盒形件拉深设计

华中科技大学材料学院

班 级：学生姓名： X X X

学 号： XXXXXXX

时 间： 2015年1月

盒形件加工工艺及模具设计

1、零件工艺性分析 ......................................................................................................................... 1

2、工艺方案的确定 ......................................................................................................................... 1

3、工艺计算 ..................................................................................................................................... 3

3.1拉深部分工艺计算 ............................................................................................................. 3

3.2落料时冲裁工艺计算 ......................................................................................................... 8

4、冲压设备的选用 ....................................................................................................................... 12

5、落料拉深模主要零部件计算 ................................................................................................... 13

5.1落料凹模设计计算 ........................................................................................................... 13

5.2拉深凸模设计计算 ........................................................................................................... 14

5.3固定板设计计算 ............................................................................................................... 15

5.4卸料结构计算 ................................................................................................................... 16

5.5压边圈设计计算 ............................................................................................................... 17

5.6凸凹模设计计算 ............................................................................................................... 18

5.7其它零件设计和选用 ....................................................................................................... 18

5.8模具闭合高度计算 ........................................................................................................... 23

6、模具总装图的绘制 ................................................................................................................... 24

7、结束语....................................................................................................................................... 24

8、参考文献 ................................................................................................................................... 25

1、零件工艺性分析

1.1零件结构图示

图1.1：加工零件图

1.2零件结构分析

工件为矩形盒形件，零件形状简单，要求为外形尺寸；尺寸为长、宽、高分别为45mm，27mm，20mm；料后t=0.4mm，没有厚度方向上不变的要求；底部圆角半径rp=3mm，矩形四个角处圆角半径为r=4mm，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求。

1.3材料性能分析

零件所用材料为H68M，拉伸性能好，易于成形。

1.4精度等级分析

公等级定为IT14级。满足普通冲压工艺对精度等级的要求。

2、工艺方案的确定

由上分析，该零件为矩形盒形件，可采用拉深成形。为确定拉深工艺方案，先计算拉深次数及相关工艺尺寸。

2.1修边余量

工件相对高度h020==5，则依据下表可知修边余量 r4

h=（0.03~0.05）h0=0.0420=0.8mm。

表2.1：无凸缘盒形件的修边余量表

2.2相关工艺尺寸计算

t0.41001001.48； b27

r4矩形盒形件相对半径==0.148； b27

hh+h20+0.8==0.77； 矩形盒形件拉深响度高度=0

bb27毛坯相对厚度

2.3判断拉深次数

根据相关工艺尺寸计算结果，由下图可知，应选择一次拉深成形即可。

图2.1：盒形件不同拉深情况分区图

方案一：，落料，拉深成形；

方案二：落料拉深复合成形；

方案三：落料拉深级进模成形；

方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。故选用方案二。

3、工艺计算

落料拉深复合工艺参数计算可分别计算拉深工艺参数和落料冲裁工艺参数。

3.1拉深部分工艺计算

3.1.1毛坯尺寸计算 r4==0.645 bh27-20.8

根据图2.1判断该盒形件拉深为一次拉深的C区，该区

域的是角部具有大圆角半径的较高盒形件，特点是；有大量

的材料从圆角出转移到侧壁上去，因而会大大增补侧壁的高

度。毛坯尺寸是根据盒形件表面积和毛坯表面积相等的原则

求出，毛坯形状为长圆形如右图所示。尺寸计算过程如下所

示：

其中矩形长边b1=45mm，短边b=27mm，拉深高度

h=20.8mm，图3.1：盒形件毛坯尺寸图示 矩形圆角r=4mm，拉深圆角rp=3mm。

长圆形毛坯的圆弧半径Rb为：

D Rb=， 2代入数据得：

Rb= 58.54=29.27mm2

长圆形毛坯长度L为：

L2Rb+b1-b=229.27+45-27=76.54mm

长圆形毛坯的宽度K为：

KDb-2r+b+2h-0.43rb1-b

b1-2r ，

3、工艺计算

落料拉深复合工艺参数计算可分别计算拉深工艺参数和落料冲裁工艺参数。

3.1拉深部分工艺计算

3.1.1毛坯尺寸计算

r4==0.645 bh27-20.8

根据图2.1判断该盒形件拉深为一次拉深的C区，该区域的是角部具有大圆角半径的较高盒形件，特点是；有大量的材料从圆角出转移到侧壁上去，因而会大大增补侧壁的高度。毛坯尺寸是根据盒形件表面积和毛坯表面积相等的原则求出，毛坯形状为长圆形如右图所示。尺寸计算过程如下所示：

其中矩形长边b1=45mm，短边b=27mm，拉深高度

h=20.8mm，

图3.1：盒形件毛坯尺寸图示 矩形圆角r=4mm，拉深圆角rp=3mm。 长圆形毛坯的圆弧半径Rb为：

D Rb=， 2代入数据得：

Rb=

58.54

=29.27mm2

长圆形毛坯长度L为：

L2Rb+b1-b=229.27+45-27=76.54mm 长圆形毛坯的宽度K为： K

Db-2r+b+2h-0.43rb1-b

b1-2r

，

带入数据得： K

58.5427-24+27+220.8-0.43445-27

45-24

=61.76mm

依照以上计算尺寸绘出毛坯形状如下所示：

图3.2：盒形件拉深毛坯

3.1.2盒形件拉深变形程度校核 (1)拉深系数校核

对于该盒形件，圆角处变形最大，直边部分较小，故需要校核圆角处假想拉深系数。 拉深系数

m=

rRy其中Ry为圆角处家乡半径。代入数据计算得：

极限拉深系数m1如下表所示，由于H68M塑性较好，所以m1值适当减小，与下表中综合取m1=0.31，则m0>m1,故能一次拉深成形。

表3.1：在一道工序内所能拉深的矩形的最大相对高度 (2)相对高度h/r校核

由前计算相对圆角半径

r/b=0.148，相对高度h/r=5,由下表查得极限相对高度H/r=6，则h/r

对于盒形件拉深，凸模和凹模间隙直边部分与U形工件相通，圆角部分间隙值比直边部分大0.1t，则：

直边：Z1=（1~1.1）t=1.05*0.4=0.42 圆角：Z2=Z1+0.1t=0.42+0.4*0.1=0.46 （2）拉深凸凹模圆角半径

一般来说拉深凹模圆角半径：r凹=5t=5*0.4=2mm 凸模圆角半径与工件圆角半径相等：r凸=3mm （3）拉深凸凹模工作部分尺寸

由于尺寸标注为外形标注形式，拉深件未标明公差尺寸精度定为IT14，工件Δ=0.520mm对于非盒形件，则凸凹模公差为IT10。查标准公差等级得短边δ1=0.084mm；长边 δ2=0.010mm

表3.3：标准公差等级 则对于外形标注形式有：

D凹=（D-0.75）凹，D凸=（D-0.75-2Z）-凸 则对于短边：

+0.084 b凹=（b-0.75）凹=（27-0.750.52）=26.61+0.084



b凸=（b-0.75-2Z）-凸=（27-0.750.52-20.42）-0.084=25.79-0.084 对于长边：

凹+0.100

b1凹=（b1-0.75）=（45-0.750.52）=44.61+0.100

b1凸=（b1-0.75-2Z）-凸=（45-0.750.52-20.42）-0.100=43.79-0.100

（4）拉深凸模气孔尺寸

由下表之拉深凸模气孔尺寸d=5mm

表3.4拉深凸模出气孔直径

3.1.4拉深力计算

拉深力F=KL0tb，其中： K为系数K=0.5~0.8，此处取K=0.6；

L0为盒形件周长，L0=2(b+b1)=2（27+45）=144mm； t为材料的厚度，t=0.4mm；

b为擦理疗的抗拉强度，对于材料H68M，b=294~392MPa，此处取b=350MPa。

带入数值F=0.6*144*0.4*350=12.1kN。

表3.5常用铜合金的力学性能

3.1.5压边力计算

压边圈的使用范围如下，有下表及前计算数据可知，该次设计中应该使用压边圈。

表3.6：压边圈的使用条件

选用气垫式弹性压边圈，压边力Fy=A*p。A为压边面积，p为单位压边力。

表3.7：冲压常用金属的单位压边力

3.2落料时冲裁工艺计算

落料时成形形状即为拉深计算毛坯形状，如下图所示：

图3.3落料零件

通过测量压边面积A=2481.5mm2，则F1=1.6*2481.5=3.97kN 3.2.1凸凹模刃口尺寸计算 （1）凸、凹模刃口尺寸的计算原则

①设计基准：落料以凹模为设计基准，间隙取在凸模上；冲孔以凸模为设计基准，间隙取在凹模上。

②设计时间隙一律采用最小合理间隙值Zmin。

③刃口尺寸的制造偏差方向：单向注入实体内部。即磨损后，凸、凹模刃口尺寸变大的取+&；磨损后凸、凹模刃口尺寸变小的取—&。

④刃口尺寸制造偏差的大小：简单形状，按IT6~IT7取值；复杂形状，取1/4Δ；磨损后尺寸无变化，取1/8Δ。

⑤加工方法：简单形状，分别加工；复杂形状，配合加工。 （2）落料凸凹模刃口尺寸计算（选用直刃口）

落料件以凹模为基准，工件图中未标注公差尺寸精度定为IT14级，查下表，尺寸偏差数值如下：

表3.8未注公差的极限偏差

对于尺寸L:76.54mm---------76.54-0.74mm（为磨损后增大尺寸） 对于尺寸K:61.76mm---------61.76-0.74mm（为磨损后增大尺寸） 根据下表，IT14 级精度时，磨损系数x=0.5

00

表3.9：磨损系数

取δ =1/4 Δ 其计算公式为：

凹

D凹=（Dmax-x）0

D凸=（D凹-Zmin）=(Dmax-x-Zmin)0凸

根据经验公式：Zmin=Kt；

K为材料有关的系数，对于黄铜，取K=0.08~0.10。 则Zmin=0.08*0.4=0.032mm，取Zmin=0.03mm。

00-0.3

L凸=（L凹-Zmin）=(Lmax-x-Zmin)0=（76.17-0.3）=75.87=75.9凸-0.744-0.18-0.4800-0.1 K凸=（K凹-Zmin）=(Kmax-x-Zmin)0凸=（61.39-0.3）-0.744=61.09-0.18=61.1-0.28

现列出拉深毛坯落料件的外形尺寸及凸模、凹模尺寸如下表所示：

表3.10：落料凸凹模尺寸

3.2.2排样与毛坯计算

分析零件形状，应采用单直排的排样方式，采取如下图所示的排样方法。

图3.4带料排样

t=0.4mm,取前后搭边为a=1.5mm ，侧搭边为a1=1.73mm ，板料宽度为80mm。毛坯材料利用率为 η=S/S0 100% S为工件面积，S0为所用材料面积。 根据绘图软件测得：S=3986.8mm2,

S0=（76.54+1.73x2）x（61.76+1.5）=5060.8mm2

η=3986.8/5060.8=78.8%

3.2.3落料时冲压力计算 （1）冲裁力计算

落料时冲裁力P=KLtτ； 式中 P—冲裁力（N）；

L—冲裁周边长度（mm），测得周边长度为226.14mm；

t—冲裁件材料厚度（mm），为0.4mm；

τ—材料抗剪强度，MPa；查的黄铜为250 MPa

K—系数，通常取1.3 则：

P=1.3*266.14*0.4*250=34.6kN

（2）卸料力计算

P1=Ks*P=0.05*34.6=1.73kN

表3.11系数：Ke、Kk、Ks

3.2.4压力中心计算

由于该工件内外周边形状对称，故其几何中心就是压力中心。

4、冲压设备的选用

落料拉深需总的冲压力即为拉深过程与落料过程所需冲压力之和。

F总

=F+F1+P+P1=12.1+3.97+34.6+1.73=52.4kN

表4.1：压力机主要技术参数

由冲压力的大小，根据上表，选取开式双柱可倾压力机JH23—16，其主要技术参数如下：

公称压力：160kN 滑块行程：55mm 最大闭合高度：220 mm 闭合高度调节量：45 mm 滑块中心线到床身距离：160mm 工作台尺寸：300 mm×450mm 工作台孔尺寸:υ210mmx160mmx240mm 模柄孔尺寸：υ40mmx60mm 垫板高度：40mm

5、落料拉深模主要零部件计算

5.1落料凹模设计计算

（1）凹模孔口的设计

①凹模孔口形式。 采用直刃壁孔口凹模。

②凹模孔口高度（h）。 其孔口高度不宜过大，一般可按材料的厚度t选 取。 t﹤0.5mm h=3-5mm； 取h=5mm

（2）凹模外形结构的设计，凹模外形结构选为矩形。采用整体式凹模。 通过螺钉和销钉直接固定在模板上。 （3）凹模外形尺寸的计算 凹模厚度:H=kL凹

其中k为凹模厚度系数,由下表取k=0.2，

L凹为垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离，此处L凹=75.9mm。

表5.1：凹模厚度系数

则H=0.2x75.9=15.18mm，取H=16mm 凹模壁厚

C=（1.5~2）H=（1.5~2）x16=25mm

则凹模板尺寸为

（75.9+25x2）mm*（61.1+25x2）mm*16mm=125.9mm*111.1mm*16mm

对照标准化尺寸JB/T7653-94取凹模板尺寸为160mm*125mm*16mm。如下图所示：

图5.1落料凹模版

5.2拉深凸模设计计算

采用等截面凸模，通过末端增大及中间面配合固定在定在凸模板上磨平，凸模长度为L有：

L’凸=H凸模固定板H拉深+H压+L

其中H凸模固定板=32mm，H拉深=20mm，H压=14.5mm，L’为附加长度，取L’=15.5mm。 则L凸=82mm，如下图所示：

图5.2拉深凸模

5.3固定板设计计算

(1)凸凹模固定板设计

凸凹模固定板的外形尺寸与凹模板一致，厚度取为H凸凹模固定板=24mm。图形如下所示：

图5.3凸凹模固定板

(2)凸模固定板设计

①凸模固定板的外形尺寸。一般情况，凸模固定板的外形尺寸与凹模（或凹模固定板）或卸料板尺寸相同；

②凸模固定板的厚度。可以用查表求得H凸模固定板=32mm 如下图所示：

图5.4凸模固定板

5.4卸料结构计算

（1）卸料板设计计算

采用弹压卸料板，卸料板的安装方法为：弹簧与卸料螺钉安装在一起。

卸料板外形与固定板一致，卸料板孔与凸模单边间隙为0.05mm厚度设为H卸料板=12mm， 如下图所示

:

图5.5:卸料板

（2）卸料弹性元件设计计算

选择（强力）异形截面圆柱螺旋压缩弹簧来作为卸料弹性元件，弹簧数量为4个。

则：F预F卸n=17304=432.5N；

所以弹簧允许最大工作负荷：F许F预=432.5N； 从而选取E组弹簧，规格为: 内径：12.6mm； 安装芯轴尺寸：12.5mm； 自由高度：55mm； 安装高度：55mm； 最大压缩量：25.5mm；

校核：要求弹簧的形变量f=h工作+h修模

h工作为工作行程，此处为（20+0.4）mm h修模为修模距离：数值为1+（5~10）

f=20+t+1+(5~10)=26.4~31.4mm=28mm

25.5+5>28mm

综上所述，该弹簧合适。 （3）卸料螺钉设计计算

采用圆柱头卸料螺钉，M10x90 JB/T7650.5，如下图所示：

图5.6：卸料螺钉

5.5压边圈设计计算

采用气垫式弹性压边圈，压边圈形式采用平面型压边圈，其外形与拉深凸模和落料凹模外形相配合，与凹模间隙为0.5mm，厚度H压=14.5mm，如下图所示：

图5.7：压边圈

5.6凸凹模设计计算

凸凹模即为落料凸模和拉深凹模，采用末端增大及中间面配合固定在凸凹模固定板上。其内外轮廓形状根据落料及拉伸轮廓形状确定，其高度有: H凸凹模=H弹簧+H卸料板+H=12+55=67mm 形状如下图所示

:

图5.8：凸凹模

5.7其它零件设计和选用

（1）模架设计

采用对角导柱模架，通过凹模边界尺寸查GB/T2856.3得相关尺寸（单位mm）为：上模座160x125x40 下模座160x125x40 导柱25x180&28x180 导套25x95x38&28x95x42

图5.9：上模座 图5.10：下模座

导柱导套如下图所示

图5.11：导柱导套

（2）模柄设计

模柄的作用是将上模与压力机的滑块相连接。在安装模具时应注意模柄直径与压力机模柄直径要一致。模柄的形式采用压入式模柄结构,通过H7/m6与模座配合。尺寸依据压力机模柄孔尺寸而定，即模柄孔尺寸：υ40mmx60mm。模柄图如下图所示:

图5.12：模柄

（3）打料杆设计

其尺寸依照模柄孔设计，d模柄孔=13mm，d打料杆=12mm长度为170mm，如下图所示：

图5.13：打料杆

（4）推板设计

其凹孔用于打料杆定位，形状与拉深凸模相同，厚度取10mm，如下图所示

:

图5.14：推板

（5）推杆设计

推杆直径d=8mm，长度为125mm，如下所示:

图5.15：推杆

（6）紧固零件

内六角螺钉，下模座:螺钉GB/T70.1 M12x120四个，及上模座：螺钉GB/T70.1 M12x60四个，如下图所示

;

图5.16：紧固螺钉

（7）定位零件

销GB/T119.1 12m6x50,销GB/T119.1 12m6x120，如下图所示

:

图5.17：定位销

（8）垫板设计 A.凸模垫板

外形尺寸与落料凹模相同，厚度为13mm，如下图所示：

图5.18：凸模垫板

B.凸凹模垫板

外形与凹模板一致，厚度为12mm，如下图所示

:

图5.19：凸凹模垫板

C.凹模板垫板

外形尺寸与凹模板一致，厚度为34.4mm，如下图所示：

图5.20：凹模板垫板

5.8模具闭合高度计算

H总=H下模座H凸模垫板H凸模0.4H凸凹模H凸凹模垫板H上模座,

由以上叙述带入数据有H总=40+13+82+0.4+67+12+40=254.4mm

6、模具总装图的绘制

图6.1：模具总装配图

1.下模座销钉；2.下模座；3.导柱；4.导套；5.上模座；6.上模座螺钉；7.模柄；

8.打料杆；9卸料螺钉；10.凸凹模垫板；11.凸凹模；12.推件板；13.凸凹模固定板；

14.弹簧；15.卸料板；16凹模板；17.下模座螺钉；18.凸模；19凹模垫板；

20凸模固定板；21.推杆；22凸模垫板；23上模座销钉

7、结束语

在这为期不长的课程设计实践中，却让我们通过自主学习，独立查找资料，对自己所学习的专业知识进行了整理和回顾，让平时所学习的理论知识在实践中变得有序化，条理化和实用化。

诚然，在这次课程设计中也遇到了一些问题，主要是一些标准尺寸的查找，可能你所参考的的资料书上没有叙述，毕竟每本书都有有点，也有不足；而这样，就得强迫自己去查找

更多的参考资料，但是同一个设计点，同一个零件，不同的参考书上给出的方案，尺寸也有可能不同，这时，就得通过自己理性分析，采取最合适的一种进行选择。另一方面，就是绘图的问题，虽然通过大学三年多的学习，对于专用的绘图软件已经有所了解，在使用的过程中还是会出现一些细节问题，这一方面就要提醒我们要边用边学，不懂就问，或查资料，或问百度，或问同学，另一方面却又迫使我们时时刻刻保持细心谨慎的心态，每一个细节都不能放过，负责将会事倍功半，甚至功亏一篑。

最后，这次设计终于圆满完成看着自己亲手设计的一个个零件以及尺寸，亲手画出的一根根线条，成就感油然而生啊。

8、参考文献

【1】康俊远·冲压成型技术·北京理工大学出版社·2008.03（第一版）

【2】陈文琳·金属板料成型工艺与模具设计·机械工业出版社·2012.01（第一版）

【4】涂光祺、赵彦启·冲模技术·机械工业出版社·2010.07（第一版）

【5】夏巨谌·金属塑性成型工艺与模具设计·机械工业出版社·2007.11（第一版）

【6】夏巨谌、张启勋·材料成形工艺·机械工业出版社·2010.02（第二版）

【7】王孝培·冲压手册·机械工业出版社·2009.01（第二版）

华中科技大学材料学院

班 级：学生姓名： X X X

学 号： XXXXXXX

时 间： 2015年1月

盒形件加工工艺及模具设计

1、零件工艺性分析 ......................................................................................................................... 1

2、工艺方案的确定 ......................................................................................................................... 1

3、工艺计算 ..................................................................................................................................... 3

3.1拉深部分工艺计算 ............................................................................................................. 3

3.2落料时冲裁工艺计算 ......................................................................................................... 8

4、冲压设备的选用 ....................................................................................................................... 12

5、落料拉深模主要零部件计算 ................................................................................................... 13

5.1落料凹模设计计算 ........................................................................................................... 13

5.2拉深凸模设计计算 ........................................................................................................... 14

5.3固定板设计计算 ............................................................................................................... 15

5.4卸料结构计算 ................................................................................................................... 16

5.5压边圈设计计算 ............................................................................................................... 17

5.6凸凹模设计计算 ............................................................................................................... 18

5.7其它零件设计和选用 ....................................................................................................... 18

5.8模具闭合高度计算 ........................................................................................................... 23

6、模具总装图的绘制 ................................................................................................................... 24

7、结束语....................................................................................................................................... 24

8、参考文献 ................................................................................................................................... 25

1、零件工艺性分析

1.1零件结构图示

图1.1：加工零件图

1.2零件结构分析

工件为矩形盒形件，零件形状简单，要求为外形尺寸；尺寸为长、宽、高分别为45mm，27mm，20mm；料后t=0.4mm，没有厚度方向上不变的要求；底部圆角半径rp=3mm，矩形四个角处圆角半径为r=4mm，满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求。

1.3材料性能分析

零件所用材料为H68M，拉伸性能好，易于成形。

1.4精度等级分析

公等级定为IT14级。满足普通冲压工艺对精度等级的要求。

2、工艺方案的确定

由上分析，该零件为矩形盒形件，可采用拉深成形。为确定拉深工艺方案，先计算拉深次数及相关工艺尺寸。

2.1修边余量

工件相对高度h020==5，则依据下表可知修边余量 r4

h=（0.03~0.05）h0=0.0420=0.8mm。

表2.1：无凸缘盒形件的修边余量表

2.2相关工艺尺寸计算

t0.41001001.48； b27

r4矩形盒形件相对半径==0.148； b27

hh+h20+0.8==0.77； 矩形盒形件拉深响度高度=0

bb27毛坯相对厚度

2.3判断拉深次数

根据相关工艺尺寸计算结果，由下图可知，应选择一次拉深成形即可。

图2.1：盒形件不同拉深情况分区图

方案一：，落料，拉深成形；

方案二：落料拉深复合成形；

方案三：落料拉深级进模成形；

方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。故选用方案二。

3、工艺计算

落料拉深复合工艺参数计算可分别计算拉深工艺参数和落料冲裁工艺参数。

3.1拉深部分工艺计算

3.1.1毛坯尺寸计算 r4==0.645 bh27-20.8

根据图2.1判断该盒形件拉深为一次拉深的C区，该区

域的是角部具有大圆角半径的较高盒形件，特点是；有大量

的材料从圆角出转移到侧壁上去，因而会大大增补侧壁的高

度。毛坯尺寸是根据盒形件表面积和毛坯表面积相等的原则

求出，毛坯形状为长圆形如右图所示。尺寸计算过程如下所

示：

其中矩形长边b1=45mm，短边b=27mm，拉深高度

h=20.8mm，图3.1：盒形件毛坯尺寸图示 矩形圆角r=4mm，拉深圆角rp=3mm。

长圆形毛坯的圆弧半径Rb为：

D Rb=， 2代入数据得：

Rb= 58.54=29.27mm2

长圆形毛坯长度L为：

L2Rb+b1-b=229.27+45-27=76.54mm

长圆形毛坯的宽度K为：

KDb-2r+b+2h-0.43rb1-b

b1-2r ，

3、工艺计算

落料拉深复合工艺参数计算可分别计算拉深工艺参数和落料冲裁工艺参数。

3.1拉深部分工艺计算

3.1.1毛坯尺寸计算

r4==0.645 bh27-20.8

根据图2.1判断该盒形件拉深为一次拉深的C区，该区域的是角部具有大圆角半径的较高盒形件，特点是；有大量的材料从圆角出转移到侧壁上去，因而会大大增补侧壁的高度。毛坯尺寸是根据盒形件表面积和毛坯表面积相等的原则求出，毛坯形状为长圆形如右图所示。尺寸计算过程如下所示：

其中矩形长边b1=45mm，短边b=27mm，拉深高度

h=20.8mm，

图3.1：盒形件毛坯尺寸图示 矩形圆角r=4mm，拉深圆角rp=3mm。 长圆形毛坯的圆弧半径Rb为：

D Rb=， 2代入数据得：

Rb=

58.54

=29.27mm2

长圆形毛坯长度L为：

L2Rb+b1-b=229.27+45-27=76.54mm 长圆形毛坯的宽度K为： K

Db-2r+b+2h-0.43rb1-b

b1-2r

，

带入数据得： K

58.5427-24+27+220.8-0.43445-27

45-24

=61.76mm

依照以上计算尺寸绘出毛坯形状如下所示：

图3.2：盒形件拉深毛坯

3.1.2盒形件拉深变形程度校核 (1)拉深系数校核

对于该盒形件，圆角处变形最大，直边部分较小，故需要校核圆角处假想拉深系数。 拉深系数

m=

rRy其中Ry为圆角处家乡半径。代入数据计算得：

极限拉深系数m1如下表所示，由于H68M塑性较好，所以m1值适当减小，与下表中综合取m1=0.31，则m0>m1,故能一次拉深成形。

表3.1：在一道工序内所能拉深的矩形的最大相对高度 (2)相对高度h/r校核

由前计算相对圆角半径

r/b=0.148，相对高度h/r=5,由下表查得极限相对高度H/r=6，则h/r

对于盒形件拉深，凸模和凹模间隙直边部分与U形工件相通，圆角部分间隙值比直边部分大0.1t，则：

直边：Z1=（1~1.1）t=1.05*0.4=0.42 圆角：Z2=Z1+0.1t=0.42+0.4*0.1=0.46 （2）拉深凸凹模圆角半径

一般来说拉深凹模圆角半径：r凹=5t=5*0.4=2mm 凸模圆角半径与工件圆角半径相等：r凸=3mm （3）拉深凸凹模工作部分尺寸

由于尺寸标注为外形标注形式，拉深件未标明公差尺寸精度定为IT14，工件Δ=0.520mm对于非盒形件，则凸凹模公差为IT10。查标准公差等级得短边δ1=0.084mm；长边 δ2=0.010mm

表3.3：标准公差等级 则对于外形标注形式有：

D凹=（D-0.75）凹，D凸=（D-0.75-2Z）-凸 则对于短边：

+0.084 b凹=（b-0.75）凹=（27-0.750.52）=26.61+0.084



b凸=（b-0.75-2Z）-凸=（27-0.750.52-20.42）-0.084=25.79-0.084 对于长边：

凹+0.100

b1凹=（b1-0.75）=（45-0.750.52）=44.61+0.100

b1凸=（b1-0.75-2Z）-凸=（45-0.750.52-20.42）-0.100=43.79-0.100

（4）拉深凸模气孔尺寸

由下表之拉深凸模气孔尺寸d=5mm

表3.4拉深凸模出气孔直径

3.1.4拉深力计算

拉深力F=KL0tb，其中： K为系数K=0.5~0.8，此处取K=0.6；

L0为盒形件周长，L0=2(b+b1)=2（27+45）=144mm； t为材料的厚度，t=0.4mm；

b为擦理疗的抗拉强度，对于材料H68M，b=294~392MPa，此处取b=350MPa。

带入数值F=0.6*144*0.4*350=12.1kN。

表3.5常用铜合金的力学性能

3.1.5压边力计算

压边圈的使用范围如下，有下表及前计算数据可知，该次设计中应该使用压边圈。

表3.6：压边圈的使用条件

选用气垫式弹性压边圈，压边力Fy=A*p。A为压边面积，p为单位压边力。

表3.7：冲压常用金属的单位压边力

3.2落料时冲裁工艺计算

落料时成形形状即为拉深计算毛坯形状，如下图所示：

图3.3落料零件

通过测量压边面积A=2481.5mm2，则F1=1.6*2481.5=3.97kN 3.2.1凸凹模刃口尺寸计算 （1）凸、凹模刃口尺寸的计算原则

①设计基准：落料以凹模为设计基准，间隙取在凸模上；冲孔以凸模为设计基准，间隙取在凹模上。

②设计时间隙一律采用最小合理间隙值Zmin。

③刃口尺寸的制造偏差方向：单向注入实体内部。即磨损后，凸、凹模刃口尺寸变大的取+&；磨损后凸、凹模刃口尺寸变小的取—&。

④刃口尺寸制造偏差的大小：简单形状，按IT6~IT7取值；复杂形状，取1/4Δ；磨损后尺寸无变化，取1/8Δ。

⑤加工方法：简单形状，分别加工；复杂形状，配合加工。 （2）落料凸凹模刃口尺寸计算（选用直刃口）

落料件以凹模为基准，工件图中未标注公差尺寸精度定为IT14级，查下表，尺寸偏差数值如下：

表3.8未注公差的极限偏差

对于尺寸L:76.54mm---------76.54-0.74mm（为磨损后增大尺寸） 对于尺寸K:61.76mm---------61.76-0.74mm（为磨损后增大尺寸） 根据下表，IT14 级精度时，磨损系数x=0.5

00

表3.9：磨损系数

取δ =1/4 Δ 其计算公式为：

凹

D凹=（Dmax-x）0

D凸=（D凹-Zmin）=(Dmax-x-Zmin)0凸

根据经验公式：Zmin=Kt；

K为材料有关的系数，对于黄铜，取K=0.08~0.10。 则Zmin=0.08*0.4=0.032mm，取Zmin=0.03mm。

00-0.3

L凸=（L凹-Zmin）=(Lmax-x-Zmin)0=（76.17-0.3）=75.87=75.9凸-0.744-0.18-0.4800-0.1 K凸=（K凹-Zmin）=(Kmax-x-Zmin)0凸=（61.39-0.3）-0.744=61.09-0.18=61.1-0.28

现列出拉深毛坯落料件的外形尺寸及凸模、凹模尺寸如下表所示：

表3.10：落料凸凹模尺寸

3.2.2排样与毛坯计算

分析零件形状，应采用单直排的排样方式，采取如下图所示的排样方法。

图3.4带料排样

t=0.4mm,取前后搭边为a=1.5mm ，侧搭边为a1=1.73mm ，板料宽度为80mm。毛坯材料利用率为 η=S/S0 100% S为工件面积，S0为所用材料面积。 根据绘图软件测得：S=3986.8mm2,

S0=（76.54+1.73x2）x（61.76+1.5）=5060.8mm2

η=3986.8/5060.8=78.8%

3.2.3落料时冲压力计算 （1）冲裁力计算

落料时冲裁力P=KLtτ； 式中 P—冲裁力（N）；

L—冲裁周边长度（mm），测得周边长度为226.14mm；

t—冲裁件材料厚度（mm），为0.4mm；

τ—材料抗剪强度，MPa；查的黄铜为250 MPa

K—系数，通常取1.3 则：

P=1.3*266.14*0.4*250=34.6kN

（2）卸料力计算

P1=Ks*P=0.05*34.6=1.73kN

表3.11系数：Ke、Kk、Ks

3.2.4压力中心计算

由于该工件内外周边形状对称，故其几何中心就是压力中心。

4、冲压设备的选用

落料拉深需总的冲压力即为拉深过程与落料过程所需冲压力之和。

F总

=F+F1+P+P1=12.1+3.97+34.6+1.73=52.4kN

表4.1：压力机主要技术参数

由冲压力的大小，根据上表，选取开式双柱可倾压力机JH23—16，其主要技术参数如下：

公称压力：160kN 滑块行程：55mm 最大闭合高度：220 mm 闭合高度调节量：45 mm 滑块中心线到床身距离：160mm 工作台尺寸：300 mm×450mm 工作台孔尺寸:υ210mmx160mmx240mm 模柄孔尺寸：υ40mmx60mm 垫板高度：40mm

5、落料拉深模主要零部件计算

5.1落料凹模设计计算

（1）凹模孔口的设计

①凹模孔口形式。 采用直刃壁孔口凹模。

②凹模孔口高度（h）。 其孔口高度不宜过大，一般可按材料的厚度t选 取。 t﹤0.5mm h=3-5mm； 取h=5mm

（2）凹模外形结构的设计，凹模外形结构选为矩形。采用整体式凹模。 通过螺钉和销钉直接固定在模板上。 （3）凹模外形尺寸的计算 凹模厚度:H=kL凹

其中k为凹模厚度系数,由下表取k=0.2，

L凹为垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离，此处L凹=75.9mm。

表5.1：凹模厚度系数

则H=0.2x75.9=15.18mm，取H=16mm 凹模壁厚

C=（1.5~2）H=（1.5~2）x16=25mm

则凹模板尺寸为

（75.9+25x2）mm*（61.1+25x2）mm*16mm=125.9mm*111.1mm*16mm

对照标准化尺寸JB/T7653-94取凹模板尺寸为160mm*125mm*16mm。如下图所示：

图5.1落料凹模版

5.2拉深凸模设计计算

采用等截面凸模，通过末端增大及中间面配合固定在定在凸模板上磨平，凸模长度为L有：

L’凸=H凸模固定板H拉深+H压+L

其中H凸模固定板=32mm，H拉深=20mm，H压=14.5mm，L’为附加长度，取L’=15.5mm。 则L凸=82mm，如下图所示：

图5.2拉深凸模

5.3固定板设计计算

(1)凸凹模固定板设计

凸凹模固定板的外形尺寸与凹模板一致，厚度取为H凸凹模固定板=24mm。图形如下所示：

图5.3凸凹模固定板

(2)凸模固定板设计

①凸模固定板的外形尺寸。一般情况，凸模固定板的外形尺寸与凹模（或凹模固定板）或卸料板尺寸相同；

②凸模固定板的厚度。可以用查表求得H凸模固定板=32mm 如下图所示：

图5.4凸模固定板

5.4卸料结构计算

（1）卸料板设计计算

采用弹压卸料板，卸料板的安装方法为：弹簧与卸料螺钉安装在一起。

卸料板外形与固定板一致，卸料板孔与凸模单边间隙为0.05mm厚度设为H卸料板=12mm， 如下图所示

:

图5.5:卸料板

（2）卸料弹性元件设计计算

选择（强力）异形截面圆柱螺旋压缩弹簧来作为卸料弹性元件，弹簧数量为4个。

则：F预F卸n=17304=432.5N；

所以弹簧允许最大工作负荷：F许F预=432.5N； 从而选取E组弹簧，规格为: 内径：12.6mm； 安装芯轴尺寸：12.5mm； 自由高度：55mm； 安装高度：55mm； 最大压缩量：25.5mm；

校核：要求弹簧的形变量f=h工作+h修模

h工作为工作行程，此处为（20+0.4）mm h修模为修模距离：数值为1+（5~10）

f=20+t+1+(5~10)=26.4~31.4mm=28mm

25.5+5>28mm

综上所述，该弹簧合适。 （3）卸料螺钉设计计算

采用圆柱头卸料螺钉，M10x90 JB/T7650.5，如下图所示：

图5.6：卸料螺钉

5.5压边圈设计计算

采用气垫式弹性压边圈，压边圈形式采用平面型压边圈，其外形与拉深凸模和落料凹模外形相配合，与凹模间隙为0.5mm，厚度H压=14.5mm，如下图所示：

图5.7：压边圈

5.6凸凹模设计计算

凸凹模即为落料凸模和拉深凹模，采用末端增大及中间面配合固定在凸凹模固定板上。其内外轮廓形状根据落料及拉伸轮廓形状确定，其高度有: H凸凹模=H弹簧+H卸料板+H=12+55=67mm 形状如下图所示

:

图5.8：凸凹模

5.7其它零件设计和选用

（1）模架设计

采用对角导柱模架，通过凹模边界尺寸查GB/T2856.3得相关尺寸（单位mm）为：上模座160x125x40 下模座160x125x40 导柱25x180&28x180 导套25x95x38&28x95x42

图5.9：上模座 图5.10：下模座

导柱导套如下图所示

图5.11：导柱导套

（2）模柄设计

模柄的作用是将上模与压力机的滑块相连接。在安装模具时应注意模柄直径与压力机模柄直径要一致。模柄的形式采用压入式模柄结构,通过H7/m6与模座配合。尺寸依据压力机模柄孔尺寸而定，即模柄孔尺寸：υ40mmx60mm。模柄图如下图所示:

图5.12：模柄

（3）打料杆设计

其尺寸依照模柄孔设计，d模柄孔=13mm，d打料杆=12mm长度为170mm，如下图所示：

图5.13：打料杆

（4）推板设计

其凹孔用于打料杆定位，形状与拉深凸模相同，厚度取10mm，如下图所示

:

图5.14：推板

（5）推杆设计

推杆直径d=8mm，长度为125mm，如下所示:

图5.15：推杆

（6）紧固零件

内六角螺钉，下模座:螺钉GB/T70.1 M12x120四个，及上模座：螺钉GB/T70.1 M12x60四个，如下图所示

;

图5.16：紧固螺钉

（7）定位零件

销GB/T119.1 12m6x50,销GB/T119.1 12m6x120，如下图所示

:

图5.17：定位销

（8）垫板设计 A.凸模垫板

外形尺寸与落料凹模相同，厚度为13mm，如下图所示：

图5.18：凸模垫板

B.凸凹模垫板

外形与凹模板一致，厚度为12mm，如下图所示

:

图5.19：凸凹模垫板

C.凹模板垫板

外形尺寸与凹模板一致，厚度为34.4mm，如下图所示：

图5.20：凹模板垫板

5.8模具闭合高度计算

H总=H下模座H凸模垫板H凸模0.4H凸凹模H凸凹模垫板H上模座,

由以上叙述带入数据有H总=40+13+82+0.4+67+12+40=254.4mm

6、模具总装图的绘制

图6.1：模具总装配图

1.下模座销钉；2.下模座；3.导柱；4.导套；5.上模座；6.上模座螺钉；7.模柄；

8.打料杆；9卸料螺钉；10.凸凹模垫板；11.凸凹模；12.推件板；13.凸凹模固定板；

14.弹簧；15.卸料板；16凹模板；17.下模座螺钉；18.凸模；19凹模垫板；

20凸模固定板；21.推杆；22凸模垫板；23上模座销钉

7、结束语

在这为期不长的课程设计实践中，却让我们通过自主学习，独立查找资料，对自己所学习的专业知识进行了整理和回顾，让平时所学习的理论知识在实践中变得有序化，条理化和实用化。

诚然，在这次课程设计中也遇到了一些问题，主要是一些标准尺寸的查找，可能你所参考的的资料书上没有叙述，毕竟每本书都有有点，也有不足；而这样，就得强迫自己去查找

更多的参考资料，但是同一个设计点，同一个零件，不同的参考书上给出的方案，尺寸也有可能不同，这时，就得通过自己理性分析，采取最合适的一种进行选择。另一方面，就是绘图的问题，虽然通过大学三年多的学习，对于专用的绘图软件已经有所了解，在使用的过程中还是会出现一些细节问题，这一方面就要提醒我们要边用边学，不懂就问，或查资料，或问百度，或问同学，另一方面却又迫使我们时时刻刻保持细心谨慎的心态，每一个细节都不能放过，负责将会事倍功半，甚至功亏一篑。

最后，这次设计终于圆满完成看着自己亲手设计的一个个零件以及尺寸，亲手画出的一根根线条，成就感油然而生啊。

8、参考文献

【1】康俊远·冲压成型技术·北京理工大学出版社·2008.03（第一版）

【2】陈文琳·金属板料成型工艺与模具设计·机械工业出版社·2012.01（第一版）

【4】涂光祺、赵彦启·冲模技术·机械工业出版社·2010.07（第一版）

【5】夏巨谌·金属塑性成型工艺与模具设计·机械工业出版社·2007.11（第一版）

【6】夏巨谌、张启勋·材料成形工艺·机械工业出版社·2010.02（第二版）

【7】王孝培·冲压手册·机械工业出版社·2009.01（第二版）