带法兰圆筒拉深冲孔复合模的设计VIP

1、零件图工件名称：带法兰圆筒件；生产批量：10万件/年； 冲压材料：08F，厚度 t=2mm。带法兰圆筒拉深冲孔复合模的设计摘要模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是 一种高附加值的高精密集型的产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高 低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。而复合模生产效率较高，适合大规模 的工业生产。本次设计对典型的复合模中包含的四种冲压工序落料、拉深、冲孔与切边变形特性 进行了分析，并从模具结构的角度对各工序变形影响因素进行了讨论。运用大学期间所 学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，正确地解决复合模设计中工艺 分

2、析、方案论证等模具结构设计等问题，充分利用与本复合模设计有关的各种资料，做 到科学合理地熟练应用。同时提高自己绘图能力，通过对带法兰圆筒拉深冲孔复合模的 设计，巩固对模具理论的掌握，增强动手的能力，培养严谨科学态度，并且也达到理论 与实际相结合的目的。关键词：复合模；落料；拉深；冲孔；切边DESIGN OF DRAWING-PUNCHING COMPOUND DIE FOR THE FLANGE CYLINDERABSTRACTMould industry is one of the important basic industries of national economy. Mold is

3、 the basic technology of industrial production equipment, a kind of high value of labor-intensive products, also the important fields high-tech industrialization, whose technical level has become to measure a countrys important symbol of the levels of manufacturing. The production efficiency of comp

4、osite mold is higher than others, therefore, it is suitable for large-scale industrial production.The typical composite modulus containing four punching process: blanking, deep drawing, punching and trimming deformation characteristics are analyzed in this design, and the factors of various processe

5、s deformation were discussed from the angle of the mould structure. Using university major knowledge and knowledge from theory and graduation practice correctly solve the problem of process analysis, plan demonist in compound mold design. The utilization of material related the composite modulus des

6、ign make reasonably scientific skilled application. Through the design of drawing punching compound die for the flanged cylinder, we can improve cartography ability, consolidate the master of mould theory, strengthen practice ability, cultivate the rigorous scientific attitude, and also attain the o

7、bjective of integrating theory with the practice.Key words: compound die; blanking; drawing; piecing; trimming目录1 绪论. 11.1 课题研究的目的. 11.2 国内外模具的现状与发展方向. 11.2.1 现代模具的现状 . 11.2.2 模具技术发展趋势 . 22 工件图. 63 零件工艺分析 . 74 工艺方案的确定. 84.1 计算坯料的直径. 84.1.1 整理尺寸. 84.1.2 确定毛坯的直径 . 84.2 确定能否一次拉深成形 . 84.3 确定各次拉深系数与各次拉深直

8、径 . 84.3.1 确定第一次拉深系数 m1 与拉深直径 d1. 84.1.2 确定以后各次拉深极限拉深系数与拉深直径 . 94.4 计算各工序凸凹模的圆角半径. 94.5 计算各次拉深的高度 . 104.5.1 计算第一次拉深的高度 h . 104.5.2 计算以后各次拉深的高度. 104.6 画出各工序图列表. 114.6.1 各工序图. 114.6.2 工序列表. 124.7 确定工艺方案. 125 排样方案的设计. 155.3 材料利用率计算. 155.4 排样图的确定. 156 压力值计算 . 176.1 落料首次拉深复合模 . 176.1.1 冲裁力计算. 176.1.2 拉深力

9、计算. 176.1.3 推件力计算. 176.1.4 压边力计算. 186.1.5 落料拉深复合模总压力. 186.2 切边冲孔复合模. 186.2.1 冲孔力计算. 186.2.2 切边力计算. 186.2.3 卸料力计算. 186.2.4 推件力计算. 186.2.5 切边冲孔复合模总压力. 197 主要工作部分尺寸计算. 207.1 落料首次拉深复合模 . 207.1.1 落料凸、凹模刃口尺寸. 207.1.2 拉深凸、凹模外形尺寸. 207.2 切边冲孔复合模. 217.2.1 切边凸、凹模刃口尺寸. 217.2.2 冲孔凸、凹模刃口尺寸. 228 模具结构设计 . 238.2.1 切

10、边凹模的设计 . 288.2.2 冲孔凸模的设计 . 318.2.3 切边冲孔凸凹模的设计. 329 压边方式确定 . 359.1 落料首次拉深复合模的压边方式. 359.2 切边冲孔复合模的压边方式. 3510 弹簧选用 . 3611 卸料与推件装置设计. 3711.1 卸料板的设计. 3711.1.1 落料拉深复合模. 3711.1.2 切边冲孔复合模. 3711.2 推件装置的设计 . 3711.2.1 落料拉深复合模. 3711.2.2 切边冲孔复合模. 3712 固定零件设计 . 3812.1 垫板选择. 3812.1.1 落料拉深复合模 . 3812.1.2 切边冲孔复合模 . 3

11、812.2 凸模固定板选择. 3912.2.1 落料拉深复合模 . 3912.2.2 切边冲孔复合模 . 3912.3 模柄选用. 3912.3.1 落料拉深复合模. 3915 装配图和零件图. 4515.1 装配图 . 4515.1.1 图纸幅面要求 . 4515.1.2 装配总图. 4515.1.3 技术要求. 4515.2 零件图 . 4516 冲压工艺卡和机加工工艺卡 . 4616.1 冲压过程工艺卡. 4616.2 落料凹模机械加工工艺卡. 4816.3 拉深凸模机械加工工艺卡. 5017 总结. 52 参考文献. 53 致谢. 54 附录. 55 附录 A 冲压常用公差配合. 55

12、 附录 B 冲模零件表面粗糙度. 56 附录 C 冷冲模工作零件常用材料及热处理. 57 附录 D 冲模一般零件材料和热处理要求 . 58附件附件A 开题报告附件B 译文及原文影印件1 绪论1.1 课题研究的目的模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、动力机械、冶金、兵器、仪器 仪表、轻工、日用五金等制造中，起着极为重要的作用。模具是实现上述行业的钣金件、 锻件、铸件、注塑件等生产的重要工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成 形的重要方式之一，但我国模具的行业总体是大而不强，主要差距是人才不足、专业化、 标准化程度低等，特别是人才不足已成为制约我国模具行业发展的瓶颈之一。作为一名

13、即将毕业的大学生，对祖国的长远发展肩负着重大使命。毕业之际，我选 择带法兰圆筒拉深冲孔复合模的设计作为毕业课题，通过对带法兰圆筒拉深冲孔复 合模的设计，综合运用和巩固冲压模具设计与制造等基础理论和专业知识，提高自己从 事冲压模具设计与制造的初步能力，为工作打下良好的基础。1.2 国内外模具现状与发展方向1.2.1 现代模具现状20 世纪 80 年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同 时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直 以 15% 左右的增长速度快速的发展。振兴和发展中国模具工业，日益受到人们重视和 关注。“模具是工业生产的基础工

14、艺装备”已经取得共识。目前，中国有 17000 多个模 具生产厂点，从业人数约为 50 多万。在模具工业总产值中，冲压模具约占 50%，塑料 模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。近年来，中国模具工业企 业的所有制成分也发生了变化。除了国有的专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独 资企业和私营企业，他们都得到了迅速发展。许多模具企业十分重视技术的发展。加大 了用于技术进步投入力度，将技术进步作为企业的发展的重要动力。此外，许多研究机 构和大专院校也开展了模具技术研究与开发1。中国冲压模具工业从起步到现在，历经一个多世纪，有了很大的发展，模具水平有 了较大的提高。目前，

15、国内外迅速用于生产的冲压先进工艺有精密冲压、柔性模成形、 超塑性成形等等。经过多年努力，在模具 CAD/ CAE/CAM 技术、模具电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术等方面取得了显著的进步；在提高模具质量和缩短模 具设计制造周期方面作出了卓越的贡献。进入 21 世纪，在经济全球化新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合， 中国装备制造业加入 WTO 以后，将成为世界装备制造业基地。而在现代制造业中，无 论哪一行业的工程装备，都越来越多的采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模 具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技 术来加速模具工业的进步

16、，这是各行各业对模具基础工艺装备的迫切需求2。1.2.2 模具技术发展趋势(1) 模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化发展模具 CAD/CAE/CAM 技术是模具设计、制造技术的发展方向，模具和工件的检测 数字、模具软件功能集成化、模具设计、分析及制造的三维化、模具产业的逆向工程以 及模具软件应用的网络化是主要的趋势。新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方 便地用于产品结构的分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟（CAE）及信 息的管理与共享。值得强调的是，模具数字化不是孤立的计算机辅助功能或数控技术的 集合，其关键是它们与

17、人工智能的有机集成，不仅可以整理知识、保存知识，还可以挖 掘知识、繁衍知识。新一代的模具数字化将是一个集工程师的智慧和经验、计算机的硬 件和软件、数值模拟和数控技术、工艺及工程管理为一体的模具优化的开发、设计和认 证的系统工程3。(2) 模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展 精密数控电火花加工机床（电火花成形机床、快走丝线切割和慢走丝线切割机床）不断在加工效率、精度和复合加工上取得突破，国外已经将电火花铣削用于模具加工。 加工精度误差小于 1um 的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起 的复合加工将得到发展。国外近年来发展的高速铣削技术和机床（HSM）开始在国内应用，将

18、大幅提高加工 效率。模具抛光的自动化、智能化也是发展趋势之一，日本已研制了数控研磨机，可实 现三维曲面模具的自动化研磨抛光。此外，特种研磨方法如挤压研磨、电化学抛光、超 声抛光也应是发展趋势。其他方面，如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口 堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。(3) 快速经济制模技术得到应用 快速制模主要从以下四方面加快制模速度：一是提高加工速度（如高速铣削）；二是基于快速原型的快速制模技术；三是选择易切削模具材料（如铝合金）来加快制模速 度；四是采用复合加工、多轴加工提高加工效率。快速原型制造技术（RPM）被公认为是继数控（NC）技术之后的一次技术

19、革命， 基于快速原型的快速制模技术是现在和未来的一个热点。此外表面成形制模技术、浇铸 成型制模技术、冷挤压及超塑性成形制模技术、无模多点成形技术和 KEVRON 钢带冲 裁落料制模术也在蓬勃发展。(4) 特种加工技术有了进一步的发展 电火花加工向着精密化、微细化方向发展。在简化电极准备、简化编程和操作、提高加工速度以及不断降低设备制造成本上也做了大量研究和实践。 在其他机械特种加工（如磨料流动加工、喷水加工、低应力磨削、超声波加工等）和特种加工（如电子束加工、电火花磨削、激光加工、等离子束加工等）已经进入实用 阶段，在各自的特殊加工领域发挥着重要作用4。(5) 模具自动加工系统的研制和发展 随

20、着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也应是中国的长远发展目标。模具自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合；配有随行定位夹具 或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控系统同步系统；有质量监测控制 系统。(6) 模具材料及表面处理技术发展迅速 在模具材料方面，一大批专用于不同成形工艺的模具材料相继问世并投入使用。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如 TD 法） 发展；由一般扩散向 CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；同时热处 理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前激光强化、辉光离子氮化技术及电 镀（刷镀

21、）防腐强化等技术也日益受到重视5。(7) 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同 由于车辆和电机等产品向轻量化发展，许多轻型材料和轻型结构用于汽车业，如以铝代钢，非全密度成形，高分子材料、复合材料、工程陶瓷、超硬材料。新型材料的采 用使得生产成形和加工工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及 粉末锻模、冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成型技术等。 (8) 半导体封装模具走向自动化 半导体封装模具业对模具的要求是：一是要求精加工模具，目前电子产品不断集成化、小型化，产品趋向高端，尺寸也越来越小，封装体越来越薄，这

22、对封装要求越来越 高，对模具精度要求很高6。塑封模工艺是半导体器件后工序生产中极其重要的工艺手段之一，一般应用单缸封 装技术，其封装对象包括 DIP、SOP、QFP、SOT、SOD、TR 类分立器件以及片式钽电 容、电感、桥式电路等系列产品。如今封装技术正不断发展。芯片尺寸缩小，芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，I/O 数增多、引脚间距减小。封装技术的发展离不开先进的电子工模具装备，多注射 头封装模具(MGP)、自动冲切成型系统、自动封装系统等高科技新产品适应了这一需求。多注射头封装模具(MGP)是单缸模具技术的延伸，是如今封装模具主流产品。其采 用多料筒、多注射头封装形式，优势在于可均衡

23、流道，实现近距离填充，树脂运用率高， 封装工艺稳定，制品封装质量好。它适用于 SSOP、TSSOP、LQFP 等多排、小节距、 高密度集成电路以及 SOT、SOD 等微型半导体器件产品封装。自动冲切成型系统是集成电路和半导体器件后工序成型的自动化设备。高速、多功 能、通用性强是该系统发展方向，可满足各类引线框架载体的产品成型。今后半导体封 装模具发展方向是向更高精度、更高速的封装模具自动封装模具发展。自动塑封系 统是集成电路后工序封装的高精度、高自动化装备。系统中设置多个塑封工作单元，每 个单元中安装模盒式 MGP 模，多个单元按编制顺序进行封装，整机集上片、上料、封 装、下料、清模、除胶、收

24、料于一体。该项技术国外发展较快，已出现了贴膜覆盖封装、 点胶塑封等技术，可满足各类高密度、高引线数产品的封装7,8。随着微电子技术飞速发展，半导体后工序塑封成型装备应用技术不断提高，自动化 作业已成必然趋势。我国的模具还需要进一步的创新与改进。(9) 设备标准化发展将更上一层楼 中国模具业虽然有了长足的发展，取得了巨大进步，但在模具业的上下游配套环节中，加工设备大都依赖进口，而机床是一薄弱环节。据资料统计，2004 年进口加工设备 中机床约 60 亿美元，而其中模具业应用机床占据了大部分，这也反映国内在这一领域 还待加油。中国模具工业协会副秘书长秦珂认为，国内厂商应重视装备制造业重视模具 业的

25、需求，目前国内设备厂商如沈阳机床集团公司等已意识到模具机床的增值潜力，着重在加工中心、数控机床等设备的研发与生产。而机床朝着高速化、精密化、高性能 专业化、系统化、复合化方向发展也给国内厂商带来新课题。在模具标准件领域，国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、冲头等， 汽车模具用含油导板、斜楔等。据罗百辉了解，目前中国模具标准件在模具中的使用覆 盖率只有 40%，而在欧美等国则达到了 70%。罗百辉指出，标准化成为模具业发展的新 趋势，模具业要扩大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生 产9。2 工件图工件名称：带法兰圆筒件；生产批量：10万件/年； 冲压材料：08

26、F，厚度 t=2mm。3 零件工艺分析零件为带法兰圆筒件，要求筒部外形的尺寸为f 44mm，厚度为 t=2mm；零件外形 成轴对称，有两个f 12mm 圆孔；零件形状简单、对称，底部和顶部圆角半径为 r=2mm t，满足拉深工艺对圆角半径的要求；所有尺寸未注公差，根据要求选择合适的精度进行加工；零件所用材料 08F 拉深工艺性较好，易于拉深成所需的零件。 综上所述，该零件的圆筒可采用拉深工序进行加工，零件的外轮廓和孔可采用切边、冲孔进行加工。4 工艺方案确定为了确定零件成形工艺方案，应先计算拉深的次数和有关工序的尺寸。板料厚度t=2mm，按图中的中线尺寸计算。4.1 计算坯料的直径4.1.1

27、整理尺寸dF =(72+14 2)=100mmh =(50-2)=48mmR =2+1=3mmd =44-2=42mm根据零件的尺寸查表带凸缘圆筒形件的修编余量10 h=2.5mm，故实际凸缘的直径 为 dF =(100+2 2.5)=105mm。4.1.2 确定毛坯的直径FD= d 2 + 4dh - 3.44dR(4-1)= 1052 + 4 42 48 - 3.44 42 3=136mm4.2 确定能否一次拉深成形假设能一次拉深成形，则有dF = 105 =2.5d142t = 2 =1.47%D136由表 4.2910查得 h1 只能在 0.250.32 之间，而 h1 = 48 =1

28、.140.32，所以不能一次d 1拉深成所需的工件。d 1424.3 确定各拉深的系数与各拉深的直径4.3.1 确定第一次的拉深系数 m1 与拉深直径 d1表 4-1 拉深系数与拉深直径假 定N = dF1 d1t %D第一次拉深的 直径 d1选用后拉深系 数 m极限拉深系数m拉深系数差Dm1.21.47880.650.53+0.121.31.47810.600.52+0.081.41.47750 .550.51+0.041.51.47700.510.50+0.011.61.47660.490.490.00所以取 d1=70mm，m1=0.514.1.2 初步确定以后各次拉深极限拉深的系数与拉

29、深的直径查参考文献10表 4.26 得以后各次拉深的系数为m2=0.75，m3=0.78，m4=0.80，m5=0.82，则有d2=0.75 70 =52.5mmd3=52.5 0.78 =40.95 mm 42mm变形不合理，调整后数据如下表表 4-2 调整后的各次拉深系数已确定拉深极限系数 mn调整的 mn各次拉深的直径 dm拉深系数差值 mm1=0.510.5170 m=0m2=0.750.7956 m=0.04m3=0.780.8246 m=0.04m4=0.800.8442 m=0.044.4 计算各工序凸凹模圆角半径r1d= 0.8(D - d1d )t =0.8(136 - (7

30、0 + 1 2） 2 =9.05mm(4-2)查参考文献10得 rnd= (0.70.9)r(n-1)d ，r1p=（0.71）r1d，rnp=（0.70.9）r（n-1）p 则r1d=10mm r1p=8mm r2d=7mm r2p=6mm r3d=5mm r3p=4mm r4d=2mm r4p=2mm4.5 计算各次拉深的高度4.5.1 计算第一次拉深的高度 h为使以后各次拉深凸缘不再变形，第一次多拉材料的 5%，以后各次多拉（13）%。 则有：p（D / 2）2 1 =1.05（4-3）p（D2 / 2）2故有：D1=1.05 136 =139mm可得首次拉深高度为：h =D2 20.2

31、51 （ - D ）+ 0.4（3 r0.14）+ r 2 2+ r （ - r ）（4-4）dd1 F 1 p 1d11 p 1d10.25=（139270- 1052）+ 0.43 （8 + 10）+0.14（64 - 100）70= 37.70mm校对第一次拉深的最大相对的高度 h1d 1dF = 105 =1.5d1 70t = 2 = 0.147D 136h1h1 37.7查参考文献10表 4.29 得，d 1在 0.50.63 之间，此时=d170= 0.54 ，故合理。4.5.2 计算以后各次拉深的高度设，第二次多拉 3%D2=1.03 136 = 138mmh =D2 20.2

32、52 （ - D ）+ 0.4（3 r+ r ）+ 0.14 r 2- r 2 ） （dd2 F 2 p 2d22 p 2d2= 0.251382 - 1052）+ 0.43 (7 + 6) + 0.14 (49 - 36)（d 2 56=35.80+5.59+0.21=41.60mm设，第三次多拉 1.5%D3=1.015 136 =137mmh =D2 20.253 （ - D ）+ 0.4（3 r （+ r ）+ 0.14 r 2- r 2 ）dd3 F 3 p 3d33 p 3d3（= 0.25 137 2 - 1052）+ 0.4（3 5 + 4）+ 0.14 (25 - 16)46

33、 46=42.09+3.87+0.13=46.09mm第四次可拉深至完成D4=136mmh4=48mm上一道工序多拉 1.5% 材料全部返回到凸缘，拉深工序至此结束。法兰修边至d F = f100 mm。4.6 画出各工序图并列表4.6.1 各工序图图 4.1 工序图4.6.2 工序列表表 4-3 工序列表拉深次数拉深直径拉深高度rdrp17037.710825641.67634646.095444248224.7 工艺方案根据上述的计算结果，本零件需要落料、四次拉深、冲孔和切边（达到零件要求的 凸缘）共七道冲压工序。可以有以下几套加工方案： 方案（一）(a) 落料、冲两个孔复合(b) 一、二、三、四次拉深(c) 切边 方案（二）(a) 落料(b) 首次拉深(c)