冲压拉深模的设计

《冲压工艺及冲压模设计》课程设计

设计说明书

起止日期：   2011 年 1 月 3 日 至   2011 年 1月 16 日

2010年 01 月 16 日

第一章 拉深件工艺分析

1.1 制件介绍

零件名称：芯子隔套

材料：08钢

料厚：1mm

批量：大批量

零件图：如图1所示

                                            图1

1.2 产品结构及形状分析

由图1可知，产品为圆片落料、有凸缘筒形件拉深、圆片冲孔，产品结构简单对称。

1.3 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析

1.3.1尺寸精度

查参考资料【4】上表5-11可知：

拉深件直径的极限偏差为：、

      高度的极限偏差为： 

1.3.2冲裁件断面质量

板料厚度为1mm，查参考资料【4】表2-67，可知冲裁件生产时毛刺允许高度为≤0.12mm，由于本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。

 1.3.3 产品材料分析

冲压材料不仅要满足产品设计的技术要求，还要满足冲压工艺要求和冲压后的加工要求，因此，对于冲裁件材料一般要求其力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计产品所用的材料是08钢，为优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经热处理后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。

1.3.4 生产批量

产品生产批量为大批量生产，适于采用冲压加工的方法，最好是单工序模，模具制造简单，维修方便。

第二章 零件冲压工艺计算

2.1 翻孔工序的计算

由参考资料【1】表6-4可得极限翻边系数： 

由参考资料【1】式（6-10）可知，翻孔的高度为：

                  取整： 

由参考资料【1】式（6-12）预制孔直径为：

                实际取整： 

由参考资料【1】式（6-13）可得拉深高度为：

综上所述，拉深后的毛坯图如下所示：

2.2 零件毛坯尺寸计算

2.2.1确定修边余量a

板料厚度为1mm，故按外形尺寸计算，，查参考资料【1】表5-7可得，，故拉深件的实际凸缘直径

2.2.2 确定坯料直径

    由参考资料【1】式（5-13）可得：

2.2.3 确定工艺方案

通过分析计算可以得出该零件的正确工艺方案是：落料、第一次拉深，第二次拉深、冲孔，第四道工序为翻边，达到零件形状和尺寸要求。

2.2.4排样、计算条料宽度及确定步距

采用单排方案，如下图：

由参考资料【4】圆件的圆角的零件间间距，沿边间距。

送料步距，调料的宽度，调料的长度L，根据附录Ι选用。裁板的方式为：

    采用横裁可裁条料数为（条），余8mm，每条板料可冲制件数（件），则每张板料可冲制件为（件）。经计算采用竖裁每张板料可冲制件数也是352件。

板料利用率为： 

2.3 冲裁力的计算

本模具采用刚性卸料，根据公式3-24（文献【1】）计算冲裁力F，查文献【3】表2-29可知08钢的抗剪强度为，则：

由于该毛坯为圆，压力中心在圆心。

2.4 确定拉深工序件尺寸

2.4.1 判断能否一次拉深成形

查参考资料【1】上表（5-5、5-6）以及图（5-18）可知，带凸缘圆筒形件的极限拉深系数，首次拉深极限相对高度。比较可知，不能一次拉深成形，查参考资料【4】可知需要进行2次拉深。

2.4.2 确定首次拉深件尺寸

根据上面求出的、以及查参考资料【4】上表（5-40）可得第一次拉深系数： 

查表9-36可得首次拉深凹模圆角半径： 

则第一次拉深后的直径为： 

                    高度为： 

总的拉深高度为30.5mm，而拉深次数为2，为了确保第二次拉深质量，充分发挥板材在第一次拉深变形中的塑性潜力，实际定为第一次拉深高度。

拉深后图形如下：

2.4.3 计算第二次拉深工序件的尺寸

查参考资料【1】上表（5-3）可得： 

  则第二次拉深凹模圆角半径： 

                拉深直径为： 

                拉深高度为： 

查参考资料【1】式（5-24）可知，第二次拉深用普通的平端面凹模拉深时毛坯不起皱的条件为：，代入数据得：，按照公式判断要使用压边圈。

按参考资料【1】公式（5-29）计算得拉深力为：

      按参考资料【1】公式（5-27）压边力为：

式中的值按相应表选取为

总拉深力：      

拉深功：     

 初选公称压力为250 kN的JH21系列开式固定台压力机（型号为JH21-25）。其最大装模高度为250mm，装模高度调节量为50mm，工作台孔尺寸为150mm，主电机功率为2.2 kW。

2工作部分尺寸计算  

2.6.1  拉深间隙的计算

拉深间隙指单边间隙，即。拉深工序采用压边装置，查参考资料【1】式（5-55），可得拉深间隙为：。式中k为间隙系数，查【1】表（5-18）可知k=0.1。故得

2.6.2  拉深凸、凹模尺寸的计算

2.6.2.1 凸凹模圆角半径的计算

   第二次拉深为最后一次拉深，故拉深凹凸模的圆角半径都等于工件的圆角半径2.5mm，即：                     

2.6.2.2 拉深模工作部分尺寸计算

查参考资料【1】表（9-38）可得拉深模工作部分尺寸：

(mm)

                     (mm)

式中：  D－拉深件的基本尺寸，mm；

       －拉深件的尺寸公差，从零件图可知其值为0.05mm。

拉深凸模出气孔的尺寸由参考资料【4】表（9-39）可得出气孔直径          

第三章 设计选用模具零件、部件

3.1 拉深凹模的设计

凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉、销钉与固定板固定的方式连接。凹模刃口采用直刃壁结构，尺寸为，刃壁的高度取2.5mm。模具的壁厚根据条料的宽宽68mm和料厚t=1mm选取，查阅文献【5】表2-48选取凹模壁厚C=25mm。

凹模长度等于宽度为：

凹模板厚度按文献【5】97页公式估算：

式中： 

则：              

该模板的厚度要求较厚，可以省略垫板，凹模板直接与下模座连结固定。

那么确定凹模板的总体尺寸大小为：

3.2 拉深凸模的设计

其结构尺寸为。根据模具结构，凸模的长度L可由安装固定的厚度、下推板厚度、拉深深度和附加长度h之和再减去一个板厚取得。

根据模架结构取固定厚度为22mm，下推板此处的作用相当于压边圈，其厚度取为18 mm，附加长度主要考虑满足制件的拉深深度要求，取5 mm。由此可得凸模的长度为

其固定方式直接用螺钉、销钉连结在模座上。作为拉深凸模，要开设排气孔，大小为，具体结构尺寸如图所示：

3.3 压边、卸料及出件装置设计

3.3.1 压边圈

根据模具的总体结构的要求，使用弹性压边装置中的带限位装置的压边圈，由于第二次拉深的零件尺寸较小，故弹性装置使用橡皮垫结构，使其压边力随行程的变化极小，该装置在冲模完成后用于顶出工件，即做卸料板。压边圈与凹模板间隙配合，内圈大于凸模直径2mm，结构如图所示：

3.3.2 推出与顶出装置

根据模具的结构，该拉深工件首先需要从下凸模中顶出，然后再从凹模内推出。顶出装置如上图所示，采用橡皮垫式平板压边圈顶出。

推出装置安装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构，将拉深后的工件从凸凹模的凹模内推出。为了尽量保证制件表面光滑，故采用推块将制件从凹模内顶出。

第四章 模架的选择

4.1 模架的选用

模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上。

选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大30～40mm，模版厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。根据凹模板的尺寸120mm×120mm，参考文献【5】表10-31，选取滑动标准模架：

选用的模架为、上模座、下模座分别为：

            模架： 250×250×（210～255）    GB/T2851.3

           上模座：250×250×50              GB/T2855.5

           下模座：250×250×65              GB/T2855.6

             凹模：120×120×52

             导柱：35×200                   GB/T2861.1

             导套：35×115×43               GB/T2861.6

根据模具的结构，可知其闭合高度为

式中：  H闭合－模具的闭合高度，mm；

        h1－上模座厚度，mm，

        h2－拉深深度，mm，

        h3－凸模高度，mm，

        h4- 凹模的厚度，mm，

        h5－下模座厚度，mm，

        h6—凸模装入下模座的深度，取15mm

将前面计算的数值代入：

介于210mm和255mm之间，符合设计要求。

4.2导柱与导套

根据模架的选取，采用A型导套，参考文献【5】表（15-21）选用的型号为：导套 A35H7×115×43 GB/T 2861.6；导柱采用B型，按文献【5】表（15-4）选用的型号为：导柱B35h6×200×35 GB/T 2861.2.导柱与导套为H7/h6的间隙配合，导柱导套与模架均为H7/r6的过盈配合。

为了保证使用中的安全性和可靠性，当模具处于闭合位置时，导柱上端面与上模座的上平面应留10-15mm的距离；导柱下端面与下模座下平面应留有2-5mm的距离，导套与上模座上平面六不小于3mm的距离，上模座开横槽以便排气,。

4.3 模柄的选用

根据压力机模柄孔的尺寸：直径: 40 mm，深度: 65 mm，查参考文献【5】表15-20，选择C型凸缘式模柄，可知其参数如下：

d=40㎜，极限偏差±0.05 mm，d1=122 mm,总高度L=91 mm，凸缘高L1=23 mm，模柄倒角高度L2=4 mm，打杆孔d2=11 mm，凸缘螺钉环绕直径d3=81 mm，凸缘固定螺钉沉孔的直径d4=9 mm，沉孔台阶直径d5=15 mm，台阶高度h=9 mm，材料为Q235。如下图所示：

第五章 模具材料和热处理

使用的模具材料应具备良好的耐磨性、韧性和较高的强度、硬度，本模具为冲裁拉深复合为第二次拉深模，又为大批量生产，要求凹模能承受较大的拉应力，凸模承受较大的压应力，因此凹模和凸模必须具有较高的强度和耐磨性。对于拉深的凸模和凹模，由于与工件接触，受到比较强烈的磨损选用耐磨性良好的和淬透性好的模具钢。

凹模和凹模材料选用T20A，均进行淬硬的热处理，使凹模工作部分热处理硬度为60-62HRC，凹模和凸模工作部分热处理淬硬58-62HRC。其他结构件的材料见装配图明细表。

第六章 模具的总装配图

1—下模座2—卸料螺钉3—导柱4—压边圈5—导套6—凸模7—上模座8、12、17—螺钉9—推板10—推杆11—模柄13—凹模14—螺母15—特种螺钉16—顶杆

工作原理：经首次拉深后的毛坯件放在压边圈4的下凹圈内定位，压边圈通过顶杆16由橡皮垫压边，通过三根特种螺钉15对压边圈进行限位，用以控制压料间隙，防止压料力过大。

第七章 填写冲压工艺卡 

经过这次的设计，我学到了很多上课无法学到的东西，虽然算不上是经验，但是总算有种接触专业的感觉。

我设计的是芯子隔套的二次拉深模，经过几次的修改，总算有点成形的样子，这个设计是我们二个人一组开始的，每个人的数据和材料各不相同。这样既培养了我们的团队精神，又锻炼了我们处理问题的能力，更重要的是，我们从中学到了如何一个人去解决问题，查找资料。为了做好这个设计，我们都很努力，经常到了凌晨两三点，还抱着资料翻找，不想就这样搁置，我们都抱以极大的热诚来完成了它，对自己更是充满了信心，对自己设计的成果虽然算不上最好的，但是我很开心，因为，在最初的怀疑到坚信到完成，我做到了。

这次设计少不了的当然还有老师的细心指导，为了能让我们顺利完成，老师每天都在跟进我们，及时指出我们的错误，让我们减少了修改的分量，谢谢老师!!!

参考文献

1、王孝培主编 冲压设计资料 机械工业出版社

2、李天佑主编 冷冲模图册 机械工业出版社

3、王芳主编 冷冲模设计指导 机械工业出版社

4、张正修主编 冲压技术实用数据速查手册  机械工业出版社

5、郝斌海主编 冲压模具简明设计手册  化学工业出版社