盖冒垫片落料拉深复合模设计.docx

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盖冒垫片落料拉深复合模设计

摘要

本次设计了一套冲孔，落料的模具。

经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用冲孔落料工序，通过冲裁力，顶件力，卸料力等的计算，确定压力机的型号。

在分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需的模具。

得出将设计的模具类型后将模具的各个工作零件部件的设计过程表达出来。

在文档中第一部分，主要叙述了冲压模具的发展状况，说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是对冲压件的工业分析，完成了材料利用率的计算。

在进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。

最后是对主要零部件的选择。

本次设计阐述了冲压落料复合模的结构设计及工作过程。

本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。

关键字：

冲压：

落料冲孔：

复合模：

模具结构

ABSTRACT

Thedesignofapunching,blankingdie. Throughaccesstoinformation,wemustfirstprocessthepartsanalysis,technologyanalysisandcomparisonbyusingthepunchblankingprocess,throughtheblankingforce,thetoppiecesofforce,dischargeforceofthecalculationstodeterminethetypepresses. Intheanalysisofthestampingprocesstoselectthedesiredtypeofmoldforthemold. Typesobtainedafterthedesignofthemolddiepartsofthevariousworkingpartsofthedesignprocessofexpression. 

Inthefirstpartofthedocument,themainaccountofthedevelopmentofstampingdie,stampingdieshowstheimportanceandsignificanceofthisdesign,thenisthestampingindustryanalysis,completedthematerialutilizationratecalculation. Calculationofforceduringtheblankingprocessandtheworkofsomeofblankingdiedesigncalculation,providethebasisfortheselectionofstampingequipment. Finally,thechoiceofthemaincomponents. 

Thedesigndescribedblankingcompounddiestampingdesignandworkingprocess.Reliableperformanceofthemold,smoothoperation,improvedproductqualityandproductionefficiency,reducelaborintensityandproductioncosts. 

Keywords:

Stamping:

Blankingpunch:

CompoundDie:

diestructure 

1前言

1.1冲压的概念、特点及应用

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法之一，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。

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。

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。

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。

1.3冲压技术的现状及发展方向

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。

其主要表现和发展方向如下。

（1）.冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。

目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。

特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。

这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。

研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。

目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。

其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT16~17级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。

无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。

（2.）冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:

一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。

目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。

我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2

~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。

我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。

计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。

其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。

高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为15000~40000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm

/min,加工精度可达±1.5微米，表面粗糙度达Ra=01~0.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。

此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。

利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。

如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。

一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。

（3）冲压设备和冲压生产自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。

为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。

如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。

在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的4~10倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。

冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。

其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。

特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。

FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。

同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。

（4）冲压标准化及专业化生产方面

模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。

因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。

因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。

目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%~80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。

模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。

我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。

但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。

另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。

设计要求:

设计该零件为落料拉深冲孔复合模。

2零件工艺性分析

如右图1所示：

工件为有凸缘圆筒形零件，且在凸缘上均匀分布4个相同的孔。

故可得知此工件为：

落料拉深冲孔所得，其加工工艺过程为：

落料－拉深－冲孔,各尺寸关系如图1所示

图1盖冒垫片

3.拉深工艺及拉深模有设计

设计要点

设计确定拉深模结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度，应注意以下几点.

1）拉深高度应计算准确，且在模具结构上要留有安全余量，以便工件稍高时仍能适应。

2）拉深凸模上必须设有出气孔，并注意出气孔不能被工件包住而失去作用。

3）有凸缘拉深件的高度取决胜于上模行程，模具中要设计有限程器，以便于模具调整。

4）对称工件的模架要明显不对称，以防止上、下模位置装错，非旋转工件的凸、凹模装配位置必须准确可行，发防松动后发生旋转，偏移而影响工件质量，甚至损坏模具。

5）对于形状复杂，需经过多次拉深的零件，需先做拉深模，经试压确定合适的毛坯形状和尺寸后再做落料模，并在拉深模上按已定形的毛坯，设计安装定位装置。

6）弹性压料设备必须有限位器，防止压料力过大。

7）模具结构及材料要和制件批量相适应。

8）模架和模具零件，要尽是使用标准化。

9）放入和取出工件，必须方便安全。

3.1有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算

有凸缘筒形件的拉深原理与一般圆筒形件是相同的，但由于带有凸缘，其拉深方法及计算方法与一般圆筒形件有一定差别。

1）在凸缘拉深件可以看成是一般圆筒形件在拉深未结束时的半成品，即只将毛坯外径拉深到等于法兰边（即凸缘）直径df时的拉深过程就结束。

因此其变形区的压力状态和变形特点应与圆筒形件相同。

图2凸缘件毛培

根据凸缘的相对直径df/d比值同有凸缘筒形件可分为：

窄凸缘筒形件（df/d=1.1～1.4）和宽凸缘筒形件（df/d>1.4）。

显然此工件df/d=50/21=2.38>1.4为宽凸缘筒形件。

下面着重对宽凸缘件的拉深进行分析，主要介绍其与直壁筒形件的不同点。

当rp=rd=r时（图2）,宽凸缘件毛坯直径的计算公式为：

（1）

根据拉深系数的定义宽凸缘件总拉深系数仍可表示为：

（2）

3.2宽凸缘圆筒形件的工艺计算要点

1）毛坯尺寸的计算，毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行，参考无凸缘筒形件毛坯的计算方法计算，毛坯直径的计算公式见式

（1），其中df要考虑修边余量

，其值可从《冲压工艺与模具设计》表4.22中查得

＝1.6mm即df=50+1.6=51.6mm

则D=

=54.75mm

根据拉深系数的定义，宽凸缘件总拉深系数仍可表示为：

M=

2）判断工件是否一次拉成，这只须比较工件实际所需的总拉深系数和h/d与凸缘件第一次拉深系数和极限拉深系数的相对高度即可。

m总＞m1，当1，h/d≤h1/d1时可以一次拉成，工序计算到此结束，否则应进行多次拉深。

m总=0.38h/d=

=0.33。

由《冲压工艺与模具设计》表4.2.6查得此凸缘件的第一次拉深系数m1=0.37。

由表4.2.7查得此凸缘件的第一次拉深最大相对高度h1/d1=0.28～0.35之间，可知m总＞m1，h/d≤h1/d1可一次拉成。

3.3、拉深凸模和凹模的间隙

拉深模间隙是指单面间隙，间隙的大小对拉深力，拉深件的质量，拉深模的寿命都有影响，若c值大小，凸缘区变厚的材料通过间隙时，校正和变形的阻力增加，与模具表面间的摩擦，磨损严重，使拉深力增加，需件变薄严重，甚至拉破，模具寿命降低。

间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑，质量较好，精度较高。

间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作用减小，拉深力降低，模具的寿命提高，但零件的质量变差，冲出的零件侧壁不直。

因此拉深模的间隙值也应合适，确定c时要考虑压边状况，拉深次数和工件精度高。

其原则是：

即要考虑材料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。

不用压边圈时，考虑到起皱的可能性取间隙值为：

C=（1～1.1）tmax

有压边圈时，间隙数值也可按表4.6.3取值（《冲压工艺与模具设计》），此工件的拉深间隙可取，

C=1.1t=1.1mm

3.4拉深凸模，凹模的尺寸及公差

工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差决定，因此除最后一道拉深模的尺寸公差需要考虑外，首次及中间各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差没有必要做严格限制。

这是模具的尺寸只取等于毛坯的过渡尺寸即可。

此工件内形尺寸公差有要求，故以凸模为基准，先定凸模尺寸考虑到凸模基本不磨损，（其尺寸关系如图3所示）以及工件的回弹情况，凸模开始尺寸不要取得过大。

其值为：

Dp=（d+0.4Δ）-δp（3）

凸模尺寸为：

Dd=（d+0.4Δ+2C）+δd（4）

图3凹.凸模

凸、凹模的制造公差δp和δd可根据工件的公差来选定。

工件公差为TT13级以上时δp和δd可按TT6～8级取，工件公差在IT14级以下时，则δp和δd可按IT10级取：

Dp=（20+0.4×0.2）0-0.021=20.080-0.021mm

Dd=（d+0.4Δ+2c）0+

d

=（20+0.4×0.2+2×1.1）0+

d=22.280+0.021mm

3.5凹模圆角半径 rd

拉深时，材料在经过凹模圆角时不仅因为发生弯曲变形需要克服弯曲阻力，还要克服因相对流动引起的磨檫阻力，所以rd大小对拉伸工件的影响非常大。

主要有以下影响：

1）拉伸力的大小；2）拉伸件的质量；3）拉伸模的寿命。

rd小时材料对凹模的压力增加，磨檫力增大，磨损加剧，使磨具的寿命降低。

所以rd的值即不能太大，也不能太小。

在生产上一般应尽量避免采用过小圆角半径，在保证工件质量的前提下尽量取大值，以满足模具寿命要求。

通常可按经验公式计算：

rd=

式中D为毛坯直径或上道工序拉深件直径；d为本道拉深后的直径rd应大于或等于2t，若其值小于2t，一般很难拉出，只能靠拉深后整形得到所需零件，故可取rd=2.5mm

3.6凸模圆角半径rp

凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大，但其值也必须合格，一般首次拉深时凸模圆角半径为rp=（0.7～1.0）rd

这里取rp=1.0rd=2.5mm

图4

4、冲裁工艺及冲裁模具的设计

4.1、凸模与凹模刃口尺寸的计算

冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度。

模具的合理间隙也要靠