无凸缘拉伸零件

1、冲压模课程设计说明书设计题目：无凸缘拉伸零件学 院：机电工程学院专 业：材料成型及控制工程学 号：设 计 人：指导老师：伍先明完成日期：2012年12月25日内容摘要本设计是无凸缘拉伸件的课程设计，根据设计任务书的相关要求，并结合自己的实习经验及课程上学习的理论知识来独立设计完成的。本文发扬了优秀课程设计的系统严密、数据精确、图标规范、文笔流畅、可读性好的优点。通过这一次的设计可以初步掌握一般简单塑模的一套完整的设计方法，构成冲压模的通用零件。选用模架时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、塑件的外廓尺寸，质量，价格等，选择最适合的模架。凹模、凸模的设计比

2、较复杂，对冲压零件的表面质量的影响很大，是冲压模设计的重点。这次设计主要介绍了冲压模的构成，灵活并全面的运用了所学过的知识。并进一步培养了工程设计的独立能力，树立正确的设计思想，冲压模设计的方法和步骤，要求综合的考虑使用经济、工艺等方面的要求。 设计中存在的不足请老师能给予意见和建议。目 录1、 冲压件工艺性分析 1、冲压件结构分析2、冲压件尺寸精度分析及确定2、 冲压工艺方案的确定1、 计算毛坯尺寸2、 判断拉伸次数3、 确定首次拉深的毛坯和工序尺寸4、确定工序加工方案3、 确定排样裁板方案以及材料利用计算 1、排样方式的确定2、搭边值确定3、材料利用率4、 冲压力的计算5、 工作零件刃口尺

3、寸的计算1、落料2、拉伸6、 冲压设备的选择 1、压力机吨位计算2、滑块行程3、装模高度4、压力机功率的核算7、 模具结构选择1、 冲模结构形式2、 定位方式3、 卸料、出件方式的选择4、 导向装备的选择8、 主要零部件的设计1、 工作零件2、 固定零件3、 卸料零件4、 定位零件5、 模架及其部件6、 模具闭合高度校核7、 模具安装尺寸校核9、 模具装配图10、 模具工作过程11、 设计体会和总结一、 冲压件工艺性分析1、 冲压件结构分析根据设计的要求如下：生产批量：大批量材料：10钢材料厚度：1.2mm零件图如下：2、 冲压件尺寸精度分析及确定零件形状尺寸如下：该零件精度等级IT11，查表

4、确定各尺寸的公差值，320对应公差为+0.36mm，16对应公差为+0.11mm.分析设计的零件，该零件外形简单，尺寸精度及冲裁断面质量要求均不高，为无凸缘圆筒形件。（1）要求内形尺寸，料厚t=1.2mm，没有厚度不变的要求；零件的形状简单、对称，底部圆角半径r=5mmt，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求。（2）筒体拉深深度H（含修边余量）不宜大于2d（d为筒体直径），当一次可拉成时，其高度H最好为： H（0.50.7）d 本套筒修边余量H为2mm，H=162d，故拉深高度不大，工艺性良好。（3）零件采用的10钢的拉深性能较好，易于拉深成形。综上所述，该零件的拉深工艺性较好，可用拉深工序加工

5、。二、 冲压工艺方案的确定为了确定零件的成形工艺方案，先应计算拉深次数及有关工序尺寸。板料厚度t=1mm,故按中线尺寸计算。1、 计算毛坯尺寸外缘拉伸属于无凸缘圆筒不变薄拉伸，虽然材料厚度有变化，但是平均值与毛坯厚度十分接近，因此，毛坯展开尺寸可根据毛坯面积等于拉伸件面积的原则来判断。由于材料的各向异性以及金属流动条件的差异，为了保证零件的尺寸，必须保留零件的尺寸，必须保留出修边余量，在计算毛坯尺寸时必须 计入修边余量。h/d=16/320=0.05，根据h/d数值查参考文献得修边余量为1.2，所以h修正为H=16+1.2=17.2mm （注:d为中径）在计算毛坯尺寸时，先把零件分割成简单的几

6、何形状，然后分别计算各个形状的面积最后把形状的面积相加，就得到制件的总面积，再利用圆的面积公式反推直径，即得到毛坯尺寸。图1-2 拉深件毛坯尺寸计算由于拉深件尺寸均按厚度中线尺寸计算，将拉深零件图转化为毛坯计算图，如图所示，其中H=17.2，h=16，d=320，=310，=5。所以毛坯总面积计算为：底面积:= 310=75476.76圆角部分面积：=（2r8）=(23.145310852)=7806.02圆筒部分面积：=d(h-r)=3.14320(17.2-5)=12264.78所以毛坯总直径： D= =348.79mm2 =349mm22、 判断拉伸次数在设计拉深工艺时，必须知道工件能否

7、能一次拉出，还是需要几道工序才能拉成。正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性的拉深件的质量，拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。圆筒件的拉深变形程度一般用拉深系数表示和衡量。拉深系数m是指拉深前后拉深件筒部直径（或半成品筒部直径）与拉深前坯料（或半成品）直径的比值。部分拉深件只需一次拉深就能成形，拉深系数就是拉深件筒部直径d与毛坯直径D的比值。由 h/d=16/320=0.05 100=1.2/349100=0.34该拉伸件拉伸系数为 M1=320/349=0.92判断拉深时是否需要压边：查中国模具设计大典表19.4-42得，因t/D100,拉伸系数符合要求。3、确定首次拉深的毛坯

8、和工序尺寸 工序直径：调整拉伸系数，查表得,选定拉深系数为m=0.92。 则工序直径为 =0.92349=321.08mm 工序底部圆角半径取值 =0.5mm 工序件高度为零件的高度加上余量的高度即 H=17.2mm4、确定工序加工方案该零件包括落料、拉伸两个工序，可以采用以下三种工艺方案：方案一：先落料，再拉伸，采用单工序模生产。方案二：落料拉伸复合冲压，采用复合模生产。方案三：落料拉伸连续冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要两道工序两幅模具，成本高且生产率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需要一副模具，生产效率高，模具强度好，制造简单，并且冲压时，卸料板在冲裁时压紧板料，零件

9、的平直度较好，工件留在模具上 ，手动取零件。方案三也只需要一副模具，生产效率较高，操作简单，但级进模在送料时很难保证工件位置精度，无法达到零件较高的位置精度要求。通过对以上三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。综上所述：该零件的冲压工艺方案为：落料拉深。选用正装复合模。三、 确定排样裁板方案以及材料利用率的计算根据上述计算，毛坯直径已经确定，可以进行排样设计1、 排样方式的确定及其计算根据工件的结构和材料利用情况有三种排样方式，即有废料排样，少废料排样，无废料排样。由于毛坯直径比较大，采用有废料排样，考虑操作方便，排样采用单排。2、 搭边值的确定查中国模具设计大典表19.4-8可得

10、，条料沿边a=2，工件间=1.5；调料间距h=D+=349+1.5=350.5；条料宽度b=D+2a=349+4=353。3、 材料利用率查中国模具设计大典表19.4-24，板料规格选用1.2mm1100mm1800mm.若用横裁，则 裁板条数=1800/353=5(条),余35mm。 每条零件个数=3(个)，余47mm。零件总个数=15（个）材料利用率=15/(18001100)=72.47%若用纵裁，则 裁板条数=1100/353=3(条),余41mm。 每条零件个数=5(个)，余46mm。零件总个数=15(个).材料利用率=15/(18001100)=72.47%所以横裁，纵裁的零件总个

11、数一样，横、纵裁皆可。材料利用率为72.47%，如果考虑结构废料。排样如图所示：四、 冲压力的计算1）落料力 =Lt=（3491.2400）N=526279.6N。 为板料抗拉强度，查中国模具设计大典表18.3-36得，10钢的为(300440)Mpa,取400 Mpa。2）拉伸力 由中国模具设计大典表19.4-46的计算拉伸力的实用公式得 =t查中国模具设计大典表19.4-47得 =0.4 把已知数据代入上式，得 =3.143201.24000.4192921.6N由于拉伸采用了压边圈，需计算压边力，由中国模具设计大典表19.4-43中的公式得 = -p由中国模具设计大典表19.4-44查得

12、p=3MPa。把已知数据代入上式，得压边力为 =3=34115.9N五、 工作零件刃口尺寸的计算1、落料落料凹模，落料凸模采用分别加工法，落料件尺寸为，根据t=1.2mm, 查中国模具设计大典表19.1-7、表19.1-9、表19.1-10，得=0.126mm，=0.180mm，=-0.035，=+0.050，x=0.5.=0.035+0.050=0.085=0.054说明所取凸凹模公差不能满足的条件,但相差不大，可调整如下：=0.4=0.40.054=0.02169(mm) =0.6=0.60.054=0.0324(mm)凹模刃口尺寸=( -x)=(mm)凸模刃口尺寸=()=(mm)2、拉深

13、拉伸的尺寸为mma、圆角半径 拉伸凹模的圆角半径可按公式确定：=0.8=0.8=4.72(mm)取5mm。一次拉伸成型中，凸模额圆角半径应于工件的圆角半径相等。但对于厚度小于6mm的材料，其数值不得小于2t。验证r=5mm2t=2.4mm，符合要求，不需要再加入整形工序，所以凸模的圆角半径=5mm。b、间隙拉伸模的凸模及凹模的单边间隙 C=拉伸采用了压边圈，这时C=+Kt=1.2+0.21.2=1.44（mm）式中：K-系数，查中国模具设计大典表19.4-37得K=0.2C、拉伸凸、凹模工作部分尺寸的确定根据中国模具设计大典表19.4-39得：凹模：=( d+0.4+2c)= =凸模:=(d+

14、0.4)=式中 、圆形凹、凸模的制造公差，根据质件的材料厚度与制件直径来选定，由中国模具设计大典表19.4-40查得：=0.1，=0.07.六、 冲压设备的选择由于零件属于中小型冲压件，且需要拉伸工序，所以冲压设备类型初步选为开式压力机，下面进行规格选择。1、 压力机吨位计算=+=526279.6+192921.6=719201.2N=719.2KN 但是，冲压过程中最大作用力发生的时间很难与标定压力机的名义压力位置相重合。这时便不能单纯的按最大作用力与压力机名义压力之间的关系来选择设备的吨位，而应该以保证压力机全部行程范围内，为完成加工所需的滑块作用力都不能超出压力机允许压力与行程关系的范围

15、为条件来选择。由于没有压力机容许负荷曲线，所以参照冲压模具设计实用手册中压力机吨位选择中相关公式得 =（0.70.8）因此压力机计算压力为=(0.70.8)=719.2/(0.70.8)=(8991027.43)Kn根据上述计算压力，选定1600kN压力机。2、 滑块行程滑块行程应能保证毛坯的顺利放进与零件取出。在冲裁时，压力机并不需要太大的滑块行程，滑块行程只要比凹模与卸料板上板料的距离大（2）mm即可。在进行拉伸时，行程一般去拉伸件高度的（2）倍。3、 装模高度模具闭合高度的值应该小于压力机连杆调节到最短距离时，由压力机垫板上表面到滑块底平面的距离，其关系为： +5式中-模具的闭和高度（m

16、m）综合以上要求，选择的压力机型号为JA21-160双柱固定台式压力机，技术参数见下表：表 JA21-160技术规范规格数值规格数值公称压力1600工作台尺寸/mm前后710滑块行程160左右1120滑块行程次数（不小于）40工作台孔尺寸/mm前后最大封闭高度450左右封闭高度调解量130直径460滑块中心线至机身距离380模柄孔尺寸/mm直径深度7080立柱间的距离530滑块底面尺寸/mm前后左右460 6504、 压力机功率的核算a、 计算压力机的有效功在根据冲压力选择压力机后，还必须核算该项压力机的功率（功）是否合适。压力机一个行程所产生的有效功应大于冲压所需的总变形功及压缩弹顶装置所需

17、的功W之和， +W压力机的功由飞轮的有效能量和电动机输出的能量所组成。后者主要消耗在合服摩擦和床身弹性的能量等有害阻力以及恢复飞轮在冲压后降低的速度上。在实际生产过程中，由于缺少具体数据，很难定量计算。参考冲压模具设计实用手册中表A-1给出了曲柄压力机有效功与名义之间的近似关系的经验数据可作为大致的参考。根据压力机型式标准行程压力机行程数，试算得：压力机行程数 n=340/ =340/=340/=53.76(次/min)54(次/min)符合要求。单行程有效功=0.14=0.14=8960（N.m）b、 每道冲压工序有效冲压功（1） 落料冲压功 =t=526279.60.0012=631.54

18、（N.m）（2） mm拉伸功=h=1929210.016=3086.75（N.m）有效冲压功= +=3718.28（N.m）c、 弹顶装置压缩功（1）顶件器在模具中，顶件器的作用是压紧坯料及冲压过程中顶出坯料，同时在拉伸过程中充当压边圈起压料作用，防止拉深过程中起皱。顶件器有橡皮弹簧和气垫（压缩空气）三种，这三种均可用于薄料拉伸。据分析，拉伸时所需的压边力，在拉伸开始阶段要求较大，而随着拉伸深度的进行，对于薄料的拉伸尤为重要。而弹簧和橡胶所提供的力，是随着压缩行程加大而增大，这与压边力的需求正好相反，所以不适合采用弹簧和橡胶，而选用气垫装置。大吨位的压力机下部带有气垫装置，压力可以调节，工作平

19、稳，压缩空气的压力p一般为（0.50.6）Mpa。=34115.9N，所以气缸面积A=/p= 34115.9/5=6823.18()=68231.8() d=294.7mmd过大，不适合采用气垫。退而求其次，改用橡皮，查冲压模具设计实用手册中表B-8。橡皮预压缩量： =0.15H时，p=0.5Mpa，d=294.7mm，求得D=295mm。橡皮的最大压缩量： =（0.350.45）H，为了保证橡胶不致过早损坏，取 =0.35H。工作行程： L=-=0.2H拉伸高度即为工作行程： L=16mm，所以橡皮的自由高度为H=L/0.2=16/0.2=80mm橡皮的预压缩量： =0.15H=0.1580

20、=12mm在橡皮的终压缩量为35%时，压缩力为： =143460.71（N）从拉伸开始时的压边力为34115.9N上升到拉伸终了时的143460.71N，压边力太大可能导致工件拉裂，同时拉伸功消耗太大，经过核算达近，机床的负载过大。最终还得回到采用气垫装置，气垫结构简单，活塞杆较长，导向性较好，能承受一定的偏力，同时内部有较大的空腔，可以储存较多的压缩空气，不必另备储气囊，价格便宜，工作可靠，但受压力机底座下安装空间的限制，工作压力有限，液压垫结构紧凑，顶出力与压料力可分别控制，但结构复杂，在工作过程中，液压油通过溢流阀溢流会增加油温，会使封橡胶材料寿命缩短，同时油液流动急剧，使油缸内油压不够

21、稳定，会产生脉动，引起油压波动，并且油流迅速启停、换向，也会引起液压冲击，行程噪音，也会引起漏油。所以一般会在气垫无法满足压料要求时，才回使用液压垫。为了减小气缸尺寸，拟将气压定为0.8Mpa，按上述要求重新核算气缸内径：A=/p=34115.9/8=4264.49=42644.9d=，取d=233.02mm,取d=233mm可从相关文献中查得气缸型号为QGA20075-MF2。（2）顶件器压缩功采用气缸压边，在拉伸过程中压边力没有变化，拉伸功也是恒定的，压缩拉伸功为 W=fh=34115.920.150.016=163.76（N.m）式中 f压边圈与板料、拉伸凹模与板料的摩擦系数，单面取0.

22、15，双面乘以2.d、 总冲压功总冲压功是有效冲压功与压缩功之和： =+W=3718.28+163.76=3882.04（N.m）=8960（N.m）冲压功满足要求。七、 模具结构选择1、 冲模结构形式由冲压工艺分析可知，采用正装复合模。2、 定位方式因为该模具采用的是条料，控制条料送进方向采用导料销，无侧压装置，控制条料的送进步距采用固定挡料销定距。3、 卸料、出件方式的选择根据零件的形状和工艺方案，采用固定卸料板卸料。并用人工自动取件。4、 导向装备的选择选择对角式导柱模架，该模架受力比较平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用面宽，常用于级进模或复合模。凹模周界范围为630mm630mm八、

23、主要零部件的设计1、 工作零件a、 落料凹模尺寸凹模设计时应考虑凹模强度，制造方法和加工精度等。（1） 凹模块的厚度整体凹模的厚度H按冲裁力的大小进行估算，有H=1.5=56.2mm式中冲裁轮廓长度修正系数和凹模材料修正系数，凹模材料采用CrWMn，可由冲压模具设计实用手册中表5-9，表5-10查得=1.50 =1（2） 轮廓线到凹模边缘的尺寸由于轮廓线为平滑曲线，因此=1.2H=1.256.2=67.4mm.（3） 从凹模外缘到螺孔中心的尺寸=(1.72.0)d,根据凹模壁厚，初步选定的螺纹。即d=14mm，取28mm（4） 螺孔到凹模孔、圆柱销孔道螺纹孔的尺寸螺纹到凹模孔、圆柱销孔到螺纹孔

24、的标准尺寸为F2d=28mm，最小允许尺寸为1.3d=18.2mm。综上所述，设计其高度尺寸如下图所示：b、 落料拉伸凹凸模 对于该冲压件，凸缘径向尺寸已有冲压件形状决定，现在需校核其强度。凸模承压能力的校核，由冲压模具设计实用手册得=p/A，即dt（）/4。凸凹模材料初步选为Cr12MoV，查中国模具设计大典表18.4-7可得为（）Mpa，经验算可达到强度要求。根据闭合高度H=380mm，以及模架结构要求，设计其高度尺寸如下图所示：C、 拉伸凸模 拉伸凸模直径由拉伸工件取得，由螺钉紧固在下模座上，设计其高度尺寸如下图所示2、 固定零件由于工作零件强度足够，所以不需要垫板，固定方式采用螺钉固定

25、，不采用固定板。3、 卸料零件（1） 打杆拉伸后卡在凸凹模上的的拉伸件由打杆顶出，同时防止拉伸件弯曲，打杆长度根据模架结构来设计，具体长度上端闭模柄上平面高（15-20）mm，本图选20mm。具体见装备图。（2） 落料后工艺废料箍在落料拉伸凸凹模上，若采用弹性卸料，则在随后的拉伸过程中，弹性元件进一步压缩，消耗了压力机的冲压功，因此本模具采用刚性固定卸料板，参考固定卸料横向送料典型 组合，查得卸料板的厚度为22mm，导料厚度为10mm4、 定位零件根据模具的结构形式，沿送料方向的导料采用导料板的侧面定位，端面采用固定挡料销定位，见装配图。5、 模架及其部件模架选择滑向导向，对角导柱模架，各零件

26、规格如下：(单位为mm)凹模周界630630；闭合高度320450；上模座63063065；下模座63063080；模具闭合高度取380。6、 模具闭合高度校核模具闭合高度=380mm，H=（320450）mm，闭合高度在范围内，符合要求。7、 模具安装尺寸校核压力机最大高度=450mm，最小装模高度=450-130=320mm，而模具闭合高度=380mm，在（320450）mm之间，可正常安装；另外，滑块行程最大为160mm，工作取出也不成问题，一切合格。九、 模具装配图通过上述计算所得数据和确定的结构尺寸，设计出的模具装配草图如下图十、 模具工作过程模具在压力机上安装后，先开动机床进行试运行，确定模具及机床正常后即可进行冲压。将已经用剪板机剪裁好的条料从模具侧面送进，条料侧面靠着导料板，料的前端由固定挡料销定位后开始冲压。上模座下降后，由落料凹模和凸凹模完成落料，上模座继续下降，凸凹模与凸模完成工件外缘拉伸，压料圈在拉深时起压边作用。冲压完成后，上模座上升，压料圈在气垫的反弹作用下上升，将工序件推出下模，同时，冲孔废料也卡在凸凹模上，上模