壳形件冲压工艺分析及模具设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计 壳形件冲压工艺分析及模具设计ANALYSIS ON THE STAMPING PROCESS AND DIE DESIGN OF THE SHELL-SHAPED PIECES学生姓名： 吴帅学 号： 200841914609年级专业及班级： 2008级机械设计制造及其自动化(6)班指导老师及职称： 莫亚武 副教授学 部： 理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11前言22冲压变形的基本概述32.1金属塑性变形概述32.2冲裁过程分析52.3拉伸过程分析63零件的冲裁工艺分析和方案的确定74工艺尺寸的计算8 4.1 落料拉伸模工艺尺寸计算8 4.1.1确定毛坯的直径84.1.2排样设计 84.1.3材料利用率的计算9 4.1.4确定伸伸系数 9 4.1.5拉伸力与压边力的计算104.1.6拉伸功与功率计算 104.1.7拉伸模工作部分结构参数的确定 114.1.8冲压力与压力中心计算 124.1.9落料部分工作零件刃口尺寸计算144.2冲孔切舌模工艺尺寸计算 144.2.1冲裁力的计算 144.2.2凸模和凹模的尺寸计算155弹性元件的选用与计算175.1落料-拉伸模的弹簧的选用与计算175.2冲孔切舌模橡胶的选用与计算176模架的选择186.1落料拉伸模模架的选用186.2冲孔切舌模模架的选用187压力机的选用197.1落料拉伸模压力机的选用 197.2冲孔切舌模压力机的选用208模具闭合高度的校核208.1落料拉伸模闭合高度的校核 208.2冲孔切舌模闭合高度的校核219模具工作零件的设计219.1落料拉伸模工作零件的设计219.1.1落料凹模外形尺寸219.1.2拉伸凸模组件及其结构设计22 9.1.3固定挡料销的设计与选用 229.1.4固定卸料装置的设计 23 9.1.5模柄的选用239.1.6凸凹模的设计239.2冲孔切舌模工作零件的设计2310各类零件的选材、热处理及工艺过程2410.1落料拉伸模各零件的制造工艺2410.1.1落料凹模2410.1.2凸凹模2510.1.3卸料板的选材及热处理和加工工艺过程2610.1.4各类固定板的选材加工及热处理2710.1.5垫板的选材及热处理、加工工艺2710.1.6模架的选材热处理及加工工艺 2810.1.7模柄的选材及热处理加工方案2810.2冲孔切舌模的各零件的制造工艺2911模具的装配2911.1模具装配的概述 2911.2模具的装配过程3011.2.1模柄的装配3011.2.2凸模、凹模与固定板的装配3012结论30参考文献31致谢32壳形件冲压工艺分析及模具设计学 生：吴 帅指导老师：莫亚武(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：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。本论文是基于对PDK601型电动式排水器电机外壳进行冲压工艺研究及模具设计，对其成形过程进行工艺分析，设计出结构合理，制造简单，经济性好和满足零件质量要求的模具。 关键词：电机外壳；冲压工艺；模具设计；冲压模Analysis on the Stamping Process and Die Design of the Shell-shaped Pieces Student:Wu ShuaiTutor:Mo Yawu(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: Stamping processing used by the general mold of a dedicated, sometimes a complex parts can take a few sets of die-formed and die manufacturing of high precision, high technical requirements, the technology-intensive products. This article is based on the PDK-601-type electric motor casing drainage for a die stamping process research and design, the process of forming its analysis, design a rational structure, creating a simple and economic components of good quality and meet the requirements of the mold. Key words: Motor shell; stamping process; die design; stamping die 1 前言冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，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。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。（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。由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。此设计是基于PDK601型电动式排水器电机外壳零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制。经过设计和讨论，使我对模具结构和其工作原理有了进一步的认识和了解，终于圆满地完成了设计任务。本次设计就是围绕经济性和实用性的要求,按照一般步骤来设计的，力求结构合理，计算准确，经济可靠。但是由于本人实践经验的欠缺和知识的局限性，设计过程中难免出现一些错误，该模具的实际工作情况及可用性还有待于实践的检验，敬请各位领导，老师，同学提出宝贵意见和见解，本人在此表示由衷的感谢！2 冲压变形的基本概述2.1 金属塑性变形概述固体材料受到外力作用，如果发生形状和尺寸变化，这种现象称为变形，使物体产生变形的外力称为变形力。变形力去除后，能使恢复原状的变形称为弹性变形；变形力去除后，不能使其恢复原状的变形称为塑性变形。金属材料在变形力的作用下，即能产生弹性变形，又能从弹性变形发展到塑性变形，它是一种具有弹、塑性的工程材料。一般说来，金属体在弹性变形时，其内部的原子位置发生变化，表现为原子的间距有微小的变化，从而引起了物体尺寸和形状的变化，变形力去除后，原子回到原来的平衡位置，该金属体就完全恢复了原来的形状和尺寸。当金属体受力较大，使原子偏离其原来的稳定平衡位置，而达到邻进的平衡位置。在变形力去除后，原子就不在回到其原来的位置，而是停留在邻进的平衡位置上，因而变形就成为不可恢复的永久变形，这就是金属的塑性变形。从金属学的观点来看，所有的固态金属都是晶体，各种固态金属的晶体结构并不完全相同。工业上常用的金属中，除少数具有复杂的晶体结构外，最常见的金属体结构有面心立方结构、体心立方结构和密排立方结构三种。晶体中由原子组成的平面称为晶面，由原子组成的直线称为晶向，每种晶格不同晶面上的原子密度和不同晶向上的原子间距是不同的。研究表明，单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。最常见的方式为滑移，即晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分产生滑移，这一晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。一般说来，滑移面总是原子排列最密的面，滑移方向总是原子排列最密的方向。因为沿着原子分布最密的面和方向，滑移阻力最小。一个滑移面及其面上的一个滑移方向组成一个滑移系。每一个滑移系表示晶体在产生滑移时可能采取的空间位向。当其它条件相同时，金属晶体的滑移系愈多，则滑移时可能出现的滑移位向愈多，塑性就愈好。一般说来，面心立方和体心立方金属的滑移系较多，因此比密排六方金属的塑性好。就理想的晶体结构而言，全部原子都是规则地排列在晶体的格点上。然而实际上晶体总是存在着各种缺陷，引起晶格的畸变以及原子排列的不规则，最明显的是多晶体。这些缺陷包括位错、空位、间隙原子和置换原子等。晶界更是缺陷集中的区域。研究表明，有些缺陷对金属塑性变形有很大的影响，如晶体的滑移变形就是在切应力的作用下通过滑移面上的位错移到晶体表面便形成明显的滑移线。许多滑移线在一起形成滑移带，这种滑移带常可在拉伸变形后的金属试样上观察到。工业上用于塑性成型的金属都是多晶体，组成多晶体的各晶粒类似于单晶体，它们的大小、形状、位向不同，晶粒之间又有晶界相连，因而多晶体的变形比单晶体要复杂的多。多晶体的变形，就其中每个晶粒的变形来讲，不外乎滑移和孪生两种晶内变形方式。但就总体变形而言，多晶体内还存在着晶粒之间的滑移和转动，这种晶粒之间的变形称为晶间变形，所以多晶体的变形实际上是晶内变形和晶间变形综合作用的结果。由于晶粒是靠原子间的吸引力和晶粒间的机械连锁力互相相连的，因此，晶间变形比较困难。晶粒间的滑动非常微小，很容易引起晶界处的结构破裂，从而导致金属的破裂。晶粒间的转动过程相当复杂，这是由于多晶体中不同位向的各个晶粒既有向有利于晶内滑移的方向转动的趋势，又受到相互牵制的缘故。晶粒转动的现象在粗晶粒的板料冲压成型后可以观察到，这就是冲压件表面显示出凹凸不平的所谓“桔皮”现象。多晶体的变形还受到晶界的影响。晶界内晶格畸变更甚，晶界的存在使多晶体的强度、硬度比单晶体高。多晶体内晶粒愈细，晶界区所占比率也就越大，金属的强度，硬度也就越高。此外，晶粒越细，变形越易分散在许多晶粒内进行，因此变形更为均匀，不容易造成应力集中而导致金属破坏，这就是一般的细晶粒金属不仅强度，硬度高，而且塑性也较好的原因。在金属塑性变形的过程中，金属的性能和组织都会发生变化。其中最重要的是加工硬化，即随着变形程度的增加，变形阻力增大，强度和硬度升高，而塑性、韧性下降。此外，由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间会存在不同的内应力。变形后作为残余应力，保留在金属内部，使经冷变形后的零件在放置一段时间后，可能自动发生变形甚至开裂。金属塑性变形后的性能变化是其组织发生变化的结果。多晶体变形时各晶粒沿其变形最大的方向伸长，在变形程度很大时，则显著伸长，形成纤维组织；晶内变形会使晶粒破碎，形成许多小晶粒，即亚晶粒；晶间变形在晶界造成许多破损；另外，在变形程度很大时，多晶体内各个晶粒的位向会应滑移面的转向而逐渐趋向一致，形成变形织构。由于变形织构的形成，使压制后的板料出现各向异性，即使退火一般也难以消除，用这种材料冲出的工件厚薄不均，沿口不齐，会使拉伸成型的杯形件口部形成凸耳。由此可见，金属塑性变形过程中的这些物理变化对冲压成型工艺有相当大的影响。2.2 冲裁过程分析 冲裁时凸模和凹模具有与工件轮廓一样的刃口，凸凹模之间存在一定的间隙。当压力机滑块把凸模推下时，便将放在凸、凹模中间的板料冲裁所需的工件。冲裁过程是瞬间完成的。为了控制冲裁件的质量，研究冲裁的变形机理，就需要分析冲裁时板料分离的实际过程。当模具间隙正常时这个过程大致可分为个变形阶段：（1）弹性变形阶段:当凸模开始接触板料并下压时，凸模和凹模刃口周围的板料产生应力集中现象，使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂的变形。板料略有挤入凹模刃口的现象。此时，凸模下的板料略有弯曲，凹模上的板料则向上翘。间隙愈大，弯曲和上翘愈严重。随着凸模继续压入，直到材料内的应力达到弹性极限。（2）塑性变形阶段:当凸模继续压入，板料内的应力达到屈服点，板料与凸模和凹模的接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料，板料挤入凹模洞口，在板料剪切面的边缘由于弯曲、拉伸等作用形成塌角，同时由于塑性剪切变形，在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的断面。纤维组织产生更大的弯曲和拉伸变形。随着凸模的下压，应力不断加大，直到分离变形区的应力达到抗剪强度，塑性变形阶段结束。（3）剪裂阶段:当板料的应力达到抗剪强度后，凸模再向下压，则在板料与凸模和凹模的刃口接触处分别产生裂纹，随着凸模下压，裂纹逐渐扩大并向材料内延伸。当上、下裂纹重合时，板料便被分离，凸模再下压，将已分离的材料克服摩擦阻力从板料中推出，完成冲裁过程。 由上述冲裁变形过程的分析可知，冲裁过程的变形是很复杂的。冲裁变形区为凸、凹模刃口连线的周围材料部分，其变形性质是以塑性剪切变形为主，还伴随有拉伸、弯曲与横向挤压等变形。所以冲裁件及废料的平面常有翘曲现象。2.3 拉伸过程分析在拉伸过程中，毛坯的中心部分成为筒形件的底部，基本不变形，是不变形区；毛坯的凸缘部分是主要变形区。拉伸过程实际上是将毛坯的凸缘部分材料逐渐转移到筒壁部分的过程，在转移过程中，凸缘部分材料由于拉伸力的作用，在径向产生拉应力，又由于凸缘部分材料相互挤压的作用，在切向产生压应力。在和的共同作用下，凸缘部分材料发生塑性变形，其“多余三角形材料”将沿着径向被挤出，并不断地被拉入凹模洞口内，成为圆筒形件的开口空心件。拉伸过程是一个较复杂的塑性变形过程，为了更伸刻的认识到拉伸过程，了解拉伸过程发生的各种现象，有必要分析拉伸过程中，材料中各部分的应力、应变状态。根据应力、应变状态的不同，可将拉伸毛坯划分四个区域，分别如下：（1）凸缘部分:这是拉伸时的主要变形区，拉伸变形主要在这个区域内完成的。这部分材料径向受拉应力、切向受压应力的作用，在压边圈的作用下，板厚方向产生压应力，其应变状态为径向拉应变、切向压应变，由于凸缘部分的最大主应变是切向压缩应变，的绝对值最大，因此板厚方向产生拉应变，板料略有变厚。（2）凹模圆角部分:这是由凸缘进入筒壁部分的过渡变形区，材料的变形比较复杂，除有与凸缘部分相同的特点即径向受拉而产生拉应力与拉应变和切向受压而产生压应力与压应变外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生压应力。在这个区域，拉应力的值最大，其相应的拉应变的绝对值也最大，因此板厚方向产生压应变，板料厚度减薄。筒壁部分 这是已变形区，这部分材料已经形成筒形，基本不在发生变形，但是它又是传力区，在继续拉伸时，凸模作用的拉伸力经过筒壁传递到凸缘部分。由于此处是平面应变状态（），且板厚方向的为零，因此其切向应力为轴向拉应力的一半，即。（3）凸模圆角部分:这是筒壁与圆筒底部的过度变形区，它承受径向和切向拉应力和的作用，同时在厚度方向由于凸模的压力和弯曲作用而受到压应力的作用，其应变状态与筒壁部分相同，但是其压应变引起的变薄现象比筒壁部分严重的多。（4）筒顶部分:这部分材料受双响平面拉伸作用，产生拉应力和，其应变为平面方向的拉应变和板厚方向的压应变。由于凸模圆角处摩擦的制约，筒底材料的应力与应变均不大，板料的变薄甚微，可忽略不计。3 零件的冲裁工艺分析和方案的确定冲压件的零件图如图1所示图1 零件图Fig1 Parts drawing此零件的尺寸精度要求不高，可根据不同的工序选用相应的精度等级，利用普通冲压方式可达到上图样要求，根据零件的外型可知该零件包括冲孔、落料、拉伸和翻边四个基本工序，又该零件的厚度为T=1.2mm，零件的材料为08号钢，由冲压工艺与模具设计可得材料的抗拉强度，可采用复合模或连续模。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。此零件就其外型而言，其设计一副复合模是比较困难的事，关键就是其后面的四个切舌工艺，难以作出复合模的冲裁方式，因为它不好定位和复合的凸凹模。由于冲裁件尺寸精度要求不高，但形状比较大，结构复杂，产量较大，根据材料较厚的特点，为保证精度和较高的生产率，实行工序集中的工艺方案，即采用复合模的冲裁结构形式，做两副模具，即：落料-拉伸复合模和冲孔-切舌复合模。 4 工艺尺寸的计算4.1 落料拉伸模工艺尺寸计算4.1.1 确定毛坯的直径 拉伸件毛坯形状与尺寸确定的正确与否，不仅影响材料的合理使用，而且影响拉伸的变形过程。由于板料在拉伸过程中，材料没有增减，只是发生塑性变形，在变形过程中，材料是以一定规律转移的所以毛坯的形状应符合金属在变形时的流动规律，其形状一般与拉伸件周边形状相似。毛坯的周边应该是光滑的曲线而无急剧的转折，所以，对于旋转体来说，毛坯的形状无疑是一块圆板，只要求出它的直径；拉伸前后，拉伸件与毛坯的重量不变、体积不变，对于不变薄拉伸，其面积基本不变。尺寸47.6取IT13级即为47.6，满足拉深工序对工件公差等级的要求。对于旋转体来说，其毛坯直径D的可以用公式可得：D= （1）确定修边余量，查书冷冲压模具设计与制造表4.3得： ，取=1.2mm代入数据得：D=4.1.2 排样设计查书冷冲压模具设计与制造表2.8，确定搭边值：两工件间的搭边：a=1.0mm； 工件边缘搭边：a=1.2mm；送料步距为： A=D+ a=69.66+1.0=70.66mm; （2）条料宽度：B=D+2a =69.66+21.2=72.06mm （3）确定排样图如图2所示： 图2 排样图Figure 2 Layout diagram4.1.3 材料利用率的计算一个步距内的材料利用率为： = （4）代入数据得：=查板材标准，宜选900mm1000mm的钢板，每张钢板可剪裁为12张条料(731000mm),每张条料可冲14个工件，每张钢板共可冲168个，则为：=100% （5）=100 =71%即每张板材的材料利用率为71%4.1.4 确定拉伸系数与压边圈 在拉伸工艺设计时，必须知道冲压件是否能一次拉出，还是需要几道工序才能拉成。正确解决这个问题直接关系到拉伸工作的经济性和拉伸件的质量。拉伸次数决定于每次拉伸时允许的极限变形程度。拉伸系数m就是衡量拉伸变形的一个重要工艺参数。确定拉伸次数，先判断能否一次拉出。零件所要求的拉伸系数（即总拉伸系数）: = （6）t/D=1.2/69.66=0.017 （7）由书冷冲压模具设计与制造表4.7得，取可见，=0.68，判断一次可以拉出来。用式（7）来判断拉伸时是否需要压边。 t/D0.045(1-m) （8） 1.2/69.66=0.0170.045(1-0.68)=0.0144故可不采用压边圈，但为了保证在拉伸过程中不起皱，还是采用压边圈。4.1.5 拉伸力与压边力的计算（1）拉伸力的计算 对于筒形件有压边圈拉伸时，在实用上，拉伸力F(N)可按下式计算： （9）代入数据得： 式中：d拉伸件直径（mm）；t料厚（mm）；材料强度极限（MPa）；K修正系数，与拉伸系数有关。K值见书冷冲压模具设计与制造表4.18。（2）压边力的计算为了解决拉伸过程中的起皱问题，生产中主要方法是采用压边圈。在压边圈上施加压边力的大小要适当。过大的压边力会使拉伸件在凸模圆角处断面过分变薄以至拉裂，压边力过小则起不到防止起皱的作用。压边力的大小可按下式计算： （10）式中：A在压边圈下的毛胚投影面积（mm）；p单位压边力。p值见书冷冲压模具设计与制造表4.25。4.1.6 拉伸功与功率计算由于拉伸工作行程较长，消耗功较多，应此对拉伸工作还需验算压力机的电动机的功率。拉伸功W(J)按下式计算： （11）式中最大拉伸力（N）；平均拉伸力(N);h拉伸伸度(mm);C，一般取C0.60.8。代入数据得：拉伸功率P(KW)按下式计算： （12）压力机的电动机所需功率（kW）： （13）式中K不平衡系数，K=1.21.4；n压力机每分钟的行程次数；压力机效率，=0.60.8； 电动机效率，=0.900.95。4.1.7 拉伸模工作部分结构参数的确定（1）拉伸模的间隙Z 筒形件拉伸时，间隙Z可按下列方法确定，考虑起皱的可能性，其间隙取：， （14）代入数据得：。拉伸凹模和凸模的圆角半径凹模圆角半径 一般来说，尽可能大些，大的可以降低极限拉伸系数，而且还可以提高拉伸件的质量，但太大会削弱压边圈的作用，可能引起起皱现象，因此的大小要适当。筒形件首次拉伸时的凹模的圆角半径可由下式确定：，也可以用=(68)t代入数据的：=61.2=7.2mm 凸模圆角半径 对拉伸工作的影响不象那样显著，但是过小的会降低筒壁传力区危险断面的有效抗拉强度。在多工序拉伸时，后续工序压边圈的圆角半径等于前道工序的凸模圆角半径，所以当过小时，在后续的拉伸工序里毛坯沿压边圈的滑动阻力也会增大，这对拉伸是不利的。如果过大，会使在拉伸初始阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大，因而这部分毛坯容易起皱。凸模圆角半径，除最后一次应取与零件底部圆角半径相等的数值外，中间各次可以取的和相等或小一些的数值，并且各次拉伸凸模圆角半径应逐次减小。即，代入数据得：。在实际设计工作中，拉伸凸，凹模圆角半径先选取比计算略小一点的数值，这便于在试模调整时再逐渐加大，直到拉出合格的零件时为止。（2）拉伸凹模和凸模的圆角半径凹模圆角半径 一般来说，尽可能大些，大的可以降低极限拉伸系数，而且还可以提高拉伸件的质量，但太大会削弱压边圈的作用，可能引起起皱现象，因此的大小要适当。筒形件首次拉伸时的凹模的圆角半径可由下式确定：，也可以用=(68)t代入数据的：=61.2=7.2mm 凸模圆角半径 对拉伸工作的影响不象那样显著，但是过小的会降低筒壁传力区危险断面的有效抗拉强度。在多工序拉伸时，后续工序压边圈的圆角半径等于前道工序的凸模圆角半径，所以当过小时，在后续的拉伸工序里毛坯沿压边圈的滑动阻力也会增大，这对拉伸是不利的。如果过大，会使在拉伸初始阶段不与模具表面接触的毛坯宽度加大，因而这部分毛坯容易起皱。凸模圆角半径，除最后一次应取与零件底部圆角半径相等的数值外，中间各次可以取的和相等或小一些的数值，并且各次拉伸凸模圆角半径应逐次减小。即，代入数据得：。在实际设计工作中，拉伸凸，凹模圆角半径先选取比计算略小一点的数值，这便于在试模调整时再逐渐加大，直到拉出合格的零件时为止。（3）拉伸凸模和凹木工作部分的尺寸及其制造公差 由于该零件要求内形尺寸，所以以凸模尺寸为基准进行计算，即：查冷冲压模具设计与制造表4.30得：=0.05，=0.08,=0.39凸模尺寸： ， （15）代入数据得：；凹模尺寸：， （16）代入数据得：。（4）拉伸凸模和凹模的结构 根据拉伸工作情况及使用的设备的不同，拉伸模的结构也不同，拉伸工件一般可在单动压力机上进行，在此设备上进行拉伸模，可分为首次用拉伸以后各次拉伸用拉伸模，这两类模具又带压边装置与不带压边装置之分。由于零件比较大，而且又可一次拉成的浅拉伸件，为了保证零件的精度和防止起皱作用，因此采用带压边圈的拉伸凸模和凹模。 （5）通气孔尺寸设计查冷冲压模具设计与制造表4.32得：凸模出气孔直径d=5mm4.1.8 冲压力与压力中心计算（1）冲压力的计算冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必需的数据，对普通的平口的冲裁，其冲裁力F 可按下式计算： （17）代入数据得：。式中 冲裁力（N）; L冲裁件周长（mm）；t板料厚度；材料的抗剪强度；K系数，是考虑到刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。常取K=1.3。（2）卸料力、推件力、和顶件力的计算冲裁时材料在分离前存在着弹性变形，在一般冲裁条件下，冲裁后材料的弹性恢复，使落料或冲孔废料梗塞在凹模内，为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的板料卸下，将梗塞在凹模内的废料或工件向下推出或向上顶出。从凹模内向下推出工件或废料所需的力称为推件力；从凹模内向上顶出工件或废料所需的力称为顶件力；从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力，与和冲件轮廓的形状，材料种类和厚度，冲裁间隙，润滑情况，凹模洞口形状等因素有关。在实际生产中常采用以下经验公式计算：； （18）； （19）； （20）查冷冲压模具设计与制造表2.10得：=0.02，=0.06，=0.055其中n是卡在凹模孔内的工件数，n= （h=8mm为凹模刃口的直壁高度，t为工件材料厚度）；总冲压力： F=F+F+F+F （21）=120.45+2.409+7.227+39.749=169.835KN。（4）压力中心的计算冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑快的中心线重合。否则滑快就会受到偏心载荷而导致滑块导轨和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。压力中心的计算是采用空间平行力系的合力作用线的求解方法。由于该零件采用开式的冲裁压力机，零件图如图3所示： 图3 压力中心 Figure 3 Pressure Center由于工件在X和Y方向对称，故压力中心就是工件的几何中心。4.1.9 落料部分工作零件刃口尺寸计算落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模为基准、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。有由于该零件属于落料工艺，所以应以落料凹模为设计基准，其计算公式如下： ， （22）由书冷冲压模具设计与制造表2.12查得：，同理，由书冷冲压模具设计与制造表2.14查得凸模和凹模的制造偏差为：，校核： 满足条件。按此工件冲裁所能达到的经济精度IT11级的制造公差为：=0.16mm由书冷冲压模具设计与制造表2.17得：磨损系数：X=0.5代入数据得： 故均能满足设计要求。4.2 冲孔切舌模工艺尺寸计算4.2.1 冲裁力的计算 由于采用普通平刃口的冲裁，其冲裁力可按下式计算：， （23）代入数据得：； 卸料力和推件力的计算 在实际生产中常采用以下经验公式计算：， （24）代入数据得：；，代入数据得：；查冷冲压模具设计与制造表2.10得：=0.06， =0.055压力机所需要的总压力为： （25） 代入数据得：。4.2.2 凸模和凹模的尺寸计算（1）冲孔模的凸、凹模的尺寸计算 由书冷冲压模具设计与制造表2.12查得：，同理，由书冷冲压模具设计与制造表2.14查得凸模和凹模的制造偏差为： ，所以，能满足设计要求。按此工件冲裁所能达到的经济精度IT13级的制造公差为：=0.2mm由书冷冲压模具设计与制造表2.17得：磨损系数：X=0.5由公式可知： （26） （27）（2）切舌模的凸模和凹模的尺寸计算 由于是凸模是矩形的，所以采用采用单配加工法来计算尺寸。在计算复杂形状的凸模和凹模工作部分的尺寸时，往往可以发现在一个凸模和凹模上会同时存在三类不同性质的尺寸需要区别对待。第一类：凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸；第二类：凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸；第三类：凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸。零件的冲裁图图4如下所示：图4 冲裁图Figure 4 Cutting figure 如上图所示，尺寸a、b、c、d、e、f对凸模来说属于第二类尺寸，对凹模来说属于第一类尺寸。由于该冲裁件属于切舌工艺，所以只要计算凹模的尺寸及制造公差，凸模由凹模的实际尺寸按间隙要求配作。由书冷冲压模具设计与制造表2.14查得凹模的制造偏差为：=0.020mm按此工件冲裁所能达到的经济精度IT13级的制造公差为：=0.22mm由书冷冲压模具设计与制造表2.17得：磨损系数：X=0.75 （28） （29） （30）落料凸、凹模尺寸如图5所示：图5 落料凸凹模尺寸Figure 5 Blanking punch die size5 弹性元件的选用与计算5.1 落料-拉伸模的弹簧的选用与计算冲模常用圆钢丝螺旋压缩弹簧，一般用65Mn或60Si2Mn等钢丝卷绕而成，两端拼紧并磨平，热处理硬度一般为HRC4348。一般工厂自制弹簧的质量难以保证，应尽可能选用专业厂生产的标准弹簧。弹簧的选用的步骤如下：（1） 假设考虑了模具的结构，初步确定弹簧的个数为n=6。（2） 计算弹簧的预压力：（3） 按1.5估算弹簧的极限工作负荷：由书冷冲压模具设计与制造表7.57初选弹簧的规格为：d=5mm;（4） 计算所选弹簧的预压量：（5） 核算所选弹簧是否合适，卸料板工作行程，取凸模的刃磨量。则弹簧工作时的总压缩量h为：，满足要求，因此所选弹簧合适。（6） 所选弹簧的主要参数如下：d=5mm,.t=8.79mm,，L=924mm。规格记为：弹簧 GB2089-80。5.2 冲孔切舌模橡胶的选用与计算 橡胶块作为弹性元件，具有承受负荷比弹簧大，安全及安装调整方便的优点。橡胶的选用步骤如下：（1） 假设考虑了模具的结构，决定采用4个厚壁筒形的聚氨酯弹性体。（2） 计算每个弹性体的预压力：。（3） 考虑橡胶块的工作压缩量较小，取预压缩率。并由书冲压工艺与模具设计表2-27查的单位压力。（4） 计算弹性体的截面面积A:（5） 如果选用直径为10mm的卸料螺钉，选取弹性体穿卸料螺钉孔的直径为。则弹性体的外径D可按下式计算：。为了保证足够的卸料力，以获的更平整的工件，需要加大压料力，可适当增大外径D,取D=45mm。（6） 橡胶高度的计算:橡胶高度的计算公式如下 ；式中橡胶块工作压缩量（mm）；对卸料橡胶块，即为弹压卸料板的工作行程，一般取，t为板料厚度；橡胶块预压缩率；橡胶块极限压缩率。（7） 橡胶块的高度校核:当橡胶块用作较大压缩量的弹性元件时，如压料装置中的橡胶块，需要按下式进行高度的校核：，而，不满足要求。故要增大高度H=25,此时，满足要求。6 模架的选择6.1 落料拉伸模模架的选用根据落料凹模板的周界尺寸175mm（圆柱体）；和模具的闭合高度H=233.2mm ；查书中国模具设计大典3表2-121（GB2851.6）确定模架的具体尺寸如下：表1 模架尺寸一Table 1 Die set size 1内容 参数凹模周