冲压模具设计说明书中轴碗.docx
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冲压模具设计说明书中轴碗
冲压工艺分析
1.1材料
冲压加工方法是一种先进的工工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用，由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用。
批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能会更有效果。
1.2零件结构
由图1-1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，孔壁与制件直壁之间的距离满足L>R+0.5t的要求（L=（35-19）-2=8,R+0.5t=3+0.5X2.5=4.25）
零件名称
中轴碗
图号
C002
材料
15钢
料厚
2.5mm
生产批量
大批量
图1-1
1.3尺寸精度
门3500.17,为IT12;.零件图上的未注尺寸公差要求为IT14。
板料厚度为2.5,查表知，生产时毛刺允许高度为h<0.15mm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。
第2章工艺方案及模具结构类型
2.1冲压工艺方案分析
首先根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。
虽然该零件的孔在拉深变形区外，但是其内孔直径与凸模直径之比大于0.2〜0.3，而且该工件的拉深凸模圆角半径无法做到R2,还需要整形工序。
故其需要的基本工序有落料、拉深、冲孔和整形根据冲载工序的不同选择可做出以下几种组合方案：
方案一：
落料、拉深、冲孔、整形、切边。
由五套单工序模具完成。
方案二：
先采用落料、拉深、冲孔复合模，再整形切边。
方案三：
采用拉深、冲孔、落料和整形切边级进模。
比较上述各方案可以看出，方案一的优点是：
模具结构简单、寿命长、制造周期短、投产快。
缺点是：
工序分散，需用模具、压力机和操作人员较多，劳动生产率低。
方案二落料冲孔在一道工序内完成，内、外形的位置尺寸精度高，工件的平整性好；方案三由于是先冲孔后落料，内、外形的位置尺寸精度不如方案二高，工件易弯曲，平整性不如方案二好，但操作安全、方便。
方案二和方案三与方案一相比，工序集中，劳动生产率高，但模具结构复杂，制造周期长。
综上所述，虽然该零件外观要求不高，但要求平整，，且为大批量生产，生产率
要咼，故米用方案一
2.2模具结构形式的确定
由于选择的是方案一，因此，整个冲压过程需要三副模具，即圆饼毛坯落料模具、中轴碗拉深模具和中轴碗冲孔模具，其模具结构如下所示：
I
图2-1圆饼毛坯落料模具
图2-2中轴碗拉深模具
=^50
图2-3中轴碗冲孔模具
第3章冲压工艺计算
3.1零件毛坯尺寸计算
1）确定修边余量
制件要有拉深工序，且属于有凸缘的筒形件拉深，凸缘直径为60mm料厚2.5mm
查表，选取修边余量为3.0mm故修边前凸缘直径为dt=60+3.2汉2=66mm
2）确定毛坯直径
D二,d16.28rd18r24d2h6.28Rd24.56R2（d：
-d；）=70mrr取D=70mm
3.2排样
1）单排，如下图所示:
图3-1
a.搭边
查表3-20，选取印=1.5mm,a=1.8mm。
b.送料步距和条料宽度
送料步距A=70+1.5=71.5mm条料宽度B=70+2X1.8=73.6mm
c.板料利用率
查表，选用2.5mm76mm的条料。
一个步距内条料利用率为
：
D2
A」二70.8%
76*71.5
3.3拉深次数和拉深系数的确定
1）判断能否一次拉出
按h/d=11.5/37.5=0.31,d/d=60/37.5=1.6,t/D=2.5/70=3.6%。
查表
可得h1/d1=0.57>h/d，故制件能一次拉出。
2）拉伸系数的确定
由坯料直径D=70和筒形件的中线尺寸d=37.5，可得拉伸系数为
mF=d/D二0.54
3.4冲裁力和拉深力的计算
1）落料工序
F落=KLtb=1.33.14702.5375=267.88KN；
F卸=K卸p=0.06267.88=16.07KN；
F总二F落F卸二267.8816.07二283.95KN。
式中：
F落-落料力，KN
L-落料件受剪切周边长度，Lh$Q=3.147^219.8mm；
t-冲裁件的厚度；
•b-材料抗剪强度，取值375MPa
F卸-卸料力，N;
K卸-卸料力系数，取值0.06；
K-系数，取值1.3；
F总-落料工序所需力之和。
2）拉Fq工序:
（702-37.52）/4]3.0:
8.23KN;
P=K二lt；「b=0.963.142.537.5450=127.17KN;
F-在压边圈下坯料的投影面积，mm2；
q-单位压边力，取值2.5MPa
P2-拉深工序所需力之和
3）冲孔工序孔二KLtb=1.33.1419375=29.08KN;
F推二K推F孔=29.080.05=1.45KN;
F顶二K顶F孔=29.080.06=1.75KN;
F冲孔二F孔FtF顶二29.081.451.75=32.28KN.
式中：
F推-推件力，N;
K推-推件力系数，取值0.05;
K顶-顶件力系数，取值0.06;
K-系数，取值1.3;
F冲孔-冲孔工序所需力之和。
4）计算完成零件冲压所需的力，并选择压力机
由于拉深、落料、和冲孔并非在同一时间进行。
故压力机公称压力只需满足其中最大的工作压力即可。
查表，初选公称压力为400KN的JH23-40系列开式固定台机械压力机（型号为JH23-40）。
其最大装模高度为330mm装模高度调节量为65mm工作台孔。
3.5拉深间隙的计算
拉深间隙指单边间隙，即Z=（D拉凹-D拉凸）/2。
拉深工序采用压边装置，并且可一次成型。
查表，可得拉深间隙为Z=（1~1.1）t
取Z=1.05t=1.052.5=2.625mm,取Z=2.63mm
3.6拉深凸、凹模圆角半径的计算
一般来说，大的r凹可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量，所以r凹尽可能大些，但r凹太大会消弱压边圈的作用，所以r凹由下式确定：
r凹=0.8（D-D凹）t=0.8.（70-40）2.5=6.93
取r凹=7mm
式中：
D-坯料直径，mm
D凹-凹模直径，由于拉深件外径为40mm此处取值为40mm
3.6.1凸模圆角半径的计算
r凸对拉深件的变形影响，不像r凹那样显著，但r凸过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。
r凸的取值应比r凹略小，可按下式进行计算：
r凸（2〜3）t（t板料的厚度）
r凸=2t=22.5=5mm
对于制件可一次拉深成型的拉深模，r凹、r凸应取与零件图上标注的制件圆角半径相等的数值，但如果零件图上所标注的圆角半径小于r凹、r凸的合理值，则r凹、r凸仍
需取合理值，待拉深后再用整形的方法使圆角半径达到图样要求。
3.7计算模具刃口尺寸
3.7.1落料模刃口尺寸
Zmin=0.36mm,Zmax=0.50mm
查表可得Zmax-zmin=0.50-0.36=0.14mm
凸模与凹模配合加工法。
查表可得磨损系数X=0.5，落料件基本尺寸为70mm取精度为IT14，则其公差
=0.74mm
由此可得
D落料（Dmax-X."z=（70-0.50.74）。
4二69.63°0.185（mm）
z—为凹模的制造公差；（一般取二“冷）
落料用的凸模的刃口尺寸，按照凹模的实际的尺寸配制，并保证最小间隙Zmin。
3.7.2拉深模工作部分尺寸
对于制件一次拉深成型的拉深模，其凸模和凹模的尺寸公差应按制件的要求确定。
此工件要求的是内形尺寸，设计凸、凹模时，应以凸模尺寸为基准进行计算。
由此可得
D拉凸=（D+0.4A）》=（35+O.4XO.17）°o.o5=*35.O7°o.o5（mm）
D拉凹=（D拉凸+2Z）t^=（35+O.4>式中：
D-拉深件的基本尺寸，mm
凸模和凹模的尺寸公差「•凸和「•凹可按表查得。
按照计算所得的凸模直径无法使得凸模与工件全部贴模，所以凸模直径应增加一个值，取拉深凸模的直径为40mm
3.7.3冲孔模刃口尺寸
查表可得
Zmin=0.36mm,Zmax=0.50mm
Zmax「Zmin=0.50-0.36=0.14mm
采用凸模与凹模配合加工法。
查表，可得磨损系数X=0.5，孔的基本尺寸为19mm取精度为IT14，则公差为.■:
=0.33mm。
由此可得
D孔凸=（DminX.J；z=（190.50.33）0厂19.170.082（mm）
-z—凸模的制造公差。
（一般取=冷）
冲孔用的凹模刃口尺寸，按凸模实际尺寸配制，并保证最小间隙Zmin。
3.8计算模具其他尺寸
3.8.1凹模
a.凹模壁厚
查表，由落料件的直径为75,壁厚为t=2.5，可取凹模壁厚为40。
b.凹模厚度
查表，凹模厚度h可根据冲裁力选取。
由冲裁力为255.5KN,可得凹模厚度为
h=28mm
c.刃壁高度
垂直于凹模平面的刃壁，其高度h。
可按下列规则计算：
冲件料厚t<3mmh°=3mm
冲件料厚t>3mmh0=t。
由零件料厚为t=2.5mm,可得刃壁高度h0=3mm
80
图3-2凹模
382凸模
凸模即为冲孔凸模，其长度应根据模具的结构确定。
从模具结构可以看出，其长度可由凸模固定板厚度、上凸凹模长度确定。
可由下式进行计算
L3*1丄-丫
式中：
H；-凸模固定板厚度，取为25mm
Li-上凸凹模长度，mm
Y-附加长度，由拉深件深度、料厚和凸模进入下凸凹模的深度确定，凸模进入下凸凹模的深度取为1mm则丫=14-2.5-1=10.5mm。
由此可得凸模的长度为
L3=2565-10.^79.5mm
为增加凸模的强度，可设计成阶梯式冲头段的直径为D孔凸=18.67mm，此段的长
度为15mm第二段直径为20mm长度为29.5mm；第三段与凸模固定板配合，直径取为22mm长度为35mm
图3-3凸模
3.9校核凸模强度、刚度
1）凸模的强度校核公式为P/Fmin"：
：
A压压
式中：
P-冲孔冲裁力，N；
Fmin-凸模最小断面面积，mm2；
B压-凸模材料的许用压应力，MPa此处材料选用Cr12，查表可得
&压=（1000-1600），MPa取B压=1200MPa
由前可知凸模的冲裁力P=59.66KN=59660N,Fmin-…D孔凸/^273.8mm2。
由此可得P/Fmin59660亠273.8二217.9MPa压，所以符合要求。
2）凸模刚度的校核公式为lmax岂二EJmin（nP）/J
式中：
lmax-凸模最大自由长度，mm
E-凸模材料弹性系数，MPa取E=2.1X105MPa
Jmin-凸模最小断面惯性矩，mm4，圆形断面Jmin二二d4/64；
•i-支撑系数，取值为2;
n-安全系数，钢取n=2一3
代入公式可得lmax=131.4mm实际凸模长度L3=79.5,即卩L33.11模柄
1.模柄结构及尺寸如下图:
1,6/
图3-4模柄
3.10卸料零件
1、卸料装置
该落料模有设计普通的卸料装置:
第4章模具总体设计
4.1模架的类型
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,根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。
每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，又有多种模架类型，如：
后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。
选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。
在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架。
4.2模架的尺寸
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模板厚度一般等于凹模厚度的1-1.5倍。
选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大40-50mm
在本设计中，凹模采用圆形的结构，其工作部分基本尺寸为①75mm壁厚为40mm所以其外径基本尺寸为155mm厚度为h=28mm模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，其关系为：
Hmax10—H—Hmin一5
由上面压力机的选择可知道Hmax二300mm,Hmin=Hmax-70二230mm。
所以H应介于225mm-310m之间。
查附录，选用的模架、上模座、下模座分别为:
模架：
250X250X（240-285）
GB/T2851.3
上模座：
250X250X50
GB/T2855.5
下模座：
250X250X65
GB/T2855.6
由此可知其最大装模高度为285mm最小装模高度为240mm符合H的要求。
下模座周界尺寸为250X250,而凹模的外径为155mm所以周界尺寸符合要求。
下模座厚度为65mm而凹模的厚度为28mm也符合要求。
工作台孔尺寸为150mm模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要求。
根据模具的结构，可知其最小闭合高度为：
H最小闭合高度二m■Ljth>3h>4h>5h>6
式中：
H闭合-模具的最小闭合高度，mm
h1-上模座高度，mm由前可知g=50mm;h2-上垫板厚度，mm此处选h2=5mm;
L1-上凸凹模长度，mm由前可知L1=65mm；
t-制件厚度，mm此处t=2.5mm；
h3-压边圈厚度，mm由前可知h3=21mm
h4-下凸凹模固定板厚度，mm由前可知h4=25mm
h5-下垫板厚度，mm选取h5=5mm
h6-下模座厚度，mm由前可知h6=65mm
综上可得H最小闭合高度-505652.5212556^233.5mm225mm，符合设
计要求。
第5章模具总体结构
1）模具总图，如下所示
图5-1模具装配图主视图
图5-2模具装配图俯视图
2）模具主要结构零件所选材料如下图所示：
15
GB/T2855.6-1990
下黠
HT200
250x250x&5
M
□B704-2000
4
45
M12X80
1-5
嘛
.4
Cr12
60-G2HRC
12
1
15
•丨
1
45
43-^48HRS
10
1
Cr12
60-62HR匚
9
1
65Mn
25x4.0x40
S
45
140x140x50
7
歸
1
L5
140x140x10
6
JB/T7646.1-1994
1
Q235
GB70.1-2000
4
45
M4X95
+
JB/T7650.5-J994
却料賄
6
45
MSxlOO
GB/T2B51.3-399O
1
HT200
250x250x50
/
GB7T286L6-199O
导至
2
Cr15
1
GE/T23&1E-1羽0
导柱
P
Cr15
028x200
代号
名#
Aft
备a
ij
图5-3所选零件的材料及主要规格表
第6章编写冲压工艺过程卡
4
检验
按产品零
件图检验
.MM
E护
1i1»
Lis-
编制
审核
会
签
曾发
曾发
致谢
这次通过综合运用冲压模所学课程的理论和生产实践知识，进行冲压模具设计工作，从而培养和提高了我独立工作的能力
在校的学习中，使我初步的了解到了冲压模具设计的方法和步骤，掌握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，熟悉模具标准及其他有关的标准和规范，并在设计中能够更深入的去理解。
设计中，通过老师的指点以及跟同学的讨论，从而自己发现问题并自己来解决问题，这样也真正的使我懂得了，遇到困难的时候要学会独立思考，独立解决。
通过这次的设计，我知道了自己在以前的学习中学的不够精，细节方面学的不够仔细，总的来说学的不够全面，再次由于参考资料有限，所参考的资料的全面度不够,导致了这次的设计中有许多的不足，在今后的学习工作中，我定会多注意细节，学习知识的时候学习的全面一点，认识到自己学习中的不足，在今后的学习中加以改进。
机械是一门很严谨的学科，不少同学在这次设计中反复修改才达到了比较合理的结果同时也浪费了不少时间，不过也才能够对机械行业有更深体会，机械其实没什么创新可言，机械需要的是扎实的理论知识和深入的动手实践。
因此，特此向本设计指导教师胡成武以及在设计及过程中给过我建议和提出意见的老师、同学们致以感谢，在大家的合力帮助下，成功的完成了这次冲压课程设计，更重要的是完善了设计的结构和提高了加工合理性，从而使得该设计在实际应用中能够进行生产制造。
我也相信只要认识到自己的不足就等于迈开了一个起点，再加上努力，在今后会更加一层楼的！
在此感谢老师对我的教导与培养！
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4.------冷冲模设计手册.
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