宽凸缘拉伸件模具设计

1、沈阳航空航天大学课程设计说明书钣金成型课程设计说明书宽凸缘拉深件模具设计（一）院系航空航天工程学部（院）专业飞行器制造工程班号0403102学号2010040301056姓名韩开丞指导教师刘占军沈阳航空航天大学2013年11月随着国防工业的大力发展，对机械模具的要求越来越高，对工件工序20号钢安排、材料选取与、工艺设计和设备制备等环节都提出了更高的要求。本课程设计的题目为宽凸缘拉伸件成型，在设计中，先分析了的工艺特点，接着对成型件进行了工序方案的确定（工序有落料和三次拉 深）。然后确定了模具种类，并设计出了每道工序的加工尺寸。根据加工工序尺寸和相应标准，设计出了每道工序的各个模具零件的文中分别

2、对其进行了刃口尺寸计算、冲压力计算、尺寸。重点对落料和首次拉深的复合模进行了设计，该模具采用先落料再拉深； 压力机选取、毛坯值计算、压 边圈设计和凸凹模等一系列零件设计。CATIA AUTOCAD图软件；最后还用计算机软件绘制了一些列图纸，用到了 生成了复合模具的装配图、零件图数张，供参考。关键词落料拉深尺寸计算凸凹模装配图沈阳航空航天大学课程设计说明书第1章冲压工艺性及方案设计11.1冲压件工艺分析11.2I 预定工艺方案11.2.1工艺方案分析1第2章主要工艺计算过程22.1确定修边余量22.2计算毛坯直径 D22.3确定拉深次数22.4拉深工序圆角半径的确定42.5毛坯自.径修正42.6

3、计算以后各次拉深咼度52.7落料件工序尺寸62.8各工序的工件相关尺寸62.9绘制工序图 7第3章冲压力计算1 13.1洛料成型时冲裁力计算113.2压边力计算113.3' 拉深力计算12第4章压力机选择13第5章模具刃 口尺寸145.1凸、凹模间隙设计145.1.1洛料成型凸、凹模间隙计算145.1.2拉深成型凸、凹模间隙计算145.2凸、凹模刃口尺寸和公差的确定145.2.1落料凸、凹模刃口尺寸计算145.2.2拉深刃口尺寸计算155.3各工序的模具刃口尺寸汇总如下17第6章板料毛坯值计算18第7章凸、凹模的材料及工艺性能选择197.1 复合模具凸凹模197.2 第一次拉深197.

4、3 第二次拉深197.4 第三次拉深19第8章压边圈设计208.1首次拉深压边圈设计208.2第二次拉深压边圈设计208.3第三次拉深压边圈设计20第9章上下模座的设计219.1上模座的设计 219.2下模座的设计 21第10章模具其他结构图2310.1模柄结构图2310.2凸凹模结构图2310.3凸模固定板结构图2510.4导柱、导套结构图2510.5定位板结构图271 0.6卸料板结构图2810.7首次拉深凸模机构图 291 0.8推件块机构图30第1 1章模具参数汇总32第1 2章模具装配图3312.1落料拉深复合模具装配图3312.2再次正拉深模具装配图34第13章总结36参考文献 3

5、72沈阳航空航天大学课程设计说明书第1章冲压工艺性及方案设计1.1冲压件工艺分析（1）材料：该拉深件的材料 20钢是碳素工具钢，具有较好的韧性、塑性和 可拉深性能。（2）零件结构：该制件为宽凸缘圆桶形拉深件，故对毛坯的计算要参照冲压 手册确定合理的修边余量。（3）单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。（4）凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。（5）尺寸精度：根据要求，零件图上所有未注公差的尺寸按IT14级确定工件尺寸的公差。查公差表可得工件基本尺寸公差为：60；0.7440+0.62，50+0.62，R4o0.30，1o0.251.2预定工艺方案1.2.1工艺方案分析该工件包括

6、落料、拉深 两个基本工序，经分析可有以下三种工艺方案: 方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产。方案二:方案三:落料+拉深复合，后拉深二。采用复合模+单工序模生产。 先落料，后二次复合拉深。采用单工序模 +复合模生产。方案四:落料+拉深+ 再次拉深。采用复合模生产。方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高,工件精度也能满足要求，操作方便，成本较低。方案三也只需要二副模具，制 造难度大，成本也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，但模具成本造价高。通过对上述四

7、种方案的分析比较，该件 的冲压生产采用方案二为佳。主要设计计算2.1确定修边余量该件d凸=60mm d凸/d=60/39=1.53,查简明冲压工艺与模具设计手册表7-3可得 R 3.0mm则可得拉深最大直径dtdt=d 凸+2 R式2-18=60+2*3.0=66.0mm故实际外径为66.0mm2.2计算毛坯直径D由冲压手册机械工业出版社中，毛坯计算公式表4-7序号20可计算出毛 坯的直径J322 6.28 4 32 8 426.28rd1 8r2 44? 6.282 4.56d2 d； 式 2-24 39 41 6.28 4 39 4.56 42 662 482793922052107mm2

8、.3确定拉深次数首先判断能否一次拉深成型h/d=50/39=1.28t/D=1/107 *100%=0.93%dt/d=66.0/39=1.69m=d/D=39/107=0.36d1据冲压手册第二版表4-20可查出一=0.37-0.44，而=1.28>0.44， d故一次不能拉出来，需要多次拉深。计算拉深次数及各次拉深直径。用逼近法确定第一次拉深直径（以表格形式列出有关数据，便于比较）。相对凸 缘直径 假定值N d凸 /d毛坯相对厚度100%D1第一次拉深直径d1 d 凸 / N实际拉深系数m1 d1 / D极限拉深系数mJ由表4-21得拉深系数相差值m m,仃1.050.9366/1.

9、05=63.90.590.55+0.041.100.9366/1.10=600.560.55+0.011.150.9366/1.15=57.40.540.53+0.011.160.9366/1.16=56.80.5320.53+0.0021.200.9366/1.2=550.510.53-0.021.300.9366/1.3=500.470.53-0.051.400.9366/1.4=470.430.50-0.071.500.9366/1.5=440.410.50-0.091.600.9366/1.6=41.250.390.47-0.12表2.1第一次拉深值数据有以上数据和实际情况综合考虑，应

10、选取实际拉深系数稍大于极限拉深系数者，故暂定第一次拉深直径di=57mm再确定以后各次拉深直径。由冲压手册第二版表4-15查得:m2 =0.77， d2dim257 0.7743.89 mmm3 =0.79，d3d2m343.89 0.7934.67 mmm4=0.81， d4d23m434.67 0.8128.08 mm从上述数据看出，各次拉深变形程度分配不合理，现调整如下:表22拉深数据调整极限拉深系数mJ实际拉深系数mn各次拉深直径dn拉深系数差值m m1 m10=0.53mi =0.5327d1 D m1 =57+0.0027m2 =0.77m2 =0.8070d2 d1 m2 =46

11、+0.0370m3=0.79m3=0.8478d3 d2 m3=39+0.0578m4=0.81m4 =d4d3m4 =各次的 m颇接近，故知变形程度分配合理。故采用三次拉深的方法来进行成型。2.4拉深工序圆角半径的确定加工模具以此为：拉深落料复合模，拉深模具，拉深模具，以下为刚性模具的圆角半径。式2-3斶=6mmr凹2=4mm ,因 R凸n (0. 1)R凹n，r凹 3=4mmR凸 n=H件圆角半径，R凹 n=工件圆角半径贝U 鮎=5.4mm R凸2=4mm R凸3 =4mm2.5毛坯直径修正参看冲压手册关于宽凸缘工序尺寸修正的第二个原则，为保证以后拉深 是凸缘不参加变形，宽凸缘拉深件首次拉

12、入凹模的材料应比零件最后拉深部分实际所需材料多百分之三至百分之五，取修正余量为百分之五。这样，毛坯直径应 修正为:D 79392 1.05 2052110mm式2-4则第一次拉深高度：取ri 5.4mm, Ri 6mm参看冲压手册hi0(Di2 d凸 )+0.43( ri +Ri)+014d2di(ri2R2)式2-5晋02时39.i2mm0.43(5.46)空(5.42 62)57校核第一次拉深相对高度查冲压手册表4-20，当 凸di66 1.15，丄57D1帀0.91%时，许可最大相对高度*0.5“ 0.6dihidi0.67，不满足要求，必须修正。初取hi =20,验算0.5 M 0.6

13、匹0.35，满足要求。di2.6计算以后各次拉深高度。为设第二次拉深时多拉入百分之三的材料（其余百分之二的材料返回到凸缘上）了方便计算，先求出假想的毛坯直径。取 2 R2 4mm参看冲压手册D 79392 i.03 2052 i09mm式2-6故 h2 (D22 d凸)+0.43(2+&) +0i4(r； R；)式 2-7d2di空(iOS2 662) 0.43(4 4) 空2 42)464646.25mm设第三次拉深多拉入百分之二的材料，另外百分之一的材料返回到凸缘上。则假想毛坯直径为：取3 R3 4mm （由图纸要求而来）DJ93922052108 mm式2-80 O斤故 h3(D

14、32 d凸)+0.43( L+Rs)d3+ 014仃32 R2)式 2-9d10.252(1083952.74 mm662)0.43(40.14224) L 4)由h352.7450 可知,满足要求。2.7落料件工序尺寸116mm,加工工序为：落料加第一次拉深，第二次有以上分析可知取毛料直径110+0.872.8各工序的工件相关尺寸表2.3各工序尺寸汇总毛 坯(mmH(mm)dn ( mm拉深系数M凸模rn (mm)凹模R1(mm)落料D=1100110000第一次拉深D=6620570.53275.46第二次拉深D=6646.25460.807044第三次拉深D=6650390.847844

15、2.9绘制工序图/ / Z Z / Z / /Z Zf / Z /"/ Z Z Z图2.2落料工序9沈阳航空航天大学课程设计说明书190601J-41飞>/r0f1LnfHH/fJ*yJ'V中410图2.6修边第3章冲压力计算3.1落料成型冲裁力计算由冲压工艺学机械工业出版社，有关“冲裁力的计算方法”则有:F=Lt b，式 3-1其中L为冲裁周长(mm , b材料的抗剪强度，t材料的厚度(mm考虑到模具刃口的磨损，凸、凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料 厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加百分之三十。L=2n 55=345.4mm， b=333MPa故有:F=1

16、.3 L t b=1.3 345.4 1 333=149.52 KN3.2压边力的计算采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压边力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造 成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m 和相对厚度t/D 100%由于 t/D 100%=1/110 100% =0.91% 首次拉深系数m1=0.5327 故：查冲压手册表4-80知，三次拉深均需要采用压边装置。式3-2材料第一次拉深时压边力为Fy1 = n Do-(d 1+2rd1 )p/4=n 110 2-(57+2*4)*2.8

17、/4=26.45 KN式中p为单位压边力(MP a ,20钢为极软钢，故查冲压手册表4-82,取P=2.8 MPa 第二次拉深时压边力为Fy2=n d i2-(d 2+2rd2)p/4y2式3-32n 57 -(46+2*4)*2.8/4=7.02 KN第三次拉深时压边力为式3-42y3= n d 2-(d 3+2rd3)p/42n 46 -(39+2*4)*2.8/4=4.55KN3、3拉深力的计算查的 20钢的强度极限 b=376 MPa m=0.5327, m2=0.8070,m3=0.8478查冲压模具设计与制造技术北京出版社，有关“有凸缘筒形件拉深力”的计算方法:首次拉伸力：P d1

18、t b K3式3-5以后各次拉深凸缘d不变，计算公式为:dnt b K2式3-6查冲压模具设计与制造技术表 5-22，得K3=1.0, K2=0.66, 首次拉深时拉深力Piditb K 3 =3.14*57*1*376*1.0=67296.48N第二次拉深时拉深力P2d 2tK 2 =3.14*46*1*376*0.66=35844.23 N第三次拉深时拉深力P3d atb K 2 =3.14*39*1*376*0.66=30389.67N第4章压力机的选择上套模具加工过程中，各个工序是分开进行的，各个工序所需要的压力分别为:F1 冲裁力=149.52 KN =175.97KNF2拉深力 +

19、 压边力=67296.48N+26.45 KN=93.95KNF3拉深力 + 压边力=35844.23 N+7.02 KN=42.86KNF4拉深力 + 压边力=30389.67N+4.55KN=39.94KN综合以上可得所需最大的压力为：175.97KN,故取压力为250KN采用“开式压力机”公称压力为 250KN由冲压手册表9-3查得。其他参数为:滑块行程80mm行程次数100次每分,发生公称压力时滑块距下死点距离 6mm最大封闭高度280-460mm封闭高度调节70mm滑块中心到床身距离190mm工作台尺寸560mm（左右）、360mm（前后），工作台孔尺寸260mm左右）、130m（前

20、后）、180mm（直径），立柱间距离260mm活动太压力机滑块中心到床身紧固工作台平面距离180mm模柄孔尺寸 50 70（mm，工作台板厚度70mm垫板厚度50mm倾斜角30度第5章 模具刃口尺寸5.1凸、凹模间隙设计5.1.1落料成型凸、凹模间隙计算查冲压工艺学机械工业出版社，表 2-3得出，20号钢的双面间隙值为:ZminZmax 0.050 “0.070。5.1.2拉深成型凸、凹模间隙计算凸、凹模单边间隙值C,查冲压手册表4-74可有如下:第一次拉深:C1 =1.2t=1.2 mm式5-1第二次拉深:C2=1.1t=1.1 mm式5-2第三次拉深:C3=t=1.0 mm式5-35.2凸

21、、凹模刃口尺寸和公差的确定5.2.1落料凸、凹模刃口尺寸计算参看冲压工艺学机械工业出版社，有关“落料件的刃口尺寸计算”落料的尺寸由凹模刃口尺寸确定，且凹模刃口尺寸为A类尺寸（即在加工中，凹模的尺寸会越变越大）。由公式可计算得:A (Amax X )041100.870.50.870.870丁 mm式5-4110.0435 00.2175 mm该零件的凸模刃口尺寸按上述凹模刃口尺寸进行配制，可算得凸模的尺寸为:D 凸=(Dmax -X2cmin )(1100.870.50.872O.025)0.87 mm 式 5-54110.385 0.2175mm5.2.2拉深刃口尺寸计算由冲压手册机械工业出

22、版社，有关“拉深模工作尺寸计算”，凸、凹模的尺寸计算公式为（要求工件外形尺寸）D凹=(D-0.75 d凸=(D-O.752c)凸 式5-6其中D为工件的外形基本尺寸，凹为凹模的制造公差，凸为凸模的制造公差， 为工件的公差，C为凸、凹模的单边间隙。第一次拉深:第一次拉深后，工件的基本尺寸为：58 00.74 mm查冲压手册表4-76（凸、凹模的制造公差）分别查得：S 凹=0.08 ,8凸=0.05 。D凹=(D-0.75)+ 凹(580.750.74 Ffm式5-7L 7/ / L 0.0857.445 0 mmd凸 = ( D-0.752c)(58 0.75 0.7455.04500.05mm

23、凸1.2 ) 00.05mm式 5-8第二次拉深:第二次拉深后，工件的基本尺寸为：470-0.62mm查表4-76得凸、凹的制造公差为：S凹=0.07mm S凸=0.04mmD凹=(D-0.75)+ 凹(470.750.62) 00.07 mm46.53 5 00.07式5-9d凸=(D-O.75mm2c)(47 0.75 0.6244.33500.04mm凸1.1 )00.04 mm式 5-10第三次拉深:第三次拉深后，工件的基本尺寸为：400-0.62mm查表得凸凹的制造公差为：S凹=0.07mm ,8凸=0.04mmD凹=(D-0.75)+ 凹(400.750.62)00.07mm式 5

24、-1139.535 00.07mm沈阳航空航天大学课程设计说明书d凸=(D-O.752c)凸(40 0.75 0.62 2 I.Ofomm式 5-1237.535Oo.o4mm5.3各工序的模具刃口尺寸汇总表5.1各工序的模具刃口尺寸汇总凹模尺寸(mr)凸模尺寸(mm)单边间隙C(mm凸模圆角R(mm)凹模圆角R(mm)落料110.43500.217511O.38500.21750.020.035/第一次拉深58.44500.0855.04500.051.25.46第二次拉深47.53500.0744.33500.041.144第三次拉深40.53 5 00.0737.53500.041.04

25、4沈阳航空航天大学课程设计说明书第6章板料毛坯值计算工件毛坯件为圆形件，根据冲压工艺学有关“毛坯搭边值的计算”，可计 算得:板料为矩形板料，样件为圆形结构，T=1mm查得相应的参数：工件间a1=0.8 , 沿边a=1.0算得板料的宽度为:B=110mm+2*a=110+2*1.0=112mm 式 6-1根据模具结构的需要，方便卸料，取板料宽度B=120mm采用固定挡料销基本尺寸为6mm由模具标准应用手册表 2-64而查得。27第7章 凸、凹模的材料及工艺性能选择7.1复合模具凸凹模参考模具结构图汇编中国模具工业协会经济技术咨询部，第284页，有 关落料拉深复合模具的设计，材料用 T10A热处理

26、5862HRC采用车床加工，根 据其经验值取落料凸模高度为H=80mm7.2第一次拉深凸模拉深凸模采用台阶式，材料用 T10A热处理5862HRC也是采用车床加工, 与凸模固定板的配合按H7/m6的配合，根据经验值取厚度为 L=20+25+20=65m。7.3第二次拉深凸、凹模根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m67.4第三次拉深凸、凹模(1)凸模采用车床加工，与凸模固定板的配合按 H7/m6凸模长度L=H i+H+Y 式 7-1式中H1凸模固定板厚度 H压边圈高度Y附加长度，包括凸模刃口修

27、磨量，凸模进入凹模的深度50mm因此凸模长度L=48+60+50=158mm(2)凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。取凹 模轮廓尺寸为© 160mrK 50mm第8章压边圈的设计8.1首次拉深压边圈设计为了防止拉深过程中起皱，生产中主要采用压边圈，查冲压手册知，三 次拉深均需要采用压边装置。 压边圈采用45钢制造，热处理硬度为4245HRC 。首次拉深的压边圈零件图为:8.2第二次拉深压边圈设计压边圈结构与尺寸由标准中选取，压边圈圆角半径rY应比上次拉深凸模的相 应圆角半径大0.51

28、mm以便将工序件套在压边圈上.材料采用45钢，热处理硬度 为调质42-45HRC其结构如下图详见冲压手册。8.3第三次拉深压边圈设计压边圈结构与尺寸由标准中选取，压边圈圆角半径rY应比上次拉深凸模的相 应圆角半径大0.51mm以便将工序件套在压边圈上.材料采用45钢，热处理硬度 为调质42-45HRC结构图可以参考冲压手册。第9章 上下模座的设计9.1上模座的设计选取上模座为“后侧导柱上模座”根据冲压工艺学有关模具尺寸的设计 查表8-3，取得K=0.2算得凹模周界L=(110*0.2*2)*2+110=198mm, 式 9-1查表可知因选取200*200*200,H=45mm查出一系列数据，上

29、模座的结构图为:1-0 mg-：:r :卜r|- -| I' I II. _L _ 4 _ J .,.Illi ofli11.- :”I L-r J图9.1上模座结构图9.2下模座的设计根据上模座的尺寸可得出下模座的尺寸，其尺寸为：200*200*200，H=45m其结构图为:EIFO图9.2下模座结构图第10章 模具其他结构图10.1模柄结构图参考冷冲模有关结构的设计标准， 可得出模具其他结构的尺寸。模柄选取“槽型模柄”50 70，根据资料，查得相应的参数，结构图为:- -b1!f11I11111缩放：| 0-t图 10.1模柄结构图10.2凸凹模结构图参考冷冲模有关结构的设计标准，

30、可得出模具其他结构的尺寸，其凸凹模的 结构为：图10.2凸凹模结构图(3)压边圈的设计参考模具结构图汇编中国模具工业协会技术咨询部，第284页，相关落料拉深复合模具的结构图纸。结合经验值，取压边圈高度为20mm根据落料模具的凹模结构可得到压边圈的直径10.3凸模固定板结构图十10.4导柱、导套结构图导套与上模座为过盈配合，查得标准，选取以下导套:、;11XL、f 1、1 '.L '、! 11 1X,1、1 11 1'1、-kd图10.5导套结构图导柱与下模座为过盈配合，选取以下导柱，导柱与导套之间采用间隙配合,中间凸模润滑油,沈阳航空航天大学课程设计说明书图10.7导套

31、结构图28图10.6导柱结构图10.5定位板结构图定位板为自行设计结构，其结构图为:沈阳航空航天大学课程设计说明书10.6卸料板结构图复合模的卸料版为两块固定卸料板，分别安放在模具的两侧，中间为凸凹模,从装配图的左视图中可以看出。（如下图）2120i731图10.8装配图的左视图. 1ifta 翱：匸图10.9卸料板结构图:10.7首次拉深凸模机构图根据以上计算过程得出相关尺寸，其凸模示意图为:10.8图 10.10推件块机构图推件块与凸凹模之间为间隙配合,首次拉深凸模机构图OO9e上部用螺纹与打杆相连接，其结构图为:图10.11推件块机构图32沈阳航空航天大学课程设计说明书第11章模具参数汇

32、总经过计算，汇总模具各零件的尺寸参数如下表表11.1参数汇总名称数量尺寸凸凹模1见凹模零件图纸落料凹模1见凹模零件图纸拉深凸模155 68推件块158 40打杆116 160压边圈1113 20上模座1200*200*45下模座1200*200*50模柄150 70卸料版243*20*200导柱232 200导套232 70圆柱弹簧216 （中径）托杆212 100第12章 模具装配图绘制过程根据以上计算所得参数，用 CATIA建立各零件的三维模型，运用装配设计和 工程图将三维图纸转换成二维图纸，后用 AUTOCA对之进行修改即可生成二维图 纸。12.1落料拉深复合模具装配图IIMgx a160.图12.1正视图ZO12COCD2图12.2俯视图12.2再次正拉深模具装