烤箱烤盘曲面罩冲压工艺与模具设计

论文题目：烤箱烤盘曲面罩冲压工艺与模具设计摘要本设计的题目是烤箱烤盘曲面罩冲压工艺与模具设计。此制件的基本冲压工序有：切口、拉深、落料等。产品的技术要求是要求制品表面无划痕、无明显毛刺，生产纲领为大批量生产。根据零件的冲压工艺分析及生产批量，方案确定为连续拉深。该零件有正反两向的拉深拉深的相对高度虽然不大，但连续拉深过程中，需协调正反拉深时凸模和凹模的相对位置。通过对排样方案的分析、及各工艺计算来设计出冲压模具的结构，并运用CAD绘制出结构视图。关键词：冲压力；两向拉深；刃口设计AbstractThedesignofthetopicistheovenbakingtraycurvedmaskstampingprocessanddiedesign.Thebasicstampingprocessofthispieceis:cutting,drawing,blanking,etc.Thetechnicalrequirementsoftheproductsaretorequirethesurfaceofproductswithoutscratches,noobviousburr,productionprogramformassproduction.Accordingtothestampingprocessanalysisandproductionbatch,theschemeisdeterminedascontinuousdrawing.Althoughtherelativeheightofthedrawingdepthisnotbig,therelativepositionofpunchanddieshouldbecoordinatedinthecontinuousdrawingprocess.Throughtheanalysisofthelayoutschemeandthecalculationofeachprocess,thestructureofthestampingdieisdesigned,andthestructureviewisdrawnbyuseCAD.Keywords:Stampingforce;Two-waydrawing;Bladedesign

目录摘要 错误!未定义书签。Abstract 错误!未定义书签。引言 错误!未定义书签。第1章绪论 错误!未定义书签。1.1课题研究的目的及意义 错误!未定义书签。1.2课题研究的发展现状 错误!未定义书签。1.3冲压模具的设计 4第2章冲压件的工艺性分析 62.1产品结构分析 62.2材料性能分析 62.3冲压工艺分析 6第3章拟定冲压工艺方案 83.1冲压工艺方案设计 83.2毛坯展开尺寸计算 83.3排样图方案设计与确定 93.4带料宽度及步距的确定 113.5材料利用率的计算 133.6冲压工艺规程卡的编制 13第4章冲压工艺计算 错误!未定义书签。4.1刃口尺寸的确定 错误!未定义书签。4.2冲压力的计算 204.3压力中心的确定 224.4初选冲压设备 23第5章模具结构设计 错误!未定义书签。5.1模架的选择 错误!未定义书签。5.2模具成形零部件的设计 错误!未定义书签。5.3带料的导正定位装置 错误!未定义书签。5.4导向装置 275.5导料托料装置 275.6卸料装置 265.7模具的总装设计 错误!未定义书签。第6章冲压设备的确定 306.1模具闭合高度的计算 306.2校核压力机主要参数 30第7章总结 31参考文献 错误!未定义书签。致谢 35引言本次设计任务的主要目的是为了检验综合素质与工程实践能力，提高独立思考以及解决问题的能力，是对在大学四年里所学专业知识掌握以及专业技能的检验。采用独立思考、自主创新、借鉴他人方法的办法，对所设计的制件进行分析研究，根据相似冲压件的加工工艺、冲压方案等制定出符合所设计制件的冲压工艺方案。。根据工件零件图上的要求分析制件的工艺性。拟定冲压工艺方案，确定排样图。计算压力中心、刃口尺寸和各工艺力，初选压力机。设计模具的结构和零部件，对压力机主要参数校核，绘制模具总装图，对非标件编制加工工艺。在模具总体的设计上，遵循经验和设计原则，借鉴他人的经验，不断总结和创新。此次设计中，包含了切边、拉深、冲孔、落料等工序。零件结构虽然看似简单，但对尺寸要求较多，难以达到成形要求。需要采取两向拉深的办法，才能使零件成形并达到要求。这就需要考虑如何安排拉深方向与位置，以及模具制造精度的确定。本任务不仅仅是为了设计出该零件的冲压工艺方案、冲压模具，还是为了综合所学专业知识使有一个更加综合的能力去面对所遇到的问题，锻炼全面思考的能力，使以后再工作中遇到有相关专业问题时有一个思维方式、思考方向去解决问题，探索问题。

绪论1.1课题研究的目的及意义此次研究是对烤箱烤盘曲面罩进行冲压工艺与模具设计，采用的是料厚为0.4mm的08F。目的：综合运用和巩固有关所学知识，培养模具设计能力；培养分析问题、解决问题的能力，全面掌握冲压工艺与模具设计的基本思路和方法；了解模具制造常用的加工方法以及工艺规程的编制；培养思维的全面性，掌握模具结构以及模具零部件的种类；树立正确的模具设计思想，对所学知识进行全面的总结。根据生产纲领，大批量生产，采用多工位级进模。根据零件图分析其结构特点，制订冲压工艺与成形工艺。根据零件的技术要求以及工艺计算，设计出冲压模具结构以及各零件的尺寸结构。意义：增加了对冲压模具的认识，全面检验了综合素质与工程实践能力；培养了遇到问题是能够独立思考问题并解决问题的能力；进一步加强对AutoCAD等软件的运用以及综合能力的锻炼。1.2课题研究的发展现状在现代化科学技术持续发展、机械化成形技术高速发展的背景作用之下，现代意义上的冲压工艺技术势必会呈现出极为显著与蓬勃发展的趋势。我国冲压模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已经有了很大发展。但与我国发展经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口，一些低档次冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用，是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。然而我国在冲压模具行业中在设计及制造上还存在着很多的难题：精密冲压模具规划制作技能、创新不够，许多先进模具中的关键规划内容和技能掌握不够，导致模具总体水平提高困难一直处在技术追踪跟进阶段；由于受模具材料、热处理以及制作安装技能等相关要素影响，我国的冲压模具使用寿命一直低于国际先进水平；在冲压加工方面也存在问题和确定，在冲压加工是会产生噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故也时有发生；在模具材料、标准件等模具相关配置方面，存在着技术落后，从而直接影响了中国多工位与多功能冲压模具的全体技术水平；现在新工艺新产品不断涌现，给我国模具行业造成了更大的压力。对于任何一个国家来说，制造产业是综合国力及技术水平的体现，而模具行业的发展是制造产业的基础和关键。基于这些所要面临的，我们并不害怕，正积极地发展着模具制造行业。改革开放以来，我国经济飞速的发展，各行业与在此浪潮中抓住此机遇更是在飞快的崛起。现如今制造业的发展更是国民经济的一大支撑，模具素有“工业之母”的美称，在其中更是发挥着重要的作用。当今我国模具行业也在飞速的发展中，在短短的时间里更是超过了世界大多数国家的模具制造技术水平。模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备，具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点。我国作为一个经济正在飞速发展的国家，制造业的发展尤为重要，模具更是在其中占着核心的地位。近年来，我国冲压模具水平已有了很大的提高。2005年，中国模具产值达到610亿元，增长率保持在25﹪的高水平，行业的生产能力约占世界总量的10﹪，仅次于日本、美国而位列世界第三。虽然如此，我国冲压模具制造能力与市场需求和国际先进水平相比仍有很大的差距。国外，特别是发达地区，模具工业起步较早，拥有比较先进的生产管理技术及经验。在精密级进模中表现更甚，它是现代高水平冲压模具代表，广泛应用于电子信息类产品冲压制件的生产制造中。具体表现在精密程度、寿命、可靠性和稳定性、制造周期等方面。在欧美，许多模具企业将高新技术应用于模具设计和制造。中国虽然在很早以前就制造模具和使用模具，但一直未形成产业，这就造成了我国与其他发达国家在模具制造中的差距。为了我国的制造业的发展，国家越来越重视模具的发展趋势。为了进一步提高我国经济实力，对于模具行业来说，要在已有的技术基础上，向更多更全面的方向发展。冲压加工工艺在我国历史悠久，很早以前我国劳动人民开始了利用金属的延展等特性对金属进行捶打加工，改变其形状，得到自己想要的制品。对于冲压模具，其广泛运用于航空航天、汽车、电子、仪表等领域。我国冲压模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已经有了很大发展但与世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口，一些低档次冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。现今我国很多模具企业都在大力发展更高档次的模具。然而我国在冲压模具行业中在设计及制造上还存在着很多的难题：精密冲压模具规划制作技能、创新不够，许多先进模具中的关键规划内容和技能掌握不够，导致模具总体水平提高困难一直处在技术追踪跟进阶段；由于受模具材料、热处理以及制作安装技能等相关要素影响，我国的冲压模具使用寿命一直低于国际先进水平；在冲压加工方面也存在问题和确定，在冲压加工是会产生噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故也时有发生；在模具材料、标准件等模具相关配置方面，存在着技术落后，从而直接影响了中国多工位与多功能冲压模具的全体技术水平；现在新工艺新产品不断涌现，给我国模具行业造成了更大的压力。现今，随着计算机技术的发展与普及，信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在许多模具企业中得到应用，冲压模具也基本实现计算机化其中代表性的是计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程。现如今国内许多企业通过引进先进的加工设备，硬件上与国际先进水平的差距正在快速缩小。现如今，国内模具技术正在向着：全面推广CAD/CAM/CAE技术；高速铣削加工；模具扫描及数字化系统；电火花铣削加工；提高模具标准化程度；优质材料及先进表面处理技术；模具研磨自动化、智能化；模具加工自动系统等方面发展。对于拉深模具，在在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具以及高精度冲模方面，其中在多工位模方面，国外均比国内有优势。拉深模具的发展随着冲压模具的发展而得到进一步的提高。1.3冲压模具的设计冲压模具的设计冲压模具的设计主要是以零部件冲压精度及零部件可靠性为基础，冲压模具的质量很大程度上影响了冲压件的质量水平，因此冲压模具的设计需要相当高的要求。换句话来说，为最大限度地提高冲压件的精度要求，必须在设计冲压模具过程中，对其进行严格要求，明确模具的设计思路及方案，以便提高模具质量及冲压件的质量。冲压模具的材料在冲压模具的使用材料中，有钢材、铝青铜、高分子材料、各种合金等。目前制造冲压模具的材料绝大多数是钢材。在冲压模具使用的材料中，可以是各种金属材料也可以是非金属材料。对于制造模具的材料要求非常的严格，不单单要求材料的硬度、强度和耐磨性要很高，也要有适当的韧性，还有淬透性也要很高以及热处理不变形及淬火时不易开裂等性能。不同的冲压方法模具类型与不相同，工作条件有差异，对模具材料要求与有所不同。合理的选择模具材料和热处理工艺，使之达到主要性能最优，而其它性能损失最小的最佳状态。对于我们来说，考虑了材料的使用性能还要考虑成本的问题。我们可以通过对材料进行强化处理来优化其性能以达到降低成本的问题。在实际实施过程中主要分为物理表面强化技术和化学表面强化技术两种：化学强化表面技术可以分为从表面扩散渗入和表面涂刷等两种类型；物理表面强化技术主要是使用物理处理方法对材料表面进行强化处理，来提高材料表面的力学性能和其他的物理性能[5]。冲压模具的结构冲压模具的结构主要有工艺零部件和结构零件。在设计冲压模具结构的时候第一要考虑的是安全问题，要避免操作人员在冲压模具工作是发生危险，还要保证模具能够承受一定的强度。冲压模具的设计在冲压模具的设计中，还要确定模具的冲压间隙和凹凸模的外形尺寸。冲压间隙是凹模、凸模刃口部分尺寸之差，它的大小对冲压件的表面质量、冲压力的大小，以及模具的使用寿命都有非常大的影响。凹凸模的外形尺寸的确定需要经过仔细的计算才能得出，它不仅要保证冲压件能够在满足要求的情况下冲出，还要保证自身的强度，模具的使用寿命。冲压模具使用与保养冲压模具在实际应用过程中，具有很高的使用效率。在工业生产过程中，采取正确的使用方法，能够提升冲压模具的使用寿命，进而减低工业生产成本。冲压模具在高强度的使用过程中，会造成模具有非常大的磨损，这就要求对模具要进行合理的保养，提高模具使用寿命。要对模具进行全方位的保养，就要了解影响模具质量的因素有哪些：一、冲压模具材料的影响;二、冲压模具的热处理工艺；三、冲压模具加工工艺。对模具的保养要从各个方面进行研究，全面提升模具的使用效果和使用寿命，保证模具在实际生产中能够将自身价值和功能发挥。

第2章冲压件的工艺性分析2.1产品结构分析图2-1零件图产品名为烤箱烤盘曲面罩，如图2-1所示，材料为08F，料厚为0.4mm，大批量生产，未标注公差尺寸按IT13，技术要求：要求表面无划痕、无明显毛刺。2.2材料性能分析采用料厚为0.4mm的08F。08F为冲压用钢板中沸腾钢的一种牌号，主要用来制造冷冲压件，其强度低，硬度、塑性、韧性好，易于深冲、拉延、弯曲、焊接。力学性能：抗拉强度σb（Mpa）≥295（30），屈服强度σs（Mpa）≥175（18），伸长率δ≥35%，断面收缩率ψ≥60%，硬度：未热处理，≤131HB。2.3冲压工艺分析该冲压件的冲压工艺包括：工艺切边，拉深，落料。该冲压件外形形状较为简单，但成形较为困难，有正反两向的拉深，需要协调好各拉深凸模与凹模的相对位置才能得到制件的精度要求。它有凸缘且四周凹陷，四周凹陷部分各部分的半径各不同，外围上半部分内壁的半径为80mm，外围下半部分内壁半径为11.5mm，内围上半部分内壁半径为78mm，内围下半部分内壁半径为9mm,外凸缘圆角为R2mm，中间凸缘圆角为R1.5mm其拉深高度为24.6mm,外凸缘直径为82mm，内凸缘直径为13.6mm，为满足带有凸缘部分的拉深，需在两边都留有△R3.5mm的工艺修边余量。首先，先进行带凸缘的内壁直径为71.8mm圆筒形件的拉深，凸模圆角R11.5mm，凹模圆角为R2mm。然后再将所得筒形件进行两次反向拉深最后进行拉深整形从而得到中间凸缘部分，最后落料得到该冲压件。

第3章拟定冲压工艺方案3.1冲压工艺方案设计图3-1零件三维图如图3-1所示，零件三维图。烤箱烤盘曲面罩是一个中间凸出四周凹陷的带有窄凸缘的需经过两向拉深成形的零件。第一步先拉深出底部圆角较大的筒形零件，第二步再逐步反向拉深出中间凸出来的部分再进一步的拉深整形得到制件所要求的尺寸精度，第三部通过落料得到制件。3.2毛坯展开尺寸计算图3-2毛坯展开图表3-1有凸缘圆筒形件修边余量△dt（JB/T6959-2008）（单位：mm）由于凸缘直径dt=82mm，凸缘相对直径dt/d=0.88，根据表3-1所示，修边余量△dt=3.5mm。由于制件结构较为复杂，不能使用直壁圆筒形件的毛坯尺寸计算公式，故采用分析图解法计算毛坯直径，将组成图形的母线分成各个线段，查毛坯直径的计算公式：A=D=8式中：A—毛坯面积（mm2）;D—毛坯直径（mm）;rn—各小段的重心到回转轴的距离（mm）;ln—各小段母线的长度（mm）.通过CAD解析、公式计算，D=118mm。3.3排样图方案的设计与确定在设计冲压模具时需要考虑所设计的模具是否能够达到制件的技术要求、精度，是否能够达到所要求的生产批量，成本的控制，尽量让所设计的模具结构较为简单。虽然该冲压件结构简单，但成形较为困难，如采用单工序模具，模具结构简单，但是需要多副模具，生产效率低，且产品精度难以保证，模具成本较高；如采用复合模，精度高，由于本产品不能一次成型，也需要多副模具，且复合膜结构复杂，生产效率也不高；如采用多工位级进模，只需要一副模具，易于保证产品精度且生产效率高，故采用多工位级进模。现拟定两种排样方案进行比较。排样方案一：排样采用双侧载体直排，详细的工序安排如下：第一工位，将自动送料装置送入的带料冲两个导正孔以及第一次切口，保证导正销的精准定位以及避免由于在拉深过程中材料的流动影响带料其他部分；第二工位，空工位，保证两个工位之间有足够的厚度，保证凹模强度以及避免两凸模之间发生干涉；第三工位，第二次切口作用于第一次切口相同，避免由于在拉深过程中材料的流动影响带料其他部分；第四工位，空工位，为了给下一步拉深工序让位；第五工位，反向拉深出圆筒形件；第六、七、八工位，正拉深，逐步拉深出中间与凸缘同一水平面的凸出部分并进行整形；第九工位，落料，得到制件。排样方案二：排样采用双侧载体直排，详细的工序安排如下：第一工位，将自动送料装置送入的带料冲两个导正孔以及第一次切口，保证导正销的精准定位以及避免由于在拉深过程中材料的流动影响带料其他部分；第二工位，空工位，保证两个工位之间有足够的厚度，保证凹模强度以及避免两凸模之间发生干涉；第三工位，第二次切口作用于第一次切口相同，避免由于在拉深过程中材料的流动影响带料其他部分；第四工位，空工位，为了给下一步拉深工序让位；第五工位，正拉深出圆筒形件；第六、七、八工位，反拉深，逐步拉深出中间与凸缘同一水平面的凸出部分并进行整形；第九工位，落料，得到制件。将两种排样方案进行比较，虽然两种方案相似，但是排样方案二上下都需要顶出装置，模具结构较为复杂，最终选择排样方案一，模具结构较为简单，且能够保证制件精度要求。3.4带料宽度及步距的确定表3-2最小搭边值（单位：mm）在冲压模具生产中，条料的搭边有着非常重要的作用，它不仅仅是作为载体的存在，它使条料有一定的强度与刚度，保证了送进过程的顺利进行，还有补偿条料在送进过程中存在的误差，避免造成更多的残次品。带料宽度的确定：查得条料宽度计算公式：BB—条料宽度（mm）;D—冲压件在垂直送料方向上的最大外形尺寸（mm）;a—搭边值（mm），见表3-2；△—条料宽度的单向极限偏差（mm）。由于制件在拉深前需要进行两次工艺切口，且两切口的单边距离为2.5mm，制件毛坯尺寸为Dt=118mm，则D=123mm，冲压件料厚t=0.4mm，采用自动送料装置送料，由表3-2可得，搭边值a=2mm，查表3-3得到△=0.6mm，则条料宽度：B−∆表3-3条料宽度的单向极限偏差△（单位：mm）送料步距的确定：由于搭边值a=2mm，则送料步距S=125mm.3.5材料利用率的计算材料利用率的计算公式为：η=A式中：η—材料利用率；A—冲压件实际的面积（mm2）;B—条料的宽度（mm）;S—送料步距（mm）。利用CAD分析求出冲压件实际面积A=9876.7mm2,条料宽度B=127mm,送料步距S=125mm。材料利用率：η=3.6冲压工艺规程卡的编制第4章冲压工艺计算4.1刃口尺寸的确定模具凸、凹模工作需要一定的冲压间隙，采用分别制造加工的方法。模具制造公差，按照拉深零件的公差等级来确定。由于所给定制件未注明公差要求，按照要求，制件的的制造精度按照冲压件一般精度来确定。按照标准，此制件的精度要求为IT13，相对应的模具制造公差为凸模的制造公差等级为IT6,凹模的制造公差等级为IT7。为了方便制件的取出，需要在拉深凸模上开排气孔，具体排气孔尺寸要求如表4-1所示。则各拉深凸模的排气孔直径为6.5mm.表4-1排气孔尺寸凸模直径/mm<50>50~100>100~200>200排气孔直径/mm56.589.5拉深凸模尺寸计算公式：Dp拉深凹模尺寸计算公式：Dd式中：dmin—拉深件最小外形尺寸（mm）；∆—拉深件尺寸公差（mm）,详见表4-1;c—拉深的单边间隙（mm）。表4-2标准公差数值（GB/T1800.3-1998）单边间隙的计算公式：c=tmax+KCt（4-3）式中：tmax—冲压件的最大料厚（mm）;KC—为系数，详见表4-2。由表4-2有，取KC=0.08～0.10，t=0.4,则c=0.4+（0.08～0.10）×0.4=0.432～0.44mm，取c=0.44mm。表4-3系数KC最后一次拉深，以凸模为基准:∅71.80+0.46mm:DdR20RR1.50RR800RRR90RRR11.50RpRR780RpR∅45.4−0.195DD∅13.60DpD最后一道工序落料以凹模为基准，切需要保证尺寸精度，则：落料凹模的计算公式：Dd落料凸模的计算公式：Dp式（4-4）、（4-5）中：dmin—冲裁件的最大外形尺寸（mm）；x—磨损系数，见表4-3；c—单边间隙，见表4-4.表4-4磨损系数材料厚度t/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差△/mm<1≤0.160.17~0.35≥0.36<0.16≥0.161~2≤0.200.21~0.41≥0.42<0.20≥0.202~4≤0.240.25~0.44≥0.50<0.24≥0.24>4≤0.300.31~0.59≥0.60<0.60≥0.30表4-5金属板料冲裁间隙值（GB/T16743-2010）材料抗剪强度ττb/MPa初始间隙（单边间隙）iiiiiiivv低碳钢08F、10F、10、20、Q235A≥210～400（1.0%～2.0%）t（3.0%～7.0%）t（7.0%～10.0%）t（10.0%～12.5%）t21%t中碳钢45、不锈钢12Cr18Ni9、40Cr13、膨胀合金、（可伐合金）4J29≥420～560（1.0%～2.0%）t（3.5%～8.0%）t（8.0%～11.0%）t（11.0%～15.0%）t23.0%t落料:由表4-4有，cmax=0.04mm，cmin=0.028mm；由表4-3有，x=0.5。∅81DdDP由于︱δp-δd︱≤2（cmax-cmin），由于0.057＞0.024，则：δd=0.6×0.024=0.014mmδp=0.4×0.024=0.01mmDdDp对于多次拉深时的中间过渡拉深工序，其半成品尺寸要求的不高。这时，模具的尺寸只要取半成品过渡尺寸就可以了，基准选择凸模或者是凹模没有确定。通过结构分析，零件要求内形尺寸，该制件有两向拉深，则第一次拉深以凸模为基准，后工序的拉深以凹模为基准。表4-6无凸缘圆筒形件的极限拉深系数[mn]（JB/T6959-2008）该拉深件需要先拉深成一个筒形零件方可拉深成形，毛坯的相对厚度（t/D）×100=（0.4/118）×100=0.34，查表4-5有，[m1]=0.55～0.58。m=71.8在设计拉深的凸、凹模的尺寸和公差。拉深件的回弹，壁厚的不均匀，模具磨损的规律。零件的回弹，会使口部尺寸变大；筒壁上下厚度的差异，使零件的精度变得不高；其实模具磨损最严重的地方是凹模，反而凸模磨损是最小的。在拉深时，平板毛坯是从凹模圆角流入孔口零件的筒壁部分由此生成。设计过小时，材料顺流凹模圆角部分的变形阻力和摩擦力变大，拉深变形抗力增加；当较大，随之毛坯变形区和凹模表面的接触量减少，在拉深后期毛坯外缘过早脱离压边而起皱明显，通常用经验公式计算：（4-6）（4-7）式中：D-毛坯直径或上道工序拉深件直径；d-本道工序拉深件的直径；t-板料的厚度。根据技术可以得出，第2、3工位上的拉深凸模圆角半径为4mm、2mm.在后工序反向拉深过程中，反拉深时的拉深系数可以比顺向小10%～15%，圆筒的最小直径d=（30～600）t。则后续拉深过程中，其拉深系数分别为：m2=0.66，m3=0.68，m4=0.81，后各工序的拉深直径为D2=30.0mm，D3=20.4mm。第一次拉深：rd1=2mm，71.80+0.46mmDp1=71.8+Dd1=（72.0+2×0.44）=72,880+0.030mm第二次拉深：30.00+0.39mm，rp1=4mmDd2DP2第三次拉深：rp2=2mm，20.40Dd3Dp3根据在拉深过程中，毛坯表面积不变的原则以及CAD分析，第一次拉深的高度为30mm，第二次拉深的高度为9mm，第三次拉深的高度为20mm。4.2冲压力的计算冲压力的计算是为了选取合适压力机、设计模具结构和检验模具的强度。此次设计中冲压力主要有冲裁力、推件力、压边力、卸料力。当模具为冲裁刃口式，查得冲裁力的计算公式为：FP式中：KP—是安全系数，一般取1.3；L—冲裁周边总长（mm）;t—材料厚度（mm）;τ—材料抗剪强度（MPa）。表4-7卸料力系数、推荐力系数、顶件力系数卸料力的计算公式：FQ式中：K—卸料力的系数，见表4-3；FP—冲裁力（N）。推件力的计算公式：FQ1式中：K1—推件力系数，见表4-5.当模具采用拉深刃口时，拉深力的计算公式：F=Ltσ式中：L—拉深件周长（mm）;σb—抗拉强度（MPa）；K1—系数，见表4-6。表4-8系数K1、K2m10.550.570.600.650.700.750.80K111.00.930.860.720.600.550.40m20.700.750.800.850.900.95K21.00.900.800.700.600.50压边力的计算公式：F=π式中：Dn-1、dn—第n-1、n次拉深件的直径（mm）；R凹—凹模圆角半径(mm)；p—单位压边力（MPa），见表4-7。表4-9单动压力机上拉深的单位压边力（单位：MPa）材料名词单边压边力p材料名词单位压边力p铝0.8～1.2软钢t≤0.5mm2.5～3.0软钢t＞0.5mm2.0～2.5纯钢、铝合金（退火）1.2～1.8镀锡钢板2.5～3.0黄铜1.5～2.0耐热钢（软化状态）2.8～3.5冷轧青铜2.0～2.5不锈钢3.0～4.5各工位的冲压力：第一工位的冲压力：由表4-1有，取K卸=0.055，K推=0.065冲导正孔1：冲裁力FP1卸料力FQ推件力FQ1冲导正孔2：冲裁力FP2卸料力FQ2推件力FQ1切口1：冲裁力FP3卸料力FQ3第三工位的冲压力：切口2：冲裁力FP4卸料力FQ3第五工位的冲压力：由表4-4、4-5有，K=0.86,p=3MPa拉深：反拉深力F=L压边力F=π第六工位的冲压力：由表4-4有，取K=0.74；拉深力F=9206.12N；压边力F=2735.92N。第七工位的冲压力：由表4-4有，取K=0.7；拉深力F=5921.78N；压边力F=1140.02N。第八工位的冲压力：由表4-4有，取K=0.71；拉深力F=4887.54N；压边力F=331.28N。第九工位的冲压：冲裁力：F=1.3×82π×0.4×230=30810.23N卸料力：F=0.055×30810.23=1694.56N推件力：F=0.065×30810.23=2002.66N4.3压力中心的确定图4-1如图所示，建立坐标系。压力中心的计算公式为：xcyc式中：（xc,yc）—压力中心；Ln—每个凸模周长（mm）;（xn,yn）—每个凸模的压力中心。则根据公式，可计算出冲压的压力中心为：xc=481.6mm,yc=0。4.4初选冲压设备冲压设备是完成冲压加工的要素之一，设备的选择关系到模具的使用。冲压设备的选择依据为：冲压工艺的大小以及模具的结构。冲压设备的选择步骤：根据模具结构特征计算总的冲压工艺力F总，：F总根据前面冲压工艺力计算结构，F总=F冲孔12+F切边12+F拉深123+F落料=202387.7N=202.4KN根据总的冲压工艺力查阅相关资料，初步选择冲压设备。F公称压力≥（0.5～0.6）F总（4-15）则压力机的公称压力F公称压力≥364.3KN根据其公称压力大小和压力机工作台尺寸大小已经所设计的模具结构大小，初步选用L系列高速压机。其主要的技术参数为:表4-10压力机是主要技术参数型号PDA20闭合高度（mm）380公称力（KN）2000闭合高度调节量（mm）60行程长度（mm）30，50，75工作台板尺寸（长×宽）（mm）1300×850，1500×850最大行程次数（次/min）300，180，150主电机功率（kW）22最小行程次数（次/min）120,70,60第五章模具结构设计5.1模架的选择凹模周界的尺寸的设计凹模周界尺寸应满足凹模具有足够的刚度、强度以及修模余量。考虑到条料的形状、尺寸，选择矩形凹模，结合所设计的结构零部件等，所设计的凹模长L=1320mm查凹模厚度的计算公式：H=Kb（5-1）式中：K—凹模修正是系数，由表5-1选用；b—工件的最大外形尺寸。查凹模壁厚计算公式：c=1.5~2表5-1凹模厚度修正系数材料厚度t/mm材料厚度t/mm工件的最大外形尺寸b/mm0.51.02.03.0＞3.0＜500.300.350.420.500.6050～1000.200.220.280.350.42100～2000.150.180.200.240.30＞2000.100.120.150.180.22根据表5-1，选取K=0.15，冲压过程中，最大外形尺寸b=123mm，则凹模厚度H=0.15×123=18.45mm,选取凹模厚度H=20mm。c=（1.5～2）×20=30～40mm，考虑凹模上还有其他结构零件的位置取B=580mm。则凹模周界尺寸为：L×B×H=1320mmm×360mm×20mm。模架的选则根据凹模周界尺寸拟选用标准模架。冲模标准模架由上模座、下模座和导向装置（导柱、导套）构成。本设计中凹模周界为1320´580mm,且由于本产品大批量生产需模具寿命长，故选用铸铁滚动导向多导柱模架。根据凹模周界的尺寸L×B=1320mm×360mm，选择的模架的尺寸为L×B1=1320mm×580mm.5.2模具成形零部件的设计凸模长度确定查冲裁凸模长度.的计算公式如式5-3所示L=H1+式中：L——冲裁凸模的长度；H1——凸模固定板厚度；H2——卸料部分板厚；t——工件材料厚度；h——凸模固定板与卸料板之间的安全距离（10～20）mm。其中凸模固定板厚度H1=20mm；卸料板厚度H2=12+20mm；材料厚度t=0.4mm；凸模固定板与卸料板之间的安全距离h=12.6mm.则凸模长度L=20+32+0.4+(10～20)=65mm.材料的选用及热处理材料选取Cr12MoV，热处理硬度60～64HRC。凸模的结构设计冲孔凸模，如图5-1图5-1冲孔凸模切口凸模结构，如图5-2：冲压件在拉深前需要进行两次工艺切口，将凸模刃口设计成为中间凹进去，且四周有四个缺口，来达到切口的目的。图5-2反拉深凸模结构，如图5-3：图5-3拉深凸模结构，如图5-3：图5-3落料凸模结构，如图5-4：图5-4凹模的设计结构由于模具尺寸较大，整块的凹模板尺寸较大且不易运输和热处理，故将凹模设计成为镶嵌式以及镶拼式相结合的结构，结构特点是将凹模容易磨损部分和不易磨损部分分开，将凹模型孔采用单独的嵌块，将凹模版分成两块方便运输。嵌块式凹模可单独用优质模具材料制造，凹模板可用普通模具材料制造，可以节约模具制造成本以及便于对凹模进行热处理。下模板的设计结构如图5-5，：图5-5凹模板的的材料可选用普通的45钢。凹模嵌件需采用强度、硬度、耐磨性都较好的材料，一般与凸模材料相同，热处理硬度硬度比凸模小2HRC,则凹模嵌件材料选取Cr12MoV，热处理硬度58～62HRC。拉深凹模嵌件的结构，如图5-6：图5-65.3带料的导正定位装置条料宽度为127mm，行程步距125mm，参考标准气动送料装置规格和性能，选用送料装置型号为AF-5C，其送料最大宽度150mm，最大送料长度150mm，材料最大厚度2mm，最大送料长度滑块每分钟行程次数100次，均已满足生产要求。带料的精定位采用导正销来实现，选用公称直径为8mm的导正销，安装在卸料板上，材料选取Cr12MoV，热处理硬度60～64HRC。结构如图5-4所示。图5-4导正销5.4导向装置本模具的导向装置分为两组：模具整体的模架导向装置和卸料板导向装置。为了保证上模座精准、平稳的运动模具需要设置外导向装置，本模架选用是钢球独立型导柱导套。钢球独立型导柱导套包括导柱、导套、钢球保持圈、导柱座，数量6个，规格如表5-2所示。为了保证卸料板的平稳的运动，需要在上模座与卸料板之间设置辅助导向机构(小导柱和小导套)。小导柱和小导套采用滑动式导柱导套。导柱选用8个，导柱通过台阶直接固定在凸模固定板上，导套选用16个分为两组，一组台阶固定卸料板上，另一组台阶固定在凹模板，选用规格如表5-3所示。5.5导料托料装置条料经拉深工序后，条料置于凹模内，为了保证条料的顺利送进，需要设置托料装置将条料托起，使其高于凹模板的上表面。本模具采用18个托料销托料，托料高度32mm，托料销材料选取T10A钢，热处理硬度60～64HRC。本模具导料装置选用托料销导料，由18个托料销对条料进行导料。托料销的安装都选用弹簧来提供托料力，选用紧定螺钉固定其相对位置，托料销选用基本尺寸d=10mm,材料为T10A钢，热处理硬度为52～56HRC。表5-2座式导向组件规格表5-3内导向零件规格零件名称规格A型小导柱20×220JB/T7645.1-2008，技术条件按JB/T7653的规定小导套20×100JB/T7645.3-2008，技术条件按JB/T7653的规定5.6卸料装置卸料装置主要由卸料板、卸料板垫板、卸料螺钉和卸料弹簧组成，其作用：压料、卸料、精确导向和保护凸模。工位1和工位3：工位1和工位3为冲导正孔以及切边，在一块凹模板上，其总的冲压力为FP1+F工位5、6、7、8、9：工位5、6、7、8、9在同一块凹模板上面，其中工位5为反拉深，拉深一个筒形零件，一次拉深成形；工位6、7、8为正向拉深,逐步拉深成形制件中间凸缘部分以及对制件进行整形；第9工位为落料，得到制件。为了保证卸料板的平稳同样需要四根卸料弹簧，保证落料工序的卸料。工位5为反拉深，压边圈设置在凹模板内，为了保证反向拉深的顺利进行，模具上行时压边圈上平面略高于拉深凸模上平面，行程为30mm，弹簧与限位螺钉各设置四根。工位6、7、8，压边圈设置在上模，为了保证拉深的顺利进行，压边圈靠近工件一侧形状设计成为与所拉深得到的工件相似的形状，每个压边圈同样选择四根弹簧和四根限位螺钉。为了保证拉深完成后，模具上行，拉深件从拉深凹模上分离，托料销能够把条料托起条料继续送料，需要在工位5、6、7、8凹模上各设置一根顶件销，设置的弹簧规格为：D1=16mm。考虑到为了保证冲压各个工序是顺利进行，卸料板以及压边圈的行程均需大于自己各个部分凸模行程4mm，5.6模具的总装设计模具总装图如图5-5、图5-6，整副模具采用铸铁滚动导向多导柱模架，模具上模部分由上模座、凸模垫板、凸模固定板、冲裁凸模、拉深凸模、卸料板垫板、卸料板、小导柱、卸料弹簧、卸料螺钉和导正销组成；模具下模部分由下模座、凹模垫板、凹模板、凹模镶块、拉深凹模、托料销。产品的成形分为反拉深、拉深、落料工序。模具卸料采用弹性卸料方式，卸料板和通过卸料螺钉与上模座连为一体。模具工作时，条料通过自动送料机构从右往左送进一个步距，条料进入模具的托料销的导正槽内，导正销进入导正销孔，最后拉深凸、凹模进行拉深、冲裁凸、凹模进行冲裁，冲孔废料从凹模孔中经凹模垫板和下模座漏出，模具闭合过程中，压边圈利用弹簧的回复力进行压料，模具打开产品从凹模孔中掉出，卸料板凭借弹簧的压缩力卸料，推件销利用弹簧的回复力进行推件。图5-5总装图主视图图5-6总装图俯视图第6章冲压设备的确定6.1模具闭合高度的计算根据模具结构设计参数算出模具闭合高度h=上模座厚度+下模座厚度+上垫板厚度+凸模长度+下模板厚度+下垫板厚度。根据所选模板厚度以及设计凸模长度，模具闭合高度为：H=40+50+16+65+20+25=216mm所选压力机为L系列高速压机，型号：PDA20，其闭合高度为380mm，所以模架闭合高度符合要求。6.2校核压力机主要参数所选压力机为L系列高速压机，型号：PDA20，其闭合高度为380mm。查模具闭合高度和压力机闭合高度的关系式如式6-1所示 Hmax−5mm≥H≥Hmin式中Hmax——压力机最大装模高度；Hmin——压力机最小装模高度；h——模具闭合高度；冲模的闭合高度应介于压力机的最大装模高度其中压力机最大装模高度Hmin与最小