落料拉深复合冲裁模设计

摘要 我设计的是一个落料拉深复合冲裁模，在本次设计中我参考了大量有关冷冲模模具设 计实例等方面的资料。再结合老师布置的题（设计一个工件为盒形件的复合冲裁模），我 充分运用了资料上所有设计模具中通用的表、手册等，如修边余量的确定、拉深件毛坯直 径的计算公式、盒形件用压边圈拉深系数、盒形件角部的第一次拉深系数等，然后再集结 了自己平时的所学，还有通过对工件的零件、模具工作部分（凸凹模、拉深凸模、落料凹 模）、模具装配图的绘制，我的绘图功底也有了一定程度地提高。 本次设计的主要内容：工件的工艺性分析；冲压工艺方案的确定；模具的技术要求及 材料选用；主要设计尺寸的计算；工作部分尺寸计算；模具的总体设计；主要零部件的结 构设计；模具的总装图；模具的装配等。 我觉得通过本次的毕业设计，达到了这样的目的： 1.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冷冲压模具（落料拉深 冲裁模）设计工作的实际训练，从而培养和提高我们独立工作的能力。 2.巩固与扩充所学有关冷冲模具设计课程的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步 骤。 3.掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准 和规范等。

关键词：冷冲压 落料 拉深前言 冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加 工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。冷冲压模具在工业生产中的地位：是大批生 产同形产品的工具， 同时也是工业生产的主要工艺装备。 模具工业是国民经济的基础工业。 模具可保证冲压产品的尺寸精度和质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具 生产零件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需要加 热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其 它加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现 代制造工业的发展和技术水平地提高，在很大程度上取决于模具工业的发展。 目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产效率和质量。一般 采用压力机进行零件加工，一台普通压力机每分钟可生产零件几件到几十件，而高速压力 机的生产效率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电 机、电器、仪器、仪表等产品，有60﹪左右的零件是利用模具加工出来的；而自行车、手 表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，90﹪左右的零件是利用模具生产出来的；至 于日常生活所用的五金、 餐具等的大批量生产基本上也是靠模具来进行生产的。 显而易见， 模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的作用和地位正日趋上升。1. 工件的工艺性分析 1.1 冲压件的工艺性分析 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影 响最大的是它的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较 少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。 1. 冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。 2. 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。 3. 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽。 4. 腰圆形冲裁件，如允许圆弧半径，则 R 应大于料宽的一半，即能采用少废料排样；如 限定圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生。 5. 冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。 6. 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。 7. 在弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔壁与工件之间的距离不能过小。

1.2 拉深件的工艺性分析 拉深零件的结构工艺性是指拉深零件采用拉深成形工艺的难易程度。良好的工艺性是 指坯料消耗少、工序少，模具结构简单、加工容易，产品质量稳定、废料少和操作简单方 便等。在设计拉深零件时，应根据材料拉深时的变形特点和规律，提出满足工艺性的要求。 1. 对拉深材料的要求 拉深件的材料应具有良好的塑性、低的屈强比、大的板厚方向性系数和小的板平面方 向性。 2. 对拉深零件形状和尺寸的要求 (1)拉深件的高度尽可能小，以便能通过1—2 次拉深工序成形。 (2)拉深件的形状尽可能简单、对称，以保证变形均匀。对于半敞开的非对称件，可 成双拉深后再剖成两件。 (3)有凸缘的拉深件，最好满足 d 凸≥d+12t，而求外轮廓与直壁断面最好形状相似， 否则，拉深困难，切边余量大。(4)为了使拉深件顺利进行，凸缘圆角半径r≥2t。当r＜0.5mm时，应增加整形工序。 3． 对拉深零件精度的要求。 (1)由于拉深件各个部位的料厚有较大的变化，所以对零件图上的尺寸应明确标注是 外壁还是内壁。 (2)由于拉深件有回弹，所以零件横截面的尺寸公差，一般都在IT12级以下，如零件 高于T12级，应增加整形工序。 (3)多次拉深的零件对外表面或凸缘的表面，允许有拉深过程中所产生的印痕和口部 的回弹变形，但必须保证精度在公差允许范围之内。

1.3 材料的工艺性分析 在本次设计中，选用的拉深材料为镀锌铁皮。选择拉深材料时，首先应满足拉深件的 使用要求。由于该拉深件为另一零件的盖，不属于易损工件，对材料的耐磨度要求不高， 还应满足冲压工艺对材料的要求，保证冲压过程顺利完成，即材料应具有良好的塑性和表 面质量，以及板料厚度公差应符合规定，镀锌铁皮为一种优质结构钢，该结构钢已退火， 而退火的目的消除钢的内应力，降低硬度提高塑性细化组织均匀化学成分，而且其抗剪和 抗拉强度均不高（抗剪强度220～310 MPa，抗拉强度280～390 MPa）屈服强度亦不大（约 为180 MPa）伸长率约32％，所以综合其所有的力学性能，镀锌铁皮具有良好的拉深性能， 适合拉深。 拉深是把一定形状的平板毛坯或空心件通过拉深模制成各种空心零件的工序。在冲压 生产中拉深是一种广泛使用的工序，用拉深工序可得到的制件一般可分为三类： 1. 旋转体零件：如搪瓷脸盆、铝锅等。 2. 方行零件：如饭盒、汽车油箱等。 3. 复杂形状零件：如汽车覆盖件等。

1.4 拉深变形过程的分析 拉深变形过程大致是直径为D的圆形平板毛坯被凸模拉入凸凹模的间隙里，形成直径 为d，高为H 的空心圆柱。在这一过程中，板料金属是如何流动的呢？ 把直径为D的圆板料分成两部分：一部分是直径为d的圆板，另一部分直径为（D—d） 的圆环部分，把这块料拉深成直径为d的空心圆筒。在这个拉深实验完成后，发现板料的第一部分变化不大，即直径为d的圆板仍然保持原形状作为空心圆筒的底，板料的圆环部 分变化相当大，变成了圆柱的筒壁，这一部分的金属发生了流动。 扇形 chef 是从板料圆环上截取的单元，经过拉深后变成了矩形 chef。扇形单元体变 形是切线方向受压缩，径向受拉深，材料向凹模口流动，多余的材料由于流动添补了双点 划线部分。设扇形面积为 1 A ，拉深后矩形面积为 2 A ，由于拉深使厚度变化很小，可认为拉 深前后面积相等，即 , 2 1 A A = 所以， ( ) . 2 / d D H - > 综合起来看，平板毛坯( ) d D- 的环形区的金属在凸模压力的作用下，要受到拉应力和 压应力的作用，径向伸长、切向缩短，依次流入凸、凹模的间隙里成为筒壁，最后使平板 毛坯完全变成圆筒形工件。 拉伸时的应力状态和形变情况。拉伸的变形区比较大，金属流动性比较大，拉深过程 容易起皱、拉裂而失败。因此，有必要分析拉深时的应力状态和变形特点，找出发生起皱、 拉裂的根本原因，在制定工艺和设计模具时注意它，以提高拉深件的质量。 设在拉深件的某一时刻，分析各部分的应力状态。 1.平面凸缘部分------主变形区 由于凸模向下压，迫使板料进入凹模，故在凸缘产 生径向拉应力 1 s ，小单元体互相挤压产生切向压应力 3 s ，由于压边圈提供的压边力产生法 向压应力 2 s ，在这 3 个主应力中 2 s 的绝对值比 1 s 、 3 s 绝对值小得多，凸缘上 1 s 、 3 s 是 变化的，由凸缘外到内， 1 s 是由小变大，而 3 s 的绝对值是由大变小的，凸缘最外缘 3 s 的 压应力是最大的，则材料在切向上必然是压缩变形。如果被拉深的材料厚度较薄压边力太 小，就有可能使凸缘部分的材料失稳而产生起皱现象。 2.筒壁部分------传力区 该部分受到凸模传来的拉应力 1 s 和凸模阻碍材料切向自 由压缩而产生的拉应力 3 s ，显然 1 s 的绝对值大，径向是拉深变形，径向的拉深是靠壁厚的 变薄来实现的，故筒壁上厚下薄。 3.底部圆角部分------过渡区 该部分受到径向拉应力 1 s 和切向拉应力 3 s 的作用， 厚 度方向上受到凸模的弯曲作用而产生压应力 2 s 。 材料变形为平面应变状态， 径向拉深变形， 是靠壁厚变薄来实现的，这部分材料变薄最为严重，最容易出现拉裂，此处称为危险断面。 4.圆筒的底部----不变形区 这部分材料一开始就被拉入凹模中，始终保持平面状 态，它受两向拉应力 1 s 和 3 s 的作用。变形是三向的， 3 1 e e 和 是拉深， 2 e 是压缩。由于拉 深变形受到凸模摩擦力的阻止，故变薄很小，可忽略不计。 拉深是材料发生塑性变形， 所以必然伴随着加工硬化， 如果工件需多次拉深才能成形，或工件是硬化效应强的金属，则应合理安排退火工序以恢复材料的塑性，降低其硬度和强 度。 总之，了解拉深工艺的特点后，在制定工艺设计模具时，应考虑如何在保证最大变形 程度下避免毛坯起皱和工件被拉裂。