冲压模具设计说明书

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1、一、零件的工艺性分析1.工件的冲压工艺性分析如图1所示，该工件形状简单对称，为轴对称拉深件，在圆周方向上的变形是均匀的，属普通冲压件。模具加工也比较容易。试制定该工件的冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程。 图 1 圆筒拉深件 图2 拉深件的三维图2. 工件材料化学成分和机械性能分析（1）材料分析工件的材料为08钢，属于优质碳素结构钢，优质沸腾钢，强度、硬度低，冷变形塑性很好，可深冲压加工，焊接性好。成分偏析倾向大，时效敏感性大，故冷加工时应采用消除应力热处理或水韧处理，防止冷加工断裂。 08钢的主要机械性能如下： 抗拉强度（兆帕） 280-390 屈服强度（兆帕） 180 抗

2、剪强度 （兆帕） 220-310延伸率 32%（2）结构分析工件为一窄凸缘筒形件，结构简单，圆角半径为r=7，厚度为t=0.5mm，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。（3）精度分析工件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到零件的精度要求。经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。在零件工艺性分析的基础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）、修边（采用机械加工）等工序，为了提高生产效率，可以考虑工序的复合，经比较决定采用落料与第一次拉深复合。二、工件的拉深工艺分析及计算1.毛坯尺寸计算（1）计算原则 相似原则：拉深前

3、坯料的形状与拉深件断面形状相似 ； 等面积原则：拉深前坯料面积与拉深件面积相等。（2）计算方法 由以上原则可知，旋转体拉深件采用圆形毛坯，其直径按面积相等的原则计算。计算坯料尺寸时，先将拉深件划分为若干便于计算的简单几何体，分别求出其面积后相加，得拉深件总面积A。图3 拉深件的坯料计算如图3所示，筒形件坯料尺寸，将圆筒件分成三个部分，每个部分面积分别为： （3）确定零件修边余量由于板料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后零件的边缘不整齐，甚至出现耳子，需在拉伸后进行修边。因此，计算毛坯直径时需要增加修边余量。由于零件的高度H=138mm，经查表取修边余量h =6mm。 （4）确定坯料尺

4、寸 将d=115mm, h1=144mm, h=6mm, 代入上述由带凸缘筒形拉深件坯料尺寸计算公式得D=276mm。2.各工序尺寸计算（1）圆筒形拉深件各次工序尺寸的计算1）工序件直径 从前面的介绍中已知，各次工序件直径可根据各次的拉深系数算出，即,，。此时计算所得的最后一次拉深直径必须等于零件直径，如果计算所得的小于零件直径，应调整各次拉深系数，使，所以上式中的是在查表所得的基础上调整后的实际拉深系数。（2）确定拉深次数查得零件的各次极限拉深系数分别为 m1=0.6， m2=0.8，m3=0.82总拉深系数为m总=d/D=115/276=0.417 m1 m2m3=0.394,故知该零件需

5、要三次拉深。（3）确定各工序件直径调整各次拉深系数分别为m1=0.61，m2=0.81， m3=0.84则调整后每次拉深所得筒形件的直径为: d1=Dm1=276x0.61=168.36mm,取d1=168mmd2=d1m2=168.36x0.81=136.37mm,取d2=136mmd3=d2m3=136.37x0.84=114.15mm,取d3=114mm(4)选取凸凹模的圆角半径考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值,故首次拉深凹模圆角半径r应取大些,根据压工艺与模具设计表4-7知：r=(5-8)t,取r=5mm.由冲压工艺与模具设计式（4-49）和式（4-50）即：r=(0.70.8)

6、 r和r=(0.70.8)r计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径，分别为： r=8mm r=8 mm r=7 mm r=7 mm r=6 mm r=6 mm（5）确定各工序件高度 根据拉深件圆角半径计算公式，取各正拉深筒形件圆角半径为R=1.5mm，所以正拉深后筒形件的高度为H1=0.25（D2/d1-d1）+0.43R（d1+0.32r1）/d1 =0.25*（2762/0.61-168）+ 0.43*5*(168+0.32*8)/32 =75.575mm =75 mm.根据计算得出第二次拉深的高度H2= 109mm. 第三次拉深的高度H3= 138mm. 3. 凸、凹模尺寸计算 由查表知拉深时

7、凸凹模单边间隙值分别为C1=1.1t=1.1*1=1.1mm，（1）凸凹模尺寸：凸凹模制造公差d、p，可根据零件公差来确定，因为零件图上零件未标注公差，则工件公差可取IT7级，=0.5，则d、p可取IT7级，d=+0.05mm，p=-0.03mm。拉深时,凹模尺寸Dd1=D+0.050=276+0.050mm，凸模尺寸Dp=（D-2C）-0.030=（276-2*1.1）-0.030=273.8-0.030 mm;Dd2=d2+0.050=136+0.050mm，凸模尺寸Dp2=（d2-2C）-0.030=133.8-0.030 mm;Dd3=(d3-0.75)+0.050=113.63+0.

8、050mm，凸模尺寸Dp=（d3-2C）-0.030=111.8-0.030 mm;4、画出工序件简图工序简图如下图4所示： 工序1 工序24、冲压工艺方案的确定完成此工件需要落料、三次拉深、修边三种工序。其加工方案分为3种，如表1所示。 表1 工艺方案序号工艺方案结构特点 1单工序模生产：落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深、修边 模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。2复合模生产：落料-拉深复合两次拉深复合、修边同一副模具完成三道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也提高压力机等设备的使用效率；操作简单、

9、方便，适合中批量生产；。3复合模生产：落料与三次拉深复合、修边同一副模具完成四道不同的工序，大大减小了模具规模，提高生产效率，也提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，但是结构比较复杂，造价较高，适合中批量生产。4连续模生产：落料-拉深-拉深、拉深修边同一副模具不同工位完成两道不同的工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两道工位之间的定位要求非常高。 根据一个小组不同的分工，每个人所设计的模具也不相同，每个人只完成整个工序的一部分，本次任务是设计第一次与第二次拉深的复合模。工序如下：4.1确定工序：拉深圆筒拉深圆筒4.2工艺方案选择方案一：采用单工序模逐次拉深方案

10、二：采用连续进给模顺序拉深方案三：采用复合模进行拉深4.3工艺方案分析及确定方案一模具简单，价格便宜，但需要多个模具，工作效率低；方案二采用连续模成产连续，效率高；但模具结构过于复杂，造价很高，并且不易控制；方案三采用复合模可简化拉深过程，结构相对简单，并且工作效率较高。综合以上考虑采用方案三实现落料后第一与第二次的拉深。5、压力计算与设备选择5.1压边力的计算采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压扁力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D100

11、由于t/D100=0.5/276100 =0.002 首次拉深系数=0.53故：查冲压工艺与模具设计表4-3知，第一次拉深需要采用压边装置。压边力:=式中A为初始有效面积；为单位压边力（MPa）查冲压工艺与模具设计表4-4可知：=2MPa = = = =15.2 KN = = = =1.44 KN52 拉深力的计算首次拉深时拉深力=二次拉深时拉深力=式中：为首次拉深与二次拉深时工件的直径； 为材料抗拉强度（MPa）； 为修正系数。查冲压工艺与模具设计表4-1可知：=1;=0.85首次拉深力：= = =169 KN二次拉深力：= = =137 KN故总拉深力：=+ =169+137 =306KN

12、 由于制件属于深拉深，故确定压力机的公称压力应满足： 故： =153KN综上所述：= + =503.47KN5.3压力中心的计算 图5由于是圆形工件，如图4所示，所以工件的压力中心应为圆心即o(25,25)5.4压力机的选择（1）压力机选择原则冲压设备的选择直接关系到设备的合理使用，安全，产品质量，模具寿命，生产效率和成本等一系列问题。 对于中小型冲裁件，弯曲件或浅拉深件多用具有C形床身的开式曲柄压力机。在大中型和精度要求较高的冲压件生产中，多采用闭式压力机。对于大型，较复杂的拉深件多采用闭式双动拉深压力机。对于形状复杂零件的大量生产，应优先考虑选用多工位自动压力机。而对落料，冲孔件的大量生产

13、，则应选用效率高，精度高的自动高速压力机。在小批生产中尤其式大型厚板的生产，多采用液压机。校正弯曲，校平整形工序要求压力机有较大的刚度，以便或得较高的虫牙件尺寸精度。 对曲柄压力机所要考虑到的重要参数是：1.压力机的许用负荷；2.完成各工序所需要的压力；3.行程和行程次数；4.最大装模高度；5.压力机的台面尺寸应大于冲模的平面尺寸，并留有固定模具的余地，台面上的漏孔应与所要进行的工艺相适合；6.压力机精度。（2）对压力机的要求压力机的公称压力要求大于503.47kN由于该制件数亿小型制件，且精度要求不高，因此选用开始可倾压力机，它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的有点。根据总压力选择压

14、力机，前面已经算得压力机的公称压力为503.47 KN，查冲压工艺与模具模具设计表7.3提供的压力机公称压力中可选取压力机的型号为：J23-16F，并对压力机的功率进行校核，结果满足条件。三、模具结构的确定1.拉深模工作零件设计与计算（1）拉深凸模 由于将两次拉深设计成两次正拉深的复合模具，故拉深凸模必须设计成内外两层的形式，因此对凸模的要求较高。拉深凸模采用台阶式，也是采用车床加工,与凸模固定板的配合按H7/m6的配合,根据前面计算可以得出两个凸模的尺寸，再根据压边圈的高度得出两次拉深凸模的尺寸如图6 与图7所示。 图6 第一次拉深凸模 图7 第二次拉深凸模 拉深凹模 结合工件外形并考虑加工

15、，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凹模固定板的配合按H7/m6，再根据坯料的直径与成型拉深件的直径确定凹模的内外直径，根据第一次与第二次拉深件的高度确定凹模的高度L=210mm,具体结构可如下图8所示。图8 两次拉深凹模定位板 定位板在该模具中起定位和导向作用，它的外形和尺寸根据凸模与凹模来确定，它的内径与坯料的直径相同d=276mm,根据强度的要求壁厚t=37mm，外形设计成带肩台阶式D=350mm，釆用4个螺钉固定具体尺寸如图9所示： 图9 定位圈 （4）压边圈 压边圈在冲压模具中起压边作用，它的形状与尺寸取决于坯料，故采用圆形外径

16、等于坯料直径D=350mm，内径等于凹模内径d=170mm，它的高度由凸模所决定H=34mm，为了方便加工与导向把它设计成带肩台阶式，具体尺寸如图10所示： 图 10 压边圈（5）弹性元件的选择 弹性元件在模具切边过程中提供压边力，拉深完成后，弹性元件推动推板，将拉深件顶出凹模，由于橡胶的压缩率比较小，而模具行程比较大，使得弹性元件压缩量较大，所以选用圆柱螺旋压缩弹簧较好。 根据之前的计算，要求压边力达到700N，推出的行程为50mm，根据GB2089-80标准，选用满足要求的弹簧，选用的弹簧主要参数如下所示 材料直径5mm， 弹簧中径38mm， 节距12.4mm 自由长度120mm 极限变形

17、量56.5mm 工作极限负荷757N.（6）其它零部件结构 拉深凸模将直接由连接件固定在下模座上，凸凹模由凸凹模固定板固定，两者采用过渡配合关系。四、 模具强度的校核1 凸模强度校核凸模的强度，通常要核算最小断面的压应力和纵向保持的最大长度即刚度。凸模强度的校核: 凸模最小断面的压应力。凸模纵向所承受的压力。凸模最小断面积。凸模材料的许用压应力。 第一次拉深凸模校核： =10.75MPa=1 因为，所以凸模承压能力足够。第一次拉深凸模校核： =4MPa =1 因为，所以凸模承压能力足够。 失稳弯曲应力的校核：应为第一次拉深两个凸模是套在一起的，故只需校核第二次拉深即可。 公式： 其中，；由公式

18、得： L= 计算得凸模满足要求。 因为拉深凹模是根据经验来的，本来就是个保险值，在此基础上，又增大了，所以不需要校核。 2.顶杆许用载荷的计算冲模上的顶杆、托杆等传递压料力、卸料力、反压力等的传力杆，根据其材质、热处理硬度和平面情况。顶杆许用载荷：=-一个传力杆的许用载荷d传力杆直径-单位面积上的许用载荷在普通冲模中，顶杆、托杆等一般都采用45钢，热处理硬度4045HRC，查表取=25F= 2500 9043.2=28260= 符合3. 模具闭合高度的校核 -5mm 冲床最大闭合高度.冲床最小闭合高度. H 模具闭合高度压力机的最大闭合高度为= 400mm ，最小闭合高度=200mm，模具的闭

19、合高度H = 250mm ，即210mm H =250mm 395mm,符合要求。公称压力: 400KN 拉深所需的压力：36.72KN ，符合。 工作台尺寸d= 630 mm ，b = 420 mm.模具的尺寸=375mm，=240mm，符合。根据上叙数据可得所选设备合格。五、 拉深模具结构图1装配图图11 两次拉深复合模1-内六角螺钉 2-上模座 3-凸模1 4-弹簧 5-定位板 6-凹模 7-内六角螺钉 8-下模座 9-顶杆 10-推块 11-工件 12-内六角螺钉 13-凸模2 14-卸料螺钉 2. 动作原理 模具上模部分由模柄安装在压力机的上滑块上，下模部分由螺钉安装在压力机底座上，

20、随着滑块的下行，上模部分一起下移，至下模座接触零件，随着上模部分的继续下行，凹模3接触坯料，开始拉深，在此过程中由压边圈进行压边。上模继续下行并完成第一次拉深，第一次拉深完成后凹模6的内凸台接触坯料并压迫坯料使得凸模13下行进行第二次拉深直至拉深完成。拉深完成后，拉深件由推块10往上推与推料块下推的作用下推出，完成之后压边圈与凸模3复位，而后，冲压设备又开始闭合，重复上述动作过程。六、 模具零件的加工工艺过程本副模具，零件加工的关键在工作零件及卸料板，如果采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。51 凸模11、 工序号工序名称工序内容2、 13、 备料备直径200高76坯料4、 25

21、、 热处理6、 退火7、 3粗车车圆柱面，留单边余量0.5mm4精车按图纸加工，留单边余量0.1mm5热处理调质，淬火硬度达HRC60626磨达到图纸要求7钳工精修全面达到图纸要求8检验52 凹模2工序号工序名称工序内容1备料坯料锻造2热处理退火3车留单边余量0.5mm4热处理调质5粗磨留0.2mm 6钳工划线各种孔位线7钳工加工各种孔8线切割加工个型孔9热处理淬火达6062HRC10精磨达到图纸要求11钳工精修全面达到图纸要求12检验53凹模工序号工序名称工序内容1备料将坯料锻成直径175、高1802热处理退火3刨刨6各面相互垂直4热处理调质5磨留余量0.2mm6钳工划线划出各孔位线7钳工加

22、工孔9线切割加工孔及外形10压印修挫用加工好的凸、凹模进行压印、保留热处理余量11热处理淬火硬度达6062HRC12磨达到图纸要求13研磨全面达到图纸要求14钳工精修检验设计小结两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这

23、句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。通过这次模具设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次落料拉深模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冲压模具设计等课程所学的内容，掌握了冲压模具设计的方法和步骤，获得了冲压模具设计基本的技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己

24、单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个细节和每个数据，都离不开老师的细心指导。同时感谢对我们帮助过的同学们，谢谢你们对我组的帮助和支持，让我们感受到同学的友谊。 由于本组的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我们十分乐意接受你们的批评与指正，我们将万分感谢。参考文献1 肖景荣. 姜奎华主编，冲压工艺学.机械工业出版社，1998.2 王孝培主编，冲压设计资料，机械工业出版社，年份不详3 万站胜主编，冲压工艺及模具设计，中国铁道出版社，19894 罗益旋主编. 最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册，20085 王秀凤等编著.冷冲压模具设计与制造.北京航空航天大学出版社，2005.46 田嘉生，许正颜编.冲模设计基础.北京：航空工业出版社，1994.9