冲压模具课程设计带凸缘无底筒形件.docx

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冲压模具课程设计带凸缘无底筒形件

冲压模具设计课程设计

学院：

姓名：

寒冰色手学号：

专业：

11机制

1零件冲压工艺分析03

1.1制件介绍03

1.2产品结构形状分析03

2.零件冲压工艺方案的确定03

3冲模结构的确定04

4.零件冲压工艺计算04

4.1零件毛坯尺寸计算04

4.2排样06

4.3拉深工序的拉深次数和拉深系数的确定06

4.4冲裁力、拉深力的计算07

4.5拉深间隙的计算09

4.6拉深凸、凹模圆角半径的计算09

4.7计算模具刃口尺寸09

4.8计算模具10

5.选用标准模架12

5.1模架的类型12

5.2模架的尺寸12

6.选用辅助结构零件13

6.1导向零件的选用13

6.2模柄的选用13

6.3卸料装置14

6.4推件、顶件装置14

6.5定位装置14

7参考文献14

1零件冲压工艺分析

1.1制件介绍零件名称：

心子隔套材料：

08钢料厚：

1.0mm批量：

大批量

由图1可知该零件为圆筒件经过翻遍处理，翻边处有过渡圆弧，且半径为R=2.5mm故非常适合用模具拉深或翻边进行处理，故要对毛坯进行计算。

单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。

凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。

尺寸精度：

零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。

2零件冲压工艺方案的确定

方案一：

该零件属于心子隔套，即可以认为是有凸缘筒形件去掉底部，即可用该规格的40mm的无缝钢管经过翻遍处理即可获得成品。

方案二：

经过落料，拉深获得筒形件经过去底，再翻边处理获得成品。

方案三:

在落料时首先获得预冲孔，经过拉深获得有凸缘圆筒，最后经过内孔上翻遍获得成品。

方案四：

在落料时获得预冲孔，直接对落料进行翻边处理获得成品。

通过分析可知方案一的结构简单，对模具的设计要求也很简单，降低的设计要求和成本，但无缝钢管成本高，该零件的产量为大批量生产，故使得生产成本上升，故方案一原则上是不可取的。

方案二直接对落料拉深处理使得模具结构简单，但相对于方案一而言需要多次拉深，且需要将底部作为废料处理，使得产品的废料增多，也使得对原料的需求量变大，所以方案二的经济性比方案一高但从环保性考虑方案二没有方案一好。

方案三在落料时获得一个小的预冲孔，然后经过数次拉深处理获得一个底部带有小孔的筒形件最后经过翻边处理获得成品。

此方案增加了材料的利用率，减少了原料成本，但增加了一道翻遍工序增加了生产成本，且使得对模具设计要求增多了一个翻边工艺。

方案四同方案三相似，省去了拉深这个工艺，只需要对毛坯翻遍即可获得成品，大大降低了生产成本和对模具的设计要求，但只通过翻遍处理的零件可不可以达到零件的设计要求需要进一步计算分析才知道。

综合以上分析得知，方案四最经济，方案三可作为很好的备选项。

具体是取方案三或者是取方案四需通过下面计算来得证。

3.冲模结构的确定

3.1模具的结构形式复合模可分为正装式和倒装式两种形式。

（1）正装式的特点：

工件和冲孔废料都将落在凹模表面，必须清除后才能进行下一次冲裁，造成操作不方便、不安全，但冲出的工件表面比较平直。

（2）倒装式的特点：

冲孔废料由冲孔凸模落入凹模洞口中，积聚到一定的数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大。

3.2模具结构的选择经分析，若工件表面平直度较差，影响零件的使用，而工件和冲孔废料在有气源车间可以方便地清除。

综合比较两种方式，决定采用正装式复合模。

4零件冲压工艺计算

4.1零件毛坯尺寸计算

1）确定零件的表面积计算

0.65，由D=39mm可得

dD?

mmin390.6525.35mm

最后求的翻边所达到的最大高度为：

Dd39

h

（1）0.57r（10.65）0.5738.535mm

而筒状尺寸H=38mm因而方案四不满足设计要求，综合以上考虑选择方案三。

环形尺寸计算：

2222

F4（d32d22）4（602452）1237

1/4的凹形球环：

F2r（圆筒形：

d14r）3π/2（39π+4×3）=634

Fdh因而

3935.54249.5

∑F=6220.42

所以得到毛坯不带修边余量的最小面积：

∑F=6220.42+25.35×25.35/4×π=6725.13所以得到毛坯不带修边余量的最小直径：

92.54mm

查书上160页表7-5得修边余量取3.5mm。

故求的毛坯直径为：

D毛坯D292.5423.599.54mm

即毛坯尺寸100mm翻,边孔孔径23.5mm。

4.2排样

1、制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单

排。

于t=1.0mm,查《冲压工艺与模具设计》附表7轧制薄钢板拟选用规格为：

1.0×500×600的板料。

2、单排

查教材93页表4-3得工件间距离最小为1mm延边距离最小为1mm，进而得排

样方式如图所示，得到通过单排可以获得28件毛坯，材料利用率为73%

因此采用双排板的方式加工毛坯件。

4.3拉深工序的拉深次数和拉深系数的确定

（1）判断能否一次拉出板料相对厚度：

t/D=1.0/100×100%=1.0%

故由教材155页表7-1得知采用压边圈，进而查教材174页表7-13选取极限拉深系数m=0.49

由制件直径d=60mm板料直径D=100mm得总拉深系数：

mdD391000.39

由于总拉深系数小于查表得到的极限拉深系数，故一次拉深达不到制件所需要的尺寸。

所以需要进行多次拉深。

具体需拉深几次，还需进一步计算。

查教材166页表7-8知道第二次极限拉深系数为m=0.76d1m1D0.4910049

d2m2d10.764937.2440

故只需两次拉深即可，调整后得到的拉深系数m10.5，m20.8所以以后各次拉深工序的直径为：

d1m1D50

d2m2d140

以后各次拉深工序的圆角半径为r1=R1=3.5,r2=R2=2.5第一次拉深深度为：

0.25220.14

h10.25（D2d2p）0.43（RpRd）0.14（RpRd）31.8

同理得dh12=33.2d1

33.2+8.5=41.7>38故拉深后经过翻边工艺可以达到工艺要求。

4.4冲裁力、拉深力的计算

（1）落料工序

取10钢的强度极限δ=400Mpa

落料力：

F=Ltδ=101π×1×400=126920N≈127kN由板料厚度为1mm故可采用刚性卸料板。

P卸K卸*P＝127×0.025＝3.175kN；P顶K顶*P＝127×0.06＝7.62kN；P1PP卸P顶＝127+3.175+7.62＝137.795kN≈138kN。

式中：

P－冲裁力，N；

L－冲裁件受剪切周边长度，LD3.1475235.5mm；

t－冲裁件的料厚；

b－材料抗拉强度，查[1]第27页表1.10，取值为400MPa；

P卸－卸料力，N；

P顶－顶件力,N；

K卸－卸料力系数，查[1]第52页表2.3，取值为0.025；

K顶－顶件力系数，查[1]第52页表2.3，取值为0.06；P1－冲裁工序所需力之和。

（2）冲孔工序

P＝Ltb＝25。

35×π×1×400＝31.86kN；P推K推P＝31.86×0.05＝1.6kN；P顶K顶P＝31。

86×0.06＝1.91kN；P2＝PP推P顶＝31.86+1.6+1.91＝35.37kN。

P推－推件力，N；

K推－推件力系数，查表取值为0.05；

2）拉深工序

拉深力：

pK2d1tb1.1149140068348N69kN

PQFq＝[π（1002-492）/4]×2.5＝15kN；

P3PQP691584kN。

PQ－压边力，N；

F－在压边圈下坯料的投影面积，mm2；q－单位压边力，查表取值为2.5MPa；P3－拉深工序所需力之和。

（4）翻边工序计算

P41.1（Dd）s1.1（4025.35）24512.4kN

（5）计算完成零件冲压所需的力，并选择压力机P总＝P1P2P3P4=269.77kN初选压力机的标称压力：

JH21-60）。

初选公称压力为600kN的JH21系列开式固定台压力机（型号为

其最大装模高度为300mm，装模高度调节量为70mm，工作台孔尺寸为150mm，主电机功率为5.5kW。

4.5拉深间隙的计算

由表7-19查的凸凹模单边间隙

Z1=1.1t=1.1mm

Z2=1.05t=1.05mm根据凸凹模直径大小查表得通气孔直径为5mm

4.6拉深凸、凹模圆角半径的计算一般来说，大的r凹可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量，所以r凹尽可能大些但r凹太大会削弱压边圈的作用，所以r凹由下式确定：

r凹＝0.8（DD凹）t＝0.8（10040）1＝6.19取r凹＝6.2。

式中：

D－坯料直径，mm；

D凹－凹模直径，由于拉深件外径为40mm,此处取值为40mm。

（2）凸模圆角半径的计算

r凸对拉深件的变形影响，不像r凹那样显著，但r凸过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。

r凸的取值应比r凹略小，可按下式进行计算：

r凸＝0.8r凹＝0.8×6.2＝4.96（mm）取凹模圆角:

r凹=5mm

对于制件可一次拉深成形的拉深模，r凹、r凸应取与零件图上标注的制件圆角半径相等的数值，但如果零件图上所标注的圆角半径小于r凹、r凸的合理值，

则r凹、r凸仍需取合理值，待拉深后再用整形的方法使圆角半径达到图样要求。

4.7计算模具刃口尺寸

（1）落料模刃口尺寸

查表可得Zmin＝0.05mm,Zmax=0.1mm

Zmax-Zmin＝0.50-0.36＝0.05mm

凹＝+0.03mm，凸＝-0.02mm

由此可得凹凸＝0.05mm0.14mm故能满足分别加工的要求。

查表可得磨损系数X＝0.5，落料件基本尺寸为75mm，取精度为IT13，则其公差0.46mm，上偏差和下偏差分别为＝0.23mm和-0.23mm。

由此可得

D落凹＝（DmaxX）0凹＝（1000.50.46）00.03＝10000.03（mm）D落凸＝（D落凹Zmin）0凸＝（1000.36）00.02＝99.6400.02（mm）

（2）拉深模工作部分尺寸计算

对于制件一次拉深成形的拉深模，其凸模和凹模的尺寸公差应按制件的要求

确定。

此工件要求的是外形尺寸，设计凸、凹模时，应以凹模尺寸为基准进行计算。

由此可得

D拉凹＝D0.140.1mm（mm）

D拉凸＝DZ39.9mm（mm）

4.8计算模具

（1）凹模

a.凹模壁厚

查[6]第630页表14－5，由落料件的直径为100，料厚为t＝1mm，可取凹模壁厚为40。

b.凹模厚度

查[6]第631页图14－15，凹模厚度h可根据冲裁力选取。

由冲裁力为267kN，可得凹模厚度为h＝28mm。

c.刃壁高度

查[6]第630页刃壁高度的计算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可按下列规则计算：

冲件料厚t≤3mm，h0＝3mm；

冲件料厚t>3mm,h0=t。

由零件料厚为t＝1mm,可得刃壁高度h0＝3mm。

（2）上凸凹模

上凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模，其长度应根据落料凸模的要求计算，壁厚根据落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直径计算。

此处落料凸模采用有固定卸料板的凸模，长度可按下公式计算：

LH1H2Y

式中：

L－上凸凹模的长度，mm；

H1－上凸模固定版的厚度，mm；

H2－卸料板的厚度，mm。

Y－附加长度，包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度、凸模固定版与卸料板的安全距离。

在此固定版厚度取值为H1＝25mm。

对于卸料板，查《冲模设计手册》，根据其料厚t＝2.5，卸料板宽度与凹模外径相当，取其宽度为B＝155，则卸料板厚度取值为H2＝14mm。

附加长度取值为Y＝26。

则上凸凹模的总长度为

L125142665mm。

上凸凹模做拉深凹模的部分壁厚为

D落凸D拉凹＝（74.6439.96）/2＝17.34mm。

这部分的高度取值为20mm，保证拉深件所需的深度14mm，再附加一定的长度。

其余部分的壁厚取13.34mm。

上凸凹模的结构如图4所示。

5.选用标准模架

5.1模架的类型

模架包括上模座、下模座、导柱和导套。

冲压模具的全部零件都安装在模架上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。

根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。

每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，由有多种模架类型，如：

后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。

选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。

在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架。

5.2模架的尺寸选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大30～40mm，模版厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。

选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大40～50mm。

在本设计中，凹模采用圆形的结构，其工作部分基本尺寸为75mm，壁厚为40mm，所以其外径基本尺寸为155mm，厚度为h＝28mm。

模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，其关系为：

Hmax＋10≤H≤Hmin－5

由上面压力机的选择可知道Hmax=300mm，Hmin=Hmax－70=230mm。

所以H应介于225mm～310mm之间。

查指导书表选用的模架为、上模座、下模座分别为：

模架：

250×250×（240～285）GB/T2851.3

上模座：

250×250×50GB/T2855.5

下模座：

250×250×65GB/T2855.6

由此可知其最大装模高度为285mm，最小装模高度为240mm，符合H的要求。

下模座周界尺寸为250×250，而凹模的外径为155mm，所以周界尺寸符合要求。

下模座厚度为65mm，而凹模的厚度为28mm，也符合要求。

工作台孔尺寸为150mm，模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要求。

根据模具的结构，可知其闭合高对为

H闭合h1h2H1L1th3h4h5h6式中：

H闭合－模具的闭合高度，mm；

h1－上模座厚度，mm，由前可知h1＝50mm；

h2－上垫板厚度，mm，此处选h2＝5mm；

H1'－凸模固定板厚度，mm，由前可知H1'＝25mm；L1－上凸凹模长度，mm，由前可知L＝65mm；t－制件厚度，mm，此处t＝2.5mm；h3－下推板厚度，mm，由前可知h3＝21mm；h4－下凸凹模固定板厚度，mm，由前可知h4＝25mm；h5－下垫板厚度，mm，选取h5＝5mm；h6－下模座厚度，mm，由前可知h6=65mm。

综上可得H闭合＝50+5+25+65+2.5+21+25+5+60＝263.5mm，所以H闭合介于225mm和310mm之间，符合设计要求。

6.选用辅助结构零件

6.1导向零件的选用导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的时间，导向装置设计的主意事项：

（1）导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面有10～15mm的间隙；

（2）导柱、导套与上、下模板装配后，应保持导柱与下模座的下平面、导套上端与上模座的上平面均留2～3mm的间隙；

（3）对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同；

（4）当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受侧向压力；

（5）导套应开排气孔以排除空气。

根据所选择的模架，选用导柱的规格为：

35×230（GB/T2861.1），选用导套的规格为35×125×48（GB/T2861.6）。

6.2模柄的选用

根据压力机模柄孔的尺寸：

直径:

50mm，深度:

60mm，选择凸缘式模柄，查[2]第437页表15.20，可知其参数如下：

d=50㎜，极限偏差±0.05mm，d1=132mm,总高度L=91mm，凸缘高L1=23mm，模柄倒角高度L2=5mm，打杆孔d2=15mm，凸缘螺钉环绕直径d3=91mm，凸缘固定螺钉沉孔的直径d4=11mm，沉孔台阶直径d5=18mm，台阶高度h=11mm，材料为Q235。

6.3卸料装置固定卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模。

设计时应保证卸料板有足够的刚度，其厚度H=（0.5～0.8）落料凹模的厚度。

前面已对固定卸料板进行选择，其厚度为14mm，宽度为155mm。

6.4推件、顶件装置

推件装置装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构完成推件的动作。

利用弹性元件定出。

刚性推件装置的典型结构应考虑推力均衡分布和尽可能减少对模柄和模座强度的削弱的原则来设计。

顶件装置的作用是将工件从凹模中定出，利用弹簧和气垫驱动顶杆订出工件。

上模座的3个顶杆查[2]第463页表15.44，选取的规格为：

直径d＝12mm，长度L=80mm，材料45钢，顶杆12×80JB/T7650.3。

6.5定位装置为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。

用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。

定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位精度要求高时，要考虑粗定位和精定位两套装置。

固定挡料销的选用：

落料凹模上部设置固定挡料销，采用固定挡料销进行定距。

挡料装置在复合模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。

在此选钩形挡料销,因其固定孔离刃口较远,因凹模强度要求,结构上带有防转定向销。

选取的固定挡料销的具体参数为：

大头端直径：

d＝38mm,极限偏差为00.075；

销部直径：

d1＝6mm，极限偏差为00..000142；

头部高度：

h＝3mm；

总长度：

L＝13mm。

标记为：

固定挡料销A8JB/T7649.10。

7参考文献

1．冷冲压技术

2．冷冲模设计指导

3．冲压设计手册

4．冲压模具设计手册