毕业设计说明书-冉奥阳

1、本科毕业设计题目：盒形零件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:201002131115学生姓名:冉奥阳指导教师:熊九郎日 期:摘 要 近年来，盒形零件的使用范围越来越广泛，与之相应的冲模设计也显得尤为重要。盒形零件冲压成形过程中坯料所受应力和变形沿周边不均匀分布，这给盒形零件的冲模设计技术提出了新的要求。 本文首先对冲压的发展应用、工艺特点、成形原理等进行了综述。然后对该盒形件展开工艺性分析，制定冲压工艺方案，计算毛坯尺寸和相关工艺力。重点在于根据盒形零件的结构特点设计冲模各零件结构尺寸，绘制各零件图和模具总装图。 该盒形零件材料为08钢，强度、硬度很低，

2、而韧性和塑性极高，适合于制造拉深件。其直壁高度不大，可一次拉深成形，但与圆筒形拉深和冲孔部位距离较近。为了提高冲压成形设备的寿命，便于模具设备的维护，保证零件质量，本文采用正装式落料拉深复合模、圆筒形拉深模和倒装式冲孔模三套模具联合加工该盒形零件，并针对可能出现的成形缺陷提出改进措施。 盒形零件成形过程中坯料流动情况的复杂性决定了盒形零件试模过程的重要性。在盒形零件的实际生产中，可根据试模结果调整凸、凹模的圆角半径、间隙大小和压边力，从而消除制件缺陷。关键词： 冲压工艺； 盒形零件； 拉深； 模具设计 AbstractIn recent years, the use of box-shaped

3、 parts is more and more wide, which makes the die design becomes particularly important. Owing to the stress and deformation of the billet distributing unevenly along the periphery during box-shaped parts stamping process, it proposes new requirements for die technology of the box parts.First, this

4、article reviewed the development of applications, technology characteristics, forming principle for the stamping. Then, to start technology analysis, constitute process scheme, calculate blank dimension and related technological force for the box - shaped parts. For the most important, the article d

5、esigned each die parts structure according to the box-shaped part structure, drawn parts diagram and mold assembly diagram. The box-shaped parts make of 08 steel. It has low strength, and hardness, high toughness and ductility, it is suitable for deep drawing parts manufacturing. Its straight wall i

6、s not too high, and can be completed by a deep drawing, but the cylindrical drawing parts close to the punching parts. In order to improve the life of stamping forming equipment, to guarantee parts quality, the article get the finished box parts by the blanking-drawing compound die, cylinder-shaped

7、drawing die and the punching die.and propose improvement measures for possible defects.In the box-shaped parts forming process, the complexity of the blank flow determines the important of the box-parted parts tryout process. In the actual production of the box-shaped part, for the sake of removing

8、the workpiece defects, it adjusts the corner radius of a punch and die, gap size and the blank holder force on the basis of test mold results.Key words： Stamping process; The box-shaped parts; Drawing; Mold design目 录1 绪论11.1 冲压工艺的发展优势11.2 冲压成形的主要方法11.3 冲压成形缺陷21.4 冲压成形的设备3341.5 模具设计的研究方向41.6 冲压模具的发展趋

9、势52 设计课题及分析62.1 设计课题62.2 工艺性分析66662.3 工艺方案的选择73 工艺计算83.1 毛坯尺寸的计算8883.2 拉深次数的确定1010113.3 排样形式和材料利用率121213143.4 冲压力计5 压力中心的确定和压力机的预选1818184 模具设计184.1 模具类型及结构形式的比较选择194.2 凸、凹模刃口尺寸计算19192123244.3 模具主要零部件的设计252535424.4 模具装配图484950505 压力设备的选择516 结束语52参考文献53致谢541 绪论 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料

10、施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。1.1 冲压工艺的发展优势 与其他的机械、塑性等加

11、工方法比较而言，冲压加工工艺在其技术上和经济上具备了诸多的独特优势，具体表现在以下几个方面： 一是冲压加工工艺的操作便利，易于实现工艺的机械自动化。由于冲压加工工艺的实现是通过冲压模具、冲压设备而完成的，而普通压力机每分钟的行程量可达到几十次，若是高速的压力机每分钟的行程量则可为上百至千次，并且压力机的每次行程都有可能获取一个冲件，从而使其加工工艺的生产效率得到了大大的提高。 二是冲压工艺的质量稳定，具有良好的互换性。这是因为在进行冲压加工时，冲压模具使其冲压件的形状尺寸的精度得到了良好的保证，冲压件的表面质量通常都会受到较好的保护 ，再加之所使用的冲压模具的使用寿命较长，从而使得同一冲压模具

12、制成的冲压件具有一模一样的特点。 三是小到秒表大到汽车覆盖，冲压加工工艺可加工出形状复杂、尺寸跨度大的零件，再加上板料在冲压加工工艺过程中的冷变形硬化效应 ，使其所得冲压件的刚强度比较高。 四是冲压加工工艺是一种省料、节能的加工方法，在其冲压加工过程中几乎没有碎料的产生 ，使得材料的利用率较高，并且在此过程中无需外来其他的加热设备 ，因而所得冲压件的成本也较低。 但冲压工艺的优越性只有在冲压件大量生产的情况下也会得到充分的体现，其所获取的经济效益也会随之体现的更为突出。 1.2 冲压成形的主要方法冲压成形工序按照材料的变形特点可分为：分离工序、变形工序。分离工序是指冲压成形时，变形材料内部的应

13、力超过强度极限b，使材料发生断裂而产生分离，从而形成零件（如冲裁、剪切）。变形工序是指冲压成形时，变形材料内部的应力超过屈服极限s，使材料产生塑性变形，从而形成零件（如弯曲、拉深、成形、冷挤压）。按照冲压成形工序的不同组合，可将冲压模具分为：单工序模、复合模、连续模。单工序模是指在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。其模具结构简单，制造周期短，模具通用性好，不受冲压件尺寸的限制即适合于中小型冲压的生产，也适合于一些外形尺寸较大、厚度较厚的冲压件的生产；但制件精度不高，生产效率低。 根据其特点，单工序模适合于生产一些对精度要求不高，生产批量不大的工件，它能满足研制周期短，开发

14、速度快，制造成本低的发展要求，所以显得非常实用。复合模是指只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。由于是在冲床的一次行程内，完成数道冲压工序，因而不存在累积定位误差，使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直，适宜冲制薄料和脆性或软质材料，且生产效率高，模具结构紧凑，面积较小。但其凸凹模璧厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度。根据其特点，复合模一般只有在当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整时才选用。 级进模是指在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲

15、压工序的模具。其工序件自动送料，可以自动排除冲件，生产率高，冲裁结构较简单的零件时的工作量和成本比复合模低。但制件的平整度低，当生产高精度制件时需校平；生产对制件的定位要求也很高，需要导向和定位装置。根据其特点，级进模适用于生产精度要求不高，需要大批量生产的情况下。1.3 冲压成形缺陷 冲压成形缺陷的种类很多，冲压成形缺陷大体上分为分离工序缺陷和变形工序缺陷。分离工序的变形局限于切口区，以剪切变形为主，伴随着撕裂(由于间隙的存在)，总之是以板料分离为主要目的，如果出现整体变形，则认为是缺陷或废品。分离工序的缺陷有断口缺陷、制件整体缺陷等。变形工序的变形量较大(有的分布于整个制件)，如果出现断裂

16、，则认为是废品。变形工序缺陷是指制件形状、尺寸、几何位置、表面质量不合要求。以下是对几种常见冲压件的成形缺陷分析。冲裁件的成形常见缺陷主要有：毛刺、制件表面翘曲不平，尺寸精度差。毛刺是由于金属件表面的余屑，冲裁间隙过大、过小或不均匀，刃口钝或模具结构不当造成的。制件表面翘曲不平是由于材料在轧制卷绕时产生的内部应力，在冲裁后移到表面造成的。 弯曲件成形常见缺主要有陷有:回弹(跳)，尺寸和形状偏差，弯曲裂纹，表面擦伤，挠曲和扭曲及偏移等。回弹是指塑性弯曲时伴随有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致。弯曲裂纹是由于弯曲开裂产

17、生在弯曲变形区的外缘，是在拉应力作用下产生的。挠曲常发生在宽板弯曲中，弯曲后沿宽度b方向，变形区棱线发生两头翘起，中间凹陷的现象；窄板在弯曲变形时，中性层外侧材料受拉变长，内侧受压缩短。扭曲是指弯曲制件沿宽向发生扭转，使两端面投影不能重合。偏移是毛坯在弯曲变形过程中发生位置改变，使弯棱线偏离预定位置，而造成制件报废；偏移是弯曲工序中仅次于回弹，而经常出现的质量问题。 杯筒类拉深件的成型常见缺陷主要有：起皱、破裂与裂纹、回弹。起皱是由于杯筒类制件的起皱多产生于近凹模口部的法兰边上，是由于周向压应力使板料失稳所致。破裂与裂纹的产生和径向拉应力超过材料颈缩失稳点有关，所以一切增大径向拉应力的因素都会

18、导致出现该类废品。 方箱类拉深件的成形常见缺陷主要有：箱壁刚度不足、角处破裂、其它缺陷（类似与杯筒件）。箱壁刚度不足是由于箱壁在拉深过程中，压边圈下的法兰边周向压应力为零，料流进模阻力很小，径向拉应力也不大，故该处材料应变量很小，不能产生加工强化，成形后该处在很小外力作用下也会产生大面积弹性变形，有人称此现象为“油壹”的效应。圆角处破裂是由于为了防止直边刚度差，增大了直边的进料阻力，使成形抗力升高了，所以助长了转角处拉裂倾向。1.4 冲压成形的设备冲压成形中的设备主要包括有：冲压加工设备、冲压加工模具。即压力机和冲模。 冲压加工设备 冲压工作是将冲压模具安装在冲压设备上进行的，因而模具的设计要

19、与冲压设备的类型和主要规格相匹配，否则不能工作。正确选择冲压设备，关系到设备的安全使用，冲压工艺的顺利实施及冲压件的质量，生产效率和模具寿命等一系列重要问题。 冲压设备类型主要根据所要完成的冲压工艺性质、生产批量、冲压件的尺寸大小和及精度要求等来选择。 第一，对于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件等，主要选用开式机械压力机，开式压力机然刚度不高，并且在较大冲压力的作用下床身的变形会改变冲模间隙分布、降低模具寿命和冲压件表面质量，但由于它提供了极为方便的操作条件和易于安装机械化附属装置的特点，所以目前仍是中小型冲压件生产的主要设备。另外，在中小型冲压件生产中，若采用导板模或工作时要求导柱、导套不脱离的

20、模具，应选用行程较小的偏心压力机。 第二，对于大中型冲压件，多选用闭式机械压力机，包括一般用途的通用压力机和专用的精密压力机，双动或三动拉伸压力机等。其中，薄板冲裁或精密冲裁时应选用精度和刚度较高的精密压力机；在大型复杂拉深件的生产中，应尽量选用双动或三动拉伸压力机，因而可使所用模具结构简单，调整方便。 第三，在小批量生产中，多采用液压机或摩擦压力机。液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点，因而特别适应大型厚板冲压件的生产。由于液压机具有速度低，生产效率不高，造价低廉，以及不易发生超载破坏等特点，因而在小批量生产中常用来

21、弯曲大而厚的弯曲件，尤其适用于技平、整形、压印等成形工序。但摩擦压力机的行程次数小，生产效率低，而且操作不太方便。第四，在大批量生产或成形复杂件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。 如表1.1所示是各种冲压加工设备工作的原理及特点。表1.1 各种冲压加工设备工作原理及特点类型名 称工作原理特 点机械压力机摩擦压力机利用摩擦盘与飞轮之间相互接触并传递动力，借助螺杆与螺母相对运动原理而工作。结构简单，飞轮轮缘磨损大，生产率低。适用于中小型件冲压加工。曲柄压力机利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。生产率高，适用于各类冲压

22、加工。高速冲床工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高。生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工位级进模。液压机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。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。 在选定冲压设备的类型之后，应该进一步根据冲压件的大小、模具尺寸技冲压力来选定设备的规格。冲压设备规格主要由以下参数确定：公称压力、滑块行程长度、行程次数、工作台面尺寸、滑块模柄孔尺寸、闭合高度。 冲压加工模具在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备。对应于相应的成形工序有：单工序模、复

23、合模和级进模。1.5 模具设计的研究方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新与进步。现今，模具设计的主要研究方向归结于以下几个方面： 第一，模具设计更加注重计算机技术与模具技术的结合。计算机技术与模具技术完美结合（如pro/E、UG等软件的应用，数控技术的发展等），大大减少了模具设计与制造人员的重复劳动，使设计人员可以把主要精力放在创新和开发上。 第二，开发简易制模工艺。简易制模工艺的研究，为了及时的更新产品的花色品种，降低成本和适应小批量产品生产的要求，开展了简易制模工艺。 第三，实现模具的标准化。目前发达国家

24、有完美的标准化体系列，包括零件标准和模架标准，国际化组织对一些通用件的使用越来越多，其大大提高了他们的互换性。1.6 冲压模具的发展趋势 在信息化社会和经济全球化不断发展的进程中，模具产品向以大型、精密、复杂、长寿命模具为代表的，方向发展；模具生产向管理信息化、技术集成化、设备精良化、制造数字化、精细化、加工高速化及自动化和智能控制及绿色制造方向发展。模具是制造业的重要工艺装备，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。以下这些模具产业技术前景广阔，经过努力可以取得成果并可以产业化和广泛推广应用的一些关键技术作为模具产业技术1。 第一，模具数字化设计制造及企业信息化管理技术。该技术

25、是国际上公认的提高模具行业整体水平的有效技术手段，能够极大地提高模具生产效率和产品质量，并提升企业的综合水平和效益。这类高技术含量的模具，与国际先进水平相比，我们尚有差距。差距主要表现在精度、寿命、制造周期及使用稳定性和可靠性等方面，模具数字化设计制造技术的落后是造成产品落后的最主要原因之一。 第二，大型及精密冲压模具设计制造技术。模具大型化和精密化一直是重要发展趋势，高强度板和不等厚激光焊接板的冲压成形技术应用已越来越普遍，高强度钢板热冲压成形和大型铝合金板冲压成形技术在汽车生产中的应用也日益增多；由于高速冲床的运行速度越来越高，集成电路脚距越来越细密，接插件精度越来越高且体积越来越小，因此

26、超精密加工在进一步发展。大型及精密冲压模具生产技术的提高，不但能提高汽车和高档电子产品的性能及自主创新能力，还将带动模具行业整体水平的提高。第三，高档模具标准件生产技术。模具标准件是模具的基础，广泛使用模具标准件不但能缩短模具生产周期和提高模具质量，而且还能降低模具生产成本及有利于模具维修。目前我国模具标准件生产落后于模具生产，这里只选取对模具生产影响最大的两种模具标准件作为突破口先行突破，这就是模具用高压氮气缸和温控能达到±1的热流道及系统。此外，斜锲机构在冲压模中具有十分重要的作用，无油润滑推杆推管在精密塑料模具中也非常重要，也属于应予大力发展的高档模具标准件。这些产品生产技术的

27、突破，将有助于提升我国大型精密模具的水平。2 设计课题及分析2.1 设计课题 如图2.1所示盒形零件，大批量生产，材料08钢，料厚0.5mm。制定工件的冲压工艺规程以及进行冲压模具的设计。图2.1 盒形件的三视图2.2 工艺性分析 如图2.1所示为盒形零件的三视图，针对该零件各部分的材料属性、精度公差、形状尺寸作如下工艺性分析。 材料性能分析制件材料为08钢，性能指标见表2.1，是一种碳素结构钢，强度、硬度低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲等冷加工性能，常用来制造拉深件。表2.1 08钢力学性能指标材料抗拉强度b(MPa)屈服强度s(MPa)伸长率 ()断面收缩率 ()08钢32

28、5195 33 60 此制件用08钢3402103562 精度和表面粗糙度分析 除特殊标出的公差尺寸，制件的公差尺寸为IT14级，制件壁厚公差没有特殊要求，一般冲压成形设备即可满足。尺寸标注时按生产要求只需标注内尺寸。 该制件对表面粗糙度无特殊要求，因而在保证必要的表面质量前提下，允许内、外表面在拉深过程中产生痕迹。 结构工艺性分析 该盒形零件的形状对称，但结构比较复杂，存在着正反两个方向的拉深工艺，分别为矩形盒拉深和盒底的圆筒形拉深，以及冲孔工艺。对于拉深工艺，此制件的两次拉深工艺均可一次拉深完成，零件的工艺性较好；在保证装配要求的前提下，允许拉深侧壁有一定的斜度。对于矩形盒拉深，由图2.1

29、知制件底与壁圆角rd=1mm，转角半径r=2.5mm，厚度t=0.5mm，尺寸满足rd2t，r3t的工艺条件，应力集中程度不大，冲压工艺性良好；但盒形拉深变形区周边上应力分布不均匀，故制件上口形状不均，拉深后要进行修边。对于盒底的圆筒形拉深，由图2.1知制件底与壁圆角rd=0.5mm，凸缘与壁圆角r=0.5mm，尺寸不满足rd2t，R2t的工艺条件，拉深后要进行整形；且08钢的流动性强，拉深时凸缘部分（即盒形件的底部）存在较大的金属流动，若先冲孔后拉深会导致孔变形，因而不适合采用先冲孔后拉深的工艺方法，应该先进行圆筒形拉深再冲孔。对于冲孔工艺，冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不足易折断，由于制件

30、材料属于软钢，由图2.1知孔径d=3.3mm，则圆孔满足dt的工艺条件，故凸模强度足够，冲孔工艺性良好；但制件孔边离拉深壁的距离C=0.85mm，尺寸不满足C 2t的工艺条件，因而冲孔时拉深壁与凸模易发生接触而导致折断，且其距直壁较近，难以加保护套保护凸模，因此冲孔凸模的设计是一个有待解决的难题。综上所述，该盒形零件存在一些工艺性较差的部位，在我们模具设计时应该注意避免盒形件产生成形缺陷及损坏成型设备。2.3 工艺方案的选择该盒形零件的冲压成形包括落料、矩形盒拉深、反向圆筒形拉深、冲孔、切边、整形等冲压加工工序，包括以下几种冲压工艺方案可供选用。 方案1：落料-矩形盒拉深-反向圆筒形拉深-冲孔

31、复合模，切边-整形 方案2：落料拉深复合模，拉深冲孔复合模，切边-整形 方案3：落料-矩形盒拉深-反向圆筒形拉深复合模，冲孔模，切边-整形 方案4：落料拉深复合模，反向圆筒形拉深模，冲孔模，切边-整形 方案1将所有冲压工序通过一个复合模来完成，其模具的制造及维护极其困难，容错率低并不适用于大批量生产；方案2相比于方案1简化了模具结构，增加了模具的使用寿命，且更利于设计压边和卸料装置，提高制件尺寸精度，但是通过前面的工艺性分析我们得知，最后一道冲孔工序的工艺性不好，需要经常更换冲孔凸模，而拉深冲孔复合模中冲孔凸模更换不便，影响生产效率；方案3相比于方案2克服了凸模更换的难题，但是模具一的结构变复

32、杂了，模具使用寿命有所降低，且压边和卸料装置设计难度大，不容易保证零件质量；方案4相比于方案3简化了模具结构，模具使用寿命高，制件尺寸精度也较高，虽增加了模具数量，但足以满足大批量生产的要求。比较以上四种工艺方案，从保证零件质量、零件的尺寸精度、大批量生产、模具制造及维护等几个方面综合考虑，决定采用方案4来进行设计与生产，其成形工艺流程如图2.2所示。图2.2 方案4成形工艺流程3 工艺计算 冲压工艺计算是模具设计的准备阶段，以下主要从毛坯尺寸计算、材料利用率计算、冲压工艺力计算和压力机的预选等几个方面着手计算。3.1 毛坯尺寸的计算 对于拉深件而言，毛坯尺寸的确定是进行其他工艺计算的基础，因

33、此需要先确定落料毛坯的尺寸，再进行其他工艺计算。 修边余量的确定该盒形零件相对高度(h/r)=10/2.5=4，查表3.1知，修边余量h=(0.030.05)h0，取h=0.04h0=0.04×10=0.4mm，故计入修边余量的工件高度H=h0+h=10+0.4=10.4mm2表3.1 无凸缘盒形件的修边余量图中：H为计入修边余量的工件高度；h0为图纸要求的盒形件高；h为修边余量；r为盒形件侧壁间的转角半径；H=h0+h工件的相对高度h0/r2.56717184445100修边余量h（0.030.05）h0（0.040.06）h0（0.050.08）h0（0.060.1）h0 毛坯尺

34、寸的确定盒形件坯料流动情况较复杂，图3.1盒形件不同拉深情况分区图中，不同区域的盒形件，具有不同的毛坯和工艺计算方法，因此毛坯尺寸计算前应先确定该盒形件属于哪一分区。该盒形件相对高度(H/B)=10.4/16=0.65、角部相对转角半径(r/B)=2.5/16=0.156，其满足式H/B<2.7(r/B)+0.4，故盒形件可一次拉深成形。又r/(B-H)=25/(16-10.4)=0.446>0.4，查图3.1知，该盒形件拉深成形属于c区3。图3.1 盒形件不同拉深情况的分区图在c区，该B1×B矩形盒拉深件是两个边长为B的半方盒件和宽度为B、长度为B1-B的中间部分组成，

35、毛坯形状是两个半径为R的半圆弧和两个平行边组成的长圆形毛坯，如图3.2所示。可由假想方盒件拉深的圆形毛坯直径，推算矩形盒拉深长圆形毛坯尺寸，当时，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假想方盒件拉深的圆形毛坯直径 B盒形件的宽度，B=16mm H盒形件加修边余量的高度，H=10.4mm rp盒形件底角半径，rp=1mm r盒形件转角半径，r=2.5mm 即假想方盒件拉深的圆形毛坯直径D=32.855mm 故长圆形毛坯的假想圆弧半径Rb=D/2=32.855/2=16.4275mm，圆弧中心离短边距离为B/2=8mm，则长圆形毛坯长度L=2Rb+(B1-B)=D+(B1

36、-B)=32.855+(30-16)=46.855mm，长圆形毛坯的宽度按式3.2计算 (3.2)式中 B1盒形件的长度，B1=30mm 即长圆形毛坯的宽度K=33.860mm根据如上所计算出的数据结果，可知该盒形零件长圆形毛坯尺寸如下：长L=46.855mm、宽K=33.86mm、长圆形毛坯半径R=16.93mm、半圆弧中心距C=12.995mm，盒形零件毛坯尺寸如图3.2所示。图3.2 毛坯尺寸和形状3.2 拉深次数的确定 该盒形零件包括矩形盒拉深和圆筒拉深，在设计模具结构之前，需要先确定其拉深次数，再根据所算的拉深次数和各道次的拉深情况进行模具设计。 矩形盒拉深(1)校核最大相对高度该矩

37、形盒拉深，根据前述数据可得：毛坯相对高度(H/B)=0.65、相对厚度(t/D)×100=1.522、角部相对转角半径(r/B)=0.156。查表3.2可知，该矩形盒一次拉深的最大相对高度(H/B0)0.750.9>(H/B)，故可一次拉成。表3.2 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)×1002.01.51.51.01.00.50.50.20.301.21.01.10.951.00.90.90.850.201.00.90.90.80.850.70.80.70.150.90.750.80.70.750.650.70.60.100.8

38、0.60.70.550.650.50.60.450.050.70.50.60.450.550.40.50.350.020.50.40.450.350.40.30.350.25同理，根据前述数据可得：毛坯相对高度(H/r)=10.4/2.5=4.16、相对厚度(t/D)×100=1.522、角部相对转角半径(r/B)=0.156。查表3.3可知，该矩形盒第一次拉深许可的最大比值(H/r0)=5.0>(H/r)，故可一次拉成。 综上所述，该矩形盒毛坯件拉深高度在极限值之内，即可一次拉成。表3.3 盒形件一次拉深许可的最大值H/r0r/B方形盒矩形盒毛坯相对厚度(t/D)×

39、1000.30.60.61120.30.60.61120.42.22.52.82.52.83.10.32.83.23.53.23.53.80.23.53.84.23.84.24.60.14.55.05.54.55.05.50.055.05.56.05.05.56.0(2)校核角部的拉深系数该矩形盒拉深，根据前述数据可得：毛坯相对厚度(t/D)×100=1.522、角部相对转角半径(r/B)=0.156，查表3.4可知，该矩形盒角部第一次拉深的极限拉深系数m1=0.32表3.4 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

40、.51.52.0矩形方形矩形方形矩形方形矩形方形0.0250.310.300.290.280.050.320.310.300.290.100.330.320.310.300.150.350.340.330.320.200.360.380.350.360.340.350.330.340.300.400.420.380.400.370.390.360.380.400.440.480.420.450.420.430.400.42另一方面，对于低矩形盒拉深，由于直边部分对圆角部分的影响相对较小，圆角处的变形最大，故变形程度可用圆角处的假想拉深系数m来表示3，其按式3.3计算m=r/Ry (3.3)式中

41、 Ry毛坯转角部分的假想半径, 即圆角处的假想拉深系数m=r/Ry=2.5/7.481=0.334>m1，圆角处拉深能够实现，故可一次拉成。 圆筒形拉深该盒形零件盒底的圆筒形拉深其毛坯近似为盒形件底部的矩形，为简化计算，将圆筒形拉深的毛坯尺寸半径R记为拉深中心到最近直壁圆角的距离，则圆筒形拉深的毛坯尺寸半径R=3mm，毛坯直径D1=6mm，圆筒内径d1=4.6mm，圆筒拉深高度h=2mm。故圆筒首次拉深相对高度h/d1=2/4.6=0.435，首次拉深系数m1=d1/D1=4.6/6=0.767另一方面，该盒形零件盒底带凸缘的圆筒形拉深，根据前述数据可得：凸缘相对直径(d凸/d1)=6/

42、4.6=1.304、毛坯相对厚度(t/D1)=0.5/6×100=8.33，查表3.5可知圆筒的首次拉深的最大相对高度(h1/d1)=0.580.7>(h/d1)，首次拉深的极限系数m1=0.47<m1，故可一次拉成。表3.5 带凸缘筒形件第一次拉深的最大相对高度h1/b1凸缘相对直径d凸/d1毛坯相对厚度t/D×1000.060.20.20.50.5111.5>1.51.11.11.30.450.520.500.620.570.700.600.800.750.900.400.470.450.530.500.600.560.720.650.801.31.5

43、0.350.420.400.480.450.530.500.630.580.701.51.80.290.350.340.390.370.440.420.530.480.581.82.00.250.300.290.340.320.380.360.460.420.512.02.20.220.260.250.290.270.330.310.400.350.452.22.50.170.210.200.230.220.270.250.320.280.352.52.80.130.160.150.180.170.210.190.240.220.272.83.00.100.130.120.150.140.17

44、0.160.200.180.223.3 排样形式和材料利用率 当确定了盒形零件的毛坯尺寸和各道次的拉深次数，下一步要考虑的就是板料的裁板形式、冲裁件的排样形式，先由制件的形状尺寸和质量要求设计搭边值，再比较各种裁板方式的材料利用率，进而确定最终裁板和排样方案。 排样形式的确定冲裁件在条料上的布置方法叫排样。排样分为有搭边、少搭边和无搭边三种，按工件的外形特征又可分为直排、斜排、直对排、斜对排等形式。鉴于此冲裁件的形状接近为矩形，且材料为08钢，其属于软钢，因此选用直排有搭边的排样方式，如图3.3所示。图3.3 直排有搭边的排样方式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

45、边，其虽然属于工艺废料，但是在冲裁工艺中却有很大的作用，如为了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。 搭边值的确定冲裁搭边值的大小要合理确定。如果搭边值过大，材料利用率低；但如果搭边过小，则这部分材料的强度和刚度不够，在冲裁时易被折断，使冲压件产生毛刺，甚至可能使单边的材料拉入凸模和凹模的间隙之中，使作用在凸模侧表面上的法向应力沿着冲压件的周长分布不均匀，以致损坏模具的刃口，使模具的寿命显著降低4。搭边值的大小与材料的性质、板料厚度、工件的形状和尺寸、排样方法、以及送料、卸料、坯料的定位方式等有一

46、定的关系。在实际设计中，搭边值根据经验确定的。该盒形零件，根据其结构尺寸L=46.855mm及坯料厚度t=0.5mm，查表3.6可知，搭边值分别为a=1.5mm，a1=1.8mm。表3.6 搭边a和a1的数值/mm材料厚度t圆件矩形件边长L50矩形件边长L>50工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.251.82.02.22.52.83.0>0.250.501.21.51.82.02.22.5>0.50.81.01.21.51.81.82.0>0.81.20.81.01.21.51.51.8>1.21.61.01.21.51.81.82.0>1.

47、62.01.21.51.82.52.02.2>2.02.51.51.82.02.22.22.5>2.53.01.82.22.22.52.52.8>3.03.52.22.52.52.82.83.2该毛坯落料由后续设计知采用正装式落料拉深复合模，无侧压装置，因此条料送进时可能因条料的摆动而使侧搭边不能保证，为了保证侧搭边，将条料靠紧一侧导尺，则条料宽度应增加一个可能的摆动量Z05，查表3.7可知，条料与导尺间的间隙Z0=0.5mm。另外，查表3.8可知条料宽度的单向极限值为=-0.1mm。表3.7 送料最小间隙Z0/mm厚度宽度导向方式无侧压装置有侧压装置100以下1002002

48、00300100以下100以上0.50.50.5158>0.51.00.50.5158>120.51158>230.51158>340.51158>450.51158表3.8 条料宽度的极限下偏差-/mm条料宽度B材料厚度t0.50.5112<20-0.05-0.08-0.102030-0.08-0.10-0.153050-0.1-0.15-0.20故条料宽度送进步距h=K+a1=33.86+1.8=35.66mm导尺间距离A=B+Z0=50.355+0.5=50.855mm 据上述计算可知，该毛坯的排样工艺图如图3.4所示。图3.4 排样工艺图 材料利用率

49、的计算板料裁成条料的裁板方法分为纵裁、横裁和组合裁。纵裁是沿板料长度L0方向的剪切；横裁是沿板料宽度B0方向的剪切；组合裁则是既沿L0，又沿B0方向的剪切。通常，选用余料较少的裁板方法，从而提高材料利用率。由GB/T 708-1988知，选用厚度0.5mm，长宽1500×800mm的08钢冷轧钢板。其板料的材料利用率按式3.4计算 (3.4)式中 A冲裁件毛坯面积，A=R2+K(L-K)=1340.469mm2 L0板料长度，L0=1500mm， B0板料宽度，B0=800mm 若采用纵裁的裁板方法，则可裁出800/50.855=15.73，即15块条料，每块条料规格为1500

50、15;50.855mm，可冲出(1500-1.8×2)/35.66=41.96，即41个冲件，板料冲件总数n3=15×41=615。 则纵裁的材料利用率3=(n3A)/(L0B0)×100%=(615×1340.469)/(1500×800)=68.7% 若采用横裁的裁板方式，则可裁出1500/50.855=29.50，即29块条料，每块条料规格为800×50.855mm，可冲出(800-1.8×2)/35.66=22.33，即22个冲件。其中板料冲件总数n3=29×22=638。 则横裁的材料利用率3=(n3A)

51、/(L0B0)×100%=(638×1340.469)/(1500×800)=71.3% 对比纵裁和横裁的材料利用率可知，在满足设计工艺的条件下，横裁的材料利用率更高，更加经济实用，因此选择横裁的裁板方法，其材料利用率为71.3%。3.4 冲压力计算 该盒形零件的成形包括落料、矩形盒拉深、反向圆筒形拉深和冲孔四道基本的冲压工序，以下就这四道工序分别计算工艺力。 落料工艺力(1)落料冲裁力对于此平刃口模具落料，冲裁力按式3.5计算F冲Ltb (3.5)式中 L冲裁件周长，L=2R+2(L-K)=2×16.93+2×(46.855-33.86)=1

52、32.364mm b抗拉强度，b=340MPa 即落料冲裁力F冲Ltb=132.364×0.5×340=22502N=22.502KN(2)落料卸料力落料卸料力按式3.6的实用公式计算F卸=0.03F冲 (3.6) 即落料卸料力F卸=0.03F冲=0.03×22.502=0.675KN(3)落料推件力落料推件力按式3.7的实用公式计算F推=0.1F冲 (3.7) 即落料推件力F推=0.1F冲=0.1×22.502=2.250KN(4)落料压料力落料压料力按式3.8的实用公式计算 F压=(0.10.2)F冲 (3.8)式中 (0.10.2)取0.15 即落料压料力F压=0.15F冲=0.15×22.502=3.375KN>F卸 该落料拉深复合模，压料力是冲程时压力机传递给弹性卸料板产生的；而卸料力是回程时处于压缩状态的弹性装置产生并作用于废料上的