落料冲孔拉深复合模毕业设计Word文档格式.docx
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零件图上工件高度70孔Φ20+0.150。
工件外轮廓Φ79+0.180，属IT11级。
一般冲压均能满足精度要求。
3制定冲压工艺方案
3.1工序性质和数量
⑴工序性质的确定
在冲压加工中，工序性质是指冲压件所需的工序种类，剪裁，落料，冲孔，切边等使材料产生分离的工序。
弯曲拉深局部成形等使材料产生变形的工序。
冲压工序性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。
同时还应考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。
通常在确定工序性质时应当考虑以下几方面：
①从零件图上直观的确定工序性质，平板件冲压加工时常采用剪裁，落料，冲孔等冲裁工序。
当平面度要求较高时采用较平的工序进行精压，当零件的断面质量尺寸精度要求较高时，需增加修整工序或采用精密冲裁工艺进行加工。
②对零件图进行计算分析，比较后确定工序性质。
③为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序。
预冲工序工艺切口达到改善冲压变形条件，提高成型质量母的。
根据零件图分析冲压加工时须用落料，冲孔，拉深，翻边等工序。
⑵工序数量的确定
确定工序数量的基本原则是：
在保证工件质量，生产率和经济性要求的前提下，工序数量应尽可能地减少。
该零件精度要求较高，故采用复合模。
3.2工序顺序和组合
⑴工序顺序
各工序的安排主要取决于冲压变形规律和零件质量要求。
工序顺序的安排一般应注意以下几方面：
①所有的孔只要其形状和尺寸不受后续工续的影响，都应在平板坯料上冲出。
②所在位置会受到以后某工序变形的影响的孔，一般都应在有关的成型工序完成后再冲孔。
③孔靠近或孔边缘较小时，如果模具强度够高，最好同时冲出。
否则应先冲出大孔和一般精度孔，后冲出小孔和高精度孔或者先落料再冲孔，力求把可能产生的畸变限制在最小范围内。
④如果在同一个零件的不同位置冲压时，变形区域互相不发生作用，根据模具结构定位和操作的过程难易程度来确定。
⑤多角弯曲件主要从材料变形核材料的运动两方面安排弯曲的顺序。
一般是先弯外部角后弯内部角，弯角根据零件图先冲裁后落料，由固定挡料销定位。
⑵工序组合方式选择
冲压工序的组合是指将两个或两个以上的工序分析合并在一道工序内完成。
减少工序及占用的模具设备和数量，提高效率和冲压件的精度，在确定工序组合时，首先应考虑组合的必要性和可行性，然后再决定是否组合。
①工序组合的必要性主要取决于冲压件的生产批量。
②工序的组合的可行性受到多种因素的限制，应保证能冲压出形状、尺寸和精度均符合要求的图样，实现其所需动作保证有足够的强度与现有的冲压设备条件相适应。
根据零件图的要求及批量采用落料，拉深，冲孔复合模。
3.3冲压工艺方案
⑴工艺方案
该工件包括落料，拉深，冲孔三个基本工序，可以有以下三种工艺方案。
方案一：
先落料，再拉深，然后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二：
落料－拉深－冲孔复合冲压。
采用复合模生产。
方案三：
落料－拉深－冲孔连续冲压。
采用连续模生产。
⑵工艺方案分析
方案一模具结构简单，但需三道工序，即需要落料模，拉深模，冲孔模三副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求。
方安二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高。
尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。
方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。
欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造，安装较复合模复杂。
通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。
4确定毛坯形状，尺寸和主要参数计算
4.1毛坯尺寸计算
该工件位无凸缘圆筒形件，根据等面积原则采用解析法求毛坯直径。
如图4-1所示，将工件分为三个简单的几何体，如图三部分。
按工件厚度中心层计算h=20mm,d=79mm,r=5mm。
（a）
（b）
（c）
图4-1
Fig4-1
1确定是否加修边余量
由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后工件的边缘不整齐，甚至出现突耳，需在拉深后进行修边，所有在计算坯料直径时，要确定是否需要增加修边余量。
由于其工作相对高度
h/d=20/77.5≈0.26＜0.5
查文献【1】P188表5－2可知
不需加修边余量。
1计算毛坯直径
毛坯直径为：
=
=112.3mm
故取D=112.3mm
2确定是否需要压边圈
根据坯料相对厚度：
=1.5/112.3×
100=1.34
式中t——坯料厚度，㎜
D——毛坯直径，㎜
查文献【1】P185表5－1可知
不用压边圈，若怕该冲件在拉深过程中会发生起皱，保险起见，采用带弹性压边装置的模具。
这里的压边圈实际上是作为定位与顶件之用。
4.2确定拉深次数
由于拉深件的高度与其直径的比值不同，有的拉深件科研用一次拉深制成，而有的高度大的拉深件，则需要多次拉深才能制成。
所有根据工件的相对高度（h/d）和坯料的相对厚度（t/D×
100）的大小确定拉深次数。
查表可知，由于工件相对高度0.26远远小于一次拉深时的相对高度0.65～0.84，则可一次拉深成形。
也可根据相对厚度查表确定出筒形件（带压边圈）极限拉深系数m=0.50～0.53，而工件的拉深系数为d/D=77.5/112.3≈0.69＞m则可一次拉成。
4.3排样及材料利用率
（1）排样方法
冲裁件在板料，带料或条料上的布置方法称为排样。
合理的排样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。
应考虑以下原则：
①提高材料得利用率（不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件形状）。
②合理排样可使操作方便，劳动强度低。
③模具结构简单寿命长。
④保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。
A：
根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种：
a有废料排样b少废料排样c无废料排样
根据零件图可选用少废料排样。
沿冲件部分外形切断或冲裁。
只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。
这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。
B:
排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排等。
根据零件的形状和排样方法确定为直排排样。
如图4-2所示
图4-2搭边间隙
Fig4-2Thenesting
（2）搭边与料宽
①搭边
排样中相邻两个零件之间的余量或零件与条料边缘件的余量称为搭边。
其作用时补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
由排样图知搭边值a=a1=1.5
式中a——侧面搭边值
a1——冲件之间的搭边值
搭边值的大小与下列因素有关：
a材料的力学性能b材料的厚度c零件的外形和尺寸d排样方法e送料及挡料方式
②送料步距和条料宽度的确定
a.送料步距
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距）其大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。
b.条料宽度
条料宽度的确定原则：
最小条料宽度要保证冲裁件零件周边有足够的搭边值。
最大条料宽度要能在冲裁时顺利在导料板之间送行并与导料板之间有一定的间隙。
根据零件图要求，导料板之间无测压装置。
送料进距：
s=
=112.3+1.5mm=113.8mm
条料宽度：
b=
=112.3+2×
1.5mm=115.3mm
式中D——平行于送料方向冲裁件的宽度
③裁板方法
板料规格选用1.5mm×
800mm×
3000mm
每张钢板裁板条数n1:
为了操作方便，采用横裁，即
n1=3000/115.3=26条余2.2mm
每条裁板上的工件数n2
n2=（B－a1）/s=（800-1.5）/113.8=7个
式中B——钢板宽度（每条裁板的长度）800mm
每张钢板上的工件总数：
n总=n1×
n2=26×
7=182个
（3）材料的利用率
衡量材料的经济利用率的指标是材料的利用率
=
=76.9%
5确定冲模类型机结构形式
在冲压工艺性分析后拟定冲压工艺方案时选择复合模，又因零件的几何形状简单对称，工件间无搭边值，复合模结构相对简单，操作方便，又可直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠、便于操作，所以模具类型为少废料复合模。
5.1计算工序压力
在冲裁模设计中，冲压力是指落料力，缷料力，拉深力，压边力，冲孔力，切边力和推件力的总称。
它是冲裁时选择压力机，进行模具设计校核强度和刚度的重要依据。
①落料力
＝1.3×
3.14×
112.3×
320×
1.5N
＝220147.734N
≈220.1KN
式中δ——材料抗剪强度
查文献【1】P63表3－18可知
08钢δ＝260～360MPa取δ＝320Mpa
②卸料力
＝0.06×
220.1KN
≈5.28KN
查文献【1】P60表3－16可知式中K卸＝0.4
3拉深力
＝0.6×
77.5×
2×
400N
＝116808N
≈116.8KN
查文献【1】P197表5－7可知
式中K——修正系数，K＝0.6
δb——材料强度极限，08钢δb＝342～441MPa,取δb＝400MPa
4压边力
＝
N
≈9.0KN
式中rd——凹模圆角半径，取rd＝6mm；
P——单位压边力，P＝2.5MPa。
⑤冲孔力
＝
N
≈39.2KN
式中d——工件孔直径，d＝20mm。
⑥推件力
＝3×
0.05×
39.2N
＝5.9KN
式中n——冲孔时卡在凹模内的废料数，n＝3；
K推——推件力因素，K推＝0.05。
故总冲压力为：
＝220.1+5.29+116.8+9.0+39.2+5.9KN
＝395.6KN
5.2压力机的选择
冲压设备的选择主要包括设备的类型和规格参数两个方面；
冲压设备的选择直接关系到设备的安全以及生产效率、产品质量、模具寿命和生产成本等一系列重要问题。
5.2.1冲压设备类型的选择
根据所要完成的冲压工序性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择冲压设备的类型。
式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命和冲件的质量。
但是它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。
闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适于大中型冲压件的生产。
双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于比较复杂的大中型拉深件的生产。
高速压力机或多工位自动压力机适于大批量生产。
液压机没有固定的行程，不会因板材厚度超差而过载，全行程中压力恒定，但压力机的速度低、生产效率低。
适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。
摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。
在小批量生产中用来完成弯曲、成形等冲压工作。
肘杆式精压机刚度大、滑块行程小，在行程末端停留时间长，适用于校正、校平和整形等类冲压工序。
由于复合模工件需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。
5.2.2冲压设备规格的选择
在冲压设备类型选定以后，应进一步根据冲压加工中所需要的冲压力（包括卸料力、推料力等）以及模具的结构形式和闭合高度、外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。
⑴公称压力P
公称压力是指压力机滑块离下止点前某一特定距离，即压力机的曲轴旋转至离下止点前某一特定角度（称为公称压力角，约为30度）时，滑块上所容许的最大工作压力。
对于冲压工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的1.3倍，即P≥1.3F总；
得
KN
⑵滑块行程H
滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离。
压力机行程的大小应能保证毛坯或半成品的放入以及成形零件的取出。
一般压力机，其行程至少应大于或者等于成品零件高度的2.5倍以上。
H≥2.5h=
mm
⑶滑块行程次数
滑块行程次数是指滑块每分钟从上止点到下止点，然后再回到上止点所往返的次数。
⑷闭合高度
模具的闭合高度是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面之间的距离。
压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工作台面之间的高度。
大多数压力机，其连杆长度能调节，调节压力机连杆的长度就可以调整闭合高度的大小，故压力机有最大闭合高度（
）和最小闭合高度（
）。
模具的闭合高度必须适合于压力机闭合高度范围的要求，它们之间的关系一般为：
360-90-5≥H≥270-90+10
265mm≥H≥190mm
H1为垫板厚度
⑸其它参数
1压力机工作台尺寸
压力机工作台上垫板的平面尺寸应大于模具下模的平面尺寸，并留有固定模具的充分余地。
2压力机工作台孔尺寸
模具底部设置的漏料孔或弹顶装置尺寸必须小于压力机的工作台孔尺寸。
3压力机模柄孔尺寸
模具的模柄直径必须和压力机滑块内模柄安装用孔的直径相一致，模柄的高度应小于模柄安装孔深度
～15mm。
5.2.3冲压设备的确定
由表13.9［4］选择开式可倾工作台压力机。
压力机主要技术参数与规格如下：
公称压力：
630KN
滑块行程：
120mm
滑块行程次数：
70次/min-1
最大封闭高度：
360mm
封闭高度调节量：
90mm
立柱距离：
460mm
工作台尺寸（前后×
左右）：
480mm×
710mm
模柄尺寸（直径×
深度）：
50mm×
70mm
工作台板厚度：
90mm
床身最大倾角：
5.3计算模具压力中心
模具的压力中心就是冲裁力合力的作用点。
冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，从而提高模具的寿命。
冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力的作用点方法。
由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力的作用点可转化为求轮廓线的中心。
其压力中心就在圆心上。
即X0=0，Y0=0。
6模具总体的设计
6.1模具结构形式的确定
要正确选用模具的结构形式，必须根据冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素进行考虑。
在满足冲压件质量要求的前提下，最大限度的降低冲压件的生产成本。
确定模具的结构形式时，必须解决以下几个方面的问题：
1模具类型的确定简单模、级进模、复合模等。
2操作方式的确定手工操作、自动化操作、半自动化操作。
3进出料方式的确定根据原材料的形式确定进料方法、取出和整理零件的方法、原材料的定位方法。
4压料与卸料方式的确定压料或不压料、弹性或刚性卸料等。
5模具精度的确定根据冲压件的精度确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式或模具固定方式等。
表6.1复合模与级进模性能比较
Tab.6.1Thecomparationoffuctionbetweenincompounddieandprogressivedie
比较项目
复合模
级进模
冲压精度
高级和中级精度（3～5级）
中级和低级精度（5～8级）
制件形状特点
零件的几何形状与尺寸受到模具结构与强度方面的限制
可以加工复杂、特殊形状的零件，如宽度很小的异性件等
制件质量
由于压制冲裁同时得到校平，制件平正（不弯曲）且有较好的剪切断面
中、小件不平正（弯曲），高质量件需校平
生产效率
制件被顶到模具工作面上，必须用手工或机械排除，生产效率稍低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高
使用高速自动压力机
操作时出件困难，可能损坏弹簧缓冲机构，不作推荐
可在行程次数为每分钟400次或更多的高速压力机上工作
工作安全性
手需伸入模具的工作区，不安全，需采用技术安全措施
手不需伸入模具工作区，比较安全
多排冲压法的应用
很少采用
广泛用于尺寸较小的制件
模具制造工作量和成本
冲裁复杂形状零件比级进模低
冲裁简单形状零件比复合模低
本套模具采用冲孔、落料、拉深复合模。
压力机一次行程中在一个工位上同时完成两个或两个以上冲压工序（冲裁、拉深、弯曲等）的模具称为复合模。
复合模的特点：
复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大的减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，从而提高了生产率；
在复合模具中几道冲压工序是在同一工位上完成的，不用重新定位，可以避免重新定位产生的误差，从而保证了冲压件的位置精度；
复合模对用料的要求没有连续模那样严格，不规则的边角材料也能使用；
复合模的结构比单工序模复杂，加工难度大，对模具制造精度要求高，制造周期相对较长，因此模具的制造成本显著增加；
某些带狭窄面的工件受到凸凹模强度的限制，不能用复合模加工。
6.2定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，条料送进时，由导料销导向，采用固定挡料销来控制条料的送进步距。
6.3卸料、出件方式的选择
根据模具冲裁的运动特点，该模具采用弹性卸料装置和下出料的方式。
6.4导向方式的选择
为了提高模具的寿命和工作质量，方便安装、调整、维修模具，该复合模采用后侧导柱导套的导向方式。
6.5冲模设计中应采取的安全措施
⑴模具设计的安全要点
设计模具时应把保证人身安全的问题放在首位，它优先于对工序数量、制作费用等方面的考虑。
一般应注意以下几点：
①尽量避免操作者的手部或身体的其他部位伸入模具的危险区。
②手必须进入模内操作的模具，在其结构设计时应尽量提供操作的方便；
尽可能缩小模具闭合的危险区域；
尽可能缩短操作者手在模内操作的时间。
③设计时就应明确指示该模具的危险部位，并解决好防护措施。
④保证模具的零件及附件不因设计原因而损坏。
其主要零件应有必要的强度和刚度，防止在使用时断裂和变形。
⑤防止操作者的手部伸触到模具的可动部位，以免受到夹击和弹伤。
⑥不应要求操作者做过多、过难的动作，不应要求操作者的脚步有过大的移动，以免身体失去平衡，出现失误。
⑦应尽量避免因出件、清除废料而影响送料操作。
⑧避免模具上的突出物、尖棱处伤人或妨碍操作。
⑨20Kg以上的零件及模具应有起重措施，起重及运输时应注意安全。
⑵选择模具结构时的注意事项
1尽量采用机械化、自动化送、出料。
②运动部件上可能伤人之处应设防护罩，如压料板的下部、气缸活塞、钩爪等处。
③在模具上送进和取出坯件的部位要制出空手槽。
④模具中的压料圈、卸料板等弹性运动件要有终极位置限制器，防止弹出伤人。
⑤防止上模顶出板、导正销等可动件坠落。
⑥防止零件因震动而出现松动和脱落。
⑦应使操作者清晰的观察到下模的表面状况，便于送料和定料。
⑧涂漆。
危险部位应采用醒目的警戒色涂漆，以便引起操作者的注意。
7主要零部件的设计
模具主要零件的结构设计，就是确定工作零件、定位零件、卸料和推件零件、导向零件以及安装与固定零件的结构形式和固定方法。
在设计时，要考虑到零部件的加工工艺性和装配工艺性
7.1主要零部件的设计
7.1.1冲裁模刃口尺寸的计算
1凸、凹模刃口尺寸的确定
⑴凸、凹模刃口尺寸的确定原则
①考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模。
因此，落料模应先决定凹模的尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理的间隙。
冲孔件的尺寸取决于凸模，因此，冲孔模应先决定凸模尺寸。
用增大凹模尺寸来保证合理的间隙。
②考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响。
刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；
刃口磨损后尺寸变小，应接近或等于冲件的最大极限尺寸。
③考虑冲件精度与模具精度之间的关系，选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求又要保证有合理的间隙值。
一般冲模精度较冲件精度高2~3级。
⑵凸、凹模分别加工时的工作部分尺寸
其公式见表：
表一凸、凹模分别加工时的工作部分尺寸的计算公式
工序性质
冲件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
落料
冲孔
表示：
Dp，Dd——分别为落料凸，凹模刃口尺寸
dp，dd—分别为冲孔凸，凹模刃口尺寸
D，d—分别为落料件外径和冲孔件的基本尺寸
p，
d—
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