锥形件落料拉深复合模

冲压工艺课程设计说明书冲压工艺课程设计说明书 姓名：武国春 班级：锻压 2 班 学号：2 燕山大学课程设计说明书 第 II 页 目录 冲压工艺课程设计说明书.I 一.分析零件的工艺性.1 二.确定工艺方案.3 2.1 计算毛坯尺寸 .3 2.2 确定是否需要压边圈.4 2.3 计算拉深次数 .4 2.4 确定最小翻边高度.6 2.5 确定工艺方案 .6 三.主要工艺参数的计算.8 3.1 确定排样、裁板方案.8 3.2 计算工艺力、初选设备.9 3.2.1 计算工艺力.9 3.2.2 初选压力机.12 3.2.3 计算压力中心.13 3.2.4 计算凸、凹模刃口尺寸及公差.13 四.模具的结构设计.16 4.1 模具结构形式的选择.16 4.1.1 模架的选用.16 4.1.2 模具的闭合高度 .16 4.2 模具工作部分的设计.17 4.2.1 落料凹模.17 4.2.2 拉深凸模.17 4.2.3 凸凹模.18 4.2.4 卸料板.18 4.2.5 上固定板.18 4.2.6 压边圈.18 4.2.7 推料块.19 4.2.8 下固定板.19 燕山大学课程设计说明书 第 III 页 4.2.9 上垫板.19 4.2.10 上下模座.19 五.总结.20 六.参考文献.22 燕山大学课程设计说明书 第 1 页 66 120+0.30 R1 1.5 25 一一.分析零件的工艺性分析零件的工艺性 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。 该零件可看成筒形件，料厚 t=1.2mm，拉深后厚度不变；零件底部圆角半径 r=5mm 拉深直径公差为 12 级,其余尺寸公差都为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要求。 图 1.1：零件图 工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在 IT13 级以下，不宜高于 IT11 级；对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料 燕山大学课程设计说明书 第 2 页 各向异性的影响，拉深件的口部或法兰外缘一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要增 加切边工序。 该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，利用普通冲裁方法可以达到 零件图样要求。零件材料为 08 钢，此材料具有良好的结构强度和塑性，其冲裁和拉伸加工 性较好。该零件的冲裁性和拉伸较好，可以落料拉伸加工，适于大批大量。 燕山大学课程设计说明书 第 3 页 二二.确定工艺方案确定工艺方案 2.1 计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸 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。 查表：取修边余量 h=2.5mm. 由于 Df/D = 1.5 1.4 ,该零件属于宽凸缘筒形件。 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。同时 由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可 以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。 毛坯直 径： D=.2.1 ) )( rhxl x：各段线段及弧的长度； l：线段中心及圆弧圆心到回转中心的距离 r：圆弧的半径； h：圆弧圆心到回转中心的距离 计算得 D=120.1mm，加上修边余量圆整为 125mm 燕山大学课程设计说明书 第 4 页 2.2 确定是否需要压边圈确定是否需要压边圈 坯料相对厚度: 2.2 %100 D t 96 . 0 100 125 2 . 1 5 . 1 所以需要压边圈。 2.3 计算拉深次数计算拉深次数 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。本件属于锥形拉深，当锥角和比值 h1/d1 很小且拉深比 k=d1/d2 不 大于圆筒件第二次拉深允许值可先拉深为直径为 d1 的圆筒然后拉深然后再拉深为锥形件。 燕山大学课程设计说明书 第 5 页 图 2.1 零件示意图 K= 2.3 2 . 1 60 50 2 1 d d k 允许= 2.4 32 . 1 756 . 0 1 2 1 m k k 允许 确定需要几次拉出： 2.5 73 . 1 60 52.103 1 0 d d 。 96. 0100 125 2 . 1 100 D t 查表得拉深的最大相对高度：则 22.2(3-3.6)。本零件的翻边高度为 5mm，可以 采用翻边工序成形。 2.5 确定工艺方案确定工艺方案 根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:落料、 两次拉深、翻边、整形修边。 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案： 方案一 先进行落料，再分别进行两次拉深，然后进行翻边；以上工序过程都采用单工序模加 工。 燕山大学课程设计说明书 第 7 页 方案二 落料与第一次拉深在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行第二次拉深和翻边。 方案三 落料与第一次拉深在复合模中加工成半成品，然后再将二次拉深和翻边在复合模中加 工成形。 方案比较： 方案一：用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简 单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率 低。 方案二：采用了落料与拉深复合模，提高了生产率。对落料以及拉深的精度也有很大 的提高。由于剩余两道拉深工序是在单工序模中完成，中间过程需要取件，生产效率不高。 方案三：采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作 安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期 长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案二最适合。即落料、拉深在同一 复合模中完成，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经 济合理。 燕山大学课程设计说明书 第 8 页 三三.主要工艺参数的计算主要工艺参数的计算 3.1 确定排样、裁板方案确定排样、裁板方案 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。 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。根据此零件的尺寸通过查表取: 搭边值为 mma2 . 1 进距方向 mma1 1 进 距 S=125+1=126mm 3.1 条料宽度 b=125+1.2*2=127.4mm 3.2 该种排样方案材料利用率为 75.8% 燕山大学课程设计说明书 第 9 页 3.2 计算工艺力、初选设备计算工艺力、初选设备 3.2.1 计算工艺力计算工艺力 （1）落料力）落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 3.3 kLtP 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（1.01.3） P 的范围内，一般 k 取为 1.251.3。 在实际应用中，抗冲剪强度的值一般取材料抗拉强度的 0.70.85。为便于估算， b 通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度的 80%。即 b 3.4 b 7 . 0 因此，该冲件的落料力的计算公式为 3.5 b LtF3 . 1 落 = 1.3* *125*260*1.2 =N 燕山大学课程设计说明书 第 10 页 （2）卸料力）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 3.6 FKF 1 卸 式中 F 冲裁力(N) 顶件力及卸料力系 1 K 这里取为 0.045。 1 K 因此 =7.2KN NF 9 . 7163159198045 . 0 卸 （3）一次拉深力）一次拉深力 一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图 3.1。从图中可以看出，在 拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大， 但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的 增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置； 拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下 降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结 燕山大学课程设计说明书 第 11 页 果，不是拉深变形力。 o Fmax 拉深力 凸模行程 图 3.1 拉深力变化曲线 由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是比较困 难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用 经验公式进行计算。对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为： 3.7 b dtKF1 拉 式中 圆筒形零件的凸模直径（mm） d 1系数，这里取 1.05 K 材料的抗拉强度（MPa） b 材料厚度 t 因此 =77.1KN NF 8 . 7714905 . 1 3252 . 160 1 拉 燕山大学课程设计说明书 第 12 页 （4）二次拉深力：）二次拉深力： 3.8 b dtKF2 2 拉 式中 k2 取 1；其他同上 =3.14*50*1.2*325*1=62 KN 2拉 F （5）压边力）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。 计算压边力采用平面压边圈： Q=F*q3.10 =9440*2.8 =26432N 式中 F：在压边圈下毛坯投影面积 q：（2.53）N/mm2，取 2.8. 3.2.2 初选压力机初选压力机 压力机吨位的大小的选择，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，而且还要有一定的力量储备，以防万一。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。 燕山大学课程设计说明书 第 13 页 因，故总冲压力 拉落 FF F=MAX(F 落，F 拉 1，F 拉 2)3.11 =160KN 应选的压力机公称压力取为 1.5，则公称压力为： FP6 . 13 . 1 0 3.12 KNFP2405 . 1 0 选公称压力为 250KN 的开式压力机 3.2.3 计算压力中心计算压力中心 本零件为对称几何体,其压力中心就在它的圆心处，不必计算它的压力中心。 3.2.4 计算凸、凹模刃口尺寸及公差计算凸、凹模刃口尺寸及公差 采用凸凹模分别加工，凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺 寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证，这样就需要分别计算出凸模 和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于 成批制造，主要用于简单，规范形状（图形，方法或矩形）的冲件。 落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃 口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了 保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围 内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。 3.13 d XDDd 0 )( 燕山大学课程设计说明书 第 14 页 3.14 0 min) 2( p CDD dp 式中 落料凸模最大直径（mm） p D 落料凹模最大直径（mm） d D D 工件允许最大尺寸（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。 对于未标注公差可按 IT14 级计算，根据教材上表 1-3 查得，冲裁模刃口双面间隙： mmZmmZ160 . 0 ,063 . 0 maxmin 、凹、凸模制造偏差，这里可以按 IT7 来选取: d p 落料刃口最大尺寸计算 mm125 凸模制造公差按 IT9 级精度选取，得落料尺寸，查表得 mm 0 1 . 0 125 mmmm04 . 0 ,03 . 0 凹凸 校核间隙：+条件，但相差不大，可作如下调整： 凸 凹 minmax ZZ )(4 . 0 minmax ZZ 凸 = 054 . 0 4 . 0 mm022 . 0 )(6 . 0 minmax ZZ 凹 054 . 0 6 . 0 燕山大学课程设计说明书 第 15 页 mm032 . 0 则 d XDDd 0 )( = 032 . 0 0 ) 1 . 05 . 0125( =124.95 032 . 0 0 0 min) ( p ZDD dp = 0 022 . 0 )126 . 0 95.124( =124.824 0 022 . 0 拉深时，拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同，只是 具体内容不同，这里不在复述。 拉深凸模和凹模的间隙 Z=1.1t=1.32mm 对于拉深尺寸， mm60 。 mmmm09 . 0 ,06 . 0 凹凸 因拉深件注外形尺寸，按凹模进行配作： 3.15 d d dd 0 )75 . 0 ( 式中 d拉深件圆筒直径： dd凹模尺寸： 拉深件公差，这里按 IT14 级精度选取，查表可以得=0.62： 即有 =59.54 09 . 0 0 )62 . 0 75 . 0 60( d d 09 . 0 0 拉深凹模则注凸模的基本尺寸,并要求按单面拉深间隙配作： 0 06 . 0 )75 . 0 ( cddp 005 06 . 0 90.56 燕山大学课程设计说明书 第 16 页 四四.模具的结构设计模具的结构设计 4.1 模具结构形式的选择模具结构形式的选择 4.1.1 模架的选用模架的选用 模具采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置的弹性 顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板 使模具的结构变复杂,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易 取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，拉深较深卸料力大,采用刚性卸料板。 从生产量和方便操作以及具体规格方面考虑，选择后则导柱模架，由凹模外形尺寸在 按其标准选择具体结构尺寸如下 上模板 45250 下模板 50250 导 柱 18035 导 套 4311535 凸缘模柄 7050 模具闭合高度 MAX 230mm MIN 190mm 4.1.2 模具的闭合高度模具的闭合高度 所谓的模具的闭合高度 H 是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力 机的装模高度相适应。 燕山大学课程设计说明书 第 17 页 模具的实际闭合高度，一般为： 固定板厚度 凹模定板深度凸模进入凹模和嵌入固下模板厚度凹模固定板厚度 凹模厚度凸模固定板厚度凸模长度垫板厚度上模板厚度 模 - H 4.1 该副模具使用上垫板厚度为 10mm，凸凹模固定板厚度为 20mm。如果冲头（凸凹模）的 长度设计为 68mm，凹模（落料凹模）设计为 32mm，则闭合高度为： mm22550100223060154 模 H 4.2 模具工作部分的设计模具工作部分的设计 4.2.1 落料凹模落料凹模 落料凹模直接通过螺钉、销钉与下模座固定的固定方式。因生产的批量大，考虑凹模 的磨损和保证零件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度，漏料部分沿刃 mmh6 口轮廓适当扩大。凹模轮廓尺寸计算如下： 凹模厚度 ；选取标准模块 H=32mm mmkbH251252 . 0 凹模壁厚 查表得 50mm 凹模的材料选用，工作部分热处理淬硬。 12Cr5856HRC 落料凹模结构如图： 4.2.2 拉深凸模拉深凸模 将安装部分设计成便于加工的圆形，通过螺钉紧固在固定板上，用销钉定位。凸模的 尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定。凸模的材料选用 Cr12，工作部分热处 理淬硬。 5856HRC 燕山大学课程设计说明书 第 18 页 对于拉深凸模的工作深度，必须从几何形状上做的正确。 4.2.3 凸凹模凸凹模 该复合模中的凸凹模是主要工作零件，其外形作为落料凸模内形又作为拉深凹模，通 过螺钉紧固在固定板上，固定板与上模座用螺钉相连并用定位销钉定位。凸凹模的自由长 度为：L=58mm。 4.2.4 卸料板卸料板 工件卸料力较大拉深距离较小，用弹簧卸料板需满足 S=S 总=S 预+S 修模+S 工作。 4.2.5 上固定板上固定板 上模固定板是标准件，根据模具的形状，选直径为 250mm，厚 20mm 的圆板。用 来固定落料和拉深凸凹模，凸凹模用固定板上的槽定位，四个螺钉来固定。 4.2.6 压边圈压边圈 在这个设计中,压边圈借助顶杆所施的顶件力,既起到压边的效果,又起来把拉深件 顶出拉深凸模,通过作图设计高度为 14mm。 4.2.7 推料块推料块 根据结构需要顶料块结构设计如图，带肩推料杆推动推料块，推动工件从凸凹模上卸 燕山大学课程设计说明书 第 19 页 下来。 4.2.8 下固定板下固定板 下模固定板是标准件，根据模具的形状，选直径为 250mm，厚 20mm 的圆板。用来固 定落料凹模和拉深凸模，拉深凸模用固定板上的槽定位，四个螺钉来固定，落料凹模用四 个螺钉固定，并用定位销定位。 4.2.9 上垫板上垫板 垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，防止模座被压出陷痕而损坏。在设计 中我们把垫板的外形尺寸与凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度我们设计为 8mm。在上垫板 上设计了一个推料杆孔，以便安装推料杆，还有四个螺钉孔以及两个销孔，这些都是为了 与凸凹模上的各种固定零件的安装相匹配。 4.2.10 上下模座上下模座 零件的尺寸一边画图一边修正，最好用标准件，互换性好。除上述零件还学选挡料销， 带肩推杆，顶杆，螺钉，柱销。冲孔废料不可直接落下，所以下模座底用盖板盖上。 螺钉，柱销距刃口和边缘及他们之间的距离需注意。 燕山大学课程设计说明书 第 20 页 五五.总结总结 课程设计是一种综合性较强的专业实践环节，它的知识面宽、学科广、综合性强，通 过这次课程设计，我巩固了以前学过的知识，提高了查阅资料能力，使我更加认识到课程 设计的重要性，从而提高了我理论联系实际的设计能力和动手能力。为我今后走向