专业课程设计-方盒零件落料拉深复合模的设计

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1、 华中科技大学课程设计 方盒零件落料拉深复合模的设计 the Design of the Blanking and Drawing Compound Die 姓 名 李正旭 班 级 材控 1301 班 学 号 U201311042 题 目 带凸缘方盒零件落料拉深复合模设计 指导老师 郑莹 华中科技大学课程设计 目目 录录 1.1.零件工艺性分析零件工艺性分析 . 1 1.1 材料性能分析 2 1.2 壳形零件拉深成形的变形特点分析 2 2.2.成形过程设计成形过程设计 . 2 3 3 落料模具的工艺计算落料模具的工艺计算 3 3.1 毛坯展开 3 3.2 凸、凹模的尺寸计算 4 3.3 冲压力

2、的计算 5 3.4 计算模具压力中心 6 4 4 拉深模具的工艺计算拉深模具的工艺计算 6 4.1 凹模与凸模圆角半径计算 6 4.2 凸凹模的结构形式 6 4.3 凸，凹模间隙 7 4.4 凸凹模工作部分的尺寸及公差 8 4.5 压边力、拉深力的计算 8 4.6 压力机的选择 9 5 5 主要零件的设计计算主要零件的设计计算 . 10 5.1 落料凹模的设计计算 . 11 5.2 卸料板的设计计算 . 12 5.3 凸凹模的设计计算。 . 13 5.4 凸凹模固定板的设计计算 . 15 5.5 压边圈的设计计算 . 16 5.6 拉深凸模的设计计算 . 16 5.7 拉深凸模固定板的设计计算

3、 . 18 5.8 凹模垫板的设计计算 . 18 5.9 标准模架的选择 . 19 5.10 模柄的选择 22 华中科技大学课程设计 5.11 推料顶料倒料装置设计 23 6.6.模具总装配图及重要工作部模具总装配图及重要工作部分零件图分零件图 24 总结总结 26 参考书籍参考书籍 26 华中科技大学课程设计 1/ 26 1.零件工艺性分析零件工艺性分析 设计的零件为方盒形落料拉深件，材料为 10 号钢，材料厚度 1mm，生产批量为大批量。零件图如图 1 所示，三维图如图 2 所示。 图 1：带凸缘方盒零件的零件图 图 2：零件的三维外形图 华中科技大学课程设计 2/ 26 1.11.1 材

4、料性能分析材料性能分析 零件材料为 10 号钢，10 号钢塑性、韧性很好，易于冲压成形。其基本力学性能如下： 抗拉强度 b （MPa）：335 屈服强度 s （MPa）：205 伸长率 5 （%）：31 断面收缩率 （%）：55 硬度：未热处理，137HB 1.21.2 壳形零件壳形零件拉深成形的变形特点拉深成形的变形特点分析分析 壳形件由圆角和直边两部分组成，如果把直边和圆角部分分开变形，则可看成盒形件是由直边的弯曲和圆角部分的拉深组成。但是，盒形件在拉深过程中两部分是连在一起的整体，在拉深过程中必然产生相互作用和影响。 盒形件直边部分对圆角部分的影响程度， 决定于盒形件的圆角半径 r 与宽

5、度的比值 r/B 和相对高度 H/B。 r/B 越小， 直边部分对圆角部分的变形影响越显著，即圆角部分的拉深变形与相应圆筒形件的变形差别也就越大；H/B 越大，直边和圆角部分的相互影响也越显著 对该零件而言，r=2mm，B=21mm，H=16mm，L=21mm。r/B=2/21=0.095,H/B=16/21=0.761。 查阅盒形件的拉深资料可知，该零件属于浅盒形件，可以一次拉出。 2.成形过程设计成形过程设计 该零件的成形过程有以下两种方案： 方案一：落料、拉深、修边，采用三套单工序模生产； 方案二：落料-拉深复合，修边，采用一套复合模和一套修边模完成。 华中科技大学课程设计 3/ 26

6、方案一模具结构简单，但需三道工序、三副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需两副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。 本次课程设计采用第二种方案，并只设计第一道工序所需的落料拉深复合模，修边模的设计不在本次设计范围之内。 3 落料模具的工艺计算落料模具的工艺计算 落料模具的成形工艺计算具体而言包括毛坯展开，凸凹模的尺寸，冲压力，压力中心，压机设备等计算内容 3.13.1 毛坯展开毛坯展开 毛坯展开按断面线长展开法，具体而言有基面展开法和基点展开法。 基面展开法：对于具有平

7、面底部或接近平面底部的拉深件，底部在成形过程中不会产生塑性变形或很少。这时以凸模圆角以内的底部面积作为基准，画出各断面线长并进行计算。 基点展开法：对具有较大曲率的底部的拉深件，底部在成形过程中将要产生塑性变形和流动。这时以底部某点为基准，每间隔一定角度，向周围各个方向划断面线，并计算各断面的线长。 该零件具有平面底部，采用基面展开法，按基面展开法展开时，先按拉深件底部基面的面积画出基准部分的面积，然后沿相同方向画同样的线长，最后用平滑的曲线将线的端点连接起来，得到毛坯的平面图。 零件各个方向大致对称，故而毛坯展开可取为正方形，做一截面垂直于底部平面，测量相交曲线的线长，即可得到毛坯的边长。

8、用 NX 的测量功能可知，毛坯的边长为 62mm。 另外也可采用相应软件进行展开， 本次设计采用的是华中科技大学板料成形华中科技大学课程设计 4/ 26 与模具设计 Fastamp 课题组开发的基于 NX 的 BEW 模块完成，零件的毛坯展开图如图 3 所示。 图 3：零件的毛坯展开图 可知，计算方法与软件展开的方法结果很接近，毛坯展开是一个不规则的形状，在实际中不可能下这种形状的料，考虑冲压板材的实际情况，下料形状取为边长等于 65mm 的正方形。 3.23.2 凸凸、凹模的尺寸计算凹模的尺寸计算 在冲裁轮廓为复杂形状时，为保证凸模和凹模的间隙在周边都均匀合适，一般采用凸凹模配合加工的方法。

9、落料应以凹模为基准，然后配作凸模。 磨损后凹模尺寸变大，可按落料凹模尺寸公式计算。 d 0d）X-A（A 式中： A 为工件标称尺寸； X 为磨损系数； 为工件公差； d 为凹模制造偏差，取为/4。 A=65，X=0.5，=0.5，d=0.125，故： d 0d）X-A（A=.64.75 0+0.030 华中科技大学课程设计 5/ 26 Ap=（ 2）0=64.650.02003.33.3 冲压力的计算冲压力的计算 冲裁力的计算分平刃冲裁和斜刃冲裁两种，本次设计采用的是平刃冲裁。 平刃冲裁的冲裁力计算公式为 P 冲=1.3LtLtRm 式中： P冲冲裁力，N； L冲裁件周边长，mm； t冲裁件

10、厚度，mm； 材料抗剪强度，常取为抗拉强度的 80%，即=0.8Rm Rm材料抗拉强度，Mpa。 故冲裁力 P冲=LtRm =65x4x1x375 =97500N =97.5KN 卸料力 P卸=K卸P冲 =0.05x97500 =4875N 推件力 P推=nK推P冲 =0.055x97500 =5362.5N 顶件力 P顶=K顶P冲 =0.06x97500 =5850N 华中科技大学课程设计 6/ 26 3. 3.4 4 计算模具压力中心计算模具压力中心 由于该零件关于中心对称，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。 4 拉深模具的工艺计算拉深模具的工艺计算 拉深模具的工艺计算包括拉深模工作

11、部分的设计计算，压边力、拉深力和拉深功的计算，压力机的选择等内容。 4.14.1 凹模与凸模圆角半径计算凹模与凸模圆角半径计算 拉深的最后阶段，凸模、坯料、凹模三者之间一定是两两相互贴合的，因此凹模的圆角半径和凸模的圆角半径也就随之而定了。 rp=2mm，rd=3mm 4.24.2 凸凹模的结构形式凸凹模的结构形式 凸，凹模结构形式的设计应有利于拉深变形，这样既可以提高零件的质量，还可以选用较小的极限拉深系数。 零件在拉深成形的过程中，切向受到很大的压应力，有可能发生压缩失稳，因此应该施加压边力，故采用有压边圈的拉深模。 华中科技大学课程设计 7/ 26 图 4：带压边圈的拉深示意图 4.34

12、.3 凸，凹模间隙凸，凹模间隙 拉深模的间隙 C=（Dd-Dp）/2 是指单边间隙，间隙的影响如下： （1）拉伸力。间隙越小，拉伸力越大。 （2）零件质量。间隙过大，容易起皱，而且使毛坯口部的变厚得不到消除，另外，也会使零件出现锥度。间隙过小，则会使零件拉断或变薄特别严重。 （3）模具寿命。间隙小，则磨损加剧。 一般采用压边拉深时，其间隙值可按下式计算： C=tmax+Kt 式中： tmax材料的最大厚度，其值 tmax=t+； 华中科技大学课程设计 8/ 26 材料的正偏差； T材料的名义厚度； K增大系数，考虑材料的增厚以减小摩擦。 所以 C=1+0.2x1=1.2mm。 4.44.4 凸

13、凸凹模工作部分的尺寸及公差凹模工作部分的尺寸及公差 零件要求外形尺寸（0）时，应以凹模内径尺寸为基准进行计算，即 凹模尺寸： Dd=（ 0.75）0+ 凸模尺寸： Dp=(D 0.75 2C)0式中： d制件内形基本尺寸； 制件公差； p，d凸、凹模制造公差； C凸、凹模间单边间隙。 因此 Dd=（21 0.750.5）0+=20.625 0+0.07 Dp=(21 0.75x0.5 2x1)0=18.6250.0404.54.5 压边力、拉深压边力、拉深力的计算力的计算 （1）压边力 压边力为压边面积乘单位压边力，即 Q=Aq 式中： Q压边力，N； 华中科技大学课程设计 9/ 26 A在压

14、边圈下毛坯的投影面积，mm2; q单位压边力，MPa； 故压边力 Q=Aq =（65x65-357）x2.5 =9670N （2）拉深力 P=LtRmK 式中： L拉深件横截面周边长度，mm； K系数，取 0.50.8； Rm材料的抗拉强度，Mpa； t材料厚度，mm； 故 P=LtRmK =72.5664x1x375x0.8 =21.8KN 4.64.6 压力机的选择压力机的选择 选择冲压用压力机的主要依据是：冲压力的大小，冲压过程所需的行程，冲模的闭合高度及冲模的平面尺寸等。 （1）选择压力机的标称压力 压力机的标称压力应根据拉深总工艺力来选择， 拉深总工艺力为拉深力和压边力的总和，即：

15、P 总=P+Q 式中： P 总拉深总工艺力，N； P拉深力，N； Q压边力，N。 故 P 总=21.8+9.67=31.47KN 华中科技大学课程设计 10/ 26 对于这种落料拉深复合工序，选择设备吨位时，既不能把各个力简单相加作为设备吨位，也不能按落料力或拉深力作为设备吨位。应 该根据压机说明书中所给出的工作负荷曲线作出判断和选择。 （2）选择压力机的行程 为了获得拉深件的高度，并保证冲压后从模具上取出工件，拉深所用压力机的行程要大于成品零件高度的两倍以上。该零件高度为 16mm，压机行程应该大于 32mm. （3）选择压力机的闭合高度 压力机的闭合高度一般按照下式来选取，即： Hmax-

16、5mmHHmin+10mm 式中： Hmax压力机的最大闭合高度，mm； H模具的闭合高度，mm； Hmin压力机的最小闭合高度，mm。 故模具闭合高度为 H=74+20+20+40+50=204mm （4）选择压力机工作台面 压力机的工作台面尺寸要大于模具平面尺寸。一般的，模具安装在压力机工作台上之后，前后左右都应有 10mm 以上的余量。 综合考虑以上四个方面，压机选择公称压力为 160kN 的可满足工艺要求。压力机的型号为 J23-16，其公称压力为 160KN，滑块行程为 55mm，最大封闭高度为 220，封闭高度调节量为 45mm，工作台尺寸为前后 300mm，左右 450mm，垫板厚度为 40,mm，模柄直径为 4