冷冲压模具课程设计报告说明书盖的二次拉深模具设计.docx

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冷冲压模具课程设计报告说明书盖的二次拉深模具设计

课程设计说明书

课程名称：

冷冲压模具设计与制造

题目名称：

盖的二次拉深模具设计

班级：

20XX级XXXXX专业XXXX班

姓名：

学号：

指导教师：

评定成绩：

教师评语：

指导老师签名：

2013年月日

摘要

一冷冲压的概念及发展状况…………………………………1

二设计任务及意义………………………………………………32.1设计任务书……………………………………………………3

2.2设计目的与意义……………………………………………………4

三零件尺寸的计算与确定…………………………………………5

3.1毛坯尺寸的计算………………………………………………5

3.2第一次拉深尺寸的计算…………………………………………7

3.3拉深件工艺分析……………………………………………………8

3.4确定拉深次数………………………………………………………9

3.5确定工艺方案……………………………………………………10

四确定模具的总体结构方案………………………………………10

4.1模具类型选择……………………………………………………10

4.2操作与定位方式选择……………………………………………11

4.3卸料与出件方式选择………………………………………………12

4.4模具类型选择………………………………………………………12

五冲压设备的选择……………………………………………………13

六进行必要的计算…………………………………………………14

6.1计算拉深力及压力中心……………………………………………14

6.2模具工作部分尺寸计算……………………………………………15

七模具设计……………………………………………………………16

7.1凹模外形设计………………………………………………………16

7.2凸模设计……………………………………………………………16

7.3固定零件……………………………………………………………17

7.4紧固零件……………………………………………………………17

7.5总装配图及附表……………………………………………………18

八心得体会……………………………………………………………20

九参考文献……………………………………………………………21

摘要：

冷冲压是利用磨具对板料进行分离或塑性成形加工的压力加工方法，在现代社会运用得越来越广泛。

本文以圆筒形盖为研究对象，利用冲压工艺与磨具设计的工艺过程方案，对盖的二次拉深进行了整体设计。

介绍了磨具冷冲压成型过程，经过对其材料质量、大批量生产及结构要求的分析，以满足使用要求为前提，对盖的二次拉深简要分析了零件尺寸、拉深次数、拉深工艺等。

同时，具体分析了磨具的主要零部件（拉深凸模、卸料装置、固定装置等）的设计与制造，模具工作部分的尺寸计算、工艺力的计算、冲压设备的选择以及磨具的整体结构设计；并且还附上了磨具的总装配图和所需零件详表及工艺过程表。

关键词：

冲压模具、拉深、工艺设计

一、冷冲压的概念与发展状况

1.1冷冲压的概念

冷冲压是利用安装在压力机上的模具，在常温下对板料进行分离或塑性成型，从而获得一定尺寸、形状和性能的制件的压力加工方法。

加工对象一般为板料、薄管料、薄型材等，冲压工艺、冲压设备、冲压模具是构成冲压加工的三要素。

1.2冲压的发展状况

随着经济的发展，冲压技术应用围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有冲压加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。

由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。

随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。

可以说，模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。

目前国模具技术人员短缺，要解决这样的问题，关键在于职业培训。

我们做为踏入社会的当代学生，就应该掌握扎实的专业基础，现在学好理论基础。

毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节。

希望能通过这次设计，能掌握模具设计的基本方法和基本理论。

二、设计任务及意义

2.1设计任务书

如下图所示

零件名称：

盖

生产批量：

大批量

材料：

Q235

材料厚度：

1mm

设计该零件的第二次拉深模

2.2设计目的与意义

冷冲压模具设计是为机械类与磨具类专业学生在学完基础理论课，技术基础课和专业课后，所设置的一个重要的实践性教学环节。

用模具生产的制件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点，是其他加工制造方法所不能比拟的。

本设计题目为端盖，对机械类专业的大三学生有一定的设计设计目的及意义。

其主要目的是可以提高学生设计的基本技能，如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟悉标准和规等。

本课题的意义是：

通过对该零件模具的设计，进一步加强设计者冷冲模设计的基础，为设计更复杂的冷冲模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。

三、零件工艺方案的确定

3.1冲压件的工艺性分析

3.1.1精度

由于该工件的尺寸精度为注明，属于未注尺寸公差，因此根据教材表7.19，取其尺寸精度为IT13级；由其直径尺寸为D=86，根据教材表7.14，其尺寸公差值为△=0.54mm。

由于其尺寸精度不高，因此用一般精度的拉深模具即可满足该工件的精度要求。

3.1.2材料

根据教材表7.1可知，Q235属于普通碳素钢，抗剪强度τ=304～373MPa，抗拉强度为432～461MPa,屈服点为235MPa，断后深长率21～25％,由此可知此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其拉深加工性能好。

3.1.3结构与形状

该零件为一圆盘，结构简单,形状对称，因此适合拉深。

从零件的形状、材料、尺寸精度以及生产批量来看，符合拉深工艺要求。

3.2毛坯尺寸的计算

毛坯尺寸的确定的原则有等面积原则和形状相似原则，根据本零件的特点：

为简单形状的旋转体，可以采用面积相等的原则来确定。

工件部分可由6个简单的几何体组成：

毛坯面积A=A1+A2+A3+A4+A5+A6

（1）h=（14-3-2.5-.5）mm=8mm，d=（69-1）mm=68mm。

因此大圆柱面积

=πdh=π×68×8=544π

（2）由于r=2.5mm，d=69-1-2r=63mm，d1=43mm因此

圆环面积

=

=530π

（3）由于d0=40mm，d=43+2×1=45mm，h=3+1=4mm因此

圆锥台面积

即

=200.6π

（4）由于r=2.5mm，d=69-1-2r=63mm因此

球环面积

=

=1.25π（63π+10）

（5）由于d=40mm因此

圆面积

=400π

（6）根据教材表4.5，查得修边余量为δ=0.7mm因此

A6=πdδ=47.6π

A=πD×D/4=A1+A2+A3+A4+A5+A6

即D=89.04取D=89

故落料毛坯直径D=89mm

3.3第一次拉深尺寸的计算

由等面积法A=A1+A2+A3

其中d0=40mm，d=43+2×1=45mm，h=3+1=4mm因此

圆锥台面积

即A3=200.6π

由于d0=40mm因此

圆面积A2=400π

因为d1=43mm设第一次拉深后工件的直径为d

故圆环的面积A1=

得d=85.8取整d=86

求的第一次拉深后的直径d=86mm

在此基础上进行第二次拉深

3.4确定拉深次数

总拉深系数为：

m=d/D=70/86=0.883

由毛坯相对厚度t/D=1/86=0.011

用式（4.27）判断拉深是够需要压边。

因0.045（1-m）=0.045*（1-0.833）=0.00751而t/D=0.011＞0.045（1-0.833）=0.00751，故不需要压边。

查《冲压工艺及模具设计》P158表2.4.7得第一次拉深系数

m1=0.84～0.65

故m＞m1，可以一次拉成。

3.5确定工艺方案

本工件首先需要落料，制成直径D=89的圆片，然后以D=89的原版料为毛坯进行第一次拉深，再进行第一次拉深，拉深称为外径为69mm、圆角为8mm的无凸缘的圆筒，最后按h=14mm进行修边。

四、确定模具总体结构方案

4.1模具类型选择

根据零件的拉深工艺方案，采用拉深模，结构简单，便于操作。

4.2操作与定位方式选择

虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。

考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，采用凹模凹槽定位

4.3卸料与出件方式选择

采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠弹簧的弹力来卸料，可以保证冲裁件表面的平面度。

4.4模架类型选择

考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。

五、冲压设备的选择

冲压设备的选择应注意以下几点：

⑴压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力，即

，式中

—所选压力机的吨位，

—冲裁时的总力。

⑵根据模具结构选择压力机类型和行程（冲程）次数，如复合模工作需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。

⑶根据模具尺寸大小，安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有关零件能自由通过。

⑷选择压力

为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力

≥（1.6-1.8）

的原则选取压力机。

参照许发樾主编《冲模设计应用实例》附录B3开式双柱可倾式压力机

（5）主要技术规格

选取公称压力为160KN的开式双柱可倾式压力机，该压力机与模具设计的有关系数为：

公称压力：

250KN；

滑块行程：

65mm；

滑块行程次数：

105次/mim

最大闭合高度：

270mm；

最大装模高度：

220mm；

封闭高度调节量：

55mm；

工作台尺寸（前后×左右）：

370mm×560mm；

垫板尺寸（厚度×深度）：

40mm×60mm；

模柄孔尺寸（直径×深度）：

φ40mm×60mm；

最大倾斜角度：

；

电动机功率：

2.2KW；

设备外形尺寸（前后×左右×高度）：

1135mm×1112mm×2120mm；

设备总质量：

1780Kg

六、进行必要的数据计算

6.1计算拉深力及压力中心

查表4.17计算拉深力F=K1πd1tσb

t/D=0.011m=0.883，由表4.18中查的K1=0.3Q235钢的强度极限σb=432～461MPa取σb=440MPa

将K1=0.3，d=68mm，t=1mm,σb=440MPa代入上式，即

F=0.3*π*68*1*440=28184N

按式（4.31），压力机的公称压力为

F压≥1.4F=1.4*28184=39457.6

故压力机的公称压力要大于40KN

根据表7.10选取型号为J23-6.3号压力机其公称压力为63KN满足额定要求。

由于该制件的毛坯及各工序件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。

6.2模具工作部分尺寸的计算

6.2.1拉深模的间隙

表4.28查的拉深模的单边间隙为

Z/2=1.1t=1.1mm

则拉深模的间隙Z=2*1.1=2.2mm

6.2.2拉深模的圆角半径。

凹模的圆角半径Rd按表4.31选取由于t/D=0.011故毛坯的相对厚度t/D*100=1.1介于1.0~2.0之间

所以凹模的圆角半径为（4~6）t选取Rd=4t=4mm凸模的圆角半径Rp等于工件的圆角半径Rp=r=2mm。

6.2.3凸凹模工作部分的尺寸和公差。

设计以凸模为设计基准。

凸模尺寸见表4.29

Dp=（dmin+0.4△）

将模具公差按照IT13级选取dmin=67mm，△=0.46

查表4.30得拉深模凹、凸模的制造公差分别为

δd=0.08，δp=0.050

凸、凹模刃口尺寸的计算如下：

Dp=（d+0.4△）-δp

=（67+0.4*0.46）-0.05

=67.148-0.05mm

Dd=（d+0.4△+Z）+Δd

=（67+0.4×0.46+2×1.1）+0.08

=69.384+0.08mm

6.2.4确定凸模的通气孔由表4.32查的，凸模的通气孔的直径为6.5mm。

拉深凸模圆角半径Rd=2mm；拉深凹模圆角半径Rp=4mm。

七、模具的总体设计

拉深模具在压力机上拉深时，压边采用平面式的，坯料用凹槽定位，凹槽深度为1mm，模具采用正装结构，出件时采用卸料板顶出。

7.1凹模外形的设计

凹模的结构形式和固定方法：

凹模采用圆形板状喇叭形直通式结构和通过用螺钉、销钉固定在下模座上。

根据教材式2.43可知，凹模厚度H与冲裁力F之间的关系为：

H×H×H=0.1F

其中式中：

H为凹模厚度，mm；

F为冲裁力，N.

代入数据可求得H=15.8mm，取H=20mm而凹模壁厚C=2H,因此C=40mm

因此凹模的轮廓的直径为150mm厚度为20mm

凹模材料和技术要求：

根据教材表7.8，查得材料选用碳素工具钢T10A，工件部分淬硬至HRC60～64，外轮廓倒圆角R=4mm。

凹模上还有凹槽给坯料定位，凹模上需要有深度为1mm直径为86mm的凹槽。

7.2凸模的设计

7.2.1凸模的结构形式与固定方法

凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将拉深凸模设计成台阶式。

为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模为半径为2mm的倒角，满足通气要求，开设直径为6mm的通气孔，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。

7.2.2凸模长度计算

凸模的长度是依据模具结构而定的。

采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h1+h

式中L---凸模长度，mm；

h1---凸模固定板厚度，mm;

h----附加长度mm主要考虑凸模进入凹模的深度

凸模固定板的厚度应取其凸模设计长度L的40%，拉深凸模进入凹模的深度应大于拉深的深度H=13mm取h=20mm，设模具闭合时固定板与凹模之间的距离为25mm则凸模的长度L=75mm

7.2.3凸模材料和技术条件

根据教材表7.8，查得材料选用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC58～62.

由于本设计的生产批量大，要求模具寿命要求高，因此一般采用导柱、导套来保证上、下模的精确导向，其结构形式为滑动导柱、导套。

滑动导柱、导套都是圆柱形，其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广的导向装置。

根据下模座上的座孔以及教材表7.34，查得导柱的规格为GB2861.1-81，B32h6×160×50，根据上模座上的座孔以及教材表7.36查得，导套的规格为GB2861.7-81，B32H6×50×25。

此时导柱的长度应保证上模座在最低位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10～15mm，而下模座底面与导柱面的距离S不小于5mm。

导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合。

导套的长度须保证在冲压开始时导柱一定要进入导套10mm以上。

导柱与导套之间采用间隙配合，根据冲压工序性质、冲压件的精度及材料厚度的不同，其配合间隙也稍有不同。

但对于冲裁模来讲，导柱和导套的配合可根据凸、凹模间隙选择。

由于凸、凹模间隙为0.10～0.13mm，小于0.3mm，因此采用H6/h5配合。

7.3固定零件

7.3.1上、下模座

本设计采用后侧导柱模座，因此标准模座根据模架类型及凹模尺寸选用，其尺寸为：

上模座：

130mm×125mm×45mm；

下模座：

130mm×125mm×50mm

模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。

7.3.2模柄

模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心。

故采用带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度。

其规格为GB2862.1-81，A35×1007.3.3固定板

凸模固定板的外形为圆形，平面尺寸与凹模尺寸一致，而凸模固定板的厚度应取其凸模设计长度的40%，因此凸模固定板的厚度为75×40%=30mm，取其厚度为30mm，直径为150mm而凸模与其固定板选用H7/n6配合。

7.3.4垫板

垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。

一般冲裁模使用的垫板，厚度可在4～12mm选用，外形尺寸与凸模固定板相同，而在本设计中取厚度为10mm。

为了便于模具装配，销钉通孔直径可以比销钉直径增大0.3～0.5mm。

垫板的材料选用45钢，淬火硬度HRC43～48。

其直径为150mm，厚度为10mm

7.4紧固零件

螺钉和销钉是用于模具零部件进行固定与定位的元件，两者选用相同的直径。

上、下模座各有4个螺钉和4个销钉，其尺寸规格见装配图。

其中销钉与孔采用H7/m6过渡配合，孔壁的表面粗糙度应达Ra1.6um。

7.5总装配图及附表

工作原理示意图

总装配图

附表

（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

HT200

40

模柄

Q235

凸模固定板、凸凹模固定板

A3、A5

导柱

20

渗碳0.8~1

58～62

导套

20

淬火

58～60

垫板

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

45

淬火

43～48

附表

（2）冲孔小凸模加工工艺过程

零件图号

08

零件名称

冲孔凸模II

工序号

工序名称

工序容

设备

1

备料

将毛坯锻成圆棒φ26mm×55mm

2

热处理

退火

3

车削

按图车全形，单边留0.2mm精加工余量

车床

4

热处理

按热处理工艺，淬火、回火达到58∽62HRC

5

磨削

磨外圆，两端面达到设计要求

磨床

6

钳工精修

全面达到设计要求

7

检验

附表（3）凹模加工工艺过程

零件图号

11

零件名称

凹模

工序号

工序名称

工序容

设备

1

备料

将毛坯锻成长方体165mm×135mm×35mm

空气锤

2

热处理

退火

3

粗刨

刨六面达到161mm×131mm×31mm，互为直角

牛头刨床

4

热处理

调质

5

磨平面

磨光六面，互为直角

磨床

6

钳工划线

划出各孔位置线，型孔轮廓线

7

铣漏料孔

达到设计要求

铣床

8

加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔

按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔

钻床

9

热处理

按热处理工艺，淬火、回火达到60∽64HRC

11

线切割

按图纸切割型孔达到尺寸要求

电火花线切割机床

12

钳工精修

全面达到设计要求

13

检验

八、心得体会

时间如梭，转眼一星期的课程设计就快结束了。

此次课程设计让我收获颇多、感触颇多。

根据自己以前对理论知识的学习，通过查阅设计手册、资料，在老师和同学的帮助下，我顺利地完成了本次课程设计的任务。

此次课程设计，使我对以前所学过的理论知识有了更进一步、更深刻的认识，也锻炼了我的实践操作能力和独立思考问题的能力，让我有了初步的系统性思维；同时，我也明白了一份耕耘一份收获的道理，细心、耐心是我们走向成功的必备要素。

当我们看到他人成功的喜悦的同时，也要关注别人成功背后的付出与辛酸。

另一方面，我也认识到了自己的短处，自己以前对工程制图的知识掌握得不是很好，所以在画装配图时很吃力，以后我还得认真补习和巩固一下这方面的知识。

此次课程设计，让我收获的不仅是对模具设计与模具制造的整体过程都有了比较深刻的认识和了解，更重要的是让我积累了一份学习和探索的心理体验过程和实践操作经验。

当然，我也很感学校的培养和老师的辛勤付出。

在以后的日子里，我会更加努力的学习，不断提高自己的专业水平和综合素质，争取早日成为机械类的专业人才，不辜负一直以来为默默我付出的父母、老师、朋友。

九、参考文献

[1]郭景仪，炎嗣.冲压模具技术手册.,1992

[2]肖景容,奎华.冲压工艺学.机械工业,1993

[3]熊南峰,石其年.冷冲模具设计.科学,2000

[4]占尧.冲压模具图册.高等教育,1998

[5]可.实用冲压模具设计手册.宇航,2003