医疗器盒冲压模具设计

1、武汉科技大学本科毕业设计本科毕业设计题目：医疗器盒冲压工艺与模具设计学 院:材料与冶金学院专 业:材料成型及控制工程学 号:学生姓名:指导教师:日 期:2015.03.01-2015.06.01摘 要在日常生活中医疗器盒等盒形零件的使用非常频繁，因此盒形件的冲压模具设计显得比较重要。在冲压成型过程中，由于盒形件坯料受力沿周边是不均匀的，这无疑大大增加了盒形件的冲压模具设计的难度。医疗器盒是中心对称的矩形盒，底部设计有加强筋。矩形盒部分通过拉深完成，底部加强筋通过胀形完成。医疗器盒的材料选择10钢。由于医疗器盒的高度比较小，经核算可一次拉深成型。考虑到零件尺寸和生产需求，采用正装落料拉深胀形复合

2、模，正装模具可提高模具使用寿命并有效保证零件质量。在确定模具形式后，进行了坯料尺寸计算，排样设计，冲裁力、推件力顶件力、拉深力、胀形力计算。通过工艺力的计算选择合适的压力机。根据医疗器盒的尺寸以及之前的工艺力计算，确定落料、拉深和胀形工作零件的刃口尺寸。之后完成工作零件（如拉深凸模、落料凹模、凸凹模和胀形凸、凹模）、定位零件、卸料版、固定板等部件的合理结构设计并绘制零件图。最后完成各个部件组合的整体装配图。关键词：医疗器盒；冲压工艺； 拉深； 模具设计AbstractMedical device box -shaped parts is very frequent in the daily l

3、ife, so the stamping die design of box-shaped parts is more important. In the stamping process, the box-shaped blank force along the periphery is not uniform, which leads to the stamping die design of box shaped parts increases the difficulty of many.The medical device box is the center of the recta

4、ngular box, and the rib reinforcement is designed in bottom. The rectangular box is finished by drawing and the bottom is strengthened by bulging. 10 steel is selected of medical materials device box -shaped parts. Because the medical box height is relatively small, it can be completed by a deep dra

5、wing. Considering the size of parts and production requirements, adopting blanking-drawing compound die, which can enhance the service life of the die and effectively ensure the quality of parts.After the mold form is finished, the blank size calculation, layout design, blanking force, pushing force

6、 and kicking force , drawing force, bulging force calculation are completed later. Choose the appropriate press through the calculation of the technological force. According to the size of the medical device box and the calculation of the prior process force, the cutting edge dimensions of the blank

7、ing, drawing and bulging parts are determined. Then complete the working parts (such as drawing punch, falls the material of die, punch and bulge, die), positioning parts, loading and unloading material version, a fixed plate and other components of reasonable structure design and draw the part draw

8、ing. Finally, the overall assembly drawing of the combination of each component is completed.Key words： Medical box; Stamping technology; Drawing ; Mold design目 录1 绪论111 冲压工艺的基本概念11.2 冲压工艺的优缺点11.2.1 优点11.2.2 缺点11.3 冲压成型的缺陷及控制21.3.1 冲压成型的典型缺陷21.3.2 关键缺陷的解决措施21.4 冲压成型的主要设备31.4.1 曲柄压力机31.4.2 剪裁设备31.5 冲

9、压成型的研究现状31.6 冲压成型的发展趋势32 设计任务及分析52.1 设计任务52.2 工艺性分析52.2.1 材料性能分析52.2.2结构工艺性分析62.3 工艺方案的选择63. 工艺计算83.1 拉深次数的确定83.1.1 校核盒形一次拉深成型83.1.2 校核盒形角部一次拉深成型93.2 毛坯尺寸计算93.2.1 修边余量的计算93.2.2 毛坯尺寸的确定103.3 排样与材料利用率113.3.1 确定搭边值123.3.2 材料利用率134 工艺力计算和压力机预选144.1 冲裁力144.2 卸料力、顶件力和推件力144.3 落料刃口尺寸计算154.3.1 冲裁间隙确定154.3.2

10、 冲裁刃口尺寸确定154.4 拉深力计算174.4.1 矩形盒拉深力174.4.2 矩形盒压边力184.4.3 加强筋的胀形力184.5 压力机预选194.6 矩形盒拉深凸、凹模工作尺寸194.6.1 凸、凹模的圆角半径204.6.2 凸、凹模间隙204.6.3 凸、凹模工作尺寸及制造公差204.6.4 凸模出气孔尺寸214.7 加强筋工作尺寸214.7.1 凸、凹模间隙214.7.2 凸凹模圆角半径224.7.3 凸、凹模工作尺寸225 模具设计235.1 工作零件235.1.1 拉深凸模235.1.2 落料凹模245.1.3 落料拉深凸凹模255.1.4 加强筋凸模265.1.5 加强筋凹

11、模275.2 定位零件275.2.1 导料板275.2.2 固定挡料销285.3 压料、卸料及推件（顶件）装置295.3.1 刚性卸料板295.3.2 推件装置295.3.3 顶件装置305.4 导向零件315.5 固定零件315.5.1 模架325.5.2 模柄325.5.3 上、下固定板和垫板335.5.4 螺钉和销钉345.6 弹性元件356 压力机技术参数校核367 模具的装配、工作原理377.1 模具的装配377.2 工作原理378 设计过程感受38参考文献39致谢40421 绪论11 冲压工艺的基本概念在压力机和模具的作用下，材料坯料发生塑性变形，最后得到的工件满足形状以及尺寸的要

12、求。这种成型方法叫做冲压成型。热轧和冷轧的钢板和钢带产品是冲压成型的主要坯料。板材在全世界范围的钢材产品中占主要部分，且大部分的板材都是通过冲压成型制成各种产品的。 冲压加工利用特定冲压设备提供的动力，让板料受到变形力并且产生变形。最终得到满足形状、尺寸和性能要求的零件。冲压加工的三要素分别是板料、模具和设备。根据冲压成型过程所需的温度，冲压成型分为热冲压和冷冲压。冷冲压一般在平常室温下进行，主要用于制造薄板；热冲压主要用于刚度较大、塑性差的板料加工成型生产。冲压成型过程中所使用的模具被称为冲压模具。冲压模具能够批量的将材料加工成所需冲压件。冲压成型过程中最重要的就是冲压模具，合格的冲压模具不

13、仅可以完成冲压件的批量生产而且可以实现先进的冲压工艺。只有将冲压工艺、冲压模具和冲压设备完美结合起来才能制造出合格的冲压件。1.2 冲压工艺的优缺点1.2.1 优点冲压成型在采用复合模特别是尤其是多工位连续模时，可同时完成多次冲压工序。因此，冲压成型具有生产效率高，劳动力需求少，生产成本低等特点。与机械加工等其它方法相比，冲压成型在技术方面和经济方面具有非常多独特的优点。列举如下。 a.冲压成型生产效率高，每分钟可生产成百上千的冲压制件。冲压成型无需大量的人工操作，易于实现机械自动化，操作简便。b.冲压成型能够在保证冲压件表面质量的前提下保证零件的形状和尺寸精度。并且一般的冲压模具的寿命较长，

14、且冲压模具的零件可互换使用。c.冲压成型能完成形状复杂或者尺寸较大的零件的加工且冲压产品具有较高的强度和刚度。d.冲压成型过程极少产生碎料，对材料的浪费非常少，所以冲压成型是一种省料的加工方法。1.2.2 缺点冲压工艺有许多优点，同时也不可避免的存在一些缺点，缺点可以分为以下几个方面。a.模具问题 冲压成型过程中所使用的模具一般都是特制的，一套冲压模具只能生产一种尺寸的产品，一个复杂零件有甚至时需要几套模具配合完成加工过程。冲压模具要求很高的制造精度和技术要求，是高技术产品，在小批量生产中冲压成型反而会影响经济效益。b.安全问题 在冲压成型过程中会不可避免的产生噪音和震动，且操作人员在进行必要

15、的操作时有时会发生安全事故。c.高强度钢冲压 如今高强钢、超高强钢不仅能很好的减轻车辆的重量而且有效的提高车辆的碰撞强度和安全性能，因此高强度钢广泛应用于汽车领域。但是板材强度的提高造成冷冲压成型过程中产生材料破裂的现象增加。1.3 冲压成型的缺陷及控制1.3.1 冲压成型的典型缺陷a.开裂开裂一般发生在塑性变形过程拉伸失稳的最后阶段，它是材料达到极限变形程度的标志。在材料成形过程中，随着变形的继续，材料的受力面积不断减小，材料的应变强化效应逐渐增强。当材料的应变强化效应大到超过临界状态后，材料发生变形失稳，最终导致材料开裂缺陷。b.起皱薄板冲压成形过程中产生的压缩失稳现象称为起皱。在薄板冲压

16、成型过程中，薄板内的应力状态比较复杂。由于薄板的厚度尺寸相对其它尺寸来说很小，造成厚度方向会产生不稳定的变形。当薄板厚度方向的压应力大到超过临界状态时，材料将产生失稳现象。c.减薄 在冲压成型过程中减薄现象很常见，小范围内的减薄是可以接受的。但是如果减薄过大，则会造成制件刚度不足产生开裂。d.回弹 材料在冲压成型过程中会储存一部分弹性变形能，变形能会在材料成型的最后阶段释放，导致回弹的产生，制件形状变化。1.3.2 关键缺陷的解决措施a.改善产品材质和形状根据成品结构特征以及性能要求，选择更加合适的材料材质或者优化制件结构，保证材料在冲压成型过程中受力均匀，避免缺陷的产生。b.调整板料变形阻力

17、大小及分布。合理布置筋、尖角等结构的位置和尺寸，改善润滑条件，来优化材料的变形阻力，使材料各部分变形均匀，提高产品的工艺性能。e.优化工艺流程。对零件的冲压工艺流程进行优化处理，例如对难以一次拉深成型的制件，可进行坯料预成型后再进行拉深工序。1.4 冲压成型的主要设备1.4.1 曲柄压力机 曲柄压力机可以完成冲裁、拉深和弯曲等成型工艺，由动系统、工作机构、床身三部分组成，是主要的冲压设备。1.4.2 剪裁设备 剪裁为冲压成型工艺提高合适的坯料，常见的剪裁设备有龙门剪、振动剪和滚剪三种，其中龙门剪在生产中使用的最广泛。1.5 冲压成型的研究现状 近些年我国的模具工业发展速度很快，不仅能够满足国内

18、中低档模具的需求，而且还有部分模具能够出口。模具工业如今模具工业已经发展成为我国的支柱型产业之一，模具工业取得了较大的成就。但是，我国的模具工业与一些发达国家相比起来还有很多不足。相关行业调查显示，我国仍然需要进口较多的模具设备，这导致模具的进口金额增加。国内模具制造工业相比于其它发达国家的模具工业不足之处有如下方面：一、我国模具工业的标准化程度只达到了百分之30左右，标准化太低严重影响模具工业的经济效益，造成设备经济利用率不足；二、我国生产的模具寿命长度不够长、模具种类较少，特别是大型模具和高精度模具距离发达国家有很大的距离；三、 国内模具制造大部分仍然采用传统的工艺和设备，导致生产效率低、

19、产品精度低、制造周期长、劳动力消耗高、经济效益低；四、 我国的模具设备主要通过常规的热处理得到，这样导致模具材料的大量浪费，且生产出来的模具寿命不足；五、 国内严重缺少模具类的技术相关人员，导致模具行业的技术力量普遍落后。1.6 冲压成型的发展趋势 国内的模具行业应大力进行技术创新，使之满足现代自动化的需求，模具工业取得到良好的进步。冲压成型技术将来会往如下方面发展：a.CAE/CAM/CAD技术二十一世纪以来，计算机技术飞速发展，推广CAE/CAM/CAD技术的基本条件已经能够满足。所以相关部门和企业应大力推广CAE/CAM/CAD技术，让CAE/CAM/CAD技术能够广泛应用于模具行业。b

20、. 高速铣削加工通过高速铣削生产加工出来的产品的表面质量优良且产品的变形程度小，如今高速铣削加工在国外发达国家逐渐兴起，高速铣削加工目前应用于各行各业，使加工行业有了飞速的发展，它让生产加工效率得到了极大的提高。c. 模具扫描系统模具扫描系统即通过对提供的模型或者所需生产的制件进行扫描，以生产加工出所需产品。由于模具扫描系统可在短时间内完成以前需大量劳力和时间才能完成的工作，它极大的提高了生产效率，目前该系统已在各行各业行业中广泛使用。d.提高模具标准化程度虽然我国近年来模具的标准化程度已经得到了较大的提高，然而距离发达国家的模具标准化程度还有很大的距离。e.优质材料及先进表面处理技术模具的使

21、用寿命在模具行业中是一个非常重要的因素，选用优质的模具材料可以显著的提高模具的使用寿命。对模具表面进行合适科学的表面处理工艺能够让模具材料的各方面性能得到利用。f. 模具研磨抛光的自动化模具的使用寿命在很大程度上受表面处理的影响。传统的手工形式进行的表面处理对模具的使用寿命有一定影响。应用自动化模具表面处理不仅可以显著提高生产效率，而且可以提高模具的表面质量、延长模具的使用寿命。g. 模具自动加工系统传统的手工模具加工技术对劳动力和时间造成很大的浪费，然而模具自动加工系统通过几个子系统的结合能够自动的完成模具的加工。大大的减少劳动力和生产时间，提高生产效率和经济效益。h. 3D打印技术3D打印

22、是通过一台特制的打印机来完成零件制造的。通过对三维模型的扫描，将金属或其它材料的粉末逐层喷涂最终完成零件的打印。3D打印极大的减少了模具制造的工作量，只需进行模具前期设计，后续制造可在短时间内高质量的完成。2 设计任务及分析2.1 设计任务如图2.1所示盒形零件，材料采用10钢，要求大批量生产。要求制定工件合理的冲压工艺规程以及进行相关的冲压模具设计。图2.1 医疗器盒零件图2.2 工艺性分析2.2.1 材料性能分析制件材料为10钢，性能指标见表2.1，10钢是一种碳素结构钢，它具有强度和硬度低，而韧性和塑性极高的特点，由于10钢具有良好的冷加工性能，常用来制造拉深件。表2.1 10钢力学性能

23、指标材料抗拉强度b(MPa)屈服强度s(MPa)伸长率 ()抗剪强度bMPa10钢300440210 29 260340 2.2.2结构工艺性分析制件基本数据为长150mm，宽100mm，高30mm，壁厚t=2mm，转角半径r=12mm，底与侧壁圆角rg=8mm。制件的结构工艺分析分为两部分，矩形盒拉深和底部加强筋成型。a. 矩形盒拉深拉深件底与侧壁间的圆角半径r满足rgt。矩形件四壁间的圆角半径r满足r3t且满足r0.2H（减少拉深次数）。不会产生过大的应力集中，具有良好的冲压工艺性。根据材料厚度和拉深件高度查表得拉深件高度的极限偏差是0.7mm。拉深件的壁厚会出现不均匀变形不均匀，盒形件口

24、部的厚度会增大，而盒形件底部的厚度会减小，且壁部与底部圆角相切处的变薄最为严重。当筒壁的最大拉应力超过变薄最严重部位的抗拉强度时，便会产生拉裂。可以通过增大凸、凹模圆角半径，凹模上涂抹润滑油来避免拉裂。由于矩形盒拉深变形区周边上应力分布不均匀，会造成制件上口部不均匀，因此拉深后要进行修边。b. 加强筋成型器盒底部分布有四条直的一个环形的加强筋，加强筋的形式是凸起，加强筋的宽度是b=3mm，高度是h=2mm，筋与盒底间的圆角半径是r1=1mm。若加强筋采用拉深成型方式。由于拉深成型的受力特点和材料流动，会造成加强筋厚度不均匀，与底部相连的部位厚度大于2mm而其它部位特别是加强筋顶部厚度不足2mm

25、。拉深加强筋时会造成底面其它地方厚度变薄，影响制件质量。由于加强筋较相对于材料厚度很小，容易产生起皱。若加强筋采用胀形的方式成型。在胀形过程中，材料周向受力是均匀的，且冲压过程比较平稳，变形区内金属不会失稳起皱，因此得到的冲压件表面光滑、精度较高4。综合考虑制件质量和加工难度，本次设计选择胀形完成加强筋的成型。2.3 工艺方案的选择该医疗器盒的冲压工序有落料、盒形拉深、加强筋成型、切边，以下几种冲压工艺方案可供选用。一、先落料，再矩形盒拉深，再拉深加强筋，最后切边，采用单工序模生产；二、先落料，再矩形盒拉深，加强筋胀形成型，最后切边，采用单工序模；三、由一套复合模完成落料、矩形盒拉深，再加强筋

26、胀形，最后切边；四、由一套复合模完成落料、矩形盒拉深和加强筋胀形，最后切边。方案一和方案二均为单工序，虽然各个模的设计会简单些，强度、精度也能很好的达到要求，但是副模具的设计量太大，而且加工过程需要多次定位。方案三需设计两套模具，定位误差会影响制件且工作量较大，工艺复杂。方案四的落料和两次拉深成型由一套复合模完成，盒形拉深和加强筋拉深同时完成，两次拉深成型的凸、凹模采用一体化。大大减小了工作量，且模具结构紧凑，具有良好的经济性。因此，综合上述考虑，本次设计选择方案四。考虑到医疗器盒对平整度有要求，选择正装复合模。由于制件厚度为2mm，复合模中采用刚性卸料装置，拉深完成后制件在凸凹模的凹腔内，采

27、用推件件装置。由后续计算分析可知，拉深系数小于0.6，为防止矩形盒拉深时起皱，应设计压边圈。3. 工艺计算冲压成型的工艺计算是模具设计的基础工作，工艺计算主要包括毛坯尺寸、材料利用率、冲压工艺力和压力机预选。3.1 拉深次数的确定制件的相对转角半径r/B=0.12，相对高度H/r=2.5，如图3.1 盒子形拉深件一次成形毛坯选用图，可知制件可一次拉深成型。毛坯属于A1型。图3.1 盒子形拉深件一次成形毛坯选用图假想方盒件拉深的圆形毛坯直径D按式3.1计算 （3.1）式中 D坯假想方盒件拉深的圆形毛坯直径； B盒形件的宽度，B=100mm； H0盒形件加上切边余量的高度，H0=31.2mm； r

28、转角半径，r=12mm； rg底壁圆角半径，rg=8mm。计算可知D坯=161.306mm。则材料相对厚度t/ D坯100=1.24.3.1.1 校核盒形一次拉深成型该矩形盒拉深，根据前述数据可得：毛坯相对高度(H/B)=0.3、相对厚度(t/D坯)100=1.24、角部相对转角半径(r/B)=0.12。查表3.1可知，该矩形盒一次拉深的最大相对高度(H/B0)0.70.55(H/B)，故可一次拉成。表3.1 矩形盒一次拉深的最大相对高度H/B0相对转角半径r/B相对厚度(t/D坯)1002.01.51.51.01.00.50.50.20.201.00.90.90.80.850.70.80.7

29、0.150.90.750.80.70.750.650.70.60.100.80.60.70.550.650.50.60.450.050.70.50.60.450.550.40.50.353.1.2 校核盒形角部一次拉深成型该矩形盒拉深，根据前述数据可得：毛坯相对厚度(t/D)100=1.24、角部相对转角半径(r/B)=0.12，查表3.2可知，该矩形盒角部第一次拉深的极限拉深系数m1=0.31表3.2 盒形件角部第一次拉深系数m1r/B毛坯的相对厚度(t/D)1000.30.60.61.01.01.51.52.0矩形方形矩形方形矩形方形矩形方形0.0250.310.300.290.280.0

30、50.320.310.300.290.100.330.320.310.300.150.350.340.330.320.200.360.380.350.360.340.350.330.340.300.400.420.380.400.370.390.360.380.400.440.480.420.450.420.430.400.42制件角部拉深系数m=r/R，其中R=27.796mm。则m=0.432m1，圆角处可以一次拉深成型。该医疗器盒是低矩形拉深件，圆角部分受直边部分的影响较小，因此圆角处的变形最大，所以变形程度可用圆角处的假想拉深系数m来表示8。即该医疗器盒的拉深系数为0.31。3.2 毛

31、坯尺寸计算毛坯尺寸的计算是进行后续计算的必要工作准备，只有先完成毛坯尺寸的计算，才能完成后续的工艺计算和模具设计。3.2.1 修边余量的计算表3.3 盒子形拉深件的修边余量b修简图拉深次数修边余量h1（0.030.05）H2（0.040.06）H3（0.050.08）H查表3.3可知修边余量取h=0.04H=1.2mm。毛坯计算高度H0=H+h=31.2mm3.2.2 毛坯尺寸的确定A1型毛坯展开后直边间距为34.56mm，按弯曲变形计算；圆角部分展开圆弧半径R=27.796mm，盒子角部按1/4圆筒形拉深件的变形计算。毛坯形状和尺寸如图3.2图3.2 毛坯尺寸和形状由于毛坯的圆角部分很复杂，

32、考虑到模具加工中应尽量避免尖角，将毛坯形状简化长L=203.12mm，宽B坯=153.12mm，转角半径R=50mm如图3.3图3.3 毛坯简图3.3 排样与材料利用率冲裁件在板、条等材料的布置方法称为排样。排样合理与否，不但影响到材料的经济利用率，还会影响模具的结构、生产率、制件的质量、生产操作方便与安全等。8由于制件坯料近似矩形，且材料为10刚，属于软钢，因此选用单列直排的排样形式如图3.4图3.4 排样图排样时相邻两个冲压件之间以及冲压件与板料侧边之间留下的余料称为搭边。虽然搭边是废料，但是它在冲裁工艺中却有很大的作用，例如补偿送料时的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以

33、及送料歪斜等原因冲出残缺的废品，从而保证条料送料的顺利进行，提高生产率4。3.3.1 确定搭边值搭边值的大小要合理。搭边值过大时，材料利用率低；搭边值过小时，达不到其在冲裁工艺中所起的作用。在确定搭边值时应考虑如下因素：材料的机械性能、冲件的形状与尺寸、材料的厚度、送料及挡料方式、卸料方式4。在实际中，搭边值一般根据经验来确定，合理的搭边值如表3.4表3.4 矩形冲裁件的合理搭边值（mm）材料厚度矩形边长L100200mm矩形边长L200300搭边a沿边b搭边a沿边b0.512.02.52.53.0122.02.52.53.0233.04.03.03.5毛坯的长度L=203.12mmm，坯料厚

34、度t=2mm，则取搭边值a=2.5mm，沿边值b=3.0mm。该毛坯落料由后续设计知采用正装装式落料拉深复合模，无侧压装置。这种情况下，在送料过程中可能因条料在导料板之间摆动而使侧面搭边值不能保证，为了补偿侧面搭边，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量Z4，查表3.5可知，条料与导尺间的间隙Z=1mm。另外，查表3.8可知条料宽度的单向极限值为=-0.8mm。表3.5 送料最小间隙Zmm材料厚度t无侧压装置有侧压装置100以下100200200300100以下100以上0.50.50.51580.51.00.50.5158120.51158230.51158340.51158450.51158表

35、3.6 条料宽度的负向偏差-/mm条料宽度B材料厚度t0.50.51122030-0.08-0.15-0.153050-0.1-0.20-0.2050100-0.6-0.8100150-0.7-0.9150200-0.8-1.0故条料宽度送料步距s=153.12+2.5=155.62mm导尺间距离B0=B+Z=210.12+1.0=211.12mm根据上述计算毛坯排样工艺图，如图3.5图3.5 排样工艺图3.3.2 材料利用率利用AUTOCAD计算出毛坯的面积A坯=28955.716mm2。整块板料总的材料利用率为 （3.2）式中 n1张板料上额冲裁件总数目； B料板料宽度，mm； L料板料长

36、度。选用厚度2mm，长宽1500800mm的10钢冷轧钢板。板料裁成条料的裁板方法分为纵裁、横裁。若采用纵裁的裁板方法，则可裁出800/210.12=3.81，即3块条料，每块条料规格为1500210.12mm，可冲出(1500-2.52)/155.62mm =9.61，即9个冲件，板料冲件总数n3=39=27。材料利用率=（2728955.716）/（8001500）=0.65。若采用横裁的裁板方式，则可裁出1500/210.12=7.13，即7块条料，每块条料规格为800210.12mm，可冲出(800-2.52)/155.62=5.11，即5个冲件。其中板料冲件总数n3=57=35。材料

37、利用率=（3528955.716）/（8001500）=0.84。对比上述纵裁排样和横裁排样的材料利用率可知，横裁具有更高的材料利用率和经济性。因此选择横裁的裁板方法，其材料利用率为84%。4 工艺力计算和压力机预选压力中心是合力的着力点，压力中心和模柄必须在同一条线上，不然就会产生冲压力偏移，造成凸模损坏等后果。医疗器盒是结构对称的，因此压力中心就是盒件的几何中心。4.1 冲裁力冲裁力是冲裁时凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需的力，它与材料厚度、工件周边长度及材料的力学性能等参数有关。冲裁力在冲裁变形过程中并不是一个常数，工程术语定义的冲裁力是指冲裁过程中最大的抗力。由于模具的平刃口被磨

38、损、凸模与凹模间隙不均匀和波动、材料的力学性能波动及材料的厚度偏差等各种因素的影响，实际冲裁力按如下公式计算4 （4.1）式中 F冲冲裁力，N； L周冲件剪切周边长度，mm； t冲裁件材料厚度，mm； 被冲材料的抗剪强度，MPa； K系数，一般去1.3。根据表2.1，取材料抗剪强度为300MPa；坯料的周长L=626.639mm，则冲裁力：F冲=488.78KN4.2 卸料力、顶件力和推件力冲裁件在冲裁过程完成后，材料会沿径向产生弹性回复，使处于凸模周边的材料紧箍在凸模上，而冲断后落入凹模的材料则因弹性回复而塞在凹模内。从凸模上将工件（或废料）卸下来的力为卸料力FX，从凹模内向冲裁反方向将工件

39、（或废料）顶出的力为顶件力FD，从凹模内顺冲裁方向将工件（或废料）推出的力为推件力FT。4影响这些力的因素很多，主要有材料的力学性能与厚度、冲件形状与尺寸、冲模间隙与凹模孔结构、排样的搭边大小及润滑情况等。实际计算时采用如下经验公式： （4.2） （4.3） （4.4）按上述（4.2）、（4.3）、（4.4）三式计算得FX=14.66KN，FD=48.88KN，FT=48.88KN。采用刚性卸料装置和下出料方式落料过程中的冲裁工艺力Fb1=F冲+ FT=537.66KN （4.5）4.3 落料刃口尺寸计算4.3.1 冲裁间隙确定冲裁间隙对冲裁件的质量、冲压力和模具寿命等都有很大的影响。在冲压生

40、产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力并保证模具有一定的寿命，规定一个合理的间隙值范围，称为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。因冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙会增大，在设计和制造新模具时，一般采用最小合理间隙5。在实际生产中一般用经验确定合理间隙值，如表4.1表4.1冲裁模初始双面间隙（mm）材料厚度t08、10、35、09Mn2、Q235ZminZmax0.50.0400.06010.1000.1401.50.1320.24020.2460.360查表可知，最小合理间隙Zmin=0.246mm，最大合理间隙Zmax=0.360mm。4.3

41、.2 冲裁刃口尺寸确定在落料时凸、凹模刃口尺寸的计算应以凹模刃口尺寸为基准。凹模基本尺寸取落料件尺寸公差范围内较小尺寸。凸模的基本尺寸则是用凹模基本尺寸减去最小合理间隙。落料凹模刃口计算采用式（4.5） （4.6）式中 D凹落料模凹模尺寸（mm）； D落料件的基本尺寸（mm）； x磨损系数，按表4.2选取； 冲压件的公差，未做要求取IT14级，按表4.3选取； 凸凸模制造公差，按表4.4选取。表4.2 磨损系数x材料厚度t/mm非圆形x值圆形x值10.750.50.750.5制件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.2024

42、0.240.250.490.5040.300.310.590.6018300.0200.02030800.0200.030801200.0250.0351201800.0300.0401802600.0300.045查表4.4可知，e凹=0.045mm，f凹=0.040mm，g凹=0.030mm。即，凹模长边尺寸D凹e=（203.12-0.575）0+0.045=202.5450+0.045，凹模短边尺寸D凹f=（153.12-0.500）0+0.040=152.620+0.040，凹模圆角尺寸D凹g=（50-0.310）0+0.030=49.690+0.030。落料凸模的尺寸是用落料凹模尺寸

43、减去最小合理间隙，不用注明公差D凸=D凹-Zmin （4.7）即，凸模长边尺寸D凸e=202.545-0.246=202.299mm；凸模短边尺寸D凸f=152.62-0.246=152.374mm；凸模圆角尺寸D凸g=49.69-0.246=49.444mm。4.4 拉深力计算4.4.1 矩形盒拉深力制件属于低矩形盒制件且高度h（0.6）B，一次拉深成型，拉深力用式（4.8）计算。 （4.8）式中 A矩形盒长，A=150mm； B矩形盒宽，B=100mm； n1一次拉深低矩形盒的系数 b抗拉强度，b=400MPa。据毛坯相对高度(H/B)=0.3、相对厚度(t/D)100=1.24，角部相对

44、转角半径(r/B)=2.5/16=0.12，查表3.9可知，n40.6表4.5 一次拉深成形低矩形件的系数k值(08钢15钢)毛坯相对厚度(t/D坯)100角部相对转角半径r/B21.51.51.01.00.60.60.30.30.20.150.100.05盒形件相对高度H/B系数n1值1.000.950.900.850.70.900.850.760.700.60.70.750.700.650.600.50.60.70.600.550.500.450.40.50.60.70.400.350.300.250.30.40.50.60.7则，矩形盒一次拉深成型的拉深力F拉1=230.09KN4.4.

45、2 矩形盒压边力对于低矩形盒拉深，可用拉深任何形状工件的压边力计算公式即式4.9计算F压=A压p (4.9)式中 A压在压边圈下毛坯的投影面积p单位压边力，查表4.6压边圈面积A压=28955.7160-14876.3893=14079.327mm2表4.6 在单动压力机上拉深时单位压边力的数值材 料单位压边力p/MPa铝0.81.2紫铜、硬铝（退火的或刚淬好火的）1.21.8黄铜1.52压轧青铜22.520钢、08钢、镀锡钢板2.53软化状态的耐热钢2.83.5高合金钢、高锰钢、不锈钢34.5则F压=14079.3272.5=35.198KN矩形盒拉深工艺力Fb2= F拉1+ F压=265.

46、288KN （4.10）4.4.3 加强筋的胀形力图4.2 加强筋平面图底部加强筋的胀形属于凸肚，凸肚胀形力按式（4.11）计算 （4.11） （4.12）两式中 q单位凸肚胀形力（MPa）； A筋凸肚胀形面积（mm）； dmax凸肚胀形后最大直径（mm），dmax=6mm； t材料厚度（mm），t=2mm； b材料抗拉强度（MPa），b=400 MPa；即 q=1.1530022/6=306.67MPaA筋=1515.5mm2则 F凸=464.76KN胀形工艺力Fb3= F凸=464.76KN （4.13）4.5 压力机预选由于制件属于小型零件且板料较薄，因此该盒形零件冲压过程中所用的压力机

47、均选用开式机械压力机，其冲压速度快、生产率高，质量较稳定，且适用于各种成形工序。该落料拉深复合模有落料、拉深、胀形三道工序。制件为了保证所需的成形工艺力，且留有一定的力量储备，根据式（4.5）（4.10）（4.13）可知压力机吨位为Py1.7Fmax=F=Fb1+ Fb2+ Fb3=537.66+265.288+464.76=1267.708KN。该落料拉深复合模选择公称压力值为1600及以上的开式机械压力机。4.6 矩形盒拉深凸、凹模工作尺寸4.6.1 凸、凹模的圆角半径凹模模口的圆角半径rd对拉深工作影响很大。rd越大，材料拉入凹模时的阻力减小。拉深时所需的拉深力就越小，从而可减少拉深件的

48、壁部变薄程度，降低拉深系数，并提高模具寿命和拉深件的质量。但rd过大，会使毛坯过早脱离压边圈的压边作用而引起拉深件起皱。一般盒形件拉深时凹模圆角半径按式（4.14）来确定 （4.14）取凹模圆角半径rd1=8t=16mm。由于盒形件是一次拉深成型，凸模圆角半径与工件的圆角半径相等，即rp1=rg=8mm。材料厚度t（23）t。即凸模圆角半径rp1=8mm可行。4.6.2 凸、凹模间隙拉深模间隙Z指凹模与凸模之间的单边间隙。间隙过小，会增大摩擦力，毛坯材料受到的阻力增大，拉深件容易破裂，并降低模具寿命。间隙过大，拉深件容易起皱，影响工作精度。对于盒形件拉深模，当精度要求较高时，去单面间隙Z=（0

49、.91.05）t；当精度要求不高时，Z=（1.11.3）t。制件一次拉深成型，取较小值。圆角部分由于材料变厚，其间隙应比直边部分的间隙大0.1t。直边部分间隙Z1=1.1t=2.2mm，圆角部分间隙Zr=2.4mm。4.6.3 凸、凹模工作尺寸及制造公差确定凸、凹模工作部尺寸时，应考虑模具的磨损和拉深件的弹复。尺寸长边和短边标注在外径，凹模尺寸Dd1按式（4.15）计算，凹模和凸模配作，凸模按间隙配作按式（4.16）计算，只在凹模上标注公差。转角半径尺寸标注在内径，凸模尺寸按式（4.17）计算，凹模和凸模配作，凹模按间隙配作按式（4.18）计算，只在凸模标注公差 （4.15） （4.16）式中 Dd凹模的工作