【最新版】毕业课程设计说明书-落料拉伸模具设计
河南职业技术学院
冲压模具课程设计
课程说明书
设计题目：
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初始条件：
材料为Q235钢，料厚为1.2mm，大批量生产，尺寸如下图所示：
摘要
本次课程设计的内容为用模具生产无凸缘筒形冲压件，其中包括落料、拉深二道等工序。由于产品深度仅10mm，相对较浅，一次拉深成型，采用落料拉深复合模一次成型，模具效率高，且成本较低。本次设计完成了产品的展开尺寸计算、排样计算、模具尺寸设计，最后使用计算机辅助设计工具AUTOCAD设计绘制模具的装配工程图和主要零件工程图。
关键词：落料拉深单排剪切AUTOCAD 模具
前言
21世纪的今天,中国凭借丰富且廉价的人力资源、庞大的市场及其它许多有利条件，已成为承接工业发达国家模具业转移的良好目的地。随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐增加，中国模具已经与世界模具密不可分，中国模具在世界模具中的地位和影响越业越重要。据相关专业人士分析，未来十年，中国模具工业和技术的主要发展方向将主要集中在以下几个方面：
(1)模具结构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高。由于成型零件日趋大型及高效率生产所要求的一模多腔，使模具日趋大型化；随着零件微型化和模具结构发展的要求，今后模具加工的精度将更小，这必将促进超精密加工的发展。
(2)CADCAECAM 技术在模具设计制造中的广泛应用。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计的制造系统(CADCAECAM)，发展高精度、高寿命模具和简易模具(软模、低熔点合金模具等)制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。模具制造是设计的延续，推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要求。实践证明，模具CADCAECAM技术是当代最合理的模具生产方式，既可用于建模、为数控加工提供NC程序，也可针对不同的模具类型，以相应的基础理论，通过数值模拟方法达到预测产品成型过程的目的，改善模具结构。从CADCAECAM一体化的角度分析，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CADCAECAM协同作业，以充分发挥各单元的优势和功效。因此，应大力进行高端辅助设计制造软件的培训、推广和应用。
(3)快速经济模具技术的推广应用。快速模具制造及快速成型技术是在近两来迅速发展起来的，并正向着高精度、更快捷的方向发展。与传统的模具技术相比，该技术具有制模周期短、成本特点，是综合经济效益较显著的模具制造技术。近年来快速模具制造商投入了很大的人力和物力，对各种模具的快速制造工艺进行研发，对传统的快速模具制造技术进行改造，嫁接了先进的RP及NC技术，有效满足一些高精度、高寿命模具的生产需求。(4)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。模具标准件应进一步增加规格、品种、发展和完善销售网络，保证供货速度，为客户提供交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低的优质模具标准件。
(5)开发优质模具材料和先进的表面处理技术。模具材料是模具工业的基础，制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展
和改善冲压成形技术。当前，国外模具材料系列日趋完善与细化，国内开发的高级优质模具钢品种虽然不少，但推广应用不足，每年所需约70万吨模具钢还要有相当一分进口。模具表面处理技术对模具的制造精度、模具的强度、模具的寿命、模具的制造成本等有着直接的影响。稀土表面工程技术和纳米技术表面工程技术的出现进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。同时处理技术由大气热处理向真空热处理发展。
(6)冲压成形技术将更加科学化、数字化，可控化。科学化主要体现深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理念、失稳理论与变形程度等对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程序。数字化主要体现在应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压方案。
(7)成形过程的数值模拟技术将在实用化方向取得很大的发展，并与化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂开关零件成形，从而真正进入实用阶段。(8)注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。
(9)对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便宜从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。
(10)冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、修改化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统(FMS)、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。
目录
摘要……………………………………………………………………………………前言…………………………………………………………………………………第一章零件图及工艺方案的拟订
1.1零件图及零件工艺性分析 (5)
1.2工艺方案的确定 (6)
第二章工艺设计
2.1计算毛坯尺寸 (7)
2.2确定排样方案 (8)
2.3确定裁板方案 (9)
2.4工序的合并与工序顺序 (11)
2.5计算各工序的压力 (11)
2.6压力机的选取 (12)
第三章模具类型及结构形式的选择
3.1×××模的设计 (15)
第四章模具工作零件刃口尺寸及公差的计算
4.1×××模刃口的计算 (17)
第五章模具零件的选用，设计及必要的计算
5.1×××模 (19)
第六章压力机的校核
6.1压力机的校核 (26)
第七章模具的动作原理及综合分析
7.1模具的动作原理 (27)
第八章凸凹模加工工艺方案
8.1凹模、凸模加工工艺路线 (29)
8.2模具装配 (33)
第九章设计心得 (35)
【参考文献】 (37)
第一章零件图及工艺方案的拟订
1.1零件图及零件工艺性分析
一、零件图
零件材料为Q235钢，料厚为1.2mm，大批量生产，尺寸如下图所示：
二、零件的工艺性分析
由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。
2、零件结构：该制件为无凸缘圆桶形拉深件，零件简单。
3、单边间隙、拉深凸凹模及拉深高度的确定应符合制件要求。
4、凹凸模的设计应保证各工序间动作稳定。
5、尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。
查公差表可得工件基本尺寸公差为：
1.2、工艺方案的确定
该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：先落料，再拉深。分别采用单工序模生产。
优点：模具结构简单，模具使用寿命相对较高。
缺点：需二道工序二副模具，精度相对较低。成本高而生产效率低，难以满足大批
量生产要求。
方案二：落料+拉深复合，采用复合模生产。
优点：只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，工件精度也能满足要求，操作方便，成本较低。
缺点：模具相对复杂一点。
通过对上述二种方案的分析比较，方案二的优势非常明显，故选用方案二为佳。
第二章工艺设计
2.1 计算毛坯尺寸
(1)确定修边余量
该H=10-0.6＝9.4mm, d=24－1.2＝22.8mm,
则Hd=9.4 22.8=0.41
查表可知0.43<0.5，且零件精度为自由精度，可不用修边。
(2)计算毛坯直径D
由于板厚小于1mm，故可直接用工件图所示尺寸计算，不必用中线尺寸计算。
D=
=
(3)确定拉深次数
按毛坯相对厚度tD=1.224＝5% 和工件相对高度Hd=9.622.8=0.41
查《冲压工艺与模具设计》表4-15可得n=1，初步确定只需要一次拉伸成型。(4)选取凸凹模的圆角半径
直接选用零件圆角半径，即
凹模圆角半径r=3.2 mm 凸模圆角半径r=2 mm
2.2、确定排样方案
1、制件的毛坯为简单的圆形件，而且尺寸比较小，考虑到操作方便，宜采用单排。
2、排样设计
查《冲压工艺与模具设计》表2-10，确定搭边值
两工件间的纵搭边a=1.5mm；工件与料边单边搭边值b=2.0；
步距S=D+a=37.1+1.5=38.6mm；条料宽度B=（D+2b）＝37.1+4＝41mm
故一个步距内的材料利用率为：
=ABS100
=BS100
=69%
如图所示排样方式
2.3、确定裁板方案
裁板方案采用板料1.25001000的冲轧板料，为方便操作，采用1.250041的裁板方式。
2.4、工序的合并与工序顺序
模具为落料拉深复合模具，仅一道加工工序。
2.5 计算各工序的压力中心
1、落料力的计算
F=1.3Lt
式中L—冲裁轮廓的总长度；t—板料厚度； --板料的抗拉强度
查《冲压工艺与模具设计》附表1可知： =400MPa 。故：
F=1.3237.11.2400=145.46KN
卸料力和顶件力的计算
=KF
=K F
式中K为卸料力系数，K为顶件力系数
查《冲压工艺与模具设计》表1-7知：K=0.045；K =0.06
故： =KF
=0.45145.46
=65.46KN
=K F
=0.06145.46
=8.72KN
3、拉深力的计算
首次拉深时拉深力=
式中：为工件的直径；
为材料抗拉强度（MPa ）；
为修正系数。
拉深系数=0.65 《冲压工艺与模具设计》表4-1可知： =0.56
拉深力： =
=
=20.27KN
4、压边力的计算
采用压边的目的是为力防止变形区板料在拉深过程中的起皱，拉深时压扁力必须适当，压边力过大会引起拉伸力的增加，甚至造成制件拉裂，压边力过小则会造成制件直壁或凸缘部分起皱，所以是否采用压边装置主要取决于毛坯或拉深系数m 和相对厚度tD100 由于tD100=1.2 37.1100
=3.2
拉深系数=0.65
故：查《冲压工艺与模具设计》表4-3知，拉深均需要采用压边装置。
压边力:
=
式中A 为初始有效面积；为单位压边力（MPa ）
查《冲压工艺与模具设计》表4-4可知： =2.5MPa
=
= =()[]
5.22.32241.37422??+-π =0.887 KN
综上所述：
=+ +
=145.46KN+20.27KN+0.887 KN ＝166.617KN
5压力中心的计算
图4
由于是圆形工件，如图4所示，所以工件的压力中心应为圆心。
2.6 压力机的选择
由于该制件为小型制作，且精度要求不高，因此选用开式机械压力机，它具有工作台面三面敞开，操作方便，成本低廉的有点。根据总压力选择压力机，前面已经算得压力机的公称压力为166.67 KN，查《冲压工艺与模具模具设计》表7.3提供的压力机公称压力中可选取压力机的型号为：J23-25
第三章模具类型及结构形式的选择
根据确定的工艺方案和零件的形状特点，精度要求，预选设备的主要技术参数，模具的制造条件及安全生产等，选定模具类型及结构形式。
依采用倒装模具结构形式，倒装模具的优势在于，可以采用打杆机构将制件从凹模中脱出。模具结构简图如下。
第四章模具工作零件刃口尺寸及公差的计算落料刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，用配作法，因此凸模基本尺寸与凹模尺寸相同，保证单边间隙 (mm)
图5
查《冲压工艺与模具设计》表1-3可知：
落料模的单边间隙为：Z==0.042 mm
式中x为补偿刃口磨损量系数。查《冲压工艺与模具设计》表2-21可知：x=0.2
取落料的尺寸公差IT10，则公差为=0.1mm
所以落料凹模的尺寸为：
=（37.1-0.20.1）
=37.08mm=37mm
第五章：模具零件的选用，设计及必要的计算
1、整体落料凹模板的厚度H的确定：
H=
式中为凹模材料的修正系数，碳素工具钢取=1.3；
为凹模厚度按刃口长度修正系数，查《冲压工艺与模具设计》表2-18可知： =1
H=
=1.31
=31.7mm
2、凹模板长度L的计算
L=D+2C
查《冲压工艺与模具设计》表2-17可知：C取22—18mm，根据要求C值可取24mm
故： L=D+2C
=31.7+224
=79.7 mm
故确定凹模板外形尺寸为：808032（mm）。凸模板尺寸按配作法计算。
(1)拉深
①拉深凸模
拉深模,由于其毛坯尺寸与公差没有必要予以严格的限制,这时凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的过渡尺寸即可,以凸模为基准.取公差等级为IT10=0.08mm.
拉深单边间隙：Z＝t
max
+kt 查表可知K＝0.2
Z＝1.2+0.2×1.2＝1.44
d
凸=d
-
δ凸=21.6
-0.08
mm
d
凹=( d
凸
+ 2Z)
+δ凹=(21.6+2×1.44)
+0.12=24.48
+0.12mm＝24 mm
拉深凸模采用台阶式，也是采用车床加工,与凸模固定板的配合按H7m6的配合,拉深凸模结构如下图6所示。
图6
②凸凹模
结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式圆凸凹模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工，与凸凹模固定板的配合按H7m6，凸凹模长度L=50mm,具体结构可如下图7所示。
图7
③落料凹模
凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的轮廓尺寸应要保
证凹模有足够的强度与刚度，凹模板的厚度还应考虑修磨量，根据冲裁件的厚度和冲裁件的最大外形尺寸在标准中选取凹模板的各尺寸为：长230mm，宽200mm，因考虑到整套模具的整体布置要求，选其厚度为52mm，结构如下图8所示。
第六章压力机的校核
压力机J23-25的主要参数：
公称压力：250KN
滑块行程：55mm
最大闭合高度：270mm
最小闭合高度：215mm
模柄孔直径：40mm
模柄孔深度：60mm
模具高度H＝178mm比压力机最小闭合高度215mm小，需在定模下部垫50mm厚的垫板，其它尺寸均基本符合要求。
压力机选用合格。
第七章凸凹模加工工艺方案7．1凸凹模加工工艺路线
第九章设计心得
通过这次毕业设计使我熟悉了冲压模具的整个过程，并且了解了在做冲压模具之前首先要对产品的结构形态，模具的结构形态。也就是要对产品的工艺性进行合理的分析，从而才能采取更合适模具，节约成本的同时还能保证加工零件的精度要求。其次，考虑好产品的批量以及精度要求以及材料的造价。最后完成产品的模具设计、模具的装配图、零件图。
本次毕业设计的成功完成使我个人的所有专业中学术上的一次难忘的历程，因为通过我本人的长时间的思考、设计以及老师多次细心的指导使我知道一套合格的冲压模具设计的完成以及一套合格的图纸的完成都需要付出多少次的心血和汗水，通过它可以说明一个人最基本的学习工作态度，我认为要立志成为一个模具行业的佼佼者首先要从每一个细节做起，做事要有坚忍不拔的毅力，有耐心、谦虚、谨慎这样才能成为一名出色的模具工程师。
主要参考文献
【1】.魏春雷，徐彗明。冲压工艺与模具设计北京理工大学出版社 ,
【2】.涂序斌模具制造技术，北京理工大学出版社，（第二版）
【3】.邓德清，胡绍平机械设计基础课程指导书，
【4】.魏春雷，朱三武，章南编. 模具专业毕业设计手册. 天津大学出版社,
【5】.冯炳尧、韩泰荣、蒋文森编. ＜模具设计与制造简明手册(第二版)＞. 上海科学技术出版社, 1998
【6】. 宛强《冲压模具设计及实例精解》化学工业出版社
【7】.魏斯亮李时骏互换性与技术测量，北京理工大学出班社200