复合模具设计

1、冲压工艺及模具课程设计设计名称：空心铆钉拉深件工艺分析及模具设计姓 名： 寇建东 学 号： 20114480 学院 (系)：材料科学与工程学院 专 业：材料成型与控制工程班 级：11材型（卓越）1班 指导教师： 毕大森 1,设计任务及产品图设计空心柳钉的落料拉深复合模具。零件名称：空心铆钉拉深件冲压材料：10钢，材料厚度t=0.6mm生产批量：大批量生产零件图：如下图2，制件工艺性分析 （1）材料：空心柳钉所用的材料为纯铜,其具有良好的冲压性能。 （2）结构形状：冲裁件内，外形要尽量避免尖锐清角。该工件为窄凸缘圆筒形件的拉深，拉深高度较大。 （3）尺寸精度：零件图上最大外形属于IT13级，其余

2、未注公差尺寸按IT14级。一般冲压均能满足精度要求。 综上所述，该零件的拉深工艺性较好，可采用拉深工序加工。3，冲压工艺方案的制定及模具结构类型3.1，工序数量的确定 确定工序数量的基本原则是：在保证工件加工质量，生产效率和经效益的前提下，工序数量应尽可能地减少。故该零件第一步落料拉深采用复合模，然后再用拉深单工序模具。3.2，冲压工艺方案 该零件加工需先落料，然后拉深，由于属于窄凸缘圆筒形件的拉深，前几道工序按无凸缘圆筒形件拉深及尺寸计算，而在后两道工序拉深为带锥形的拉深件，最终将锥形凸缘压平。现要求设计该零件加工的第一副落料拉深模具，设计为落料拉深复合模。3.3，模具结构类型冲压工艺性分析

3、之后拟定冲压工艺方案时选择复合模，因为零件的几何形状简单对称，所以复合模结构相对简单，操作方便，能够直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠方便，模具类型为有废料落料拉深复合模。4，确定毛坯的形状，尺寸和主要参数（1）查冲压模具设计师手册P2-228表9-7修边余量表，按H=30，d=25,H/d=1.2。查得=2.5。（2）求毛坏直径，按公式由冷冲摸课程设计与毕业设计指导P77表4.4序号11的公式D=(d12+6.28rd1+8r2+4d2h+6.28Rd2+4.56R2+d42-d32)1/2计算d1=23.8mm，d2=24.4mm，d3=25.4mm，d4=35mm，R=0.2mm

4、，r=0.5mm，h=29.3mm。算得D=64.1mm。（3）判断是否采用压边圈，查表采用或不采用压边圈的条件，根据（t/D）100=(0.6/64.1) 100=0.94，查得采用压边圈。（4）判断能否一次拉深，查表得纯铜的首次拉深系数m1=0.5-0.55，取m1=0.55,计算mtotal=d/D=25/64.1=0.39m1，需多次拉深。（5）查表得纯铜首次拉深m1=0.5-0.55，以后逐次拉深mm=0.72-0.80,。第一次拉深半成品的直径为：d1=m1D=0.564.1mm=32.05mm(调整d1=34mm，此时m1=0.53)第二次拉深半成品的直径为：d2=m2d1=0.

5、7234mm=24.48mm25mm(调整d2=d=25mm，此时m2=0.74)故需要二次拉深。（6）计算各次拉深半成品高度：h1=0.25(D2/d-d1)+0.43r/d1(d1+0.32r1) =0.25(64.164.1/34-34)+0.430.5/34(34+0.320.5)=22mm。（7）绘制工序图，如下图：,5，确定排样方式5.1，排样方式 冲压件在配料上的布置方式称为排样。合理的确定产品的排样方式、坯料形式及尺寸，能够提高产品质量、材料利用率、冲压效率和模具寿命，同时便于冲压操作。 按照材料的利用情况，排样方式分为三种： （1）有废料排样 产品与产品之间、产品与坯料边缘之

6、间均有搭边。 （2）少废料排样 仅在产品与产品（或产品与坯料边缘）之间有搭边 （3）无废料排样 产品与产品之间、产品与坯料边缘之间均无搭边。根据零件图可以选取有废料排样。这种排样产品精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。 按照产品在坯料上的布置方式分类，排料方式可以分为直排、斜排、多排、对排、混排等。根据零件图可以选取为直排排样。 5.2， 搭边与料宽搭边是指排样时产品与产品之间、产品与坯料之间留下的余料。它可以补偿坯料的定位误差，保证模具具有足够的强度，使条料具有足够的刚度，以便送料。查表得：材料厚度t=0.5-0.8，工件间最小搭边值为1.0mm，侧面最小搭边值为1.2mm。在选取搭边值时

7、要注意：硬材料搭边值要大一些，软材料，脆材料的搭边值要小一些，弹性卸料比钢性卸料的搭边要小一些。综合考虑材料的力学性能和厚度，及零件的外形尺寸和排样方式，选取搭边值为a=1.2mm。条料宽度的选取原则：最小条料宽度要能够保证冲裁件周边有足够的搭边值。最大条料宽度要保证冲裁时在导料板之间顺利送行并与导料板之间有一定的间隙。条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称为步距或进距）其大小为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。条料宽度 b=D+2a=64.1mm+21.2mm=66.5mm送料步距 s=D+a=64.1mm+1.2mm=65.3mm。6，工序压力的计算，压力中心的计算和压力机的选

8、择6.1，工序压力的计算 已知工件的材料为纯铜，其力学性能如下：=150200Mpa, =245315Mpa, =200Mpa。在冲压模具设计时，冲压力是指落料力、卸料力、拉深力、压边力、切边力、冲孔力、推件力和顶件力的总称。它是冲压时选择压力机，进行模具设计时校核强度和刚度的重要依据。 （1）落料力的计算 KLt (12) =1.3Dt =1.33.1464.10.6175N =45789.84N 45.8KN 落料力（KN)； K 安全系数，一般可取K=1.3； L 冲裁轮廓周长（mm）； T 料厚（mm）； 材料的抗剪强度（Mpa）； （2）卸料力的计算 = (13) =0.0445.8

9、KN 1.8KN 卸料力（KN）； 卸料力系数； F 冲裁力（KN)； （3）拉深力的计算 = (14) =3.14340.62801N =17935.68N 17.9KN 拉深力（N)； 首次拉深修正系数； 材料抗拉强度（Mpa）； （4）压边力的计算 圆筒形件第一次拉深时压边力 =p （15） =64.1-（34+26）2.5N =3910.89N 3.4KN 首次拉深凹模圆角半径； P 单位压边力； 第一次拉深时的压边力（N)； （5）推件力的计算 = nF （16） =10.0545.8KN 2.3KN 推件力（N)； 推件力系数（查1表3-11）； F 冲裁力(N)； （6）顶件力的

10、计算 = F （17） =0.0645.8KN 2.7KN 顶件力（N）； 顶件力系数； F 冲裁力（N)；6.2，压力中心的计算冲压力合理的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有曲柄的冲模来说，虚实压力中心通过曲柄的中心线。以便于冲模平稳工作，减少导向件的磨损，从而提高模具的寿命。 由于该工件的毛坯和各工序工件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力机的中心必定与制件的几何中心重合，所以模具的压力中心就在圆心部位，无需再次计算。6.3压力机的选择压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。计算总冲压力原则上只计算同时发生的力。拉深力出现在落料力之后，因此最大冲

11、压力出现在冲裁阶段，模具采用弹性卸料装置和上出料方式，故总冲压力为： =+ =（45+1.8+2.7）KN =49.5KN从满足冲压力要求看，可以初选63KN规格的压力机 JC236.37，计算模具主要工作部分的刃口尺寸（1）落料刃口尺寸的计算 =（64.1-0.750.2）0+0.0072mm=640+0.0072mm =(64-0.03)0-0.0048=63.970-0.0048 、分别为落料凹、凸模刃口尺寸； D落料件外径的最大极限尺寸； 冲裁件制造公差； X磨损系数，其值在0.51之间，与冲裁件精度等级有关； 最小初始双面间隙； 、分别为凹、凸模的制造公差，取=0.6（） =0.4(

12、)；（2） 拉深部分凹凸模尺寸的计算中间过渡工序的半成品尺寸，由于没有严格限制的必要，模具尺寸只要等于半成品尺寸即可。Z=1.1t=1.10.6=0.66Dd=Dmax+0.0210=34+0.0210Dp=( Dmax-Z)0-0.021=33.340-0.021凸模，凹模圆角半径，查表得：Rp=(1015)t=6mm。Rd=(0.61)=3.6mm。8，模具的主要工作部分及结构设计（1）落料凹模高度的确定落料凹模高度为 H=Kb =（0.2564.1）mm=16mm b工件的最大外形尺寸（mm）； K凹模厚度系数，0.20.3C=(1.52)H=1.816mm=29mm凹模周界： B=L=

13、b+2C=（64.1+229)mm=122mm取B=L=125mm。Hd1，而落料凹模的高度肯定要大于毛坏第一次拉深之后的高度，取凹模高度为38mm。凹模刃口高度选择，材料采用T10A，工作部分热处理硬度为6064HRC，结构图如下：（2）拉深凸模的设计根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6。材料选用T10A，淬火硬度为5862HRC，根据凸模直径，选择其上通气孔直径为4mm，凸模长度 L= =20mm+15mm+（22mm） =57mm凸模固定板厚度（mm）；压边圈高度（mm）；Y凸模进入

14、凹模的深度；具体结构如下：（3）依据凹模尺寸，查表，选择圆形垫板尺寸为DH=125mm6mm，材料为45钢， 热处理硬度4348HRC。（4）固定板设计凸模的固定方式有直接固定在模座、用固定板固定和快换式固定三种固定方式，这里选用固定板固定，固定板与凸模为过渡配合（H7/n6），根据GB2858.581及凹模尺寸选取凸模固定板尺寸DH=125mm20mm，其结构简图如下：同理，选择凹凸模固定板尺寸为DH=125mm20mm，其结构简图如下：（5）为了防止拉深时起皱，需用压边圈，压边圈与凸模的单面间隙选为0.3mm，与凹模的单边间隙取0.5mm，压边圈采用45钢制造，热处理硬度为4245HRC。

15、高度选为15mm，其结构如下图：（6）凹凸模设计结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凸凹模固定板的配合按H7/m6，材料采用T10A，工作部分热处理淬硬6064HRC，其高度为： L= =20mm+15mm+28mm =63mm 落料凸模固定板高度； 卸料板高度； 安全距离；结构图如下：（7）模柄的设计 模柄选择压入式模柄，材料选用Q235，热处理硬度4348HRC，依据压力机型号，选用B型，具体结构如下：（8）卸料装置的设计卸料装置采用弹压卸料板装置，以方便卸料，由于卸件力较大，拟选用4个弹簧卸料板周界尺寸与凹模

16、周界尺寸一样，厚度根据冲裁件料厚和卸料板宽度取15mm，选择圆形卸料板，其尺寸为DH=125mm15mm，卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4348HRC。结构简图如下：卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm，螺纹部分为M8mm。（9）模架的选用模具的闭合高度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，从生产量、模具结构、产品规格和操作方便等方面考虑，选择滑动导向中间导柱圆形模架，查模具大典，所选模架具体参数如下：凹模周界：125mm闭合高度(参考)最小：160mm闭合高度(参考)最大：190mm上模座 数量1 规格：125mm35mm下模座 数量1 规格：125mm45mm 导柱 数量2 规格：22mm150mm 25mm150mm 导套 数量2 规格：22mm85mm33mm 25mm85mm33mm导柱与导套结构从标准中选取，尺寸由模架中的参数决定。导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于1015mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为12mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间、导柱与下模座之间采用过渡配合H7/m6。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）5662HRC。上下模座材料采用45钢，热