端盖落料拉深冲孔切边复合模设计

端盖落料拉深冲孔切边复合模设计 序 言 随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。冲压模具是一种少废料、高效率、高精度的生产方式，在工业生产中得到了广泛地应用并占有重要的地位。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品正呈现多品种、少批量、复杂、大型、精密、更新换代速度快等变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。高效，就是模具向级进模具、复合模具等方向发展，这样不但节约了模具的制造成本，还大大的提高了模具的生产效率；现在发达国家所设计制造出来的模具精度可以达到0.2。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。目前我国模具工业与发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在模具标准化、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家相比差距很大。 本专业以培养学生从事模具设计与制造工作能力的核心，将模具成型加工原理、设备、工艺、模具设计与制造有机结合在一起，实现理论与实际相结合，突出实用性、综合性、先进性。正确掌握并运用冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状和尺寸的综合应用，以提高学生的模具设计与制造能力的综合应用。 本文针对两底孔圆筒的冲裁工艺性和拉深工艺性，分析比较了成形过程的三种不同冲压工艺（单工序、复合工序和连续工序），确定用一幅复合模完成落料、拉深、冲孔和切边的工序过程。介绍了两底孔圆筒冷冲压成形过程，经过对工件的批量生产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能为前提，将其确定为冲压件，用冲压方法完成零件的加工，且简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算，并设计出模具。还具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板等）的设计与制造，冲压设备的选用，凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加工工艺过程。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。通过充分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结构改进、优化设计、优化工艺方法能大幅度提高生产效率，这种方法对类似产品具有一定的借鉴作用。 I 目 录 1 设计任务及零件的工艺性分析 ·························································· 1 1.1 设计任务 ·············································································································· 1 1.2 零件的工艺性分析 ······························································································ 1 2 确定工艺方案 ·························································································· 3 2.1 计算毛坯尺寸 ······································································································ 3 2.2 确定是否要压边圈 ····························································································· 4 2.3 计算拉深次数 ····································································································· 4 2.4 确定工艺方案 ····································································································· 4 3 主要工艺参数的计算 ·············································································· 5 3.1 确定排样、裁板方案 ························································································· 5 3.2 计算工艺力、初选设备 ····················································································· 7 3.2.1 计算工艺力 ·································································································· 7 （1）落料力 ·········································································································· 7 （2）卸料力 ·········································································································· 7 （3）拉深力 ·········································································································· 7 （4）压边力 ·········································································································· 8 （5）冲孔力 ·········································································································· 9 （6）推件力 ·········································································································· 9 3.2.2 拉深功的计算 ······························································································ 9 3.2.3 初选压力机 ································································································ 10 3.2.4 计算压力中心 ···························································································· 10 3.2.5 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 ································································ 10 4 模具的结构设计 ···················································································· 13 4.1 模具结构形式的选择 ······················································································· 13 4.1.1 模架的选用 ································································································ 13 4.1.2 模具的闭合高度 ························································································ 14 4.2 模具工作部分尺寸计算 ··················································································· 14 4.2.1 落料凹模 ···································································································· 14 4.2.2 拉深凸模 ···································································································· 14 4.2.3 凸凹模 ········································································································ 15 II 4.2.4 弹压御料板 ································································································ 16 4.2.5 弹性顶料橡胶的确定 ················································································ 17 4.2.6 上垫板 ········································································································ 18 4.2.7 压边圈 ········································································································ 18 5 模具的整体安装 ···················································································· 19 5.1 模具的总装配 ··································································································· 19 5.2 模具零件 ··········································································································· 19 6 选定冲压设备 ························································································ 20 7 模具的装配 ···························································································· 21 7.1 复合模的装配 ··································································································· 21 7.2 凸、凹模间隙的调整 ······················································································· 21 8 重要零件的加工工艺过程编制 ···························································· 22 小结 ············································································································· 25 参考文献 ····································································································· 26 III 1设计任务及零件的工艺性分析 1.1 设计任务 初始条件： ?0.14?0.1材料：08钢；料厚：1 mm ；中批量，外径尺寸为700 mm，底孔尺寸为160 mm， 要求完成的主要任务： 1、两底孔圆筒冲压工艺分析； 2、工艺参数的计算与模具结构的设计； 3、绘制模具装配图(A1)及主要模具零件图(不少于2张A2)，要求制图符合国家标准，图面整洁，绘图工作量折合后不少于1张零号图纸； 4、撰写8000字左右的设计计算说明书。内容包括绪论、任务书、目录、正文、参 考文献等。课程设计说明书要求简捷明了、层次清晰、计算正确、步骤合理、图文并茂，按统一规范格式书写。 1.2 零件的工艺性分析 冲压件工艺性是指冲压零件对冲压工艺的适应性，一般对冲压工艺影响最大的是 几何形状、尺寸和其精度的高低。虽然冲压加工工艺过程包括备料冲压加工工序必要的辅助工序质量检验组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工 艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 1 该零件是两底孔圆孔，如图1.1，该零件可看成无凸缘的筒形件，料厚t=1mm， ?0.14?0.1拉深后厚度不变；零件底部圆角半径R=2mm；外径尺寸为700mm，底孔尺寸为160 mm，其余尺寸公差都为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要求。 图1.1 工件图 工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级；对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要增加切边工序。 影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律；当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标注内、外形尺寸。 工艺性要求材料具有良好的塑性，屈强比?s/?b值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系数r和板平面方向性系数?r反映了材料的各向异性性能，当r较大或?r较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。 该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，没有长的悬臂和狭槽；拉深高度不大，且孔在底部拉深非变形区。零件尺寸除中心孔和外径尺寸接近IT11级外，其余尺寸均为自由尺寸且无其他特殊要求，利用普通冲裁方法可以达到零件图样要求。零件材料为08钢，为优质碳素结构钢，具有良好的结构强度和塑性，其冲裁加工性较好。该零件的冲裁性较好，可以冲裁加工，可用于中批量生产。 2 2 确定工艺方案 2.1 计算毛坯尺寸 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。 该工件为无凸缘圆筒形件，根据等面积原则采用解析法求毛坯直径。如图所示，将工件分为三个简单的几何体。 1 确定是否加修边余量 由于板料在轧压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必须在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必须加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 零件的相对高度h/d2(22-0.5)/(70-1)0.312，而高度h=21.9mm，根据冲压手册（第二版）查表44可知，修边余量2mm。 2 计算毛坯直径 2 D= d1?4d2(h?)?6.28rgd1?8rg 2 d2=70-1=69mm， d1=70-(1+2) ×2=64，h=22-1=21mm， rg=2+0.5=2.5mm。 D104.63 mm， 3 取D105mm。 2.2 确定是否需要压边圈 坯料相对厚度 t?100%?2.3 D 1?100%?0.952%?1.5% 105 根据冲压手册（第三版）表4-75知需要压边圈。 2.3 计算拉深次数 在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。 极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。 根据工件的相对高度 确定拉深次数。 d69?0.657，其工件的相对高度为0.312，根据冲D105 压手册（第二版）表4-18知小于一次拉深时的最大相对高度0.700.57，故可以一次th21.5?0.312和坯料的相对厚度?100?0.952的大小Dd269零件的总拉深系数为m总?拉深成形。根据th21.5查得?0.312，?100?0.952，由冲压手册（第二版）Dd269 筒形件（带压边圈）的极限拉深系数m1?0.530.55，而工件的总拉深系数为0.657>m1,故可一次拉深成形。 因材料为08钢,具有良好的强度和塑性,其加工工艺性较好,可减小筒形件的首次拉深系数及增大最大相对高度。 使得m总?m1,hh1?，所以零件只需要一次拉深。 dd1 2.4 确定工艺方案 根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序: 4 落料、拉深、冲孔和切边。 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案： 方案一 先进行落料，再拉深，切边，最后冲孔，以上工序过程都采用单工序模加工。用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差 方案二 落料与拉深、切边在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行冲孔。采用了落料与拉深、切边的复合模，提高了生产率。对落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道冲孔工序是在单工序模中完成，使得最后一步冲孔工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。 方案三 落料、拉深、冲孔和切边全都在同一个复合模中一次加工成型。此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。 方案四 采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、拉深、冲孔和切边在同一复合模中完成，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。 很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。 3 主要工艺参数的计算 3.1 确定排样、裁板方案 加工此零件为中批量生产，冲压件的材料费用约占总成本的60%80%之多。因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%0.5%。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总 5 面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料的定位误差，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误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表冲压工艺与模具设计表2-5取: 搭边值为 a?2mm 进距方向 a1?2mm 从视测方面来讲，该零件的排样应该采用直排最合理。 从图可知：送料步距 S=105+2=107mm?3.1 条料宽度 b=105+2?2=109mm?3.2 板料规格拟用1mm×1000mm×3000mm热轧钢板。查冲压模具设计GB708-88，为了操作方便采用横裁。 裁板条数 n1? 每条个数 n2? 每板总个数 n?n1?n2?27?9?243 材料利用率 B?a11000?2?9个?3.4 S107A3000?27条?3.3 b109 ?n?S面?100%?3.5 A?B 243?1052 ?100% 4?1000?3000 ?70.14% 6 3.2 计算工艺力、初选设备 3.2.1 计算工艺力 （1）落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 F?kLt?3.6 式中 F 冲裁力（N） L 冲件的周边长度（mm） t 板料厚度（mm） ?材料的抗冲剪强度（MPa） K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润 滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（1.0 1.3）P的范围内，一般k取为1.251.3。 在实际应用中，08钢的抗剪强度?的值是260360 MPa，取?=320 MPa。 因此，该冲件的落料力的计算公式为 F落?1.3Lt?3.7 =1.3?105?1?320 =137225N （2）卸料力 一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算： 卸料力 F卸?K1F?3.8 式中 F 冲裁力(N) K1顶件力及卸料力系数，其值可查教材表2-11。 这里取K1为0.04。 因此 F卸?0.04?137225?5489N （3）拉深力 一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图3.1。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期， 7 材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。 拉深力 凸模行程 图3.1 拉深力变化曲线 由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是比较困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于无凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为： F拉?Kd2t?b?3.9 式中 d2圆筒形零件的凸模直径（mm） K系数，这里取0.72 ?b材料的抗拉强度（MPa） t 材料厚度 08钢抗拉强度为330450 MPa，取400 MPa。 ?6243N0 因此 F拉?0.72?69?1?400 （4）压边力 压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因 而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。 FQ?AFq(N)?3.10 8 式中 A初始有效压边面积(mm2)，无凸缘拉深件A?D2?(d2?2rd)2/4; rd凹模圆角半径，查冲压手册（第二版）表4-78取5.5mm； Fq单位压边力(MPa),这里经查冲压手册（第二版）得Fq=2.5 MPa 所以有 FQ?AFq?1052?(69?2?5.5)2/4?2.5?9081N （5）冲孔力 冲孔力可按下式计算： t?3.11 F冲?kL? 式中 F冲冲孔力（N） L冲件的内轮廓长度（mm） t板料厚度（mm） ?材料的抗剪强度（MPa） 因此，该零件的冲孔力为： F冲?kLt? =1.3?16?1?320?2 =41821N （6）推件力 将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需要的力称为推件力。 推件力计算公式为： F推?nK2F冲?3.12 ?3?0.055?41821?6900N K2推件力系数，其值可查教材表2-11，取K2为0.055。 （7）切边力 切边力可以按照冲裁力的计算方法获得，则该工件的切边力为： F切?kLt?1.3?70?1?320=91483N 3.2.2 拉深功的计算 拉深所需的功可按下式计算 W?CPmaxh?3.13 1000 式中 Pmax最大拉深力（N） h 拉深深度（mm） 9 W拉深功（N·m） C修正系数，一般取为C=0.60.8。 所以 W?0.8?62430?21.5?1074N·m?3.14 1000 3.2.3 初选压力机 压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的 名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。 因F落?F拉，故总冲压力 F?F落?F卸?F冲?F推?F拉?FQ?F切?3.15 =?137225? ?5489?41821?6900?62430?9081?91483 =354.429KN 应选的压力机公称压力P0?1.31.6?F?取为1.5，则公称压力为： P0?1.5F?532KN?3.16 因此初选闭式单点压力机JC 23630开式可倾压力机。 3.2.4 计算压力中心 本零件为对称几何体,其压力中心就在它的圆心处，不必计算它的压力中心。 3.2.5 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸，冲裁间隙的合理也要靠凸、 凹模刃口部分的尺寸来实现和保证，所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的。在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下原则：落料件的尺寸取决于凹模的磨损，冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后变大的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值；对基准件刃口尺寸在磨损后减少的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值。这样，在凸模磨损到一定程度的情况下，任能冲出合格的零件。在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合理的间隙数值。 10 凸凹模加工有两种方法： (一) 采用凸凹模分别加工，凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证，这样就需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于成批制造，主要用于简单，规范形状（图形，方法或矩形）的冲件。 （二）凸凹模配合加工，对于形状复杂或薄料冲裁剪的冲裁，为了保证凸、凹模之间有一定的间隙值，一般采用配合加工。凸凹模工作部分尺寸计算：其落料件按凹模磨损后尺寸增大（A类尺寸）、减小（B类尺寸）和不变（C类尺寸）的规律分三种。 落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。 如按分别加工的方法计算，则： ?d?3.17 Dd?(D?X?)0 Dp?(Dd?Zmin)0 ?p?3.18 式中 Dp落料凸模刃口尺寸（mm）； Dd落料凹模刃口尺寸（mm）； D 落料件外径公称尺寸（mm）； ? 冲裁工件要求的公差； ?p、?d凸、凹模制造公差； X 磨损系数。 对于未标注公差可按IT14级计算，得落料件尺寸为?1050 ?0.87mm，根据教材上表 2-1查得，冲裁模刃口双面间隙： Zmin?0.10mm,Zmax?0.13mm ?d、?p凹、凸模制造偏差，查教材表2-3得?d=0.035mm，?p=0.025mm。 ?d+?p=0.035+0.025=0.06mm；Zmax?Zmin?0.13?0.10?0.03mm。 校核间隙：?d+?p>Zmax?Zmin，相差较大，不符合?p+?d?Zmax?Zmin条件，故采用配合加工的方法。磨损系数根据教材表2-4得X=0.5。 ?d(?d=?/4) ?3.19 Dd?(D?X?)0 11 ?0.22?0.22 =(105?0.5?0.8)0=104.5650 Dp?(Dd?Zmin)0 ?p?3.20 =(104.565?0.10)0.4650 ?0.22=104?0.22 ?0.1冲孔时，对于冲孔160mm孔，根据教材表2-3得,?p?d?0.020mm，校核 间隙：?p+?d=0.04mm，?p+?d>Zmax?Zmin，但相差不大，可作如下调整。 ?p?0.4(Zmax?Zmin)?3.21 =0.4?0.03 ?0.012mm ?d?0.6(Zmax?Zmi)n?3.22 ?0.6?0.03 ?0.018mm 磨损系数根据教材表2-4得X=0.75。 则 dp?(d?X?)0?3.23 ?p =(16?0.75?0.1)0 ?0.012 =16.0750 ?0.012 d dd?(dp?Zmi)?3.24 n0? ?0。018 =(16.075?0.1)0 ?0。018 =16.1750 拉深时，因一次拉深成形，按最后一次拉深工序计算，拉深凹模和凸模的尺寸和公差应按零件的要求来确定。当工件的外形尺寸及公差有要求时，以凹模为基准，先确定凹模尺寸，因凹模尺寸在拉深中随磨损的增加而逐渐变大，故凹模的尺寸开始时应取小些，为 ? Dd?(D?0.75?)0d?3.25 凸模尺寸为 Dp?(D?0.75?-2C)?p? ?3.26 拉深凸模和凹模的单边间隙C=1.1t=1.1mm，凸凹模制造公差查冲压手册（第二版）表4-76得，对于拉深尺寸?70mm，?d?0.08mm，?p?0.05mm。 12 0 则，凹模尺寸为：Dd?(D?0.75?)0d ?0.08 =(70?0.75?0.14)0 ?0.08 =69.8950mm ? 式中 D拉深件外形尺寸； Dd凹模尺寸； ?拉深件公差。 0D?(D?0.75?-2C)凸模尺寸为：p?p 00(70?0.75?0.14-2.2)=?0.05=67.695?0.05mm 切边刃口尺寸可按落料凸凹模的尺寸计算方法计算，切边凹模尺寸与拉深凹模尺寸一样，切边凸模尺寸为凹模尺寸减去最小双边间隙，公差与拉深凸模取相同值即可。 则： Dp?(Dd?Zmin)0 ?p?3.27 =(69.895?0.1)0 ?0.05mm =69.7950 ?0.05 4 模具的结构设计 4.1 模具结构形式的选择 4.1.1 模架的选用 采用落料、拉深、冲孔、切边复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本次设计中凸凹模的最小壁厚为7.2mm，满足钢材最小壁厚a?1.2t?1.2?1?1.2mm的要求，能够保证足够的强度，故采用复合模。 模具采用倒装式。模座下的橡胶缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置和弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料板。 从生产量和方便操作以及具体规格方面考虑，选择后则导柱模架，由凹模外形尺寸?180mm，（GB/T2851.381）在按其标准选择具体结构尺寸如下 上模座 315?200?50 HT200 13 下模座 315?200?65 HT200 导 柱 35?230 20Cr 导 套 35?125?48 20Cr 凸缘模柄 ?50?68 45钢 模具闭合高度 MAX 240mm MIN 285mm 4.1.2 模具的闭合高度 所谓的模具的闭合高度H是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力机的装模高度相适应。 模具的实际闭合高度，一般为： H模?上模座厚度?垫板厚度?冲头长度?凹模厚度? 下模座厚度?冲头进入凹模深度?4.1 该副模具使用上垫板厚度为42mm，凸模固定板厚度为16mm。如果冲头（凸凹模）的长度设计为46mm，凹模（落料凹模）设计为60mm，则闭合高度为： H模?50?42?46?60?65-2?261mm 4.2 模具工作部分尺寸计算 4.2.1 落料凹模 落料凹模采用圆形板结构和直接通过螺钉、销钉与下模座固定的固定方式。因中批量生产，考虑凹模的磨损和保证零件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度h?12mm，漏料部分沿刃口轮廓适当扩大（为便于加工，落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓的形状，如凹模图）。凹模轮廓尺寸确定如下： 凹模厚度60mm，凹模壁厚30mm， 凹模的材料选用Cr12，工作部分热处理淬硬5862HRC。 4.2.2 冲孔凸模 冲孔凸模刃口部分为圆形，为便于凸模和固定板的加工，可设计成阶梯形结构，并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过螺钉紧固在固定板上，用销钉定位。凸模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定。凸模的材料选用Cr12，工作部分热处理淬硬5862HRC。 对于冲孔凸模，依据冲压手册（第三版）表14-76确定为圆柱头缩杆圆凸模，工作长度为14mm，总长为46mm。 14 4.2.3 凸凹模 该复合模中有上凸凹模和下凸凹模两个凸凹模，是主要工作零件。 上凸凹模（如图4.1所示），其外形作为落料凸模内形又作为拉深凹模，并且内、外形刃口部分都为圆形，为便于凸凹模与凸模固定板的配合，凸凹模的安装部分设计成便于加工的长圆形，通过螺钉紧固在凸模固定板上，并用销钉定位。 凸凹模的自由长度为： L=推料板厚度+拉深件外形高度=22+29=51mm。?4.2 图4.1 上凸凹模 下凸凹模（如图4.2所示），其外形作为拉深凸模内形又作为冲孔凹模，并且内、外形刃口部分都为圆形，为便于凸凹模与下模座和落料凹模的配合，凸凹模的安装部分设计成便于加工的长圆形，通过螺钉紧固在凸模固定板上，并用销钉定位。 凸凹模的自由长度为： 15 L=落料凹模高度+凸凹模固定板高度冲头进入冲孔的深度=60+161=75mm。?4.3 图4.1 下凸凹模 4.2.4 弹压式卸料板 弹性元件的设计 为了得到较平整的工件，此模具采用弹压式卸料结构。弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性元件。主要为弹性卸料、压料及出件装置供弹压力。弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件(弹簧或橡胶)、卸料螺钉等零件组成。 根据模具安装位置拟选4个弹簧，每个弹簧的预压力为： F0?Fx/n 式中：Fx为冲裁卸料力； n为弹簧个数。 所以 F0?Fx/n =5489/4 =1372.25N 查冲压手册（第二版）表10-1，初选弹簧规格为8mm×60mm× 170mm 16 其余件参数是D=60mm，d=8mm，h0=170mm,t=18.3mm，hj=78.4mm, Fj=1370N，n=8.5 D弹簧中径；d材料直径；t节距；Fj工作极限负荷；h0自由高度；n有效圈数；hj工作极限负荷下变形量。 ?H0?F0hj=61.6mm Fj 如满足下列条件，则弹簧选的合适。 hj?H0?h工?h修模 ?H?H0?h工?h修模 (H为弹簧实际总压缩量) 式中h工工为卸料板工作行程，一般取料厚加l mm，所以h工=1.8mm，h修模为凸凹模修 磨量，一般取41Omm，h修模取=4mm，所以， hj?H0?h工?h修模 =61.6+2+6mm =69.6mm<78.4mm,故满足条件。 卸料板的外形尺寸确定为280mm?140mm?8mm。 4.2.5 弹性顶料橡胶的确定 因为冲孔废料如果设计称凹模通孔自由落下的形式会与下模座下方的弹性顶料装置冲突，故由弹性橡胶将冲孔废料顶出。由于受到橡胶允许承受的载荷较大,安装,调整,灵活,方便,因而是冲裁模中常用的弹性元件,冲裁模中用于卸料的橡胶有合成橡胶和聚氨脂橡胶,其中聚氨脂的性能比合成橡胶优异,是常用的卸料弹性元件。 为了保证卸料正常工作,应该使橡胶的预紧的预压力： Fy?FX ?4.4 橡胶的压力与压缩量之间不是线形关系,橡胶的压缩时产生的压力按下式计算: F?AP?4.5 式中 A橡胶的横截面积 P橡胶与单位压边力(MPa),其值与橡胶的压缩量,形状及 尺寸有关 计算橡胶的自由高度,由下式 H自?(3.54)S工作 ?4.5 ?1mm 17 H自?3.5?(1?1?4) ?21mm 计算橡胶的装配高度,由下式 HL?H自?H预?4.6 H预?(0.10.15)H自 ? 4.7 按公式计算得: H预?0.13?21?2.73mm HL?21?2.73?18.27mm 4.2.6 上垫板 垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被压出陷痕而损坏。在设计中我们把垫板的外形尺寸与凸凹模的外形尺寸相匹配，其上梁厚度我们设计为10mm。在上垫板上设计了一个推杆孔，以便安装推杆，还有四个螺钉孔以及两个销孔，这些都是为了与凸凹模和拉深凸模上的各种固定零件的安装相匹配的。 4.2.7 压边圈 在这个设计中,压边圈借助顶杆所施的顶件力,既起到压边的效果,又起来把拉深 件顶出拉深凸模,设计高度为23mm。 18 5 模具的整体安装 5.1 模具的总装配 由以上