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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、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，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3-2

2．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、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）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、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<,/DIV>

（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，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