再次拉伸、冲孔、切边复合模设计说明书

1、四川理工学院毕业设计（论文） 再次拉深、冲孔、切边复合模设计学 生：万希学 号：09011020226专 业：材料成型及控制工程班 级： 2009.2指导教师：袁 泉四川理工学院机械工程学院二O一三年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：再次拉深、冲孔、切边复合模设计 学院：机械工程 专业：材料成型及控制工程 班级： 092 学号： 09011020226 学生： 万希 指导教师： 袁泉 接 受 任 务 时 间 2013.03.04 教 研 室 主 任 （签名）系 主 任 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求内容： 生产批量：大批量 材料：09 t=0.8

2、mm 要求：（1）要求有目录、设计任务书及产品图；（2）零件工艺性、经济性分析；（3）冲压零件工艺方案的拟订；（4）模具类型及结构形式的选择、排样方式，材料利用率的计算；（5）冲裁力的计算、压力中心的确定；（6）模具主要零件的确定（选择、设计和必要的计算）、压力机的选择等；（7）绘制正规的模具0#装配图一张，要求有正视图、俯视图、排样图、零件图、技术要求及明细栏；（8）绘制模具的主要零件图六张（或折合0#图纸一张）；要求用计算机绘制图纸，说明书按照学院规定采用电子版格式，毕业论文不少于2万字，图纸总工作量为折合0#图纸二张。2指定查阅的主要参考文献及说明（1）中国模具标准件手册.中国模具工业协

3、会标准委员会编.上海：上海科学普及出版社，1989（2）冷冲压国家标准.国家标准总局.中国标准出版社，1989（3）冲压工艺与模具设计.姜奎华.机械工业出版社，2002（4）模具制造工艺.黄毅宏.机械工业出版社，2004（5）冲模图册.李天佑.机械工业出版社，1998（6）冷冲模设计.丁聚松.机械工业出版社，1999（7）模具设计与制造简明手册.冯柄亮等.上海科技业出版社，2002（8）冷冲压与塑性成型工艺与模具设计.翁其金.机械工业出版社，1990（9）冷冲模设计（第2版）.赵孟栋主编.北京：机械工业出版社，1997（10）冲压手册.王孝培主编.北京：机械工业出版社，1990（11）冲压工艺

4、学.肖景容，姜奎华主编.北京：机械工业出版社，19903进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1收集参考资料，查阅文献，完成开题报告2013.03.04-2013.03.242方案设计、工艺计算、结构设计 2013.03.25-2013.04.213毕业设计的图纸和相关毕业论文的撰写2013.04.22-2013.05.194设计说明书的撰写 2013.05.20-2013.06.022012.05.285论文的修改、答辩的准备2013.06.03-2013.06.15注：本表一式三份，系、指导教师、学生各一份摘 要本设计说明书中概括了模具市场的发展趋势及冲压技术的概念和发展方向，主要是

5、再次拉深、冲孔复合模的详细设计过程，包括工艺方案的确定，模具刃口尺寸的计算，以及压力机校核等。这种筒形零件采用冲压生产是必要的，由于零件的尺寸、结构、产量限制最好采用复合模生产，还采用弹性压边圈保证压边圈回弹到需要的位置。为了便于制造、修磨，拉深凸模、切边凸模、冲孔凸模和拉深、切边凹模均采用镶拼结构，用螺钉拧紧在固定板上。由于采用了镶拼结构，故模具零件多，由于零件较小，还要与其它零件连接，故零件制造要求高。另外由于采用的标准件少，所以模具的制造成本加大。该复合模的设计和应用，能够缩短生产周期，提高生产率，降低生产成本，获得良好的经济效益。关键词：冲压模具；拉深；成型工序ABSTRACTThis

6、 brochure outlines the design mold the development of the market trends and the concept of stamping technology for the future, againdeep drawing, punching compound die design process in detail, including the process of determining program, the calculation of the size die cutting, as well as Checking

7、 and other presses. This tube-shaped parts using stamping when necessary, due to the size of components, structure, production-limiting compound die using the best production, but also adopt a flexible blank holder blank holder to ensure that the need to position rebound. In order to facilitate manu

8、facturing, grinding, drawing punch, punch trimming, punching and deep drawing punch, die cutting-edge composite structures are used, the tightening screw in the fixed board. As a result of the combined structure, the mold parts, and as a result of the smaller parts, but also connect with other parts

9、, so parts manufacturing requirements. In addition the use of standard parts, therefore, I die to increase the manufacturing costs.Keywords: Stamping die;Drawing;Molding processesI目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题研究背景11.2 冲压的概念、特点及应用21.3 冲压的基本工序及模具31.4 冲压技术的现状及发展方向41.5 课题研究的内容及方法7第2章 工艺性分析92.1 材料成分及性能分

10、析92.2 零件分析92.3毛坯尺寸计算102.4坯料的排样和材料利用率122.4.1排样122.4.2材料利用率122.5拉深系数及拉深次数132.6工序的组合方式14第3章 计算冲压力及确定压力中心163.1 计算冲压力163.1.1冲裁力的计算163.1.2.卸料力、推件力和顶件力的计算163.2 确定压力中心173.3拉深工艺力的计算173.3.1. 压边力的计算173.3.2拉深力的计算183.3.3.总冲压力193.3.4、压力机类型的选择19第4章 模具刃口尺寸计算214.1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则214.2 确定制件尺寸公差214.3计算冲孔凸凹模刃口尺寸234.4计算拉

11、深凸凹模刃口尺寸244.5凹模圆角半径rd凸模圆角半径rd254.6棘块凸凹模尺寸公差标注26第5章 模具总体结构设计285.1 模具类型285.2 操作与定位方式295.3 卸料与出件方式295.4 模架类型及精度30第6章 模具零件设计316.1 拉深凹模设计316.1.1、冲孔凹模洞口形状的选择316.1.2、拉深凸模冲孔凹模的外形尺寸316.1.3、凹模的固定方法326.1.4、凹模的主要技术要求326.2 冲孔凸模设计336.2.1凸模形式336.2.2凸模长度336.2.3、冲孔凸模结构336.3凸模固定板346.4模架选用346.5模柄35第7章 压力机的校核377.1 工称压力

12、377.2滑块行程377.3滑块行程次数377.4压力机工作台面才尺寸377.5滑块模柄孔尺寸377.6闭合高度387.8 工作台孔尺寸校核38总结39参考文献40致谢41附录A42四川理工学院毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 课题研究背景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

13、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。目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。 有专家认为，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业加速向中国大陆地区转

14、移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地。广东珠江三角地区将在十年之内发展成为世界模具生产中心。 模具市场十大发展趋势 一是模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的"一模多腔"所造成的。 二是模具的精度越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到23微米，不久1微米精度的模具将上市。这要求超精加工。 三是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。 四是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的

15、生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%30%。 五是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严。 六是标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在"

16、十五"期间必将得到较大的发展。 七是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注。 八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。 十是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这

17、也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。1.2 冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具

18、、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下：（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复

19、杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天

20、、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.3 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形

21、工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合、级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的

22、顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。   复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模

23、上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.4 冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1)冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析

24、方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模

25、的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余

26、应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2)冲模是实现冲压生产的基本条件在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发

27、展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2 5微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先

28、进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因

29、此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm /min,加工精度可达±1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米; 精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数

30、据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注

31、成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并

32、能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，

33、无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零

34、件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有

35、扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。1.5 课题研究的内容及方法本课题研究内容主要是针对圆筒形件的结构以及成型特点进行分析，根据制件的整体要求，设计出合理的正反拉深复合模具，以满足圆筒形件生产的要求，同时又要缩短模具的生产制造周期，以保持良好的经济效益。本课题研究方法主要是根据国内外模具发展的特点以及发展的趋势，根据所要求加工的圆筒形件的结构和参数，进行合理的尺寸计算以及结构设计。

36、主要研究方法可分为以下几个部分：首先，对圆筒形件的结构和尺寸参数就行分析，确定是否适合于拉深成型加工；其次，在对工艺性进行合理的分析之后，需要确定加工工艺方案、计算出各部分工序的工艺参数，主要包括计算毛坯尺寸、拉深系数、各个工序所需的工艺力以及各个工作部分的尺寸参数、根据所需工艺力的大小，进行初选压力机；再次，根据工作部分的尺寸以及结构要求，同时参考国家模具工业标准，利用计算机辅助设计（CAD），进行各个零件的结构设计以及进行三维可视化的虚拟装配和干涉检查；利用计算机辅助工程（CAE）软件，进行应力分析，以便使结构设计和材料选择更加合理。最后，确定附加工序、选定冲压设备，绘制出模具的整体装配图

37、，完成设计。41第2章 工艺性分析2.1 材料成分及性能分析材料化学成分和力学性能见下表2-1：表2-1材料化学成分和力学性能牌号08钢标准GB/T 699化学成份C: 0.05%-0.11%：0.17% -0.37%Mn:0.35%-0.65%力学性能b =325MPa特性和用途这种钢强度不大，而塑性和韧性高，有良好的冲压，拉延和弯曲性能，焊接性好。可作塑性好的零件，如管子，垫片；心部强度要求不高的渗碳和氰化零件，如套筒，短轴，离合器盘。查机械设计手册单行本常用工程材料 P3-12，表3-1-7，优质碳素结构钢的化学成分和力学性能。2.2 零件分析产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据

38、。图2-1所示为工件。图2-1图2-1 为圆筒形零件，落料为圆形毛坯，具有良好的工艺性。材料为08钢，其厚度为0.8mm，一般精度要求。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。在零件图上，制件为中小型零件，外形结构简单，尺寸精度及冲裁件断面质量要求均不高，尺寸780+0.2为 IT13级，采用普通的冲裁加工工艺修边便能满足要求。其余尺寸为标注公差，可以按照GB/T15055-2007未注公差成形件线性尺寸的极限偏差选取。参见冲压模具精选88例设计分析（化学工业出版社 P132 表3-1）。零件为轴对称旋转体，零件筒低与壁部的圆角半径r凸为R15.大于零件料厚t(t=0.8

39、mm)，符合拉深工艺要求。根据以上分析可得，该圆筒形件的冲压生产要用到冲压的基本工序有：落料、拉深（拉深次数可能为多次）、冲孔、切边。若考虑为大批量生产，为了缩短生产周期，减少成本，提高生产效率，可以将落料，拉深等工序设计在同一副复合模具中。2.3毛坯尺寸计算由于板料在轧制或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的各向异性，以及材料在各个方向上的流动阻力的不同，毛坯经拉深后，尤其是经多次拉深后，拉深件的口部或凸缘一般都不平齐，需要进行切边。另外，如果板料本身的金属结构组织不均匀，模具间隙不均匀、润滑不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必须在拉深后的零件口部和外缘进行切边处理，这样

40、在计算毛坯尺寸的时候就必须加上切边余量后，然后再进行毛坯的展开尺寸计算。旋转体拉深件的毛坯尺寸，可根据计算旋转体表面积的定理求得：任何形状的母线，绕轴线旋转一周得到的旋转体的表面积，等于该母线的长度与其重心绕该轴旋转轨迹的长度（母线重心绕该轴所画出的圆周长）的乘积，即： F=2RsL (2-1) 式中 F旋转体表面积（mm2）； Rs旋转体母线的重心到旋转轴线的距离（mm）； L旋转体母线的长度（mm）。毛坯的面积与旋转体的表面积相等，则由 ， 得：由于拉深材料厚度有公差，板料具有各向异性；模具间隙和摩擦阻力的不一致以及毛坯的定位不准确等原因，拉深后零件的口部将出现凸耳(口部不平)。为了得到口

41、部平齐，高度一致的拉深件，需要拉深后增加切边工序，将不平齐的部分切去。所以在计算毛坯之前，应先在拉深件上增加切边余量(表4.2.1)。表2-2无凸缘零件切边余量h（mm)拉深件高度h 拉深相对高度h/d或h/B附图 >0.50.8>0.81.6>1.62.5>2.5410>1020>2050>50100>100150>150200>200250>2501.01.22345671.21.62.53.856.37.58.51.522.53.856.37.58.522.5468101112h=56.31,d=100,h/d=56.31

42、/100=0.5631，查上表课得，h1=3mm.则毛坯高度=56.31+3=59.31=60mm.确定高度后的毛坯图如下所示：图2-3 毛坯图（二）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，则其厚度的变化量并不大。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，在计算拉深件毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深件的表面积相等。坯料直径：D=d2+4dH+h-1.72dr-0.56r2 (4.3.2冲压模具设计与制造)板料厚度t=0.8mm<1mm ，故按内（外）径计算。切边余量h： h=70

43、7;1 >50100 查上表2-2 h/d=70/78=0.89>0.81.6 所以h=3.8mm由： d=78mm r=15mm H=70mm 代入上式则有： D=153.92mm2.4坯料的排样和材料利用率2.4.1排样排样是指冲裁零件（毛坯）在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样在于保证在最低的材料消耗和高生产效率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。排样方法：冲裁小工件或某种工件需要窄条（带）料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料轧制方向。冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作的方便

44、与安全等。条料宽度选择与在板料上的排样应优先选用条料宽度较大而步距较小的方案，以便经济的裁切板料，并减少冲压时间。在可能情况下，要求产品设计时修正产品零件的结构形状和尺寸，以减少或消除设计废料的形成，并有可能采取少、无废料排样方式。2.4.2材料利用率材料的经济利用直接取决于冲压工件的加工工艺和排样方法。冲压工艺设计中，评价材料经济利用程度的指标是材料利用率。由t=0.8mm，查冷冲压实用技术表3-2则有：a=1.2mm a1=1.0mmt料厚a侧边距离a1工件间距离侧搭边与直径之比a1/D=1.0/153.92=0.006查冷冲压实用技术表3-9则有：采用单排时：=77.3%采用交错双排时：

45、=83%采用交错三排时：=85.2%采用交错四排时：=86.2%采用交错五排时：=86.9%综合考虑，根据模具结构本次工艺采用单排排样方式，材料利用率=77.3%。2.5拉深系数及拉深次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（半成品直径）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。在考虑拉深的变形程度时，必须使毛坯在变形过程中的应力不超过材料的变形极限，同时还应能充分利用材料的塑性。也就是在每次拉深工序上，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采

46、用最大的变形程度，即极限变形程度。极限拉深系数值可以通过理论计算的方法确定。即使在传力区域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，此值为极限拉深系数。但在实际的生产过程中，极限拉深系数一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出，也可通过查表的方式来取值。t/D=0.8/153.92=0.52%<1% 查表4.4.4（冲压模具设计与制造）据表4.4.4需要使用压料装置因为t/D=0.52% 查表4.4.1确定各次极限拉深系数（冲压模具设计与制造）则有： m1=0.58m2=0.79m3=0.81d1=m1D=0.58x153.92=89.27mmd2=m2d1

47、=0.79x89.27=69.63mm因为d2=69.63mm <78mm所以采用2次拉深成形。调整后的各项拉深系数为：m1=0.61 ； m2=0.832.6工序的组合方式一个冲压件往往要经过多道工序才能完成。因此，编制工艺方案时，必须考虑是采用简单模一个一个工序完成还是将某些工序组合起来，用复合模或连续模生产。通常，模具的选用主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度要求等因素。生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，采用复合模或连续模冲压；小批量生产时，通常选用单工序简单模。但对于尺寸过小的冲压件，考虑到单工序模上料不方便和生产效率低，也通常选用复合模或连续模生产；若采用自动送料

48、，一般用连续模冲压；为避免多次冲压的定位误差，通常选用复合模生产；当用几个简单模制造费用比复合模还高，而生产批量又不大时，也可考虑将工序组合起来，选用复合模生产。工序组合方式，可选用复合模或连续模。一般来说，连续模的生产效率高，操作比较安全、简便，容易实现单机自动化生产，若装上自动送料装置，可适用小件的自动冲压，复合模的冲压精度比连续模高，结构紧凑，模具轮廓尺寸比连续模小。对于此工件，先拟订以下三种工序组合方式：方案一：再次拉深，后冲孔，再切边，采用单工序模生产。方案二：再次拉深，冲孔，切边，采用复合模生产。方案三：再次拉深，冲孔，切边，级进冲压，采用级进模生产。分析：方案一模具结构简单，各需

49、要一套模具，使得成本高而生产效率低；不宜采用。方案二工件的精度及生产效率都较高，制件精度高。由于是在冲床的一次行程内，完成数道冲压工序。因而不存在累积定位误差。使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。适宜冲制薄料和脆性或软质材料；生产效率高；模具结构紧凑，面积较小。 但复合模具；凸凹模璧厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度，凸凹模刃磨有时不方便，尤其是在凸凹模冲裁。方案三生产效率高，便于实现机械化和自动化，适宜于大批量生产，操作安全方便，但是它的结构复杂，制造精度高，周期较长，成本高。结论：经过比较，联系生产实际和此零件的结构特点，采用方案二为佳。

50、第3章 计算冲压力及确定压力中心3.1 计算冲压力冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。3.1.1冲裁力的计算冲裁力按冲模设计与制造实用计算手册P2上公式，进行计算 (2-1)式中 L冲裁件周边长度，用L=mm t材料厚度，t=0.8mm 材料抗剪强度，查得08钢的抗剪强度 =300 MPa K系数，考虑到刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。一般常取K=1.3。所以， =1.3x28.26x0.8x300=8.817KN3.1.2.卸料力、推件力和顶件力的计算由于影响推件力的因素主要有材料的力学性能、材料厚

51、度、模具间隙、凸凹模表明粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。要准确计算这些力是很困难，实际生产中常有经验公式冲模设计与制造实用计算手册 P2：卸料力：Px=KxP (3-1)顶件力：Pd=KdP (3-2)式中Px 、 PX 、Pd分别是卸料力、推件力和顶件力（N）； Kx、 Kt 、Kd分别是卸料力系数、推件力系数和顶件力系数，其值见冲模设计与制造实用计算手册P3表1-2； P冲裁力（N）； n同时梗塞在凹模内的工件数；n=h/t，h为凹模直壁刃口高度（mm），t为料厚（mm）。因为t=0.8mm则：Kx=0.045 Kt =0.055 Kd=0.06卸料力：Px=KxP=0.045x88

52、17=396.765N推件力：PX=n·Kt·P=1x0.055x8817=484.935N顶件力：Pd=KdP=0.06x8817=529.02N3.2 确定压力中心模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同

53、且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴力矩。求出合力作用点的座标位置 O0(x0, y0)，即为所求模具的压力中心。此工件为对称形状的单个冲裁件，故冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。3.3拉深工艺力的计算3.3.1. 压边力的计算施加压边力是为了防止毛坯在拉深变形过程中的起皱，压边力的大小对拉深工作的影响很大(如图3.3.1所示)。如果FQ太大，会增加危险断面处的拉应力而导致破裂或严重变簿，FQ太小时防皱效果不好。从理论上，压边力F

54、Q的大小最好按图3.3.2所示规律变化，即拉深过程中，当毛坯外径减小至Rt0.85R时，是起皱最严重的时刻，这时压边力FQ应最大，随之FQ逐渐减小。但在实际上是很难做到。 图3.3.1压边力对拉深工作的影响图3.3.2 首次拉深压边力Q的理论曲线生产中，压边力FQ都有一个调节范围，它的确定是建立在实践经验基础上，其大小可按下式计算，即表3.3.1：表3.3.1计算压边力的公式拉深情况公式任何情况拉深件FQ=Aq筒形件第一次拉深FQ=/4D2-(d1+2rd)2q筒形件以后各次拉深FQ=/4dn-12-(dn+2rd)2q此制件的压边力 (3-3)式中q为单位压边力MPa见表3.3.2；A为压边

55、面积。表3.3.2单位压边力q/MPa3.3.2拉深力的计算   圆筒形零件拉深时拉深力理论上是由变形区的变形抗力、摩擦力和弯曲变形力等组成。但它使用很不方便，生产中常用经验公式计算拉深力。圆筒形拉深件采用带压边圈的拉深时可用下式计算拉深力：     第一次拉深                     (3-4)    第二次拉深