确定。这里用垫片法来调整。垫片法是利用厚度与凸、凹模单面间隙相等的垫片来调整间隙，是简便而常用的一种方法。其方法如下按图样要求组装上模与下模，其中一般上模只用螺钉稍微拧紧，下模用螺钉和销钉紧固。在凹模刃口四周垫入厚薄均匀、厚度等于凸、凹模单面间隙的垫片、金属片或纸片，再将上、下模合模，使凸模进入响应的凹模孔内，并用等高垫铁垫起。观察凸模能否顺利进入凹模，并与垫片能否有良好的接触。若在某方向上与垫片接触的松紧程度相差较大，表明间隙不均匀，这时可用手锤轻轻敲打凸模固定板使之调整到凸模在各方向与凹模孔内碘片的松紧程度一致为止。调整合适后，在将上模用螺钉紧固，并配装销钉孔，打入定位销。3.6.3 落料拉深复合模的工作过程落料拉深复合模的工作过程如下：条料从左往右送进，保证在6个定位销之间送进，当条料前端通过钩式挡料销定位，条料停止送进，压力机带动上模下行，弹性卸料板与条料接触，此时起压边圈作用，上模继续下行，凸凹模与落料凹模进行落料，落料工序完成后，上模继续下行，凸凹模与拉深凸模将落料件拉深成形，