固定套冲压工艺编制及其模具设计35页word文档Word文档格式.docx
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它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术[1]。
冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。
生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。
冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。
冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。
由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。
冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。
热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少[3]。
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。
模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。
模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。
模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间[10]。
模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产[11。
]
冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。
以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线[12]。
全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。
汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。
仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。
经过近10多年的发展，目前我国冲压模具的设计制造能力已经具有较高水平。
例如，我国已能生产中档轿车的部分覆盖件模具；
部分高精度多工位级进模和多功能模已达到世界水平，且模具制造周期也已达到国外同类模具水平，等等。
虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际水平相比仍有较大差距，主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，这些模具无论在设计还是加工工艺和能力方面，均有较大差距[4]。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。
该品种目前已有一些有代表性的产品，如集机电一体化的精密自动叠片模具，已达到国际先进水平，完全可以替代进口。
但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距[5]。
２ 冲压件的工艺分析及工艺方案的确定
2．1材料分析
其材料为08Al碳素钢本零件所提供的材料为08Al钢，厚度t=1㎜。
，根据表8－7[14]查出08Al钢的机械性能，见表1.1所示08Al钢的机械性能。
08AL是优质碳素结构钢的一种，一般用作冷冲压薄板钢中的Al脱氧镇静钢冷轧板,其命名规则类同碳素结构钢，其两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍，即“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%，“A”表示质量等级，“L”为“拉”字的汉语拼音首字母，表示其拉伸性能好。
主要力学性能（试件尺寸25mm）：
正火930℃、σs=196MPa、σb=400Mpa、σ5/%≥33、硬度（未热处理）131HB。
08Al主要用于制造4mm以下的各种冷冲压构件，如车身、驾驶室、各种仪表及机器外壳等。
该材料具有良好的冲压性能[15]。
主要力学性能表1.108Al号钢机械性能
材料
名称
牌号
状态
机械性能
τ/Mpa
σb/Mpa
σs/Mpa
δ10×
100
E/103Mpa
碳素钢
08Al
已退火
255～353
324～441
196
32
186
2．2零件的冲压工艺性分析
2.2.1冲压件的尺寸精度分析
图2-1
2.2.2冲压件的尺寸精度分析
①材料：
该冲裁件的材料08Al，具有良好的可冲压性能。
②零件结构：
该冲裁件的结构简单，中间翻起，相对比较简单，比较适合冲裁。
③尺寸精度：
不允许有毛刺；
未注圆角为R2；
内外表涂白色醇酸磁漆C04-2HG2-590-84。
结论：
适合冲裁
2.2.3冲压件的生产批量分析
批量为10万件，该零件为单件大批量生产。
2.2.3冲压件的工艺分析
本课题设计的零件是固定套，材料为08Al，料厚1mm,如图2-1所示。
零件图是一个固定套，零件形状规则对称，生产纲领为大批量生产。
该零件从图纸要求的尺寸和使用情况看，尺寸精度要求并不太高，外形尺寸按IT14级即可。
2．3确定工艺方案
根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔、翻边、、切边四种。
按其先后顺序组合可得以下几中方案：
1）.单工序模：
①落料→拉深→冲孔→翻边→切边
2）.复合模：
②落料、拉深→冲孔→翻边→切边
③落料、拉深→冲孔→翻边→切边
④落料→拉深、冲孔→翻边→切边
3）.级进模：
⑤落料、拉深→冲孔—翻孔—切边
方案①：
工序复合程度低，生产效率低，适合中小批量生产，但是这零件年生产量为10万件，属于大批量生产；
方案②③：
与方案①比较提高了生产效率，但是方案④与方案②③比较还是效率低
方案④：
与方案一比较落料、冲孔和拉深进行了复合，减少了工序，提高了生产效率，有利于大批量生产。
方案⑤：
可以大幅提高生了效率，但模具的设计难度大，成本高，不做考虑。
综合以上的分析可以看出，在大批量的生产条件下，选用方案④是比较合理的。
2．4模具结构型式的确定
1）操作方式的选择选择手动送料操作方式。
2）定位方式的选择工件在模具中的定位主要考虑定位基准、上料方式、操作安全可靠等因素。
为使定位可靠，应选择精度高、冲压时不发生变形和移动的表面作为定位表面。
3）卸料方式的选择由于采用手动操作送进和定位，并且材料相对较薄，所以选择弹性卸料方式比较方便、合理。
以上制作粗略的选择，待工艺计算后和模具装配设计时边修改边做具体的、确定。
2．5毛坯尺寸的计算
毛坯尺寸按下列方法确定，
盒形件直边按弯曲展开，圆角部分按四分之一圆筒形拉伸展开，其中直边展开为;
式中
——底部圆角；
——侧边圆角；
H——拉伸高度；
盒形件切边余量
根据表9-10盒形件的切边余量
切边余量取0.05h=0.2
圆角部分按1/4圆筒拉深计算，得
=
把数据代入得
=12.8
毛坯边长a=82+4×
7.14+2×
8+1×
2≈147mm
2．6绘画毛坯尺寸计算图
3 落料模工艺计算及模具设计
3．1落料模的工艺计算
3.1.1落料部分尺寸计算
3.1.1.1排样
设计复合模，首先要设计条料排样图。
落料形状简单为椭圆形，查表2-16[14]得，可以采用直排方式，如图所示的排样方法：
根据材料厚度，由表2-17[14]查得，搭边值为工件间a1=2.2mm，a=2.5mm。
3.1.1.2条料宽度和步距计算
条料宽度B（采用无侧压装置的导料板之间送料时）
B=（D+2a）=147+2
=150mm
送料步距A
A=D+a=147+1.2=148.2mm
查表8-12[14]板材标准，宜选1mm
×
1900mm的08Al板，查表8-13[14]厚度允许偏差为
0.12。
裁板条数
5.3；
12.7；
每条个数
5.4；
12.8
每板总个数n=
=5
个；
计算冲裁件的面积A：
充分利用AutoCAD2000计算物体质量特性的功能，依次点取“工具”（Tools）菜单“查询”（Inquiry）→“质量特性”（MassProperties）,得毛坯的面积=20845.7737
，周长=543.2268
毛坯总面积为S=44730.0000mm2材料利用率为
3.1.1.3凸凹模间隙
对于零件形状复杂或薄料的工件，为了保证凸、凹模间一定的间隙值，必须采用配合加工。
此方法是先做好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准键为标准来加工另一件，使他们保持一定的间隙值，这样
不再受间隙限制。
根据经验一般可取
。
这种方法不仅容易保证凸、凹模间隙很小，而且还可以放大基准件的制造公差，是制造容易，故目前工厂一般都采用此种方法。
3.1.1.4模具尺寸计算
（1）落料件尺寸的基本计算公式为
由于工件属于盒形件，各部分尺寸性质不同，凸模凹模磨损情况也不同，所以基准件的刃口尺寸需要按不同的方法计算，此盒形件属于凹模磨损后尺寸增大。
尺寸1470-0.3mm，可查得凸、凹模最小间隙Zmin=0.100mm，最大间隙Zmax=0.180mm，凸模制造公差
mm，凹模制造公差
mm。
将以上各值代入
≤
校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。
即
=（147-0.75×
0.3）+0.0400mm=146.78+0.0400mm
=（146.775-0.100）0-0.030mm=146.680-0.030mm
尺寸240-0.12mm，可查得凸模制造公差
=（24-1×
0.12）+0.0250mm=23.88+0.0250mm
=（23.88-0.100）0-0.020mm=23.780-0.020mm
3.1.1.5冲裁力
冲裁力的计算
F=1.6Ltбb
式中F——冲裁力（N）；
L——冲裁轮廓的总长度，
由AutoCAD“工具”→查询→面积，查得长度L=545mm;
t——板料厚度，取1mm；
бb——板料的抗拉强度，由《材料手册》查得бb=295MPa。
将以上数据代入（2.7）式，得
F=1.6Ltбb=1.6×
548×
1×
295=258656N≈258.7KN
采用固定卸料装置的总的冲裁力为：
F=F冲裁+F卸
由表2-37[14]查得
F冲裁
F=F落
3.1.2落料模压力机选择
总的冲压力F=269KN，也就是压力机所需的总冲压力。
3.1.2.1压力机类型的选择
压力机类型的选择主要依据所要完成的冲压性质、生产批量、冲压件的尺寸及精度要求等。
该冲裁件属于结构简单的中、小型冲裁件，大批量生产，冲裁件的尺寸级精度要求不高，故采用开式压力机[16]。
3.1.2.2压力机规格的选择
压力机规格的选择主要依据冲裁件尺寸，变形力大小及模具尺寸等，初选压力机规格时主要选择压力机的公称压力、行程次数等参数，闭合高度要在零件模具设计完成后，进行必要的校核后再确定尺寸[17]。
①公称压力的选择。
冲裁时，压力机的施力行程较小（小于公称压力行程），因此所选压力机的公称压力只要大于冲压力的总和即可。
F0>
F总
因为F总=269KN
所以，压力机的公称压力可以初选为F0=350KN的双柱可倾式压力机。
②行程次数。
行程次数是指滑块每分钟冲击的次数，即滑块每分钟往复运动的次数。
主要考虑以下因素：
a、为了提高生产率，就要增加行程次数。
b、考虑操作方式（进、出料时间的快慢）。
c、不能忽略金属变形速度这一因素（金属流动速度）。
d、行程次数太高，将缩短设备寿命。
压力机的行程次数为50r/min,满足该冲裁件的生产效率要求。
③滑块行程。
滑块行程是指滑块的最大运动距离。
a、要保证毛坯放进和工件取出，应使滑块行程大于工件高度的两倍以上。
b、与行程次数密切相关，行程长，则次数少，所以限制行程，可提高生产率。
所选压力机的滑块行程为80mm，远远满足冲裁件的冲压行程。
④闭合高度。
压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底面到工作台上平面之间的距离。
压力机的闭合高度可以通过调节连杆长度来改变其大小，将连杆调至最短时，闭合高度最大，称最大闭合高度。
将连杆调至最长时，闭合高度最小。
所选压力机的最大闭合高度为250mm，连杆的调节量为75mm，故最小闭合高度为175mm。
⑤压力机的工作台面尺寸（前后x左右）为400mm
610mm
⑥工作台孔尺寸（直径×
前后×
左右）为Φ200×
150×
300
⑦模柄孔尺寸（直径×
深度）为φ50mm×
70mm
3.1.3落料模压力中心的选择
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，应使冲模压力中心与压力机滑块的中心重合。
否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
在设计时，必须使冲模的压力中心与冲床滑块轴线重合，否则冲模在工作中就会产生偏心负荷弯矩，模具发生弯曲歪斜，导向机构不均匀磨损，刃口迅速变钝，直接影响模具寿命和冲裁件的质量。
由于落料的形状是轴对称的，股压力中心是几何中心位置
3．2落料模模具设计
模具的工作零件、定位零件、和卸料零件、导向零件、连接和紧固零件、等要首先按冷冲模国家标准选用，若无标准，可先选用再进行设计。
对于小而长的冲头，壁厚较薄的凹模等还需要进行强度校核。
模具的闭合高度、轮廓大小、压力中心应于选用设备相适应[18]。
3.2.1模具总体设计
（1）模具类型的选择
由冲压工艺分析可知模具类型为简单模。
（2）定位方式的选择
采用在凹模上安装一个定位器来定位零件的外形，从而达到定位的目的。
（3）卸料方式的选择
因为工件料厚为1mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用卸料板。
（4）导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，模具采用后侧导柱的导向方式。
3.2.2工作零件设计
3.2.2.1落料凸模
结合工件外形并考虑加工，将凸凹模设计成带肩台阶式凸模，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换，采用车床加工。
凸模长度L=65mm。
材料选用Cr12MoV钢，淬硬HRC58～62。
其凸模图4.1所示。
3.2.2.2落料凹模
凹模采用整体凹模，冲裁的凹模孔可采用线切割机床和铣床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。
凹模的轮廓尺寸应要保证凹模有足够的强度与刚度，凹模板的厚度还应考虑修磨量，凹模的材料选用Cr12MoV钢，淬硬HRC58～62。
其结构如图4.2所示。
图3.1图3.2
3.2.2.3凸模固定板
选用的材料为45钢，热处理HRC43～48,其结构如图3.3所示。
3.2.2.4凸模垫板
选用45钢，热处理HRC43～48,其结构如图3.4所示。
图3.3图3.4
3.2.3定位零件设计
3..2.3.1卸料部件设计
卸料装置用刚性卸料板的卸料装置，卸料板采用45钢制造,热处理HRC42～45,其结构如图3.5所示。
图3.5
3.2.4结构零件设计
3.2.4.1模架及其他零件设计
采用滑动导向后侧式模架的导向方式，如图所示，带有导柱的冲裁模适合于精度要求较高，生产批量较大的冲裁件，且导柱模结构比较完善，对后侧导柱的导向方式可从左右和前后两个方向进行送料。
故相应选后侧导柱模架。
模架的选取
查《冲压手册》表选择后侧导柱模架。
上模座：
标准编号：
GB2855.5250x200x45
其基本参数：
L=250mm;
B=200mm;
H=45mm;
h=30mm;
mm;
mm;
mm;
S=250mm;
R=45;
=M14-6Hmm;
t=28mm;
=150
下模座：
GB2855.6200X200X50
L=250mm;
A型导柱：
GB/T2861.1A32h6X160
ｍｍ；
L=190mm,。
A型导套：
GB/T2861.6A32x45x103
d（H6）=
D（r6）=
=25mm;
a=1mm;
b=3mm;
L=105mm;
h=43mm;
油槽数为2.
3.2.4.2模柄的选择
压力机需d=φ50的模柄，查表10-49[14]得，选用凸缘式模柄A50×
100
3.2.5落料模闭合高度的校核
3.2.5.1模具的闭合高度为
175mm<
H模=235<
250mm,符合所选压力机的闭合高度和所选模架的闭合高度。
3.2.5.2工作台尺寸的校核
模具的尺寸（前后X左右）为250×
200小于压力机的工作台尺寸（前后X左右）为400mm
610mm，故压力机的工作台尺寸满足模具的要求。
3.2.5.3工作台孔尺寸的校核
模具冲一个孔落料所需要的工作台孔直径为147小于压力机工作台孔的直径为200，故压力机的工作台孔尺寸满足模具的要求。
3.2.6落料模的模具装配图
图3.6
1—模柄；
2—圆柱头内六角螺钉；
3—落料凸模固定板；
4—圆柱头内六角螺钉；
5—卸料板；
6—导柱；
7—圆柱头内六角螺钉；
8—下模座；
9—定位销；
10—落料凹模；
11—定位销；
12—落料凸模；
13—导套；
14—圆柱头内六角螺钉；
15—垫板；
16—圆柱销；
17—上模座；
18—圆柱头内六角螺钉。
４ 拉深模的工艺计算及模具设计
4.1拉深模的工艺计算
4.1.1拉深部分尺寸计算
4.1.1.1凸凹模工作部分的尺寸及公差
查表4-76[14]得，拉深凸凹模的制造公差δd=0.05；
δp=0.03。
08Alc=1mm；
Dd=（D-0.75
）+δd=（82-0.75
）+0.050=81.85+0.050mm
dP=（D-075Δ-2c）-δp=（82-0.75
）-0.030=79.85-0.030mm
）+δd=（20-0.75
）+0.050=19.85+0.050mm
dP=（D-075Δ-2c）-δp=（20-0.75
）-0.030=17.85-0.030mm
4.1.1.2凸凹模圆角半径
拉深凹模的圆角半径
=3mm
t——材料厚度
凸模圆角半径应于工件的圆角半径相等，即r凸=r件=2mm
4.1.1.3确定拉深系数与拉伸次数
拉伸系数表示变形程度，对于低盒形件圆角半径较小的，其变形程度用圆角拉伸系数[1]
——拉伸后角部圆角半径；
——毛料圆角部分假象半径
带入数据可得m=20/24=0.83,m=10/24=0.42
有表4-5[14]查得极限拉深系数
，
根据表9-12矩形件角部的首次拉伸系数
，毛坯相对厚度（t/B）×
100（%）与r/B
可知零件符合首次拉伸系数的要求。
同时根据表9-11矩形件多次拉伸所能达到的最大相对高度H/B，可知零件只需一次拉伸即可。
4.1.1.4拉深力计算
对于矩形盒件，可用下面经验公式[4]计算：
式中F-----------拉深力（N）;
------------制件底部圆角半径（mm）;
L-------------直边部分全长（mm）;
=0.5用于拉伸很浅的工件；
=2.5用于拉伸深度为5~6
的工件；
=0.2用于间隙较大，且无压边圈时；
=0.3用于压边力为（1/3）×
时；
=1.0用于拉伸很困难时。
将以上数据代入（2.9）式，
4.1.2拉深模压力机选择
总的冲压力F=Fmax1+Fmax2=34+58=92KN，也就是压力机所需的总冲压力。
4.1.2.1压力机类型的选择
压力机类型的选择主要依据所要完成的冲压性质、生产批量、冲压件的
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