电机风罩拉深成形模设计说明书

电机风罩拉深成形模设计摘 要本文介绍了电机风罩拉深成形模设计的全过程，首先对电机风罩零件进行了工艺分析，工艺设计以及参数计算，模具总体方案设计，确定了该模具加工工艺流程，排样设计与计算，冲压力以及压力中心的计算，对模具的凸，凹模设计计算以及设计工艺工程确定。冲模结构形式以及非标准零件加工工艺过程，并对所设计的模具进行了分析说明。采用 CAD 软件制图绘制了冲压模的二维装配图和非标准零件图。采用模具生产电机风罩，极大提高了生产效率，产品质量，产品精度等问题。更大程度上节约生产成本。关键词：拉深成形模；设计；电机风罩I目 录1 绪 论 .12 工艺方案及参数计算 .32.1 零件的工艺分析 .32.2 零件尺寸的确定 .32.3 毛坯尺寸的计算 .42.4 冲裁工艺方案的确定 .42.5 拉深系数 .52.6 压边圈的设计 .52.7 修边余量及拉深次数 .52.8 确定排样、裁剪方案 .62.9 计算工艺力、初选设备 .82.9.1 计算工艺力 .82.9.2 拉深功的计算 .102.9.3 初选压力机 .103 模具尺寸结构设计 .123.1 模具结构形式的选择 .123.2 模具工作部分尺寸的计算 .123.2.1 落料 .123.2.2 拉深 .143.3 模架的选用 .153.4 模具的闭合高度 .153.5 压力中心的确定 .163.6 模具主要零件的结构设计 .163.6.1 落料凹模 .163.6.2 凸凹模 .173.6.3 拉深凸模 .183.6.4 卸料板 .19II3.6.5 上垫板 .203.6.6 压边圈 .213.6.7 弹顶器 .224 模具的整体安装 .244.1 模具的总装配 .244.2 模具零件 .244.3 选定冲压设备 .244.3.1 压力机的规格 .244.3.2 校核压力机的安装尺寸 .244.3.3 电动机功率的校核 .25结 论 .26致 谢 .27参考文献 .28附录 .2911 绪 论模具是工业生产的基础工艺装备，在机械、仪表、电子、通讯、汽车和航空航天等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产的制件所达到的精度、复杂程度以及一致性都比其他加工工艺要具有更高的优势。由于模具成型的制件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等这些优点，使得模具工业在制造业中越来越处于重要地位。模具以成为一些国家工业产品的发展和增强市场竞争力的可靠的技术基础。日本把模具视为“ 进入富裕时代的原动力 ”，欧洲则把模具工业称为 “金属加工工业的帝王”，是“其他工业的入门 ”。各国对模具工业的发展非常重视，模具制造也摆脱从属地位，发展成为独立的、专业化模具生产体系，在国民经济发展中扮演者很重要的角色。20 世纪 80 年代以来，我国模具工业发展十分迅速。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。这些年来，我国的模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展。在模具工业总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。由于模具发展的良好势头以及国家的重视，使得国内一些大学在国家政策和一些企业的支持下，成立相应的模具研究中心以及与模具相关的专业，进行了多种模具的研究和设计以及模具教学等工作。例如，1994 年，国家在上海交通大学建立模具工程研究中心，在郑州工学院建立的橡塑模具国家工程研究中心等，对冲压模、级进模、塑料模、压铸模、橡胶模、玻璃模、挤压模进行了相关的研究，使得我国模具设计制造水平有了很大的提高，带来了较大的社会和经济效益，并且提高了我国的模具特别是中、低档模具在国际市场上的占有率，模具出口前景很好。虽然我国在模具方面已经取得了比较不错的成绩，但是就模具发展的现状来说，不是那么可观，与国际水平和工业先进国家存在着较大的差距。尤其是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，技术实力显得过于薄弱。我国现在每年还要从境外进口 20 多亿美元的模具，这些大都是国内尚不能自行生产的高中档模具。国内中高档模具的自配率只占 50%左右；大型、复杂、精密、长寿命等技术含量较高的模具只占到模具总量的 30%左右；我国模具行业全员劳动生产率还较低，平均只有 15 万元/ 人年左右；模具商品化和模具标准件使用覆盖率也较低，只有 50%左右；模具生产专业化水平还较低，这些都说明我国的模具工业还不够强大。2拉深模在冲压生产中具有举足轻重的作用，拉深模不仅可以加工旋转体零件、盒形件及其他形状复杂的薄壁零件，还可以与其他冲压成型工艺相结合，制造极为复杂的零件，它广泛用于汽车、电子、仪表、兵器、航空航天等各类工业部门和日常生活用品的生产。我国在拉深模方面已经取得了比较可喜的成绩，但就拉深模的现状来说，与国际水平和工业先进国家存在着较大的差距，尤其是在精密、大型、复杂、长寿命拉深模方面，技术实力显得过于薄弱。我国现在每年还要从欧美日等地区或国家进口拉深模具，这些大都是国内尚不能自行生产的高中档拉深模具。拉深模的发展方向主要体现在以下几个方面：（1）拉深模材料向综合性能高、切削性能好、以及系列化方向发展。新的模具表面处理工艺得到了相应的开发和应用。（2）拉深模的设计将继续广泛采用现代信息处理技术，例如 CAD/CAE/CAM，这些技术的开发和应用，同时三维可视化设计、虚拟加工以及装配，都最大限度的节约了人力和物力，大大的缩短了模具的设计、生产制造周期，减少了生产成本，提高了经济效益。（3）数控技术的开发和广泛应用，将极大的提高拉深模的生产制造水平，从而可进行高精度、高复杂程度的拉深模具的加工制造。本文介绍了电机风罩拉深成形模设计的全过程，首先对电机风罩零件进行了工艺分析，工艺设计以及参数计算，模具总体方案设计，确定了该模具加工工艺流程，排样设计与计算，冲压力以及压力中心的计算，对模具的凸,凹模设计计算以及设计工艺工程确定。冲模结构形式以及非标准零件加工工艺过程，并对所设计的模具进行了分析说明。采用 CAD 软件制图绘制了冲压模的二维装配图和非标准零件图。采用模具生产电机风罩，极大提高了生产效率，产品质量，产品精度等问题。更大程度上节约生产成本。32 工艺方案及参数计算2.1 零件的工艺分析因为此次设计主要是做电机风罩的落料拉深工序，不做冲孔工序，所以此零件加工需要先落料后对其进行拉深，因此工件的工艺性，既是指冲裁件对冲压工艺的适应性，也是拉深件对冲压工艺的适应。需要工件的结构，形状，尺寸，公差等技术要求是否符合冲压标准要求。工艺性是否合理。对制件的质量，模具寿命和生产率有很大的影响。2.2 零件尺寸的确定图 2-1 零件图图 2-1 零件为电机风罩，其形状为圆筒形材料，落料为圆形毛坯，具有良好的工艺性。材料为 08F 钢，其厚度为 1.00mm。08 钢属于优质碳素结构钢，具有较高的塑性和良好的拉深成型性能，适合。在零件图上，制件为中小型零件，尺寸 ，4.012为 IT12 级，其余尺寸为标注公差，可以按照自由公差计算和处理。零件为4.015轴对称旋转体，且 D/d，h/d 都不太大，拉深工艺性较好，圆角半径 R2，R12 都大于等于两倍料厚，适合于拉深成型。42.3 毛坯尺寸的计算由零件的主要尺寸 、 、H、L、t、h。可根据公式 2-1（查参考文献1得） 。1D2落料毛坯圆形件直径 。0= （2-0 hBA+4)(21）式中：A-零件底部 =120mm；1DB-零件顶部 =150mm；2L-零件下部斜边长度 L=30mm；h-零件高度 h=78mm。=248mm150784)120(320 +=D2.4 冲裁工艺方案的确定该零件是罩类零件，形状就是一个圆盖。在冲裁时它包括落料和拉深两个基本工序。可采用以下三种工艺方案：（1） 先落料，再拉深，采用单工序模生产。（2） 落料拉深复合冲压，采用复合模生产。（3） 拉深落料连续冲压，采用连续模生产。其三种方案的性能见表 3-2。表 2-1 单工序冲裁模、级进冲裁模和复合冲裁模性能比较项目 单工序模 复合模 连续模冲压精度 较低 较高 较高冲压生产率 低，压力机一次行程内只能完成一个工序较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序高，压力机在一次行程内能完成多个工序实现操作机械化自动化的可能性较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化难，制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作容易，尤其适应于单机上实现自动化生产通用性通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产通用性较差，仅适合于大批量生产通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产5冲模制造的复杂性和价格 结构简单，制造周期 短，价格低 复杂性和价格都较高 复杂性和价格低于复 合模由于零件的结构简单，制造相对比较简单，操作也方便，为提高生产率，综合以上三种方案确定采用落料拉深复合模的方式冲裁。2.5 拉深系数拉深系数是指拉深前后拉深件筒部直径（或半成品筒部直径）与毛坯直径的比值。有些部件只需一次拉伸成型，有些则需要多次拉深才能得到所要的制件形状。拉深系数可以用来表示拉深时材料的变形程度，拉深系数 m 的数值越小，则变形程度越大，越不易于一次成型。由于该制件只需要反向拉深即可成形，因此可由公式 2-2 计算得出其拉深系数。其实际的拉深系数为：m=d/D=150/248=0.6 （2-2）2.6 压边圈的设计 解决拉深工作中的起皱问题的主要方法是采用防皱压边圈，但至于是否需要压边圈，可按表 2-2 的条件决定。表 2-2 压边圈的确定拉深方法 第一次拉深 M1 第二次拉深 M2 第三次拉深 M3 第四次拉深 M4用压边圈 2.0 0.6 1.5 0.8因此根据拉深系数,可以得出需要采用压边圈。2.7 修边余量及拉深次数表 2-3 无凸缘圆筒形拉深件的修边余量 （mm）工作的相对高度 h/d工作高度 h0.50.8 0.81.6 1.62.58 2.5410 1.0 1.2 1.5 21020 1.2 1.6 2 2.52050 2 2.5 3.3 450100 3 3.8 5 6100150 4 5 6.5 86120200 5 6.3 8 10200250 6 7.5 9 11250 7 8.5 10 12因为拉深件需要计算其修边余量，由表 2-3 得毛坯修边余量为 3mm。表 2-4 无凸缘圆筒形拉深件的最大相对高度 h/d毛坯相对厚度 h/d拉深次数n 21.5 1.5 1 10.6 0.60.3 0.30.15 0.150.081 0.90.7 0.80.6 0.70.57 0.620.5 0.520.45 0.460.382 1.81.5 1.61.3 1.361.1 1.130.9 0.960.83 0.90.73 3.52.7 2.82.2 2.31.8 1.91.5 1.61.3 1.31.14 5.64.3 4.33.5 3.62.9 2.92.4 2.42.0 2.01.55 8.96.6 6.65.1 5.24.1 4.13.3 3.32.7 2.72.0在确定制件拉深次数选择查表法，根据毛坯直径 、h、t。查表 2-4 得此工件可0D实行一次拉深。由修边余量可以最终确定毛坯的落料的尺寸。可用公式（2-3）得 （2-h20+=3）mm54D2.8 确定排样、裁剪方案在冲压落料的工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好的确定冲压件的形状尺寸和合理的排样是降低成本的有效措施之一。在冲裁时制件与制件之间、制件与板料或条料边缘之间的余料被称为搭边。搭边的作用是：补偿定位误差，保证冲出合格的制件；保持条料具有一定的刚性，便于送料；保护模具，以免模具过早的磨损而报废；同时也提高了生产效率。由于该制件属于圆形制件，排样方案采用横向排样，如图 2-2 所示。7图 2-2 排样图根据零件的尺寸以及参考文献27-10可以查取：搭边值为b=2mm进距方向为a=1.2mm于是有：进距方向长度 H 为H=D+a=254+1.2=255.2mm （2-4）条料宽度 B1 为B1= D+2b=254+4=258mm （2-5）板料的规格拟用 1mm*800mm*2100mm 的轧制薄钢板。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，采用横裁方案。裁板条数n1=A/B=2100/258=8 条，余 36mm每条个数n2=（B-a）/H= （800-1.2）/255.2=3 个，余 33.2mm （2-6）8每板总个数n=n1*n2=8*3=24 个材料利用率的计算：一个进距内制件的实际面积与所需板料面积之比的百分率，用 表示。=F/F0*100%=F/AB*100% （2-7）式中：A-在送料方向，排样图中相邻两个制件对应点的距离（mm） ；B-条料宽度（mm） ；F-一个步距内制件的实际面积（mm 2） ；F0-一个步距内所需毛面积（mm 2） 。由已知数据可得：一个步距内材料利用率 %91.76=故材料总利用率为=F/F0*100%=72.35%2.9 计算工艺力、初选设备2.9.1 计算工艺力（1）落料力平刃凸模落料力的计算公式为=KLt （2-落F8）式中： -冲裁力（N） ；落FL-冲裁件的周边长度（mm） ；t-材料厚度（mm） ；-材料的抗剪强度（MPa ） ；K-系数，系数 K 是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口的磨损。板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取 K=1.3。由参考文献2中表 4-7 可查得材料 08F 的 =270Mpa。9因此，该制件的落料力的大小为= KLt=1.3*254 *1*270落F=279943.56N（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，从凸模上将废料卸下来所需要的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料的力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。精确计算卸料力的大小是很困难的，一般采用公式（2-9）计算：卸料力F 卸 =K1*F （2-9）式中：F-冲裁力（N） ；K1-顶件力及卸料力系数。刚性材料的卸料系数一般取 0.040.05，为方便计算 取 0.051K由已知数据及上述公式可求得：F 卸 =13997.18N（3）压边力在进行拉深时，有许多因素会影响到拉深件的质量，甚至影响到拉深工艺能否顺利完成。常见的拉深工艺问题主要是平面凸缘部分的起皱和筒壁危险断面的拉裂。为了保证毛坯在拉深的过程中不产生起皱现象，为此需要施加一定的压边力。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，可能会使制件拉裂；反之，如果压边力过小就会使工件边缘或者凸缘起皱，所以必须选择合适的压边力。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至产生显著的变薄为原则。压边力的大小与很多因素有关，在实际生产中，可以根据近似的经验公式（2-10）进行计算。10=Fq=（D 2-d2）q/4 （2-10）压F式中： -压边力（N） ；压FF-毛坯在压边圈上的投影面积（mm 2） ；q-单位压边力（MPa） ，这里取 q=2；D-毛坯直径（mm） ；d-冲件的外径（mm） 。由已知参数和上述公式，可求得：=16981.12N压F（4）拉深力拉深力在生产中常用以下经验公式（2-11）进行计算：采用压料装置：首次拉深：（2-11）1ktdFb拉以后各次拉深： .)432i1（拉 tbi式中：F-拉深力；t-板料厚度；-拉深后工件直径；1d-拉深件材料抗拉强度；b-修正系数。 （ 可由参考文献1表 4.4.6 查得 取 0.8）1K1K1K故拉深力：NF3048.3015拉（5）顶件力顶件力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模刃口时所需要的力。顶料力的经验公式为：F 顶 =K 顶 F （2-1112）式中：F 顶 -顶料力（N） ；F-冲裁力（N） ；K 顶 -顶料力系数，其值取为 0.08。由已知参数和公式（2-12）可以求得：F 顶 =0.08*F=22395.48N2.9.2 拉深功的计算拉深所需的功可按下式计算：W=CFmaxh/1000 （2-13）式中：F max-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W=0.7*113040*78/1000=6171 N/m2.9.3 初选压力机压力机吨位大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提，要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还需要一定的压力储备。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。在此次设计中，所需的总压力为F= F 落 + +F 压 +F 卸 +F 顶 拉（2-14）=446356N=446.356kN因为此制件为拉深件，选压力机时需要是总压力的 1.8 倍，由于该制件是中小型零件，且精度要求不高，因此选用开始可倾压力机，它具有工作台三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。由于冲裁、拉深复合模的压力行程特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在拉深阶段所需要的反倒比较小。因此按总压力来选取压力机，很可能出现12总的压力满足要求，但是在开始阶段冲裁时已经超载。同时，选用拉深压力机还应该对拉深功进行校核，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率可能过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。因此精确确定压力机压力应该根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际条件，在现有压力机中选取。在这里根据总压力为446.356kN，从参考文献3中提供的压力机公称压力序列中选取 1000 kN 的压力机，型号为 J23-100。133 模具尺寸结构设计3.1 模具结构形式的选择采用落料、拉深复合模具，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的厚度是否过薄。经计算可得出该圆筒形件的凹凸模壁厚为：b=（254-150）/2=52mm模具落料采用正装式，拉深部分采用反装式，模具采用先落料后拉深。拉深凸模低于落料凹模一个料厚以上。采用弹性压边圈，弹顶器装于下模座下。因为板料厚，卸料力大，所以采用固定卸料装置。从导向精度和运动平稳性以及具体规格考虑，采用中间导柱模架。3.2 模具工作部分尺寸的计算3.2.1 落料冲裁模刃口多为直角，故冲裁模刃口尺寸是指冲裁后所得到毛坯光洁而平滑的表面的尺寸，所以落料件的外径应等于凹模内径尺寸，冲孔件的内径尺寸应等于冲头的外径尺寸。模具两刃口的尺寸总有一个作为基准尺寸。在设计和制造模具时，可根据工件的精度要求，决定把凸模或者凹模两者之一作为基准尺寸，把间隙取在另外的模具上。故在本设计中，将落料凹模作为基准。模具工作部分在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；精度过低，则不利于保证制件的精度要求，造成模具或者制件的不合格。因此，模具的加工精度应根据制件的精度要求来确定。冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁间隙的合理也是要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来保证和实现的。所以在确定刃口部分的尺寸时相当重要的。在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下几点原则：（1）落料时，落料件尺寸决定于凹模尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凸模刃口的尺寸来获得。（2）冲孔时，冲孔件尺寸决定于凸模尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口的尺寸来计算。（3）在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合理的间隙数值。一般模具制造精度比工件精度高 2-4 级。落料凸、凹模刃口尺寸计算：14Dd=（D max-x） 0+d （3-1）Dp=（ Dd-Zmin） 0-p=（D max- x- Zmin） 0-p （3-2）式中：D d-落料凹模直径（mm） ；Dp-落料凸模直径（mm） ；Dmax-落料件最大极限尺寸（mm） ；-制件公差；x-磨损系数。其值与冲裁件制造精度有关，一般：当冲裁件的精度在 IT10 以上时， x=1；当冲裁件的精度在 IT11-IT13 时，x=0.75；当冲裁件的精度在 IT14 时，取 x=0.5；（这里 X 取 0.5）d、p-凹模、凸模的制造偏差，一般取 IT6-IT7。查文献3表 2.4.1 得d=0.045,p=0.03。Zmin-凸凹模最小合理间隙（mm） 。确定冲裁模间隙时，根据参考文献3表 2.3.3，Z min 取为 14%t，即Zmin=0.1mm；Z max=20%t，即 Zmax=0.14mm。所落下的料按未注公差的自由尺寸 IT12 级选取极限偏差，故落料件的尺寸取为 052.4=DDd=（D max-x） 0+d =（254-0.5*0.52） 0+0.045=253.740+0.045mmDp =（ Dd-Zmin） 0-p =（D max- x- Zmin） 0-p=（ 253.74-0.1） 0-0.03=253.640-0.03mm校核：|d|+|p|Zmax-Zmin （3-3）有 0.045+0.03=0.0750.14-0.1=0.4所以不满足条件。15因此，只有缩小 d， p。提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内。由此可取： 016.4.04.0minaxZd 266ipmm024.753+=dDmm016.p落料凹模的外形尺寸的确定：凹模厚度：H=Kb （3-4）凹模壁厚：C=（1.52.0）H式中：b- 冲裁件做大外形尺寸（mm） ；K-系数，考虑坯料厚度 t 的影响，其值可取 K=0.15；故H=20mmC=（5776）mm调整到符合标准，凹模外径设计尺寸为 386mm。3.2.2 拉深拉深时，因为零件是标注外形尺寸，故拉深件的外径尺寸最大为 mm。最052.-1小为 mm。以凹模为基准，先计算确定凹模的工作尺寸，然后通过减小凸模尺052.-1寸来保证凸、凹模间隙。由公式（3-5 ）计算顶端凸凹模尺寸：Dd=（D max-0.75） 0+d （3-5）Dp=（D max- 0.75- Z） 0-p 16（3-6）式中：- 制件公差；d、p-凹模、凸模的制造偏差；根据参考文献3表 4-15，可分别取为0.08， 0.05；Z-拉深模间隙（ mm） ；可根据参考文献3 表 4-14，取 Z=2*（1t）=2mm。Dd =（D max-0.75） 0+d=（150-0.75*0.52） 0+0.08=149.610+0.08mmDp =（D max- 0.75- Z） 0-p=（150-0.75*0.52-2） 0-0.05=147.610-0.05mm底端凸凹模尺寸：Dd =（D max-0.75） 0+d=（120-0.75*0.52） 0+0.08=119.610+0.08mmDp =（D max- 0.75- Z） 0-p=（120-0.75*0.52-2） 0-0.05=117.610-0.05mm3.3 模架的选用由凹模外形尺寸 386mm，选择中间导柱模架。在按其标准选择具体结构尺寸如下：上模板 400*60 HT250下模板 400*75 ZG450导柱 45*290 20 钢导套 45*150*58 20 钢压入模柄 60*115 Q235模具闭合高度 Max=350mm ，Min=305mm该副模具没有漏料问题，故不必考虑漏料孔尺寸。173.4 模具的闭合高度所谓的模具闭合高度 H 是指模具在最低工作位置上，上下模之间的距离，它应与压力机得装模高度相适应。模具的实际闭合高度，一般为：H 模 =上模座厚度+垫板厚度+固定板座厚度+冲头长度-冲头进入凹模深度+ 凹模厚度+下模座厚度 （3-7）该副模具使用上垫板厚度为 10mm，凹模厚度为 97mm，冲头长度为 125mm，冲头进入凹模的深度为 81mm，凹模固定板 16mm，凸模固定板 30mm.H 模 =60+20+46+125-81+97+75=342mm故实际设计模具的闭合高度为 342mm。查开式压力机设备参数表可知，1000 kN 压力机的最大闭合高度为 400mm，封闭调节高度为 100mm。因为模具的闭合高度绝对不能大于所选用的压力机的最大闭合高度，所以选用的压力机型号恰当。压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。其关系式为Hmax-5HHmin+10 （3-8）式中：H max、H min-压力机的最大和最小装模高度（mm） ；H-为闭模高度（mm） 。所以400-5342（400-100）+10其中 100mm 为封闭高度调节量；故闭合高度设计合理。3.5 压力中心的确定模具的压力中心是指冲压力合力的作用点。计算压力中心的目的是：（1）使冲裁压力中心与冲床滑块中心相重合，避免会产生偏弯矩，减少模具导向机构的不均匀磨损；（2）保持冲裁工作间隙的稳定性，防止刃口局部迅速变钝，提高冲裁件的质量和18模具的使用寿命；（3）合理布置凹模型孔的位置。由于该制件的毛坯以及各工序件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。3.6 模具主要零件的结构设计3.6.1 落料凹模落料凹模的内外形尺寸和厚度都在前面的计算中得出。凹模的固定方法常用螺钉、销钉直接固定在下模座上，这里凹模下部设计三个螺纹孔，以便与固定板和下模座联接，同时为了保证安装的位置精度，需要有三个与固定板、下模座起着定位作用的销钉孔。凹模的具体尺寸，形位公差及粗糙度见图 3-1。 19图 3-1 落料凹模图 3-1 落料凹模3.6.2 凸凹模凸凹模的工作部分尺寸已经设计计算给出，这里根据零件的拉深深度设计出凸凹模的内外形尺寸。在凸凹模上设计了三个螺纹孔，以便与固定板、垫板、上模座相连接，同时为了确保安装所需要的位置精度，配制了三个销钉孔。凸凹模与固定板按H6/m5配合，凸凹模的尺寸精度、形位公差及粗糙度见图 3-2。20图 3-2 凸凹模3.6.3 拉深凸模拉深凸模的工作部分尺寸在上述3.2节已经设计计算得出，这里根据制件的拉深深度设计出凸模的内外形尺寸。在其内部设计了通气孔，以使拉深后的拉深件不受空气的压力紧紧的包住凸模，从而顺利实现顺利脱下。拉深凸模与凸模固定板按H6/m5 配合，拉深凸模的尺寸精度、形位公差及粗糙度见图3-3。21图 3-3 拉深凸模3.6.4 卸料板卸料装置可以卸下废料，也可以卸下冲件。其结构形式有固定（刚性）的、弹压的和废料切刀等。在此模具中将采用生产中常用的固定卸料装置和弹顶器。因为固定22卸料的卸料力大，卸料可靠，零件的厚度为1毫米，相对此模具比较厚，卸料力较大，故采用固定卸料和弹顶器。同时，卸料板也充当了导料装置的作用，板料放进模具，以导料槽左壁为基准，右边还有2mm间隙可调节，方便板料进给。卸料板的尺寸精度、形位公差及粗糙度见图3-4。图 3-4 卸料板3.6.5 上垫板垫板的直接作用是直接承受和扩散凸凹模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止在模座被压出陷痕而损坏。在设计中，把垫板的外形尺寸与凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度为 10mm。在上垫板上，设计了推板孔，以便安装打杆和推杆；配制三个螺栓孔和两个销钉孔，以便与凸凹模以及凸凹模固定板相连接。上垫板的尺寸精度、形位公差及粗糙度见图 3-5。23图 3-5 上垫板3.6.6 压边圈压边圈的作用是经过压边弹性元件，提供一定的压边力，确保在拉深过程中防止毛坯边缘起皱，保证制件的质量。压边圈为环状平面结构，中间设计为与拉深凸模相匹配的孔，压边圈的尺寸精度、形位公差及粗糙度见图 3-6。24图 3-6 压边圈3.6.7 弹顶器在确定压边圈结构之后需要考虑提供压边力的弹性元件的选择。在拉深中，可选择的弹性元件有橡胶、弹簧、气垫、氮气弹簧等。在此次拉深中，若采用橡胶、弹簧等作为弹性元件，随着压力机行程的增大，压力也急剧增加，此时压边力很难控制，过大会使工件拉裂；过小，使工件边缘或凸缘起皱。气垫虽然能保持恒定的压力，但是其结构体积比较大，往往在大型机上才可使用。氮气弹簧可根据要求获得大小不同的压边力，压边力调整也很方便，以满足对压边力的需求，从而有效防止起皱，保证制件质量。综上分析，该设计选用氮气弹簧作为提供压边力的弹性元件。（1）选用氮气弹簧的结构形式。管路连接式和氮气弹簧座板需要较大的安装空间，结构也比较复杂，这里选用独立氮气弹簧，其优点是占用空间小，安装、紧固方便。（2）确定氮气弹簧的数量，选择氮气压力。 考虑到气体泄漏和高压气体的节流损失，需要将压边力放大。25Fs=k*F1 （3-6）式中：F s-放大以后的压边力；F1-理论计算出的压边力；K-压力增大系数，一般取 1.15-1.20。因为此模具的弹顶器所要承受的是压边力加顶件力，所以F1=F 顶+ =39376NrF则 Fs 为Fs=k*F1=1.2*39376=47251N 确定氮气弹簧数量。Fs=K*F0 （3-7）式中：F s-放大以后的压边力；K-氮气弹簧的数量；F0-初始充气压力。根据参考文献6初选 TB1500 型，额定充气压力为 15MPa 的氮气弹簧。由此可根据公式（3-7 ）计算得出 K=3.14 个，不满足要求。因此需重新调整确定初始压充气压力，然后根据初始充气压力，确定在该充气压力下的初始弹压力，确定弹簧数量。因此，选用 4 个 TB1500 型氮气弹簧。每个初始弹压力为： F0=11787N；初始充气压力为：Pf =Ps *Fr /Fs =15*11787/15000=11.7MPa。 （3-8） （3）选择氮气弹簧的行程。氮气弹簧行程选择的原则：在对于拉深-整形工序，氮气弹簧的行程为拉深行程加3-5mm；对于圆筒件，为了取件方便，提高制件的质量，氮气弹簧的行程为工件拉深行程加 8-10mm。考虑到该制件为圆筒形件，而且底部有较大的圆角半径，行程还可适当增加。这里工件拉深行程为 78mm，选用行程为 100mm 的氮气弹簧。26经上述分析和计算，选用氮气弹簧为 TB1500-100，初始充气压力为 11.7MPa，数量为四个。（4）氮气弹簧安装方式的确定。利用氮气弹簧底部的四个 M12 的安装螺孔安装，根据参考文献 6表 3-19，螺孔间距为 60mm。柱塞上端直接抵到推板，不留间隙。4 模具的整体安装4.1 模具的总装配由以上设计计算和结构设计，经 CAD 绘制，可以得到该圆筒形件落料、拉深复合模的装配图，见附录。4.2 模具零件该复合模的主要零部件在模具的结构设计中已经做出了仔细计算和设计，其余的标准的零件可以根据需要按照国家标准选取使用。4.3 选定冲压设备4.3.1 压力机的规格冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容，它是直接关系到设备的安全和使用的合理，同时也是关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、板料的性能与规格、成本高低等一系列重要问题。在上述第 2.9.3 节，以对冲压设备的吨位以及闭合高度等参数进行了确定。这里根据前面计算所得出来的各项参数数据。查表选择压力机，其具体参数如下：公称压力 1000KN滑块行程 130mm行程次数 38/min最大封闭高度 400mm封闭高度调节量 100mm工作台尺寸 1080*7