冷冲压拉伸模课程设计

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：端盖拉伸模具设计

班级：级专业班

姓名：

学号：

指导教师：

评定成绩：

教师评语：

指导老师签名：

20 年月日

目录

前言 (4)

一任务书 (5)

二零件尺寸的计算与确定 (6)

2.1毛坯尺寸的计算 (6)

2.2第一次拉伸尺寸的计算 (7)

2.3拉伸件工艺分析 (8)

2.4确定拉伸次数 (8)

2.5确定工艺方案 (9)

三确定模具的总体结构方案 (9)

3.1模具类型 (9)

3.2操作与定位方式 (9)

3.3卸料与出件方式 (9)

3.4模具类型 (10)

四进行必要的计算 (10)

4.1计算拉伸力 (10)

4.2模具工作部分尺寸计算 (10)

五模具设计 (11)

5.1凹模外形设计 (12)

5.2凸模设计 (12)

5.3固定零件 (14)

5.4紧固零件 (15)

六心得体会 (15)

七参考文献 (17)

前言

冲压式是板料经分离或成行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。本设计是对给定的产品图进行冲压模具设计。冲压工艺的选择是经查阅相关资料和和对产品形状仔细分析的基础上进行的；冲压模具的选择是在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度等诸多因素的基础上进行的；产品毛坯展开尺寸的计算是在方便建设又不影响模具成型的前提下简化为所熟悉的模型进行的。

随着经济的发展，冲压技术应用范围越来越广泛，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。

冲压工艺与冲压设备正在不断地发展，特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新高度。新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广，模具各种表面处理技术的发展，冲压设备和模具结构的改善及精度的提高，显著地延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。

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。

目前国内模具技术人员短缺，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。

冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分。

其中上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。

1、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伸模

2 零件尺寸的计算与确定

2.1毛坯尺寸的计算

利用等面积法计算毛坯面积 A =A1+A2+A3+A4+A5+A6

（1）如上图所示，h=（14-3-2.5-.5）mm=8mm ， d=（69-1）mm = 68 mm

因此 大圆柱面积1A =πdh=π×68 × 8 = 544π 2mm

（2）由于r=2.5mm ，d=69-1-2r=63mm ，d 1=43mm 因此

圆环面积2A =)(4212d d -π =530π2mm

（3）由于d 0=40mm ，d=43+2×1=45mm ，h=3+1=4mm 因此 圆锥台面积20203

)2h l )2(d d d d l A -+=+=（式中π 即3A =200.6π2mm

（4）由于r=2.5mm ，d=69-1-2r=63 mm 因此

41

球环面积4A =)4(2r d r +ππ=1.25π（63π+10）2mm

（5）由于d=40 mm 因此 圆面积425d A π==400π2mm

（6）根据教材表4.5，查得修边余量为δ=0.7 mm 因此

A 6=πd δ=47.6π2mm

A=πD ×D/4=A1+A2+A3+A4+A5+A 6

即D=89.04 取D=89

故落料毛坯直径D =89 mm

2.2第一次拉伸尺寸的计算

由等面积法A=A1+A2+A3

其中 d 0=40mm ，d=43+2×1=45mm ，h=3+1=4mm 因此 圆锥台面积20203)2h l )2

(d d d d l A -+=+=（式中π 即A3=200.6π2mm

由于d0=40 mm 因此

圆面积A2=400π2mm

因为d1=43mm 设第一次拉伸后工件的直径为d

故圆环的面积A1=)(4212d d -π

得d=85.8取整d=86

求的第一次拉伸后的直径d=86mm

在此基础上进行第二次拉伸

2.3冲压件的工艺性分析

2.3.1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伸模具即可满足该工件的精度要求。

2.3.2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432～461 MPa,屈服点为235 MPa，断后伸长率21～25％,由此可知此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其拉伸加工性能好。

2.3.3结构与形状

该零件为一圆盘，结构简单,形状对称，因此适合拉伸。

从零件的形状、材料、尺寸精度以及生产批量来看，符合拉伸工艺要求。

2.4 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）判断拉伸是够需要压边。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。

2.5 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伸，再进行第一次拉伸，拉伸称为外径为69mm、内圆角为8mm的无凸缘的圆筒，最后按h=14mm进行修边。

3 确定模具总体结构方案

3.1 模具类型

根据零件的拉伸工艺方案，采用拉伸模，结构简单，便于操作。

3.2 操作与定位方式

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

3.3卸料与出件方式

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。

3.4模架类型

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。

4 进行必要的计算

4.1计算拉伸力

查表4.17计算拉伸力F=K1πd1tσb

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

4.2 模具工作部分尺寸的计算

4.2.1 拉伸模的间隙

表4.28查的拉伸模的单边间隙为

Z/2=1.1t=1.1mm

则拉伸模的间隙Z=2*1.1=2.2mm

4.2.2 拉伸模的圆角半径。

凹模的圆角半径R d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等于工件的内圆角半径Rp=r=2mm。

4.2.3 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

D p=(d min+0.4△)

将模具公差按照IT13级选取把d min=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：

D p=（d + 0.4△）-δp

=（67+0.4*0.46）-0.05

=67.148-0.05 mm

D d=(d + 0.4△+ Z)+Δd

=（67 + 0.4×0.46 + 2×1.1）+0.08

= 69.384+0.08 mm

4.2.4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R d= 2mm ；拉深凹模圆角半径R p= 4mm 。

5 模具的总体设计

拉伸模具在单动压力机上拉伸，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。

5.1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。

5.2 凸模的设计

5.2.1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，将拉伸凸模设计成台阶式。

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6.5mm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。

5.2.2 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%，拉伸凸模进入凹模的深度应大于拉伸的深度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

5.2.3 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HRC 58～62.

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，B32 H6×50×25。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。

5.3固定零件

5.3.1 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：200mm ×200mm×45mm；

下模座：200mm ×200mm×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。

5.3.2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，A35×100

5.3.3 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。

5.3.4 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内选用，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

5.4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。

6心得体会

通过本次课程设计，在理论知识的指导下，结合认识实习和生产实习中所获得的实践经验，在老师和同学的帮助下，认真独立地完成了本次课程设计。在本次设计的过程中，通过自己实际的操作计算，我对以前所学过的专业知识有了更进一步、更深刻的认识，能够把自己所学的知识比较系统的联系起来。同时也认识到了自己的不足之

处。到此时才深刻体会到，以前所学的专业知识还是有用的，而且都是模具设计与制造最基础、最根本的知识。

本次课程设计历时一个月左右，从最初的领会设计的要求，到对拿到自己手上的冲压件的冲压性能的分析计算，诸如对拉伸件结构的分析，对形状的分析等，不断地分析计算，对要进行设计的冲压件有了一个比较全面深刻的认识，并在此基础上综合考虑生产中的各种实际因素，最后确定本次毕业设计的工艺方案。然后是对排样方式的计算，直到模具总装配图的绘制，用时近一个月。在这段时间里，我进行了大量的计算：从材料利用率的计算，到工序压力的计算，再工作部分刃口尺寸及公差的计算，到各种零件结构尺寸的计算以及主要零部件强度刚度的核算。其间在图书馆翻阅了许多相关书籍和各种设计资料。因此从某种意义上讲，通过本次课程设计的训练，也培养和锻炼了一种自己查阅资料，获取有价值信息的能力。

总之，通过本次设计的锻炼，使我对模具设计与模具制造的整个过程都有了比较深刻的认识和全面的掌握。我很感谢学校和老师给我这次锻炼机会。我是认认真真的做完这次毕业设计的。但是由于水平有限，错误和不足之处再所难免，恳请老师批评指正，不胜感激。

7 参考文献

[1] 郭景仪，陈炎嗣.冲压模具技术手册.北京出版社,1992

[2] 模具实用技术从书编委会.冲模设计与应用实例.1986

[3] 肖景容,姜奎华.冲压工艺学.机械工业出版社,1993

[4] 熊南峰,石其年.冷冲模具设计.科学出版社,2000

[5] 成虹.冲压工艺与模具设计.高等教育出版社,1987

[6] 机械设计编写组.《实用机械设计手册》.机械工业出版社,1985

[7] 杨占尧.冲压模具图册.高等教育出版社,1998

[8] 侯维芝,杨金风.模具制造工艺与工装.高等教育出版社,1997

[9] 张鼎承.冷冲模的设计与制造.上海科技出版社,1995

[10] 王芳.冷冲压模具设计指导.机械工业出版社,1982

[11] 孙凤勤.模具制造工艺与设备.机械工业出版社,1983

[12] 陈万林.实用模具技术.机械工业出版社,2000

[13] 黄健求.模具制造.机械工业出版社,2001

[14] 李德群.现代模具设计方法.机械工业出版社,2004

[15] 郑可.实用冲压模具设计手册.宇航出版社,2003