拉伸模设计说明书

端盖拉伸模设计

目录

目录 (1)

第一章零件的工艺性分析 (2)

第二章毛坯尺寸展开计算 (3)

第三章拉深工序次数及拉深系数确定 (5)

第四章冲裁力与拉深力的计算 (11)

第五章凸、凹模的设计 (7)

1、落料凸、凹模尺寸计算 (7)

2、拉深凸、凹模尺寸计算 (8)

3、粗糙度的确定 (9)

第六章模具基本结构的确定 (13)

第七章模具主要零件的强度校核 (15)

第八章冲压设备的选择 (16)

1、初选设备 (16)

2、设备的校核 (18)

主要参考文献

附录

第一章零件的工艺性分析

1、零件的形状、尺寸及一般要求

该零件为厚度1mm，展开直径为φ135mm，中心孔直径为φ35mm，零件材料20钢，尺寸精度按图纸要求。

2、工艺方案的分析及确定

工件由落料、冲孔、拉深、三道工序成型，工件形状较简单。

本次主要设计其第三道工序。

第二章毛坯尺寸展开计算

1

旋转体零件采用圆形毛坯，在不变薄拉深中，材料厚度虽有变化，但其平均值与毛坯原始厚度十分接近。因此，其直径按面积相等的原则计算，即毛坯面积与拉深件面积（加上修边余量）相等。

1、确定修边余量

在拉深的过程中，常因材料机械性能的方向性、模具间隙不均、板厚变化、摩擦阻力不等及定位不准等影响，而使拉深件口部周边不齐，必须进行修边，故在计算毛坯尺寸时应按加上修边余量后的零件尺寸进行展开计算。

修边余量的数值可查文献《实用模具技术手册》表5-7.

由于工件凸缘的相对直径

d凸/d = 1.1013

查表可得修边余量δ=3.5mm。

2、毛坯尺寸计算

根据工件的形状，可将其分成F1-F8这几个部分。则可计算出各部分的展开面积如下：

F1 =π/4[2π(4+t/2)(90.8-t)+4.56(4+t/2)2

=π/4[2π×5×88.8+4.56×52]

=222π2+28.5π

F2 =π(d-t)(h-r1-r2-t)

=π(90.8-2)(34-4-2-2)

=2308.8π

F3 =π/4[2π(2+t/2)(90.8-t-2×2-t)+8(2+t/2)2] =π/4(2π×3×82.8+72)

=124.2π2+18π

F4 =π/4(90.8-2t-2×2)2-π/4(47+2t+2×2)2=π/4×82.82-π/4×552

=957.71π

F5 =π/4[2π(2+t/2)(47+t)+4.56(2+t/2)2]

=π/4(2π3×49+4.56×32)

=73.5π2+10.26π

F6 =(20-2t-2×2)π(47+t)

=588π

F7 =π/4[2π(2+t/2)(47-2×2)+8(2+t/2)2]

=π/4(2π3×43+8×32)

=64.5π2+18π

F8 =π/4(47-2×2)2

=462.25π

所以经计算求得毛坯直径D=168mm

3、确定是否使用压边圈

由于D-d>22t,则要使用压边圈。

压边力的计算：

因为k=D/d=154/(47+4)=3

Fmax=πdt(k-1)бb

3

=3.14×51×2×2×329=210.7 kN

所以F=0.1[1-18k/(k-1)]k2Fmax

=0.1[1-(18×3)/(3-1)×32×210.7

=0.1×0.65×9×210.7

=123.4kN

第三章拉深工序次数及拉深系数确定

在制定拉深件的工艺过程和设计拉深模具时，必须预先确定是否可以一道工序完成，或者是经过几道工序才能制成。在确定拉深工序次数时，必须做到使毛坯内部的应力既不超过材料的强度极限，而且还能充分利用材料的塑性。也就是说每一次拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大可能的变形程度。

制订拉深工艺时,为了减少拉深次数,希望采用小的拉深系数(大的拉伸比)。有力学分析可知，拉深系数过小，将会在危险断面产生破裂。因此，要保证拉深顺利进行，每次拉深系数应大于极限拉深系数。

该零件的拉深系数，即拉深后圆筒件直径与拉深前毛坯直径的比值，为

m=d/D=(47+4)/154=0.33

有凸缘的圆筒件在拉深时还要考虑拉深的相对高度是否大于极

限相对高度。计算可得拉深的相对高度为：

h/d=20/（47+4）=0.392

极限拉伸系数与板料成形性能、毛坯相对厚度、凸凹模间隙及其圆角半径有关。

通过计算可得：

π/4dF2-756.25π+73.5π2+10.26π+588π+64.5π2+18π

+462.25π=484.2 π2+4391.52π

dF=143.6

所以：法兰相对直径dF/d=143.6/（47+2）=2.93

毛坯的相对厚度t/D×100=2/154×100=1.3

依文献《冲压工艺学》，查表4-10，查得零件的极限拉深系数

[m]=0.32

依文献《实用模具技术手册》，查表5-16，查得第一次拉深的最大相对高度[h/d]=0.18

可知拉深系数大于极限拉深系数，拉深的相对高度大于极限相对高度，所以不能一次拉深成形。

由于本设计只进行第一次拉深的设计，所以对以后的多次拉深不进行计算。

第四章冲裁力与拉深力的计算

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1、冲裁力的计算

计算冲裁力的目的是为了合理地选用压床和设计模具。压床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

平刃模具冲裁时，其冲裁力F0可按下式计算：

F0=Ltτ

式中× t——材料厚度，[t]为mm

τ——材料抗剪强度，[τ]为MP a

L——冲裁周长，[L]为mm

考虑到模具刃口的磨损，凸、凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还须增加30%，即

F=1.3F0=1.3Ltτ

所以冲裁力F=1.3×2π×168/2×2×430=459.07kN。

而F顶件力=K2F=0.06×326.89=19.62 kN

(依文献《冲压工艺学》查表2-10得K2=0.06）

所以总冲裁力为：

F0=504.97 kN

2、拉深力的计算

在确定拉伸件所需的压力机吨位时，必须先求的拉深力。在拉深带法兰的圆筒件的生产中常用如下经验公式计算：

F = πd1tσb K

式中t——料厚；

d1——第一次拉深半成品圆筒直径；

σb——抗拉强度

由于零件材料为20钢，查得其抗拉强度

为400MPa；

K——系数，依文献《冲压工艺学》查表4-11

查得K =1；

由上求得拉深力 F = 25.12kN ;

3、压料力的计算

查《冲压模具及设备》得p=2MP，则

F=628N

4、压力机标称压力 F总=46.3KN

第五章凸、凹模设计

1、落料凸、凹模尺寸计算

因为落料形状为圆形，形状简单，所以采用凸、凹模分开加工的方法。

查文献《冲压工艺学》表2-3可知

凸凹模间隙由《冲压模具及设备》查得凸凹模的单边间隙为Z=（1~1.1）t，取Z=1t=1mm。

7

凸凹模圆角半径因为是一次拉深，故凸凹模圆角半径应与拉伸件相应圆角半径一致，故凸模圆角半径Rp=1.5mm，凹模圆角半径Rd=2.5mm。

D d=(D-x△）+δd

D P=(D d-Z min)-δp=(D-x△-Z min)-δp

式中D d、D P——落料凹、凸模尺寸，[D d]与[D P]为mm

△—工件制造公差，[△]为mm

Z min—最小合理间隙（双面），[Z min]为mm

δp、δd—凸、凹模的制造公差，[δp][δd]为mm

x△—磨损量，其中系数x是为了使冲裁件的实际尺寸

尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸

查文献《冲压工艺学》表2-7，可知x=0.75.

2、拉深凸、凹模尺寸计算

一、凹模圆角半径r d

r d与毛坯厚度、零件的形状尺寸和拉深方法有关

因为D-d d(凹模内径)>30时，应取较大的r d值

查文献《冲压工艺学》表4-6，可得

r d=9mm

二、凸模圆角半径r p

一般可取r p =r d。最后一道拉深时r p等于零件的圆角半径.

所以取r p =r d = 9mm.

三、凸、凹模间隙c

决定凸、凹模间隙时，不仅要考虑材质和板厚，还要考虑工件的尺寸精度和表面质量要求。

由于该拉深要使用压边圈，则

C = t max+kt；取C=2mm

式中t max——材料最大厚度；

k——间隙系数。

由于零件的尺寸标注在内径上，则依凸模为准，间隙取在凹模上，即增大凹模尺寸得到间隙。

四、凸、凹模尺寸及制造公差

最后一道拉深模的尺寸公差决定了零件的尺寸精度，故其尺寸、公差应按零件要求来确定。

对于多次拉深的第一次拉深和中间工序的毛坯尺寸公差没有必要限制，此时，可取模具尺寸等于毛坯过渡尺寸。若取凸模为基准，则

凸模尺寸 D P=D-δp

凹模尺寸D d=（D+2c)+δd

根据拉深系数m=0.32，即d/154=0.32，d=50则，D=50-2t=46 凸、凹模的制造公差依文献《冲压工艺学》查表4-7，依工件的厚度和拉深直径，查得

δd=0.08，δp=0.05

则：D P=46-0.05 ; D d=50+0.08

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3、粗糙度的确定

凸凹模的刃口部位要求较高，粗糙度选用0.4，凸模及凹模镶块用于固定的部位选用0.8，对于固定板上的孔，由于加工较困难，可选用1.6，其它不太重要的部位选用6.3。

第六章模具基本结构的确定

模具的基本结构和组成如下所示：

1、凸、凹模的结构形式

一、落料凸模与拉深凹模

采用凸缘形式，用螺栓与上模板紧固。

模具结构如下图所示

二、落料凹模

模具结构如下图所示

三、拉深凸模

采用嵌入式结构，用螺钉与下模板紧固。

模具结构如下图所示：

2、模具其他部分的作用与选材如下：

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上模座的作用是通过模柄与压力机相连接，将模具的上模部分安装在压力机上。材料选用HT200。因为上模座在模具工作中只承受冲击力，要求材料具有较好的强度和韧性。上模座尺寸选用315mm ×200mm×45mm

○2上模垫板

上模垫板在模具工作过程中，承受卸料组件、冲头传递过来的较大的冲击载荷。因此要求材料有较好的强度、硬度和一定的韧性。选用45，调质到HRC38~43。

○3卸料板

本模具选用固定卸料板，用螺栓和销钉固定在下模上，能承受的卸料力较大，常用于厚板冲压件的卸料。厚度为6mm，材料选用45钢，调质HRC38~43。

○4定位板

定位板在过程中起到保证单个毛坯在拉深过程中有正确位置的作用,以保证拉深出合格的制件。通过螺钉与凹模固定板连接，以毛坯外形进行定位。厚度为5mm,材料选用45钢，调质HRC38~43。

○5拉深凸模固定板

该固定板在模具中不仅起稳定拉深凸模的作用，还通过其与下模板之间的弹簧的作用起到压边圈的作用。在工作过程中要承受来自落料凸模的冲击，因此要求材料有较好的强度、硬度和一定的韧性。选用45，调质到HRC38~43。

承受很大的冲击载荷。需要有较好的韧性和强度。选用45钢。○7下模座

其作用与上模座相似，选用HT200。尺寸选用315mm ×200mm×55mm。

2、模架

选定模具的基本形式后，开始选择模架。依凹模尺寸及压力机工作台尺寸选取。根据文献《实用模具技术手册》，选用后侧导柱模架，选用HT200。其各尺寸参数如下：

凹模周界D=200 mm

B=200mm，L=315mm

闭合高度190~230mm

导套32mm×160mm

导柱32mm×43mm×110mm

本模具采用人工送料。

第七章模具主要零件的强度校核

1、压力中心的确定

为了保证压力机和模具正常的工作，必须使冲模的压力中心与压

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力机滑块中心线相重合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。本制件为圆形，压力中心在圆心。

2、模具主要零件强度设计

○1凸、凹模

凸模长度确定以后，一般不作强度计算，且该凸模直径较大，不会造成纵向失稳或折弯，故可不进行校核。

同理，凹模外形尺寸确定以后，可以保证凹模具有足够的强度和刚度，也不做强度校核。

○2垫板

垫板的作用是为了平均分布模板所受到的压力，可根据凸模传给的压力来决定垫板是否合格。

第八章冲压设备的选择

冲压设备的选择直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列问题。

1、初选设备

冲压生产中主要应用的是曲柄压力机和液压机。由于本零件的成型属于落料浅拉深，且根据其几何尺寸和精度要求，选用具有C 形床身的开式曲柄压力机。虽然开式压力机的刚度差，并且由于床身变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的寿命和制件的质量。但是，它却具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械化的附属设备和成本低廉等优点。

在压力机的类型选定以后，应进一步根据变形力的大小，冲压件的尺寸和模具尺寸来确定设备的规格。

由于冲裁工序与拉深工序不是同时进行，所以只需考虑两工序中所需压力较大的工序。

冲裁力为F = 346.51 kN，依冲压力的计算图与冲压设备需要负荷图对比，故可选用公称压力为450 kN的压力机。根据国标JB/T 9965-1999 ，初选压力机的型号为J21-45。

依文献《冲压模具简明设计手册》表13.10，可查得该压力机个技术参数如下：

标称压力/kN 450

标称行程/mm 3.2

滑块行程/mm 120

行程次数/次·min-180

最大闭合高度/mm 270

封闭高度调节/mm 60

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滑块中心线到机身距离/mm 225

工作台尺寸左右/mm 810

前后/mm 440

工作台孔尺寸/mm 150

模柄孔尺寸直径/mm 50

深度/mm 60

电动机功率/kW 5.5

2、设备校核

○1装模高度校核

为使模具正常工作，模具闭合高度必须与压力机闭合高度相适应，应介于压力机最大和最小闭合高度之间，一般按如下关系确定：h最大-5mm >= h模>= h最小+10mm

所设计模具的闭合高度为220mm ，而压力机的闭合高度为210mm ~270mm，在可调范围之内。

○2滑块行程校核

在拉深中为了便于安放毛坯和取出工件,其行程一般大于拉深件高度的2.5倍。工件高度为9mm,而压力机行程为60mm,故该压力机行程符合规定。

○3模具安装空间尺寸校核

包括工作台面的大小和模柄孔尺寸。经校核比较该模具可在压力机工作上正确安装和定位。且台面上的漏料孔与所选工艺相适应。

主要参考文献

主要参考文献

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