无凸缘拉伸零件文档格式.docx

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5、工作零件刃口尺寸的计算·

1、落料·

2、拉伸·

6、冲压设备的选择·

1、压力机吨位计算·

2、滑块行程·

3、装模高度·

4、压力机功率的核算·

7、模具结构选择·

1、冲模结构形式·

2、定位方式·

3、卸料、出件方式的选择·

4、导向装备的选择·

8、主要零部件的设计·

1、工作零件·

2、固定零件·

3、卸料零件·

4、定位零件·

5、模架及其部件·

6、模具闭合高度校核·

7、模具安装尺寸校核·

9、模具装配图·

10、模具工作过程·

11、设计体会和总结·

一、冲压件工艺性分析

1、冲压件结构分析

根据设计的要求如下：

生产批量：

大批量

材料：

10钢

材料厚度：

1.2mm

零件图如下：

2、冲压件尺寸精度分析及确定

零件形状尺寸如下：

该零件精度等级IT11，查表确定各尺寸的公差值，φ320对应公差为+0.36mm，φ16对应公差为+0.11mm.

分析设计的零件，该零件外形简单，尺寸精度及冲裁断面质量要求均不高，为无凸缘圆筒形件。

（1）要求内形尺寸，料厚t=1.2mm，没有厚度不变的要求；

零件的形状简单、对称，底部圆角半径r=5mm>

t，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求。

（2）筒体拉深深度H（含修边余量）不宜大于2d（d为筒体直径），当一次可拉成时，其高度H最好为：

H≤（0.5～0.7）d

本套筒修边余量△H为2mm，H=16<

2d，故拉深高度不大，工艺性良好。

（3）零件采用的10钢的拉深性能较好，易于拉深成形。

综上所述，该零件的拉深工艺性较好，可用拉深工序加工。

二、冲压工艺方案的确定

为了确定零件的成形工艺方案，先应计算拉深次数及有关工序尺寸。

板料厚度t=1mm,故按中线尺寸计算。

1、计算毛坯尺寸

外缘拉伸属于无凸缘圆筒不变薄拉伸，虽然材料厚度有变化，但是平均值与毛坯厚度十分接近，因此，毛坯展开尺寸可根据毛坯面积等于拉伸件面积的原则来判断。

由于材料的各向异性以及金属流动条件的差异，为了保证零件的尺寸，必须保留零件的尺寸，必须保留出修边余量，在计算毛坯尺寸时必须计入修边余量。

h/d=16/320=0.05，根据h/d数值查参考文献得修边余量为1.2，所以h修正为H=16+1.2=17.2mm（注:

d为中径）

在计算毛坯尺寸时，先把零件分割成简单的几何形状，然后分别计算各个形状的面积最后把形状的面积相加，就得到制件的总面积，再利用圆的面积公式反推直径，即得到毛坯尺寸。

图1-2拉深件毛坯尺寸计算

由于拉深件尺寸均按厚度中线尺寸计算，将拉深零件图转化为毛坯计算图，

如图所示，其中H=17.2㎜，h=16㎜，d=320㎜，

=310㎜，

=5㎜。

所以毛坯总面积计算为：

底面积:

=

×

310

=75476.76

圆角部分面积：

（2×

π×

r×

＋8×

）=

（2×

3.14×

5×

310＋8×

52）=7806.02

圆筒部分面积：

=π×

d×

（h-r）=3.14×

320×

（17.2-5）=12264.78

所以毛坯总直径：

D=

=348.79mm2=349mm2

2、判断拉伸次数

在设计拉深工艺时，必须知道工件能否能一次拉出，还是需要几道工序才能拉成。

正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性的拉深件的质量，拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。

圆筒件的拉深变形程度一般用拉深系数表示和衡量。

拉深系数m是指拉深前后拉深件筒部直径（或半成品筒部直径）与拉深前坯料（或半成品）直径的比值。

部分拉深件只需一次拉深就能成形，拉深系数就是拉深件筒部直径d与毛坯直径D的比值。

由h/d=16/320=0.05

100=1.2/349×

100=0.34

该拉伸件拉伸系数为

M1=

=320/349=0.92

判断拉深时是否需要压边：

查《中国模具设计大典》表19.4-42得，因t/D×

100<

1.5，故拉伸时采用压边圈。

查《中国模具设计大典》表19.4-11得,拉伸次数n=1

验证拉伸系数是否超出极限：

查《中国模具设计大典》表19.4-8得,=0.56~0.58,所以>

拉伸系数符合要求。

3、确定首次拉深的毛坯和工序尺寸

工序直径：

调整拉伸系数，查表得,选定拉深系数为m=0.92。

则工序直径为

=0.92×

349=321.08mm

工序底部圆角半径取值

=0.5mm

工序件高度为零件的高度加上余量的高度即H=17.2mm

4、确定工序加工方案

该零件包括落料、拉伸两个工序，可以采用以下三种工艺方案：

方案一：

先落料，再拉伸，采用单工序模生产。

方案二：

落料—拉伸复合冲压，采用复合模生产。

方案三：

落料—拉伸连续冲压，采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需要两道工序两幅模具，成本高且生产率低，难以满足大批量生产要求。

方案二只需要一副模具，生产效率高，模具强度好，制造简单，并且冲压时，卸料板在冲裁时压紧板料，零件的平直度较好，工件留在模具上，手动取零件。

方案三也只需要一副模具，生产效率较高，操作简单，但级进模在送料时很难保证工件位置精度，无法达到零件较高的位置精度要求。

通过对以上三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。

综上所述：

该零件的冲压工艺方案为：

落料

拉深。

选用正装复合模。

三、确定排样裁板方案以及材料利用率的计算

根据上述计算，毛坯直径已经确定，可以进行排样设计

1、排样方式的确定及其计算

根据工件的结构和材料利用情况有三种排样方式，即有废料排样，少废料排样，无废料排样。

由于毛坯直径比较大，采用有废料排样，考虑操作方便，排样采用单排。

2、搭边值的确定

查《中国模具设计大典》表19.4-8可得，条料沿边a=2，工件间=1.5；

调料间距h=D+=349+1.5=350.5；

条料宽度b=D+2a=349+4=353。

3、材料利用率

查《中国模具设计大典》表19.4-24，板料规格选用1.2mm1100mm1800mm.

若用横裁，则裁板条数==1800/353=5（条）,余35mm。

每条零件个数==3（个），余47mm。

零件总个数==15（个）

材料利用率η=

=15/（18001100）=72.47%

若用纵裁，则裁板条数==1100/353=3（条）,余41mm。

每条零件个数==5（个），余46mm。

零件总个数==15（个）.

所以横裁，纵裁的零件总个数一样，横、纵裁皆可。

材料利用率为72.47%，如果考虑结构废料。

排样如图所示：

四、冲压力的计算

1）落料力

=Lt=（349π1.2400）N=526279.6N。

为板料抗拉强度，查《中国模具设计大典》表18.3-36得，10钢的为（300~440）Mpa,取400Mpa。

2）拉伸力

由《中国模具设计大典》表19.4-46的计算拉伸力的实用公式得

=πt

查《中国模具设计大典》表19.4-47得

=0.4

把已知数据代入上式，得

=3.143201.24000.4192921.6N

由于拉伸采用了压边圈，需计算压边力，由《中国模具设计大典》表19.4-43中的公式得

=

[

-

]p

由《中国模具设计大典》表19.4-44查得p=3MPa。

把已知数据代入上式，得压边力为

=3=34115.9N

五、工作零件刃口尺寸的计算

1、落料

落料凹模，落料凸模采用分别加工法，落料件尺寸为，根据t=1.2mm,查《中国模具设计大典》表19.1-7、表19.1-9、表19.1-10，得=0.126mm，=0.180mm，=-0.035，=+0.050，x=0.5.

=0.035+0.050=0.085=0.054

说明所取凸凹模公差不能满足的条件,但相差不大，可调整如下：

=0.4=0.40.054=0.02169（mm）

=0.6=0.60.054=0.0324（mm）

凹模刃口尺寸=（-x）

==（mm）

凸模刃口尺寸=（—）

2、拉深

拉伸的尺寸为mm

a、圆角半径

拉伸凹模的圆角半径可按公式确定：

=0.8=0.8=4.72（mm）取5mm。

一次拉伸成型中，凸模额圆角半径应于工件的圆角半径相等。

但对于厚度小于6mm的材料，其数值不得小于2t。

验证r=5mm2t=2.4mm，符合要求，不需要再加入整形工序，所以凸模的圆角半径=5mm。

b、间隙

拉伸模的凸模及凹模的单边间隙

C=

拉伸采用了压边圈，这时

C=+Kt=1.2+0.21.2=1.44（mm）

式中：

K---系数，查《中国模具设计大典》表19.4-37得K=0.2

C、拉伸凸、凹模工作部分尺寸的确定

根据《中国模具设计大典》表19.4-39得：

凹模：

=（d+0.4+2c）

=

凸模:

=（d+0.4）

式中、——圆形凹、凸模的制造公差，根据质件的材料厚度与制件直径来选定，由《中国模具设计大典》表19.4-40查得：

=0.1，=0.07.

六、冲压设备的选择

由于零件属于中小型冲压件，且需要拉伸工序，所以冲压设备类型初步选为开式压力机，下面进行规格选择。

1、压力机吨位计算

=+=526279.6+192921.6=719201.2N

=719.2KN

但是，冲压过程中最大作用力发生的时间很难与标定压力机的名义压力位置相重合。

这时便不能单纯的按最大作用力与压力机名义压力之间的关系来选择设备的吨位，而应该以保证压力机全部行程范围内，为完成加工所需的滑块作用力都不能超出压力机允许压力与行程关系的范围为条件来选择。

由于没有压力机容许负荷曲线，所以参照《冲压模具设计实用手册》中压力机吨位选择中相关公式得

=（0.7~0.8）

因此压力机计算压力为

=（0.70.8）=719.2/（0.70.8）=（8991027.43）Kn

根据上述计算压力，选定1600kN压力机。

2、滑块行程

滑块行程应能保证毛坯的顺利放进与零件取出。

在冲裁时，压力机并不需要太大的滑块行程，滑块行程只要比凹模与卸料板上板料的距离大

（2）mm即可。

在进行拉伸时，行程一般去拉伸件高度的

（2）倍。

3、装模高度

模具闭合高度的值应该小于压力机连杆调节到最短距离时，由压力机垫板上表面到滑块底平面的距离，其关系为：

+5

式中---模具的闭和高度（mm）

综合以上要求，选择的压力机型号为JA21-160双柱固定台式压力机，技术参数见下表：

表JA21-160技术规范

规格

数值

公称压力

1600

工作台尺寸/mm

前后

710

滑块行程

160

左右

1120

滑块行程次数（不小于）

40

工作台孔尺寸/mm

最大封闭高度

450

封闭高度调解量

130

直径

460

滑块中心线至机身距离

380

模柄孔尺寸/mm

直径深度

7080

立柱间的距离

530

滑块底面尺寸/mm

前后左右

460650

4、压力机功率的核算

a、计算压力机的有效功

在根据冲压力选择压力机后，还必须核算该项压力机的功率（功）是否合适。

压力机一个行程所产生的有效功应大于冲压所需的总变形功及压缩弹顶装置所需的功W之和，

+W

压力机的功由飞轮的有效能量和电动机输出的能量所组成。

后者主要消耗在合服摩擦和床身弹性的能量等有害阻力以及恢复飞轮在冲压后降低的速度上。

在实际生产过程中，由于缺少具体数据，很难定量计算。

参考《冲压模具设计实用手册》中表A-1给出了曲柄压力机有效功与名义之间的近似关系的经验数据可作为大致的参考。

根据压力机型式标准行程压力机行程数，试算得：

压力机行程数

n=340/=340/=340/=53.76（次/min）54（次/min）

符合要求。

单行程有效功

=0.14=0.14=8960（N.m）

b、每道冲压工序有效冲压功

（1）落料冲压功

=t=526279.60.0012=631.54（N.m）

（2）mm拉伸功

=h=1929210.016=3086.75（N.m）

有效冲压功=+=3718.28（N.m）

c、弹顶装置压缩功

（1）顶件器

在模具中，顶件器的作用是压紧坯料及冲压过程中顶出坯料，同时在拉伸过程中充当压边圈起压料作用，防止拉深过程中起皱。

顶件器有橡皮弹簧和气垫（压缩空气）三种，这三种均可用于薄料拉伸。

据分析，拉伸时所需的压边力，在拉伸开始阶段要求较大，而随着拉伸深度的进行，对于薄料的拉伸尤为重要。

而弹簧和橡胶所提供的力，是随着压缩行程加大而增大，这与压边力的需求正好相反，所以不适合采用弹簧和橡胶，而选用气垫装置。

大吨位的压力机下部带有气垫装置，压力可以调节，工作平稳，压缩空气的压力p一般为（0.5~0.6）Mpa。

=34115.9N，所以气缸面积

A=/p=34115.9/5=6823.18（）=68231.8（）

d===294.7mm

d过大，不适合采用气垫。

退而求其次，改用橡皮，查《冲压模具设计实用手册》中表B-8。

橡皮预压缩量：

=0.15H时，p=0.5Mpa，d=294.7mm，求得D=295mm。

橡皮的最大压缩量：

=（0.350.45）H，为了保证橡胶不致过早损坏，取=0.35H。

工作行程：

L=-=0.2H

拉伸高度即为工作行程：

L=16mm，所以橡皮的自由高度为H=L/0.2=16/0.2=80mm

橡皮的预压缩量：

=0.15H=0.1580=12mm

在橡皮的终压缩量为35%时，压缩力为：

==143460.71（N）

从拉伸开始时的压边力为34115.9N上升到拉伸终了时的143460.71N，压边力太大可能导致工件拉裂，同时拉伸功消耗太大，经过核算达近，机床的负载过大。

最终还得回到采用气垫装置，气垫结构简单，活塞杆较长，导向性较好，能承受一定的偏力，同时内部有较大的空腔，可以储存较多的压缩空气，不必另备储气囊，价格便宜，工作可靠，但受压力机底座下安装空间的限制，工作压力有限，液压垫结构紧凑，顶出力与压料力可分别控制，但结构复杂，在工作过程中，液压油通过溢流阀溢流会增加油温，会使封橡胶材料寿命缩短，同时油液流动急剧，使油缸内油压不够稳定，会产生脉动，引起油压波动，并且油流迅速启停、换向，也会引起液压冲击，行程噪音，也会引起漏油。

所以一般会在气垫无法满足压料要求时，才回使用液压垫。

为了减小气缸尺寸，拟将气压定为0.8Mpa，按上述要求重新核算气缸内径：

A=/p=34115.9/8=4264.49=42644.9

d==，取d==233.02mm,取d=233mm

可从相关文献中查得气缸型号为QGA20075-MF2。

（2）顶件器压缩功

采用气缸压边，在拉伸过程中压边力没有变化，拉伸功也是恒定的，压缩拉伸功为

W=fh=34115.920.150.016=163.76（N.m）

式中f—压边圈与板料、拉伸凹模与板料的摩擦系数，单面取0.15，双面乘以2.

d、总冲压功

总冲压功是有效冲压功与压缩功之和：

=+W=3718.28+163.76=3882.04（N.m）=8960（N.m）

冲压功满足要求。

七、模具结构选择

1、冲模结构形式

由冲压工艺分析可知，采用正装复合模。

2、定位方式

因为该模具采用的是条料，控制条料送进方向采用导料销，无侧压装置，控制条料的送进步距采用固定挡料销定距。

3、卸料、出件方式的选择

根据零件的形状和工艺方案，采用固定卸料板卸料。

并用人工自动取件。

4、导向装备的选择

选择对角式导柱模架，该模架受力比较平衡，上模座在导柱上运动平稳。

适用面宽，常用于级进模或复合模。

凹模周界范围为630mm630mm

八、主要零部件的设计

1、工作零件

a、落料凹模尺寸

凹模设计时应考虑凹模强度，制造方法和加工精度等。

（1）凹模块的厚度

整体凹模的厚度H按冲裁力的大小进行估算，有

H==1.5=56.2mm

式中—冲裁轮廓长度修正系数和凹模材料修正系数，凹模材料采用CrWMn，可由《冲压模具设计实用手册》中表5-9，表5-10查得=1.50=1

（2）轮廓线到凹模边缘的尺寸

由于轮廓线为平滑曲线，因此=1.2H=1.256.2=67.4mm.

（3）从凹模外缘到螺孔中心的尺寸

=（1.72.0）d,根据凹模壁厚，初步选定的螺纹。

即d=14mm，取28mm

（4）螺孔到凹模孔、圆柱销孔道螺纹孔的尺寸

螺纹到凹模孔、圆柱销孔到螺纹孔的标准尺寸为F2d=28mm，最小允许尺寸为1.3d=18.2mm。

综上所述，设计其高度尺寸如下图所示：

b、落料拉伸凹凸模

对于该冲压件，凸缘径向尺寸已有冲压件形状决定，现在需校核其强度。

凸模承压能力的校核，由《冲压模具设计实用手册》得

=p/A，即dt（）/4。