端盖的拉深、落料、冲孔复合模设计.pdf

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端盖的拉深、落料、冲孔复合模设计绪论模具是现代工业生产的重要工艺装备。

随着工业技术的迅速发展，在国民经济的各个领域都越来越多地依赖模具来进行加工。

采用模具来进行生产，具有以下的特点：

能绝大部分的代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件的质量，节约原材料，降低成本；而且模具生产出来的产品能“一模一样”，达到最大的互换性，极大程度的满足现代工业中互换性的标准及要求。

模具，特别是精密、复杂、长寿命的模具，是衡量一个国家模具发展水平的重要标志。

工业发达国家在汽车、电子、仪表、轻工业等方面的发展，产品的先进性、竞争力，在很大程度上取决于模具的先进性。

在我国，随着生产和科学技术的发展，特别是20世纪80年代以来，产品的更新换代速度加快，品种数量迅速增加。

这使得模具的需求量不断增加，质量也要求越来越高，从而使模具技术在国民经济中的地位和作用日趋重要。

近年来，日本的汽车、手表、家用电器等产品的产量猛增，品种繁多，并在国际市场占据优势地位，其重要原因之一就是模具技术的高度发展。

可见，研究和发展模具技术，对促进国民经济的发展具有特别重要的意义。

目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺，模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命，效率、加工精度、生产周期等方面与发达国家的模具相比差距相当大。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型，精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。

在现代工业生产中，由于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压产品正朝着复杂化，多样化高、性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化，高效率、高精度、长寿命方向发展。

随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计，依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD），数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。

未来冲压模具的发展趋势：

模具行业在今后的发展中，首先要关注其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。

我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。

没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。

如汽车生产中90以上的零部件，都要依赖模具成型，在电子产品中，冲压件约占8085；在汽车，农业机械产品中，冲压件约占7580；在轻工产品中，冲压件约占90以上。

此外，在航空及航天工业生产中，冲压件也占有很大的比例。

在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40左右。

而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

本课题的要求是：

（1）系统性的进行总结，使所学的基础课得到巩固，同时提高专业知识的运用能力。

（2）运用所学的知识解决模具生产中遇到的实际问题，运用综合知识更好的解决问题。

（3）通过这次具体的端盖的模具的设计与研究，使综合知识的能力得以加强，掌握设计的基本过程和基本方法和在设计过程中参考有关实际生产的资料以了解实际与理论的差异，以便在以后的工作和学习中能更好的设计和生产高质量的模具。

冷冲压模具设计应注意的问题：

冷冲压模具设计的整体过程是从分析总体方案开始到完成全部技术设计，这期间要经过计算，绘图，修改细节上的错误后不合理等等。

在设计过程中应注意以下问题。

（1）设计合理高效的模具结构根据零件图样及技术要求，结合生产实际情况，提出模具结构方案，分析、比较、选择出最佳的方案。

（2）采用标准零部件应尽量选用国家标准件及工厂冲模标准件。

使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）其它定位销的用法：

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，每个模具上根据需要选用。

螺钉用法：

固定螺钉拧入模体的长度不能过长，如：

旋入铸铁件的长度是螺钉直径的22.5倍，旋入一般钢件的长度是螺钉直径的1.52倍。

对导柱、导套的要求：

模具完全对称时两导柱的导向直径不应设计得成相同的，避免合模时误装模具而损坏模具刃口或其他的零部件。

导套长度的选取应保证开始工作的导柱进入导套1015mm。

取出制件方便：

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。

第1章冲裁件的工艺性原始资料：

工件名称：

端盖工件简图：

如图1所示生产批量：

大批量材料：

08钢材料厚度：

2.0mm图1工件图1.1原坯料的性能分析08钢属于优质碳素结构钢，其主要性能是属于极软低碳钢，强度、硬度很低，塑性、韧性较好，冷加工性好。

宜轧制成薄板、薄带、冷变形材、冷拉、冷冲压、焊接件、表面硬化件。

1.2冲裁件的结构工艺性1.2.1结构工艺性冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸、基准是否符合冲裁加工的工艺要求。

由于冲裁件要求形位精度的尺寸23.0024+、20.0014+、028.038、2.048的精度等级为IT12；其余尺寸为自由尺寸，冲裁件精度等级不高，模具的制造等级为IT9就能满足要求。

1.2.2拉深工艺的可行性

（1）毛坯相对厚度：

%74.4%1002.422%100=Dt；

（2）凸缘相对直径：

357.12838=ddt；（3）工件相对拉深高度：

158.0）228（）21.6（=dh；注：

由冲压模具设计与制造表4.5.1有凸缘筒形件首次拉深的极限相对高度11/dh查得70.011=dh，因为11158.0dhdh=,故可一次拉深成形。

1.3加工工艺方案的确定该工件包括落料、拉深、冲孔三工序，可有以下几种方案：

方案一：

先落料、拉深；再冲孔。

采用两模具生产加工。

方案二：

拉深落料冲孔复合冲裁。

采用复合模生产。

方案三：

拉深冲孔落料级进冲裁。

采用级进模生产。

方案一的模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产率低且生产出来的冲裁件形位精度低，难以满足图纸要求。

方案二，只需一副模具，工件的形位精度得以保证的同时生产效率也提高，而且一副模具使得成本大大降低。

方案三，采用的是级进模，生产效率虽然提高了，但是产品的形位精度得不到保证，级进模也使得生产的成本提高。

通过以上方案的分析比较，该工件的生产采用方案二为佳。

1.4冲裁件主要设计计算1.4.1冲裁件的坯料尺寸计算图2冲裁件冲裁件拉深部分的坯料直径尺寸D（也就是工件外形尺寸38的拉深前的坯料直径）为：

ddRrdhdrrddD2324222212156.428.64828.6+=d1=22d2=26d3=27d4=38r=1R=0.5h=2.6D=42.22mm1.4.2排样方式的确定及其计算设计复合模，首先确定条料排样图。

该冲裁件的特点是对称的，直排时的材料利用率低，但是由于考虑到该工件的工序力及材料在工序过程中的流动性，直排会使材料在流动过程中所受的阻力小，且流动性会更好些，冲裁出来的工件在力学、材料的冷作硬化和断面质量方面会好；采用对头直排的材料利用率会高些，但是在拉深过程中，材料的流动性会较差，拉深力增大很多。

有可能会是材料在凹模圆角处发生拉裂现象。

因此，采用直排的排样方式。

图3排样图查冲压模具设计设计与制造表2.5.2，最小搭边值a1.8mm，a11.5mm，由于工件有拉深工序，取用a2mm，a12mm。

因此，搭边值取2mm，条料宽度为76.2mm，步距为44.2mm，一个步距的材料利用率为51.55%，查板材标准，选用1000mm1250mm的钢板，每张钢板可剪裁为13张条料（76.2mm1250mm），每张条料上可冲28个工件，故每张钢板的材料利用率为50.56%。

1.4.3冲裁工艺力的计算该模具采用复合模，拟用弹性拉深装置、弹性卸料、下出废料。

冲压力的相关计算见下表：

表1条料及冲压力的相关计算项目分类项目公式结果备注排样冲裁件面积AA1736.271736.27mm2查冲压模具设计设计与制造表2.5.2，最小搭边值a=1.8mm，a1=1.5mm（由于工件有拉深工序，取用a=2mm，a1=2mm）；采用弹性压边装置，采用定位销对条料的送进定位。

条料宽度BB72.22276.2mm步距SS42.2244.2mm一个步距的材料利用率%100=BSnA%1002.442.7627.1736=51.6%冲压力拉深力F11KtdFb=3.142823500.6640619.04Nb3501K0.66冲裁力1F（落料）btKLF11=1.31692320140608NL1169mmb320MPa冲裁力2F（冲孔）btKLF22=1.343.9623201.315.72320262699.52NL243.96mmL215.7mmb320MPa卸料力XF1FKFXX=0.051406087030.4NXK0.05推件力TF2FnKFTT=30.5536574.7230.5526124.8103454.21N1n3，2n3TK0.55，1F36574.72，2F13062.4冲压工艺总力ZFTXZFFFFFF+=2140619.0414060862699.527030.4103454.21354411.17N弹性卸料，弹性打件，下出废料注：

刘建超、张宝忠主编的，冲压模具设计与制造表2.6.1卸料力、推件力和顶件力系数表，得XK0.05，TK0.55。

1.4.4压力中心的确定为了保证压力机和模具正常工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线重合。

否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。

冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力作用点的方法。

由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。

具体方法如下：

（1）按比例画出冲裁轮廓线，选定直角坐标yx、；

（2）把图形的轮廓线分成几部分，计算各部分长度xLLL.,21，并求出各部分重心位置的坐标）,（11yx,）,（22yx）,（nnyx；（3）按冲裁轮廓线下列公式求冲模压力中心的坐标值）,（00yx：

nnnLLLxLxLxLx+=2122110nnnLLLyLyLyLy+=2122110计算压力中心时，先按比例画出零件图如下图（图4）所示，把坐标原点取在工件的对称中心上，建立xoy坐标系如下图所示，将冲裁轮廓线按几何图形分解成111LL,共11组基本线段；还有拉深部分的lsL的中心在xoy的原点上。

用解析法求得模具的压力中心C点坐标（0，0），有关计算如下表（表2）：

图4零件的冲裁轮廓图表2各压力中心的坐标值基本要素长度（mm）各基本要素压力中心的坐标值xy24.203601161014.321=L24082.736064714.322=L20.0616.5481.333601023814.33=L0082.736064714.324=L20.0616.5424.203601161014.325=L24082.736064714.326=L20.0616.5481.333601023814.37=L0082.736064714.328=L20.0616.545.17514.39=L24096.431414.310=L005.17514.311=L240合计：

218.3400第2章凸、凹模间隙和工作部分尺寸的计算