支撑圈冲压模说明书

目录

一、冲压件综合分析................................ . (2)

1、零件图分析 (2)

2、冲裁工艺及拉深工艺的审查 (2)

二、零件的排样 (3)

1、确定修边余量 (3)

2、计算毛坯直径 (4)

3、计算相对厚度 (4)

4、冲裁的排样 (4)

5、搭边的计算 (4)

6、材料的利用率 (5)

三、工艺方案的确定 (6)

１、工艺方案的分析 (5)

2、工序的组合和顺序确定 (5)

四、主要参数设计计算 (6)

1、冲裁方式及冲压力的计算 (6)

2、拉深次数及拉深力的计算 (7)

3、压力机的选择 (8)

五、模具主要零部件设计 (8)

1.1落料凸、凹模双边间隙 (8)

1.2凸、凹模工作部分尺寸 (8)

2.1拉深凸、凹模单边间隙 (9)

2.2 拉深工件零件结构尺寸和公差的确定 (9)

3、模具部件结构设计 (10)

六、设计体会 (13)

七、参考文献 (14)

一、冲压件综合分析

1、零件图分析

设计题目：支撑圈的拉伸模 原始数据

零件名称：支撑圈 生产批量：大批量

材 料：08钢，厚度t=0.5mm 零件简图：如图所示

零件图

2、冲裁工艺及拉深工艺的审查

⑴材料：

该冲压件的材料为08钢市碳素工具钢，具有良好的可拉深性能。制件精度要求不高，根据技术要求，由冲裁和拉深即可成型。 ⑵零件的拉深工艺性分析：

这是一个不带底的阶梯零件，其尺寸精度、各处的圆角半径均符合拉深工艺要求。该零件为轴对称旋转体拉深件，变形均匀，模具加工工艺性最好。该零件形状比较简单，可以采用落料-拉深成阶梯和底部冲孔的方案加工。但是能否一次拉伸达到零件所需要求，需进行计算。参照冲压手册确定合理的修边余量。

凸凹模工作部分尺寸 由图知工件底部圆角半径mm R 5.1=,所以取拉深凹模的圆角半径mm t Rd 5.15.033=?==。而mm Rd Rp 5.1~9.0)1~6.0(==,现取其为mm 5.1。这个数值满足拉深件对凸模以及凹模对其圆角半径大小的要求。又有拉深件底部孔径

mm t R t D d 285.365.03)141()2(5≥=---=---=。精度等级为IT14，满足拉深工序

对工件公差等级的要求。 ⑶零件的冲裁工艺性分析：

冲孔的孔径尺寸mm t D 75.05.05.15.1381=?=≥= 。孔边与零件直壁间的距离

mm R c 5.15.12/)3841(=≥=-=,满足冲裁工序对工件的要求。精度等级为IT14，满足冲

裁工序对工件等级的要求。

⑷尺寸精度：

零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，按IT14级选取。可查表得到工件尺寸的公差。

查公差表可得工件基本尺寸公差：

m m

m m m m m m m m m m 36.0736.0862.03862.05.4774.06587.095±Φ±Φ±Φ±Φ±Φ±Φ

⑸冲压加工的先进性：

由于该零件材料厚度为mm 5.0，较薄，又因产品的尺寸也不大，08号钢含碳量小，材料较硬，零件外形对称，无尖角，凹陷和其他形状突变。又因该次生产为大批量生产，采用冲压加工经济效果好，生产率高。

二、零件的排样

1、确定修边余量

该件带有凸缘，相对直径d f /d=65/41=1.59，查得课本p177表格得δ=3mm 。 2、计算毛坯直径

先作出计算毛坯分析图，如图

根据各个部分的面积计算公式得：

2

4232

222

222218.339)5.1444(5.12

)4(2

467.116885.46307.484)245.46(22

)4'(22187.393)25.51()265()2()2(1m m R d R f m m h d f m m R d R f m m d d f =?+??=

+=

=??===?+?=

+=

=-=-=ππ

ππ

ππππ

ππππππ

22

22

7262

51.1134)2

38(

84.295)5.1438(5.12

)4(2

76.901741656.311)5.1444(5.12

)4(25m m R f m m

R d R f m m h d f m m R d R f =?===?+??=

+=

=??===?+??=

-=

ππππ

ππ

ππππ

ππ

mm f d 83.8834.7890)4(0==

=

∑π

零件为支撑圈，带凸缘，查相关资料得其为宽凸缘零件，根据公式计算得毛坯直径 mm d d 83.943283.8820=?+=?+=δ取95mm

3、计算相对厚度

t/ D=0.5/95=0.005 4、冲裁件的排样

排样是指冲件在条料，带料或者板料上布置的方法。冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大的关系。

根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样。

由于工件较简单，属于厚度薄的拉深件，所以采用少余料的排样。 5、搭边的计算

排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。 搭边值取决于以下因素 ①工件的尺寸和几何形状以 ②材料厚度和硬度 ③排样方式

④条料的送料方法 ⑤挡料装置形式

搭边值一般是由经验再经过简单计算确定。

查《冲压工艺及冲模设计》课本得搭边值，

两工件间的横搭边a 1=1.2mm ；两工件间的纵搭边a=1.5mm ；

考虑到板料送进时无侧压装置，需要在板料一侧增加一个条料与导尺间的间隙宽度Z 0

取Z 0=1.2mm 则条料宽度B ：

()[

]()[]mm 8.981.21.01.2259Z a 2D B 00

10

=+++=+?++=?

-?- Δ--条料宽度的单向极限偏差（mm ）

查《中国模具设计大典》表19.1-21得Δ=0.10

所以通过以上分析和计算得出以下图的排样形式为最佳方案。 排样图

6、材料利用率 零件加工步距S ：

S=D+a=95+1.5=96.5mm ；

故一个步距内的材料利用率1η为：

1η=A/BS ?10000 =π2)2/D (/BS ?10000

=π2)2/95(/(98.8?96.5)?10000=74.3%

由于直板材料选取0.5?950?1200 故每块板料可裁剪10?12=120个工件，故每块板料（0.5?950?1200）的利用率为：

η=nA/LB ?10000

=120π(95/2)2/(1200?950)?10000=74.600

三、工艺方案确定

１、工艺方案的分析

该零件外壳的形状表明它为拉深件，所以拉深为基本工序。底部的孔由冲孔工序完成。 冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现现代化，生产率很高，操作简便。对于普通压力机，每台每分钟可生产到几件到几十件冲压件，冷冲压所获得的零

件一般不要进行切削加工，因而是一种节省能源，节省原材料的无（或小）切削加工方法。 2、工序的组合和顺序确定

外壳的全部基本工序为：落料(95Φ)，拉深（5.46Φ及41Φ），冲底孔(38Φ)，修边，据此可排出以下三种方案：

方案一：落料与首次拉深复合，再拉深，最后冲底孔，修边 方案二：落料，冲底孔，拉深，修边 方案三：落料、拉深与冲底孔复合 分析比较以上几种方案，可以看出：

方案一中，需要一个级进模，结构复杂。但是其生产率高，操作较方便也安全，尺寸和形状准确，表面不易划伤，质量高。

方案二中，先冲孔在拉深，孔径一旦发生变化，将会影响到拉深的高度尺寸和拉深口部的质量。

方案三会给修模带来一定困难，它的模具结构简单。

综合以上各方案，从保证尺寸精度和经济效益考虑，采用第以种方案。

四、主要参数设计计算

1、冲裁方式及冲压力的计算

当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须实时的解决出件，卸料及排除废料的问题。因此冲裁方式直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量，根据产品的结构和工艺性能，本副模具采用顶板式顺出件结构，省去较平工序，即可满足工件对平面度的要求，保证安全生产。 a 冲裁力的计算

计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，因此要计算最大冲裁力，则冲裁力可按下式计算：

平刃口冲裁模冲裁力：

π

πσ?===952R L Lt F b

带入得N F 5.671514505.095=???=π冲 其中L —冲裁轮廓的总长度（mm ）

t —板料厚度（mm ）

b σ—板料的抗拉强度（MPa ）

查表得b σ取450 MPa 《冲压模具课程设计》

由于影响卸料力、顶件力的因素很多，根本无法准确计算。在生产中均采用下列经验公式计算：

N

F F K F N F F K F D X 2.940114.06.470007.0=?===?==

式中D X F F ,—分别为卸料力、顶件力

D X K K ,—分别为卸料系数，顶件系数，查阅《冲压模具课程设计》得X K =07.0，

D K =14.0。

固定卸料顺出件时的总冲压力0F 为： N F F F F X D 3.812530=++=冲

b 压力中心的确定

冲压力合力的作用点为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线。

拉深形状对称的冲件时，其压力中心位于拉深件轮廓图形的几何中心。由于该零件的模具是对称的，所以冲模压中心在模具的中心。因为此图形为中心对称图形，顾其压力中心即重心。

2、拉深次数及拉深力的计算 a 判断能否一次拉深

零件为二阶形阶梯，其总的相对拉深深度总高度比上最小的拉深直径，h/d=15/41大于带凸缘筒形工件第一次拉深相对深度h/d=8/47.5，所以两个阶梯不能一次拉深成型，故需各自拉深。而且由于我们三人为一组所以我们确定我们的方案为落料-拉深成一阶形阶梯然后进行二次拉深成二阶阶梯最后再进行底部冲孔，分三步进行，分工合作。其中我选择了第一步即落料拉深一阶形阶梯。

我们方案为简单模具，效率不高，但是模具简单，也能够满足工件的精度要求，利于分开加工。

b 确定拉深次数

查表得拉深系数m 1=0.46～0.38 m 2=0.9～0.7

计算得m 1=47.5/88.83=0.535 m 2=41/47.5=0.86 m=41/88.83=0.46 取m 2为0.9，则m 1为0.51即拉深次数为2。

查阅书籍得拉深系数小于0.6要采用压边力，又m 1=0.51﹤0.6所以第一次拉深时采用一般的平面压边圈。因m<0.6，所以需要加压边圈。压边圈与凸模的间隙不能太大，根据材料的厚度的不同，一般压边圈与凸模的单面间隙在0.2~0.5mm 的范围内。

由相对厚度可查得首次拉深的极限拉深系数m1=0.51。因m>m1，故工件只需一次拉深。 c 计算总拉深力

宽凸缘筒形件拉深力，根据《冲压模具课程设计》公式有下，

N k t d F b L 77.335750.14505.05.4731=????==πσπ 其中b σ为材料抗拉强度取450MPa ，查阅手册得3k 为1.0。 []

[]

N p r d D

F Y 77.152553)5.125.47(954

)2(4

22

212

=??+-=

+-=

π

π

式中 d R 为凸模圆角半径mm 5.1

p 为单位压边力MPa 3

N F F F Y L 54.4883177.1525577.33575=+=+=总

3、压力机的选择

由于该制件属于小型制件，且精度不高，还有拉深深度也不大，因此选用单动拉深压力机，操作方便，效率较高。

选择压力机公称压力时，应该使落料力和拉深力分别在压力机的许用公称压力范围内，而不是简单的将落料力与拉深力相加后去选择压力机。落料时，欲使压力机的精度高保持良好的工作状态，最好在公称压力的1.8倍以上使用。 落料时：

为了安全，一般取经验公式:

N F F 97.1462558.10=≥

拉深时：N F F F Y L 2.68364)77.1525577.33575(4.1)(4.1=+=+>

根据《冲压模具简明设计手册》表13.9，可预选选择公称压力为160KN 的开式可倾 压力机，取压力机型号为J23-16其参数如下： 滑块行程：70mm

行程次数：115次/mm 最大封闭高度：220mm 封闭高度调节量：60mm

滑块中心线到床身距离：160mm

工作台尺寸：左右：450mm 前后：300mm 工作台板厚度：60mm 模柄直径：40mm 模柄深度：60mm

五、模具主要零部件设计

由工艺方案的确定可知，该零件应采用多工序复合模， 此零件是采用多工序复合

模，模具的基本结构由：上模板，下模板，模柄，螺栓，卸料板，凸模固定板，拉深凸模，凸凹模，凸凹模固定板，挡料销，压边圈，定位销，导柱导套等组成。模具的压边圈采用平面式的，坯料用压边圈的凹槽定位，凹槽深度小于1mm ，以便压料，采用弹性压边圈，其压边力的大小不会随凸模行程而产生较大的变化，不会造成拉深后期压边力徒升，筒壁拉力增大。而且调整方便，适用性强，还兼有卸件作用。模具采用反装结构。 根据本成品零件的结构形状，本凸，凹模均采用圆形模具。 1.1落料凸、凹模双边间隙

凸、凹模间隙对冲压件质量，尺寸精度，模具寿命以及冲裁力，顶件力等有较大的影响，所以应选择合理的间隙。

查阅《冲裁模具工艺与模具设计》，对冲件质量要求不高的制件一般采用较大间隙，查阅表2-8得：

mm Z mm Z 06.0,04.0max min == 工件精度14IT ，其中5.0=x 。 1.2凸、凹模工作部分尺寸

mm

Z D D mm x D D p d A T A 0012.00012.00min 008

.00008.000max 96.94)04.095()(95)74.15.087.95()(---+++=-=-==?-=?-=δδ 其中 T A D D ,分别为落料凹凸模的刃口尺寸，mm 。 max D 落料件的最大极限尺寸，mm 。 x 磨损系数。

?制件的制造公差，mm

mm

Z Z mm

Z Z p d 012.002.06.0)(6.0008.002.04.0)(4.0min max min max =?=-==?=-=δδ

2.1拉深凸、凹模单边间隙

首次拉深

mm t Z 55.05.01.11.1=?==

落料凹模的高度根据工件确定，其外形尺寸mm D 95=。

2.2 拉深工件零件结构尺寸和公差的确定

对多次拉深，工序尺寸无需严格要求，基准键凸模或者凹模基本尺寸各取工序件尺寸。拉深件尺寸和公差是由最后一次拉深模保证的，对于首次和中间各次拉深模，因工序尺寸无严格要求，所以凸凹模工作尺寸取相应工序件尺寸即可。

以凸模为基准，则 标注为内形尺寸

mm

Z d D mm

d d d

p d p 03.00

03.00

min 0

02.0002.00min 58

.48)

1.1238.46()

24.0(38.46)24.14.062.05.46()4.0(+++---?+=+?+==?+-=?+=δδ

查阅《冲压工艺及模具设计》得

mm

mm d p 03.002.0==δδ

且mm 24.1262.0=?=? 凸模的长度计算 h h h h l +++=321 其中1h 为凸模固定板的厚度 2h 固定卸料板的厚度 3h 为导料板的厚度

h 取10~20mm 综上计算得凸凹模长度为65mm 。

由于凸凹模壁厚较大23.75mm ，远大于8mm 所以不需要强度校核。 3、模具部件结构

a、凸模

拉深凸模采用最简单的圆柱式，材料用T10A，热处理58~62HRC，采用车床加工，与凸模固定板的配合按H7/m6的配合，拉深凸模结构如图所示。

凸模

b凸凹模

选用圆形凸凹模，材料用T10A，热处理60~64HRC，采用车床加工，与凸凹模固定板配合为H7/h6，具体结构可如下图所示。

凹模的厚度需大于等于15mm 《冲压模具课程设计》

凹模的刃壁高度：

垂直于凹模平面得刃壁，其高度可以根据下列规则计算：在制件厚度不超过3mm 时，高度取3mm 。当凹

,刃壁高度可以比上述增加。

根据上述数据可以确定凹模尺寸如下: 凸凹模mm h D d 655.479521??=?? 圆角处的尺寸

圆角处的尺寸，经分析，若该处是以凸模成形，则以凸模为基准，间隙取在凹模上；若是以凹模成形，则以凹模为基准，间隙取在凸模上。 凸凹模固定板的选择

外形尺寸与凹模相对应，由国标JB/T7643.5-1994,选择为30150?Φ，材料为Q235A 。

凸凹模固定板 技术要求：①上下平行度为0.02，表面粗糙度为1.6 ②材料为45钢，无需热处理

c 压边圈设计

为了防止拉深过程中起皱，生产中主要采用压边圈，查《冲压工艺与模具设计》表4-3知，首次拉深需采用压边装置，压边圈采用45钢制造，热处理硬度42~45HRC 。

根据相对厚度

56.0100=?d

t

为了防止起皱，拉深系数51.0，所以采用压边圈。采用压边的目的是为了防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时力必须适当，压边力过大会引起拉深力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直臂或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于拉深系数及相对厚度。

凸缘相对直径

37.15

.4765==D d

d 模架的选择

按导柱位置不同可分为四种模架，中间导柱模架，用于单工序模和工位少的级进模。对角导柱模架，可以横纵向送料，特别适用于级进冲裁模。四导柱模架，刚性好平稳准确可靠，一般用于大型冲模和要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁。后侧导柱模架，导柱分布在模座的后侧，而且直径相同，工作面敞开，适于大件边缘冲裁，但是工作不够平稳，常用于小型冲模。

由于本落料拉深复合模，属于小型模具，而且工件边缘较大，综合分析我选择了后侧导柱模架。

模架的长度及宽度比凹模大30~40mm 。 根据《冲压模设计指导》表4-6

上模座：mm 35150250?? 5.2285/T GB

下模座：mm 45150250?? 5.2285/T GB

导柱与导套结构由标准中选取，尺寸有模架中参数决定。导柱的长度应该保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm ，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5-1mm 。导柱与导套之间的配合为H7/h6，导套与上模座之间的配合为H7/r6，导柱与下模座的配合为R7/h5，导柱与导套材料采用20钢，热处理硬度（渗碳）56-62HRC.上下模座材料采用45钢，热处理硬度为调质28-32HRC 。

导柱尺寸Φ32?160 GB/T2861.1 导套尺寸Φ32?105?43 GB/T2861.6 e 模柄的选择

通过前面的计算得出冲裁力大于拉深力，所以以冲裁力计算得出的压力机为准，即取压力机型号为J23-15，其公称压力为160KN,并且根据《冲压模具课程设计》查得其最大封闭高度为220mm ，模柄直径为40mm 。又查阅表格9-43得知选择B 型凸缘模柄高度78mm 。 设计模具为小型模具，根据手册小型模具通常选用直径为8,10,12的螺钉，设计零件为圆形，固定件为圆形一般使用3到4个螺钉。

复合模壁厚大于等于1.2～1.5mm 。倒装式模具操作方便，安全高效。 f 垫板的作用

如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上压出凹坑，从而影响凸模的正确位置。为了避免模座的损坏，在凸模固定板和上模座之间加装一块淬硬的垫板。在复合模的凸凹模固定板与模座之间，因为同样的原因也需要加装一块垫板。 g 通气孔

为使工件不至于由于拉深时空气压力的作用等因素而使其紧贴在凸模上，设计凸模时应有通气孔，对于一般中小型的拉深，可直接在凸模上钻出通气孔，孔的大小可根据凸模的尺寸而定，查阅表4-35得通气孔直径5到6.5mm 之间。

h挡料销

挡料销用于限定条料送进距离、抵住条料的搭边或工件轮廓，起定位作用，固定挡料销有圆形与钩形两种，一般装在凹模上，圆形挡料销结构简单，制造容易，但销孔力凹模较近，削弱凹模强度，由于我们凹模相对较厚，强度较大，所以选择了简单的圆形挡料销。

i卸料装置

由于落料拉深过程中，若选用选用弹性卸料，则拉深行程中，橡胶亦被压缩，产生不必要的压缩力，增大压力机压力，故采用刚性卸料装置，材料为45钢，卸料板与导料尺做成整体，综合卸料板的标准，设计卸料板厚度为10mm，固定螺钉选用M10，查《冲压模具简明设计手册》表15.30，卸料板孔与凹模的单边间隙Z/2=0.2mm。

j螺钉的选择

为使凸凹模固定板安装在上模架和凹模安装在下模架上时不影响模具在压力机上的安装，应采用内六角圆柱头螺钉，其直径和长度应根据强度和所需连接高度选择，参考标准GB70-85。

K模具闭合高度的校核

上模座高度35mm，凸凹模固定板厚度30mm，模具闭合时，固定板与卸料板之间的间隙18mm，卸料板高度10mm，板料厚度0.5mm，凹模板高度20mm，凸模固定板12mm，下模座高度45mm，模具闭合高度H=35+30+18+10+0.5+20+12+45=170.5（mm）。在压力机最大封闭高度220mm范围内。

六、设计体会

两个星期的冲压模程设计，虽然辛苦了些，但是我们总是能在这些日子收获很多。在交课程设计的规定时间内时完成了课程设计，真的觉得有很多值得自己去总结的地方。

这次课程设计的任务是根据所给题目，自己独立完成一个简单冲压模的设计，这对自己来说是一个大的挑战。从选定设计题目起，查阅书籍，寻找相关资料，但是由于缺乏实际经验，对模具结构的拟订难免困难，只能依靠自己的想象力，所以在设计过程中，总感到困难重重，进度进展较慢，不过在同学和老师的帮助下还是完成了这次课程设计。

作为《冲压工艺及冲模设计》这门课程学习的一个重要的环节，课程设计不仅是对我们学习内容的综合运用，同时也是对这这门课程的一个总结。通过这次课程设计对我在大学阶段所学习的模具设计方面的知识做了一个很好的总结和巩固，也对平时所学习的比较零散的知识做到了系统化的运用。也发现了自己在学科内的某些方面知识的欠缺，做到了很好的复习和理解。设计中用到了大量专业知识，例如机械设计、工程制图、公差与配合等学科。通过在设计中查阅和复习其相关知识，对部分已生疏的学科又重新做了认识，且在以前学习的基础上更加深了理解，同时也把书本上学到的知识用到了实际设计中，将单一的学科和其他配套学科融合在一起，学会了综合考虑问题。在以后的工作和学习中，我会努力的去做得更好。

七、参考文献

1.翁其金,《冲压工艺及模具设计》，机械工业出版社，2010.

2. 郝滨海，《冲压模具简明设计手册》，北京：北京-化学工业出版社，2005。

3. 中国机械工程学会、中国模具设计大典编委会.《中国模具设计大典》第三卷，江西科学技术出版社，2003。

4.《模具设计手册》机械工业出版社

5.林承全，《冲压模具课程设计》，化学工业出版社。

6.王立人，《冲压模具设计指导》，北京理工大学出版社。