宽凸缘圆筒件落料拉深复合模具设计说明书

冲压工艺与模具设计课程设计报告设计题目宽凸缘圆筒件落料拉深复合模具设计CYX学生某某学生学号专业班级学院名称机械与运载工程学院指导教师2016年9月9日随着中国工业不断地开展，模具行业也显得越来越重要。本文针对宽凸缘 圆筒零件的冲裁工艺性和拉深工艺性，分析比拟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。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、数目和顺序确实定。进展了工艺力、压力中心、 模具工作局部尺寸与公差的计算，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，凸 凹模间隙调整。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图和零件 图。关键词：落料；拉深；复合模；凸缘圆筒件目录1前言11.1 冲压模具在制造业的地位11.2 拉深工艺概述12工件尺寸与分析31.3 工件材料分析31.4 结构和精度分析43工艺分析5工序尺寸的计算5模具类型的选择10排样尺寸的计算114落料拉深复合模整体方案设计14整体工作原理概述14各零件作用概述14模具的形式15判断是否选用压边圈16拉深模间隙16定位与卸料装置165零件具体设计175.1 落料凹模175.2 落料拉深凸凹模185.3 拉深凸模185.4 卸料板195.5 凸凹模固定板205.6 垫板的设计205.7 模架205.8 导柱导套21冲裁力22卸料力、推件力和顶件力22压边力白计算23拉深力的计算23压力机白选择23完毕语25参考文献261前言1.1冲压模具在制造业的地位冲压是使板料经别离或成形而得到制件的加工方法。比如冲裁就是利用冲模使局部材料或工序件与另一局部材料、工序件或废料别离的一种冲压工序。而拉深如此是利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工序件变成开口空心件的一种成形冲压工艺。冲压利用冲压模具对板料进展加工。 常温下进展的板料冲压加 工称为冷冲压。目前，工业生产中普遍采用模具成形工业方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通的压力机设备每分钟可成形零件几件到几十件，高速压力机的生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、 拖拉机、电机、电器、仪表、等产品，有 60%左右的零件是用模具加工出来的； 而自行车、手表、洗衣机、电冰箱与电风扇等轻工业产品，有90%左右的零件时用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产根本上完全靠模具 来进展。显而易见，模具作为一种专用的工艺设备，在生产中的决定性作用和重 要地位逐渐为人们所共识。拉深如此是利用拉深模具将冲裁好的平板坯料或工序件变成开口空心件的 一种成形冲压工艺。拉深件几何形状可分为旋转体件拉深、盒形件拉深和复杂形状件拉深等三 类。其中，旋转体拉深件又可分为无凸缘圆筒形件、 带凸缘圆筒形件、半球形件、 锥形件、抛物线形件、阶梯形件和复杂旋转体拉深件等。用拉深工艺与翻边、胀 形、扩口、缩口等其他冲压成形工艺配合，还能制造形状极为复杂的零件。因此 在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、电子等工业部门的生产过程中，以与人民 日常生活用品的生产中，拉深工艺占有相当重要的地位。为实现拉深工艺所使用的具叫做拉深模。 与冲裁模比拟，拉深模结构相对较 简单，工作局部有较大的圆角，外表质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度， 拉深模的一般结构如图1.1所示。模柄2-卜模弹3-M模固定板1.1 弹簧5-压边圈1.2 定位:板”凹模8 -卜模明9-卸料探钉结构L止凸根2工件尺寸与分析2.1 工件尺寸等根本信息工件为一宽凸缘圆筒拉深件，其具体尺寸如图2.1,图2.1宽凸缘圆筒件拉深高度：19mm；筒形中径：15mm；凸缘直径：41mm；圆角半径：2mm材料厚度：1.0mm；生产批量：大批量；材料：10钢；未注公差：IT14。2.2 工件材料分析10钢为优质碳素结构钢，具有良好的拉深成形性能。其强度、硬度低而塑 性较好，非常适合冲裁加工。其抗剪强度r255 353MPA取33 0MPA其抗拉强度 bb324 441MPA 取 bb 335MPA另外产品对于厚度与外表质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板 材，其冲裁出的产品外表质量和厚度公差就可以保证。2.3 结构和精度分析零件为一有凸缘的圆筒形件，外形为直线和曲线结合，结构相比照拟简单，底部圆角半径为R2,满足筒形拉深件底部圆角半径大于一倍料厚的要求，因此,零件具有良好的结构工艺性。工件加工工序主要由落料工序、拉深工序组成。零件精度为IT14,由于精度要求不高，普通拉深即可达到零件的精度要求。在零件工艺性分析的根底上制定其工艺路线如下：零件的生产包括落料、拉深需计算确定拉深次数、翻边切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑 工序的复合。3工艺分析工序尺寸的计算1确定切边余量6：凸缘直径df=41mm ；中径d=15 ;df大于，为宽凸缘筒形件。；查冲压工艺与模具设计魏春雷主编，以下简称冲模设计表5-6,取修边余量；如此加上切边余量的凸缘直径为 Df o2计算毛坯直径D:由冲模设计表5-7中的公式计算得D=1 ;=J(44,2 +4X15X19-3.44X15X2)=54.7mm。3判断能否一次拉深:拉深总系数m总；毛坯相对厚度t/DX 100=1/54.7X 100 ；Df/d=44.2/15=2.95查冲模设计表5-8取第一次拉深系数 mi =0.31 ;: m 总 m 1 ;不能一次拉深成形，必须采用屡次拉深4计算首次拉深尺寸：设第一次多拉入材料5% ;毛坯直径修正D14(DfXL05)*4dh-3.44dr)= (44,2 X L05+ 4 父45 X 19 二 3,44 Xl5x2)=mm ；查冲模设计表5-8取首次极限拉深次数系数为 m1 =0.51 ;首次拉深直径 d1=m 1 XD1=0.51 X 56.5 2 mm ;如 此 首 次 拉 深 高 度 h1 = 等(小2 口/) + 0.43(% + %) + 等(q；rd1=:. f -, 1 =:. 一；rp1= r d1=4.2mm ；代入数据得h1 = mm ；5验证m1是否选择正确：首次拉深相对高度h128.8=0.5 ;D/d1=44.2/28.8 =1.53 ;毛坯相对厚度t/D1X 100=1/X 100 = 1.77 ;查冲模设计表5-9得hi/d 1=;首次拉深相对高度在其X围内，故mi选用合理。6确定以后各次拉深系数与工序尺寸：查表冲模设计表 5-10知m2=0.73 ;d2=m 2di=0.73 x 28.8 弋 mmm3=0.75 ;d3=m 3d2=0.75 x 21.0 弋 15.8mm取为 15mm ;该零件需三次拉深成形。7确定第二三次拉深的凸凹模圆角半径：由经验公式 rdn=()r d(n-1),取 rdn=r d(n-1);rp2=r d2 x rd1 x 4.2=2.73 ,取；rp3=r d3=2mm零件圆角半径。8计算拉伸高度：设第二次多拉入材料3% ;毛坯直径修正6一1= “(44N X 1.0 2 + 4 X 15 X 19 - 3.44 X 15 X 2) =55.8mm ;第二次拉深高度 h2=一 D等(55 印 44.2 工)+ 043(27 + 2.7) + 0ymm ；第三次拉深高度为工件最后成形高度，故 h3=19mm9验算拉伸高度：设第三次多拉入材料1.5% ;毛坯直径修正D3=VD/xl.O3) 2 + 4dh - 3.44dr) = ”(44.2 x 1.015)3 + 4x15x19-3-44 x 15 x 2)=55.2mm ;第三次拉深高度h3=鄂七D) + 043% + g) +黄储-蜡)=1% 19.9mm ;与工件最后成型高度19相近，符合10画出工序过程图:工序过程图如所示图工序过程图本文只选择工序1【落料拉深】进展模具设计，该道工序对应产出工件尺寸 如图。其余工序不进展模具设计说明。0442R4.20288图工序1对应工件图模具类型的选择各类模具的优缺点如表3.1所示:模具类型结构特点优点：单1.结构简单，制造容易，周期短，本钱低廉。工2.可利用废料冲压。序3.可冲制尺寸大、厚度大的零件。缺点：模1.由于模具结构简单，定位误差大，因向零件精度低，没有连续生模和复合模精度高。产2.简单模多无导向装置，安装调整不方便，费时间。3.工作不安全。4.工序分散，在这3种型式的模具中，生产率最低。5.寿命低，易磨损。只适用于精度要求不高、形状简单的小批量 生产和新产品试制优点：1.冲载时材料处于受压状态，零件外表平整。复0.04)mm,在这3种型式的模具中，其零件精度戢高。合3.模具结构紧凑，外廓尺寸小。模4.用复合模冲压时对条料形状与尺寸的限制/、严格，可用短料和生边角余料来冲压零件，材料利用率比连续模高。5.适宜冲压薄料、软料和脆性材料。缺点：1 .模具零件多，结构复杂，装配制造困难，本钱高。但形状复杂 零零件具模具制造难度比连续模低。2 .由于受到凸凹模最小壁厚的限制，对于一些内孔与外缘之间与 孔间距离较小的零件，不宜采用复合模。3 .生产率比连续模低，工作没有连续模安全，零件出件没有连续 模方便。优点：1 .在这3种型式的模具中生产率最高。连续模生产2 .因工序不集中在一个工位上，可冲制形状复杂的零件。模具的 强度、耐用度高。3 .送料方便、可靠，便于实现单机自动化与机械化生产。可采用 少、无废料排样。4 .工作安全，操作者可不必把手伸入危险区。5 .零件、废料均下漏，可采用高速压力机生产。缺点：1 .由于屡次定位，零件精度要比复合模低。2 .由于模具结构的需要，零件搭边值较大，材料利用率比复合模 低。3 .形状复杂的零件，模具结构较复杂，制造难度大。表3.1工艺方案根据工序一工件的设计要求以与各方案的特点， 决定采用复合模具方案完成 落料拉深工序。排样尺寸的计算1搭边值确实定:查 冲模设计 表3-7 ,确定搭边值。工序一所对应的毛胚直径为mm,当时，工件问ai=0.8 mm,侧边a=1mm。排样图。图3.3排样图 2送料步距：s=D+ai =56.5+0.8=57.3 mm。式中：D一冲件宽度，即毛坯直径；a一冲件之间的搭边值。3条料宽度：采用无侧压装置，所以查冲模设计表 3-9知Z=0.5 , A ;B0(D 2a Z)0(56.5 2 1 0.5)。. 559。. 5 mm后面设计计算统一取58.5；导料板间距离B0=B+Z=59 mm 。材料总利用率公式为 总上1 100%LB式中：n板料带料或条料上实际冲裁的零件数量；Ai 一零件的实际面积；L 板料带料或条料长度；B板料带料或条料宽度；零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为mm,零件与条料侧边之间的搭边值为1mm,假如模具采用无侧压装置的导料板结构，如此条料上零件 的步距为，条料的宽度应为mm。选用规格为mm0.04 不满足间隙公差条件；缩小8T,生，提高制造精度；济=0.4 xZmax-Zmin=0.016mm ;M=0.6 xZmax-Zmin=0.024mm ；17 / 31所以落料凹模刃口尺寸为Da= fDnKJx-xxA) =A= (565 -0,5 x 0.74)+。产，=田,13 +喂 mm。2刃口高度和壁厚：落料凹模刃口高度：薄料取5-7个料厚左右既可，料厚为1mm,故刃口高 度取6mm。落料凹模壁厚：c=2H=34mm 。34X2,故设计其外形尺寸为小124mm。3结构说明：落料凹模通过四个M5的内六角沉头螺钉与卸料板固定。 底部有四个M8的 螺纹孔，用以与下模座固定，安装时由两个小6的销孔实现定位。上外表有一个 深度为10mm,直径为6mm的挡料销孔用以安装挡料销，在模具工作时，实现 板料的纵向定位。5.2 落料拉深凸凹模1充当落料凸模作用的刃口尺寸：由上文可知济=0.4 xZmax-Zmin=0.016mm ；故充当落料凸模作用的刃口尺寸为Dt=T=(56.13-0.100)：4I6=56. OSmm2充当拉深凹模作用的尺寸:Dd= 8心 - 0,75 a 用=(2魄-075X S52)咿= 28.4啃圆角半径rd1=4.2mm 。5.3 拉深凸模1拉深凸模尺寸:Dp=(DmHX - 0,75区一22式=(空8 -0,75 X 0.52 2 X1.2)跄垂 烟圆角 rpi=4.2mm 。2结构说明：拉深凸模上的通孔道为排气孔，用以防止在拉深过程中凸模与零件之间形成密闭空间。如果气体被封闭在凸模与零件之间， 会产生一定的气压，影响零 件的成形和脱模。5.4 卸料板1尺寸设计卸料板的尺寸要和凹模的一致，所以我们计算出落料凹模的外形，也就确定 了卸料板的外形，卸料板的厚度我们设计为 8mm,其中导料槽的深度占5mm。 根据落料凹模的尺寸，从而可以确定卸料板的尺寸 124mmx 8mm。2卸料板材料的选择卸料板主要的功能是卸料，同时还有对凸模保护的作用，所以强度和硬度都 有具有较高的要求，所以我们一般情况下都选择 45号钢。45钢是常用的优质碳 素结构钢，经过调质处理后，具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度、硬 度，又具有较好的塑性、韧性。3卸料板整体精度确实定外轮廓精度要求不高，所以使用IT14级，外表粗糙度Ra。内轮廓精度的要求要高于外轮廓，因此使用IT11级，外表粗糙度为Ra。上下外表要经常承受碰撞冲击，精度要求较高。因此使用 IT11级，外表粗 糙度为Ra。螺钉孔和销，导向槽具有定位功能，所以精度要求高，使用 IT7级，外表粗 糙度Ra3.205.5 凸凹模固定板凸凹模固定板的作用主要是固定落料拉深凸凹模，保证具有足够的强度，使落料拉深凸凹模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。落料拉深凸凹模与凸凹 模固定板的配合按H7/m6如此凸凹模固定板的高度Hb H料凹模 。=0.6 0.8X25=15 20mmH落料凹模为落料凹模工作局部的高度，大约为25mm。根据模具需要选择凸凹模固定板厚度15.5 mm。5.6 垫板的设计垫板外形尺寸参考落料凹模的尺寸，选择垫板厚度为mm。故垫板尺寸为124 mmx 。5.7 模架假如采用中间导柱模架，如此导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方 便，但只能一个方向送料。假如采用对焦导柱模架，如此受力平衡，滑动平稳， 可纵向或横向送料。由于本例只需一个方向送料，故采用中间导柱模架即可。标准模架的选用：标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸。凹模高度H=52mm ,凹模的外径D=124mm。根据以上选择模架规格为:滑动导向上模座 中间导柱圆形125X；滑动导向下模座 中间导柱圆形125X。5.8 导柱导套针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。 而且模具在压力机上的安装比拟简单，操作又方便，还可降低本钱。如用导板导向，如此在模具上安装不便而且阻挡操作者视线，所以不采用; 假如用滚珠式导柱导套进展导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比拟复杂, 所以也不米用。根据上下模座对导柱导套进展选型，选型如下：导柱选型：滑动导向导柱 A 22X150 GB/;滑动导向导柱 A 25X150 GB/0导套选型：滑动导向导套 A 22X80X28 GB/;滑动导向导柱 A 25X 80X28 GB/06落料拉深冲压力的计算6 .1冲裁力计算冲裁力一般按如下公式计算：F=kx tX L x t ;式中：F为冲裁力，亦称落料力；k 一般取1.3;t为材料的抗剪强度，取i=330Mpa；t为料厚，为1mm；L为材料轮廓长度，即冲裁剪圆周长。X330X $ X 1 = 76147.5 N 。K 顶=0.06 。7 .2卸料力、推件力和顶件力查 冲模设计表3-15,取K卸二，K推,因为所设计落料凹模为直刃口， 直刃口局部的高度h=6mm ,故口=卜上=6/1=6F卸二K卸NF推=nK推=F顶=K顶=8 .3压边力的计算10号钢属于软钢，查冲模设计表5-12取单位压边力为2Mpa。压边力大小为Q=.=1:1= 2840.6 N9 .4拉深力的计算10号钢的抗拉强度6b=335 Mpa,根据冲模设计表 5-13取修正系数ki 取1。根据首次拉深力的计算公式计算得P=Tt XdX t 淤Xk=Tt X 28.8 X 1 X 33530310.1 N其中：d1一拉深后直径；t 一板料厚度；10 5压力机的选择对于中小型冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。 虽然开式冲床的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形会破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的外表质量。不过，开式机械压力机操作条件的极 为方便，容易安装机械化附属装置。这使它成为目前中、小型冲压设备的主要形对于大中型冲压件的生产，如此多采用闭式结构形式的机械压力机。液压机常用于在小批量生产当中， 尤其是大型厚板冲压件的生产。 液压机没 有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载。在需要很大的施力行程时，液压 机与机械压力机相比具有明显的优点。但是，液压机的速度小，生产效率低。而 且，由于某些操作因素的影响，零件的尺寸精度不太稳定。摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在 小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是，摩擦压力机的行程次数 较少，生产率低，而且操作也不太方便。综合以上因素，由于本文所加工工件为中小型冲裁拉深件， 对外表质量的要 求不是很高，板料较薄，应当选用开式压力机比拟适宜。压力机公称压力P0应大于总的工艺力，总工艺力为拉深力与压边力的和即 PmP+Q=30310.1+2840.6=33150.7 N。一般来说，对于浅拉伸，有 Po1.P总；对于深拉伸，有Po P总 所以选取P0P总60 KN。按照公称压力的大小，按照下选用设备。初选压力机设备型号为J2325。该压力机其余技术参数亦见下表：型号J23-25J23-35J23 40J2363公称压力/KN250350400630滑块行程/mm65100100130最大闭合高度/mm270290330360闭合图度调节/mm55606580滑块中心线至床身距离/mm200200250260工作台板厚度/mm50556580模柄孔尺寸/mm直径40405050深度60607080表6.1开式压力机规格与参数完毕语通过对带凸缘圆筒件的相关工序计算和具体模具的设计、计算，我对落料拉深复合模的设计流程有了更深的了解，包括零件的工艺分析、工艺方案确实定、 模具结构的形式的选择、必要的工艺计算、主要的零件设计、总装配图与零件图 的绘制。在设计的过程中，有些数据、尺寸是一点也马虎不得的，只要一个数据 有误，就得全部的改动，使设计难度大大的增加。几番修改之后，才算完成了初 步设计。本文中也许仍然存在一些小批漏，望读者见谅。在这次设计中，我感觉要完成设计不仅要有扎实的专业的知识， 还要有过硬的计算机的根底保障，方才能很好的完成这次设计。所以我们今后的学习中不仅要学习好应该所学的，还要尽可能多的去扩展我们的其他方面的领域，只有这样我们才能做得过更好。除了复合模之外，在查阅资料的过程中对连续模和单工序模也有了简单的了解。越是了解得多越发现冲压和模具这门课的博大精深，产生越来越浓厚的兴趣。在设计过程中遇到许多疑问，比如导料销、卸料板、导料板的设计等等，这方面的资料相对于模架等零件较为稀少， 感谢教师的帮助，才得以完成了这几局部的设计参考文献1魏春雷主编.冲压工艺与模具设计（第二版）M理工大学.20082谢建，杜东福编.冲压工艺与模具设计技术问答M .某某：某某科学技术.2005.3杨沿平主编.机械精度设计与检测技术根底（第2版）M.：机械工业.2012.4朱冬梅，何建英，胥北澜主编.画法几何与机械制图（第六版）M高等教育.2008.