5JX13.C-2型车轮轮辐冲压工艺与模具设计.doc

济南大学毕业设计
1 前言
1.1 选题背景与意义
模具是零件成形过程的重要工艺装备，是汽车摩托车、电机和电器、 IT产品、
办公自动化设备、轻工制品、医疗器械等制造业的重要基础装备。由于用模具成形的产品精度高、一致性好、外形美观，因此，越来越多地用于飞机、船舶和高速列车等设备的结构和内饰件制造中。加之生产过程可实现高效、大批量并节材、节能，所以模具也常被人们誉为现代工业生产之母【2】。
正是由于模具在制造业中的重要作用，模具制造业一直受到世界各工业发达国家的关注和重视，事实上，模具的设计和制造本身已经成为制造业的一个重要领域。由于模具自身的特点，现代模具企业大多体现出技术密集、资金密集和高素质劳动力密集以及高社会效益的特点，模具制造业已成为高新技术制造产业的一部分。因而，模具技术水平，已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志，也是保持这些国家的产品在国际市场上优势的核心竞争力【3】。
近10 年来，模具工业一直以每年15%的增长速度快速发展，中国的模具工业步入了高速发展时期。中国汽车市场的模具需求量已达到200 多亿元，但国内汽车冲压模具行业年生产能力只有80 亿~90 亿元，中国汽车工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大动力[4]。
中国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小而在新技术研发创新方面，包括成形方法的创新，成形品质改善的创新，新材料成形技术的创新等，我国还没有掌握主动权，基本上是在跟踪发达国家技术发展的进程。总体上，我国与发达国家还有10～15年的差距，仍要发奋图强，加油追赶，以实现模具强国之梦想[5-7]。
1.2 桥车车轮生产现状与发展前景
冲压技术的真正发展，始于汽车的产业化生产。20世纪初，美国福特汽车的产业化生产大大推动了冲术的研究和发展。随着汽车工艺的发展，对车辆安全、环保、节能等方面提出了更高的要求，使得在汽车车轮制造中，热轧高强度钢板的应用变得越来越广泛。高强钢轮辐的冲压工艺也成为了重要的研究对象。钢制车轮对于制造工艺的要求非幸严格。合格的乘用车钢轮要经过四大流程，数十道工序。其中，四大流程包括轮辋滚压成形、轮辐冲压成形、绅装焊接以及涂装。而每道工廏对于最终产品都非常重要。目前，能够生产出合格乘用车钢轮产品的企业屈指可，在国外已形成寡头垄断的格局[8-9]。
近年来，我国汽车市场所蕴藏的巨大发展潜力和相对低成本的优势, 引起了越来越多的汽车零部件跨国制造商投资纄其趣。面对竞争的国际化和替代产品不断侵蚀其市场份额的压力, 我国钢制车轮行业的一系列重大变革的序幕已经拉开, 这些变革将涉及资本、技术、产品和市场等众多的领域[11]。
1.3 选题目的及意义
近年来，随着冲压成形行业最大用户市场—汽车行业今后继续迅猛发展, 中国冲压行业已迎来了一个快速发展机遇期[12]。如今，冲压生产企业的发展与汽车工业越来越紧密地联系在一起。冲压机床的生产制造者将新产品研发、设计理念调整到适应汽车工业发展需要的方向上来，并把这一趋势也融入到了他们的生产战略中。我国汽车市场所蕴藏的巨大发展潜力和相对低成本的优势, 引起了越来越多的汽车零部件跨国制造商投资的兴趣。5JX13.C-2型车轮轮辐冲压工艺与模具设计技术及模具设计目的及意义是根据产品样品进行测绘，分析车轮轮辐冲压成型的工艺性，设计最优的车轮成型方案。使之能够达到用材少、效率高、生产成本低、产品质量高等性能。

2 工艺方案的确定
首先，查阅各方面关于车轮轮辐的冲压工艺及模具设计的有关文献，包括书籍、期刊、论文、设计手册和设备技术参数。通过了解这些知识，对国内外冲压技术的发展、生产制造技术条件、研究水平和未来发展趋势有一个具体详细的了解。
冲压件的生产过程包括原材料准备、冲压和其他辅助工序（如表面处理、酸洗、退火等等）。对某些精度要求高的冲压件，还需要切削、焊接等其他加工工序。工艺方案的确定，是根据自身所具备的生产条件，以上这些生产工序作出合理的安排，找出一种技术上可行，经济上合理的工艺方案[1]。
编制冲压工艺过程需要考虑的问题是多方面的，其主要问题有：
对冲压件进行工艺分析。工艺分析包括技术和经济两方面的内容。在技术方面，根据产品图纸主要分析该冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。
通过分析比较，确定最佳工艺方案。确定冲压工艺方案时需要考虑的问题主要有，冲压性质、冲压次数和冲压顺序、工序的组合方式和其他一些工序以及经济核算。
确定模具结构形式。根据所选的冲压方案选用的模具种类，确定模具的具体具体结构类型，绘出模具工作部分动作原理图。
合理选择冲压设备。根据冲压工序、冲压力、变形功、模具结构型式、模具闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量等因素，结合拥有的冲压设备，合理选择冲压设备类别和吨位。
2.1 对冲压件的工艺分析
该零件为轿车组合式钢板成形车轮上的主要组成部分，原材料较厚，其主要作用是对轮圈（主要包括轮辋和轮胎）的支撑作用和行驶过程中的回转作用，对它的动平衡要求较高。是典型的板料冲压件。
通过尺寸计算，该零件须经多次拉深才可成形，为两次以上拉深成形件。成产毛坯时，可在落料的同时冲一中心孔孔，利用外形和工艺孔定位进行成形加工和冲水孔，大致有以下三种方案：
(1).先拉深成形，再冲出水孔；
(2).先冲出水孔，再拉深成形。
(3).冲出水孔，先一次拉深成形，再二次拉深成形。
这三种方案中，第一种方案效率较低，冲孔时的压力中心不好确定，如果想提高产品的精度，就会提高模具的制造成本。
第二种方案，由于水孔的精度要求较高，所以这种方案易使水孔变形，但是提高了生产效率。
第三种方案，虽然降低了水孔精度，但是提高率效率，适合大批量，集中化生产，且产品精度也较高，这正是现代产品所需要的品质要求，在计算与设计中，该种方案所生产出来的零件的销售前景，经市场调查，呈上升趋势，且在竞争日益激烈的市场经济条件下，它的性价比的优势将会更加突出。
综上所述，此次设计决定采用第三种方案。
技术要求：详见零件图纸。

图1 轮辐零件及技术要求
该零件外形尺寸无公差要求，中心线的表面要求精整，平面度为0.15,属于教高精度精整，同时对八个装配孔的安装平面有一个装配平面差0.5±0.1，对八个装配孔也要求精整。
本次生产成品的生产模式：大批量生产；拉深模具采用单动压力机，其他设备的种类、型号等不受限制。
综上所述，工件尺寸较大，材料厚度较厚，尺寸精度要求较高，材料强度较强，加工较复杂，要对零件的加工工序进行比较分析选出最优方案。
2.2确定工艺方案
2.2.1 冲压工序性质和总序次序的选择
冲压该零件，需要的基本零件和次序有：
（1）冲孔落料；
（2）冲φ24孔12个；
（3）冲φ58.2孔；
（4）冲φ12孔4个；
（5）冲φ10孔4个；
（6）首次拉深变形；
（7）二次拉深变形。
（8）精整。
2.2.2 工序组合及其方案比较
根据以上这些工序，可以作出下列各种组合。
方案（1）：落料冲孔——冲Ф58.2 的孔——冲4-Ф10 孔和冲4-Ф12.5 孔——冲12-Ф24 孔——首次拉深——二次拉深——精整；
方案（2）：落料冲孔——冲Ф58.2 的孔,冲4-Ф10 孔和, 冲4-Ф12.5 孔——冲12-Ф24 孔——首次拉深——二次拉深——精整；
方案(3)：落料冲孔——首次拉深——二次拉深——冲4-Ф10 孔, 冲4-Ф12.5 孔, 冲Ф58.2 的孔, 冲12-Ф24 孔——精整；
方案(4)：落料冲孔——冲12-Ф24 孔——首次拉深——二次拉深——冲Ф58.2 的孔——冲4-Ф10 孔和，冲4-Ф12.5 孔——精整。
对以上四种方案进行比较：
方案(1).从模具结构、生产效率上和寿命方面考虑，将落料和零件上的孔组合在三套模具上冲压，有利于提高模具寿命和降低冲裁力，同时模具结构比较简单，较易进行操作。但是，该方案的两次拉深工序均安排在冲孔以后进行，拉深回弹后孔距不易保证，影响零件精度。
方案（2）.零件上的孔采用复合模组合冲压，优点是节省了工序和设备，提高率生产效率，但是增加了模具结构的复杂性和操作的难度，较易造成模具的磨损和破坏，因此不宜采用此方案。
方案（3）.零件上的孔全部在拉深变形后加工，提高了零件质量，但是冲孔难度增加，模具空间不易布置。
方案（4）.该方案将精度要求不高的12-Ф24 孔放在拉深变形之前加工，而其他孔在拉深变形后加工，提高了工作效率和加工质量，且冲孔分步进行，有利于提高模具寿命和降低冲裁力，缺点是增加了一次冲孔工序，增加了工序时间。
通过以上分析，可以看出，方案（4）是比较合理的方案。
最终确定的方案如下：
（a） 落料，冲Ф30工艺孔；
（b）冲φ24孔12个；
（c）首次拉深变形；
（d）二次拉深变形；
（e）冲Ф58.2 的孔；
（f）冲4-Ф10 孔和，冲4-Ф12.5 孔；
（g）精整。
加工工序图如下：

图2-1 材料准备 图2-2 剪板

图2-3 落料冲孔 图2-4 冲12-Ф24 孔
图2-5 第一次拉深变形 图2-6 第二次拉深变形

图2-7 冲4-Ф10 孔和，冲4-Ф12.5 孔 图2-8 冲Ф58.2 的孔

图2-9 精整
图2 冲压工序图
确定了工艺方案后，就可以进行该方案的模具结构型式的确定，各工序的冲压力计算和冲压设备的选用。

3 落料冲孔复合模的设计
模具是冲压生产的主要工艺设备。冲模的结构型式有很多，可以根据以下特性分类：
（1）按冲压工序性质分，有落料模、冲孔模、切边模、成型模、拉深模和弯曲模等。
（2）按冲压工序的组合方式分，有单工序的简单模和多工序的连续模、复合模和连续复合模。
（3）按采用到凸凹模材料可分为硬质合金冲模、钢制硬质合金冲模、橡皮冲模、钢皮冲模等。
（4）按模具的结构型式，根据上、下模的导向方式，有无导向模和导柱模、导板模等；
复合模是在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道以上冲压工序的模具，是一种多工序冲压模。与但供需模具相比，主要优点是生产效率和冲压件精度高，其缺点是结构复杂，不易制造。
落料和冲孔复合模是一种常见的复合模，
3.1原材料准备
3.1.1 计算毛坯尺寸
由于零件是不规则的回转体，可以用久里金法则来求解毛坯的直径。根据久里金法则，任意由直线和圆弧为母线形成的旋转拉延件的毛料直径D可由下式决定：
（3.1）

式中——旋转拉延件中性层各线段(直线和圆弧)长度
——旋转拉延件中性层各线段(直线和圆弧)重心到旋转轴的距离
num——旋转拉延件中性层线段数旋转体

图3 近似为六段简单外形的工件
表1 形心法计算

由上面的公式得D=382.74mm，圆整后取D=385mm，根据面积相等原则并考虑修边余量，毛坯的直径选为为385mm。
3.1.2 选材
目前轿车轮辐的材料一般情况下选用08 钢、08F、08AL、10 钢、20 钢、Q235、Q345 等。Q345综合力学性能良好，低温性能尚可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以下寒冷地区的各种结构。本次设计以Q345为例进行计算。
3.1.3 排样
根据计算毛坯尺寸和形状较大，为方便手工送料选用单排送料。毛坯尺寸的大小直接关系到材料规格的选用，钢板的规格有一定规律变化的，长度方向上基本保持不变，在宽度方向上有：
500 ㎜，600 ㎜，710 ㎜，750 ㎜，800 ㎜，850 ㎜，
通过计算比较,可知选用宽度800 ㎜时,材料利用率最高。因此，选用规格如下：

材料的利用率为：

3.2 模具结构形式的确定
在工艺方案分析和比较中已选用了模具种类，选用模具时一般有落料冲孔模，胀形模，一次拉深模，二次反拉深模，整冲出水孔模，精整模。在选择合理的模具结构形式,使它尽可能满足以下要求：
(1). 能冲出符合要求的模具；
(2). 模具制造和修磨方便；；
(3). 能提高生产率；
(4). 模具有足够的寿命；
(5). 模具易于安装调整，且操作方便、安全。
用于冲裁板料厚度在4mm 以上的冲模。厚板料冲裁模由于所冲板料较厚，故精度不高。设计和制造厚板料冲裁模时，由于厚板料冲裁时所需要教大的冲裁力，故对其凸凹模，上下模座，固定板和垫板等零件的尺寸，不能按一般冲裁模标准来选取，应通过核算后确定。设计与制造时，应注意以下几个方面：
(1). 厚板料冲裁模间隙都比较大，合理的选用间隙是保证零件制品断面质量、降低冲裁力、提高模具寿命的一项重要措施；
(2). 对于3-6mm 厚的板料，可采用阶梯冲模冲裁。，以防止在冲压时因模具偏斜而造成模具损坏；
(3). 在设计凹模时，应充分考虑到已具有足够的强度；
(4).应使凸模的长度不要设计的太长。
（5）. 在厚板冲裁中，为了增加冲裁强度，其凸、凹模与底板之间都应设有强度较高的垫板。
3.3 冲裁模具的具体设计
3.3.1 冲模的压力中心
冲裁时的合力作用点或多工序模具各工序的合力作用点成为模具压力中心。设计时，其应与压力机滑块中心一致，否则，冲裁时会发生偏差，导致模具和压力机急剧磨损，降低两者的寿命。。本次加工的毛坯是标准的圆形件，压力中心即为零件的几何中心。
3.3.2 凸凹模间隙
冲裁间隙是指凸凹模刃口间的缝隙距离，其对冲裁件的质量、模具寿命、冲裁力等有很大影响，是冲裁工艺中和模具设计中的一个重要问题。所取间隙值应在满足加工条件的前提下，尽量延长模具寿命。由《冲压工艺学》得：
硬材料： t=3-5mm Z=（15%-25%）t
可得Zmin=0.68 ㎜，Zmax=1 ㎜.
3.3.3 凸、凹模工作部分尺寸和公差
对于复合模来说,工作部分有凸模，凹模，凸凹模三个零件。在确定冲模的凸模和凹模工作部分尺寸及其公差时，须遵循以下原则：
（1）落料件的尺寸有凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模决定，因此，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上；设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上。
（2）考虑到冲猜中零件的磨损，设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件孔的尺寸公差范围内的较大尺寸；而设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。这样，即使凸、凹模磨损到一定程度的情况，仍能冲出合格零件。凸、凹模间隙则应取最小合理间隙值。
（3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。过高会增加模具制造难度，增加成本，延长生产周期；过低则可能使生产出的零件不合格。，一般冲模精度较工件精度高2-3 级。
a.尺寸计算：
1) 冲孔：
按工件成形后精度为IT10 级来计算尺寸 ，设工件孔的尺寸为=mm。 根据以上原则有：
凸模尺寸：
凹模尺寸：
若零件没有标准公差，一般情况下可按IT6-7 精度制造模具。
由以上分析可得冲裁模初始双面间隙Z（Z=2c）有：
Zmin=0.680；
Zmax=1.000；
为了保证间隙，必须满足下列条件：;
由《冲压工艺学》表2-6查出凸、凹模制造公差：
；
；
由《冲压工艺学》表2-7 查得磨损系数x=0.75。
2) 落料
按工件成形后精度为IT10 级来计算尺寸 ，设工件孔的尺寸为mm。
根据以上原则有：
凸模尺寸：；
凹模尺寸：；
若零件没有标准公差，一般情况下可按IT6-7 精度制造模具。
由以上分析可得冲裁模初始双面间隙Z（Z=2c）有：
Zmin=0.680；
Zmax=1.000；
为了保证间隙，必须满足下列条件：;
由《冲压工艺学》表2-6查出凸、凹模制造公差：
；
；
由《冲压工艺学》表2-7 查得磨损系数x=0.75；则凸、凹模尺寸计算结果如下表：

表2 凸、凹模工作部分尺寸和公差计算
种类
工件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
冲孔
=mm

落料
mm

3.3.4 冲裁力的计算
计算冲裁力是为了合理选用压床和设计模具。冲裁时，工件或废料从凸模上取出的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力。
（1）平刃口模具冲裁时，落料力按下式计算：
（3.2）

（3.3）

式中：L—冲裁周长，单位mm；
t —材料厚度，单位mm；
τ—材料抗剪强度，单位MPa。
（2） 卸料力： （3.4）

式中——卸料力系数，由《冲压工艺学》表2-10查得。
（3） 推件力： （3.5）

式中 n——同时梗塞在凹模内的零件数，取n=1；
——推件力系数，由《冲压工艺学》表2-10查得。
（4）本套模具采用了弹性卸料装置和下出料方式进行冲裁，因此总冲裁力为：
（3.6）

3.3.5 压力机的选用及模具的闭合高度
在生产精度要求较高和大中型的冲压件时,多采用曲柄式压力机。这类压力机两侧封闭，精度较好，刚度较好，拟选定闭式单点单动压力机。确定压力机的类型后，应根据冲裁力的大小，冲压件的尺寸和模具的尺寸大小来确定冲压设备的规格。
（1）通过以上计算知总冲裁力为2573KN，因此可选用压力机JC31-315，其滑块行程长度为400mm。
（2）闭合高度
压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，滑块下平面到工作台的距离。模具的闭合高度是模具最后位置时，上下模板间距。要令模具可以正常工作，二者闭合高度应相适应，一般要满足一下关系:

即
一般模具设计要接近机床的最大装模高度，最好满足
故初步拟定模具闭合高度为380mm
3.3.6 凹模设计
(1). 凹模外形尺寸的确定
根据经验公式：
凹模高度： h=kb （3.7）

式中b—最大孔口尺寸，为385 ㎜。
k—系数，查《冲压工艺学》可得k=0.22；
H=kb=0.22×385=84.7 ㎜，圆整得h=85 ㎜。
(2). 凹漠的刃口与边缘间的距离和刃口与刃口间的距离
由《冲压手册》表2-41查得，最小距离应大于55mm。
(3). 凸、凹模的最小壁厚
已知落料厚度为4mm，可得最小直径32mm，最小壁厚8.5mm。
(4). 凸凹模上销孔、螺钉孔的最小距离
本模具的上模板采用螺钉固定，由表2-44可查出凹模上螺钉孔，圆柱销孔的最小距离：
螺钉孔及刃口边缘之间的最小距离为16mm，孔间距最小为5mm。
（5）. 凹模强度校核
凹模强度的校和主要校核其高度h。
有以下公式进行校核：
（3.8）

式中：——许用弯曲应力，单位MPa；
F—冲裁力，单位N；
——凹模的最小厚度，单位mm。
综上所述，凹模高度符合要求，强度也符合要求。
3.3.7 凸模设计
(1). 凸模长度L
凸模长度要根据结构需要确定。初步确定凸模长度L=100mm。
(2)凸模强度校核
凸模工作时，冲裁力较大，因此应对凸模进行抗压强度校核：
对于圆形凸模:
取d=40mm。
(3)由于加工的材料较厚，因此采用如图4 所示模具，凸模与固定板采用H7/js6 配合，上面留有台阶。
3.3.8 凸凹模设计
在落料冲孔复合模中，凸凹模是将两个功能进行组合的模具。一方面，在冲孔时，起到凹模的作用；另一方面，在落料时又起到凸模的作用。
(1) 凸凹模的凹模设计
以上已经求出其尺寸的大小：

(2) . 凸凹模的凸模设计
以上已经求出其尺寸的大小：

(3). 凸凹模厚度的设计
又《冲压手册》可差得凹模厚度≥28mm。
3.3.9 推件装置设计和卸料装置设计
(1).压料装置，顶料装置
由于本模具设计的特点，在设计上推件板时，也同时起到了压料、顶料及卸料作用。
(2). 弹性推件装置的选用
弹性推件装置中的弹性元件常用的有弹簧和聚氨酯橡胶。后者允许承受较大负载，占据的空间较小，在安装调整时较方便，且压力均匀，成本较低，是中小型冷冲模卸料、顶件、压边的常用元件。此套模具选后者进行设计。
(3)复合模冲裁时，条料会卡在凸凹模外缘，因此需在下模上设计卸料装置。
卸料板
a. 卸料板结构形式
由加工零件尺寸的大小和厚度特点，选用无导向弹压卸料板，弹压组采用弹簧。
b. 卸料板尺寸的确定
由凸模的外径尺寸，确定卸料板的内孔尺寸
d=384.1475+0.8=384.9275 ㎜，园整后取385 ㎜，厚度去20mm
3.3.10导向装置设计
本套模具工作精度要求较高，材料不是太厚，且模具间隙较小，因此采用四柱式
高精度模架。
3.3.11 定位装置设计
模具中定位零件的作用是为了使毛坯在模具上可以正确定位。
（1）挡料销
挡料销主要用于带料和条料的定位，可分为固定式和活动式，一般情况下，装在凹模上。本次设计中卸料板固定在卸料板上。
(2). 定位板或定位销
a. 定位形式
定位板或定位销一般用于单个毛坯的定位，这种定位可以采用内孔定位，也可以采用轮廓定位，本次冲压件属于大型冲压件,，故采用定位销。
b. 定位装置设计
根据“六点定位原理”，定位装置在制造时可和模具零件配作，如图4。
图4 落料冲孔复合模

综上所述，这套落料冲孔复合模的结构特点有以下几个方面：
(1). 采用倒装式复合模，冲孔凸模和凹模装在上模座上，凸凹模装在下模座上。该特点可使冲孔废料向下出料，利于安全操作和保护模架刃口。
(2). 上模采用弹性压件装置，对工件起压平作用的同时还可以起到卸料作用。
(3). 下模采用弹性卸料装置。并采用卸料螺钉，以保证卸料板的运送精度，卸料板也可起承料板的作用。
(4). 采用四导柱模架导向。
(5). 装配上采用环氧树脂浇合粘接上模座和导套。
3.4 模具材料的选用
合理选用模具材料尤其是凸、凹模的材料是模具设计中一项重要的工作。选用材料时，应考虑受力情况，工作性能和环境，冲压件精度等因素。
选用模具材料时应满足以下原则：
（1）要考虑冲压零件的生产批量；
（2）要考虑冲压材料的性质，冲模零件的工作条件；
（3）要考虑模具材料的生产和供应情况；
（4）在满足以上条件下，要尽量降低成本。
根据以上原则选用模具材料如下：
a. 凸模，凹模，凸凹模的材料采用Cr12MoV；
b. 卸料板，顶件板的材料均采用Q235；
c. 固定板，凸模固定板，挡料销，定位销的材料均采用45钢；
d. 导柱， 导套的材料均采用20 钢；
e. 上、下模座的材料采用HT250。
为消除机械加工应力和降低硬度，以利于修磨，部分模具材料要进行热处理。
3.5 小结
结合该落料冲孔复合模的设计，该复合模的结构特点如下：
(1). 模具采用导柱和导套的导向结构，从而提高冲模的冲裁精度。
(2). 模具的冲孔凸模和落料凹漠固定在上 模座上，凸凹模固定在下模座上，在压力机的一次行程中，可以同时完成冲孔与落料。
(3). 凸凹模的内孔作为冲孔的凹模， 而外缘作为落料的凸模，一个部件起两种作用。
(4). 卸料装置安装在上模，弹性压边圈的作用可上下平稳移动，下模也同时安装卸料板，使冲裁后废料容易卸下。
(5).该模具缺点是模具结构复杂，且对零件精度要求也比较高，因此成本高，制造周期长，较为笨重。
(6). 适合于大批量生产。

4拉深成形模具设计
4.1 第一次拉深模具设计
由以上的分析可知，对这种零件需要进行两次拉深成形工艺，一次拉深成无法兰的筒形结构，第二次拉深进行反拉深。
这里着重就第一次拉深模具进行设计，其中导柱、导套，上、下模座等零件采用上套模具中的零件，这样可以节省成本和时间。在生产工序中实现部分零件的互换，是机械行业的发展趋势。
4.1.1 拉深模的特点
（1）拉深模结构的选择。应根据零件几何形状的不同，确定拉深模的结构形式。由于本次加工零件需要进行两次拉深，因此采用带料拉深模结构。
（2）选用合理的压边装置。在采用橡胶及弹簧作压边装置时，应设计有压边限位机构。
（3）选用合理的顶件装置。
（4）导向装置的选择。此次设计选用上次落料冲孔模的导柱导套，其导向精度符合要求。
（5）压力机的选用。为使零件顺利取出，压力机的行程应大于2倍拉深间隙的高度。
（6）大中型拉深模的凸模,要有通气孔以便零件能从凸模中顺利卸下。此次设计，工艺孔能很好地解决该问题。
（7）压边圈，凸、凹模等零件要有足够的耐磨性、硬度及好的粗糙度。
（8）对于多次拉深或形状复杂的拉深件,一般很难确切的计算出毛坯的形状及尺寸,一般要在拉深后, 才能设计和制造拉深模件。
4.1.2 进行工艺计算，确定拉深次数
拉深件的工艺性要求如下：
(1) 拉深件的形状应尽量的简单、对称。轴对称的拉深件的变形是均匀的，模具的加工也最容易，其工艺性最好。而其他形状的拉深件，应尽量避免轮廓的急剧变化。
(2) 为减少拉深次数，拉深件圆角半径要合适，且应尽量大；
(3) 对于拉深件各部分尺寸比例要适当；
(4)拉深件的尺寸精度不能要求太高，且厚度不均匀现象要考虑。
毛坯直径为385mm，首次拉深变形后直径为289.4mm，拉深系数为：

有《冲压工艺学》表4-5得，0.7517>0.53，所以一次拉深成形满足要求。
4.1.3 凸、凹模工作部分的尺寸
（1）凹模圆角半径rd
rd和零件的形状尺寸，毛坯厚度和拉深方法有关，有《机械设计学》式4-55 知：
（4.1）

（2）凸模圆角半径rp
一般情况下可取rp=rd，最后一道拉深时可取rp为零件的圆角半径。此次取rp=10t=40mm
（3）凸、凹模间隙c
决定间隙时，在考虑材质和板厚的同时，还要考虑工件的尺寸精度和表面质量。用压边圈拉深时：
（4.2）

式中——材料的最大厚度；
K——间隙系数.
4.1.4 凸、凹模尺寸及制造公差
(1)零件的尺寸精度由最后一道拉深模的尺寸公差决定，因此其尺寸、公差要按零件要求来确定。
(2)由《冲压手册》表4-57可求凸、凹模具的尺寸：

工件等级取IT10,Δ =0.21。查手册可知
4.1.5 拉深力计算
(1). 压边力
压边圈的压力必须适当，过大可能会使工件拉裂，过小则可能使工件起皱。

式中：Z—拉深系数的倒数，取Z=1/0.75=1.33；
—毛坯材料的抗拉强度，取为500.
则压边力：
（4.3）

(2). 拉深力
生产用一般用以下经验公式计算拉深力：

（4.4）

式中：——半成品的半径；
——毛坯厚度；
——抗拉强度，取=500Mpa；
——系数，由《冲压工艺学》表4-9差得=0.5。
4.1.6 压力机的选择
大型厚板件的冲压时，多采用液压机。选用冲压压力机，一般要按照以下两个方面进行：一是先进行设备类型地选择，二是冲压设备规格的选择。选用原则如下：
(1). 类型的选择
a. 大中型冲模应选用双柱或四柱压力机；
b. 大中型拉深模要选用双动或多动压力机；
c. 批量生产应选用多工位自动压力机或高速压力机。
(2). 压力机规格的选择
a. 压力机的工称压力一般是计算压力的1.2～1.3 倍。
b. 压力机的行程应该满足零件高度的要求，并保证零件可以顺利从模具中取出。
c. 压力机的装模高度应大于冲模的闭合高度。
d. 滑块底面尺寸、压力机工作台的尺寸，应能满足模具的正确安装。
（4.5）

根据上述原则，结合工件尺寸，初步选用S4-250闭式四点单动压力机。
4.1.7 最大装模高度
由上述所选压力机知，装模高度最大值1200mm，由于所设计的冲模的闭合高度应小于压力机的最大装模高度。因此，初定闭模高度380mm。
4.1.8 其它部件的设计
（1）压料、卸料装置
根据本模具的设计特点，上凹模也起压料作用。下卸料板在工作中利用工件的厚度顶出工件，还利用卸料杆卸料。模具还安装了上卸料板以防止工件卡在凹模内。
（2）定位装置
定位装置的作用是是毛坯在模具上能够准确定位，以保证冲出合格的产品。该零件属于较大拉深件，因此设计如下定位柱（图5）进行定位。其他定位装置可借用第一套模具的定位零件。

图5 一次拉深模
4.1.9 模具材料的选材
模具材料的选用原则同上套模具。另外，板材拉深时，主要要求模具要有足够耐磨性和强度。如果拉深件生产批量很大，则应该援用耐磨性较高的高合金钢。
综上所述，查《冲压手册》选用模具材料如下：
（1）.凸、凹模均采用Cr12MoV；
(2). 导柱，导套均采用20 钢；
(3). 固定板，卸料板，垫板，凸模固定座采用 45 钢；
(4). 定位销则采用45 钢。
为消除机械加工应力和降低加工层的硬度，以利于修磨，以上模具材料要进行热处理。
4.2 二次反拉深模具的设计
通过第一次拉深，工件具有了初步形状和和尺寸，但零件需第二次反拉深。反拉深可以抵消第一次拉深形成的残余应力。反拉深时毛坯与凹模接触面较大，材料流动阻力也较大，因此可不用压料圈。二次拉深的工件可能会卡在上模的凹模里，需要上顶料装置，这里采用顶杆打料装置。模具外形如下图：
图6 二次反拉深模

4.2.1 工作部分尺寸计算
（1）间隙确定
一般情况下，拉深时，凸、凹模间每侧的间隙，大于材料厚度，单边间隙：
c = t + k =0.21+0.1×4=0.61 （4.6）
式中：——材料最大厚度，这里去=0.21；
K——间隙系数，精密拉深时去k=1；
t——材料厚度。
（2）工作部分尺寸计算
a确定凸、凹模的尺寸
凹模尺寸:

凸模尺寸：

B.凸、凹模的圆角半径
钢的拉深件：=10t=10×4=40mm （4.7）
以后各次拉深半径逐渐减小，其关系为：
=（0.6～0.9）=(24～36)m （4.8）
4.2.2 压边力、拉深力计算
（1）. 压边力
压边力由经验公式求得：

式中：Z—各工序拉深系数的倒数；由D1/D2=289.4/200=1.445, 取Z=1.4445。
—毛坯材料的抗拉强度，取为500Mpa.

(2) 拉深力
(3) 拉深力由以下公式求得：

式中：—锥形件小直径；
—系数,这里取=0.62。
4.2.3 压力机的选用
此套模具拉深力为总压力：

根据压力机的选用原则，初步选用S2-200闭式双点单动压力机。闭合高度设为304 ㎜。
5 二次冲孔模及精整模的设计
冲12-Ф24孔、Ф58.2 的孔和冲4-Ф10 孔，冲4-Ф12.5 孔的特点基本一致，因此这三套模具的设计放在一起说明，不再一一列出。
5.1 二次冲孔模设计
5.1.1 凸、凹模间隙
这两次冲孔的位置分布具有对称性，所以工件压力中心与冲模的压力中心重合。由《冲压手册》表2-23 查得：=0.64 ㎜，=0.88 ㎜。
5.1.2 凸、凹模工作部分尺寸和公差
计算尺寸时按工件成形后精度为IT10 ，因此查《机械设计手册》标准偏差公
差数值表得：
工件尺寸：
则凸模尺寸：
凹模尺寸：
零件没有标准公差时，一般情况下按IT6-7 精度制造模具。
由以上分析可得冲裁模初始双面间隙Z有：

为了保证间隙，必须满足下列条件：;
a.对冲孔尺寸为Φ24 的凸凹模,查表2-28 得：

由上可知满足条件，由查得磨损指数

b.对冲孔尺寸为Φ58.2 的凸凹模,查表2-28 得：

由上可知满足条件，由查得磨损指数
c. 对冲孔尺寸为Φ12.5 的凸凹模,查表2-28 得：