落料拉深冲侧孔复合模具设计计算说明书2.docx
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落料拉深冲侧孔复合模具设计计算说明书2
开封大学
课程设计说明书
题目：
落料拉伸冲孔模具
学院：
机电工程学院
专业：
模具设计与制造
班级：
09模具一班
姓名：
葛瑞涛
学号：
2009061445
指导老师：
姬裕江
时间：
2011年10月18日
目录
一、冲压模具的工艺分析3
1概况3
2零件及其冲压工艺性分析3
3确定工艺方案3
二、工艺参数的计算3
1毛坯尺寸计算3
1）修边余量3
2）计算毛坯直径4
3）确定是否加压边圈4
4）确定拉深次数4
2确定排样方案和计算材料利用率4
1）排样方案4
2）材料利用率4
3计算工序冲压力选择压力机5
1）落料力5
2）卸料力5
3）拉深力5
4）压边力5
5）冲孔力5
6）推件力5
7）切边力5
4冷冲模具设计6
1）计算模具压力中心6
2）凸模与凹模刃口尺寸计算6
3）采用凸模与凹模加工的方法8
4）落料凹模与落料凸模的尺寸9
5）冲孔凸模与冲孔凹模的尺寸9
6）拉深凸模与拉深凹模的尺寸9
7）拉伸模的圆角半径9
5冷冲模模具的结构设计9
1）卸料，压边弹性元件的确定9
6拉深模具设计10
1）拉深件的工艺性10
2）凸凹模间隙的确定10
3）确定导向元件11
4）模架的设计13
5）模柄的选用14
6）定位零件的选择14
7）卸料装置的设计15
三、总结16
四、参考文献17
一、冲压模具的工艺分析
1概况
该工件是一个典型的侧壁带一小孔无凸缘一次拉深件，显然小孔的尺寸是要保证的重点，另外该零件外观上要求不高，只需平整。
2零件及其冲压工艺性分析
图1所示拉深件材料为Q235钢,厚度为1mm,底部有φ30mm的小孔。
通过对上述工艺方案的分析和比较,该拉深件可适合采用落料、拉深、冲孔先复合,然后再切边的方法生产。
下面以此零件为例介绍在1个工位完成落料、拉深、冲孔3个工序的复合模的设计思路和模具结构。
3确定工艺方案
方案一:
先落料，再拉深，然后冲孔，最后切边。
采用单工序模
生产
方案二:
落料一拉深一冲孔一切边复合冲压。
采用复合模生产。
方案三:
落料一拉深一冲孔一切边连续冲压。
采用连续模生产。
工艺方案分析：
方案一模具结构简单，但需四道工序，即需要落料模，拉深模，
冲孔模，切边模四副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求。
方案二只需一副模具，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。
二、工艺参数的计算
1毛坯尺寸计算
1）修边余量
h=（16-0.5）mm=15.5mm,d=（80-0.5×2）mm=79mm.根据相对高度h/d=15.5/79=0.2
查文献【1】表5-1知；由于0.2﹤0.5所以不需要加修边余量。
2）计算毛坯直径
成形零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成冲裁件的尺寸。
该工件为无凸缘圆筒形件，根据等面积原则，用解析法求毛坯直径：
计算毛坯直径
毛坯直径D=
这里d=79h=15.5r=1
所以最后毛坯直径D=105.5mm
3）确定是否加压边圈
根据坯料相对厚度t/d×100=1÷105.5×100=0.95＜1需要压边圈
4）确定拉深次数
查《冲压模具简明设计手册》，圆筒形件（带压边圈）拉深系数
=0.5～0.53，而工件的拉深系数为d/D=79/105.5=0.75＞
则可一次拉深成型。
2确定排样方案和计算材料利用率
1）排样方案
考虑到排样的简便性，并且该零件采用落料与冲孔复合冲压毛坯形状为圆形，长度方向尺寸较大，为便于送料，采用单排方案。
图3—1
搭边值a=1.5mm，b=1.5mm
送料进距s=D+a=105.5+1.5=107mm
条料宽度b=D+2a=105.5+1.5×2=108.5mm
式中——D平行于送料方向的冲压件宽度
板料规格选用1×1000×3000
裁料方式既要考虑所选板料规格、冲制零件的数量，又要考虑裁料操作的方便性，该零件以纵裁下料为宜。
对于较为大型的零件，则着重考虑冲制零件的数量，以降低零件的材料费用。
2）材料利用率
为了操作方便采用竖裁，
每张钢板的裁板条数n=1000/108.5=9条
每张裁板的冲压件数m=3000/107=28个
每张钢板的冲压件总数是N=28×9=252个
板料的利用率
=
=
×100%=73%
3计算工序冲压力选择压力机
1）落料力
=1.3
D
t=1.3×3.14×105.5×350×1=150727.85N≈150.7KN
查文献【2】P357附录A1得式中
——材料抗剪强度，Q235钢
=310～380Mpa
t——板料的厚度，t=1mmD——毛坯直径，D=105.5mm
2）卸料力
=
=0.04×150.7KN=6.0KN
式中
——卸料力的系数，查文献【1】表3-12为0.04
3）拉深力
=K
=1×3.14×79×1×400=99.2kN
查文献【2】表4-18式中k——修正系数，k=1
文献【2】附录A1得
4）压边力
=
=
=6.7kN
由于r=1查文献【2】表4-13得
=6mm,查表4-16得单位压边力P=3Mpa
5）冲孔力
6）推件力
式中n——冲裁件个数选用文献【1】中图2-17b
——推件力系数，取为0.05
具体见下面卸料装置的设计
7）切边力
=1.3×3.14×80×1×350=114296N=114.3KN
总冲压力
～1.8）
=1.7×421.95=717.315kN
由于该制件不大，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机。
它具有工作台三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。
由于冲裁，拉深复合模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在拉深阶段所需要的反倒要小得多。
因此若按总的压力来选取压力机，很可能出现虽然总的压力满足要求，但是在开始阶段冲裁时已经超载。
同时，选用拉深压力机还要对拉深功进行核算，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。
因此精确确定压力机压力应该根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率，但是在一般条件下，可以根据生产条件来选取。
故选压力机型号为J23-80型的开式可倾压力机
滑块公称压力：
800kN
滑块行程：
120mm
封闭高度：
440mm
连杆调节量：
90mm
滑块中心线至机身距离：
350mm
工作台板厚度：
100mm
最大倾斜角度:
20
工作台离地高度：
850mm
外形尺寸
电动机功率:
7.5kw
机床质量：
7285kg
4冷冲模具设计
1）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
如下图，其压力中心就在圆心上。
即
.
2）凸模与凹模刃口尺寸计算
（1）刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，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。
从生产实践中可以发现：
1．由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
2．在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。
3．冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙愈用愈大。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则：
1．落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
2．考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。
凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。
3．确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。
如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低（即制造公差过大），则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。
制件精度与模具制造精度的关系查表。
若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形件，一般可按IT7～６级制造模具。
冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。
4.凹模结构
拉伸凸模与凹模的结构形式取决于工件的形状、尺寸、以及拉深方法、拉深次数等工艺要求，不同的结构形式对拉深的变形情况，变形程度的大小及产品的质量均有不同的影响。
当毛坯的相对厚度较小，必须采用压边圈进行拉深时，凸、凹模必须具有过渡结构，即当拉深直径d≤100mm时，凸凹模具有圆角结构，拉深直径d≥100mm时，凸凹模具有斜角结构采用这种有斜角的凸模和凹模，除具有改善金属的流动，减少变形抗力，材料不易变薄等一般锥形凹模的特点外，还可减轻毛坯反复弯曲变形的程度，提高零件侧壁的质量，使毛坯在下次工序中容易定位。
5.凸模结构
由于冲件的形状和尺寸不同，冲模的加工及装配工艺条件也不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。
其截面形状有圆形和非圆形，刃口形状有平刃和斜刃等，结构有整体式，镶平式，阶梯式，直通式和带护套式等。
凸模的固定方法有台肩固定，铆接，螺钉和销钉固定，粘结剂浇注固定等。
3）采用凸模与凹模加工的方法
采用凸模与凹模分开加工的方法是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。
要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差（凸模δp、凹模δd），它适用于圆形或简单形状的制件。
必须满足下列条件：
｜δp｜＋｜δd｜≤（Zmax－Zmin）
或取δp＝0.4（Zmax－Zmin）
δd＝0.6（Zmax－Zmin）
该冲孔尺寸为
，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准，首先确定凸模的尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸，将凸模尺寸增大最小合理间隙值即得凸模尺寸。
该工件没有表注尺寸公差，按未注公差IT12级精度来处理，模具则按IT6-7J级制造。
式中：
dd——冲孔凹模基本尺寸（mm）；
dp——冲孔凸模基本尺寸（mm）；
dmin——冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；
——制件公差（mm）；
δp——凸模下偏差；
δd——凹模上偏差；
x——系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关.
——凸模制造公差，可按IT7选用。
为了保证间隙不超过
选取必须满足
，
相关说明：
查《冲压成形工艺与模具设计》
工件尺寸没有标注公差，则按未标注公差IT14级来处理，对圆形件模具按IT6-7级制造
文献【1】查表3-6，磨损系数x=0.5
文献【1】表3-4，冲裁模初始间隙值
凸模制造精度采用IT6级，凹模制造精度采用IT7级；拉深工序中，工件也未标注公差，按IT14级，凸凹模制造精度采用IT9级
4）落料凹模与落料凸模的尺寸
（1）刃口尺寸
查文献【3】《标准公差数值》零件尺寸
，
，x=0.5
由于
满足间隙公差条件
5）冲孔凸模与冲孔凹模的尺寸
查文献【3】《标准公差数值》零件尺寸
，
，x=0.5
由于
，满足间隙公差条件
6）拉深凸模与拉深凹模的尺寸
查《标准公差数值》零件尺寸
，凸凹模制造公差按IT9级制造，查表得
，Z=2.2t=2.2mm
落料凸模和拉深凹模组成落料拉深凸凹模，拉深凸模和冲孔凹模组成拉深冲孔凸凹模
7）拉伸模的圆角半径
凹模的圆角半径
按文献【2】表4-13选取，
=8t=8mm,凸模的圆角半径
等于工件的内圆角半径，即
=r=1mm
5冷冲模模具的结构设计
1）卸料，压边弹性元件的确定
冲压工艺中常用的弹性元件有弹簧和橡胶等，但是由于这副模具所需的卸料力较大，如果选用弹簧，即使使用8个弹簧，每个弹簧所承担的负荷也将达到
确定橡胶的高度：
选用橡胶卸料或顶件时，与弹簧选用方法相似，也应根据卸料力和要求的压缩量校核橡胶的工作压力和许可的压缩量，看能否满足冲裁工艺的需要。
由于橡胶的压缩特性为非线性，故压缩量不能过大。
为使橡胶耐久的工作，最大压缩时不能超过其厚度的35%,预压缩时约为其厚度的10%—15%.
6拉深模具设计
1）拉深件的工艺性
（1）拉深件的形状尽量简单，对称。
轴对称拉深件在圆周方向上的变形是均匀的模具加工与比较的方便，其工艺性能最好。
其他形状的拉深件尽量避免急剧的轮廓变化。
对于半敞及非对称的拉深件，工艺上还可以采用双拉深，然后剖切成两件的方法，以改善拉深时的受力状况。
（2）拉深个部分尺寸比例要适当，应尽量避免设计宽凸缘和宽度大的饿拉深件，因为这类工件需要较多的拉深次数。
要使它符合工艺要求，可将它分为两部分分别制造，然后在连接起来。
如果工件空腔不深，但凸缘直径很大，制造也麻烦。
（3）拉深件的圆角半径要适合。
拉深件的圆角半径应尽量大些，有利于成型和减少拉深次数拉深件底与壁，矩形件的四壁间圆角半径应满足
（t为板料厚度），否则应增加整形工序。
如增加一次整形的工序，其圆角半径可取
。
（4）拉深件厚度的不均匀现象要考虑。
多次拉深的工件内外壁上或带凸模拉深件的凸缘表面，应允许有拉深过程中所产生的印痕。
（5）拉深件厚度的不均匀现象要考虑。
多次拉深的工件内外壁上或带凸缘拉深件的凸缘表面，应允许有拉深过程中所产生的印痕，除非工件有特殊要求时才采用整形或赶形的方法来消除这些印痕。
（6）拉深件上的孔位置要布置合理。
拉深件上的孔位应设置在与主要结构面（凸缘面）同一水平面上，或使孔壁垂直于该平面，以便冲孔和修边同时在一道工序中完成，
（7）拉深件的尺寸精度不宜要求过高。
2）凸凹模间隙的确定
⑴拉深模的双边间隙Z=
。
（2）间隙值应合理选取，Z过小会增加摸擦力，使拉深件容易破裂，且易擦伤表面和降低模具寿命；Z过大，有易使拉深件起邹，影响工件精度。
（3）在确定间隙时，由于在拉深过程中毛坯外缘有变厚现象，故应考虑材料厚度偏差及拉深件的精度要求。
（4）拉深时不用压边圈，取Z=（2-2.2）
，末次拉深用小值，中间拉深用大值。
拉深时使用压边圈，Z=2（
。
式中
为板料厚度的最大极限尺寸，mm；t为板料厚度的基本尺寸，mm；k为间隙系数。
见下表；
拉深次数
板料厚度/mm
0.5～2
2～4
4～6
1
第一次
0.2
0.1
0.1
2
第一次
0.3
0.25
0.2
第二次
0.1
0.1
0.1
3
第一次
0.5
0.4
0.35
第二次
0.3
0.25
0.2
第三次
0.1
0.1
0.1
4
第一次
0.6
0.4
0.35
第二次
0.3
0.25
0.2
第三次
0.1
0.1
0.1
5
第一次
0.5
0.4
0.35
第二次
0.3
0.25
0.2
第三次
0.1
0.1
0.1
3）确定导向元件
导向零件是用来保证上，下模正确的相对运动，模具中应用最广泛的是导柱和导套。
（1）导柱
导柱标准结构有四类：
即普通导柱，小导柱，可卸导柱和压圈固定导柱。
普通导柱的特点是在长度方向上，用以固定和导向部分直径的基本尺寸相同，只是极限偏差不同，这样，即便于装配又便于加工。
导柱图6-3
（2）导套
导套标准结构形式有三类：
即普通导套，小导套和压圈固定导套。
导柱和导套配套用于滑动或滚动导向，导柱和导套之间采用H7/h6或H7/h5的间隙配合，但必须小于冲裁间隙。
导柱和导套一般采用过盈配合H7/r6分别压入下模座和上模座的安装孔中，导柱导套一般选用20钢制造，为了增加表面硬度和耐磨性，应进行表面渗碳处理，渗碳后的淬火硬度为58-62HRC。
导套图6—4
4）模架的设计
选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出件方式，材料送进方向，导拄受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。
选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大30～43mm。
模板厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。
选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系，架的宽度应比压力机的工作台孔径每边约大40～50mm，冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度。
冲模模架技术条件（摘自GB/T2854—90）
1）凹模的外形尺寸
凹模的厚度H=K
（H≥8mm）式中：
---垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离（mm）;
K---由
和材料厚度t决定的凹模厚度系数，查文献【4】表2.20得K=0.3得H=25mm
查文献【2】p63知凹模壁厚c=1.5H=37.5mm查文献【5】p17得
上模座L/mm×B/mm×H/mm=160×160×40
下模座L/mm×B/mm×H/mm=160×160×45
导柱d/mm×L/mm=28×170
导套d/mm×L/mm×D/mm=28×100×38
模架闭合高度160
200mm
垫板厚度取10mm
凸模固定板厚度取15mm
橡胶的装配高度为25mm
卸料板厚度取20mm
模具的闭合高度为H
=（40+10+15+25+20+1+25+45）=190mm
5）模柄的选用
采用凸缘模柄，如图
标记示例：
直径d=60mm，D=115mm，材料为Q235的A型凸缘模柄：
模柄A60×115JB/T7646.3—1994。
Q235
图5—5
6）定位零件的选择
板料在模具中必须有正确的位置，才能保证冲栽出外形完整的合格零件，正确的位置是依靠定位零件来保证的。
此道工序不采用侧压装置，用四个导正销保证条料的正确送进。
前端用固定挡料销保证条料的步距
限位销图5—3.1
圆柱销图5—3.2
7）卸料装置的设计
此道工序为冲孔落料复合一起的，废料和工件都不能从模具上直接的排出。
所以要设计把废料从凹模孔中排出的机构。
实际上，冲孔凸模就能将废料从拉深冲孔凸凹模中冲出来，然后废料按照预先在拉深冲孔凸凹模中设定好的排料孔中落下来。
本模具选用文献【2】p45图2-17a如下
三、总结
课程设计是对我们大学所学知识的系统应用和总结，也是为将来走向毕业岗位所作的基本准备工作。
经过二周的设计和学习，我们从开始分析工艺，决定工艺路线，不断摸索前进，设计模具结构，到完成整套工艺路线，在这一系列的过程中，我认识到，模具设计是一门严谨的学科，不能有半点的疏忽大意，任何步骤和细节都要认真考虑，如不然的话，不但给企业和社会带来麻烦和损失，也给自己带来很大的经济损失，这是因为模具的设计和原材料是比较昂贵的。
在设计的这几周中，让我也认识到了自己的知识的缺陷思路的不清晰。
现在在书本上所学的知识是远不能满足社会的需求的，将来面临的工作和任务要比设计困难百倍，麻烦千倍。
做为马上要毕业的学生，即将为国家的社会主义现代化建设贡献自己的一份力量，因而我还得再继续的努力学习，虚心听取各个同学的意见，接受老师的指导，以弥补自己在各方面的不足。
在这段时间里离不开老师的悉心指导，同学的帮助和指教，为我完成我的毕业设计打下了坚实的基础。
在设计过程中存在着问题是必然的，遇到许多不懂的地方也是正常的，关键是能够迎难而上，一一解决并逐步落实。
通过自己完成设计让我四年来所学到的知识得到了升华，积累了作为一个设计者的基本经验。
通过自己充分的了解和细心的完成，我得到的不仅是完成了这次毕业设计，而且更重要的是我掌握了设计的基本思路，形成了设计的思维习惯，为将来的学习和工作打下了扎实的基础，所谓万丈高楼平地起，我认为毕业设计的每一个步骤都是非常值得的！
四、参考文献
［1］《冷冲压与模具设计》北京理工大学出版社
[2]《冲模设计应用实例》机械工业出版社
[3]《公差配合与测量技术》北京理工大学出版社
[4]《冷冲压模具设计与制造》北京航空航天大学出版社
[5]《实用模具设计简明手册》机械工业出版社
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