无凸缘圆筒形工件的首次拉深模课程设计综述.docx
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无凸缘圆筒形工件的首次拉深模课程设计综述
课程设计说明书
课程名称：
冲压模具设计与制造
题目名称：
无凸缘圆筒形工件的首次拉深模
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
评定成绩：
教师评语：
指导老师签名：
20年月日
无凸缘圆筒形工件的首次拉深模
摘要：
本文简要介绍了无凸缘圆筒形零件拉深成形过程，经过对筒形零件的生产批量、零件质量要求、零件结构以及使用场合的分析,将其确定为拉深件。
用倒装拉深的方法完成零件的加工，且简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，拉深工序性质、数目和顺序。
进行了工艺力、压力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算，并设计出模具。
同时具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板等）的设计，冲压设备的选用，凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加工工艺过程。
列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。
关键词：
筒形件首次拉伸模倒装模
设计任务.............................................................................................................................1
1.冲压件工艺分析.........................................................................................................1
1.计算毛坯直径D........................................................................................................1
2.判断拉深次数............................................................................................................2
3.模具压力中心的确定..............................................................................................2
2.确定排样裁板方案及材料利用率计算.......................................................3
3.确定工艺方案..............................................................................................................3
4.相关力的计算.............................................................................................................4
1.计算压边力、拉深力.............................................................................................4
模具工作部分尺寸的计算.......................................................................................4
1.拉深模的间隙..........................................................................................................4
2.拉深模的圆角半径..................................................................................................4
3.凸凹模工作部分的尺寸和公差...........................................................................6
4.确定凸模的通气孔.......................................................................................................6
模具总体的初步设计..................................................................................................7
设备的选择.......................................................................................................................9
关键零件的设计............................................................................................................10
1.凸模的结构设计.........................................................................................................11
1.1凸模的尺寸设计......................................................................................................11
2.凹模的结构设计..........................................................................................................11
2.1凹模的尺寸设计......................................................................................................12
装配图..................................................................................................................................12
总结.......................................................................................................................................14
参考文献.................................................................................................................. ..........15
一、设计任务
零件名称：
盖
生产批量：
大批量
材料：
Q235
材料厚度：
1mm
（一）冲压件工艺分析
此工件为无凸缘圆筒形件，要求外形尺寸，没有厚度不变要求。
此工件的形状满足拉深的工艺要求，可用拉深工序加工。
工件底部圆角半径Rt=8mm,大于拉深凸模圆角半径Rp4～6mm（首次拉深凹模圆角半径Rd=6t=6mm,而Rp=（0.6～1）Rd=4～6mm,R＞Rp）,满足首次拉深对圆角半径的要求。
尺寸都为IT14级，满足拉深对工件公差等级的要求。
Q235钢的拉深性能较好。
经过对制件工艺性分析，工件适合拉深成形。
故采用单工序拉深模在单动压力机上拉深。
总之，该工件的拉深工艺性较好，需进行如下的工序计算，来判断拉深次数。
1、计算毛坯直径D
如后图1所示。
h=（12.85-0.5）mm=12.35mm,d=（69.53-1）mm=68.53mm。
工件的相对高度h/d=12.35/68.53=0.209。
根据相对高度从冲压简明设计手册查得修边余量Δh=2mm。
由参考文献［1］表4.2序号1，查得无凸缘圆筒形拉深工件的毛坯尺寸计算公式为
D=
将d=68.53mm,H=h+Δh=（12.35+2）=14.35mm,r=（8+0.5）=8.5mm代入上式，即得毛坯的直径为
D=
mm=89.889mm
取毛坯的直径为90mm。
2、判断拉深次数
工件总拉深系数m总=d/D=68.5mm/90mm=0.7611。
毛坯的相对厚度t/D=1mm/90mm=0.011
用参考文献［1］式（4.27）判断拉深时是否需要压边。
因0.045
（1-0.76）=0.01025，而t/D=0.011＞0.045
（1-0.76）=0.01025,虽然如此，但仍加压边圈。
由相对厚度可以从参考文献［1］表4.8中查得首次拉深的极限拉深系数m1=0.52.
因m总＞m1,故我所负责的范围内，工件只需一次拉深。
若是需要多次拉深成形,那么对每次拉深都需要重新计算拉深直径,以满足拉深次数的要求。
3、模具压力中心的确定
由于该制件的毛坯及各工序件均为轴对称图形，而且只有一个工位，因此压力中心必定与制件的几何中心重合。
图1工作步骤简图
1-毛坯; 2-第一次拉深; 3-第二次拉深; 4-最后一次拉深;
（二）确定排样裁板方案及材料利用率计算
1、排样方式的确定
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
由参考文献［2］表19.1-18可得：
条料沿边a=1.5,工件间a1=1.5；条料进距h=D+a1=90+1.5=91.5；条料宽度b=D+2a=90+3=93。
3、材料利用率
由参考文献［2］，板料规格选用热轧钢板1.0mm×750mm×1500mm。
若横裁，则
裁板的条数n1=A/b=1500/93=16（条），余12mm
每条零件个数n2=（B-a1）/h=（950-1.5）/91.5=10（个），余33.5mm
零件总个数n总=n1×n2=16×10=160（个）
材料利用率η=（n总πD2）/（4×A×B）×100%=（160×3.14×90）/（4×750×1500）=90.432%
若用纵裁，则
n1=B/b=950/93=10（条），余20mm
n2=（A-a1）/h=（1500-1.5）/91.5=16（个），余34.5mm
n总=160个，所以横裁、纵裁的零件总数一样，横、纵裁皆可。
材料利用率为90.432%。
排样如图所示。
图2排样图
（三）确定工艺方案
本工件首先需要落料，制成直径D=90mm的圆片，然后以D=90mm的圆板料为毛坯进行拉深，拉深成内径为
、内圆角R=8mm的无凸缘圆筒，最后按h=14.84mm进行修边。
（1）采用的结构形式
拉深模结构采用带压边圈的倒装式结构，采用这种结构的优势在于可采用通用的弹顶装置（弹性压边装置）。
（2）模具工作过程
这种拉深模结构简单，使用方便，制造容易。
工作时，将坯放入压边圈5上面的定位销或定位板内上模下降，弹性压边圈先将毛坯压住，然后凸模6对毛坯进行拉深。
当拉深结束上模回升时，包在凸模上的工件被压边圈顶出，并由推件板3把工件从凹模4内推下。
这里弹性压边圈不仅起压边作用，而且还起定位和卸件作用。
凸模上需开设排气孔，以防拉伸件紧吸于凸模上而造成卸件困难。
采用倒装式结构，方便在空间位置较大的下模部分安装和调节压边装置。
图3初定上模图
（四）相关力的计算
1、计算压边力、拉深力
由参考文献［2］表4.24确定压边力的计算公式为
式中，rd=rp=8mm，D=90mm,d1=68.5mm,由表4.25查得p=2.8Mpa。
把各已知数据代入上公式，得压力为
由参考文献［2］表4.17计算拉深力
已知道m=0.76，由参考文献［2］表4.18中查得
=0.40，Q235钢的强度极限
=490Mpa。
将
=0.40，d1=68.5,t=1,
=490Mpa代入上式，即
按参考文献［2］表4.31，压力机的公称压力为
故压力机的公称压力要大于62KN。
二、模具工作部分尺寸的计算
1、拉深模的间隙
拉深间隙是指凸凹模横向尺寸的差值，双边间隙用Z表示。
间隙过小，工件质量较好，但拉深力大工件容易拉断，模具磨损严重，寿命低。
间隙过大，拉深力小模具寿命提高了，但工件易起皱变厚，侧壁不直，口部边线不齐，有回弹，质量不能保证。
在一般拉深成形中，当压边力增大时，凸缘处的摩擦阻力也增加，压边力过大可能出现拉断。
压边力的作用本来足为了防止毛坯凸缘起皱，所以只要在保证凸缘不起皱的前提下，施加最小的压边力就可以了。
因此，确定间隙的原则是：
既要考虑到板料公差的影响，又要考虑毛坯口部增厚现象，故间隙值一般应比毛坯厚度略大一些，其值按参考文献［2］表4.28查得拉深模的单边间隙为
则取拉深模的间隙
=2
1.1=2.2mm
2、拉深模的圆角半径
拉深力是通过凸模圆角传递到被拉深工件上的，位于凸模圆角处的工件材料是最容易破裂的，“危险断面”凸模圆角半径r增大，则该处拉深件材料因厚度变薄量减小而强度增大，所传递的极限拉深力F也增大，因而可以减小拉深系数m。
拉深模的凹模圆角半径要取得适当，如果增大凹模圆角半径
则材料拉入凹模时的阻力减小，拉深系数m也减小，但当如果当
取得过大，则有更多的材料未被压料圈压住，而容易起皱。
在拉深工件时，对于变形量较大处，就需要用较大的
，由于在矩形件拉深时，角部的变形量最大，为了使金属的流动性较为均匀，角部的凹模圆角半径应比直边处的凹模圆角半径大。
凹模的圆角半径ra 一般来说，大的ra可以降低拉深系数，还可以提高拉深件的质量，所以ra应尽可能取大些。
但ra过大拉深时板料过早地失去压边，有可能出现拉深后期起皱。
凹模圆角半径ra的合理值应当不小于4t（t为板料厚度）。
凸模圆角半径rt,rt对拉深变形的影响，不像ra那样影响拉深的全过程，但rt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。
故rt的合理取值应不小于 （2～3）t.只有变形程度变小时，才允许取rt = 2t。
按参考文献［2］表4.31查得拉深模凹模的圆角半径rd=8t=8mm,凸模的圆角半径rp等于工件的内圆角半径，即rp=r=8mm。
3、凸凹模工作部分的尺寸和公差
由于工件要求外型尺寸，以凹模为设计基准。
凹模尺寸的计算按文献［2］表4.29间隙取在凸模上。
将模具公差按IT14级选取，则
=0.05mm，
=0.08mm
式中，
为工件外形的工称尺寸；
-工件的公差；
凸凹模的制造公差；
把Dmax=70.2mm,=0.7mm,Z=2.2mm代入上式，则凸、凹模的刃口尺寸分别为
4、确定凸模的通气孔
凸模应钻通气孔，这样会使卸件容易，否则凸模与工件由于真空状态而无法卸件。
按参考文献［2］表4.32查得，凸模的通气孔直径为6.5mm。
表1拉深凸模出气孔尺寸
凸模直径
≤50
>
>
>
出气孔直径
5
6.5
8
9.5
数量
按圆周直径
三、模具总体的初步设计
拉深模具在单边压力机上拉深，压边圈采用平面式的，坯料用压边圈的凹槽定位，凹槽深度小于1mm，以便压料，压边力用弹性元件，模具采用倒装结构，出件时用卸料板顶出。
因为毛坯为圆形，所以只需要在凹模相应位置加工出毛坯直径大小的沉头即可，这种定位方法定位可靠且结构简单。
此次设计工序为一次拉深，因此选用单工序拉深模。
顶件的作用是将制件从凹模中顶出来（凹模在上）。
设计在上模的弹性顶件装置，通过凹模下压使弹性元件在冲压时储存能量，模具回程时顶件器的弹性元件释放能量，顶件块将制件从凹模中顶出。
顶件块的形状和顶杆的位置应根据被顶材料的尺寸和形状来确定。
模具采用弹性卸料。
由于此拉深模为非标准形式，需要计算模具的闭合高度。
其中各模具的尺寸需按国家标准取值。
模具的闭合高度为
H模=H上模座+H压边圈+H固定板+H下模座+25mm
式中25mm是模具闭合时，压边圈与固定板之间的距离。
取H上模=（45+8+14+30）mm=97mm，取H压边圈=20mm.H固定板=20mm，H下模座=55mm，则模具的闭合高度为：
H模=97+20+20+55+25=217mm
模具的总装简图如下图所示。
图4初定装配简图
四、设备的选择
设备的工作行程需要考虑工件成型和方便取件。
因此，工作行程2.5
h=2.5
14.8=37mm。
由前面的计算，根据压力机型号，确定选择JA21-35压力机。
技术规格如下。
表2压力机参数
规格
数值
规格
数值
公称压力kN
350
工作台尺寸mm
左右
380
滑块行程mm
130
前后
610
滑块行程次数r/min
50
工作台孔尺寸mm
左右
200
最大封闭高度mm
280
前后
290
封闭高度调节量mm
60
直径
260
滑块中心线至机身距离mm
205
模柄孔尺寸
直径
深度
50
70
立柱间的距离mm
428
工作台板尺寸mm
厚度
60
五、关键零件的设计
1凸模的结构设计
因为该拉深件为结构形状简单的圆形件，因此采用凸模固定板来固定的形式（台肩固定）。
而凸模固定板则靠两个对称的销钉定位，同时靠三个均匀分布的螺栓来固定。
为避免精加工面太多，故在凸模与凸模固定板的接触面开退刀槽。
凸模与凸模固定板之间的配合为过渡配合。
装配图中要标。
如下图所示：
图5凸模示意图
1.1凸模的尺寸设计
凸模的长度L应根据模具的结构确定。
采用固定板，无卸料版和导尺时，固定板厚度为
（凸模固定板的厚度应取其凸模设计长度L的40%），凸模附加长度（凸模进入凹模的深度）
及模具闭合状态下凸模固定板至凹模上表面的安全距离
。
2凹模的结构设计
因为该拉深件为结构形状简单的圆形件，因此采用凹模固定板来固定的形式（台肩固定）。
而凹模固定板则靠两个对称的销钉定位，同时靠三个均匀分布的螺栓来固定。
凹模与凹模固定板之间的配合为过渡配合。
装配图中要标。
如下图所示：
图5凹模示意图
2.1凹模外形尺寸的确定
凹模的外形尺寸是指凹模的厚度H、厚度H与外径D（圆形凹模）。
凹模板的厚度直接关系到模具的使用。
厚度过小，影响凹模的强度和刚度；厚度过大，会使模具的体积和闭合高度增大，从而增加模具的质量。
外径D选择直接与厚度有关，同时也是选择模架外形尺寸的依据。
通过查表可知：
凹模厚度H＝k*b1,查表知:
k=0.25所以H=77*0.25=19.25mm
凹模壁厚C＝2*H=38.5mm
3顶件导向零件的确定
3.1顶件装置的确定
顶件的作用是将制件从凹模中顶出来（凹模在上）。
设计在上模的弹性顶件装置，通过凹模下压使弹性元件在冲压时储存能量，模具回程时顶件器的弹性元件释放能量，顶件块将制件从凹模中顶出。
顶件块的形状和顶杆的位置应根据被顶材料的尺寸和形状来确定。
模具采用弹性卸料，刚性打件，并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。
3.2导向方式的确定
常用的模架有：
滑动式导柱导套模架、滚动式导柱导套模架。
模架有上、下模座和导向零件组成，是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压全过程的全部载荷。
模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。
上、下模间的精度由导柱、导套的导向来实现。
主要模架形式有：
对角模架：
由于导柱安装在模具的中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳，常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
后侧导柱模架：
由于前面和左右不受限制，送料和操作比较方便，因导柱安装在后侧，工作时偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能用浮动模柄结构。
中间导柱模架：
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳，准确，但只能在一个方向送料。
四导柱模架：
具有平稳、导向准确可靠、刚性好等优点，常用于冲压尺寸较大或精度较高的冲压件。
滚动式导柱导套模架的导向精度高，使用寿命长。
主要用于高精度、高寿命的精密模具及薄材料的冲裁模具。
根据标准模架的选择，为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该单工序拉深模采用中间导柱的导向方式用GB/T2851-2008L=280mm,B=200mm,H=220~260mm,Ⅰ级精度的滑动导向中间导柱。
3.3导柱导套的选用
模具选用中间导柱标准模架，可承受较大的冲压力。
为防止装模时，上无转
装配，将模架中两对导柱与导套制作成粗细不等：
导柱
分别为
；GB/T2861.1
导套
分别为
GB/T2861.3
六、装配图
七、总结
这次冲压设计相当充实，因为它与其他四门课程设计同时进行。
首先感谢周老师认真看我们设计的模具。
坦率的说，我是年级里少数几个自己设计的同学，由于时间紧迫，有几个好朋友复制了我的设计。
是好朋友，我不好意思拒绝。
但我可以保证，我解答了他的所有问题。
间接上帮助了他们复习知识。
个人浅薄的认为，老师今后布置多样一点的题目，别全年级只有三个题目，自己做的同学压力太大了，大量跨班的复制。
至少各班题目不同，同班数据不同。
老师的数据根上一届的题目一模一样。
回到主题，自己的设计还有很多不完善的地方，个别尺寸没有查国标。
真心体会到3D建模的优势，因为有插件，查国标方便，可节约大量时间，且导出的二维图正确无误。
今后自己会好好学习solidworks。
模具设计里面所包含的东西繁多，在设计的过程中极其需要耐心，翻手册的耐心。
而且还需相当细心。
才能确定其设计尺寸与机构。
通过在设计，我清楚的认识到自己在平时学习中的不足，特别是觉得对手册的了解远远不足，查表翻书过程中耽误了太多时间，通过这么一次彻头彻尾的课程设计，有助于巩固知识。
而且这样的实践性学习，不容易遗忘。
由于自己想考研，刚开始自己也不愿花太多时间。
但随着设计的深入，我越来越认真，越来越想看到最终陈果。
所以我得出结论：
设计是有瘾的。
最后，再次感谢周老师对我们的教导。
今天我们以是周老师学生为荣，争取明天周老师以我们为荣。
参考文献
[1]王秀凤，张永春.《冷冲压模具设计与制造》.北京航空航天出版社,2008
[2]伍先明，刘厚才.《冲压模具设计指导》.国防工业出版社，2009
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