工作任务 3 ：汽车闪光器外壳落料拉深复合模 的设计与制造（ 30 课时）

1. 工作任务3：汽车闪光器外壳落料拉深复合模 的设计与制造（30课时）

2. 工序1 研究分析客户产品图纸、产品制造材料、产量、质量、交货期等要求，分析冲压件的工艺性。 工序2 确定产品制造工艺方案。 工序3 拉深力、压边力等冲压力计算。 工序4 模具工作部分尺寸设计计算。 工序5 模具的总体设计与总装图绘制。 工序6 模具主要零部件设计与绘图。 工序7 冲裁拉深设备的选定。 工序8 选择制模材料并制定强化处理工艺。 工序9 编制模具零件的加工工艺。 工序10 编写模具设计计算说明书。 工序11 复杂模具零件的数控编程及加工；普通机械加工。 工序12 拉深模具的装配。 工序13 常用拉深设备的操作、试模调整、试产。

3. 工序1研究分析客户产品图纸、材料、产量、质量、交货期等要求，分析冲压件的工艺性工序1研究分析客户产品图纸、材料、产量、质量、交货期等要求，分析冲压件的工艺性

4. 分析：从零件图看出,工件为矩形件,要求外形尺寸,材料厚度t=0.5mm,没有厚度不变的要求;零件的形状简单、对称；尺寸为自由公差,取IT14级,满足拉深工艺对精度等级的要求；底部圆角半径r =3.5﹥t, rg=4.5≥3t=1.5,满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求;材料为08钢,为拉深性能较好的材料,易于拉深成形。 分析结论：此零件的形状、自由公差、圆角半径、材料及批量皆适合拉深工艺。大批量生产,要求模具寿命越长越好，应选择较好的模具材料。

5. 理论依据 1 、 拉深件的公差等级 2、拉深件的结构工艺性 3 、 拉深件的材料

6. 理论依据 1、 拉深件的公差等级 一般：拉深件的尺寸精度应在T13级以下，不宜高于IT11级。 拉深件壁厚公差要求一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律。 据统计，不变薄拉深， 壁的最大增厚量约为（0.2～0.3）ｔ； 最大变薄量约为（0.10～0.18）ｔ （ｔ为板料厚度）

7. 理论依据2、拉深件的结构工艺性 （1）．拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成形。 （2）．需多次拉深的零件，在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。 （3）．在保证装配要求的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度。

8. （4）、拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足：（4）、拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足： ａ≥Ｒ+0.5ｔ（或 +0.5t) （5）．拉深件的底与壁、凸缘与壁、矩形件四角的圆角半径应满足：rd ≥ｔ，Ｒ≥2ｔ，ｒ≥3ｔ。 否则，应增加整形工序。

9. 理论依据3 拉深件的材料 （1）用于拉深件的材料，要求具有较好的塑性，屈强比σa／σb小，板厚方向性系数r大，板平面方向性系数△r小。 （2）屈强比σa／σb值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能越好。 （3）板厚方向性系数r和板平面方向性系数△r反映了材料的各向异性性能。当r较大或△r较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。

10. （6）．拉深件不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为基准。（6）．拉深件不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为基准。

11. 工序2 确定产品制造工艺方案 2.1 计算汽车闪光器外壳的展开尺寸 2.1.1 计算演示 (1)确定修边余量△h （2）计算汽车闪光器外壳展开尺寸 2.1.2 汽车闪光器外壳展开尺寸计算的理论依据

12. (1)确定修边余量△h 由于金属流动条件和材料的各向异性，毛坯拉深后，工件边口不齐。一般情况拉深后都要修边，因此在计算毛坯的尺寸时，必须把修边余量计入工件。修边余量用△h来表示。 无凸缘的圆筒形工件的修边余量见表3—1； 无凸缘的矩形工件的修边余量见表3—3； 有凸缘的圆筒形工件的修边余量见表3—2。

13. 汽车闪光器外壳属盒形件，即矩形件。所以按照表3—3确定其修边余量。根据零件图得：汽车闪光器外壳属盒形件，即矩形件。所以按照表3—3确定其修边余量。根据零件图得： h=20.15； r角=4.5； 则h/ r角=20.15/4.5=4.48。 按照表3—3得修边余量△h=（0.03～0.05）h。 现取△h=0.04h=0.04×20.15=0.80mm。

14. （2）计算汽车闪光器外壳展开尺寸 汽车闪光器外壳属盒形件，按盒形件计算。汽车闪光器外壳的直边按弯曲变形、圆角部分按1/4圆筒形拉深变形分别展开计算。 长度尺寸为： L=H+0.57r=20.15+0.57×3.5=22.15 切边余量△h=0.04H=0.04×20.15=0.8 总长C=A+2L－2(r+0.5)+2△h =54.9+2×22.15 －2×4+2×0.8=92.8 总宽K=B+2L－2(r+0.5) +2△h =38.5+2×22.15 －2×4+2×0.8=76.40 总长数值92.8，取整数值93mm,总宽度76.40取整数值76mm。

15. 圆角部分按1/4圆筒形拉深变形展开得展开半径R,圆角部分按1/4圆筒形拉深变形展开得展开半径R, R= = =13.3 (mm) 计算出的汽车闪光器外壳的展开尺寸如图3—8所示。

16. 2.1.2 汽车闪光器外壳展开尺寸计算的理论依据 汽车闪光器外壳属于矩形件，矩形工件的毛坯尺寸计算方法如下。 （1）一次拉成的低矩形件毛坯的计算 这类零件拉深时有微量材料从圆角部分转移到直边部分，因此可认为圆角部分发生拉深变形，直边部分只是弯曲变形。如图3-9所示的矩形工件，只需一次拉深。其毛坯的求法如下： 1)直边部分按弯曲计算展开长度 L = H十0．57r 式中 H——矩形工件的高度； r——矩形工件底部圆角的半径。 rg——矩形工件圆角的半径。

17. 毛坯总长C=A+2L－2(r+0.5) 有修边余量时，总长C=A+2L－2(r+0.5)+2△h 毛坯总宽K=B+2L－2(r+0.5) 有修边余量时，K=B+2L－2(r+0.5) +2△h 图3—9一次拉成的低矩形件毛坯的计算示意图

18. 2) 设想把矩形工件四个圆角合在一起，共同组成 一个圆筒，展开半径为R，其计算式为 R= 当rg = r 时，其计算为 R=

19. 2．1.3 确定毛坯排样及定位方法 排样方式采用直排，模具沿工件外形进行冲裁落料，工件周边都留有搭边。这种排样能保证冲裁件质量，冲模寿命也长，但材料利用率较低。 定位采用条料侧边和前侧定位。采用人工往复送料操作。 搭边值：若按查表得侧搭边取3mm；前搭边取2mm。但考虑到定位孔靠近落料凹模刃口，为保证模具寿命，搭边值取大一些，侧搭边取4mm；前搭边取4mm。如图3—12所示。 送料进距：76+4=80 （mm） 条料宽度：93+2×4=101 （mm） 板料规格的选用：0.5×1000×2000 (mm) 裁出的条料规格尺寸: 0.5×1000×101 (mm)

20. 图3—12 毛坯排样图

21. 2．2确定是否能一次拉深成形。 根据工件零件图,已知:rg = 4.5;r = 3.5;H=20.15；B=38.5 圆角部分按四分之一圆筒形拉深变形分别展开，则 R = = =13.3 首次拉深系数为：m=rg/Ry=4.5/13.3=0.34, t/B=0.5/38.5=1.29 ％, rg/B=4.5/38.5=0.12, H/rg=20.15/4.5=4.4,

22. 查表3-1得m≥极限拉深系数[m1]=0.31, 再查表3-3得H/rg=4.4＜许可相对高度[H/rg1]=4.5。 盒形件一次拉深成形判定条件为： 如果根据零件尺寸求得的拉深系数m大于表中的[m1]值,或盒形件相对高度H/rg小于表中的[H/rg1]值,则可一次拉深成形,否则就要多次拉深成形。 根据盒形件一次拉深成形判定条件可知：该零件可一次拉深成形。

23. 如何求拉深系数m？如何求盒形件相对高度H/rg？如何求拉深系数m？如何求盒形件相对高度H/rg？ 对于具有较小圆角半径的盒形件拉深，其拉深系数m=rg/Ry 首次拉深m1=rg1/Ry 以后各次拉深mi = rgi / rg(i-1 )（i=2，3，4，…n） 式中 Ry——坯料圆角的假想半径，对于高矩形件Ry = Rb －0.7(B －2rg);对于低盒形件, Ry = R R= rg1、rgi——首次和以后各次拉深后工序件口部的圆角半径； m1、mi——首次和以后各次的拉深系数，其极限值可查表3-1和表3-2。 当rg=r时，首次拉深变形程度也可以用盒形件相对高度来表示： m=d/D=2rg/2=1/ 式中 H／rg——盒形件相对高度，盒形件第一次拉深的最大许可相对高度见表3-3。

24. 2．3 确定是否需要压边装置 2．3．1 是否需要压边装置由t/D决定，（D对于正方形件是指坯料直径，对于矩形件是指坯料宽度B，t为坯料厚度）。 判断是否采用压料装置可按表3—4确定。 表3—4 采用或不采用压边装置的条件 本零件的t/B×100=0.5/38.5×100=1.29 ＜ 1．5 所以本零件拉深需要压边装置。

25. 2．3．2 拉深件的主要质量问题及控制 如果没有压边装置会产生什么拉深现象呢？ 生产中如果没有压边装置可能出现的拉深件质量问题为起皱和拉裂。 (1)起皱产生的原因 (2)影响起皱的主要因素 (3)控制起皱的措施 为了防止起皱，最常用的方法是在拉深模具上设置压料装置，使坯料凸缘区夹在凹模平面与压料圈之间通过，如图3—6所示。

26. 图3—5 拉深件的起皱破坏现象

27. 2．拉裂 （1）拉裂产生的原因 壁部与底部圆角相切处变薄最严重。变薄最严重的部位成为拉深时的危险断面，当筒壁的最大拉应力超过了该危险断面材料的抗拉强度时，便会产生拉裂，如图3—7所示。 图3—7拉深件的拉裂破坏

28. (2)控制拉裂的措施 生产实际中常用适当加大凸、凹模圆角半径、降低 拉深力、增加拉深次数、在压边圈底部和凹模上涂 润滑剂等方法来避免拉裂的产生。

29. 2．4 确定零件加工工艺方案 该零件进行冲压加工的基本工序为落料和拉深。其中落料属于简单的分离工序。完成该制件的成形，可能的工艺方案有以下几种。 方案一：落料→拉深→切边→整形。 方案二：落料与拉深复合一次成形→切边→整形。 方案一模具结构简单，模具寿命长，模具制造容易。但工序分散，模具及操作人员多，劳动量大。方案二考虑了大批量生产和生产效率，且模具的结构虽较方案一复杂，但目前的制造技术还是容易实现。综合分析论证得出结论为：该零件采用落料拉深复合模具生产，既能满足生产量的要求，又能保证产品质量和模具的合理性。 综合以上的分析计算，汽车闪光器外壳采用落料拉深模进行一次拉深成形，拉深模要有压边圈压边，然后切边，最后整形。

30. 工序（3）拉深力、压边力等冲压力计算 3．1 拉深力计算 因汽车闪光器外壳横截面为矩形，其拉深力为： F=KLtσb 式中 L——横截面周边长度（mm）； K——修正因数，可取0.5～0.8 查有关资料得08钢的σb=324～441，取 σb=400Mpa；取K=0.8;L≈2(A+B),则 F拉=KLtσb=0.8×2×(55.4+39) ×0.5×400=30208N.

31. 3．2 压料力计算 F压=Ap 式中 A——在压边圈下的投影面积（） P——单位压边力（Mpa）。其值可查表3-5。 汽车闪光器外壳拉深模的A≈93×76-55.4×39=4907.4 查表3-5得P=2.5Mpa,则 F压=4907.4×2.5=12268.5N.

32. 3．3 毛坯外形落料冲裁力计算 F=Ltσb L≈2×(93+76)=338 F落=338×0.5×400=67600N 总冲压力P总= F拉 + F压+ F落 =30208+12268.5+67600=110076.5N

33. 拉深力、压边力等冲压力计算 的理论依据 3．4．1 拉深力的计算 首次拉深 F=K1∏d1tσb 以后各次拉深 F= K2лditσb (i=2,3,…,n) 式中 F——拉深力； D1，d2，…，dn——各次拉深工序件直径，mm； t——板料厚度，mm； σb——拉深件材料的抗拉强度，MPa； · K1、K2——修正系数，与拉深系数有关，见表3—6。

34. 3．4．2 压边力的计算 在模具设计时，压料力可按下列经验公式计算： 任何形状的拉深件 F压= AP 圆筒形件首次拉深 F压=丌【D²-(d1+2rA1)²】p/4 圆筒形件以后各次拉深 F压=丌(d²i-1-d²i)p/4 (i=2,3,…) 式中 F压——压料力，N； A——压料圈与坯料在垂直于凸模运动方向的投影面积，mm²； P——单位面积压料力，MPa，可查表3—5； D——坯料直径，mm； d1，d2，…，dn——各次拉深工序件的直径，mm； rA1——首次拉深凹模的圆角半径，mm。

35. 3．4．3 压边装置的设计 目前生产中常用的压料装置有弹性压料装置和刚性压料装置。 1、弹性压料装置 在单动压力机上进行拉深加工时，一般都是采用弹性压料 装置来产生压料力。根据产生压料力的弹性元件不同，弹 性压料装置可分为弹簧式、橡胶式和气垫式三种，如图3— 13所示。

36. 图３—１３　　弹性压料装置（１—凹模　　２—凸模　　３—压料圈　　４—弹性元件）

37. 压料圈是压料装置的关键零件，常见的结构形式有平面形、锥形和弧形，如图3—15所示。压料圈是压料装置的关键零件，常见的结构形式有平面形、锥形和弧形，如图3—15所示。 图３—１５压料圈的结构形式（１—凸模　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２—顶件板　　３—凹模　　４—压料圈）

38. 2．刚性压料装置 刚性压料装置一般设置在双动压力机上用的拉深模中。图3—17为双动压力机用拉深模。件4即为刚性压料圈(又兼作落料凸模)，压料圈固定在外滑块之上。 图3—17 双动压力机用拉深模的刚性压料 （1—凸模固定杆 2—外滑块 3—拉深凸模 4—压料圈兼落料凸模 5—落料凹模 6—拉深凹模）

39. 工序4 模具工作零件的设计 4.1 工作零件设计的理论依据 4.1.1 凸、凹模的结构 凸、凹模的结构设计是否合理，不但直接影响拉深时的坯料变形，而且还影响拉深件的质量。凸、凹模常见的结构形式有以下几种： (1)无压料时的凸、凹模结构

40. (2) 有压料时的凸、凹模结构 有压料时的凸、凹模结构如图4—3所示，其中图（a）用于直径小于lOOmm的拉深件；图(b)用于直径大于lOOmm的拉深件，这种结构除了具有锥形凹模的特点外，还可减轻坯料的反复弯曲变形，以提高工件侧壁质量。

41. 4.1.2 凸、凹模的圆角半径确定方法 (1) 凹模圆角半径的确定 凹模圆角半径r凹越大，材料越易进入凹模，但r凹过大，材料易起皱。因此，在材料不起皱的前提下，r凹宜取大一些。 第一次(包括只有一次)拉深的凹模圆角半径可按以下经验公式计算： r凹= 0．8 (4-1) 式中r凹——凹模圆角半径； D——坯料直径； d——凹模内径(当工件料厚t≥1时，也可取首次拉深时工件的中线尺寸)； t——材料厚度。

42. 以后各次拉深时，凹模圆角半径应逐渐减小，一般可按以下关系确定：以后各次拉深时，凹模圆角半径应逐渐减小，一般可按以下关系确定： r凹i=(0．6～0．9) r凹(i-1) (i=2，3，…,n) 盒形件拉深凹模圆角半径按下式计算： r凹 =(4～8)t r凹也可根据拉深件的材料种类与厚度参考表4-1确定。 表4—1 拉深凹模圆角半径r凹的数值 mm

43. 以上计算所得凹模圆角半径均应符合r凹≥2t的拉深工艺性要求。对于带凸缘的筒形件，是后一次拉深的凹模圆角半径还应与零件的凸缘圆角半径相等。以上计算所得凹模圆角半径均应符合r凹≥2t的拉深工艺性要求。对于带凸缘的筒形件，是后一次拉深的凹模圆角半径还应与零件的凸缘圆角半径相等。 (2) 凸模圆角半径确定 凸模圆角半径r凸过小，会使坯料在此受到过大的弯曲变形，导致危险断面材料严重变薄，甚至拉裂；r凸过大，会使坯料悬空部分增大，容易产生“内起皱”现象。一般r凸<r凹，单次拉深或多次拉深的第一次拉深可取： r凸=(0．7~1．0) r凹

44. 以后各次拉深的凸模圆角半径可按下式确定： r凸（i-1）=(di-1-di-2t)/2 (i=3,4,…,n) 式中 di-1、di为各次拉深工序件的直径。 最后一次拉深时，凸模圆角半径r凸n应与拉深件底部圆角 半径r相等。但当拉深件底部圆角半径小于拉深工艺性要 求时，则凸模圆角半径应按工艺性要求确定(r凸≥t)，然 后通过增加整形工序得到拉深件所要求的圆角半径。

45. 4.1.3 凸、凹模间隙的确定 (1)对于无压料装置的拉深模，其凸、凹模单边间隙可按下式确定： Z=(1～1．1)tmax 式中Z——凸、凹模单边间隙； tmax——材料厚度的最大极限尺寸。 对于系数1～1．1，小值用于末次拉深或精度要求高的零件拉深，大值用于首次和中间各次拉深或精度要求不高的零件拉深。

46. （2）对于有压料装置的拉深模，其凸凹模单边间隙可根据材料厚度和拉深次数参考下表4—2确定。（2）对于有压料装置的拉深模，其凸凹模单边间隙可根据材料厚度和拉深次数参考下表4—2确定。 表4—2 有压料装置的凸、凹模单边间隙值Z 注:1．t为材料厚度，取材料允许偏差的中间值。 2．当拉深精度要求较高的零件时，最后一次拉深间隙取Z＝ｔ。

47. (3)对于盒形件拉深模，其凸、凹模单边间隙可根据盒形件(3)对于盒形件拉深模，其凸、凹模单边间隙可根据盒形件 精度确定，当精度要求较高时，Z＝(0．9～1．05)ｔ；当 精度要求不高时，Z＝(1．１～１．３)ｔ。最后一次拉深 取较小值。 另外，由于盒形件拉深时坯料在角部变厚较多，因此园角 部分的间隙应较直边部分间隙大0．1ｔ。

48. 4.1.4 凸、凹模工作尺寸及公差的确定 拉深件的尺寸和公差是由最后一次拉深模保证的，考虑拉深模的磨损和拉深件的弹性回复，最后一次拉深模的凸、凹模工作尺寸及公差按如下确定： 当拉深件标注外形尺寸时[图5—67(a)]，则 DA=(Dmax-0.75△) DT=(Dmax-0.75△-2Z)

49. 当拉深件标注内形尺寸时[图5—67(b)]，则 dT=(dmin十0．4△)dA=(dmin十0．4△+2Z)式中 DA、dA——凹模工作尺寸； DT、dT——凸模工作尺寸； Dmax、dmin——拉深件的最大外形尺寸和最 小内形尺寸； Z——凸、凹模单边间隙； △——拉深件的公差；

50. δT、δA——凸、凹模的制造公差，可按IT6～IT9级确定，或查表δT、δA——凸、凹模的制造公差，可按IT6～IT9级确定，或查表 表4—3 拉深凸、凹模制造公差（mm）