无凸缘筒件拉深件模具设计

1、冷冲模课程设计说明书无凸缘筒件的模具设计第1章概论1.1冲压模具在制造业的地位 1.2冲压模具的历史发展与现状 第2章工艺方案分析及确定2.1冲压件工艺分析2 2.1.1产品机构分析分析2 2.2冲压工艺的确定3第3章模具结构的确定3.1坯料尺寸计算 3.2排样53.3各工序尺寸计算63.4压力计算与设备选择93.5拉深模工作零件设计与计算*9*3.6卸料弹簧计算103.7压边的橡胶计算12第4章模具结构的确定4.1模具的形式4.2定位装置124.3导向零件124.4模架13第5章落料拉深模具结构图 第6章二、三次拉深模具结构图 第7章模具零件的加工工艺过程1819结束语参考文献第1章概论1.

2、1冲压模具在制造业的地位冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板 料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。模具是大批生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是 国民经济的基础工业。模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产 品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧钢钢板或钢带为 坏料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约 能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当 代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造业的发展和技术水平的提高, 很大程度上取决于

3、模具工业的发展。1.2冲压模具的历史发展与现状模具的出现可以追溯到几千年前的陶瓷烧制和青铜器铸造，但其大规模应用 却是随着现代工业的崛起而发展起来的。19世纪，随着军火工业、钟表工业、 无线电工业的发展，模具开始得到广泛的使用20世纪50年代中期以前，模具设计多凭经验，根据用户的要求，制作能满足产品要求的模具，但对所设计模具零件的机械性能缺乏了解。20世纪70年代 至今计算机逐渐进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域，使得模具设计、 加工精度与复杂性不断提高，模具制造工期不断缩短。第2章工艺方案分析及确定2.1冲压工艺分析2.1.1产品结构形状分析图2.1可知，拉深件，材料10钢，材料厚度1

4、.2mm ,图2.1圆筒件其工艺性分析内容如下:(1 )材料分析10钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别钢，具有良好的拉深成形性能。属优质碳素结构钢,255 333MPA取294MPA， b 294 432MPA 取 363M PA其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求， 所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。(2 )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R3，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的结构工艺性。(3 )精度分析零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可

5、达到零件的精度要求。经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。在零件工艺性分析的基础上制定其工艺路线如下：零件的生产包括落料、拉深(需计算确定拉深次数)、切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑工序的复合,经比较决定采用落料与第一次拉深复合， 经多次拉深成形后，由机械加工方法切边保证零件高度的生产工艺。(4)产量10万件由产品的生产数量10万件可知，产品批量为中等批量，适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模。2 . 2冲压工艺方案的确定完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工方案分为3种，件表2.1。表2.1工艺方案序号工艺方案结构特点单工序模生产：1落料、首次拉深、二模具结构简单，

6、但需要两道工序、两套模具才能完成次拉深、三次拉深-零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。2复合模生产：落料-首次拉深复 合、二次拉深、三次 拉深、切边同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具 规模，降低了模具成本，提咼生产效率，也难以提咼 压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合中 批量生产；。3连续模生产：落料-拉深-拉深-拉设连续、切边同一副模具不同工位完成两道不同的工序，生产效率咼，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要咼；两道工位之间的定位要求非常咼。根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第 2种方案比较合理。第3章圆筒形拉深件工艺计算3.1坯料尺寸

7、计算1、在不变薄拉深中，虽然在拉深过程中坯 料的厚度发生一些变化，但在工艺设计时，可以 不计坯料的厚度变化，概略地按拉深前后坯料的 面积相等的原则进行坯料尺寸的计算。旋转体拉 深件采用圆形坯料，其直径可按面积相等的原则 计算。计算坯料尺寸时，先将拉深件划分为若干 便于计算的简单几何体，分别求出其面积后相 加，得拉深件总面积艺A，则坯料直径为Qj5I例图28所示的薄壁圆筒件,可划分为三部分，各部分的面积分别为Aid(H r)A2r(d 2r) 8r2图3.1圆筒件坯料尺寸计算4(d2r)2AAiA2 A带入D4A，得坯料直径为(3-1)h 3.3mm，所以,J(d 2r)22 r(d 2r) 8

8、r2 4d(H r)当板料厚度大于Imm时，应按板料厚度中线尺寸计算。根据无凸缘筒形拉深件坯料尺寸的计算方法得1）确定零件修边余量零件的相对高度dr IHi 1-8，经查得修边余量修正后拉深件的总高应为43+3.3=46.3mm2）确定坯料尺寸D由无凸缘筒形拉深件坯料尺寸计算公式得D Jd2 4dh 1.72dr 0.56r2I22124.24 24.2 46.9 1.72 24.2 3.6 0.56 3.6 mm70.5mm零件的排样图如图40所示3.2排样3.1.1搭边查参考文献1，确定搭边值当 t 1.2 时 a 2,b 1.53.1.2条料宽度采用无侧压装置，所以(Z=0.1 , A=

9、0.5 )B (D 2a Z)0(80220.1) 00.584.100.5 mm3.1.3材料利用率0nF10LB 100%式中n板料(带料或条料)上实际冲裁的零件数量;F1 零件的实际面积;L 板料(带料或条料)长度;B 板料(带料或条料)宽度;零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为1.5mm，零件与条料侧边之间的搭边值为1.8mm，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的 步距为106.5mm，条料的宽度应为B (D max 2a C)(70.52 2 0.2)0o.6mm74.70o.6mm选用规格为1.2mm X750mm X1000mm 的板料，计算裁料方式如下。裁成

10、宽74.7mm，长1000mm的条料，则每张板料所出零件数为LB75074.7100%100%100013 1013076.274.72 100%72% 74.7 72.5130 / 74.72 100%75.96%750 10003圆筒形拉深件各次工序尺寸的计算工序件直径 从前面的介绍中已知，各次工序件直径可根据各次的拉 深系数算出，即d1 m1D , d2 m2d1 , d3 msd?dn mndn 1。此时计算所得 的最后一次拉深直径dn必须等于零件直径d，如果计算所得的dn小于零件直 径d，应调整各次拉深系数，使dn d，所以上式中的m1、m2、m3 mn是在 查表所得口1卜口2卜口3

11、 mn的基础上调整后的实际拉深系数，调整时依照的 原则为：实际拉深系数大于查表所得的极限拉深系数并且后继拉深系数应逐 次。2)工序件的拉深高度在设计和制造拉深模具及选用合适的压力机时，还必须知道各次工序的拉深高度，因此，在工艺计算中尚应包括高度计算一项。在计算某工序拉深高度之前，应确定它的底部的圆角半径(即拉深凸模 的圆角半径)。拉深凸模的圆角半径，通常根据拉深凹模的圆角半径来确定。首次拉深凹模圆角半径rd1，可参照公式rd1 0.8j(D djt计算确定，以后 各次拉深时凹模圆角半径rdn (0.6 0.8)rdn 1。拉深凸模的圆角半径，除最后 一次应取与零件底部圆角半径相等外，中间各次取

12、值可依据公式rp (0.71)rd 计算确定。根据拉深后工序件面积与坯料面积相等的原则，多次拉深后工序件的高度可按下面公式进行计算h 0.25(孚 d1)d10.43-(* 曲)h20.25(Dd2)0.43r2-(d20.322)22hn0.25 （字 dn） 0.43 学（dndndn0.32rn）已计算坯料尺寸为70.5mm，则3.3.1确定拉深次数查得零件的各次极限拉深系数分别mi=0.500.53m 2=0.750.76，m 3=0.780.79。总拉深系数为m总黑O.343,取00.51， m20.76,mnm总0.880.79m1m2由上计算可知共需3次拉深。3.3.2确定各工序

13、件直径调整各次拉深系数分别为m.0.55， m20.78,则调整后每次拉深所得筒形件的直径为d1m3d1m1 Dd2m2d138.7mm, d2 30mm;实际 m,24.2mm。0.550.7838.770.570.5mm38.7 mm38.78mm30.18mm30d24 20.549，m2 387 o.775则m3 ?莎 o.8073.3.3确定各工序件高度根据拉深件圆角半径计算公式，取各次拉深筒 形件圆角半径分别 为r,5.6mm， a 4.6mm， rg 3.6mm ,，所以每次拉深后筒形件的高度为D2 hi0.25 (di70.520.25 ( 38.7)mm38.724.95mm

14、 取 25mmdi) 0.43 土(didi0.430.32ri)竺(38.7 0.32 5.6)mm38.7d?20.322)D2h20.25 (d2) 0.43d270 520.2530)mm3036mm0.43 46 (30 0.32 4.6)mm30D2h30.25 (d370.52 0.25 (24.246.92mmd3)0.43 2(d3d324.2)mm0.43第3次拉深后筒形件高0.323)3.624J (24.23.6)mm应等于零件要求尺寸，即h446.92mm,46.92-43.6 3.32mm。即有3.32mm的修边余量满足要求。3.3.4判断是否采用压边圈t1 2零件

15、的相对厚度一100 100D70.51.7%，经查压边圈为可用可不用的范围，为了保证零件质量，减少拉深次数，决定采用压边圈。1、首次拉深右 0.0045(1 m)0.0170.0045(1 0.549)0.0203即需要压边装置。2、二次拉深判断是否需要压边装置t10.045( 1)dm10.0310.045( 1)0.0180.775即不需加压边装置但可 用压边装置做定位。3、三次拉深判断是否需要压边装置t10.045( 1)dm10.0410.045( 1)0.0080.807即不需加压边装置但可 用压边装置做定位。由以上计算可知，该例需拉深3次成形，所以其最终的加工工艺路线为:落料与首次

16、拉深复合模一一第二次拉深一一第三次拉深机加切边。3.4压力计算与设备的选择3.4.1首次拉深模具为落料拉深复合模，动作顺序是先落料后拉深，现分别计算落料力F落、拉深力F拉和压边力F压。F 落KLt1.3 3.14 70.5 1.2 294 N101529N101.5kN(3-2 )式中K卸一卸料系数，查参考文献1知K卸0.020.06，取K卸0.04。所以djt3.14bK138.7 1.2363 0.75 39699.8N 39.7kN (&=0.75)39.7选用设备。初选设备为泸2(di t 2rA)2P，其中p取2 .7 5严525180N(38.7 2 6)2 2.75N5.2kN压

17、边力的和落料力5.2 101.5150469.8KNF压/0.52，所以，应按照的大小J23 35。0.04 10152964.06KN3.4.2二次拉深;F拉2d 2t b K224.6kN (ki = 0.6查的)3.14 30 1.2 363 0.624620.0N初选设备J23-16。末次拉深:F拉d3t b K33.14 24.2 1.2 363 0.52 17212.1N17.2kN (4=0.52)初选设备J23-16 。3.5拉深模工作零件设计与计算3.5.1凸、凹模尺寸计算3.5.1.1首次拉深凸、凹模尺寸计算由上边计算可知：第一次拉深件后零件直径为25mm，由公式Z 1.2

18、t确定 拉深凸、凹模间隙值Z，所以间隙Z 1.2 1.2mm1.44mm，贝U首次拉深凹模Da (dmin 2Z)0 A (37.52. 八 0.080.081.44) 0 mm 40.380 mm。首次拉深凸模Dt D0min T37.5oo.o5mm3.5.1.2二次拉深凸、凹模尺寸计算由表查的Z=1.69首次拉深凹模Da(d min2Z)0 A(28.8 2.0.080.081.69) 0 mm 32.180 mm。首次拉深凸模DtD i 0mincO28.8 0.05 mm3.5.1.3末次拉深凸、凹模尺寸计算 因为零件标注外形尺寸23mm , 即其间隙查为Z=1.45所以要先计算凹模

19、,Da (dmin 0.42Z)0 A (230.4 0.522 1.45)00.08mm 26.10800.08mm则拉深凸模Dt Dmin0T(230.4 0.52)00.05mm 23.20800.05mm3.5.1.4落料拉深复合模其它工艺计算根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。落料尺寸为 70.500.74，落料凹模刃口尺寸计算如下。查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙 C,最大间隙Zmax 0.190mm， 公差T 0.02mm，凹模制造公差a 0.03mm。将以上各值代入Zmax Zmin校验是否成立。经校验，不等式成立，则a0.4 Zmax Zmin凸模制造o.qz0.01

20、2所以可按下式计算工作零件刃口尺寸。max ZminT A 0.018Da(Dmax XoA(70.5 0.5 O.74)00.018mmrc A c 0-0187O.13o mmDt(DAZmin ) T(70.13 0.16)00.0i2mm67.9700-012mm3.6卸料弹簧计算首次拉深L 总 06550mm由卸料力F=4061N作的压缩量为L1即 L 顶 L 0.3 15mm，初选8个弹簧则每个弹簧的压缩力为 Fn 507.6N弹簧工31 1 0.5 32.5mm弹簧的自由长度L总L1为总长的65%F预F总4061 13536.7N0.30.3则当取弹簧4个时F。=3384N ;

21、当取弹簧6个时F。=2256N ; 当取弹簧8个时F。=1692N 查表的 d=6mm,D=30,h=80mm,83.7压边的橡胶计算其产生的压力开始就为压边力，橡胶的直径D Jd21.27%为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，个的弹簧满足条件。其总的行程S总 25 10.5632.5mm116mmJ202 1.27 418%.5其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的 35%45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10% 15%。橡胶垫产生的力F Ap(6-1 )式中 F 压力;A橡胶垫横截面积;p 与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5.1所示。表5.1橡胶压缩量和单位压力

22、橡胶压缩量（%）单位压力（MPa）橡胶压缩量（）单位压力（MPa）100.26251.03150.50301.52200.70352.10(0.10.15 h自工!325108mm0.30.30.15 108 16mm32.5 16 48.5mm又因为hyD 5.41.5则分成4小块每块高h 27mm第4章模具结构的确定4 . 1模具的形式复合模又可分为正装式和倒装式。4.1.1 正装式特点冲出的工件表面比较平直为后续加工提供条件。4.1.2倒装式特点操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因 此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，此工件，若采用正装式复合模，

23、操作很不方便；另外，此工件无较高 的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考 虑，决定二、三次拉深采用倒装式复合模，二首次拉深用正装。4.2定位装置首次拉深采用固定式挡料销纵向定位，安装在凹模上，工作很方便。4.3卸料装置431条料的卸除采用弹性卸料板。因为是正装式复合模，所以卸料板安装在上模。432工件的卸除采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。4.4导向零件导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡操作者视线, 所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构 比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精

24、度要求不高， 采用滑动式导 柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单， 操作又方便，还可 降低成本。4.5模架若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但 只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横 向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比 较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。本设计决定采用后侧导柱模架。4. 5 . 1标准模架的选用1.落料拉深复合模零部件设计标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。 根据凹模高度和壁厚的计算公式得凹模高度H 54mm因为拉深高度决定。所以

25、，凹模的外径为D 140mm。以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉深复合模，所以凹模高度受拉 深件高度的影响必然会有所增加， 其具体高度将在绘制装配图时确定。 另外，为 了保证凹模有足够的强度，将其外径增大到200mm。模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规格为：上模座200mm xi60mm X45mm ，下模座 200mm xi60mm X45mm ，导柱 28mm x 180mm，导套 28mm X105mm X43mm。2.第二、三次拉深模零部件设计由于零件高度较高，尺寸较小，所以未选用标准模架，导柱导套选用标准件， 其规格分别为25mm X 180mm ， 25mm

26、x 105mm x 43m ，上模座 160 160 40mm。下模座 160 160 40mm第5章落料拉深模具结构图（图5-1 ）s7e、s寸09 1011 12 旦/00.-/z.M尸y-/7z/】415 严厂、卜iz vJ-z-丄|II r i容,* *、L_ r.、，严iX*anoP._LL181920，锻ft23 24 / /JJ图5-1落料拉深复合模1、9-下、上模座 2、3、10、12、23-螺钉4-落料凹模5-导柱6-挡料销7-导套8-凸凹模固定板 11-模柄13-横销14-打杆15-推件块16、22、24-销钉17-凸凹模18-卸料版19-凸模20-压边圈21-顶杆三次拉深结构图（图6-1 ）沪/tTiisfp1/rid32:讥V2QV rj/. 4Z/、滲 17彳图6-1第二次拉深模1-下模座2-导柱3、11、12-螺钉4-凸模固定板 5-顶杆6-压边圈7-凹模8-推件块9-上模座10-导套13-横销14-打杆15-模柄16-销钉17-凸模第7章模具零件加工工艺过程本副模具，零件加工的关键在工作零件及卸料板，如果采用线切割加工技术， 这些零件的加工