本文是对拉深件进行工艺分析及模具设计。该工件是一个圆筒形拉深件，另外该工件的底部带有通孔，需进行冲孔翻边，虽然形状不太复杂但肯定不能一次成形。通过对零件各部分进行计算分析后才能最终确定加工工序。工件整个成形过程所涉及的工序有：落料、拉深、冲孔、翻边等四步。通过计算分析得翻边能一次成形，所以不需进行预拉深，而计算可知拉深可一次成形，所以确定最终工艺方案为：落料与拉深复合，冲孔、翻边复合。在确定工艺方案的基础上对主要模具进行设计，分析工件成型过程，设计模具的结构并画出模具装配图及零件图。在本次设计中主要对落料拉深复合模以及冲孔、翻边模进行设计。

关键词：拉深；落料拉深复合模；

ABSTRACT

The thesis is focus on the process analysis and mold design of the drawing.The workpiece we design is a cylinder-shaped drawing parts,which has a hole at the bottom.The workpiece should be punched and flanged.Although the shape is not very complex,it couldn’t be shaped by one step.We can determine the processing by analyzing the parts of the workpiece.The process include several steps:blanking,drawing,punching and flanging.By analysis,we know that the flanging can be finished by one step.There should not be a pre-drawing.However,the drawing can be achieved easily.Therefore,the final process is compounding the blanking with the drawing, the punching die and flanging die.Besides,we should design the main die,analyse the process,design the structure of the die and draw the assembly and workpiece picutures.In this graduation project,we mainly design the blanking drawing die, the punching die and flanging die.

Key words: drawing die； blanking drawing compound die；

1前言

1.1选题背景

带轮是带传动机构中重要的零件之一。它是一种用途十分广泛、年需求量很大的机械传动零件。

随着机械工业特别是汽车制造业的发展，节约原材料，降低能耗，提高整机的质量是普遍关注的大问题。因此，对作为机械传动零件的带轮如何优化设计，改革加工方法，对促进机械工业的发展具有特别重要的意义。对于发达的现代工业来说，笨重的铸铁带轮已较难适应现代工业化发展的需求。为此人们一直寻求一种新的替代品，进而突破传统工艺。

采用钢板冲压制作的皮带轮在这种时代背景下应运而生，采用钢板制作的皮带轮是一种轻型结构的带轮(通称钣制带轮)。冲压皮带轮作为皮带轮的一种新型的结构型式，以其精度高、重量轻、节能、节材、动平衡好、生产效率高，无环境污染等特点，己被汽车工业广泛应用，铸铁等型式的传统皮带轮将会逐渐减少使用，产生了良好的社会效益和经济效益。

同其他制造带轮的工艺方法相比，冲压带轮的有着巨大的优势：

(1)在具有足够刚度的条件下，冲压皮带轮重量轻，比铸铁带轮轻3/4以上。

(2)材料密度和壁厚均匀。因其是整体结构，成形工艺合理，尺寸精度高(即槽面径向跳动量一般在0.1一0. 2 )，动平衡性好，惯量小。

(3)同胀压法相比，所用工具和模具的费用低(为胀压模具费的1/5)，而且强度高，寿命长，同时这种冲压成形的皮带轮具有可通用性，在工序周转和运输过程中的损坏率低。

(4)节能、节料、低成本。冲工艺能耗低，优于铸铁带轮的铸造与退火等能耗工序，节约能源材料在50%以上，效率高，每分钟可加工数件。

(5)无环境污染。工人劳动条件好，劳动强度低。

1.2课题设计思路

本设计为一多工序生产的筒形翻边件，该零件为一阶梯圆筒形拉深件，其形状虽然简单但成形工序较多，且产品批量较大，不宜采用单一工序生产，而用级进模结构太复杂，所以尽量采用复合模。

设计模具前首先通过计算确定方案的可行性，对工件进行工艺分析，计算毛坯寸，进而确定工艺方案，进行模具设计。

通过分析此工件，可以发现虽然其结构简单，但是所需的工序较多，有落料、拉深、冲孔、翻边、扩口、压平六个工序，因此如何确定工序顺序及各工序的复合成为此课题的关键。

1.3设计过程中的难点

本设计为一多工序生产的零件，筒形拉深成形时, 采用一次或多次成形工艺方法，同时要考虑到翻边能否一次完成，保证零件能够通过制定的工序生产出来。在该工艺过程中, 考虑材料在各个变形方向的成形极限, 从而预留足够的坯料。考虑工艺可行性与零件性能，选择较合理的工艺顺序是本次设计的一个难点，分析各个工序对材料性能以及零件精度的影响。再就是在扩口翻边工序进行时对模具的设计要求较高，需要用到斜楔滑块机构，必须保证模具设计的可行性，这是另一个难点。

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二维图.jpg

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带轮冲孔模装配图.jpg

带轮翻边模装配图.jpg

带轮扩口压平模装配图.jpg

带轮落料拉深模装配图装配图.jpg

内容简介：: 2 8D i ea n dM o u l dT e c h n o l o g yN 0 5 2 0 0 8文章编号：1 0 0 1 4 9 3 4 ( 2 0 0 8 ) 0 5 0 0 2 8 0 4钢制车轮轮辐拉深翻边成形复合模设计祝伟骏( 成都陵川特种工业有限责任公司民品研发所，四川成都6 1 0 1 1 0 )摘要：分析了钢制车轮轮辐的冲压成形工艺，提出了一种新的拉深翻边模具，阐述了复合模的工作原理及动作过程，确定了模具设计要点和结构特征参数。使用拉深翻边模可以高效优质地完成轮辐成形加工。该模具结构设计合理，动作安全可靠，生产效率高，产品质量好。关键词：车轮轮辐；成形工艺；拉深；翻边；复合模中图分类号：T G 3 8 6文献标识码：BA b s t r a c t ：T h ep u n c h i n gp r o c e s so ft h es t e e lw h e e ls p o k ew a sa n a l y z e d An e ws t r u c t u r eo fd r a w i n g - f l a n g i n gc o m p o u n dd i ew a sd e v e l o p e d T h ew o r k i n gp r i n i c i p l ea n dp r o c e s sw e r ee -l a b o r a t e d T h ek e yp o i n t si nd i ed e i g na n ds t r u c t u r a lp a r a m e t e r so ff e a t u r e sw e r ed e t e r -m i n e d W i t ht h ed r a w i n g f l a n g i n gc o m p o u n dd i e ，t h ef o r m i n gp r o c e s so fw h e e ls p o k ep a r t sc o u l db ec o n d u c t e dw i t hh i g hq u a l i t ya n de f f i c i e n c y I ts h o w e dt h a tt h ed i es t r u c t u r ew a sr a -t i o n a l ，r e l i a b l ea n ds a f e ，a n dh a dh i g hp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dg o o dp r o d u c tq u a l i t y K e y w o r d s w h e e ls p o k e ；p u n c h i n gp r o c e s sd r a w i n g ；f l a n g i n g ；c o m p o u n dd i e0引言钢制车轮作为汽车运动的重要承载部件，其性能好坏直接影响汽车行驶的安全性和可靠性。轮辐是钢制车轮上的重要冲压成形件，在轮辐拉深翻成形过程中，不同程度的出现了板料拉薄现象，使得钢制车轮的弯曲疲劳强度大大降低。轮辐拉深翻边成形长期以来一直在液压机上加工，存在着生产节拍缓慢、劳动强度大、加工效率低等问题。因此，要使钢制车轮的弯曲疲劳强度在相同材料品号和规格的情况下，使轮辐受力部位的材料具有不同程度增厚，同时为了改善生产节拍、降低劳动强度、提高加工效率，就必须对轮辐拉深翻边成形工艺方法收稿日期：2 0 0 8 一0 1 0 3作者简介：祝伟骏( 1 9 5 9 一) ，男，高级工程师。和模具结构进行分析与设计。1成形工艺分析与方案的确定1 1 工艺成形分析图1 所示是轮辐结构，由较多圆弧连接而成，形状轮廓复杂，拉深高度高，拉深与压缩同时存在，成形难度大，因此成形模具的设计是关键。图1 轮辐结构万方数据模具技术2 0 0 8 N o 52 9图2 所示为轮辐拉深翻边时的应力分布状态。在开始拉深时，凹模口内坯料6 一f 段既不与凹模接触也不与凸模接触，径向应力和切向应力都较大，并处于径向受拉、切向受压。随着拉深变形的进行，粘模区逐渐增大，作用到粘模区的单位压力逐渐减小，6 一c 段处于径向、切向两向受拉厚向受压的应力状态，从图2 所示可知，坯料的变薄量从d c 一6 往外逐渐减小。仉。5 卜盯。，博遥Jtb 汐N 士j彳。心p r - _ 纠图2 轮辐应力分布1 2 工艺方案的确定1 2 。1工艺参数的计算通过计算相对高度H D ，然后与极限相对高度 H D 比较，若远小于极限相对高度值，则可一次拉深，该轮辐相对高度H D = 7 6 3 1 4 2= 0 2 4 ，而极限相对高度 H D 一0 9 。所以H D H D ，可以一次拉深成形。1 2 2 翻边高度的计算如图2 所示，由于轮辐中心孔翻边较高，采用先冲底孔，再翻边的方法。先定翻边J I l l ，再定翻边圆孔的初始直径d o 和拉深高度 2 。翻边极限高度为：h i 一( 1 一优) D 。z + 0 5 7 r式中：D 。翻边后竖直边中性层直径，5 7 5m mr 预设圆角，3 5m m优翻边系数，0 6 5 2h i = ( 1 0 6 5 2 ) 5 7 5 2 + 0 5 7 2 51 2m mh z = H - - h i + r + t一1 7 1 2 + 3 5 + 3 5：= 1 2m m拉深高度 2 取1 2m m 。2模具结构和工作原理2 1 模具结构拉深翻边成形模具结构如图3 所示，由于轮辐材料为厚钢板，所需的变形力比较大，模具必须有足够强度和刚度。模架采用两侧式四导柱，下模板放在垫铁上，构成空腔以放置推料板2 6 ，固定座3 、凹模2 和活动凹模4 构成凹模腔，活动凹模还兼卸料，能在凹模腔内靠矩形弹簧作用上下移动，压料板9 装有4 个矩形弹簧，圆柱侧面导向键7 与活动凹模中的小导柱1 1 、小导套1 2 一起，以阻止压料板轴向转动，确保轮辐定位的准确。当上模在自由状态时，压料板伸出一段距离，在矩形弹簧1 0 作用下，起到了预先压料作用，并能防止轮辐翘起，限制轮辐轴向位移。凸模1 4 、连接座1 5 固定于下模板上，凸模腔装有托料板2 5 、导正销1 9 ，当下模在自由状态时，将轮辐放置于导正销上使其处于定位，并能够在凸模腔内依靠矩形弹簧进行上下运6图3 模具结构1 上模板2 凹模3 固定座4 活动凹模5 、8 、2 0 卸料螺钉6 矩形弹簧7 导向键9 压料板1 0 、2 1 矩形弹簧1 1 小导柱1 2 小导套1 3 止动销1 4 凸模1 5 连接座1 6 调整板1 7 压边圈1 8 顶杆1 9 导正销2 2 连接轴2 3 翻孔凸模2 4 垫板2 5 托料板2 6 推料板2 7 垫铁2 8 下模板动，凸模外径处的压边圈1 7 与凸模采用较精密的配合，以保证压边圈上下精确运动，并起到卸万方数据3 0D i ea n dM o u l dT e c h n o l o g yN 0 5 2 0 0 8料作用。调整板1 6 用于轮辐厚度限位，以便对轮辐料厚不一进行控制，保证压边力均匀一致。为了使推杆位置合理，便于与压力机下面工作台气垫推杆孔配合，下模座采用了推料板结构。2 2 模具工作过程模具工作时，上模固定于40 0 0k N 压力机滑块中，下模安装于工作台上。开动冲床，使工作台气垫顶杆落在推料板的合适位置上，调整冲床工作行程后，将轮辐放入托料板上的导正销内，冲床滑块下行，压料板型面及矩形弹簧首先压在轮辐上，滑块继续下行，凹模接触轮辐后一起压在压边圈上，使压边圈下移，在推杆作用下冲床气垫压缩，板料开始拉进凹模腔，上、下模矩形弹簧逐渐压缩，活动凹模面与板料接触，直至板料全部进入凹模的同时，翻孔凸模与板料接触，致使轮辐中心孔翻边，完成了轮辐拉深翻边成形任务。滑块上行，上模退出凸模，活动凹模与压料板受压缩弹簧的推动，使轮辐不随凹模上行，与此同时冲床顶出缸通过顶杆、推料板和压边圈将轮辐顶出卸料，完成一个工作循环。3 结构设计中的要点和参数3 1凸、凹模圆角半径的大小凹模腔口部的圆角半径对拉深工作有很大影响，板料在拉深过程中，沿凹模圆角被拉入凹模腔中，当经过圆角处时，产生较大的弯曲变形，而进入凹模圆角腔后又被拉直，同时还受到拉深间隙的校直作用，这样，当凹模圆角过小时，势必引起拉深力的增加和模具的磨损加剧，严重时导致板料变薄。但凹模圆角半径过大，使压边圈下面的板料毛坯面积减小，悬空段增加，导致起皱，因此必须正确地确定凹模圆角半径，根据轮辐成形特点，凹模圆角半径可按下式计算法确定：R = 0 9 、厅西丽式中：D 毛坯直径或上次拉深直径，3 9 4 5m md 拉深轮辐直径，3 1 4 2m m材料厚度，3 5m m所以，凹模圆角半径R = 1 5m m 。凸模圆角半径对拉深的影响不像凹模圆角那样明显，拉深开始时，首先托料板与轮辐底部型面接触，之后轮辐凸缘与凹模、压边圈接触。在拉深过程中，由于增大毛坯的径向拉应力，减小切向压应力，以减弱压边力的作用，从而达到轮辐直壁防皱的目的，所以凸模采用轮辐结构的大圆角，是反向拉深。在拉深过程中，反向拉深可以起到拉延筋的作用，但它是在正向拉深的后期才开始起作用，两者同时结束，在这段时间内可以使材料径向拉应力增大，切向压应力减小，既能防止起皱，又能提高轮辐的刚度，减少成形后的回弹。3 2 拉深间隙的确定该轮辐相对高度H D 较大，一次拉成，且要求外观质量好，可考虑到拉深时变形复杂的特点，取直壁间隙Z 一( 1 1 2 1 1 5 ) t ；圆角处金属材料变形程度有限，取Z = t + I , 2 ，t 为材料厚度，为材料厚度上偏差。3 3 压边力的确定在整个拉深过程中，轮辐板材凸缘失稳起皱的趋势不同，使轮辐板材维持塑性稳定合乎理想要求的压边力也不断变化。在拉深开始阶段，失稳起皱的趋势渐增，压边力也应逐渐增大，此后失稳起皱的趋势减弱，压边力也相应递减。压边力的大小可由下式计算：Q = 7 c D 2 一( d l + 2 r d ) 2 q 4式中：Q 一压边力，ND 毛坯直径或上次拉深直径，3 9 4 5m md 1 拉深凹模直径，3 1 4 2m mr d 凹模圆角半径，1 5m mg 单位压边力，取3 2M P aQ = 3 1 4 X 3 9 4 5 2 一( 3 1 4 2 + 2 1 5 ) z 3 2 4= 9 33 3 7 4N 一9 3 3 4k N在拉深成形时，周向压缩变形和径向拉深变形同时存在，只有增加拉应力，减小压应力，才能使轮辐成形时不起皱。3 4 翻边凸、凹模的特征参数( 1 ) 翻边凹模的圆角半径是一个重要的参万方数据模具技术2 0 0 8 N o 53 1数，它直接影响翻边塑性变形能力和翻边传力区承载能力。圆角半径过大，轮辐中心孔不易翻成直立的竖边，圆角半径过小，完全贴靠凹模侧壁R 根部的下方，轮辐不容易脱模，经过实践表明，圆角半径取R = 2 5m m ，较为合理。当翻边系数接近极限翻边系数时，翻边凸模应采用有定位导向的近似地抛物线形凸模，孔缘会被圆滑平缓地胀开，成形条件比其它结构的凸模优越。( 2 ) 翻边凸、凹模之间的间隙，在翻边过程中，材料沿周向伸长，其厚度沿翻边的高度方向逐渐减薄，其间隙值应小于原材料厚度，一般情况下，材料厚度t 一3 5 4 0m m ，单面间隙值3 1 5 3 6m m 。( 3 ) 翻边孔的粗糙度将直接影响轮辐中心孔的质量，如果孔边有毛刺，则将会导致翻边口的破裂，一般情况下，为了避免毛刺而降低成形极限，翻边时毛刺的一面朝向凸模放置。4结论该模具结构紧凑合理，动作安全可靠，操作方便，不仅提高了钢制车轮的疲劳强度，满足产品外观质量要求，而且加工效率比原加工工艺提高2 5 倍，降低了劳动强度，节约了生产成本，在实际生产中取得了良好的效果，该设计思路可以扩展应用到其它类似零件的成形中。S S E S E S E S S E S S E S E 吐E S E S S E S E S E s E 砖要S E - S E S E 砖E S 曼s E 宣E S S E S E S 蔓毫S E S E d E - S E d E d 芒皇E S E 毫S E - S E S 芒d E S 宣芒S S E 砖E d 曼( 上接第2 3 页)避免斜推杆3 在顶杆固定板8 内滑动时与构对该类型零件的设计制造有很好的借鉴作顶杆固定板8 干涉，顶杆固定板上避让空间为用。X + 1 ，抽芯距离X = L 1t a n a 。L 最大顶出行程为避免斜推杆3 与其它顶出零件发生干涉，在顶杆固定板8 上安装限位钉7 起到安全保护作用。6结论采用分段式斜顶机构，顺序脱模，机构运行稳定，安装调整方便，实现了自动化生产，其结参考文献：E 1 3 中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会中国模具设计大典：( 第二卷) ，轻工模具设计 M 南昌：江西科学技术出版社，2 0 0 3 E z 3 马金骏塑料模具设计 M 北京：中国科学技术出版社，1 9 9 4 3 奚永生，鲍明飞，刘晓明大型注塑模具设计 M 北京：中国轻工业出版杜，1 9 9 6 ( 上接第2 7 页)使制件料片固定在条料中)

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