冲压模具设计-支座拉伸模

实例四:支座拉深模设计

零件名称：支座

生产批量：大批量

材料：10钢

厚度：0.5mm

材料：10 钢

零件图：如图1.1支座零件图所示

图1.1支座零件图

1.1拉深模设计的前期准备

1.1.1阅读拉伸件产品图

阅读拉伸件产品图的目的是了解该制件的技术要求、尺寸规格、所用的材料、冲压性能、生产批量等要求。了解产品图的这些要求，最终是为了确定该工件的加工方法。

1.1.2分析拉深件工艺

制件为无凸缘圆筒形零件，要求外形尺寸，对厚度变化没有要求。制件的形状满足拉深工艺要求。底部圆角半径r=4mm,大于拉深凸模圆角半径

(t为板料厚度），满足首次拉深对圆角半径的要求，尺寸 按公差表查得为IT13级，满足拉深工序对制件公差等级的要求。

1.1.3调研生产状况

在进行设计之前,要进行充分的调查、研究工作。从了解单位的实际加工能力出发，科学的制定整个设计加工周期与加工流程在制定设计与加工流程时，要充分的考虑到一些在设计与加工时会遇到、或产生的一些不确定的不利因素并且，要事先针对这些不确定的因素作出相应的工况与反应机制以及处理方案。以便在以后的工作流程中能够及时的解决问题，从而能在规定的或指定的生产周期内顺利的完成设计与加工任务。

1.1.4拉深模生产状况

应该先对产品事进行合理的全球定位，先针对市场的需求，客户的需求、以及需求量来制定生产的批量大小，可以先试生产一小部分，投入市场，等待相应的周期后，观察其在各个不同定位的市场里的具体运作情况。再根据不同的各种情况进行分析、然后制定解决的相应方案。再等待一段相应的观察期后，再根据所产生的情况，再制定相应的对策。以次来使产品逐步适应市场。最后，项目成熟后根据定单来生产大中小的各种类型的批量。（可以对批量的大小进行汇总）制定生产方案。方便管理。下面就进行分析。

筒形件拉深模的加工方法相对比较简单，特别是此件尺寸公差要求较低，凸、凹模用通用机械设备加工即能满足设计要求，对于模座、固定板等板类零件的加工主要是平面加工和孔系加工。故平面加工后，孔系加工在加工中心加工。

1.2拉深模方案的确定

经过对制件工艺性分析，工件适合拉深成形，故采用单工序拉深模在单动压力机上拉深。

1.3拉深模结构形式的确立

采用的结构形式 拉深模结构采用带压边圈的倒装式结构，采用这种结构的优势在于可采用通用的弹顶装置（弹性压边装置 ）。

拉深模结构简图的画法 根据所确定的拉深模结构形式,把拉深工作结构部分画出,这时画出的结构图是拉深工作示意图,不需要按比例画,其目的是为了分析所确定的结构是否合理,毛培拉深成工件,能否满足产品图的技术要求. 根据分析结果对模具简图进行修正为最后确定拉深模结构作准备，支座拉深模结构简图如图 1.2支座拉深模结构简图所示。

图1.2支座拉深模结构简图

1-上模座; 2-凹模固定板; 3-推件板; 4-凹模;

5-压边圈; 6-凸模; 7-凸模固定板; 8-下模座;

模具结构特点及工作过程 这种拉深模结构简单，使用方便，制造容易。工作时，将坯放入压边圈5上面的定位销或定位板内上模下降，弹性压边圈先将毛坯压住，然后凸模6对毛坯进行拉深。当拉深结束上模回升时，包在凸模上的工件被压边圈顶出，并由推件板3把工件从凹模4内推下。这里弹性压边圈不仅起压边作用，而且还起定位和卸件作用。凸模上需开设排气孔， 以防拉伸件紧吸于凸模上而造成卸件困难。采用倒装式结构，方便在空间位置较大的下模部分安装和调节压边装置。

1.4拉深工艺计算

1.4.1拉深件毛坯尺寸的计算

在计算拉深毛坯尺寸时，应首先确定修边余量。并把修边余量加到拉深件高度上，这时拉深件的高度（ H ）为原拉深件高度（ h ）与修边余量（Δh）之和，

即

H = h +

(1) 确定修边余量 Δh

该件 h = 24.5mm, d = 64.8mm

所示 = QUOTE = = 0.378

因为 < 料厚（ 0.5 ）

故该件在拉深时不需要修边余量。

(2)计算毛坯直径

因为板料厚度小于1mm,故可直接用零件图所注尺寸,不必用中心线尺寸计算。

D =

=

= 100.5 (mm)

式中 D — 拉深件毛坯尺寸，mm

R — 拉深件底部圆角半径， mm

实际生产中针对无需修边的拉深件，在毛坯尺寸确定的方法上，一般根据理论计算的结果，备制拉深件的毛坯，待拉深试模合格后，再制作拉深件的毛坯落料模。

1.4.2拉深系数与拉深次数的确定

(1) 拉深系数的确定 工件总的拉深系数为

m总=d/D=64.8/100.5=0.645

(2) 拉深次数的确定 毛坯相对厚度为

t/D = = 0.4989%

(5) 查《冲压工艺与模具设计》，首次拉深的极限拉深系数为 m1 = 0.58

m总 = 0.645

m总> m1 = 0.58

故工件可一次拉深成形。

1.4.3拉深件直径的计算

由于此工件可一次拉深成形,故拉深直径根据拉深件的零件图进行计算即可。若是需要多次拉深成形,那么对每次拉深都需要重新计算拉深直径,以满足拉深次数的要求。

1.4.4拉深工序尺寸的计算

此工件需一次拉深成形,工序尺寸计算相对简单,只对凸\凹模工作尺寸即圆角半径进行计算,但多次拉深成形还需对每次拉深工序件的高度进行计算,对工件高度计算的目的是为了确定各工序压边圈的高度.

1.4.5拉深力的计算

拉深所需的压力为:

P总 = P拉 + P压

P拉 = πdtσbk

P拉=π×64.8×0.5×432×0.752 = 33 (kN)

P压 = AP = π(100.52-64.82) × 3/4 ≈ 14 (KN)

P总 = 33 + 14 = 47 (KN)

式中

P拉 — 拉深力

P压 — 压边力

K — 修正系数,一般取0.5～0.8,t/D与m值小时 ,k取大值;

σb — 拉深件材料的抗拉强度, Mpa;

A — 有效压边面积, mm

P — 单位压边力,Mpa查 «冲压工艺与模具设计» 取p = 3 MPa

1.4.6初选压力机

压力机的公称压力 P0 ≥ ( 1.6～1.8 ) P总

取 P0 = 1.8 × 47 = 84.6 (KN)

故初选压力机的公称压力为160 (KN) 1.5拉深模零件的设计计算

1.5.1凸凹模间隙的计算

拉深间隙是指单边间隙,即Z = ( da - dt ) / 2.间隙过小会增加摩擦力,使拉深件容易开裂,

造成圆筒件拉裂的主要因素是拉深变形程度、毛坯与模具的摩擦阻力和筒壁的承载能力而影响摩擦阻力的因素有:压边力、润滑和凹模圆角半径等。影响筒壁承载能力的因素有:模具间隙、凸模圆角半径和圆角部分的润滑等。此外拉深速度也有一定的影响。

图 1.3为拉深件拉裂示意图

图1.3拉深件拉裂示意图

压边力的影响在般拉深成形中，当压边力增大时凸缘处的摩擦阻力也增加，压边力过大可能出现拉断。压边力的作用本来足为了防止毛坯凸缘起皱，所以只要在保证凸缘不起皱的前提下，施加最小的压边力就可以了

相对圆角半径的影响试验表明，当凹模相对圆角半径 < i、 < 2时，可能导致坯料在凹模同样，当凸模相对圆角半径 < 5时，对拉深的极限变形程度影响较大。而当 = 5-20时，对极限变形程度的影响不大。总之，凹模相对圆角半径和凸模相对圆角半径较大时，拉深时不易拉断。

润滑的影响在拉深过程中，润滑的作用很大 C在圆筒形件拉深时，凹模平面上和凸模上的润滑效果是相反的凹模面润滑可以使毛坯凸缘处材料的流动阻力降低 但是，若对凸模圆角部分进行润滑，就会使筒壁和凸模间的摩擦力传递变形力的能力降低，造成凸模圆角处的材料滑动而变薄容易导致破裂

凸模和凹模间隙的影响从减小破裂倾向而言采用比毛坯厚度小 10%的模具间隙是比较合理的。这是因为:间隙小，使包在凸模头部的材料提前成形。同时，摩擦约束力增大，减弱了破裂的趋势;在变薄部分，凸模和材料间有较大的摩擦力，可增大材料向拉深力向流动的趋势。

但是，如果变薄率超过 100/0，则由于材料厚度减薄过多，变形阻力加大，反而使拉深件更容易破裂。

表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响主要指模具(凹模和压边圈端面)和毛坯表面。模只表面粗糙度大，拉深变形阻力大;反之，模具表面的粗糙度且易擦伤制件表面,降低模具寿命。间隙过大则对坯了料的校直作用小，影响制件的尺寸精度。因此确定间隙的原则是，既要考虑板料厚度的公差，又要考虑筒形件口部的增厚现象，根据拉深时是否采用压边圈和制件的尺寸精度、表面粗糙度要求合理确定。次件拉深模采用压边装置，经工艺计算一次就能拉深成形，故间隙为： Z =1.05t=1.05×0.5=0.525 (mm)

1.5.2凸、凹模的圆角半径的计算

（1）凹模的圆角半径ra 一般来说，大的ra可以降低拉深系数，还可以提高拉深件的质量，所以ra应尽可能取大些。但ra过大拉深时板料过早地失去压边，有可能出现拉深后期起皱。故凹模圆角半径ra的合理值应当不小于4t(t为板料厚度）。

拉深凹模圆角半径取ra = 3mm

（2）凸模圆角半径rt,rt对拉深变形的影响，不像ra那样影响拉深的全过程，但rt过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。故rt的合理取值应不小于 (2～3)t.只有变形程度变小时，才允许取rt = 2t。

起皱:在拉深过程中，毛坯凸缘在切向压应力作用下，可能产生塑性失稳而拱起的现象称为起皱，如图1.4毛坯凸缘起皱原因图严重，甚至不能通过凸模和凹模间隙而被拉断。轻微起皱的毛坯凸缘虽可通过间隙，但会在筒壁上留下皱痕，影响零件的表面质量.起皱原因足毛坯凸缘的切向压应力

σ3过大，最大切向压应力 σ3max产生在毛坯凸缘外缘处，所以起皱首先在外缘处开始 。凸缘起皱与压杆失稳类似，它不仅与内有关，而日与毛坯凸缘的不断增加，使失稳的趋势上升，但是，随着凸缘外径 R t的不断减小，以及凸缘厚度 t的增大了毛坯的抗失稳能力.这两个因素相互作用的结果，使凸缘失稳起皱最严重的瞬间为凸缘由度缩小到原来的半左右.

图1.4毛坯凸缘起皱原因图

根据实际情况设计制件可一次拉成的拉深模或多次拉深的末拉深模，rt应取与制件底部圆角相等的数值，如果拉深件零件图上所标注的圆角半径小于rt的合理值，拉深模的rt仍需取合理值。待拉深后再用整形方法使圆角半径达到图样要求。此件需一次拉深成形，所以rt值取与制件底部圆角相同的R值。

即