宽凸缘拉深件模具设计标准
宽凸缘拉深件模具设计标准
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钣金成型课程设计说明书宽凸缘拉深件模具设计（一）
院系航空航天工程学部（院）
专业飞行器制造工程
班号 0403102
学号 56
开丞
指导教师占军
航空航天大学
2013年11月
摘要
随着国防工业的大力发展，对机械模具的要求越来越高，对工件工序安排、材料选取与、工艺设计和设备制备等环节都提出了更高的要求。
本课程设计的题目为宽凸缘拉伸件成型，在设计中，先分析了20号钢的工艺特点，接着对成型件进行了工序方案的确定（工序有落料和三次拉深）。然后确定了模具种类，并设计出了每道工序的加工尺寸。
根据加工工序尺寸和相应标准，设计出了每道工序的各个模具零件的尺寸。重点对落料和首次拉深的复合模进行了设计，该模具采用先落料再拉深；文中分别对其进行了刃口尺寸计算、冲压力计算、压力机选取、毛坯值计算、压边圈设计和凸凹模等一系列零件设计。
还用计算机软件绘制了一些列图纸，用到了CATIA、AUTOCAD绘图软件；最后生成了复合模具的装配图、零件图数，供参考。
关键词落料拉深尺寸计算凸凹模装配图
目录
第1章冲压工艺性及方案设计 (1)
1.1冲压件工艺分析 (1)
1.2预定工艺方案 (1)
1.2.1工艺方案分析 (1)
第2章主要工艺计算过程 (2)
2.1确定修边余量 (2)
2.2计算毛坯直径D (2)
2.3确定拉深次数 (2)
2.4拉深工序圆角半径的确定 (4)
2.5毛坯直径修正 (4)
2.6计算以后各次拉深高度 (5)
2.7落料件工序尺寸 (6)
2.8各工序的工件相关尺寸 (6)
2.9绘制工序图 (7)
第3章冲压力计算 (11)
3.1落料成型时冲裁力计算 (11)
3.2压边力计算 (11)
3.3拉深力计算 (12)
第4章压力机选择 (13)
第5章模具刃口尺寸 (14)
5.1凸、凹模间隙设计 (14)
5.1.1落料成型凸、凹模间隙计算 (14)
5.1.2拉深成型凸、凹模间隙计算 (14)
5.2凸、凹模刃口尺寸和公差的确定 (14)
5.2.1落料凸、凹模刃口尺寸计算 (14)
5.2.2拉深刃口尺寸计算 (15)
5.3各工序的模具刃口尺寸汇总如
下 (17)
第6章板料毛坯值计算 (18)
第7章凸、凹模的材料及工艺性能选择 (19)
7.1复合模具凸凹模 (19)
7.2第一次拉深 (19)
7.3第二次拉深 (19)
7.4第三次拉深 (19)
第8章压边圈设计 (20)
8.1首次拉深压边圈设计 (20)
8.2第二次拉深压边圈设计 (20)
8.3第三次拉深压边圈设计 (20)
第9章上下模座的设计 (21)
9.1上模座的设计 (21)
9.2下模座的设计 (21)
第10章模具其他结构图 (23)
10.1模柄结构图 (23)
10.2凸凹模结构图 (23)
10.3凸模固定板结构图 (25)
10.4导柱、导套结构图 (25)
10.5定位板结构图 (27)
10.6卸料板结构图 (28)
10.7首次拉深凸模机构图 (29)
10.8推件块机构图 (30)
第11章模具参数汇总 (32)
第12章模具装配图 (33)
12.1落料拉深复合模具装配图 (33)
12.2再次正拉深模具装配图 (34)
第13章总结 (36)
参考文献 (37)
第1章 冲压工艺性及方案设计
1.1冲压件工艺分析
（1）材料：该拉深件的材料20钢是碳素工具钢，具有较好的韧性、塑性和可拉深性能。
（2）零件结构：该制件为宽凸缘圆桶形拉深件，故对毛坯的计算要参照冲压手册确定合理的修边余量。
（3）单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。 （4）凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。
（5）尺寸精度：根据要求，零件图上所有未注公差的尺寸按IT14级确定工件尺寸的公差。
查公差表可得工件基本尺寸公差为：
+0.74060Φ，+0.62040Φ，+0.62050，0.3004R +，0.25
01+
1.2预定工艺方案
1.2.1工艺方案分析
该工件包括 落料、拉深 两个基本工序，经分析可有以下三种工艺方案： 方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用单工序模生产。 方案二：落料+拉深复合，后拉深二。采用复合模+单工序模生产。 方案三：先落料，后二次复合拉深。采用单工序模+复合模生产。 方案四：落料+拉深+再次拉深。采用复合模生产。
方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，操作方便，成本较低。方案三也只需要二副模具，制造难度大，成本也大。方案四只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，但模具成本造价高。通过对上述四种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。
第2章 主要设计计算
2.1确定修边余量
该件d 凸=60mm ，d 凸/d=60/39=1.53,查《简明冲压工艺与模具设计手册》表7-3
可得 3.0R mm ?=
则可得拉深最大直径d t
d t =d 凸+2R ? 式2-1 =60+2*3.0=66.0mm
故实际外径为66.0mm
2.2计算毛坯直径D
由《冲压手册》机械工业中，毛坯计算公式表4-7序号20可计算出毛坯的直径
D =式
2-2
=
=≈107mm
2.3确定拉深次数
首先判断能否一次拉深成型
h/d=50/39=1.28 t/D=1/107 *100%=0.93% d t /d=66.0/39=1.69 m=d/D=39/107=0.36
据《冲压手册》第二版表4-20可查出
1
1
h d =0.37-0.44，而h
d
=1.28>0.44，故一次不能拉出来，需要多次拉深。
计算拉深次数及各次拉深直径。用逼近法确定第一次拉深直径（以表格形式列出有关数据，便于比较）。
表2.1第一次拉深值数据
]有以上数据和实际情况综合考虑，应选取实际拉深系数稍大于极限拉深系数者，故暂定第一次拉深直径1d =57mm 。再确定以后各次拉深直径。
由《冲压手册》第二版表4-15查得：
2=0.77m ，212d 570.7743.89d m =?=?=mm 3=0.79m ，323d 43.890.7934.67d m =?=?=mm 4=0.81m ，4234d 34.670.8128.08d m =?=?=mm
从上述数据看出，各次拉深变形程度分配不合理，现调整如下：
表2.2拉深数据调整
故采用三次拉深的方法来进行成型。
2.4拉深工序圆角半径的确定
加工模具以此为：拉深落料复合模，拉深模具，拉深模具，以下为刚性模具的圆角半径。
13=6mm =4mm =4mm r r r ?
?
???凹凹2凹,因(0.61)n R R =:凹凸n ， 式2-3 R 凸n =工件圆角半径，n R 凹=工件圆角半径
则1R 凸=5.4mm ，R 凸2=4mm ，R 凸3=4mm
2.5毛坯直径修正
参看《冲压手册》关于宽凸缘工序尺寸修正的第二个原则，为保证以后拉深是凸缘不参加变形，宽凸缘拉深件首次拉入凹模的材料应比零件最后拉深部分实际所需材料多百分之三至百分之五，取修正余量为百分之五。这样，毛坯直径应修正为：
110D mm =≈ 式2-4
则第一次拉深高度：取115.4,6mm mm ==r R 参看《冲压手册》
22
2211111121
0.250.14()+0.43()h D d r R d d =
--凸（r +R ）+ 式2-5 22220.250.14
(11066)0.43(5.46)(5.46)
5757
39.12mm =
-+++-= 校核第一次拉深相对高度
查《冲压手册》表4-20，当166 1.1557d d ==凸，10.91%110
t D ==时，许可最大相对高度11110.50.60.67h h
d d ??=>=????
:，不满足要求，必须修正。
初取1h =20，验算
11110.50.60.35h h d d ??=>=??
??
:，满足要求。 2.6计算以后各次拉深高度
设第二次拉深时多拉入百分之三的材料（其余百分之二的材料返回到凸缘上）。为了方便计算，先求出假想的毛坯直径。取224r R mm ==参看《冲压手册》
109D mm =≈ 式2-6
故2222
22222221
0.250.14()+0.43()h D d r R d d =
--凸（r +R ）+ 式2-7 222
20.250.14(10966)0.43(44)(44)
4646
46.25mm =
-+++-= 设第三次拉深多拉入百分之二的材料，另外百分之一的材料返回到凸缘上。则假想毛坯直径为：取334r R mm == (由图纸要求而来
)
108D mm =
≈ 式2-8
故22
223333331
0.250.14()+0.43()h D d r R d d =
--凸（r +R ）+ 式2-9 222
20.250.14(10866)0.43(44)(44)
3939
52.74mm =
-+++-=
由352.7450h =>可知，满足要求。
2.7落料件工序尺寸
有以上分析可知取毛料直径116mm Φ=，加工工序为：落料加第一次拉深，第二次拉深，第三次拉深
图2.1落料件俯视图D=110mm
查公差表可得工件基本尺寸公差为：（取IT14）
+0.87
0110Φ
2.8各工序的工件相关尺寸
表2.3各工序尺寸汇总
毛
坯（mm ）
H(mm) n d （mm ） 拉深系数M
凸
模n r (mm) 凹模
R1(mm)
落料D=110 0 110 0
0 0
第一
次拉
深
D=66 20 57 0.5327 5.4 6
第二
次拉
深
D=66 46.25 46 0.8070 4 4
第三
次拉
深
D=66 50 39 0.8478 4 4 2.9绘制工序图
图2.2落料工序
图2.3第一次拉深
图2.4第二次拉深
图2.5第三次拉深
图2.6修边
第3章冲压力计算
3.1落料成型冲裁力计算
由《冲压工艺学》机械工业，有关“冲裁力的计算方法”则有：
τ，式3-1
F=L t
b
其中
τ材料的抗剪强度，t材料的厚度（mm）L为冲裁周长（mm）,
b
考虑到模具刃口的磨损，凸、凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加百分之三十。
τ=333MPa
L=2π55=345.4mm ，
b
故有：
τ=1.3?345.4?1?333=149.52 KN
F=1.3 L t
b
3.2压边力的计算
采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压边力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m和相对厚度t/D?100%
由于t/D?100%=1/110?100% =0.91%
m=0.5327
首次拉深系数
1
故：查《冲压手册》表4-80知，三次拉深均需要采用压边装置。
材料第一次拉深时压边力为
F=π[D02-(d1+2r d1)]p/4 式3-2
1y
=π[1102-(57+2*4)]*2.8/4=26.45 KN
式中p为单位压边力（MPa）,20钢为极软钢，故查《冲压手册》表4-82,取p=2.8MPa
第二次拉深时压边力为
F=π[d12-(d2+2r d2)]p/4 式3-3
2y
=π[572-(46+2*4)]*2.8/4=7.02 KN
第三次拉深时压边力为
F y3=π[d 22-(d 3+2r d3)]p/4 式3-4 =π[462-(39+2*4)]*2.8/4=4.55KN
3、3拉深力的计算
查的20钢的强度极限b σ=376 MPa ，m 1=0.5327，m2=0.8070,m3=0.8478
查《冲压模具设计与制造技术》，有关“有凸缘筒形件拉深力”的计算方法：
首次拉伸力：13b P d t K πσ= 式3-5
以后各次拉深凸缘d Φ不变，计算公式为：
2b n P d t K πσ= 式3-6
查《冲压模具设计与制造技术》表5-22，得K3=1.0，K2=0.66,
首次拉深时拉深力
113b P d t K πσ==3.14*57*1*376*1.0=67296.48N
第二次拉深时拉深力
222b P d t K πσ==3.14*46*1*376*0.66=35844.23 N
第三次拉深时拉深力
332b P d t K πσ==3.14*39*1*376*0.66=30389.67N
第4章 压力机的选择
上套模具加工过程中，各个工序是分开进行的，各个工序所需要的压力分别为：
F=冲裁力=149.52 KN =175.97KN
1
F=拉深力+压边力=67296.48N+26.45 KN=93.95KN
2
F=拉深力+压边力=35844.23 N+7.02 KN=42.86KN
3
F=拉深力+压边力=30389.67N+4.55KN=39.94KN
4
综合以上可得所需最大的压力为：175.97KN，故取压力为250KN
采用“开式压力机”公称压力为250KN，由《冲压手册》表9-3查得。
其他参数为：
滑块行程80mm，行程次数100次每分，
发生公称压力时滑块距下死点距离6mm，
最大封闭高度280-460mm，封闭高度调节70mm，
滑块中心到床身距离190mm，
工作台尺寸560mm（左右）、360mm（前后），
工作台孔尺寸260mm(左右)、130mm（前后）、180mm（直径），
立柱间距离260mm，
活动太压力机滑块中心到床身紧固工作台平面距离180mm，
模柄孔尺寸5070
Φ?（mm），工作台板厚度70mm，
垫板厚度50mm，
倾斜角30度
第5章模具刃口尺寸
5.1凸、凹模间隙设计
5.1.1落料成型凸、凹模间隙计算
查《冲压工艺学》机械工业，表2-3得出，20号钢的双面间隙值为：
min max 0.0500.070Z Z =::。 5.1.2拉深成型凸、凹模间隙计算
凸、凹模单边间隙值C ，查《冲压手册》表4-74可有如下： 第一次拉深：
C1 =1.2t=1.2 mm 式5-1
第二次拉深：
C2=1.1t=1.1 mm 式5-2
第三次拉深：
C3=t=1.0 mm 式5-3
5.2凸、凹模刃口尺寸和公差的确定
5.2.1落料凸、凹模刃口尺寸计算
参看《冲压工艺学》机械工业，有关“落料件的刃口尺寸计算”落料的尺寸由凹模刃口尺寸确定，且凹模刃口尺寸为A 类尺寸（即在加工中，凹模的尺寸会越变越大）。
由公式可计算得：
()4
max 0
0.874
0.2175
0()1100.870.50.87110.0435A A x mm
mm
?+
++=-??=+-?= 式5-4
该零件的凸模刃口尺寸按上述凹模刃口尺寸进行配制，可算得凸模的尺寸为：
max min 4
00.874
00.2175=2(1100.870.50.8720.025)110.385D c mm
mm
?
--
-??-=+-?-?=凸（D -x ） 式5-5
5.2.2拉深刃口尺寸计算
由《冲压手册》机械工业，有关“拉深模工作尺寸计算”，凸、凹模的尺寸计算公式为（要求工件外形尺寸）：
+=d =2c D δδ-??-凹
凸
凹凸（D-0.75）
（D-O.75） 式5-6 其中D 为工件的外形基本尺寸，δ凹为 凹模的制造公差，δ凸为凸模的制造公差，?为工件的公差，c 为凸、凹模的单边间隙。 第一次拉深：
第一次拉深后，工件的基本尺寸为 ：0-0.7458mm
查《冲压手册》表4-76(凸、凹模的制造公差)分别查得：δ凹=0.08 ，δ凸=0.05 。
+0.08
00.080=580.750.7457.445D mm mm
δ++?=-?=凹
凹（D-0.75）（） 式5-7
00.0500.05d =2c (580.750.742 1.2)55.045mm mm
δ---?-=-?-?=凸
凸（D-O.75） 式5-8
第二次拉深：