成型板冲压工艺及模具设计.pdf

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1、绪论 绪论 1 1 概述 概述 1.1 1.1 冲压与冲压模具的概念冲压与冲压模具的概念 冲压是塑性加工的基本方法之一。冲压是在室温下，利用安装在压力机上的 模具对材料施力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种冲压加工 方法。由于冲压通常是在室温下进行加工，所以常常称为冷冲压；又由于它的加工材 料主要是板料，所以又称为板料加工。冲压不但可以加工金属材料，还可以加工 非金属材料。在冲压加工中，将材料加工成冲 压零件（或半成品）的一种特殊工艺 装备，称为冲压模具或冷冲模。冲压 模具在实现冲压加工中是必不可少 的工艺装备，没有符合要求的冲压模 具，冲压加工就无法进行；没有先进 的冲压模具，

2、先进的冲压工艺就无法 实现。在冲压零件的生产中，合理的 冲压工艺，先进的模具，高效的冲压 设备是必不可少的三要素，如图 1 所 示：1.2 1.2 冲压的特点及应用 冲压的特点及应用 1.冲压生产的特点1.冲压生产的特点 与其它加工方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独 特的优点。主要表现如下。(1)冲压件的质量稳定，尺寸精度高 由于冲压生产是有利于模具成形，模具 制造精度高，故冲压件质量稳定，制件互换性好，尺寸精度高，一般情况下，冲 压生产的尺寸精度可达到 IT10IT14 级，最高可达到 IT16 级，有的制件不需要 冲压设备 模具 工艺条件 冲压零件 图1 冲压零件质量

3、的影响因素再进行机械加工，便可满足装配和使用要求。（2）生产率高，成本低 冲压生产是利用冲压模具和冲压设备完成加工，其生产效率高，操作方便，易于实现机械化与自动化。对于普通压力机，每分钟 可生产几件到几十件制件，高速压力机每分钟可生产数百件甚至上千件制件。冲 压件质量轻，刚性好，强度高，冲压过程耗能少，中大批量生产时，成本较低。（3）材料利用率高 冲压生产是一种少，无切削加工的方法之一。冲压生产 能实现少废料甚至饿无废料生产，在某些情况下，边角余料也可以充分利用（冲 压小零件），因此，材料的利用率高，一般为 70%85%。（4）易得到复杂制件 由于利用模具加工，所以可以获得用其他加工方法 所不

4、能或难以制造的形状复杂的零件。如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖 件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。冲压生产的缺点：（1）模具制造周期长，制造成本高，不适应与小件生产 冲压多采用机械压力机，由于滑块往复运动，手工操作时，劳动强度较大。易发生事故，故必须重视安全 生产，安全管理和采取必要的安全技术措施。（2）冲压加工生产产生振动和噪音两种公害 这些问题并不完全是冲压本身带 来的，主要是由于传统的的冲压设备落后造成的，随着科学技术的进步，这两种 公害会得到一定程度的解决。2 2 冲压生产的应用冲压生产的应用 由于冲压生产存在着上述诸多优点，冲压加工的应用十分广泛，在汽

5、车，拖 拉机，机电，电器，仪表玩具以及日常生活用品的生产方面，都占十分重要的地 位。不少过去用铸造，锻造，切削加工方法制造的零件，现在被刚度好，质量轻 的冲压件代替。根据近年来的统计表明，在机电以及仪器，仪表生产中，有 60%70%的零件 是采用冲压工艺完成的。在汽车生产中大概有 60%70%的零件数采用冲压工艺制 成的，冲压生产所占的劳动量是整个汽车行业劳动量的 25%30%.在电子产品中，冲压件所占的比例也相当大。人们日常生活中的金属制品，冲压件所占的比例更 大，如：铝锅，不锈钢餐具等，随处都可看到冲压制品，因此，冲压技术应用非 常广泛。学习，研究和发展冲压技术，对发展我国国民经济和加速现

6、代化工业建 设具有重要意义。3 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不 相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离 工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形 状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破 裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四 种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经

7、济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集 中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的 方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成 两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具 的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模 和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何 种类型的

8、冲模，都可看成是由上模和下模两部分 组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺 寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下 或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。4 冲压技术的现状及发展方向4 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现 和发展方向如下。(1).冲压成形理论及冲压工艺方面

9、冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论 的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形 规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是 随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始 应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟 金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行 性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及 模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、

10、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的 各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲 压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲 压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25mm，精度可达 IT1617 级；用 液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工 方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和 精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用

11、金属材料的超塑性进行 超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂 和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体 代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国 际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形 路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内 残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以 CAD/CAM/CAE 技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2).冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下 两方面发展:一方面,

12、为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的 新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和 检测设备以及模具 CAD/CAM 技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换 代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢 带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米，多 功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊

13、接、装配等工序。我国已能自 行设计制造出达到国际水平的精度达 2 5 微米，进距精度 23 微米，总寿命达 1 亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方 面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自 动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具 制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及 抛光技术、数控测量等代表了现代冲模

14、制造的技术水平。高速铣削加工不但具有 加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为 1500040000r/min）,加工精度一般可达 10 微米，最好的表面粗糙度 Ra1 微米），而且与传统切削加 工相比具有温升低（工件只升高 3 摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和 刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花 铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮 廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司 生产的 EDSCAN8E 电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM 集

15、成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技 术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度 已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到 300mm2/min,加工精度可达 1.5 微米，表面粗糙度达 Ra=010.2 微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨 床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模 具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度 地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的 除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成

16、形 技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 RPM 技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快 速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系 统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造 SSM 和熔融挤压成形 MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3)冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良

17、好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿 命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高 速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多 功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率 得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在 数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一 分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十 倍，材料利用率高达 97%；公称压力

18、为 250KN 的高速压力机的滑块行程次数已达 2000 次/min 以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的 2000KN“冲压中心”采用 CNC 控制，只需 5min 时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的 CNC 金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的 数量为普通压力机的 410 倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更 新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批 量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多 工位压力机、

19、激光切割和成形机、CNC 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近 几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压 柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲压设备为 主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程 完全由计算机控制，车间实现 24 小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件 精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单 件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性

20、，又具有一定的结构典型 性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先 进工业国家模具标准化生产程度已达 70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大 部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某 些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提 高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反 映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有

21、提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一 般在 40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有 待于进一步提高。1 制件的工艺性分析1 制件的工艺性分析 工件名称：支板 生产批量：批量生产 材料：20 厚度：1.2mm 工件简图见图 2 图 2 工件图 制件的总体分析制件的总体分析 该零件的外形复杂程度一般，是由圆弧和圆组成的。由于冲裁件的内外形所 能达到的经济精度为 IT11IT14 级，孔中心与边缘的距离尺寸公差为0.5mm。将以上精度与零件的精度要求相比较，

22、可得到该零件的精度要求能够在冲裁加工 中得到保证，其它尺寸标注，生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。工艺性：成型板属于中等尺寸零件，料厚 1.2mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求如图示，零件材料为 20 钢，是优质碳素结构钢，具有良好的塑性，市场上 也容易得到这种材料，价格适中。因此零件外形可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性：25mm 的孔，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。此工件只有外形落料和冲孔两个工序。由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。2 工艺方案的确定2 工艺方案的确定 成型板零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。方案一：用简单模分两

23、次加工，即先落料,后冲孔。采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合模。采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进模。采用级进模生产。分析各方案的优缺点 方案一：生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量 生产，方案二和方案三更具有优越性。该零件25 的孔与外边缘之间的最小距离为 8.82mm，大于此零件要求的最小 壁厚（Lmin=2t=21.2=2.4mm），可以采用冲孔落料复合模或冲孔，落料级进模。复合模的行位精度和尺寸精度容易保证，且生产也高，尽管模具结构较复杂，但 由于零件的几何形状复杂程度一般，所以模具的制造并不太困难；级进模的生产 效率也高，但零件的冲裁精度稍差，预保证冲压件

24、的行位精度，需要在模具上设 置导正销导正，故模具的制造，安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析 比较，该零件的冲压生产采用方案二的复合模具为佳。3 3 主要工艺参数计算 主要工艺参数计算 3.1 3.1 排样的设计与计算排样的设计与计算 设计复合模时，首先要设计条料排样图。排样是指冲裁件在条料，带料或板 料的布置方式。合理的排样应在保证制件的质量，有利于简化模具的前提下，以 最少的材料消耗，冲出最多数量的合格工序件。排样的原则：a 提高材料利用率；b 便于工人操作，减轻工人劳动强度；c 使 模具结构简单，模具寿命提高；d 排样应保证冲裁件质量，不能只考虑材料的利用 率，而不考虑冲裁件的性能

25、。该零件具有 T 形的特点，直排时材料的利用率较低，采用直对排的排样方案 可以提高材料的利用率，减少废料。此时虽然没有无废料排样材料的利用率高，但制件的精度可以得到保证。综上所述，支架的排样采用有废料排样的直对排。制件的排样图如图 3 所示：图 3 排样图 3.1.1 确定搭边与搭肩值3.1.1 确定搭边与搭肩值 搭边的作用和影响因素作用：a 补偿误差；b 是凸凹模双边受力；c 增加条料刚度，方便条料送进。影响因素：a 材料的力学性能；b 材料厚度；c 冲裁件的形状和尺寸；d 送料 及挡料方式；e 卸料方式。搭边和搭肩值一般是由经验确定的。查表 2.9 取最小搭边值为 a=1.8mm 和 b=

26、1.5mm 3.1.2 计算送料步距和条料的宽度3.1.2 计算送料步距和条料的宽度 条料宽度的计算：拟采用有侧压装置的送料方式，由 B0 =Dmax+2aC0 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a侧搭边值 c导料板与最宽条料之间的间隙由表 2.12 查得 C0.5 代入数据计算：B0 =92+21.8+2+7.5+0.505.0 =103.605.0 mm 导料板间距离的计算：由 s=D+c,代入数据计算得：S=（92+2）mm=94mm 3.1.3 3.1.3 计算材料的利用率：计算材料的利用率：根据一般的市场供应情况，原材料选用 600mm20001.2mm 的冷轧薄钢板，每块可见成

27、 60mm2000mm 规格条料 10 条。材料的剪切利用率可达 99%。计算冲压件的毛坯面积：经计算毛坯的面积为 A=1128.4828mm 2 一个步距的材料利用率：材料利用率的计算公式为 =nA/（BS）100%式中 A一个步距内零件的实际的面积，mm 2;B一个步距内板料宽度，mm;L一个步距内板料长度，mm 所以材料的利用率为 21207.7109/（9247）100%=55.8%3.2 3.2 冲压力的计算并初步选取压力机的吨位 冲压力的计算并初步选取压力机的吨位 3.2.1 3.2.1 冲裁力的计算冲裁力的计算 冲裁模设计时，为了合理的设计模具和选用冲压设备，必须合理的计算冲裁

28、工艺力。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁工艺力，以适应冲裁间隙的要求。冲裁工艺力主要包括冲裁力 F、卸料力 F 卸、推件力 F 推 和顶件力 F 顶。3 2 1 卸 卸 推 顶 图 4 卸料力，推件力，和顶件力 裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具采用普通平 刃口模具冲裁，其冲裁力 F 按下式计算：F=KLtb 冲裁力公式为 PP 孔+P 落 式中 P冲裁力 P 孔冲孔冲裁力P 落落料冲裁力 冲孔冲裁力 P 孔 P 孔KL孔 t 式中 K系数，查表取 K1.3L孔 冲孔周长，L3.142784.78mm t材料厚度，t1.2mm 材料抗剪强度，MPa，查手册 20 钢 44

29、0 MPa 所以 P 孔孔KL孔 t1.384.781.244058192.992N 取 P 孔孔58.19KN 落料冲裁力 P 落落 P 落落KL落 t 式中L落 落料件外形周边尺寸L落 152.6159mm 所以 P 落落KLt1.3152.61591.2440=104755.55N 取 P 落落104.755KN 3.2.2 3.2.2 卸料力、推件力及顶件了力的计算：卸料力、推件力及顶件了力的计算：冲裁时，材料分离前存在着弹性变形，在冲裁结束时，由于材料的弹性回复 及摩擦的存在，将落料件或冲孔废料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在 凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料

30、卸下，将梗塞在凹模内 的料推出。卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。而推件力是将梗塞在凹 模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的 力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的，所 以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑，影响这些力的因素较 多，主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑 情况、制件的形状和尺寸等。现在按照下面的经验公式计算：卸料力 PxPxxK P 落 式中 Px卸料力xK 卸料系数，查表 2.7 取xK 0.0250.06，取xK 0.05所以 Px0.0566.753.34KN 推

31、料力tPtP tKP 孔孔 n 式中tK推料系数,查表 2.7 取tK=0.05 n同时卡在凹模洞孔内的件数 取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表 2.21 查得，h=5mm，则 n=h/t=5mm/0.8=6 个 所以tP=0.0510.86=3.24KN 3.2.3 总冲压力3.2.3 总冲压力P总 冲裁时,压力机的压力值必须大于或者等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的 冲压力,总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同,当采用弹性卸料装置和下出 件的模具时,总的冲压力为P总=P+Px+tP=P 孔孔+P 落落+Px+tP=58.19+104.755+3.34+3.24=169.525KN 3.3

32、压力机的公称压力的确定：3.3 压力机的公称压力的确定：为了保证压力足够，一般冲裁时压力机的吨位应比计算的冲裁力大 30%左右，即 P 总=1.3169.525KN=220.38KN 初选开式可倾压力机参数压力机型号为 JB23-25 查手册选择压力机的主要技术参数如下：公称压力为：250KN 滑块行程：65mm 最大闭合高度：270 mm 闭合高度调节量：55mm(标准型)工作台尺寸(左右前后)：560mm370mm(标准型)工作台孔尺寸(左右前后)：290mm200mm 260mm(标准型)立柱间距离(不小于)：270mm 模柄孔尺寸(直径深度)：40mm60mm 床身最大可倾角（）：30

33、 垫板尺寸：40mm 3.4 3.4 压力中心的确定压力中心的确定 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工 作，应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。否则冲压时滑块会承受 偏心载荷，导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不 到保证，从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。用解析法求模具的压力中心的坐标。按比例画出工件尺寸，选用坐标系 XOY，如图 5 所示：图 5 压力中心 由于此零件是规则图形，所以压力中心在几何中心。3.5 工作部分的尺寸计算3.5 工作部分的尺寸计算3.5.1 3.5.1 计算凸凹模工作部分的尺寸（冲孔计算凸凹模

34、工作部分的尺寸（冲孔）并确定其公差：）并确定其公差：该零件属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落料 获得，而中间的 小孔尺寸则是由冲孔得到。查表 2.3 得间隙值：Zmin=0.072mm，Zmax=0.096mm 1）冲孔27mm 凸，凹模刃口尺寸的计算 由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方 法制造凸模和凹模。其凸，凹模刃口尺寸计算如下：查表 2.5 得凸，凹模制造偏差：凸=0.020，凹=0.025 校核：Zmax Zmin=（0.096-0.072）mm=0.024mm，而 凸+凹=0.045mm 满足 Zmax Zmin 凸+凹 的条件。查表 2.6 得

35、：IT14 级时磨损系数 x=0.5 冲孔时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸td=(dmin+)0 凹模尺寸ad=(td+Zmin)+0式中：td-冲孔凸模刃口尺寸ad-冲孔凹模刃口尺寸 dmin-冲孔件孔的最小极限尺寸，mm,Zmin双面间隙，mm 工件公差，mm，x磨损系数，凸模和凹模的制造公差，mm,d 凸=（dmin+x）0凸 =（27+0.50.36）0020.0 =27.180020.0 mm d 凹=（d 凸+Zmin）凹+0=（27.18+0.072）025.00+=27.25025.00+mm 3.5.2 3.5.2 外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算外形落料凸模、凹模刃口尺寸的

36、计算 因此落料件为复杂的制件，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得 最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况 正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情 况，然后分别按不同的计算公式计算。a、凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸 A 第一类尺寸：Aj=(Amax-x)0+0.25 b、凹模磨损后会减小的尺寸-第二类尺寸 B 第二类尺寸：Bj=(Bmax+x)-0.25 c、凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸 C 第三类尺寸：Cj=(Cmin+0.5)0.125 工件图中未标注公差的尺寸，查

37、相关资料得出其极限偏差：R7.5030.0 ，7.5030.0 查表 2.6 地磨损系数为：当0.36 时，X=0.5 当0.36 时，X=0.75 第一类尺寸：磨损后增大的尺寸：A1=(Amaxx)0+0.25 =（270.750.1）1.0*25.00+=925.26025.00+mm A2=(Amaxx)0+0.25=(50-0.50.40)4.0*25.00+=49.81.00+mm 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是 27.180020.0 mm，27.25025.00+mm，925.26025.00+mm，49.81.00+mm，必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口 尺

38、寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值 Zmin=0.0404 模具总体设计 4 模具总体设计 4.1 4.1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用冲孔落料复合方式冲压，所以模具类型为复合模，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采 用倒装结构，即落料凹模安排在上模，凸凹模安排在下模部分 4.2 4.2 定位方式的选择定位方式的选择 本制件是批量生产，安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降 低模具成本,因此采用手工送料方式。由于制件的精度要求不高，制件的外形复杂 程度一般，所以选用挡料销和导料板进定位和导向。4.3 导向方式的选择4

39、.3 导向方式的选择 为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。采用手工送料方式，为 了提高开敞性和导向均匀性，采用后角导柱模架。4.4 卸料方式的选择4.4 卸料方式的选择 本模具采用倒装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为 0.8mm，料厚 比较薄，选用弹性卸料板来卸下条料废料。5 模具主要零部件的设计 5 模具主要零部件的设计 5.1 5.1 工作零件的结构设计 工作零件的结构设计 5.1.1 凹模的设计5.1.1 凹模的设计 在本模具中采用螺钉和销钉将凹模直接固定在支撑件上,凹模刃口为直壁式,凹模采用销钉

40、和螺钉固定时要保证螺钉(或沉孔)间、螺孔与销孔间及螺孔与凹模 刃壁间的距离不能太近,否则会影响模具的寿命。图 6 整体式凹模的局部结构 整体式凹模的局部结构 如图 7 所示。凹模的外形有圆形与矩形两种。冲裁 时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用，凹模的外形尺寸应有足够的强度和刚度。由于受力情况比较复杂，目前凹模外形的尺寸还不能仅用理论的方法来确定。设 计模具时，凹模外形尺寸是按照以下经验公式来确定的：凹模的轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 LB(长宽)及厚度尺寸 H.从凹模刃口至外缘的最短距离称为凹模的壁厚 c。L=l+2c B=b+2c l沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离，mm；b沿凹模宽度方向刃

41、口型孔的最大距离，mm；c凹模壁厚，mm，主要考虑布置螺钉与销钉的需要，同时也要保证凹 模的强度和刚度。凹模厚度 H=K1K231.0 FF冲裁力，N;K1凹模材料修正系数，合金工具钢取 K1=1,碳素工具钢 K1=1.3;K2凹模刃口周边长度修正系数，经查相关资料得 K2=1；代入数据经计算得 H=28.9mm 凹模壁厚 c=(1.52)H c=1.5H=1.528.9=43.3mm 凹模外形尺寸的确定：凹模外形长度：L=(164+243.3)mm=250.6mm 凹模外形宽度：B=（84.78+243.3）mm=171.38mm 凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.72.0）d d 为螺

42、孔的距离，由于凹模厚度为 36mm,所以根据查得螺孔选用 4M12 的 螺钉 固定在下模座。故选用如图 8 图 7 凹模上的螺孔设计与选用 螺孔到凹模外缘的最小距离 a2=1.5r=1.56=9mm a3=1.13r7mm 螺孔到销孔的距离一般取 b2r,所以 b 应大于 12mm。凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工，安排凹模在模架 上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。凹模 的长度选取要考虑以下因素：a)保证有足够的安装弹性卸料板的位置。b)便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。选取凹模边界为 260mm180mm。凹模材料选用 Cr12 制造，热

43、处理硬度为 58 62HRC。凹模的结构简图如图 9 所示：-+0.025 0+0.1 0 图 8 落料凹模的结构简图 5.1.2 5.1.2 冲孔凸模的设计冲孔凸模的设计：为了增加凸模的强度和刚度，凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级形 式，又由于它的外形尺寸一般，所以选用 B 形与凸模。凸模固定板的厚度取 28mm 凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，设计该模具为冲孔落料复合模，采用刚性卸料板，其凸模长度用下列公式计算：L=h1+h2+h3+h 式中 L凸模长度，mm h1凸模固定板高度，mm h2卸料板高度，mm h3导料板厚度，mm h附加高度，一般取 1520mm 冲裁 7.5

44、mm 孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和 厚度）凸模长度 L=28+10+4+16=58mmmm 凸模强度校核 要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过 凸模材料的许用压应力，即 校核公式为minFP孔 式中 P 孔冲孔冲裁力,N,P 孔=10800N Fmin凸模最小断面积，2mm,Fmin=214.3d/4=44.162mm -凸模材料的许用压力，Mpa,如凸模材料选用 Cr12，查手册 =（1000160）Mpa,取 =1200 Mpa 因为minFP孔=16.4410800=244.57Mpa 所以凸模强度符合要求。外形落料凸模、凹模各尺寸及其组件的确定和

45、标准化（包括外形尺寸和厚度）所以：L=28+10+0.8+1+15=54.8 mm 凸 模 固 定 板 材 料 可 用 45 钢，结 构 形 式 和 尺 寸 规 格 查 手 册 可 得200mm160mm28mm。冲孔凸模的结构简图如图 10 所示：图 9 冲孔凸模的结构形式 5.1.3 5.1.3 凸凹模的结构设计凸凹模的结构设计 凸凹模是复合冲裁中的一个特殊零件，其内形刃口起冲孔凹模的作用，按凹 模设计，其外形刃口其落料凸模作用，按凸模设计。内外缘之间的壁厚有冲裁件 的形状和尺寸决定，从强度考虑，壁厚受最小壁厚限制。对于正装复合模，凸凹 模装于上模，内孔不会积聚废料，胀力小，最小壁厚可小些

46、；对于倒装复合模，若采用直壁式刃口形式，下出件时，孔内会集聚工件，最小壁厚要大些。本模具 为复合冲裁模，除了冲孔凸模和落料凹模外，还有一个凸凹模。根据整体模具的 设计需要，凸凹模的结构简图如图 所示。确定凸凹模安排在模架上的位置时，要 依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。经校核凸凹模的强度 能够满足要求。其凸凹模的结构简图如图 11 所示：+0.025 0 0.8 A 0.001 图 10 凸凹模的结构简图 5.2 5.2 定位零件的设计定位零件的设计:在本模具中采用的是条料，所以导料销，挡料销作为定位装置，起导向同时 起定位的作用。用挡料销挡住搭边或冲件轮廓，以限定条料的送进

47、距离。在本模 具中试用固定挡料销，其结构简单、制造容易，在模具中广泛应用作定距装置。5.2.1 5.2.1 固定挡料销的设计与标准化固定挡料销的设计与标准化 固定挡料销的设计根据标准件，选用此挡料销如图 12图 11 固定挡料销的结构 选用直径 d=100090.0 mm，d1=4012.0004.0+mm，h=3mm，L=13mm 材料为 45 钢 A 型固 定挡料销（JB/T7649.1094）5.2.2 5.2.2 导料销的设计与标准化导料销的设计与标准化 挡料销一般有两个，设置在条料的同侧，条料沿两个导料销确定的直线送进。从右向左送料时，挡料销装在后侧；从前向后送料时，导料销装在左侧。

48、固定导 料销一般设计在凹模上。活动挡料销一般设在弹压卸料板上；导料螺钉一般设在 固定板或下模座平面上。导料销的材料一般采用 T7,T8，热处理硬度为 4652HRC，粗糙度在 1.6m 以下，装配时采用 H7/s6 配合。经查有关资料可知，导料销的尺寸为：6mm8mm。导料销的结构图如图 13 所示：0.2图 12 导料销的设计5.3 导向装置的设计：5.3 导向装置的设计：导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大，零件的 要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置，本模具中应用导柱 导套装置来完成导向 5.4 卸料装置的设计：5.4 卸料装置的设计：本模具设计为以

49、导料销为送进导向的冲模中使用的刚性卸料装置。弹簧的选用：弹簧属于标准件 设单个弹簧所承受的负荷为0P已知卸料力xP=3.34KN=3340N 设卸料弹簧个数为 n=4 个 所以0P=4Px=43340=835N 根据0P的大小，从标准中初选弹簧规格为 60mm6mm70mm Lo=h1+h2+h3+t 式中 Lo弹簧的最大压缩量，mm h1卸料板高除凸模端面的高度，一般为 1mm；h2凸模进入凹模的深度，一般为 0.51mm；h3凸模的总修模量，一般为 410mm 代入数据计算得：Lo=（1+1+10+0.8）mm=12.8mm 计算预选的弹簧在预压力 Fo 作用下的预压缩量Ho，其公式为：H

50、o=（Fo/F2）Lo 式中 Fo弹簧预压力。N；F2弹簧的最大工作负荷，N；代入数据得：Ho=（835/1725）12.8mm=6.2mm Ho=Ho+H+H 式中 Ho 弹簧的实际工作压缩量，mm；H o弹簧预压缩量，mm；H-卸料板的工作行程，一般为H=t+0.5，t 为板料厚度，mm；H-凸模刃磨量和调整量，可取 510mm；代入数据得：Ho=（6.2+1.3+5）mm=12.5mm 由 Lo=12.8mm12.5mm=Ho所以该弹簧满足使用要求。5.5 连接与固定装置的设计 5.5 连接与固定装置的设计 5.5.1 5.5.1 模柄的设计模柄的设计:本模具属于中小型模具,采用模柄将上