端盖拉深工艺及模具设计说明书

拉深工艺及模具设计
说明书
单位：重庆工业职业技术学院
部门：14级模具303班
指导教师：洪奕
设计者：廖琪
学号：201410230310
时间：2016年5月3 日
前言
本设计客观简单分析的冲压工艺、冲压模具、冲压设备、冲压材料及冲压件质量与经济性的关系。

强调掌握技能的系统性、实用性和实践性，勇于创新。

在这次设计时，需要做大量的工作，比如说，要对零件的材料、尺寸、公差配合等进行查询，所以参考了《冲压工艺及模具—设计与实践》、《冲压模具及设备》、《机械制图与计算机绘图》、《互换性与技术测量》和《机械工程设计基础》等书籍和网上资料。

结合自身所学的知识，对零件的进行详细的分析，采用具有经济性的方法对零件进行拉伸。

编者
2016年5月
拉深零件图
目录
前言
拉深零件图
一、端盖零件工艺分析 (1)
二、端盖零件拉深工艺方案 (2)
三、拉深工艺参数计算 (6)
四、拉深模具参数计算 (9)
五、拉深模结构分析和确定 (9)
六、拉深模具零部件设计 (14)
七、结束语 (22)
八、参考文献 (23)
（一）端盖零件工艺分析
一、拉深件的批量和材料
1、批量据客户提供的零件图纸知，该零件生产批量为大批量，根据拉深工艺特性可知，该零件适合拉深。

2、材料根据客户提供的零件图纸可知，该零件材料为08钢板，查阅《冲压工艺及模具——设计与实践》一书23页表3.2常用冲压材料的力学性能可知，该零件适合拉深。

二、拉深件的结构与尺寸
1、根据客户提供的零件图纸可知，该零件的形状规则、简单，对称，因此该零件适合拉深。

2、根据客户提供的零件图纸可知，该零件的形状规则、简单，没有异常复杂及非对称形状，不需设计成对称（组合）的拉深件，因此该零件适合拉深。

3、考虑到拉深工艺的变形规律，拉深件一般存在上下壁厚不相等的现象，通常拉深件允许的壁厚变化范围为0.6t~1.2t。

根据客户提供的零件图纸可知，该零件没有特殊标注。

因此，零件允许壁厚变化，该零件适合拉深。

4、采用拉深工艺成形时，底部圆角半径R pg≥t，为使拉深能顺利进行，一般取R pg≥（3~5）t。

当R pg＜1时，应增加整形工序，每整形一次R pg可减小1/2。

由客户提供的托板零件图纸可知该零件的厚度为1㎜，底部圆角半径R pg=2。

因此，该零件适合冲压。

三、拉深件的精度
1、精度：查《冲压工艺及模具——设计与实践》一书184页可知，拉深件的精度等级主要指其横断面的尺寸精度，一般在IT13以下，高于IT13级的应增加整形工序。

根据《冲压工艺及模具——设计与实践》一书161页可知拉深件采用经济级可达IT15级，精密级可达IT13级，因此该零件适合拉深。

（二）端盖零件拉深
工艺方案
一、拉深工艺类型
根据客户提供的端盖零件图纸分析可知，该零件外轮廓采取冲裁落料方式，直角弯曲采用拉深成型，因此工艺类型有落料和拉深两道工序。

二、拉深次数与顺序
根据客户提供的图纸可知此零件的结构简单、对称，而且对质量、精度都要求不高，易于成型加工。

则选择方案有以下几种：
方案一、采用单工序模先落料后拉深，再切边
方案二、采用复合模先落料后拉深，再切边
方案三、采用级进模先落料后拉深，再切边
三、工序的组合方式
其主要从三个方案体现，每个方案都能体现不同的特点：
方案一、采用单工序模先落料后拉深，再切边
优点：1）模具设计和制造比较简单；
2）模具操作比较安全；
3）模具制造周期短；
4）模具寿命长。

5）拉深是属于单件生产，因此单工序模适合拉深。

6）适合小批量生产，难以满足大批量的生产要求；但此次为简单的落料冲裁，因此，适合冲裁加工。

缺点：1）落料后，难以再放置和定位。

2）仅适合小批量生产，难以满足大批量的生产要求；
3）需要两副模具，模具制造工作量和成本高；
4）生产的产品质量不是很高，二次定位，容易产生误差累积，因此
想要改善就需提高模具精度及操作人员的操作技术；
5）生产效率低，要想提高效率就需投入更多的成本，难以满足大批量的生产要求；
6）对设备的要求较高，必须两台设备进行运作，工人增加，人力成本将提高；
7）模具使用时占地面积大，对工作场地要求较大；
8）设备的维修、耗电等费用将提高；
分析可知，方案一是单工序模，但只是简单的落料和拉深，也能满足生产需求，因此方案一适用。

方案二、采用复合模先落料后拉深，再切边
优点：1）复合模适合大批量生产，根据客户提供零件图纸可知，此零件为大批量，适合复合工序；
2）复合模生产的产品质量较高，精度可达IT9—IT8级，满足要求；
3）拉深工件料厚t在0.05—3㎜之间，而根据客户提供的图纸可知料厚为1㎜，满足要求，适合冲压；
4）根据客户提供的图纸可知此零件的形状简单，结构对称，模具设计和制造都比较简单；
5）对料宽要求不严格，而且送料进距的偏差不影响冲压精度，甚至可用边角余料冲压；
6）工件平面度、同轴度、对称度、位置度偏差较小；
7）由于一次性冲压得到产品，生产效率高；
8）只要求一台设备，既节约成本，又省了空间，更具合理性；
9）节约了维修、耗电、人力成本等费用。

缺点：1）模具设计与制造较复杂；
2）在相同拉深工件且生产条件相同的条件下，复合模的刃磨寿命和使用寿命都低于连续模；
3）出件和清除废料要用手工或工具，而且在模具工作区内进行，操作安全性差；
4）复合模不适合高速冲压；
5）调校与试模相对来说比较复杂。

分析可知，方案二能满足拉深条件，但先落料后再拉深，模具结构会更复杂，定位困难，质量不高，因此也不适用。

方案三、采用级进模先落料后拉深，再切边
优点：1）级进模适合大批量生产；
2）拉深厚度在0.6—6mm，满足生产需求；
3）操作安全性好；
4）可采用高生产率高速冲压机，生产效率高；
5）在相同拉深工件且生产条件相同的条件下，级进模的刃磨寿命和使用寿命都高于复合模；
6）工件和废料自动出模，送料也在模具工作区之外，操作安全。

缺点：1）查《冲压工艺及模具—设计与实践》书P62页表4.1和P110页表4.33可知，级进模冲压件质量不高，精度为IT13—IT10级；
2）对条料宽度要求严格；
3）模具设计与制造难度大，调校与试模要求技术高，难度大。

4）送料进距的偏差影响拉深精度，需用送料定位系统从严控制；
5）连续模制造与修理要求高，难度大。

分析可知，方案三模具设计与制造难度大，调校与试模要求技术高，难以保证顺利设计、制造与生产，所以也不适用。

综上所述，方案一单工序模，只适合小批量生产，但只是简单的落料和拉深，也能满足生产需求，因此方案一适用。

方案二能满足冲压条件，但先落料后再拉深，模具结构会更复杂，定位困难，质量不高，因此也不适用。

方案三模具设计与制造难度大，调校与试模要求技术高，难以保证顺利设计、制造与生产，所以也不适用。

（三）拉深工艺参数计算
一、旋转体拉深件毛坯尺寸计算
1、查《冲压工艺及模具—设计与实践》一书P188页表6.4可知常用旋转体拉深件毛坯直径计算公式为：
D=√d2+4dh
根据端盖冲压拉深件图的可知d=110-1=109；h=20-0.5=19.5
即D=√1092+4×109×19.5≈143㎜
此外，由于板料的方向性、材质的不均匀性和凸、凹模之间间隙的不均匀性等原因，拉深后的工件顶端一般都不平齐，通常需要修边，即将不平齐部分切去。

因此，在计算毛坯尺寸后需要在拉深件边缘（无凸缘拉深件为高度方向）上加一段余量δ的数值。

查《冲压工艺及模具—设计与实践》一书P185页表6.1可得本拉深件的修边余量δ=1.2㎜，最后D=143+1.2=144.2mm；
2、拉深极限、拉深次数的确定
在制定拉深工艺和设计拉深模时，必须预先确定该零件是一次拉深成型还是分多次拉深成型。

即拉深系数
m=d/D
式中d——零件的直径；
D——该零件的毛坯直径；
则m=d/D=110/144.2=0.7628
三、模具压力中心确定
根据客户提供的零件图可知，该零件结构简单，形状规则、对称，则该件的几何中心就是压力中心，即在零件的重心上，即圆心处。

四、冲压中的压料力计算及压料装置确定
1、压料力的计算
压料力的选择要适当，压料力过大，工件会被拉断；压料力过小，工件凸缘会起皱。

压料力的计算公式如下所示：
F Q=(π/4)[D2-（d1 +2 r d）2]p
D——平板毛坯直径，㎜;
d1——拉深直径，㎜;
r d——拉深凹模圆角半径，㎜;
p——单位压料力，MPa，查《冲压工艺及模具—设计与实践》P200页表
6.14可得p=2.5MPa；
即拉深件压料力FQ=(π/4)[1452-（110+2×2）2]2.5=15302.8685N=15.303KN
2、压料装置的确定
首次拉深模一般采用平面压料装置。

在单动压力机上进行拉深，其压料力靠弹性元件产生，称为弹性压料装置，常用的弹性压料装置有橡皮垫、弹簧垫和气垫3种。

在双动压力机上进行拉深，将压边圈装在外滑块上，利用外滑块压料，外滑块通常有4个加力点，可调整作用于板材周边的压料力，这种装置被称为刚性压料装置其特点是在拉深过程中，压料力保持不变，故拉深效果好，模具结构也简单。

五、冲压力计算和拉深设备确定
1、拉深力的计算
在实际生产中，拉深力常用经验公式进行计算。

通常采用的经验公式如下：采用压边圈时首次拉深
F= K1πd1 tσb
F——拉深力；
K1——修正系数，查《冲压工艺及模具—设计与实践》P203页表6.16 可得K1=0.5；
t——板料厚度，本拉深件t=1mm；
d1——第一次拉深后的工序件直径；
σb——拉深材料的抗拉强度，MPa，查《冲压工艺及模具—设计与实践》P23页表3.2取08钢的抗拉强度为280MPa；
即 F=0.5×π×110×1×280=48356 N=48.356 kN
2、拉深设备的确定
本拉深采用单动压力机，其公称压力应大于工艺总压力，工艺总压力为
F Z=F + F Q
式中 F Z——工艺总压力；
F ——拉深力；
F Q——压料力。

F Z=48.356+15.303=63.659kN
考虑到压力机的使用安全，选择压力机的吨位时，总工艺力F一般不超过压力机额定吨位的80%，查阅《冲压工艺及模具—设计与实践》书36页表3.14可得：
F机=63.659/0.8=79.57375KN。

在实际生产过程中可按下式来确定压力机的公称压力，本拉深属于浅拉深，则：F g≥（1.25～1.4）F Z
F g=1.3×79.57375=103.445875 kN
遵守宁大勿小原则选择设备，设备型号为JA41—160A闭式单动拉深压力机。

（四）拉深模具参数计算
一、模具凸、凹模圆角半径
1、凹模圆角半径r d的确定
凸、凹模圆角对拉深工作影响很大，尤其是凹模圆角半径。

在拉深过程中，坯料在凹模圆角部分滑动时产生较大的弯曲变形，而当进入筒壁后，又被重新拉直，或者在间隙内被校直。

首次（包括只有一次）拉深凹模圆角半径可计算为: r d=0.8√（D-d）t
式中
r d——首次拉深凹模圆角半径，mm；
D——毛坯直径，mm，D=144.2mm；
d——凹模内径，mm；取后面计算值的d=109.6mm；
t——材料厚度，mm，t=1mm；
所以 r d =0.8√（144.2-109.6）×1≈4.7mm；
符合凹模圆角半径一般r d≥2t=2的要求。

2、凸模圆角半径r p的确定
最后一次拉深时的凸模圆角半径r p即等于零件圆半径r，即r p=r=2mm。

二、拉深模间隙
拉深模凸、凹模之间的间隙对拉深力、零件质量、模具寿命等都有影响。

间隙小，则冲压件回弹小，精度高，但拉深力大，模具磨损大；间隙过小，会使冲压件严重变薄甚至破裂；间隙过大，坯料容易起皱，冲压件锥度大，毛坯口部的增厚得不到消除，精度差。

因此，根据毛坯厚度记公差、拉深过程毛坯的增厚情况、拉深次数、冲压件的形状记精度要求等，正确确定拉深模间隙。

有压边圈时的拉深模查《冲压工艺及模具—设计与实践》P205页表6.18的单边间隙Z/2=(1～1.1)t max。

为了提高模具的使用寿命选择系数1，即Z/2=t max =1mm。

三、凸、凹模工作部分尺寸及其公差
对于最后一道工序的拉深模，其凸、凹模尺寸应按零件的要求来确定。

当零件尺寸标注在外形时如图所示：
D d=（D max -0.75Δ）+δd0
D p=（D max -0.75Δ-Z）0−δp
式中
D d——凹模的基本尺寸，mm；
D p——凸模的基本尺寸，mm；
Δ——拉深件公差，mm；按未注公差IT13级执行，查《互换性与技术测量》P19页表2.3得公差数值为0.54mm，取Δ=0.54。

D max——拉深件外径的最大极限尺寸，mm；Dmax=110mm.
δd，δp——凹模、凸模的制造公差，mm；查《冲压工艺及模具—设计
与实践》P206页表6.19得δd=0.08mm，δp=0.05mm。

Z/2——拉深模单边间隙，mm。

Z/2=1mm。

则D d =110-0.75×0.54）+0.080=109.595+0.080mm；
D p =110-0.75×0.54-2）0−0.05=107.5950−0.05mm；
四、模具闭合高度计算
根据拉深力计算和冲裁设备的确定的分析，得出所选设备为：JA41—160A 闭式单动拉深压力机；查《冲压工艺及模具—设计与实践》36页表3.14可知JA23—160A的最大封闭高度为220㎜。

封闭高度调节量为60㎜，所以H max=220㎜，H min=220−60=160㎜,查《冲压工艺及模具—设计与实践》88页，正常条件下模具与压力机闭合高度的关系应满足如下条件；即
H max−5㎜≥H模≥H min+10㎜
所以模具闭合高度应满足215㎜≥H模≥170㎜，即模具闭合高度210㎜。

（五）拉深模结构分析和
确定
一、拉模结构分析
借鉴《冲压模具典型结构图例》杨占尧P220页筒形件拉深模模架，以及《冲压工艺及模具—设计与实践》207页图6.28正装拉深模，加以改变，画出装配图如后图所示。

二、工作原理
模具是正装拉深模。

模具工作原理为：放入冲裁好的毛坯，利用定位板4定位→上模下行，压边圈6压住毛坯→凸模8继续下行和凹模2拉深毛坯两端的折弯→上模继续下行，凸模8进入凹模中，拉深定型，最后从模具底部落出→上模上行，上下模分开，完成一次拉深，重复以上步骤，实现端盖拉深定型生产。

端盖拉深模具总装配图如下：
（六）拉深模具零部件设计
一、工作零件
1、凸模
查阅《冲压工艺及模具—设计与实践》122页，凸模采用圆形凸模，固定方式采用台肩固定，将凸模压入固定板内，采用H7/m6配合。

凸模长度尺寸应根据模具的具体结构，并考虑修磨，固定板与定位板之间的安全距离，需要装配来确定。

凸模长度计算公式如下：
L=h1+h2+h+t
式中L——凸模长度，㎜；
h1——凸模固定板厚度，㎜；
h2——卸料板厚度，㎜；
t——材料厚度，㎜；
h——增加长度，㎜；包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5~1mm）板与卸料板之间的安全距离等，一般取10~20㎜；
查阅《冲压工艺及模具—设计与实践》27表3.6可知，当冲裁料厚t≤3㎜,形状简单的凸模、凹模和凸凹模，材料可选用T10A，热处理硬度为58−62HRC，凸模结构如下图：
2、凹模
查阅《冲压工艺及模具—设计与实践》126页可知，凹模外形尺寸的经验公式如下：
凹模厚度H=kb(H≥15㎜)
式中b——凹模孔的最大宽度，㎜；
k——系数，㎜；
H——凹模厚度，㎜；
c——凹模壁度，㎜；
查阅冲压工艺及模具—设计与实践》126页表4.37可知，k=0.28。

大凹模：c=(2~3)H(c≥㎜)
凹模结构如下图所示：
二、定位零件
1、定位板
定位板是对单个毛坯起定位作用的零件，以保证工件在前后工序中相对位置精度，或保证工件内孔与外缘的位置精度。

查《冲压工艺及模具—设计与实践》131页表4.39可知，定位板可采用45钢，热处理硬度为43~48HRC。

结构如下图：
三、压料、卸料及出件零件
1、压边圈
查阅《冲压工艺及模具—设计与实践》201页可知，压边圈采用弹性压料板，弹性卸料板厚度一般取5~20㎜，与凸模的单边间隙取0.2~0.5㎜；根据卸料力大小而定，查《冲压工艺及模具—设计与实践》28页表3.7可知，压边圈采用Q235钢，其结构如下：
四、固定零件
1、上下模座
查《冲模结构图册》5页表2-1可知，模架采用后侧导柱模架，《冲压工艺及模具—设计与实践》28页图3.7可知，材料采用HT200，其结构如下图：
2、模柄
大型模具通常是用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。

中小型模具一般是通过模柄把上模固定在压力机滑块上，查《冲压工艺及模具—设计与实践》模柄选择凸缘式模柄，根据《冲压工艺及模具—设计与实践》28页，其材料采用45钢，热处理硬度为43−48HRC，结构如下图：
3、凸模固定板
查阅《冲压工艺及模具—设计与实践》139页可知，凸、凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等零件的固定，固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本一致，厚度取（0.6~0.8）H凹，材料选用45钢，固定板与凹凸模为过渡配合（H7/n6），压装后将凸模端面与固定板一起磨平。

结构如下图：
五、紧固件及其他零件的设计和选用
1、螺钉采用的是内六角螺钉，销钉采用圆柱销，查《中国模具设计大典》选用，内六角螺钉采用GB/T70.1-2000 M12×55(数量2个)，GB/T5782-2000 M12×40(数量4个)，定位螺钉采用GB/T27-1988 M12×35(数量4个)，销钉采用GB/T119.1-2000 GB/T119.1-2000 m12×60(数量2个)，m12×55(数量2个)。

2、根据模具的设计要求选用正装拉深模架，导柱、导套可选材料为20Cr钢，热处理硬度为58~62HRC。

结束语
光阴似箭，日月如梭。

转眼间，这学期已经过去了，回想一下，拉深模具设计让我度过了一个美好而充实的学期，在学习中同时也遇到了许许多多困难，能完成这一切我非常感谢洪老师，同时，我也感谢同学们给予我的帮助与支持，在这里对大家说声谢谢。

在洪老师的悉心教导下，我们对拉深工艺有了更深的了解，从一窍不通到逐渐深入；从一个端盖零件到整个拉深模具的设计；从洪老师一步步指导到自己独立思考；我们收获颇多，这一切都非常感谢洪老师。

洪老师以其严谨求实的治学态度，高度的敬业精神，兢兢业业的工作作风和对学生一丝不苟的工作精神给我留下了深刻的影响。

此次设计中，我们学到了许多关于模具设计方面的知识。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学们表示衷心的感谢。

参考文献
【1】主编洪奕《冲压工艺及模具—设计与实践》重庆大学出版社【2】主编王新华《冲模典型结构图册》机械工业出版社
【3】主编杨占尧《冲压模具图册》高等教育出版社
【4】主编柏洪武《机械制图》机械工业出版社
【5】主编屈波《互换性与技术测量》西安电子科技大学出版社【6】主编夏巨谌李志刚《中国模具设计大典》电子书。