拉深冲孔复合模具设计.

1 绪论1.1 冲压的概念、特点及应用冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。

在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。

以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的用。

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。

冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。

冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方一隶属于材料成型工程术。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。

主要表现如下。

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。

这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。

所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。

冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。

相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。

在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。

不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。

因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。

1.2 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。

概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

（1）复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

（2）级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

（3）复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

2 零件冲压工艺方案的制定该零件为电器开关网芯，如图2-1所示,该零件生产属于中、大批量生产，零件结构紧凑，材料是H62普通黄铜，厚度为1.2mm,H62抗拉强度为410-630 MPa, 伸长率：（δ10/%）≥10, 有良好的力学性能，热态下塑性好，冷态下塑性也可以，切削性好，易钎焊和焊接，耐蚀，但易产生腐蚀破裂,此外价格便宜。

工件成型需图2-1 零件图要冲孔、落料和拉伸，则有：（1）先拉深、落料再冲孔两道工序；（2）先冲孔、落料再拉深两道工序；（3）冲孔、落料、拉深级进模设计。

比较确定方案：方案一：此方案可以采用复合模可提高生产效率，保证工件尺寸的精度要求，模具制造不是很困难，成本可大大降低。

方案二：此方案是先冲孔、落料再进行拉伸这样工件可能会不好定位被拉伸变形，工件精度要求不容易达到。

方案三：采用级进模，安全性好，但是考虑到级进模结构复杂，工件精度加工精度不高,对称度和位移误差较大,以及加工难度较大，装配位置精度要求高，按照实际生产，级进模成本也高。

综上所述该工件成型采用第一种方案。

拉伸、落料复合模+冲孔模两幅模具进行成型。

3 拉伸、落料复合模设计3.1 零件的工艺分析工件如图3-1所示，材料为H62，板厚1.2mm，制件精度为IT10级.，形状简单，尺寸不大，大批量生产，属普通冲压件。

图3-1 零件图3.2 工件工艺性分析根据制件的材料、厚度、形状及尺寸，在冲压工艺设计和模具设计时，应特别注意以下几点：（1）该制件为落料拉深件，在设计时，毛坯尺寸要计算准确；（2）冲裁间隙、拉深凸凹模间隙应符合制件的要求；（3）各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序工作稳妥、连贯。

3.3 工艺方案的分析和确定3.3.1工艺方案分析根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、拉深两种。

拉深件的毛坯尺寸及拉深次数确定（1）毛坯直径D的计算拉深相对高度h/d=16/31.2>0.5 h<20.由《冲压模具课程设计》表4-1可得修边余量：δ=1.2mm.毛坯直径D按下式计算:D=(4A/π)1/2=(4Σa/π)1/2 （3-1）式中A——拉伸件的表面积，mm2；a——分解成简单几何形状的表面积,mm2.（2）确定是否用压边圈毛坯相对厚度t/D×102=1.9查表得出可不用压边圈。

（3）拉深次数n的计算n=1+lg(d n/m1D)/lgm n(3-2) 式中n——拉伸次数；d n——工件直径，mm;D——毛坯直径，mm;m1——第一次拉伸系数；m n——以后各次的平均拉伸次数.采用查表法，当t/D=1.9，H/D=16-4.5/31.2=0.37由《冲压模具课程设计》表4-8查得n=1。

采用一次拉伸（4）确定拉伸直径由《冲压模具课程设计》表4-5查得拉伸极限系数为m1=0.72, 拉伸直径：d=0.72×63=45.36mm.（5）底部的圆角半径R=4.5mm.（6）拉伸高度拉伸比k=D/dH=0.25(DK-d)+0.43r/d(d+0.32r)(3-3) 将数据代入的H=12.53mm.3.3.2 工艺方案的确定因制件有落料、拉深两道工序，可进行单工序模具设计也可以采用复合模具设计还可以选择连续模具设计，故可通过表3-1进行三种模具的比较:表3-1单工序模、复合模和连续模的比较比较项目单工序模连续模复合模工件尺寸精度较低一般IT11级以下较高，IT9级以下工件行位公差工件不平整，同轴度、对称度及位置度误差大不太平整，有时要较平，同轴度、对称度及位移度误差较大工件平整，同轴度、对称度及位置度误小冲压生产率低，冲床一次行程内只能完成一个工序高，冲床在一次行程内能完成多个工序教高，冲床在一次行程内可完成两个以序实现操作机械化、自动化的可能性较易，尤其适合于多工冲床上实现自动化较易，尤其适应于单机上实现自动化难，工件与废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械化作对材料的要求对条料宽度要求不严，可用边角料对条料或带料宽度要求严格对条料宽度要求不严，可用边角料生产安全性安全性较差比较安全安全性较差模具制造的难易程度较易，机构简单，制造周期短，价格低形状简单件，比用复合模制造难度低形状复杂件，比用级进模的制造难度低应用通用性好，适于中、小批量生产和大型件的大量生产通用性较差，适合于形状简单，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生产通用性较差，适于形状复杂、尺寸不大、精度要求较高件的大批量生产3.4 排样图设计3.4.1 排样方式的确定搭边是指排样时冲件之间以及冲件与条料边缘之间留下的工艺废料。

搭边虽然是废料，但在冲裁工艺中却有很大的作用：补偿定位误差和送料误差，保证冲裁出合格的零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高生产效率；避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙,提高模具寿命。

搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后对模具寿命和剪切表面质量不利。

由《冲压模具课程设计》表2-15查的搭边值a=1.2,工件间值a1=1.0.冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。

排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。

因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。

冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料,毛坯排样图如图3-2所示：图3-2 排样图3.4.2 材料利用率的计算100%nAbh η=⨯ （3-4）式中 N ——一张料上的冲压总数目；L ——板料长度，mm ; B ——板料宽度，mm .板料规格选用1.6×1000×2000mm ； （1）采用纵裁时:每板的条数 n 1=1000/66=15条余零 每条的工件数 n 2=2000/23=86件余零 每板的工件数 n=n 1×n 2=15×86=1290个利用率为： η=1290×20×61/(1000×2000) ×100%=79%（2）采用横裁时:每板的条数： n 1=2000/66=30条余零 每条的工件数： n 2=1000/23=43件余零 每板的工件数： n=n 1×n 2=30×43=1290个利用率： η=1290×20×61/(1000×2000) ×100%=79%经计算横裁.纵裁时板料利用率相同都为79%,故采用横裁或纵裁都可以。