寬凸緣拉伸件模具設計鈑金成型課程設計說明書

1、鈑金成型課程設計說明書寬凸緣拉深件模具設計（一） 院系 航空航天工程學部（院） 專業(yè) 飛行器制造工程 班號 0403102 學號 2010040301056 姓名 韓開丞 指導教師 劉占軍 沈陽航空航天大學2013年11月 摘 要隨著國防工業(yè)的大力發(fā)展，對機械模具的要求越來越高，對工件工序安排、材料選取與、工藝設計和設備制備等環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。本課程設計的題目為寬凸緣拉伸件成型，在設計中，先分析了20號鋼的工藝特點，接著對成型件進行了工序方案的確定（工序有落料和三次拉深）。然后確定了模具種類，并設計出了每道工序的加工尺寸。根據加工工序尺寸和相應標準，設計出了每道工序的各個模具零件的尺寸。

2、重點對落料和首次拉深的復合模進行了設計，該模具采用先落料再拉深；文中分別對其進行了刃口尺寸計算、沖壓力計算、壓力機選取、毛坯值計算、壓邊圈設計和凸凹模等一系列零件設計。還用計算機軟件繪制了一些列圖紙，用到了catia、autocad繪圖軟件；最后生成了復合模具的裝配圖、零件圖數張，供參考。 關鍵詞 落料拉深 尺寸計算 凸凹模 裝配圖目 錄第1章 沖壓工藝性及方案設計1 1.1沖壓件工藝分析1 1.2預定工藝方案1 1.2.1工藝方案分析1第2章 主要工藝計算過程2 2.1確定修邊余量2 2.2計算毛坯直徑d2 2.3確定拉深次數2 2.4拉深工序圓角半徑的確定4 2.5毛坯直徑修正4 2.6計

3、算以后各次拉深高度5 2.7落料件工序尺寸6 2.8各工序的工件相關尺寸6 2.9繪制工序圖 7第3章 沖壓力計算11 3.1落料成型時沖裁力計算11 3.2壓邊力計算113.3拉深力計算12第4章 壓力機選擇13第5章 模具刃口尺寸14 5.1凸、凹模間隙設計14 5.1.1落料成型凸、凹模間隙計算14 5.1.2拉深成型凸、凹模間隙計算14 5.2凸、凹模刃口尺寸和公差的確定14 5.2.1落料凸、凹模刃口尺寸計算14 5.2.2拉深刃口尺寸計算15 5.3各工序的模具刃口尺寸匯總如下17第6章 板料毛坯值計算18第7章 凸、凹模的材料及工藝性能選擇19 7.1復合模具凸凹模19 7.2第

4、一次拉深19 7.3第二次拉深19 7.4第三次拉深19第8章 壓邊圈設計20 8.1首次拉深壓邊圈設計20 8.2第二次拉深壓邊圈設計20 8.3第三次拉深壓邊圈設計20第9章 上下模座的設計21 9.1上模座的設計21 9.2下模座的設計21第10章 模具其他結構圖23 10.1模柄結構圖23 10.2凸凹模結構圖23 10.3凸模固定板結構圖25 10.4導柱、導套結構圖25 10.5定位板結構圖27 10.6卸料板結構圖28 10.7首次拉深凸模機構圖29 10.8推件塊機構圖30第11章 模具參數匯總32第12章 模具裝配圖33 12.1落料拉深復合模具裝配圖33 12.2再次正拉深

5、模具裝配圖34第13章 總結36參考文獻37第1章 沖壓工藝性及方案設計1.1沖壓件工藝分析（1）材料：該拉深件的材料20鋼是碳素工具鋼，具有較好的韌性、塑性和可拉深性能。（2）零件結構：該制件為寬凸緣圓桶形拉深件，故對毛坯的計算要參照沖壓手冊確定合理的修邊余量。（3）單邊間隙、拉深凸凹模及拉深高度的確定應符合制件要求。（4）凹凸模的設計應保證各工序間動作穩(wěn)定。（5）尺寸精度：根據要求，零件圖上所有未注公差的尺寸按it14級確定工件尺寸的公差。查公差表可得工件基本尺寸公差為：，1.2預定工藝方案1.2.1工藝方案分析該工件包括 落料、拉深 兩個基本工序，經分析可有以下三種工藝方案：方案一：先落

6、料，首次拉深一，再次拉深。采用單工序模生產。方案二：落料+拉深復合，后拉深二。采用復合模+單工序模生產。方案三：先落料，后二次復合拉深。采用單工序模+復合模生產。方案四：落料+拉深+再次拉深。采用復合模生產。方案一模具結構簡單，但需三道工序三副模具，成本高而生產效率低，難以滿足大批量生產要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生產效率都較高，工件精度也能滿足要求，操作方便，成本較低。方案三也只需要二副模具，制造難度大，成本也大。方案四只需一副模具，生產效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求，但模具成本造價高。通過對上述四種方案的分析比較，該件的沖壓生產采用方案二為佳。第2章 主要設計計算2.1確

7、定修邊余量該件d凸=60mm，d凸/d=60/39=1.53,查簡明沖壓工藝與模具設計手冊表7-3可得 則可得拉深最大直徑dtdt=d凸+2 式2-1=60+2*3.0=66.0mm故實際外徑為66.0mm2.2計算毛坯直徑d由沖壓手冊機械工業(yè)出版社中，毛坯計算公式表4-7序號20可計算出毛坯的直徑 式2-2107mm2.3確定拉深次數首先判斷能否一次拉深成型h/d=50/39=1.28 t/d=1/107 *100%=0.93%dt/d=66.0/39=1.69 m=d/d=39/107=0.36據沖壓手冊第二版表4-20可查出=0.37-0.44，而=1.280.44，故一次不能拉出來，需

8、要多次拉深。計算拉深次數及各次拉深直徑。用逼近法確定第一次拉深直徑（以表格形式列出有關數據，便于比較）。表2.1第一次拉深值數據相對凸緣直徑假定值毛坯相對厚度第一次拉深直徑實際拉深系數極限拉深系數由表4-21得拉深系數相差值1.050.9366/1.05=63.90.590.55+0.041.100.9366/1.10=600.560.55+0.011.150.9366/1.15=57.40.540.53+0.011.160.9366/1.16=56.80.5320.53+0.0021.200.9366/1.2=550.510.53-0.021.300.9366/1.3=500.470.53-

9、0.051.400.9366/1.4=470.430.50-0.071.500.9366/1.5=440.410.50-0.091.600.9366/1.6=41.250.390.47-0.12有以上數據和實際情況綜合考慮，應選取實際拉深系數稍大于極限拉深系數者，故暫定第一次拉深直徑=57mm。再確定以后各次拉深直徑。由沖壓手冊第二版表4-15查得：，mm，mm，mm從上述數據看出，各次拉深變形程度分配不合理，現調整如下：表2.2拉深數據調整極限拉深系數實際拉深系數各次拉深直徑拉深系數差值=0.53=0.5327=57+0.0027=0.77=0.8070=46+0.0370=0.79=0.8

10、478=39+0.0578=0.81=各次的頗接近，故知變形程度分配合理。故采用三次拉深的方法來進行成型。2.4拉深工序圓角半徑的確定加工模具以此為：拉深落料復合模，拉深模具，拉深模具，以下為剛性模具的圓角半徑。,因， 式2-3=工件圓角半徑，=工件圓角半徑則=5.4mm，=4mm，=4mm2.5毛坯直徑修正參看沖壓手冊關于寬凸緣工序尺寸修正的第二個原則，為保證以后拉深是凸緣不參加變形，寬凸緣拉深件首次拉入凹模的材料應比零件最后拉深部分實際所需材料多百分之三至百分之五，取修正余量為百分之五。這樣，毛坯直徑應修正為： 式2-4則第一次拉深高度：取 參看沖壓手冊 式2-5校核第一次拉深相對高度查沖

11、壓手冊表4-20，當，時，許可最大相對高度，不滿足要求，必須修正。初取=20，驗算，滿足要求。2.6計算以后各次拉深高度設第二次拉深時多拉入百分之三的材料（其余百分之二的材料返回到凸緣上）。為了方便計算，先求出假想的毛坯直徑。取參看沖壓手冊 式2-6故 式2-7設第三次拉深多拉入百分之二的材料，另外百分之一的材料返回到凸緣上。則假想毛坯直徑為：取 (由圖紙要求而來) 式2-8故 式2-9由可知，滿足要求。2.7落料件工序尺寸有以上分析可知取毛料直徑，加工工序為：落料加第一次拉深，第二次拉深，第三次拉深圖2.1落料件俯視圖d=110mm查公差表可得工件基本尺寸公差為：（取it14） 2.8各工序

12、的工件相關尺寸表2.3各工序尺寸匯總毛坯（mm）h(mm) （mm）拉深系數m凸模(mm)凹模r1(mm)落料d=1100110000第一次拉深d=6620570.53275.46第二次拉深d=6646.25460.807044第三次拉深d=6650390.8478442.9繪制工序圖 圖2.2落料工序圖2.3第一次拉深圖2.4第二次拉深圖2.5第三次拉深圖2.6修邊第3章 沖壓力計算3.1落料成型沖裁力計算由沖壓工藝學機械工業(yè)出版社，有關“沖裁力的計算方法”則有：f=l， 式3-1其中l(wèi)為沖裁周長（mm）, 材料的抗剪強度，t材料的厚度（mm）考慮到模具刃口的磨損，凸、凹模間隙的波動，材料機

13、械性能的變化，材料厚度偏差等因素，實際所需沖裁力還需增加百分之三十。l=255=345.4mm ，=333mpa故有：f=1.3 l =1.3345.41333=149.52 kn3.2壓邊力的計算采用壓邊的目的是為力防止變形區(qū)板料在拉深過程中的起皺，拉深時壓邊力必須適當，壓邊力過大會引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，壓邊力過小則會造成制件直壁或凸緣部分起皺，所以是否采用壓邊裝置主要取決于毛坯或拉深系數m和相對厚度t/d100% 由于t/d100%=1/110100% =0.91%首次拉深系數=0.5327故：查沖壓手冊表4-80知，三次拉深均需要采用壓邊裝置。材料第一次拉深時壓邊力為=d0

14、2-(d1+2rd1)p/4 式3-2=1102-(57+2*4)*2.8/4=26.45 kn式中p為單位壓邊力（mpa）,20鋼為極軟鋼，故查沖壓手冊表4-82,取p=2.8mpa第二次拉深時壓邊力為=d12-(d2+2rd2)p/4 式3-3 =572-(46+2*4)*2.8/4=7.02 kn第三次拉深時壓邊力為 fy3=d22-(d3+2rd3)p/4 式3-4 =462-(39+2*4)*2.8/4=4.55kn3、3拉深力的計算查的20鋼的強度極限=376 mpa，m1=0.5327，m2=0.8070,m3=0.8478查沖壓模具設計與制造技術北京出版社，有關“有凸緣筒形件拉

15、深力”的計算方法：首次拉伸力： 式3-5以后各次拉深凸緣不變，計算公式為： 式3-6查沖壓模具設計與制造技術表5-22，得k3=1.0，k2=0.66,首次拉深時拉深力=3.14*57*1*376*1.0=67296.48n第二次拉深時拉深力=3.14*46*1*376*0.66=35844.23 n第三次拉深時拉深力=3.14*39*1*376*0.66=30389.67n第4章 壓力機的選擇上套模具加工過程中，各個工序是分開進行的，各個工序所需要的壓力分別為：沖裁力=149.52 kn =175.97kn拉深力+壓邊力=67296.48n+26.45 kn=93.95kn拉深力+壓邊力=3

16、5844.23 n+7.02 kn=42.86kn拉深力+壓邊力=30389.67n+4.55kn=39.94kn綜合以上可得所需最大的壓力為：175.97kn，故取壓力為250kn采用“開式壓力機”公稱壓力為250kn，由沖壓手冊表9-3查得。其他參數為：滑塊行程80mm，行程次數100次每分，發(fā)生公稱壓力時滑塊距下死點距離6mm，最大封閉高度280-460mm，封閉高度調節(jié)70mm，滑塊中心到床身距離190mm，工作臺尺寸560mm（左右）、360mm（前后），工作臺孔尺寸260mm(左右)、130mm（前后）、180mm（直徑），立柱間距離260mm，活動太壓力機滑塊中心到床身緊固工作臺

17、平面距離180mm，模柄孔尺寸（mm），工作臺板厚度70mm，墊板厚度50mm，傾斜角30度第5章 模具刃口尺寸5.1凸、凹模間隙設計5.1.1落料成型凸、凹模間隙計算查沖壓工藝學機械工業(yè)出版社，表2-3得出，20號鋼的雙面間隙值為：。5.1.2拉深成型凸、凹模間隙計算凸、凹模單邊間隙值c，查沖壓手冊表4-74可有如下：第一次拉深：c1 =1.2t=1.2 mm 式5-1第二次拉深：c2=1.1t=1.1 mm 式5-2第三次拉深：c3=t=1.0 mm 式5-35.2凸、凹模刃口尺寸和公差的確定5.2.1落料凸、凹模刃口尺寸計算參看沖壓工藝學機械工業(yè)出版社，有關“落料件的刃口尺寸計算”落料的

18、尺寸由凹模刃口尺寸確定，且凹模刃口尺寸為a類尺寸（即在加工中，凹模的尺寸會越變越大）。由公式可計算得： 式5-4該零件的凸模刃口尺寸按上述凹模刃口尺寸進行配制，可算得凸模的尺寸為： 式5-55.2.2拉深刃口尺寸計算由沖壓手冊機械工業(yè)出版社，有關“拉深模工作尺寸計算”，凸、凹模的尺寸計算公式為（要求工件外形尺寸）： 式5-6其中d為工件的外形基本尺寸，為 凹模的制造公差，為凸模的制造公差，為工件的公差，c為凸、凹模的單邊間隙。第一次拉深：第一次拉深后，工件的基本尺寸為 ：查沖壓手冊表4-76(凸、凹模的制造公差)分別查得：凹=0.08 ，凸=0.05 。 式5-7 式5-8第二次拉深：第二次拉

19、深后，工件的基本尺寸為：查表4-76得凸、凹的制造公差為: 凹=0.07mm，凸=0.04mm 式5-9 式5-10第三次拉深：第三次拉深后，工件的基本尺寸為：查表得凸凹的制造公差為: 凹=0.07mm ，凸=0.04mm 式5-11 式5-125.3各工序的模具刃口尺寸匯總表5.1各工序的模具刃口尺寸匯總凹模尺寸（mm）凸模尺寸(mm)單邊間隙c（mm）凸模圓角r(mm)凹模圓角r(mm)落料/第一次拉深1.25.46第二次拉深1.144第三次拉深1.044第6章 板料毛坯值計算工件毛坯件為圓形件，根據沖壓工藝學有關“毛坯搭邊值的計算”，可計算得：板料為矩形板料，樣件為圓形結構 ，t=1mm

20、，查得相應的參數：工件間a1=0.8，沿邊a=1.0算得板料的寬度為：b=110mm+2*a=110+2*1.0=112mm， 式6-1根據模具結構的需要，方便卸料，取板料寬度b=120mm，采用固定擋料銷基本尺寸為6mm，由模具標準應用手冊表2-64而查得。第7章 凸、凹模的材料及工藝性能選擇7.1復合模具凸凹模參考模具結構圖匯編中國模具工業(yè)協(xié)會經濟技術咨詢部，第284頁，有關落料拉深復合模具的設計，材料用t10a，熱處理5862hrc，采用車床加工，根據其經驗值取落料凸模高度為h=80mm。7.2第一次拉深凸模拉深凸模采用臺階式，材料用t10a，熱處理5862hrc，也是采用車床加工,與凸

21、模固定板的配合按h7/m6的配合，根據經驗值取厚度為l=20+25+20=65mm。7.3第二次拉深凸、凹模根據工件外形并考慮加工，將凸模設計成帶肩臺階式圓凸凹模，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與修模，采用車床加工，與凸模固定板的配合按h7/m6。7.4第三次拉深凸、凹模（1）凸模采用車床加工，與凸模固定板的配合按h7/m6。凸模長度 l=h1+h2+y 式7-1式中 h1凸模固定板厚度h2壓邊圈高度y附加長度，包括凸模刃口修磨量，凸模進入凹模的深度50mm，因此凸模長度l=48+60+50=158mm。（2）凹模凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機床加工，安排凹模在模架上的位置

22、時，要依據計算壓力中心的數據，將壓力中心與模柄中心重合。取凹模輪廓尺寸為160mm50mm。第8章 壓邊圈的設計8.1首次拉深壓邊圈設計為了防止拉深過程中起皺，生產中主要采用壓邊圈，查沖壓手冊知，三次拉深均需要采用壓邊裝置。壓邊圈采用45鋼制造，熱處理硬度為4245hrc。首次拉深的壓邊圈零件圖為：圖8.1壓邊圈零件圖8.2第二次拉深壓邊圈設計壓邊圈結構與尺寸由標準中選取，壓邊圈圓角半徑ry應比上次拉深凸模的相應圓角半徑大0.51mm,以便將工序件套在壓邊圈上.材料采用45鋼，熱處理硬度為調質42-45hrc.其結構如下圖詳見沖壓手冊。8.3第三次拉深壓邊圈設計壓邊圈結構與尺寸由標準中選取，壓

23、邊圈圓角半徑ry應比上次拉深凸模的相應圓角半徑大0.51mm,以便將工序件套在壓邊圈上.材料采用45鋼，熱處理硬度為調質42-45hrc，結構圖可以參考沖壓手冊。第9章 上下模座的設計9.1上模座的設計選取上模座為“后側導柱上模座”根據沖壓工藝學有關模具尺寸的設計查表8-3，取得k=0.2算得凹模周界l=(110*o.2*2)*2+110=198mm, 式9-1查表可知因選取200*200*200,h=45mm，查出一系列數據，上模座的結構圖為：圖9.1上模座結構圖9.2下模座的設計根據上模座的尺寸可得出下模座的尺寸，其尺寸為：200*200*200，h=45mm其結構圖為：圖9.2下模座結構

24、圖第10章 模具其他結構圖10.1模柄結構圖參考冷沖模有關結構的設計標準，可得出模具其他結構的尺寸。模柄選取“槽型模柄”，根據資料，查得相應的參數，結構圖為：圖10.1模柄結構圖10.2凸凹模結構圖參考冷沖模有關結構的設計標準，可得出模具其他結構的尺寸，其凸凹模的結構為：圖10.2凸凹模結構圖圖10.3凸凹模的零件圖（3）壓邊圈的設計參考模具結構圖匯編中國模具工業(yè)協(xié)會技術咨詢部，第284頁，相關落料拉深復合模具的結構圖紙。結合經驗值，取壓邊圈高度為20mm。根據落料模具的凹模結構可得到壓邊圈的直徑 10.3凸模固定板結構圖圖10.4凸模固定板結構圖10.4導柱、導套結構圖導套與上模座為過盈配合

25、，查得標準，選取以下導套：圖10.5導套結構圖導柱與下模座為過盈配合，選取以下導柱，導柱與導套之間采用間隙配合，中間凸模潤滑油，圖10.6導柱結構圖10.5定位板結構圖定位板為自行設計結構，其結構圖為：圖10.7導套結構圖10.6卸料板結構圖復合模的卸料版為兩塊固定卸料板，分別安放在模具的兩側，中間為凸凹模，從裝配圖的左視圖中可以看出。（如下圖）：圖10.8裝配圖的左視圖圖10.9卸料板結構圖：10.7首次拉深凸模機構圖根據以上計算過程得出相關尺寸，其凸模示意圖為：圖10.10首次拉深凸模機構圖10.8推件塊機構圖推件塊與凸凹模之間為間隙配合，上部用螺紋與打桿相連接，其結構圖為：圖10.11推件塊機構圖第11章 模具參數匯總經過計算，匯總模具各零件的尺寸參數如下表表11.1參數匯總名稱數量尺寸凸凹模1見凹模零件圖紙落料凹模1見凹模零件圖紙拉深凸模1推件塊1打桿1壓邊圈1上模座1200*200*45下模座1200*200*50模柄1卸料版243*20*200導柱2導套2圓柱彈簧2（中徑）托桿2第12章 模具裝配圖繪制過程根據以上計算所得參數，用catia建立各零件的三維模型，運用裝配設計和工程圖將三維圖紙轉換成二維圖紙，后用autocad對之進行修改即可生成二維圖紙。12.1落料拉深復合模具裝配圖圖12.1正視圖圖12