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1、西南大学本科毕业论文 (设计)压紧弹簧座冷冲压工艺与模具设计杨世恩西南大学工程技术学院，重庆 400716摘要：在此次设计中分析了压紧弹簧座冲压件的结构及工艺性。详细介绍了圆筒形拉深件的毛坯展开尺寸的计算方法及工序计算，通过对零件的工艺分析，改进了工艺方案，确定了合理的冲压工艺方案。为了减少模具的投入取得良好效果，设计了落料-拉伸、冲孔-整形两套复合模具，用一套复合模来完成落料拉深工序，用另一套复合模来完成拉深兼整形工序；并介绍了冲压各工序模具的结构特点及工作过程，并对模具主要零件的设计制造作了介绍；对落料拉深模具结构的设计、模具关键参数的选取以及模具工作过程作了阐述；该模具结构合理、可靠、工
2、作稳定，能保证产品质量，对相同类型零件的模具设计具有参考作用。关键词：冲压工艺；模具设计；弹簧座；中批Technological analysis of the Compress spring Block and design of the dieYang ShienCollege of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400716, ChinaAbstract: The structure and the technological process of the compress spring block
3、 were analyzed .The calculation of the performs cylinder-shaped draw blacking and the process were introduced in the design .By the technology analysis of the parts; the paper improves the technical scheme. Appropriate stamping process plan was determined through the analysis of forming process of c
4、ompress spring block parts. Over the punching process analysis to parts, two compound dies are designed, a set of procedures of compound die to complete blanking and drawing are used. Another compound die is to complete drawing and sizing. The structure and working process of die on each operation w
5、ere introduced. As well as, the main parts design and manufacture of die are stated.Key Words: Hurtle to press the craft; the molding tool design; spring block; Medium batch文献综述近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产中的广泛应用上，更重要的是人们对冲压技术认识与掌握的程度有了质的飞跃。在20世纪50年代，冲压技术还处于主要依靠从实践中总结出来的冲压工艺方法和工艺参数，能够制造出具有典型特
6、征与规则形状的冲压件。但是对所应用的冲压成形方法的变形机理和冲压成形的规律并不十分了解，缺少必要的理论基础知识作为实际工作的指导。到20世纪末，冲压技术有了很大的进步，人们已经对经常用的各种工艺方法的成形机理有了基本的了解，也总结出一些可以作为冲压成形理论内容的冲压变形规律，可以在对冲压成形机理深入了解的基础上，开发更为先进的冲压工艺方法和改进冲压工艺过程。冲压工艺在机电产品制造行业中应用广泛，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在制造行业中占有重要地位。冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。提高冲模技术水平有利于获得优
7、质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。1、冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成形工程技术1。与机加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论是在技术方面还是在经济方面都具有许多优点。主要表现在：（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机
8、的行程次数为每分钟几十次，高速压力机每分钟可达数百次甚至数千次以上，而且每次冲程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的指针，大到汽车纵粱、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压件的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑生成，材料的消耗较少，且不需要其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加
9、工成形，且模具制造精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲压在现代工业中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压方法加工产品零部件，如：汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用铸造、锻造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻，刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率、提高产品质量、降低生产成本、进行产品 更新换代等
10、都是难以实现的2。2、冲压成形的研究方法 冲压成形的研究工作，就是在正确而深入地了解冲压成形过程的基础上，认识冲压成形过程中的各种规律性的内容，并把它运用于解决冲压生产中出现的各种实际问题。目前在冲压成形方面开展的研究工作领域十分广泛，而采用的研究方法也各有特点。但是，从本质上可以把所有的冲压研究工作概括成以下几种类型。 图（a）中正中间双实线表示正规的规范化类型的理论研究工作。在这种理论研究工作中，把设备与模具的作用，根据变形金属多晶体的微观结构的实际情况，分解成作用力的微观成分，使其作用在金属的微观结构上，研究金属微观结构的变形行为，最终将这些微观的变形结果汇总成为板料毛坯的宏观变形。当然
11、这种理论研究方法是十分科学的，无可挑剔的。但是，由于当前的金属学与力学的发展还不能满足这样的需要 fig.(a) analysis of stamping forming method所以这种规范性很强的理论研究工作还处于理想和期望的状态，在实践中是不存在的。由于规范化的纯理论研究方法遇到了不可克服的困难，于是在冲压成形的研究领域里出现了经过某种简化了的理论研究工作。这种理论研究工作的特点，在图（a）中用单实线表示，它是当前理论研究方法的主流。这种理论研究方法，首先把金属材料简化成为理想的均匀固体，在进一步简化金属材料性能参数、边界条件、毛坯的几何参数的条件下，利用数学分析的方法研究冲压成形过
12、程，并用数学的方法描述冲压成形的各种规律性的内容。由于前述的各种简化的存在，必然使数学的运算和分析过程与真实的冲压变形过程有某种程度的偏离，所以这种研究结果也必然是近似的，不能完全真实地反映冲压变形过程。尤其是在较为复杂的冲压成形时，这种理论研究方法就显得不够有力了。近年来，由于有限元方法与计算机技术的发展，使这种理论研究工作有了很大的进展，即使在复杂形状冲压件成形中也显示出较好的应用前景。目前这种理论研究方法多用于某些较为具体的冲压变形的研究，可以期望这种研究方法在冲压成形基本规律的研究方面取得更多的成就。另一方面，由于这种理论工作中的简化与假设的存在，为了证明这种理论研究结果的可信程度，实
13、验验证工作是必需的。第三种冲压成形研究方法，如图（a）中点划线所表示。这种研究方法的特点是：无视冲压成形时毛坯金属在受力作用下产生变形的过程，而是仅仅把模具的结构与工作部分的几何参数、冲压设备的作用特点等初始成形条件，用表象因果关系相联系的方法，与成形结果直接联系起来，明确它们之间的关系与规律，用以处理冲压成形中的实际问题。可以说这是一种比较合理的经验方法，也是目前在冲压成形技术领域中应用较多的方法。虽然这种方法具有直观、简单实用、易为生产技术人员接受等优点。但是，由于它具有很强的局限性、而且也不能深入揭露真实的冲压变形过程，影响人们对冲压成形认识的深入，所以它不是冲压成形研究工作的根本方法，
14、不宜用这种方法深入地探索冲压成形中规律性的内容。第四种冲压成形的研究方法，如图（a）中的虚线所表示，它是应用力学与金属学的基础知识，对冲压成形中的各种问题进行分析、加工、与概括，明确冲压成形的基本特点与规律，用以处理和解决冲压生产中的实际问题。与其他的塑性加工方法相比，冲压成形具有十分显著的特点，板材的变形行为也具有其独特的规律，所以这种研究方法具有十分明确的针对性与目的，而且研究的结果可以直接应用于冲压成形方面实际问题的分析与处理，与易于为生产技术人员接受和在工作中灵活地运用。这种研究工作方法与冲压成形的实际情况的关系十分密切，所以对于冲压成形出现问题的分析与处理是十分有效的。虽然这种研究工
15、作的深度与广度还很不够，目前主要用于对冲压成形中各种问题的定性分析方面，不过随着这种研究方法的不断发展，它在与现代的力学方法相结合的基础上，可望有突破性的进展，促进冲压成形技术的进步3。3、冲压工艺与模具技术冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料够成冲压加工的三要素。冲压成形技术的关键是冲压工艺与模具技术。冲压工艺的合理与否决定了模具调试的难易程度及制造管理过程，因而直接影响模具制造成本和周期。模具的制造技术对
16、模具的制造成本和周期也有直接的影响。冲压工艺设计主要考虑防止零件在成形中出现拉裂和起皱等缺陷，也就是考虑在给定的材料性能的条件下，如何通过合理施加成形力顺利完成给定形状的成形。对拉延件来说，成型力的控制一方面靠调节压边力，另一方面靠布置不同特性参数的拉延筋。同时，改变板料毛胚尺寸和模具结构参数也能改变成形力的大小和分布。在总结现有工艺技术的基础上，专门对拉延件中常出现的起皱和拉裂缺陷提出了斜拉延筋工艺方案，使拉延筋不仅具备提供和控制材料流动阻力的功能，还有引导材料按期望方向流动的功能，从而有效地消除成形中可能出现的缺陷8。模具设计是根据指定的工艺方案设计出模具的具体结构形式并确定结构尺寸，使其
17、具有足够的强度和刚度来完成预定的成形操作。很显然，对应同一冲压工艺方案可有不同的模具结构和尺寸设计。如汽车车身冲压成形技术，基于汽车车身零件的独有特性，可以采用模块化设计的思想，首先将车身零件按其特征分类，再将同类型模具分成具有不同功能的模块，以便于独立设计制造，并实施并行工程技术。模块化设计技术在相应的数据库支持下可显著缩短新汽车产品的开发周期。模具制造通常采用消失模铸造制作毛胚，然后通过机加工加工型面和其他工作面，所占时间为模具设计制造周期的70%以上。为了大幅度减少这一环节所需时间，提出了基于模块化设计的组焊模制造工艺流程，并开发了成套的技术和装备，包括模具组件的快速制造和模具自动组焊技
18、术和装备。模具组件分为平面组件和曲面组件两类，其中平面组件由不同厚度的钢板经自动切割而成，而曲面组件则通过离散型面模技术热冲压成形而成。模具自动组焊装置可根据模具的结构特征，在示教后自动跟踪和控制焊缝。这套技术与装备不仅可直接显著减少模具制造时间，还可通过与并行工程匹配，进一步缩短模具设计制造的总周期。4、冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断发展进步和工业生产的下上迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。（1）冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重
19、视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的发展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外以开始用塑性变形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模周期10。研究推广能提高劳动生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种冲压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外
20、相继涌现出了精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺、及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。（2）冲模设计与制造方面冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计制造上，目前正朝着以下两方面发展：一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相适应的新型模具材料及其热表面处理技术，各种高效、精密、数控、自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也正在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种
21、简易及其制造技术也得到了迅速发展。模具材料及热处理与表面处理工艺对模具加工质量和寿命的影响很大，世界各主要工业过在此方面的研究取得了较大进展，开发了许多的新钢种，其硬度可达HRC5870，而变形只为普通工具钢的1/21/5。如火焰淬火可局部硬化，且无脱碳；我国研制的65Nb、LD和CD等新钢种，具有热加工性能好、热处理变形小、抗冲击性能佳等特点。与此同时，还发展了一些新的热处理和表面处理工艺，主要有气体软氮化、离子氮化、渗硼、表面涂镀、化学气相沉积（VCD）、物理气相沉积（PVD）、激光表面处理等。这些方法能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，使模具寿命大大延长。模具制造技术现代化是模具工
22、业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝线切削加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化，从而显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并形工程（CE）的模具CAD/CAE/C
23、AM技术正成为发展方向，它能实现制造和装配的设计、成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，还可对模具可制造性进行评价，使模具设计与制造一体化、智能话15。（3）冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械手乃至机器人的大量使用，使冲压生产率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且更新换代的周期大为缩短。
24、冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等设备已投入使用。特别是近几年来在国内外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统，自动上料与下料，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接，装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。（4）冲模标准化及专业化生产方面模具的标
25、准化及专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具有一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化商品化，从而降低模具成本，提高模具质量和缩短制造周期。目前。国外先进工业国家模具标准化生产程度已达到70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产效率大副度提高。模具制造厂专业化程度越来越高，分工越来越细，如目前有模架厂，顶杆厂，热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来
26、也有较大的进展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件种类也有扩展，精度也有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售，供货，服务等都还有待进一步提高19。5.结束语冲压成形技术的关键是冲压工艺与模具技术。冲压工艺的合理与否决定了模具调试的难易程度及制造管理过程，因而直接影响模具制造成本和周期。模具的制造技术对模具的制造成本和周期也有直接的影响。冲压工艺和模具技术是影响机电产品开发周期和成本的关键因素，是制造业的核心竞争技术之
27、一。尽管国内外已通过长期的实践积累了大量的经验，提炼了许多有用的知识，形成了较系统的设计制造规则和方法，但新技术的出现仍可能为冲压工艺和模具设计的重大变革带来机遇。1 引言毕业设计是我们大学期间的最后一个教学环节，是一个综合性的教学实践环节，是培养我们工程技术人员的主要教学环节，是对几年学习成果的综合性检验。通过这一环节培养我们综合运用所学知识解决问题的能力，提高我们开拓创新的能力。冷冲压工艺与模具设计是机制专业学生的比较对口课题，同时又是一个有深度和难度的课题，是综合性和实践性很强的课题。本次毕业设计选择在中批量生产条件下，完成压紧弹簧座的冲压加工。详细讨论了压紧弹簧座从毛坯到成品的冲压加工
28、工艺过程，制定了合理的加工工艺方案，并设计绘制了两个关键工序（落料拉深、拉深、冲孔、切边）的模具，其中包括模具凸、凹模、固定板等零部件的设计，模架、模柄的选用等等。2 零件分析（本设计计算所涉查表、图、公式均取自冲压手册）2.1 零件的生产纲领及生产类型弹簧座的生产纲领为5000件/年，生产类型为中批量生产，所以在制定工艺方案是应充分考虑大批量生产的特点，制定合适的冲压工序。选择合适的冲压设备，设计合理的模具结构，以便提高生产率，降低成本。2.2 零件的功用与经济性分析如图(1)所示的是加工零件压紧弹簧座，这类零件是带有法兰边的筒形件，其相对直径很小既，属于窄法兰边的拉深件且相对高度不太大，可
29、以按无法兰筒形件进行工艺的计算和拉深，即：首次拉深不留法兰，再次拉深是留出锥形法兰，最后工序把法兰压平修边得到如右图(2)所示。 图（1） 加工零件图 图（2）窄凸缘件 Fig. (1) Machining Parts Fig. (2) Narrow flange pieces 2.3 零件的工艺性分析该零件形状的基本特征是一般带窄凸缘的圆筒形件，且由于拉深的方法可以制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其他形状复杂的薄壁零件，可加工从轮廓尺寸几毫米、厚度仅0.2mm的小零件到轮廓尺寸达23m、厚度200300mm的大型零件。所以该零件主要成形方法是冲裁和拉深。该件采用材料08钢及2mm厚度保证
30、了足够的强度和刚度。弹簧座内腔主要配合尺寸mm、mm及mm为IT14级精度。根据零件的技术要求，进行冲压工艺分析，可以认为该零件形状属旋转件，是一般带凸缘圆筒件，都比较合适，拉深工艺性较好，只有圆角半径偏小，几个尺寸精度不高（均低于表4-1和4-3尺寸偏差）这可在末次拉深时选取较高的模具制造精度和较小的凸凹模模具间隙，并安排一次整形工序来达到。综上所述，该零件的年产量属于中批量，零件外形简单对称，材料为一般用钢，且该零件的形状、尺寸、精度、均符合冲压工艺性要求，故可以采用冲压方法加工。3 冲压工艺方案的分析与确定3.1 工序性质与数量的确定3.1.1计算工件的， 和总拉深系数相对凸缘直径 =4
31、6/36=1.28相对高度 =36/36=1相对厚度 2/88.78=2.25总拉深系数 36/85=0.4053.1.2确定修边余量 由表4-5，取3.1.3 求毛坯直径 (按中线尺寸计算 )根据工件相对凸缘直径，从表4-4查得修边余量。实际凸缘直径为：，从表4-7查得计算毛坯直径的公式为： (31)通过零件分析加工的零件厚度t1mm，即要用中线计算可知： 带入上式得：=3.1.4 确定是否用压边圈毛坯相对厚度 由上述求得的毛坯相对厚度为，由表4-21得0.49，由表4-80综合判断为过渡区域，再用公式判断是否用压边圈。如成立就不采用，反之就采用。左边=0.0235、右边=0.04590.0
32、867，由于左边右边，故要采用压边圈9。3.1.5 判断能否一次拉成由表查得第一次拉深的查表4-20，故一次拉不出来，而，属窄凸缘圆筒拉神件，又由查表法，当t/D100=2.35，h/d=37/36=1.02时，由表4-18查得拉深次数n=2，由表4-15查出，可先拉成筒性，而在以后的拉深中利用锥性压边圈形成凸缘13。因本工件较小、料薄，故采用逐渐减小筒部直径，增加筒部高度的多次拉深方法。3.2 冲压工艺方案的确定根据以上分析与计算，该零件的冲压加工需要以下基本工序：落料、首次拉深、二次拉深兼整形、冲的孔、切边。根据以上基本工序，可以定出以下四种冲压工艺方案。方案一：落料与首次拉深复合，次拉深
33、兼整形，冲孔，切边。方案二：落料与首次拉深复合，次拉深与冲孔兼整形与切边复合。方案三：落料、首次拉深与冲孔复合，次拉深与切边兼整形复合。方案四：采用带料连续拉深或在多工位自动压力机上冲压。从产品质量、生产率、模具制造和寿命、操作和安全、设备条件及经济效益等方面对上述诸方案进行综合分析比较后，可得出如下结论。方案二符合冲压成形规律，在2次拉深工序时冲孔与整形与切边复合，都存在凸凹模壁厚太薄的问题，模具制造比较复杂且容易损坏，故不宜采用。方案三中落料、首次拉深与冲孔复合，不仅存在刃口不在同一水平面的问题，而且第一次拉深中冲出的孔在第二次拉深时可能会变形，将会影响精度要求和口部质量，修磨后要保持相对
34、位置也有困难。方案四采用带料连续拉深或在多工位自动压力机冲压，将所有工序组合进行，可获得较高的生产率，不存在二、三、四方案的缺点。但该方案模具尺寸大、结构复杂、制造困难、周期长、成本高、调整修理麻烦，只适用于大量生产。方案一不存在其它各方案的缺点，但其工序组合程度较低，生产率稍低。不过各工序模具结构简单、制造修理方便，制造费用低。根据以上分析比较，决定采用方案一为本外壳零件的冲压工艺方案。4 主要工艺参数计算4.1确定排样与裁板方案根据已知条件拟用板料规格用钢板，因坯料直径不算太小，考虑到操作方便，采用条料单排，取搭边值为，则进距 88.78+0.5=89.28mm (41)条料宽度 88.7
35、8 (42)经计算，采用纵裁时，材料利用率为58.1%，采用横裁法时，材料利用率为46.5%。由此可见纵裁法有较高的材料利用率，且零件没有纤维方向的考虑，故决定采用纵裁法14。4.2 确定中间各工序件尺寸（按中线尺寸计算）4.2.1 首次拉深（1）首次拉深直径 0.5485.45=46.13mm（中线直径）使拉深凸缘部分不再受拉，第一次拉入凹模的材料应比工件相应部分的表面积多拉入，故坯料直径修正为：由经验公式计算凹模圆角的最小值为：而所以取mm。(2)第一次拉深高度为： (43)4.2.2 验算是否选得正确第一次拉深的相对高度,当，由表查得第一次允许的相对高度为：第一次实际。说明上述计算正确，
36、可选。根据图，用和 左右边查得的基本上是相等的为左右，同样证明选是正确的。4.2.3 二次拉深(1)二次拉深直径 0.7646.87=35.62mm（中线直径）取3mm，2mm（达到零件要求圆角半径），比推荐值稍小些，因此次拉深兼有整形作用，此值是可以达到的。（2）计算各次拉深高度设第二次多拉入凹模的材料为（其余的材料返回到凸缘上），这时的假想毛坯直径为： 4.2.4 调整拉深系数由于最后一次计算的拉深直径比工件小，所以要对查到的拉深系数进行调整，可按下式的比例放大k值： (44)取 即 4.2.5 以后各次拉深工序的圆角半径由公式 (45)取 即：最后一次拉深后达到零件的高度36 mm，上工
37、序多拉入的材料全部返回到凸缘，拉深工序到此结束18。中间工序件的尺寸均按零件尺寸而定，各工序的工序件形状及尺寸如下图所示： 落料与首次拉深复合 第二次拉深 冲孔 切边兼整形图3 各工序的工件形状及尺寸Fig.3 figure and dimension of the work pieces in apiece working procedure5 计算各工序冲压力选择冲压设备，设计冲模及其主要零部件5.1 工序一 落料与首次拉深复合，模具结构按附图（01）5.1.1 拉深力与压边力计算21（1）拉深力 拉深力根据公式 (51)由表4-85查得 ，则（2）落料力 落料力根据公式 (52)则（3）
38、卸料力 卸料力根据公式 (53)由表2-37查得，则（4）压边力 拉深力根据表4-81计算，由表4-82查得 p=2.5，则 (54)（5）冲压工艺总力 (55)171720.3+7727.4+9634.84=189028.52189kN（6）压力机公称压力 取 则5.1.2 模具工作部分尺寸的计算（1）凸凹模与凹模刃口尺寸的确定落料时，因落料件光面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为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在凹模基本尺寸
39、上减去最小合理间隙。凹模刃口尺寸 (56)凸模刃口尺寸 (57)、落料凸凹模、凹模刃口尺寸；落料件外径公称尺寸；零件公差；最小合理间隙；、凸、凹模公差；磨损量；查表2-28，表2-29，表2-30得，校核间隙：，即所取凸、凹模偏差满足条件，将已知查表数据带如上式中得： （2）凸凹模与凸模间隙拉深模的间隙数值主要决定于拉深方法，零件的形状及尺寸精度等。合理的间隙值应使变厚的材料流进凹模后拉深力不出现第二高峰，确定间隙的原则是：既要考虑板料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。由于本工序采用压边圈拉深，所以其值按式计算： (58)材料的最大厚度；材料的正偏差；考虑材料厚
40、度，为减少摩擦而增大间隙的系数；材料的名义厚度。查表表2-30得，。将已知查表数据带如上式中得：（3）凸凹模、凸模圆角半径第一次拉深，故凸凹模、凸模圆角半径应与拉深件相应的圆角半径一致，故凸模圆角半径，凸凹模圆角半径。（4）凸凹模、凸模工作尺寸及公差由于工件给定的是内部尺寸，所以先定凸模尺寸，考虑到凸模基本不磨损，以及工件的回弹情况，凸模起始尺寸不要取得过大，取为：凹模尺寸为： 式中：工件的名义内径，工件公差，c凸、凹模间的单边间隙，凸、凹模制造公差。由于工件为圆形，所以根据工件的料厚与工件直径，由表4-76中查得： ，工件公差为级由表2-30查得： 取，由表4-74查得c=1.1t,故：（5
41、）凸模通气孔 为了使卸件容易根据凸模直径大小，取通气孔为。5.1.3 压力机选择根据公称压力，滑块行程，从满座冲压工艺力的要求看，可选用400kN开式压力机21。5.1.4 模具的总体设计（1）模架选择模具的总装配图如附图（01）所示落料拉深复合模，该模具采用了后侧滑动导柱模架可保证均匀的冲裁间隙，提高模具的刃磨寿命，并使模具的调试简单化，具有导向精度高、上模座在导柱上，运动平稳的特点。条料由两个导料销3进行导向，由挡料销27定距。开始工作时，首先由落料凹模17和凸凹模11完成落料，紧接着由拉深凸模19和凸凹模进行拉深。拉深结束后，回程时由顶块16将工件从凸凹模内推出。压料圈18兼作顶件块，在
42、拉深过程中起压料作用，回程时又能将工件从凸模上顶起，使其脱离凸模。（2）模具闭和高度模具闭和高度一般通过下式确定：=上模座厚度+冲头垫板厚度+冲头长度+凹模厚度+凹模垫板厚度+下模座厚度-冲头进入凹模深度即：=40+10+50+40+10+45-1=194(mm)查开式压力机规格知，400kN固定台式或可倾式压力机最大闭和高度为300mm，最小封闭高度为200mm（封闭高度调节量100mm），故设计的模具闭和高度=204mm满足要求，闭和高度设计合理。（3）压力中心的计算由于该零件落料、冲空均为轴对称形状，其重心便是压力机的压力中心，故不必进行压力中心的计算。（4） 模具主要零件设计根据模具总
43、装结构、拉深工作要求及前述模具工作部分的计算，设计出凸凹模、凸模、凹模、压料圈及固定板等分别如附件落料拉深复合模零件图册所示25。5.2 工序二 第二次拉深，模具结构简图如下 图4 模具结构原理图Fig.4 schematic diagram of mold structure of drawing5.2.1 拉深力与压料力计算（1）拉深力 拉深力根据公式计算，由表4-86查得 ，则（2）压边力 拉深力根据表4-81计算，由表4-82查得 p=2.5，则 3045.75（N）（3）整形力 整形力根据公式计算，查表p=150mpa则（4）冲压工艺总力（5）压力机公称压力 取 则5.2.2 模具工
44、作部分尺寸的计算（1）凸、凹模间隙由于本工序采用压边圈拉深，所以其值按式计算： (59)材料的最大厚度；材料的正偏差；k考虑材料厚度，为减少摩擦而增大间隙的系数；材料的名义厚度。查表2-30，表4-37得，。将已知查表数据带如上式中得：（2）凸、凹模圆角半径第二次拉深，故凸、凹模圆角半径应与拉深件相应的圆角半径一致，故凸模圆角半径，凹模圆角半径。（3）凸、凹模工作尺寸及公差由于工件给定的是内部尺寸，所以先定凸模尺寸，考虑到凸模基本不磨损，以及工件的回弹情况，凸模开始尺寸不要取得过大，取为：凹模尺寸为： 式中：工件的名义内径，工件公差，c凸、凹模间的单边间隙，凸、凹模制造公差。由于工件为圆形，所
45、以根据工件的料厚与工件直径，由表4-76中查得： ，工件公差为级由表2-30查得：取，表4-74查得c=（1-1.05）t 5.2.3 压力机选择根据公称压力，滑块行程 (由于未详细设计该套模具，所以模具闭合高度待定)，查表9-3，初确定选择型号为的压力机5。5.3 工序三 冲，模具结构简图如下图6 模具结构原理图Fig.6 schematic diagram of punching a hole with dia. For19mm5.3.1 冲孔力与卸料力计算（1）冲孔力 冲孔力根据公式计算，则（2）卸料力 卸料力根据公式计算，由表2-37得 ，则（3）推件力 推件力根据公式计算，由表2-37查得 ，则由于整形力比拉深力大的多，且整形力是在临近下止点位置时发生，符合压力机的压力特性，故可以按整形力大小选择压力机。（4）冲压工艺总力（5）压力机公称压力 取 则5.3.2 模具工作部分尺寸的计算（1）凸、凹模间隙查表2-30得： 0.246mm，0.360mm。（2）凸、凹模工作尺寸及公差冲孔时，因孔的光面尺寸与凸模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凸模刃口尺
