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圆桶拉深复合模设计说明

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29

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冲压模具设计与制造
课程设计说明书

设计题目：圆桶件落料拉深复合模的设计与制造

学 号：24011303
设 计 者：刘倩倩
指导教师：徐善状
完成时间:2013-7—3

目 录
一、设计任务
二、零件的工艺性分析
三、制定工艺方案
四、零件工艺计算
1、主要工艺参数的计算
2、落料拉深复合模工艺计算
3、确定排样图和裁板方案
4、计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机
5、拉深力的计算
6、第二次拉深模工艺计算
五、 冲压设备的选取
2、 落料拉深模设备的选取
3、 第二次拉深设备的选取
六、 模具零件结构的确定
1、 落料拉深复合模零部件设计
2、其他零件结构尺寸
七、模具零件制造工艺卡
1、圆桶深模拉深凸模的制造
2、拉深模落料凹模的制造
3、拉深模凸凹模的制造

一、设计任务
零件简图：如下图1所示拉深件，
材料：Q235钢，
厚度:0。8mm,
生产批量：大批量
制件高度：70mm,制件精度IT14级。该制件形状简单，尺寸小,属普通冲压件。试制定该工件的冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程。

图1
二、冲压件工艺分析
1、材料：该冲裁件的材料Q235钢是碳素工具钢，具有较好的可拉深性能。
2、零件结构:该制件为圆桶形拉深件,结构简单，底部圆角半径为R2。5，满足桶形拉深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.
3、单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。
4、 凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。
5、 尺寸精度:零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差.
三、工艺方案的确定
1、工艺方案分析
该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下四种工艺方案：
方案一:先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产。
方案二:落料+拉深复合，后拉深二.采用复合模+单工序模生产。
方案三：先落料，后二次复合拉深.采用单工序模+复合模生产.
方案四：落料+拉深+再次拉深。采用复合模生产。
方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求,操作方便,成本较低。方案三也只需要二副模具，制造难度大，成本也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，但模具成本造价高。通过对上述四种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案二为佳.
四、零件工艺计算
1、主要工艺参数的计算
(1）确定修边余量
该件h=24mm，h/d=24/20=1。17,查表4。3。1
可得切变量Δh=2.5，
则可得拉深高度H
H=h+=24+2.5=26。5mm
（2）计算毛坯直径D
由于板厚小于1mm，故可直接用工件图所示尺寸计算，不必用中线尺寸计算。
D=
=
≈50。04mm
（3）、零件的相对厚度t/D100=1。5，经查压边圈为可用可不用的范围，为了保证零件质量，减少拉深次数,决定采用压边圈.
(4）确定拉深次数
按毛坯相对厚度t/D=0。8/50。04×100%≈1.5％查表4.4。4可得n=2，初步确定需要两次拉成，同时需增加一次整形工序。
由于该工件需要两次拉深，查表可得，首次拉深系数m和二次拉深系数m:
m=0.53 m=0。76
初步计算各次拉深直径为：
d= mD=0。5350.0426.52mm
d=md=0.7626.5220.16mm
（5）各次拉深工序件尺寸确定
调整后的各次拉深系数为： m=0。54 m=0。77
各次工序直径为
d= mD=0.5450。0427。02mm
d=md=0。7626。5220.08mm

（6）选取凸凹模的圆角半径
考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值，故首次拉深凹模圆角半径r应取大些,根据查表知计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径,分别为：
凹模： =6 mm =4mm
凸模： =4 mm =2.5 mm
（7）计算各次工序件的高度
根据计算式计算各次拉深高度如下：
H=1/4(D）
=18。9mm
第二次拉深后工件高度应等于零件要求尺寸，即=26.5mm
（8)画出工序件简图
工序简图如下图2所示：

图2
2、落料拉深复合模工艺计算
（1)落料凸、凹刃口尺寸的计算
根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。落料尺寸为φmm，
查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙Zmin=0。072mm,Zmax=0。104mm，凹模的制造公差δT=0.03mm，凹模的制造公差δA=0.02mm。将以上各值代入δT+δA≤Zmax—Zmin校核是否成立。经校核，不等式成立，所以可按下式计算工作零件刃口尺寸：
拉深模的单边间隙为：Z==0。036 mm

=

=
式中x为补偿刃口磨损量系数.查表可知：x=0。5
取落料的尺寸公差IT14,则公差为=0.1mm
（2） 首次拉深凸、凹刃口尺寸的计算
拉深凸模与凹模的单边间隙可按附表中式
/2=1t
/2=（1~1.05)t
计算得=1。76mm,
=1.6mm
由于拉深工件的公差可采用IT10级精度，查书附录得=0.03 ，=0。05按公式可求拉深凸、凹模尺寸及公差如下：
第一次拉深后零件直径为27.02mm，
第一次拉深凸模：=mm
第一次拉深凹模：=mm
3、确定排样图和裁板方案
(1)、制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便,宜采用单排。 于t=0。8mm,查附表轧制薄钢板拟选用规格为:
0。8×8501500 的板料。
（2）、排样设计

图3
查表确定搭边值,
两工件间的横搭边a=1。2mm；两工件间的纵搭边a=1.0mm；
步距S=d+a=50。04+1=51。04mm； 条料宽度B=（D+2a)=52。44mm
故一个步距内的材料利用率为：
=A/BS100
=/BS100
=74
由于直板材料选取0。8×8501500 故每块板料可裁剪16×29=464个工件
故每块板料（0。8×8501500）的利用率为：
=nA/LB100
=171(d/2)100
=77
4、计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机
(1）、落料力的计算
F=KLtτb
式中L—冲裁轮廓的总长度；
t-板料厚度；
τb——板料的抗剪强度
K--系数，一般取1.3
查金属力学性能表可知：=350MPa 。故：
F=1。350。040。8350=57193.72N
（2）、压边力的计算
采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压扁力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加,甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D100
由于t/D100=0。8/50。04100
=1。5
首次拉深系数=0.54
故表知，两次拉深均需要采用压边装置。
压边力:
=π
=/4
=2844。84N
5、拉深力的计算
首次拉深时拉深力=
式中:为首次拉深时工件的直径即=27。02mm；
为材料抗拉强度（MPa)；
为修正系数.
查附表可知：=0。6；=400Mpa
拉深力：=
=3.14×27.02×0。8×400×0。6
=16289。82N
因为拉深力与压边力的和小于落料力，
即+ =2287.75+16289。82=18577.57﹤F
所以,应按照落料力的大小选用设备。查压力机表提供的压力机公称压力中可初选取压力机的型号为：J23-6.3.
6、 第二次拉深模工艺计算
（1） 拉深凸、凹刃口尺寸的计算
第二次拉深后零件直径为mm计算如下:
第二次拉深凸模：=mm
第二次拉深凹模：=mm
拉深力计算：=
=10088。19N
其中：=0。5
六、 冲压设备的选取
1、 落料拉深模设备的选取
根据以上计算，同时考虑拉深件的高度选取J23-10,主要参数如下：
公称压力/KN:100
滑块行程/mm：45
最大闭合高度/mm：180
滑块中心线到床身距离/mm：130
工作台尺寸/mm：240×370
工作台孔尺寸/mm：200×170
模柄孔尺寸/mm：φ30×55
垫板厚度/mm：35
4、 第二次拉深设备的选取
根据落料力可选取压力机的型号为：J23—16
公称压力：160KN
滑块行程：55mm
滑块行程次数：120次/min
最大封闭高度：220mm
封闭高度调节量：45mm
滑块中心线到床身距离：160mm
工作台尺寸：300mm×450mm
工作台尺寸：160mm×420mm
模柄孔尺寸：φ40×60mm
垫板孔尺寸：40mm

七、 模具零件结构的确定
2、 落料拉深复合模零部件设计
（1） 标准模架的选取
标准模架的选取依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。

1） 凹模厚度的计算
H=kb(/15 mm）
查表得k=0。4
H=0。4×50.04=20。016mm
取H=30 mm
2） 凹模壁厚的计算
C=(1.5～2）H
=（1。5～2）×30
=（45～60）mm
综合考虑取C=50mm
式中b—凹模刃口之间的最大尺寸， mm
k—系数，考虑板料厚度的影响
所以落料凹模的轮廓尺寸为：
厚度H=30 mm
直径为D=180mm
凹模采用螺钉和销钉直接固定在凹模固定板上,凹模的刃口为直筒式,这种刃口的强度高，修磨后刃口尺寸不变，用于冲裁零件较大的模具，且模具装有顶出装置不适于下漏料模具。
3)、螺孔中心到凹模板外缘的尺寸：L=2d，选螺栓为M10的内六角螺栓，L=2X10=20mm，从总体角度出发,取:L=30mm，
4）、销孔中心到凹模板外缘的尺寸,查表2-19(见冲压工艺与模具设计一书）取L=30mm。
5）、螺孔与凹模型孔及销孔之间的尺寸：,取20mm。
6）、刃壁高度
垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可以按下列规则计算［10]：
冲件料厚t≤3 mm，h0=5mm；
冲件料厚t>3 mm，h0=t;
所以，这里取h0=5 mm。
故确定凹模板外形尺寸为：180180×30（mm）。凸模板尺寸按配作法计算。
2、其他零件结构尺寸
序号
名称
长宽厚（mm）
材料
数量
1
卸料版
φ18015
45钢
1
2
凸凹模固定板
φ18035
45钢
1
3
压边圈
φ18010
45钢
1
（1)第一次拉深
①拉深凸模
第一次拉深模,由于其毛坯尺寸与公差没有必要予以严格的限制,这时凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可,以凸模为基准。取公差等级为IT10=0。12mm。
d凸=d -0δ凸=mm
d凹==mm
拉深凸模采用直通式，也是采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6的配合,拉深凸模结构如下图4所示。

图4
②凸凹模
结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成台阶式圆凸凹模，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，凸凹模长度L=85mm，具体结构可如下图5所示。

图5
③落料凹模
凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强度与刚度,凹模板的厚度还应考虑修磨量，根据冲裁件的厚度和冲裁件的最大外形尺寸在标准中选取凹模板的各尺寸为：φ180mm，因考虑到整套模具的整体布置要求，选其厚度为40mm,结构如下图6所示.

图6
(2）第二次拉深模
①凸模
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。
凸模尺寸 D=mm
凸模长度 L=H1+H2+Y
式中 H1——凸模固定板厚度
H2——压边圈高度
Y-—附加长度，包括凸模刃口修磨量，凸模进入凹模的深度30mm，
因此凸模长度L=40+30+30=100mm。
②凹模
凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。取凹模轮廓尺寸为φ120mm×40mm，
凹模尺寸: D=mm
拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差:
查表得凸凹的制造公差为：δ凸=0.03mm
δ凹=0.05mm
当工件要求内形尺寸:
凸模尺寸:=mm
凹模尺寸： =mm
③卸料部件设计
卸料装置用弹压卸料板的卸料装置，如下图7所示，；料板周界尺寸与凹模周界尺寸一样，其厚度为10mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为43～48HRC。

图7
④压边圈设计
1）首次拉深:
为了防止拉深过程中起皱,两次拉深均需要采用压边装置.压边圈采用45钢制造，热处理硬度为42～45HRC。其结构如下图8所示。

图8
2）二次拉深:
压边圈结构与尺寸由标准中选取，压边圈圆角半径rY应比上次拉深凸模的相应圆角半径大0.5～1mm,以便将工序件套在压边圈上.材料采用45钢，热处理硬度为调质42-45HRC。
⑤落料拉深复合模架与二次拉深模架
采用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式，带有导柱的冲裁模适合于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，且导柱模结构比较完善，对后侧导柱的导向方式可从左右和前后两个方向进行送料。故相应选后侧导柱模架。因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架模
架的结构与尺寸都直接由标准中选取,相关参数如下:
凹模周界L：280
凹模周界B：250
闭合高度（参考）|最小：180
闭合高度（参考）|最大：320
a上模座 数量1 规格：280×250×30
b下模座 数量1 规格:280×250×40
c导柱 数量1 规格:32×180
d导套 数量1 规格：32×140×43
导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。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10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56—62HRC。上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28—32HRC。
二次拉深模采用中间导柱模架的导向方式，模架的结构与尺寸都直接由标准中选取，因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架相关参数如下:
凹模周界L：200
凹模周界B：160
闭合高度(参考）｜最小：220
a上模座 数量1 规格：220×160×40
b下模座 数量1 规格：220×160×45
c导柱 数量1 规格：28×190
d导套 数量1 规格：28×125×43
导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。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10—15mm,而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5.导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳)56-62HRC.上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC
导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定.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10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为(渗碳)56—62HRC。上下模座材料采用45钢,热处理硬度为调质28-32HRC.

七、模具零件制造工艺卡
1、 圆桶深模拉深凸模的制造

拉深凸模的加工工艺过程
材料：Cr12，硬度:58~62HRC
序号
工序名
工序内容
1
备料
毛坯锻成φ30mm×60mm的圆棒料
2
热处理
退火
3
铣平面
铣上、下平面,保证尺寸51.8mm
4
车削
车外圆，φ30mm外圆柱留磨削余量0.4mm，其余达图样尺寸
5
钳工
倒圆角至要求，去毛刺
6
划线
划上端和下端通气孔线
7
钻孔
钻通气孔
8
检验

9
热处理
淬火，硬度至58~62HRC
10
磨削
磨削各表面达设计要求
11
检验

2、 拉深模落料凹模的制造

拉深凹模的加工工艺过程
材料:Cr12，硬度：58～62HRC
序号
工序名
工序内容
1
备料
毛坯锻成φ200mm×45mm的圆棒料
2
热处理
退火
3
铣平面
铣上、下平面，保证高度尺寸42mm
4
钻中心孔
钻中心孔
5
车削
车削外表面并留0。4mm的磨削余量
6
镗孔
镗内孔，φ50。04mm的孔留0。4mm的磨削余量
7
钳工
倒圆角至要求，去毛刺
8
检验

9
热处理
淬火、回火，硬度至58～62HRC
10
磨削
磨削φ50。04mm内表面和φ180mm外表面达设计要求,
11
检验

3、 拉深模凸凹模的制造

凸模固定板的加工工艺过程
材料：45钢，硬度：调质24～28HRC
序号
工序名
工序内容
1
备料
毛坯锻成φ65mm×100mm的平行六面体
2
热处理
退火
3
车削
车削外圆至φ62.4mm,φ54。3mm，φ52.4mm，留0。4mm磨削余量.
4
划线
划孔中心线
5
镗孔
镗孔,φ50.4mm留0。4mm的磨削余量
6
钳工
表面去毛刺
7
检验

8
热处理
调质24～28HRC
9
磨削
磨削50mm内表面达设计要求,磨削外圆达到要求。
10
检验