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1、端盖的拉深切边复合模具设计 摘 要模具是高新技术产业的一个组成部分，是工业生产的重要基础装备，用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用，是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。本文主要讨论冲压模具的设计，以端盖拉深切边为例，通过对端盖的结构和尺寸的分析，提出了几种设计方案，对各方案进行了对比，最终确定了采用拉深切边复合模成形该零件。同时还介绍了该模具的结构和设计要点，完成了所有必要的工艺计算，包括各工位冲压力、总的冲压
2、工艺力、压力中心等；概述了模具的设计方法，系统的阐述了模具主要零件的结构、尺寸设计及标准的选用，并且绘制了该模具的二维图形。关键词： 端盖 拉深 切边 复合模前言 冲压是通过模具对板材施加压力或拉力，使板材塑性变形，有时是对板材施加剪切力而使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。冲压模具是将板材加工所需冲压件的一种工艺装备。先进的冲压工艺必须依靠相应的模具来实现。 本次设计是在模具设计基础理论、制造技术基础和专业课的基础上，将所学课程的理论知识和实际生产相结合，从而培养和提高自我独立工作的能力。其中本次设计重点难点有：确定冲压工艺方案、塑件的工艺分析、成型零部件的设计、设计
3、方案的拟定等。本课题主要研究的内容包括：(1) 分析产品的工艺性，拟定工艺方案；(2) 冲压工艺计算及设计；(3) 模具主要零件的设计；(4) 模具总体设计（结构设计、定位方式、出件方式、模具类型等）；(5) 对模具形成过程进行运动仿真及分析；(6) 工作零件的加工工艺。目 录第一章 拉深件的工艺分析11.1 零件工艺分析11.2冲压工艺方案的确定21.3模具的设计要点2第二章 主要工艺参数的设计与计算32.1毛坯尺寸的计算3 2.2判断是否需要压边圈4 2.3确定拉深次数4 2.4工序压力的计算5 2.5拉深力计算5 2.6压边力的计算6 2.7模具总冲压力72.8 模具压力中心的确定72.
4、9 压力机的选择8第三章 模具工作部分的尺寸计算103.1拉深部分尺寸设计的确定10 3.1.1拉深模具的间隙10 3.2凸凹模的圆角半径10第四章 模具的总体结构设计13 4.3凹模的设计13第五章 模具的装配25总结参考文献致谢第一章 拉深件的工艺分析1.1 零件工艺分析该工件属于典型的拉深，要求内形尺寸，形状简单对称如图 21所示。该工件作为端盖，对表面粗糙度没有特殊要求。所有尺寸均为自由公差，按IT14级确定工件的公差，拉深内径为，内圆角为的无凸缘圆筒，工件总高度尺寸。一般冲压均能满足其尺寸精度要求，对零件的厚度变化也没有要求。其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，其中
5、08AL是优质碳素结构钢，具有一定的塑性和良好的冲压性能。综上所述，该工件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺要求，工件的拉深工艺性较好。该工件在满足冲压工艺性要求的前提下，采用的冲压基本工序是、拉深、切边。图 21 零件图1.2冲压工艺方案的确定冲裁工序的组合方式可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。对应的模具是单工序模、复合模、级进模（连续模或跳步模）。单工序模是指压力机在一次行程中完成一道工序的冲裁模。复合模是多工序模中的一种，他是在压力机的一次行程中，在同一个位置上，同时完成几道工序的冲模，因此它不存在连续模冲压时的定位误差问题。级进模（连续模或跳步模）是指压力机在一次行程中，依次在几个不
6、同的位置上同时完成多道工序的冲裁。冲裁件在级进模中是逐步形成的。该工件所需的冲压工序包括拉伸、切边两个个基本工序，可以拟定出以下三种工艺方案：方案一：先拉深，后切边采用单工序模具。方案二：拉深、切边复合模具。方案三：拉深切边的级进冲压模具。方案一中，模具结构简单，但要做到两副模具才能完成，对于大批量生产的工件，采用单工序模具会降低工作效率。方案二中，只需要一副模具，机构比方案一复杂，但对于结构对称的工件，模具的制造也并不困难，可一次性完成拉深、切边，生产效率高，适于大批量生产。方案三中，采用级进模具，也只需要一副模具，模具结构复杂，而且在送料时较困难，拉 深后工件边缘质量不好，综合考虑采用方案
7、二较好。1.3模具的设计要点在设计模具时，由于拉深工艺的特殊要求，除了应考虑到与其他模具一样的设计方法与步骤外，还需要考虑到如下特点：1）拉深端盖件时，应考虑到料厚、材料、模具圆角半径、等情况，根据合理的拉深系数确定拉深工序。拉深工艺的计算要求有较高的准确性，从而拉深凸模长度的确定必须满足工件拉深高度的要求，且在拉深凸模上必须有一定尺寸要求的通气孔。2）要分析成形件的形状，尺寸有没有超过加工极限的部分。拉深凸模长度比较长时，选用凸模材料必须考虑热处理时的弯曲变形，同时需注意凸模在固定板上的定位，紧固的可靠性。3）因回弹、扭曲、局部变形等的缺陷所产生的弹性变形难于保证零件形状的精度，此时应采取相
8、应的改进措施。4）对于形状复杂的零件，很难计算出准确的毛坯形状和尺寸。因此，在设计模具时，做拉深模，并在拉深模上定形的毛坯安装定位装置，同时要预先考虑到使后面工序定位稳定的措施。第二章 主要工艺参数的设计与计算2.1毛坯尺寸的计算由于金属板料有平面方向性和受模具几何形状等因素的影响，制成的拉深件的口部一般不整齐，按中性层计算尺寸，工件的相对高度。由表3-112中可知本工件无修边余量，因此零件的相对高度很小并且高度尺寸要求不高，可以不用切边工序。表3-1 圆筒形拉深件的切边余量制件高度h制件的相对高度h/d0.50.80.81.61.62.52.5410102020505010010015015
9、02002002502501.01.22345671.21.62.53.856.27.58.51.523.356.5891022.5468101112无凸缘圆筒形件拉深工件的毛坯尺寸计算公式为3-112： (3-1)式中 坯料直径； 拉深件的直径； 拉深件的高度； 拉深件的圆角半径；计算时，拉伸件尺寸均按厚度中线尺寸计算，由公式(3-1) 12可知，坯料直径为：2.2判断是否需要压边圈由毛胚相对厚度为，查冲压成形工艺与模具设计表3-2可知，需要采用压边圈。表3-2 采用或不采用压边圈的条件拉深方法第一次拉深后续各次拉深(t/D)x100m1(t/D)x100m2用压边圈1.50.61.02.0
10、0.61.50.8可用可不用1.52.00.61.01.50.82.3确定拉深次数工件需要用压边圈，采用压边圈后，首次拉深可以选择较小的拉深系数，有利于减少拉深次数。毛胚相对厚度由冲压成形工艺与模具设计查的表3-3可知表3-3圆筒形件带压边圈时的拉深系数拉深系数毛坯相对厚度t/Dx1002.01.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.08m1m2m3m4m50.480.500.730.750.760.780.780.800.800.820.500.530.750.760.780.790.800.810.820.840.530.550.760.780.790.800.8
11、10.820.840.850.550.580.780.790.800.810.820.830.850.860.580.600.790.800.810.820.830.850.860.870.600.630.800.820.820.840.850.860.870.88所以零件所需的拉深系数为：，。则各次拉深直径为：即该零件能一次拉深成形。将上述极限拉深系数作调整，现在为：2.4工序压力的计算复合模设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算各工序压力。压力机的吨位必须大于所计算的总压力。2.5拉深力计算由于材料的弹性回复及摩擦的存在，使冲落部分的材料卡在凹模内，而余下的材料则金箍在凸模上，为使
12、冲裁工作能继续进行，必须将这些材料卸下。从凸模上卸下板料的里称为卸料力。 （3-2）式中 拉深力； 修正系数，与拉深系数有关； 各次拉深工序件直径(mm)； 料厚(mm)； 材料强度极限(Map)。查表3-47可知：取。表 34修正系数K的数值m10.550.570.600.620.650.670.700.720.750.770.80K11.000.930.860.790.720.660.600.550.500.450.40由公式(3-2)7可知，拉深力为：2.6压边力的计算在模具设计时，压料力可按下列经验公式计算。 （3-3）查表3-57可知：取。表 35 单位压边力P值材料单位压边力P/M
13、ap材料单位压边力P/Map铝0.81.2软钢t0.5mm2.53.0紫铜、杜拉铝（退火的或淬好火的）1.21.820钢、08钢、镀锡钢板2.53.0黄铜1.52.0软化状态的耐热钢2.83.5软钢t0.5mm2.02.5高合金钢、高锰钢、不锈钢3.04.5由公式(3-3)7可计算压料力为：2.7模具总冲压力采用弹压卸料装置和下出件模具时： （3-4）由公式(3-4)7可计算模具总冲压力为：2.8 模具压力中心的确定冲压力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模柄的轴线以及和压力机滑块的中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向机构滑动件之间的磨损，提高运动精度以及模具和压力机的寿命。冲模压力中心的求法，采用求平衡力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲 裁件沿冲裁轮廓的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体的方法如下：1）按比例画出冲压轮廓线，选定直角坐标x-y；2）把图形分成几部分，计算各部分长度L1、L2、Ln，并求出各部分重心位置的坐标值；3）按下
