宽凸缘圆筒件落料拉深复合模具设计说明书

1、 冲压工艺与模具设计课程设计冲压工艺与模具设计课程设计报告设计题目宽凸缘圆筒件落料拉深复合模具设计学生姓名CYX学生学号专业班级学院名称机械与运载工程学院指导老师2016年 9月 9日摘 要随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。本文针对宽凸缘圆筒零件的冲裁工艺性和拉深工艺性，分析比较了成形过程的三种不同冲压工艺（单工序、复合工序和连续工序）。简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算，并设计出模具。还具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板等）的设计与制造

2、，凸凹模间隙调整。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图和零件图。关键词：落料；拉深；复合模；凸缘圆筒件目 录1 前言11.1 冲压模具在制造业的地位11.2 拉深工艺概述12 工件尺寸及分析32.1 工件尺寸等基本信息32.2 工件材料分析32.3 结构和精度分析43 工艺分析53.1工序尺寸的计算53.2模具类型的选择83.3排样尺寸的计算104 落料拉深复合模整体方案设计124.1整体工作原理概述124.2各零件作用概述124.3模具的形式134.4判断是否选用压边圈134.5拉深模间隙134.6定位与卸料装置145 零件具体设计155.1 落料凹模155.2 落料拉深凸凹模

3、155.3 拉深凸模165.4 卸料板165.5 凸凹模固定板165.6 垫板的设计175.7 模架175.8 导柱导套176 落料拉深冲压力的计算196.1冲裁力196.2卸料力、推件力和顶件力196.3压边力的计算196.4拉深力的计算196.5压力机的选择20结束语22参考文献231 前言1.1 冲压模具在制造业的地位冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。比如冲裁就是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离的一种冲压工序。而拉深则是利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工序件变成开口空心件的一种成形冲压工艺。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工

4、称为冷冲压。目前，工业生产中普遍采用模具成形工业方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通的压力机设备每分钟可成形零件几件到几十件，高速压力机的生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪表、等产品，有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，有90%左右的零件时用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专用的工艺设备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。1.2 拉深工艺概述拉深则是利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工序件变成开

5、口空心件的一种成形冲压工艺。拉深件几何形状可分为旋转体件拉深、盒形件拉深和复杂形状件拉深等三类。其中，旋转体拉深件又可分为无凸缘圆筒形件、带凸缘圆筒形件、半球形件、锥形件、抛物线形件、阶梯形件和复杂旋转体拉深件等。用拉深工艺与翻边、胀形、扩口、缩口等其他冲压成形工艺配合，还能制造形状极为复杂的零件。因此在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、电子等工业部门的生产过程中，以及人民日常生活用品的生产中，拉深工艺占有相当重要的地位。为实现拉深工艺所使用的具叫做拉深模。与冲裁模比较，拉深模结构相对较简单，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度，拉深模的一般结构如图1.1所示。图1.

6、1拉深模结构2 工件尺寸及分析2.1 工件尺寸等基本信息工件为一宽凸缘圆筒拉深件，其具体尺寸如图2.1，图2.1 宽凸缘圆筒件拉深高度：19mm；筒形中径：15mm；凸缘直径：41mm；圆角半径：2mm材料厚度：1.0mm；生产批量：大批量；材料：10钢；未注公差：IT14。2.2 工件材料分析10钢为优质碳素结构钢，具有良好的拉深成形性能。其强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。2.3 结构和精度分析零件为一有凸缘的圆筒形件，外形为直线和曲线结合，结构相对比较简单，底部圆角半径

7、为R2，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的结构工艺性。工件加工工序主要由落料工序、拉深工序组成。零件精度为IT14，由于精度要求不高，普通拉深即可达到零件的精度要求。在零件工艺性分析的基础上制定其工艺路线如下：零件的生产包括落料、拉深（需计算确定拉深次数）、翻边切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑工序的复合。3 工艺分析3.1工序尺寸的计算（1）确定切边余量：凸缘直径df=41mm ；中径d=15 ；df/d=41/152.7 （大于1.4，为宽凸缘筒形件。）；查 冲压工艺与模具设计 （魏春雷主编，以下简称 冲模设计 ）表5-6，取修边余量=1.6mm ；则加

8、上切边余量的凸缘直径为Df=df+2=44.2mm 。（2）计算毛坯直径D：由冲模设计表5-7中的公式计算得D=(Df2+4dh-3.44dr)=(44.22+4×15×19-3.44×15×2)54.7mm 。（3）判断能否一次拉深：拉深总系数m总 =d/D=15/54.70.27 ；毛坯相对厚度（t/D）×100=（1/54.7）×1001.83 ；Df/d=44.2/152.95 ；查冲模设计表5-8取第一次拉深系数m1 =0.31 ；m总 < m1 ；不能一次拉深成形，必须采用多次拉深。（4）计算首次拉深尺寸：设第一次多

9、拉入材料5% ；毛坯直径修正D1= (Df×1.05）2+4dh-3.44dr)= (44.2×1.05）2+4×15×19-3.44×15×2)56.5mm ；查冲模设计表5-8取首次极限拉深次数系数为m1 =0.51 ；首次拉深直径d1=m1×D1=0.51×56.528.8mm ；则首次拉深高度h1= 0.25d1D12-Df2+0.43rp1+rd1+0.14d1(rp12-rd12) ；rd1=0.8D1-d1t =0.8(56.5-28.8) 4.2mm ；rp1= rd1=4.2mm ；代入数据得h1

10、14.4mm ；（5）验证m1是否选择正确：首次拉深相对高度h1/d1=14.4/28.8=0.5 ；Df/d1=44.2/28.81.53 ；毛坯相对厚度（t/D1）×100=（1/56.5）×1001.77 ；查冲模设计表5-9得h1/d1=0.480.58 ；首次拉深相对高度0.5在其范围内，故m1选用合理。（6）确定以后各次拉深系数及工序尺寸:查表冲模设计表5-10知m2=0.73 ；d2=m2d1=0.73×28.821.0mm ；m3=0.75 ；d3=m3d2=0.75×21.015.8mm ， 取为15mm；该零件需三次拉深成形。（7）确

11、定第二三次拉深的凸凹模圆角半径：由经验公式rdn=(0.60.8)rd(n-1)，取rdn=0.65rd(n-1) ；rp2=rd2=0.65×rd1=0.65×4.2=2.73 ，取2.7； rp3=rd3=2mm（零件圆角半径）。（8）计算拉伸高度：设第二次多拉入材料3% ；毛坯直径修正D2= (Df×1.03）2+4dh-3.44dr)= (44.2×1.03）2+4×15×19-3.44×15×2)55.8mm ；第二次拉深高度h2= 0.25d2D22-Df2+0.43rp2+rd2+0.14d2(rp2

12、2-rd22)=0.252155.82-44.22+0.432.7+2.7+016.1mm ；第三次拉深高度为工件最后成形高度，故h3=19mm。（9）验算拉伸高度：设第三次多拉入材料1.5% ；毛坯直径修正D3= (Df×1.03）2+4dh-3.44dr)= (44.2×1.015）2+4×15×19-3.44×15×2)55.2mm ；第三次拉深高度h3= 0.25d3D32-Df2+0.43rp3+rd3+0.14d3(rp32-rd32)=0.251555.22-44.22+0.432+2+019.9mm ；与工件最后成型高

13、度19相近，符合。（10）画出工序过程图：工序过程图如图3.1所示。图3.1工序过程图本文只选择工序1【落料拉深】进行模具设计，该道工序对应产出工件尺寸如图3.2 。其余工序不进行模具设计说明。图3.2 工序1对应工件图3.2模具类型的选择各类模具的优缺点如表3.1所示：模具类型结构特点单工序模生产优点：1.结构简单，制造容易，周期短，成本低廉。2.可利用废料冲压。3.可冲制尺寸大、厚度大的零件。缺点：1.由于模具结构简单，定位误差大，因而零件精度低，没有连续模和复合模精度高。2.简单模多无导向装置，安装调整不方便，费时间。3.工作不安全。4.工序分散，在这3种型式的模具中，生产率最低。5.寿

14、命低，易磨损。只适用于精度要求不高、形状简单的小批量生产和新产品试制复合模生产优点：1.冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。2.冲裁时材料不需进给移动，零件精度不受送料误差影响，其内、外形同轴度较高，一般可达土(0.020.04)mm，在这3种型式的模具中，其零件精度最高。3.模具结构紧凑，外廓尺寸小。4.用复合模冲压时对条料形状及尺寸的限制不严格，可用短料和边角余料来冲压零件，材料利用率比连续模高。5.适宜冲压薄料、软料和脆性材料。缺点：1.模具零件多，结构复杂，装配制造困难，成本高。但形状复杂的零件其模具制造难度比连续模低。2.由于受到凸凹模最小壁厚的限制，对于一些内孔与外缘之间及孔间距

15、离较小的零件，不宜采用复合模。3.生产率比连续模低，工作没有连续模安全，零件出件没有连续模方便。连续模生产优点：1.在这3种型式的模具中生产率最高。2.因工序不集中在一个工位上，可冲制形状复杂的零件。模具的强度、耐用度高。3.送料方便、可靠，便于实现单机自动化及机械化生产。可采用少、无废料排样。4.工作安全，操作者可不必把手伸入危险区。5.零件、废料均下漏，可采用高速压力机生产。缺点：1.由于多次定位，零件精度要比复合模低。2.由于模具结构的需要，零件搭边值较大，材料利用率比复合模低。3.形状复杂的零件，模具结构较复杂，制造难度大。表3.1 工艺方案根据工序一工件的设计要求以及各方案的特点，决

16、定采用复合模具方案完成落料拉深工序。3.3排样尺寸的计算（1）搭边值的确定：查 冲模设计 表3-7 ，确定搭边值。工序一所对应的毛胚直径为56.5mm，当t=1.0mm时，工件间a1=0.8 mm，侧边a=1 mm。排样图如图3.3。图3.3 排样图（2）送料步距： s=D+a1 =56.5+0.8=57.3 mm。式中：D冲件宽度，即毛坯直径；a1冲件之间的搭边值。（3）条料宽度：采用无侧压装置，所以查冲模设计表3-9知Z=0.5 ,=0.5；mm （后面设计计算统一取58.5）；导料板间距离B0=B+Z=59 mm。（4）材料利用率： 材料总利用率公式为式中： 板料（带料或条料）上实际冲裁

17、的零件数量； A1零件的实际面积； 板料（带料或条料）长度； 板料（带料或条料）宽度；零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为0.8mm，零件与条料侧边之间的搭边值为1mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的步距为57.3mm，条料的宽度应为58.5mm。选用规格为1.0mm×600mm×1000mm的板料，计算裁料方式如下。裁成宽58.5mm，长1000mm的条料，则每张板料所出零件数为一个步距内的材料利用率为 ；一张板料上的材料总利用率为 。4 落料拉深复合模整体方案设计4.1整体工作原理概述凡属模具，无论其结构形式如何，一般都是由固定和活动两部分组成

18、。固定部分是用压铁、螺栓等紧固件固定在压力机工作台面上，称作下模；活动部分一般固定在压力机的滑块上，称上模。上模随着滑块做上、下往复运动，从而进行冲压工作。本次设计为落料拉深复合模，其工作过程大致如下：（1）落料拉深凸凹模向下冲压，此时先充当落料凸模的作用，外壁工作，与落料凹模共同完成落料的工序，冲裁出圆形件。（2）落料拉深凸凹模继续向下压，此时转而充当拉深凹模的作用，内壁工作，与拉深凸模共同完成拉深工序，将圆形件拉深成圆筒件。（3）落料拉深凸凹模向上回程，制成的工件由顶料杆向上推出。4.2各零件作用概述一套模具根据其复杂程度不同，一般由数个、数十个甚至更多的零件组成。但无论其复杂程度如何，或

19、是哪种形式，根据模具零件的作用可以分成五种类型的零件。1 工作零件：完成冲压工作的零件，如凸模、凹模。本次设计模具为复合模，故还应有凸凹模。2 定位零件：这些零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的进距，如挡料销、定距侧刀、导正销、定位板、导料板、侧压板等。3 卸料、推件零件：这些零件的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除，以保证下一次冲压工序顺利进行。如顶料杆、卸料板、打料杆、打料块等。4 导向零件：这些零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。如导柱、导套等。5 安装、固定零件：这些零件的作用是使上述四部分零件联结成“整体”

20、，以保证各零件间的相对位置，并使模具能安装在压力机上。如模柄、固定板、垫板、螺钉、圆柱销等。对于试制或小批量生产的情况，为了缩短生产周期、节约成本，可把模具简化成只有工作部分零件如凸模、凹模、和几个固定部分零件即可；而对于大批量生产，为了提高生产率，除做成包括上述零件的冲压模具外，甚至还附加自动送、退料装置等。本次设计模具为复合模，结构较复杂，上述五部分零件均应具备，但不设计自动送退料装置。详情请见装配图附件。4.3模具的形式 复合模又可分为正装式和倒装式。正装式特点：冲出的工件表面比较平直，有利于后续加工。倒装式特点：操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模

21、的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，此工件若采用正装式复合模，结构较为复杂，操作较为困难。另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。4.4判断是否选用压边圈在生产中，为防止圆筒形件拉深过程中起皱，通常在拉深模上设置压边装置，并采用适当的压边力。因为毛坯相对厚度为（t/D1）×100=（1/56.5）×1001.77。查冲模设计 表5-11知毛坯相对厚度处于1.52.0时，压边圈可用可不用，不过，为了更好地防止拉伸过程中起皱，还是选用压边圈。4.5拉深模间隙拉深模间隙的大小对拉深力、拉深件的质量、拉深

22、模的寿命都有影响。间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑、质量较好、精度较高。但是过小的话会使校直与变形的阻力增加，与模具表面的磨损严重，还会出现零件变薄甚至拉裂的现象。因此应根据板料厚度、拉深次数、零件形状等合理确定拉深间隙。因为有压边圈，所以查冲模设计 表5-16，可知拉深凸模和拉深凹模之间的单边间隙Z=1.2t=1.2mm。4.6定位与卸料装置 该套落料拉深复合模具采用兼有导料槽的卸料板进行横向定位，纵向定位采用固定式挡料销，安装在凹模上，结构简单，安装方便，工作可靠。 卸料装置采用钢性卸料板。此卸料板兼有导料槽，即卸料板与导料板为一个整体。 5 零件具体设计5.1 落料凹模（1）刃口尺寸：毛

23、坯尺寸56.5的精度等级为IT14, =0.74，x取0.5。采用基轴制，上偏差为0, 故56.50-0.740。查表知Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04mm ；T=0.020mm，A=0.030mm ；校核：0.020+0.030=0.05>0.04（不满足间隙公差条件）；缩小T，A，提高制造精度 ；T=0.4×（Zmax-Zmin）=0.016mm ；A=0.6×（Zmax-Zmin）=0.024mm ；所以落料凹模刃口尺寸为DA=（Dmax-x×）0+A=（56.5-0.5×0.74）0+0.024=56.130+0.024

24、 mm 。（2）刃口高度和壁厚：落料凹模刃口高度：薄料取5-7个料厚左右既可，料厚为1mm，故刃口高度取6mm。落料凹模壁厚：c=2H=34mm 。34×2+56.13=124.13，故设计其外形尺寸为124mm。（3）结构说明：落料凹模通过四个M5的内六角沉头螺钉与卸料板固定。底部有四个M8的螺纹孔，用以与下模座固定，安装时由两个6的销孔实现定位。上表面有一个深度为10mm，直径为6mm的挡料销孔用以安装挡料销，在模具工作时，实现板料的纵向定位。5.2 落料拉深凸凹模（1）充当落料凸模作用的刃口尺寸：由上文可知T=0.4×（Zmax-Zmin）=0.016mm ；故充当落

25、料凸模作用的刃口尺寸为DT=（DA-Zmin）-T0=（56.13-0.100）-0.0160=56.03-0.0160 mm 。（2）充当拉深凹模作用的尺寸：Dd=(Dmax-0.75)0d=(28.8-0.75×0.52)00.04=28.400.04 ；圆角半径rd1=4.2mm 。5.3 拉深凸模（1）拉深凸模尺寸：Dp=(Dmax-0.75-2Z)d0=(28.8-0.75×0.52-2×1.2)-0.020=26-0.020圆角rp1=4.2mm 。（2）结构说明：拉深凸模上的通孔道为排气孔，用以防止在拉深过程中凸模与零件之间形成密闭空间。如果气体被封

26、闭在凸模与零件之间，会产生一定的气压，影响零件的成形和脱模。5.4 卸料板（1）尺寸设计卸料板的尺寸要和凹模的一致，所以我们计算出落料凹模的外形，也就确定了卸料板的外形，卸料板的厚度我们设计为8mm，其中导料槽的深度占5mm。根据落料凹模的尺寸，从而可以确定卸料板的尺寸124mm×8mm。（2）卸料板材料的选择卸料板主要的功能是卸料，同时还有对凸模保护的作用，所以强度和硬度都有具有较高的要求，所以我们一般情况下都选择45号钢。45钢是常用的优质碳素结构钢，经过调质处理后，具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。（3）卸料板整体精度的确定外轮廓精度要求不

27、高，所以使用IT14级，表面粗糙度Ra6.3。内轮廓精度的要求要高于外轮廓，因此使用IT11级，表面粗糙度为Ra3.2。上下表面要经常接受碰撞冲击，精度要求较高。因此使用IT11级，表面粗糙度为Ra3.2。螺钉孔和销，导向槽具有定位功能，所以精度要求高，使用IT7级，表面粗糙度Ra3.2。5.5 凸凹模固定板凸凹模固定板的作用主要是固定落料拉深凸凹模，保证其有足够的强度，使落料拉深凸凹模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。落料拉深凸凹模与凸凹模固定板的配合按H7/m6。则凸凹模固定板的高度H固 =（0.60.8）H落料凹模 。=（0.60.8）×25 = 1520 mmH落料凹模为落

28、料凹模工作部分的高度，大约为25mm。根据模具需要选择凸凹模固定板厚度15.5mm。5.6 垫板的设计垫板外形尺寸参考落料凹模的尺寸，选择垫板厚度为8.5mm。故垫板尺寸为124 mm×8.5mm。5.7 模架 若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。由于本例只需一个方向送料，故采用中间导柱模架即可。标准模架的选用：标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸。凹模高度H=52mm，凹模的外径D=124mm。根据以上选择模架规格为：滑动导向上模座 中间导柱圆形125×30 GB/

29、T 2855.1-2008；滑动导向下模座 中间导柱圆形125×35 GB/T 2855.2-2008。 5.8 导柱导套 针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用。根据上下模座对导柱导套进行选型，选型如下：导柱选型：滑动导向导柱A 22×150 GB/T 2861.1-2008；滑动导向导柱A 25×150 GB/T 2861.1-20

30、08。导套选型：滑动导向导套A 22×80×28 GB/T 2861.1-2008；滑动导向导柱A 25×80×28 GB/T 2861.1-2008。6 落料拉深冲压力的计算6.1冲裁力计算冲裁力一般按下列公式计算：F=k××L×t ；式中:F为冲裁力，亦称落料力；k一般取1.3；为材料的抗剪强度，取=330Mpa；t为料厚，为1mm；L为材料轮廓长度，即冲裁剪圆周长。所以p0=1.3×330××56.5×176147.5 N 。6.2卸料力、推件力和顶件力查 冲模设计表3-15，取

31、K卸=0.04，K推,0.055，K顶=0.06 。因为所设计落料凹模为直刃口，直刃口部分的高度h=6mm，故n=h/t=6/1=6。F卸= K卸F=0.04×76147.5=3045.9 NF推= nK推F=6×0.055×76147.525128.7F顶= K顶F=0.06×76147.54568.96.3压边力的计算10号钢属于软钢，查 冲模设计表5-12取单位压边力为2Mpa。压边力大小为Q=4D12-d1+2rd12×2=456.52-28.8+2×4.22×22840.6 N6.4拉深力的计算10号钢的抗拉强度b

32、=335 Mpa，根据冲模设计表5-13取修正系数k1取1。根据首次拉深力的计算公式计算得P=×d1×t×b×k1=×28.8×1× 335×130310.1 N其中:d1拉深后直径； t 板料厚度；6.5压力机的选择对于中小型冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形会破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量。不过，开式机械压力机操作条件的极为方便，容易安装机械化附属装置。这使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。对于大中型冲压件的生产，则多采用闭式结构形式的机械压力机。 液压机常用于在小批量生产当中，尤其是大型厚板冲压件的生产。液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载。在需要很大的施力行程时，液压机与机械压力机相比具有明显的优点。但是，液压机的速度小，生产效率低。而且，由于某些操作因素的影响，零件的尺寸精度不太稳定。 摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是，摩擦压力