拉深件模具设计说明书.docx

冷冲模课程设计说明书

无凸缘筒件的模具设计

院 系 航空宇航工程学院
专 业 飞行器制造工程（钣金与模具）
班 号 6403020
学 号 200604032042
姓 名 洪晓明
指导教师 刘占军

沈阳航空工业学院
2009年12月 20日
摘 要
本次课程设计的内容为用模具生产无凸缘筒件，其中包括落料、拉深、二次拉深、三次拉深、切边等工序。其中把落料和首次拉深用复合模完成，而其他不出图但进行了相关的尺寸计算，重点在复合模上，解决落料和拉深的计算问题同时对相关的模具的零件给以详细的设计。生成装配工程图和相关的零件刚才图。
关键词： 落料 拉深 单排 剪切

第1章 概论……………………………………………………………1
1.1冲压模具在制造业的地位…………………………………………………1
1.2 冲压模具的历史发展与现状………………………………………………1
第2章工艺方案分析及确定…………………………………………2
2.1 冲压件工艺分析………………………………………………………… 2
2.1.1 产品机构分析分析……………………………………………………… 2
2.2冲压工艺的确定……………………………………………………………3
第3章模具结构的确定………………………………………………4
3.1坯料尺寸计算 …………………………………………………………… 4
3.2排样 ……………………………………………………………………… 5
3.3 各工序尺寸计算………………………………………………………… 6
3.4 压力计算与设备选择…………………………………………………… 9
3.5拉深模工作零件设计与计算…………………………………………… 9
3.6卸料弹簧计算………………………………………………………… 10
3.7压边的橡胶计算…………………………………………………………11

第4章模具结构的确定………………………………………… 12
4.1 模具的形式……………………………………………………………12
4.2 定位装置……………………………………………………………… 12
4.3 导向零件………………………………………………………………12
4.4 模架……………………………………………………………………13
第5章 落料拉深模具结构图……………………………………14
第6章 二、三次拉深模具结构图………………………………15
第7章 模具零件的加工工艺过程………………………………16
结束语…………………………………………………………………………18
参考文献………………………………………………………………………19

第1章 概论
1.1冲压模具在制造业的地位
冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。
模具是大批生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。
模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧钢钢板或钢带为坏料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。
目前，工业生产中普遍采用模具成形工业方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通的压力机设备每分钟可成形零件几件到几十件，高速压力机的生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪表、等产品，有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，有90%左右的零件时用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专用的工艺设备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。
1.2冲压模具的历史发展与现状
模具的出现可以追溯到几千年前的陶瓷烧制和青铜器铸造，但其大规模应用却是随着现代工业的崛起而发展起来的。19世纪，随着军火工业、钟表工业、无线电工业的发展，模具开始得到广泛的使用
20世纪50年代中期以前，模具设计多凭经验，根据用户的要求，制作能满足产品要求的模具，但对所设计模具零件的机械性能缺乏了解。20世纪70年代至今计算机逐渐进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造工期不断缩短。

第2章工艺方案分析及确定
2.1 冲压工艺分析
2.1.1 产品结构形状分析
图2.1可知，拉深件，材料10钢，材料厚度1.2mm，其工艺性分析内容如下：
（1）材料分析
图2.1圆筒件
10钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别钢，具有良好的拉深成形性能。属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。
（2）结构分析
零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角半径为R3，满足筒形拉深件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）精度分析
零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到零件的精度要求。
经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。
在零件工艺性分析的基础上制定其工艺路线如下：零件的生产包括落料、拉深（需计算确定拉深次数）、切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑工序的复合，经比较决定采用落料与第一次拉深复合，经多次拉深成形后，由机械加工方法切边保证零件高度的生产工艺。
（4）产量 10万件
由产品的生产数量10万件可知，产品批量为中等批量，适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模。
2．2 冲压工艺方案的确定
完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工方案分为3种，件表2.1。

表2.1 工艺方案

序号

工艺方案

结构特点
1
单工序模生产：
落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深-

模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。
2
复合模生产：
落料-首次拉深复合、二次拉深、三次拉深、切边

同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也难以提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合中批量生产；。
3
连续模生产：
落料-拉深-拉深-拉设连续、切边

同一副模具不同工位完成两道不同的工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两道工位之间的定位要求非常高。

根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。

第3章圆筒形拉深件工艺计算
3.1坯料尺寸计算
1、在不变薄拉深中，虽然在拉深过程中坯料的厚度发生一些变化，但在工艺设计时，可以不计坯料的厚度变化，概略地按拉深前后坯料的面积相等的原则进行坯料尺寸的计算。旋转体拉深件采用圆形坯料，其直径可按面积相等的原则计算。计算坯料尺寸时，先将拉深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，得拉深件总面积艺A，则坯料直径为

例图28所示的薄壁圆筒件，可划分为三部分，各部分的面积分别为

图3.1 圆筒件坯料尺寸计算

带入，得坯料直径为
(3-1)
当板料厚度大于lmm时，应按板料厚度中线尺寸计算。
根据无凸缘筒形拉深件坯料尺寸的计算方法得
1）确定零件修边余量
零件的相对高度，经查得修边余量，所以，修正后拉深件的总高应为43+3.3=46.3mm。
2）确定坯料尺寸
由无凸缘筒形拉深件坯料尺寸计算公式得

零件的排样图如图40所示
3.2排样
3.1.1 搭边
查参考文献[1] ，确定搭边值，。
当时
3.1.2 条料宽度
采用无侧压装置，所以（Z=0.1，A=0.5）
mm
3.1.3 材料利用率

式中 —板料（带料或条料）上实际冲裁的零件数量；
—零件的实际面积；
—板料（带料或条料）长度；
—板料（带料或条料）宽度；
零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为1.5mm，零件与条料侧边之间的搭边值为1.8mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的步距为106.5mm，条料的宽度应为

选用规格为1.2mm×750mm×1000mm的板料，计算裁料方式如下。
裁成宽74.7mm，长1000mm的条料，则每张板料所出零件数为

3、3圆筒形拉深件各次工序尺寸的计算
1）工序件直径 从前面的介绍中已知，各次工序件直径可根据各次的拉深系数算出，即,，…。此时计算所得的最后一次拉深直径必须等于零件直径，如果计算所得的小于零件直径，应调整各次拉深系数，使，所以上式中的是在查表所得的基础上调整后的实际拉深系数，调整时依照的原则为：实际拉深系数大于查表所得的极限拉深系数并且后继拉深系数应逐次。
2）工序件的拉深高度 在设计和制造拉深模具及选用合适的压力机时，还必须知道各次工序的拉深高度，因此，在工艺计算中尚应包括高度计算一项。
在计算某工序拉深高度之前，应确定它的底部的圆角半径（即拉深凸模的圆角半径）。拉深凸模的圆角半径，通常根据拉深凹模的圆角半径来确定。
首次拉深凹模圆角半径，可参照公式计算确定，以后各次拉深时凹模圆角半径。拉深凸模的圆角半径，除最后一次应取与零件底部圆角半径相等外，中间各次取值可依据公式计算确定。
根据拉深后工序件面积与坯料面积相等的原则，多次拉深后工序件的高度可按下面公式进行计算

已计算坯料尺寸为70.5mm，则

3.3.1确定拉深次数
查得零件的各次极限拉深系数分别为[ m1]=0.50~0.53，[ m2]=0.75~0.76，[m3]=0.78~0.79。总拉深系数为

由上计算可知共需3次拉深。
3.3.2确定各工序件直径
调整各次拉深系数分别为 ，，，则调整后每次拉深所得筒形件的直径为

取。
3.3.3确定各工序件高度
根据拉深件圆角半径计算公式，取各次拉深筒形件圆角半径分别为，，，，所以每次拉深后筒形件的高度为

第3次拉深后筒形件高度应等于零件要求尺寸，即。即有3.32mm 的修边余量满足要求。
3.3.4判断是否采用压边圈
零件的相对厚度，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。
1、首次拉深

2、二次拉深

3、三次拉深

由以上计算可知，该例需拉深3次成形，所以其最终的加工工艺路线为：落料与首次拉深复合模——第二次拉深——第三次拉深——机加切边。
3.4压力计算与设备的选择
3.4.1首次拉深
模具为落料拉深复合模，动作顺序是先落料后拉深，现分别计算落料力、
拉深力和压边力。

（3-2）
式中 —卸料系数，查参考文献[1]知～0.06，取。
所以 KN

因为拉深力与压边力的和落料力，即，所以，应按照的大小选用设备。初选设备为J23—35。
3.4.2二次拉深;

初选设备J23-16。
末次拉深：

初选设备J23-16。
3.5拉深模工作零件设计与计算
3.5.1凸、凹模尺寸计算
3.5.1.1首次拉深凸、凹模尺寸计算

由上边计算可知：第一次拉深件后零件直径为25mm，由公式确定拉深凸、凹模间隙值，所以间隙，则
首次拉深凹模。
首次拉深凸模
3.5.1.2二次拉深凸、凹模尺寸计算
由表查的Z=1.69
首次拉深凹模。
首次拉深凸模
3.5.1.3末次拉深凸、凹模尺寸计算
因为零件标注外形尺寸23mm，其间隙查为Z=1.45所以要先计算凹模，即
则拉深凸模
3.5.1.4落料拉深复合模其它工艺计算
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φ，落料凹模刃口尺寸计算如下。
查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙C，最大间隙，凸模制造公差，凹模制造公差。将以上各值代入≤校验是否成立。经校验，不等式成立，则，所以可按下式计算工作零件刃口尺寸。

3.6卸料弹簧计算
首次拉深

由卸料力F=4061N，初选8个弹簧则每个弹簧的压缩力为弹簧工作的压缩量为 弹簧的自由长度L1为总长的65%即

则当取弹簧4个时F。=3384N；
当取弹簧6个时F。=2256N；
当取弹簧8个时F。=1692N
查表的d=6mm,D=30,h=80mm,8个的弹簧满足条件。
3.7压边的橡胶计算
其产生的压力开始就为压边力，其总的行程
橡胶的直径
为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%～45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%～15%。
橡胶垫产生的力
（6-1）
式中 —压力；
—橡胶垫横截面积；
—与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5.1所示。
表5.1 橡胶压缩量和单位压力
橡胶压缩量（%）
单位压力（MPa）

橡胶压缩量(%)
单位压力(MPa)
10
15
20
0.26
0.50
0.70

25
30
35
1.03
1.52
2.10

又因为
第4章模具结构的确定
4．1模具的形式
复合模又可分为正装式和倒装式。
4.1.1 正装式特点
冲出的工件表面比较平直为后续加工提供条件。
4.1.2 倒装式特点
操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。
经分析，此工件，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定二、三次拉深采用倒装式复合模，二首次拉深用正装。
4.2 定位装置
首次拉深采用固定式挡料销纵向定位，安装在凹模上，工作很方便。
4.3 卸料装置
4.3.1 条料的卸除
采用弹性卸料板。因为是正装式复合模，所以卸料板安装在上模。
4.3.2 工件的卸除
采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。
4.4 导向零件
导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构
比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。
4.5 模架
若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。
本设计决定采用后侧导柱模架。
4．5．1标准模架的选用
1. 落料拉深复合模零部件设计
标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得
凹模高度。
所以，凹模的外径为。
以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉深复合模，所以凹模高度受拉深件高度的影响必然会有所增加，其具体高度将在绘制装配图时确定。另外，为了保证凹模有足够的强度，将其外径增大到200mm。
模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规格为：上模座200mm×160mm×45mm，下模座200mm×160mm×45mm，导柱28mm×180mm，导套28mm×105mm×43mm。
2. 第二、三次拉深模零部件设计
由于零件高度较高，尺寸较小，所以未选用标准模架，导柱导套选用标准件，其规格分别为25mm×180mm，25mm×105mm×43m，上模座。下模座

第5章落料拉深模具结构图（图5-1）

图5-1 落料拉深复合模
1、9-下、上模座 2、3、10、12、23-螺钉 4-落料凹模 5-导柱 6-挡料销
7-导套 8-凸凹模固定板 11-模柄 13-横销 14-打杆 15-推件块
16、22、24-销钉 17-凸凹模 18-卸料版 19-凸模20-压边圈 21-顶杆

第6章二、三次拉深结构图（图6-1）
图6-1 第二次拉深模
1- 下模座 2-导柱 3、11、12-螺钉 4-凸模固定板 5-顶杆 6-压边圈 7-凹模
8-推件块9-上模座 10-导套 13-横销 14-打杆 15-模柄 16-销钉 17-凸模

第7章模具零件加工工艺过程
本副模具，零件加工的关键在工作零件及卸料板，如果采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。
7．1凸模
1、 工序号
工序名称
工序内容
2、 1
3、 备料
备L100直径45坯料

4、 2
5、 热处理
6、 退火
7、 3
粗车
车圆柱面，留单边余量0.5mm
4
精车
按图纸加工，留单边余量0.1mm
5
热处理
调质，淬火硬度达HRC60~62
6
磨
达到图纸要求
7
钳工精修
全面达到图纸要求
8
检验
7．2凹模
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
坯料
锻造
2
热处理
退火
3
车
留单边余量0.5mm
4
热处理
调质
5
粗磨
留0.2mm
6
钳工划线
各种孔位线
7
钳工
加工各种孔
8
线切割
加工个型孔
9
热处理
淬火达60~62HRC
10
精磨
达到图纸要求

11
钳工精修
全面达到图纸要求

12
检验

7．3凸凹模
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
将坯料
锻成长方体130*90*100
2
热处理
退火
3
刨
刨6各面相互垂直
4
热处理
调质
5
磨
留余量0.2mm
6
钳工划线
划出各孔位线
7
钳工
加工孔
9
线切割
加工孔及外形
10
压印修挫
用加工好的凸、凹模进行压印、保留热处理余量
11
热处理
淬火硬度达60~62HRC
12
磨
达到图纸要求
13
研磨
全面达到图纸要求

14
钳工精修

检验

结束语
通过对无凸缘筒件的相关模具的设计、计算，使我对冲裁模的设计流程有了更深的了解，包括零件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构的形式的选择、必要的工艺计算、主要的零件设计、压力机的选择、总装配图及零件图的绘制。在设计的过程中，有些数据、尺寸是一点也马虎不得的，只要一个数据有误，就得全部的改动，使设计难度大大的增加。在这次设计中，我感觉要完成设计不仅要有扎实的专业的知识，还要有过硬的计算机的基础保障，方才能很好的完成这次设计。所以我们今后的学习中不仅要学习好应该所学的，还要尽可能多的去扩展我们的其他方面的领域，只有这样我们才能做得过更好。

参考文献
1 王秀凤等编著.冷冲压模具设计与制造.北京：北京航空航天大学出版社，2005.4
2 江维健，林玉琼，许华昌编 .冷冲压模具设计.广州：华南理工大学出版社，2005.7
3 田嘉生，许正颜编.冲模设计基础.北京：航空工业出版社，1994.9
4 周玲编著.冲模设计实例详解.北京：划线工业出版社，2007.1
5 国家标准总局，冷冲模国家标准， 国家标准出版社，1981
6 郑大中，模具结构图册，机械工业出版社，1995