滤茶器冲压工艺与模具设计.doc

济南大学毕业设计
1 前言
1.1 课题提出的背景
采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、生产成本低、节省能源和原材料等一系列优点，在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用，成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。[1]由于滤茶器采用冲压工艺成形，所以考虑到我国模具行业的发展。模具工业的快速发展，不断对模具制造技术提出更高的要求。世界上一些工业发达的国家，模具制造技术的发展非常迅速。为了适应工业生产对模具的需求，目前，在模具制造过程中采用了许多新工艺和先进加工设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。同时，电子计算机的应用给模具设计和制造开辟了新的广阔前景。
而冲模是模具冲压生产中不可缺少的工艺设备，是直接影响产品质量、生产效率、生产成本和产品更新换代快慢的因素。随着冲压技术的不断进步和发展，对冲模的功能、质量、成本、寿命和生产周期等，也提出了更高的要求，以适应生产发展的需要。选择合理的冲模结构可有效实现冲压的功能，达到成本低、制作周期短和操作安全性，并能保证产品零件的各项技术要求。[2]
1.2 设计的目的与意义
滤茶器冲压工艺与模具设计是根据产品样本进行测绘，对冲压件进行工艺分析，设计最优的冲压工艺方案，是之达到用材少、效率高、生产成本低、产品质量高等要求。通过此设计达到以下目的：
（1）掌握冲压工艺的制定过程，全面了解冲压工艺制定时应考虑的因素和应避免的问题；
（2）重点掌握模具设计中工作部分的尺寸计算和强度校核，以及模具结构的合理性分析；
（3）通过对模具零件的设计，了解其加工过程，把握模具零件的制造精度；
（4）学会使用各种工具表达自己的设计思路和方案，如上机和手工绘图，以论文的方式表达自己的设计思路和方案等。
1.3 设计的内容
1.设计内容
滤茶器通过冲压工艺成形，即利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。滤茶器是通过排样、落料、一次拉深、二次拉深、 冲小孔、冲圆孔、冲侧方孔、卷圆等工序成形的。这就要求我们计算毛坯尺寸、冲压力，并由此确定冲模结构的设计和压力机的选用。滤茶器的尺寸公差和配合尺寸要求不高，属于大批量生产。
毕业设计题目是滤茶器冲压工艺与模具设计，滤茶器属于五金零件。毕业设计的主要内容如下：
(1) 零件图设计：根据产品样品进行测绘，设计符合国家标准的产品零件图。
(2) 冲压工艺设计：分析零件的冲压工艺性，设计多套冲压工艺方案，从中确定出最优的工艺方案。
(3) 装配图设计：设计全部模具的装配图。
(4) 零件图设计：选择1～2套模具，设计该模具包含的全部冲模零件。
(5) 主要的计算内容：毛坯形状、排样、落料力、冲孔力、拉深力、精压力、冲头强度、压力中心等。
（6) 设计依据：滤茶器产品样品；大批量生产；压力机的种类、型号等不受限制。
2.预期结果
此次设计的研究结果是经过方案论证选出最佳设计方案，得到全部模具的装配图和模具零件图。预期结果：
根据样品零件进行测绘，在分析冲压工艺的基础上，完成所有的工艺设计和设计所有模具的装配图。
毕业设计完成的主要内容如下：
(1)根据老师所给零件，通过测量、查表，画出零件图。
(2)通过计算毛坯尺寸、设计冲压工序、查阅相关手册等，作出设计方案一份。
(3)由零件图、设计方案，绘制出模具的装配图。

2 工艺方案的确定
冲压工艺方案的确定，是根据一定的生产条件及冲压件的技术要求，对该件所有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。
确定冲压工艺过程需要考虑的问题是多方面的，其主要内容有：
（1）对冲压件进行工艺分析；
（2）通过分析比较，确定最佳工艺方案；
（3）确定模具结构形式；
（4）合理选择冲压设备。
此次设计成品的生产模式：大批量生产，压力机型号不受限制。
在进行工艺方案分析之前，首先要考虑解决好工艺与模具设计中的几个重要问题：
（1）工艺方案和模具结构应保证能达到冲压件要求的高精度；、
（2）拉深模结构应能拉出工件的外形；
（3）拉深模的制造精度和导向精度应该适应工件厚度，模具易磨损的特点；
（4）模具主要工作部分的强度和耐磨性应适应冲压材料强度的特点；
（5）模具设计的功能性、实用性、经济性、寿命等方面考虑。[3]
2.1冲压件的工艺分析
该零件为滤茶器，其主要作用是过滤茶叶，如图2.1所示。

图2.1 滤茶器
零件的外形对称，无尖角，凹陷或其他形状突变，属于典型的板料冲压件。零件的外形尺寸无公差要求，圆筒通过拉深成形，卷圆可以通过弯曲成形，Ф2mm的61个小孔均布在零件的一个平面上，孔距有位置要求，但孔径无公差配合，Ф2mm的侧孔精度要求不高，四个侧方孔均匀分布在侧面上，无公差要求。
通过上述的工艺分析，可以看出该零件为普通的拉深件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓的成形问题，又属于大批量生产，因此可以用冲压方法生产。其零件图如图2.2所示。

图2.2 零件图
2.2 确定工艺方案
2.2.1 冲压工序性质和工序次数
（a）落料
（b）一次拉深
（c）二次拉深
（d）切边
（e）冲61个Ф2mm的小孔
（f）冲4个侧方孔
（g）冲2个Ф2mm的侧小孔
（h）卷圆
2.2.2工序组合及其方案比较
方案一：①落料，一次拉深
②二次拉深
③切边
④冲61个Ф2mm的小孔
⑤冲4个侧方孔
⑥冲2个Ф2mm的侧小孔
⑦卷圆
方案二：①落料，双重拉深，切边
②冲61个Ф2mm的小孔
③冲4个侧方孔
④冲2个Ф2mm的侧小孔
⑤卷圆
方案三：①落料，冲侧方孔
②一次拉深
③二次拉深，切边
④冲2个Ф2mm的侧小孔
⑤卷圆
2.2.3选择最优方案
对以上三种方案进行比较，可以看出：
方案一，落料和一次拉深采用复合模组合冲压，节省了工序和设备，提高生产率，模具结构比较简单，操作比较方便，零件的生产成本不高。缺点是工序较多。
方案二,采用落料和双重拉深复合模组合冲压，优点是节省了工序和设备，可以提高生产率，但模具结构复杂，成本高，模具容易磨损和破坏，而且双重拉深不易一次成形，因此不宜采用。
方案三，与方案一比较，节省了一道工序，且冲侧方孔也比较简单，但是在拉深过程中，侧方孔容易变形，需要计算变形量等，给计算带来不便，而且变形不易修理，该方案也不宜采用。
通过以上的方案分析，可以看出，在大批量生产的条件下，考虑生产效率，生产成本，模具结构，模具寿命等因素，选择方案一是比较合理的。
其加工工序如下图2.3所示。
图2.3 工序图
确定了工艺方案以后，就可以进行各道工序中模具结构形式的设计与计算，模具材料的选用，冲压设备的选用等。

3 落料拉深复合模的设计
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，称为复合模，它是一种多工序冲压模。[4]
复合冲裁有如下特点：
（1）生产效率高。复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，从而提高了生产率。
（2）提高冲压件的质量。在复合模具中几道冲压工序是在同一工序上完成的，不用重新定位，可以避免重新定位产生的误差，从而保证了冲压件的位置精度。冲压件内、外形的同轴度偏差可达0.02-0.04mm，特别适合薄料（料厚t可小至0.05mm）的冲裁。
（3）复合模对用料的要求没有连续模那样严格，不规则的边角材料也能使用。
（4）复合模的结构较复杂。复合模的结构比单工序模复杂，加工难度大，对模具制造精度要求高，制造周期相对长，因此模具的制造成本显著增加。
落料拉深复合模属于冲裁与成形复合模。[5]
3.1 毛坯尺寸的计算
在模具进行设计之前，要先对零件进行尺寸估算、选材，以便往后的模具设计与零件加工。
3.1.1毛坯直径的计算
根据零件图给定的尺寸，下面对零件的展开毛坯进行尺寸计算。
该零件是规则的回转体。

图3.1 工件外形
（1）拉深部分的毛坯尺寸
旋转体零件采用圆形毛坯，其直径按面积相等的原则计算（不考虑板料的厚度变化）。计算毛坯尺寸时，先将零件划分为若干便于计算的简单几何体，分别求出其面积后相加，得到零件的总面积∑A，则毛坯直径
(1)

∴
∴
由于板料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后零件的边缘不整齐，甚至出现凸耳，需在拉深后进行修边。因此，计算毛坯直径时需要增加修边余量。由文献[4]表4-4得：△h=1～4mm。取△h=2mm。
（2）卷圆部分的毛坯尺寸
板料弯曲时，应变中性层的长度是不变的。因此，弯曲件工艺设计时，可以根据弯曲前后应变中性层长度不变的原则来确定弯曲件的毛坯展开长度尺寸。
在 时，应变中性层将向外移动。
其展开长度L及曲率半径可按下式计算:
（2）
式中：为中性层曲率半径， 为应变中性层移动系数，其值由实验测得。

，由文献[4]表3-6得：
∴

∴毛坯直径的计算尺寸为
实际毛坯尺寸取。
3.1.2选材
加工滤茶器采用不锈钢材料，其型号有：1Cr18Ni9Ti、1Cr13、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr19Ni13Mo3等。1Cr18Ni9Ti是一种奥氏体不锈钢，其抗腐蚀能力强、还具有较强的柔韧性、伸缩性、弯曲和抗震能力，耐压能力较高，所以采用1Cr18Ni9Ti。[7]
3.1.3排样
由于多行排样中，在送料过程中，要考虑卷料在两个方向上的移动，比较麻烦，为便于手工送料，选用单行排样。其排样图如图3.2所示。
图3.2 单行排样图
查文献[5]表4-8，冲裁金属材料的搭边值，得：
a=1.5mm， b=1.5mm
材料的利用率：
η1=*100℅=74.39℅
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，选用模具时有落料拉深复合模、一次拉深模、修边模、冲孔模、卷边模。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）能提高生产效率；
（3）模具制造和修磨方便；
（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。
复合模根据凸凹模配置位置的不同，分为倒装式和顺装式两种。凸凹模在下模座上的称为倒装式复合模，反之，则为顺装式复合模。倒装式复合模的装配和维修比顺装式好，所以采用较多。[8]
3.3冲裁模具的具体设计
3.3.1冲模的压力中心
压力中心即为冲裁时合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，必须使模具的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则，在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。本次加工的零件是圆筒形零件，压力中心即为零件的几何中心。[9]
3.3.2凸凹模间隙
模具间隙指凸凹模刃口间隙尺寸。间隙对冲裁件质量（切断面的质量、尺寸精度、形状误差等）、冲裁力、模具寿命影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个及其重要的问题。因此，所取冲裁间隙数值，应保证冲件断面质量较好、所需冲裁力较小、模具寿命最高。
由文献[4]表2-3知：
=0.03mm =0.04
3.3.3凸凹模工作部分尺寸和公差
（1）对于复合模来说，工作部分包括凸凹模、凸模、凹模三个零件。在落料拉深复合模中，凸凹模的作用很重要。一方面，在落料时起到凸模的作用，另一方面，在拉深时，又起到凹模的作用
1）落料：
① 由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸。
② 在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准的。
③ 冲裁时，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙愈用愈大。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，需考虑下述原则：
① 落料制件尺寸由凹模尺寸决定，故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上。
② 考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小尺寸。这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件。凸凹模间隙则取最小合理间隙值。
③ 确定冲模具刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如刃口精度要求过低（即制造公差过大），则生产出来的零件可能不合格，或使模具的寿命过低。对于圆形件，一般可按IT6-7精度制造模具。
2）拉深：
对于拉深件的工艺性有以下要求：
① 拉深件的形状尽量简单、对称。轴对称拉深件在圆周上的变形是均匀的，模具加工业容易，其工艺性最好；
② 对于拉深件各部分尺寸比例要适当；
③ 拉深件圆角半径应尽量大，以便较少拉深次数；
④ 拉深件厚度不均匀现象要考虑；
⑤ 拉深件的尺寸精度不易要求过高。
在一次成形模中，加工的成品是圆筒件，圆筒件的拉深系数为：

制定拉深工艺时，为了减少拉深次数，希望采用小的拉深系数（大的拉深比）。但根据前面的力学分析可知，拉深系数过小，将会在危险断面产生破裂。因此，要保证拉深顺利进行，每次拉深系数应大于极限拉深系数。查《冲压模具简明设计手册》知：
1Cr18Ni9Ti的首次拉深：0.52-0.55
以后各次拉深系数：0.78-0.81
所以可以通过一次拉深成形。
（2）尺寸计算：
1） 落料：
按工件成形后精度为IT10级来计算尺寸，查文献[10]常用尺寸的标准公差数值表知：工件尺寸；根据上述原则，落料时首先确定凹模尺寸，使凹模公称尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸，在减小凸模尺寸以保证最小合理间隙。其计算公式如下：
凸模尺寸:
凹模尺寸： （3）
对于滤茶器，按IT7级精度制造模具。
由上述知：冲裁模初始双面间隙Z为：
=0.03mm =0.04
为了保证间隙，取：

∴=0.04
=0.06
由[4]表2-7查得：磨损系数x=0.75
2） 拉深
① 凹模圆角半径
与毛坯厚度、零件的形状尺寸和拉深方法等有关，可按经验公式计算：

式中：为凹模圆角半径；
D为毛坯直径；
为凹模内径；
t为材料厚度
所以，=3.2mm
②凸模圆角半径
一般可取=。最后一道拉深时， 等于零件的圆角半径。
此次设计取==3.2mm。
③凸、凹模间隙c
决定间隙c时，不仅要考虑材质和板厚，还要考虑工件的尺寸精度和表面质量要求。
尺寸标注在外径的拉深件，以凹模为准，间隙取在凸模上，即减小凸模尺寸得到间隙。不用压边圈拉深时，
c=（1-1.1）
∴c=0.55mm
④凸、凹模尺寸及制造公差
最后一道拉深模的尺寸公差决定了零件的尺寸精度，故其尺寸、公差应按零件要求来确定。取凹模为基准，则
凹模尺寸：
凸模尺寸：
式中，凸、凹模的制造公差、查文献[4]表4-7得：
=0.02 =0.03
∴ 凹模尺寸：=
凸模尺寸：=
3.3.4冲裁力的计算
(1)落料力
一般平刃口模具冲裁时，其冲裁力
考虑到模具刃口的磨损，凹凸模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度变化等因素，实际所需冲裁力还须增加30%，即
毛坯周长L=2πR=2π*42=264mm 板料厚度t=0.5mm
查文献[5]知：不锈钢τ=393～827MPa，取τ=500MPa。
∴
（2)推件力：
Ｆ＝ｎｋＦ
设同时梗塞在凹模内的零件数ｎ＝２
由文献[5]表２－10，得：＝0.065
∴=2*0.065*85800=11154N=11.154KN
（3)首次拉伸力：

查文献[5]知：
1Cr18Ni9Ti的首次拉深系数0.52～0.55， 以后各次拉深系数=0.78～0.81
t为料厚; 为第一次拉深半成品直径；为抗拉强度；为系数
t=0.5mm =50mm =55MPa
圆筒件第一次拉深系数 可以一次拉深成形
查文献[4]表4-9得：
∴
∴工序所需的总压力
3.3.5冲压设备的选用及模具的闭合高度
冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备主要应考虑下述因素：
① 冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；
② 冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要；
③ 冲压设备的装模高度、工作台面尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具；
④ 冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求。[6]
（1）压力机的选用
各种工序所需要的总压力=100.664KN
所选压力机的公称压力应是所需压力的1.3倍以上。
由此可选用压力机JH21-25，其滑块行程长度为80mm。
（2）闭合高度
冲模的闭合高度是指模具在最低位置时，下模座的底面至上模座的顶面的距离。在设计模具时，它应与压力机的闭合高度相协调。由所选压力机知：最大闭合高度为250mm。
故拟定模具的闭合高度为120mm。
3.3.6推件装置与顶件装置的设计
（1）推件装置
在倒装式复合模中，凹模装在上模座上时，要利用刚性或弹性推件装置推出工件。推件装置装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构完成推件工作。
（2）顶件装置
顶件装置的作用是将工件从凹模中顶出，凹模装在下模座上时，如果工件不能通过模具的底部漏出，则需要借助于装在压力机工作台下的顶件装置利用弹簧和气垫驱动推板顶出工件。[11]
3.3.7导向装置
导向装置可提高模具精度、寿命以及工件质量，而且还能节省模具调试时间。大批量生产的冲压模具广泛采用了导向装置。
本次设计采用标准的导柱导套结构。
3.3.8定位装置的设计
定位装置的作用是限定毛坯送进步距和送入冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出合格的工件。
（1）档料销
档料销的作用是保证卷料由准确的送料位置，根据设计要求选用固定挡料销。档料销制造简单，使用方便，一般情况下，装在凹模上，本次设计将它固定在落料凹模上。
（2）定位销
定位销一般用于单个毛坯的定位，本次设计采用轮廓定位的定位销。[12]
3.4模具材料的选用
（1）冲裁凸、凹模的材料。冲裁模的凹模承受较大的拉应力，凸模承受较大的压应力。凸、凹模正常失效一般是由于刃口部位的磨损。因此，这类模具，特别是工件批量大，加工板料强度高的模具，要求模具材料必须具有较高的强度和耐磨性。其中凸模还必须有良好的韧性，以防止由于承受较强的弯曲和冲击载荷造成折断、崩刃而早期失效。
（2）拉深模凸、凹模材料。拉深模的凸、凹模与工件接触的表面受到比较强烈的磨损，特别是生产大批量的工件时，必须选用耐磨性良好的模具材料。[6]
选用模具材料的原则，做到在满足使用的条件下成本最低：
（1）根据冲压零件生产批量的大小；
（2）根据冲压材料的性质，工序中种类冲模凌零件的工作条件和作用；
（3）考虑模具材料的生产和供应情况.
结合上述原则，
a.凸模、凹模、凸凹模均采用Cr12MoV；
b.导柱导套均采用20钢；
c.上、下模座采用HT250;
d.档料销、定位销、打板、垫板采用45钢；
e.模柄采用Q235。
部分模具材料需要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层得硬度，以利于修磨。
其模具图如下图所示:
1.内六角圆柱头螺钉2.顶尖器3.垫板4.凸模5.凹模6.定位销7.打板8.凸凹模
9.垫板10.销11.模柄12.螺母13.打杆14.销15.内六角圆柱头螺钉16.上模座
17.导套18. 内六角圆柱头螺钉19.销20.导柱21.下模座22.顶杆23.挡料销
图3.3 落料拉深复合模
3.5小结
结合本次落料拉深复合模的设计，对复合模的结构特点总结如下：
（1）模具采用了导柱和导套组成的导向结构，从而提高了冲模的冲裁精度；
（2）模具的凸凹模装在上模座上，冲孔凸模装在下模座上，在压力机的一次行程中，可以同时完成落料与拉深工序。
（3）卷料在送料过程中，采用定位销进行定位。
（4）结构紧凑，生产效率高，对加工原料的精度要求不是太高。
（5）适合于大批量生产。
（6）复合模的缺点是模具结构复杂，对模具零件精度要求较高，因而成本高，制造周期长，较为笨重。

4 拉深模具的设计
拉深是利用冲压模具和设备把具有一定形状的板料或空心件毛坯制成各种回转形、矩形或其他复杂形状的空心零件的工艺。[4]
这里是一次拉深成形，其中导柱、导套及其他部分零件采用上套模具中的零件，这样既节省设计时间，又能节省单独制作零件的费用，在整个工序中实现部分零件的互换，是时下模具发展的方向，也是国家标准所推崇的。
4.1成形模的特点
（1）成形模结构的特点。在设计时，应根据零件几何形状的不同，来确定拉深模的结构形式。本次加工零件仅需一次拉深
（2）压边装置的选择。设计拉深模时，要合理的选择压边装置。
（3）选择合理的顶件装置。顶件装置应根据拉深件的表面质量及尺寸精度不同而采用不同的顶件装置。
（4）导向装置的选择。此次设计选用上次落料拉深模的导柱导套，其导向精度符合要求。
（5）其他要求：
a.压力机的选用要根据是否是较高的拉深件，但要压力机的行程必须大于2倍拉深间隙的高度，否则制品无法取出。
b.大中型拉深凸模，必须要有通气孔以便于通气良好，制品能从凸模中卸下。此次设计，工艺孔能很好的解决这个问题，不会使工件卡在凸模上。
c.凸、凹模，压边圈必须有足够的硬度、耐磨性及更好的粗糙度。[13]
4.2进行工艺计算，确定拉深次数
对于拉深件的工艺性有以下要求：
（1）拉深件的形状尽量简单、对称。轴对称拉深件在圆周上的变形是均匀的，模具加工业容易，其工艺性最好；
（2）对于拉深件各部分尺寸比例要适当；
（3）拉深件圆角半径应尽量大，以便减少拉深次数；
（4）拉深件厚度不均匀现象要考虑；
（5）拉深件的尺寸精度不易要求过高。
在一次成型模中，加工的成品是圆筒件，圆筒件的拉深系数为，所以，一次拉深成型是可行的。
4.3凸、凹模工作部分尺寸
（1）凹模圆角半径
与毛坯厚度、零件的形状尺寸和拉深方法等有关，可按经验公式计算：

式中：为凹模圆角半径；
D为毛坯直径；
为凹模内径；
t为材料厚度
所以，=1.3mm
（2）凸模圆角半径
一般可取=。最后一道拉深时， 等于零件的圆角半径。
此次设计取==1.3mm。
（3）凸、凹模间隙c
决定间隙c时，不仅要考虑材质和板厚，还要考虑工件的尺寸精度和表面质量要求。
尺寸标注在外径的拉深件，以凹模为准，间隙取在凸模上，即减小凸模尺寸得到间隙。不用压边圈拉深时，
c=（1-1.1）
∴c=0.55mm
（4）凸、凹模尺寸及制造公差
最后一道拉深模的尺寸公差决定了零件的尺寸精度，故其尺寸、公差应按零件要求来确定。取凹模为基准，则
凹模尺寸：
凸模尺寸：
式中，凸、凹模的制造公差、查文献[4]表4-7得：
=0.02 =0.03
∴ 凹模尺寸：=
凸模尺寸：=
4.4拉深力的计算
拉深力：
式中：为拉深后半成品的直径 为抗拉强度 t为料厚 为系数
拉深系数 可以一次拉深成形

∴
4.5压力机的选用
在选择冲压压力机时，主要应从两方面来进行：一是根据冲压工序及冲模类型进行设备类型的选择；二是冲压设备规格的选择。其选择原则按下述方法进行。
(1)冲压设备类型的选择
a.小型冲裁模、拉深模、弯曲模应选用单柱开式压力机；
b.批量生产及大量自动冲模应选用高速压力机或多工位自动冲压机；
c.大中型拉深模应选用双动或三动压力机。
(2)压力机规格的选择
a.压力机的公称压力应大于计算压力（模具冲压力）的1.2-1.3倍。
b.压力机的行程应满足零件高度的要求，并保证冲压后零件能顺利从模具中取出。
c.压力机的装模高度应大于冲模的闭合高度。
d.压力机的工作台的尺寸，滑块底面尺寸应能满足模具的正确安装。
结合上述原则，选用JH21-25开式压力机。
其技术参数如下：
公称压力P=250KN；滑块行程80mm；最大闭合高度250mm；工作台尺寸左右×前后=700mm×440mm；电动机功率2.2KW。
初定闭合高度为140mm。
4.6模具其他非主要部件的设计
（1）卸料装置，推件装置
由于本模具的设计特点，在下模座上装有卸料螺钉，上模座上有推件装置。
（2）定位装置
定位装置的作用是限定毛坯送进步距和送入冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出合格的工件。本模具采用定位板定位。
其模具图如下图所示：
1.下模座2.托杆3.内六角圆柱头螺钉4.定位板5.凸模6.螺母7.固定板8.特种螺栓9.推件块10.上模座11. 内六角圆柱头螺钉12.打杆13.模柄14.凹模15. 内六角圆柱头螺钉16.导套17.导柱18.卸料螺钉
图4.1 拉深模
4.7模具材料的选用
拉深模的凸、凹模与工件接触的表面受到比较强烈的磨损，特别是生产大批量的工件时，必须选用耐磨性良好的模具材料。
结合上述考虑：
a.凸模、凹模、凸凹模均采用Cr12MoV；
b.导柱导套均采用20钢；
c.上、下模座采用HT250;
d.推件块、打杆采用45钢；
e.模柄采用Q235。
部分模具材料需要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层得硬度，以利于修磨。
4.8拉深辅助工序
（1）润滑
拉深时毛坯与凹槽之间、毛坯与压边圈之间会产生很大的摩擦力。这是一种有害摩擦，不仅会降低拉深的许用变形程度，而且会导致零件表面的擦伤，降低模具寿命。这种情况在拉深不锈钢、高温合金等粘性大的材料时更加严重。润滑的目的是为了减小这种有害摩擦。
润滑的方法是在凹模表面、压边圈与毛坯接触面，以及与凹模与压边圈相接触的毛坯表面均匀涂抹一层润滑剂，并保持润滑部位干净。
（2）热处理
在拉深过程中，材料都会产生加工硬化，使后续变形发生困难。同时，由于拉伸变形的不均匀，成形后制件还存在残留应力。为了消除加工硬化，回复材料的塑性，使后续加工得以进行，或为了消除残留应力，需要在工序间或拉深完成后进行热处理。如冷作硬化现象不严重，且不影响后续工序的进行，可尽量不进行热处理。这样可降低成本，提高生产率。
（3）酸洗
经热处理的工序件表面有氧化皮或其他污物，为了便于后续工序的进行，需进行酸洗。[14]

5 修边模的设计
修边就是将已成形的制件校正成准确形状和尺寸的零件。由于板料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后零件的边缘不整齐，甚至出现耳子，因此，需要进行修边。[15]
修边工序的特点是:局部成形，变形量小，修边对模具的精度要求不是特别高。
5.1计算修边力
切边力：
毛坯周长L=2πR=2π*50=314mm 板料厚度t=0.5mm
查文献[5]知：不锈钢τ=393～827MPa，取τ=500MPa。
∴=1.3*314*0.5*500=102050N=102.05KN
选用设备JH21-25开式压力机，最大闭合高度为250mm。
模具闭合高度为230mm。
5.2模具材料的选用
应根据模具制造条件、模具工作条件、模具材料的基本性能等相关的因素，来选择经济、先进、适用的模具材料。通常要求模具材料必须具有三种性能，即耐磨性、韧性和硬度。模具材料的工艺性是影响模具成本的一个重要因素，工艺性能好的模具不仅可使模具生产工艺简单，易于制造，而且可以有效地降低模具制造费用。模具材料的工艺性能包括：可加工性、热处理性能、坯料精华和模具材料的通用性。
结合以上考虑，选用模具材料：
a.凸模、凹模均采用Cr12MoV；
b.导柱导套均采用20钢；
c.上、下模座采用HT250；
d．滑板、滑块、活动芯、限位柱等均采用45钢；
e.模柄、斜楔采用Q235；
f.弹簧采用60Si2CrVA。
部分模具材料需要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层得硬度，以利于修磨。
其模具大体轮廓如下图所示：
1.螺杆2.螺母3.托杆4.橡胶5.托板6.下模座7.导柱8.定位板9.斜楔10.导套
11.上模座12.内六角圆柱头螺钉13.螺栓14. 内六角圆柱头螺钉15.模柄16.螺钉
17.弹簧18.钢珠19.滑座20.凸模21.限位柱22.活动芯23.凹模24.顶件块25.弹簧
26.滑块27.滑板28. 内六角圆柱头螺钉29.顶杆30. 内六角圆柱头螺钉
图5.1 修边模
其工作原理：
工作时，先将毛坯放在顶件块上24上，上模下行，活动芯22及凸模20亦插入毛坯内，随即三个限位柱21压住凹模23（凹模镶固在滑块26上，滑块四边均有凸槽与四边的斜楔9相互接触）向下运动，凹模及凹模内的毛坯一方面向下移动，另一方面在水平方向（先向左，在向后，又向右，最后向前）逐渐移动，从而将毛坯的余边切去。
凸模20与凹模23的间隙由限位柱21控制，本模具的间隙取0.05-0.08mm。活动芯22与凸模20同心，便于插入毛坯内。因此在滑动座的上端面作一凹窝，并由有弹簧17压紧的钢珠18与之配合，使活动芯在切边完毕复位时保持在中心位置。凹模与滑块的回升则靠弹顶器通过三根顶杆29作用顶起。

6 冲小孔模的设计
6.1凸、凹模间隙
本次冲孔的位置分布具有对称性，所以冲模的压力中心与工件压力中心重合。由文献[4]表2-3查得：
=0.03mm =0.04
6.2凸、凹模工作部分尺寸和公差
按工件成形后精度为IT10级来计算尺寸，查《互换性与技术测量》表3-2常用尺寸的标准公差数值表知：公件尺寸
则凸模尺寸：
凹模尺寸：
若零件没有标准公差，一般可按IT6-7级精度制造模具。
由上述得冲裁模初始双面间隙Z有：
=0.03mm =0.04
为了保证间隙，取：

∴=0.04
=0.06
查文献[4]表2-7知：磨损系数x=0.75
∴凸模尺寸：
凹模尺寸：
6.3冲裁力的计算
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方向推出的力叫推件力。
冲孔力F=61*1.3Ltτ=61*1.3*2π*0.5*500=124564.135N=124.56KN
6.4压力机的选用
结合压力机原则，选用JH21-25开式压力机。
其技术参数如下：
公称压力P=250KN；滑块行程80mm；最大闭合高度250mm；工作台尺寸左右×前后=700mm×440mm；电动机功率2.2KW。
初定闭合高度为140mm。
6.5模具其他非主要部件的设计
模具基本轮廓如下图：

1.下模座2.柱销3.导柱4.定位板5.凹模6.凸模7.导套8.上模座9.卸料螺钉10.垫板11.固定板12.模柄13.柱销14.柱销15. 内六角圆柱头螺钉16. 内六角圆柱头螺钉17.卸料板
图6.1 冲孔模

（1）卸料装置，推件装置
由于本模具的设计特点，在上模座上装有卸料螺钉，上模座上有推件装置。
（2）定位装置
定位装置的作用是限定毛坯送进步距和送入冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出合格的工件。本模具采用定位板定位。

7 冲侧孔模具的设计
第六道工序冲侧小孔和第七道工序冲侧方孔可以采用相同的结构，这样可以节省设计时间，又能节省单独制作零件时的费用，在这两道工序中实现部分零件的互换。
7.1模具结构件的设计
1.斜楔机构的设计
斜楔固定在上模座上，凸模通过凸模固定板固定在斜滑块上，斜楔下行时，作用于斜滑块推动凸模在水平方向上运动，完成冲孔动作。[16]
2.定位装置
定位装置的作用是限定毛坯送进步距和送入冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出合格的工件。
本次设计通过凹模座来进行定位。
7.2模具结构及工作原理
7.2.1模具结构
图7.1 冲侧小孔模

1.上模座2.上固定板3.凹模座4.斜楔5.斜滑块6.挡块7.模座8.下模座9.垫板10.钢珠11.螺塞12.弹簧13.凸模固定板14.凸模15.橡胶16.凹模镶块17凹模18.销19.导板20.螺栓21.销22. 内六角圆柱头螺钉23. 内六角圆柱头螺钉24.销
图7.2 冲侧方孔
工作原理：
如上图所示，上模包括斜楔4、上固定板2和上模板1等零件。
冲孔凸模14用凸模固定板13安装在斜滑块5上，斜滑块可在斜楔4的作用下作水平运动，完成冲孔、复位动作。
下模挡块6，对斜楔导向并平衡斜滑块作用在斜楔上的水平分力，限制斜滑块回程位置。
垫板9和导板保证斜滑块在水平方向上的滑动。钢珠10、螺塞11和弹簧12组成的碰珠，可控制斜滑块脱离斜楔的特定位置。
回程时，斜楔与斜滑块的M面接触，拉动滑块向后滑动至挡块面，钢珠10进入斜滑块底面的半球形凹槽。
7.2.2工艺计算
冲裁力：F=1.3Ltτ
式中：L-冲裁件周长；
t-料厚，t=0.5mm;
τ-材料的抗剪强度，1Cr18Ni9Ti的抗剪强度为500MPa。
（1）冲侧小孔
F=1.3Ltτ=1.3*2π*0.5*500=2042.035N=2.042KN
（2）冲侧方孔
F=1.3*28*0.5*500=9100N=9.1KN
依据上述工艺计算，选用设备JH21-25开式压力机。
模具的闭合高度为105mm。
7.3模具设计的要点
（1）斜楔固定在上模座，作用于斜滑块完成冲孔动作。
（2）回程时，斜楔与斜滑块的某个面接触，拉动滑块向后滑至挡块面，钢珠进入斜滑块底面的半球形凹槽。
（3）由于斜楔上有较大的侧向应力存在，容易因弯曲而折断，在设计时，应尽量减小应力集中，或从结构上进行卸荷设计。

8卷边模具的设计
弯曲是将板料、棒料、管料或型材等弯曲成一定形状和角度零件的成形方法，是板料冲压中常见的加工工