冷冲压连续模设计.docx
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冷冲压连续模设计
冷冲压连续模设计
第1章绪论
冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。
冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。
冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。
与机械加工及塑性加工的其它方法相比，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）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，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。
（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。
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成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。
此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。
第二章冲裁件的工艺分析
本次设计冲压工件如下图，材料为黄铜，厚度为0.3mm。
己〒
图1-1工件图
1.1工件材料
由图1-1分析知：
此工件材料采用黄铜，生产批量为大批量，需要用模具进行生产。
该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深谈淬硬钢。
该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。
抗拉强度为253-500MPa伸长率》24%
20钢特性与15钢基本相仿，但强度稍高。
用途：
适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄
片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种
机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。
在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力w6N/平方，温度w450E的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。
20F钢力学性能：
抗拉强度410MPa
屈服强度245MPa
伸长率＞=25%
断面收缩率＞=55%
硬度＜=HB156
弹性模量206000MPa
泊松比0.3
由于该零件有1个①2.5mm和1个①1.6mm的孔，而且有直线组成的不规则轮廓
外形，有3处弯曲，因而模具包含有冲孔、弯曲、落料工序。
对于2小孔，由于
孔径大于或者等于料厚，不属于深孔冲裁，因此在模具设计时没有必要对冲孔小凸模采取适当保护措施加以保护，也没有必要对凸模进行强度校验。
从材质上看，冲裁材料母线为20号钢，属低强度、高延伸性、高延伸率、塑性及流动性好的软材料，有利于成型，总体来说，该零件冲压工艺性较好。
1.2工件结构形状
工件结构形状相对简单，有3段弯曲，有2个圆形孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为0.8mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。
1.3工件尺寸精度
根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度,普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。
1.4工件展开长度计算
一般折弯：
（R=0,9=90°）
L=A+B+K
1.当0T0.3时，K=0
2.对于铁材：
（如SPCC,SGCC,SECC,SECD,SPTE,SUS等）
当0.3T1.5时，K=0.4T
b.当1.5T2.5时,K=0.35T
c.当T2.5时,K=0.3T
3.对于其它有色金属材料如AL,CU.
当T0.3时,K=0.4T
图1.2工件展开长度、工件厚度为0.8mm所以展开长度为：
L1=3.2+28.7+4.2+1.2+3X0.4X0.8=38.26mm
L2=9+2.2+0.4X0.8=11.52mm
如图1.3所示:
26.72
图1.3工件展开图
第三章冲裁方案的确定
方案一：
先冲孔，再弯曲，后落料。
单工序模生产。
方案二：
冲孔-弯曲-落料级进冲压。
级进模生产。
方案三：
落料-弯曲-冲孔复合模冲压。
复合模生产。
表3-1各类模具结构及特点比较
模具种类
比较项目
单工序模
（无导向）（有导
向）
级进模
复合模
零件公差等级
低
一般
可达IT13〜IT10级
可达IT10〜IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型
尺寸厚
度较厚
小零件厚度0.2〜6mm
可加工复杂零件，如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高质
量制件需较平
由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面
生产效率
低
较低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率咼
冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低
安全性
不安全，需米取安全措施
比较安全
不安全，需米取安全措施
模具制造工作量
和成本
低
比无导向
的稍高
冲裁简单的零件时，比
复合模低
冲裁较复杂零件时，比
级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的
生产
形状复杂，精度要求较
高，平直度要求高的中
小型制件的大批量生产
根据分析结合表分析:
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本比较高。
适合大批量生产。
方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。
通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二最佳。
第四章模具结构形式的确定
级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。
级进模的定距方式有两种：
挡料销定距和侧刃定距。
本模具采用侧刃定距。
侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃
是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。
在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。
第五章模具总体设计
5.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。
5.2操作方式零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。
5.3卸料、出件方式
5.3.1卸料方式
刚性卸料与弹性卸料的比较：
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2〜0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mmfi模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm勺板料由于有压料作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1〜0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。
工件平直度较高，料厚为0.8mm相对较薄，卸料力较小，弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。
5.3.2出件方式
因采用连续模生产，故采用向下落料出件。
5.4确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。
5.5确定导向方式
方案一：
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二：
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
方案三：
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四：
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。
第6章模具设计计算
6.1排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率
6.1.1排样方式的选择
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
6.1.2计算条料宽度
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
搭边值通常由表4所列搭边值和侧搭边值确定。
根据零件形状，查表4,并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=1.5mm,工件与侧边之间搭边值取a=2mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值一△
E0△=（Dma炸ai+2bi）：
公式（5-1）
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a---冲裁件之间的搭边值；ai---工件与侧边之间搭边值取。
△—板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得△=0.4mm
£△=38.26+2X1.2+2X1.5
=43.66-0.40mm
故条料宽度为43.66mm
表6-1搭边值和侧边值的数值
材料厚度
t（mm）
圆件及类似圆形制件
矩形或类似矩形制件
长度w50
矩形或类似矩形制件长度〉
50
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
<0.25
1.0
1.2
1.2
1.5
1.5~2.5
1.8~2.6
>0.25〜
0.5
0.8
1.0
1.0
1.2
1.2~2.2
1.5~2.5
>0.5〜
1.0
0.8
1.0
1.0
1.2
1.5~2.5
1.8~2.6
>1〜1.5
1.0
1.3
1.2
1.5
1.8~2.8
2.2~3.2
>1.5〜
2.0
1.2
1.5
1.5
1.8
2.0~3.0
2.4~3.4
>2.0〜
2.5
1.5
1.9
1.8
2.2
2.2~3.2
2.7~3.7
表6-2普通剪床用带料宽度偏差△（mm
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
w50
>50〜100
>100〜200
>200
<1
0.4
0.5
0.6
0.7
>1〜2
0.5
0.6
0.7
0.8
>2〜3
0.7
0.8
0.9
1.0
>3〜5
0.9
1.0
1.1
1.2
表6-3侧刃冲切得料边定距宽度bi（mm
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
金属材料
非金属材料
<1.5
1.5
2.0
>1.5〜2.5
2.0
3.0
>1.5〜2.5
2.5
4.0
6.1.3确定步距
送料步距S:
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一
个或多个零件。
进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
级进模送料步距S
S=tXx+ai公式（5-2）
Dwx零件横向最大尺寸，ai搭边
S=11.52+1
=12.52mm
排样图如图5-1所示。
落料空位弯曲弯曲切边切边冲孔
1E52
图6-1排样图
6.1.4计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理
利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
n=A/BSX100%公式（5-2）
式中A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
由此可之，n值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。
因此，排样时应考虑如下原则：
1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。
2）、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。
3）、模具结构简单、寿命高。
4）、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
一个步距内冲裁件的实际面积，运用CAD软件，工具-查询-面积:
2
A=296.2mm2
所以一个步距内的材料利用率
H=A/BSX100%公式（5-2）
=296.2/43.66X12.52X100%
=54.5%
根据计算结果知道选用直排材料利用率可达54.5%，满足要求。
6.2冲压力的计算
6.2.1冲裁力和弯曲力的计算
在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。
用平刃冲裁时，其冲裁力F—般按下式计算：
F=KLttb公式（5-4）
式中F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
Tb—材料抗剪强度；
K—系数；
运用CAD软件，工具-查询-长度：
L=132mm
系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料
力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取K=1.3。
tb的值查表2为tb=245Mpa
所以
P1=1.3KLtt
=33.63（KN
P2=1.3X12.87X0.8X245/1000
=3.3（KN）
计算总冲压力Pz：
PZ=P+F2=33.63+3.3=36.93（KN）
根据计算，模具冲裁力为36.93KN。
弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲
压工艺过程和选择设备的重要依据之一。
弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。
1）自由弯曲时的弯曲力公式
22
0.6KBtb0.7KBtb
FVzFUz
V形弯曲件：
rt；U形弯曲件：
rt；
式中：
Fw、Fuz――自由弯曲力；B――弯曲件的宽度；t――弯曲件厚度；
r――内圆弯曲半径；b――弯曲材料的抗拉强度；K――安全系数，一般取1.3<
2）、校正弯曲力公式
FjFqA
式中：
Fj——校正力；Fq——单位面积上的校正力，Mpa见表-3；A——
弯曲件被校正部分的投影面积，mm2
表-3单位校正弯曲力单位（MPa
3）计算
本弯曲件弯曲部分，有3处V形弯曲。
20F钢的ob=410MPa
Fu叽2b
V形弯曲力：
UZrt
=0.7X1.3X（2.5+6+6）>0.8X）.8X410
0.5+0.8
=2663.6N
6.2.2卸料力的计算
在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩
擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，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，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。
从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算：
卸料力
Fx=KXF公式（5-5）
Fx=KXF
=0.055>36.93KN=2.03KN
（氐、K）为卸料力系数，其值查表7可得）
所以总冲压力
Fz=F+FF+Fd
=36.93N+2.663KN+2.03N
=41.623KN
压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为
J23—10。
表5-4卸料力、推件力和顶件力系数
X
K
T
K
D
K
1
0
1
0
4
0
5
>
0
钢
06
0
05
0
5
6
>
0
金合铝
同黄同纯
6.3压力中心的确定
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心，可以按下述原则来确疋：
1）.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
2）.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3）.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。
Xo=（LlXl+L2X2+…LnXn）/（L1+L2+…Ln）公式（5-7）
Y0=（Liyi+L2y2+Lnyn）/（Li+L2+^+Ln）公式（5-8）
由于该工件在丫方向上高度对称，所以代入数据计算得：
压力中心为（21.6，11）。
6.3模具刃口尺寸的计算
6.4.1冲孔模中凸模的尺寸及制造精度
凸、凹模加工方法一般分为两种：
凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。
当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。
但是制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。
凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。
采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。
按配做法制模的加工顺序，落料时先加工凹模，配做凸模；冲孔时先加工凸模，配做凹模。
在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。
这说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。
由于现在凹模基本上都采用线切割方法加工，精度可达土0.01〜0.02mm而凸模因
结构形式不同有多种加工方法。
在留出不小于0.02mm研磨量的情况下，凹模型
孔一般都能采用线切割方法一次加工出来。
因此，对于常用的冲裁模，选择凹模为配做件，加工比较方便[5]。
选择凹模为配做件，对于冲孔，按前述方法计算的刃口尺寸仍可以直接在凸模和凹模工作图上进行标注。
而对于落料，则需要将计算的凹模刃口尺寸换算为凸模刃口尺寸后，再进行标注，由先制凹模改为先制凸模。
凸、凹模间隙：
查《冲压工艺及模具设计》中表2.3,知
Zmin=0.120mm,=0.050mm贝U
zmax=zmin+=0.170mm
凹模按照冲孔凸模、落料凸模的实际尺寸
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