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摘 要
隨著中國工業(yè)不斷地發(fā)展，模具行業(yè)也顯得越來越重要。本論文便是設(shè)計加工空氣濾清器殼的模具。首先對加工零件進(jìn)行了加工工藝和結(jié)構(gòu)工藝的分析。通過計算毛坯尺寸和拉深系數(shù)提出了四種方案，最后確定采用落料、正反拉深復(fù)合模。對模具的排樣做出了合理的布置，使材料利用率達(dá)到較高的水平。計算了沖壓過程中所需要的各種沖壓工藝力，包括落料力、卸料力、壓邊力、拉深力、頂料力等，并對壓力機(jī)進(jìn)行了合理的噸位初選。復(fù)合模在結(jié)構(gòu)上采用了正裝的形式，計算出了落料、正拉深和反拉深工作部分的尺寸。對模具的閉合高度進(jìn)行了合理的確定，還設(shè)計出模具的主要零件落料凹模、凸凹模、反拉深凸模、反拉深凹模、凹模固定板等。列出了模具所需零件的詳細(xì)清單，并給出了合理的裝配圖。由于拉深的深度較大，對壓力機(jī)的電機(jī)也進(jìn)行了功率校核并提出了潤滑的附加工序，能使拉深順利完成。最后對模具的一個主要零件導(dǎo)套進(jìn)行了簡單的加工工藝路線的制定。本設(shè)計對于采用單動壓力機(jī)進(jìn)行正反拉深具有一定的參考作用。
關(guān)鍵詞 畢業(yè)論文；模具設(shè)計；復(fù)合模；正反拉深
ABSTRACT
Develops unceasingly along with the Chinese industry, the mold profession also appears more and more importantly. The present paper then is designs the processing air filter shell the mold. First has carried on the processing craft and the structure craft analysis to the processing components. Proposed through the computation semifinished materials size and the drawing coefficient four kind of plans, finally determined uses falls the material, the pro and con drawing superposable die. Has made the reasonable arrangement to the mold platoon type, enables the material use factor to achieve the high level. Has calculated each ramming craft strength which in the ramming process needs, including falls nearby the material strength, the ex-denning strength, the pressure the strength, the drawing strength, the top material strength and so on, and has carried on the reasonable tonnage primary election to the press. The superposable die has used the true thing form in the structure, calculated fell the material, the drawing and the counter- drawing effective range size. Closed has carried on the reasonable determination highly to the mold, but also designs the mold the major parts to fall the material concave mold, the convex-concave mold, the counter- drawing raised mold, the counter- drawing concave mold, the concave mold dead plate and so on. Listed the mold to need the components the detailed detailed list, and has produced the reasonable assembly drawing. Because the drawing depth is big, also carried on the power to the press electrical machinery to examine and to propose the lubrication attachment working procedure, could cause the drawing smoothly to complete. Finally led the wrap to mold major parts to carry on the simple processing craft route formulation. This design regarding uses the single acting press to carry on the pro and con drawing to have the certain reference function.
Key words graduation thesis; mold design; superposable die; pro and con drawing
目 錄
1 分析零件的工藝性 1
2 確定工藝方案 2
2.1 計算毛坯尺寸 2
2.2 計算拉深次數(shù) 4
2.2.1 正拉深 4
2.2.2 反拉深 5
2.3 確定工藝方案 5
3 主要工藝參數(shù)的計算 6
3.1 確定排樣、裁板方案 6
3.2 確定各中間工序尺寸 8
3.3 計算工藝力、初選設(shè)備 9
3.3.1 落料、正拉深過程 9
(1) 落料力 9
(2) 卸料力 9
(3) 拉深力 10
(4) 壓邊力 10
3.3.2 反拉深過程 11
(1) 反拉深力 11
(2) 頂料力 11
3.3.3 拉深功的計算 11
3.3.4 初選壓力機(jī) 11
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
4.1 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 13
4.2 模具工作部分尺寸計算 13
4.2.1 落料 13
4.2.2 正拉深 15
4.2.3 反拉深 16
5 選用模架、確定閉合高度 16
5.1 模架的選用 16
5.2 模具的閉合高度 16
5.3 壓力中心 17
6 模具的主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 17
6.1 落料凹模 17
6.2 凸凹模 18
6.3 反拉深凸模 19
6.4 反拉深凹模 20
6.6 上墊板 23
6.7 凹模固定板 24
7 模具的整體安裝 25
7.1 模具的總裝配 25
7.2 模具零件 26
8 選定沖壓設(shè)備 27
8.1 壓力機(jī)的規(guī)格 27
8.2 電動機(jī)功率的校核 28
9 附加工序 29
10 主要零件的加工 29
11 總結(jié) 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
1 分析零件的工藝性
沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習(xí)慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性。
該零件是空氣濾清器殼，從圖1.1中我們可以看出該零件的精度要求不是很高，但要求有較高的鋼度和強(qiáng)度。在零件圖中，尺寸為IT14級，其余尺寸未標(biāo)注公差，可以按自由公差計算和處理。零件的外形尺寸為，屬于中小型零件，料厚為1.5mm。
圖1.1 空氣濾清器殼
下面分析結(jié)構(gòu)工藝性。因為該零件為軸對稱旋轉(zhuǎn)體，故落料片肯定是圓形，其沖裁的工藝性很好。零件為帶法蘭邊圓筒形件，且、都不太大，拉深工藝性較好，圓角半徑R3、R6都大于等于2倍料厚，對于拉深都很適合。
因此，該殼體零件的沖壓生產(chǎn)要用到的沖壓加工基本工序有：落料、拉深（拉深的次數(shù)可能為多次）。用這些工序的組合可以提出多種不同的工藝方案。
2 確定工藝方案
2.1 計算毛坯尺寸
由于板料在扎壓或退火時所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的突耳。此外，如果板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。這樣在計算毛坯尺寸的時候就必需加上修邊余量然后再進(jìn)行毛坯的展開尺寸計算。
根據(jù)零件的尺寸取修邊余量的值為4mm。
在拉深時，雖然拉深件的各部分厚度要求發(fā)生一些變化，但如果采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，則其厚度的變化量還是并不太大。在設(shè)計工藝過程時，可以不考慮毛坯厚度的變化。同時由于金屬在塑性變形過程中保持體積不變，因而，在計算拉深件的的毛坯展開尺寸時，可以認(rèn)為在變形前后的毛坯和拉深間的表面積相等。
因為此旋轉(zhuǎn)體零件不是簡單結(jié)構(gòu)，我們可以用“形心法”來求得。根據(jù)久里金法則，對于任何形狀的母線AB繞軸線Y—Y旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體面積等于母線長度L與其重心軸線旋轉(zhuǎn)所得周長2x的乘積。即
旋轉(zhuǎn)體面積
F=2 lx ………………………………2.1
因為表面積拉深不變薄，所以面積相等，則
即 ………………………………2.2
因為 ………………2.3
…………………………2.4
………………………2.5
…………………………………2.6
………………………………2.7
………………………2.8
………………………………2.9
………………………………………2.10
由零件給出的尺寸可知：
所以可以計算出
D=194mm
由于設(shè)計的零件要在一個復(fù)合模中完成正反拉深，因此中間有一個正拉深轉(zhuǎn)反拉深的過程，我們可以把這兩步分開來計算中間尺寸。
因為
……………2.11
其中
則
中間過程的零件如圖2.1所示。
圖2.1
2.2 計算拉深次數(shù)
在考慮拉深的變形程度時，必需保證使毛坯在變形過程中的應(yīng)力既不超過材料的變形極限，同時還能充分利用材料的塑性。也就是說，對于每道拉深工序，應(yīng)在毛坯側(cè)壁強(qiáng)度允許的條件下，采用最大的變形程度，即極限變形程度。
極限拉深系數(shù)值可以用理論計算的方法確定。即使得在傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力與在危險斷面上的抗拉強(qiáng)度相等，便可求出最小拉深系數(shù)的理論值，此值即為極限拉深系數(shù)。但在實際生產(chǎn)過程中，極限拉深系數(shù)值一般是在一定的拉深條件下用實驗的方法得出的，我們可以通過查表來取值。
該沖壓工件需要正反拉深兩個過程，因此可以分別計算其拉深系數(shù)來確定拉深次數(shù)。
2.2.1 正拉深
對于正拉深其實際拉深系數(shù)為：
………………………………2.12
且材料的相對厚度為
…………………………2.13
凸緣的相對直徑為
…………………………………2.14
凸緣的相對高度為
……………………………………2.15
由此可以查出
因為凸緣的相對高度0.44小于最大相對高度0.5，且實際拉深系數(shù)0.52大于最小極限拉深系數(shù)0.50，所以正拉深過程可以一次拉深成功。
2.2.2 反拉深
對于反拉深其實際拉深系數(shù)為：
…………………………………2.16
且材料的相對厚度為
……………………………2.17
凸緣的相對直徑為
……………………………………2.18
凸緣的相對高度為
………………………………………2.19
由此可以查出
因為凸緣的相對高度0.48小于最大相對高度0.65，且實際拉深系數(shù)0.79大于最小極限拉深系數(shù)0.51，所以反拉深過程也可以一次拉深成功。
2.3 確定工藝方案
根據(jù)以上分析和計算，可以進(jìn)一步明確該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序:落料、正向拉深和反向拉深。
根據(jù)這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案：
方案一
先進(jìn)行落料，再正拉深，最后進(jìn)行反拉深，以上工序過程都采用單工序模加工。
方案二
落料與正拉深在復(fù)合模中加工成半成品，再在單工序模上進(jìn)行反拉深。
方案三
落料、正拉深和反拉深全都在同一個復(fù)合模中一次加工成型。
方案四
采用帶料連續(xù)拉深，或在多工位自動壓力機(jī)上沖壓成型。
分析比較上述四種方案，可以看出：
方案一
用此方案，模具的結(jié)構(gòu)都比較簡單，制造很容易，成本低廉，但由于結(jié)構(gòu)簡單定位誤差很大，而且單工序模一般無導(dǎo)向裝置，安裝和調(diào)整不方便，費時間，生產(chǎn)效率低。
方案二
采用了落料與正拉深的復(fù)合模，提高了生產(chǎn)率。對落料以及正拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道反拉深工序是在單工序模中完成，使得最后一步反拉深工序的精度降低，影響了整個零件的精度，而且中間過程序要取件，生產(chǎn)效率不高。
方案三
此方案把三個工序集中在一副復(fù)合模中完成，使得生產(chǎn)率有了很大的提升。沒有中間的取放件過程，一次沖壓成型，而且精度也比較高，能保證加工要求，在沖裁時材料處于受壓狀態(tài)，零件表面平整。模具的結(jié)構(gòu)也非常的緊湊，外廓尺寸比較小，但模具的結(jié)構(gòu)和裝配復(fù)雜。
方案四
采用帶料連續(xù)拉深或多工位自動壓力機(jī)沖壓，可以獲得較高的生產(chǎn)效率，而且操作安全，但這一方案需要專用的壓力機(jī)或自動的送料裝置。模具的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造周期長，生產(chǎn)成本高。
根據(jù)設(shè)計需要和生產(chǎn)批量，綜合考慮以上方案，方案三最適合。即落料、正反拉深在同一復(fù)合模中完成。這樣既能保證大批量生產(chǎn)的高效率又能保證加工精度，而且成本不高，經(jīng)濟(jì)合理。
3 主要工藝參數(shù)的計算
3.1 確定排樣、裁板方案
加工此零件為大批大量生產(chǎn)，沖壓件的材料費用約占總成本的60%~80%之多。因此，材料利用率每提高1%，則可以使沖件的成本降低0.4%~0.5%。在沖壓工作中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量的生產(chǎn)中，較好的確定沖件的形狀尺寸和合理的排樣的降低成本的有效措施之一。
由于材料的經(jīng)濟(jì)利用直接決定于沖壓件的制造方法和排樣方式，所以在沖壓生產(chǎn)中，可以按工件在板料上排樣的合理程度即沖制某一工件的有用面積與所用板料的總面積的百分比來作為衡量排樣合理性的指標(biāo)。
同時屬于工藝廢料的搭邊對沖壓工藝也有很大的作用。通常，搭邊的作用是為了補(bǔ)充送料是的定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料時的步距誤差以及送料歪斜誤差等原因而沖出殘缺的廢品，從而確保沖件的切口表面質(zhì)量，沖制出合格的工件。同時，搭邊還使條料保持有一定的剛度，保證條料的順利行進(jìn)，提高了生產(chǎn)率。搭邊值得大小要合理選取。根據(jù)此零件的尺寸通過查表取
搭邊值為
進(jìn)距方向
于是有
進(jìn)距
………………………3.1
條料寬度
………………………3.2
板料規(guī)格擬用1.5mm×800mm×1600mm熱軋鋼板。由于毛坯面積較大所以橫裁和縱裁的利用率相同，從送料方便考慮，我們可以采用橫裁。
裁板條數(shù)
8條余16mm…………………………3.3
每條個數(shù)
4個余16.5mm………………3.4
每板總個數(shù)
材料利用率
…………………………3.5
計算零件的凈重G
………………………………………3.6
式中 —密度，低碳鋼取。
內(nèi)的第一項為毛坯面積，第二項為底孔廢料面積，第三項（）內(nèi)為切邊廢料面積。
3.2 確定各中間工序尺寸
整個沖壓過程包括落料、正拉深以及反拉深三個過程，在正反拉深過程中，由于是一次沖壓成型，所以各次拉深的凸、凹模圓角尺寸必需與零件要求相一致，則
正拉深凸模圓角為 3mm
正拉深凹模圓角為 3mm
正拉深高度為 46mm
反拉深凸模圓角為 6mm
反拉深凹模圓角為 3mm
反拉深高度為 40mm
第一個過程為落料正向拉深，成型后如圖3.1所示。
圖3.1
第二個過程為反向拉深，成型后如圖3.2所示。
圖3.2
3.3 計算工藝力、初選設(shè)備
3.3.1 落料、正拉深過程
(1) 落料力
平刃凸模落料力的計算公式為
…………………………………………3.7
式中 P— 沖裁力（N）
L— 沖件的周邊長度（mm）
t— 板料厚度（mm）
—材料的抗沖剪強(qiáng)度（MPa）
K— 修正系數(shù)。它與沖裁間隙、沖件形狀、沖裁速度、板料厚度、潤滑情況等多種因素有關(guān)。其影響范圍的最小值和最大值在（1.0～1.3）P的范圍內(nèi)，一般k取為1.25～1.3。
在實際應(yīng)用中，抗沖剪強(qiáng)度的值一般取材料抗拉強(qiáng)度的0.7~0.85。為便于估算，通常取抗沖剪強(qiáng)度等于該材料抗拉強(qiáng)度的80%。即
……………………………………………3.8
因此，該沖件的落料力的計算公式為
…………………………………………3.9
(2) 卸料力
一般情況下，沖裁件從板料切下以后受彈性變形及收縮影響。會使落料件梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將沖件或廢料卸下來所需的力稱卸料力。影響這個力的因素較多，主要有材料力學(xué)性能、模具間隙、材料厚度、零件形狀尺寸以及潤滑情況等。所以要精確地計算這些力是困難的，一般用下列經(jīng)驗公式計算：
卸料力
……………………………………3.10
式中 F—— 沖裁力(N)
——頂件力及卸料力系數(shù)，其值可查表。
這里取為0.04。
因此
(3) 拉深力
帶凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為
………………………………………3.11
式中 —圓筒形零件的凸模直徑（mm）
—系數(shù)，這里取1.0。
—材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）
因此
(4) 壓邊力
壓邊力的大小對拉深件的質(zhì)量是有一定影響的，如果過大，就要增加拉深力，因而會使制件拉裂，而壓邊圈的壓力過小就會使工件的邊壁或凸緣起皺，所以壓邊圈的壓力必須適當(dāng)。合適的壓邊力范圍一般應(yīng)以沖件既不起皺、又使得沖件的側(cè)壁和口部不致產(chǎn)生顯著的變薄為原則。壓邊力的大小和很多因素有關(guān)，所以在實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)近似的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。
……………………………………3.12
式中 D—毛坯直徑（mm）
d—沖件的外徑（mm）
q—單位壓邊力（MPa） 這里q的值取2.5。
所以
……………………3.13
3.3.2 反拉深過程
(1) 反拉深力
通常反拉深力要比正常拉深力大20%。
即 ………………………………………3.14
所以有
………………………………………3.15
(2) 頂料力
逆著沖裁方向頂出卡在凹模里的料所需要的力叫頂料力，頂料力的經(jīng)驗計算公式為：
………………………………………3.16
式中 F—沖裁力（N）
—頂料力系數(shù)，這里查表取0.04。
所以有
3.3.3 拉深功的計算
拉深所需的功可按下式計算
…………………………………………3.17
式中 —最大拉深力（N）
h —拉深深度（mm）
W—拉深功（N·m）
C—修正系數(shù)，一般取為C=0.6~0.8。
所以
N·m…………………………3.18
3.3.4 初選壓力機(jī)
壓力機(jī)噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提。要求設(shè)備的名義壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量儲備，以防萬一。從提高設(shè)備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設(shè)備的壽命的觀點出發(fā)，要求設(shè)備容量有較大的剩余。最新的觀點認(rèn)為，我們只需要使用設(shè)備的60%-70%的容量，甚至50%，即取工藝變形力的2倍。
上述設(shè)備噸位的選擇原則，對于沖裁、彎曲等工序已不存在什么問題。但對于本設(shè)計所使用的拉深，可能還不保險。因為拉深與沖裁不同，最大變形力不是發(fā)生在沖床名義壓力的位置，而是發(fā)生在拉深成型的中前期，這時雖然最大變形力小于壓力機(jī)的名義壓力，但最大變形力發(fā)生的位置遠(yuǎn)離名義壓力的位置而不保險。于是就需要用到壓力機(jī)的許用力行程曲線。本次設(shè)計的工藝力行程曲線圖如圖3.3所示。
圖3.3
圖中零點為滑塊的下死點，滑塊在距下死點86mm處開始沖壓零件。曲線1為落料力的負(fù)荷曲線，曲線2為正拉深力的負(fù)荷曲線，曲線3為壓邊力的負(fù)荷曲線，曲線4為反拉深力的負(fù)荷曲線。曲線5為1250KN壓力機(jī)的許用力—行程曲線，P點處為壓力機(jī)到達(dá)公稱壓力的位置。其余卸料力和頂料力由于力不大，可以放在壓力機(jī)預(yù)留力中考慮。
從圖中我們可以看出沖壓的最大總壓力，出現(xiàn)在離下死點86mm后就需達(dá)到，對于這種落料拉深復(fù)合工序，選擇設(shè)備噸位尺寸時．既不能把以上幾個力加起來(再乘個系數(shù)值)作為設(shè)備的噸位、也不能僅把落料力或拉深力加起來(再乘個系數(shù))作為設(shè)備噸位。而應(yīng)該根據(jù)壓力機(jī)說明書中所給出的允許工作負(fù)荷曲線作出判斷和選擇。
對于本次設(shè)計的復(fù)合模，根據(jù)工藝力的大小和出現(xiàn)的位置，查表初選噸位為1250KN。
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇
采用落料、拉深復(fù)合模，首先要考慮落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否過薄。本次設(shè)計中凸凹模的壁厚為
能夠保證足夠的強(qiáng)度，故采用復(fù)合模。
模具的落料部分可以采用正裝式，正拉深部分采用倒裝式，反拉深部分采用正裝式。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件，另外還設(shè)有彈性卸料裝置的彈性頂件裝置。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是操作方便，出件暢通無阻，生產(chǎn)效率高，缺點是彈性卸料板使模具的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜,要簡化可以采用剛性卸料板，其缺點是拉深件留在剛性卸料板中不易取出，帶來操作上的不便，結(jié)合本次設(shè)計綜合考慮，采用彈性卸料板。
從導(dǎo)向的精度和運動的平穩(wěn)以及具體規(guī)格方面考慮，可以采用中間導(dǎo)柱模架（GB/T2851.5—1990）。
4.2 模具工作部分尺寸計算
4.2.1 落料
蟲裁模刃口是尖銳鋒利的，多為直角，故沖裁模刃口尺寸是指光而得到的平滑面，所以落料件的外徑尺寸應(yīng)等于凹模內(nèi)徑尺寸，沖孔件的內(nèi)徑尺寸應(yīng)等于沖頭的外徑尺寸。模具兩刃口尺寸中總有一個基準(zhǔn)尺寸，設(shè)計和制造模具時，可分別根據(jù)工件的精度要求，決定第一件為基準(zhǔn)件，把間隙取在另一件上。故落料件以凹模為基準(zhǔn)，沖孔以凸模為基準(zhǔn)。
模具工作部分加工時要注意經(jīng)濟(jì)上的合理性，精度太高，則制造困難、成本高；精度太低，則又可能加工不出合格的產(chǎn)品。因此，模具的精度應(yīng)隨工件的精度要求而定，這樣才會有好的經(jīng)濟(jì)性。
沖裁件的尺寸精度取決于凸、凹模刃口部分的尺寸。沖裁間隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸來實現(xiàn)和保證。所以正確確定刃口部分的尺寸是相當(dāng)重要的。在決定模具刃口尺寸及制造公差時，需考慮以下原則：
a落料件的尺寸取決于凹模尺寸，沖裁件的尺寸取決于凸模尺寸?！?
b考慮到?jīng)_裁時凸、凹模的磨損，在設(shè)計凸、凹模刃口尺寸時，對基準(zhǔn)件刃口尺寸在磨損后增大的，其刃口公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸范圍內(nèi)較小的數(shù)值。對基準(zhǔn)件刃口尺寸在磨損后減小的，其刃口公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸范圍內(nèi)較大的數(shù)值。這樣，在凸模磨損到一定程度的情況下，能沖出合格的零件。
c在確定模具刃口制造公差時，要既能保證工件的精度要求，又要保證合理的間隙數(shù)值。一般模具制造精度比工件精度高2～4級。
對于落料
………………………………4.1
……………………………4.2
式中 —落料凸模直徑（mm）
—落料凹模直徑（mm）
D —工件外徑的公稱尺寸（mm）
— 沖裁工件要求的公差
X —系數(shù)，為避免多數(shù)沖裁件尺寸都偏向于極限尺寸，此處可取X=0.5。
、—凹、凸模制造偏差，這里可以按IT7來選取，其值都為0.046。
—實用間隙最小值，可以通過查表選取
所落下的料（即為拉深的坯料）按未注公差的自由尺寸IT14級選取極限偏差，故落料件的尺寸取為，還必須滿足下列公式
…………………………………4.3
有
所以滿足條件。
落料凹模的外形尺寸的確定
凹模厚度
……………………………………4.4
凹模壁厚
………………………………4.5
式中 b—沖裁件最大外形尺寸
K—系數(shù)，考慮坯料厚度t的影響，其值可查表取，K=0.2。
所以有
調(diào)整到符合標(biāo)準(zhǔn)，凹模外徑設(shè)計尺寸為mm。
4.2.2 正拉深
拉深模直徑尺寸的確定的原則，與沖裁模刃口尺寸的確定基本相同，只是具體內(nèi)容不同，這里不在復(fù)述。
正拉深時，因零件是標(biāo)注外形尺寸，故拉深件的外徑尺寸為。
由式
………………………………………4.6
…………………………………4.7
以上各式中，沖頭制造偏差及按公差I(lǐng)T8選取，其值都為0.072，間隙C可查表取值。
有 ………………………………………4.8
4.2.3 反拉深
反拉深件按未注公差的極限偏差考慮，且因零件是標(biāo)注內(nèi)形尺寸，故拉深件的內(nèi)徑尺寸取為。
由式 ………………………………………4.9
…………………………………4.10
式中 制造偏差和按IT8選取0.072，C的值取1.65。
有
5 選用模架、確定閉合高度
5.1 模架的選用
由凹模外形尺寸，選擇中間導(dǎo)柱模架（GB/T2851.5—1990）在按其標(biāo)準(zhǔn)選擇具體結(jié)構(gòu)尺寸如下
上模板 HT250
下模板 ZG450
導(dǎo) 柱 20鋼
導(dǎo) 套 20鋼
凸緣模柄 Q235
模具閉合高度 MAX 350mm MIN 305mm
該副模具沒有漏料問題，故不必考慮漏料孔尺寸。
5.2 模具的閉合高度
所謂的模具的閉合高度H是指模具在最低工作位置時，上下模座之間的距離，它應(yīng)與壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)。
模具的實際閉合高度，一般為：
……………5.1
該副模具使用上墊板厚度為8mm，凹模固定板厚度為8mm。如果沖頭（凸凹模）的長度設(shè)計為140mm，凹模（落料凹模）設(shè)計為130mm，則閉合高度為：
查開式壓力機(jī)設(shè)備參數(shù)表知，1600KN壓力機(jī)最大閉合高度為450mm（封閉調(diào)節(jié)高度為130mm）。因為模具的閉合高度絕對不能大于所選的壓力機(jī)，所以初選的1250KN噸位的壓力機(jī)裝模高度過小，這里我們采用1600KN的開式壓力機(jī)。
故實際設(shè)計模具的閉合高度為
壓力機(jī)的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求。其關(guān)系式為
…………………………………5.2
式中
、—壓力機(jī)的最大和最小裝模高度
H—模具的閉合高度
所以有
故閉合高度設(shè)計合理。
5.3 壓力中心
由于該零件落料、拉深均為軸對稱形狀，故不必進(jìn)行壓力中心的計算。
6 模具的主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.1 落料凹模
落料凹模的內(nèi)外形尺寸和厚度在前面的計算中已算出，這里需要有三個的螺紋孔，以便與下模板固定，而且還需要有兩個與下模板同時加工的銷釘孔，在其內(nèi)圈設(shè)計了限位倒角，以限制壓邊圈的行程。在落料凹模上還有一個銷孔，用來安裝擋料銷。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。落料凹模的零件圖如圖6.1所示。
圖6.1 落料凹模
6.2 凸凹模
凸凹模的工作部分尺寸在前面的設(shè)計計算中已經(jīng)算出，這里根據(jù)零件的加工深度設(shè)計出凸凹模的內(nèi)外形尺寸。在凸凹模上設(shè)計了四個螺紋孔，以便與上模板固定，而且同時配作兩個銷釘孔。在其內(nèi)部設(shè)計了限位倒角，以限制壓邊圈的行程，在上圓口設(shè)計了安裝反拉深凸模的沉槽。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。凸凹模的零件圖如圖6.2所示。
圖6.2 凸凹模
6.3 反拉深凸模
反拉深凸模的工作部分尺寸在前面的設(shè)計計算中已經(jīng)算出，這里根據(jù)零件反拉深的拉伸深度設(shè)計出凸模的內(nèi)外形尺寸。在反拉深凸模上設(shè)計了三個推桿孔，以便安裝推桿。在其內(nèi)部設(shè)計了透氣孔，以使拉深后的沖壓件不受空氣的壓力而緊緊地包住在凸模上能順利脫下。在頂端設(shè)計了圓凸緣結(jié)構(gòu)，以便裝配在凸凹模上與上模板固定。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。反拉深凸模的零件圖如圖6.3所示。
圖6.3 反拉深凸模
6.4 反拉深凹模
反拉深凹模的工作部分尺寸在前面的設(shè)計計算中已經(jīng)算出，這里根據(jù)零件的反拉深深度設(shè)計出凹模的內(nèi)外形尺寸。在反拉深凹模上設(shè)計了三個螺紋孔，以便與下模板固定。在其內(nèi)部設(shè)計了一個螺紋大孔，用以安裝碟型彈簧。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。反拉深凹模的零件圖如圖6.4所示。
圖6.4 反拉深凹模
6.5 彈性卸料板
彈性卸料板的尺寸可以根據(jù)彈簧的數(shù)目以及外徑來計算。
作為沖模卸料或推件用的彈簧，是屬于標(biāo)準(zhǔn)零件。標(biāo)準(zhǔn)中給出了彈簧的有關(guān)數(shù)據(jù)和特性曲線，我們可以按需要選取。一般選用彈簧（材料為65Mn彈簧鋼）的原則，應(yīng)該是在滿足模具結(jié)構(gòu)要求的前提下，保證所選用的彈簧能夠給出要求的作用力和行程。
為了保證沖模的正常工作，在沖模不工作的時候，彈簧也應(yīng)該在預(yù)緊力的作用下產(chǎn)生一定的預(yù)壓緊量，這時預(yù)緊力應(yīng)為
………………………………………6.1
為了保證沖模正常工作所必需的彈簧最大壓緊量為：
………………………………………6.2
式中 —彈簧最大許用壓縮量
—彈簧預(yù)緊量
—工藝行程
—余量，主要考慮模具的刃磨量和調(diào)整量，一般取5~10mm
由于卸料力為14825N，初定彈簧的根數(shù)為8根，則每根彈簧上的卸料力為
圖6.5 彈性卸料板
根據(jù)所需的預(yù)緊力和彈簧的總壓縮量，參照彈簧的選取表，初選彈簧的規(guī)格，彈簧的直徑D=60mm，彈簧絲的直徑d=10mm，序號為85號。
在反拉深凹模上設(shè)計了三個螺紋孔，以便與下模板固定。在其內(nèi)部設(shè)計了一個螺紋大孔，用以安裝碟型彈簧。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。反拉深凹模的零件圖如圖6.5所示。
6.6 上墊板
墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被壓出陷痕而損壞。在設(shè)計中我們把墊板的外形尺寸與凸凹模的外形尺寸相匹配，其厚度我們設(shè)計為8mm。在上墊板上設(shè)計了三個推桿孔，以便安裝推桿，還有四個螺釘孔以及兩個銷孔，這些都是為了與凸凹模和反拉深凸模上的各種固定零件的安裝相匹配的。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。上墊板的零件圖如圖6.6所示。
圖6.6 上墊板
6.7 凹模固定板
凹模固定板的作用是對凹模進(jìn)行限位止動，以求得位置保持一定和可靠的方向性。在設(shè)計中我們把凹模固定板的外形尺寸與落料凹模和反拉深凹模的外形尺寸相匹配，其總厚度我們設(shè)計為24mm。在凹模固定板中間設(shè)計了一個高16mm的凹模固定塊，是為了固定反拉深凹模。在固定板上設(shè)計了三個頂桿孔，以便安裝頂桿，還有七個螺釘孔以及兩個銷孔，這些都是為了與落料凹模和反拉深凹模上的各種固定零件的安裝相匹配的。在圖中標(biāo)注尺寸精度、形位公差及粗糙度。凹模固定板的零件圖如圖6.7所示。
圖6.7 凹模固定板
7 模具的整體安裝
7.1 模具的總裝配
由以上的設(shè)計計算，并經(jīng)繪圖設(shè)計，該空氣濾清器殼落料、正反拉深復(fù)合模裝配圖如圖7.1所示。
圖7.1 落料、正反拉深復(fù)合模裝配圖
7.2 模具零件
該復(fù)合模的主要零部件在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)進(jìn)行了仔細(xì)的設(shè)計，其余的非標(biāo)準(zhǔn)的零件可以根據(jù)需要按國標(biāo)選取使用。所有零件的明細(xì)表見表7.1。
表7.1 落料、正反拉深復(fù)合模零件表
件號
名 稱
數(shù)量
材 料
規(guī) 格（㎜）
標(biāo) 準(zhǔn)
熱 處 理
1
上模板
1
HT250
500x400x60
調(diào)質(zhì)處理
2
彈 簧
8
85號
GB2089.1-2000
3
彈性卸料板
1
Q275
460x380x18
4
圓柱銷
2
16x70
GB/T119.1-2000
5
凸凹模
1
Cr12
270x220x140
60～62HRC
6
上墊板
1
45
270x220x8
43～48HRC
7
推 板
1
40
110x12
40～45HRC
8
凸緣模柄
1
Q235
70x100
JB/T7646.3-1994
9
打 桿
1
40
20x160
43～48HRC
10
反拉深凸模
1
Cr12
140x94
58～62HRC
11
推 桿
3
40
10x80
43～48HRC
12
螺 釘
4
M10x30
GB/T70.1-2000
13
上壓邊圈
1
45
81x24
48～52HRC
14
螺 釘
4
M16x50
GB/T70.1-2000
15
螺 釘
4
M16x150
GB2867.6-81
16
左導(dǎo)套
1
20
50x160x70
滲碳58～62HRC
17
左導(dǎo)柱
1
20
50x320
滲碳58～62HRC
18
右導(dǎo)套
1
20
55x160x70
滲碳58～62HRC
19
右導(dǎo)柱
1
20
55x320
滲碳58～62HRC
20
落料凹模
1
Cr12
360x130
58～62HRC
21
凹模固定板
1
45
360x330x8
43～48HRC
22
圓柱銷
2
16x160
GB/T119.1-2000
23
下壓邊圈
1
45
98x26
48～52HRC
24
頂 桿
3
16x180
JB/T7650.3-1994
43～48HRC
25
反拉深凹模
1
Cr12
98x26
58～62HRC
26
碟形彈簧
1
9號
GB/T1972-2000
27
螺 釘
3
M10x50
GB/T70.1-2000
28
頂料板
1
45
84x16
43～48HRC
29
螺 釘
3
M16x80
GB/T70.1-2000
30
下模板
1
ZG450
500x400x75
調(diào)質(zhì)處理
31
擋料銷
3
45
16x13
JB/T7649.10-1994
43～48HRC
8 選定沖壓設(shè)備
8.1 壓力機(jī)的規(guī)格
沖壓設(shè)備選擇是沖壓工藝過程設(shè)計的一項重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的安全和使用的合理，同時也關(guān)系到?jīng)_壓工藝過程的順利完成及產(chǎn)品質(zhì)量、零件精度、生產(chǎn)效率、模具壽命、板料的性能與規(guī)格、成本的高低等一系列重要問題。
在前面的設(shè)計中，我們已經(jīng)對沖壓設(shè)備的噸位以及閉合高度等參數(shù)進(jìn)行了確定。這里根據(jù)前面所算出來的各項數(shù)據(jù)。查表選擇壓力機(jī)，其主要具體參數(shù)如下
公稱壓力 1600KN
滑塊行程 160mm
行程次數(shù) 40/次·
最大封閉高度 450mm
封閉高度調(diào)節(jié)量 130mm
工作臺尺寸 1120710mm
柄孔尺寸 70×80mm
工作臺板厚 130mm
電動機(jī)功率 15KW
8.2 電動機(jī)功率的校核
對于本次設(shè)計由于行程比較長，設(shè)備的噸位雖然足夠，但設(shè)備具備的功不一定能滿足拉深的要求。遇到這種情況，可能出現(xiàn)拉深時壓力機(jī)行程速度減緩，甚至?xí)p壞設(shè)備的電動機(jī)。為此，還需要對拉深功進(jìn)行核算。
因為
N·m…………………………7.1
因而，壓力機(jī)的電動機(jī)功率可按下式進(jìn)行核算
……………………………7.2
式中 W—拉深功（N·m）
n—壓力機(jī)行程次數(shù)（次/min）
N—電動機(jī)功率（KW）
—壓力機(jī)效率，
—電動機(jī)效率，
K—不均衡系數(shù)，
所以有
經(jīng)核算后拉深所需要的功率小于壓力機(jī)的電機(jī)功率15KW，符合要求。
9 附加工序
在拉深過程中，金屬材料與模具的表面直接接觸，由于相互間作用的壓力很大，當(dāng)板料在凹模表面滑動時，就產(chǎn)生很大的摩擦。結(jié)果使拉深時所需的力和沖件側(cè)壁內(nèi)部的拉應(yīng)力有所增大，這不但降低了模具的使用壽命，而且還容易劃傷沖件的表面，當(dāng)拉應(yīng)力變大時，還會使側(cè)壁厚度變薄，以致降低了沖件的精度。
如果采用潤滑劑，使得在板料與凹模表面之間存在著一層薄膜，將其滑動表面相互隔離。因而減小了摩擦力，并減小了模具的磨損，從而使沖件的的表面質(zhì)量的尺寸精度都有所提高。
對于本次設(shè)計我們可以采用混合的潤滑劑，其具體成分如下
錠子油 40%
黃 油 40%
滑石粉 11%
硫 磺 8%
酒 精 1%
其中硫磺應(yīng)以粉末狀態(tài)加入。
沖壓之后從零件上清除潤滑劑有各種各樣的方法。通常有用軟抹布手工擦除、在堿液中電解除油、在專門的溶液中熱除油、潤滑劑溶解于三氯化乙烯中和在汽油或其它溶劑中消除等幾種。
10 主要零件的加工
本次設(shè)計中，只對模具中的一個重要零件進(jìn)行簡單的工藝路線的分析，其余的零件將不在具體分析和計算。在這里選擇導(dǎo)套為加工對象。
導(dǎo)