冷冲模课程设计-盒形件落料拉深模设计

目录摘要1前言21. 工件的工艺性分析31.1 冲压件的工艺性分析31.2 拉深件的工艺性分析31.3 材料的工艺性分析41.4 拉深变形过程的分析42. 冲压工艺方案的确定73. 模具的技术要求及材料选用94. 主要设计尺寸的计算114.1 毛坯尺寸的确定114.2 冲压力的计算124.3 拉深间隙的确定134.4 冲裁件的排样145. 工作部分尺寸计算175.1 拉深凸凹尺寸的确定175.2 圆角半径的确定186. 模具的总体设计206.1 模具的类型及定位方式的选择206.2 推件零件的设计217. 主要零部件的结构设计237.1 工作零件的结构设计237.2 其他零部件的设计与选用248. 模具的总装图279. 模具的装配28结束语29致 谢30参考文献31摘要我设计的是一个落料拉深复合冲裁模，在本次设计中我参考了大量有关冷冲模模具设计实例等方面的资料。再结合老师布置的题（设计一个工件为盒形件的复合冲裁模），我充分运用了资料上所有设计模具中通用的表、手册等，如修边余量的确定、拉深件毛坯直径的计算公式、盒形件用压边圈拉深系数、盒形件角部的第一次拉深系数等，然后再集结了自己平时的所学，还有通过对工件的零件、模具工作部分（凸凹模、拉深凸模、落料凹模）、模具装配图的绘制，我的绘图功底也有了一定程度地提高。本次设计的主要内容：工件的工艺性分析；冲压工艺方案的确定；模具的技术要求及材料选用；主要设计尺寸的计算；工作部分尺寸计算；模具的总体设计；主要零部件的结构设计；模具的总装图；模具的装配等。我觉得通过本次的毕业设计，达到了这样的目的：1.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冷冲压模具（落料拉深冲裁模）设计工作的实际训练，从而培养和提高我们独立工作的能力。2.巩固与扩充所学有关冷冲模具设计课程的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。3.掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。关键词：冷冲压 落料 拉深 前言冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。冷冲压模具在工业生产中的地位：是大批生产同形产品的工具，同时也是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。模具可保证冲压产品的尺寸精度和质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其它加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平地提高，在很大程度上取决于模具工业的发展。目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产效率和质量。一般采用压力机进行零件加工，一台普通压力机每分钟可生产零件几件到几十件，而高速压力机的生产效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、仪器、仪表等产品，有60左右的零件是利用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，90左右的零件是利用模具生产出来的；至于日常生活所用的五金、餐具等的大批量生产基本上也是靠模具来进行生产的。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的作用和地位正日趋上升。1. 工件的工艺性分析1.1 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是它的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。1. 冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。2. 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。3. 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽。4. 腰圆形冲裁件，如允许圆弧半径，则R应大于料宽的一半，即能采用少废料排样；如限定圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生。5. 冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。6. 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。7. 在弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔壁与工件之间的距离不能过小。1.2 拉深件的工艺性分析拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺的难易程度。良好的工艺性是指坯料消耗少、工序少，模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废料少和操作简单方便等。在设计拉深零件时，应根据材料拉深时的变形特点和规律，提出满足工艺性的要求。1. 对拉深材料的要求拉深件的材料应具有良好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方向性。2. 对拉深零件形状和尺寸的要求(1)拉深件的高度尽可能小，以便能通过12次拉深工序成形。(2)拉深件的形状尽可能简单、对称，以保证变形均匀。对于半敞开的非对称件，可成双拉深后再剖成两件。(3)有凸缘的拉深件，最好满足d凸d+12t，而求外轮廓与直壁断面最好形状相似，否则，拉深困难，切边余量大。(4)为了使拉深件顺利进行，凸缘圆角半径r2t。当r0.5mm时，应增加整形工序。3 对拉深零件精度的要求。(1)由于拉深件各个部位的料厚有较大的变化，所以对零件图上的尺寸应明确标注是外壁还是内壁。(2)由于拉深件有回弹，所以零件横截面的尺寸公差，一般都在IT12级以下，如零件高于T12级，应增加整形工序。(3)多次拉深的零件对外表面或凸缘的表面，允许有拉深过程中所产生的印痕和口部的回弹变形，但必须保证精度在公差允许范围之内。1.3 材料的工艺性分析在本次设计中，选用的拉深材料为镀锌铁皮。选择拉深材料时，首先应满足拉深件的使用要求。由于该拉深件为另一零件的盖，不属于易损工件，对材料的耐磨度要求不高，还应满足冲压工艺对材料的要求，保证冲压过程顺利完成，即材料应具有良好的塑性和表面质量，以及板料厚度公差应符合规定，镀锌铁皮为一种优质结构钢，该结构钢已退火，而退火的目的消除钢的内应力，降低硬度提高塑性细化组织均匀化学成分，而且其抗剪和抗拉强度均不高（抗剪强度220310 MPa，抗拉强度280390 MPa）屈服强度亦不大（约为180 MPa）伸长率约32，所以综合其所有的力学性能，镀锌铁皮具有良好的拉深性能，适合拉深。拉深是把一定形状的平板毛坯或空心件通过拉深模制成各种空心零件的工序。在冲压生产中拉深是一种广泛使用的工序，用拉深工序可得到的制件一般可分为三类：1. 旋转体零件：如搪瓷脸盆、铝锅等。2. 方行零件：如饭盒、汽车油箱等。3. 复杂形状零件：如汽车覆盖件等。 1.4 拉深变形过程的分析拉深变形过程大致是直径为D的圆形平板毛坯被凸模拉入凸凹模的间隙里，形成直径为d，高为H 的空心圆柱。在这一过程中，板料金属是如何流动的呢？把直径为D的圆板料分成两部分：一部分是直径为d的圆板，另一部分直径为（Dd）的圆环部分，把这块料拉深成直径为d的空心圆筒。在这个拉深实验完成后，发现板料的第一部分变化不大，即直径为d的圆板仍然保持原形状作为空心圆筒的底，板料的圆环部分变化相当大，变成了圆柱的筒壁，这一部分的金属发生了流动。扇形chef是从板料圆环上截取的单元，经过拉深后变成了矩形chef。扇形单元体变形是切线方向受压缩，径向受拉深，材料向凹模口流动，多余的材料由于流动添补了双点划线部分。设扇形面积为，拉深后矩形面积为，由于拉深使厚度变化很小，可认为拉深前后面积相等，即所以，综合起来看，平板毛坯的环形区的金属在凸模压力的作用下，要受到拉应力和压应力的作用，径向伸长、切向缩短，依次流入凸、凹模的间隙里成为筒壁，最后使平板毛坯完全变成圆筒形工件。拉伸时的应力状态和形变情况。拉伸的变形区比较大，金属流动性比较大，拉深过程容易起皱、拉裂而失败。因此，有必要分析拉深时的应力状态和变形特点，找出发生起皱、拉裂的根本原因，在制定工艺和设计模具时注意它，以提高拉深件的质量。设在拉深件的某一时刻，分析各部分的应力状态。1.平面凸缘部分-主变形区 由于凸模向下压，迫使板料进入凹模，故在凸缘产生径向拉应力，小单元体互相挤压产生切向压应力，由于压边圈提供的压边力产生法向压应力，在这3个主应力中的绝对值比、绝对值小得多，凸缘上、是变化的，由凸缘外到内，是由小变大，而的绝对值是由大变小的，凸缘最外缘的压应力是最大的，则材料在切向上必然是压缩变形。如果被拉深的材料厚度较薄压边力太小，就有可能使凸缘部分的材料失稳而产生起皱现象。2.筒壁部分-传力区 该部分受到凸模传来的拉应力和凸模阻碍材料切向自由压缩而产生的拉应力，显然的绝对值大，径向是拉深变形，径向的拉深是靠壁厚的变薄来实现的，故筒壁上厚下薄。3.底部圆角部分-过渡区 该部分受到径向拉应力和切向拉应力的作用，厚度方向上受到凸模的弯曲作用而产生压应力。材料变形为平面应变状态，径向拉深变形，是靠壁厚变薄来实现的，这部分材料变薄最为严重，最容易出现拉裂，此处称为危险断面。4.圆筒的底部-不变形区 这部分材料一开始就被拉入凹模中，始终保持平面状态，它受两向拉应力和的作用。变形是三向的，是拉深，是压缩。由于拉深变形受到凸模摩擦力的阻止，故变薄很小，可忽略不计。拉深是材料发生塑性变形，所以必然伴随着加工硬化，如果工件需多次拉深才能成形，或工件是硬化效应强的金属，则应合理安排退火工序以恢复材料的塑性，降低其硬度和强度。总之，了解拉深工艺的特点后，在制定工艺设计模具时，应考虑如何在保证最大变形程度下避免毛坯起皱和工件被拉裂。2. 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定，可依据表2.1确定表2.1 冲压工艺方案项目单工序模级进模复合模无导柱有导柱冲压精度低较低较高，相当于IT10IT13高，相当于IT8IT11制件平整程度不平整一般不平整，有时要校平因压料较好，制件平整制件最大尺寸和材料厚度不受限制300mm以下厚度达6mm尺寸250mm厚度在0.16之间尺寸300mm厚度常在0.05m3mm冲模制造的难度程度及价格容易、价格低导柱、导套的装配采用先进工艺后不难简单形状制件的级进模比复合模具制造难度低，价格亦较低形状复杂的制件用复合模比级进模制造难度低，相对价格低生产率低较低可用自动送料出料装置，效率较高工序组合后效率高使用高速冲床的可能性只能单冲不能连冲有自动送料装置可以连冲，但速度不能太高使用于高速冲床高达400次/分以上由于有弹性缓冲器，不宜用高速，不宜连冲材料要求可用边角料条料要求不严格条料或卷料要求严格除用条料外，小件可用边角料，但生产率低生产安全性不安全手在冲模过程区不安全比较安全手在冲模工作区不安全，要有安全装置冲模安装调整与操作调整麻烦操作不便安装、调整较容易、操作方便安装、调整较容易，操作简单安装、调整比级进模更容易，操作简单 分析表2.1，采用：单工序模具结构简单，但需要两道工序两副模具才能完成，且生产效率低难以满足该工件大量生产的要求。复合模需一副模具，生产率较高，尽管模具结构较单工序模复杂，但由于零件的几何零件形状简单对称，模具制造并不困难。虽然级进模也需一副模具，且生产率较高，但模具结构复杂，送进料不方便，加之工件尺寸偏大。通过分析对上述三种模具的比较，该件若能一次成形，则采用复合模最佳。3. 模具的技术要求及材料选用利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本，是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。一、冷冲模材料的性能冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有以下几个方面的性能：1. 应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、抗弯强度等。其中硬度是模具重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC，强度和抗弯强度才能保证，模具才会具有较高的变形能力。2. 应具有较高的断裂抗力：主要抗力指标有材料的抗冲击性能、抗压强度、抗弯强度、 断裂抗力等。冲击载荷下抵抗模具产生裂纹的性质也是作为防止断裂的一个重要依据，模具材料基体中碳含量越高，冲击韧性越高。故载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷的细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。3. 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，可在硬度高的材料表面上均匀涂抹大量细小硬的碳化物。在相同硬度下提高钢的耐磨性可减小模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用刮痕凹槽等。4. 应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工工艺性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。二、冷冲模材料的选择原则1. 要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料。2. 要针对模具失效形式选用钢材：钢材的失效是影响模具寿命的主要因素，包括：(1)为防模具开裂，要选用韧性好的材料(2)为防磨损，应选用合金元素高的材料(3)对于大型冲模应选用淬透性好的材料(4)为保持钢材硬度性能，要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢(5)为防热处理变形，对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高合金材料3. 要根据制品批量大小，以最低成本的选材原则选用：对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。4. 要根据冲模零件的作用选择：凸、凹模模具应选用优质的钢材制作，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属。而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。5. 要根据冲模精密程度选用： 在制造小型精密模具而又复杂时，可选用优质合金钢制作，而对于比较简单，形状、精度要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。4. 主要设计尺寸的计算4.1 毛坯尺寸的确定根据毛坯尺寸的确定原则可知有两种方法来计算毛坯的计算原则：1.面积相等原则：由于拉深前和拉深后材料的体积不变，对于不变薄拉深，假设材料厚度拉深前后不变，拉深毛坯的尺寸按“拉深前后的表面积相等”来确定。2.形状相似原则：拉深毛坯的形状一般与拉深件横截面的形状相似，即当零件的形状是圆形或椭圆形时，其拉深前毛坯的展开形状也基本上是圆形或椭圆形。根据本零件的特点：为简单形状的旋转体，可以采用面积相等的原则来确定。先确定修边余量h：根据 ,取 按如图4.1所示。图4.1 零件图 为了实现先落料，后拉深，应保证模具装配后，拉深凸模的端面比落料凹模端面低。图8.1 模具的总装图模具工作过程：将条料送入刚性卸料板下长条形槽中，平放在凹模面上，并靠槽的一侧，压力机滑块带着上模下行，凸凹模下表面首先接触条料，并与顶件块一起压住条料，先落料后拉深；当拉深结束后，上模回程，落料后的条料由刚性卸料板从凸凹模上卸下，拉深成形的工件由压力机上活动横梁通过推件块从凸凹模中刚性打下，手工将工件取走后，将条料往前送进一个步距，进行下一个工件生产。9. 模具的装配复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。本模具为落料拉深复合模，其装配一般按下面的步骤进行：1.装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。2.将拉深凸模装在下模座上，并相对下模座底面垂直。同磨端面平齐后，作止动螺钉孔，并安装止动螺钉。3.以顶件块定心，将凹模装在下模座上，经调整与拉深凸模同轴后，用平行夹板夹紧，做螺钉孔和销钉，并拧紧螺钉，配入适当过盈的定位销。4.将凸凹模装在固定板上，并保持垂直，同磨大的端面齐平。5.用平行夹板将凸凹模上的固定板与上模座加紧后合模，使导柱缓慢进入导套。在凸凹模的外圆对正凹模后，配作螺钉和螺钉过孔，并拧入螺钉但不要太紧。用轻轻敲打固定板的方法进行细致地调整，待凸凹模和凹模的间隙均匀后，配作凸凹模固定板和上模座的销孔，并配入相应过盈量的销钉。6.加工顶件块时，外圆按凹模的孔实配，内孔按拉深凸模的外圆实配，保持要求的间隙。装配后，顶件块的顶面须高于凹模而拉伸凸模的顶面不得高于凹模。7.安装固定挡料销和卸料板，按凹模板上的孔套在凸凹模外圆上应于凹模中心保持一致。在用平行夹板夹紧的情况下，按凹模上的螺孔引作卸料板上的螺钉过孔，并以螺钉固紧，其它零件的装配均符合要求后打标记。结束语经过近两个月忙碌又紧张地设计，我终于完成了老师布置的题目：盒形落料拉深件的设计。在设计的过程中，我遇到了许多的困难。首先是计算的复杂，计算毛坯直径时，涉及的尺寸很多而且还带根号，计算量很大；还有计算拉深力、压边力时得查阅大量的表。其次是知识的完美结合，在设计模具时，很多知识以前都没有学过，这就需要我查阅手册、资料，然后与我们平常所学结合到一块，做到融会贯通。对于盒形件，还得校核角部的拉深系数。同时在设计中，我也总结了许多：1.选择模具结构（根据零件图样及计算要求，结合生产实际情况，提出模具结构方案分析比较，选择最佳结构）2.采用标准零部件（应尽量选用国家标准及工厂冲模标准件，便模具设计典型化及制造简单化，缩短设计制造周期，降低成本）3.其它（1）定位销 冲模中的定位销常选用圆柱销，其直径与螺钉直径相近，不能太细，每个模具上只需两个销钉，其长度勿太长，其进入模体长度是直径长度的23倍（2）螺钉 固定螺钉拧入模体的深度勿太深，如拧入铸铁件，深度是螺钉直径的22.5倍（3）导柱、导套 模具完全对称时两导柱的导向直径不易设计得相等，避免合模时误装方向而损坏模具刃口，导套长度的选取应保证开始工作时导柱进入导套10mm15mm（4）模具行程 设计拉深模时，所选设备的行程应是拉深深度（即拉深件高度）的22.5倍。致 谢转眼间，将近一个月的时间过去了。 赵林 2006年12月 参考文献1 郭景仪，陈炎嗣.冲压模具技术手册.北京出版社,19922 模具实用技术从书编委会.冲模设计与应用实例.19863 肖景容,姜奎华.冲压工艺学.机械工业出版社,19934 熊南峰,石其年.冷冲模具设计.科学出版社,20005 成虹.冲压工艺与模具设计.高等教育出版社,19876 机械设计编写组.实用机械设计手册.机械工业出版社,19857 杨占尧.冲压模具图册.高等教育出版社,19988 侯维芝,杨金风.模具制造工艺与工装.高等教育出版社,19979 张鼎承.冷冲模的设计与制造.上海科技出版社,199510 王芳.冷冲压模具设计指导.机械工业出版社,198211 孙凤勤.模具制造工艺与设备.机械工业出版社,198312 陈万林.实用模具技术.机械工业出版社,200013 黄健求.模具制造.机械工业出版社,200114 李德群.现代模具设计方法.机械工业出版社,200415 郑可.实用冲压模具设计手册.宇航出版社,200316