圆筒拉深模设计.docx
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圆筒拉深模设计
《塑性成形工艺》课程设计
题目：
圆筒拉深模设计
姓名：
灬焚书灬
学号：
211201182
系别：
材料工程系
专业：
材料成型及控制工程
年级：
2012级
指导教师：
2015年7月6日
目录
1课程设计任务书3
2冲压工艺分析3
2.1结构与尺寸3
2.2精度3
2.3材料4
3冲压工艺方案的确定4
4必要工艺计算4
4.1判断拉深次数4
4.1.1确定零件修边余量4
4.1.2确定坯料尺寸5
4.1.3判断是否采用压边圈5
4.1.4确定拉深次数5
4.2凸模和凹模尺寸计算6
4.2.1拉深模的间隙6
4.2.2拉深模的圆角半径6
4.2.3凸、凹模工作部分的尺寸和公差7
4.3拉深力的计算7
4.3.1拉深力的计算7
4.3.2压力机的公称压力的计算8
4.3.3压力中心的确定8
5主要零件的计算9
5.1凹模的尺寸9
5.2凸模的尺寸9
5.3凸模固定板的尺寸10
5.4垫板的尺寸10
5.5弹性元件的尺寸10
5.6辅助零件与结构的设计10
5.6.1螺钉的选择10
5.6.2销钉的选择11
5.7模架的选择11
5.7.1上、下模座的选择11
5.7.2导柱、导套的选择11
5.8模柄的选择11
6闭合高度的确定11
7压力机设备的选用12
参考文献13
1课程设计任务书
设计题目：
筒形件拉深模具设计
工件图：
如图1
毛坯直径：
56mm
材料：
1060铝合金
厚度：
1mm
技术要求：
零件公差按IT14级选取
图1零件尺寸图
2冲压工艺分析
2.1结构与尺寸
该零件为无凸缘圆筒类拉深件，形状对称。
工件要求内形尺寸，对厚度变化没有要求。
1060铝合金材料被自由凸模反拉深，工件内圆角半径R为3mm最后按h=18mm进行修边。
故此工件的形状满足拉深的工艺要求。
2.2精度
拉深件的尺寸精度一般低于IT13。
根据公差为IT14级，查《机械设计课程设计手册》[1]表9-1可知，其内形尺寸为
，满足拉深工序对工件公差等级的要求。
2.3材料
1060铝板带，含铝量达到99.6%以上又被称为纯铝板，在铝板带家族中属于一款常用的系列。
此系列铝板的上风：
最为常用的系列，出产过程比较单一，技术相对于比较成熟，价格相对于其它高档合金铝板有巨大上风。
有良好的延伸率以及抗拉强度，完全能够知足常规的加工要求（冲压，拉伸）成型性高。
为产业纯铝，具有高的可塑性、耐蚀性、导电性和导热性，但强度低,热处理不能强化可切削性不好；可气焊、氢原子焊和接触焊,不易钎焊；易承受各种压力加工和引伸、弯曲。
1060铝合金合用范围：
1060广泛应用于对强度要求不高的产品。
产品常用于招牌、广告牌、建筑物外观装饰、公车车身、高楼与工厂墙身装饰、厨房洗涤槽、灯座、风扇叶、电子用件，化工仪器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零件、热交换器、钟表面及盘面、铭牌、厨具、装饰品、反光用具等。
3冲压工艺方案的确定
由上面分析可知，为了保证工件的性能，该工件能一次拉深到位。
而完成该工件需经过拉深和切边工序。
综合实际情况，工艺方案：
单工序模生产；进行一次拉深最后切边。
结构特点：
模具结构简单，但需要两道工序、一套模具就能完成零件的加工，生产效率低。
4必要工艺计算
4.1判断拉深次数
4.1.1确定零件修边余量
零件的材料厚度为1mm，所以所有的计算以中线为准。
零件的相对高度
，
由《冷冲模设计》[2]表6-2得修边余量
，故修正后拉深件的总高应为
公式
（1）式中：
H—修正后拉深件总高度；
H—拉深件中心线高度；
Δh—修边余量。
。
4.1.2确定坯料尺寸D
由于板厚等于1mm，故可直接用工件图所示尺寸计算，用中线尺寸计算。
由《冷冲模设计》[2]表6-5查得常用旋转体拉深件毛坯直径计算公式：
公式
（2）
式中：
D—毛坯直径；
d—零件中心线直径；
H—零件中心线高度；
R—零件中心线圆角半径。
=
4.1.3判断是否采用压边圈
零件的相对厚度
，
由《冷冲模设计》[2]表6-12知：
该拉深工艺可用可不用压边圈，故不用压边圈。
4.1.4确定拉深次数
先判断能否一次拉出零件的总拉深系数
；
由《冷冲模设计》[2]表6-8查得；
取
，
；由此可知：
；
故判断能一次拉深成形。
由《冷冲模设计》[2]公式6-15得
故可根据公式
求得
取较大整数：
。
4.2凸模和凹模尺寸计算
4.2.1拉深模的间隙
拉伸模的间隙之凹凸模横向尺寸的差值,双边间隙用Z表示。
间隙过小，工件质量好，但拉伸力大，工件容易拉裂，模具磨损严重，寿命低。
间隙过大，拉伸力小，模具寿命虽然提高了，但工件容易起皱、变厚，侧壁不直，口部边线不齐，工件质量差。
因此确定间隙的原则是：
既要考虑版聊公差的影响，又要考虑毛坯口部增厚的现象，故毛坯值一般比毛坯厚度要略大一些。
由《冷冲模设计》[2]表6-15查得拉伸模的单边间隙为：
公式（3）
式中t为毛坯厚度，t=1mm，故
4.2.2拉深模的圆角半径
一般来说R凹尽可能大些，大的R凹可以降低极限拉深系数，而且还可以提高拉深件的质量。
但R凹太大会消弱压边圈的作用，可能引起起皱现象，因此R凹的大要适当。
筒形件首次拉深时的凹模圆角半径R凹可由下式确定：
公式（4）
式中：
C1—考虑材料力学性能的系数；对于软钢、硬铝，C1=1，对于纯铜、黄铜、铝，C1=0.8；
C2—考虑板料厚度与拉深系数的系数，由《冷冲模设计》[2]表6-14查得C2=6。
在实际工作中，拉深凸、凹模的圆角半径先选取比计算略小一点的数值，这样便于在试模调整时再逐渐加大，直到拉出合格零件时为止。
4.2.3凸、凹模工作部分的尺寸和公差
由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计基准。
凸模尺寸的计算式公式为：
公式（5）
式中：
d—拉深件的基本尺寸；
Δ—为拉深件的尺寸公差。
凹模尺寸的计算公式为：
公式（6）
式中：
d—拉深件的基本尺寸；
Δ—拉深件的尺寸公差；
Z—拉深模的间隙。
将模具公差按IT14级选取，则Δ=0.52，查《冷冲模设计》[2]表6-16可查得δ凸=0.03mm、δ凹=0.05mm。
把d=30mm、Δ=0.52mm、δ凸=0.03mm、δ凹=0.05mm和Z=1mm代入上面两个式子，得凸模尺寸为：
mm
凹模的尺寸为：
mm
4.3拉深力的计算
4.3.1拉深力的计算
拉深力计算公式为：
公式（7）
：
d—拉深件的直径；
；
F—拉深力；
；
。
由查《冷冲模设计》[2]表6-11查取K1=1；
由查《冷冲模设计》[2]表2-3查得
；
4.3.2压力机的公称压力的计算
单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力
，
为压边力，因为无压边圈，所以
，从凹模内向上顶出工件所需的力称为顶件力
，
为顶件力系数，由查《冷冲模设计》[2]表3-8查得；
=0.05；
公式（8）
工艺总压力为：
公式（9）
在实际生产中，可以按下式来确定压力机的公称压力：
浅拉深
公式（10）
式中：
F总—拉深力和压边力总和，在用复合模冲压时，还包括其他变形力；
F压—压力机的公称压力。
压力机的公称压力为：
4.3.3压力中心的确定
图2
由于是圆形工件，如图2所示，所以工件的压力中心应为圆心即O（28，28）。
5主要零件的计算
5.1凹模的尺寸
一般实际生产中，由于冲裁件的形状和尺寸千变万化，因而大量使用外形为矩形或圆形的凹模板，在其上面开设所需要的凹模洞口，用螺钉和销钉直接固定在支撑和固定零件上，国家标准JB/T7643.1~7643.6—94对这种凹模板已经进行了规范。
由查《冷冲模设计》[2]表4-2和4-3查得：
K=0.35，b=56mm。
凹模厚度：
公式（11）
查《冲压模具标准件的选用与设计指南》[4]表6-13，取厚度H=28mm。
凹模壁厚：
公式（12）
由《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表4-13查得；
矩形凹模板材料选用Cr12MoV，零件的尺寸L=160mm、B=125mm、H=28mm。
5.2凸模的尺寸
很显然，凸模的结构形式决定于冲压件的形状。
通过对一些常用的凸模结构进行标准化，在模具设计过程中选用某些标准结构的凸模，从而不仅可以提高模具设计效率，而且更重要的是由于易于实现批量、规模生产，从而能够保证凸模的质量、大幅度降低生产成本、节约能源。
冲模的标准化是指在模具设计与制造中应遵循和应用的技术规范与基准，冲头的标准化则是根据这些技术规范与基准来规定其数据与形式。
凸模长度的计算；
公式（13）
式中：
—凸模固定板的厚度；
—安全距离取值范围为15~20mm，
—定位板的厚度
h—凸模进入凹模的厚度。
其中：
；
；
；
；
由查《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表4-2查得；
A型圆凸模材料选用选用Cr12MoV，零件的尺寸L=70mm、d=30.2mm、h=6mm。
5.3凸模固定板的尺寸
固定板（凸、凹模固定板）主要用于固定中、小型的凸模，小型的凸、凹模零件一般通过固定板间接地固定在模板上，以减少模具钢的用量。
为了保证安装、固定牢靠，固定板必须有足够的厚度，厚度可以由下面经验公式得出：
凸模固定板：
公式（14）
式中：
H—固定板厚度
D—凸模与固定板相配合部分的直径取标准：
H=24mm，
根据凹模的尺寸选固定板周界：
L×B=160×125。
固定板上的凸模安装孔与凸模采用过渡配。
由查《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表7-2查得；
固定板材料选用45号钢，零件的尺寸L=160mm、B=125mm、H=24mm。
5.4垫板的尺寸
垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。
由《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表7-4查得；
垫板材料选用45号钢，淬火硬度为HRC43～48，其尺寸规格为：
160mm×125mm×8mm上下面须磨平，保证平行，与凸模固定板长宽相同。
5.5弹性元件的尺寸
由查《冲模设计手册》[4]表2-55查得；选用橡皮作为弹性元件，橡皮一般为聚氨胶，因为它允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调理方便。
因为聚氨脂橡胶的总压缩量一般≤45%,所以取45%，刚聚氨胶的高度根据h=0.45×H计算。
h为顶件板运行的高度，h=18mm。
所以橡胶的高度H=18/0.45=40mm，直径选用D=45mm。
5.6辅助零件与结构的设计
5.6.1螺钉的选择
由查《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表5-2查得；
上模螺钉：
螺钉起联接紧固作用，上模4个，45号钢，尺寸为
；
下模螺钉：
螺钉起联接紧固作用，下模4个，45号钢，尺寸为
；
由查《机械设计课程设计手册》[1]表3-16查得；
定位板开槽沉头螺钉：
螺钉起联接紧固作用，4个，45号钢，尺寸为
。
5.6.2销钉的选择
由查《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表5-11查得；
销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力上下模各2个，45钢，尺寸为
。
5.7模架的选择
5.7.1上、下模座的选择
由查《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表2-7与表2-8查得；
标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用中间导柱模座，
上模座：
160mm×125mm×35mm；
下模座：
160mm×125mm×40mm；
模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。
5.7.2导柱、导套的选择
导柱与导套结构由标准中选取，尺寸由模架中参数决定。
导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为2-3mm。
导柱与导套之间的配合为H7/h6,导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座之间的配合为R7/h5。
导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度为（渗碳）56-62HRC，采用B型导柱、导套。
由查《冲压模具标准选用与设计指南》[3]表3-4与3-5查得；
导柱尺寸：
L=130mm，d=25mm；
导套尺寸：
L=80mm，D=38mm。
5.8模柄的选择
模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的直径与长度与压力机滑块一致，模柄的尺寸规格选用，由查《冲压模具设计指导》[5]表3-41查得；
旋入式模柄尺寸为d=32mm；L1=56mm。
6闭合高度的确定
拉深模闭合高度（H）是指模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离。
H=Hs+Hd+Ha+Hy+Hty+Hx+s+t公式（15）
式中：
Hs—上模座厚度，取Hs=35mm；
Hd—垫板厚度，取Hd=8mm；
Ha—凹模厚度，取Ha=28mm；
Hy—定位板厚度，取Hy=5mm；
Hty—凸模固定板厚度，取Hty=24mm；
Hx—下模座厚度，取Hx=40mm；
s—安全距离，一般取15mm；
t—拉伸件厚度，取1mm。
按公式（12）计算模具闭合高度
H=35+8+28+5+24+40+15+1
取H=156mm。
7压力机设备的选用
模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。
压力机装模高度是指滑块在下止点位置时，滑块底平面与压力机工作台上的垫板上平面之间的高度。
由于压力机的连杆长度可以调节，所以压力机的装模高度是可以调节的。
当连杆调节至最短时为压力机的最大装模高度
；当连杆调节至最长时为压力机的最小装模高度
。
模具的闭合高度
应介于压力机的最大装模高度
与最小装模高度
之间，否则就不能保证正常的安装与工作。
其关系为：
模具的闭合高度为156mm，同时模具的公称压力为12775.875N，小于压力机的公称压力100kN。
查《冷冲模设计》[2]表1-3查得；
确定选择J23-10A开式双柱可倾式压力机。
压力机的参数如下：
公称压力100kN
滑块行程60mm
滑块行程次数145次/分
最大闭合高度180mm
连杆调节长度35mm
模柄孔尺寸
mm
工作台尺寸240×360mm
参考文献
[1]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，1992
[2]丁松聚.冷冲模设计.机械工业出版社，2012
[3]高军.冲压模具标准件选用与设计指南.化学工业出版社，2007
[4]郑展.冲模设计手册.机械工业出版社，2013
[5]王立人，张辉.冲压模具设计指导.北京理工大学出版社，2009
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