落料拉深复合模设计说明书

目录

序言 (3)

1 冲压成形工艺分析 (4)

1.1 冲压工艺分析 (4)

1.2 修正零件 (4)

2 冲压工艺方案制定 (5)

2.1 工序数量的确定 (5)

2.2 工艺方案比较 (5)

2.3 冲压工艺方案确定 (6)

3 模具结构选择 (6)

3.1 确定冲模类型及结构形式...................................................................6.

4 确定毛坯尺寸排样方式及材料利用率 (7)

4.1 毛坯尺寸确定 (7)

4.2 排样方式 (7)

4.3 搭边、料宽及材料利用率的确定 (8)

5 工序计算以及压力机预选 (9)

5.1 冲裁工序的计算 (9)

5.2 拉深工序的计算 (10)

5.3 切边工序力的计算 (11)

5.4 压力机的初选 (12)

5.5 冲压工艺卡片 (13)

6 计算模具主要工作部分刃口尺寸 (14)

6.1刃口尺寸计算原则 (14)

6.2 落料凸凹刃口尺寸计算 (14)

6.3 拉深模凸凹模尺寸计算 (15)

6.4 切边凸凹模刃口尺寸计算 (15)

7 模具主要零部件结构尺寸计算 (16)

7.1 工作部件结构尺寸设计 (16)

7.2 结构零件尺寸设计 (20)

7.3 其他零部件的说明 (21)

8 压力机的校核 (22)

8.1 闭合高度的校核 (22)

8.2 压力机功率校核 (23)

8.3 滑块行程的校核 (23)

8.4. 工作台面尺寸的校核 (23)

9 模具的配合公差和材料选用 (24)

9.1 模具零件表面粗糙度及加工配合精度 (24)

9.2 模具材料的选择 (24)

10 落料拉深复合模装配图 (25)

参考文献 (28)

序言

模具是机械制造中技术先进、影响深远的重要工艺装备,它具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等优点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器等行业，更是汽车制造的四大工艺之一。

模具工业是国民经济的基础工业，受到国家和企业的高度重视，发达国家有“模具工业是进入富裕社会的源动力”的说法，由此可见其受重视的程度。在当代，“模具就是经济效益”的观念已经被越来越多的人接受。模具的技术水平在很大程度上取决于人才的整体水平，而模具技术水平的高低，又决定着产品的质量、经济效益以及新产品的开发能力，因此模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

本次课程设计要求设计一个带凸缘筒形件的落料拉深切边复合模。通过为期四周的专业课程设计，使我受益匪浅。大学四年所学的精华知识，从对零件结构工艺性分析到最终模具的设计都有所体现。巩固和加深了我们对冲压工艺、冲压模具及冲压设备的了解和学习专业课程设计将理论知识与实践相结合，突出专业知识的实用性、综合性。通过将所学的知识拿来分析和解决问题，这是学生学以致用的最好体现。

1 冲压成形工艺分析

1.1冲压工艺分析

所需成形零件的零件如下图(1)所示

图（1）

（1）材料：选取零件所用的材料为碳素工具钢T9A，其具有良好的冲压性能。

（2）结构形状：此冲压件是一个厚度t=1mm，且壁厚和底厚始终为1mm,因此，零件在成型过程中厚度不变薄，而且，其结构也比较单纯，其内径d=55mm,零件尺寸不大，高度为h=17mm,拉深的深度不大，冲裁件内，外形要尽量避免尖锐清角，采用了半径分别为2mm和2.5mm的圆角过渡。

（3）尺寸精度：由于本零件图并未给出其公差等级，可通过查文献[2]表2.38得出，公差等级为IT10级。再由[1]中表4.4、4.6分别可查的拉深件的直径偏差为±0.30mm，拉深件能达到的高度偏差为±0.30mm。

1.2 修正零件

由于一般拉深件在拉深成型后，工件口部或凸缘周边不齐，必须进行修边

以达工件要求，对于带凸缘的筒形件拉深，其修边量可由文献[2]表 4.8查得，D/d=65/55=1.182<1.5，凸缘直径D=65mm<100mm，查得Δh=3.5mm。因此，凸缘直径变为D=72mm；同时，对于拉深件的直径、高度d=55mm，h=17mm，可以修正为d=（55±0.30）mm，h=(17±0.30)mm。因此，可以得到修正以后的零件图如下图（2）所示：

图(2)

2 冲压工艺方案制定

2.1 工序数量的确定

该零件存在修边余量，因此，主要可分为落料、拉深和切边三道工序。

2.2 工艺方案比较

将三道工序进行排列组合，可初步拟定以下四种工艺方案：

方案一：拉深→切边→落料，

方案二：落料→拉深→切边，

方案三：拉深→落料→切边，

方案四：落料→切边→拉深。

对于方案一，如果先拉深再切边，板料太大不便于操作，这样反而增加了工人的劳动强度，同时也在一定程度上降低了生产效率。

方案二，先落料在拉深再落料，最后再切边，这种方案是比较合理的，正好弥补了方案一的缺点。

对于方案三,和方案一一样，都存在板料在拉深过程中太大，不便于操作。

方案四，先落料是合理的，但是紧接着就切边是不合理的，切边目的是为了切除修边余量。由于拉深过程中，由于材料的各向异性，拉深件的边缘不整齐。因而，需要最后有切边工序。

2.3 冲压工艺方案确定

综上所述，方案二比较合理，即：落料→拉深→切边。

3 模具结构选择

3.1确定冲模类型及结构形式

（1）为了适应大批量生产和满足高精度生产，采用复合模，由于落料拉深和切边三工序复合模，结构较复杂，而且成本高，模具稳定性差，维修困难。最终拟定，先做一个落料拉深复合模，然后，再做一个切边模。复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式复合模。分析该工件成形后脱落方便性，采用倒装式落料拉深复合模。正装式复合模成型后工件留在下模，需向上推出工件，取件不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模，只需在上模装一副推件装置，故采用倒装式复合模。

（2）此落料拉深件材料较薄，卸料力不大，应采用弹压卸料装置；此外，由于在拉深时有凸缘结构，需要压边圈结构，而且压边力相对较大，可以在下边采用橡胶弹性压边。落料时工位少，为了节省材料，不采用侧刃定位，而采用固定挡料销定距，具体结果选用GB2872.1-198 向送料典型组合。

4 确定毛坯尺寸排样方式及材料利用率

4.1 毛坯尺寸确定

由于此零件为不变薄拉深，可以认为各部分厚度仍然为t=1mm,可选用圆形作为拉深坯料，有S=4/2

m D π，得到Dm=π/4S 。这样便可以求得毛坯直径Dm 。 可以先利用UG 软件建一个以中性层为外表面的的模型并求得其面积S=6635.5mm^2，如下图（3）所示,因此，将数据代入公式可得Dm=

14.3/45.6635*=92mm 。

图（3）

4.2 排样方式

排样方式的确定：根据工件的形状，考虑到工件的轮廓尺寸精度的要求，采用少废料的排样方法。经过综合考虑和计算，选用单排排样方式，如下图（4）所示：

图（4）

4.3 搭边、料宽及材料利用率的确定

（1）毛坯的搭边值可由文献[2]，表2.25查得a=2.0mm,a1=1.5mm。如下图（5）所示，搭边值的表示。

图（5）

（2）料宽的确定

本次拉深件毛坯采用的T9A轧制薄钢板，通过查文献[1]，GB/T708—2006，B4表可查得标准轧制钢板的宽度和长度，最终确定选用L×B=1500mm×1200mm。

（3）材料利用率

η(其中：n—表示坯料个此种排样方法的材料利用率可由公式[1]:LB

F/

=

n

数；F —一个坯料面积；L 、B —板料的长和宽)。

因此，其材料利用率η：LB F /n =η=%7.73%1001250

1500)2/92(14.316132

=?????，综上，单排的排样方式如下图（6），其材料利用率为73.7%，相对较高。

图（6）

5 工序计算以及压力机预选

5.1 冲裁工序的计算

(1)冲裁力的计算

由文献[3]，公式2.11可知：F=KLt σb ，有文献[2]表14.1可查的已退火的T9A 钢的抗拉强度σb=750Mpa ，其中K 冲裁系数，可由屈强比确定，可有文献[1]查得K=1.3；L 为冲裁内外周边总长，L=D π(mm)，t 为材料厚度(mm)。

因此 Fc=KLt σb=K D πt σb=1.3×3.14×92×1×750=281.66KN 。

(2)卸料力的计算

由文献[3]，公式2.12可知：Fx=KxFc 。

有文献[1]，表2-9，可以查得Kx=0.045，因此，Fx=KxFc=0.045×281.66=12.67KN 。

(3)平冲头冲裁功的计算

通过文献[1]，公式2-11可得：

A=1000

x t Fc ??（其中，A —平刃冲裁功，单位J ；Fc —冲裁力，单位KN ；t —材料厚度,单位mm ；x 为平均冲裁力和最大冲裁力的比值）。由文献[1]，表2—10，x=Fc/Fcmax=0.6。

因此，A=1000

x t Fc ??=（0.6×281.66×1）/1000=168.96J

5.2 拉深工序的计算

(1) 拉深次数的计算

由文献[2],表4.2，对于有凸缘的筒形件一次拉深成型条件：d/Dm ≥0.4，d —圆筒部分中径，Dm —拉深件毛坯直径。对于本拉深件d/Dm=56/92=0.61≥0.4，满足一次拉深条件。通过文献[2],表 4.25，校核拉深系数，法兰相对直径：df/d1=72/56=1.29；毛坯相对高度：t/D 0×100=1/92×100=1.09。可以查得m1=0.53<0.61，因此，此拉深件可以一次拉深成型，其中df 为凸缘处直径，d1为圆筒部分的直径。

(2)拉深力计算

由于此拉深件可以一次拉深成型,可由文献[2]中表 4.40中公式Pl=f K t p d πσb,

其中：p d —为拉深后圆角部分直径，单位mm ；t —材料厚度单位mm ；σb —抗拉强度Mpa ；Kf 可由文献[2]中表4.38，Kf=0.85。

所以，拉深力Pl=f K t p d πσb=0.85×3.14×56×1×750=112.1KN 。

(3) 压边力的计算

由文献[2]，表4.46中公式：Q1=

q ])2([4212凹r d D +-π，

其中，Q1—为首次拉深压边力KN ；

D —坯料直径mm ；

d1—为首次拉深圆筒部分的直径mm ；

凹r —拉深凹模圆角半径mm ；

q —单位压边力Mpa 。q 可由文献[1]，表4.47和4.48取q=2.8Mpa 。

由文献[1]公式4—97，可得拉深凹模圆角半径计算公式： 凹r =t D ）

（d 8.0-=4.72 其中，D —坯料直径mm ；

d —凹模内径mm ；

t —材料厚度单位mm 。

因此，压边力：Q1=

q ])2([4212凹r d D m +-π=8.2])72.456(92[4

14.322?+-=9.2KN 。 (4)拉深功的计算

查文献[1]公式4—102：A=F av ×h ×103-=CFmax ×h ×103-

其中，A —拉深功J ；

Fmax —最大拉深力N ；

h —拉深深度mm;

C —查文献[1],表4-87，C=0.77

因此：A= CFmax ×h ×103-=0.77×112.1×103×16×103-=1381J

5.3 切边工序力的计算

(1) 切边力的计算

实质上，切边力的算法和冲裁力计算方法一样，因此，可以用冲裁力的计算公式：Fq=KLt σb=K D π1t σb=1.3×3.14×65×1×750=199.0KN 。

(2) 卸料力的计算

由文献[3]，公式2.12可知：Fx1=KxFq 。

有文献[2]，表2-32，可以查得Kx=0.045，因此，Fx=KxFc=0.045×199.0=8.96KN 。

5.4 压力机的初选

(1) 落料拉深复合模的设备选择

首先，确定选择单动压力机，以冲裁和拉深两工序过程中力较大者为选择设备的依据。

a.拉深总工序力：F 1总压力=Pl+ Q1=112.1+9.2=121.3KN 。

一般情况下：P 压力机≥（1.6—1.8）F 总压力=1.7×121.3=206.2KN 。

b.冲裁工序力：Fc=281.66KN，P2

压力机

≥（1.2—1.3）Fc=1.3×281.7=366.21KN。

综上所述，由于P2

压力机≥F1

总压力

，因此，应该以冲裁工序来拉选择压力机

设备类型。可初选压力机为J23—40，其设备参数[1]如下表1所示.

J23—40设备参数表1

由此可算出压力机的闭合高度范围210mm≤H≤260mm。

(2)切边模压力机选择

P2

压力机

≥（1.2—1.3）Fq=1.2×199.0=238.8KN，可初选J23—25型，其工艺参数[1]表12-6如下表（2）所示。

J23—25设备参数表2

可算出压力机的闭合高度范围180mm≤H≤215mm 5.5 冲压工艺卡片

冲压工艺卡片如下表3所示：

冲压工艺卡片表3

→

6 计算模具主要工作部分刃口尺寸

6.1刃口尺寸计算原则

(1)刃口尺寸应保证能冲出合格工件

由于落料件的实际尺寸基本与凹模刃口尺寸一致，设计落料模时应以凹模尺寸为基准。因此，落料模应先决定凹模的尺寸，间隙取在凸模上，用减小凸模尺寸来保证合理的间隙。冲孔模的尺寸取决于凸模，因此，冲孔模应先决定凸模尺寸。间隙取在凹模上，用增大凹模尺寸来保证合理的间隙。

(2)刃口磨损一些仍能冲出合格件

考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响。刃口磨损后尺寸变大，设计模具时其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸变小，设计模具时其刃口基本尺寸应接近或等于冲件的最大极限尺寸。

(3)设计模具时应取最小合理冲裁间隙

随着凸模与凹模磨损量的不断增大，冲裁间隙也会不断增大。所以模具设计时冲裁间隙应取其允许的最小值min Z 。

(4)考虑冲件精度与模具精度之间的关系

选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度高2~3级。采用分别制造法制造凹凸模。

6.2 落料凸凹刃口尺寸计算

(1) 经分析此冲裁件的精度要求不高，因此，可以选择配合加工，由文献[1]，

表2-22中可以查得，对于普通冲裁其精度为D=9222.0.

12.0-+mm ，Δ=0.22-（-0.12）

=0.34mm ，应修正为D=920

340-。mm 。

(2)由于此为落料工序，应当以凹模为基准进行加工，文献[1]表2—33，A 凹=

（D —x Δ）凹σ+0，由文献[1]表2-31，取磨损系数x=0.5。A 凹=（D —x Δ）凹σ-0=(92

—0.5×0.34)34.0410?=91.83085.00+mm 。由表2-2中Zmin=0.1mm ，Zmax=0.14mm ，可

取最小双边间隙0.1mm ，其基本尺寸为91.83mm 。

6.3 拉深凸模和凹模尺寸计算

(1)对于拉深凸模和凹模尺寸的计算，可以采用凸凹模分开加工的方式计算，有文献[1]，表4.6中内径尺寸d=55mm ，偏差为±0.30mm ，Δ=0.6mm ，因此，圆筒拉深件直径d=(55±0.30)mm 。

(2) 由文献[4]，表4.75公式：D A =(dmin+0.4Δ+Zmin)A σ

0 ；d T =(dmin+0.4

Δ)0

-T σ ,

其中：凹D 、凸D —— 分别为落料凹、凸模尺寸；

D max —— 落料件外径的最大极限尺寸；

?——拉深件制造公差；

Z ——凹凸模间隙，Z=(2~2.2）t ，取Z=2.1t ；

X ——磨损系数，其值在0.5~1之间，与冲裁件的精度等级有关； 1d r 、1p r ——别为拉深凹、凸模的圆角半径；

查文献[1]，表4—34中，可得mm T A 05.0mm 08.0==σσ，。由[2],取Zmin=2.1mm 。

代入公式可得：d T =(dmin+0.4Δ)0

-T σ=（55+0.4×0.6）005.0-=55.24005.0-mm ，

D A =(dmin+0.4Δ+Zmin)A σ

0=（55.24+2.1）08.00+mm=57.4308.00+mm 。

6.4 切边凸凹模刃口尺寸计算

可以看作是冲裁工艺过程，对于直径为D1=65mm 的带凸缘的拉深件，其偏差可由文献[1]表2-2查的Δ=0.22-（-0.12）=0.34mm ，应修正为D1=650

340-。mm 。

可以选择凸凹模分开加工,，由文献[1] 表2—32，可得D 凹=（D1—x Δ）凹σ+0，

D 凸=（D1—x Δ—2Cmin ）0

-T σ，在文献[1]表2-31，取磨损系数x=0.5；由文献[1],

表2-29,

σT =—0.020mm ，A σ=+0.030mm ；由表2—2，切边模初始双面间隙：Zmin=0.1mm ，Zmax=0.14mm 。|σ|T +|A σ|=0.05mm .> Zmax —Zmin=0.04mm ，因此，可取：取σT =0.4（min max Z Z -）=0.4×0.04=0.016mm ，A σ=0.6(min max Z Z -)=0.6×0.04=0.024mm 。

切边凸模和凹模尺寸有：D

凹=（D1—x Δ）A σ+0=（65—0.5×0.34）024

.00+=64.83024

.00+mm

D 凸=（D1—x Δ—2Cmin ）0

-T σ=(64.83-0.1) 0016.0-=63.830

016.0-mm 。

7 模具主要零部件结构尺寸计算

7.1 工作部件结构尺寸设计

(1) 落料凹模结构尺寸设计

a.落料凹模高度H ：H=Kb(其中，K 为系数，b 为凹模刃口最大尺寸)，可根据[2]式2.16和表2.23，K=0.22。H=91.83×0.22=20.2mm ，可选取H=45mm 。

b.落料凹模厚度C ：由文献[2]中2.17式，C=（1.5—2）H=45×（1.5—2）=（67.5—90）mm ，可取C=67mm 。

c. 落料凹模宽度B ：由B=d+2C=91.83+2×67=225.83mm ，取B=226mm 。

d. 落料凹模宽度L ：取L=B=226mm 。

最终落料凹模结构及尺寸如下图（7）所示但是，由于标准模架周界应取L ×B ×H=250mm ×250mm ×45mm 。

凹模结构及尺寸图（7）

(2)凸凹模结构尺寸设计

在凸凹模结构尺寸设计时，凸凹模型面形状应和工件的形状尺寸相吻合，其凸模刃口轮廓按数模线切割。其具体结构和尺寸如下图（8）所示

凸凹模结构尺寸设计图（8）

(3)拉深凸模结构尺寸设计

由于拉深凸模和凹模是按分开加工的方式计算的尺寸，因此，其应当满足分开加工的尺寸要求，应当满足与拉深件的内径的尺寸的配合关系。拉深凸模的结构及尺寸关系如图（9）所示：

拉深凸模的结构及尺寸图（9）

(4)卸料板的结构尺寸设计

卸料板外观型面简单，可以用线切割加工，由文献[1]，可取与凸凹模间隙值为±0.25mm,材料为45 钢，淬火硬度为40-45HRC，如下图(10)所示：

卸料板的结构尺寸设计图(10)

(5)压料圈的结构尺寸设计

其结构示意图如图(11)所示：

压料圈的结构尺寸设计(11)

(6)弹簧选择

卸料装置采用弹压卸料板装置，以方便卸料，由于卸件力F x =12.67KN 较大，拟选用6个弹簧，每个弹簧应有的预压力为：

F n /x y F ==12.67KN/6=2111.7N

由文献[5]，表B —4查得：弹簧规格，初选弹簧规格为：弹簧最大工作负荷：N ax F 2300m =，弹簧自由高度H 0=160mm ，弹簧最大压缩极限h j

=54.7mm ，弹簧外径Dt=50mm ，钢丝直径d=8mm 。

又弹性卸料的预压力F 预≥N F 7.21115.0y 5.0?==1055.85N ，即y

y j h F h F =max ，得到：h y =?max F y F h j =50.34mm ，弹簧的预压高度h 预≥0.5×50.34=25.17mm 。

可以通过计算未闭合状态下弹簧的预压高度h 预= H 0—h 上— h 凸凹+h 卸=160—25

—106+4=33mm ≥25.17mm ，满足要求。

综上所述，可以取弹簧规格为：弹簧最大工作负荷：N ax F 2300m =，弹簧自由高度H 0=160mm ，弹簧最大压缩极限h j =54.7mm ，弹簧外径Dt=50mm ，钢丝

直径d=8mm 。

(7)橡胶选择

a. 前面已经算出了压边力Q1=9.2KN ，由文献[1]公式14-1，橡胶所产生的压力：

F=A ×p

式中：F —橡胶板工作压力，单位：N;

A — 橡胶板横截面积，单位：mm^2;

P —单位压力，与橡胶板压缩量、形状有关，一般取2—3Mpa 。

因此，橡胶的横截面积A= Q1/p=9200/2.5=3680mm^2。如果取圆柱型橡胶，Dx=π/4A =14

.336804?=68mm 。

b.橡胶压缩量和自由高度的确定

橡胶板压缩量不能过大，否则会影响其压力和寿命，实践经验表明，橡胶版最大压缩量一般不应超过其自由高度H

的45%。而模具在安装时，橡胶板应预压缩（10—15）%，因此，橡胶板的自由高度和其许可压缩量之间存在以下关

系：H

0=

30

.0

25

.0—

工作

S

=（3.5—4）S

工作

，而S

工作

=17mm，因此，H

=（3.5—4）

S

工作=（57.8—68）mm，可取H

=65mm。

c．校核

为满足橡胶板的高径比要求，橡胶板的厚度与外径之比即：H

/Dx应在0.5

—1.5之间，而H

/Dx=65/68=0.76，属于范围之内，因此，所选橡满足条件。

d.橡胶的装配高度H

2

其装配高度H

2应满足：H

2

=（0.85—0.9）H

=(0.85—0.9) ×65=（55.2—58.5）

mm,可取H

2

=56mm。

7.2 结构零件尺寸设计.

(1)模架的选择

对于此落料拉深复合模来说，其模架的选取与其落料凹模的周界有关，通过查文献[1]表14—2可得出，模架的相关参数。首先，本复合模应选择对角导柱的模架。

由落料凹模周界为L×B×H=250mm×250mm×45mm，选择模座及导柱导套的尺寸。如下：

上模座：L×B×H=250mm×250mm×50mm；

下模座：L×B×H=250mm×250mm×65mm。

模架的参考闭合高度尺寸210mm≤H≤255mm；

初选择导柱：

导柱，导套1：d×L=35mm×200mm，d×L×D=35mm×125mm×48mm；