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落料拉伸复合模课程设计

机械专业综合课程设计说明书

落料拉伸复合模

学院（系）：

机电工程学院

专业：

机械制造及其自动化

学生姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

第1章零件的分析

1.1零件工艺性分析

图1.1凸缘筒形件零件图

该零件是某凸缘筒形件，材料为08，厚度1.5mm，大批量生产［1］。

表1.1常见优质碳素钢力学性能表

材料名称

牌号

材料状态

抗剪强度

抗拉强度

伸长率

屈服强度

电工用纯铁

C＜0.025

DT1、DT2、

DT3

已退火

180

230

—

普通碳素钢

未退火

310～380

380～470

21～25

240

铝

L2、L3、L5

已退火

75～110

50～80

冷作硬化

100

120～150

—

优质碳素结构钢

已退火

440～560

550～700

360

该零件断面粗糙度、飞边毛刺都无特殊要求，普通冲裁可以达到

=3.2～6.4µm，故普通冲裁可达到零件要求。

结论：

综上所述，该零件适合普通冲压。

根据零件图可知采用拉深。

经查公差表,IT14，各尺寸公差为：

表1.2标准公差数值（摘自GB/T1800.3-1998）

公差等级

IT2

IT3

IT4

IT5

IT6

IT7

IT8

IT9

IT10

IT11

IT12

IT13

IT14

基本尺寸/mm

/μm

/mm

≤3

＞3～6

＞6～10

＞10～18

＞18～30

＞30～50

＞50～80

＞80～120

＞120～180

＞180～250

＞250～315

＞315～400

＞400～500

1.2

1.5

2.5

100

115

130

140

155

100

120

140

160

185

210

230

250

110

130

160

190

220

250

290

320

360

400

0.10

0.12

0.15

0.18

0.21

0.25

0.30

0.35

0.40

0.46

0.52

0.57

0.63

0.14

0.18

0.22

0.27

0.33

0.39

0.46

0.54

0.63

0.72

0.81

0.89

0.97

0.25

0.30

0.36

0.43

0.52

0.62

0.74

0.87

1.00

1.15

1.30

1.40

1.55

1.2模具分析及制定工艺方案

1.2.1方案的确定

该零件包括落料,拉深2个基本工序，可以采用以下3种工艺方案：

方案一：

直接在落料,拉深等每道工序一个模具。

方案二：

采用落料拉深的复合模具。

方案三：

采用落料,拉深连续模。

1.2.2方案比较

表1.3单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能

比较项目

单工序模

复合模

级进模

生产批量

小批量

中批量和大批量

冲压精度

较低

较高

冲压生产率

低，压力机一次行程内只能完成一个工序

较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序

高，压力机在一次行程内能完成多个工序

实现操作机械化自动化的可能性

较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化

制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作

容易，尤其适应于单机上实现自动化

生产通用性

通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产

通用性较差，仅适合于大批量生产

通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产

冲模制造的复杂性和价格

结构简单，制造周期短，价格低

冲裁较复杂零件时，比级进模低

冲裁较简单零件时低于复合模

复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。

由于零件的生产要求的是大批量生产、零件的尺寸较小且结构较复杂，制造相对比较难，为提高生产率，根据上述方案分析、比较、宜采用复合模。

1.3拉深工艺的计算

材料：

08。

料厚：

1.5mm。

解：

由题意及图可知，此工件料厚1.5mm，因此零件按中线尺寸计算。

在实际计算中，要增加修边余量△h，

由d凸/d=0.42，得

当H=5~50mm时，取3mm。

1、计算毛坯展开尺寸

如图

由公式得

≈86mm

2、确定拉深次数

h/d=0.5,d凸/d=0.42

由

，查表得

首次拉深的极限拉深系数[m1]=0.51。

工件总的拉深系数

查表得0.73

m>[m1],所以一次拉深可以拉出。

第2章模具间隙和凹模尺寸的确定

冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。

正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。

冲裁过程中分为三个变形阶段：

弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段。

断面分为四个区域：

圆角区，即塌角；光亮带，表面光滑，表面质量最好；剪裂带，表面粗糙；毛刺区。

2.1冲裁间隙的确定

冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之间的空隙尺寸，如图所示。

设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高。

冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损、变形、崩刀和凹模刃口胀裂四种。

间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响。

间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小。

但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。

一般间隙为（10%~15%）t时的磨损最小，模具寿命较高。

图2.1冲裁间隙图

由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。

所以在实际生产中，其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。

目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植。

本套模具采用查表法予以确定其间隙植。

根据实用间隙表查得的最小双面间隙Zmin=0.132mm，最大双面间隙Zmax=0.24mm。

表2.1冲裁模初始双边间隙值mm

材料

厚度

08、10、35、

09Mn、Q235

16Mn

40、50

65Mn

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

小于0.5

极小间隙（或无间隙）

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.2

1.5

1.75

2.0

2.1

2.5

2.75

3.0

3.5

4.0

4.5

5.5

6.0

6.5

8.0

0.040

0.048

0.064

0.072

0.092

0.100

0.126

0.132

0.220

0.246

0.260

0.4000.460

0.540

0.610

0.720

0.940

1.080

0.060

0.072

0.092

0.104

0.126

0.140

0.180

0.240

0.320

0.360

0.380

0.500

0.560

0.640

0.740

0.880

1.000

1.280

1.440

0.040

0.048

0.064

0.072

0.090

0.100

0.132

0.170

0.220

0.260

0.280

0.380

0.420

0.480

0.580

0.680

0.780

0.840

0.940

1.200

0.060

0.072

0.092

0.104

0.126

0.140

0.180

0.240

0.320

0.380

0.400

0.540

0.600

0.660

0.780

0.920

0.960

1.100

1.200

1.300

1.680

0.040

0.048

0.064

0.072

0.090

0.100

0.132

0.170

0.220

0.260

0.280

0.380

0.420

0.480

0.580

0.680

0.780

0.980

1.140

0.060

0.072

0.092

0.104

0.126

0.140

0.180

0.240

0.320

0.380

0.400

0.540

0.600

0.660

0.780

0.920

1.040

1.320

1.500

0.040

0.048

0.064

0.090

0.060

0.072

0.092

0.126

2.2刃口尺寸计算的依据与法则

在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则:

（1）根据落料和拉深的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；拉深件的尺寸取决于凹模尺寸，故拉深以凹模为基准件，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。

（2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凹模刃口磨损后使拉深件孔径减小，故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。

（3）凸模和凹模之间应保证有合理的间隙。

（4）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。

制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙：

分别加工法。

分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间隙要求。

凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。

这种加工方法必须把模具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。

这种方法主要用于冲裁形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。

单配加工法。

用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。

先加工基准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。

通常，落料件选择凹模为基准模，拉深件选择凸模为基准模。

这种方法多用于冲裁件的形状复杂、间隙较小的模具。

根据上述计算法则，对于采用分别加工的凸模和凹模，应保证下述关系：

│δ凸│+│δ凹│≤Zmax－Zmin

也就是说，新制造的模具应该保证δ凸+δ凹+Zmin≤Zmax，否则，模具的初始间隙已超过了允许的变动范围Zmin~Zmax，影响模具使用寿命。

本套模具采用分别加工法进行加工。

分开加工时计算公式如下:

D凹=（Dmax－χ△）

D凸=（D凹－Zmin）

=（Dmax－χ△－Zmin）

式中D凸、D凹-分别为落料凹模和凸模的基本尺寸；

d凸、d凹-分别为拉深凹模和凸模的基本尺寸；

Dmax-落料件的最大极限尺寸；

dmin-拉深件的最小极限尺寸；

△-冲裁件公差；

χ-磨损系数。

δ凸、δ凹-分别为凹模和凸模的制造公差，凸模偏差取值负向，凹模

偏差取正向。

由表可查得:

Zmin=0.132Zmax=0.24

Zmax－Zmin=（0.24-0.132）mm=0.108mm

表2.2简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差mm

公称尺寸

凸模偏差δ凸

凹模偏差δ凹

公称尺寸

凸模偏差δ凸

凹模偏差δ凹

≤18

>18~30

>30~80

>80~120

>120~180

－0.020

－0.025

－0.030

+0.020

+0.025

+0.030

+0.035

+0.040

>180~260

>260~360

>360~500

>500

－0.030

－0.035

－0.040

－0.050

+0.045

+0.050

+0.060

+0.070

由表可查得：

查磨损系数X=0.75。

表2.3磨损系数mm

材料厚度

工件公差△

1~2

2~4

≤0.16

≤0.20

≤0.24

≤0.30

0.17~0.35

0.21~0.41

0.25~0.49

0.31~0.59

≥0.36

≥0.42

≥0.50

≥0.60

<0.16

<0.20

<0.24

<0.30

≥0.16

≥0.20

≥0.24

≥0.30

磨损系数

非圆形X值

圆形X值

0.75

0.5

0.75

0.5

对落料件得基本尺寸Φ86的凹模和凸模的基本偏差尺寸值可查表得:

δ凸=-0.020mmδ凹=+0.030mm

根据条件:

│δ凸│+│δ凹│≤Zmax-Zmin

则（0.020+0.030）mm=0.050mm<0.108mm

所以，满足分别加工条件。

（a）（b）

图2.2工作零件刃口尺寸

（a）落料（b）拉深

选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。

一般冲模精度较工件精度高2

4级。

对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差可按IT6

IT7级来选取；对于形状复杂的刃口，制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的，制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（

）。

在这里制造偏差按工件相应部位公差值的1/4来选取

表2.4工作零件刃口尺寸的计算

尺寸及分类

尺寸转换

计算公式

结果

落料

D凹=（Dmax-χ△）

D凸=（Dmax-χ△-Zmin）

D凹=85.44

D凸=85.308

确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉伸件的弹复，其尺寸公差只在最后一道工序考虑。

对最后一道工序的拉深模，其凸模、凹模的尺寸及其公差应按工件尺寸标注方式的不同，有公式计算。

拉深凹模尺寸：

拉深凸模尺寸：

中dT-凸模的基本尺寸，mm

DA-凹模的基本尺寸，mm

Lmin-拉深件的最小极限尺寸

△-拉深件的尺寸公差，mm

Z-凸、凹模具的双面间隙2（t+0.2t）

第3章冲裁力的计算与设备的选择

3.1冲压力的计算

冲裁力就是冲压过程中，压力机给予模具施加的压力，经过传递的关系到达板料，板料所受的压力最大值。

结合cad软件计算可以得知落料和拉深周长。

平刃口冲裁时的冲裁力计算公式如下：

F=KLtτb

式中：

F----冲压时冲裁模的冲压力，单位为N；

L----冲裁模的边缘的长度,单位为mm；

t----制件材料的厚度,单位为mm；

τb----制件材料的抗剪强度,单位为MPa；

K----修正系数,一般可取K=1.3。

表3.1常见材料力学性能表

材料名称

牌号

材料状态

抗剪强度

抗拉强度

伸长率

屈服强度

普通碳素钢

未退火

310～380

304~373

21～25

240

通过表中的常用冲压材料的力学性能，查表可以得到τb=304~373MPa，可以取350MPa

落料力

由上面得冲裁力的计算公式

F落料=KLtτ

式中：

K—系数，K=1.3；

L—冲裁周边长度（mm）；

t—冲裁件的厚度（mm）；

τ—材料的抗剪强度（MPa）。

F=KLtτ

=1.3×270.177×350×1.5mm

=184.4（kN）

表3.2卸料力、推件力和顶件力系数

料厚t/mm

钢

≤0.1

＞0.1～0.5

＞0.5～2.5

＞2.5～6.5

＞6.5

0.065～0.075

0.045～0.055

0.04～0.05

0.03～0.04

0.02～0.03

0.1

0.063

0.055

0.045

0.025

0.14

0.08

0.06

0.05

0.03

铝、铝合金

纯铜，黄铜

0.025～0.08

0.02～0.06

0.03～0.07

0.03～0.09

影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。

在实际生产中常采用经验公式计算：

卸料力

推料力

顶件力

式中：

—冲裁力；

—卸料力系数；其值为0.045；

—推料力系数；其值为0.055；

—顶件力系数；其值为0.06；

—梗塞在凹模内的制件或废料数量（

）；

—直刃口部分的高（mm）；

—材料厚度（mm）。

卸料力

由表得卸料力的计算公式

F卸料=K卸料F落料

式中：

K卸料—卸料力系数。

F卸料=K卸料F落料

=0.045×184.4

=8.298（kN）

顶件力

由表中顶件力的计算公式

F顶件=K顶件F落料

式中：

K顶件—顶件力系数。

F顶件=K顶件F落料

=0.06×184.4

=11.064（kN）

拉深力

式中，

拉深件的直径

；

材料厚度　

；

——材料的强度极限

；

拉深力

；

修正因数

K=0.6,

=350Mpa

F=Kπdt

=0.6π×25×1.5×350=24.73Kn

3.2压力中心计算

如对毛坯进行加工必须要用到压力机。

而压力机位置的确定必须先确定压力中心。

其出公式如下：

（2-5a）

（2-5b）

由上式可知，在同种材料、板厚相同的条件下，

冲裁轮廓各部分的冲裁力与轮廓线的长度成正比，同时冲裁力沿轮廓分布，因此求轮廓各部分冲裁力合力的作用点（压力中心），可转化为求轮廓线的质心位置。

AutoCAD具有计算物体质量特性的功能，如周长、面积、质心等，但在AutoCAD中，

只有实体、面域才有质量，线不具有质量，直接对线求质心没有意义J，因此要计算刃口轮廓线质心，关键在于把轮廓线转换为实体和面域。

对大多数情况而言，把轮廓线转换为面域就能准确求质心。

本方法的基本思想是将刃口的轮廓线，用平行于轮廓的两条多义线构造出面域或面域的差集来代替，进而求面域或面域差集的质心；且由于以极限的思想选取两条多义线的间距，当取适当小值时，计算结果可达到精度要求。

由于零件几何对称,所以及在中心位置

3.3冲压设备的选用

通过计算冲压的力的1.3倍作为选择压力机的参考压力，本模具在冲裁过程中总的冲压力

，可按公称压力

选择压力机。

选压力机型号为J23-63压力机；其主要的技术参数如下：

表3.3开式冲压设备型号和规格

公称的压力

630kN

最大的闭合高度

400mm

滑块的行程

100mm

台面的尺寸（前后×左右）

570mm×860mm

闭合高度的调节量

80mm

模柄孔尺寸

Φ50mm×70mm

3.4压力机的校核

3.4.1公称压力的校核

根据计算可知总冲压力，选用的压力机J23—63的公称压力630kN，可以看出完全符合冲压要求。

3.4.2闭合高度的校核

该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。

该模具闭合高度：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h

式中：

L-冲孔凸模长度；

H-凸凹模厚度；

h-冲孔凸模冲裁后进入凸凹模的深度h=1.5mm。

根据公式得模具的闭合高度为：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h=226（mm）

可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，该模具的闭合高度小于所选压力机型号为J23-63的最大闭合高度为400mm，可以使用。

3.4.3滑块行程长度的校核

根据表中所给出的滑块行程长度为100mm，滑块行程长度足够，确保了条料能放入和冲裁件能够从模具中直接取出。

3.4.2工作台面尺寸

根据表中所给出的工作台面的尺寸为570mm×860mm，大于模座尺寸280mm×275mm，所以可以给模架足够的空间，符合要求。

3.4.3模柄孔尺寸

根据表中所给出的模柄孔直径为50mm，其数值与模柄直径相符合，高度为70mm，其数值也符合。

经以上校核后可以确定，所选用的开式双柱可倾压力机J23—63能满足要求。

第4章排样设计

根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。

经排样计算决定采用［7］，

4.1搭边设计

搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。

表4.1搭边a和a1数值

材料厚度

圆件及r＞2t的工件

矩形工件边长L＜50mm

矩形工件边长L＞50mm或r＜2t的工件

工件间a1

沿边a

工件间a1

沿边a

工件间a1

沿边a

＜0.25

0.25~0.5

0.5~0.8

0.8~1.2

1.2~1.6

1.6~2.0

2.0~2.5

2.5~3.0

3.0~3.5

3.5~4.0

4.0~5.0

5.0~12

1.8

1.2

1.0

0.8

1.0

1.2

1.5

1.8

2.2

2.5

3.0

0.6t

2.0

1.5

1.2

1.0

1.2

1.5

1.8

2.2

2.5

2.8

3.5

0.7t

2.2

1.8

1.5

1.2

1.5

1.8

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