落料,正反拉深复合模毕业设计.

落料、正、反拉深模具

课程设计

系别：材料工程学院

专业：模具设计及制作

学号：

姓名：

指导教师：孙老师

2012年11月

落料、正、反拉深模具课程设计

指导教师：学生：

摘要

随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。本论文便是设计加工落料、正、反拉深的模具。首先对加工零件进行了加工工艺和结构工艺的分析。通过计算毛坯尺寸和拉深系数提出了四种方案，最后确定采用落料、正反拉深复合模。对模具的排样做出了合理的布置，使材料利用率达到较高的水平。计算了冲压过程中所需要的各种冲压工艺力，包括落料力、卸料力、压边力、拉深力、顶料力等，并对压力机进行了合理的吨位初选。复合模在结构上采用了正装的形式，计算出了落料、正拉深和反拉深工作部分的尺寸。对模具的闭合高度进行了合理的确定，还设计出模具的主要零件落料凹模、凸凹模、反拉深凸模、反拉深凹模、凹模固定板等。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。由于拉深的深度较大，对压力机的电机也进行了功率校核并提出了润滑的附加工序，能使拉深顺利完成。最后对模具的一个主要零件导套进行了简单的加工工艺路线的制定。本设计对于采用单动压力机进行正反拉深具有一定的参考作用。

关键词毕业论文；模具设计；复合模；正反拉深

ABSTRACT

As China's industrial continuously development, mould industry is becoming more and more important. This paper is the design process blanking, positive, FanLa deep mould. Firstly the processing parts processing technology and structure analysis of the process. Through the calculation blank dimensions and drawing coefficient puts forward four kinds of solutions, the final determination by blanking, positive and negative drawing compound die. To mould layout made reasonable decorate, make material utilization reached a high level. To calculate the stamping process need all kinds of stamping technology force, including blanking force, discharge power, blank-holder force, drawing force, lifter force, etc., and to press the reasonable tonnage primaries. Composite die on the structure adopted the form of dress, calculated the blanking, are drawing and FanLa deep working portion size. To mould height on the determination of reasonable, but also to design the mould of the main parts blanking die, die and punch, FanLa deep punch, FanLa deep concave die, die fixed plate, etc. Lists the required detailed list of mould parts, and gives a reasonable assembly drawing. Because of the depth of the deep drawing greatly, the press of motor has also carried on the power check and puts forward the lubrication additional process, can make the drawing complete. Finally, the mould a main part guide sleeve of a simple processing technology route formulation. This design for the single action press on positive and negative drawing to have the certain reference function.

Key words graduation thesis; mold design; superposable die; pro and con drawing

目录

摘要

一．分析零件的工艺性 (1)

1.形状特点与尺寸精度要求 (2)

2.拉深件材料要求 (2)

二．确定工艺方案 (2)

1.工艺方案确定 (2)

三．工艺计算 (3)

1.计算毛坯尺寸 (3)

2.排样图的确定，条料利用率的计算 (5)

3.计算冲压力、初选设备 (7)

4.拉深功的计算 (8)

5.初选压力机 (9)

四．模具的结构设计 (11)

1.模具结构形式的选择 (11)

2.模具工作零件相关尺寸的计算 (11)

五．选用模架、确定闭合高度 (14)

1.模架的选用 (14)

2.模具的闭合高度 (14)

3.压力中心 (15)

六．模具的主要零部件结构设计 (15)

1.落料凹模 (15)

2.外凸凹模 (16)

3.反拉深凸模 (17)

4. 反拉深凹模 (19)

5.上垫板 (19)

七．模具的整体安装 (20)

1.模具的总装配 (20)

2.模具零件 (22)

八．选定冲压设备 (23)

1．压力机的规格 (23)

致谢

参考文献

一.分析零件的工艺性

冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。冲压件工艺性，体现在零件的形状特点，尺寸大小，设计基准，公差等级和形位公差要求，材料厚度，及成型后允许的变薄量，材料的力学性能和冲压性能，在冲压过程中可能产生的回弹和翘曲的可能性，毛刺大小和方向要求等方面。

1.形状特点与尺寸精度要求

该零件是带凸缘的拉深件，从图1.1中我们可以看出该零件的精度要求不是很高，但要求有较高的钢度和强度。在零件图中，尺寸未标注公差，可以按最大公差IT14级进行计算和处理。零件的外形尺寸为5.

20

，属于小型零件，料厚为0.5mm。

下面分析结构工艺性。因为该零件为轴对称旋转体，故落料片肯定是圆形，其冲裁的工艺

性很好。零件为带有凸缘圆筒形件，且d

D

F 、d

h都不太大，拉深工艺性较好，圆角半径R1.5、

R1都大于等于2倍料厚，对于拉深都很适合。

因此，该壳体零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有：落料、拉深（拉深的次数可能为多次）。用这些工序的组合可以提出多种不同的工艺方案。

2.拉深件材料要求

查表可知：纯铝，抗拉强度σb (MPa)：60～100，伸长率δ/（%）：≥23伸长率 50mm/（%）：≥25，纯铝都具有可塑性高、耐蚀、导电性和导热性好的特点，但强度低，不能通过热处理强化，可切削性不好；可接受接触焊.气焊。

二．确定工艺方案

该拉深件包括落料和拉深两个基本工序，可采用的冲裁方案有单工序冲裁，复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产，因此采用单工序须要模具数量较多，生产率低，所用费用也高，不合理;若采用复合冲，可以得出冲件的精度和平直度较好，生产率较高，但因零件的孔边距太小，模具强度不能保证;用用级进模冲裁时，生产率高，操作方便，通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题，根据以上分析，该零件采用级进冲裁工艺方案。

1.工艺方案确定

根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:落料、正向拉深和反向拉深。

根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案：

方案一：

先进行落料，再正拉深，最后进行反拉深，以上工序过程都采用单工序模加工。

方案二：

落料与正拉深在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行反拉深。

方案三：

落料、正拉深和反拉深全都在同一个复合模中一次加工成型。

方案四：

采用带料连续拉深，或在多工位自动压力机上冲压成型。

分析比较上述四种方案，可以看出：

方案一：

用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。

方案二：

采用了落料与正拉深的复合模，提高了生产率。对落料以及正拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道反拉深工序是在单工序模中完成，使得最后一步反拉深工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。

方案三：

此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。

方案四：

采用带料连续拉深或多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。

根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、正反拉深在同一复合模中完成。这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。

三.工艺计算

1计算毛坯尺寸

在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。

因为表面积拉深不变薄，所以面积相等，

204D F π

=

即 π

4F D =

因为 543210F F F F F F ++++= 2

11)2

d （

π=F []

2

112

128)2(24

r r d r F +-=

ππ

)(2123r r H d F --=π

[]

2

223

2

48)2(24

r r d r F +-=

ππ

224

5)2

(

r d F -=π 把以上各部分的面积相加代入式，整理后可得胚料直径为

232

422222211121-56r .428.648r 28r .6d d d r h d d d D ++++++=

由零件给出的尺寸可知：

1d =13mm 2d =15mm 3d =17.5mm 4d =20.5mm 1r =1mm 2r =1.5mm

h =9mm H =11.5mm

所以可以计算出:

32.1mm D =

2.排样图的确定，条料利用率的计算

(1)在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。合理的设计排样图，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。

在排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料称为搭边。搭边虽然是废料，在冲裁工艺中却起到很大的作用。它可以补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件。

根据此零件的尺寸通过查表3-12取 搭边值为 mm a 5.1= 进距方向 mm a 2.11= 于是有 进距

mm a D 6.335.11.32S 1=+=+=

条料宽度

mm a D 1.355.121.322B =?+=+=

材料利用率的计算:

%59.68%1001

.356.33)

21.32(

14.3%1002

=???=?=BS A η 条料的排样图为：

(2)．拉深件的拉伸次数的确定

拉伸系数为:

47.032.1

15D d m ===

材料的相对厚度为：

56%.1%10032.1

0.5D t =?= 按表5-12可用也可不用压料圈，但为了保险起见，首次拉深仍采用压料圈。采用压料圈后，首次拉深的拉深系数较小，减少拉深次数。

根据t/D=1.56%,查表5-6的各次极限拉伸系数为 m1=0.50,m2=0.75,m3=0.78,m4=0.8

由于设计的零件要在一个复合模中完成正反拉深，因此中间有一个正拉深转反拉深的过程，我们可以把这两步分开来计算中间尺寸。

1）第一次拉伸进行正拉伸

假定正拉伸后制件的直径22mm D =正

假定正拉伸后制件的圆角半径2mm r =正

那么正拉伸系数为：65.032.1

22

D D m ===

正正 那么正拉伸后所得制件的高度为：

7.88mm 0.32r D D r 0.43D D D 0.25h 2

=++=）

（）—（正正正

正正正正 2）第二次拉伸进行反拉伸

由于拉深件的拉伸系数为：47.0m m 32.115

D d m =?===反正 那么反拉伸系数为: 0.7230.65

0.47m m ===正反m 反拉伸后制件的直径：15mm D =反

反拉伸后所得制件的高度为：11mm h =反

3.计算冲压力、初选设备

(1) 冲压力计算过程

1) 落料力

平刃凸模落料力的计算公式为

b kLt F τ=落 式中 P — 冲裁力（N ）

L — 冲件的周边长度（mm ） t — 板料厚度（mm ）

b τ—材料的抗冲剪强度（MPa ） K — 修正系数。

一般k 取为1.25～1.3。

在实际应用中，抗冲剪强度b τ的值一般取材料抗拉强度b σ的0.7~0.85。 因此，该冲件的落料力的计算公式为

b Lt F σ??=8.03.1落

N N 471790k 5.01.3214.38.03.1=?????= 2) 卸料力

一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算： 卸料力 落卸F K F X = 顶件力 落顶F K F D =

式中 F 落—— 冲裁力(N)

K --顶件力及卸料力系数，其值可查表。

这里为=X K 0.055 05,.0K D =.

因此 N F 259=顶

N F 236=卸

（2）正拉深力计算过程

1)正拉深力

采用压料圈拉深圆筒形零件的拉深力近似计算公式为 首次拉伸 t K d F b 11σπ=正拉 式中

1d —圆筒形零件的凸模直径（mm ）

1K —系数，这里取0.72。

b σ—材料的抗拉强度（MPa ）

因此

=正拉F 2187N

2）压边力

压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。

在模具设计中，压边力可按下式计算 拉深圆筒形零件的首次拉深

式中

D —毛坯直径（mm ）

d —冲件的外径（mm ）

p —单位压边力（MPa ） 这里p 的值取1.

A r -拉深凹模的圆角半径

因此

N F 429=正压

（3）反拉深力计算过程

不采用压料圈拉深圆筒形零件的反拉深时 反拉深力 t K d F b 22σπ=反拉

式中

2d —圆筒形零件的凸模直径（mm ）

b σ—材料的抗拉强度（MPa ）

t-板料的厚度（mm ）

2K —系数，这里取1。

因此

N F 2190=反拉

4. 拉深功的计算

拉深所需的功可按下式计算

1000

max h

CF W =

式中 max F —最大拉深力（N ）

h —拉深深度（mm ） W —拉深功（J ）

()[]

p

2d 4

2

112A r D F +-=π正压

C —修正系数，一般取为C=0.6~0.8。 所以

21J =W

5.初选压力机

对于单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力。其工艺总压力为

压拉总F F +=max F 式中

max 拉F --拉深力 压F --压料力

选择压力机公称压力时必须注意，当拉深工作行程较大时，尤其落料拉深复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑块的许用压力曲线之下。而不能简单的按压力机的公称压力大于工艺力的原则去进行确定压力机的规格，如图所示。由图可以看出，在进行落料（曲线1）或弯曲（曲线2）时，选择公称压力机为ga F 的压力机，完全可以保证在全部行程里的变形力都低于压力机的许用压力，所以是合理的。但是，公称压力为ga F 的压力机，虽然它的公称压力大于拉深变形（曲线3）所需的最大力，但在全部行程中，压力机的许用压力曲线不能都高于全部的拉深变形力的曲线，所以在、这种情况下必须选用公称压力为gb F 的压力机，如果采用落料拉深复合工序，因为这时落料力（曲线4）就已经超过了压力机许用压力曲线，如果加上拉深力则超的更多，所以落料拉深复合时不能选用公称压力为gb F 的压力机。还需要选择更大公称压力的压力机。

在实际生产中可以按下式来确定压力机的公称压力： 浅拉深： 总公）（F 8.-1-6.1F ≥ 深拉深： 总公）（F -2.0-8.1F ≥ 式中

公F --压力机的公称压力

所以

压拉总F F +=max F =2190+429=2619N

26191.8F 8.-1-6.1F ?=≥总公）（=4715N=4.715KN

对于本次设计的复合模，根据工艺力的大小和出现的位置，查表初选吨位为31.5KN 。

曲柄压力机的许用压力—行程曲线

四． 模具的结构设计

1. 模具结构形式的选择

采用落料、拉深复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本次设计中凸凹模的壁厚为

min b 05.52

22

1.32≥=-=

mm b

--min b 采用拉深模具所允许的最小壁厚

能够保证足够的强度，故采用复合模。

模具的落料部分可以采用正装式，正拉深部分采用倒装式，反拉深部分采用正装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料板。

从导向的精度和运动的平稳以及具体规格方面考虑，可以采用中间导柱模架。

2.模具工作零件相关尺寸的计算

(1)落料工作零件相关尺寸的计算

由于冲模加工方法的不同，刃口的尺寸的计算方法也不同，这将才用按凸模与凹模图样分别加工法进行计算。

落料 A

x D δ+?=0max A )-(D

0-min )(T Z D D A T δ-=

其中工件尺寸为：mm 00.56-32.1

查表的:P34

冲裁模的初始双面间隙Z: mm 02.0Z min = mm 03.0Z max =P31 系数：x=0.5P34

冲裁时凸模，凹模的制造公差：03mm .0=A δ 02mm .0=T δ 校核间隙

因为 0.01mm 0.02)mm -(0.03-Z m max ==in Z

mm mm T A 01.005.0mm )03.002.0(>=+=+δδ

说明所取得凸，凹模公差不能满足min max -Z Z T A ≤+δδ条件，此时可以调整如下：

004mm .001.04.0-4.0min max =?==）（Z Z T δ 006mm .001.06.0-6.0min max =?==）（Z Z A δ

所以可以计算出:

mm x D A 0.006

0max A 31.82)-(D ++=?=δ

mm 80.31)(0

0.004-0-min =-=T Z D D A T δ

落料凹模的外形尺寸的确定 凹模厚度

s K H = 凹模宽度

-4.0)H -(2.5s +=B 凹模长度

212s s +=L

式中 s —冲裁件最大外形尺寸

S 1-送料方向的凹模刃壁间最大距离

S 2-送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离

K —系数，考虑坯料厚度t 的影响，其值可查表取，K=0.35。 所以有

mm H 15.11=

mm B 27.65=

mm L 87.28=

调整到符合标准，凹模外径设计尺寸为100x80mm

(2)正拉深工作零件相关尺寸的计算

凹模圆角半径的确定：2mm 0.550.8t c c r 21A1=??==

材料力学性能系数-c 1 系数胚料厚度与拉深系数的-c 2

凸模圆角半径的确定：1T1r 0.-1-7.0r A ）（=

那么凸模圆角半径为：7mm .1285.085r .0r A1T1

=?==

有压料圈的拉深时单边间隙值为：mm 525.05.005.1t 1.-1-1Z =?==）（ 凹，凸模工作部分尺寸及公差：

A

D δ+?=0max A )75.0-(D 0m )2-75.0-(T Z D D ax T δ-?=

式中

DA —凹模的尺寸 DT —凸模的尺寸

△—零件的公差 A A δδ， --凹，凸模的制造公差 Z —拉伸模的间隙值 制件的直径mm 22D 00.52-=正

凹，凸模的制造公差03mm .0=A δ ,mm 02.0=T δ 零件的公差△=0.52mm

所以可以计算出: mm 61.20)75.0-(D 03

.000max A ++=?=A D δ

mm Z D D T ax T 0

02.0-0m 56.19)2-75.0-(=?=-δ

(3)反拉深工作零件相关尺寸的计算

凹模圆角半径的确定：2mm 0.550.8t c c r 21A1=??==

材料力学性能系数-c 1 系数胚料厚度与拉深系数的-c 2

凸模圆角半径的确定：1T1r 0.-1-7.0r A ）（=

那么凸模圆角半径为：7mm .1285.085r .0r A1T1

=?==

无压料圈的拉深时单边间隙值为：max t 1.-1-1Z ）（=

max t --胚料厚度的最大极限尺寸 Z —拉伸模的间隙值 拉深时单边间隙值为Z=0.5mm

凹，凸模工作部分尺寸及公差：

A

D δ+?=0max A )75.0-(D 0m )2-75.0-(T Z D D ax T δ-?=

式中DA —凹模的尺寸 DT —凸模的尺寸

△—零件的公差 A A δδ， --凹，凸模的制造公差 Z —拉伸模的间隙值

制件的直径mm 15.5D 0

0.43-=正

凹，凸模的制造公差02mm .0=A δ ,mm 01.0=T δ 零件的公差△=0.43mm

所以可以计算出: mm 15.18)75.0-(D 02.00

0max A ++=?=A D δ mm Z D D T ax T 0

01.0-0m .1814)2-75.0-(=?=-δ

五．选用模架、确定闭合高度

1. 模架的选用

由凹模外形尺寸mm B 27.65=,mm L 87.28=，选择中间导柱模架在按其标准选择具体结构尺寸如下

上模板 3080100?? 下模板 3008001??

导 柱 10022? 10020?

导 套 4032? 7030?

凸缘模柄 0425?φ 模具闭合高度 MAX 150mm MIN 125mm

该副模具没有漏料问题，故不必考虑漏料孔尺寸。

2．模具的闭合高度

所谓的模具的闭合高度H 是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力机的装模高度相适应。

模具的实际闭合高度，一般为：

冲头进入凹模深度

下模板厚度固定板厚下垫板厚度凹模垫板厚度凹模厚度冲头长度上垫板厚度上模板厚度模-++++

+++=H

该副模具使用上垫板厚度为5mm ，凹模固定板厚度为10mm 。如果冲头（凸凹模）的长度设计为35mm ，下垫板厚度为5mm,凹模（落料凹模）设计为22mm ，固定板为10mm,则闭合高度为：

128.72mm

0.5)-127.88(2-355303152235530=+++++++++++=模H 查开式压力机设备参数表知，63KN 压力机最大闭合高度为150mm （封闭调节高度为35mm ）。因为模具的闭合高度绝对不能大于所选的压力机，所以初选的63KN 吨位的压力机装模高度合适，故我们采用63KN 的开式压力机。

故实际设计模具的闭合高度为

129mm =模H

压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。其关系式为

min max 5H H H ≥≥- 式中

max H 、min H —压力机的最大和最小装模高度

H —模具的闭合高度

所以有

25-1501295150≥≥-

故闭合高度设计合理。

3 .压力中心

由于该零件落料、拉深均为轴对称形状，故不必进行压力中心的计算。

六．模具的主要零部件结构设计

1．落料凹模

落料凹模的内外形尺寸和厚度在前面的计算中已算出，这里需要有四个的螺纹孔，以便与下模板固定，而且还需要有两个与下模板同时加工的销钉孔，在其内圈设计了限位倒角，以限制压边圈的行程。在落料凹模上还有一个销孔，用来安装挡料销。在图中标注尺寸精度、形位公差及粗糙度。落料凹模的零件图下所示。