冲压拉深模的课程设计

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《冲压工艺及冲压模设计》课程设计

设计说明书

起止日期：

学生姓名

班级

学号

成绩

指导教师(签字)

机械工程学院（部）

目录

第一章拉深件工艺分析 (4)

1.1 制件介绍 (4)

1.2 产品结构及形状分析 (4)

1.3 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析 (4)

1.3.1尺寸精度 (4)

1.3.2冲裁件断面质量 (4)

1.3.3 产品材料分析 (4)

1.3.4 生产批量 (5)

第二章零件冲压工艺计算 (5)

2.1 翻孔工序的计算 (5)

2.2 零件毛坯尺寸计算 (6)

2.2.1确定修边余量a (6)

2.2.2 确定坯料直径 (6)

2.2.3 确定工艺方案 (6)

2.2.4排样、计算条料宽度及确定步距 (6)

2.3 冲裁力的计算 (7)

2.4 确定拉深工序件尺寸 (7)

2.4.1 判断能否一次拉深成形 (7)

2.4.2 确定首次拉深件尺寸 (8)

2.4.3 计算第二次拉深工序件的尺寸 (8)

2.5 计算拉深工序的力 (9)

2.6 工作部分尺寸计算 (9)

2.6.1 拉深间隙的计算 (9)

2.6.2 拉深凸、凹模尺寸的计算 (9)

第三章设计选用模具零件、部件 (10)

3.1 拉深凹模的设计 (10)

3.2 拉深凸模的设计 (10)

3.3 压边、卸料及出件装置设计 (11)

3.3.1 压边圈 (11)

3.3.2 推出与顶出装置 (12)

第四章模架的选择 (13)

4.1 模架的选用 (13)

4.2导柱与导套 (14)

4.3 模柄的选用 (14)

第五章模具材料和热处理 (15)

第六章模具的总装配图 (16)

第七章填写冲压工艺卡 (17)

设计总结 (19)

参考文献 (19)

第一章拉深件工艺分析

1.1 制件介绍

零件名称：芯子隔套

材料：08钢

料厚：1mm

批量：大批量

零件图：如图1所示

图1

1.2 产品结构及形状分析

由图1可知，产品为圆片落料、有凸缘筒形件拉深、圆片冲孔，产品结构简单对称。

1.3 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析

1.3.1尺寸精度

查参考资料【4】上表5-11可知：

拉深件直径的极限偏差为：30

.0

.0

40±

60±、25

高度的极限偏差为：70

38±

.0

1.3.2冲裁件断面质量

板料厚度为1mm，查参考资料【4】表2-67，可知冲裁件生产时毛刺允许高度为≤0.12mm，由于本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。

1.3.3 产品材料分析

冲压材料不仅要满足产品设计的技术要求，还要满足冲压工艺要求和冲压后的加工要求，因此，对于冲裁件材料一般要求其力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计产品所用的材料是08钢，为优质碳素结构

钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经热处理后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。

1.3.4 生产批量

产品生产批量为大批量生产，适于采用冲压加工的方法，最好是单工序模，模具制造简单，维修方便。

第二章 零件冲压工艺计算

2.1 翻孔工序的计算

由参考资料【1】表6-4可得极限翻边系数：58.0min =K

由参考资料【1】式（6-10）可知，翻孔的高度max h 为：

()mm 195.10172.05.243.058.012

40

72.043.0)1(2d h min max =?+?+-=++-=t r K

取整：mm h 10max =

由参考资料【1】式（6-12）预制孔直径0d 为：

mm d K d 2.234058.0min 0=?== 实际取整：mm 23d 0= 由参考资料【1】式（6-13）可得拉深高度为1h ：

mm r h H h 5.305.21038max 1=+-=+-= 综上所述，拉深后的毛坯图如下所示：

2.2 零件毛坯尺寸计算

2.2.1确定修边余量a

板料厚度为1mm ，故按外形尺寸计算，

5.140

60

==

d d f

，查参考资料【1】表5-7

可得，mm 0.3=α，故拉深件的实际凸缘直径()mm 662360)2d (d =?+=+=αf t

2.2.2 确定坯料直径

由参考资料【1】式（5-13）可得：

m m 97m m 5.24044.33840460r 44.34d 22

0≈??-??+=-+=d dh D f

2.2.3 确定工艺方案

通过分析计算可以得出该零件的正确工艺方案是：落料、第一次拉深，第二次拉深、冲孔，第四道工序为翻边，达到零件形状和尺寸要求。

2.2.4排样、计算条料宽度及确定步距

采用单排方案，如下图：

由参考资料【4】圆件t 2r >的圆角的零件间间距mm b 8.0=，沿边间距

mm b 0.11=。

送料步距mm S 8.668.066=+=，调料的宽度mm B 681266=?+=，调料的长度L ，根据附录Ι选用mm 30006000.1??。裁板的方式为：

采用横裁可裁条料数为446830001=÷=÷=B L n （条），余8mm ，每条板料可冲制件数88.66)1600(2≈÷-=n （件），则每张板料可冲制件为352448=?=n （件）。经计算采用竖裁每张板料可冲制件数也是352件。

板料利用率为：%28.76)

1297)(8.097(97785.0)2)((785.02

12=?++?=++=b D b D D η

2.3 冲裁力的计算

本模具采用刚性卸料，根据公式3-24（文献【1】）计算冲裁力F ，查文献【3】表2-29可知08钢的抗剪强度为MPa b 706=τ，则：

N KLt F b 1902057061663.1=????==πτ落

由于该毛坯为圆，压力中心在圆心。

2.4 确定拉深工序件尺寸

2.4.1 判断能否一次拉深成形 7625.040

5

.30h ==d

%03.1%10097

1

t =?=D

4.16

5.140

66d >==d t 4124.097

40===

D d m F 查参考资料【1】上表（5-5、5-6）以及图（5-18）可知，带凸缘圆筒形件的极限拉深系数51.0=F m ，首次拉深极限相对高度53.0~42.0/11=d h 。比较可知，不能一次拉深成形，查参考资料【4】可知需要进行2次拉深。

2.4.2 确定首次拉深件尺寸

根据上面求出的D d t /、D /t 以及5.21/5.2/==t r 查参考资料【4】上表（5-40）可得第一次拉深系数：46.0m 1=

查表9-36可得首次拉深凹模圆角半径：mm t r 10110101=?==凹

则第一次拉深后的直径为：mm D m d 459746.011≈?=?=

高度为：)(43.0)(25.0112

211R r d D d h t ++-= mm 67.36101043.0669745

25

.022=+?+-?=）（）（

总的拉深高度为30.5mm ，而拉深次数为2，为了确保第二次拉深质量，充分发挥板材在第一次拉深变形中的塑性潜力，实际定为第一次拉深高度mm h 201=。

拉深后图形如下：

2.4.3 计算第二次拉深工序件的尺寸

查参考资料【1】上表（5-3）可得：75.02=m 则第二次拉深凹模圆角半径： m m 5.22==R r 凹

拉深直径为： mm mm d m d 406.304568.0122<=?== 拉深高度为： mm h 5.10205.302=-= 拉深次数n 凸缘直径t d 筒体直径d

高度h 圆角半径R

圆角半径r

1 97 45 20 10 10 2

97

40

30.5

2.5

2.5

2.5 计算拉深工序的力

查参考资料【1】式（5-24）可知，第二次拉深用普通的平端面凹模拉深时毛

坯不起皱的条件为：)1)(17.0~09.0(1m d t -≥，代入数据得：08.0)

1(d 1=-m t

，按照

公式判断要使用压边圈。

按参考资料【1】公式（5-29）计算得拉深力为：

N K t d P b 508689.045014014.322=????==σπ 按参考资料【1】公式（5-27）压边力为： N Ap Q 31405.22014.32=??== 式中q 的值按相应表选取为25.2mm N 总拉深力：

N Q P 54000314050868P ≈+=+＝总

拉深功： J h CF A 1153105.30540007.01033max =???=?=--

初选公称压力为250 kN 的JH21系列开式固定台压力机（型号为JH21-25）。其最大装模高度为250mm ，装模高度调节量为50mm ，工作台孔尺寸为150mm ，主电机功率为2.2 kW 。

2.6 工作部分尺寸计算

2.6.1 拉深间隙的计算

拉深间隙指单边间隙，即2/）（拉凸拉凹D D Z -=

。拉深工序采用压边装置，查参考资料【1】式（5-55），可得拉深间隙为：kt t Z +=max 。式中k 为间隙系数，查【1】表（5-18）可知k=0.1。故得mm Z 1.111.01=?+=

2.6.2 拉深凸、凹模尺寸的计算

2.6.2.1 凸凹模圆角半径的计算

第二次拉深为最后一次拉深，故拉深凹凸模的圆角半径都等于工件的圆角半径2.5mm ，即： mm r r 5.2==凸凹 2.6.2.2 拉深模工作部分尺寸计算

查参考资料【1】表（9-38）可得拉深模工作部分尺寸：

01

.004/05.004/04005.075.04075.0++?+?-?-＝）＝（）＝（拉凹d D (mm)

001.0001.004/8.371.1205.075.040275.0d --?-?-?--?-＝）＝（）＝（拉凸Z D (mm)

式中： D －拉深件的基本尺寸，mm ；

?－拉深件的尺寸公差，从零件图可知其值为0.05mm 。

拉深凸模出气孔的尺寸由参考资料【4】表（9-39）可得出气孔直径

mm d 5=

第三章 设计选用模具零件、部件

3.1 拉深凹模的设计

凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉、销钉与固定板固定的方式连接。凹模

刃口采用直刃壁结构，尺寸为mm 01

.0040+φ，刃壁的高度取2.5mm 。模具的壁厚根据

条料的宽宽68mm 和料厚t=1mm 选取，查阅文献【5】表2-48选取凹模壁厚C=25mm 。

凹模长度等于宽度为：

mm L B 14840268=?+==

凹模板厚度按文献【5】97页公式估算：

3211.0F K K H =

式中：

则： mm H 521902051.05.13.13=???=

该模板的厚度要求较厚，可以省略垫板，凹模板直接与下模座连结固定。 那么确定凹模板的总体尺寸大小为：

mm mm mm H L B 52148148??=??

3.2 拉深凸模的设计

其结构尺寸为mm 001.08.37-φ。根据模具结构，凸模的长度L 可由安装固定的厚度1h 、下推板厚度2h 、拉深深度3h 和附加长度h 之和再减去一个板厚取得。

根据模架结构取固定厚度为22mm ，下推板此处的作用相当于压边圈，其厚度取为18 mm ，附加长度主要考虑满足制件的拉深深度要求，取5 mm 。由此可得凸模的长度为

.

5.14923.1211。K K K N

F 选取系数，参考表凹模刃口周边长度修正—；素工具钢取凹模材料修正系数，碳—冲裁力，—-=

m m 75155.301822321≈-+++=-+++=t h h h h L

其固定方式直接用螺钉、销钉连结在模座上。作为拉深凸模，要开设排气孔，大小为mm 5φ，具体结构尺寸如图所示：

3.3 压边、卸料及出件装置设计

3.3.1 压边圈

根据模具的总体结构的要求，使用弹性压边装置中的带限位装置的压边圈，由于第二次拉深的零件尺寸较小，故弹性装置使用橡皮垫结构，使其压边力随行程的变化极小，该装置在冲模完成后用于顶出工件，即做卸料板。压边圈与凹模板间隙配合，内圈大于凸模直径2mm ，结构如图所示：

3.3.2 推出与顶出装置

根据模具的结构，该拉深工件首先需要从下凸模中顶出，然后再从凹模内推出。顶出装置如上图所示，采用橡皮垫式平板压边圈顶出。

推出装置安装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构，将拉深后的工件从凸凹模的凹模内推出。为了尽量保证制件表面光滑，故采用推块将制件从凹模内顶出。

第四章 模架的选择

4.1 模架的选用

模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上。

选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大30～40mm ，模版厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。根据凹模板的尺寸120mm ×120mm ，参考文献【5】表10-31，选取滑动标准模架：

选用的模架为、上模座、下模座分别为：

模架： 250×250×（210～255） GB/T2851.3 上模座：250×250×50 GB/T2855.5 下模座：250×250×65 GB/T2855.6 凹模：120×120×52

导柱：35×200 GB/T2861.1 导套：35×115×43 GB/T2861.6

根据模具的结构，可知其闭合高度为

654321h h h h h h H +++++=闭合 式中： H 闭合－模具的闭合高度，mm ； h1－上模座厚度，mm ， h2－拉深深度，mm ， h3－凸模高度，mm ， h4- 凹模的厚度，mm ， h5－下模座厚度，mm ，

h6—凸模装入下模座的深度，取15mm 将前面计算的数值代入：

mm H 5.247156555525.1050=+++++=闭合

闭合H 介于210mm 和255mm 之间，符合设计要求。

4.2导柱与导套

根据模架的选取，采用A型导套，参考文献【5】表（15-21）选用的型号为：导套 A35H7×115×43 GB/T 2861.6；导柱采用B型，按文献【5】表（15-4）选用的型号为：导柱B35h6×200×35 GB/T 2861.2.导柱与导套为H7/h6的间隙配合，导柱导套与模架均为H7/r6的过盈配合。

为了保证使用中的安全性和可靠性，当模具处于闭合位置时，导柱上端面与上模座的上平面应留10-15mm的距离；导柱下端面与下模座下平面应留有2-5mm的距离，导套与上模座上平面六不小于3mm的距离，上模座开横槽以便排气,。

4.3 模柄的选用

根据压力机模柄孔的尺寸：直径: 40 mm，深度: 65 mm，查参考文献【5】表15-20，选择C型凸缘式模柄，可知其参数如下：

d=40㎜，极限偏差±0.05 mm，d

1=122 mm,总高度L=91 mm，凸缘高L

1

=23

mm，模柄倒角高度L

2=4 mm，打杆孔d

2

=11 mm，凸缘螺钉环绕直径d

3

=81 mm，凸缘

固定螺钉沉孔的直径d

4=9 mm，沉孔台阶直径d

5

=15 mm，台阶高度h=9 mm，材料为

Q

235

。如下图所示：

第五章模具材料和热处理

使用的模具材料应具备良好的耐磨性、韧性和较高的强度、硬度，本模具为冲裁拉深复合为第二次拉深模，又为大批量生产，要求凹模能承受较大的拉应力，凸模承受较大的压应力，因此凹模和凸模必须具有较高的强度和耐磨性。对于拉深的凸模和凹模，由于与工件接触，受到比较强烈的磨损选用耐磨性良好的和淬透性好的模具钢。

凹模和凹模材料选用T20A，均进行淬硬的热处理，使凹模工作部分热处理硬度为60-62HRC，凹模和凸模工作部分热处理淬硬58-62HRC。其他结构件的材料见装配图明细表。

第六章模具的总装配图

1—下模座2—卸料螺钉3—导柱4—压边圈5—导套6—凸模7—上模座8、12、17—螺钉9—推板10—推杆11—模柄13—凹模14—螺母15—特种螺钉16—顶杆

工作原理：经首次拉深后的毛坯件放在压边圈4的下凹圈内定位，压边圈通过顶杆16由橡皮垫压边，通过三根特种螺钉15对压边圈进行限位，用以控制压料间隙，防止压料力过大。

第七章填写冲压工艺卡

(厂名) 冷冲压

工艺卡

片

产品型号零件名称芯子隔套共页

产品名称零件型号第页

材料牌号及规格材料技术

要求

毛坯尺寸

每毛坯可

制件数

毛坯重量辅助材料

08钢板料

3000mm×

600mm×

1mm

352件

工序号工序

名称

工序

内容加工简图

设备

工艺

装备

工时

0 下料剪床上裁板

1 首次

拉深

JH21-110

2 再次拉深

3 翻边

切边

剪床

上裁

板

4 检验按产

品零

件图

检验

编制

（日

期）

审核

（日

期）

会签

（日

期）

标记处数

更

改

文

件

号

签字

日

期

标

记

处数

更改

文件

号

签字

日

期

设计总结

经过这次的设计，我学到了很多上课无法学到的东西，虽然算不上是经验，但是总算有种接触专业的感觉。

我设计的是芯子隔套的二次拉深模，经过几次的修改，总算有点成形的样子，这个设计是我们二个人一组开始的，每个人的数据和材料各不相同。这样既培养了我们的团队精神，又锻炼了我们处理问题的能力，更重要的是，我们从中学到了如何一个人去解决问题，查找资料。为了做好这个设计，我们都很努力，经常到了凌晨两三点，还抱着资料翻找，不想就这样搁置，我们都抱以极大的热诚来完成了它，对自己更是充满了信心，对自己设计的成果虽然算不上最好的，但是我很开心，因为，在最初的怀疑到坚信到完成，我做到了。

这次设计少不了的当然还有老师的细心指导，为了能让我们顺利完成，老师每天都在跟进我们，及时指出我们的错误，让我们减少了修改的分量，谢谢老师!!!

参考文献

1、王孝培主编冲压设计资料机械工业出版社

2、李天佑主编冷冲模图册机械工业出版社

3、王芳主编冷冲模设计指导机械工业出版社

4、张正修主编冲压技术实用数据速查手册机械工业出版社

5、郝斌海主编冲压模具简明设计手册化学工业出版社