1、全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计 落料拉深复合模设计DESIGN OF BLANKING DRAWING DIE COMPOSITE MOLD目 录摘要 41关键词 41 前言41.1 冲模的优势51.2 研究目的和意义51.3 国内外研究现状61.4 冲压模具三维 CAD 设计62 工件工艺性的分析62.1 零件要求62.2 材料的工艺性分析材料72.3 冲压工艺方案的确定82.3.1 方案的制定82.3.2 论述方案特点83 主要涉及尺寸的计算93.1 毛坯尺寸的确定93.2 排样的设计10 3.3 材料利用率103.4 压力中心的确定103.5 冲压工艺力的设计103.6
2、冲裁间隙114 零件的设计114.1 冲裁凸模、凹模的尺寸计算114.2 冲裁模凹模124.2.1 凹模的类型确定124.2.2 凹模厚度计算124.2.3 螺孔与销孔的定位134.2.4 凹模设计134.2.5 凹模的强度校核144.3 导料和挡料方式的确定144.3.1 挡料方式144.3.2 导料方式1524.3.3 卸料版与凸模单边间隙的确定154.3.4 卸料板设计图154.4 拉深相关计算164.4.1 拉深相关系数的计算164.4.2 拉深模的间隙164.4.3 凸、凹模的尺寸计算164.5 拉深凸模174.6 固定板设计184.7 凸凹模的计算194.8 模座的确定和选择214
3、.9 导套及导柱确定214.10 压力机的确定 214.10.1 拉深力的计算 214.10.2 压边力的计算 224.11 压边圈确定 224.12 压力机的公称压力的选择 234.13 模柄的确定 234.14 弹簧的确定 234.15 顶件块的设计 235 模具的总装图256 结束语27参考文献 27致谢 29落料拉深复合模设计学 生：谭 巍指导老师： 周光永（湖南农业大学工学院 长沙 410128）3摘 要：本文介绍了模具设计的步骤，对模具的一些结构作了相应的介绍。对在模具设计时，一些相关零件的设计的问题也作了一点解释；文章涉及了拉深模具设计时应该考虑的方面以及影响模具设计的参数。具体
4、内容有以下几点：工件的工艺性分析；冲压工艺方案的确定；模具的尺寸的计算校核，以及材料的选用；确定零件的工艺。本模具设计采用复合模设计方案，对零件排样、凹凸模间隙、刃口尺寸、凹凸模外形尺寸进行了设计，选择合适的其他零件。关键词：落料；拉深；复合模；Design of blanking drawing die composite mold Student: Tan WeiTutor: Zhou Guangyong(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128，China)Abstract: This a
5、rticle describes the steps of the mold design, made the introduction of mold structure. In the mold design, there also made a little explanation of some parts of the design problem; The articles should consider some aspects when drawing die design and the mold design parameters. The specific content
6、 is as follows: the analysis of the process of the workpiece; stamping process to determine the program; check of the calculation of the dimensions of the mold, as well as the selection of materials; determine the parts of the process. The mold design using composite mold design, nesting of parts, t
7、he bump die gap, the tip size bump mode Dimensions design, choose the right parts.Key words: blanking；drawing；composite mold1 前言冲压是使板料经分离或成形而得到制件的工件加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。冲模根据用途分为：单工序模、级进冲模、复合冲模、精冲模、通用与经济冲模1.1 冲模的优势CAD、CAM、CAE 的大量应用，大大减化了模具的设计、制造。大大提升了模具制造质量、效率。冲压设备自动化、高速化。高速冲床达到上万次/每分钟，大大提高了效率，确保了生产的
8、安全。模具的标准化、专业化。使得模具的设计和制造主要围绕成形零件展开。4新材料、新技术的大量使用。使得模具的性能提高、加工快速简便。我国冲压模具产品均出口较大幅度的增长。国际采购商通过国内某网站采购冲压模具的数量仍逆势上扬。我国冲压模具的国际竞争力正在不断提升。随着汽车工业近年以超过 20的增幅发展，以及车型改款加速等等因素的刺激，进入汽车领域的冲压模具企业和模具产品比前几年有大幅增加。汽车企业也对模具产品的质量提出了更高要求，促使模具企业加紧改进，不断提高水平。这些都促使冲压模具企业的竞争力不断提升。模具技术水平的高低是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。我国工业的进一步发展要求模具行业向
9、大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。随着我国工业的崛起，模具工业得到迅猛的发展。模具设计与制造已成为一个行业，越来越引起人们的重视。而被大量应用到工业生产中来。冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。整个行业处于青春期，行业所呈现的良好的发展趋势是前所未有的。1.2 研究目的和意义模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、铸压或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。 简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。在外力作用
10、下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。广泛用于冲裁、成形、冲压、模锻、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中。模具具有搞的生产效率，低的加工成本，而且材料利用率高，产品尺寸精确稳定，操作简单容易实现机械化和自动化等一些列优点，适合于大批量生产。所以研究模具，使模具简单，耐用，高效，精确，经济的意义非凡。1.3 国内外研究现状在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平
11、相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比5还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高
12、精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC 技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD 处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。 1.4 冲压模具三维 CAD 设计三维 CAD 技术的
13、出现，使零件设计及模具结构的设计可以直接在非常直观的三维环境下进行，模具设计完成后，可直接根据投影关系自动生成工程图，彻底解决了传统二维设计的弊端。目前，三维 CAD 技术已广泛地应用于模具的设计，缩短了新产品的开发周期和产品的更新周期，使得开发新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能。2 工件工艺性的分析2.1 零件要求图 1 所示为目标零件，材料：10 钢； 厚度：1mm图 1 零件图Fig 1 Part drawing62.2 材料的工艺性分析材料：材料：10 钢，抗剪强度 =250333MPa，抗拉强度 =294432MPa，屈服强度：b=206MPa，厚度为 1mm，该零件
14、是圆筒件，可以保证弯曲时毛坯不会产生侧向滑动。s综合性能较好，强度、塑性等性能得到较好配合，其冲裁、拉深加工性较好，适于大批量生产。拉深变形过程大致是直径为 D 的圆形平板毛坯被凸模拉入凸凹模的间隙里，形成直径为 d，高为 H 的空心圆柱。在这一过程中，板料金属是如何流动的呢？把直径为 D 的圆板料分成两部分：一部分是直径为 d 的圆板，另一部分直径为（Dd）的圆环部分，把这块料拉深成直径为 d 的空心圆筒。在这个拉深实验完成后，发现板料的第一部分变化不大，即直径为 d 的圆板仍然保持原形状作为空心圆筒的底，板料的圆环部分变化相当大，变成了圆柱的筒壁，这一部分的金属发生了流动。扇形 chef
15、是从板料圆环上截取的单元，经过拉深后变成了矩形 chef。扇形单元体变形是切线方向受压缩，径向受拉深，材料向凹模口流动。设扇形面积为 ，拉深1A后矩形面积为 ，由于拉深使厚度变化很小，可认为拉深前后面积相等，即2A所以 。,21/dDH综合起来看，平板毛坯 的环形区的金属在凸模压力的作用下，要受到拉应力和压应力的作用，径向伸长、切向缩短，依次流入凸、凹模的间隙里成为筒壁，最后使平板毛坯完全变成圆筒形工件。拉伸时的应力状态和形变情况。拉伸的变形区比较大，金属流动性比较大，拉深过程容易起皱、拉裂而失败。因此，有必要分析拉深时的应力状态和变形特点，找出发生起皱、拉裂的根本原因，在制定工艺和设计模具时
16、注意它，以提高拉深件的质量。设在拉深件的某一时刻，分析各部分的应力状态。平面凸缘部分-主变形区 由于凸模向下压，迫使板料进入凹模，故在凸缘产生径向拉应力 ，小单元体互相挤压产生切向压应力 ，由于压边圈提供的压边13力产生法向压应力 ，在这 3 个主应力中 的绝对值比 、 绝对值小得多，凸缘2 21上 、 是变化的，由凸缘外到内， 是由小变大，而 的绝对值是由大变小的，13 13凸缘最外缘 的压应力是最大的，则材料在切向上必然是压缩变形。如果被拉深的材料厚度较薄压边力太小，就有可能使凸缘部分的材料失稳而产生起皱现象。筒壁部分-传力区 该部分受到凸模传来的拉应力 和凸模阻碍材料切向自1由压缩而产生
17、的拉应力 ，显然 的绝对值大，径向是拉 深变形，径向的拉深是靠317壁厚的变薄来实现的，故筒壁上厚下薄。底部圆角部分-过渡区 该部分受到径向拉应力 和切向拉应力 的作用，13厚度方向上受到凸模的弯曲作用而产生压应力 。材料变形为平面应变状态，径向2拉深变形，是靠壁厚变薄来实现的，这部分材料变薄最为严重，最容易出现拉裂，此处称为危险断面。圆筒的底部-不变形区 这部分材料一开始就被拉入凹模中，始终保持平面状态，它受两向拉应力 和 的作用。变形是三向的， 是拉深， 是压缩。由13 31和 2于拉深变形受到凸模摩擦力的阻止，故变薄很小，可忽略不计。2.3 冲压工艺方案的确定2.3.1 方案的制定该零件
18、包括需落料、拉深成形两道工序，可以采用的工艺方案有方案一：先落料，后拉深，采用单工序模制造方案二：先落料，后拉深，采用复合模制造 方案一结构简单，但需两道工序、两副模具才能完成，效率较低，且精度不易保证。如此浪费了人力，物力，财力。从经济角度考虑不妥当，难以满足大批量生产要求。方案二结构较复杂，需一副模具即可成型，且精度易保证。考虑人力成本，材料节约，工件精度等因素故采用方案二2.3.2 论述方案特点(1)模具采用了导柱和导套组成导向机构，从而提高了冲模的冲裁精度。(2)模具落料凹模和冲孔凸模固定在下模上，凸凹模固定在上模上，模具结构紧凑，在压力机的一次行程下，可以同时完成冲孔与落料工序。(3
19、)卸料器安装在上模上。同时有顶杆作用可使其上、下移动。而下模安装有卸料板组成的卸料机构，从而冲裁后零件容易落下，条料也很容易恢复到原位。(4)凸凹模的内孔作为拉深的凹模，而外援作为落料的凸模。同一个部件幷起两种功能作用(5)条料在送进过程中，采用定位销定位。3 主要涉及尺寸的计算3.1 毛坯尺寸的确定根据毛坯尺寸的确定原则可知有两种方法来计算毛坯的计算原则：面积相等原则：由于拉深前和拉深后材料的体积不变，对于不变薄拉深，假设材8料厚度拉深前后不变，拉深毛坯的尺寸按“拉深前后的表面积相等”来确定。图 2 毛坯尺寸工艺图Fig2 Blank dimensions artwork (1)74.138
20、4.A221r2m(2)5.)(3)(2 hdl 2(3)241)cos rmm (4)8051rl(5)5.309)26.7.4(.3)2(A03 dl 2m(6)24 7.16)48(14.6.71. )84(.3)(rhlr (7)mrl 205(8)rh 48)1()cos( (9)25 9.542(21Ad(10)2126 3617)80()4 m(11) 25432 4AA(12)D.3.2 排样的设计9根据冲件的图形，所以设计单排排列是最方便且最省材料的方法。图3 排样图形设计Fig3 Layout of graphic design由课本表2.8（冲裁金属材料的搭边值）查得侧搭
21、边值 ma5.1正搭边值 由课本表2.9（裁剪公差及条料与导料板之间的间隙）条料宽度公差 6.0条料与导料板间的间隙 mZ21(13)maDB 06.06.0 7125)5.1.( 3.3 材料利用率(14)4.27.8hbnA3.4 压力中心的确定对称形状的冲裁件，其压力中心位于轮廓图形的几何中心点，所以该零件的压力中心点是圆心 O 点3.5 冲裁工艺力的计算冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。考虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力 F（N）：(15)KLtF式中 L冲裁件周边长度（mm） ；t材料厚度（mm） ；材料抗剪强度（MPa） ；K系数，一般取值为 1.3； NLtF51635.124.3
