冷冲压模具课程设计说明书-盖的二次拉深模具设计资料

机械工程学院 课程设计说明书

课程名称： 冷冲压模具设计与制造

题目名称： 盖的二次拉深模具设计 班 级：2010 级 机械设计制造

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指导教师： 评定成绩： 教师评语：

指导老师签名：

2013 年 月 日

目录

摘要

一 冷冲压的概念及发展状况 ………………………………… 1 二 设计任务及意义 ………………………………………………3 2.1设计任务书 …………………………………………………… 3 2.2设计目的与意义…………………………………………………… 4 三 零件尺寸的计算与确定 ………………………………………… 5 3.1毛坯尺寸的计算 ……………………………………………… 5 3.2第一次拉深尺寸的计算 ………………………………………… 7 3.3拉深件工艺分析…………………………………………………… 8 3.4确定拉深次数……………………………………………………… 9 3.5确定工艺方案 …………………………………………………… 10 四 确定模具的总体结构方案……………………………………… 10 4.1模具类型选择…………………………………………………… 10 4.2操作与定位方式选择…………………………………………… 11 4.3卸料与出件方式选择………………………………………………12 4.4模具类型选择………………………………………………………12 五 冲压设备的选择……………………………………………………13 六 进行必要的计算 …………………………………………………14 6.1计算拉深力及压力中心……………………………………………14 6.2模具工作部分尺寸计算……………………………………………15 七 模具设计……………………………………………………………16

7.1凹模外形设计………………………………………………………16 7.2凸模设计……………………………………………………………16 7.3固定零件……………………………………………………………17 7.4紧固零件……………………………………………………………17 7.5总装配图及附表……………………………………………………18 八 心得体会……………………………………………………………20 九 参考文献……………………………………………………………21

摘要：冷冲压是利用磨具对板料进行分离或塑性成形加工的压力加

工方法，在现代社会运用得越来越广泛。本文以圆筒形盖为研究对象，利用冲压工艺与磨具设计的工艺过程方案，对盖的二次拉深进行了整体设计。介绍了磨具冷冲压成型过程，经过对其材料质量、大批量生产及结构要求的分析，以满足使用要求为前提，对盖的二次拉深简要分析了零件尺寸、拉深次数、拉深工艺等。同时，具体分析了磨具的主要零部件（拉深凸模、卸料装置、固定装置等）的设计与制造，模具工作部分的尺寸计算、工艺力的计算、冲压设备的选择以及磨具的整体结构设计；并且还附上了磨具的总装配图和所需零件详表及工艺过程表。

关键词：冲压模具、拉深、工艺设计 一、冷冲压的概念与发展状况 1.1冷冲压的概念

冷冲压是利用安装在压力机上的模具，在常温下对板料进行分离或塑性成型，从而获得一定尺寸、形状和性能的制件的压力加工方法。加工对象一般为板料、薄管料、薄型材等，冲压工艺、冲压设备、冲压模具是构成冲压加工的三要素。

1.2冲压的发展状况

随着经济的发展，冲压技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有冲压加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。

由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的

地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作用。可以说，模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。

目前国内模具技术人员短缺，要解决这样的问题，关键在于职业培训。我们做为踏入社会的当代学生，就应该掌握扎实的专业基础，现在学好理论基础。毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节。希望能通过这次设计，能掌握模具设计的基本方法和基本理论。

二、设计任务及意义

2.1 设计任务书

如下图所示 零件名称：盖 生产批量：大批量 材料：Q235 材料厚度：1mm

设计该零件的第二次拉深模

2.2设计目的与意义

冷冲压模具设计是为机械类与磨具类专业学生在学完基础理论课，技术基础课和专业课后，所设置的一个重要的实践性教学环节。用模具生产的制件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点，是其他加工制造方法所不能比拟的。

本设计题目为端盖，对机械类专业的大三学生有一定的设计设计目的及意义。其主要目的是可以提高学生设计的基本技能，如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。本课题的意义是：通过对该零件模具的设计，进一步加强设计者冷冲模设计的基础，为设计更复杂的冷冲模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。

三、零件工艺方案的确定

3.1冲压件的工艺性分析 3.1.1精度

由于该工件的尺寸精度为注明，属于未注尺寸公差，因此根据教材表7.19，取其尺寸精度为IT13级；由其直径尺寸为D=86，根据教材表7.14，其尺寸公差值为△=0.54mm。由于其尺寸精度不高，因此用一般精度的拉深模具即可满足该工件的精度要求。 3.1.2材料

根据教材表7.1可知，Q235属于普通碳素钢，抗剪强度τ=304～373MPa，抗拉强度为432～461 MPa,屈服点为235 MPa，断后深长率21～25％,由此可知此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其拉深加工性能好。 3.1.3结构与形状

该零件为一圆盘，结构简单,形状对称，因此适合拉深。 从零件的形状、材料、尺寸精度以及生产批量来看，符合拉深工艺要求。

3.2毛坯尺寸的计算

毛坯尺寸的确定的原则有等面积原则和形状相似原则，根据本零

件的特点：为简单形状的旋转体，可以采用面积相等的原则来确定。工件部分可由6个简单的几何体组成：

毛坯面积 A=A1+A2+A3+A4+A5+A6

（1）h=（14-3-2.5-.5）mm=8mm ， d=（69-1）mm = 68 mm。

因此 大圆柱面积A1=πdh=π×68 × 8 = 544π mm2 （2）由于r=2.5mm，d=69-1-2r=63mm，d1=43mm 因此 圆环面积A2=(d2?d12) =530πmm2

4?（3）由于d0=40mm，d=43+2×1=45mm，h=3+1=4mm 因此 圆锥台面积A3??l(d0?dd?d02)式中l?h2?（) 22即A3=200.6πmm2

（4）由于r=2.5mm，d=69-1-2r=63 mm 因此

?1球环面积A4=r(?d?4r)=1.25π（63π+10）mm2

24（5）由于d=40 mm 因此 圆面积A5??d24=400πmm2

（6）根据教材表4.5，查得修边余量为δ=0.7 mm 因此

A6=πdδ=47.6πmm2

A=πD×D/4=A1+A2+A3+A4+A5+A6 即D=89.04 取D=89

故落料毛坯直径D=89 mm

3.3第一次拉深尺寸的计算 由等面积法A=A1+A2+A3

其中 d0=40mm，d=43+2×1=45mm，h=3+1=4mm 因此 圆锥台面积A3??l(d0?dd?d02)式中l?h2?（) 22 即A3=200.6πmm2

由于d0=40 mm 因此 圆面积A2=400πmm2

因为d1=43mm 设第一次拉深后工件的直径为d 故圆环的面积A1=(d2?d12)得d=85.8取整d=86

4? 求的第一次拉深后的直径d=86mm

在此基础上进行第二次拉深 3.4 确定拉深次数

总拉深系数为：m = d/D = 70/86=0.883 由毛坯相对厚度t/D=1/86=0.011

用式（4.27）判断拉深是够需要压边。因0.045（1-m）=0.045*（1-0.833）=0.00751而 t/D=0.011＞0.045（1-0.833）=0.00751， 故不需要压边。

查《冲压工艺及模具设计》P158表2.4.7得第一次拉深系数 m1=0.84～0.65

故m＞m1，可以一次拉成。 3.5 确定工艺方案

本工件首先需要落料，制成直径D=89的圆片，然后以D=89的原

版料为毛坯进行第一次拉深，再进行第一次拉深，拉深称为外径为69mm、内圆角为8mm的无凸缘的圆筒，最后按h=14mm进行修边。

四、确定模具总体结构方案

4.1 模具类型选择

根据零件的拉深工艺方案，采用拉深模，结构简单，便于操作。 4.2 操作与定位方式选择

虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，采用凹模凹槽定位

4.3卸料与出件方式选择

采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠弹簧的弹力来卸料，可以保证冲裁件表面的平面度。 4.4模架类型选择

考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。

五、冲压设备的选择

冲压设备的选择应注意以下几点：

压?F总，⑴压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力，即F式中F压—

所选压力机的吨位，F总—冲裁时的总力。

⑵根据模具结构选择压力机类型和行程（冲程）次数，如复合模工作需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。

⑶根据模具尺寸大小，安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有关零件能自由通过。 ⑷选择压力

为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力F压≥（1.6-1.8）F总的原则选取压力机。参照许发樾主编《冲模设计应用实例》附录B3开式双柱可倾式压力机 （5）主要技术规格

选取公称压力为160KN的开式双柱可倾式压力机，该压力机与模具设计的有关系数为：

公称压力：250KN； 滑块行程：65mm； 滑块行程次数：105次/mim 最大闭合高度：270 mm； 最大装模高度：220 mm； 封闭高度调节量：55 mm；

工作台尺寸（前后×左右）：370 mm×560mm； 垫板尺寸（厚度×深度）：40mm×60mm； 模柄孔尺寸（直径×深度）：φ40mm×60mm；

最大倾斜角度：300； 电动机功率：2.2KW；

设备外形尺寸（前后×左右×高度）：1135mm×1112mm×2120mm； 设备总质量：1780Kg

六、进行必要的数据计算

6.1计算拉深力及压力中心

查表4.17计算拉深力F=K1πd1tσb

t/D=0.011 m=0.883，由表4.18中查的K1=0.3 Q235钢的强度极限σb=432～461 MPa取 σb=440MPa

将K1=0.3，d=68mm，t=1mm,σb=440MPa代入上式，即 F=0.3*π*68*1*440=28184N

按式（4.31），压力机的公称压力为 F压≥1.4F=1.4*28184=39457.6 故压力机的公称压力要大于40KN

根据 表7.10选取型号为J23-6.3号压力机 其公称压力为63KN满足额定要求。

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。 6.2 模具工作部分尺寸的计算 6.2.1 拉深模的间隙

表4.28查的拉深模的单边间隙为 Z/2=1.1t=1.1mm

则拉深模的间隙Z=2*1.1=2.2mm 6.2.2 拉深模的圆角半径。

凹模的圆角半径Rd按表4.31选取 由于t/D=0.011 故毛坯的相

对厚度t/D*100=1.1 介于1.0~2.0之间

所以凹模的圆角半径为（4~6）t 选取Rd=4t=4mm 凸模的圆角半径Rp等于工件的内圆角半径 Rp=r=2mm。 6.2.3 凸凹模工作部分的尺寸和公差。

设计以凸模为设计基准。凸模尺寸见表4.29 Dp=(dmin+0.4△)

将模具公差按照IT13级选取dmin=67mm ，△=0.46 查表4.30得拉深模凹、凸模的制造公差分别为

δd= 0.08，δp= 0.050

凸、凹模刃口尺寸的计算如下：

Dp=（d + 0.4△）-δp

=（67+0.4*0.46）-0.05 =67.148-0.05 mm

Dd=(d + 0.4△+ Z)+Δd

=（67 + 0.4×0.46 + 2×1.1）+0.08

= 69.384+0.08 mm

6.2.4确定凸模的通气孔 由表4.32查的，凸模的通气孔的直径为6.5mm。

拉深凸模圆角半径Rd= 2mm ；拉深凹模圆角半径Rp= 4mm 。

七、模具的总体设计

拉深模具在压力机上拉深时，压边采用平面式的，坯料用凹槽定

位，凹槽深度为1mm ，模具采用正装结构，出件时采用卸料板顶出。 7.1凹模外形的设计

凹模的结构形式和固定方法：凹模采用圆形板状喇叭形直通式结构和通过用螺钉、销钉固定在下模座上。

根据教材式2.43可知，凹模厚度H与冲裁力F之间的关系为： H×H×H=0.1F

其中式中：H为凹模厚度，mm； F为冲裁力，N.

代入数据可求得H=15.8mm，取H=20mm 而凹模壁厚C=2H,因此C=40mm

因此凹模的轮廓的直径为150mm 厚度为20mm

凹模材料和技术要求：根据教材表7.8，查得材料选用碳素工具钢T10A，工件部分淬硬至HRC60～64，外轮廓倒圆角R=4mm。 凹模上还有凹槽给坯料定位，凹模上需要有深度为1mm 直径为86mm的凹槽。 7.2 凸模的设计

7.2.1凸模的结构形式与固定方法

凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将拉深凸模设计成台阶式。

为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模为半径为2mm的倒角，满足通气要求，开设直径为6mm的通气孔，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。 7.2.2 凸模长度计算

凸模的长度是依据模具结构而定的。 采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h1+h 式中 L---凸模长度，mm； h1---凸模固定板厚度，mm;

h----附加长度 mm 主要考虑凸模进入凹模的深度

凸模固定板的厚度应取其凸模设计长度L的40%，拉深凸模进入凹模的深度应大于拉深的深度H=13mm 取h=20mm，设模具闭合时固定板与凹模之间的距离为25mm 则凸模的长度L=75mm 7.2.3 凸模材料和技术条件

根据教材表7.8，查得材料选用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 58～62.

由于本设计的生产批量大，要求模具寿命要求高，因此一般采用导柱、导套来保证上、下模的精确导向，其结构形式为滑动导柱、导套。

滑动导柱、导套都是圆柱形，其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广的导向装置。

根据下模座上的座孔以及教材表7.34，查得导柱的规格为GB2861.1-81，B32 h6×160×50，根据上模座上的座孔以及教材表7.36查得，导套的规格为GB2861.7-81，B32 H6×50×25。此时导柱的长度应保证上模座在最低位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10～15mm，而下模座底面与导柱面的距离S 不小于5mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与

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