带凸缘筒的冲压工艺及模具设计

课程设计说明书

题目 带凸缘筒的冲压工艺及模具设计

二级学院

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目 录

摘 要 Ⅰ 1 绪论 1 1.1 冲压设计概念 1

1.2 冲压设计的基本内容 1.3 冲压设计的一般工作程序 1.4 意义 1.5 设计题目 2 带凸缘的工艺分析设计 2.1 冲压产品冲裁工艺分析 2.1.1 产品结构形状分析 2.1.2 产品尺寸精度、断面质量分析 2.2 产品拉深工艺分析 2.3 计算模具压力中心 1

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3工艺方案的确定及工艺计算 4

3.1 工艺方案分析 4

3.2 拉深部分主要工艺参数的计算 5

3.3排样 4.二次拉深工序计算 4.1凸凹模工作尺寸 4.2计算拉压力 5 .模具的总体设计 5.1 模具的总装图 5.2拉深凸模和凹模的外形尺寸 5.3上模座与下模座及导柱导套的选用 5.4 模柄的选择 5.5 垫板、托板及打板的选择 7

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5.6 压边圈 12

5.7 打杆的选择 13

5.8卸料螺钉、螺钉及销钉的选择 13

5.9限位柱的选择 6.总结与展望 6.1 总结 6.2 展望 参考文献 14

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1.绪论

1.1 冲压设计概念

随着冲压技术的不断进步和冲压生产的迅速发展，对冲压设计工作提出了愈来愈高的要求。冲压设计是一项技术性很强的工作，其设计过程是实质上是再创造的的劳动过程。冲压设计质量的优劣，不仅直接影响冲压产品的质量、成本及生产效率，而且也影响着冲压生产的组织与管理。因此，冲压设计工作不仅要求设计人员具有较好的理论基础、丰富的实践经验、熟练的设计技能和认真负责的态度，而且还要求设计人员能在不断积累总结设计经验的基础上，及时获取最新的科学技术知识，尽快掌握现代化的设计手段。只有这样，冲压设计工作才能适应工业生产迅速发展的需要。

1.2 冲压设计的基本内容

冲压设计包括工艺设计和模具设计两方面内容。

冲压工艺设计是针对给定的产品图样，根据其生产批量的大小、冲压设备的类型规格、模具制造能力及工人技术水平等具体生产条件，从对产品零件图的冲压工艺分析入手，经过必要的工艺计算，制定出合理的工艺方案，最后编写出冲压工艺卡片的综合性的分析、计算、设计过程。

冲压模具设计则是依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛柸的定位、出件、废料排除诸问题以及模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素后，构思出与冲压设备相适应的模具总体结构，然后绘制出模具总体装配图和所有非标准零件图的整个绘图设计过程。

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1.3 冲压设计的一般工作程序

在实际生产中，冲压件的形状、尺寸及其精度要求各异，且具体生产条件也不尽相同，这常给开始从事冲压设计的人员带来一定困难。从另一方面看，只要遵循冲压变形的基本规律，搞清楚冲压基本工序的各自变形特点，尽管冲压件的形状、尺寸及精度要求不同，冲压设计的基本原则与方法则还是大同小异的。一般情况下按以下工作程序进行：

（1）搜集冲压设计必要的原始资料；

（2）分析产品零件图的冲压工艺性；

（3）确定冲压工艺方案；

（4）确定模具类型；

（5）选择冲压设备；

（6）编写冲压工艺过程卡；

（7）重新审查产品零件图和冲压工艺过程卡；

（8）进行模具的总体设计；

（9）进行模具的主要零部件设计；

（10）绘制模具总装配图和零件图；

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（11）编写模具设计计算说明书。

1.4 意义

（1）帮助我们具体运用和巩固《模具设计与制造》课程及相关的理论知识，了解设计冲压模的一般程序。

（2）使我们能够熟练的运用有关技术资料，如《冷冲模国家标准》、《模具设计与制造简明手册》、《冷冲压模具结构图册》及其他有关规范的等。

（3）训练我们初步设计冷冲压模具的能力，为以后的毕业设计做准备，以及以后的工作打下初步的基础。

（4）增强我们的画图和构思的能力，以及对画图软件（如CAD）的灵活掌握与运用。

1.5 设计题目

本次专业课程设计的题目是课程设计的题目是——带凸缘筒的冲压工艺及模具设计。包括：画出冲压工件图；进行工件的冲压成形工艺设计，画出工艺卡；进行模具结构设计，画出装配图及模具非标准件零件图，得到完整模图纸；完成设计说明书。（画图过程均由画图软件CAD完成）

2.带凸缘筒的工艺分析

2.1 冲压产品冲裁工艺分析

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2.1.1 产品结构形状分析

图2.1 制件图

由图2.1可知，产品为圆形落料、筒形拉深件。产品形状结构比较简单，且对称，无狭槽、尖角，满足冲裁要求。

2.1.2 产品尺寸精度、断面质量分析

1.尺寸精度

任务书对冲件的技术要求为制件表面不得有划伤，无其它特殊要求，故定为IT14级。

2.冲裁件断面质量

因为一般用普通冲裁方式冲2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.5～

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3.2m，毛刺允许高度为0.05～0.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单

要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。

3.产品材料分析

本设计的产品材料为08，本设计的产品材料为08，属优质有色金属材料，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。

2.2 产品拉深工艺分析

1.根据产品图样，本次所给工件为“窄凸缘筒形件”，是严格的回转对称零件。图上未标注公差等级，取为IT14级。工件要求表面不划伤，技术要求较低。所使用的材料为08A，是冲压常用材料。查“冲压设计手册”得：

材料的抗剪强度 294MP 抗拉强度 b392MP

2.拉深件的圆角半径要求

拉深件底部圆角半径应满足

rp3mm,rd3mmrpt，一般取

rp(3-5)t；凸缘圆角半径rd2t,而本要求

满足要求，不需要整形工序

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3. 拉伸件各部分尺寸比例要适当，拉伸件高度不宜太大，一般控制在h2d

拉伸件凸缘宽度不宜太宽，一般控制在如下范围：d12td凸d25t

本设计中：h60mm,d21.5mm,t1.5mm,d凸32mm

d12t39.5mm，d25t59mm

工件不满足尺寸比例要求，但制件结构不允许修改，故用压边圈防止起皱和移位。

4. 拉深件的尺寸精度

一般情况下，拉深件的精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级，本工件的精度等级为IT14级，满足拉深加工的精度要求。

2.3 计算模具压力中心

由于该零件完全对称于相互垂直大大两条多层次线，所以模具的压力中心在几何图形的狭槽点上。

3.工艺方案的确定及工艺计算

3.1 工艺方案分析

该工件包括落料、拉深、切边三个基本工序，可以选下工艺方案：

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方案：落料+拉深复合，后拉深二，三次拉深，切边，采用复合模+单工序。

分析：只需四副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，操作方便，成本较低。

3.2 拉深部分主要工艺参数的计算

拉深件底部圆角半径应满足

rp3mm,rd3mmrpt，一般取

rp(3-5)t；凸缘圆角半径rd2t,而本要求

满足要求，不需要整形工序

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拉伸件各部分尺寸比例要适当，拉伸件高度不宜太大，一般控制在h2d

拉伸件凸缘宽度不宜太宽，一般控制在如下范围：d12td凸d25t

本设计中：h60mm,d21.5mm,t1.5mm,d凸32mm

d12t39.5mm，d25t59mm

工件不满足尺寸比例要求，但制件结构不允许修改，故用压边圈防止起皱和移位

计算步骤

dF321.5（1）修边余量 查表得d21.5，取5mm

实际外径为d凸(322.52)37mm

（2）毛坯直径

Dd凸4dH1.72(r1r2)d0.56(r2r1)222

237421.558.5-1.72(3.753.75)21.5

78.25mm79mm

h58.52.72d21.5（3）能否一次拉出 相对拉伸高度

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d凸371.72d21.5 相对直径

t1.51.90% 相对厚度D79

总的拉深系数

m总d21.50.27D79

h1h0.482.72m0.45m0.27总d 查表得d1，1，故零件一次拉不出来

（4）确定各工序拉深系数

查表得：m10.48,m20.73,m30.776

d1m1D0.487937.9mm

d2m2d10.7337.927.7mm d3m3d20.77627.721.5mm （5）确定圆角半径

rd0.8(Dd)t

rdn(0.6~0.8)rd(n1)

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rp(0.7~1)rd

取

rd17mm,rp15.5mmrd24.5mm,rp24.5mm

rd33mm,rp33mm

（6）确定拉伸高度

首次拉深

r1(d10.32r1)d1

h10.25(Dk1d1)0.430.25（79796.25-37.9）0.43（37.90.326.25）34.5mm37.937.9

H1h1t234.50.7535.25mm

第二次拉深

r2(d20.32r2)d2

h20.25(Dk1k2d2)0.430.25（797937.95.25-27.7）0.43（27.70.325.25）51.837.927.727.7

H251.80.7552.55mm

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第三次拉深

H360mm

3.3排样

t1.5mm 制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单排。

查表得搭边数值 a1.2,b1.0

进距 SDb781.079

条料宽度 BD2a782.480.4

条料规格选用 1.59001800

采用纵排：裁板条数

n1B总90011条余15.6mmB80.4

每条个数

n2Lb18001.022个余61mmS79

没板总个数 n总n1n21122242

板的材料利用率

总n总44100%100%71.4%LB总9001800D2242782

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4.二次拉深工序计算

4.1凸凹模工作尺寸

29.20-0.52标准尺寸

凹D凹（D0.75）0

0D凸（D0.752C）凸

查表得，凹0.05，凸0.03

C1.1t1.65

0.050.05D凹（29.20.750.52）28.8100

00D凸（29.20.750.5221.65）0.0325.510.03

4.2计算拉压力

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拉伸力：F拉深d2tbk2

3.1427.71.54000.52

27137N 其中，查表得k20.52

压边圈不做压边用，无压边力，选用压力机J23-10

5 .模具的总体设计

5.1 模具的总装图

模具的总装图如下图所示

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拉深模具在压力机上拉深，坯料用压边圈的上的限位柱定位，模具采用倒装结构，出件时用打板推出。

5.2拉深凸模和凹模的外形尺寸

设计拉深凸模和凹模的外形尺寸。凹模外直径为125mm，凹模高度h为63.3mm，凸模高度为126.5mm。其他尺寸详见下图。

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5.3上模座与下模座及导柱导套的选用

采用GB/T2851-2008滑动导向模架后侧导柱模架，凹模周界确定为L×B为169mm×125mm，最大闭合高度为225mm。根据模架确定下模座，根据GB/T2855.2-2008，采用160×125×50规格的下模座（如图十二）。再根据模架确定上模座，根据GB/T2855.1-2008，采用160×125×40规格的上模座（如图十三）。

根据模架结构和上下模座的配合，根据GB/T2861.1-2008选择25×160规格的导柱，根据GB/T2861.3-2008选择25×95×38规格的导套。

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5.4 模柄的选择

根据模具结构及强度要求，选用压入式模柄d为32mm，L为195mm。

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5.5 垫板、托板及打板的选择

垫板固定模柄，根据模具结构及强度要求选择厚度为10mm，直径与落料凹模直径尺寸相同为125mm。托板用于压住橡胶板，根据模具结构及强度要求选择厚度为10mm，直径与落料凹模直径尺寸相同为125mm。打板压住材料的同时也用于卸料时推出坯料，采用厚度为5mm，直径为29.2mm。

5.6 压边圈

此模具为二次拉深模，可适当压住坯料，根据上述计算和模具的整体结构选用高度为44mm，直径为25mm。

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5.7 打杆的选择

打杆是穿过模柄与打板块相连，通过弹性结构使一次冲程后推动推件块下移，从而把工件从凹模中推出来。根据模具整体结构及加工方便选用直径为8mm，长度为173mm的推杆。

5.8卸料螺钉、螺钉及销钉的选择

卸料螺钉：根据模具整体结构及加工方便选用直径为12mm的圆柱头内六方卸料螺

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钉，螺柱长150mm，数量为3。

螺钉：一是连接固定凸凹模及模柄，根据加工简单选用直径为12mm，长度为70mm的内六角螺钉，数量为4。二是连接固定拉深凸模，根据加工简单选用直径为12mm，长度为70mm的螺钉，数量为3。

销钉：根据上述螺钉的选用，4个螺钉只是纵向定位，还依靠1个销钉来限位模柄，根据加工简单选用直径分别为2mm、12mm，长度分别为16mm、100mm的销钉跟螺钉配合，数量分别为1、2、2。

5.9限位柱的选择

限位柱主要作用就是行程限位，防止材料压薄，防止在没有料的时候空打面损坏模具。在冲压过程中保证模具在每一次冲压时其下死点都是一致的。根据板料厚度为2mm，选取直径为16mm，长度为34mm的限位柱。

6总结与展望

6.1总结

通过这次模具设计，我也在多方面都有所提高，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次拉深模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冲压模具设计等课程所学的内容，掌握了冲压模具设计的方法和步骤，获得了冲压模具设计基本的技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程

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都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

6.2展望

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：

(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

(3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控

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系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 夏巨堪. 金属塑性成形工艺及模具. 北京：机械工业出版社，2007.

[2] 周赵元，李翔英. 互换性测量技术基础. 北京：机械工业出版社，2011.3.

[3] 郑家贤. 冲压工艺与模具设计实用技术. 北京：机械工业出版社，2005.1.

[4] 杨占尧. 冲压模具标准及应用手册. 北京：化学工业出版社，2010.10.

[5] 齐卫东. 冷冲压模具图集. 北京：北京理工大学出版社，2007.2.

[6] 李名望. 冲压模具结构设计100例. 北京：化学工业出版社，2009.10.

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