1、沈阳理工大学课程设计 I 摘 要 拉深是利用模具使平板毛坯变成为开口的空心零件的冲压方法，用拉深工艺可以 制成筒形、阶梯形、锥形、抛物面形、盒形和其他不规则形状的薄壁零件，其中又以 筒形件简单和多见，而有凸缘筒形件又分为宽凸缘和窄凸缘件。 在拉深工艺设计时，必须知道冲压件能否一次拉出，这就引出了拉深系数的概念。 拉伸系数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。在多次拉深中，对于宽凸缘拉深件， 则应在第一次拉深时，就拉成；零件所要求的凸缘直径，而在以后各次拉深中，凸缘 直径保持不变。为了保证以后拉深时凸缘不变形，宽凸缘拉深件首次拉入凹模的材料 应比零件最后拉深部分实际所需材料多 3%5%,这些多余材
2、料在以后各次拉深中，逐渐 将减少部分材料挤回到凸缘部分，使凸缘增厚，从而避免拉裂。 关键词：拉深；成型工艺；拉裂 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 II The air outlet valve covers the ramming craft and the mold design Abstract The deep drawing is a pressing process. It can make a sheet blank into a uncork piece with die. A process with deep drawing can manuf
3、acture workpiece in many shapes. And the tappered workpiece which includes broad protruding edge workpieces and narrow protruding edge workpieces is the most usual. The coefficient of the deep drawing is important when you have to be sure whether it can make it in one time. The coefficient lies on t
4、he limit of the deformation degree every deep drawing process allows. Key words: deep drawing; forming process; restriction crack 沈阳理工大学课程设计 III 目 录 摘 要 I Abstract.II 1 绪论 .1 2 拉深件的工艺性分析 .3 2.1 分析工件的冲压工艺性3 2.2.1 工件形状 3 2.2 08F 材料的化学成分和机械性能 4 3 拉深工序计算 .5 3.1 阶梯形筒形件的拉深工序计算原则5 3.1.1 阶梯形件拉深工序计算程序 5 3.2
5、必要的工序计算5 3.2.1 修边余量 的确定 .5 3.2.2 毛坯尺寸计算 5 3.2.3 判断阶梯筒形部分的拉深次数 7 3.2.4 确定工件的制造工序步骤 8 3.2.5 画出拉深工序图 9 4 工序压力计算和压力机的选择 11 4.1 压力机的选择原则.11 4.2 落料拉深工序压力计算.11 4.2.1 排样图的设计 .11 4.2.2 计算落料拉深复合工序压力 .15 4.2.3 初选压力机 .17 4.2.4 校核压力机的电动机功率 .18 4.3 二次拉深工序压力计算.20 4.3.1 计算二次拉深工序压力 .20 4.3.2 初选压力机 .21 4.3.3 校核压力机的电动
6、机功率 .22 4.4 扩口力计算.23 4.4.1 计算扩口工序压力 .23 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 IV 4.4.2 初选压力机.24 4.3.3 校核压力机的电动机功率 .25 5 模具结构设计 26 5.1 落料拉深工序模具设计.26 5.1.1 落料拉伸复合模选用原则 .26 5.1.2 模具工作部分尺寸和公差计算 .26 5.1.3 模具其他零件的结构尺寸计算 .28 5.2 二次拉深工序模具设计.32 5.2.1 模具结构形式选择 .32 5.2.2 模具工作部分尺寸和公差计算 .33 5.2.3 模具其他零件的结构尺寸设计 .33 结论
7、.38 参考文献 .38 致 谢 .39 沈阳理工大学课程设计 1 1 绪论 一：冲压的特点和应用 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生 分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材 料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加 工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压 生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就难以实现。 与机械加工及塑性加工的其他方法相比，冲压加工无论在技术方面还
8、是经济 方面都具有许多独特的优点。主要表现如下： 1. 冲压加工的生产率高，且操作方便，易于实现机械化和自动化。这是因为冲压 是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普遍压力机的行程次数为每分钟几十次， 高速压力机每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一 个冲件。 2. 冲压时由模具保证了冲压件的尺寸和形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面 质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一 模一样”的特征。 3. 冲压可加工出尺寸范围较大，形状较复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽 车纵梁，覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬 4. 化效应，冲压件的硬度和刚度均较高。
9、 5. 冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较小，且不需要其他加热设备，因而 是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 2 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才 能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在 冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分表现，从而获得较好的经济 效益。 冲压的现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工 业部门越来越多地采用冲压加工方法加工产品零部件，如汽车，农机，仪器，电子， 航空，航天，家电及轻工等行业。
10、在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大， 少则 60%上，多则 90%以上。因此可以说，如果生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业 部门要提高生产效率和产品质量，降低生产成本，快速进行产品更新换代等都是难以 实现的。 二：冲压现状与发展方向 目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压 基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发 达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面 与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。 随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大 型、精密，更新换
11、代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化 方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计 与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计 （CAD） 、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术 转变。 沈阳理工大学课程设计 3 2 拉深件的工艺性分析 2.1 分析工件的冲压工艺性 图 2.1 工件图 2.2.1 工件形状 如图 2.1 所示，该工件形状简单对称，为轴对称拉深件，在圆周方向上的变形是均匀 的，模具加工也比较容易。 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计
12、 4 （1） 从工件形状看，属于阶梯形拉深件。阶梯形件的拉深与圆筒形件的拉深基本相 同，其主要考虑的问题是阶梯件是否可以一次拉成。 拉深阶梯筒形与锥形部分。 先判定是否能一次拉深成，否则要经多次拉深。根据计算查表大概确定要多次 拉深，先拉深小直径后大直径的。 扩口 (2) 制件材料塑性较好，对拉伸、成形比较合适。制件尺寸精度、同轴度要求高。内 表面要求光亮平整。且圆角 R1、R2 较小。需要增加整形工序。为保证孔尺寸 29mm 及 同轴度要求，扩口需放在整形之后，以防整形时孔变形。 2.2 08F 材料的化学成分和机械性能 工件的材料为 08F，属于优质碳素结构钢，优质沸腾钢，强度、硬度低，冷
13、变形塑 性很好，可深冲压加工，焊接性好。成分偏析倾向大，时效敏感性大，故冷加工时应 采用消除应力热处理或水韧处理，防止冷加工断裂。 08F 的主要机械性能如下： 抗拉强度 （兆帕） 280-390b 屈服强度 （兆帕） 180s 抗剪强度 （兆帕） 220-310 延伸率 32% 沈阳理工大学课程设计 5 3 拉深工序计算 3.1 阶梯形筒形件的拉深工序计算原则 3.1.1 阶梯形件拉深工序计算程序 （1）选定修边余量 （2）计算毛坯直径 D （3）判断是否一次拉深成形 （4）根据各工序确定必要的拉深工序 （5）初步画出工序图 （6）确定各工序的圆角半径 （7）计算第一次拉深高度并校核是否安全
14、 （8）计算以后各次的拉深高度 3.2 必要的工序计算 3.2.1 修边余量 的确定 因为在设计过程中毛坯件的尺寸确定是由二次拉深后的工件确定的，而二次拉深后 的工件还需要切去 1.5 的多余边，所以由下面计算出的毛坯尺寸已经包括修边余量， 故不需要修边余量的确定。 3.2.2 毛坯尺寸计算 板料在拉深过程中，材料没有增减，只有发生属性变化。在变形过程中，材料时 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 6 以一定的规律转移的，所以毛坯的形状必须负荷金属在变形时的流动规律，其形状 一般与拉深件周边形状相似。所以，对于旋转体来说，毛坯的形状无疑以一块圆板， 只要求出它的直径
15、。拉深前后，拉深件及其毛坯的重量不变，材料厚度虽有变化， 但其平均值与毛坯原始厚度非常接近，则其面积基本不变。可按公式 计算AD4 把如图 3.1 所示工件中性层的面积分成 7 部分 图 3.1 图 A=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7 厚度 t=1mm a1= d1h1=3.14 5.5 54=933.05mm2 a2= /2 0(2+1cos)(1sin) = 384.38mm2 /2 0(51+1.5cos)(1.5sin)= a3=(d2/2)2 -(d3/2)2 =(51/2)2 3.14-(46/2)2 3.14=380.92mm2 沈阳理工大学课程设计 7 a4= 2 0
16、(32cos)(2sin) = =484.36mm2 /2 0(462.5cos)(2.5sin) a5=d4 h=42 3.14 2=263.89mm2 a6= =2168.94mm2（ 41+17.33） 23/2 a7=(18.33/2)2 =263.89mm2 A=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7 =933.05+384.38+380.92+484.36+263.89+2189.94+263.89 =4879.36mm2 D= = =78.83mm24/44879.36/ 3.2.3 判断阶梯筒形部分的拉深次数 （1）判断半圆部分是否能够一次拉伸成形 毛坯相对厚度为 (t/D)
17、 100=1 100/78=1.282 拉深系数为 m=50/78.8=0.634 拉深相对高度为 H/d=(26-1)/48=0.363 查表得工件第一次拉深的最小拉伸系数为 m 1=0.55 查表得工件第一次拉深的最大相对高度为h 1/d1=0.840.60 因为mm 1,H/dm2,H/d表 422 查得 0.82 由于 =178.8=0.0120.045(10.45)=0.025 所以需要使用压边圈。 压边力可按下面公式计算： FQ= D2-(d1+2r 凹 )2P= 78.82-（40+2 5） 2 =8.736kN 4 3.144 3.0 式中： P单位压边力（Mpa） ，由表 4
18、-27 查得其值为 2.5 3 取 3.0。 所以 F 总 =F 冲 +FL+FQ=94.02+34.36+8.736+=137.12kN 而且压力机的曲线在拉深的阶段要满足拉深力的要求，即 F=FL+FQ=43.096kN 4.2.3 初选压力机 当拉深行程过大，特别是采用落料拉深复合冲压时，不能简单得将落料力与拉深力 叠加取选择压力机，因为压力机地公称压力是直滑块在接近下死点时的压力，所以应 该注意曲柄压力机的允许压力曲线。如果不注意压力机的压力曲线，很可能由于过早 出现最大冲压力而时压力机超载破坏。同时，由于拉深的工作行程大，消耗的功就多， 因此还要审核压力机的功率，且压力机滑块的行程必
19、须为拉深行程两倍以上。 对于拉深工作，由于施力行程较大，不能按压力机的额定压力选用，为了选用方 便，可以近似得取为： 在浅拉深时，最大拉深力 压力机公称压力；1.254FF总机 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 18 在深拉深时，最大拉深力 。1.72F总机 式中 压力机公称压力F机 F 拉深力和压边力的总和，在用复合模冲压时，还包括其他变形力；总 取落料力和拉深力中较大的一个力，根据以上原则，初选开式可顷双柱压力机： JB2363，其主要参数见表4.1。 4.2.4 校核压力机的电动机功率 由于拉深行程比较大，消耗功率较多，因此对拉深工作还需验算压力机的电动机功
20、率。在此可以通 过拉深功来计算电动机的功率，与电动机的额定功率比较，若 ，则所选压力机适合。总N额 定 拉深圆筒形件时的最大拉深力可按下式计算： trdDPsbmas ）凹)(3 =3 （380+180） （78.8-42-4） 1=55104N 式中， 材料的抗拉强度（Mpa） ，其值取 380b s材料的屈服极限（Mpa） ，其值取 180 d拉深凹模直径 42mm 表 4.1 公称压力（KN） 250 滑块行程（mm） 65 行程次数（次/分钟） 55 沈阳理工大学课程设计 19 最大闭合高度（mm） 270 封闭高度调节度（mm） 55 工作台尺寸（mm mm）前后 370 左右 56
21、0 模柄尺寸（mm mm） 直径 40 深度 60 电动机功率（KW） 1.1 拉深功 A= =c310平 均P3max10h =0.77 55104 12 10 =509J3 式中， c系数，由表 4-84 查得 0.77 h拉深高度 压力机的电动机功率按下式计算： N= 21306KAn = 1.350955601030.70.9=0.96 式中，K不平衡系数 K=1.2 1.4，取 1.3 A拉深功（焦） 压力机效率 0.6 0.8 取为 0.71 电动机效率 0.9 0.95 取为 0.92 n 压力机每分钟的行程次数 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 2
22、0 因为 N=0.96kw 1.1kw（电动机额定功率） ，亦即在拉深过程中不会发生过载现象， 而且压力机得滑块行程大于 2 倍的工件高度，所以认为所选压力机是合适的。 4.3 二次拉深工序压力计算 4.3.1 计算二次拉深工序压力 大阶梯拉深力由下式进行计算： =3.14 54 1 380 0.80=51546.2N1=1 式中：d大阶梯拉深工序直径，根据料厚中心线计算 k1系数，查表为 0.35 而小阶梯与锥形部分的拉深力为 = =38182.4N2=0.8403.141380 因为二次拉深是先拉深大阶梯，拉深完之后正好为拉深小阶梯提供压料力，故不需要 计算压料力。 所以 =P1+P2 =
23、51546.2+38182.4=89728.6N总P 4.3.2 初选压力机 由前两次选择和校核压力机经验可知：由于拉深行程长，虽然拉深过程中压力机的压 力没有过载，但其实电动机的功率早已经超载。所以即使拉深力很小，其实际所需要 的电动机功率还是很大的。换句话说，拉深工序的工作特点决定了他需要选择，行程 次数小，滑块行程大，电动机功率大的冲压设备。 故初选开式双柱可顷压力机 J23-40，其主要参数见，现校核其压力机的电动机功 沈阳理工大学课程设计 21 率： 最大拉深力: 13()(masbsPdrt凹 ） =3 （380+250） （68.8-54-4） 1=35532N 拉深功： A=P
24、 平均 10-3=cPmaxh 10-3 =0.77355327.5103 =205.20J 其压力机的电动机功率： N= 21306KAn =1.3 240 100/（60000 0.7 0.9）kw =0.8kw5.5kw 由于 N=0.8kw5.5kw（电动机的额定功率） ，而且压力机的滑块行程 100mm 大 于压力机的工作行程 9mm 的 2 倍以上，故认为所选的压力机冲压设备可以满足拉深工 作要求，所以是合适的。 = ） 2.5=296N23.14(5.732 所以 =P+Q=28597+296=28893N总 按 F （0.50.6）压力机公称压力原则，初选开式可顷压力机 J23
25、-40，其主要参 数如下： 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 22 表 4.3 公称压力（KN） 400 滑块行程（mm） 100 行程次数（次/分钟） 45 最大装模高度（mm） 265 连杆调节度（mm） 65 工作台尺寸（mm mm）460 700 模柄尺寸（mm mm） 直径 40 深度 70 电动机功率（KW） 5.5 4.3.3 校核压力机的电动机功率 最大拉深力: =3(+)(1凹 ) =3 （380+250） （40-25-3） 1=16695N 拉深功： A= =cPmaxh平均 10-3 103 A= =cPmaxh平均 10-3 103 =0
26、.77166953.14103 沈阳理工大学课程设计 23 =40.36J 其压力机的电动机功率： N= 21306KAn =1.3 40.36 45/（60000 0.7 0.9）=0.25kw5.5kw 所以认为所选压力机式不合适的，故选开式双柱可顷压力机 J23-40，其主要参数见表 3.2，现校核其压力机的电动机功率： 压力机的电动机功率大于实际需要的电动机功率，且滑块行程 100mm 为拉深工 作行程 13.4 的 2 倍以上，故认为所选重选的压力机可以满足拉深工作要求，是合适的。 4.4 扩口力计算 4.4.1 计算扩口工序压力 扩口力可按下述公式计算：（由冲压工艺与模具设计实用技
27、术查得） = =19782N=0.93.14281250 b系数，取决于扩口系数， （由冲压工艺与模具设计实用技术查得） d扩口处中性层直径 t材料厚度 材料的屈服强度（MPa） 即 =19782NP总 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 24 4.4.2 初选压力机 按 F （0.50.6）压力机公称压力原则，初选开式可顷压力机 J23-40，其主要参 数如下： 表 4.3 公称压力（KN） 400 滑块行程（mm） 100 行程次数（次/分钟） 45 最大装模高度（mm） 265 连杆调节度（mm） 65 工作台尺寸（mm mm）460 700 模柄尺寸（mm
28、mm） 直径 40 深度 70 电动机功率（KW） 5.5 4.3.3 校核压力机的电动机功率 扩口力做功为 A= =c h = =22.8J平均 10-3 P1030.77197821.5103 其压力机的电动机功率： N= 21306KAn =1.3 22.8 45/（60000 0.7 0.9）=0.25kw5.5kw 沈阳理工大学课程设计 25 所以认为所选压力机式是合适的。 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 26 5 模具结构设计 5.1 落料拉深工序模具设计 5.1.1 落料拉伸复合模选用原则 只有当拉深件高度较高，才有可能采用落料，拉深复合模，因为浅
29、拉深件若采用复 合模，落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚过薄，强度不足。本模具凸凹模壁厚 b=（80- 40）/2=20mm，能够保证足够强度，故采用复合模是合理的。 落料拉深采用如图 4.1 的典型结构，即落料采用正装式，拉深采用倒装式。模座 下的缓冲器兼作压边和顶件装置，另设有弹性推件装置。 模具采用中间导套导柱模架，只可一个方向送料，稳定性好。条料送进时，由挡 料销和导料销定位。 5.1.2 模具工作部分尺寸和公差计算 落料模： 落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸 的方法来保证合理间隙。由于工件形状为圆形，属于简单规则形状的冲裁件，所以采 用凸，凹模分开加工
30、的方法。 拉深前的毛坯取未注公差尺寸的极限偏差。 凸，凹模工作部分尺寸和公差计算查表 2-28 推荐的公式。 D 凹 =(dmax x =78.8 =) +凹0 0.75（ 0.120） +0.040 78.79+0.020 D 凸 =（D 凹 Zmin）= （D max x Zmin =（78.8 0.75 0.12 0.12 ) 0凸 - ） 0-0.02 =78.67 00.02 沈阳理工大学课程设计 27 式中 D 凸 ,D 凹 分别为落料凸，凹模的刃口尺寸（mm） Zmax，Z min最大最小合理间隙（mm） ，查得，Z max=0.140mm,Zmin=0.100mm. X磨损系数
31、，由表查得其值为 0.75 分别为凸凹模的制造公差，由标准公差表查得其值凸 ,凹 =0.02mm, =0.02mm。 凹 凸 工件的公差（mm） 为了保证冲模的最大合理间隙，凸模和凹模制造公差必须保证： minaxZ凹凸 这里， ，0.04 0.140-0.100=0.04inax凹凸 故采用分开加工是不合理的，应该采用单配加工法。 对于落料而言，以凹模为基准，凸模的实际尺寸按间隙要求配作，且属于第一类 尺寸，则： D=78.8 =0.75（ 0.120） +0.040 78.79+0.0 20 拉深模： 查表得拉深模的单边间隙为:Z/2=1.1t=1.1mm 由于工件进行多次拉深，所以首次拉
32、深的半成品尺寸公差没有严格限制，这时模具的 尺寸只需取半成品的过度尺寸即可。 凹模尺寸：D 凹 = =D +凹0 42+0.050 钢 制 零 件 的 冲 压 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 28 凸模尺寸：D 凸 = = =（ D-2Z） 0 -凸 （ 42-21.1） 0-0.0339.80-0.03 式中 凸模制造公差，查表取 0.03凸 凹模制造公差，查表取 0.05凹 Z凸，凹模的单边间隙（mm） ，查表 4-64 得 Z=1.1t 5.1.3 模具其他零件的结构尺寸计算 （1） 落料凹模设计 由于工件形状简单，料厚为 1.0mm，所以采用刃壁无斜度的凹模结构，其特点是刃 壁磨后刃口尺寸不变。但由于刃壁后端扩大，所以凹模工作部分强度较差，适用于复 合模和薄料冲裁模。其结构如图 5.1 所示，采用螺钉紧固销钉定位的方法。
