冷冲压模具设计(反拉深)

目 录

1 前言………………………………………………………………‥3

1.1 题目的由来……………………………………………………‥3 1.2 具体的题目及零件工艺分析…………………………………‥3

2 冲压工艺方案……………………………………………………3

2.1 修边余量的确定…………………………………………………3 2.2 坯料直径的计算…………………………………………………4 2.3 拉深系数的计算…………………………………………………4 2.4 拉深次数的计算…………………………………………………4 2.5 冲压工艺设计及工艺方案确定（工序冲件图绘制）…………4

3 冲压模具设计……………………………………………………5

3.1 落料模、拉深模的设计或落料拉深复合模的设计……………5 3.2 冲压力的计算……………………………………………………7 3.3 冲压设备的选定…………………………………………………8 3.4 模柄尺寸及其它相关尺寸确定…………………………………8 3.5 强度校核………………………………………………………‥9 3.6模具材料与热处理………………………………………………9

4 模具关键零件加工工艺编制…………………………………‥16

4.1 凸模加工工艺编制………………………………………………16 4.2 凹模加工工艺编制………………………………………………16 4.3 凸凹模加工工艺编制……………………………………………17

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冲压成型技术

5 结束语……………………………………………………………‥17

前言

1.1 题目的由来

在教育主管部门的关怀下，在院系领导的关心、关注下，在《冲压成型技术》课程实践考核方案获得通过之后，由专业老师出题，进行与冲压、模具、加工有关的综合设计，重点考核综合运用冲压知识、工序与工序衔接复合、拉深曲线拟合(或正拉深与反拉深的应用)、在掌握模具制造工艺基础上正确利用合理模具结构解决冲压件成形问题能力。

1.2 具体的题目及零件工艺性分析

1对以下冲压件（材料08FAl,厚度1mm）进行冲压工艺设计、模具设计，对关键模具零件进行加工工艺编制，按要求绘制模具装配图、关键模具零件的零件图，编写设计计算说明书，正确回答有关提问。

将以上长度方向尺寸各加上1mm

图1.1 冲压件

2、材料及强度、刚度。

该零件的材料为硬度t=1.5的08FAL钢，具有优良的冲压性能。随着冲压后零件强度和刚度的增加，都有助于使产品保证足够的强度和刚度。

3、根据产品的技术要求，分析其冲压工艺性：从零件的结构特性以及冲压变形特点来看，该零件属于无带凸缘的旋转圆筒件，且相对高度h/d都比较合适，没有厚度不变的要求，且外圆半径r=8mm>t,r=5>t,满足拉深工艺对形状和圆角半径的要示，且零件尺寸精度要求不高，拉深工艺性较好。

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冲压成型技术

2 冲压工艺方案

2.1 修边余量的确定

由于工件拉深后口部不平，通常拉深后便切边，因此在毛坯尺寸上相应在工件高度上增加修边余量Δh,修边余量可根据相对高度查表求得，由于该零件图比较复杂，所以首先根据冲压件，将冲压件分为5段，如图

求得其面积A＝A1+A2+A3+A4+A5

＝22*3.14*115+2*3.14*50*8*3.14 +20*3.14*8*3.14+2*3.14*34*8*3.14+

50*504*50*71.72*5*500.56*25 ≈25762mm2 求得h1=73mm

所以相对高度h1/d=73/114≈0.63 查表得△h=3mm

2.2 坯料直径的计算

求得总坯料面积A坯=A+△hπ(d/2)2≈26835mm2 所以坯料直径D≈185mm

2.3 拉深系数的计算

根据零件图所示，求出每次拉深的拉深系数 m=d1/D=114/185≈0.616 m2=d2/D1=82/114≈0.719 m3=d3/D2=50/82≈0.61

2.4 拉深次数的计算

查表可知，每次工序的拉深系数都比各自极限拉深系数大，所以每次工序拉深次数都为1.

2.5 冲压工艺设计及工艺方案确定（工序冲件图绘制）

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冲压成型技术

对于零件比较复杂、冲压加工流程较长因而需要采用较多工序时，往往不容易很直观地就确定出具体的冲压工艺方案，此时通常采用以下方法：先确定出工件所需要的基本工序；然后将基本工序按照冲压的先后顺序进行适当的集中与分散，确定各工序的具体内容，组合排列出可能的不同的工艺方案，再结合各种因素，分析比较，找出最适合生产规模和适应现场具体生产条件的工工艺方案。

⑴基本工序：

根据上面拉深次数分析和零件的具体结构，该零件所需的基本工序：落料、第一次拉深，第二次反拉深，第三次反拉深。

⑵冲压方案

根据零件加工所需要的基本工序，将各工序予以适当的组合，可以有下五种冲压方案。

方案一：落料与第一次拉深复合，其余各工序按照单工序进行。如下图所示：

方案一冲压流程图

方案二：落料与第一次拉深复合，其次两次反拉深也复合。如下图所示：

方案二冲压流程图

⑶方案比较

方案二第一次反拉深和第二次反拉深复合在一起，节省了一副模具，使模具的制造时间缩短，成本稍微降低，但由于材料本身较薄，容易拉裂，所以不宜采用。方案二采用了三副模具，除了落料拉深工序外，均使用了单工序简单模具，存在工序组合少，生产效率低的特点。但不容易使材料拉裂，所以决定采用方案一。最后再进行切边，得到所需模具。

3 冲压模具设计

3.1 落料模、拉深模（或反拉深模）的设计或落料拉深复合模的

设计

1、模具类型的选择

根据确定的方案，选用三副模具：第一副，落料拉深模；第二副，第一次反拉深模；第三副，第二次反拉深模。

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2、定位方式的选择

第一副模具采用挡料销形式定位，第二副和第三副模具都采用压边圈定位。 3、卸料，出件方式的选择

第一副模具采用卸料板进行卸料，推件块对工序件推出。 第二副和第三副模具利用压边圈对零件进行卸出。 4、导向方式的选择

采用中间导柱导向模架，便于安全操作。

1、落料拉深模的设计

⑴零件排样

由于毛坯直径为

185mm,考虑到操作的安全与方便，采用单排的方式，

如下图所示，为零件的排样图。

其中搭边值查表选取a=2mm,a1=1.5mm 进距L＝D+a1=185+1.5=186.5mm 条料宽度b=D+2*a=185+2*2=189mm. ⑵条料尺寸

根据零件图和板料规格选用板料为1.0*190*950mm.

8*3.14*(185/2) 其利用率η=

190*9502

⑶各工作零件尺寸

查表得其制造公差δ凸＝-0.012mm,δ凹＝0.017mm 落料凹模刃口尺寸D凹＝186000.017mm

落料凸模刃口尺寸D凸＝1850.012mm 拉深凸模刃口尺寸D凸1＝1140.012mm

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拉深凹模刃口尺寸D凹1＝1160

拉深凸模的高度H1＝115mm 凸凹模的高度H2＝150mm 落料凹模高度H3＝105mm 2 第一次反拉深

0.017mm

拉深凸模刃口尺寸D凸2＝820.012 拉深凸凹模内缘刃口尺寸D2凹＝8400.0170

拉深凸凹模外缘刃口尺寸D凸3＝1140.012 拉深凸凹模高度H2＝100.50.012 拉深凸模H3＝1160.012 3第二次反拉深

拉深凸模刃口尺寸D凸4＝500.012 拉深凸凹模内缘刃口尺寸D凹3＝520

拉深凸凹模外缘刃口尺寸D凸5＝820.012 拉深凸凹模高度H4＝610.012 拉深凸模H5＝760.012

000.0170000

3.2 冲压力的计算

1、落料拉深工序的冲压力;

落料力F落＝ltσb=1.3*2*3.14*185*353≈54KN 拉深力F拉=πtσbk1=3.14*114*1*54*0.86≈17KN 卸料力F卸=k卸F冲=0.04*54=2.16KN 推件力F推=k推F拉＝0.055*17=0.935KN

压边力F压＝（π/4）*[D2-(d1+2r凹)2]q≈3KN

冲压力F1=F冲+F拉+F卸+F推+F压 =54+17+2.16+0.935+3 =77.095KN 2 第一次反拉深：

拉深力F拉1＝πd1tσbk1=3.14*82*1*0.55*353≈50KN 压边力F压1＝（π/4）*[d1-(d2+2r凹)2]q≈0.72KN 冲压力F2＝F拉1+F压1=50+0.72=50.72KN

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3 第二次反拉深：

拉深力F拉2＝πd2tσbk2=3.14*50*1*0.55*353≈30.48KN 压边力F压2＝（π/4）*[d2-(d3+2r凹)2]q≈0.49KN 冲压力F3＝F拉2+F压2=30.48+0.49=30.97KN

3.3 冲压设备的选定

冲压设备的选用原则： ⑴对许用负荷图的再认识， ⑵曲柄压力机的能耗分配， ⑶冲压力的计算 ⑷压力机类型的选择 ⑸初选设备

⑸设备做功校核 ⑹装模高度校核 ⑺滑块行程校核

⑻模具安装空间尺寸

主要根据冲压力和模具的装模高度来选择设备，选J31——16的压力机

3.4 模柄尺寸及其它相关尺寸确定

1模具闭高度

第一副模具的闭合高度：H＝263,前面选取模架的闭合高度为240-285,模具的闭合高度满足Hmax-5≥H模≥Hmin+10,因此模具的闭合高度合适。 第二副和第三副模具的闭合高度：H1＝220

，前面选取的模架的闭合高度均为215-250，也能满足要求，因此模具的闭合高度也合适。

2其他模具结构零件

根据凹模零件尺寸，结合各模具的特点，查表确定其他模具结构零件 第一副模具 序号 名称 长*宽*厚 1 上垫板 315*210*8 2 凸凹模固定板 315*210*20 3 卸料板 315*210*10 4 凸模固定板 315*210*14 5 下垫板 315*210*8 第二副模具 序号 名称 直径 1 凸模固定板 315 2 3 第7页

压边圈 推件板 315 80 冲压成型技术

第三副模具 序号 1 2 3 名称 凸模固定板 压边圈 推件板 直径 250 250 49 3.5 强度校核

1凸模强度校核

在一般情况下，凸模的强度是足够的，无需进行强度核算。在这几副模具中，凸模的危险断面尺寸和自由长度都能够满足强度要求，以防止凸模纵向失稳和折断。

2凹模强度校核

校核凹模强度的目的主要是检查其厚度H，因为凹模下面的模板或垫板上的孔口较凹模孔口大，使凹模工作时受弯曲，若凹模厚度不够便会产生弯曲变形以至损坏。

b/aσ弯=3F/H2*（）＝σ弯]

1b2/a2b/aHmin=3F/[σ弯]()

1b2/a23凸 凹模强度的校核

凸凹模存在复合模中，是复合模的工作零件。凸凹模工作面的内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。因此从强度方法考虑，其壁厚应受最小值限制。查表可知，以上三副模具的最小壁厚均大于最小极限值，所以满足强度要求。

3.6 模具材料与热处理

1、材料选择：

选用材料时，应遵循的基本原则是：要满足模具的使用性能要求，同时兼顾材料的工艺性和经济性。 由于该零件材质较软，且形状，尺寸，厚度等各种因素对模具寿命影响较大，要求模具材料的强度和刚度较高，要有很高的耐磨性。同时还要有一定的韧性和较好的切削加工性，并要求热处理时模具变形小。所以模具的主要工作零件选G12MoV。为了节省模具成本，并要求一定的寿命，其他结构零件则选用45钢。 2、热处理：

G12MoV属于莱氏体钢，铸态时存在鱼骨状共晶碳化物，因为轧制或锻造存在方向性，加工后碳化物分布不均匀，会给热处理带来变形、开裂缺陷。碳化物越不均匀，抗弯强度越低，并产生各向异性。所以对原材料进行改锻，降低碳化物的不均匀性是提高G12MoV模具质量的一个重要途径。

消除应力，降低硬度，进行退火处理。退火冷却速度应小于或等于30℃

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/h,冷却到550℃以下可以出炉空冷。

其次进行淬火处理，采用贝氏体等温淬火处理。由于该材料具有很高的稳定性，淬火时一般采用油冷

最后，为了完全消除应力和稳定工件尺寸，进行回火处理。

3.7 装配图绘制

1落料拉深复合模

如下图所示为正装复合模，凸凹模装在上模，落料凹模和拉深凸模装在下模。工作时，条料靠导料销和挡料销定位。上模下压后，凸凹模外形和凹模进行落料，落下的料卡在凹模中，同时拉深凸模与凸凹模内孔进行拉深。卡在凸凹模的拉深件由推件装置推出，当上模上行时，原来在冲裁时被压缩后的弹性元件恢复，使卡在凸凹模外的废料卸下。

1上模座板，2 垫板，3卸料导套4导柱5卸料螺钉6顶柱 7导料销 8推件板9 19 25弹簧10拉深凸模固定模11 21螺钉 12下模座板13推件螺钉14垫板15凸模16凹模17卸料板 18凸凹模20凸凹模固定板21螺栓22销钉 23止转销24模柄 2 第一次反拉深模

下图为第一次反拉深。凸模装在下模，首先把拉深工序件放在压边圈上，由于放工序件的压边圈的位置与工序件形状相适应，所以安放工序件安全方便，且定位可靠。模具下行时，凸凹模和压边圈压住工序件，而拉深凸模向上拉深。此时，随着模具的下行，工序件的金属将随着流动，其高度也相应地减少。模具上行时，工序件会包紧在凸模上，由于压边圈下弹簧将恢复原状，提供一定的力将工序件

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从拉深凸模顶出。

1 模柄 2上模座板 3导套 4凹模 5推杆 6推件块

7压边圈8卸料杆9下模座板10凸模固定板11弹簧12凸模

3第二次反拉深

下图为第三次反拉深的模具。其结构和原理与第二副反拉深的模具相似。为了能够很好地安放工序件，使工序件定位准确，将工序件倒放在与其压边圈相适应的位置，这样能使工序件在拉深过后不发生偏移。模具下行时，随着金属流动，拉深成最终所需要的冲压工件，模具上行时，压边圈又起到卸件的作用，将最后所形成的零件卸下来。

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1模柄 2上模座板 3导套 4导柱 5下模座板 6卸料杆7凸模固定板 8弹簧 9压边圈 10凸模 11推件块12推件块13打杆14螺母 15螺栓 16橡胶 17圆板

3.8 关键模具零件的零件图绘制

1第一副落料拉深模

凸凹模的零件图如下所示：

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凹模的零件图

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凸模的零件图

\\

2、第一次反拉深模 凹模的零件图

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、

凸模的零件图

3、第二次反拉深模

凹模的零件图如下图所示

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拉深凸模的零件图如下所示

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4 模具关键零件加工工艺编制

4.1 凸模加工工艺编制

凸凹模加工工艺过程 工序号 1 2 3 4 5 6 6 7 8 工序名称 备料 热处理 车 车 钻孔 镗孔 热处理 钳工 磨外圆 工序内容 将毛坯锻 118*124 mm圆料 退火 车两端面，保持长度117 mm mm,钻中心孔 设备 车床 钻床 镗床 车床 外圆磨床 车外圆、圆角、切槽、mm留单面磨量0.2~0.3 车床 钻 淬火、回火、保证58.~62HRC 研中心孔 磨 1130mm孔，去毛刺 0.01212000mm及其端面到尺寸，磨 mm0.012留研磨量 0.01mm，并保轴度公差要求。 9 10 11 平磨 钳工 检验 磨113mm尺寸的端面 0.0120平面磨床 车床 研磨 113mm达要求，抛光R 2 的圆角 0.012

4.2 凹模加工工艺编制

落料凹模加工工艺过程 工序号 工序名称 工序内容 设备 第16页

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备料 热处理 车 将毛坯锻 272*210 mm圆料 退火 车外圆、圆角、端面、内孔、倒角， mm留单面磨量0.2~0.3 1850.0170 车床 钳工 钻孔 热处理 磨平面 磨内孔 钳工 检验 划线 钻攻3~ 10mm,钻铰2~ 10mm,去毛刺， 淬火、回火、保证58.~62HRC 磨上下平面见光，保证平行度公差要求 磨 钻床 平面磨床 内圆磨床 车床 1850.0170 mm内孔，留研磨量0.8mm mm达要求，抛光R 2的圆角 研磨 1850.0170

4.3 凸凹模加工工艺编制

拉深凸模加工工艺过程 工序号 1 2 3 4 5 工序名称 备料 热处理 车 车 钻孔 工序内容 将毛坯锻200*210mm圆料 退火 车两端面，保持长度88mm,钻中心孔 车外圆、圆角、切槽、mm轴向通气孔(深60mm),留单面磨量0.2~0.3 钻设备 车床 车床 钻床 1150.0170mm孔，径向通气孔(深11mm)去毛刺 6 7 8 热处理 钳工 磨外圆 淬火、回火、保证58.~62HRC 研中心孔 磨 车床 mm及其端面到尺寸，并保轴度外圆磨床 1151150.0170公差要求。 9 10 11

平磨 钳工 检验 磨0.0170mm尺寸的端面 mm达要求，抛光R 的圆角 平面磨床 车床 研磨 1150.0170

5 结束语

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冲压成型技术

在XXX老师的深入指导下，我们以资料《冷冲模具设计与制造》、《冲压成型技术》、《模具制造工艺学》、《冲压模具设计手册》做为参考。我们四人一组完成了老师指定冲压件的冲压模具设计。在此，我们衷心地感谢XXX的深入指导，感谢该设计小组人员的合作与支持。主要设计人员：XXX。完成设计时间：2011/4/3

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