第二次拉伸模冷冲压设计.docx
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第二次拉伸模冷冲压设计
摘要
我设计的是第二次拉伸模，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（设计一个工件为盖形件的拉伸模），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、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。
无凸缘圆盖的第二次拉伸模
零件名称：
盖
生产批量：
大批量
材料：
Q235
材料厚度：
1mm
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1—2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r≥2t。
当r＜0.5mm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。
工件：
此工件为无凸缘圆筒件，要求内形尺寸,拉深时厚度不变。
此工件的形状满足拉伸的工艺要求，可用拉伸工序加工。
工件的底部圆角半径r=1mm≥t,满足再次拉深圆角半径要求。
尺寸未标注公差，满足拉伸工序对工件公差等级的要求。
材料：
Q235钢为低碳钢,由于强度低,塑性好,适用于制造受力不大的冲压件和拉深件,并有利于冲压成形和制件质量的提高,还具有良好的冲压成形性能,即有良好的抗破裂性,良好的贴模和定形性,所以具有良好的冲压性能，拉伸工艺性较好。
（1）毛坯尺寸计算
进行第二次拉深是以第一次拉深成形的半成品为毛坯,如下图所示，因此需要计算出第一拉深件的尺寸。
而第一次拉伸模D=68mm。
（2）判断拉伸次数
工件总的拉伸系数
。
毛坯的相对厚度t/D=1/68=0.0147
用150页式4.27判断拉伸时是否需要压边。
因
而t/D=0.0147<0.01755需加压边圈。
由相对厚度可以从129页表4.8中查得首次拉伸的极限拉伸系数
因
，故工件只需一次拉伸。
2.确定工艺方案
本工件是以第一次已拉伸好的工件为毛坯，拉伸成内径为d=41.5,内圆角R为1mm的无凸缘盖形件，最后按h=13.5进行修边。
3.进行必要的计算
（1）计算压边力、拉伸力
①由150页4.24确定压边力的计算公式为
式中
，D=68mm,d1=41.5mm,
为432-461MPa,取中间值446MPa,由
可得p=14MPa
Z-----各工序拉深系数倒数
-----毛坯抗拉强度（MPa）
D-------毛坯直径（mm）
t--------材料厚度（mm）
把各已知数据带入上式，得压力为
②查146页4.17计算拉伸力
已知m=0.61，由147页4.18查得
=0.9,Q235钢的强度极限
=446MPa。
将
=0.9，d=68mm,t=1mm,
=446MPa代入上式，即
③按151页4.31式可得压力机的公称压力为
所以压力机的公称压力要大于110KN。
（2）模具工作部分尺寸的计算
①拉伸模的间隙。
由153页4.28查得拉伸模的单边间隙为
则拉伸模的间隙为
②拉伸模的圆角半径。
由155页式4.35经验公式可得
的最小值为
取凹模的圆角半径
=4mm,凸模的圆角半径为
=（0.6-1）
，所以取
=2mm。
③凸、凹模工作部分的尺寸和公差。
由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计标准。
凸模尺寸的计算见154页表4.29
将模具公差按等级IT10选取，则
=0.05mm
把
，
=0.7mm,
=0.05mm,代入上式，则凸模尺寸为
间隙取在凹模上，则凹模的尺寸按154页表4.29计算，即
把
，
=0.7mm，Z=2.2mm，
=0.05mm代入上式，则凹模的尺寸为
（3）确定凸模的通气孔由156页表4.32查得，凸模的通气孔直径为6.5mm。
4.模具的总体设计
4.1模具的总装图
模具的总装图如下图所示。
拉深模具在压机上拉深，压边圈采用平面式，坯料用压边圈的凹槽定位，凹槽深度小于1mm，以便压料，模具采用倒转结构,出件时用推杆推出。
由于拉深模为非标准形式，需计算模具闭合高度。
其中各模座的尺寸需按国标取值。
模具的闭合高度为
H模=H上模座+H压边圈+H固定板+H下模座+25mm，式中25mm是模具闭合时，压边圈与固定板之间的距离。
取
H上模=（30+8+14+40）=92mm，H压边圈=20mm，H固定板=20mm,H下模座=40mm
式中H垫=14
H凹=40
则模具的闭合高度为：
H模=92+14+20+20+40+25=211mm
4.2设备的选择
设备工作行程要考虑工件成形和方便取件，因此，工作行程
根据压力机型号，确定选择JA21-35
5.定位方式的选择
为保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确位置，冲裁出外形完整的合格零件，模具设计时必须考虑条料或毛坯的定位。
正确位置是依靠定位零件来保证的。
由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。
设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。
定位包含控制送料步距的挡料和垂直方向的导料等。
1.挡料销
挡料销的作用是挡住条料搭边或冲压轮廓以限制条料的送进距离。
国家标准中常见的挡料销有三种形式：
固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。
固定挡料销安装在凹模上，用来控制条料的进距，特点是结构简单，制造方便。
由于安装在凹模上，安装孔可能会造成凹模强度的削弱，常用的结构有圆形和钩形挡料销。
活动挡料销常有于倒装复合模中。
始用挡料销用于级进模中开始定位。
2.导正销
在级进模中导正销通常与挡料销配合使用，以减少定位误差，保证孔与外形的相对位置尺寸精度要求。
当零件上没有适宜于导正销导正用的孔时，对于工步数较多、零件精度要求较高的级进模，应在条料两侧的空位处设置工艺孔，以供导正销导正条料使用。
此时，导正销固定在凸模固定板或弹压卸料板上。
3.侧刃
在级进模中，常采用侧刃控制条料步距，从而达到准确定位的目的。
侧刃实质上是裁切边料凸模，通过侧刃的两侧刃口，切除条料两侧边缘部分材料，形成一台阶。
条料切去部分边料后，宽度才能够继续送入到凹模，送进的距离为切去的长度。
当材料送到切料后形成的台阶时，侧刃挡块阻止了材料继续送进，只有通过模具下一次地工作，新的送料步长才能形成。
4.定位板和定位钉
定位板和定位钉是为单个毛坯定位用的元件，以保证前后工序相对位置精度或工件的内孔与外轮廓的位置精度要求。
5.送料方向的控制
条料的送料方向是条料靠着一侧导料板，沿着设计的送料方向导向送料，为使条料靠紧一侧的导料板，保证送料的精度，可采用侧压装置。
因为该模具使用的是板料第一次拉伸好的盖形半成品，在模具中材料可用压边圈定位。
6推件零件的设计
6.1卸料零件的设计
设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡在凸模上或凸凹模上，或凸模上的制件或废料卸掉，保证下次冲压时能正常进行，常用的卸料方式有以下几种：
（1）刚性卸料
刚性卸料是采用固定卸料板卸料，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时，与凸模的间隙随着材料厚度的增加而增大，单面间隙取
；当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时，卸料板与凸模的配合间隙应小于冲裁间隙。
此时要求卸料后凸模不能完全脱离卸料板，保证凸模与卸料板配合大于
。
常用的固定卸料板有几种：
卸料与导料为一体的整体式卸料板；卸料板与导料板分开的组合式卸料板（在冲裁中应用最广泛）；用于窄长零件的冲孔或切口卸件的悬臂式卸料板；在冲孔底部用来卸空心件或弯曲的拱形卸料板。
（2）弹性卸料板
弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于冲裁料厚在
以下的板料。
由于有压料作用，冲裁比较平整。
弹压卸料与弹性元件、卸料螺钉组成弹性卸料装置，卸料板与凸模配合的单边间隙选择
，若弹压卸料板还要起到对凸模的导向作用，二者的配合应小于冲裁间隙。
弹性元件的选择应满足卸料力和冲模结构要求。
6.2导向方式的选择
常用的模架有：
滑动式导柱导套模架、滚动式导柱导套模架。
模架有上、下模座和导向零件组成，是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压全过程的全部载荷。
模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。
上、下模间的精度由导柱、导套的导向来实现。
主要模架形式有：
对角模架：
由于导柱安装在模具的中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳，常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
后侧导柱模架：
由于前面和左右不受限制，送料和操作比较方便，因导柱安装在后侧，工作时偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能用浮动模柄结构。
中间导柱模架：
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳，准确，但只能在一个方向送料。
四导柱模架：
具有平稳、导向准确可靠、刚性好等优点，常用于冲压尺寸较大或精度较高的冲压件。
滚动式导柱导套模架的导向精度高，使用寿命长。
主要用于高精度、高寿命的精密模具及薄材料的冲裁模具。
根据标准模架的选择，为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用中间导柱的导向方式。
7.主要零部件的结构设计
7.1工作零件的结构设计
由于工件形状简单对称，所以模具的工作零件均采用整体结构，下图所示为拉深凸模和拉伸凹模。
拉伸凸模
拉伸凹模
7.2其他零部件的设计与选用
7.2.1弹性元件的选用
该模具中的弹性元件主要采用橡胶,一方面可使压边圈产生压边力，另一方面使凸模对工件进行拉伸，成形后也可恢复原状态。
7.2.2模具辅助零件的材料选用及热处理
模具辅助零件的材料选用及热处理，见表7.1。
表7.1模具辅助零件的材料选用及热处理
零件名称
选用材料
热处理
硬度HRC
上模座、下模座
HT20～40HT25～47、ZG25、ZG35A3、A5
模柄
A3、A5
凸模固定板、凸凹模固定板
A3、A5
侧面导板
45
淬火
43～48
导柱
20
渗碳0.8~1
58～62
导套
20
淬火
58～60
导正销、定位销
T7、T8
淬火
52～56
挡料销、挡料板
45
淬火
45～48
垫板、定位板
45、T7A
淬火
43～48
螺母、垫圈
A3
固定螺栓、螺钉
A3、45
销钉
45
淬火
45～48
顶杆、推杆
45
淬火
43～48
8.模具的工作原理
下图所示为模具实物示意图。
模具工作过程：
将半成品送入压边圈中进行定位，随后上模座与托板之间的导柱开始运动，凹模下表面首先接触工件，并与压边圈一起压住，继续运动，螺栓顶起凸模对工件进行拉伸，拉伸成形后，凸模在弹性元件橡胶的作用下被拉回成原定状态，而工件可在推杆的作用下被退回，随后可手工取出工件，再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，将凹模装在上模座上，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.用平行夹板将托板上的固定板与上模座加紧，使导柱缓慢进入导套。
在凹模的外圆对正凸模后，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。
5.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。
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）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2～2.5倍
（2）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10mm～15mm
（3）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2～2.5倍。
致谢
转眼间，几个星期的时间过去了。
记得老师刚给我们布置题目那会儿，我心里充满了紧张与激动。
因为我很期待自己的那份题目，我想做好它来验证这三年多的所学是否真的为我所有，但同时我也很紧张，因为我害怕题太难，我驾驭不了。
终于在我忐忑不安的心情下我收到了我的题目。
一看题目，我紧张的心情稍微放松了一点，是盒形件拉深模，还好难度不大。
在接下来的日子里，我白天跑图书馆、上网查资料，晚上则计算里面的一些尺寸，我一个人当然不可能完成这么繁杂的程序。
在此之间，我请教的老师和同学给了我很多帮助，我们在一起商量怎样才能让自己的论文更完美，经过大家一番缜密的研究之后，终于找到了比较合适的方法。
通过这次模具设计，我也在多方面都有所提高。
通过这次模具设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次拉深模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冲压模具设计等课程所学的内容，掌握了冲压模具设计的方法和步骤，获得了冲压模具设计基本的技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补
在此感谢我们的老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个细节和每个数据，都离不开老师的细心指导。
同时感谢对我们帮助过的同学们，谢谢你们对我组的帮助和支持，让我们感受到同学的友谊。
参考文献：
北京航空航天大学出版社，《冷冲压模具设计与制造》，王秀凤主编。
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