端盖冲压模具设计

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冲压模具课程设计

说明书

系部：机械工程系

专业：模具设计与制造

班级：模具1231班

实习人员：组长：谌辉祥成员：廖真、文新、罗怀刚、简鹏、胡瑞、宏伟、建军、何银

实习性质：课程设计

实习时间：2014.3.3∽2014.3.14

实习地点：一教509

指导教师：林鑫、梅静

目录摘要

前言

1.工件的工艺性分析

2.冲压工艺方案的确定

3.模具的技术要求及材料选用

4.主要设计尺寸的计算

4.1毛坯尺寸的计算

4.2 冲压力的计算

4.3 拉深间隙的确定

4.4 冲裁件的排样

5.工作部分尺寸计算

5.1 拉深凸凹尺寸的确定

5.2 圆角半径的确定

6.模具的总体设计

6.1 模具的类型及定位方式的选择

6.2 推件零件的设计

7.主要零部件的结构设计

7.1 工作零件的结构设计

7.2 其他零部件的设计与选用

8.模具的总装图

9.模具的装配

结束语

致

参考文献

摘要

我设计的是一个落料拉深复合冲裁模，在本次设计中我参考了大量有关冷冲模模具设计实例等方面的资料。再结合老师布置的题（设计一个工件为盒形件的复合冲裁模），我充分运用了资料上所有设计模具用的表、手册等，如修边余量的确定、拉深件毛坯直径的计算公式、盒形件用压边圈拉深系数、盒形件角部的第一次拉深系数等，然后再集结了自己平时的所学，还有通过对工件的零件、模具工作部分（凸凹模、拉深凸模、落料凹模）、模具装配图的绘制，我的绘图功底也有了一定程度地提高。

本次设计的主要容：工件的工艺性分析；冲压工艺方案的确定；模具的技术要求及材料选用；主要设计尺寸的计算；工作部分尺寸计算；模具的总体设计；主要零部件的结构设计；模具的总装图；模具的装配等。

我觉得通过本次的毕业设计，达到了这样的目的：

1.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冷冲压模具（落料拉深冲裁模）设计工作的实际训练，从而培养和提高我们独立工作的能力。

2.巩固与扩充所学有关冷冲模具设计课程的容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。

3.掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规等。

关键词：冷冲压落料拉深

前言

冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。冷冲压模具在工业生产中的地位：是大批生产同形产品的工具，同时也是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。

模具可保证冲压产品的尺寸精度和质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需要加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其它加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平地提高，在很大程度上取决于模具工业的发展。

目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产效率和质量。一般采用压力机进行零件加工，一台普通压力机每分钟可生产零件几件到几十件，而高速压力机的生产效率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品，有60﹪左右的零件是利用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工业产品，90﹪左右的零件是利用模具生产出来的；至

于日常生活所用的五金、餐具等的大批量生产基本上也是靠模具来进行生产的。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的作用和地位正日趋上升。

1．冲压件工艺性分析

1.1材料分析

零件材料为Q235，其塑性韧性较好，抗剪强度为310MPa，抗拉强度为390MPa，利于各种工序的加工。

1.2尺寸精度分析

从零件图上看，其尺寸公差要求不高，故精度不高，属于回转体零件，其未注公差按IT10级处理，既能满足设计要求，又给模具制造带来了很多方便。

1.3冲压工序分析

冲压工序可分为单工序冲压、复合工序冲压和连续冲压。单工序冲压是在压力机一次行程中完成一道工序；复合工序冲压是在压力机一次行程中，在模具的同一位置同时完成两道或两道以上工序；连续冲压是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模，在冲压过程中，条料在模具中依次在不同的工序位置上，分别完成冲件所要求的工序，除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个(或几个)冲压件。组合冲压工

序比单工序冲压生产效率高，加工的精度等级高。

零件形状尺寸通过落料、拉深、整形等冲压工序获得。该零件尺寸采用mm1的10钢板冲压而成，可保证足够的刚度和强度。拉深件底部及口部圆角半径2R偏小，故应在拉深后另加整形工序，并用制造精度较高，间隙较小的模具来进行加工

2．冲压工艺方案的确定

该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：先落料，后拉深。采用单工序模生产。

方案二：落料-拉深复合冲压。采用复合模生产。

方案三：拉深级进冲压。采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率较高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之工件尺寸偏大。通过对上述三种方案的分析比较，该件若能一次拉深，则其冲压生产采用方案二为佳。

3. 模具的技术要求及材料选用

利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本，是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。

一、冷冲模材料的性能

冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲

击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有以下几个方面的性能：

1. 应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、抗弯强度等。其中硬度是模具重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC，强度和抗弯强度才能保证，模具才会具有较高的变形能力。

2. 应具有较高的断裂抗力：主要抗力指标有材料的抗冲击性能、抗压强度、抗弯强度、断裂抗力等。冲击载荷下抵抗模具产生裂纹的性质也是作为防止断裂的一个重要依据，模具材料基体中碳含量越高，冲击韧性越高。故载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷的细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。

3. 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，可在硬度高的材料表面上均匀涂抹大量细小硬的碳化物。在相同硬度下提高钢的耐磨性可减小模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用刮痕凹槽等。

4. 应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工工艺性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。

二、冷冲模材料的选择原则

1.要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料。

2.要针对模具失效形式选用钢材：钢材的失效是影响模具寿命的主要因素，包括：

(1)为防模具开裂，要选用韧性好的材料

(2)为防磨损，应选用合金元素高的材料

(3)对于大型冲模应选用淬透性好的材料

(4)为保持钢材硬度性能，要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢

(5)为防热处理变形，对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高合金材料

3. 要根据制品批量大小，以最低成本的选材原则选用：

对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。

4. 要根据冲模零件的作用选择：

凸、凹模模具应选用优质的钢材制作，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属。而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。

5. 要根据冲模精密程度选用：

在制造小型精密模具而又复杂时，可选用优质合金钢制作，而对于比较简单，形状、精度要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。

4. 主要设计尺寸的计算

4.1 毛坯尺寸的确定

根据毛坯尺寸的确定原则可知有两种方法来计算毛坯的计算原则：

1.面积相等原则：由于拉深前和拉深后材料的体积不变，对于不变薄拉深，假设材料厚度拉深前后不变，拉深毛坯的尺寸按“拉深前后的表面积相等”来确定。

2.形状相似原则：拉深毛坯的形状一般与拉深件横截面的形状相似，即当零件的形状是圆形或椭圆形时，其拉深前毛坯的展开形状也基本上是圆形或椭圆形。

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。 先确定修边余量△h ：根据 35.040

14===?d h h ,取 2.1=?h 按如图4.1所示。

图4.1 零件图

])2[()](2[]8)2(2[])[(42

22321212313d r d d d L d r r d r h r h h d D --+++++-+--?+=π

22436783708.61600)8672(4.12694-+?+++?-??=π

2640781.2156973.4282.3091+++= 154

.8648=

)(5.90mm =

4.2 冲压力的计算

4.2.1落料力的计算

落料力 KLt F =落料力

τtL K F P =

式中，τ为材料抗剪强度，a MP ；

L 为冲裁周边总长，mm ； t 为材料厚度，mm ；

p K 系数是考虑到冲裁模刃口的磨损；凸模与凹模间隙的波动（数值的变化或分布不

均），润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数，一般取1.3。当查不出材料抗剪强度τ时，可用抗拉强度b σ代替τ，此时1=p K 。

tL K F p =

3001)(1???=D π ()N 11826=

4.2.2拉深力的计算

采用压边圈的圆筒形件

b dt K F σπ=

式中，--d 拉深件的直径)(mm ； --t 材料厚度 )(mm ；

b σ——材料的强度极限()MPa ；

--F 拉深力()N ；

--K 修正因数；

()

N dt K F MPa K b

b 415993201696.0320,6.0=???====πσπσ

4.2.3压边力的计算

毛坯的相对厚度：

1

.15.901==D t

用式()m D

t

-≥1045.0由表可查得无凸缘圆筒件用压边圈时的拉深因数，得50.0=m 。

确定是否使用压边圈：

如果满足()m D

t

-≥1045.0时，

0225.05.0045.0011.0=?≤=D

t

上式不等式不成立

则在拉深模设计压边装置。

()[]

p r d D F Q 2

12

244+-=π

()[

]

422

32p r d D +-=π

式中，--p 单边压边力()MPa ； --D 平板毛坯直径()mm ；

--n d d ～1第1～n 次拉深直径()mm ；

r 凹--拉深凸模圆角半径()mm ； 得3.2=p

()[

]()[

]()

N p

r d D F 17434

3.216695.904

22

2

2

32=?+-=+-=ππ

4.2.4冲压工艺总力的计算

冲压工艺总力 Z F

()

N F F F F Z 154168　＝＝压落++

4.3 拉深间隙的确定

拉深间隙是指凸凹模横向尺寸的差值，双边间隙用Z 表示。间隙过小，工件质量较好，但拉深力大工件容易拉断，模具磨损严重，寿命低。间隙过大，拉深力小模具寿命提高了，但工件易起皱变厚，侧壁不直，口部边线不齐，有回弹，质量不能保证。

因此，确定间隙的原则是：既要考虑到板料公差的影响，又要考虑毛坯口部增厚现象，故间隙值一般应比毛坯厚度略大一些，其值按下式计算；

单面间隙： Ct t z +=max 2

式中，--max t 板料的最大厚度，?+=t t max ； --t 板料的厚度；

--?板料的正偏差；

--C 间隙系数，考虑到板料增厚现象；

由表t Z 1.12?=可知有压边圈拉深时，模具的间隙值： 2.21.12=?=t Z

4.4 冲裁件的排样

在冲压生产中，节约和减少废料具有重要的意义。在模具设计中，排样设计是一项极为重要的、技术性很强的设计工作，排样的合理与否直接影响到材料的利用率、制件质量、生产率与成本以及模具寿命等。所以排样工作的好坏是左右冲裁经济效益的重要因素之一。

冲裁所产生的废料分为两种：一是工件的各种孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称为设计废料；二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾产生的废料，它取决于冲压方式和排样方式，称为工艺废料。

提高材料利用率最主要的途径是合理排样，使工艺废料尽量小。另外在满足工件使用要求的前提下，适当地改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。 1.搭边

排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边。搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能出现“啃刀”现象或冲裁时被拉断，有时还会拉入模具间隙中，损坏模具刃口，从而影响模具寿命。

搭边值的大小与下列因素有关：

(1)材料的力学性能 硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。

(2)工件的形状与尺寸 尺寸大或带有突尖的复杂形状时，搭边要取得大些。 (3)材料厚度 薄材料的搭边应取得大些。

(4)送料方式及挡料方式 用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。 由上可知 mm a mm a 1,8.01== 2.排样方法

常用的排样方法有三种：

(1)废料排样：指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高。

(2)少废料排样：指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁，只有局部搭边的存在。 (3)无废料排样：指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。

少、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高。但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点，并且工件须具有一定的形状，才能采用少、无废料排样。上述三类排样方法，按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。

根据本零件的特点，适合采用废料直排的方式,这样不仅使冲出的零件达到质量要求，还可以在一定程度上提高材料的利用率。 3.条料宽度的确定

在排样方式和搭边值确定以后，就可以确定条料的宽度。 查表得条料与导料板的最小间隙 mm C 5.0= 。

()

cm C a D B 935.08.025.902=+?+=++=

根据板材的标准，查板材的标准可知，宜采用750mm ×1000mm 的冷轧钢板，每钢板可以剪裁为8条料（93mm ×1000mm ），每钢板可以冲出10个工件。 4.材料的利用率

排样的目的在于节约原材料尽可能降低成本，利用率是衡量排样经济性的指标，一般以一个进距的材料利用率η来表示，也可以用一板料的总利用率η∑来表示。

()()%

100%

100?=?=AL NA Bh ns μη

式中，---S 冲裁件的面积（包括冲出的小孔在）()2mm ；

---N 一个步距的冲件数；

---B 条料的宽度()mm ； ---H 进距；

---N 一板料上的冲件数；

---L 板料长度()mm ； ---A 板料的宽度()mm ；

由上述公式可知：η越大，材料废料越少，材料的利用率就越高。 冲裁件的面积：

4

2

D S ?=π

()

2

23.64295.90mm

=?=π

步距：

a D S +=

()

mm 3.918.05.90=+=

一个步距材料的利用（n=1）：

()%100?=Bh nS η

%

76%

1003.91/3.6429=?=

每钢板的材料利用率：

()%100?=AL NA Z η

%

6875010003.642910=??=

排样图:

5. 工作部分尺寸计算

5.1 拉深凸凹尺寸的确定

因为该工件要求与另一工件配合,所以在设计时可将其尺寸做小些,即拉深模尺寸取

,1.6808

.00mm +φ拉深凸模尺寸取mm 005.01.66-Φ。工件底部尺寸mm R mm mm mm 23,40,43与φφ因

为属于过渡尺寸，要求不高，为简单方便，实际生产中直接按工件尺寸作拉深凸、凹模为该处尺寸。

落料凸、凹模工作部分尺寸的确定：因为为落料件，所以以凹模为设计基准。 查表5.1初始双面间隙可知，18.0max =Z ，5.0,12.0min 取x mm Z =。 因为工件的制造公差为自由公差，所以取IT14级，工件的公差为0.87。

表5.1 初始双面间隙Z max 、Z min

材料厚度t/mm 08、10、35 09M2、Q235 Q345 40、50 65Mn

Z max

Z min

Z max Z min Z max Z min Z max Z min

小于0.5 极小间隙

0.5

0.040

0.060

0.040

0.060

0.040 0.060 0.040 0.060

凸凹模的制造公差为；025.0,035.0==t a δδ。

因为0.035+0.025=0.18-0.12，,12.018.0025.0035.0-=+ 故min max Z Z t a -≤+δδ,所以，将以上各值代入公式

()()()()0026

.00

1

min 056

.00

095.8912.07.9007.905.087.05.90--+=-=--==+?-=+?-=δδδδt t a

n a Z Da D x D D

式中，---a D 凸模的尺寸； ---t D 凹模的尺寸；

---?工件的公差；

---t a δδ,凸凹模的制造公差，此处选取IT14级；

拉深凸、凹模工作部分尺寸的确定：

工件的公差为74.0；凸凹模具的制造公差为08.0和05.0。

因为工件为与另一件配合的盖，所以外形的尺寸要求较高，应以凹模为设计基准：

()()

()005

.00

05.0008.00

08

.00

max 4.6624.684.6874.075.069)75.0(---++=-=-==?-=?-=t

Z D D D D a t n

a δδ

式中，---max D 为工件外形的工称尺寸；

--?-工件的公差；

---t a δδ,凸凹模的制造公差； 根据计算所得 M 总》M1

所以得出该物件的拉深次数为 一 次

5.2 圆角半径的确定

1. 圆角半径对拉深过程的影响

拉深力是通过凸模圆角传递到被拉深工件上的，位于凸模圆角处的工件材料是最容易破裂的，“危险断面”凸模圆角半径r 增大，则该处拉深件材料因厚度变薄量减小而强度增大，所传递的极限拉深力F 也增大，因而可以减小拉深系数m 。

拉深模的凹模圆角半径要取得适当，如果增大凹模圆角半径r a 则材料拉入凹模时的阻力减小，拉深系数m 也减小，但当如果当r a 取得过大，则有更多的材料未被压料圈压住，而容易起皱。在拉深工件时，对于变形量较大处，就需要用较大的r a ，由于在矩形件拉深时，角部的变形量最大，为了使金属的流动性较为均匀，角部的凹模圆角半径应比直边处的凹模圆角半径大。 1. 圆角半径数值

一般应按经验公式取得凹模的最小圆角半径；

()t d D r a -=8.0

式中，--D 毛坯或上道工序的拉深直径； --d 本道工序的拉深直径；

-

-

T材料厚度；

()

) (7.540

8.

90 8.0

8.0 mm

t

d D

r a

=-

=

-=

6. 模具的总体设计

6.1 模具的类型及定位方式的选择

由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为落料——拉深复合模。

6.1.2定位方式的选择

为保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确位置，冲裁出外形完整的合格零件，模具设计时必须考虑条料或毛坯的定位。正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。定位包含控制送料步距的挡料和垂直方向的导料等。

1.挡料销

挡料销的作用是挡住条料搭边或冲压轮廓以限制条料的送进距离。国家标准中常见的挡料销有三种形式：固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。固定挡料销安装在凹模上，用来控制条料的进距，特点是结构简单，制造方便。由于安装在凹模上，安装孔可能会造成凹模强度的削弱，常用的结构有圆形和钩形挡料销。活动挡料销常有于倒装复合模中。始用挡料销用于级进模中开始定位。

2.导正销

在级进模中导正销通常与挡料销配合使用，以减少定位误差，保证孔与外形的相对位置尺寸精度要求。当零件上没有适宜于导正销导正用的孔时，对于工步数较多、零件精度要求较高的级进模，应在条料两侧的空位处设置工艺孔，以供导正销导正条料使用。此时，导正销固定在凸模固定板或弹压卸料板上。

3.侧刃

在级进模中，常采用侧刃控制条料步距，从而达到准确定位的目的。侧刃实质上是裁切边料凸模，通过侧刃的两侧刃口，切除条料两侧边缘部分材料，形成一台阶。条料切去部分边料后，宽度才能够继续送入到凹模，送进的距离为切去的长度。当材料送到切料后形成的台阶时，侧刃挡块阻止了材料继续送进，只有通过模具下一次地工作，新的送料步长才能形成。

4.定位板和定位钉

定位板和定位钉是为单个毛坯定位用的元件，以保证前后工序相对位置精度或工件的孔与外轮廓的位置精度要求。

5.送料方向的控制

条料的送料方向是条料靠着一侧导料板，沿着设计的送料方向导向送料，为使条料靠紧一侧的导料板，保证送料的精度，可采用侧压装置。

因为该模具使用的是条料，所以导料采用导料板（本副模具中固定卸料板与导料板为一体），采用挡料销控制送进距。

6.2 推件零件的设计

6.2.1卸料零件的设计

设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡在凸模上或凸凹模上，或凸模上的制件或废料卸掉，保证下次冲压时能正常进行，常用的卸料方式有以下几种：

（1）刚性卸料

刚性卸料是采用固定卸料板卸料，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时，与凸模的间隙随着材料厚度的增加而增大，单面间隙取()t5.0~2.0；当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时，卸料板与凸模的配合间隙应小于冲裁间隙。此时要求卸料后凸模不能完全脱离卸料板，保证凸模与卸料板配合大于mm

5。

常用的固定卸料板有几种：卸料与导料为一体的整体式卸料板；卸料板与导料板分开的组合式卸料板（在冲裁中应用最广泛）；用于窄长零件的冲孔或切口卸件的悬臂式卸料板；在冲孔底部用来卸空心件或弯曲的拱形卸料板。

（2）弹性卸料板

弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于冲裁料厚在mm

5.1以下的板料。由于有压料作用，冲裁比较平整。弹压卸料与弹性元件、卸料螺钉组成弹性卸料装置，卸料板与凸模配合的单边间隙选择()t2.0~1.0，若弹压卸料板还要起到对凸模的导向作用，二者的配合应小于冲裁间隙。弹性元件的选择应满足卸料力和冲模结构要求。

6.2.2 顶件装置的确定