1、冲裁模设计实例第三章 冲压模设计实例冲裁、弯曲、拉深及成形是冷冲压的基本工序，下面以常见的冲裁件、弯曲件及拉深件为例介绍冲裁、弯曲及拉深的冲压工艺分析、工艺方案拟订、工艺计算及模具设计。3.1 冲裁模零件简图：如图3-1所示名 称：垫圈生产批量：大批量材 料：Q235钢材料厚度：2mm要求设计此工件的冲裁模。图3-1 零件图一、 冲压件工艺分析 该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的由表2-10、2-11查得，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为0.2mm将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为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、
2、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导正销进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的冲孔落料模进行加工.方案一采用复合模加工。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案二采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。比较方案一与方案二，
3、对于所给零件，由于两小孔比较接近边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结构与强度方面相对较难实现和保证，所以根据零件性质故采用级进模加工。二. 模具设计计算1排样、计算条料宽度及确定步距采用单排方案，如图3-2。由表2-18确定搭边值，根据零件形状两式件间按矩形取搭边值，侧边取搭边值。则 进距： 条料宽度：查表2-19 图3-22计算冲压力该模具采用钢性卸料和下出料方式1）落料力查表8-7 2）冲孔力中心孔：2个小孔： 3） 冲裁时的推件力查表2-37 取表2-38，序号1的凹模刃口形式，则个故 为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，且考虑到凸模相距很近时避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力
4、作用而产生倾斜或折断故把三冲孔凸模设计成阶梯凸模如图3-3图3-3则最大冲压力： 3确定模具压力中心如图3-4，根据图形分析，因为工件图形对称，故落料时F落的压力中心在上O1；冲孔时F孔1、F孔2的压力中心在O2上。图3-4设冲模压力中心离O1点的距离为x，根据力矩平衡原理得： 由此算得 4冲模刃口尺寸及公差的计算1）冲孔部分对冲孔和 采用凸、凹模分开的加工方法由表2-23查得 ， 由表2-28查得对冲孔时：， 对冲孔时： ， 故满足条件查表2-30得，则冲 孔部分： 冲孔部分：尺寸极限偏差转化为 2）落料部分对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口
5、部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。零件图中末注公差的尺寸由表10-11查出其极限偏差： 、 、尺寸极限偏差转化为、 查表2-30得 则： 该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值。5确定各主要零件结构尺寸1）凹模外形尺寸的确定凹模厚度 的确定： 取总压力 工件长 凹模宽度的确定： 取 步距 工件宽 2）凸模长度的确定凸模长度计算为其中初定： 导尺厚 卸料板厚 凸模固定板厚 凸模修磨量 则： 先用冲床的公称压力应大于计算出的总压力；最大闭合高度应大于冲模闭合高度；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合工厂实际，可称用J23-16开式双柱可倾压力机。并
6、需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。双柱可倾压力机J23-16参数： 公称压力： 滑块行程： 最大闭合高度： 连杆调节量：工作台尺寸（前后左右）： 垫板尺寸（厚度孔径）： 模柄尺寸（直径深度）： 最大倾斜角度：三. 设计并绘制总图、选取标准件按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准模架。绘制总图。如图3-5所示，单排孔落料连续模。按模具标准，选取所需的标准件，查清标准件代号及标记，写在总图明细表内，并将各零件标出统一代号。图3-5 单排冲孔落料连续模部分零件尺寸： 上模座： 下模座： 导柱： 导套： 垫板： 凸模固定板： 凹模： 卸料板：四. 绘制非标准零件图本实例只绘制凸模、
7、凹模、凸模固定板和卸料板四个零件图样，供初学者参考。见图3-6至图3-10。 图3-6 落料凸模图3-7 冲孔凸模图3-8 凹模图3-9 凸模固定板图3-10 卸料板3.2 弯曲模零件简图：如图3-11所示零件名称：汽车务轮架加固板 材 料：08钢板厚 度：4mm生产批量：大量生产要求编制工艺方案。图3-11 汽车备轮架加固板零件图一、冲压件的工艺分析该零件为备轮架加固板，材料较厚，其主要作用是增加汽车备轮架强度。零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径， 相对圆角半径为，大于表相关资料所示的最小弯曲半径值，因此可以弯曲成形。的八个小孔
8、和两个腰圆孔分别均布在零件的三个平面上，孔距有们置要求，但孔径无公差配合。 圆孔精度不高，弯曲角为，也无公差要求。通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的厚板弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此可以用冲压方法生产。二. 确定工艺方案（1） 计算毛坯尺寸该零件的毛坯展开尺寸可按式下式计算： 上式中 圆角半径； 板料厚度；为中性层系数，由表查得； ，为直边尺寸，由图3-13可知， 将这些数值代入，得毛坯宽度方向的计算尺寸 考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取。同理，可计算出其他部位尺寸，最后得出如图3-14所示的弯曲毛坯的形状和尺寸。（2） 确定排样
9、方式和计算材料利用率图3-14的毛坯形状和尺寸较大，为便于手工送料，选用单排冲压。有三种排样方式，见图3-15a、b、c。由表查得沿送料进方向的搭边，侧向搭边，因此，三种单排样方式产材料利用率分别为64、64和70。第三种排样方式，落料时需二次送进，但材料利用率最高，为此，本实例可选用第三种排样方法。图3-14 加固板冲压件展开图 a）材料利用率64% b）材料利用率64%c）材料利用率70%图3-15 加固板的排样方式（3） 冲压工序性质和工序次数的选择冲压该零件，需要的基本工序和次数有：（a） 落料； （b） 冲孔6个；（c） 冲底部孔2个；（d） 冲孔；（e） 冲2个腰圆孔； （f） 首
10、次弯曲成形；（g） 二次弯曲成形。（1） 工序组合及其方案比较根据以上这些工序，可以作出下列各种组合方案。方案一：（a）落料，如图3-16所示。 （b）冲壁部孔6个。 （c）冲底部两个孔、一个圆孔和两个腰圆形孔，见图3-19。 （d）首次弯曲成形，如图3-17所示。 （e）二次弯曲成形，如图3-18所示。方案二：（a）落料和冲2个腰圆孔。 （b）冲底部两个孔、壁部六个孔和孔。 （c）首次弯曲成形，见图3-17。 （d）二次弯曲成形，见图3-18。方案三：（a）落料和冲零件上的全部孔。（c）首次弯曲成形，见图3-17。 （d）二次弯曲成形，见图3-18。方案四：（a）落料，见图3-16。 （b）
11、冲底部两个孔、一个圆孔和两个腰圆形孔，见图3-19。 （c）首次弯曲成形，见图3-17。 （d）二次弯曲成形，见图3-18。 （e）冲壁部两个孔。 （f）冲另一个面壁部四个孔。方案五：（a）落料，见图3-16。 （b）首次弯曲成形，见图3-17。 （c）二次弯曲成形，见图3-18。 （d）冲底部两个孔和一个孔。 （e）冲腰圆孔。 （f）冲侧壁六个孔。方案六：（a）落料，见图3-16。 （b）冲底部两个孔、一个孔和两个腰圆孔，见图3-19。（c）首次弯曲成形，见图3-17。 （d）二次弯曲成形，见图3-18。 （e）钻壁部六个孔。对以上六种方案进行比较，可以看出：方案一，从生产效率、模具结构和寿
12、命方面考虑，将落料和零件上的孔组合在三套模具上冲压，有利于降低冲裁力和提高模具寿命，同时模具结构比较简单，操作也较方便。但是，该方案的二次弯曲均安排大冲孔以后进行，弯曲回弹后孔距不易保证，影响零件精度。方案二，落料和冲腰圆孔组合以及底部两个孔和壁部六个孔组合冲出，可以节省一道工序，但是模具结构比方案一复杂，同时多凸模厚板冲孔模容易磨损，刃磨次数增多，模具寿命低。二次弯曲工序均在冲孔后进行，产生与方案一相同的缺点。方案三，落料和零件上的孔采用复合模组合冲压，优点是节省了工序和设备，可以提高和生产效率，但模具结构复杂，且壁部六个孔处的孔边与落料外缘间距仅8mm，模壁强度较差，模具容易磨损或破坏，因
13、此不宜采用。方案四，壁部六个孔安排在弯曲后进行，可以提高孔距精度，保证零件质量，但是壁部冲孔的操作不便，同时弯曲后二次冲孔的模具费用也较高。方案五，全部冲孔工序安排在弯曲成形后进行，缺点是成形后冲孔，模具结构复杂，刃磨和修理比较困难，上、下料操作也不方便。方案六，情况与方案四基本相同，但壁部六个孔改为钻孔，可以保证孔间尺寸，提高了零件精度，同时可减少两套冲孔模，有利于降低零件的生产成本。缺点是增加了钻孔工序，增加工序时间。通过以上的方案分析，可以看出，在一定的生产批量条件下，选用方案六是比较合理的。确定了工艺方案以后，就可以进行该方案的模具结构形式的确定，各工序的冲压力计算和冲压设备的选用。图
14、3-16 加固板落料模1下模板、2导柱、3导套、4卸料板、5螺钉、6螺钉、7凹模、8上模板、9销钉、10挡料销、11螺钉、12凸模、13销钉、14销钉三. 各工序模具结构形式的确定上面的工艺方案分析和比较中，已选用了模具种类，如选用落料模、冲孔模、首次弯曲模和二次弯曲模等，在最佳工艺方案六选定后，再确定各工序模具的具体结构形式。本实例为便于介绍和分析，在各工艺方案分析和比较时，已给出了模具的结构形式，见图3-16、17、18、19等，因此，这里不再另述。图3-17 务轮架加固板第一次弯曲模图3-18 备轮架支架加固板第二次弯曲模图3-19 加固板冲孔模1下模板、2导柱、3导套、4上模板、5、7
15、、9凹模、6、8、10凸模、11、18、20定位销、12垫板、13凸模固定板14、16、17紧固螺钉、15卸料板、19凹模固定板、21定程柱、22挡料销四. 计算各工序冲压力和选择冲压设备（1） 第一道工序落料（a）平刃口模具冲裁时，落料力按下式计算： 将加固板毛坯的周长，厚度以及08钢材料的抗剪强度代入上式，得 为了降低落料力，改用斜刃口模具，落料力 上式中，为模具斜刃口部分长度。考虑到落料时条料容易安置和定位，模具的部分刃口可以设计成平口的。因此，表示刃口部分的长度（如果模具刃口全部做成斜口的，则），如图3-16所示。图中平刃口长度 ，斜刃口长度 ，取 则 （b） 推件力 设同时梗塞在凹模
16、内的零件数，查表系数，代入上式，得 （c） 选用冲压设备这一工序的落料力，推件力，因此，工序所需的总压力&n,bsp;&,nbsp; 从总压力出发，应选用1000kN压力机，但是1000kN压力机的工作台，对加固板落料模尺寸偏小，不能安装，故应选择1600kN压力机。（2） 第二道工序冲孔（图3-19）（a） 冲压两个孔，冲孔力 （b） 冲压孔，冲孔力 （c） 腰圆孔冲孔力 （d） 选用冲压设备工序总的冲孔力 故可选用1000kN压力机。（3） 第三道工序首次弯曲成形（图3-17）该工序冲压力，包括自由弯曲力，校正弯曲力和压料力（或推件力）。（a） 自由弯曲力 上式中， 安全系数： 宽度： 弯
17、曲半径： 08钢抗拉强度：则 （b） 校正弯曲力冲压件在行程终了时受到的校正弯曲力，可按近似计算。加固板冲压件首次弯曲的投影面积 查表得单位校正力，代入上式得， （c） 压料力 , &nb,sp;&am,p;am,p;am,p;am,p;am,p;am,p;nb,sp; 取系数0.5，则 （d） 选择冲压设备由弯曲工艺可知，弯曲时的校正弯曲力与自由弯曲力、压料力不是同时发生的，且校正力比自由弯曲力和压料力大得多。因此，可按选择冲压设备，实际选用2500kN压力机。（4） 第四道工序二次弯曲成形（图3-18）该工序所需压力，有自由弯曲力、校正弯曲力和压料力等。因校正弯曲力大于自由弯曲力和压料力，
18、且在弯曲时这些压力不是同时产生的，故在选择冲压设备时，只需计算校正弯曲力就可以了，即。加固板零件二次弯曲的投影面积，取，代入上式，得，实际选用2500kN压力机。五. 编写工艺文件，填写冲压工艺卡。3.3 拉深模拉深模及翻边模零件名称：180些油机通风口座子生产批量：大批大量村 料：08酸洗钢板零件简图：如图3-20所示。图3-20 通风口座子一、分析零件的工艺性这是一个不带底的阶梯零件，其尺寸精度、各处的圆角半径均符合拉深工艺要求。该零件形状比较简单，可以采用落料拉深成二阶形阶梯和底部冲孔一翻边的方案加工。但是能否一次翻边达到零件所要求的高度，需要进行计算。（1） 翻边工序计算一次翻边所能达
19、到的高度：按照相关表取极限翻边系数 由相应公式计算： 而零件的第三阶高度由此可知一次翻边不能达到零件高度要求，需要采用拉深成三阶形阶梯件并冲底孔，然后翻边。第三阶高度应该为多少，需要几次拉深，还需断续分析计算。计算冲底孔后的翻边高度（见图3-21）：图3-21 拉深后翻边 取极限翻边系数 拉深凸模圆角半径取 由相关公式得翻边所能达到的最大高度： 取翻边高度计算冲底孔直径：按公式（5-9） 实际采用 计算需用拉深拉出的第三阶高度 根据上述分析计算可以画出翻边前需要几次拉深成的半成品图，如图3-22所示。图3-22 翻边前半成品形状（2） 拉深工序计算图3-22所示的阶梯形半成品需要几次拉深，各次拉深后的半成品尺寸如何，需进行如下拉深工艺计算。计算毛坯直径及相对厚度：先作出计算毛坯分析图，如图3-23所示。为了计算方便，先按分析图中所示尺寸，根
