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湖南工学院毕业设计 (论文 )开题报告 题 目 湖南 12 型拖拉机离合器壳体落料、首次拉深复合模设计 学生姓名 班级学号 专业 材料成型及控制工程 一选题依据： 目的是通过自己的设计能够了解模具设计的总过程。通过此次的设计，能对冲压模具的设计、制造方面有更深的理解，能够基本掌握模具设计的要点，在设计中充分运用各种设计辅助软件，更加熟练的使用各种软件计算数据，绘制设计所需要的各种设计图，为以后的工作累计更多的经验，也算是对大学所学的知识的一个总结，并且知道冲压模具制品在我们日常生活 中的广泛性和重要性。 冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用于生产各种板料零件，具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可代替的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛用于汽车、能源、机械、信息、航空、国防工业和日常生活生产之中。 在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科得成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代 技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展，实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。 近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与与介入，冲压生产方式有初期的手工操作逐步进化为集成制造。生产过程逐步实现机械化，自动化，并且正在向智能化，集成化的方向发 展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。 冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞余跃，结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三个方面组合又形成现代冲压新的生产模式 产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融成一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，是现代冲压技术提高到一个新的高度。 二研究的内容 本设计研究课题是 20 号钢 离合器壳体落料、首次拉深复合模设计 ，首先对工 件进行工艺分析，绘制工件工程图；通过比较确定最佳工艺方案，确定模具结构型式；查阅参相关文献并严谨计算，为合理选择冲压设备提供参考、依据；最后整理编写工艺文件和设计计算说明书；绘制相关模具图 第一步：设计说明 一、 离合器壳体 的工艺分析 二、冲裁力、卸料力、顶出力的计算 三、初选压力机 四、凸模的结构设计 五、凹模的结构设计 六、刃口的尺寸计算 七、压力中心的计算 八、定位装置的设计 九、卸料装置的设计 十、顶料装置的设计 十一、冲模的导向选用 十二、其它零件的设计 十三、模架及其零件选用 十四、模 具 的安装 和安全技术 十五、整个模具的动作分析 十六、 设 计体会及致谢 第二步：由工件的材质、厚度、形状、精度、生产批量等进行比较 ，确定了采用复合模冲压成型。 第三步：计算毛坯展开尺寸、排样、材料利用流率、最小尺寸计算、冲压力计算、凸凹模工作尺寸计算、凸凹模材料强度校核等。通过以上一系列的计算得出科学的数据，为选择合理的冲压设备依据。 第四步：选择一个零件研究它的加工工艺路线，制作工艺卡。 第五步：研究编写设计说明书，绘制模具图。 三研究方法： 本题核心方法为理论研究法，同时伴有文献研究、调查法、访谈法、网 络讨论等，充分利用学校图书馆、电子资源和所学专业课本、与导师和同学相互交流讨论、借助互联网的便利条件，在网上查阅最新资料数据，逐步完成毕业论文。 四时间安排： 4 月 23 日 佳工艺方案的选择： 5 月 1 日 5 月 9 日 样、材料利用率计算、冲压力的计算、凸凹模工作部分尺寸计算： 5 月 10 日 5 月 16 日 5 月 26 日 6 月 1 日 5 日 6 月 6 日 15 日 五预期成果： 1、绘制产品零件图。 2、绘制模具装配图。 3、绘制整套模具零件图，标准件除外。 4、编写设计说明书。 5、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。 六主要参考文献 1 刘心志 冷冲压工艺及模具设计 重庆大学出版社 2 万战胜 冲压工艺及模具设计 铁道出版社 3 冲模设计 吉林人民出版社 4 实用冲压技术 机工出版社 5 冷冲压及塑料成型工艺与模具设计资料 机工出版社 6 冯炳尧模具设计与制造简明手册 上海出版社 7 郑家贤冲压工艺模具设计实用技术 机械工业出版社 8 梁炳文实用板金冲压工艺图集 机械工业出版社 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 1 2011 届毕业设计 湖南 12 型拖拉机离合器壳体 落料、首次拉深复合模设计 系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 指导教师： 职 称： 教授 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 学 号： 2011 年 6 月 2 摘 要 本次的模具设计 为离合器壳体落料、首次拉深复合模设计。离合器壳体才用的材料是 20 号钢，厚度 3该 材料 强度低，韧性、塑性和焊接性 较好，用途非常广泛。适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造部分零件。如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、传动被动齿轮及拖拉机上的凸轮轴、悬挂均衡器轴、离合器壳体等。 首先对零件进行了工艺性分析，确定冲压所需的如落料、拉深，整形等一系列工序。其次经过计算分析确定工艺方案完成该模具的排样设计，凸、凹模工作部分的设计计算，还有模具结构和工艺零件设计，选择合适的模具材料和合理的加工工艺。在设计过程中，还利 用 制了一套模具装配图和零件图。 关键词 ：离合器壳体；落料；拉伸；复合模；设计 3 he is 0 of in If s so of of of to if a of of to of of as as In AD ey 4 目 录 前言 1 1 零件的工艺性 2 原始资料 2 零件材 料及其冲压工艺性分析 2 确定工艺方案和模具形式 4 2 主要工艺参数的计算 5 落料尺寸的计算 5 确定排样方案 7 计算拉深次数 8 拉深冲压力的计算 9 冲压设备的选择 11 3 模具设计 12 模具结构的设计 13 模具的闭合高度 14 模具工作部分尺寸及公差计算 14 4 冲模零件的设计 16 落料凹模的设计 16 凸凹模（落料凸模和拉深凹模）的设计 19 冲模的导向装置 19 定位装置 22 卸料装置 24 推件装置的设计 25 其它冲模零件 设计 26 参考文献 29 致谢 30 附录 31 5 前 言 冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用于生产各种板料零件，具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不 可代替的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛用于汽车、能源、机械、信息、航空、国防工业和日常生活生产之中。 在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科得成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展，实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。 近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形 、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与与介入，冲压生产方式有初期的手工操作逐步进化为集成制造。生产过程逐步实现机械化，自动化，并且正在向智能化，集成化的方向发展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。 冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞余跃，结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三个方面组合又形成现代冲压新的生产模式产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融成一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，是现代冲压技术提高到一个新的高度。 6 始资料 图 1 所示为离合器壳体零件，材料为 20 号钢，厚度为 t=3批量生产。 图 1 离合器壳体零件 件材料及其冲压工艺性分析 零件 材料的分析 7 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。现将离合器壳体零件材料为 20 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/ ，用 106 1N/； 109 1 （ 2）屈服点 s：材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是 N/ 。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 = 210 （ 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 b = 360 510 （ 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 b = 280 400 （ 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 =210 x 103 （ 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 20号钢的伸长率 =25。 综上所述，对离合器壳体零件材料 20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。 件工艺性的分析 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。 该零件为离合器壳体，结构简单，对称，是典型的拉深件。在拉深过程中要注意 8 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 t。而在此设计中圆角半径 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 根据零件图，初步分析可以知道离合器壳体零件的冲压成形需要多道工序才能完成，首先进行落料，其次拉深形成外形尺寸形状。 综上所述，离合器壳体由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有：落料、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。 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、拉深、整形等。 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 9 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。 由于冲压该零件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。 方案二： 1）落料与拉深复合。 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：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。 根据以上两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二进行离合器壳体落料和首次拉深。 2. 主要工艺参数的计算 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 10 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 表 2 34，实用模具技术手册 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 D= （ 1） 其中 :F= (d=180 l=180r h=c+R-(r+c) )()(32 32213221 P=111212 56) r=8mm c=1365 s (1 1 s ( )2( 13 其 中 : s in/s 1 L= 11 H=R+C 取修边余量为 得 D=310定排样方案 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 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。 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 3冲模设计手册取 搭边值为 进距方向 于是有 进距 h=D+ 3101 条料宽度 B=D+2a=310+2 板料规格拟用 8001600轧钢板（表 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 余 12 每条个数 1 5 012 h 余 板总个数 n= 287421 料利 用率 依据（ 冲压工艺与模具设计实用手册） %0022001250310428%100)(4222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： m=d/D=10=料的相对厚度为 t/D 1/31 0 0 凸缘的相对高度为 h/d= 由表 4冲压工艺与模具设计实用手册可以查出 ， m 表 4冲压工艺与模具设计实用手册可以查出 因为凸缘的相对高度 于最大相对高度 实际拉深系数 于最小极限拉深系数 以拉深过程可以一次拉深成功。 13 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。 料过程 （ 1） 落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 （ 2） 依据 (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（ t 板料厚度（ 材料的抗冲剪强度（ 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（ 般 在实际应用中，抗冲剪强度 的值一般取材料抗拉强度b的 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 此，该冲件的落料力的计算公式为 =1366654N （ 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 （ 3） 式中 F 冲裁力 (N) 1K 顶件力及卸料力系数， 其值可查（表 12，冲压模具设计）取 1K 为 14 因此 547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 拉（ 4） 式中 圆筒形零件的凸模直径（ 系数，查（表 5 5，冲模设计手册）取 b 材料的抗拉强度（ 因此 36536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。 (4 220 （ 5） 依据（ 冲压工艺与模具设计实用手册） 式中 D 毛坯直径（ d 冲件的外径（ q 单位压边力（ 表 5 20，冲压工艺与模具设计实用手册） 所以 2 2 8 7 3180(3104 22 （ 3）顶件力 顶件力的计算公式可按下式： 顶F=拉顶 （ 6） 式中 顶F 顶件力（ N）； 顶K 顶件力系数；查表 2F=拉顶 = x 236536 15 =14192N （ 4）拉深功的计算 拉深所需的功 可按下式计算 1000（ 7） 依据（ 冲压工艺模具学） 式中 最大拉深力（ N） h 拉深深度（ W 拉深功（ N m） C 修正系数，一般取为 C= 所以 1 0 1 2 31 0 0 0 6 5 3 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，选用落料拉深冲孔复合模结构，最大冲压力为： F + （ 8） = 1366654 + 4547+ 14192 = 1385393N 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 即： P （ （ 9） 取 P = = 1801以可以选择吨位为 1801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 选取公称压力为 2000开式压力机 压力机与模具设计的有关参数为： 在前面的设计中，我们已经对冲压设备的 吨位以及闭合高度等参数进行了确定。这里根据前面所算出来的各项数据。查表选择压力机，其主要具体参数如下 （表 C 1，冲模设计手册） 公称压力 200016 滑块行程 160程次数 40/次 1 最大封闭高度 450闭高度调节量 130作台尺寸 1120 710孔尺寸 70 80作台板厚 130动机功率 15于本次设计由于行程比较长，设备的吨位虽然足够，但设备具备的功不一定能满足拉深的要求。遇到这种情况，可能出现拉深时压力机行程速度减缓，甚至会损坏设备的电动机。为此，还需要对拉深功进行核算。 因为 W=10123N m 因而，压力机的电动机功率可按下式进行核算 2121 6 1 2 0 K （ 冲压工艺模具学） 式中 W 拉深功（ N m） n 压力机行程次数（次 / N 电动机功率（ 1 压力机效率， 2 电动机效率， K 不均衡系数， 所以有 经核算后拉深所需要的功率小于压力机的电机功率 15合要求。 3、模具设计 17 具结构的设计 模具结构形式的选择采用落料、拉深复合模，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 01 5 7 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 2所示 图 2 落料拉深复合模 如图 2所示，送料时条料沿两个导料板进行导料，由挡料销定距。 开始工作时，首先由凹模和凸凹模完成 落料，紧接着由凸模和凸凹模进行拉深。拉深结束后，在回程由推件块将工件从凸凹模内推出。连接推件块的打杆由螺母锁紧。 18 压边圈间作兼作顶板，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：将模柄换成凸缘式模柄，去掉垫板；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、拉深复合模比单工序 模生产效率高，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，为我提高生产率，才设计落料、拉深复合模。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、拉深复合模。 具的闭合高度 根据以上落料、拉 深复合模结构图可知，模具的闭合高度 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 =60+75+8+140+130-（ 56 =360所选设备的参数；压力机的最大的闭合高度为 450小闭合高度为 270 模具的装模高度应该满足下式要求： 0 （ 10） 即： 445 360 280 故满足设计要求。 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。 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 19 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 0)(（ 11） 0m 2( （ 12） 依据（ 冲压工艺模具学） 式中 落料凸模直径（ 落料凹模直径（ D 工件外径的公称尺寸（ 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= d、p 凹、凸模制造偏差 ,查表其值分别为 +（表 2冷冲模设计） 实用间隙最小值，可以通过查表 1 2，冲压工艺模具学 选取 C 为拉深的坯料）按未注公差的自由尺寸 落料件的尺寸取为 ，还必须满足下列公式 m a x 22 （ 13） 依据（ 冲压工艺模具学） 有 1 3 所以满足条件 。 0)(（ 14） 20 0 4 0m 2( p （ 15） 00 3 深凸、凹模刃口的尺寸及公差的计算 由式 0) 16） 0)275.0(p （ 17） 依据（ 冲压工艺模具学） 以上各式中，查表可知 、分别为 +隙 C 查表（表 2 10，冲压工艺模具学） 有 （ 18） 0 3 90( 00 2 90( 4、冲模零件的设计 料凹模的设计 模的尺寸计算 21 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 较大规格的尺寸。所以根据以上的要求查表 957，板料厚度为 为 42 （ 2）凹模厚度 H 凹模板的厚度 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 10别小型的模具可取 8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（ 1/3 （ 19） 式中 F 冲裁力（ N）；在前面计算冲裁力得： F=299929N； 凹模材料修正系数，合金工具钢 ，碳素工具钢 凹模的材料为 取 凹模刃口周边长度修正系数，见 表 2凹模厚度按刃口长度修正系数 把 F=299929N；代入 H = K1 x K2 x（ 1/3 可得： H = K1 x K2 x（ 1/3 =1.3 x x (0.1 x 299929)1/3 =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=42模厚度 H= 凹模长 L=157+2 x 42 =241 凹模宽 B=157+2 x 42 =241模板外形尺寸： L x B x h=241 x 241 x 22 查表 14形和圆形凹模外形尺寸知 : 将上述凹模板外形尺寸改为 : 250 x 250 x 40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。 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： 图 3 落料凹模结构形式图 凸凹模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出，这里根据零件的加工深度设计出凸凹模的内外形尺寸。在其内部设计了限位倒角，以限制压边圈的行程，在上圆口设计了安装反拉深凸模的沉槽。在图中标注尺寸 精度、形位公差及粗糙度。凸凹模的零件图如图 4所示 图 4 凸凹模零件图 23 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： 图 5 凸凹模（落料凸模和拉深凹模）结构图 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： 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。 模具的寿命比无导向冲模高。 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。 （ 2）无导向冲裁的应用 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 24 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 1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。 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/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 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。 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。 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 25 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/称为一级 模架，为 H7/称为二级模架。在加工时 ，导柱导套与模座均为 H7/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 1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/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 隙不造过 当于板料厚度小于 选用一级模架。双面冲裁间隙超过 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 15柱下端面与下模座下平面应留 2 5套与上模座上平面应留不小于 3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 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