侧孔深筒冲压工艺及模具设计.doc
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摘要
本次毕业设计的零件是侧孔深筒，制定出相关工艺路线并设计出生产所需模具。
主要工序有：
a落料，b拉深，c二次拉伸，d切边，e冲孔，去除毛刺。
采用落料拉深复合模，可以较好的实现落料，设计过程中应当充分考虑该落料拉深复合模的刃口形状及尺寸，否则容易影响到落料拉深件的形状及尺寸。
本篇论文综合应用本专业所学课程的理论和生产实际知识,并且查阅了大量课外资料，进行的一次冷冲压模具设计工作的实践训练。
在本次模具设计中，本着降低模具复杂程度及成本的原则，把落料模具、拉深模具做成一套复合模，然后独立设计一套侧冲孔模具。
本套模具性能可靠，提高了产品的成品率和生产效率，可以大幅度降低劳动强度和生产成本。
在模具设计中，查阅了大量课内和课外的文献资料，充分利用已经掌握的知识，使模具设计尽量简单并且能达到最大的实用效果。
关键词：
侧孔深筒模具设计落料拉深侧冲孔
Abstract
Thegraduationprojectispartofdeeptubesideholes,todevelopanddesigntheassociatedprocessrouteforproductionmolds.Themainstepsare:
ablanking,bdrawing,csecondstretch,dtrimming,epunching,deburring.Usingacompositeblankingdrawingdie,youcanachievebetterblanking,thedesignprocessshouldtakefullaccountofthecompositeblankingdrawingdieedgeshapeandsize,orlikelytoinfluencetheshapeandsizeofblankingdrawingparts.Inthisthesis,comprehensiveapplicationofthetheoreticalandpracticalknowledgeoftheproductionofprofessionallearningcourses,andaccesstoalotofextracurricularinformation,practicaltrainingconductedbyacoldstampingdiedesignwork.
Inthismolddesign,moldprincipletoreducethecomplexityandcostoftheblankingdies,moldsmadeofacompositedrawingdie,andthendesignaseparatesidepunchingdie.Thesetsofmoldsandreliableperformance,improvedyieldandproductionefficiencycangreatlyreducelaborintensityandproductioncosts.Inthemolddesign,accesstoalargeliteraturecurricularandextra-curricular,andmakefulluseofalreadyacquiredknowledgetomakethemolddesignassimpleaspossibleandtoachievethegreatestpracticaleffect
Keywords:
Sidehole deepcylinderdiedesignblankingdrawingsideofthepunch
目录
摘要┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅰ
Abstract┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅱ
第1章绪论┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
1.1立项背景┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
1.2设计主要技术条件及参数┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
第2章冲压件的结构和工艺性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2
2.1冲压件的结构性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2
2.2冲压件的工艺性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2
第3章工艺参数计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
3.1落料拉深模的工艺计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
3.1.1修边余量的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
3.1.2计算毛坯尺寸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
3.1.3压边圈的使用与否┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
3.1.4拉深次数的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
3.1.5确定各次极限拉深系数及拉深直径┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
3.1.6选定各工序的凹模圆角半径┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
3.1.7选定各工序的凸模圆角半径┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
3.1.8确定各次拉深高度┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
3.1.9确定落料拉深时的排样方案┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈6
3.1.10确定工艺方案┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈7
3.2计算冲压力┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
3.2.1落料拉深工序的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
3.2.2第二次拉深时工序的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9
3.2.3切边时工序的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈10
3.2.4冲侧孔时工序的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈10
3.2.5计算各次工艺总压力┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈10
第4章落料拉深复合模具结构设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈12
4.1落料拉深复合模具选用原则┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈12
4.2刃口尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈12
4.2.1落料凹模刃口尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈12
4.2.2凸凹模刃口尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈13
4.2.3拉深模刃口尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈13
4.3定位零件的设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
4.3.1导料板┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
4.3.2挡料销┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
4.4卸料、顶件、推件零件的设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
4.4.1卸料板┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
4.4.2推件装置┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14
4.4.3顶件装置┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15
4.5工作零件的设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15
4.5.1落料凹模外形尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈15
4.5.2凸凹模外形尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈16
4.6模架及零件的设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈16
4.6.1模架┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈16
4.6.2导向装置┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈16
4.6.3上、下模座┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
4.7其他支撑零件零件的设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
4.7.1模柄┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
4.7.2凸凹模、凸模固定板┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
4.7.3凸凹模垫板┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
4.8压力机的选取与校核┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17
4.8.1压力机的选取┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18
4.8.2压力机的校核┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18
4.9落料拉深模具装配图┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18
第5章二次拉深模具结构设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19
5.1二次拉深模具工作部分尺寸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19
5.1.1拉深凸、凹模工作部分尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19
5.2二次拉深模具装配图┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈19
第6章冲侧孔模具结构设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
6.1冲侧孔模具工作部分尺寸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
6.1.1冲孔凸、凹模工作部分尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
6.2冲侧孔模具装配图┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
结论┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈21
致谢┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈22
参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈23
第1章绪论
1.1立项背景
本次毕业设计题目为侧孔深筒冲压件，通过这次工艺分析及模具设计使我对冲压模具设计中的常见问题有了进一步的了解和探究。
设计说明书的撰写使我更清楚的了解了模具设计的重点和难点。
通过设计过程中查阅的各种资料，不仅丰富了我的知识结构，也使我对冷冲压技术的应用前景和发展趋势有了深刻的认识。
未来模具技术的发展趋势：
（1）模具产品发展将大型化精密化。
（2）3D打印技术将广泛应用于模具制造。
（3）模具标准件的应用将日渐广泛。
（4）在模具设计制造中将全面推广计算机仿真技术。
（5）模具研磨抛光将向自动化方向发展。
（6）模具加工智能化系统的研制会进一步。
1.2设计主要技术条件及参数
本题目是侧孔深筒冲压工艺与模具设计。
通过查阅课内外书籍进行该冲压模具设计,设计出所需模具全部的零件,画出主要零件图，最后完成装配图。
本文主要介绍侧孔件模具的设计、制造方法和步骤。
在进行模具设计时，需要对零件进行结构特点的分析以及工艺性分析。
在查阅相关资料后，计算出模具各零部件的尺寸。
在进行模具制造时，应综合考虑生产成本和现有的加工水平。
工艺分析主要是针对工件的生产批量确定其加工方案。
在本次设计中一共存在几种不同的可行性方案，经过考虑综合各个因素的考虑后，最终确定了方案。
确定了方案后进行工艺计算，包括拉深次数和冲孔的计算。
经过计算和校核以后，确定下来基本的工序。
在整体的方案确定后通过计算各工序所需要的冲压力去选择压力机。
计算主要包括模具主要工作部分的尺寸、模板的大小、模架的选择、定位零件的选择和卸料零件等的选择。
计算出准确的工作尺寸并编写加工工艺方案，并写下相对应的加工工艺卡。
随后选则落料拉深模和翻边模各个主要部件，通过参考各类资料，按照标准去选取。
第2章冲压件的结构和工艺性分析
2.1冲压件的结构性分析
该工件形状简单，结构对称，其在圆周方向上的变形是均匀的，厚度没有不变的要求，而且工件的形状满足拉深的工艺要求，并且可以采用多次拉深工序加工。
该工件加工时要考虑的几点问题有：
（1）先判断是否能够一次拉深成功，如果不能则需要进行多次拉深。
就该工件而言，根据计算查表可以大概确定要多次拉深。
（2）该件有四个侧孔，要注意如何设计合理的侧冲孔机构。
工件图如下：
图1-1阶梯深筒
材料：
08F
料厚：
1.5mm
2.2冲压件的工艺性分析
冲压件的材料为08F，属于优质碳素结构钢。
其塑性、韧性非常高，而耐磨性、强度和硬度都比较低，因此具有良好的冷变形性，这类材料用于制造力学性能较低，抗腐蚀性能较高的零件。
08F钢的塑性很好，被用来制造大量冷冲压件。
其主要的力学性能如下：
抗拉强度σb（MPa）：
≥295
屈服强度σs（MPa）：
≥175
伸长率δ5（%）：
≥35
断面收缩率ψ（%）：
≥60
硬度：
未热处理，≤131HB
从零件图分析可知，冲压件采用1.5mm料厚的板料经多次冲压而成，能够保证足够的强度和刚度。
从零件所标注的尺寸（Φ41mm，Φ44mm，Φ6mm，R2mm，10mm）中可以看出各个尺寸精度都为一般精度等级，由于圆角半径为R2，尺寸偏小，故需安排一道整形工序来保证其精度。
其它尺寸均无公差要求，因此该零件属于精度不高的一般性零件，公差可以按照IT14级处理，这样也可以给模具制造带来一系列的方便。
综上所述，虽然该件结构简单，而且材料成型性能优良，尺寸公差要求亦不高，故采取适当的工艺方法可以用冷冲压加工成型。
第3章工艺参数计算
3.1落料拉深模的工艺计算
3.1.1修边余量的确定
工件的相对高度，查《冲压工艺及冲模设计》表5-2选取修边余量=2.5mm
3.1.2计算毛坯尺寸
板料厚度等于1.5mm，修边余量为2.5mm。
毛坯直径
3.1.3压边圈的使用与否
根据公式
式中t--材料厚度，mm
D--毛坯直径，mm
代入数据得：
1.45，查《冲压工艺及冲模设计》表5-8得知本套模具需要压边圈。
3.1.4拉深次数的确定
从毛坯拉深到圆筒形件的总拉伸系数（参见《冲压工艺及模具设计》表5-3）。
所以此工件需多次拉深。
初步确定圆筒型件拉深次数的方法分为计算法、查表法、推算法和图析法，其中查表法在设计中应用最为广泛，查《冲压工艺及模具设计》表5-4，由该件相对厚度为1.45%，相对高度为1.125，故需要拉深两次。
3.1.5确定各次极限拉深系数及拉深直径
查《冲压工艺及模具设计》表5-3得:
=0.53×103.15=54.6695mm
=0.75×54.6695=41mm
由于=41mm小于制件直径可知，两次拉深可以成形。
表5-3毛坯相对厚度与拉深系数
毛坯相对厚度（t/D）%
各次拉深系数
≤1.5～1.0
0.50～0.53
0.75-0.76
0.78-0.79
0.80-0.81
0.82-0.84
因为制件最终的直径为d=42.5mm，所以修正时可采用逆向推算法，=42.5mm。
取，则=54.67mm。
所以
3.1.6选定各工序的凹模圆角半径
第一次拉深时的凹模圆角半径可按经验值和计算公式两种方法取得。
按经验公式：
=0.8确定
式中——凹模圆角半径（mm）；
D——毛坯直径（mm）；
d——凹模内径（mm）；
t——材料厚度（mm）。
=0.8=0.8≈7.5mm
第二次为最终成形，所以
3.1.7选定各工序的凸模圆角半径
在一般情况下，凸模圆角半径的取值可与凹模圆角半径的取值想进或略小。
即=（0.7-1.0）。
各道拉深凹模圆角半径应逐次减小，只有当最后一道拉深工序时凸模圆角半径和零件的圆角半径相同。
所以=7.5mm，=2mm。
3.1.8确定各次拉深高度
由上可知，各次工序拉深直径为:
mm,mm
计算尺寸列表如下：
表2尺寸预拉伸次数关系单位（mm）
尺寸
第一次拉深
第二次拉深
d
55.92
42.5
r
7.6
2
h
38.35
52.84
3.1.9确定落料拉深时的排样方案
本次冲裁过程采用直排有废料排样方案，沿冲件的外形进行冲裁，在冲件四周都留有搭边，因此材料的利用率相对较低，但冲件形状和尺寸完全由模具获得，因此工件的精度高，模具的使用寿命也高。
查《中国模具工程大典第四卷》表2.1-17得搭边值：
1.0mm，=1.2mm.本模具采用无侧压装置送料。
条料宽度
导料板之间的距离
式中——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
——侧搭边值；
Δ——条料宽度的单向（负向）偏差；
Z——导料板与最宽条料之间的间隙。
值可查有关设计手册。
因此可得出：
mmA=107.55mm
步距:
S=103.15+1=104.15mm
一个步距内材料利用率:
=×100%=75.27%
排样图如下图：
图3-1排样图
3.1.10确定工艺方案
由于拉深用材料厚度为1.5mm，对中小尺寸件选用落料-拉深复合模进行落料并初次拉深大直径部分，然后利用拉深模具进行第二次拉深大直径部分，随后利用切边模具进行切边，最后利用冲侧孔模具进行冲侧孔。
其工艺路线如下图所：
图3-2工艺图
3.2计算冲压力
3.2.1落料拉深工序的计算
3.2.1.1落料冲裁力的计算
根据《冲压工艺及冲模设计》公式（3-24）
式中——冲裁力（N）
L——冲裁周边长度（mm）
——材料抗剪强度（MPa），本材料值为216～304MPa，取250MPa
t——材料厚度（mm）
——修正系数，一般取1.3
代入得：
≈157897N
3.2.1.2落料压力中心的计算
由于本套模具落料件的形状为规则的圆形，因此该件的压力中心为毛坯的圆心。
3.2.1.3卸料力、推件力及顶件力的计算
根据《冲压工艺及冲模设计》公式（3-26）（3-27）（3-28）
卸料力
推件力
顶件力
式中——冲裁力（N）
n——同时梗塞在凹模内地工件（或废料）数
查《冲压工艺及模具设计》表3-11得：
代入得：
=7894.85N
=8684.335N
=9473.82N
3.2.1.4第一次拉深时压边力的计算
根据《冲压工艺及冲模设计》公式（5-26）
式中D——坯料直径
P——单位压边力，由《冲压工艺及冲模设计》查得p=2.5MPa。
——第一次拉深工序件直径
——第一次拉深凹模圆角半径
又D=103.15mm=54.67mm=7.5mm
代入得：
=11355.05169N
3.2.1.5第一次拉深力计算
根据《冲压工艺及冲模设计》公式（5-28）
式中：
——第一次拉深直径，根据料厚中心计算（mm）
——材料抗拉强度（Mpa），取300Mpa
t——毛坯厚度（mm）
——修正系数，由《现代冷冲模设计》表5-23查得=1
代入得：
F=77248.71N
3.2.2第二次拉深时工序的计算
3.2.2.1第二次拉深时压边力的计算
根据《冲压工艺及冲模设计》公式（5-27）
式中P——单位压边力，由《冲压工艺及冲模设计》查得p=2.5MPa。
——第一次拉深工序件直径
——第二次拉深工序件直径
——第二次拉深凹模圆角半径
又=54.67mm=42.5mm=2mm
代入得：
=1622.122N
3.2.2.2第二次拉深力的计算
根据《冲压工艺及冲模设计》公式（5-29）
式中：
——第二次拉深直径，根据料厚中心计算（mm）
——材料抗拉强度（Mpa），取300Mpa
t——毛坯厚度（mm）
——修正系数，由《现代冷冲模设计》表5-23查得=0.90
代入得：
F=54047.25N
3.2.3切边时工序的计算
根据《冲压工艺及冲模设计》公式（3-24）
式中——冲裁力（N）
L——冲裁周边长度（mm）
——材料抗剪强度（MPa），本材料值为216～304MPa，取250MPa
t——材料厚度（mm）
——修正系数，一般取1.3
代入得：
=42900N
3.2.4冲侧孔时工序的计算
冲孔为单个冲孔，冲孔力根据《冲压工艺及冲模设计》公式（3-24）
式中——冲裁力（N）
L——冲裁周边长度（mm）
——材料抗剪强度（MPa），本材料值为216～304MPa，取250MPa
t——材料厚度（mm）
——修正系数，一般取1.3
代入得：
=9184.5N
3.2.5计算各次工艺总压力
3.2.5.1第一次落料拉深总压力
因为当模具行程过大，尤其是采用落料拉深复合模具进行冲压时，计算时不能将落料力与拉深力简单的叠加就轻易选择压力机，由于而冲压时落料与拉深不是同时发生，因此第一次拉深时总压力
157897+7894.85+8684.335+11355.05169=185831.23669N
3.2.5.2第二次拉深总压力
54047.25+1622.122=55669.372N
3.2.5.4切边总压力
=42900N
3.2.5.5冲侧孔总压力
=9184.5N
各工序压力，列表如下:
表3工序与总压力
单位（N）
工序
总力
第一次拉深
185831.23669
第二次拉深
55669.372
切边
42900
冲侧孔
9184.5
第4章落料拉深复合模具结构设计
4.1落料拉深复合模具选用原则
只有拉深件的高度特别高时，才有可能采用落料拉深复合模，因为高度较浅的拉深件如果采用落料拉深复合模，凸凹模的壁厚过薄会导致强度不足。
经分析可知本工件采用复合模没有问题。
落料拉深采用落料采用正装式，拉深采用倒装式的典型模具结构。
模座下的缓冲器兼作顶件装置。
模具采用对角导柱标准模架，模可外购并且装模方便。
条料固定卸料板导向，冲第一个工件时用眼睛大概定位，等到冲第二个工件时，则用挡料销定位。
4.2刃口尺寸的计算
4.2.1落料凹模刃口尺寸的计算
工件光面尺寸与凹模尺寸相同，因此以凹模尺寸为基准，但是加工工件过多时凹模磨损后该处尺寸逐步增大，为了加工出更多的
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