冲压模具设计-落料拉深复合模培训讲学.doc

冲压模具设计-落料拉深复合模

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摘 要

随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。本文针对筒形零件的落料工艺性和拉深工艺性，确定用一幅复合模完成落料和拉深的工序过程。介绍了筒形零件冷冲压成形过程，经过对筒形零件的批量生产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能为前提，将其确定为冲压件，用冲压方法完成零件的加工，且简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算，并设计出模具。同时具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板等）的设计与制造，冲压设备的选用，凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加工工艺过程。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。通过充分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结构改进、优化设计、优化工艺方法能大幅度提高生产效率，这种方法对类似产品具有一定的借鉴作用。

关键词：复合模；拉深；落料；

目 录

目 录 III
前言
第一章 课程设计任务书 1

第二章 模具结构设计 2
2.1 读产品图：分析其冲压工艺性 2
2.2 分析计算确定工艺方案 3
2.2.1 计算毛坯尺寸 3
2.2.2 计算拉深次数 3
2.2.3 确定工艺方案 3
2.3 主要工艺参数的计算 4
2.3.1 确定排样、裁板方案 4
2.3.2 确定拉深工序尺寸 5
2.3.3 计算工艺力，选设备 5
2.4 模具结构设计 6
2.4.1 模具结构型式选择 6
2.4.1 模具工作部分尺寸计算 7

第三章 模具标准件选择及闭合高度计算 8
3.1 标准模架的选择 8
3.2 模具的实际闭合高度计算 8
3.3 压力中心的确定 8

第四章 模具零件的结构设计 9
4.1 落料凹模设计 9
4.2 拉深凸模设计 9
4.3 凸凹模设计 10
4.4 弹性卸料板设计 10
4.5 顶料板设计 11
4.6 模柄设计 12
4.7 导柱、导套设计 12
4.8 打料块设计 12
4.9 上模座设计 12
4.10 下模座设计 12
第五章 模具装配图 13
结 语 15
参考文献 16

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一.课程设计（论文）的主要内容及基本要求
内容：落料、拉深复合模设计；产品工件图见附图；生产批量：大批量
要求：目录、设计任务书、产品图及设计说明书、装配图及零件图。
1． 工件工艺性分析（收集、查阅与课题文献资料；工件的成形工艺性能、使用性能分析、工件的尺寸精度、表面质量、结构工艺性分析）；
2． 确定合理的工艺方案：应有两个以上的工艺方案比较分析。
3． 工艺计算（包括毛坯尺寸、冲压力、压力中心、凸、凹模间隙，计算凸、凹模工作部分尺寸等）
4． 总体结构设计及总装图的绘制。（要求：手绘或机绘。总装图一份，1#：1张，选取标准模架）、重要零部件图纸设计（3#：3张）；
5.编写课程设计说明书一份（推荐用电脑打印，论文不少于1万字）。

前 言
板料冲压是金属加工的一种基本方法，它用以生产各种板料零件，具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低并易于实现机械化和自动化等特点。在现代汽车、拖拉机、电器电机、电子仪表、日用生活用品、航空航天以及国防工业等各个工业部门中均占有越来越重要的地位。
冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面还是在经济方面都具有许多独特的优点，其生产出来的工件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点，是其他加工方法所不能比拟的。但需要指出的是，由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集新产品，其制造是单间小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。所以只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成型加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。
由于冲压加工具有上市突出的有点，因此在批量生产中得到了广泛应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业机敏用工业生产中比不得少的加工方法。
冲压工序根据材料的变形特点可分为分离工序好变形工序两类。
分离工序是指坯料再冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序包括：切断、落料、冲孔、切口、切边、剖边等。
成型工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限，但未达到强度极限，是坯料发生塑性变形，成为居于有定形状尺寸与精度制件的加工工序。成型包括：弯曲、拉深、翻边、旋转、校平、压花等。
模具的概论
模具是用来成型物品的工具，这种工具有各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。
冲压与冲模
冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种加工方法。
 在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具。冲模在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备，与冲压件是“一模一样”上午关系，若没有符合要求的冲模，就不能生产出合格的冲压件；没有先进的冲模，先进的冲压成形工艺就无法实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。
冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。生产的制件所表现出来的高精度，高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。但需要指出的是，由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单位小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。
由于冲压加工具有上述突出特点，因此在批量生产中得到了广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业中必不可少的加工方法。
冲模分类
根据工艺性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模。冲裁模是指沿封闭或长空的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等；弯曲模是指板料毛坯或其他坯料沿着直线或弯曲线产生弯曲变形，从而获得一定角度或形状的工件的磨具；拉深模是把板料毛坯制成开口空心件进一步改变形状和尺寸的模具；成型模具是指将毛坯或半成品工件按凸凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。
根据工序组合成都分，可分为单工序模、复合模、和级进模。单工序模是指在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具，复合模是指只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具；级进模又称连续模，是指在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。
冲模的零部件
通常模具由两类零件组成，一类是公益零件，这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；另一类是结构零件，这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括导向零件、紧固零件、标准件及其他零件等。
1.2 冲压件工艺分析
产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据，设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图人手。分析零件图包括技术和经济两个方面：
1.2.1 冲压加工的经济性分析
冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用。由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用，批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。例如在零件上加工孔，批量小时采用钻孔比冲孔要经济；有些旋转体零件，采用旋压比拉深会有更好的经济效果。所以，要根据冲压件的生产纲领，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。
1.2.2 冲压件的工艺性分析
冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。在技术方面，主要分析该零件的形状特点，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。良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，且寿命长，产品质量稳定，操作简单，方便等。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是冲压件结构尺寸和精度要求，如果发现零件工艺性不好，则应在不影响产品使用要求的前提下，向设计部门提出修改意见，对零件图作出适合冲压工艺性的修改。
另外，分析零件图还要明确冲压该零件的难点所在，对于零件图上的极限尺寸，设计基准以及变薄量，翘曲，回弹，毛刺大小和方向要求等要特别注意，因为这些因素对所需工序的性质，数量和顺序的确定，对工件定位方法，模具制造精度和模具结构形式的选择，都有较大影响。
冲压工艺设计是针对具体的冲压零件，首先从其生产批量、形状结构、尺寸精度、材料等方面入手，进行冲压工艺性审查，必要时提出修改意见；然后根据具体的生产条件，并综合分析研究各方面的影响因素，制定出技术经济性好的冲压工艺方案。其设计流程主要包括冲压件的工艺分析和冲压工艺方案制定两大方面的内容。
在综合方析，研究零件成形性的基础上，以材料的极限变形参数，各种变形性质的复合程度及趋向性，当前的生产条件和零件的产量质量要求为依据，提出各种可能的零件成形总体工艺方案。根据技术上可靠，经济上合理的原则对各种方案进行对比，分析，从而选出最佳工艺方案（包括成形工序和各辅助工序的性质，内容，复合程度，工序顺序等），并尽可能进行优化。

第二章 冲压工艺分析
2.1 读产品图：分析其冲压工艺性
零件图如下：

总体来说筒形拉伸件，从技术要求和条件分析，精度要求较低，均可采用IT14级精度。
1) 材料分析
08钢为优质碳素结构钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、

拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能，用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件。
2) 力学性能：
抗拉强度 300~440MPa, 屈服强度 210MPa ,抗剪强度 τ260~340MPa。
3) 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R5，满足筒形拉深件底圆

角半径大于一倍料厚要求（R>t），因此零件具有良好的结构工艺性。

4) 精度分析
零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到精度要求。

5) 生产批量
大批量，适合采用冲压加工方法。要用到的冲压加工基本工序有：落料、拉深、修边等。

2.2 分析计算确定工艺方案
2.2.1 计算毛坯尺寸
查【1】P189表4.3.1，取修边余量△h = 2.5 mm

= 31.5 + 2.5
= 33.5 mm
d = 33.5 mm（因t=1 mm，故按板料厚度中径尺寸计算）
根据【1】P6190式4.3.2，则：

=
= 72.8 mm

2.2.2 确定拉深次数
坯料相对厚度

查【1】P196表4.4.3，并根据毛坯的材料为08钢，可得知n=1即该产品可以一次 拉深成形。
拉深系数m=
拉深工序的尺寸： 半径 d=33.5 mm
拉深高度 H=33.5 mm
底部圆角半径 r=5 mm

2.2.3 确定工艺方案
基本工序：落料、拉深、修边。
方案一：落料、拉深、修边，共三道工序。
方案二：落料+拉深复合、修边，共两道工序。
综合各方面因素，显然方案二更加合理。

2.3 主要工艺参数的计算
2.3.1 确定排样、裁板方案
考虑到操作方便，排样采用单排。
1) 搭边值： 查【1】表2.5.2
条料两边 a = 1.0 mm，
进距方向 a1 = 0.8mm
进距 s = D + a1 = 72.8 + 0.8= 73.6 mm
2) 条料宽度
采用无侧压装置，查【1】表2.5.3和表2.5.5
条料宽度单向 Δ=0.6 mm 导料销与最宽条料间的最小间隙=0.5 mm
故条料宽度
=
mm
导料销之间的间隙 A=B+C=Dmax+2a+2c=72.8+2*1.0+2*0.5=75.8 mm
3) 材料利用率
拟选用板料规格1mm×755mm×1000mm
若纵裁： 条数 条 余2 mm
每条个数 个 余42.4 mm
每板总个数 个
材料利用率
若横裁： 条数 条 余21 mm
每条个数 个 余 18.2 mm
每板总个数 个
材料利用率
由此可见，无论横裁还是纵裁，两种方案的材料利用率都是71.6%，且该零件没有纤维方向性的考虑，故可随意采用横裁或者纵裁。

2.3.2 计算工艺力，选设备
落料力按【1】P75式2.6.1计算：

=89150.88 N
卸料力按【1】P76式2.6.3计算：Kx查【1】P76表2.6.1取0.05

=4457.54 N
拉深力按【1】P200式4.4.8计算，修正系数K1查【1】P201表4.4.6取1.0

=37868.4 N

压边力按【1】P200式4.4.6计算，p查【1】P201表4.4.5取2.5/Mpa

=6687.4 N
工艺总压力
=89150.88+37868.84+4457.5+37868.4
=169345.18 N
=169.345 KN
压力机公称压力
因此，查查【1】附录 初选采250KN压力机即可，但还要考虑模具的的闭合高度及取产品方便，最终选择压力机具体见“模具实际闭合高度”计算。选取400KN开式压力机.
公称压力：400KN 最大闭合高度：300 mm
滑块行程：100mm 模柄孔尺寸：Ф50x70 mm
工作台尺寸：630x420 mm

2.4 模具结构设计
2.4.1 模具结构型式选择
采用落料、拉深复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。凸凹模壁厚 ，能保证足够强度故可采用复合模。
落料、拉深复合模常采用的典型结构，即落料采用正装式，拉深采用倒装式。
对于生产该电工器罩的模具，由于拉深深度不算大，材料也不厚，因此采用弹性卸料较合适。
考虑到装模方便，模具采用后侧布置的导柱导套模架。

2.4.1 模具工作部分尺寸计算
(1) 落料相关计算
圆形凸模和凹模，可采用分开加工，按【1】P63式12.4.1、式2.4.2计算工作部分尺寸。落料（即为拉深件坯料）按IT14级精度取极限偏差，尺寸取
凸凹模直径尺寸为： ，
式中x按工件精度为IT14级而选定 x = 0.5；

Zmin 按【1】表2.3.3查得：
Zmin = 0.100 mm ，Zmax = 0.14 0mm
再按

则 经检验上述设计是恰当的。
∴
=72.43

落料凹模的外形尺寸确认：
由【1】P110式2.9.3、式2.9.4，查【1】P110表2.9.5取k=0.25，得：
凹模厚度 mm
凹模壁厚 mm
调整到符合标准，凹模外径设计为152mm，凹模高度调整至60mm。
冲头长度经过计算设计为 L = 90mm.

(2) 拉深相关计算
首次拉深件按未注公差的极限偏差考虑，且零件是标准内形尺寸，故拉深件的内径尺寸取。
拉深模单边间隙，故z=2t=2*1=2 mm
查【1】表4.8.3，因零件精度取IT1400×50 ZG450
导柱 32×160 15钢
导套 32×105×43 15钢
凸缘式模柄 φ50×50 Q235
模具闭合高度 最大210mm，最小 170mm
该副模具没有漏料问题，故不必虑漏料孔尺寸。

3.2 模具的实际闭合高度计算
H模 = 上模板厚度+垫板厚度+冲头长度+凹模厚度+凹模垫块厚度
+下模板厚度—冲头进入凹模深度
= 45 + 0 + 90 +60 + 0 — (60 + 10)
= 175 mm
查表【1】附录可知开式压力机规格，250KN压力机的滑块行程为80mm，考虑到卸料取成品的方便压力机的滑块行程需要大于100mm，试选400KN开式压力机，滑块行程为100mm，压力机最大闭合高度最小的也有170mm，故实际设计的模具闭合高度H模=175mm，此设计符合要求。

3.3 压力中心的确定
由于该零件落料、拉深均为轴对称形状，压力中心都是在圆心位置，故不必进行压力中心的计算。
第四章 模具零件的结构设计
4.1 落料凹模设计
设计要点：内、外形尺寸和厚度；
需有三个以上螺纹孔，以便与下模板固定；
需两个与下模板同时加工的销钉孔；
有个挡料销用的销孔；
标注尺寸精度、形位公差及粗糙度，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

4.2 拉深凸模设计
设计要点：设计外形尺寸；
一般要有出气孔；
需要三个及以上螺纹孔与下模座固定；
标注尺寸精度、形位公差及粗糙度，，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

4.3 凸凹模设计
设计要点：设计内、外形尺寸；
需要三个以上螺纹孔，以便与上模座固定；
要有两个以上模座及垫板同时配做的销孔；
标注尺寸精度、形位公差及粗糙度，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

4.4 弹性卸料板设计
设计要点：内形与凸凹模间隙配合，外形视弹簧数量及大小而定；
需有三个以上螺纹孔与卸料螺钉配合；
需加工出坐稳弹簧的沉孔；
厚度一般10mm上下；
模具用挡料销挡料定位，注意留空挡料钉头部位置，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

4.5 顶料板设计
顶料板在该模具兼作压边圈。
设计要点：内形与拉深冲头间隙配合，外形受落料凹模内孔限制；
一般与顶料杆的长度、橡皮等构成弹性顶料系统；
顶料杆的长度 =下模厚度+落料凹模厚度-顶料板厚度，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

4.6 模柄设计
设计要点：根据冷冲模GB2862.381进行设计，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

4.7 导柱、导套设计
设计要点：根据GB-T2862.6-90进行设计，导柱、导套均选择为A型；
导柱型号为 32×160；
导套型号为32×105×43；
具体尺寸公差等参数见GB-T2862.6-90。

4.8 打料块设计
设计要点：前部外形与拉深凹模间隙配合且后部必须更大；
一般与打料杆联合使用，靠两者的自重把工件打出来；
打料杆的长度=模柄总高+凸凹模高-打料块厚。

4.9 上模座设计
设计要点：根据冲模滑动导向模座后侧导柱上模座GB-T2855.5-90进行设计；
钻沉孔与弹簧配合；
注意与凸凹模垫板及弹性卸料板的螺纹孔配合，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

4.10 下模座设计
设计要点：根据冲模滑动导向模座后侧导柱下模座GB-T2855.6-90进行设计；
注意与凹模及顶料板的螺纹孔配合，
具体尺寸及零件材料等相关信息见零件图。

第五章 模具装配图

主 视 图

俯 视 图
结 语
本文是在指导老师谢文玲老师的精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。在此次课程设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识，对其现状和未来发展趋势有了很大的了解。
通过这次模具设计，本人在多方面能力都得到了提高。通过这次课程设计，综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实际知识进行一次冷冲压模具设计，通过实际设计从而培养和提高了自己的独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能，懂得了从分析零件的工艺性入手，确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了相应规范和标准，同时对各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。并提高了查阅设计资料和手册的能力，熟悉了设计中的标准和规范等。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分的乐意接受你们的批评与指正我将万分感谢。
在以后的工作和学习生活中，我会永远保持一颗上进心，勤奋刻苦、踏实肯干不惧艰难险阻，迎难而上。已让自己不断进步、不断完善、不断成功。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向老师及同学们致以我最诚挚的谢意和崇高的敬意。 

参考文献
[ 1 ] 《冲压模具设计与制造》刘建超 张宝忠.—北京：高等教育出版社，2010.1
[ 2 ] 《实用模具设计简明手册》邓明主编.—北京：机械工业出版社，2006.1
[ 3 ] 《机械工程图学》徐祖茂，杨裕根，姜献峰主编. —2版.—上海：上海交通大学出版社，2009
[ 4 ] 《材料成型设备》王卫卫主编.—2版.—. 北京：机械工业出版社，2011.6
[ 5 ] 王秀凤编著.《冷冲压模具设计与制造》.北京：北京航空航天大学出版社，2005
[ 6 ] 成虹主编.《冲压工艺与模具设计》.北京：高等教育出版社，2002
[ 7 ] 郑大中主编.《模具结构图册》. 北京：机械工业出版社，1995
[ 8 ] 周玲编著.《冲模设计实例详解》.北京：机械工业出版社，2007
[ 9 ] 中华模具论坛；中国模具论坛；UG网；三维网；中国CAD论坛