仪表板面冲压工艺与模具设计

1、仪表板面冲压工艺与模具设计专业：材料成型及控制工程班级：姓名： 沈阳大学毕业设计（论文） 目 录引 言31 文献综述61.1 冲压工艺发展概述61.2 冲压工艺的种类61.3 冲压用材料71.4 冲压模具水平状况81.4.1模具cad/cam技术状况81.4.2模具设计与制造能力状况101.5 冲压设备111.5.1冲压设备的分类111.5.2常用冲压设备的工作原理和特点111.5.3压力机类型的选择121.5.4压力机规格的选择122 冲压件的方案论证132.1 仪表盘冲压工艺性分析132.1.1工件技术要求132.1.2工艺分析132.2 工艺方案论证142.2.1初拟工艺方案142.2.

2、2方案比较论证143 工艺计算153.1 排样及材料利用率计算153.1.1排样153.1.2材料利用率计算163.2 半成品尺寸计算173.2.1计算毛坯总尺寸173.2.2落料拉深后毛坯尺寸结构图173.2.3冲多孔后毛坯尺寸结构图183.2.4冲孔切边后毛坯尺寸结构图184 落料拉深复合模模具设计194.1 确定模具压力中心194.2 冲裁参数的计算194.3 计算落料凸、凹模刃口尺寸214.4 计算工件拉深系数224.5 工称压力的计算与压力机的选择234.6 落料拉深复合模具结构形式分析234.7 落料拉深复合模模具结构图245 冲多孔复合模模具设计255.1 冲孔力计算255.2

3、各孔的定位255.3 凸、凹刃口尺寸的计算255.4 冲孔40凸摸结构图275.5 工称压力的计算与压力机的选择285.6 冲多孔复合模模具结构图296 冲孔切边复合模模具设计306.1 计算切边力、冲孔力、卸料力306.2 冲孔切边凸、凹模刃口尺寸计算306.2.1凸、凹模刃口尺寸计算原则306.2.2切边模刃口尺寸的计算316.2.3冲孔模凸、凹刃口尺寸的计算316.2.4凸凹模结构图326.3 卸料橡胶的设计计算336.4 工称压力的计算与压力机的选择336.5 冲孔切边模结构图347 冲压件成本核算357.1 冲压件的成本构成357.2 降低成本措施论证368 三维建模研究418.1

4、建模软件solidworks介绍418.2 建模说明42结 论43致 谢44参考文献45 摘 要本设计是针对仪表板面冲压成型进行的工艺研究与模具设计。介绍了仪表板面冲压成型工艺及其分析、冲压工艺方案的比较与确定。通过查阅大量资料，了解冲压工艺发展概况、冲压模具的发展水平等知识，从而设计制定了一整套工艺模具设计方案。本设计工件为仪表板面冲压件，材料为08钢，工件成型包含落料、拉深、冲孔、切边等工序。设计过程中，在分析各个方案的利弊之后，对合理的工艺方案进行了大量工艺参数设计计算。方案采用三个工序完成，工序一落料后内外圈同时拉深，工序二冲多孔，工序三冲孔、切边。三个工序均采用复合模，包括落料拉深复

5、合模、冲多孔复合模和冲孔切边复合模,很好的解决了常规冲压工艺设计中模具套数多、生产成本高、效率低等缺点，对实际生产有一定指导作用。本设计采用曲柄压力机进行冲压，因为它具有生产率高、设备维修简单、工作环境整洁等特点。阐述了模具设计方法和步骤，同时进行了模具主要零部件的设计及对工件做了成本分析和三维建模。关键词：模具设计；冲压成型；拉深； 复合模48 沈阳大学毕业设计（论文） noabstractthe design is the molding process research and die design to the dashboard surface.it introduces the a

6、nalysis of the molding process stamping, the comparision and the determination of the molding process stamping case. the knowledge, such as the brife development of the molding process, the development standard of the stamping die, is understood through reading a large amount of information so as to

7、 design and be made a whole set of molding process die design.the workpiece is the dashboard surface and its material is 8th steel. the process of workpiece molding includes cutting the material, drawing, punching hole and trimming processes etc. during the design process, in analysing the pros and

8、cons of various options, the process of a reasonable program for a large number of design parameters is calculated. the program is composed of three processes.firstly, the outside circle is tensiled after the process of blanking.secondly, punch holes.lastly, punch hole and trim.these three programs

9、are all used compound dies, including blanking composite drawing mode, red-porous composite modulus and piercing trimming compound die. the choice of the composite mold is a good method to solve the problems such as the high cost of production, and the low efficiency shortcomings. for production whi

10、ch is a guidance role.the design be used the crank pressure machine for punching, which has high productivity, maintenance simple, clean working environment and so on. mold design methods and steps are described, meanwhile the major components of mold die are designed and a detailed cost analysis an

11、d 3d modeling are done.keywords:die designment; stamping; draw; compound dies引 言近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。冲压是一种金属塑性加工方法。由于冲压加工常在室温下进行，因此也称冷冲压。冷冲压生产是靠模具和压力机完成加工过程，与其它加工方法相比，在技术和经济方面有如下特点：（1）冲压

12、件的尺寸精度由模具来保证，具有与模具一模一样的特征，所以质量稳定，互换性好。（2）由于利用模具加工，所以可获得其它加工方法所不能或难以制造的壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。（3）冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样，大量切削金属，所以它不但节能，而且节约金属。（4）对于普通压力机每分钟可生产几十件工件，而高速压力机每分钟可生产几百甚至上千件工件。所以它是一种高效率的加工方法。由于冲压工艺具有上述突出的特点，因此在国民经济各个领域广泛应用。例如，航空航天、机械、电子信息、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都有冲压加工。不但产业界广泛用到它，而且每一个人每天都直接与冲压产

13、品发生联系。冲压可制造钟表及仪器中的小型精密零件，也可制造汽车的大型覆盖件1。冲压材料不但可以使用金属材料，而且还可以使用非金属材料和复合材料。冲压也存在一些缺点，主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害。这些问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备落后所造成的。随着高新技术的发展全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成，21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。许多新技术不断的被应用在冲压生产中。（1）在冷冲压工艺方面:研究和推广应用旨在提高生产率和产品质量，降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种冲压新工艺是冲压技术发

14、展的重要趋势。目前，国内外应用的冲压新工艺有精密冲压、柔性模（软模）成形、超塑性成形、无模多点成形、爆炸和电磁等高能成形、高效精密冲压技术以及冷挤压技术等等2。（2）在冲模设计和制造方面：冲模是实现冲压生产的基本条件。随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具设计制造是整个链条中最基础的要素之一。模具结构与精度正朝着两个方向发展：为适应高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向着高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展；为适应市场上产品更新换代迅速的要

15、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迅速发展。为适应冲压产品交货期短、精度高、质量好、价格低等特点，模具领域先进技术不断涌现。模具设计方面：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，使模具设计与制造的水平发生了深刻的革命性的变化。功能强大的计算机辅助模具设计软件cad/cam/cae不断被开发、利用。模具制造方面:模具的加工方法迅速现代化。各种加工中心、高速铣削、精密磨削、电火花铣削加工、慢走丝线切割、现代检测技术等等已全面走向数控（nc）或计算机数控（cnc）化。（3）在冲压设备和冲压生产自动化方面：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。为了适应

16、冲压新工艺的需要，研制了许多冲压设备；为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、机械手乃至机器人的冲压自动生产线和高速自动压力机纷纷投入使用，如数控四边折弯机、数控剪板机、数控“冲压加工中心”、激光切割与成形机、高速自动压力机等已经在生产中广泛应用2。本次通过对仪表盘冲压成型工艺及模具的设计，充分理解了冲压工艺的特点，并将书本上的知识应用于实际当中，提高了我们实际操作的能力。并且充分利用冲压工艺的特点，来提高企业的生产效率、降低生产成本，具有一定的生产实用价值。1 文献综述1.1 冲压工艺发展概述冲压是利用安装在压力机上的冲模对材

17、料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压件或冲件）的一种加工方法。因为它通常在室温下进行加工，所以常称为冷冲压3。全世界的钢材中，6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量的冲压件。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、均、轻、强的特点。冲压可制出其它加工方法难于制造的有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高工件的刚性，由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一

18、般不再经切屑加工，或仅需要少量的切屑加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切屑加工量少。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料、矫平、冲裁到成形、精装的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 1.2 冲压工艺的种类冷冲压加工的零件，由于其形状尺寸、精度要求、生产批量等各不相同，因此生产中采用的冷冲压工艺方法也是多种多样的，概括起来分为两大类，即分离工序和成形工序。分离工序是指板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和切断面质量的冲压件（俗称冲裁件）的工序。其目的是使冲压件沿一

19、定轮廓线从板料上分离，同时保证分离面的质量要求3。成形工序是指在坯料不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。其目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件3。这两类工序，按冲压方式的不同具体又分为很多种基本工序。分离工序主要有落料、冲孔、切边、整修等。成形工序主要包括拉深、弯曲、翻孔、翻边、拉弯等。1.3 冲压用材料随着冲压技术的快速发展及应用行业要求的不断提高，人们越来越关注冲压材料。选择冲压材料时，首先应满足冲压件的使用要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件，要求有较高的导电性和导磁性；汽车、

20、飞机上的冲压件，要求有足够的强度，并尽可能减轻质量；化工容器要求耐腐蚀等。同时，还应满足冲压工艺对材料的要求，以保证冲压过程顺利完成。即:要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低4。在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率5。 常用冲压材料是金属板料，也用非金属板料。金属板料分黑色金属板料和有色金属板料两种。冲压用非金属材料包括绝缘胶木板、纸板、皮带、纤维板、橡胶片、塑料板和有机玻璃层压板等，主要用于轻工业和建材业相应

21、的产品中。当代材料科学的发展已经做到：根据使用与制造上的要求，设计并研发新的材料，因此很多冲压用的新型板材应运而生。新型冲压用板材包括：高强度钢板、耐腐蚀钢板、双相钢板、涂层板及复合板材6。1.4 冲压模具水平状况模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间，因此许多新技术不断的被应用到模具制造中。1.4.1模具cad/cam技术状况我国模具cad/cam技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模cad/cam系统是我国第一个自行开发的模

22、具cad/cam系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模cad/cam系统是我国自行开发的第一个冲裁模cad/cam系统。上海交通大学开发的冷冲模cad/cam系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用cad/cam技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为cims应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具cad/capp/cam集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和cad/cam软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模

23、拟cae软件并开始用于生产。模具cad/cam技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量cad/cam系统。如美国eds的ug，美国parametric technology公司 pro/engineer，美国cv公司的cadss，英国delcam公司的doct5，日本hzs公司的crade及space-e, 以色列公司的cimatron 还引进了autocad catia 等软件及法国marta-daravision公司用于汽车及覆盖件模

24、具的euclid-is等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了cad/cam/dl技术图的设计和模具结构图的设计均已实现二维cad，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型cae软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。快速原型（rp）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维cad模型作为制模

25、依据的快速模具制造，它标志着rpm应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。1.4.2模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，

26、无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，但在模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距7。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应

27、用已越来越多。nc、dnc技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（td处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用8。1.5 冲压设备冲压设备是完成冲压过程的重要因素之一。因此选择正确的冲压设备对完成整个冲压工艺至关重要。1.5.1冲压设备的分类冲压设备主要有机械压力机和液压机9。（1）机械压力机：按驱动滑块机构的种类可分为曲

28、柄式和摩擦式。滑块个数分为单动和双动。床身结构形式分为开式c型床身和闭式型床身。按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。（2）液压机按工作介质分为油压机和水压机。1.5.2常用冲压设备的工作原理和特点（1）工作原理曲柄压力机：利用曲柄压力机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作往复直线运动。高速机床：工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。油压机、水压机：利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。（2）特点曲柄压力机：生产效率高，适用于各类冲压加工。高速机床：生产效率

29、高，适用于大批量生产，模具一般采用多工位级进模。油压机、水压机：压力大，而且是静压力，但生产率低。适用于拉深、挤压等成形工序。1.5.3压力机类型的选择（1）小型冲压件，选用开式机械压力机；（2）大、中型冲压件，选用双柱闭式机械压力机；（3）要求导板或导套不离开导柱的模具，选用偏心压力机；（4）大量生产的冲压件，选用高速压力机或多工位自动压力机；（5）校平、整形和温热挤压工序，选用摩擦压力机；（6）薄板冲裁、精密冲裁，选用刚度高的精密压力机；（7）大型、形状复杂的拉深件，选用双动或三动压力机；（8）小批量生产的中大型厚板件的成形工序，采用液压压力机9。1.5.4压力机规格的选择（1）公称压力：

30、我国规定滑块下滑到距下极点某一特定的距离sp（此距离称为公称压力行程。（2）滑块行程：滑块行程长度是指曲柄旋转一周滑块所移动的距离，其值为曲柄半径的两倍。（3）行程次数：行程次数即滑块每分钟冲击次数。（4）滑块模柄孔尺寸：模柄孔直径要与模柄直径相符，模柄孔的深度应大于模柄的长度。（5）闭合高度：是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上平面（即垫板下平面）之间的距离9。通过以上分析，本设计的压力机均选用曲柄压力机。2 冲压件的方案论证2.1 仪表盘冲压工艺性分析2.1.1工件技术要求如图1所示,零件为仪表板面。材料08钢,厚度1.0mm,年产量一万件,编制该零件的冲压方案. 图1 工件图2.1.2

31、工艺分析该工件的加工涉及落料、拉深、冲孔、切边四道工序。该工件大小为180×124mm2。外圈和内部存在一次拉深。内圈包括圆形孔、长方形孔、异形孔。外圈包括四个圆形孔。2.2 工艺方案论证2.2.1初拟工艺方案方案一:落料-拉深(外形)-拉深(60内部圆筒)-冲孔（40圆形孔、20×60长方形孔、异形孔）-冲小孔(4×8)-切边。方案二:落料、拉深(外形)- 冲孔(40圆形孔、20×60长方形孔、异形孔)- 拉深(60内部圆筒)-冲小孔(4×8) -切边。方案三:落料、拉深(60内部圆筒)- 拉深(外形)- 冲孔（40圆形孔、20×6

32、0长方形孔、异形孔）-冲小孔(4×8)、切边。方案四:先落料、拉深(外形与60内部圆筒同时拉深)-冲孔（40圆形孔、20×60长方形孔、异形孔）-冲小孔(4×8)、切边。2.2.2方案比较论证方案一:方案可行。落料、拉深、冲孔、切边，每一步均采用单工序,模具设计简单，使用寿命长,工件尺寸形状得到良好保证,但工序多，模具数量过多，造成浪费。方案二:方案不可行。冲孔后拉深,拉深时板料会发生变形，这样先冲出来的孔会产生变形,工件尺寸形状得不到保证。 方案三:方案可行。模具设计相对简单，模具使用寿命长,工件尺寸形状得到良好保证,但工序相对较多。方案四:方案可行。工序少，两

33、次拉深在一套模具上完成，节省了一套模具，降低成本，但模具设计相对复杂。拉深后冲孔，保证了工件的尺寸和形状。根据以上方案比较论证得，方案四为最佳方案。3 工艺计算 3.1 排样及材料利用率计算3.1.1排样该工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排样设计。查表1得最小搭边值a=2.5mm，a1=2mm，采用单排挡料销挡料。 表1 冲裁金属材料的搭边值 10 （单位 mm）材料厚度t手 工 送 料自动送料圆形非圆形往复送料aa1aa1aa1aa111.51.521.5321221.52.51.53.52.532232.5232.543.53432.53.535443则条料宽

34、度： b-=d+2(a+)+c1-=131.5-0.5mm （3-1）式中：d冲裁件垂直于送料方向的尺寸；a侧搭边的最小值。查表1 得a=2.5mm；条料宽度的单向（负向）偏差。查表得= - 0.5；c1导尺与最宽条料之间的最小间隙。查表得：c1=0.5mm。条料的进距边h=184.5+2=186.5mm图2 排样图3.1.2材料利用率计算在冲压零件的成本计算中，材料费用占60%以上，因此材料的经济利用是一个重要问题，而材料的经济利用又与排样方式有关。排样是指冲裁件在条料或板料上的布置方法。衡量排样经济性的标准是材料利用率，也就是工件的实际面积与所占材料面积的比值。下面为本零件的材料利用率：若

35、采用纵裁方式：进距：s=a+ a1=186.5+2=188.5料宽：b=a+2a=130.5+2×2.5=135.5裁板条数：n1=b/b=950/131.5=7余1.5每条个数：n2=(l- a1)/s=(950-2)/186.5=5余7.5每板总数：n=n1×n2=7×5=35材料利用率： =（nl/ab）×100% (3-2)式中：l冲裁件面积（可以包括冲出小孔在内）； n冲件数目；a钢板宽度；b钢板长度。 =（nl/ab）=（35×19426.29）/（950×950）=75.3%若采用横裁方式：进距：s=a+a1=130.5

36、+2=132.5料宽：b=a+2a=186.5+2×2.5=191.5裁板条数：n1=l/b=1420/191.5=7余79.5每条个数：n2=（b-a1）/s=（800-2）/132.5=6余3每板总数：n=n1×n2=7×6=42材料利用率：=（nl/ab）×100% =（42×19426.29）/（1420×1500）=71.6%经过比较，选择纵裁方式，选择950mm×950mm的冷轧钢板。3.2 半成品尺寸计算3.2.1计算毛坯总尺寸本零件为不变薄的拉深，毛坯的展开尺寸根据毛坯面积与拉深件面积相等的原则求出。毛坯尺寸

37、为：内部圆孔拉深时：d=126mm 外圈拉深时：l=180.4mm,k=124.4mm 总的毛坯尺寸为：a=23320mm23.2.2落料拉深后毛坯尺寸结构图图3 落料拉深后毛坯结构及尺寸3.2.3冲多孔后毛坯尺寸结构图图4 冲多孔后毛坯结构及尺寸3.2.4冲孔切边后毛坯尺寸结构图图5 冲孔切边后毛坯结构及尺寸4 落料拉深复合模模具设计第一套模具，采用落料、拉深复合模具11。在先进行落料，然后内外圈同时拉深，这样在材料内部就会产生相反的内应力，应力互相抵消后能增加材料的变形能力12。且同时拉深不存在后加工硬化的现象。两次拉深在一套模具上完成，节约了一套模具，降低了成本。落料：用冲模沿封闭轮廓曲

38、线冲切，冲下部分是零件用于制造各种形状的平板零件。拉深：拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口空心件，或将已制成的开口空心件加工成其它形状空心件的一种加工方法。拉深时容易使工件产生起皱和破裂，目前主要的防止措施有：选择合理的变形程度；增加非冲压工序，提高材料的塑性；采用压边装置和合适的压边力；合理选择和使用润滑剂；正确地设计、制造模具的工作零件。4.1 确定模具压力中心冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲压时，模具的压力中心一定要与冲床滑块的中心线重合。否则滑块就会承受偏心载荷，使模具歪斜，间隙不均，从而导致冲床滑块与导轨和模具的不正常磨损，降低冲床和模具的寿命。所以在设计模

39、具时，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块中心重合。应用解析法得，此工件的压力中心x0=10,y0=154.2 冲裁参数的计算 (1) 冲裁力的计算冲裁力是指冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它随凸模进入材料的深度（凸模进程）而变化的。通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值。计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。冲裁力的大小，主要与材料的性质、厚度和冲件分离的轮廓长度有关。用平刃冲裁时，冲裁力按下式计算： f=ltb=2(l+k)tb 13 (4-1)=2(126.5+184.5)×1×400=247200n=

40、247.2×103n 式中：f冲裁力（n或kn）；l冲裁周边长度（mm）；t材料厚度（mm）；b材料抗拉强度（mpa）。 (2) 卸料力的计算冲裁时，将箍在凸模上的材料卸下所需要的力称卸料力，将梗塞在凹模内的材料顺着冲裁的方向推出所需要的力称推件力，逆冲裁方向将材料从凹模内顶出所需要的力称顶件力。卸料力、推件力、顶件力是从压力机、卸料装置或顶件装置中获得的。所以在选择设备的公称压力、设计冲模时应予以考虑。影响这些力的主要因素有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模结构、搭边大小等。目前多以经验公式计算：卸料力 f卸=k卸×f冲 (n) （4-2）推料力f推=nk推

41、15;f冲 (n) （4-3）顶件力 f顶=k顶×f冲 (n) （4-4）本工件的几个工序都是抵抗卸料力达到卸料的。查表2 k卸=0.040.05 k顶=0.06所以 f卸=0.05×247200=12360n f顶=0.06×247200=14832n表2 卸料力、推件力和顶件力系数14材 料k卸k推k顶钢0.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.05铝、铝合金0.0250.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09 （3）工件总压力 f总 =p+

42、 f卸 + f顶=274392n4.3 计算落料凸、凹模刃口尺寸查表3 得落料模刃口间隙值为：zmin=0.1 zmax=0.13 表3 冲裁模初始双面间隙z(z=2c) 14 （单位 mm） 材料厚度45，t7、t8退火65mn退火10、15、20冷轧钢板，30钢板q215、q235钢板，08钢板，纯h62，h68（软），纯铜（软），软铝zminzmaxzminzmaxzminzmaxzminzmax0.50.080.100.060.080.040.060.0250.0450.80.130.160.100.130.070.100.0450.0751.00.170.200.130.160.10

43、0.130.0650.0951.20.210.240.160.190.130.160.0750.1051.50.270.310.210.250.150.190.100.14查表4 得凸、凹模的制造公差：p=0.030mm d=0.040mm 表4 规则形状（圆形、方形）冲裁凸、凹模的极限偏差 14 （单位mm）基 本 尺 寸凸 模 偏 差p凹 模 偏 差d180.020.02018300.020.02530800.020.030801200.0250.0351201800.0.300.0401802600.0300.045 校核：zmax-zmin=0.13-0.1=0.03 p+d=0.03

44、0+0.040=0.070满足条件：zmax-zminp+d则落料凸、凹模采用配合加工方法。设工件尺寸为d-0。根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸,并以凹模为基准。由于凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值zmin。仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式及计算过程如下：dd=(d-x)+d0 (4-5)ddl=(184.5-0.5×0.20)+0.0400=184.4+0.0400 (mm) ddk=(126.5-0.5×0.20)+0.0400=126.4+0.0400 (m

45、m) dp =(dd-zmin)-p0 =(d-x-zmin)-p0 (4-6) dpl =(184.4-0.3)-0.0300=184.1-0.0300 (mm) dpk= (126.4-0.3)-0.0300=126.1-0.0300 (mm) 式中：dd、dp落料凹、凸模基本尺寸（mm）；zmax、zmin最大、最小初始双边间隙。 4.4 计算工件拉深系数内部圆筒拉深：工件拉深系数m=0.47m1=0.5，故可以由一次拉深成形。外部矩形拉深：工件拉深系数m=0.23<m1=4.5,故可一次拉深成形14。4.5 工称压力的计算与压力机的选择对于浅拉深可按f压 >（1.61.8）

46、f总，估算公称压力来选取压力机。即：f压460kn压力机的选择：设备名称及型号：开式双柱可倾压力机，j23-63公称压力：630kn滑块行程：100mm最大闭合高度：400mm最大装模高度：320mm模柄孔尺寸：50×70mm24.6 落料拉深复合模具结构形式分析落料拉深复合模常采用如图所示的典型结构。模座下的缓冲器兼作压边与顶料，另设有弹性卸料。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产率高。缺点是弹性卸料使模具结构较复杂。料较厚卸料力大的情况，需要较多、较长的弹簧，使模具结构复杂。为了简化上模部分，可采用刚性卸料板。对于本工件，由于拉深深度不算大，材料也不厚，且为大批量生产，要

47、求生产率高，因此采用弹性卸料。模架采用后侧滑动导柱导套模架。4.7 落料拉深复合模模具结构图 图6 落料拉深复合模模具. 螺栓销2. 卸料板3. 上模座4. 圆钢丝螺旋弹簧5. 卸料螺钉6. 固定挡料销7. 圆柱销8. 模柄9.打料杆10. 内六角销钉11. 打料板 12. 内六角销钉13.导套 14. 导柱 15. 圆柱销 16. 内六角销钉17.压边圈18. 凸凹模 19.顶料杆 20. 凸模 21.顶出杆22. 凹模23. 下模座 24. 螺母 5 冲多孔复合模模具设计本套模具采用冲多孔复合模，同时冲孔避免了单一冲孔时复杂的定位装置。且同时冲孔很好的保证了工件的尺寸精度，使模具结构更简单

48、。冲孔：将废料沿封闭轮廓从材料或工件上分离下来，从而在材料或工序件上获得需要的孔。5.1 冲孔力计算 (1) 冲圆形孔f总1=f+ f推= ltb + nk推f=56kn (2) 冲异形孔f总2=f+ f推= ltb + nk推f=94kn (3) 冲长方形孔f总3=f+ f推= ltb + nk推f=70kn总的冲裁力 f总 = f总1 + f总2 + f总3 =220kn (5-1) 5.2 各孔的定位由于本工件第一道工序采用了内外同时拉深。因此，工件成不规则形状，凹模的形状与工件形状相似，可直接将工件套在凹模上，这样就防止了工件的运动，可以准确定位。5.3 凸、凹刃口尺寸的计算查表3 得

49、间隙值：zmin=0.10 zmax=0.13 (1)小圆孔40查表4得凸、凹模的制造公差:p=0.02mm d=0.025mm满足 zmax-zminp+d所以采用配合加工的方法。dp =(d+x)-p0 =(40+0.5×0.96) -0.0200=40.48 -0.0200 mm (5-2) dd =(dp +zmin)+d0 =(40.48+0.1)+0.0250 =40.5+0.0250 mm (5-3) (2)冲长方形孔查表4得凸、凹模的制造公差: p1=0.020mm d1=0.030mm满足 zmax-zminp+d所以采用配合加工的方法。dp1=(d+x1)-p10

50、 =(60+0.5×1.48) -0.0200=60.74 -0.0200 mm (5-4) dd1=(dp1+zmin) +d10 =（60.74+0.1）+0.0300 =40.5+0.0300 mm (5-5) p2=0.020mm d2=0.025mm满足 zmax-zminp+d所以采用配合加工的方法。dp2=（d+x2）-p20 =(20+0.5×0.8) -0.0200=20.4 -0.0200 mm (5-6) dd2=（dp2+zmin）+d20 =（20.4+0.1）+0.0250 =20.5+0.0250 mm (5-7) (3)冲异形孔查表得凸、凹模

51、的制造公差： p1=0.030mm d1=0.040mm满足 zmax-zminp+d所以采用配合加工的方法。dp1=（d+x1）-p10 =(130+0.5×2) -0.0300=131 -0.0300 mm (5-8) dd1=（dp1+zmin）+d10 =（131+0.1）+0.0400 =131.1+0.0400 mm (5-9) p2=0.025mm d2=0.030mm满足 zmax-zminp+d所以采用配合加工的方法。dp2=(d+x2)-p20 =(90+0.5×1.54) -0.0250=90.77 -0.0300 mm (5-10) dd2=(dp2

52、+zmin)+d20 =(90.77+0.1)+0.0350 =90.87+0.0350 mm (5-11) p3=0.020mm d3=0.025mm满足 zmax-zminp+d所以采用配合加工的方法。dp3=(d+x3)-p30 =(20+0.5×0.8) -0.0200=20.4 -0.0200 mm (5-12) dd3=(dp3+zmin)+d30 =(20.4+0.1)+0.0250 =20.5+0.0250 mm (5-13) 5.4 冲孔40凸摸结构图 图7 冲孔40凸模结构图165.5 工称压力的计算与压力机的选择f压 >（1.11.5）f总，估算公称压力来选取压力机。f压302kn 压力机的选择：设备名称及型号：开式双柱可倾压力机，j23-40公称压力：400kn滑块行程