筒形件拉深模具设计说明

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1、正文 如下图1所示拉深件，材料为08钢，厚度0.8mm,制件高度70mm,制 件精度IT14级。该制件形状简单，尺寸小，属普通冲压件。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 一、冲压件工艺分析 1、材料：该冲裁件的材料08钢是碳素工具钢，具有较好的可拉深性能。 2、零件结构：该制件为圆桶形拉深件，故对毛坯的计算要。 3、单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。 4、凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。 5、尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。 查公差表可得工

2、件基本尺寸公差为： 50严7000.74 R500.30,800.25 二、工艺方案及模具结构类型 1、工艺方案分析 该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案: 方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产方案二：落料+拉深复合，后拉深二。采用复合模+单工序模生产。 方案三：先落料，后二次复合拉深。采用单工序模+复合模生产。 方案四：落料+拉深+再次拉深。采用复合模生产。 方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，操作方便，成本较低。方案三

3、也只需要二副模具，制造难度大，成本也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，但模具成本造价高。通过对上述四种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。 2、主要工艺参数的计算 (1)确定修边余量 该件h=70mm,h/d=70/50=1.4,查《冲压工艺与模具设计》表4-10 可得h3.8mm 则可得拉深高度H H=h+h=70+3.8=73.8mm (2)计算毛坯直径D 由于板厚小于1mm,故可直接用工件图所示尺寸计算，不必用中线尺寸计算 D=d24dH1.72dR0.57R2 二.50245073.81.725050.5752 130m

4、m (3)确定拉深次数 按毛坯相对厚度t/D=0.8/1300.62%和工件相对高度H/d=73.8/50=1.36 查《冲压工艺与模具设计》表4-15可得n=2,初步确定需要两次拉成，同时需 增加一次整形工序。 (4)计算各次拉深直径 由于该工件需要两次拉深，查《冲压工艺与模具设计》表4-11可得，首次拉深 系数m1和二次拉深系数m2: m1=0.53m2=0.76 初步计算各次拉深直径为： d1=m1D=0.5313069mm d2=m2D=0.7613050mm (5)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rd1应取

5、 大些，根据《压工艺与模具设计》表4-7知： rd1=10t=100.8=8mm 由《冲压工艺与模具设计》式(4-49)和式(4-50)即： 「dn=(0.7—0.8)rdn1和rpn=(0.7—0.8)rdn 计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径，分别为： rd1=8mmrn1=6mmpI rd2=6mmrp2=5mm (6)计算各次工序件的高度 根据《冲压工艺与模具设计》式(4-39)计算各次拉深高度如下： H1=1/4(D2d11.72r10.57r1/d1) =1/4(1302/69691.7260.5762/69) =49mm 2. H2=1/4=(D/d21

6、.72r20.57r2/d2) =1/4=(1302/50501.7250.5752/50) 74mm (7)画出工序件简图 工序简图如下图2所示: 三、确定排样图和裁板方案 1、制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单 排。于t=0.8mm,查《冲压工艺与模具设计》附表7轧制薄钢板拟选用规 格为: 0.85001000的板料。 查《冲压工艺与模具设计》表2-10,确定搭边值 两工件间的横搭边a1=1.2mm；两工件间的纵搭边a=1.0mm; 步距S=d+a=50+1=51mm;条料宽度B=(D+2a1+)0=52.800.4

7、 故一个步距内的材料利用率1为： 1=A/BS10000 =(d/2)2/BS10000 =72.900 由于直板材料选取0.85001000故每块板料可裁剪919=171个工件 故每块板料(0.85001000)的利用率为： =nA/LB10000 =171(d/2)210000 二6700 四、计算工序冲压力、压力中心以及初选压力机 1、落料力的计算 F落料=1.3Ltb 式中L一冲裁轮廓的总长度；t一板料厚度；b--板料的抗拉强度 查《冲压工艺与模具设计》附表1可知：b=400MPa。故： F落料=1.3225250.8400=65.31KN 2、卸料力FQ

8、1和顶件力FQ3的计算 FQ1=K1F落料 FQ3=K3F落料 式中K1为卸料力系数，K3为顶件力系数 查《冲压工艺与模具设计》表1-7知：K1=0.050;K3=0.08 故：FQ1=K1F落料 =0.0565.31 =3.27KN FQ3=K3F落料 =0.0865.31 =5.22KN 3、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% 由于t/D1

9、0000=0.8/13010000 =0.6200 首次拉深系数mi=0.53 故：查《冲压工艺与模具设计》表4-3知，两次拉深均需要采用压边装置 压边力： Fq=AFq 式中A为初始有效面积；Fq为单位压边力（MPa） 查《冲压工艺与模具设计》表4-4可知：Fq=2MPaq Fq=AFq22 =-D2d12%1?Fq4 =-1302692822 4 =15.2KN FQ2=A2Fq =-d12d22®22?Fq 4q =—692502622 4 =1.44KN 4、拉深力的计算 首次拉深时拉深力Fi=d1tbK1 二次拉深时拉深力F2=d2tbK2

10、 式中：d1,d2为首次拉深与二次拉深时工件的直径; b为材料抗拉强度（MPa）; Ki,K2为修正系数 查《冲压工艺与模具设计》表4-1可知：K1=1;K2=0.85 首次拉深力：F1=d1tbK1 =690.84001 =69.33KN 二次拉深力：F2=d2tbK2 =500.84000.85 =42.7KN 故总拉深力：F拉深=F1+F2 =69.33+42.7 =112.03KN 由于制件属于深拉深，故确定压力机的公称压力应满足： F(0.5~0.6)F拉深 故：F=67.2KN 综上所述： F总冲压力=F落料+Fq1+FQ3+FQ1+Fq2+Fl+

11、F2=202.47KN 5、压力中心的计算 图4 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0(25,25) 6、压力机的选择 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。根据总压力选择压力机，前面已经算得压力机的公称压力为202.47KN,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 五、工件零件刃口尺寸的计算 刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，用配作法，因此凸模基本尺寸与凹模尺寸相同，保证单边间隙Zmin/2(mm) 图5 查《冲压

12、工艺与模具设计》表1-3可知：Zmax0.042 Zmin0.03 拉深模的单边间隙为：Z=Zmin/2=0.015mm Dd(DmaxX)0乂 式中x为补偿刃口磨损量系数。查《冲压工艺与模具设计》表2-21可知：x=0.5 取落料的尺寸公差IT14 ,则公差为 =0.4mm 所以落料凹模的尺寸为: Dd (Dmax X )0 /4 =(130-0.5 0.4 ) 0.4/4 0 =129.800.1mm 六、工件零件结构尺寸和公差的确定 1、整体落料凹模板的厚度H的确定: H=k1k230.1F落料 式中k为凹模材料的修正系数，碳素

13、工具钢取k1=1.3; k2为凹模厚度按刃口长度修正系数，查《冲压工艺与模具设计》表2-18可 知：k2=1 H=kik23；0.1F落料=1.3130.165.31103=52.35mm 2、凹模板长度L的计算 L=D+2C 查《冲压工艺与模具设计》表2-17可知：C取28—36mm,根据要求C值可取30mm 故：L=D+2C =50+230=110mm 故确定凹模板外形尺寸为：11011052(mm)。凸模板尺寸按配作法计算 3、其他零件结构尺寸 厅P 名称 长宽厚(mm) 材料 数量 1 上垫板 11011040 T8A 1 2 凸模固定板

14、11011048 45钢 1 3 空心垫板 11011046 45钢 1 4 卸料版 11011044 45钢 1 5 凸凹模固定板 11011050 45钢 1 6 卜垫板 11011040 T8A 1 7 压边圈 11011060 45钢 1 (1)第一次拉深 ①拉深凸模 第一次拉深模，由于其毛坯尺寸与公差没有必要予以严格的限制，这时凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可，以凸模为基准.取公差等级为IT10=0.12mm. d凸=~-0s凸=690-0.i2mm d凹=(d凸+2Z)0"凹=(69+2x0.015)0+0.

15、12=69.030+0.12mm 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，拉深凸模结构如下图6所示。 图6 ②凸凹模 结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凸凹模，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，与凸凹模固定板的配合按H7/m6,凸凹模长度L=99mm,具体结构可如下图7所示。 凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模 架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强度与刚度，凹模板的厚度还应考虑修磨量， 根据冲裁件

16、的厚度和冲裁件的最大外形尺寸在标准中选取凹模板的各尺寸为：长 230mm，宽200mm，因考虑到整套模具的整体布置要求，选其厚度为52mm,结构如下图8所示。 图8 (2)第二次拉深模 ①凸模 根据工件外形并考虑加工，将凸模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工 简单，另一方面又便于装配与修模，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6。 凸模长度L=H1+H2+Y 式中Hi——凸模固定板厚度 H2压边圈局度 Y——附加长度，包括凸模刃口修磨量，凸模进入凹模的深度73.8mm, 因此凸模长度L=48+60+73.8=181.8mm。具体结构可参见下图9所示。 畤

17、 pi  ②凹模 凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。取凹模轮廓尺寸为小160mmx73.8mm,结构如下图10所示。 拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差： 查表得凸凹的制造公差为：加=0.02mm 6凹=0.03mm 当工件要求内形尺寸：凸模尺寸： d凸二(dmin+0.4△)-:凸 =(50+0.4X0.4)0-0.02mm=50.16o-o,o2mm 凹模尺寸：d凹=(dmin+0.4A+2Z)0+‘凹 =(50+0.4 X 0.4+2 X 0.015) 0+0

18、.03 ③固定挡料销 阮记福例1 直翌24mm，的八型 同支挡将附, 周定邦料体A10 IB" 76J9.10 落料凹模上部设置固定挡料销，采用 固定挡料销的进行定距.挡料装置在复合模 中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量 的搭边.,如图11所示为钩形挡料销,因其固定孔 离刃口较远,因此凹模强度要求,结构上带有 防转定向销.挡料销采用H7/r6安装在落料 凹模端面 图11 ④导料板的设计 导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，查表知导料板与条料之间的 间隙取0.5mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度查表可知选择。 导料板采用45钢制作，热处理硬

19、度为28〜32HRC,用螺钉固定在凹模上。 ⑤卸料部件设计 卸料装置用弹压卸料板的卸料装置，如下图12所示，卸料板内孔每侧与 凸模保持间隙C＇=0.1~0.2t=0.16mm;卸料板周界尺寸与凹模周界尺寸一样， 厚度根据冲裁件料厚t和卸料板宽度B查模具手册之四[2]中表14-10得其厚度 为16mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为43〜48HRC。 图12 ⑥卸料螺钉的选用 卸料板上设置2个卸料螺钉，公称直径为12mm,螺纹部分为M8X16mm。 卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端 面lmm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫

20、片来调整。 ⑦压边圈设计 1）首次拉深： 为了防止拉深过程中起皱，生产中主要采用压边圈，查《冲压工艺与模具 设计》表4-3知，两次拉深均需要采用压边装置。压边圈采用45钢制造，热处 理硬度为42〜45HRC。具结构如下图13所示 2）二次拉深： 压边圈结构与尺寸由标准中选取，压边圈圆角半径「丫应比上次拉深凸模的 相应圆角半径大0.5〜1mm,以便将工序件套在压边圈上.材料采用45钢，热处理硬度为调质42-45HRC.其结构如下图14所示。 图14 ⑧凸模固定板 图15 技术要求：a.上、下平行度为0.02,粗糙度为1.6 b.材料为45#钢，调

21、质为24~28HRC c.带*号尺寸按凸模实际尺寸配作并保证凸模呈H7/m6配合 ⑨凸凹模固定板 图16 技术要求：a.上、下平行度为0.02,粗糙度为 b.材料为45#钢，无需热处理 ⑩落料拉深复合模架与二次拉深模架 采用滑动导向后侧导柱式模架的导向方式，如图 17所示，带有导柱的冲裁模适合于精度要求较高，生 产批量较大的冲裁件，且导柱模结构比较完善，对后 侧导柱的导向方式可从左右和前后两个方向进行送料。故相 因为它的模具较高所以选取比较大一点的模架模架的结构与尺寸都直接由标准中选取，相关参数如下: 凹模周界L:315 图17 凹模周界B:250 闭合高度（

22、参考）|最小：275 闭合高度（参考）|最大：320 a上模座 数量1 规格: 315 X250 X55 b下模座 数量1 规格: 315 X250 X70 c导柱 规格: 40 X 260 d导套 数量1 规格: 40 X 140 X53 导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。 导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小 于10-15mm,而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导柱与导套之 间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6,导柱与下模座之间的配合为R7/h5。导柱

23、与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56-62HRC上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC 二次拉深模采用滑动导向后侧导柱式模架的导 向方式，如图18所示，模架的结构与尺寸都直接由 标准中选取，因为它的模具较高所以选取比较大一 点的模架相关参数如下： 凹模周界L:250 凹模周界B:250 闭合高度（参考）|最小：240闭合高度（参考）|最大：285 a上模座数量1规格：250X250X50b下模座数量1规格：250X250X65 18c导柱数量1规格：35X230 d导套数量1规格：35X125X48 导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中

24、参数决定。导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面 的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm。导 柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下 模座之间的配合为R7/h5。导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳） 56-62HRC。上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC。 5、弹顶器的弹性元件的选取 ①落料拉深复合模 选用橡皮作为弹性元件，橡皮一般为聚氨胶，因为它允许承受的载荷较弹簧 大，并且安装调理方便。 因为聚氨脂橡胶的总压缩量一般035%,所以取30%,刚聚氨胶

25、的高度根据h=0.3XH计算。h为压边圈运行的高度，h=60mm。 所以橡胶的高度H=60/0.3=200mm 选取三块同样的橡胶.中间加上钢垫圈,防止失稳弯曲.其结构图如下图19。 图19 ②二次拉深模 选用弹簧作为弹性元件.选用圆柱螺旋弹簧，它的主要技术参数是工作极限 负荷Fj与其相对应的工作极限负荷下的变形量Ljo根据所需要的卸料力或推件力Fq以及所需要的量大压缩行程Lo,来计算Fj与Lj,然后就可以在标准中选取相应的规格弹簧。 1) 确定弹簧的数目为1 2) 顶件载荷Fq=压边力=1440N 3) 最大压缩行程Lo=hi+h2+h3+t=1+46.8+7+0.8=55.6mm 4) 计算所需的弹簧的工作极限负荷Fj与工作极限负荷下的变形量Lj, K取40% Fj=Fq/K=1440/0.4=3600N Lj=L0/(1-K)=55.6/(1-0.4)=92.67N 由上述二式查弹簧标准表得：弹簧材料直径为10mm,弹簧中径为75mm,节距为t=26.5,工作极限负荷Fj=3500N,变形量Lj=111mm,有效圈数为7.5