冲压模具专业课程设计带凸缘无底筒形件.doc

冲压模具设计课程设计

学院：
姓名：寒冰色手
学号：
专业：11机制

目录
1零件冲压工艺分析---------------------------------------------03
1.1 制件简介---------------------------------------------------03
1.2 产品构造形状分析-------------------------------------------03
2. 零件冲压工艺方案拟定--------------------------------------03

3冲模构造拟定-----------------------------------------------04
4. 零件冲压工艺计算--------------------------------------------04
4.1零件毛坯尺寸计算-------------------------------------------04
4.2 排样------------------------------------------------------06
4.3 拉深工序拉深次数和拉深系数拟定------------------------06
4.4 冲裁力、拉深力计算07
4.5 拉深间隙计算--------------------------------------------09
4.6 拉深凸、凹模圆角半径计算--------------------------------09
4.7 计算模具刃口尺寸------------------------------------------09
4.8 计算模具--------------------------------------------------10
5. 选用原则模架------------------12
5.1 模架类型------------------------------------------------12
5.2 模架尺寸------------------------------------------------12
6. 选用辅助构造零件------------------------------------------13
6.1 导向零件选用--------------------------------------------13
6.2 模柄选用------------------------13
6.3 卸料装置--------------------------------------------------14
6.4 推件、顶件装置--------------------------------------------14
6.5 定位装置--------------------------------------------------14
7 参照文献--------------------------------------------------14

1零件冲压工艺分析
1.1 制件简介
零件名称：心子隔套
材料：08钢
料厚：1.0mm
批量：大批量

1.2 产品构造形状分析
由图1可知该零件为圆筒件通过翻遍解决，翻边处有过渡圆弧，且半径为R=2.5mm故非常适合用模具拉深或翻边进行解决，故要对毛坯进行计算。单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度拟定应符合制件规定。凹凸模设计应保证各工序间动作稳定。尺寸精度：零件图上所有未注公差尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级拟定工件尺寸公差。
2 零件冲压工艺方案拟定
方案一：该零件属于心子隔套，即可以以为是有凸缘筒形件去掉底部，即可用该规格40mm无缝钢管通过翻遍解决即可获得成品。
方案二：通过落料，拉深获得筒形件通过去底，再翻边解决获得成品。
方案三:在落料时一方面获得预冲孔，通过拉深获得有凸缘圆筒，最后通过内孔上翻遍获得成品。
方案四：在落料时获得预冲孔，直接对落料进行翻边解决获得成品。
通过度析可知方案一构造简朴，对模具设计规定也很简朴，减少设计规定和成本，但无缝钢管成本高，该零件产量为大批量生产，故使得生产成本上升，故方案一原则上是不可取。
方案二直接对落料拉深解决使得模具构造简朴，但相对于方案一而言需要多次拉深，且需要将底部作为废料解决，使得产品废料增多，也使得对原料需求量变大，因此方案二经济性比喻案一高但从环保性考虑方案二没有方案一好。
方案三在落料时获得一种小预冲孔，然后通过多次拉深解决获得一种底部带有小孔筒形件最后通过翻边解决获得成品。此方案增长了材料运用率，减少了原料成本，但增长了一道翻遍工序增长了生产成本，且使得对模具设计规定增多了一种翻边工艺。
方案四同方案三相似，省去了拉深这个工艺，只需要对毛坯翻遍即可获得成品，大大减少了生产成本和对模具设计规定，但只通过翻遍解决零件可不可以达到零件设计规定需要进一步计算分析才懂得。
综合以上分析得知，方案四最经济，方案三可作为较好备选项。详细是取方案三或者是取方案四需通过下面计算来得证。
3. 冲模构造拟定
3.1 模具构造形式
复合模可分为正装式和倒装式两种形式。
（1）正装式特点：工件和冲孔废料都将落在凹模表面，必要清除后才干进行下一次冲裁，导致操作不以便、不安全，但冲出工件表面比较平直。
（2）倒装式特点：冲孔废料由冲孔凸模落入凹模洞口中，积聚到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，但工件表面平直度较差，凸凹模承受张力较大。
3.2 模具构造选取
经分析，若工件表面平直度较差，影响零件使用，而工件和冲孔废料在有气源车间可以以便地清除。综合比较两种方式，决定采用正装式复合模。

4 零件冲压工艺计算
4.1零件毛坯尺寸计算
（1） 拟定零件表面积计算。

查得教材第219表9-1取极限翻边系数，由D=39mm可得
最后求翻边所达到最大高度为：
mm
而筒状尺寸H=38mm
因而方案四不满足设计规定，综合以上考虑选取方案三。

环形尺寸计算：

1/4凹形球环：
3π/2(39π+4×3)=634
圆筒形：

因而
∑F=6220.42
因此得到毛坯不带修边余量最小面积：
∑F=6220.42+25.35×25.35/4×π=6725.13
因此得到毛坯不带修边余量最小直径：

查书上160页表7-5得修边余量取3.5mm。
故求毛坯直径为：

即毛坯尺寸100mm,翻边孔孔径23.5mm。
4.2 排样
1、 制件毛坯为简朴圆形件，并且尺寸比较小，考虑到操作以便，宜采用单排。 于t=1.0mm,查《冲压工艺与模具设计》附表7轧制薄钢板拟选用规格为：1.0×500×600板料。
2、 单排
查教材93页表4-3得工件间距离最小为1mm延边距离最小为1mm，进而得排样方式如图所示，得到通过单排可以获得28件毛坯，材料运用率为73%

3、 双排

3.双排工艺如图所示，板料可以裁剪成两个双排板和一种单排板，该种状况可以获得28块双排获得毛坯，和7块单排获得毛坯。总共获得35块毛坯，材料运用率达到91.6%。

因而采用双排板方式加工毛坯件。
4.3 拉深工序拉深次数和拉深系数拟定
（1） 判断能否一次拉出
板料相对厚度：
t/D=1.0/100×100%=1.0%
故由教材155页表7-1得知采用压边圈，进而查教材174页表7-13选用极限拉深系数m=0.49
由制件直径d=60mm板料直径D=100mm得总拉深系数：

由于总拉深系数不大于查表得到极限拉深系数，故一次拉深达不到制件所需要尺寸。因此需要进行多次拉深。详细需拉深几次，还需进一步计算。
查教材166页表7-8懂得第二次极限拉深系数为m=0.76

故只需两次拉深即可，调节后得到拉深系数，
因此后来各次拉深工序直径为：

后来各次拉深工序圆角半径为r1=R1=3.5,r2=R2=2.5
第一次拉深深度为：

同理得h2=33.2
33.2+8.5=41.7>38
故拉深后通过翻边工艺可以达到工艺规定。
4.4 冲裁力、拉深力计算
（1） 落料工序
取10钢强度极限δ=400Mpa
落料力：
F=Ltδ=101π×1×400=126920N≈127kN
由板料厚度为1mm故可采用刚性卸料板。
＝127×0.025＝3.175 kN；
＝127×0.06＝7.62 kN；
＝127+3.175+7.62＝137.795 kN≈138kN。
式中： P－冲裁力，N；
L－冲裁件受剪切周边长度，；
t－冲裁件料厚；
－材料抗拉强度，查[1]第27页表1.10，取值为400 MPa；
－卸料力，N；
－顶件力,N；
－卸料力系数，查[1]第52页表2.3，取值为0.025；
－顶件力系数，查[1]第52页表2.3，取值为0.06；
－冲裁工序所需力之和。
（2）冲孔工序
＝＝25。35×π×1×400＝31.86 kN；
＝31.86×0.05＝1.6 kN；
＝31。86×0.06＝1.91 kN；
＝31.86+1.6+1.91＝35.37 kN。
－推件力，N；
－推件力系数，查表取值为0.05；
－冲孔工序所需力之和。

（2） 拉深工序

拉深力：
＝[π（1002-492）/4]×2.5＝15 kN；
kN。
－压边力，N；
－在压边圈下坯料投影面积，mm2；
－单位压边力，查表取值为2.5 MPa；
－拉深工序所需力之和。
（4） 翻边工序计算

（5）计算完毕零件冲压所需力，并选取压力机
=269.77kN
初选压力机标称压力：

初选公称压力为600kNJH21系列开式固定台压力机（型号为JH21-60）。其最大装模高度为300mm，装模高度调节量为70mm，工作台孔尺寸为150mm，主电机功率为5.5 kW。
4.5 拉深间隙计算
由表7-19查凸凹模单边间隙
Z1=1.1t=1.1mm
Z2=1.05t=1.05mm
依照凸凹模直径大小查表得通气孔直径为5mm
4.6 拉深凸、凹模圆角半径计算
普通来说，大可以减少极限拉深系数，并且可以提高拉深件质量，因此尽量大些但太大会削弱压边圈作用，因此由下式拟定：
＝＝6.19
取＝6.2。
式中： D－坯料直径，mm；
－凹模直径，由于拉深件外径为40 mm,此处取值为40 mm。
（2）凸模圆角半径计算
对拉深件变形影响，不像那样明显，但过大或过小同样对防止起皱和拉裂及减少极限拉深系数不利。取值应比略小，可按下式进行计算：
＝0.8×6.2＝4.96（mm）
取凹模圆角： r凹=5mm

对于制件可一次拉深成形拉深模，、应取与零件图上标注制件圆角半径相等数值，但如果零件图上所标注圆角半径不大于、合理值，则、仍需取合理值，待拉深后再用整形办法使圆角半径达到图样规定。
4.7 计算模具刃口尺寸
（1）落料模刃口尺寸
查表可得 ＝0.05 mm,=0.1 mm
-＝0.50-0.36＝0.05 mm
＝+0.03 mm，＝-0.02 mm
由此可得
故能满足分别加工规定。
查表可得磨损系数X＝0.5，落料件基本尺寸为75 mm，取精度为IT13，则其公差，上偏差和下偏差分别为＝0.23mm和-0.23mm。由此可得
(mm)
(mm)
（2）拉深模工作某些尺寸计算
对于制件一次拉深成形拉深模，其凸模和凹模尺寸公差应按制件规定拟定。此工件规定是外形尺寸，设计凸、凹模时，应以凹模尺寸为基准进行计算。由此可得
(mm)
(mm)
4.8 计算模具

（1）凹模
a. 凹模壁厚
查[6]第630页表14－5，由落料件直径为100，料厚为t＝1mm，可取凹模壁厚为40。
b. 凹模厚度
查[6]第631页图14－15，凹模厚度h可依照冲裁力选用。由冲裁力为267kN，可得凹模厚度为h＝28mm。
c. 刃壁高度
查[6]第630页刃壁高度计算办法，垂直于凹模平面刃壁，其高度可按下列规则计算：
冲件料厚t≤3 mm，＝3 mm；
冲件料厚t>3 mm,=t。
由零件料厚为t＝1 mm,可得刃壁高度＝3 mm。
（2） 上凸凹模

上凸凹模构造是落料凸模和拉深凹模，其长度应依照落料凸模规定计算，壁厚依照落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直径计算。
此处落料凸模采用有固定卸料板凸模，长度可按下公式计算：

式中： L－上凸凹模长度，mm；
H1－上凸模固定版厚度，mm；
H2－卸料板厚度，mm。
Y－附加长度，涉及凸模刃口修磨量、凸模进入凹模深度、凸模固定版与卸料板安全距离。
在此固定版厚度取值为H1＝25 mm。对于卸料板，查《冲模设计手册》，依照其料厚t＝2.5，卸料板宽度与凹模外径相称，取其宽度为B＝155，则卸料板厚度取值为H2＝14 mm。附加长度取值为Y＝26。则上凸凹模总长度为
。
上凸凹模做拉深凹模某些壁厚为
。
这某些高度取值为20 mm，保证拉深件所需深度14mm，再附加一定长度。别的某些壁厚取13.34mm。上凸凹模构造如图4所示。
5. 选用原则模架
5.1 模架类型
模架涉及上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具所有零件都安装在模架上，为缩短模架制造周期，减少成本，国内已制定出模架原则。依照模架导向用导柱和导套间配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量不同，由有各种模架类型，如：后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。
选取模架构造时，要依照工件受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作与否以便等方面进行综合考虑。
在此选用滑动导向型后侧导柱式模架。
5.2 模架尺寸
选取模架尺寸时要依照凹模轮廓尺寸考虑，普通在长度及宽度上都应比凹模大30～40mm，模版厚度普通等于凹模厚度1～1.5倍。选取模架时，还要考虑模架与压力机安装关系，例如模架与压力机工作台孔关系，模座宽度应比压力机工作台孔径每边约大40～50mm。
在本设计中，凹模采用圆形构造，其工作某些基本尺寸为mm，壁厚为40mm，因此其外径基本尺寸为155 mm，厚度为h＝28 mm。模具闭合高度H应介于压力机最大装模高度与最小装模高度之间，其关系为：
＋10≤H≤－5
由上面压力机选取可懂得=300 mm，= －70=230 mm。因此H应介于225mm～310mm之间。
查指引书表选用模架为、上模座、下模座分别为：
模架： 250×250×（240～285） GB/T2851.3
上模座：250×250×50 GB/T2855.5
下模座：250×250×65 GB/T2855.6
由此可知其最大装模高度为285mm，最小装模高度为240mm，符合H规定。下模座周界尺寸为250×250，而凹模外径为155mm因此周界尺寸符合规定。下模座厚度为65mm，而凹模厚度为28mm，也符合规定。工作台孔尺寸为150mm，模座宽度也比工作台孔尺寸大，也符合规定。
依照模具构造，可知其闭合高对为

式中： －模具闭合高度，mm；
－上模座厚度，mm，由前可知＝50 mm；
－上垫板厚度，mm，此处选＝5 mm；
－凸模固定板厚度，mm，由前可知＝25 mm；
－上凸凹模长度，mm，由前可知＝65 mm；
－制件厚度，mm，此处＝2.5 mm；
－下推板厚度，mm，由前可知＝21 mm；
－下凸凹模固定板厚度，mm，由前可知＝25 mm；
－下垫板厚度，mm，选用＝5 mm；
－下模座厚度，mm，由前可知=65 mm。
综上可得 ＝50+5+25+65+2.5+21+25+5+60＝263.5 mm，因此介于225mm和310mm之间，符合设计规定。
6. 选用辅助构造零件
6.1 导向零件选用
导向装置可提高模具精度、寿命以及工件质量，并且还能节约调试模具时间，导向装置设计主意事项：
（1）导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面有10～15 mm间隙；
（2）导柱、导套与上、下模板装配后，应保持导柱与下模座下平面、导套上端与上模座上平面均留2～3 mm间隙；
（3）对于形状对称工件，为避免合模安装时引起方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同；
（4）当冲模有较大侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受侧向压力；
（5）导套应开排气孔以排除空气。
依照所选取模架，选用导柱规格为：35×230（GB/T 2861.1），选用导套规格为35×125×48（GB/T 2861.6）。
6.2 模柄选用
依照压力机模柄孔尺寸：直径：50 mm，深度：60 mm，选取凸缘式模柄，查[2]第437页表15.20，可知其参数如下：
d=50㎜，极限偏差±0.05 mm，d1=132 mm,总高度L=91 mm，凸缘高L1=23 mm，模柄倒角高度L2=5 mm，打杆孔d2=15 mm，凸缘螺钉环绕直径d3=91 mm，凸缘固定螺钉沉孔直径d4=11 mm，沉孔台阶直径d5=18 mm，台阶高度h=11 mm，材料为Q235。
6.3 卸料装置
固定卸料板重要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能协助送料导向和保护凸模。设计时应保证卸料板有足够刚度，其厚度H=（0.5～0.8）落料凹模厚度。前面已对固定卸料板进行选取，其厚度为14 mm，宽度为155 mm。
6.4 推件顶件装置
推件装置装在上模内，通过冲床滑块内打料机构完毕推件动作。运用弹性元件定出。刚性推件装置典型构造应考虑推力均衡分布和尽量减少对模柄和模座强度削弱原则来设计。顶件装置作用是将工件从凹模中定出，运用弹簧和气垫驱动顶杆订出工件。
上模座3个顶杆查[2]第463页表15.44，选用规格为：直径d＝12 mm，长度L=80 mm，材料45钢，顶杆12×80 JB/T7650.3。
6.5 定位装置
为限定被冲材料进给步距和对的地将工件安放在冲模上完毕下一步冲压工序，必要采用各种形式定位装置。用于冲模定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。定位装置应可靠并具备一定强度，以保证工作精度、质量稳定；定位装置应可以调节并设立在操作者容易观测和便于操作地方；定位精度规定高时，要考虑粗定位和精定位两套装置。
固定挡料销选用：
落料凹模上部设立固定挡料销，采用固定挡料销进行定距。挡料装置在复合模中,重要作用是保持冲件轮廓完整和适量搭边。在此选钩形挡料销,因其固定孔离刃口较远,因凹模强度规定,构造上带有防转定向销。
选用固定挡料销详细参数为：
大头端直径：d＝38 mm,极限偏差为；
销部直径：d1＝6 mm，极限偏差为；
头部高度：h＝3 mm；
总长度：L＝13 mm。
标记为：固定挡料销 A8 JB/T 7649.10。
7参照文献
1． 冷冲压技术
2． 冷冲模设计指引
3． 冲压设计手册
4． 冲压模具设计手册