冲裁模具毕业设计文档格式.docx
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因此，设计中应尽可能提高冲压件的工艺性。
2.2.1冲裁工艺分析
该制件形状简单，结构对称，尺寸适中，除孔中心距44㎜和孔径2×
5有公差要求外，其余尺寸为IT12级精度。
另外考虑到了制件的利用率，避免造成大量浪费现象，因此，制件2个孔的公差均为IT9且不允许变形。
铰链支撑件制件的材料选用优质碳素结构钢08冷扎钢板，其力学性能分析见表2-1：
表2-108F的力学性能分析
代号
材料状态
力学性能
抗拉强度
/Mpa
抗剪强度
伸长率
（%）
屈服强度
08F
已退火
330～450
260～360
32
200
2.2.2弯曲工艺分析
铰链支撑件制件弯曲部分形状左右对称，因此毛坯受力均衡不产生滑动。
该制件的生产采用弯曲、落料、冲孔三道基本工序，生产批量较大，而且弯曲半径大于最小弯曲半径（0.8t=0.8×
2=1.6<
2㎜），因此可以用冷冲压加工成型。
但在加工时，应避免弯曲部分的回弹。
2.3确定冲压件的最佳工艺方案
根据制件工艺性分析，其基本工序有弯曲、落料、冲孔三种。
可用以下3种工艺方案：
（1）弯曲-落料-冲孔，采用单工序模生产。
（2）弯曲-落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。
（3）弯曲-落料-冲孔连续冲压，采用级进模生产。
方案
（1）属于单工序冲压，模具结构简单。
但需三道工序三套模具（即弯曲模、落料模、冲孔模），生产效率低，难以满足该制件的批量生产要求。
方案（3）只需一套模具，生产效率高，但模具结构复杂且尺寸大，精度不是太高，而且模具制造困难。
方案
（2）也只需一套模具，在冲床的一次行程中，同一工位上完成这三种冲压工序，使产品一次成型，节省制造成本，生产效率高，精度比级进模高且结构尺寸不是很大。
尽管模具结构较方案
（1）复杂，但由于制件的几何形状对称，模具制造并不困难。
另外，考虑到制件板料容易窜动，为保证制件精度，采用先弯曲、后落料、再冲孔的复合冲裁方法，选择方案
（2）。
2.4主要工艺参数计算
2.4.1毛坯的尺寸计算
该毛坯的工件展开图如图2-2所示
图2-2毛坯展开图
按弯曲件展开来计算，由《冲压工艺与模具》书中的公式，中性层半径为
r0=r+Xt
式中
r中性层半径（㎜）；
r弯曲内半径（㎜）；
X中性层位置因数，由下表2-2查出；
t材料厚度（㎜）；
表2-2中心层位置因素X与r/t比值关系
r/t
0.7
0.8
1
1.2
1.5
2
2.5
3
K
0.27
0.3
0.31
0.33
0.36
0.37
0.4
0.42
依据表2-2和毛坯展开图尺寸可知，圆弧部分r=2㎜，X=0.31，t=2mm
则中性层半径r0=2mm+0.31×
2mm=2.62mm
中性层长度L=2πr（90°
/360°
）=2×
3.14×
2.62mm/4=4.1134mm
直线部分长度a=（52-26-2-13）mm=11mm
b=（16-2-2-2-2）mm=8mm
c=（26-2-2-2-2）mm=18mm
由于圆弧r=2mm>
0.5×
2mm=1mm，所以为有圆角半径弯曲。
则L=∑l直+∑l圆弧
=2a+2b+c+4l
=2×
11+2×
8+18+4×
4.1134=72.4536mm
冲裁件在板料上的布置叫排样。
它是制定冲压工艺不可缺少的内容，直接影响着材料的利用率、冲模结构、制件质量和生产率等，条料冲裁时所产生的废料分为两种情况：
（1）工艺废料：
工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切
去的料边，与定位孔不可避免的料头和料尾废料。
（2）结构废料：
由于工件结构的需要，如工件内孔的存在而产生的废料。
排样方法主要有三种：
①：
有搭边排样
②：
无搭边排样
③：
少搭边排样
合理排样并充分利用材料具有重大意义。
此模具设计时，由于采用先弯曲的基本工序，因此宽度方向采用精裁方法，（即宽度方向不落料），使模具简单化，故条料宽度为10㎜，公差为IT12。
另外，考虑操作方便及模具结构简单，故采用直排设计。
排样中相邻冲裁件间的余料或冲裁件与条料边缘间的余料称为搭边。
搭边用以防止送料发生偏差时，冲出残缺的废品。
由表2-3可查得冲裁时的搭边值：
表2-3冲裁金属材料的搭边值
料厚
手工送料
自动送料
圆形
非圆形
a
a1
a
a1
～1
>
1～2
2～3
3～4
3.5
4
4～5
5
搭边值a1=2㎜,则条料的送进步距为h=72.4536㎜+2㎜=74.4536㎜,如图所示，
2.4.2画出排样图
如图2-3所示
图2-3排样图
2.4.3计算冲裁单件材料的利用率
单件材料的利用率n=F0/F×
100％
n材料利用率;
F0制件面积（mm2）；
F冲裁所需板料面积（mm2）；
则n=74.4536×
20/（76.4536×
20）×
100％=97％
2.4.4计算压力中心
为了保证压力机和模具正常地工作必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。
否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。
形状简单而对称的工件，如圆形、正多边形、矩形，其冲裁时的压力中心与工件的中心重合。
由于该零件弯曲、落料、冲孔均为轴对称形状，其中心便是压力机的压力中心，故不必进行压力中心的计算。
2.4.5各部分工艺力的计算
（1）冲孔力计算
按《冲压工艺与模具结构》书中公式计算：
P=L×
t×
σb
式中P冲裁力（N）；
L冲裁线长度（m）
t制件的厚度（m）
σb材料的抗拉强度（Pa），可从有关手册中查得。
此零件厚度为2㎜，查表2-1抗拉强度σb330～450Mpa。
取σb=330Mpa
则P=Ltσb=（3.14×
5×
2）×
2×
330=20724N=20.72KN
（2）落料力计算
由于制件宽度方向采用精裁方法，故工件外轮廓周长不包括制件两个长度方向上的尺寸。
抗拉强度σb仍取330Mpa。
则P=Ltσb=20×
330=20724N=13.2KN
（3）弯曲力计算
1）自由弯曲力
按《冲压工艺及模具结构》书中公式计算F自=0.7kbt2σb/r+t
式中F自冲压行程结束时的自由弯曲力；
k安全系数,取1.0～1.3；
b弯曲材料的宽度（mm）；
t弯曲材料的厚度（mm）；
r弯曲件的内弯曲半径（mm）；
σb材料的强度极限（MPa）。
抗拉强度根据表2-1可知，σb=330～450Mpa，取σb=450Mpa。
则F自=0.7×
1.3×
20×
4×
450/2+2=8190N=8.2KN
2）校正弯曲力
按《冲压工艺及模具结构》书中公式计算F校＝Aq
F校校正弯曲时的弯曲力（N）；
A校正部分垂直投影面积（mm2）；
q单位面积上的校正力（Mpa），取q=30Mpa
则F校=Aq=26×
30=15.6KN
（4）推件力计算
按《冲压工艺与模具结构》书中推件力的计算公式为Q推=K推×
P×
n
式中Q推推件力;
K推推件力系数；
一般取0.05～0.08；
这里取K推=0.05
P冲裁力;
n同时卡在凹模洞口的件数，n=h/t（h为凹模刃口直壁高度，t为制件厚度）；
一般卡2～3件这里取n=3
则Q推=0.05×
20.72×
3=3.108KN
（5）卸料力计算
按《冲压工艺与模具结构》书中卸料力的计算公式为Q卸=K卸×
P
式中K卸卸料力系数一般取0.05～0.08这里取K卸0.05;
P冲裁力;
则Q卸=K卸×
P冲孔力=0.05×
20.72=1.036KN
Q卸ˊ=K卸×
P落料力=0.05×
13.2=0.66KN
则总冲压力为
P总=P冲孔力+P落料力+P总弯曲Q推+Q卸+Q卸ˊ
=20.72+13.2+15.6+8.2+3.108+1.036+0.66
=62.524KN
（6）回弹
压弯过程并不完全是材料的塑性变形过程，其弯曲部位还存在着弹性变形，所以压弯后零件形状与模具的形状并不完全一致，这种现象称为回弹。
回弹的大小通常用角度回弹Δθ和曲率回弹Δρ来表示。
影响回弹的因素
1）材料的力学性能。
材料的屈服点越高，弹性模量越小，回弹越大。
2）材料的相对弯曲半径R/t。
3）弯曲工件的形状。
4）模具尺寸。
5）模具间隙。
6）校正力
由于影响回弹数值的因素很多，而且各因素往往有相互影响，故难以进行精确的计算或分析。
在一般情况下，设计模具时对回弹量确定大多按照经验数值，或计算后在实际试模中再进行修正。
只有当弯曲工件的圆角半径R≥（5～8）t时,计算才近似正确。
当R＜（5～8）t时，工件的弯曲半径一般变化不大，只考虑角度回弹。
角度回弹的经验数据值见表2-4：
表2-4自由弯曲是90°
的平均回弹角Δθ
材料
材料厚度t/㎜
<
0.8～2
软钢σb=350Mpa
1～5
4°
5°
2°
3°
0°
1°
中硬钢σb=400～5000Mpa
6°
由上表可知，制件角度回弹为3°
。
在设计时，可采用校正弯曲力代替自由弯曲力；
另外在毛坯直边部分弯曲凹模与卸料板之间留有比毛坯直边部分大的余量。
这些措施可避免回弹。
（7）冲压设备的选择
1）冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。
ⅰ、考虑冲压件的大小在中小型的冲压件、弯曲件或拉深件的生产中，主要采用开式机械压力机。
因为它提供了极为方便的操作条件，模具也容易安装；
在大中型冲压件生产中，多采用闭式结构形式的机械压力机；
对于大型拉伸件的生产中，则应尽量选用双动压力机，使所用模具结构简单，调整方便。
ⅱ、考虑冲压件的生产批量在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机；
在小批量生产中，尤其是大型厚板冲压件的生产中，多采用液压机，由于液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载；
对于小批量生产的弯曲、成型、校平或校形等工序可选用摩擦压力机，因为它具有行程自动调节，不易发生超负荷损坏的特点。
ⅲ、考虑压力机设备的精度和刚度压力机的刚度由床身刚度、传动刚度和导向刚度3部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载终了时模具间隙会发生很大变化，影响冲压件的精度和模具寿命，设备的精度也有类似的问题。
②冲压设备规格的选择
在冲压设备的类型选定之后，应该进一步根据冲压件的大小、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。
ⅰ、所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：
ⅱ、压力机的行程大小要适当。
由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁、弯曲等模具，其行程不宜过大，以免发生凸模与导板分离（导模板）或滚珠导向装置脱开的不良后果。
ⅲ、所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。
即满足：
冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。
ⅳ、压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。
但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受力条件也是不利的。
在实际生产中，为了防止设备的超载，可按F≥（1.6～1.8）F来估算压力机的公称压力F。
参照开式双柱可倾压力机，规格见表2-5：
表2-5开式双柱可倾压力机主要技术规格
型号
J23-10
J23-16
J23-25
J23-40
公称压力/kN
100
160
250
400
滑块行程/mm
45
55
65
滑块行程次数/（次/mm）
145
120
105
最大闭合高度/mm
180
220
270
330
最大装模高度/mm
265
连杆调节长度/mm
35
滑块中心线至床身距离/mm
130
床身两立柱间距离/mm
340
工件台
尺寸/mm
前后
240
300
370
460
左右
450
560
700
垫板
厚度
40
50
孔径
170
210
模柄孔
直径
30
深度
60
70
最大倾斜角度（
）
电动机功率/Kn
1.10
1.50
2.20
5.5
机床外形尺寸/mm
895
1130
1335
1685
651
921
1112
1325
高度
1673
1890
2120
2470
机床总质量/
576
1055
1780
3540
参照表2-5，选用公称压力为160kN的压力机，其型号为J23-16。
该压力机与模具设计的有关参数为：
公称压力：
160kN；
滑块行程：
55mm；
最大闭合高度：
220mm；
封闭高度调节量：
45mm；
工作台尺寸：
300×
450mm；
模柄孔尺寸：
40mm×
60mm。
2.5冲裁间隙及主要工作部分尺寸的确定
2.5.1确定冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁模中凸凹模刃口部分尺寸之差，其双面间隙用Z表示。
Z=D凹-D凸
式中Z双面间隙；
D凹凹模刃口尺寸；
D凸凸模刃口尺寸；
当冲裁间隙过下来时，虽然毛刺很浅，光亮带面积较大，断面质量较高，当过小的间隙将增大冲裁力和退料力，加快模具的磨损，降低模具寿命。
而冲裁间隙过大时，会产生很深的毛刺，断面锥度大﹑粗糙，严重时还会使冲裁件产生弯曲变形。
实践证明，冲裁模的间隙在一个适当的范围内可得到合格的冲裁件，并使冲裁力降低，延长模具的使用寿命。
这一间隙范围称为冲裁的合理间隙。
合理间隙的最大值称为最大合理间隙间隙，用Zmax表示，其最小值用Zmin表示。
合理间隙的取值与诸多因素有关，其中最主要的是材料的力学性能和板料厚度。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时先采用最小合理间隙值Zmin。
确定合理间隙的方法有经验确定法和查表法。
下表2-6提供了落料、冲孔模初始双面间隙的经验数据：
表2-6落料、冲孔模初始双面间隙
落料、冲孔磨刃口始用间隙
材料名称
45T7、T8（退火）65Mn（退火）磷青铜（硬）铍青铜（硬）
10、15、20冷轧钢带30钢板H62、H68（硬）Ly12（硬铝）硅钢片
Q215A.Q235A钢板08.10.15钢板H62.H68（半硬）纯铜（硬）磷青铜（软）铍青铜（软）
H62、H68（软）纯铜（软）防锈铝LF21、LF2软铝L2~L6Ly12（退火）铜母线铝母线
厚度t
始用间隙
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
1.0
0.17
0.20
0.13
0.16
0.10
0.065
0.095
0.21
0.24
0.19
0.075
0.105
0.25
0.15
0.14
1.8
0.34
0.38
2.0
0.30
0.22
0.26
0.18
因该冲件的材料为08钢，厚度t=2㎜,查表2-6可得Zmin=0.22，Zmax=0.26。
2.5.2主要工作部分尺寸计算
冲裁件的尺寸精度取决于凸模与凹模的刃口部分的尺寸。
冲裁的合理间隙也要靠凸模与凹模刃口部分的尺寸来实现和保证.所以正确的确定刃口部分尺寸是相当重要的。
在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑下述原则：
（1）落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。
因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；
设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
（2）考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值；
对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。
这样在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。
（3）在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。
1）落料刃口尺寸计算
表2-7规则形状（圆形、方形件）冲裁时凸模、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模公差δ凸
凹模公差δ凹
≤18
0.020
＞18～30
0.025
＞30～80
0.030
工件尺寸520-0.25㎜的凸凹模制造公差由表2-7查得δ凸=0.02㎜，δ凹=0.03㎜。
由于δ凸＋δ凹＝0.02+0.03=0.05﹥Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04㎜，故δ凸≤0.4（Zmax-Zmin）=0.4×
0.04=0.016，δ凹≤0.6（Zmax-Zmin）=0.6×
0.04=0.024。
因数由表2-9查得X=0.5，D凹＝（D-xΔ）
表2-8因数x
圆形x值
0.75
0.5
工件公差△/㎜
＜1
＜0.16
≥0.16
＜0.20
≥0.20
2～4
＜0.24
≥0.24
其中D凹落料凹模基本尺寸（㎜）
Δ工件制造公差（㎜）
X因数
则D凹＝（Dmax-xΔ）+δ凹0=（52-0.5×
0.25）+0.0240=51.875+0.0240
D凸=（Dmax-xΔ-Zmin）0-δ凸=（52-0.5×
0.25-0.22）0-0.016=51.6550-0.016
2）冲孔刃口尺寸计算
对于孔
的凸凹模制造公差由表2-7查得δ凸＝δ凹＝0.02㎜。
δ凸＋δ凹＝0.02+0.02=0.04=Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04㎜，采用凸模与凹模分开加工方法。
因数由表2-9查得X=0.75，d凸＝（d＋xΔ）
其中d凸冲孔凸模基本尺寸（㎜）
Δ工件制
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