圆筒件落料拉深冲压模具课程设计说明书DOC.doc

课 程 设 计

课程名称 材料成型工艺及设计
题目名称 圆筒件的模具设计
专业班级 材控112
学 号 33311227
学生姓名 张孝富
指导教师 聂信天 夏荣霞 徐秀英

2014年 9 月 25日

目录

课程设计任务书 3
产品图及设计说明 3
序言 4
第1章 制件的工艺性分析 5
1.1 圆筒件工艺性分析 5
1.2 零件工艺方案的确定 5
第2章 工艺方案的制定及分析比较 6
第3章 圆筒形拉深件工艺计算 7
3.1 工艺尺寸的计算 7
3.2 拉深力的确定 9
3.2.1首次拉深 9
3.2.2第二次拉深 10
3.2.3第三次拉深 10
3.2.4第四次拉深 10
3.2.5确定压力中心 11
3.3 拉深模间隙 11
3.4 凸凹模工作部分的尺寸及公差的确定 11
3.4.1第一次拉深 11
3.4.2第二次拉深 11
3.4.3第三次拉深 12
3.4.4第四次拉深 12
3.5 落料拉深复合模其它工艺计算 12
3.6 排样图设计及材料利用率计算 13
3.7 压边的橡胶计算 14
3.8 卸料装置的设计 15
3.8.1刚性卸料装置 15
3.8.2弹性卸料装置 15
3.8.3橡皮的选用 15
3.8.4卸料板 16
3.8.5推件装置 16
3.8.6卸料螺钉 16
第4章 模具结构的确定 17
4．1模具的形式 17
4.1.1 正装式特点 17
4.1.2 倒装式特点 17
4.2 定位装置 17
4.3 卸料装置 17
4.3.1 条料的卸除 17
4.3.2 工件的卸除 17
4.4 导向零件 17
4.5 模架 17
4．5．1标准模架的选用 18
第5章 编写工艺卡片 18
结束语 19
参考文献 20

课程设计任务书

题目名称
圆筒件的模具设计
专业班级
材控112
姓 名
张孝富
学 号
33311227

产品图及设计说明
零件简图：如右图所示。　
名称：圆筒　
生产批量：大批量　　　　　　　　　　
材料：30钢
材料厚度：0.5mm
要求设计此工件的落料拉深模。

序言

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。
模具是大批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廉价的轧钢钢板或钢带为坏料，且在生产中不需加热，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，是其他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。现代制造业的发展和技术水平的提高，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业方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通的压力机设备每分钟可成形零件几件到几十件，高速压力机的生产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、仪表、等产品，有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，有90%左右的零件时用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专用的工艺设备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。
本次课程设计的内容为用模具生产无凸缘圆筒件，其中包括落料、拉深、二次拉深、三次拉深、四次拉深、切边等工序。其中把落料和首次拉深用复合模完成，而其他不出图但进行了相关的尺寸计算，重点在复合模上，解决落料和拉深的计算问题同时对相关的模具的零件给以详细的设计。生成装配工程图和相关的零件图。

第1章 制件的工艺性分析
1.1 圆筒件工艺性分析
（1）零件材料为30钢，其塑性，韧性较好，屈服强度σs为295MPa,抗拉强度σb为490MPa,利于各种工序的加工。
(2)从零件图样上看,其尺寸有公差要求,故精度较高,属于一般零件，其公差按IT14处理,给模具制造带来一系列方便. A、如果冲压件零件图上没有标注公差，只有公称尺寸，则应该给以标注公差；
……圆形件，冲模按IT7～6级制造模具。
B、按“入体”原则把它们逐个改为单向公差（目的是方便于以后的刃口尺寸计算）；
……外形部分，化为上偏差为零，下偏差为负（相当为基轴制标注，只小不大）；
2零件的形状、结构及冲压工艺性
(1) 该零件总体属于圆筒形拉深件,无凸缘的普通件.
(2) 该零件的厚度t=0.5mm，且材料较软对于各种工序都有可以适应
(3) 零件圆微形部分高为75mm,可能需要几次拉深成形
(4) 综上所述，此零件可用冷冲压加工成形
(5) 成形半径为10mm的半圆球形，需几次成形
1.2 零件工艺方案的确定
（1） 模具类型的确定
经分析，工件尺寸精度要求较高，形状不复杂，且不大，根据材料较薄（0.5mm）的特点，为保证较高的生产率，落料模具采用带料（或条料、卷料），漏料方式的冲裁模结构形式；从零件的结构形状，尺寸公差来看，该零件可以使用单工序模、级进模或复合模，各种模具都有各自的优缺点，下面通过对其进行比较，得出较合适的模具类型。
① 单工序模。制件公差等级一般，生产率较低，在高速自动冲床上不能使用，安全性不高，但模具制造工作量小，成本低。
② 级进模。公差可达IT14~IT10级，可加工复杂制件，生产率高，可使用高速自动冲床机，安全性高，模具制造工作量较大，成本高。
③ 复合模。公差IT9~IT8级，生产率略高，安全性不高，模具制造工作量大，成本高。
综上所述制件公差为IT14级，比较简单，生产率要求高，所以可采用单工序模。
（2） 制件工艺方案的确定
从产品零件结构形状可知，所需基本工序有落料、拉深；
（3） 设计制图落料拉深复合模

第2章 工艺方案的制定及分析比较

完成此工件需要落料、拉深两道工序。其加工方案分为3种，见表2.1。

表2.1 工艺方案

序号

工艺方案

结构特点
1
单工序模生产：
落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深、四次拉深、切边

模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。
2
复合模生产：
落料-首次拉深复合、二次拉深、三次拉深、四次拉深、切边

同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也难以提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合中批量生产；。
3
连续模生产：
落料-拉深-拉深-拉深-拉深连续、切边

同一副模具不同工位完成两道不同的工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两道工位之间的定位要求非常高。

根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第2种方案复合模比较合理。

第3章 圆筒形拉深件工艺计算
3.1 工艺尺寸的计算
（1） 确定切边余量δ
由H=75-0.25=74.75、d=40-0.5=39.5 H/d=74.75/39.51.89
见文献[1]p120查表4-2得：取修边值δ=5mm
⑵计算毛坯直径
D=
=
=116 mm
⑶确定拉深形式及拉深次数
根据毛坯首次拉深不起皱的条件是:D-d>22t
即116-39.5=76.5>22x0.5得76.5>11,故：D-d>22t成立
所以应采用压边圈。
⑷确定每次拉深的拉深系数和直径
毛坯的相对厚度t/D1000.4
总拉深系数为m总=d/D=39.5/116=0.341
取m1=0.56，m2=0.78，m3=0.8得：

由上计算可得共需要4次拉深；
取m1=0.57，m2=0.78，m3=0.8，m4=0.82
则： 取=66.1mm
取=51.5mm
取=41.2mm
取=33.7mm
由于=33.7mm<39.5mm,所以可适当增大拉深系数，但变形程度分布合理，现调整为
m1=0.6，m2=0.81，m3=0.83，m4=0.844
调整后拉深件直径：
取=69.6mm
取=56.4mm
取=446.8mm
取=39.5mm
⑸凸凹模圆角半径的确定
①凹模圆角半径的确定
第一次： rd1=0.80=0.80=5mm
第二次： 取3.5mm
第三次： 取2.5mm
第四次：
②凸模圆角半径的确定
第一次： rp1=(0.7～1.0)rd1=(0.7～1.0)5=3.5～5 取4mm
第二次：
第三次：
第四次：
⑹计算每次拉深工序件的高度
见文献[1]p127根据式4-8计算各次拉深工序件的高度
h1=0.25(D2/d1-d1)+0.43r1/d1(d1+0.32r1)
=0.25(1162/69.6-69.6)+0.434/69.6(69.6+0.32 4)
=32.68mm 取33mm
h2=0.25(D2/d2-d2)+0.43r2/d2(d2+0.32r2)
=0.25(1162/56.4-56.4)+0.436.1/56.4(56.4+0.326.1)
=48.26mm 取48mm
同理h3 =62mm ， h4=80mm
由80-75=5mm即有5mm的修边余量，满足要求。
3.2 拉深力的确定
3.2.1首次拉深
模具为落料拉深复合模，动作顺序是先落料后拉深，现分别计算落料力、拉深力和压边力。

式中 —卸料系数，查参考文献[1]知～0.055，取。
所以 KN
查表得 k1=0.86 σb=490N 公式P=πd1tσbk1
=3.1469.60.54900.8646KN

因为拉深力与压边力的和落料力，即

所以，应按照的大小选用设备。初选设备为J23—25
3.2.2第二次拉深
公式：P=πd2tσbk2
查表得 k2=0.81 σb=490N
P2=3.1456.40.54900.8134.7KN
3.2.3第三次拉深
P3=3.1446.80.54900.7426.6KN
3.2.4第四次拉深
P4=3.1439.50.54900.7121.6KN
由于 P2 >P3 >P4 则：
Q=(1/3～1/6)P2=(11.6～5.8)KN 取Q=10
P总=P1+Q=34.7+10=44.7KN<63KN
由文献[1]p15表1-5得：压力机选63KN，型号J23-6.3。
3.2.5确定压力中心

该模具属图形对称旋转件，圆心即压力中心，不必进行压力中心的计算。
3.3 拉深模间隙
有压边圈模具的间隙
第一次拉深 C=1.1t=0.55mm
第二次拉深 C=(1～1.05)t=0.5～0.525 取C=0.5mm
第三次拉深 C=(1～1.05)t=0.5～0.525 取C=0.5mm
第四次拉深 C=(0.9～0.95)t=0.45～0.475 取C=0.45mm
3.4 凸凹模工作部分的尺寸及公差的确定
3.4.1第一次拉深
第一次拉深后零件直径为69.6mm，由公式c=1.2t确定拉深凸凹模间隙值c,
所以c=1.2x0.5=0.6mm,则：
以凹模为基准；凹模尺寸的计算为：
查表得δd=0.03
凸模尺寸的计算为
查表得δp=-0.02
3.4.2第二次拉深
以凹模为基准；c=1.2x0.5=0.6mm;凹模尺寸的计算为：
查表得δd=0.03
凸模尺寸的计算为
查表得δp=-0.02
3.4.3第三次拉深
以凹模为基准；c=1.2x0.5=0.6mm;凹模尺寸的计算为：
查表得δd=0.03
凸模尺寸的计算为
查表得δp=-0.02
3.4.4第四次拉深
以凹模为基准；
凹模尺寸的计算为
查表得δd=0.03

则凸模尺寸的计算为
查表得δp=-0.04

3.5 落料拉深复合模其它工艺计算
根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。查文献[2]p574落料尺寸为φ，落料凹模刃口尺寸计算如下。
查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙C，最大间隙，最小间隙，凸模制造公差，凹模制造公差。将以上各值代入≤校验是否成立。经校验，不等式成立，则，所以可按下式计算工作零件刃口尺寸。
落料时以凹模为基准件计算：

3.6 排样图设计及材料利用率计算
毛胚直径为116mm,考虑操作方便，采用单排排样，无侧向压边装置。其排样图如图3-1：

排样图3-1

由文献[1]p32表2-10得：
搭边值：a=1.2mm , b=1.5mm
送近距离：A=D+b=116+1.5=117.5mm
条料宽度：查表2-11，2-12得：△=0.5 ，bo=0.6

材料利用率：

3.7 压边的橡胶计算
其产生的压力开始就为压边力，其总的行程
橡胶的直径
为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%～45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%～15%。橡胶垫产生的力

式中：—压力；
—橡胶垫横截面积；
—与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表3-1所示。
表3-1 橡胶压缩量和单位压力
橡胶压缩量（%）
单位压力（MPa）

橡胶压缩量(%)
单位压力(MPa)
10
15
20
0.26
0.50
0.70

25
30
35
1.03
1.52
2.10

又因为

3.8 卸料装置的设计
卸去冲裁后紧箍在凸模外面的带孔部分（制件或条料） ，卸料装置分为刚性卸料装置和弹性卸料装置；
3.8.1刚性卸料装置
特点：优点：卸料力大。
缺点：冲裁时，板料没有受到压料力作用，因此冲
裁后的带孔部分有明显的翘曲现象。
适用场合：常用于材料较硬、厚度较大、精度要求不太高
的工件的冲裁。（当t＞3时，一般都采用刚性卸料）
3.8.2弹性卸料装置
特点： 优点：冲裁时弹性卸料板对条料有预压作用，因此
冲裁后的带孔部分表面平整，精度较高。
缺点：卸料力小。
适用场合： 常用于材料较薄（t＜2 ）、硬度较小、精度要求高的工件的冲裁。
所以：选用弹性卸料装置——卸料橡胶
3.8.3橡皮的选用
⑴橡皮材料：聚氨酯橡胶（PUR）。
⑵聚氨酯橡胶：ε2=15～35% ；ε1=10%。
⑶橡皮工作时的总压缩量L：L=A+t+B+（3～5）=15+0.5+33+（3～5）=51.5～53.5取52mm
式中：A—装配完成时，凸模低于卸料板的高度；
t—料厚；
B—冲裁完成时，凸模将落料推入凹模的深度；
3～5—刃口磨损量
⑷橡皮自由高度H计算公式：

式中：L—橡皮工作时的总压缩量，mm;
ε1—橡皮预压缩率，%;
ε2—橡皮工作时的总压缩率，%。
3.8.4卸料板
卸料板外形尺寸计算：
外形尺寸：同凹模（或凹模固定板）外形尺寸;
内形尺寸：与凹模孔形状基本相同，和凸模间有一定间隙;
①弹性卸料时：与凸模单面间隙按（0.05～0.1）＞Z/2配合；
②刚性卸料时：与凸模单面间隙取（0.2～0.5）＞Z/2配合；
③导板式卸料板时：与凸模刃口尺寸按H7/h6配合。
采用刚性卸料，材料：45钢
厚度:①仅作卸料时：Hx=（10～20）mm
②既作导板又作卸料时：
式中：Hx——卸料板厚度，mm；
Ha——凹模厚度，mm。
3.8.5推件装置
推件装置安装在上模部分，利用压力机横梁或模具内弹性元件，通过推杆、推板
等，将制件或废料从凹模型腔内推出。分为弹性推件装置和刚性推件装置。
弹性推件装置：利用压力机横梁，通过安装在模柄内的打杆进行推件。
特点：压平使冲裁件质量较好；但模具较厚；推件力小。
刚性推件装置：利用安装在模具内部的弹性元件完成推出动作。
特点：模具紧凑；推件力大、可靠。
采用：刚性推件装置，材料：45钢
3.8.6卸料螺钉
⑴卸料螺钉作用：固定弹性卸料板，限制弹性卸料板的静止位置。
⑵卸料螺钉的形状：标准件 JB/T7650.5-94

第4章 模具结构的确定
4．1模具的形式
复合模又可分为正装式和倒装式。
4.1.1 正装式特点
冲出的工件表面比较平直为后续加工提供条件。
4.1.2 倒装式特点
操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。
经分析，此工件，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定二、三、四次拉深采用倒装式复合模，首次拉深用正装。
4.2 定位装置
首次拉深采用固定式挡料销纵向定位，安装在凹模上，工作很方便。
4.3 卸料装置
4.3.1 条料的卸除
采用弹性卸料板。因为是正装式复合模，所以卸料板安装在上模。
4.3.2 工件的卸除
采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。
4.4 导向零件
导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。
4.5 模架
若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。
本设计决定采用后侧导柱模架。
4．5．1标准模架的选用
⑴ 落料拉深复合模零部件设计
标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得
拉深凹模的工作部分长为33mm,由于在凹模内要安装打料块且与打杆相连，为保证修模余量且能正常工作，在凹模内留至少20mm自由尺寸。
即拉深凹模高度为80mm
内径为mm
外径为mm
拉深凸模直经为mm
落料凹模内径为mm
模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规格为：上模座200mm×160mm×40mm，下模座200mm×160mm×45mm，导柱28mm×180mm，导套28mm×100mm×38mm。
⑵第二、三、四次拉深模零部件设计
由于零件高度较高，尺寸较小，所以未选用标准模架，导柱导套选用标准件，其规格分别为25mm×180mm，25mm×105mm×43m，上模座。下模座。
第5章 编写工艺卡片

各工序详细说明见表5-1.
表5-1 圆筒工序表

序号
工序说明
工序简图
设备规格
模具形式
1
落料
与拉深

250KN
正装式
落料拉深
复合模
2
拉深

63KN
倒装式
拉深复合模
3
拉深

63KN
倒装式
拉深复合模
4
拉深

63KN
倒装式
拉深复合模

结束语
通过对无凸缘筒件的相关模具的设计、计算，使我对冲裁模的设计流程有了更深的了解，包括零件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构的形式的选择、必要的工艺计算、主要的零件设计、压力机的选择、总装配图及零件图的绘制。在设计的过程中，有些数据、尺寸是一点也马虎不得的，只要一个数据有误，就得全部的改动，使设计难度大大的增加。在这次设计中，我感觉要完成设计不仅要有扎实的专业的知识，还要有过硬的计算机的基础保障，方才能很好的完成这次设计。所以我们今后的学习中不仅要学习好应该所学的，还要尽可能多的去扩展我们的其他方面的领域，只有这样我们才能做得过更好。

参考文献
[1] 田光辉，林红旗，模具设计与制造, 北京大学出版社，2009.9
[2] 王孝培，冲压手册（第2版）,机械工业出版社，2000.10
[3] 王秀凤,冷冲压模具设计与制造,北京航空航天大学出版社，2005.4
[4] 周玲编,冲模设计实例详解,划线工业出版社，2007.1