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拉伸复合模具DOC复习课程

圆筒落料拉深复合模设计

绪论

随着工业产品质量的不断提高，冲压零件日益复杂化，冲压模具正向高效、

精密、长寿命、大型化发展，冲压模具制造日益复杂。

模具制造正由过去的劳动

密集、依靠工人的手工技巧及采用传统机械加工设备的行业转变为技术密集型行

业，更多的依靠各种高效、高精度机床，从过去单一的机械加工转变为机械加工、

电加工以及其他特种加工相结合的时代。

一般来说，冲模是专用的工艺装备，冲模制造属于单件生产。

尽管采取了一些

措施，如模架标准化、毛坯专用化、零件商品化等，适当集中模具制造中的部分

内容，使其带有批量生产的特点，但对于整个模具制造过程，尤其对于工作零件

的制造仍属于单件生产。

冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性

变形，从而获得所需零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方式。

因为它通

常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。

冷冲压不但可以加工金属材料，而且

还可以加工非金属材料和复合材料。

冲模是将材料加工成所需冲件的一种工艺装备。

冲模在冷冲压中至关重要，

一般来说，不具备符合要求的冲模，冷冲压就无法进行；先进的冲压工艺也必须

依靠相应的冲模来实现。

但由于冲模制造一般是单件小批量生产，精度高，技术要求高，是技术密集

型产品，制造成本高。

因而，冷冲压生产只有在生产批量大的情况下才能获得较

高的经济效益。

综上所述，冷冲压与其它加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产

中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。

相当多的工业部门都越来越多地采用冷

冲压加工产品零部件，如机械制造、车辆生产、航空航天、电子、电器、轻工、

仪表及日用品等行业。

在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当大，不少过

去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻、刚度好的冲压件

所代替。

通过冲压加工，大大提高的生产率，降低了成本。

可以说，如果在生产

中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门的产品要提高生产率、提高质量、降低成

本，进行产品的更新换代是难以实现的。

模具是大批量生产同形产品的工具，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，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品

表面。

用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的轧制钢板或钢带为坏料，且

在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、质量轻、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的技术水平的提高，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，以提高产品的生产率的质量。

对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件冲压件，而高速冲床每分钟可

生产数百件甚至上千件以上冲压件。

冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，

因而是一种节省能源、节省原材料的无（或少）切削加工方法。

由于冷冲压所用

原材料多是表面质量好的板料或带料，冲件的尺寸公关由冲模来保证，所以产品

尺寸稳定、互换性好。

冷冲压产品壁薄、质量轻、刚性好，可以加工成形状复杂

的零件，小到钟表的秒针、大到汽车纵梁、覆盖件等。

显而易见，模具作为一种

专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。

模具的出现可以追溯到几千年前的陶器烧制和青铜器铸造，但其大规模应用

却是随着现代工业的崛起而发展起来的。

19世纪，随着军火工业、钟表工业、无

线电工业的发展，模具开始得到广泛使用。

第二次世界大战后，随着世界经济的

飞速发展，它又成了大量生产家用电、车、电子仪器、照相机、钟表等零件的最

佳方式。

从世界范围看，当时美国的冲压技术走在最前列，而瑞士的精冲、德国

的冷挤压技术，苏联对塑性加工的研究也处于世界先进行列。

20世纪50年代中期

以前，模具设计多凭经验，参考已有图纸和感性认识，根据用户的要求，制作能

满足产品要求的模具，但对所设计模具零件的机械性能缺乏了解。

从1955年到1965

年，人们通过对模具主要零件的机械性能和受力状况进行数学分析，对金属塑性

加工工艺驻原理进行深入探讨，使得冲压技术得到迅猛发展。

在此期间归纳出的

模具设计原则，使得压力机械、冲压材料、加工方法、模具结构、模具材料、模

具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化方向推进。

进入20世纪70

年代，不断涌现出各种高效率、高精度、高寿命的多功能自动模具。

其代表是五

十多个工位的级进模和十几个工位的多工位传递模。

在此期间日本以“模具加工

精度进入微米级”而站到世界工业的最先列。

从20世纪70年代中期至今，计算

机逐渐进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域；辅助进行零件图形输入、

毛坯展开、条料排样、确定模座尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序

（用于数控加工中心和线切割编程）等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性

不断提高，模具制造周期不断缩短。

当前国际上计算机辅助设计（CAD）和计算机

辅助制造（CAM）的发展趋势是：

继续发展几何图形系统，以满足复杂零件的模具

的要求；在CAD和CAM的基础上建立生产集成系统（CIMS）；开展塑性成形模拟技

术（包括物理模拟和数学模拟）的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平

和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，发展专家系统和智能CAD等。

我国模具工业是19世纪末20世纪初随着军火和钟表业引进的压力机发展起来

的。

从那时到20世纪50年代初，模具多采用作坊式生产，凭工人经验，用简单

的加工手段进行制造。

在以后的几十年中，随着国民经济的大规模的发展，模具

业进步很快。

当时我国大量引进苏联的图纸、设备和先进经验，其水平不低于当

时工业发达的国家。

此后直到20世纪70年代末，由于错过了世界经济发展的在

浪潮，我国的模具业没有跟上世界的步伐。

20世纪80年代末，伴随家电、轻工、

汽车生产线模具的大量进口和模具国产化的呼声日益高涨，我国先后引进了一批

现代化的模具加工机床。

在此基础上，参照已有的进口模具，我国成功地复制了

一批替代品，如汽车覆盖件模具等。

模具的国产化虽然使我国模具制造水平逐渐

赶上了国际先进水平，但计算机应用方面仍然存在很大差距。

我国模具CAD/CAM技术从20世纪80年代起步，长期处于低水平重复开发阶

段，所用软件多为进口的图形软件、数据库软件、NC软件等，自主开发的软件缺

乏通用性，商品化价值不高，对许多引进的CAD/CAM系统缺乏二次开发，经济效

益不显著。

针对上述情况，国家有关部门制定了相关政策和措施。

在国家产业政

策和与之配套的一系列经济政策的支持和引导下，“九五”期间我国模具工业发展

迅速，模具行业产业结构有了较大改善，模具商业化水平提高了近10个百分点，

中高档模具占模具总量的比例有了明显提高，模具进出口比例也逐步趋向合理。

科学技术不段在飞速发展着，我国的模具工业根据技术的不段更新也朝着新的

起点迈进。

虽然我国模具工业发展比较的晚，但经过广大模具工作者的辛勤奋斗，

模具已在向精密复杂的领域进攻，而且在政府的帮助下，我相信我们会逐渐的缩

短与发达国家模具工业的发展距离。

向更高的方向前行。

第一章工件分析

工件：

圆筒

工件如图：

材料为10号钢，料厚1.0mm,制件尺寸精度IT14级，形状简单，

尺寸叫小，大批量生产，属普通冲压件。

第一节工艺分析

1.1.1工件工艺分析

该工件为圆筒件拉深，形状简单，工件的厚度也无严格要求，易于成型。

根据

尺寸对应关系，可设计一副模具完成落料、拉深。

1.1.2冲压工艺方案的确定

该工件包括落料、拉深两道工序。

方案一：

先落料，在拉深，采用单工序模具。

方案二：

落料、拉深复合模具。

方案三：

拉深——落料级进冲压模具。

方案比较：

方案一中，模具结构简单，但要做到两副模具才能完成，对于大批量生产的工

件，采用单工序模具回降低工作效率。

方案二中，只需要一副模具，机构比方

案一复杂，但对于结构对称的工件，模具的制造也并不困难，可一次性完成落

料、拉深，生产效率高，适于大批量生产。

方案三中，采用级进模具，也只需

要一副模具，模具结构复杂，而且在送料时较困难，拉深后工件边缘质量不好，

综合考虑采用方案二较好。

第二节毛坯的计算

1.2.1毛坯尺寸的计算

r dr d

h H d D

2 2

56 . 0 72 . 1 ） （ 4−−∆++=

因板料厚度为1mm，可按板厚中径计算。

d=34mmH=16.5mmr=3.5mm

查表得：

 mm h 2 . 1=∆

计算得：

D=56.20mm

1.2.2拉深次数的确定

坯料的相对厚度为：

t/D=1/56.20X100%=1.779%

根据数据查表，可用压边圈也可不用，但为保险操作，仍需采用压边圈。

总的拉深系数为：

587 . 0 20 . 56 / 33 /=== D d

m总

查表，08钢首次拉深系数为0.5mm，

m m

1

≥

总

所以，可采用一次完成拉深。

拉深件的高度计算:

h=H+ h∆=16.5+1.2=17.2mm

1.2.3排样的计算

[1]冲裁件的面积

A=

mm D

2 2 2

794 . 24 * 14 . 3 4 /

20 . 56

==π

[2]条料宽度的计算

因模具中已设有压边圈，无需侧压装置，则条料的宽度为：

B=D+2a

查表：

工件间最小料宽：

 mm

a

8 . 0

1=

侧面料搭边：

a=1m

则条料的宽度为：

B=56.20+2=58.20mm

查表：

条料的偏差为0.6mm，即

2 . 58

0

6 . 0−

[3]步距s的计算

s=D+ mm

a

57 8 . 0 20 . 56

1

=+=

[4]材料的利用率

% 74 % 100 * /== Bs Aη

第二章模具有关计算

第一节冲裁力的计算

2.1冲压力的计算

[1]落料力的计算：

τ b

KLt F=

F－冲裁力L－冲裁周长（L= Dπ）t－材料厚度

τ b －抗剪强度

Ｋ－系数（一般取１.３）

τ B 查表取310 MPa

则L=3.14*56.20=176.468mm

F=1.3*176.468*1*310=71116.6N

[2]拉深力的计算：

F=

K

b

dt

1σ

π

d－拉深后工件的直径（外径的尺寸）

－

σ b

材料的抗拉强度（查表取３１５ MPa ）

t－板料的厚度−

K1

修正系数（查表得０.９３）

则F=14*34*１*315*0.93＝31275Ｎ

[3]

FY

压边力太小，防皱效果不好。

压边力太大，会增加传力区危险断面上的拉应

力实际应用中，在保证变形区不起皱的前提下尽量用小的压边力。

P d

r D F A Y

] 2 [ 4 /

） （

2

1

2

+−=π

Ｐ－单位面积压料力（查表取２.０）−

rA

凹模圆角半径（暂取６）

则 F

Y ＝3.14/4［

） 6 2 34 （ 20 . 56

2

2

++

−］*２＝1636.6Ｎ

[4]冲压工艺总力：

F F F F Y Z

++=

拉深落料

＝71116.6+31275+1636.6＝104028Ｎ

[5]卸料力的计算：

*

K F

x x= F 落料 K x －卸料力系数（查表取０.０４）

则 F

x ＝0.04*71116.6＝2844.7Ｎ

[6]顶件力的计算

F K F

Z D D

*=

K D －顶件力系数（查表取０.０６）

则 F

D ＝0.06*104028＝6241.68Ｎ

[7]推件力的计算：

F K F T T 拉深

*=

K T －推件力系数（查表取0.55）

FT ＝0.55*31275＝17201Ｎ

[8]压力机公称压力

压力机的公称压力要大于或等于各种冲压工艺力的总和。

=

F 压力机 FT + F D + F x + F Z ＝130315.38Ｎ

第二节工作部分尺寸的计算

2.2.1模具刃口尺寸的计算

尺寸及

分类

凸、凹

模双面间

隙

尺寸偏

差和磨损系

数

计算公式结果

落料

20 . 56φ

查表

Z max

＝0.14

Z min

＝

0.1

∆＝

0.62

Ｘ＝

0.5

δ A

X

D DA

+

∆−= ） （

max

δ T

Z D D A T−

−= ） （

min

89 . 55

019 . 0

0

φ

+

79 . 55

0

013 . 0−

φ

拉深

34φ

单边间

隙

Z/2＝

1.05mm

62 . 0=∆

DA

δ A

D

+

∆−= ） 75 . 0 （

max

δ T

Z D D A T−

−= ） （

535 . 33

05 . 0

0

+

φ

435 . 31

0

03 . 0−

φ

2.2.2拉深圆角半径的计算

[1]拉深凹模圆角半径的确定：

t d D

r A

） （ 8 . 0

1

−=

r A1 －凹模圆角半径

Ｄ－坯料直径

t－料厚d－凹模内径

1 ） 535 . 33 20 . 56 （ 8 . 0

1

X

r A

−=＝3.8

[2].拉深凸模圆角半径的确定：

r r

A T 1 1

） 0 . 1 ~ 7 . 0 （=取系数为：

０.８

则：

 rT1 =0.8*3.8=3mm

第三节模具总体设计

2.3.1模具类型的选择

分析冲压工艺性，采用复合模具生产效率高，模具结构容易制造，模具类型

为落料－拉深复合模。

2.3.2定位方式的选择

模具中冲压采用条料进给，用两个导料销导料，送进步距采用挡料销。

2.3.3卸料、出件方式

模具中采用弹性卸料装置，倒装复合模，在拉深完成后，由推杆将工件从凸

凹模型腔中推出，用压力机工作台下标准缓冲器提供压边力。

2.3.4导向方式

为了便于条料从侧面送进，用后侧导柱的导向方式。

第四节主要零部件的设计

2.4.1凹模周界尺寸的计算

因制件形状简单，制件尺寸较小，只有一个工位，故选用整体式圆形凹模比

较合理。

由于本模具为落料、拉深倒装复合模，凹模选取的厚度要考虑到拉深见的深

度，以及考虑到拉深凸模的端面要低于落料凹模一定距离，采用标准件厚度选取

为２８mm，查书《冲压模具设计与制造》中凹模尺寸计算公式：

Ｗ＝1.2Ｈ（Ｈ－凹模的厚度）

则Ｗ＝33.6mm

落料凹模的外形直径为：

d=2W+落料凹模刃口尺寸＝60+56.20＝123.4mm

取标准为：

125mm

2.4.2拉深凸模长度计算

为了实现先落料后拉深，模具装配后，应使拉深凸模端面的高度比落料凹模

端面低。

所以拉深凸模的长度Ｌ为：

L＝

H H H 低凹模板固定板

++

H 固定板－凸模固定板的厚度

H 凹模板－凹模板的厚度

H 低－装配后，拉深凸模的端面比落料凹模低的高度．根据板厚的大小，取

３mm

则Ｌ＝28+16－3＝41mm

2.4.3凸凹模的长度

凸凹模的长度要考虑到模具的具体结构，同时要考虑凸模的修磨量及固定板与

卸料板之间的安全距离等因素。

凸模长度可按下式计算：

Ｌ＝

h h h

+++δ

2 1

Ｌ－凸凹模长度

h1 －凸凹模固定板厚度 h2 －弹性卸料板的厚度

δ－板料的厚度

h－附加长度．（它包括凸凹模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板

与卸料板之间的安全距离等．一般取15～20mm）

最后算得，Ｌ＝20+16+1+15＝52mm

第五节模架及其他零部件的选用

2.5.1模架及其零件选用

模具选用滑动导向后侧导柱模架．

模架的规格：

200mmX200mmX（170~210）mm[GB/T2855.5－９０《冷冲模设计指

导》

导柱d/mm*L/mm为 32φX160；导套d/mm*L/mm*D/mm为 43 105 32 X Xφ

上模座厚度取45mm

上模垫板厚度取6mm

上模固定板的厚度取20mm

弹性卸料板的厚度取16mm

下固定板的厚度取16mm

下模垫板的厚度取6mm

下模座的厚度取50mm

模具的闭合高度为：

H H H H H H H H 下模下垫板下固定凹模凸凹模上垫板上模闭

++++++=

=45+6+52+28+16+6+50=203mm

压力机的选择：

选开式双柱可倾压力机J23－25，通过校核满足要求。

压力机的最大装模高度

为220mm，大于模具的闭合高度，可以使用。

压力机的技术参数：

公称压力：

250KN

滑块行程：

65mm

最大闭合高度：

270mm

连杆调节长度：

55mm

最大装模高度：

220mm

工作台尺寸：

370X560mm

垫板尺寸：

50X200mm

模柄孔尺寸：

φ40X60mm

最大倾斜角度：

 30

0

2.5.2标准零件的选用

[１].模柄的选择

模柄的规格为：

Ａ40X95（GB2862.1－81材料：

Ｑ235）

[２].螺钉：

上模选Ｍ10,下模选Ｍ12,长度根据模具结构定。

[３].圆柱销：

上模选 10φ，下模选 12φ，长度由结构定。

[４].弹簧的选用：

卸料力已算出为：

2844.7Ｎ，选用６个弹簧，每个弹簧要承担

474Ｎ的力。

压缩量=

h I

工作拉深行程+落料凹模高出拉深凸模的距离+卸料板超出凸

凹模刃口的距离，则=

h I

18.2+３+0.5＝21.7mm

查表选弹簧:

外径：

 D2 ＝19钢丝直径：

d=（ D2 － D1 ）/２＝4.5mm

自由高度：

=

h0

63mm根据该号弹簧压力特性可知，弹簧最大工作载荷下

的总变形量为23.3mm,最大载荷 F j ＝800N,除去21.7mm工作压缩量外，取

预压.6mm,此时弹簧的预压力为54.9N。

最后选定弹簧的规格为：

4.5mmX19mmX63mm[GB2089－1994《冷冲

模设计指导》]

[５]推杆的尺寸：

根据模柄的尺寸来确定推杆的直径：

选 12φ的推杆。

推杆的长度＝模柄总长+上模垫板厚度+凸凹模高－推件块厚

＝95+６+52－26.5=126.5mm

取Ｌ＝130mm

推件杆尺寸为：

φ12mmＸ130mm,材料取45钢，热处理硬度：

43~48HRC

[６]挡料销

选圆柱头固定挡料销，此种挡料销结构简单，制造方便，当固定部分和工作

部分的直径差别大，不至于消弱凹模的强度。

尺寸为：

Ａ10mmＸ6mmＸ3mm,[GB2866.11－81《冷冲模设计指导》]

材料：

45钢，热处理：

42~46HRC

第三章模具的装配

模具的装配就是根据模具的结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，

将符合图样技术要求的零件，经协调加工组装成满足使用要求的模具。

在装配的

过程中，即要保证配合零件的配合精度，又要保证零件之间的位置精度，对于具

有相对运动的零部件，还必须保证他们之间的运动精度。

因此，模具装配是最后

实现冲模设计和冲压工艺意图的过程，是模具制造中的关键工序。

模具装配的质

量直接影响制件的冲压质量、模具的使用与维护和模具的寿命。

第一节模具的装配

3.1.1主要组件的装配

[1]模柄的装配

模柄与上模是压入式配合，在安装垫板前先要装模柄，模柄与上模座的

配合要求为：

Ｈ7/n6。

将模柄压如上模座，最后将模柄的底座磨平，检查其

平行度和垂直度。

[2]凸凹模的装配

凸凹模与固定板的配合要求是H7/n6,装配时，先在压力机上将凸凹模压

入固定板内，检查其垂直度，然后和固定板的上平面一起磨平。

[3]拉深凸模的装配

凸模和下固定板的装配也为压入配合，配合要求也为Ｈ7/n6,在压力机上

将凸模压入固定板，检查凸模垂直度，然后将固定板的下平面与凸模尾部一

起磨平。

3.1.2模具的总装配

为了便于装配，首先装上模，再装下模。

[1]上模的装配

A：

将上模座倒置，然后把垫板、推杆、推件块、压入固定板的凸凹模一起

安放在上模座上，用推杆将推件块撑起，以防止推件块在凸凹模内腔中倾斜。

再把卸料板套在凸凹模上，在卸料板和上模座之间垫平行垫块，用平行夹

板夹紧它们，根据卸料板上的螺纹孔和固定板中的螺纹孔、销钉孔在上模座

上投窝，将垫板、固定板、卸料板拆下，最后在上模座上钻螺钉孔和销钉孔，

装入销钉，拧紧螺钉。

B：

上模间隙，安装弹簧。

[2]下模的装配

A：

边圈套在已压入下模垫板的拉深凸模上。

保证与拉深凸模合理的间隙值。

B:

料凹模上按尺寸要求加工挡料销孔、导料销孔，并根据配合精度装配挡料销、

导料销。

C:

在下模座上找正位置，将下模垫板、固定板、落料凹模一起装于下模座上。

对下模座上投窝，加工螺纹孔、销钉孔，并用螺钉、销钉将他们连接成一

个整体。

[3]上、下模装配在一起，安装其他的零件。

[4]对模具进行试冲、调整。

3.1.3装配时注意事项

[1]推件块

推件块采用刚性装置，装与上模，它是在冲压结束后上模回程时，利

用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件块，将拉深凹模内的工

件推出，推力大，工作可靠。

由于推件块的外形简单，它与拉深凹模采用间

隙配合H8/f8。

推件块在自由状态下要高出凸凹模刃口面0.2~0.5mm。

[2]压边圈

压边圈在模具中起压料和顶出制件的作用，出件力不达，但出件平稳。

压边圈与落料凹模配合采用间隙配合H8/f8,与拉深凸模之间要留单边间隙

为0.1~0.2mm。

[3]导料销的安装：

导料销是对条料导向，保证条料正确的送进方向。

由于条料是从右往左

边送进，导料销要安放在模具的后侧。

[4]固定板

上模固定板和下模固定板分别与凸凹模、凸模按一定位置压入固定，作

为一个整体安装在上、下模座上，平面尺寸与凹模、卸料板外形相同。

固定

板与凸凹模、凸模均采用过渡配合H7/m6,在压入一起后，凸模和凸凹模的下

端面要与固定板一起磨平。

固定板基面和压装配合面的表面粗糙度为

Ra 1.6~0.8

mµ，另一非基准面可适当降低要求。

[5]垫板

垫板的作用是直接承受和扩