模具毕业设计101油杯落料、拉深、成型、修边复合模设计及典型工作零件的工艺分析.doc
模具毕业设计101油杯落料、拉深、成型、修边复合模设计及典型工作零件的工艺分析
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模具毕业设计101油杯落料、拉深、成型、修边复合模设计及典型工作零件的工艺分析,机械毕业设计论文
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1 系 别 : 机械工程系 专 业 : 模具设计与制造 班 级 : 姓 名 : 设 计 题 : 油杯 指导老师 : 提交日期 : nts 2 设计说明书 1.1 原始资料 一、 设计题目 油杯落料、拉深、成型、修边复合模设计及典型工作零件的工艺分析 二、原始数据 1、冲压件零件图（包括零件尺寸、精度、材料等）。 2、生产批量为大批大量。 三、设计要求 1、保证规定的生产率和高质量的冲压件的同时，力求成本低、模具寿命长。 2、设计的冷 冲模必须保证操作安全、方便。 3、冲模零件必须具有良好的工艺性，即制造装配容易、便于管理。 4、便于搬运、安装、紧固到冲床上并且方便、可靠。 5、保证模具强度前提下，注意外形美观，各部分比例协调。 四、设计图纸 模具总装图一张 全部模具零件图纸（其中至少有一张电脑绘图） 所有图纸折合成 0号图不得少于 3 张。 五、设计说明书 1、资料数据充分，并标明数据出处。 2、计算过程详细、完全。 3、公式的字母含义应标明，有时还应标注公式的出处。 4、内容条理清楚，按步骤书写。 nts 3 5、说明书要求有计算机打印出来。 六、自选 一个重要模具零件编制加工工艺路线，进行相关的计算，并编制加工工艺卡和工序卡。 1.零件的工艺性 1.2 零件材料及其冲压工艺性分析 1.2.1 零件材料的分析 冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。设计这些模具时，首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺，设计冲压模具前，必须要了解和掌握材料的一些力学性能，以便设计。现将油杯零件材料为 10 号钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下： （ 1）应力 ：材料单位面积上所受的内力，单位是 N/mm2 ，用 Pa 表示。 106 Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm2 ； 109 Pa = 1GPa。 （ 2）屈服点 s：材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是 N/mm2 。弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取 s = 206 MPa。 （ 3）抗拉强度 b。材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是 MPa。 b = 294 432MPa。 （ 4）抗剪强度 b。材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是 MPa。取 b = 255 333MPa。 （ 5）弹性模量 E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。 E = 194 x 103 MPa。 （ 6）屈服比 s/ b。是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。 （ 7）伸长率 。在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得，材料为 10号钢的伸长率 =29。 综上所述，对油杯零件材料 10号钢的力学性能分析，主 要是为了便于模具设计中各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。 1.2.2 零件工艺性的分析 nts 4 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。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 该零 件为油杯，结构简单，对称，是典型的拉深件。在拉深过程中要注意控制拉深程度，加工时，根据零件的结构，形状等一些技术要求，应考虑以下几点： （ 1）拉深件圆角半径 ：拉深件的圆角半径要适合，应尽量大些，以便于成形和减少拉深次数，避免在拉深过程中出现失稳现象即拉裂。拉深件底与壁的圆角半径应满足 r1 t。而在此设计中圆角半径 R2 t，故满足设计要求。 （ 2）考虑拉深件厚度不均匀的现象 ：在拉深过程中，一般为不变薄拉深，从理论分析上说是不符合的，在拉深过程中壁厚应有少量的变化，如果在拉深件精度要求不高时，一般可以忽略不计， 而在此设计当中我们应该考虑壁厚不均匀现象问题，加工出符合图样要求的零件。 （ 3）拉深件的孔位布置 ：根据示图所示，该零件的孔位布置合理，处于中心部位。在冲孔时，要注意孔与拉深件的同心度的问题，孔到拉深底部边缘的距离 d d1-2r1-t。 根据零件图，初步分析可以知道油杯零件的冲压成形需要多道工序才能完成，首先进行正拉深，形成外形尺寸形状，其次底部要成型。 综上所述，油杯由平板毛坯冲压 成形应包括的基本工序有：冲裁（落料、成型）、拉深等，由于是多道工序，多套模具成形，还要特别注意各工序间的定位。 1.3 确定工艺方案和模具形式 在冲压分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，有时同一种冲压零件也可能存在多个可行的方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量生产效率，设备占用情况，模具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低，生产成本，操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出适合于现有生产条件的 最佳方案，故在一定的条件下，以最简单的方法，最快的速度，最少的劳动量，最少的费用，可靠的加工出符合图样各项要求的零件，在保证加工质量的前提下，选择经济合理的工艺方案。 确定工艺方案及模具形式： 1、根据对冲压零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定冲压所需的基本的工序，如落料、冲孔、拉深、整形等。 nts 5 2、根据初步工艺计算，确定工艺数目，如冲压次数、拉深次数等。 3、根据个工序的变形特点、质量要求等确定工序顺序。 一般可按照下列原则进行： 1）、对冲带孔的或有缺口的冲裁件，如选用简单模，一般先落料， 再冲孔或切口，使用级进模，则先冲空孔或切口后落料 2）、对于到孔的拉深件，一般先拉深，后冲孔，但孔的位置在零件底部且孔径尺寸要求不高时，也可先冲孔后拉深。 3）、对于形状复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先形成内部形状，再拉深外部形状。 4）、整形或校平工序，应在冲压件基本成型以后进行。 4、根据生产批量和条件（冲压加工条件和模具制造条件）确定工序组合。生产批量大时，冲压工序应尽可能组合在一起，用复合模具；小批量生产用单工序简单模。 由于油杯冲压成形需要的多道工序完成，因此选择合理 的成形工艺方案十分重要，考虑到生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率，降低生产成本。 要提高生产成本，应该尽量选择合理的工艺方案，选择复合能复合的工序，但复合程度太高，模具的结构复杂，安装调试困难，模具成本高，同时可能降低模具的强度，缩短模具寿命。 根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序，冲压该零件需要的基本工序有落料、成型、拉深。 工序的组合方案及比较 方案一： 1）落料； 2）拉深； 3）成型。 方案二： 1）落料与拉深复合； 2）成型。 方 案三： 1）落料； 2）拉深与成型复合。 方案四： 1）落料、拉深与成型复合。 方案一：复合程度较低，模具结构简单，安装、调试容易，但生产道次多，效率低，不适合大批量生产。故很少使用。 方案二：将落料与拉深进行复合，工序少，生产效率较高，但模具结构较复杂，安装、调试难于控制，同时模具强度较低。 方案三：将拉深与成型复合 nts 6 方案四：复合程度最高，模具结构复杂，安装调试困难，模具成本提高，同时可能降低模具的强度，缩短模具的寿命。 根据以上四个冲压工艺方案的比较，四种冲压工艺方案各有其优点和缺点，为了提 高生产率，保证模具结构简单，冲压件尺寸稳定、精度高，故在此设计中选择方案四进行冲制油杯。 2. 主要工艺参数的计算 2.1 落料尺寸的计算 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。 根据零件的尺寸取修边余量的值 为 4.6mm。查表 5 7，冲压工艺与模具设计实用技术 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。 毛坯尺寸按公式 drdhdDF 44.342 2.1 所以 1 2 0 * 1 2 0 4 * 9 0 * 4 0 3 . 4 4 * 9 0 * 2D =168 2.2 确定排样方案 2.2.1 确定排样、裁板方案 冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法 称为排样。排样是否合理，直接影响到材料的利用率、零件质量、生产率、模具结构与寿命及生产操作方式与安全。因此，在冲压工艺和模具设计中，排样是一项极为重要的、技术性很强的工作。 加工此零件为大批大量生产，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。 nts 7 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。根据此零件的尺寸查表 19.1 18，冲压模具设计取 搭边值为 0.8a mm 进距方向 mma 0.11 于是有 进距 1 1 6 8 1 . 0 1 6 9h D a m m 2.2 条料宽度 2 1 6 8 2 0 . 8 1 6 9 . 6b D a m m 2.3 板料规格拟用 1.0mm 600mm 1200mm 热轧钢板（表 18.3 24，冲压模具设计）。由于毛坯面积较大所以横裁和纵裁的利用率相同，从送料方便考虑，我们可以采 用横裁。 裁板条数 1 1200 71 6 9 . 6An b 条余 128mm 每条个数 12 6 0 0 1 . 03169Ban h 个余 92mm 每板总个数 12 7 * 3 2 1n n n 2.2.2 材料利用率 依据（ P203，冲压工艺与模具设计实用手册） 222()4 100%2 1 1 6 84 100%6 0 0 1 2 0 06 4 . 6 %n D dAB2.2.3 计算零件的净重 G FtG 2.4 依据（ P264，冲压工艺模具学） 2 2 11 6 8 ( 1 . 6 1 2 0 1 . 6 ) 1 0 1 1 0 7 . 8 5 1 7 2 . 0 34G g g 式中 密度，低碳钢取 385.7 cmg 。 nts 8 内的第一项为毛坯面积，第二项为底孔废料面积，第三项（）内为切边废料面积。 其排样如图 2.1所示： 图 2.1 排样图 2.3 计算拉深次数 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。 该工件拉深一个过程，因此可以计算 其拉深系数来确定拉深次数。 其实际拉深系数为： 90 0 . 5 4168dm D 2.5 材料的相对厚度为 1 0 0 1 1 0 0 1 . 1 190t D 2.6 凸缘的相对直径为 120 1 . 3 3 390pd d 2.7 凸缘的相对高度为 40 0 . 4 4 4 490h d 2.8 nts 9 由表 5 21，冲压工艺与模具设计实用手册可以查出 ，min 0.48m 表 5 22，冲压工艺与模具设计实用手册可以查出 5.0max dh 8 因为凸缘的相对高度 0.4444 小于最大相对高度 0.58，且实际拉深系数 0.58 大于最小极限拉深系数 0.48，所以拉深过程可以一次拉深成功。 2.4 拉深冲压力的计算 由于该零件为轴对称件，故不必进行压力中心的计算。 2.4.1 落料过程 （ 1） 落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 kLtP 2.9 依据 (P175，冲压工艺与模具设计实用手册 ) 式中 P 冲裁力（ N） L 冲件的周边长度（ mm） t 板料厚度（ mm） 材料的抗冲剪强度（ MPa） K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（ 1.0 1.3）P的范围内，一般 k取为 1.25 1.3。 在实际应用中，抗冲剪强度 的值一般取材料抗拉强度b的 0.7 0.85。为便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度b的 80%。即b 8.0因此，该冲件的落料力的计算公式为 bLtF 8.03.1落 2.10 1 . 3 0 . 8 3 . 1 4 1 6 8 1 4 0 0 N 219448N （ 2） 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，一般用下列经验公式计算： 卸料力 nts 10 FKF1卸 2.11 式中 F 冲裁 力 (N) 1K 顶件力及卸料力系数， 其值可查（表 19.1 12，冲压模具设计）取 1K 为 0.04。 因此 10972FN卸2.4.2、拉深过程 （ 1）拉深力 带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为 Fbp KdF 拉 2.12 式中 pd 圆筒形零件的凸模直径（ mm） FK 系数，查（表 5 3，冲压工艺与模具设计实用手册）取 0.8 b 材料的抗拉强度（ MPa） 因此 120576FN拉（ 2）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。 qdDQ )(4 220 2.13 依据（ P328，冲压工艺与模具设计实用手册） 式中 D 毛坯直径（ mm） d 冲件的外径（ mm） q 单位压边力（ MPa）（表 5 20，冲 压工艺与模具设计实用手册） q的值取 2.5。 所以 221 6 8 ( 9 0 1 ) 2 . 5 3 9 1 3 84QN （ 3）顶件力 nts 11 顶件力的计算公式可按下式： 顶F=拉顶 FK 2.14 式中 顶F 顶件力（ N）； 顶K 顶件力系数；查表 2-8顶K= 0.06 顶F=拉顶 FK = 0.06 120576 = 7234.56N （ 4）拉深功的计算 拉深所需的功可按下式计算 1000maxhCPW 2.15 依据（ P45，冲压工艺模具学） 式中 maxP 最大拉深力（ N） h 拉深深度（ mm） W 拉深功（ N m） C 修正系数，一般取为 C=0.60.8。 所以 0 . 8 1 2 0 5 7 6 4 03 8 6 .1000W N m 2.4.3 成型过程 采用平头凸模对塑性较好的低碳钢板、软铝板进行胀形所能达到的深度 h 见表5-1冲压工艺与模具。 采用刚性凸模对平板毛胚进行胀形时所需的胀形 力 F按下式估算 胀形力 bKLtF 2.16 =1 4 9 . 5 1 4 0 0 1 9 8 0 0 N 式中 L -胀形区周边长度 t -板料厚度 K 考虑变形程度大小的系数，一般取 K=0.7 1 b -板料抗拉强度 拉深力出现在落料力之后，因此最大冲压力出现在冲裁阶段，选用落料拉深成型复合模结 构，最大冲压力为： Fmax = F +F1 + F2 2.17 =219448 + 10972+ 7234 = 237654N nts 12 2.5 冲压设备的选择 为安全起见，防止设备的超载，对于冲裁工序，压力机的公称压力 P 应大于或等于冲裁时总冲压力的 1.1 1.3倍。 即： P （ 1.1 1.3） Fmax 2.18 取 P = 1.3 Fmax P = 1.3 Fmax = 309KN 所以可以选择吨位为 630KN 以上的压力机，考虑到拉深成形的行程比较大，选定压力机还应参考压力机说明书所给出的允许工作负荷曲线。参照书末表 C-1 可选取公称压力为 630KN 的开式压力机，该压力机与模具设计的有关参数为： 表 2.1 名称 量值 公称压力（ 10KN） 63 发生公称压力时滑块离下极点距离 /mm 8 滑块行程 固定行程 /mm 120 调节行程 /mm 120 12 标准行程次数（不小于） /（次 /min） 70 最大闭合高度/mm 固定台和可倾 /mm 360 活动台位置 最低 /mm 460 最高 /mm 220 闭合高度调节量 /mm 90 滑块中心到机身距离（喉深） /mm 260 工作台尺寸 /mm 左右 710 前后 480 工作台孔尺寸/mm 左右 340 前后 180 直径 230 立柱间距离（不小于） /mm 340 模柄孔尺寸（直径 x 深度） /mm 50 x 70 工作台板厚度 /mm 90 nts 13 3、模具设计 3.1 模具结构的设计 模具结构形式的选择采用落 料、拉深、成型复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本次设计中凸凹模的壁厚为 1 6 8 9 0 392b m m 3.1 能够保证足够的强度，故采用复合模。 如前所述，模具设计包括模具结构形式的选择和设计，模具结构参数计算，模具图的绘制等内容。现对落料、拉深、成型模设计步骤如下： 模具结构如图 3.1 所示 图 3.1 落料、拉深、成型复合模 1 下模座、 2 螺钉、 3 固定板、 4 螺钉、 5 导柱、 6 销钉 、 7 上模座、 8 导套、 9 销钉、 10 垫板、 11 凸缘模柄、 12 打杆、 13 螺钉、 14 螺钉、 15 推件块、 16 凸凹模、 17 固定卸料板、 18 导料板、 19 压边圈、 20 落料凹模、 21 拉深凸模、 22 推杆、 23 销钉 如图 3.1所示，送料时条料沿两个导料板 18进行导料，由挡料销 24定距。 开始工作时，首先由凹模 20和凸凹模 16完成落料，紧接着由凸模 19和凸凹模进行拉深。 nts 14 拉深结束后，在回程由推件块 15将工件从凸凹模内推出。 压边圈 19间作兼 作顶板，在拉深过程中起压边作用，拉深结束后又能将工件顶起，使其脱离凸模。 当压力机的闭合高度不够时，对模具可作如下改动：将模柄 11换成凸缘式模柄，去掉垫板 10；如果闭合高度仍不够，可去掉固定板，将凸模直接嵌入下模座上。 该模具采用了中间导柱模架进行导向，这是为了保证均匀的冲裁间隙，提高模具的刃模寿命，并使模具的调试简单化。因此兼有冲裁加工的拉深模都采用模架进行导向。 落料、拉深、成型复合模比单工序模可提高生产率，但模具较复杂，装配难度也较大。由于计算的拉深件的毛坯尺寸不一定准确，常需经试模修正，因此应在拉深 件毛坯经单工序模生产验证合格之后，为提高生产率，才设计落料、拉深、成型复合模。对于较小的拉深件，从安全考虑，新设计拉深模也可以取落料与拉深、成型复合模的方案。在变形程度允许的条件下，可适当加大毛坯尺寸，以提高模具的可靠性。对于非圆形拉深件，新设计模具不宜采用落料与拉深、成型复合的方案，因为其毛坯尺寸计算的可靠性更差。除非工件的变形程度较小，允许将毛坯尺寸加大，才考虑设计落料、拉深、成型复合模。 3.2 模具的闭合高度 根据以上落料、拉深和成型复合模结构图可知，模具的闭合高度 hm 为： Hm=下模板厚度 +上模板 厚度 +垫板厚度 +凸凹模长度 +凹模高度 +凸模固定板 +凸凹模进人凹模的深度 =65+50+25+40+20+70+60 =330mm 查所选设备的参数；压力机的最大的闭合高度为 360mm，最小闭合高度为 270 mm，则模具的装模高度应该满足下式要求： Hmax-5 hm Hmin+10 3.2 即： 355 330 280 故满 足设计要求。 3.3 模具工作部分尺寸及公差计算 由模具结构图便知，该模具工作部分尺寸及公差计算，主要包括落料凸、凹模刃口尺寸及公差计算、拉深模和成型模工作部分尺寸的计算。 3.3.1 落料凸、凹模刃口的尺寸及公差的计算： 冲裁模刃口是尖锐锋利的，多为直角，故冲裁模刃口尺寸是指冲头与凹模的直径nts 15 尺寸。由于剪切面是工具的侧面与材料接触并挤光而得到的平滑面，所以落料件的外径尺寸应等于凹模内径尺寸。模具两刃口尺寸中总有一个基准尺寸，设计和制造模具时，可分别根据工件的精度要求，决定第一件为基准件，把间隙取在另一件上。故 落料件以凹模为基准。 模具工作部分加工时要注意经济上的合理性，精度太高，则制造困难、成本高；精度太低，则又可能加工不出合格的产品。因此，模具的精度应随工件的精度要求而定，这样才会有好的经济性。一般模具精度比工件精度至少高两个级别。 对于落料 dXDD d 0)( 3.3 0m i n)2( pCDD dp 3.4 依据（ P22，冲压工艺模具学） 式中 pD 落料 凸模直径（ mm） dD 落料凹模直径（ mm） D 工件外径的公称尺寸（ mm） 冲裁工件要求的公差 X 系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取X=0.5。 d、p 凹、凸模制造偏差 ,查表其值分别为 +0.040、 -0.030 （表 2-7，冷冲模设计） minC 实用间隙最小值，可以通过查表 1 2，冲压工艺模具学 选取 132.02 min C 240.02max C所落下的料（即为拉深的坯料）按未注公差的自由尺寸 IT14级选取极限偏差，故落料件的尺寸取为 01.00168 ，还必须满足下列公式 m i nm a x 22 CCpd 3.5 依据（ P22，冲压工艺模具学） 有 132.0240.0070.0040.0030.0 所以满足条件。 dXDDd 0)( 3.6 nts 16 0 . 0 4 00(1 6 8 0 . 5 1 ) 0 .0 4 00(1 6 7 .5 ) mm0m i n )2( pCXDD p 3.7 00 . 0 3 0( 1 6 8 0 . 5 1 0 . 1 3 2 ) 00 . 0 3 0(1 6 7 . 3 6 8 ) mm3.3.2 拉深凸、凹模刃口的尺寸及公差的计算 由式 dDDd 0)75.0( 3.8 0)275.0(pCDd p 3.9 依据（ P54，冲压工艺模具学） 以上各式中，查表可知pd 、分别为 +0.025、 -0.035。间隙 C 查表（表 2 10，冲压工艺模具学） 有 mmtC 65.1)(10.1 3.10 0 3 5.00)8.075.090( dD mm035.00)3 4 7 5.89( 00 2 5.0)3.375.090( pd0025.095.85 4、冲模零件的设计 4.1 落料凹模的设计 4.1.1 凹模的尺寸计算 凹模工作部分的尺寸计算，参见前面的主要工艺参数的计算。其他部分结构寸的计算如下： （ 1）凹模壁厚 C 凹模壁厚 C 是指凹模刃口到凹模外边缘的最短距离。凹模壁厚将直接影响凹模板的外形尺寸，即长度与宽度（ L x B）。故在设计过程中应选择合适的凹模壁厚 C。 凹模壁厚 C 值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要，同时也能保证凹模 强度nts 17 和刚度，在选择凹模壁厚时，还应注意以下几点：工件落料时取表中较小值，反之取较大值；型孔为圆弧时取小值、为直边时取中值、为尖角时取大值；当设计标准模具或虽然设计非标准模具，但凹模板毛坯需要外购时，应将计算的凹模外形尺寸 L X B按模具国家标准中凹模板的系列尺寸进行修正，取较大规格的尺寸。所以根据以上的要求查表 9-6得零件毛坯直径为 168，板料厚度为 1mm的凹模壁厚 C 为 45mm。 （ 2）凹模厚度 H 凹模板的厚度 H主要不是从强度需要考虑的，而是从连接螺钉旋入深度与凹模刚度的需要考虑的。凹模板的厚度一般应不小 于 10mm，特别小型的模具可取 8mm。随着凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也应相应的增大。 整体凹模板的厚度可按如下的经验公式估算： H = K1 x K2 x（ 0.1F） 1/3 4.1 式中 F 冲裁力（ N）；在前面计算冲裁力得： F=219448N； K1 凹模材料修正系数，合金工具钢 K1=1，碳素工具钢 K1=1.3；该凹模的材料为 T12，故取 K1=1.3； K2 凹模刃口周边长度修正系数，见表 2-18 凹模厚度 按刃口长度修正系数 K2可得： K2=1.37； 把 K1=1.3； K2=1.37； F=219448N；代入 H = K1 x K2 x（ 0.1F） 1/3 可得： H = K1 x K2 x（ 0.1F） 1/3 =1.3 x 1.37 x (0.1 x 219448)1/3 =49.86mm 在求得凹模壁厚和厚度后，就初步有了凹模的外形的尺寸，这个外形尺寸，还须向国家标准靠拢。由凹模壁厚 C=45mm；凹模厚度 H=55.33知： 凹模长 L=168+2 x 45 =258mm 凹模宽 B=168+2 x 45 =258mm 凹模板外形尺寸： L x B x h=258 x 258 x 49.86 查表 14-6摘自 GB2858-81 矩形和圆形凹模外形尺寸知 : 将上述凹模板外形尺寸改为 : 260 x 260 x 40mm 凹模外形尺寸形状如下图所示 : nts 18 4.1 凹模 外形尺寸图 凹模的外形尺寸已标准化，用以上方法求得的外形尺寸应向接近的标准尺寸靠拢。故凹模尺寸、强度和刚度足够，一般不再进行强度和刚度的核算。 4.1.2 凹模的结构形式 当冲裁形状复杂，公差等级高，尺寸大或尺寸较小的零件时，可以采用镶拼式凹模，但对于此零件的冲裁其凹模结构简单，故采用整体式结构。其凹模结构图如下图所示： 4.2 落料凹模结构形式图 凹模的固定方法用螺钉固定，具体的固定方法见装配图。 4.2 拉深凸模的设计 4.2.1 计算 拉深凸模的工作尺寸的计算参见前面的主要工艺参数计算。现将其它参数的计算介绍如下： （ 1）拉深模的凸模圆角半径 拉深凸模的圆角半径 r 凸对拉深工作也有影响。当 r 凸过小时，则角部弯曲变形大，危险断面容易拉断。当 r凸过大时，则毛坯底部的承压面积减小，悬空部分加大，nts 19 容易产生底部的局部变薄和内皱。 除最后一次拉深，凸模的圆角半径 r凸应比凹模半径略小，即： r 凸 =（ 0.6 1）r 凹，最后一次拉深时，凸模的 r 凸应等于零件的内圆半径，但不得小于材料厚度。如工件的内圆角半径要求小于料厚，则要有整形工序来完成。故在此设 计中取 r 凸=2mm。 （ 2）拉深间隙 拉深间隙指拉深凸模与凹模之间的单面间隙，用 Z表示。 模具间隙对拉深过程的影响 拉深模的凸模与凹模之间的单边间隙 Z/2，影响拉深力与拉深件的质量。 拉深模的凸、凹模间隙 Z/2 大，则摩擦小，能减小拉深力。但如果间隙过大，拉深件的精度将不易控制，拉深后零件的高度将小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模间隙 Z/2 小，则摩擦大，将增加拉深力，造成许用拉深系数 m值的增大。如果凸、凹模间隙 Z/2小于拉深件的材料厚度，则将产生变薄拉 深的效果，使得拉深件的精度降低。 拉深模具间隙的取向 A）除最后一道工序外，间隙的取向不作规定。 B）对于最后一道工序，当工件外形尺寸要求一定时，以凹模为基准，凸模尺寸按凹模减小以取得间隙。当工件内形尺寸要求一定时，以凸模为基准，凹模尺寸按凸模放大以取得间隙。 C）浅拉深时，拉深间隙可取小些，深拉深时，则应取大些。这是因为变形程度越大，板厚的增厚量也越大。 D）多次拉深时，前几次拉深可取较大的拉深间隙，以便使拉深顺利进行。最后一次拉深则取较小的拉深间隙，以便获得尺 寸精度较高的拉深件。 E）在整形拉深时，如果要求工件的精度较高，例如 IT10 12 级，可取拉深间隙稍小于板料厚度，常取 Z/2=（ 0.9 0.95） t。如果整形时只要求减小圆角半径，拉深间隙可稍大于板料厚度，例如取 Z/2=（ 1.05 1.1） t。 F）板料较软时，可取较小的拉深间隙，因为软料在凸模与凹模之间容易被挤薄，可消除拉深过程已出现的微小皱折。相反，硬度则应取较大的拉深间隙。 G）实际供应的板料厚度可能与其公称值相比较有较大的误差，甚至超出板厚的公差范围。因此，如果成批生产拉深件 的板料已经购入，最好依据实测的板料厚度参考上述原则确定合适的拉深间隙值。 拉深模具间隙的确定 根据以上对拉深间隙的取向原则和拉深间隙对拉深件的影响我们得知，拉深时，凸模与凹模之间的单边 Z/2，一般都大于材料的厚度，以减小摩擦力。单边间隙 Z/2nts 20 可按下式计算： Z/2=tmax + Kt 4.2 式中： tmax 材料的最大厚度； tmax=t +，为板厚的上偏差。查附表 13知，板料为 1 的钢板上偏差 =0.10mm。 k 拉深间隙系数，查表 4-8 k=0.1； t 材料的厚度， t=1mm。 把 tmax=1+0.10=1.10mm； =0.10mm； k=0.2； t=1mm。代入 Z/2=tmax + Kt可得： Z/2=tmax + Kt =1.10+0.2 x 1 =1.3mm。 4.2.2 凸模的结构设计 （ 1） 凸模的结构设计的三原则 为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。 精确定位 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成啃模。 防止拔出 回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。 防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模， 当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模，例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动，否则将啃模。 以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计各种凸模的时，应注意都要满足这三条原则。 （ 2） 拉深凸模结构 根据以上凸模设计的三个原则，在设计拉深凸模时应满足这三个原则。在学习拉深成形这一章节时我们知道，拉深凸模结构比较简单，可参见设计模具装配图，在此仅就其结构设计的一些要点作一简要 的介绍。首先每个拉深凸模需钻一通气孔，以防当工件脱离凸模时在凸模端头与工件底之间的空间形成真空，增加额外的卸件力，严nts 21 重时会将工件底部抽瘪。通气孔直径一般可在 3 8mm之间选取，本设计取 6.5mm。受钻头长度限制，一般很难从凸模工件端钻通至固定端，这时可自工作端先钻一深孔，再从凸模侧壁钻孔与之相通，侧孔中心线到凸模工作端只要稍大于拉深工序件的高度就可达到通气的目的。 其次要确定拉深凸模的固定方法，以便确定其固定端的结构形式。对于顺装顺出件简单拉深模，如果工件直径与模柄直径相差不大，常将凸模与模柄制成一体。如果两者直径相差较大，或者拉深模有压边装置，可将凸模固定板设计成凸缘式的，借助固定板与上模板进行连接。许多设计者喜欢采用下述方法固定拉深凸模：凸模固定端不带凸缘，以过渡配合直接嵌入到模座内一定深度，并用螺钉联接防止拔出。其优点是模具结构比较的简单，可省去销钉和凸模固定板。但拉深凸模与模座的垂直度比凸缘式凸模较差，因此不适用于较精密的拉深模。有利于较大的拉深凸模，从节省模具钢与便于热处理考虑，可采用组合式的结构。其凸模结构图如下所示： 4.3 拉深 凸模结构图 4.3 凸凹模（落料凸模和拉深凹模）的设计 凸凹模即落料时为落料凸模、拉深时为拉深凹模。在设计过程中综合考虑。其一些设计要点在这里不在叙述，凸凹模结构图如下所示： 4.4 冲模的导向装置 冲模工作时，除了由压力机滑块对上模与下模进行导向以外，还可单独设置导向装置进行导向，其主要作用如下： 1.模具在压力机上安装调整比较的方便。 nts 22 2.冲制的工件质量稳定，冲裁间隙始终保持一致而不易发生变化，因此工件有较好的互换性。 3.冲模不易损坏，故模具的寿命比无导向冲模高。 4.4.1 无导向冲裁 （ 1）无导向冲裁的条件 无导向冲裁是指冲裁模本身无导向装置。冲裁时，压力机滑块的导向精度，即滑块横向偏摆的最大距离将直接影响冲裁间隙的均匀程度。 无导向冲裁不啃模的条件是：在凸模与凹模单面间隙调整均匀的条件下，其值应不小于压力机滑块的导向精度。如果从保证冲裁件断面质量考虑，则单面冲裁间隙允许的波动值，应不小于压力机滑块的导向精度。 4.4 凸凹模（落料凸模和拉深凹模）结构图 （ 2）无导 向冲裁的应用 nts 23 无导向冲裁模的优点是模具结构简单，装配容易，成本降低。其缺点是冲裁过程中冲裁间隙的波动将造成工件的质量不稳定，精度较低，并加速模具刃口的磨损，调模间隙不好控制，会造成啃模事故。因此，无导向冲裁模的安全性较差。综上所述，在板料厚度大于 0.8 1mm。精度要求不高、生产批量较小的落料、冲孔等单工序生产中，可以采用无导向装置。 4.4.2 导板导向 （ 1）导板导向的特点 将固定卸料板式模具的固定卸料板与凸模制成小间隙配合，一般为 H7/h6，称为导板。导板的型孔按凸模刃口尺寸配作。导板的功用有两个： 一是在冲裁时起上模与下模之间的导向作用；二是在回程时起卸料作用。 导板导向式冲裁模突出的优点是使用时非常安全，可以说是所有冲裁中最安全的。因为在使用过程中，始终不允许凸模与导板脱离。 （ 2）导板导向的应用 导板式导向的应用仍有很大的局限性。首先，由于凸模要兼作导向件，其截面尺寸不能太小，以免受侧向力而折断，其截面也不应太复杂。其次，由于使用中不允许凸模与导板脱离，选用压力机也受到了限制，只能使用行程可调冲床。而且导板导向式冲裁模仍属于固定卸料方式，也不适宜冲裁薄料。但对于板料厚度大于 0.8mm、形状较简 单的落料加工，采用导板导向式冲裁模，还是很适合的。 4.4.3 模架的导向 （ 1）模架导向的特点 普通模架由导柱、导套、上模座和下模座组成。从安全考虑，通常导柱安装在下模座，导套安装在上模座。导柱与导套的配合面取圆柱面，以便容易加工成小间隙配合，使模架的导向精度高于压力机滑块的导向精度。 采用模架进行导向，不仅能保证上、下模的导向精度，而且能提高模具的刚性、延长模具的使用寿命、使冲裁件的质量比较稳定、使模具的安装调整比较容易。因此在中小型冲模上广泛采用模架作为上、下模的导向装置。 模具可视为模具的一个部件，并 且早已高度标准化与商品化。在冲模设计时，特别是中小型冲模设计时，应尽量选择专业生产的标准模架，对提高模具质量、缩短制模周期有着十分重要的意义。 （ 2）模架的类型及应用 按导柱不同的位置，分为如下四种模架： 中间导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对称中心线上，两个导柱的直径不同，可避免上模与下模装错而发生啃模事故。适用于单工序模和工位少的级进模。 nts 24 后侧导柱模架 后侧导柱模架导柱分布在模座的一侧且直径相同，只适用横向送料。其优点是工作面开敞，是适于在大件边缘冲裁。其缺点是刚性与安全性最差，工作不够平稳、， 应尽量少用。 对角导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对角线方向上，既可以横向送料，又可以纵向送料。由于导柱间的误差方向与送料方向倾斜，因此一般认为导向精度高于前两种模架。适于各种冲裁模使用，特别适于级进冲裁模的使用。为避免上、下模的方向装错，两导柱直径制成一大一小。 四导柱模架 4 个导柱分布在矩形凹模的两对角线方向上。模架的刚性很好，导向非常平稳，但价格较高，一般的冲压加工不需要四导柱模架。只要要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模，以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模才采用。 弹压导板式模架 弹压导 板除具有弹压卸料板压料及卸料功能外，还能对凸模进行导向。 按导柱导套配合性质的不同，有如下两种形式： 导柱导套滑动导向模架 将导柱与导套制成小间隙配合，为 H6/h5 时称为一级 模架，为 H7/h6 时称为二级模架。在加工时，导柱导套与模座均为 H7/r6 过盈配合。为避免导套压入模座因变形而影响与导柱的配合，将导套压入段的内孔直径加大 1mm，不与导柱相配合。 装配良好的模架，应能用两手轻轻抬起上模座而下模座不动，但这样的效果很难达到， 因为导柱与模座为过盈配合，压入导柱导套时难以保证垂直 度。所以在装配时，导柱、导套与模座可以较松的过渡配合 H7/m6 代替过盈配合，容易保证导柱和导套的轴线垂直于模座平面，使模架的导向精度只决定于加工精度，而容易制成精密模架。 对于冲裁模，导柱导套的配合间隙应小于单面间隙。当双面冲裁间隙不超过 0.03时，相当于板料厚度小于 0.5mm，可选用一级模架。双面冲裁间隙超过 0.03mm时，可选用二级模架。 为了保证使用中的安全和可靠性，设计与装配模具时，还应注意下列事项： 当模具处于闭合位置时，导柱的上端面与上模座的上平面应留 10 15mm的距离 ；导柱下端面与下模座下平面应留 2 5mm的距离。导套与上模座上平面应留不小于 3mm的距离，同时上模座开横槽，以便排气。 导柱导套滚动导向模架 在导柱与导套之间加多排钢球，组成滚动导向装置滚动导向的突出特点是：钢球与导柱、导套之间不但没有间隙，而且有 0.01 0.02mm 的过盈量，成为无间隙导向。因此其导向精度非常高。 为了减少磨损，钢球沿导柱与导套工作面的滚动轨迹应不重合。为此，钢球在保持圈内的排列；横向应当错开，纵向连线与导柱轴线成 8度角。 为了防止保持圈在工作时下沉、脱离导套而减少配合长度 ，可在导柱上另加一个nts 25 支承弹簧。 滚动导向装置属于无间隙导向，精度高，寿命长。使用于高
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