毕业设计（论文）-玻璃升降器外壳冲压工艺规程设计及落料拉深复合模具设计

I 摘要 模具工业有“不衰亡工业”之称，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 本次设计利用 CATIA 在建模方面的强大能力，对汽车玻璃升降器外壳的整套模具进行并装配。通过实体建模系统，可以进行快速的概念设计，通过定义设计中的不同部件间的数学关系将它们的需求和设计限制结合在一起；基于特征的实体建模和编辑能力使得设计者可以通过直接编辑实体特征的尺寸，或通过使用其他几何编辑和构造技 巧，来改变更新实体。 CAD、 CAE 在设计中的同步使用，计算分析与设计同步，使设计方案到优化，从根本上保证产品质量。 关键字：冲压模具 实体建模 CATIA II Abstract Modern mould industry is known for never declining.People begin to realize the great importance of mould in manufacturing and perceive that the technical standard of mould has been regarded as a symbol that indicate the level of the manufacturing in a nation.Further more,mould determines the quality of the products,benefit and the capability of new products exploiting to a great extent. This paper mainly focuses on modeling and assembling the whole set moulds which are used to produce the sheathing of automobile glass riser by using the powerful function of CATIA in respect of modeling.Speedy conceptual design can be conducted by substantiality modeling system and their requirement and the programming restricts will be combined by the mathematic relation among different components in conceptual design.Basing on features,substantiality modeling and editing capacity help the designers changing and renewing substantiality by way of editing the dimension of substantiality features directly or other geometric editing and constructing techniques. For the sake of optimizing design plan,CAD and CAE can be used simultaneously in designing,calculating analysis and designing can be conducted at the same time.so that the quality of the product can be ensured at the rock bottom. Key words:press tool ；solid modeler ；CATIA III 目录 摘要 . I Abstract. II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 模具行业的发展 . 1 1.2 模具发展趋势 . 2 1.2.1 现代模具设计与制造已步入信息化时代 . 2 1.2.2 现代模具设计的 CAD/CAE 技术的应用 . 3 1.2.3 模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展趋势 . 3 1.3 本文的研究路线及研究内容 . 4 第 2 章 升降器外壳的设计 . 6 2.1 玻璃升降器外壳的功用分析 . 6 2.2 冲压件的工艺性分析 . 6 2.3 优化选择工艺方案及模具形式 . 7 2.3.1 计算毛坯尺寸 . 7 2.3.2 计算拉深次数 . 8 2.4 中间工序 . 9 第 3 章 升降器外壳模具的工艺设计 . 11 3.1 确定工艺方案及模具形式 . 11 3.2 材料的排样和毛坯计算 . 13 3.2.1 修边余量的确定 . 13 3.2.2 毛坯尺寸展开计算 . 14 3.2.3 排样与裁板方案的确定 . 14 3.3 部分工序参数的计算 . 15 3.3.1 初步计算拉深直径 . 15 3.3.2 选取凸凹模的圆角半径 . 15 3.3.3 计算各次拉深直径 . 15 3.4 各工序冲压力的计算 . 15 3.5 模具的压力中心 . 18 第 4 章 模具主要零件的设计与计算 . 19 4.1 模具结构的确定 . 19 4.1.1 模具的形式 . 19 4.1.2 辅助装置 . 19 4.1.3 导向零件 . 19 IV 4.1.4 模架 . 19 4.2 模具零件的结构设计 . 20 4.2.1 工作零件 . 20 4.2.2 定位零件 . 24 4.2.3 卸料、推件零件 . 24 4.2.4 导向零件 . 28 4.2.5 固定零件 . 29 第 5 章 模具的装配与仿真 . 32 结论 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 36 附录 1. 37 附录 2. 38 1 第 1 章 绪论 1.1 模具行业的发展 近年来，由于我国国民经济的高速、稳定的增长，促进了我国模具工业的迅速发展壮大，因此，模具设计与制造专业或者相关的材料成型与控制专业已经成为我国国内具有优势的热门专业之一。在日常生活中我们的许 多制品都是由模具来生产制造出来的，所以，越来越多的人开始从事模具行业的设计，因此，我国的模具设计水平有了进一步的提高和发展的空间。随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长，模具工业快速发展，必然会带来模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现在已经逐渐的成为衡量一个国家产品 制造水平的重要标志和发展程度的标志之一。 模具工业部发达将严重影响汽车、 IT 与电子技术产品、机电产品、航空航天、船舶、建材、家用电器等制造业产品的生产。随着社会的进步与经济的发展，市场竞争越来越剧烈，迫使制造业在不断改善产品的性能与品质的前提下，最大限度地缩短新产品的开发周期、降低成本，以便快速响应用户最新的需求，快速、高效地开发新产品是竞争取胜的以个关键因素。实现新产品的快速、高效开发涉及多种领域的先进技术，例如，计算机辅助设计（ CAD）、计算机辅助工程（ CAE）、计算机辅助制造（ CAM）、新材料，以及产 品与相应工艺装备的快速成型、制造等，其中也别是有关模具的设计与制作技术。国外模具工业的逐步转向我国发展，港资和台资企业在不断增加，台资模具企业在国内发展的比较快。然而国内模具生产水平低，模具的价格只有发达国家的 1/3 或 1/5，这种相对较低的价格成为国内模具进入国际市场并与国外模具竞争的主要手段。国内模具在出口的同时，进口的外国模具也在不断增加，尤其是高精度汽车模具需大量进口。 国内模具行业的结构改革步伐日益加快，三资企业、民营企业得到了很大程度的发展，南方模具工业的发展比北方快，但在整个模具设计制造水平和标 准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。 这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。 我国模具行业的发展前景非常看好。新车型对模具有较大需求，整车的车型 2 需要大中型的汽车模具，因此模具工业一定要承担起汽车零部件模具的设计，为我国汽车行业快速 进入世界先进行列发挥应有的作用，从模具技术发展来看 高精度、低成本、交货期短时今后模具发展的一个趋势，模具的标准化加工和模具标准间的发展将会有力的促进中国汽车工业的发展。总之，在 21 世纪全球经济化的大形势下，全球的资本、技术、劳动力都在整合，加入 WTO 后，中国将成为世界制造基地，对我国模具工业来讲，机遇与挑战共存，协作、规划、管理将同时起步，以实现我国模具的跨越式发展。 1.2 模具发展趋势 1.2.1 现代模具设计与制造已步入信息化时代 改革开放 30 多年来 ,中国模具生产作为一个产业有了翻天覆地的变 化。这种变化主要体现在三个方面 :产能变化、生产方式变化、技术革命。大多数人看到的是中国模具产业作为一个行业的从无到有、从小到大、从拾漏补缺到成为主力 ,以及模具需求和产量的快速增长变化。但更重要的是生产方式转变和技术革命。后两种变化是一种更加深刻、更加根本性的变化。生产方式的转变主要体现在 ,从过去传统的小而全的后方车间、作坊式的生产 ,转变为高度市场专业协作的大规模生产方式 ；从完全非标生产到相对标准化和准标准化生产。模具生产技术革命 ,浓缩到一点就是企业信息化也就是数字化制造和信息化管理。 20 世纪 80 年代 前 ,很多模具是靠钳工用手打磨出来的 ；90 年代 ,由于引入了数控加工机床、 edm 等较先进的设备 ,大大地提高了模具的生产工艺水平 ,生产周期及模具的品质也有了很大的缩短和改进。高精度加工己经把工人从繁重的体力劳动中解放出来。另一方面 ,cad/cam/cae 等计算机辅助技术在模具行业也得到了广泛的应用 ,模具的设计及数控加工水平有了很大的提高 ,cad/cam/cae软件对于模具技术人员的工作效率和设计的可靠性已经有了很大的提高。目前各模具企业又面临着一个新的课题 ,如何把企业管理也同样从烦琐的事务中解放出来 ,让信息化管理 为企业的生产效率提升作出贡献。所以模具企业管理的信息化己经成为模具行业发展和进步的必然趋势。 模具生产是单件订单式生产 ,在管理信息化中有其强烈的特殊性。设计是制造的一部分 ,工艺设计不充分 ,设计与工艺信息可直接重复利用价值不大。因此 ,根据企业生产特点把握全面信息化管理与实用、简化管理的平衡点 ,是信息化的关键。这就造成很难照搬成熟的管理软件。例如汽车模具企业没有传统意义上的原材料 ,仓库管理等等。购置的都是部件与部件的半成品 ,不存在入库出库过程 ,制造费用的摊销每个企业也是都不一样。又比如成本核算更应该采用项 目管理的办法 ,而不是采用一般加工制造业的办法 ,什么 pdm、 erp 等软件不经过彻底的改造是完全不适应的。 3 1.2.2 现代模具设计的 CAD/CAE 技术的应用 模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸与尺寸精度、表面质量要求以及其成型工艺条件的变化而变化的 ,所以每副模具都必须进行创造性的设计。模具设计的内容包括产品零件 (常称为制件 )成型工艺优化设计与力学计算和尺寸与尺寸精度确定与设计等 ,因此模具设计常分为制件工艺分析与设计、模具总体方案设计、总体结构设计、施工图设计四个阶段。 CAD/CAE,计算机辅助设计 和辅助工程 ,它包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图和计算机辅助设计过程管理等。应用 CAD 技术可以设计出产品的大体结构 ,再通过CAE 技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具 CAD/CAE 集成技术后 ,制件一般不需要再进行原型试验 ,采用几何造型技术 ,制件的形状能精确、逼真地显示在计算机屏幕上 ,有限元分析程序可以对其力学性能进行检测。借助于计算机 ,自动绘图代替了人工绘图 ,自动检索代替了手册查阅 ,快速分析代替了手工计算 ,使模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来 ,集中精力从事诸如方案 构思和结构优化等创造性的工作。在模具投产之前 ,CAE 软件可以预测模具结构有关参数的正确性。 当今的概念设计已不仅仅是停留在对外观和结构的设计上 ,它已经扩展到对模具结构分析的领域。对于运用 CAD 技术设计出的模具 ,可运用先进的 CAE 软件(尤其是有限元软件 )对其进行强度、刚度、抗冲击实验模拟、跌落实验模拟、散热能力、疲劳和蠕变等分析。通过这些分析 ,可以检验前面的概念性结构设计是否合理 ,分析出结构不合理的原因和部位 ,然后再在 CAD 软件中进行相应的修改。修改后再在 CAE 中进行各种性能的检测 ,最终确定满足要求的模 具结构。 当今 CAD 技术的发展使得概念设计思想体现在相应的模块中。概念设计不再只是设计师的思维 ,系统模块也融合了一般的概念设计理念和方法。目前 ,世界上大型的 CAD/CAE 软件系统 ,如 Pro/ENGINEER、 UG、 Solidworke、 Alias 等 ,都提供了有关产品早期设计的系统模块 ,我们称之为工业设计模块或概念设计模块。例如 ,Pro/ENGINEER就包含一个工业设计模块 ProDesign,用于支持自上而下的投影设计 ,以及在复杂产品设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工具包括概念设计的二 维非参数化的装配布局编辑器。这些系统模块的应用大大减少了设计师的工作量 ,节约了工作时间 ,提高了工作效率 ,使设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上。 1.2.3 模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展趋势 模具 CAD/CAE/CAM 技术在现实生产中已经有了一定的应用。未来的发展趋势主要表现在以下几个方面； 1、标准化 CAD/CAM 系统可建立标准零件数据库、非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在 CAD 设计中可以随时调用，并采用组成技术GT（ Group Technology） 生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结 4 构不尽相同，但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改，从而加快设计过程，使典型模具结构库在参数化设计的基础上实现。 2、智能化 CAD/CAM 系统智能化主要表现在专家系统思想的引入，通过虚拟专家来处理模具设计制造中的为题，专家系统具有数据模块、知识库模块和控制模块，专家系统可以解决知识表示、特征统计、推理方法及感念设计等问题，具有启发性、灵活性等特点。整个系统具备人工智能理想的智能模具 CAD/CAM 系统响应，自动生产设计方案，对方案进行优化评建和选择 ，并对模具设计制造提供全方位的过程响应和处理。 3、集成化 模具 CAD/CAM 技术与 GT（ Group Technology）、 CE（ Concurrent Engineering）、 CAECAPP(Computer Aided Process Programming)等技术密切相连，组成一个有机的整体，其关键在于建立一个统一的全局模具产品数据模型，在产品开发，模具设计中，提供全部的信息，并行技术和管理技术，体现了系统化思想直至发展为 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，计算机集成制造系统。 4、网络化与协同设计 随着模具工业规模的不断加大，要做到资源信息共享、交换等，网络化设计的发展式必然的，以微机为中心的只能工作站构成CAD/CAE/CAM/CAPP 微机局域网络，结构灵活，功能强大，并伴随着 Internet 的进一步拓展，系统提供了异地设计人员在同一时间对同一个参数进行评价和修改，实现异地操作与数据交换，使一个项目在多台计算机上协作完成，以适应不同地区的现有资源和生产设备资源的要求和利用。这种基于 Internet 下的协同设计实现了企业间的“集成化”，它 将成为模具制造也全球化的发展趋势。 1.3 本文的研究路线及研究内容 此次设计主要围绕着玻璃升降外壳冲压模具设计展开的，通过对玻璃升降器外壳的分析，运用落料、冲孔、拉深和翻边等冲压工序设计复合模具。通过查阅资料。认真分析了要完成的任务，制定了一下研究路线： 1、 对零件进行工艺分析，进行冲压工艺方案及模具结构方案设计。 2、 对复合冲压模具零部件工艺参数进行参数选择及计算。 3、 确定冲压加工工艺规程，绘制复合冲压模具装配图和零件图。 4、 利用 CAD/CAE/CAM 技术进行装配仿真，干涉实验。 设计冲压复合模具时，其结构比较复杂 ，需要充分考虑一下几个方面的问题： 1、 压力机的许用压力和复合模压力的关系。 2、 复合模中凹凸模的设计。 3、 复合模选用的模架。 4、 复合模中的卸料和推荐装置。 5、 复合模工作部分零件的材料选用。 5 6、 复合模中配合尺寸的选取。 本文主要内容：本文首先介绍了模具行业在国内外的一些发展情况，以及模具行业的发展趋势，重点介绍了模具 CAD/CAE/CAM 在现实生产中的应用和未来的发展趋势。对玻璃升降器外壳模具进行设计，其中包括：零件的功用分析、模具生产有关参数的计算、工艺规程设计、零部件的工艺设计、模具的结构设计、压力中心的选择、压力机的 选择等；之后重点设计了落料拉深复合模的结构，利用CATIA 建模功能以及运动仿真模块，对做好的落料拉伸复合模零件进行装配，最会进行干涉仿真。在最后通过分析，给出给论。之后对所用所学的知识进行总结，取得了一定成果。 信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化的去试下， CAD/CAE/CAM 技术越发凸显了其再现实生产中的重要地位。 CAD/CAE/CAM 技术可以将设计与生产设备连接，设计人员在计算机 CADCAE 环境下进行设计、分析后，不再出工艺图，直接发出加工指令，生产设备接受该指令后，自动对设计方案识别，对原料加 工生产，即实现计算机辅助加工管理 CAM，节省了大量的人力、物力、财力。通过本次设计，我对 CAD/CAE/CAM 技术有了更加深刻的认识，为日后走出校园步入社会积累了宝贵的实践经验。 6 第 2 章 升降器外壳的设计 2.1 玻璃升降器外壳的功用分析 该冲压件是玻璃升降器的外壳，采用 1.5mm 的钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度（零件图 2.1）。该冲压件工作时受力不大，对其强度和刚度的要求不太高。该冲压件，产量属于中批量生产，外形较为复杂但分布对称，这次涉及的材料为优质碳素结构钢板 08 钢 ，采用冲压加工经济型良好。冲压件的材料力学性能如下表 2.1： 表 2-1 冲压件的材料力学性能 材料 牌号 材料状态 抗剪强度 /MPa 抗拉强度 b/MPa 伸长率 /% 屈服强度 /a MPa 优质碳素结构钢 08 已退火 260 360 330 450 32 200 图 2-1 零件图 2.2 冲压件的工艺性分析 外壳内强的主要配合尺寸 16.5mm、 22.3mm、 16mm 为 IT11-IT12 级。为确保在铆合固定后，其承托部位与轴套的同轴度，三个 3.2mm小孔与 16.5mm间的相对位置要准确。小孔中心园直径 42 0.1mm 为 IT10 级。此零件为旋转体，其形状特征表明，是一个带凸缘的圆筒形件。其主要的形状、尺寸可以由拉深、翻边、冲孔等冲压工序获得。作为拉伸成 型尺寸，拉伸工艺较好。 22.3mm、 16mm 的公差要求偏高，拉伸件底部及口部的圆角半径 R1.5mm 也偏小，故应在拉伸之后，另加工整形工序，并用制造精度较高、间隙较小的模具来达到。三个 7 小孔 3.2mm 的中心圆直径 42 0.1mm 的精度要求较高，按冲裁见工艺性分析，应以 22.3mm 的内经定位，用高精度（ IT7 级以上）冲模在一道工序中同时冲出。 外壳的形状表明，零件为拉伸件，所以拉伸为基本工序。凸缘上三小口由冲口工序完成。该零件 16.5mm 部分的成形，可以有三种方法：一种可以采用阶梯拉伸后车去底部；另一种 可以采用阶梯拉伸后冲去底部；第三种可以采用拉伸后冲低孔，再翻边的方法（图 2-2） 第一种方法车底的质量较高，但生产绿地且废料，该零件底部要求不高，一般不采用。第二种方法较第一种方法效率高，但在冲去底部之前，要求底部圆角半径接近于零，因此需要增加一道整形工序，而且质量不易保证。第三种方法生产效率高，且省料，翻边的端部质量虽不及前俩种好，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，而高度 21mm 和 R1俩个尺寸正好是用翻边可以保证的。经过比较，第三种方法较为合理。 a)车切； b)冲切； c)冲孔翻边 图 2-2 外壳底部的成型方案 因此，该外壳零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有：落料、拉伸（可能多次）、冲三个小孔、冲低孔、翻边、切边和整形等。用这些工序的组合可以提出多种不同的工艺方案。 2.3 优化选择工艺方案及模具形式 通过对汽车玻璃升降器外壳零件的工艺性分析，结合具体生产条件，优化选择该零件的工艺方案及模具形式，使其尽量满足工艺行合理、经济性合算的原则。具体内容如下： 2.3.1 计算毛坯尺寸 在计算毛坯尺寸以前需要先确定翻边前的半成品形状和 尺寸。翻边前是否也需要拉成阶梯零件，这样核算翻边的变形程度。零件 16.5mm 处的高度尺寸为：H=21-16=55mm。 根据翻边公式，翻遍高度 H为： H= 0.5d1(1-k)+0.43Rd+0.72t （ 2 1） K：翻边系数； Rd：翻遍处圆角半径； t ：坯料厚度。 经变换后，有： 8 K=1-2/d(H-0.43Rd-0.72t)=1-2/18 (5-0.43 1-0.72 1.5)=0.61 即翻边处高度 H=5mm；翻边系数达 K=0.61.由此可知其预加工小孔孔径： d0=d1 K=18 0.61=11mm （ 2 2） d1：翻边孔直径。 由 d0/t0=11/1.5=7.3,查冲压模具设计大典表 19.5-1，当用圆柱形凸模，预加工小孔为冲制时，其极限翻边 Kfr=0.50k=0.61,即一次能翻出竖边 H=5mm 的高度。故翻边前，该外壳半成品可部位阶梯形，其翻边前的半成品形状与尺寸如图 2-3 所示。图中法兰边直径 54mm 是根据工作法兰边直径 50mm、加上拉伸时的修边余量取为 4mm 而确定的，于是，该零件的坯料直径 D0可按模具设计大典第 三卷 表 19.4 4中公式计算： D0 = 2 4 3 . 4 4d p d H d r = 25 4 4 2 3 . 8 1 6 3 . 4 4 2 3 . 8 2 . 2 5 （ 2 3） 图 2-3 翻边前的半成品图 2.3.2 计算拉深次数 Df/d3= 5422.3=2.42,属宽凸缘筒形件。 零件拉伸系数： mf=d/D0=23.865=0.37 , t/D0 100=1.565 100=2.3 （ 2 4） D :第三次拉伸凸圆筒形件内径，单位 mm。 D0：毛坯直径，单位 mm。 由此查模具设计大典得， mc=0.42.如果采用二次拉伸，若取 m1=0.45,由 d1=m1d0=0.45 65mm 29mm,则 m2=d3/d1=22.329 0.768 （ 2 5） d1:第一次拉伸零件内径，单位 mm。 d3:第三次拉伸凸圆筒形件内径，单位 mm。 查模具设计大典有 m2=0.7680.5，故能由冲孔后直接翻边获得 H=0.5mm 的高度。翻边前的拉深件形状与尺寸如图 3-5所示。 14 图 3-5 翻边前的拉伸件 3.2.2 毛坯尺寸展开计算 实际凸缘直径 d凸 =d凸 +2 =（ 50+3.5） mm 54mm。 毛坯直径 D 引入公式（ 2 3）计算： D= 2 4 3 . 4 4d p d H d r = 25 4 4 2 3 . 8 1 6 3 . 4 4 2 3 . 8 2 . 2 5 65mm 3.2.3 排样与裁板方案的确定 1、制件的毛坯为简单的圆柱形，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单排。 t=1.5mm，查模具设计大典轧制薄钢板 拟选用规格为： 1.5mm 750mm 1420mm 的板料。 2、 排样设计 图 3-6 排样图 确定搭边值 俩工件间的横搭边 a1=1.2mm； 俩工件间的纵搭边 A=1.0mm； 布距 S=D+a=65+1=66mm； 条料宽度 B=(D+2a1+ )- 0=67.55-0.150； 故一个布距内的材料利用率 为： =A/BS*100%= (D/2)2 100%=74.4% （ 3 2） 由于直板材料选取 1.5 750 1420 故每板料可裁剪 11 21=231 个工件，故每块板料（ 1.5 750 1420）的利用率为： =nA/LB 100%=231 (D/2)2/(750 1420) 100%=71.9% 15 3.3 部分工序参数的计算 3.3.1 初步计算拉深直径 由于该工件需要三次拉深，查 冲压模具设计与制造技术，首次拉深系数m1、二次拉深系数 m2、二次拉深系数 m3： 初步计算各次拉深直径为： d1=m1D=0.56 65 36.4mm （ 3-3） d2=m2d1=0.805 36.4 29.12mm d3=m3d2=0.812 29.12 23.8mm 3.3.2 选取凸凹模的圆角半径 首次拉深凹模圆角半径 rd1，根据冲压模具设计与制造技术可知： rd1=0.8 =0.8 (6 5 3 5 ) * 1 .5 5.36mm，取 rd1=5.5mm 又有公式 rdn=（ 0.6 0.08） rdn-1 （ 3 4） 计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径，分别为： rd1=5.5mm rp1= 4mm rd2= 4mm rp2=2.5mm rd3= 3mm rp3=1.5mm 3.3.3 计算各次拉深直径 根据冲压模具设计与制造技术式 Hn=（ D2-dtn2+3.44rndn） /4dn （ 3 5） 计算各次拉深高度如下： H1=(D2-dt12+3.44r1d1)/4d1=(652-542+3.44 4.75 36.4)/4 36.4 13mm H2=(D2-dt22+3.44r2d2)/4d2=(652-542+3.44 3.25 29.12)/4 29.12 14mm H3=(D2-dt32+3.44r3d3)/4d3=(652-542+3.44 2.25 23.8)/4 23.8 16mm 3.4 各工序冲压力的计算 工序一： 由 1郝滨海编著冲压模具简明设计手册第 19 页公式 2.72.10 可得： 一般平刃口冲裁时，其冲裁力 F 落料 可按下式计算：即 F 落料 =1.3Lt （ 3 6） 式中 t 材料厚度， mm； L 冲裁周长， mm； 材料的抗剪强度， MPa。见表 2.1。 卸料力 Fxi可按 下式计算：即 Fxi=kxiF 落料 （ 3 7） 式中 F 落料冲裁力， N； 16 kxi卸料力， N； Kd推出系数，见表 3.1。 表 3-1 卸料力、推件力系数 料厚 /mm kxi kd 钢 0.1 0.1 0.5 0.5 2.5 2.5 6.5 6.5 0.065 0.075 0.045 0.055 0.04 0.05 0.03 0.04 0.02 0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 铝、铝合金 0.025 0.08 0.03 0.07 紫铜、黄铜 0.02 0.06 0.03 0.09 由郝滨海编著。冲压模具简明设计手册第 147 页表 4.35 可得： 筒形件由压边拉深的首次拉深力 P 计算公式： F1= d1t bK1 （ 3 8） 式中 F1首次拉深力， N； d1 首次拉深直径， mm； t 材料厚度 ,mm； b板料抗拉强度 ,MPa；见表 2.1 K1 修正系数，按表 3.2 选取。 首次后的各次拉深力 P 计算公式： P= dnt bK2 （ 3 9） 式中 P首次后的各次拉深力， N； dn第 n次拉深直径 ,mm； t 材料厚度 ,mm； b板料抗拉强度 ,MPa；见表 2.1； K2 修正系数， 按表 3.3 选取。 17 表 3-2 修正系数 K1 首次拉 深系数 M1 0.55 0.57 0.60 0.62 0.65 0.67 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 K1 1.0 0.93 0.86 0.79 0.72 0.66 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 表 3-3 修正系数 K2 首次拉 伸系数 m1 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 0.85 0.90 0.95 K2 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.70 0.60 0.50 由郝滨海编著。冲压模具简明设计手册第 150 页表 4.464.48 可得： 筒形件拉伸件首次拉深时压边计算公式： FQ1=AFq=4(D2-d12)Fq （ 3 10） 式中 FQ1首次拉深时的压边力， N； D 坯料直径， mm； d1 首次拉深直径， mm； q 单位压边力， MPa；见表 3.4. 18 表 3-4 各种材料拉深时的单位压边 在单动压力机上拉深时 的单位压边力 材料 q/MPa 铝 0.8 1.2 紫铜 1.2 1.8 黄铜 1.5 2.0 压轧青铜 2.0 2.5 20 钢、 08 钢、镀锡钢板 2.5 3 软化耐热钢 2.8 3.5 高合金钢、高锰钢、不锈钢 3 4.5 落料力：由公式（ 3.4） F 落料 =1.3 2 65 1.5 325=129.34KN 卸料力：由公式（ 3.5） Fxi=KxiF 落料 =0.05 129.34=6.47KN 拉深力：由公式（ 3.6） F1= d1t bK1= 36.4 1.5 235 0.96=53.49N 压边力：由公式（ 3.8） FQ1=AFq=4(D2-d12)Fq =5.01KN 所以，总压力 F 总冲压力 1=F 落料 +Fxi+Fd+F1+FQ1=174.4KN 初选压力机：故初选压力机公称压力为 250KN，型号为 J23-25. 工序二： 拉深力：由公式（ 3.7） F2= d2t bK2= 29.12 1.5 235 0.8=25.79KN 压边力：由公式（ 3.8） FQ2=A2Fq=4(D2-d12)Fq=436.42-29.122 2.2=0.82KN 总压力： F 总冲压力 2=FQ2+F2=36.48KN 故初选压力机公称压力为 63KN，型号为 J23-6.3。 工序三： 拉深力：由公式（ 3.7） F3= d3t bK3= 23.8 1.5 235 2=52.69KN 压边力：由公式（ 3.8） FQ3=A3Fq=4(d22-d32)Fq=429.122-23.82 2.2=0.49KN 总压力： F 总冲压力 3=FQ3+F3=7.78KN 故初选压力机公称压力为 63KN，型号为 J23-6.3。 3.5 模具的压力中心 由于该冲压件事完全对称于相互垂直的俩条对称中心线，所以该模具的压力中心在冲压件的中心点上。 19 第 4 章 模具主要零件的设计与计算 4.1 模具结构的确定 这次 设计主要讨论的模具式工序一的落料拉深复合模具。 4.1.1 模具的形式 复合模又分为正装式和倒装式。 这次设计的落料拉深复合模可用正装式复合模又可用倒装式复合模，正装式复合模的受力情况比倒装式复合模好，废料不在凸凹模内积聚，压力机回城时，废料即从凸凹模内推出。同时考虑到对薄料的平整度要求较高，决定采用正装式复合模。 4.1.2 辅助装置 冲压件的定位：冲压件的定位主要由凹模的形状和尺寸来保证。 4.1.3 导向零件 导向零件有很多，如用导板导向，则在模具上安装不方便，而且阻挡操作员的视线，所以不采用 ；若用滚 珠式导轨进行导向，虽然导向精度高，寿命长，但是结构比较复杂，所以也不宜采用；针对这次工件的加工工序的精度要求不高，采用滑动式导柱导套进行导向，而且使模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可以降低成本。 4.1.4 模架 模架由中间导柱模架、对角导柱模架、后侧导柱模架。 若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料；若采用后侧导柱模具，则可以三方向送料，操作员视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不太平衡，滑动不够平衡。 本设计以结构方面和减少模具材料为目的，决定采用后侧导柱 模架。上、下模板上不仅要安装冲模的全部零件，而且要承受和传递冲压力。因此，模板应具有足够的强度和刚度。如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具零件迅速磨损或破坏，使冲模寿命显著降低。 模具设计时，通常是按标准选用模架或模座。进行模板设计时，矩形模板的长度应比凹模长度大 4070mm，而宽度取凹模宽度相同或稍大。另外，下模板的轮廓尺寸还应比压力机工作台漏料孔每边至少大 4050mm。模板厚度可参照凹模厚度估算，通常凹模厚度的 11.5 倍。 上、下模板的导柱、导套安装孔通常采用组合加工，以保证上、下模 板孔距的一致。模板上、下平面之间还有平行度要求。模板大多是铸铁或铸钢件，这里选用铸铁件，其结构应满足铸造工艺要求。另外，大型模板上还设置其重孔或起吊装置、对角布置和四角布置四种。中间两侧布置时，受力平衡，但只能一个方 20 向送料，多用于弯曲模和拉深模。对角布置方式受力也比较平衡，使用时可以俩个方向送料，操作较为方便。采用四个导柱、导套四角布置的导向装置。受力最均匀，导向精度高，但结构复杂，仅用于大型冲模或对工件精度要求特别高的场合。采用中间俩侧布置和对角布置时，俩导柱（导套）的直径一般不相等，以避免装错方向时损害 凸、凹模刃口。后侧布置时，导柱、导套受力不平衡，影响导向精度。但它三个方向敞开，送料操作方便容易实现机械化，自动化生产。该模具对导向要求不太严格且冲压偏移力不大，故采用这种布置方式。 模具闭合高度：最大 205mm,最小 170mm。 模具的实际闭合高度，一般为： H模 =上模板厚度 +垫板厚度 +冲头长度 +凹模厚度 +凹模垫块厚度 +下模板厚度 -冲头进入凹模深度。 该副模具因上模部分为用垫板，下模部分为用凹模垫块（经计算，模板上所受到的压应力小于模座材料所允许的压