工艺夹具毕业设计92洗手池成形工艺与拉深模设计

1 目 录 摘 要 . 2 Abstract. 3 第一章 文献综述 . 4 1.1 模具工业的地位 . 4 1.2 盒形件成形机理 . 5 1.2.1 盒形件的成形特点 . 5 1.2.2 盒形件成形机理 . 5 1.3 国内外有关盒形件拉深成形技术的研究 . 8 第二章 模具设计过程 . 10 2.1 前 言 . 10 2.2 冲压件的工艺过程 . 10 2.2.1 分析零件的冲压工艺性 . 10 2.2.1.1 分析其冲裁的工艺性： .11 2.2.1.2 分析其拉深的工艺性 .11 2.2.1.3 分析其扩孔的工艺性 . 13 2.2.1.4 材料的性能： . 13 2.2.2 冲压件的工艺方案的拟定 . 13 2.2.3 毛坯尺寸的确定 . 14 2.2.3.1 修边余量 . 14 2.2.3.2 毛坯计算 . 14 2.3 排样和搭边 . 16 2.3.1 冲裁件的材料利用率 . 16 2.3.2 排样和搭边 . 17 2.4 压力机的选择 . 18 2.4.1 落料拉深 . 18 2.4.1.1 压力中心： . 18 2.4.1.2 落料时的力的计算： . 18 2.4.1.3 压边力、拉深力的计算： . 20 2.4.1.4 冲裁变形功、拉深变形功和辅助功的计算： . 21 2.4.1.5 压力机的选择： . 22 2.5 落料拉深模具设计 . 23 2.5.1 模具类型 . 23 2.5.2 主要零件的结构与设计 . 23 2.5.2.1 工作零件 . 24 致 谢 . 32 参考文献 ： . 33 2 摘 要 本设计是洗手池冲压模具设计，分析工件结构，其主要包括落料、盒形件拉深、冲孔、扩孔、修边。首先确定工艺方案，选择一个比较合理的设计方案。其次，根据设计方案确定一共需要多少副模具来完成洗手池的生产。在本次设计 中，采用四副模具来生产该工件。第一副是落料拉深，第二副是二次拉深冲孔，第三副是扩孔修边，第四副是翻边。模具的设计中包括凸凹模刃口尺寸的确定和结构形式，定位零件的设计，卸料与推件装置的设计，以及其它辅助零件的设计。在模具的设计过程中首先要考虑零件工作的合理性，然后考虑零件的经济性。 【关键词】工艺分析、方案确定、落料拉深、冲孔、扩孔修边、翻边 3 Abstract This design is blanking die design of washbowl, including blank、 deep drawing of box parts、 punch、 chambering、 modification,through the structure analysis of work piece. First , determination of technological arrangement is for choosing the best alternatives in this design. Second, according to the proposal of this design, we should decide that how many moulds are used to complete production of washbowl. In this design ,four moulds are applied in this process. The compound for blanking and deep drawing is used in the first process. The second mould is applied for future deep drawing and punch. Chambering and modification are practiced in third process .Similarly , the forth mould is used for curring in the last process. Blanking and deep drawing mould design is consisted of the sizes of punch and die cutting edge、 location components 、 tripping and ejection equipment、and assistant structure parts. In the process of mould design, we should consider the reasonableness of working parts, and then take the cost of parts production. 【 Key words】 Technological analysis、 Determination of arrangements、 Blank and deep drawing、 punch、 Chambering and modification、 curring 4 第一章 文献综述 1.1 模具工业 的地位 模具是现代工业的重要工艺设备，随着科学技术的不断进步，它在国民经济中占有越来越重要的地位，发展前景十分广阔。模具工业是技术密集型、资本密集型和投资密集型的产业，就冷冲模具而言，在冲模设计与制造上，模具结构与精度正朝着两个方面发展：一是为了适应高速、自 动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展；另一方面，为适应市场上产品更新换代迅速的要求，各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造也得到了迅速的发展。同时，计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用，使模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化。目前最为突出的是模具 CAD/CAE/CAM。 模具是工业生产的基础工艺装备，模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。冲压模具是其中重要的一种。模具的标准化 和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。这是由于模具标准化是组织模具专业化生产的前提，而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键。我国已经颁布了冷冲压术语、冷冲模零部件的国家标准。冲模的模架等基础零部件已专业化，商品化。但总的来说，我国冲模的标准化和专业化还是比较低的。主要是模具制造商对模具制造的认识还不够，对模具新技术的应用力度不大，对在模具制造过程中模具标准设计还没有足够的认识，还停留在老的手工制作又一有经验的模具师傅带队的水平线上，试观国外发达国家模具制造，把标准化的模具设计放 在了最重要的位置上，其次是设备问题。性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件。高效率、高精度、长寿命的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备与之相匹配；为了适应冲压新工艺的需要，研制了许多新型结构的冲压设备；为了满足新产品少批量生产的需要，冲压设备朝多功能、数控方向发展；为提高生产率和安全生产，应用各种自动化装置以及冲压自动化生产线。 5 1.2 盒形件成形机理 近年来，人们对盒形件成形的研究日趋活跃。尤其是对毛坯形状确定方法、成形极限、破坏形式及其预防措施等的研究成为板料成形研究领域的热点。 1.2.1 盒形件的成形特点 由于盒 形件形状的非旋转性和自身结构的复杂性，决定了盒形件成形时不同于 筒形件的 最 大特点就是不均匀性，这种不均匀性主要体现在以下几个方面 ： (1) 受力分布不均匀性 盒形件拉深变形过程中，在法兰变形区，圆周部分的正应力沿切向和径向的分布、直边部分正应力沿横向和纵向的分布都是不均匀的。在 已 变形的直壁部分，直边区和圆周区所承受的单位载荷也是不同的。 (2) 变形分布不均匀性 盒形件成形过程中变形主要在法兰区进行，而冲头的底部材料基本不变形或有少 量 的胀形部分。研究表明 ： 法兰区平面内圆周区和直边 区的变形程度是不同的，圆周区的变形程度大于直边区。 (3) 变形速度不均匀性 一般认为 :盒形件拉深成形时，直边部分的流动速度大于圆周部分的流动速度。但是，直边区和圆周区是一连续的整体，因而其位移速度场的分布也是连续的，不存在间断点。两区之间也不存在明确的分界线。 1.2.2 盒形件成形机理 对于盒形件成形机理的探讨，一般是从盒形件的变形特点入手，主要是研究法兰变形区的变形机理，即圆周区和直边区各自的变形性质以及两部分间的相互作用。 传统的观点是前苏联学者罗曼诺夫斯基早在 50年代就提出的，认为圆周区为拉深变 形，直边区为简单的弯曲变形。基于此，对盒形件拉深给出了一套工艺计算方法，也是世界各国所普遍沿用的。但实践证明使用这套方法的结果是成形极限低，工序次数多，而且不可靠。后来，日本的一些学者认为直边部分不单纯是弯曲变形， 6 还有少量的拉深变形，且对圆周部分的变形有减轻作用。名古屋大学的河合望教授提出了“变形缓和效应”理论，他把圆角和直边分成五个区域。 国内的一些学者在这方面也进行了大量的研究工作。认为圆周区和直边区都是拉深变形，由于直边部分的变形程度小，位移速度快，因此直边区对圆周区的变形有减轻和带动作用。从而解释了 盒形件的成形极限比相同半径圆筒形件高的原因。 文献 1提出“位移速度差诱发剪应力”的观点，认为直边与圆周区域内都 存在剪切变形。 文献 2提出了高盒形件多次拉深成形的“均匀变形理论”，对高盒形件成形具 有指 导 意义。目前对高盒形件的成形特点、成形机理的研究还很少，主要是因为高 盒形件 的 成形更为复杂，其规律也更难以把握。 文献 3系统总结了对盒形件成形机理的研究成果，认为 :盒形件一次拉深成形时，毛坯变形情况如图 1-1所示。由平板毛坯成形至高度为 h的筒壁时，在变形区内各处所受的应力状态不同。在圆周区的中心线 OA 上，在盒形件的两对称轴线CC 与 EE 上，都是径向受拉和切向受压的应力状态。由于直边区 (BC和 DE部分 )所产生的拉深变形较小，即其径向的伸长变形小于圆周部分，以致在径向正应力与切向正应力之外又引起剪切应力的作用，使变形区内的应力状态及其分布变得十分复杂。 理论分析与实验结果都证实，圆周区的变形程度大于直边区，而且在圆周区的分角线 OA上的变形程度最大。因此，盒形件成形的径向拉应力在法兰上的分 布，可以形象地用图 1-1 来表示。在 OA 线上 r具有最大值，而在对称线 CC 和 EE上 r 的数值最小，所以盒形件成形时毛坯 的危险断面是圆周区筒壁的底部，当超越成形极限时，在这个部位上材料被拉断。由于在直边 BC与 DE 部分上也产生一定程度的拉深变形，所以在 OA线上材料的变形程度 r小于半径和高度相同的圆筒形零件。从而， OA 线上材料的变形抗力 i和径向拉应力 r的数值都必然小于半径和高度相同的圆筒形件。这也是直边区变形减轻作用使盒形件的成形极限大于圆筒形件的主要原因之一。 7 图 1-1 盒形件一次成形时的变形特点 按照盒形件成形时径向拉应力近似公式r lrlnir 得到径向拉应力的 分布 ,如图 1-1中的实 线所示。由于圆周区的径向位移速度小于直边区，在变形 区 内必然形成直边区对圆周区的带动作用，也必然引起变形区内应力状态的变化。除一般拉深变形中的径向拉应力和切向压应力外，在直边区中心点和圆周区对角线之间的过渡区内，还会出现如图 1-1所示的剪切应力 。这样的作用结果是变形区径向拉应力的分布发生变化，由图 1-1中的实线变成为虚线，降低了危险部位。很显然这样的变化对提高成形极限是有利的。 法兰径向拉应力，在经过凹模圆角之后，构成筒壁部分 (即传力区 )的拉应力(图 1-2)。在筒壁的上边缘拉应力 Pt上的分布，基本上和图 1-1 中的虚线所示的径向拉应力 r的分布相同。但是，当筒壁已有一定高度 h 时，在其底部，即在通常发生破坏的部位上，拉应力分布又进一步得到均匀化。这是由于传力区内的直边区对圆周区的带动作用，而使成形极限得以提高的另一个主要原因 4。 8 图 1-2 筒壁内拉应力的变化 1.3 国内外有关盒形件拉深成形技术的研究 自英国学者 Alexander Parks在 1857年开发并取得钢板拉深工艺专利以来，拉深成形工艺不断取得发展和广泛应用。在目前的理论研究中，对轴对称拉深变形的研究成果很多，也比较成熟。迄今为止，国内外专 家学者对盒形件的研究主要集中在如下几个方面 : (1) 盒形件成形规律的研究 北京理工大学的 鄂 大辛采用实验手段对盒形件法兰部分的特定部位进行应力应变解析 5，分析了法兰变形及直边部的变形缓和作用随形状特性的变化，并通过适当地切除板坯的角部材料或调整板坯长短边变形尺寸，研究对拉深极限的影响 ； 燕山大学的胡金华、李春科等应用有限元模拟技术分析方盒形件拉深弹塑性的成形规律 5； 上海交通大学的学者介绍了一种在一步模拟算法的基础上发展的新有限元方法，该方法还可用于直接预测应变分布和毛坯外形 7。 (2) 确定盒形件最优毛坯 外形方法的研究 上海交通大学的姚华和陈军采用神经网络技术预侧毛坯外形 8,韩国学者Shim Hyunbo,K.Son 等人提出形状灵敏度分析方法设计非圆拉深件的最优毛坯外形，并以盒形件为例，实验和模拟结果吻合很好，证明了该方法非常有效。但这种方法存在一个问题，就是在每一个设计步骤中需要进行二三次变形分析，而且在刚性变形区中有奇异行为。所以，近来他们又发表文章介绍了新方法，只要知道工具尺寸和最终产品形状等信息，利用边界节点的初始速率就可确定最优毛坯的外形 ；有限元逆算法 (IA)是现在国外较流行的一种分析大变形薄 板拉深件应变和确定毛坯外形的方法，该方法是从最后希望得到的拉深件外形开始分析，划分单元网格后，应用牛顿 -拉普森迭代解决方案来确定初始位置 ； 在此基础上，又有专家提出了基于有限元逆算法上的一步法来直接预测初始毛坯外形和应变分布 。 (3)盒形件拉深极限及起皱失稳的预测研究 上海交通大学的郑晓丹、汪锐、何丹农应用专家系统技术进行了盒形件拉深极限的研究 9;日本学者综合评估如模具转角半径和硬化指数等材料特性参数对铝板材料的盒形件拉深性能的影响。在金属板材成形中，起皱预侧和防止的研究一 9 直是热点和难点所在，起皱预测的研 究至今己有 50 多年的历史，早期通常采用解析模型研究方法，随着计算机技术的发展，有限元数值模拟在近年来成为主要研究手段。美国西北大学的华人学者曹健提出一种新的起皱判断准则 C-B，该准则将能量守恒和有限元技术综合使用，认为平板应变能大于屈曲板应变能，差值恰好等于外力将屈曲板压平所做的功，由此建立方程得到临界屈曲应力和法向应力函数的波长，然后解析关系再被置入有限元软件包，就可以模拟预测起皱失效。作者以盒形件成形为例，法兰区和侧壁区起皱的模拟结果与实验都吻合很好 10。 10 第二章 模具设计过程 2.1 前 言 冲压是一种先进的少无切削加工方法，具有节能省材、效率高、产品质量好、重量轻、加工成本底等一系列优点，在汽车、航空航天、家电、电子、通讯、军工等产品的生产中得到了广泛的应用，模具工业是国民经济的基础工业，是工业生产的重要工艺装备。 冲压是借助冲压设备的动力，通过模具的作用，使板料分离或经塑性成形而获得一定形状、尺寸和性能制件的加工技术。冲压加工是金属塑性加工的主要方法之一。与塑性加工的其它方法及机械制造中其它冷、热加工方法相比具有以下优点：(1) 生产效率高； (2) 易于实现机械化及其自动化； (3) 节约材料，节省能源； (4) 尺寸精度稳定，表面质量好； (5) 强度高、刚性大、重量轻等优点。 2.2 冲压件的工艺过程 2.2.1 分析零件的冲压工艺性 零件的名称为洗手池，其材料为 1Cr18Ni9Ti 不锈钢，料厚 1mm，分析其形状，主要由 1 个小孔以及 150mm 深的形腔组成，完成此零件的生产，其主要有拉深和冲孔、扩孔、修边等工序。如下图 2 1所示：零件图 。 11 图 2 1 零件图 2.2.1.1 分析其冲裁的工艺性： 冲孔时，由于受到 凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小，其数值与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度有关。由零件图知，其最小孔的直径为 10mm，大于孔的最小要求尺寸 (1.3t=1.3*1=1.3mm)，所以满足冲孔要求。 2.2.1.2 分析其拉深的工艺性 此工件的拉深属于盒形件拉深，盒形件是由圆角和直边两部分组成，毛坯的拉深变形性质虽然与圆筒形件相似，但由于有直边部分参与变形，对圆角部分在拉深过程中产生的切向压应力起分散减弱作用，因此与几何参数相同的圆筒形件相比，拉深时，圆角部分受到的径向平均拉应力和切向压应力都要小得多。 所以在拉深过程中，圆角部分危险断面的拉裂可能性和凸缘起皱的趋势都较相应的圆筒形件小。因此，拉深盒形件时，选用的拉深系数可以相对小一些。 (1) 拉深件侧壁与底面或凸缘连接处的圆角 R 底 、 R 凸 、 R4 (图 2 1)，应取 R 12 底 t,R 凸 2t,R4 3t，而因为实际 R 凸 =5mm， R 底 =10mm， R4 10mm， t=1mm, 所以 R底 t, R 凸 2t， R43t (2) 由拉深的高度为 150mm，分析计算其拉深次数以及尺寸，则拉深时尺寸的计算如下： 分析零件图知，其拉深主要包括四个半径为 10mm的四分之一圆筒形件以 及四个直壁部分。其拉深属于盒形件的拉深。盒形件拉深过程的应力和变形比较复杂，沿周边是不均匀分布的，其不均匀程度随相对高度 H/B及角部的相对圆角半径 R4/B的大小而变化，这两个比值决定了圆角部分材料向工件侧壁转移的程度及侧壁高度的增补量。在该零件中 R4 10mm， H 150mm， B 370mm。因此 H/B 0.41， R4/B 0.03查资料 1可知，该盒形件的拉伸情况位于 a区和 a区之间过渡区，属于角部具有较小圆角半径的中等高度盒形件。按 a区计算。 由于工件相对高度并不大，但由于圆角半径较小，若一次拉深 ，因局部变形大，底部容易破裂，故须两次拉深。第二次拉深近似整形，主要目的是用来减小角部和底部圆角，其外形不变，轮廓尺寸稍有改变。 13 图 2 2 盒角半径进行整形的方形盒拉深 两次拉深的相互关系 (见图 2 2)应符合： 两次拉深的角部圆角半径中心不同； 第二次拉深可不带压边圈，故工序间的壁间距和角间距不宜太大。建议采用： 壁间距： b (4 5)t，这里取 b 5t 5mm 角间距： x 0.4b，这里取 x 1.5mm 则经几何计算 R42 24.45mm 第二次拉深高度的增量： H b-0.43(R 底 2-R 底 ) 取 R 底 2 10mm，已知 R 底 10mm 因此 H 5mm 2.2.1.3 分析其扩孔的工 艺性 2.2.1.4 材料的性能： 表 2-1 1Cr18Ni9Ti 不锈钢的机械性能 牌号 材料状态 极限强度 延伸率 10 (%) 屈服强度 s (MPa) 许用压应力 压 (MPa) 许用弯曲应力 弯 (MPa) 弹性模量 E (103MPa) 抗剪 (MPa) 抗拉 b (MPa) 1Cr18Ni9Ti 不锈钢 经热处理 451511 569628 35 196 140 533 196 2.2.2 冲压件的工艺方案的拟定 分析洗手池的结构，其基本的冲压工序为落料、一次拉深、二次拉深、冲孔、扩孔、修边、翻边。可拟出以下几种工艺方案： 方案 (一 )、落料冲孔一次拉深二次拉深修边扩孔翻边 方案 (二 )、落料一次拉深冲孔二次拉深扩孔修边翻边 方案 (三 )、落料一次拉深二次拉深冲孔扩孔修边翻边 分析以上各种方案： 采用方案 (一 )，生产率底，工件尺寸的积累误差大 14 采用方案 (二 )，生产率相对最高，但是模具相对比较复杂，设计困难 采用方案 (三 )，生产率相对较高，减少了生产步骤 ，提高了工件的尺寸精度，落料拉深复合模的结构相对不会太复杂，设计模具时也相对较简单，其总体需要四副模具。综上所述，决定采用方案三。 2.2.3 毛坯尺寸的确定 该盒形件的拉伸情况属 a区，可按 a的盒形件计算毛坯。 2.2.3.1 修边余量 带凸缘盒形件的修边余量可参考下表选取 表 2-2、有凸缘圆筒形件拉深件的修边余量 凸缘直径 B 凸 凸缘的相对直径 B 凸 / B 1.5以下 1.5 2 2 2.5 2.5 25 25 50 50 100 100 150 150 200 200 250 250 1.8 2.5 3.5 4.3 5.0 5.5 6 1.6 2.0 3.0 3.6 4.2 4.6 5 1.4 1.8 2.5 3.0 3.5 3.8 4 1.2 1.6 2.2 2.5 2.7 2.8 3 因为 B凸 =390mm,B=370mm, 所以得出最小修边余量 =6mm。 2.2.3.2 毛坯计算 (1) 翻边部分毛坯计算 按弯曲计算， L A+B+ 式中： L 毛坯长度 修正系数，按表 2-3 选取。 所以 r 凸 L+ 4.77+19+0.23+6 30(mm) 15 图 2-3 翻边与翻边部分毛坯形状与尺寸 表 2-3 弯曲 90角的修正系数值 r(mm) t(mm) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 1 0.3 0.125 0.10 0.07 0.035 0.00 -0.125 -0.21 0.4 0.18 0.15 0.12 0.09 0.05 -0.06 -0.14 0.5 0.22 0.20 0.18 0.15 0.12 0.00 -0.07 0.8 0.36 0.35 0.33 0.31 0.28 0.18 0.11 1 0.43 0.43 0.43 0.41 0.38 0.30 0.23 (2) 按压弯计算壁部展开长度 l l H+r 凸 -0.43(R 凸 +R 底 ) 173.55(mm) (3) 按拉深计算角部毛坯半径 R R ）（）（ 底凸底凸凸 2242 RR14.0RR86.0HR2 r 62.26(mm) 考虑用第一次拉深，第二次拉深近似整形的工艺，工件圆角部分要两次拉深，同时材料有向侧壁挤流现象，故将展开圆角半径加大 20。 则： R 74.71(mm) (4) 从 ab 线段的中心向半径为 R 的圆弧引切线。 (5) 在直线与 切线的交接处及切线与切线的交接处，用半径为 R 的圆弧光滑连接，即得出毛坯的外形。 16 图 2 4 低矩形盒的毛坯作图 法 2.3 排样和搭边 2.3.1 冲裁件的材料利用率 在大批量生产中，原材料费用占生产成本的 60% 80%。节省材料对降低成本有着重要的作用。生产中，通常利用材料的利用率作为衡量材料经济利用程度的指标。 一个进距内的材料利用率为： =(nF/Bh) 100% 式中： F 冲裁件面积； n 一个进距内冲件数； B 条料宽度； h 进距。 17 一张板上总的材料利用率 总 为： 总 =(n 总 F/AL) 100% 式中： F 冲裁件面积； n 总 一张板料上冲件总数目； L 板长； A 板宽。 由式可见，若原材料以板料的形式供货，则板料的材料利用率就是总的材料利用率。 材料的利用率还与板料宽度、送料进距、一个进距内的冲件个数、一条板料上的冲件总数和条料长度等多个参数有关。而这些参数取决于制件在板料上的布置方法和搭边。因此，选择合理的排样方法和搭边值是提高材料利用率的重要措施。 2.3.2 排样和搭边 冲裁件在板料上的布置叫排样。排样的合理与否不仅影响材料的经济利用，还影响模具结构与寿命，生产效率，工件精度，生产操作方便与安全等。 根据毛坯形状，使用的排样图如下图 3-2所示： 图 2-5 排样图 排样中相邻两制件之间或制件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用之一是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料误差而冲出残缺的废品；搭边的作用之二是保持条料在冲裁过程中的强度和刚度，保证条料的顺利送进。此外，选取合理的搭边值还可以调整模具沿周边的受力状况，提高模具寿命和工件断面质量。 普通钢板冲裁件的搭边值 (a1)和沿边搭边值 (a)见表 2 4。 18 表 2-4 最小工艺搭边 值 (mm) 材料厚度 t(mm) 矩形件边长 L50mm 0.8 1.2 工件间 a1 沿边 a 1.5 1.8 这里 我 取 a=2.5mm, a1=2mm 则条料宽度 B=694.475+2a=694.475+5=699.475mm 送料进距 h=724.475+a1=726.475mm 根据毛坯形状，选择的板料规格为 1mm 699.475mm 14535mm。 则：板料面积 A0=699.475 14535 =10166869.125 mm2 每个板料裁的零件数为： n 总 =14535/h 20个。余 5.5mm 每个零件的面积为 F =400350.6797mm2 所以总的材料利用率 总 =(n 总 F/A0) 100%=78.8% 2.4 压力机的选择 2.4.1 落料拉深 2.4.1.1 压力中心： 因为工件为对称零件，所以其压力中心与工件的几何中心重合。即，工件的几何中心就是压力中心。 2.4.1.2 落料时的力的计算： (1) 冲裁力： 冲裁力是指冲裁过程中的最大抗力，也就是力 行程曲线的峰值。它是合理 19 选用冲压设备和校核模具强度的重要依据。影响冲裁力的因素很多，主要有材料的力学性能、厚度、冲裁件的周 边长度、模具间隙以及刃口锋利程度等。 平刃口的模具冲裁力可按 4-1式计算。 F 冲 =L t k (4-1) 式中： F 冲 冲裁力， N； L 冲裁件周长， mm t 材料厚度， mm； k 抗剪强度， MPa 考虑到冲裁与剪切、拉深的不同及速度的影响，以及刃口的磨损，凸凹模间隙的不均匀，材料的性能波动和厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需要增加30%，如下式 3-2： F 冲 =1.3 L t k Lt b (4-2) 式中： b 材料的抗剪强度，由表 1-2知道，取 600Mpa L 工件的周长，等于 2312.6mm t 材料厚度为 1mm 所以 F 冲 =2312.6*1*600=1387560N=1387.56KN （ 2） 卸料力、推件力和顶件力 当冲裁件工作完成后，冲下的制件 (或废料 )沿径向发生弹性变形而扩张，废料 (或制件 )上的孔则沿径向发生弹性收缩。同时，制件与废料还要力图恢复弹性穹弯。这两种弹性恢复的结果， 导致制件 (或废料 )梗塞在凹模内或抱紧在凸模上。所以从凸模上将制件 (或废料 )卸下来的力叫卸料力；从凹模内顺着冲裁力方向将制件 (或废料 )推出的力叫推件力；逆冲裁方向将制件 (或废料 )从凹模洞口顶出的力叫顶件力。这些力在选择压力机或设计模具时都必须加以考虑。 生产中常用式 (4-3)、 (4-4)和 (4-5)来计算卸料力、推件力和顶件力。 Fx=KxF (4-3) Ft=nKtF (4-4) Fd=Kd F (4-5) 式中： Kx、 Kt、 Kd 分别是卸料力、推件力和顶件力的系数，其值可以查表2-5。 n 梗塞在凹模内的工件数。 在此副模具设计中，采用刚性卸料板，总冲裁力按下式计算： 20 Fz=F+Fx 由于 Fx=KxF=0.04* 1387.56= 55.50KN 所以： Fz=1387.56+55.50=1443.06KN 表 2-5 卸料力、推件力和顶件力系数 材料及料厚 (mm) Kx Kt Kd 钢 0.1 0.1 0.5 0.5 2.5 2.5 6.5 6.5 0.065 0.075 0.045 0.055 0.04 0.05 0.03 0.04 0.02 0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.014 0.08 0.06 0.05 0.03 2.4.1.3 压边力、拉深力的计算： (1) 压边力： 采用压边圈的条件：除破裂外，拉深中常出现的问题还有压缩失稳起皱。为了防止起皱，有效措施是设置压边圈。分析可见，起皱取决于两个因素，一个是法兰处压应力的大小，另一个是板料的相对厚度。 分析洗手 池的板料相对厚度和拉深系数，查表 4-70冲压设计资料可知，要用压边圈。 压边力的计算： 压边圈的压力必须适当，压边力过大会增加拉深变形阻力使制件拉裂，压边力过小会使工件的边壁或法兰失稳起皱。压边力的计算公式如下： F 压 =Fq (4-6) 式中： F 压边圈的面积； F 32584.24mm2 q 单位压边力；查表 4-72冲压设计资料知 q=3 4.5MPa，取 q 4MPa。 所以 F 压 =32584.24*4=130336.96N 130.34KN (2) 拉深力： 在选用压力机时，必须先求得拉深力。拉深力的计算公式如下： F 拉 =Lt bk (4-7) 21 式中： L 凸模周边长度， 1538.024mm t 材料厚度， 1mm b 材料抗拉强度， 600N/mm2由表 2-2查得 k 系数，由表 2-6查得 表 2-6 任意形状拉深件的系数 k值 制件复杂程度 难加工件 普通加工件 易加工件 k值 0.9 0.8 0.7 因为，洗手池的加工属于普通件的加工，取 k=0.8。 则 F 拉 =1538.024*1*600*0.8=738251.52N=738.25KN F 压 +F 拉 =130.34+738.25 868.59KN 2.4.1.4 冲裁变形功、拉深变形功和辅助功的计算： (1) 冲裁变形功 ： 对于平刃冲裁，其变形功为： A 冲 x F 冲 t*10-3 1387560 式中： F 冲 冲裁力 (N)； t 板厚 (mm)； x 系数，由材料的种类和厚度决定，查表 9-11冲压设计资料 ，取 x 0.55 A 冲 0.55*1387560*1*10-3=763.16J (2) 拉深 变形 功 ： 拉深力并不是常数，而是随凸模的工作行程改变。为了计算实际的拉深功，不能用最大拉深力 Pmax，而应该用其平均值 P 平均 。 对于不变薄拉深： A 拉 F 平均 h 10-3 cFmaxh 10-3 式中 A 拉 拉深 变形 功 (J)； Fmax 最大拉深力 (N)； h 拉深深度 (mm)； c 系数 (查表 2-7)。 表 2-7 系数 c 与拉深系数的关系 拉深系数 m 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 22 系数 c 0.8 0.77 0.74 0.70 0.67 0.64 由于 m R42/R=24.45/74.71=0.33,这里我 取 c 0.87。 取 Fmax F 拉 =738251.52N 则 A 拉 0.87*738251.52*145*10-3 93130.43J (3) 辅助功 ： 由于在拉深中需要克服压边力做功，这部分功归为辅助功。 A 辅 F 压 *h*10-3=130336.96*145*10-3 18898.86J 2.4.1.5 压力机的选择： 冷冲压设备的选择是冲压工艺及其模具设计中的一项重要内 容，它直接影响到设备的安全和合理利用，也关系到冲压生产中产品质量、生产效率及成本，已经模具寿命等一系列问题。冲压设备的选择包括两个方面：类型和规格。 由于零件坯料较大，形状不复杂，所以这里选择的压力机的类型为闭式 单动压力机 。 18898.86+93130.43+763.16 由以上计算得：总的压力 F=Fz+F 压 +F 拉 =1443.06+868.59=2311.65KN 则压力机的的压力应该大于 F。 根据表 9-12冲压设计资料 ， 压力机 连续工作时 的有效功 A 与压力机公称压力 P的关系为： 3P315.0A 有效功应大于工作行程中所需做的功，即： 辅拉冲 AAAA 则 10863.75P (KN)(这里感觉有很大的问题 ) 所以可选 ?KN的压力机，其基本参数由下表 2-8 所示。 由于没有给出 表 2-8 闭式单点压力机规格 名 称 量 值 名 称 量 值 公称压力 /t 400 最大装模高度 /mm 550 公称压力行程 /mm 13 装模调节量 /mm 250 滑块行程 /mm 型 400 导轨间距离 /mm 1480 型 315 滑块底面前后尺寸 /mm 1300 滑块行程次数 型 16 工作台板尺寸 /mm 左右 1250 型 25 前后 1250 23 2.5 落料拉深模具设计 2.5.1 模具类型 本模具完成的工序是落料拉深，分析后决定采用顺装复合模。 凸凹模装在上模，落料凹模以及拉深凸模装在下模，顺装复合模具向上出件，其基本结构如下图所示： 图 2-6 落料拉深顺装复合模 图中 1 凸凹模、 2 推板 、 3 固定卸料板 、 4 落料凹模、 5 压边圈、 6 拉深凸模 其特点是压 力机滑块一次行程，在同一工位，同时完成落料及一次拉深，模具的结构比较复杂，生产率较高。 冲压时，上模下行，凸凹模 1 与落料凹模 4 先冲出毛坯落料外形，上模继续下行，拉深凸模 6将毛坯拉入凸凹模 11 成形。上模回程，固定卸料板 3将 板料卸下，由压边圈 5和推板 2将拉深件推出。 2.5.2 主要零件的结构与设计 冲模的设计程序与工艺方案的选择密切相关，同时，冲裁工艺方案的确定也受到模具结构形式的限制。所以应该根据冲裁件的结构特点、精度等级、尺寸和形状、材料种类和厚度、生产批量和经济性等因素综合考虑，来确定模具的结构 24 形式。 冲模的结构形式和复杂程度虽然各不相同，但组成模具的零件是有共性的，其可分为工艺结构零件和辅助结构零件。其详细分类见表 2-9 所示。 表 2-9 冲模零件详细分类 工艺结构部分 辅助结构部分 工作零件 定位零件 压料卸料及 出件零件 导向零件 固定零件 紧固及其他 零件