(模具设计)球型凸缘件拉深模设计

模具设计课程设计

————球型凸缘件拉深模设计

哈哈小学出版社

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目录

一、零件冲压加工工艺性分析--------------------------------------3

1、毛坯尺寸计算-------------------------------------------------------------------------3

2、判断是否可一次拉深成形-------------------------------------------------------- 3

3、确定是否使用压边圈--------------------------------------------------------------- 4

4、凹凸模圆角半径的计算------------------------------------------------------------4

5、确定工序内容及工序顺序---------------------------------------------------------4

二、确定排样图和裁板方案------------------------------------------4

1、板料选择--------------------------------------------------------------------------------4

2、排样设计--------------------------------------------------------------------------------4

三、主要工艺参数的计算

1、工艺力计算----------------------------------------------------------------------------6

2、压力机的选择-------------------------------------------------------------------------6

四、模具设计

1、模具结构形状设计------------------------------------------------------------------7

2、模具工作尺寸与公差计算--------------------------------------------------------7

五、工作零件结构尺寸和公差的确定

1、落料凹模板----------------------------------------------------------------------------8

2、拉深凸模--------------------------------------------------------------------------------9

3、凹凸模-----------------------------------------------------------------------------------9

六、其他零件结构尺寸

1、模架的选择----------------------------------------------------------------------------9

2、凹凸模固定板的选择--------------------------------------------------------------10

3、磨柄的选择---------------------------------------------------------------------------10

4、卸料装置-------------------------------------------------------------------------------10

5、推荐装置的选择------------------------------------------------------------------11

6、销、钉的选择---------------------------------------------------------------------11

7、模具闭合高度的校核------------------------------------------------------------11

七、参考目录------------------------------------11

零件图：

材料：A3钢厚度：t=1mm

一、零件冲压加工工艺性分析

材料：该冲裁件的材料A3钢是低碳钢，拉深工艺性较好。

零件结构：该制件为半球形有凸缘浅拉深件，需要对毛坯进行计算，且间隙、落料拉伸凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。

模具设计方面：凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。

尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT10级确定工件尺寸的公差。 (GB/

1．毛坯尺寸的计算

（1）选取修边余量

d /d 35/13.66 2.56==凸，按下表查表得1.6mm δ=

有凸缘圆筒形拉深件的修边余量δ

（2）计算凸缘部分实际尺寸d t

dt d 23521.638.2mm δ=+=+=凸

(3)预定毛坯直径D （按几何表面积相等原则）

凸缘直径 d 凸 凸缘的相对直径d 凸/d

<= ~2 2~ > <=25 25~50 50~100 100~150 150~200 200~250 >250

6

5

4

3

根据以下四个公式确定毛坯直径D ：

22

12

2232123-(2)4()2

2(2)84

4

t d d R A d t A R d R R A D A A A +=

∏-=

∏??∏∏-+?

?

=∏

=++ 故毛坯直径D 40.62mm =。

2. 判断是否可一次拉深成形

半球形件拉深程度不大，可一次拉出。对于任何直径，半球形件的拉深系

数均为定值，即0.71d m D

===。

3. 确定是否使用压边圈

毛坯相对厚度

t

100 2.463D

?=<，此处需采用压边圈。 4. 凹凸模圆角半径的计算

凹模圆角半径：

r 凹

= 4.15==，故r 凹取。 凸模圆角半径：

r 0.6~1r 0.6~14.5 2.7~4.5mm ===凸（）凹（），故r 凸取3mm 。

5. 确定工序内容及工序顺序

冲压件的工序性质是指冲压件成形所需的各种工序种类如冲孔、落料等，由冲压件的几何形状可直观确定，当工序较多时，不易确定。分析该零件的形状可知其基本冲压工序为落料、拉深、切边。由于板料厚度为1mm ，比较薄，拉深后坯料外圆变形可忽略，故对切边工艺不做另行设计。综合分析零件的工艺性和生产规模等具体情况，加工该零件采用落料拉伸复合模。

二、确定排样图和裁板方案 1. 板料的选择

制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单 排。根据零件厚度t=1mm,查《冲压模具设计和加工计算速查手册》表1-11（GB/T 708-88）

冷轧制薄钢板拟选用的板料规格为： ??

2. 排样设计

本材料用到A3钢，属低碳钢，由“普通低碳钢板料搭边值”表查得搭边值

10.8, 1.0a mm a mm ==

条料宽b 40.622a 42.62mm =+=

条料的进据为1h 42.62a 43.42mm =+=。

冲裁单件材料的利用率按式 /100%nA bh η=?计算。 则2/4100%70%D bh ηπ=?≈

普通低碳钢板料搭边值

排样图如下图所示：

三、主要工艺参数的计算 1. 工艺力计算 按式F KLt τ=

式中τ为材料的抗剪强度，L 为冲裁周边总长（mm ）,t 为材料厚度，系数K P 是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙的波动（数值的变化或分布不均匀）润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取，当查不到强度τ时，可用强度，σb 代替。 现用式子F KLt b σ=，σb 查得=400M b Pa δ 则F=1.3127.56140066.33KN ???=

由《现代模具工手册》查得 推件力系数K 0.05=推 卸料力系数K 0.025~0.06=卸 顶件力系数20.06K =

推件力F =K F=0.0566.33=3.32KN ?推推 卸料力F =K F=0.0666.33=3.98KN ?卸卸 顶件力：2F =K F=0.0666.33=3.98KN ?顶

压边力按Q F Ap =计算

查《模具设计简明设计手册》表，由低碳钢材料选取Mpa p 0.3~5.2= 压边力F 压：

()()22

22F D d 2r p 40.6213.662 4.5 3.5 3.13KN 44ππ????=

-+=-+??=?

?

?

?

凹压

F F F F =66.33+3.98+3.98=74.29KN =++总顶卸

由《模具设计与制造简明手册》1-6-38可得系数1K =1，及拉深力的计算公式如下： 拉深力：b 1dt K =3.1413.66140017.16F KN πσ=???≈拉

2. 压力机的选择

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。 落料时：F F /80%74.29/80%92.87KN ≥==总公称

拉深时：F 1.6~1.8F F 1.6~1.817.16 3.1332.47~36.53KN ≥+=+=压拉公称（）（）（）

根据《冲压模具简明设计手册》表，可预选选择压力机型号J23-10，公称压力为100KN 的开式可倾压力机，其参数如下： 滑块行程：45mm 行程次数：145次/mm 最大封闭高度：210mm 封闭高度调节量：55mm 滑块中心至机身距离：150mm 立柱间距离：200mm 工作台至导轨间距离：220mm

工作台尺寸：左右：425mm 前后：275mm 工作台板厚度：45mm

工作台孔尺寸：前后125mm 左右195mm 直径155mm 滑块底面尺寸:前后135mm 左右165mm 模柄孔尺寸：直径38mm 深度55mm

四、模具设计 1. 模具结构形状设计

该零件由落料、拉深两工序加工而成，考虑到薄板成形，为使冲压精度较高，减少模具数量，设计成落料拉深复合模。复合模可有正装和倒装结构，综合考虑以下情况：

1）没有冲孔工序，废料不会出现在模具工作区域，采用正装操作也方便 2）提高凹凸模强度

3）对于薄冲件能达到平整要求

采用倒装结构。采用弹压卸料装置。拉深完成后，工件卡在凹凸模内，应使用推件装置将其推出。

2. 模具工作尺寸与公差计算

1）由于加工模具的方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为以下两种情况：凹模与凸模分开加工，凸模和凹模配合加工，从此工件的结构上分析，选择凸模与凹模分开加工的制造方法：采用这种方法，凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸，要分别标注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差（凸模δp 、凹模δd ），适用于圆形或简单形状的制件。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙2Cmax ，必须满足下列条件：

max min

-p d Z Z δδ+≤

零件外径尺寸为

0.140.62-，根据上述原则，首先确定基准键凹模刃口尺寸d D ，再减去

min Z 便是凸模刃口尺寸。由此得

0()d

d D d x δ+=+?

00min min ()()p p

p d D D Z D x Z δδ--=-=-?-

查表得

max min 0.14,0.10Z mm Z mm

==

-0.02,0.03p d mm mm

δδ==

因为

max min =0.03+0.02=0.05-0.04p d Z Z δδ+>=（不能满足间隙公差条件）

所以

max min max min 0.4()0.40.040.0160.6()0.60.040.024p d Z Z mm

Z Z mm δδ=-=?==-=?=

选x=

代入上式，得0.0240.024

00(40.620.750.1)40.545d D mm mm

++=-?=

则

00

0.0160.016(40.5450.1)40.445p D mm mm

--=-=

2)拉深部分

按外形公差尺寸，零件IT10精度，查《机械制图》表16-5可知拉深筒部公差尺寸为φ0.1

14.66。

拉深凸模直径：0(-0.75-2)p p D D Z δ-=?， 拉深凹模直径：0(0.75)d d D D δ

+=-?，

拉深模的间隙值应合适，其原则是：即要考虑材料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。用压边圈单次拉深时，间隙值为： Z=1t=1mm 按IT10级取

mm

040.0p =δ

mm 070.0d =δ

0.0700.07000(14.660.750.1)=14.585d D mm mm

++=-?

000.0400.040(14.66-0.750.1-21)12.585p D mm mm

--=??=

五、工作零件结构尺寸和公差的确定 1、落料凹模板 1）厚度H 的确定：

可由经验公式凹模厚度H=Kb 计算得，查下表得K=，圆形凹模的b 为直径D ， 故H=Kb=?但毛坯拉深高度h=2=，考虑到还需要空间安装压边圈，查《冲压模具设计和加工计算速查手册》表4-5选用标准尺寸，H=22。

系数K 值

2）凹模板直径的计算

凹模壁厚c 查《冲压模具设计和加工计算速查手册》表4-5取30mm

凹模板长度：L=D+2c

故：L=D+2c

=+2?30

= (mm)

根据表选择最接近的直径100mm，根据《冲压模具标准件选用与设计指南》表4-14确

Φ?（），材料T10A。落料凹模板的尺寸设计如下图：定凹模板外形尺寸为：10022mm

2、拉深凸模

凸模设计成简单筒形，刃口无斜度，采用车床加工，由于其直径较大，故设计为直接压入紧固在下模座上，并采用螺栓连接。

3.、凸凹模

结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凸凹模固定板的配合按H7/n6，凸凹模长度L=,

具体结构可如下图6所示。

六、其他零件结构尺寸 1）模架的选择

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100，根据国标J B/T8070-1995 L 取125mm ，B 取125mm ，并查得相应的模座和导柱导套的标准如下：

上模座尺寸为12512530??材料HT200，（冲压模具标准件选用与设计指南24

页）

下模座 尺寸12512535??材料HT200， 导柱尺寸22110Φ?

导套尺寸227030Φ??。（冷冲压模具设计精要204页）

2）凸凹模固定板的选择

外形尺寸与凹模相对应，由国标JB/,选择为Φ100?20，材料为Q235-A ·F 。

3)模柄的选择

按JB/ 选择压入式50115Φ?,材料Q235-A ·F 。

图6 凸凹模结构设计

4）卸料板

卸料板与导料尺做成整体，综合卸料板和导料尺的标准，设计导料板厚度为4mm，卸料板厚度为6mm，固定螺钉选用M6，查《冲压模具简明设计手册》表，卸料板孔与凹模的单边间隙Z/2=，本模具选用弹压式卸料板。

5）推件顶尖装置的选择

推杆：

按JB/选择带肩推杆，材料45，热处理硬度43~48HRC，尺寸Φ12 150。

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。

6)销、钉的选择

○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，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M6。

○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30mm，凸凹模固定板厚度20mm，模具闭合时，固定板与卸料板之间的间隙，卸料板高度10mm，板料厚度1mm，凹模板高度22mm，下模座高度35mm，模具闭合高度H=30+25++10++40+50=190（mm）。在压力机最大封闭高度220mm范围内。

七、参考文献

1. 山东大学.《模具设计及CAD》。

2. 郝滨海，《冲压模具简明设计手册》，北京：北京-化学工业出版社，2005。

3. 中国机械工程学会、中国模具设计大典编委会.《中国模具设计大典》第三卷，江西科学技术出版社，2003。

4. 廖希亮邵淑玲.《机械制图》，济南：山东科学技术出版社，2003。

5. 山东大学机械设计

学院，《机械设计常用标准》，2008