1、摘要本畢業設計的題目是落料、拉深、沖孔模具設計，敘述了沖壓的概念、特點、基本工序及應用，分析了沖壓技術的現狀和發展方向，說明了沖壓模具的重要性。本文先對沖壓件進行工藝分析，確定工藝方案，以工序少，模具結構簡單，生產周期短，經濟效益高為原則，選取最佳工藝方案，采用落料、拉深、沖孔復合模。確定了沖壓模具總體結構設計方案，進行了工藝分析與相關設計計算，包括拉深次數，排樣，利用率，沖壓力，拉深力等；還進行了壓力機的選擇及模具零件主要工作部分尺寸及公差的計算。最后，采用cad繪制了這一套模具的裝配總圖和全部非標準件的零件圖。關鍵詞：落料；拉深；沖孔目錄摘要i1 緒論11.1沖壓的概念、特點及應用11.2

2、沖壓的基本工序及模具分類21.3 沖壓技術的現狀及發展方向32 沖壓件的工藝性分析52.1沖壓件的工藝性分析52.2 端蓋沖壓工藝方案的確定63 主要工藝參數計算73.1 毛坯尺寸計算73.1.1確定修邊余量73.1.2計算毛坯直徑73.1.3確定是否需要壓邊圈73.2 確定拉深次數73.3 排樣及材料的利用率83.4 計算工序沖壓力93.5 沖壓設備的選擇103.6 模具零件主要工作部分尺寸計算113.7 彈性元件的設計計算134 落料、拉深和沖孔復合模結構設計144.1 落料凹模設計144.2 沖孔凸模長度及強度校核144.3 落料拉深凸凹模設計184.3.1拉深部分凹模圓角半徑的確定18

3、4.3.2 凹模拉深部分高度的確定194.4 拉深沖孔凸凹模設計194.5 壓邊及頂件裝置類型設計204.6 壓邊圈的形式設計214.7 推件塊設計214.8 卸料板設計225 標準件的選擇235.1 卸料螺釘的選用235.2 模柄的選用235.3 模座的選用236 結論24致謝25參考文獻261 緒論1.1沖壓的概念、特點及應用沖壓加工是借助于常規或專用沖壓設備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進行變形，從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產品零件的生產技術。板料，模具和設備是沖壓加工的三要素。沖壓加工是一種金屬冷變形加工方法。所以，被稱之為冷沖壓或板料沖壓，簡稱沖壓。它是金屬塑性加工（或壓力

4、加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工程技術。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點。主要表現如下。 （1） 沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次

5、，高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。（2） 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。 （3） 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。 （4） 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節能的加工方法，沖壓件的成本較低。 由于沖壓具有如此優越性，沖壓加工在國民經濟各個領域應用范圍相當廣泛。例如，在宇航，航空，

6、軍工，機械，農機，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產業界都用到它，而且每個人都直接與沖壓產品發生聯系。像飛機，火車，汽車，拖拉機上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據有關調查統計，自行車，縫紉機，手表里有80%是沖壓件；電視機，收錄機，攝像機里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。 但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是

7、技術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優點才能充分體現，從而獲得較好的經濟效益的。 1.2沖壓的基本工序及模具分類 由于沖壓加工零件的形狀、尺寸和精度要求不同，各企業生產規模和生產條件各異，因此，沖壓的方法是多種多樣的。根據材料的變形特點及工廠現行的習慣，沖壓的基本工序可分為分離工序與成形工序兩類。分離工序是使沖壓件與板料沿要求的輪廓線相互分離，并獲得一定的斷面質量的沖壓加工方法。成形工序是使沖壓毛坯在不破壞的條件下發生塑料變形（通常又分為彎曲、拉深、成形三類），以獲得要求的制件形狀和尺寸精度的沖壓加工方法。沖壓模具的形式很多，可根據工藝性質及工序組合程度分為兩大類

8、。（1）根據工藝性質分類沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。 彎曲模 使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。 拉深模 是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具 成形模 是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。（2）根據工序組合程度分類 單工序模 在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。 復合模 只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時

9、完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 級進模（也稱連續模） 在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。1.3 沖壓技術的現狀及發展方向改革開放以來，隨著國民經濟的高速發展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業一直以15%左右的增長速度快速發展，模具工業企業的所有制成分也發生了巨大變化，除了國有專業模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發展。浙江寧波和黃巖地區的“模具之鄉”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉鎮企業，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業現已有幾千家。 隨

10、著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產品質量、成本和新產品的開發能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一。近年許多模具企業加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業發展的重要動力。一些國內模具企業已普及了二維cad，并陸續開始使用ug、pro/engineer、i-deas、euclid-is等國際通用軟件，個別廠家還引進了moldflow、c-flow、dynaform、optris和magmasoft等cae軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模

11、具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發。經過多年的努力，在模具cad/cae/cam技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析kmas軟件，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模cad/cae/cam軟件，上海交通大學模具cad國家工程研究中心開發的冷沖模和精沖研究中心開發的冷沖模和精沖模cad軟件等在國內模具行業擁有不少的用戶。2 沖壓件的工藝性分析設計內容：工件名稱：端蓋（如圖2-1）生產批量：大批量材料：0

12、8圖2.1 端蓋2.1沖壓件的工藝性分析（1）產品結構形狀分析 由圖2-1可知，圓片落料、圓片拉深、圓片沖孔。產品形狀簡單對稱，無狹槽、尖角；孔與孔之間、孔與零件邊緣之間最小距離c滿足c1.5t要求。（2）產品尺寸精度、粗糙度、斷面質量分析尺寸精度凡圖紙上未注公差的尺寸，均屬于未注公差尺寸，尺寸精度按it14級計算，由于普通沖裁尺寸精度高于it13級，所以采用普通沖裁即可保證零件尺寸精度。沖裁件斷面質量 因為一般用普通沖裁方式沖裁2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度可達12.53.2,毛刺允許高度為0.010.05mm；本零件在斷面粗糙度和毛刺高度上沒有太嚴格的要求，所以只要模具精度達到一定要

13、求，沖裁件的斷面質量可以保證。（3）產品材料分析 對于沖壓件材料一般要求的力學性能是強度低，塑性高，表面質量和厚度公差符合國家標準。本設計的產品材料是08鋼，為極軟的碳素鋼，強度硬度很低，而韌性和塑性極高，具有良好的冷加工性能。另外產品對于厚度和表面質量沒有嚴格要求，所以盡量采用國家標準的板材，其沖裁出的產品的厚度公差和表面質量就可以保證。經上述分析，產品的材料性能符合冷沖壓加工要求。2.2 端蓋沖壓工藝方案的確定完成此工件需要落料、拉深、沖孔三道工序。第一種方案：采用單工序逐步加工，落料、拉深、沖孔單工序模。特點：由于采用單工序模，模具制造簡單，維修方便。但生產率低，不適合大批量生產。第二種

14、方案：采用復合模加工成形。特點：生產率較高，工件精度高。但模具制造較復雜，調整維修較麻煩，使用壽命低。第三種方案：采用連續模加工成形特點：生產率高，便于實現機械化、自動化，但模具制造復雜，調整維修麻煩，工件精度較低。跟據本零件的設計要求，以及各方案的特點，決定采用第二種方案比較合理。3 主要工藝參數計算3.1 毛坯尺寸計算3.1.1確定修邊余量根據沖壓件相對高度：h/d=25.5/115=0.220.5，查參考文獻2表4.4可知本零件可考慮不加修邊余量。3.1.2計算毛坯直徑該工件為無凸緣圓筒件如圖3.1，h=25.5mm、d=115mm、r=2.5mm毛坯直徑為圖3.1 毛坯計算圖 d= （

15、3.1） = 156（mm）3.1.3確定是否需要壓邊圈根據坯料相對厚度1.5式中t為坯料厚度，mm查參考文獻2表4.70可知需要加壓邊圈。3.2 確定拉深次數 毛坯相對厚度，查參考文獻2表4.15毛坯第一次拉深系數0.530.55工件總拉深系數 （3.2），,所以工件可以一次拉深成形。3.3 排樣及材料的利用率根據該沖壓件的形狀特征，采用單排排樣。如圖3.2圖3.2 排樣圖查參考文獻2表4.15得 當t=1mm時，、送料進距：條料寬度，采用無側壓裝置。如圖3.3圖3.3 無側壓沖裁z導尺與最寬條料之間最小間隙，查參考文獻2表2.18，z=0.5條料寬度的單位偏差，查參考文獻2表2.16，=-

16、0.7mm所以mm導尺間距離aa=b+z=159mm材料利用率為 (3.3)n板料上沖裁的零件數量零件實際面積l板料長度b板料寬度若n取20，則 取所以條料規格為 3137158.51所以條料利用率為=3.4 計算工序沖壓力（1） 落料沖裁力確定 （3.4）式中，=材料抗拉強度，08鋼=260360mpa,取=320mpa（2） 卸料力確定 （3.5）式中查參考文獻2表2.38，=0.040.05，取=0.04。=0.04203.778.15kn（3） 拉深力確定 （3.6）式中k修正系數，查參考文獻2表4.75，取k =0.9材料的強度極限，08鋼=234441，取=400mpa=0.93.

17、141151400130kn（4） 壓邊力確定 （3.7）式中凹模圓角半徑，查參考文獻2表4.68，取=5.5mmp單位壓邊力，查參考文獻2表4.72，取p=2.5mpa（5） 沖孔力確定 （3.8）式中工件孔直徑，=15mm工件孔直徑，=6mm（6） 推件力確定 （3.9）式中n沖孔時卡在凹模內的廢料數，取n=3推件力因數，查參考文獻2表2.38，取=0.05=30.0566.62=9.99kn（7） 總沖壓力確定 （3.10） =435.13kn3.5 沖壓設備的選擇 為使壓力機能安全工作，取（1.61.8） （3.11） =1.7435.13=739.721kn查參考文獻2表9.3，選8

18、00kn的開式壓力機。其主要技術參數如下：公稱壓力：800kn滑塊行程：130mm最大封閉高度：380mm最大封閉高度調節量：100mm工作臺尺寸：800（左右）540（前后）工作臺墊板孔尺寸：260mm工作臺墊板厚度：100mm3.6 模具零件主要工作部分尺寸計算模具的落料凹模、落料拉深凸凹模、拉深沖孔凸凹模、沖孔凸模。模具零件主要工作部分尺寸計算見表3.1。表 3.1 模具零件主要工作部分尺寸計算沖壓性質零件尺寸計算公式凹模尺寸凸模尺寸落料查公差表得：，由于，不滿足間隙公差條件，應縮小提高制造精度，才能保證間隙在合理范圍。取故 ，沖孔查公差表得：，因為，校核結果滿足間隙公差要求，為降低制造

19、成本，可按間隙差從新分配制造公差，得故 沖孔查公差表得：，因為，故校核結果滿足間隙公差要求= 拉深凸，凹模的制造公差按it9級制造，查公差表得 =113.15=113.15注：1.沖裁工序：工件未注明公差，按自由公差取it14級，查參考文獻2表2.31，磨損系數取x=0.5;雙邊間隙查參考文獻2表2.31，取，凸模制造精度采用it6級，凹模制造精度采用it7級。2.拉深工序：工件未注明公差，按自由公差取it14級，凸、凹模的制造精度采用it9級；拉伸單邊間隙，查參考文獻2表4.64，。3.7 彈性元件的設計計算 為了得到較平整的工件，此模具采用彈壓式卸料結構，使條料在落料、拉深過程中始終處在一

20、個穩定的壓力之下，從而改善了毛坯的變形穩定性，避免材料在切向應力狀態下起皺的可能。落料卸料采用橡膠作為彈性元件。 橡膠的自由高度h=（3.54）s （3.12）式中h為橡膠的自由高度，mm; s為工作行程與模具修模量或調整量（4mm6mm）之和，mm。s=26+4=30mmh=（3.54）30=105120mm 取h=110mm4 落料、拉深和沖孔復合模結構設計4.1 落料凹模設計（1） 厚度的確定 查參考文獻2表2.40，應取=28mm，但考慮到拉深過程所以應取大些，取=55mm，=42mm。如圖4.1圖4.1 落料凹模（2）長度和寬度l、b的確定l=b=240mm4.2 沖孔凸模長度及強度

21、校核（1）15mm沖孔凸模的校核長度式中 l凸模長度 凸模固定板厚度，取=25mm 卸料板厚度，取=10mm h附加長度，包括凸模的修模量，凸模進入凹模的深度，凸模固定板與卸料板的安全距離等。一般取h=1520mm。如圖4.2l=25+10+20=55mm圖4.2 凸模長度計算示意圖凸模強度壓應力校核。校核公式為 （4.1）式中 沖孔沖裁力，=66620n; （4.2）凸模最小斷面積，=凸模材料的許用壓應力，若凸模材料選用cr12，=（1000 1600）mpa，取 =1000mpa因為 所以凸模強度符合要求。凸模剛度細長桿失效校核。凸模校核公式 （4.3）式中 凸模最大自由長度 凸模總壓力，

22、 e凸模材料彈性模量，一般取e=2.1mpa 凸模最小端面慣性距，圓形斷面 （4.4） d凸模最小斷面直徑, d=15.22mm； 支撐系數，無導板導向=2n安全系數，鋼取n=23帶入公式，得mm實際 所以凸模剛度符合要求。15mm沖孔凸模如圖4.3圖4.3 沖孔凸模（2）6mm沖孔凸模長度式中 l凸模長度 凸模固定板厚度，取=25mm 卸料板厚度，取=10mm h附加長度，包括凸模的修模量，凸模進入凹模的深度，凸模固定板與卸料板的安全距離等。一般取h=1520mm。l=25+10+20=55mm 凸模強度壓應力校核。校核公式為式中 沖孔沖裁力，=7837.44n;凸模最小斷面積，=凸模材料的

23、許用壓應力，若凸模材料選用cr12，=（1000 1600）mpa，取 =1000mpa因為 所以凸模強度符合要求。凸模剛度細長桿失效校核。凸模校核公式 式中 凸模最大自由長度 凸模總壓力， e凸模材料彈性模量，一般取e=2.1mpa 凸模最小端面慣性距，圓形斷面 d凸模最小斷面直徑, d=6.15mm； 支撐系數，無導板導向=2n安全系數，鋼取n=23帶入公式，得mm實際 所以凸模剛度符合要求。6mm沖孔凸模如圖4.4圖4.4 沖孔凸模4.3 落料拉深凸凹模設計4.3.1拉深部分凹模圓角半徑的確定 （4.5）式中 凹模圓角半徑 d毛坯直徑 d凹模內徑取落料拉深凸凹模。如圖4.5。圖4.5落料

24、拉深凸凹模4.3.2 凹模拉深部分高度的確定如圖中所示h為凹模的拉深部分，其高度應略大于拉深工件的高度，取h=35.5mm。其他尺寸如圖3-5。4.4 拉深沖孔凸凹模設計 拉深沖孔凸凹模各尺寸如圖4.6。圖4.6拉深沖孔凸凹模4.5 壓邊及頂件裝置類型設計本套模具欲采用彈性壓邊裝置，如圖4.7。頂桿在端蓋拉深過程中頂住壓邊圈，起到壓邊作用；在回彈過程中又可以通過壓邊圈起到頂件的作用。圖4.7 彈性壓邊裝置4.6 壓邊圈的形式設計本套模具欲采用平面壓邊圈，如圖4.8。圖4.8 壓邊圈4.7 推件塊設計沖孔結束后推件塊負責使工件從沖孔凸模上脫離。考慮到推件塊是安放于落料拉深凸凹模內工作的和其與沖孔

25、凸模的配合,推件塊形狀及尺寸如圖4.9。圖4.9 推件塊4.8 卸料板設計考慮到與落料拉深凸凹模的配合尺寸如圖4.10。圖4.10 卸料板5 標準件的選擇5.1 卸料螺釘的選用卸料板上設置4個卸料螺釘公稱直徑為12mm，螺紋部分為m1010。卸料釘尾部應留由足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應使卸料板超出凸模端面1mm，有誤差時通過在螺釘卸料板之間安裝墊片來調整。5.2 模柄的選用設計模柄時考慮到要在上模座中安裝推件裝置的頂板，所以選用凸緣式模柄。5.3 模座的選用考慮到工件為一般精度，所以采用較為易于制造的滑動導向模座，且該套模具采用中間導柱模座，這種模座的導柱在模具的中間位置，沖壓時可防止由

26、于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據，選擇模座規格，查5表2.9、2.10。上模座厚度取50mm，上模墊板厚度取10mm，固定板厚度取25mm，下模座厚度取65mm，那么，該模具的閉合高度是：式中：l凸模長度,l=55mm h凹模厚度,h=55mm 凸模沖裁后進入凹模的深度,則該模具的閉合高度為233.5mm可見該模具的的閉合高度小于所選壓力機的最大裝模高度380mm,可以使用。6 結論通過此次畢業設計，本人設計了一套落料拉深沖孔復合模具，對沖壓模設計有了一定的理解，掌握了模具設計的基本知識，熟悉了模具工藝分析和設計的基本過程，學會了網上文獻檢索及借助圖冊和手冊等參考資料進行設計的方法，并對計算機輔助設計及繪圖加深了應用程度，學會了對沖壓件的工藝性分析，確定沖壓工序，優化選擇最佳工序，進而進行工藝計算，選擇并校核壓力機有關工藝參數，確定模具總體結構設計方案，對模具各大零件進行設計，計算并進行強度校核，繪制模具裝配圖及模具