拉伸模课程设计说明书

一前言 (2)

二冲压件进行工艺分析 (7)

三工艺方案的分析和确定 (7)

四模具压力中心的确定 (10)

五模具主要零件尺寸的确定 (10)

六模具凸凹模的校核 (14)

1.凹模高度的校核 (14)

2.凸模的长度校核 (15)

七选择冲压设备 (15)

八冲压工艺单 (17)

九设计小节 (18)

十参考资料 (19)

随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。本文针对筒形零件的落料工艺性和拉深工艺性，确定用一幅复合模完成落料和拉深的工序过程。介绍了筒形零件冷冲压成形过程，经过对筒形零件的批量生产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能为前提，将其确定为冲压件，用冲压方法完成零件的加工，且简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，冲压工序性质、数目和顺序的确定。进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算，并设计出模具。

同时具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板等）的设计与制造，冲压设备的选用，凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加工工艺过程。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。

关键词：复合模；拉深；落料；冲压

1.前言

1.1模具在国民经济中的地位

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。

模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场

的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。

1.2 各种模具的分类和占有量

模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。

（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50％以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。

（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。

（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35％，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。

（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6％。

（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。

模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综

合，其复杂程度显而易见。

1.3 我国模具工业的现状

自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260~270亿元人民币。今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。

目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。

在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50℅（中国台湾：40℅），塑料模具约占33℅（中国台湾：48℅），压铸模具约占6℅（中国台湾：5℅），其他各类模具约占11（中国台湾：7℅）。

中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。

萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。

1981年——1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。

成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产

业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。

1.4 我国模具技术的现状及发展趋势

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

第一章零件图及工艺方案的拟订

制件如图1所示，材料为08F-Ⅱ-S，料厚为2mm，制件精度为IT14，大批量生产，形状简单，尺寸也不大，大批量生产，属于普通冲压件。

图1 碗形塞冲压件

1.1冲压件进行工艺分析

根据制件的材料、厚度、形状及尺寸，在进行冲压工艺设计和模具设计时，应特别注意以下几点：

1该制件为圆形拉深件，因此在设计时，毛坯尺寸的计算是一个重点。

2要确定落料、拉深各工序的顺序。

3制件不大，可能需要经过多次拉深。如果需要经过多次拉深，则拉深工序的确定以及拉深工序件尺寸的计算是正确进行工艺和模具设计的关键。

4冲裁间隙、拉深凸凹模间隙以及每道拉深工序的高度的确定，应符合制件的要求。

5各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序运动稳妥、连贯。

1.2 工艺方案的分析和确定

1.2.1工艺方案分析

根据该零件的形状特征，该产品属于拉伸件，需要进行落料、拉伸二道工序。根据落料、拉深各工序二道基本工序，可以对它们作不同的组合，排出顺序，即得出工艺方案，具体可排出一下五中方案：

方案一：落料与拉伸复合完成。

方案二：先落料，再拉伸。

方案三：先拉伸，再落料。

方案一中，形位精度相对较底，但是模具结构较简单，制造周期较短，生产成本不高，对精度要求不太高，中小批量生产比较合适，对于模具的磨损修复也比较容易。

方案二中，形位精度相对方案二高，但是模具结构较复杂，制造周期较长，生产成本较高。

方案三中，由于是单工序模，模具结构简单，生产成本底，但是生产效率底，生产批量不大，产品的形位精度不高。

根据现有条件和技术水平，产量及经济方面考虑，选择方案一。

1.2.2主要工艺参数计算

计算拉深工序间尺寸：为了计算拉深工序间尺寸必须先确定拉深次数从而确定计算方法。

图 2

1毛坯尺寸

零件的相对高度h/d＝(14-1)/(56-2)＝0.240，而高度h>10～20mm，根据文献[1]查表4－3可知，修边余量δ＝1.2㎜，因而毛坯直径为

D＝

d

1

＝56-(2.5+2)×2＝51.5㎜，

d

2

＝56-2＝54㎜，δ＝1.2㎜，

h＝14-2.5-2＝9.5㎜，r

g

＝2.5+0.5＝3㎜

D＝

＝79.81㎜

取D＝80㎜

2 确定是否用压边圈

毛坯的相对厚度t/d×102＝2/80×102＝2.5%，根据文献[1]查表4－18得,采用压边装置。

3 确定拉伸次数

采用查表法，当t/d×102＝2.5％，h/d＝16.6/43.8＝0.240时，根据文献[1]查表4－8得n＝1。

4 确定各次拉伸的直径

根据文献[1]由表4－6查得m

1

＝0.5,

d

1

＝0.5×70＝35㎜<43.8㎜,

调整到m

1＝0.626，d

1

＝0.626×80≈50.8㎜

1.3计算各工序冲压力

1 落料拉深工序

根据文献[2]查表4-12 08F-Ⅱ-S的бb＝390MPa，根据文献[1]查表2－2得K卸＝0.04,K顶＝0.06，K推＝0.06

落料力计算：F落＝Ltбb＝3.14×70×1.2×390≈102.87KN

卸料力计算：F卸＝K卸F落＝0.04×78≈3 KN

拉伸力计算：F拉深＝KLtбb＝0.79×3.14×70×1.2×390≈81.26KN

根据文献[1]查表4－20得修正系数K＝0.79

2 拉深时的压边力：F压＝Ap＝2257×2≈5KN

根据文献[1]查表4-19得p=2。

3 总压力计算

F

总

＝F落＋F卸＋F拉深＋F压＝102.87＋3＋81.26＋5＝192.13 KN

3模具压力中心的确定

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。

4模具主要零件尺寸的确定

为使凹模能放在下模座内，模架凹模周界尺寸L应大于凹模直径160，根据国标GB/T2851.3-1990 L取200mm，B取160mm，并查得相应的模座和导柱导套的标准如下：

上模座GB/T2855.5 尺寸为200?160?40材料HT200，

下模座GB/T2855.6 尺寸210?200?50材料HT200，

导柱GB/T2861.1尺寸Φ32?210，

导套GB/T2861.6尺寸Φ45?110。

2）凸凹模固定板的选择

外形尺寸与凹模相对应，由国标JB/T7643.5-1994,选择为Φ160?25，材料为Q235-A·F。

3)磨柄的选择

按JB/T7646.1-1994 选择压入式Φ50?100,材料Q235-A·F。

4）卸料装置

由于落料拉深过程中，若选用选用弹性卸料，则拉深行程中，橡胶亦被压缩，产生不必要的压缩力，增大压力机压力，故采用刚性卸料装置，材料为Q275钢，尺寸为200×70×12。卸料板固定螺钉选用M12×60，查《冲压模具简明设计手册》表15.30，卸料板孔与凹模的单边间隙Z/2=0.2mm。

5）推件顶尖装置的选择

推杆：

按JB/T7650.1-1994选择带肩推杆，材料45，热处理硬度43~48HRC ，尺寸Φ14?200。

推件器：

由于工件尺寸较小，推件器的外形与凸凹模为间隙配合H8/f7，工作面形状与工件形状相似，圆角为R3，材料为Q235A。

○1定位销的选择

由于排样时，两工件间的纵向搭边距离只有 1.5mm，不能选用废料的后端定位，而落料时工件尺寸为90mm，凹模的长度不够前端定位所需值，故在凹模上，送料放向添加一个支架，定位销尺寸选用M10。

○2螺钉的选择

为使凸凹模固定板安装在上模架和凹模安装在下模架上时不影响模具在压力机上的安装，应采用内六角圆柱头螺钉，其直径和长度应根据强度和所需连接高度选择，参考标准GB70-85。

7）模具闭合高度的校核

上模座高度40mm，垫板厚度10mm，模具闭合时，凸凹模高70mm，垫块高度46mm，下模座高度50mm，模具闭合高度H=40+10+70+46+50=216mm 。在压力机最大封闭高度220mm范围内，符合要求。

（1）模具结构形式的选择

只有拉深件高度比较高时才能采用落料、拉深复合模具。这是因为浅拉深件若采用复合模，则落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚会太薄，造成模具的强度

不足。这里凸凹模的最小壁厚为bmin==7mm,零件的材料强度不是很大，能够保证足够的强度，故采用用复合模的结构形式是合理的

（2）模具工作部分的尺寸和公差的确定

1计算落料凸、凹模刃口尺寸

本制件为简单轴对称图形，故按配合法计算凸、凹模刃口尺寸。

根据文献[1]查表2-11得：x1=0.5

由公式得凹模尺寸：D d=（80-0.5×0.74）74.0)4/1(

0?

+=79.7619.0

+根据文献[1]查表2-6得

Z min =0.072mm Z max =0.096mm

则凸模尺寸为D p =7919.00+

2 计算拉深凸、凹模工作部分尺寸

根据文献[1]查表4-23得

δp =0.03mm δd = 0.05mm

凸模尺寸：D p =（50.3+0.4×0.52）0

03.0-=51.60003.0-

凹模尺寸：D d =（50.3+0.4×0.52+2×2.1）05.00+=56.6005.00+

（3）模具结构的设计

（4）卸料、压边弹性元件的确定

1 确定卸料弹簧

计算的卸料力F 卸＝3 KN ，选用四根弹簧，则每根弹簧的受力为F=750N ，选用的弹簧直径为 3.0mm,中径为16mm ，节距为 6.64mm ，每圈最大工作负荷为110.65N ，每圈最大变形为4.317mm ，选用十圈。

H 自=6.64×10=66.4mm

取预紧高度为L 预=2.4mm

安装高度为H 装= H 自- L 预=(66.4-2.4)mm=64mm

卸料力为F=25.63×30.4=780N>750N ，符合要求。

2 确定压边弹性元件

选择压边元件为橡胶。

（5）冲裁件的排样

以有废料排样为依据：

图 3

根据文献[4]查表3-20得a ＝0.8㎜，B ＝1.0㎜。对于08F-Ⅱ-S 要取大点，则a=2mm,b=2mm 。

5模具凸凹模的校核

①凹模高度的校核

根据文献[3]查表20.1-18凹模的强度计算公式：H ≥

)321(5.10

d d F S -σ 根据文献[2]查表4-12得бs ＝353Mpa ，

d ＝70mm ， d0＝90mm ，F=78000N H=

)90

37021(353780005.1??-?=12.6mm 凹模的厚度20mm >H ，符合要求。

②凸模的长度校核

根据文献[3]查表20.1-10凸模的稳定能力校核计算公式：

Lmax ＝C τ

t Ed 302 (f)查表20.1-11得C=0.1

根据文献[2]查表4-12得τ=450MPa ，E=200×103MPa

d0＝90mm ，t=1.2mm

Lmax ＝0.1450

2.19020023

???≈73mm 凸模的高度为H ＝67㎜≤Lmax ，符合要求。

其它尺寸及销钉、螺钉等的确定都是事先按照强度计算来选择的。

6 压力机的选择

由于该制件是一件小型制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机。它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。由于冲裁、拉深

复合模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在拉深阶段所需的反而要小的多。因此若按总的压力来选取压力机，很可能出现虽然总的压力满足要求，但是在开始阶段冲裁时已经超载。同时，选用拉深压力机还应该对拉深功进行校核，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。因此精确确定压力机压力应该根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际情况，在现有压力机中选取选择压力机公称压力时，应该使落料力和拉深力分别在压力机的许用公称压力范围内，而不是简单的将落料力与拉深力相加后去选择压力机。落料时，欲使压力机的精度高保持良好的工作状态，最好在公称压力的80%以下使用F

公

称>= F

总

/80%=240.16KN。

根据《冲压模具简明设计手册》表13.9，可预选选择公称压力为 250kN开

式双柱可倾压力机，其参数如下：

表 1-2 压力机参数

图 4

8设计小结

通过本次毕业设计，使我清楚了自己这三年来收获了什么、收获了多少，从而给自己一个全新的、正确的定位，为以后更好的学习指明了方向，更为以后的工作奠定了基础。

总体上来说在开始的设计时，感觉一切都是那么陌生和生疏，根本就无从下手。这与我觉得所学的知识都掌握得很好形成了一个鲜明的对比。无奈之下，只有把借来的资料全部翻看了一遍，这样才对设计的切入点有了一个准确的定位。在毛坯尺寸计算时，把数据代入公式的时候，没有弄清公式中字母所代表的含义和具体意义，就自以为是的把数据代了里面，结果后面设计了很大的一部分的内容偶然发现所写的数据不对，再回头重新计算，前面的内容全都是一纸空文，而后面的内容又要重新设计。

完成此次设计使我明白,设计一样东西并不是单一的依靠一门学科,某种东西,它可能需要多方面的东西，是通过各个方面的知识积累以及动手实践做出来,而绝非凭空想出来的,它是实实在在不掺一点水儿的,只有自己掌握了各方面的知识才能更好的去制造去设计,使我更加明白不论做什么都要认真,一点一滴去积累,踏踏实实去做才能慢慢走向成功。

由于本人的学识水平、时间和精力有限，文中肯定有许多不尽人意和不完善之处，我将在以后的工作、学习中不断以思考和完善。

不过我相信经过这次的毕业设计，我很深刻的认识到了自己知识的不足，我会在今后的工作和学习之中不断的努力创新，争取在未来的模具行业创出一片辉煌的业绩。

因水平有限，设计中必然有许多不足之处，还望老师批评指正。

谢词

四年的学习生活转眼即逝，在外求学经历的坎坷使我慢慢成熟，对在过去的日子里曾给予过我鼓励、帮助的人们我满怀感激，时刻没有忘记。所经历的一切将让我倍加珍惜未来的生活。

首先，非常感谢李既白老师在这次设计过程中给予我的悉心的指导与帮助。

其次，感谢同学们对我的支持，在我进行资料查找时，是他们给了我信心和力量！从接受课题到现在完成毕业设计论文，我得到了李既白老师精心的指导和无微的帮助，尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中，老师提出了许许多多宝贵的设计意见，在最后的论证修改过程中李老师还在百忙之中，抽出时间为我们提供了必要的指导和帮助。老师他渊博的学术知识、严谨的治学态度、勤勉的工作作风、敏锐的思路和实事求是的工作作风，对我的严格要求使我受益匪浅、享用终生。无论在学业上，还是在生活上，李老师都给予了我耐心的指导和无私的帮助，这也将对我不久的工作，起到很大的鼓动作用，将使得我终身受益，在此，对李老师表示我最真诚的尊敬和最诚挚的感谢。

并向本文所参考的文献的作者们表示我最真诚的谢意。

黄心仪

2006年12月25日