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1、江苏大学毕业设计论文 复杂盒形零件支架的模具设计摘要 盒形支架零件，圆弧长，圆角多，结构复杂，且板料厚，成形工艺难度大，零件的毛坯展开尺寸的确定和拉深模具结构设计是盒形支架零件成形的关键。首先，正确计算复杂盒形零件支架的毛坯展开尺寸，确定支架零件的拉深成形次数及零件的成形工序，以确定的零件成形工序设计模具。落料模中合理的排样可以提高材料的利用率，针对厚板正确计算冲裁力，以选用合适的压力机型号来满足落料的需要，合适的凸、凹模尺寸及间隙可以得到尺寸、质量好的毛坯件。拉深模是盒形支架零件成形的关键，凸、凹模形状、尺寸、圆角半径和间隙起着决定性的作用，模架结构和毛坯的定位可以提高零件的精度。冲孔模工件
2、的最后的成形工序，选用压力机时要明确所选用的压力是冲四个孔的压力总和，模架结构及凸、凹模设计可以与落料模和拉深模相同，以方便生产制造。使用久里金法则计算毛坯的展开尺寸，全面地分析材料的成形性能，合理地设计落料、拉深、冲孔模具的凸、凹模尺寸、凸、凹模间隙和圆角半径，精确地选择压力机的型号是本文的研究的重点。同时，合理地选择凸、凹模的材料和热处理方法能够大大提高模具的使用寿命。关键词：支架零件 毛坯尺寸 落料模 拉深模 冲孔模 热处理Design of Die for complex box support partsAbstract The forming process of box supp
3、ort parts which has length arc, lots of rounded, complex structure, and the thick plate, is difficult, and the key of box bracket parts forming is to ensure size of the blank and design the drawing die structure. First of all, it is necessary to calculation blank size of complex box support parts, d
4、etermines the forming times of drawing frame parts and constitutes the forming process of parts, and we can design die according to the forming process. A reasonable layout can improve the utilization ratio of material in the blanking die, it is necessary to calculate blanking force correctly in ord
5、er to choose the suitable press machine for meeting the needs of blanking in plate. Besides, we can get the accurate size and good quality blank work piece. The drawing die is the key to form box support parts, the shape, size, round radius and gap of convex and concave die, it can improve the accur
6、acy of parts which has the good frame structure and blank positioning. The final forming process is piercing, when we choose the press machine, it has to know that the press is the sum of four holes press, it is convenient for manufacturing to choose frame structure and design convex and concave die
7、 which can be the same blanking die or drawing die. Therefore, it is the focus of this research which uses the long golden rules calculating blank accurately, analyses the forming properties of materials comprehensively, designs convex and concave mold size, gap between convex with concave of blanki
8、ng die, convex and concave die radius, drawing die and punching die reasonably, and selects the model of press machine. At the same time, it can greatly improve the service life of the die in selecting the material of convex and concave die and the heat treatment method of die.Key words：support part
9、s blank size blanking die drawing die piercing die heat treatment目录第一章 绪论11.1 冲压模具的作用和地位11.2 我国冲压模具技术的发展趋势11.3 我国冲压模具技术的发展局限性和未来展望3第二章 复杂盒形零件支架的成形工艺分析42.1 复杂盒形零件支架成形工艺分析42.2 复杂盒形零件支架毛坯展开尺寸确定52.3 复杂盒形零件支架的拉深次数确定72.4 复杂盒形零件支架的成形工序8第三章 复杂盒形零件支架落料模具设计93.1 复杂盒形零件支架毛坯材料的排样及利用率计算93.2 复杂盒形零件支架毛坯落料冲裁力计算及压力机的
10、选择103.3 复杂盒形零件支架毛坯落料模的设计113.3.1 复杂盒形零件支架毛坯落料冲裁过程分析123.3.2 复杂盒形零件支架毛坯落料模凸、凹模设计133.3.3 复杂盒形零件支架的落料模具结构的选择153.4 复杂盒形零件支架毛坯落料模具总装图15第四章 复杂盒形零件支架拉深模具的设计174.1 复杂盒形零件支架拉深过程毛坯应力应变状态分析174.2 复杂盒形零件支架拉深过程的压边力、拉深力和压力机的选择184.3 复杂盒形零件支架拉深模具设计194.3.1 复杂盒形零件支架拉深凸、凹模设计194.3.2 复杂盒形零件支架的拉深模架结构及导柱导套的选择224.3.3 复杂盒形零件支架拉
11、深模定位板、压边圈的选择234.4 复杂盒形零件支架拉深模具总装图24第五章 复杂盒形零件支架冲孔模具的设计255.1 复杂盒形零件支架的冲裁力、卸料力计算及压力机的选择255.2 复杂盒形零件支架冲孔模具设计255.3 复杂盒形零件支架冲孔模具总装图27第六章 复杂盒形零件支架模具材料选择及热处理296.1 复杂盒形零件支架模具材料的性能要求分析296.1.1 复杂盒形零件支架模具材料的力学性能要求分析296.1.2 复杂盒形零件支架模具材料的工艺性能要求分析306.2 Cr12MoV冷作模具钢的热处理306.2.1 Crl2MoV钢的热处理316.2.2 Crl2MoV钢模具的表面化学热处
12、理34结论36致谢37参考文献38III第一章 绪论模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。模具工业是国民经济的重要基础工业之一。1.1 冲压模具的作用和地位模具是材料成形加工的重要工艺装备，是机械、电子、轻工、国防等工业生产的重要基础之一。利用模具可以实现少、无切削加工，从而提高生产效率、降低成本。由于模具成形具有高产、优质、低消耗等特点，因而作用十分广泛。其中占飞机、汽车拖拉机、机电产品成形加工的60%70%；占家电产品、塑料制品成形加工的80%90%。随着模具工业的迅速发展，对
13、模具的使用寿命、加工精度等提出了更高的要求。模具性能的好坏和使用寿命，将直接影响加工产品的质量和生产的经济效益。模具的设计，模具材料的种类、热处理工艺、表面处理技术是影响模具使用寿命的极其重要的因素，所以世界各国都在不断的研究和开发新型的模具材料，改进模具材料的热处理工艺、选用适当的表面处理技术、合理地设计模具结构、加强对模具的维护等措施，来稳定和提高模具的使用寿命，防止模具的早期失效。在现在生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要的因素，尤其是对实现厚板材料的加工工艺要求、精度和使用要求。1.2 我国冲压模具技术的发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快
14、和市场竞争激烈。在这种情况下，用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。因此，模具工业的发展的趋势是非常明显的。 （1）模具产品发展将大型化、精密化模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔使模具日趋大型化。 随着零件微型化，以及模具结构发展的要求精密模具精度已由原来的5m提高到23m，今后有些模具加工精度公差要求在1m以下，这就要求发展超精加工。 （2）多功能复合模具将进一步发展 新型多功能复合具是在多工位级进模基础上开发出来的。一套多功能模具除了冲压成形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。通过这种多全能模具生产出来的不再是单个零件，而是
15、成批的组件。如触头与支座的组件，各种小型电机、电器及仪表的铁芯组件等。（3）快速经济模具的前景十分广阔现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越引起人们的重视。例如，研制各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具：中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外，采用计算机控制和机械
16、手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。（4）模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。（5）模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术将进一步受重视在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%30%之间，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提
17、高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。其碳化物微细，组织均匀，没有材料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一种很有发展前途的钢材。特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。这种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、形芯、浇口等主要部件。另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间亦是重要方向。模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能
18、的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善普及常用表面处理方法，即扩渗，如渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展设备昂贵、工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。（6）在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。由于模具CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及
19、应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条伯。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。1.3 我国冲压模具技术的发展局限性和未来展望随着工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。造成这样的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是
20、设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。近几年，我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。最主要的问题是低档模具过剩，高档模具却供不应求，甚至必须依赖进口。我国的模具行业在今后的发展中，要更加注意产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展，紧紧地跟着市场的需求来发展。没有产品的需求，产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。模具技术的发展
21、能提高产品的设计和制造效率，缩短生产周期，提高产品合格率，对于增强国家的科技、经济实力都能其到巨大作用。第二章 复杂盒形零件支架的成形工艺分析2.1 复杂盒形零件支架成形工艺分析下图2-1所示为复杂盒形零件支架，材料的20号冷轧钢板，板厚t为5mm，。零件四角为圆弧过渡，底部两侧为封闭凹筋，中间呈圆弧向外凸起。零件近似盒形，形状复杂且板料较厚。从零件图样分析可以看出工艺难度大，毛坯张开尺寸确定和拉深成形模具结构设计是零件成形过程的关键。4图2-1. 复杂盒形零件支架复杂盒形零件支架图在制定拉深件的工艺过程和设计模具时，必须预先确定该零件是否可以一道工序拉成，或是需要经由几道工序制成。正确地解决
22、这个问题直接关系到制造的经济性和成品的关键。2.2 复杂盒形零件支架毛坯展开尺寸确定对于形状复杂的旋转体拉深件的毛坯直径尺寸的计算可利用久里金法则1：满足毛坯面积和工件面积相等，这样可以使材料的分配尽可能满足，这样有助于降低盒形零件拉深时不均匀变形和减少材料的浪费，提高盒形零件成形极限。久里金法则，即任何形状的母线绕轴线旋转，所得到的旋转体面积等于母线长L与其重心绕轴线旋转所得周长2X的乘积。即旋转体面积：A=2LX毛坯面积：（D为毛坯直径）A=A0故毛坯直径： （2-1）求毛坯尺寸有三种方法：（1）解析法；（2）作图解析法；（3）作图法。1本文则采用的是解析法，此法适用于直线和圆弧相连接的形
23、状如下图2-2所示。图2-2. 旋转体拉深件的毛坯直径计算毛坯直径计算过程如下：先算出直线长度和圆弧长度（查冲压手册表4-9、表4-10）L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8，得：L1： 1=arcsin(38.5/57.5)=42 L1=0.73357.5=42.1475mmL2： 2=40 L2=0.6987.5=5.235mmL3： L3=35-5-2.5=27.5mmL4、L5、L7： L4=L5=L7=11.79mmL6： L6=25-5-5=15mmL8： L8=30-5-5=20mm在算出直线重心和圆弧重心至轴线的距离（查冲压手册表4-11、表4-12）X1、X2、X3
24、、X4、X5、X6、X7、X8。X1： 1=42 X1=0.91357.5cos42=39.0132mmX2： 2=40X2=40-7.50.335=34.4875mmX3： X3=40+30/2=55mX4： X4=70+4.78=74.78mmX5： X5=85-4.78=80.22mmX6： X6=85+15/2=92.5mmX7： X7=95+4.78=99.78mmX8： X8=102.5mm将计算结果打入公式（2-1），即可求得毛坯直径尺寸D：=280mm把复杂盒形零件支架圆角部分和直壁部分假想分割开来，圆角部分按直筒形零件拉深展开计算公式 （2-2）式中 R毛坯圆角半径（mm）；
25、r盒形零件角部圆角半径（mm）；h盒形零件的高度（mm）；r底盒形零件底部圆角半径（mm）。带入数据得=45mm对展开尺寸进行修改，使其毛坯的形状和复杂盒形零件支架的形状相似，以利于复杂盒形零件支架的拉深成形。则修改后的尺寸如下图2-3复杂盒形零件支架展开图所示。图2-3. 复杂盒形零件支架展开图2.3 复杂盒形零件支架的拉深次数确定在确定拉深工序的次数时，必须做到使毛坯内部的应力既不超过材料的强度极限，而且还能充分利用材料的塑性。也就是说每一次拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大可能的变形程度。每次拉深后圆筒件直径d和拉伸前毛坯直径D的比值，成为拉深系数，用m表示，它是衡量拉深变
26、形程度的指标。第一次拉深系数： 第二次拉伸次数： 第n次拉深系数： 拉深系数愈小，每次拉深工序毛坯的变形程度愈大，所需要的拉深工序也愈少。拉深系数是拉深工艺计算中主要工艺参数之一，通常用它来决定拉深的顺序和次数。则该零件的第一次拉深系数m1为=0.732毛坯相对厚度为=1.8该盒形零件是无凸缘筒形用压边圈辅助拉深，查冲压手册表4-15，m1=0.50，m1m1，则该盒形零件可以一次冲压成形。2.4 复杂盒形零件支架的成形工序综上零件成形工艺的分析，复杂盒形零件支架的成形工序为：落料拉深冲孔，三道工序。第三章 复杂盒形零件支架落料模具设计本文的复杂盒形零件支架的成形工序为：落料拉深冲孔，三道工序
27、。根据零件的成形工序设计模具，则就至少需要三副模具：落料模、拉深模和冲孔模。拉深模是零件成形的关键。3.1 复杂盒形零件支架毛坯材料的排样及利用率计算冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具的结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中的一样很重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料的费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。其计算公式如下：一个进距内的材料利用率为100% （3-1）式中 A冲裁件面积（mm2）； n一个进距内冲件数目；B条料宽度（
28、mm）；h进距（mm）；本文的复杂盒形零件支架采用的是20号板厚为5mm的冷轧钢，宽度为B=285mm，进距为h=285mm，下图3-1为复杂盒形零件支架毛坯的排样图。毛坯的面积A=1902+452=42461.73mm2，带入数据，得100%=100%=52.3%图3-1. 复杂盒形零件支架毛坯的排样图3.2 复杂盒形零件支架毛坯落料冲裁力计算及压力机的选择计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁力的大小主要与材料的力学性能、厚度和冲裁件分离的轮廓长度有关。用平刃口模具冲裁时，冲裁力（N）可按下式1进行计算 （3-2）式中
29、L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）； 材料的抗剪强度（MPa）； K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般K=1.3。一般情况下，材料的=1.3，为计算方便，也可用下式3计算冲裁力F（N） （3-3）式中 材料的抗拉强度（MPa）。为了使冲裁过程连续，操作方便，就需把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹模孔内的冲件或废料推出。从凸模上将零件或废料卸下来所需要的力称为卸料力，顺着冲裁方向将零件或废料从凹模腔推出的力称为推件力，逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力称为顶件力。、是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得的。影响这些力的因素主要有
30、材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。要准确计算这些力是困难的，实际生产中常用下列经验公式3计算= （3-4）= （3-5）= （3-6）式中 冲裁力（N）； 、分别为卸料力、推件力、顶件力系数。复杂盒形零件支架所用的材料为20号冷轧钢，材料的抗拉强度为 =510MPa6，计算图2-3展开图的周边长度为L=1904+452=1042.7433mm。钢板的厚度t=5mm。则冲裁力=1042.74335510=2658995N卸料力= =0.042658995=106360N由于在实际生产中，凹模孔中会同时好几个工件，所以计算推件力应考虑工件数目，设h
31、为凹模孔口直壁的高度，则工件数n=h/t。推件力n=h/t=10/5=2=n=0.04522658995=239310NF总= + + =（2658995+106360+239310）N=3004665N拟选用吨位为4000KN的Y87-400机械式金属挤压机。3.3 复杂盒形零件支架毛坯落料模的设计在设计模具时应注意一下几点：（1）模具工作零件在材料和性能上要求严格，模具工作零件的材料具有较高的强度、韧性、耐磨性以及耐热性，模具工作零件应避免尖角过度，防止应力集中。（2）工作部分与上、下模座之间应设有足够支撑面、一定厚度的淬硬垫板用以减小单位压力。（3）为了提高模具工作零件的强度，冷挤压凹模
32、多采用预压力组合式结构，以提高承载能力，凸模有时也采用组合式结构。（4）上、下模座一般不采用铸铁制造，多采用中碳钢制造。以保证模具的较好刚性和较高的强度。33.3.1 复杂盒形零件支架毛坯落料冲裁过程分析复杂盒形零件支架毛坯尺寸及形状如图2-3所示，则对于凸、凹模应与毛坯的形状和尺寸匹配。但凸、凹模之间要存在一定的间隙，以利于凸模下压过程中，板料受剪而相互分离。板料的分离是瞬间完成的，整个冲裁变形分离过程大约可分为3个阶段3：（1）弹性变形阶段 冲裁开始时，板料在凸模的压力下，发生和弯曲。凸模继续下压，板料地面相应部分材料略挤入凹模孔内。板料与凸、凹模接触形成很小的圆角。由于凸、凹模之间有间隙
33、存在，使板料同时受到弯曲和拉伸作用，凸模下的板料产生弯曲，位于凹模的板料开始上翘，间隙较大，弯曲和上翘就越大。（2）塑性变形阶段 凸模继续下降，压力增加，当材料内部应力达到屈服点，板料进入塑性变形阶段。此阶段凸模开始挤入板料，并将下部材料挤入凹模孔内，板料在凸、凹模刃口附近产生塑性剪切变形，形成光亮的剪切断面。在剪切面的边缘，由于凸、凹模间隙存在而引起的弯曲和拉伸的作用，形成圆角。随着刃口的深入，变形区向板料额深度方向发展、扩大，应力也随之增加，变形区材料的硬化加剧，载荷增加，最后在凸模和凹模的刃口附近，达到极限应变和应力值时，材料便发生微裂纹，这就意味着破坏开始，塑性变形阶段结束。（3）断裂
34、分离阶段 此时凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂纹不断向板材内部扩展，若间隙合理，上、下裂纹则相遇结合，板料被拉断分离。由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域。当凸模在下行，冲落部分将克服摩擦阻力从板材中推出，全部挤入凹模洞口，冲裁过程到此结束。3.3.2 复杂盒形零件支架毛坯落料模凸、凹模设计凸、凹模间隙是冲裁过程最重要的工艺参数，它对冲裁质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择一个合理的间隙，是冲裁件的断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、所需冲裁力小。考虑到模具制造中的偏差和使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，只要模具间隙在这
35、个范围内就可以满足以上的各项要求，冲出合格的制件。模具在使用过程中逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙。确定间隙时理论计算的依据主要是：在合理间隙情况下冲裁时，材料在凸、凹模刃口处产生的裂纹成直线会合。本文的工件材料为20钢是属于硬钢，板厚为5mm，通过查表凸、凹模的最小合理间隙为Z=0.500mm。落料模的主要工作部位是凸、凹模。正确选择凸、凹模工作部分的尺寸和形状，可以保证模具具有较高的寿命，降低挤压力，同时有利于挤压时金属的流动形式。复杂盒形零件支架毛坯落料模采用的是下出料，则凸模的尺寸就必须和零件的尺寸和形状相同，复杂盒形零件支架毛坯落料凸模如下图3-2所示。凹模与凸模之间应
36、满足上文的凸、凹模的间隙Z=0.5mm，则凹模圆角部分的圆角半径取R=45.5mm，复杂盒形零件支架毛坯落料凹模如下图3-3所示。图3-2. 复杂盒形零件支架毛坯落料凸模图3-3. 复杂盒形零件支架毛坯落料凹模3.3.3 复杂盒形零件支架的落料模具结构的选择落料模采用导柱、导套导向，采用弹性卸料装置，下出料方式。考虑到下料的方便以及毛坯尺寸精度要求不高，模具采用后侧布置的导柱导套模架，进料方式为从右至左。利用导柱和导套能够实现上、下模精确导向定位。凸、凹模在进行冲裁之前，导柱已经进入导套，从而保证在冲裁过程中凸模和凹模之间的间隙均匀一致。其结构特点：导柱与模座孔为H7/r6（或R7/h6）的过
37、盈配合；导套与上模座孔也为H7/r6过盈配合。其目的是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和导套从上模座中脱落下来。为了使导向准确和运动灵活，导柱与导套的配合采用H7/h6的间隙配合。冲模工作时，板料靠挡料销和导料板实现正确定位，以保证冲裁时板料上的搭边值均匀一致。3.4 复杂盒形零件支架毛坯落料模具总装图根据以上设计原则，可得复杂盒形零件支架毛坯落料模具总装图如图3-4所示。图3-4. 复杂盒形零件支架毛坯落料模具总装图1上模座；2弹簧；3卸料螺钉；4内六角螺栓；5模柄；6、7圆柱销；8垫板；9凸模；10卸料板；11凹模；12顶件块；13下模座；14导柱；15导套；16挡料销第四章 复杂盒形零件
38、支架拉深模具的设计拉深是利用模具使平板毛坯变成为开口的空心空间的冲压加工方法。用拉深工艺可以制成筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物面形、盒型和其他不规则形状的破壁零件。拉深变形过程总的可以归结如下：在拉深力作用下，毛坯内部的各个小单元之间产生了内应力；在径向产生拉应力，在切向产生压应力。在这两种应力作用下，凸缘区的材料发生塑性变形并不断地被拉入凹模内，称为筒形零件。4.1 复杂盒形零件支架拉深过程毛坯应力应变状态分析在实际生产中，拉深件各部分的厚度是不一致的。一般是：底部略微变薄，但基本上等于原毛坯的厚度；壁部上段增厚，越靠上缘增厚越大；壁部下段变薄，越靠下部变薄越多；在壁部向底部转角稍上处，则出
39、现严重变薄，甚至断裂。此外，沿高度方向，零件各部分的硬度也不同，越到上缘硬度越高。这些都说明在拉深过程中，毛坯各部分的应力应变状态是不一样的。根据应力应变状态的不同，可将毛坯划分为5个区域：（1）平面凸缘区 这是拉深变形的主要区域，这部分材料在径向拉应力1和切向压应力3的作用下，发生塑性变形而逐渐进去凹模。由于压边圈的作用，在厚度方向产生压应力2。通常1和3的绝对值比2大很多，材料的流动主要是向径向延展，同时也向毛坯厚度方向流动而加厚。这是厚度方向的应变2是正值，由于越靠外需要转移的材料越多，因此，越到外缘材料越厚，硬化也越严重。假若不用压边圈，则2=0。此时的2要比有压边圈时大。当需要转移的
40、材料面积较大而板材相对较薄时，毛坯的凸缘部分，尤其是最外缘部分，受切向压应力3的作用极易失去稳定而拱起，出现褶皱。（2）凸缘圆角部分 这属于过渡区，材料变形比较复杂，除有与平面凸缘部分相同的特点外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生压应力2。（3）筒壁部分 这部分材料已经变形完毕称为筒形，此时不再发生大的变形。在继续拉深时，凸模的拉深力要经由筒壁传递到凸缘部分，故它承受单向拉应力1的作用，发生少量的纵向伸长和变薄。（4）底部圆角部分 这也属于过渡区，材料除承受径向和切向拉应力1和3外，还由于凸模圆角的压力和弯曲作用，在厚度方向承受压应力2。底部圆角稍上处，由于传递拉深力的界面积较小，但产
41、生的拉应力1较大,；加上该处所需要转移的材料较少，加工硬化较弱而是材料的屈服强度较低；以及该处又不像底部圆角出存在较大的摩擦力，因此在拉深过程中，该处变薄最为严重，成为零件强度最薄弱的断面。倘若此处的应力1超过材料的抗拉强度，则拉深件将在此处断裂，或者变薄超差。（5）筒底部分 这部分材料基本上不变形，但由于作用于底部圆角部分的拉深力，使材料承受双向拉应力，厚度略有变薄。综上所述，拉深中主要的破坏形式是起皱和拉断。起皱主要是由于凸缘的切向压应力3超过了板材临界压应力所引起的。常见的防皱措施是采用便于调节压边力的压边圈和拉深肋或拉深槛，把凸缘紧压在凹模表面上。拉深时拉裂的原因可能是由于凸缘起皱，毛
42、坯不能通过凸、凹模间隙，使筒壁总拉应力p增大；或者由于压边力过大，是p增大；或者是变形程度太大，即拉深比D/d大于极限值；总之，当拉深的变形抗力超过筒壁的材料抗拉强度，拉深件就要破裂。为防止拉裂，可以从以下几个方面考虑：根据板材成形性能，采用适当的拉深比和压边力；增在凸模表面粗糙度；改善凸缘部分的润滑条件；选用s/b比值小、n值和r值大的材料。4.2 复杂盒形零件支架拉深过程的压边力、拉深力和压力机的选择压边力要适当，若果压边力过大，会增大拉入凹模的拉力，是危险断裂面拉裂；如果压边力不足，则不能防止凸缘起皱。实际压边力的大小要根据既不起皱也不被拉裂这个原则，在试模中加以调整。设计压边装置时应考
43、虑便于调节压边力。在实际生产中单位压边力p可按冲压工艺与模具设计3表4-19选取。压边力为压边面积乘单位压边力，即FQ=Ap （4-1）式中 FQ压边力（N）；A在压边圈下毛坯的投影面积（mm2）；p单位压边力（MPa），可查冲压工艺与模具设计3表4-19。本文复杂盒形零件支架为20钢，板厚t=5mm，则p=2.5MPa。在压边圈下毛坯的投影面积为A=190190+452-150150-252=17998mm2。则带入公式，得FQ= Ap=179982.5MPa=44995N对圆筒形件拉深力可用下式计算式中K修正系数，可查冲压工艺与模具设计3表4-20。对横截面积为矩形、椭圆形等拉深件，拉深力
44、可由上式求得F=（0.50.8）L t （4-2）式中L横截面周边长度。本文的复杂盒形零件支架为一次拉深成形，其拉伸系数m1=0.732，则K1=0.55。横截面周边长度L=1504+245=882.75mm，板厚t=5mm，材料的抗拉强度为 =510MPa，带入公式4-2得F=0.55882.755510N1238056.875N压力机的总压力应根据拉深力和压边力的综合来选择。即F=F+FQ （4-3）浅拉深时F（0.70.8）F0 （4-4）深拉深时F（0.50.6）F0 （4-5）式中 F拉深力、压边力以及其他变形力的总和； F0压力机的标称压力。通过计算，得拉深力、压边力的总和为F=44995+1238056.875=1283051.875N本文的复杂盒形零件支架的拉深高度为30mm，相对t=5mm的板厚，为浅拉深。压力机的标称压力F00.8F=0.81283051.875=990441.5N拉深拉力机选用吨位为1000吨的J88-100机械式金属挤压机。4.3 复杂盒形零件支架拉深模具设计