拉伸模设计.doc

江苏省南京技师学院04级技师论文 目 录摘 要1关键词1绪 论2一、冲压件工艺分析4二、工艺方案及模具结构类型51工艺方案分析52.主要工艺参数的计算5三确定排样图和裁板方案7四计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机81落料力的计算82.卸料力和顶件力的计算93压边力的计算94拉深力的计算105.压力中心的计算106压力机的选择11五工件零件刃口尺寸的计算11六工件零件结构尺寸和公差的确定121、整体落料凹模板的厚度H的确定：122、凹模板长度L的计算13七模具总装配图241首次拉深模总装配图242二次拉深模总装配图25总 结26致 谢28参考文献29摘 要冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展， 工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。本文对冲压技术的加工及发展方向作了简略概述；论述了冲压加工的形成原理、基本模具结构与运动过程及其设计原理；对典型的冲压件模具进行了设计与加工： 冲压模具的加工充分利用了CNC机床的加工特点，在正常的条件下对磨具进行加工成形，提高生产效率，经济效益显著。本文介绍的模具实例结构简单，加工方便，对类似模具的生产具有一定的参考作用。关键词：加工、模具设计、CNC，30绪 论冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材称冲压或冲压件料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现 的。图1 工件名称：杯子生产批量：单件材 料：08钢 厚 度：t=0.8一、冲压件工艺分析如图1所示拉深件，材料为08钢，厚度0.8mm，制件高度70mm，制件精度IT14级。该制件形状简单，尺寸小，属普通冲压件。试制定该工件的冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程。1、材料：该冲裁件的材料08钢是碳素工具钢，具有较好的可拉深性能。2、零件结构：该制件为圆桶形拉深件，故对毛坯的计算要。3、单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。4.凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。5.尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。 查公差表可得工件基本尺寸公差为： 二、工艺方案及模具结构类型1工艺方案分析该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产。方案二：落料+拉深复合，后拉深二。采用复合模+单工序模生产。方案三：先落料，后二次复合拉深。采用单工序模+复合模生产。方案四：落料+拉深+再次拉深。采用复合模生产。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，操作方便，成本较低。方案三也只需要二副模具，制造难度大，成本也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，但模具成本造价高。通过对上述四种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。2.主要工艺参数的计算(1)确定修边余量该件h=70mm，h/d=70/50=1.4,查冲压工艺与模具设计表4-10可得 则可得拉深高度H H=h+=70+3.8=73.8mm(2)计算毛坯直径D由于板厚小于1mm，故可直接用工件图所示尺寸计算，不必用中线尺寸计算。 D= = (3)确定拉深次数按毛坯相对厚度t/D=0.8/130和工件相对高度H/d=73.8/50=1.36查冲压工艺与模具设计表4-15可得n=2，初步确定需要两次拉成，同时需增加一次整形工序。(4)计算各次拉深直径由于该工件需要两次拉深，查冲压工艺与模具设计表4-11可得，首次拉深系数m和二次拉深系数m: m=0.53 m=0.76初步计算各次拉深直径为： d= mD=0.5313069mm d=mD=0.7613050mm(5)选取凸凹模的圆角半径考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值,故首次拉深凹模圆角半径r应取大些,根据压工艺与模具设计表4-7知：r=10t=100.8=8 mm由冲压工艺与模具设计式（4-49）和式（4-50）即：r=(0.70.8) r和r=(0.70.8)r计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径，分别为： r=8 mm r=6 mm r=6 mm r=5 mm (6)计算各次工序件的高度根据冲压工艺与模具设计式（4-39）计算各次拉深高度如下： H=1/4(D)=1/4（）=49mm H=1/4=(D) =1/4=() mm(7)画出工序件简图工序简图如下图2所示： 图2三确定排样图和裁板方案制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单排。 于t=0.8mm,查冲压工艺与模具设计附表7轧制薄钢板拟选用规格为： 0.85001000 的板料。1.排样设计 图3查冲压工艺与模具设计表2-10，确定搭边值。两工件间的横搭边a=1.2mm；两工件间的纵搭边a=1.0mm；步距S=d+a=50+1=51mm； 条料宽度B=（D+2a+）=52.8故一个步距内的材料利用率为： =A/BS100 =/BS100 =72.9由于直板材料选取0.85001000 故每块板料可裁剪919=171个工件故每块板料（0.85001000）的利用率为： =nA/LB100 =171(d/2)100 =67四计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机1落料力的计算F=1.3Lt式中L冲裁轮廓的总长度；t板料厚度；-板料的抗拉强度查冲压工艺与模具设计附表1可知：=400MPa 。故：F=1.3225250.8400=65.31KN2.卸料力和顶件力的计算 =KF =K F式中K为卸料力系数，K为顶件力系数查冲压工艺与模具设计表1-7知：K=0.050；K =0.08故： =KF =0.0565.31 =3.27KN =K F =0.0865.31 =5.22KN3压边力的计算采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压扁力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D100 由于t/D100=0.8/130100 =0.62首次拉深系数=0.53故：查冲压工艺与模具设计表4-3知，两次拉深均需要采用压边装置。压边力:=式中A为初始有效面积；为单位压边力（MPa）查冲压工艺与模具设计表4-4可知：=2MPa = = = =15.2 KN = = = =1.44 KN4拉深力的计算首次拉深时拉深力=二次拉深时拉深力=式中：为首次拉深与二次拉深时工件的直径； 为材料抗拉强度（MPa）； 为修正系数。查冲压工艺与模具设计表4-1可知：=1;=0.85首次拉深力：= = =69.33 KN二次拉深力：= = =42.7 KN故总拉深力：=+ =+ =112.03KN 由于制件属于深拉深，故确定压力机的公称压力应满足： 故： =67.2KN综上所述：=+ + =202.47KN5.压力中心的计算 图4由于是圆形工件，如图4所示，所以工件的压力中心应为圆心即o(25,25)6压力机的选择由于该制件数亿小型制件，且精度要求不高，因此选用开始可倾压力机，它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的有点。根据总压力选择压力机，前面已经算得压力机的公称压力为202.47 KN，查冲压工艺与模具模具设计表7.3提供的压力机公称压力中可选取压力机的型号为：J23-16F五工件零件刃口尺寸的计算刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，用配作法，因此凸模基本尺寸与凹模尺寸相同，保证单边间隙(mm)图5 查冲压工艺与模具设计表1-3可知： 拉深模的单边间隙为：Z=0.015 mm为： =（130-0.50.4） =129.8mm式中x为补偿刃口磨损量系数。查冲压工艺与模具设计表2-21x=0.5 取落料的尺寸公差IT14，则公差为=0.4mm所以落料凹模的尺寸为： =（130-0.50.4） =129.8mm六工件零件结构尺寸和公差的确定1、整体落料凹模板的厚度H的确定： H=式中为凹模材料的修正系数，碳素工具钢取=1.3；为凹模厚度按刃口长度修正系数，查冲压工艺与模具设计表2-18可知：=1 H= =1.31 =52.35mm2、凹模板长度L的计算 L=D+2C查冲压工艺与模具设计表2-17可知：C取2836mm，根据要求C值可取30mm故： L=D+2C =50+230 =110 mm故确定凹模板外形尺寸为：11011052（mm）。凸模板尺寸按配作法计算。(1)第一次拉深 拉深凸模第一次拉深模,由于其毛坯尺寸与公差没有必要予以严格的限制,这时凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可,以凸模为基准.取公差等级为IT10=0.12mm.d凸=d -0凸=690-0.12mmd凹=( d凸+ 2Z) 0+凹=(69+20.015)0+0.12=69.03 0+0.12mm拉深凸模采用台阶式，也是采用车床加工,与凸模固定板的配合按H7/m6的配合,拉深凸模结构如下图6所示。图6凸凹模结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凸凹模固定板的配合按H7/m6，凸凹模长度L=99mm,具体结构可如下图7所示。图7落料凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强度与刚度，凹模板的厚度还应考虑修磨量，根据冲裁件的厚度和冲裁件的最大外形尺寸在标准中选取凹模板的各尺寸为：长230mm，宽200mm，因考虑到整套模具的整体布置要求，选其厚度为52mm，结构如下图8所示。图8(2)第二次拉深模凸模根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6。凸模长度 L=H1+H2+Y式中 H1凸模固定板厚度H2压边圈高度Y附加长度，包括凸模刃口修磨量，凸模进入凹模的深度73.8mm，因此凸模长度L=48+60+73.8=181.8mm。具体结构可参见下图9所示。图9凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。取凹模轮廓尺寸为160mm73.8mm，结构如下图10所示。拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差:查表得凸凹的制造公差为:凸=0.02mm凹=0.03mm当工件要求内形尺寸:凸模尺寸:d凸=(dmin+0.4)-0凸=(50+0.40.4)0-0.02mm=50.160-0.02 mm凹模尺寸: d凹=( dmin+0.4+2Z) 0+凹=(50+0.40.4+20.015)0+0.03=50.19 0+0.03mm图10图11固定挡料销落料凹模上部设置固定挡料销，采用固定挡料销的进行定距.挡料装置在复合模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边.,如图11所示为钩形挡料销,因其固定孔离刃口较远,因此凹模强度要求,结构上带有防转定向销. 挡料销采用H7/r6安装在落料凹模端面 导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，查表知导料板与条料之间的间隙取0.5mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度查表可知选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为2832HRC，用螺钉固定在凹模上。卸料部件设计卸料装置用弹压卸料板的卸料装置，如下图12所示，卸料板内孔每侧与凸模保持间隙C=0.10.2t=0.16mm;卸料板周界尺寸与凹模周界尺寸一样，厚度根据冲裁件料厚t和卸料板宽度B查模具手册之四2中表14-10得其厚度为16mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4348HRC。图12卸料螺钉的选用卸料板上设置2个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M816mm。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lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。压边圈设计1)首次拉深:为了防止拉深过程中起皱，生产中主要采用压边圈，查冲压工艺与模具设计表4-3知，两次拉深均需要采用压边装置。压边圈采用45钢制造，热处理硬度为4245HRC。其结构如下图13所示。图132)二次拉深:压边圈结构与尺寸由标准中选取，压边圈圆角半径rY应比上次拉深凸模的相应圆角半径大0.51mm,以便将工序件套在压边圈上.材料采用45钢，热处理硬度为调质42-45HRC.其结构如下图14所示。图14 凸模固定板图15 技术要求：a.上、下平行度为0.02，粗糙度为1.6 b.材料为45#钢，调质为2428HRC c.带*号尺寸按凸模实际尺寸配作并保证凸模呈H7/m6配合 凸凹模固定板图16 技术要求：a.上、下平行度为0.02，粗糙度为1.6 b.材料为45#钢，无需热处理落料拉深复合模架与二次拉深模架采用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式，如图17所示，带有导柱的冲裁模适合于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，且导柱模结构比较完善，对后侧导柱的导向方式可从左右和前后两个方向进行送料。故相应选后侧导柱模架。图17 因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架模架的结构与尺寸都直接由标准中选取，相关参数如下：凹模周界L：315凹模周界B：250 闭合高度(参考)|最小：275闭合高度(参考)|最大：320a上模座 数量1 规格：31525055b下模座 数量1 规格：31525070c导柱 数量1 规格：40260 d导套 数量1 规格：4014053导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。 导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56-62HRC。上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC。图18二次拉深模采用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式如图18所示，模架的结构与尺寸都直接由标准中选取，因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架相关参数如下：凹模周界L：250凹模周界B：250闭合高度(参考)|最小：240闭合高度(参考)|最大：285a上模座 数量1 规格：25025050b下模座 数量1 规格：25025065 c导柱 数量1 规格：35230 d导套 数量1 规格：3512548导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56-62HRC。上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC。5弹顶器的弹性元件的选取落料拉深复合模选用橡皮作为弹性元件，橡皮一般为聚氨胶，因为它允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调理方便。因为聚氨脂橡胶的总压缩量一般35%,所以取30%，刚聚氨胶的高度根据h=0.3H计算。h为压边圈运行的高度，h=60mm。所以橡胶的高度H=60/0.3=200mm选取三块同样的橡胶.中间加上钢垫圈,防止失稳弯曲.其结构图如下图19。图19二次拉深模选用弹簧作为弹性元件.选用圆柱螺旋弹簧,它的主要技术参数是工作极限负荷Fj与其相对应的工作极限负荷下的变形量Lj。根据所需要的卸料力或推件力FQ以及所需要的量大压缩行程L0，来计算Fj 与Lj，然后就可以在标准中选取相应的规格弹簧。1） 确定弹簧的数目为12） 顶件载荷FQ=压边力=1440N3） 最大压缩行程L0=h1 + h2 + h3 + t =1+46.8+7+0.8=55.6mm4） 计算所需的弹簧的工作极限负荷Fj 与工作极限负荷下的变形量Lj，K取40% Fj = FQ/K=1440/0.4=3600N Lj= L0/(1-K)=55.6/(1-0.4)=92.67N由上述二式查弹簧标准表得：弹簧材料直径为10mm，弹簧中径为75mm，节距为t=26.5,工作极限负荷Fj =3500N,变形量Lj=111mm,有效圈数为7.5七模具总装配图1首次拉深模总装配图如下图20所示。 图201-橡皮 2-下模座 3-圆柱销 4-螺钉 5空心垫板 6-导柱 7-拉伸凸模 8-凹模固定板 9-卸料板 10-推件板 11-凸凹模 12-垫板 13-卸料螺钉 14-上模座 15-推杆 16-模柄 17-螺钉 18固定板 19-导套 20-导柱 21-弹压卸料板 22-凹模 23-挡料销2二次拉深模总装配图如下图21所示。1-打杆 2-下模座 3-垫板 4-凸模压板 5-导柱 6-压边圆 7-拉伸凸模 8-导套 9-压板 10-固定圆 11-模柄 12-上模座 13-垫板 14-卸料螺钉 15-凹模 16-推杆 17-顶杆总 结随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1).冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能