落料拉深冲孔复合模说明书

主要符号表

模具课程设计报告

制动盘

落料拉深冲孔切边复合模

学院：机 电 学 院

班级：05010903

学号：2009301235

姓名：程晓祥

I

主要符号表

西北工业大学

目 录

1 分析零件的工艺性 ·············································································· 3 2 确定工艺方案······················································································ 5

2.1 计算毛坯尺寸 ·······································································································5

2.2 锥形拉深计算 ···································································································· 6

2.3 确定工艺方案 ······································································································6 3 主要工艺参数的计算 ·········································································· 7

3.1 确定排样、裁板方案 ··························································································8

3.2 计算工艺力、初选设备 ······················································································9

3.2.1 计算工艺力 ···································································································9

（1）落料力 ···········································································································9

（2）冲孔力 ·········································································································10

（3）推件力 ·········································································································10

（4）拉深力 ·········································································································10

（5）压边力 ········································································································· 11

3.2.2 拉深功的计算 ····························································································· 11

3.2.3 初选压力机 ·································································································12

3.2.4 计算压力中心 ·····························································································12

3.2.5 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 ···································································12 4 模具的结构设计 ·················································································13

4.1 模具结构形式的选择 ························································································13

4.1.1 模架的选用 ·································································································13

4.1.2 模具的闭合高度 ·························································································13

II

1 分析零件的工艺性

冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料——冲压加工工序——必要的辅助工序——质量检验—组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。

该零件是制动盘，如图1.1，该零件可看成带凸缘的锥形件，料厚t=1.5mm，拉深后厚度不变；零件底部圆角半径r=1.5mm凸缘处的圆角半径也为R=1.5mm；尺寸公差都为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要求。

图

1.1 工件图

3

其主要技术要求如下：

1.Φ100±0.07对50°内锥其轴线同轴度不大于Φ0.008；

2.镀锌钝化9～12μ；

3.未注公差按IT12（GB1804-79）级精度制造；

4.锐角倒钝；

5.未注形位公差按C级。

工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级；对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要增加切边工序。

影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律；当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标注内、外形尺寸。

工艺性要求材料具有良好的塑性，屈强比σs/σb值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系数r和板平面方向性系数∆r反映了材料的各向异性性能，当r较大或∆r较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。

该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，除中心弯曲耳片外，没有长的悬臂和狭槽。零件尺寸除中心孔和两中心孔的距离尺寸接近IT12级外，其余尺寸均为自由尺寸且无其他特殊要求，利用普通冲裁方法可以达到零件图样要求。零件材料为优质碳素结构钢，编号20。屈服强度σs≥175Mpa，强度低，硬度、塑性、韧性好，易于冲压、拉深和大批量生产。

4

2 确定工艺方案

2.1 计算毛坯尺寸

由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。

根据零件的尺寸取修边余量的值为3.6mm。 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。

如图2-1，对于该零件，可看成带凸缘锥形拉深件。

图2-1

图2.1 毛坯图

查阅文献[1]表5-4.4得该旋转体毛坯直径计算公式为：

D0=

5

在制动盘中，以上各尺寸为：d2=87；d3=111；

l=h-t12-1.5==11.585； cos(0.5θ)cos25︒

d1=d2-2(h-t)tan(0.5θ)=87-2(12-1.5)tan25︒=77.208

制动盘毛坯尺寸为：

D0==120.490。

2.2 锥形拉深计算

根据文献[2]锥形件拉深时的极限深度Hmax计算公式为：

Hmax=

其中σb≥295Mpa，σs≥175Mpa； 0.5σbd σs(μ+tanα)

锥形件大端直径d2=87mm，锥形件锥角α=50︒；

锥形件拉深的极限成形系数μ=0.12； 计算得：

h10.5==0.12，属于浅形锥形件拉深； d287

拉深时

Hmax=t1.5⨯100=⨯100=1.245 1.5，因此要使用压边圈 D120.4900.5σbd0.5⨯295⨯87==55.90≥h=10.5因此能够一次成形。 σs(μ+tanα)175⨯(0.12+tan50︒)

在锥形拉深过程中一般都需拉出凸缘，在利用修编工序，切去多余部分，而且锥形角α=50︒ 60︒，仅需压边圈，无需使用有拉深肋的模具。

2.3 确定工艺方案

根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:

6

落料、拉深、冲孔、弯曲和修边。

根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案：

方案一

先进行落料，再拉深，修边，最后冲孔、弯曲，以上工序过程都采用单工序模加工。用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，但由于结构简单定位误差很大，其次，需要多个模配合所以制造成本打，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。

方案二

落料与拉深、修边在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行冲孔和弯曲。采用了落料与拉深、修边的复合模，提高了生产率。对落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于冲孔工序是在单工序模中完成，使得最后一步冲孔工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。

方案三

落料、拉深、冲孔同一个复合模中一次加工成型，然后再对中间耳片进行弯曲。此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整，且冲压出的锥形及孔可以作为下一步弯曲和铰孔定位。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。

方案四

采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。

根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、拉深、冲孔同一复合模中完成，将弯曲和铰孔放在另外步骤中进行，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。

3 主要工艺参数的计算

7

3.1 确定排样、裁板方案

加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的60%～80%之多。因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%～0.5%。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。

由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。

同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取:

根据文献[2]表4-12，确定搭边值。

排样图如下图3-1所示：

图3-1 搭边示意图

厚度t=1.5mm，根据该表[1.1]：

两工件搭边：a=1.2;

工件边缘搭边：b=1.5；

步距：

h=D0+a=120.490+1.2

=121.690

8

条料宽度：

B=D0+2b=120.490+2×1.5=123.490 一个步距内的材料利用率：

η=A0/A⨯100%

120.4902103434-21)-4π()2-[π()2-⨯9] =121.990⨯124.490

=67.42%π(

经济性较为良好。

3.2 计算工艺力、初选设备

3.2.1 计算工艺力

（1）落料力

平刃凸模落料力的计算公式为

F=Ltσb„„„„„„„„„„„„„„„„3.6

式中 F— 冲裁力（N）

L— 冲件的周边长度（mm）

t— 板料厚度（mm）

σb—抗拉强度（MPa）

查表[2.1]可得σb=400MPa

F落=151.335kN

（2）冲孔力

冲孔力（四周圆孔）：

F1=4×π×10×1.5×400=75.36kN

冲孔力（中间不规则孔）：

F2= π×34+ 34−21 ×2 ×1.5×400=79.656kN 总冲孔力为：

F孔=F1+F2=155.016kN

（2）卸料力

一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的

9

力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算：

卸料力

F卸=K卸×F

式中 F—— 冲裁力(N)

K卸——顶件力及卸料力系数，其值可查教材表。

这里取K1为0.04。

因此

F卸=151.335×0.04=6.05kN

（3）推件力

将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需要的力称为推件力。

推件力为：

K2—推件力系数，取K2为0.05。

F推=nK推F

=1⨯0.05⨯198.43=9.92N

（4）拉深力

一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图3.1。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。

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拉深力

凸模行程

图3.1 拉深力变化曲线

由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是比较困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为：

F拉=πdktσbk3 dk—锥形件小直径

t —材料厚度

σb—材料的抗拉强度（MPa）

k3—拉深系数

因此 F拉=π×87×1.5×400×1=163.9kN （5）压边力

FQ=AFq(N)

式中 A—初始有效压边面积(mm2); Fq—单位压边力(MPa), Fq=2.5

22

所以有 FQ=AFq=0.25π⨯(111-87)⨯2.5=9.33kN

3.2.2 拉深功的计算

拉深所需的功可按下式计算 W=

CPmaxh

1000

11

式中 Pmax—最大拉深力（N）

h —拉深深度（mm） W—拉深功（N·m）

C—修正系数，一般取为C=0.6~0.8。 所以

W=0.8⨯120.95⨯12=1161.2kN m

3.2.3 初选压力机

压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。

因F落〉F拉，故总冲压力

F∑=F落+F卸+F推+FQ+F冲+F拉

=495.551

应选的压力机公称压力P0≥(1.3~1.6)F∑取为1.5，则公称压力为：

F72K0N P0=1.5 ∑=

因此初选闭式单点压力机J31—630B。

3.2.4 计算压力中心

本零件为对称几何体,其压力中心就在它的圆心处，不必计算它的压力中心。

3.2.5 计算凸、凹模刃口尺寸及公差

①落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。

+δd

Dd=(D-X∆)0

12

Dp=(Dd-2Cmin)0-δp 式中 Dp—落料凸模最大直径（mm） Dd—落料凹模最大直径（mm） D —工件允许最大尺寸（mm） ∆— 冲裁工件要求的公差

X —系数

对于未标注公差可按IT12级计算，根据零件的厚度，查表[2.3]冲裁模刃口双面间隙：

Zmin=0.090mm,Zmax=0.120mm

δd、δp—凹、凸模制造偏差，这里可以按IT9来选取: 整个零件的落料

零件外形尺寸为φ1110-0.35，查表[3.1]得，零件外形单向公差∆=0.35，查表[2.4]该孔精度系数x=0.50，查表[2.3]得冲裁模初始双面间隙的最小间隙Zmin=0.090，查阅文献[5]表2-46,得IT9公差为σp−σd=0.36，落料时：

凹模：Dd=(Dmax−x∆)0

+σd

=120.665+0.36 0

0凸模：Dp=(Dmax−x∆−Zmin)0−σp=120.575−0.030

②拉深时，拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同，只是具体内容不同，这里不在复述。

拉深凸模和凹模的单边间隙Z=1.1t=1.1⨯1.5=1.65mm计算凸凹模制造公差，按IT9级精度选取，由附录表4查得，对于拉深尺寸ϕ78mm，δ凸=δ凹=0.046mm。

因拉深件注内形尺寸，按凸模进行配作：

dP=(d+0.5∆)-δp„„„„„„„„„„„„„3.19 式中 d—拉深件内形尺寸： dp—凸模尺寸：

∆—拉深件公差，这里按IT12级精度选取，查表附录4，可以

得∆=1：

13

即有 dp=(68+0.5⨯1)-0.046=68.50 -0.046

拉深凹模则注凸模的基本尺寸,并要求按单面拉深间隙配作：

+0.046+0.046 dd=(68.5+2⨯2.2)0 =72.90

③冲孔时： Ⅰ.四周圆孔

查阅文献[5]表2-46得，四个圆形孔单向公差∆=0.15，查文献[3]表3-14，该孔精度系数x=0.75，查文献[3]表3-3得冲裁模初始双面间隙的最小间隙Zmin=0.090，查阅文献[5]表2-46,得IT9公差为δp=δd=0.036，冲孔时：

00

凸模: dp=(dmin+x∆)0-δp=(10+0.75⨯0.15)-0.036=10.113-0.036

δd0.0360.036

=(10+0.75⨯0.15+0.090)+=10.203+凹模：dp=(dmin+x∆+Zmin)+ 000

Ⅱ.中间不规则孔

如左图所示，中间不规则孔的个项基本尺寸如标注所示。根据IT12级精度可得：

+0.25

圆弧部分尺寸φ340； 0.075耳片宽度尺寸9+-0.075；

0.09

耳片间隔尺寸15+-0.09；

查文献[3]表3-14，该孔精度系数x=0.75，查文献[3]表3-3得冲裁模初始双面间

0查阅文献[5]表2-46,得IT9公差分别为隙的最小间隙Zmi=，n0.09

δp=δd=0.25φ(34δ=;δp)d=0.1δ5(1δ5=);： p=d

+0.25+0.09其中，凸模磨损后变小的尺寸有φ340、15-0.09：

00

A1p=(Amin+x∆)0-δp=(34+0.75⨯0.15)-0.25=34.113-0.25

A2p=(Amin+x∆)

-δp

=(15+0.75⨯

0.15)

0-0.15

=15.113

0-0.25

；

14

0.075

凸模磨损后变大的尺寸有9+-0.075：

B1p=(Bmax-x∆)0

+δp

+0.15+0.15

=(15.09-0.75⨯0.15)0=14.9780；

冲孔所用的凹模根据凸模的实际尺寸与最小合理间隙Zmin配置，并保证双边间隙值为Zmin~Zmax；

4 模具的结构设计

4.1

模具结构形式的选择

4.1.1 模架的选用

采用落料、拉深、冲孔复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本次设计中凸凹模的最小壁厚为5mm，满足钢材最小壁厚

a≥1.2t=1.2⨯1.5=1.8mm的要求能够保证足够的强度，故采用复合模。

模具采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料板。

从生产量和方便操作以及具体规格方面考虑，选择后则导柱模架，由凹模外形尺寸250⨯200，（GB/T2851.5—1990）在按其标准选择具体结构尺寸如下

上模板 250⨯200⨯45 HT250 下模板 250⨯200⨯50 ZG450 导 柱 32⨯190 20钢 导 套 32⨯105⨯43 20钢 凸缘模柄 φ60⨯85 Q235 模具闭合高度 MAX 240mm MIN 200mm

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参考文献

[1].飞机钣金成型原理及工艺； [2].模具设计与制造（第二版）； [3].新编机械工程技术手册； [4].冲压模具设计；

[5].模具结构型式与应用手册。

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