钩件-弯曲件的弯曲模具设计-冲压模【冲压模具设计稿】
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摘 要本文介绍的模具实例结构简单实用，使用方便可靠。本套冲压模具的设计不是以复杂模具的设计为主，而主要是对模具设计知识的系统学习和设计的练习，以达到掌握冲压模具设计的基本技能的目的。首先，对零件做整体的分析。包括：材料的使用、精度的要求、工序的要求以及成本的要求等。为了降低成本，对排样方式进行了合理的设计；其次，对零件整体进行工艺设计。通过工艺目的的设计、工序的顺序设计、压力机的选择等来实现所要达到的要求；再次，想要保证制件精度的要求，就要考虑模具刃口尺寸的计算。因为刃口是冲制工件的主要工作部分，刃口处的精度就决定了制件的精度，就必须根据公差来进行精确计算。最后，根据计算出的模具刃口尺寸设计出相应的凸凹模，并且查找资料选择冷冲压模的标准零件，符合标准后，就把凸凹模与其它各零部件进行总体装配。在确定了模具体闭合高度后，选出合适的压力机在调试校验后并进行试冲加工，以达到符合的标准，最终完成加工。关键词：冲压模具，冲压工艺，模具设计AbstractThe topic is the chain plate punching blanking compound mold design and the mold of article described an instance is simple and practical, easy to use and is reliable. This mold is not primarily designed to complex design, but mainly on a systematic study of mold design knowledge and practice, in order to achieve the purpose of master the basic skills of stamping mold design.First of all, do a thorough analysis for the parts, which include the using of the material, the requirement of accuracy and the requirement of working procedure and costs and so on. For declining low cost, proceeded the reasonable design to the row kind method. Secondly, do processing design for the whole parts and the purpose by craft designing and order of the working procedure and by the choice of punching machine. Thirdly, consider the calculation of size of the mould cutting edge in order to meet the need of accuracy. Because the cutting edge is the main working part of the punching processing, the accurate cutting edge guarantees the accurate parts. So you needed to tolerance do accurate calculation.Finally, according to the calculated the size of mold cutting edge design the corresponding punch and mold, and find information on selection criteria for cold stamping parts, meet the standards, put the punch and mold with the other components to the overall assembly. In determining the specific mold closed height, select the appropriate press in the debug and test validation washed after processing, to meet compliance standards, the final completion of the processing chain plate.Keywords：composite modulus, stamping process, mold design , punching blanking目 录摘要1Abstract2目录3第1章 绪论51.1 中国冲压模具现状51.1.1 模具CAD/CAM技术状况51.1.2 模具设计与制造能力状况61.2 冲压模具的发展重点与展望71.2.1冲压模具产品发展重点。71.2.2 冲压模具技术发展重点。81.3中国冲压模具发展趋势8第2章 零件的分析92.1 零件的工艺性分析92.2 工艺方案分析102.2.1 方案种类102.2.2 方案的比较102.2.3 方案的确定10第3章 弯曲模设计113.1 弯曲件的工艺计算113.2 排样设计123.3 模具间隙的确定163.4 凸凹模的设计183.5 各零件的设计204.4.1 垫板204.4.2 固定板204.4.3 下垫板214.4.4 上垫板214.4.5 模柄223.4.6 导柱的设计233.4.7 导套的设计24第4章 压力中心与设备的选择254.1 压力中心的计算254.2 设备的选择25第5章 模具的寿命285.1 模具的失效形式285.2 提高模具寿命的途径30第6章 模具的装配和冲裁模具的试冲336.1 模具的装配336.2 冲裁模具的试冲34结论与展望38致谢39参考文献40第1章 绪论1.1 中国冲压模具现状根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具的生产能力。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 1.1.1 模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer，美国CV公司的CADS5，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。 快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。1.1.2 模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。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先进水平相比仍有较大差距。这些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，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。 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。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。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。 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。 模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用。 1.2 冲压模具的发展重点与展望 发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可分为产品重点、技术重点两个方面来研究。1.2.1冲压模具产品发展重点。冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。 汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度1.2.2 冲压模具技术发展重点。模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。 为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1m以下和表面粗糙度Ra0.1m的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。 对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。1.3中国冲压模具发展趋势根据国内和国际模具市场的发展状况，以及未来我国的模具行业做出调整后，将呈现出十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模具的比例将不断提高；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大。这就是我国模具行业未来的发展趋势。第2章 零件的分析2.1 零件的工艺性分析2.1.1 设计任务书图示冲裁件，材料为SUS301-CSP，厚度为0.5mm，生产批量为大批量生产。生产批量：大批量生产材料：SUS301-CSP材料厚度：t=0.5mm2.1.2冲压件工艺分析材料：该冲裁件的材料具有较好的可冲压性能。零件结构：该冲裁件结构较简单，比较适合冲裁。尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。结论：适合冲裁。2.2 工艺方案分析2.2.1 方案种类该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料,最后一次弯曲,二次弯曲,采用每个模具单工序模生产。方案二：落料-弯曲级进冲压,采用级进模生产。方案三：采用落料,然后在复合弯曲,最后在弯曲一次。2.2.2 方案的比较方案一，模具结构简单，制造方便，但需要多道工序，多副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。故而不选此方案。方案二，级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，一般适用于大批量，小型冲压件。而本工件尺寸轮廓较大，采用此方案，势必会增大模具尺寸，使加工难度提高，进而也排除此方案。方案三，只需要3套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸、制造相对前面两种方案都有比较好。2.2.3 方案的确定综上所述，本套模具采用弯曲复合模和单工序复合模具和单工序落料模具。第3章 弯曲模设计3.1 弯曲件的工艺计算弯曲件的形状应尽可能对称，弯曲半径左右一致，以防止弯曲变形时坯料受力不均匀而产生偏移。该支架弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致都为，满足这一要求。该弯曲件变形区无缺口，不会出现叉口现象，故满足弯曲要求。弯曲件的相对弯曲半径应大于最小相对弯曲半径，但也不宜过大。该支架弯曲件大于最小弯曲半径（0.1、0.4、0.4、0.8 ）满足要求。（1）无圆角半径（较小）的弯曲件（r0.5t）根据毛坯与制件等体积法计算。（2）有圆角半径（较大）的弯曲件（r0.5t）根据中性层长度不变原理计算。因为r=20.5t=0.5*2=1mm,属于有圆角半径(较大)的弯曲件.所以弯曲件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算.视直边区在弯曲前后长度不变,圆角区展开长度按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算.变形区中性层曲率半径p P1=r+kt=0.5+0.32*0.5=0.66(mm) P2=r+kt=0.5+0.32*0.5=0.66 (mm)P3=r+kt=0.5+0.32*0.5=0.66 (mm)变形区中性层弧长L1=L2=L3=该零件的展开长度为 Lz=13+7.2+2.1+2.5+1.44+0.52+1.04=27.8以上格式中 P-中性层曲率半径,mm; k-中性层位系数,查表得k=0.32 r-弯曲内弯曲半径,mm t-弯曲件材料厚度,mm LZ-弯曲件的展开长度,mm a-弯曲中心角 -弯角3.2 排样设计在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原则： 提高材料利用率 (不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状)。 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 模具结构简单、寿命高。 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。根据零件实际情况，采用有废料排样法：如，沿制件的全部外形轮廓冲压，在制件之间及制件与条料侧 边之间 ，都有工艺余料 (称搭边)存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。排样方式的确定：排样方式 概念 优缺点及适用范围有废料 排样沿零件的全部外形冲压四周有一定的余量这样排样材料利用率较低，但制件质量和精度均能得到保证，冲模的寿命相应提高，多用于形状复杂制件精度要求较高的制品冲压少废料 排样沿制件部分外形冲压，也就是只能有一个。这种排样材料利用率较高，具有一次能冲压多个制件和简化模具结构 降低冲压力等优点。但只能保证一个方向的制件精度。无废料 排样在整个冲压过程中只有料头料尾和结构废料。这种排样材料利用率最高但制件的冲压精度差，多用于冲压精度要求不高，且比较贵重的材料冲压。表 1搭边a和a1数值(低碳钢)材料厚度t圆件及r2t的圆角矩形件边长l50mm或圆角r2t 工件间a1侧面a工件间a1侧面a工件间a1侧面a0.251.82.02.22.52.83.00.251.21.51.82.02.22.50.51.01.21.51.81.82.00.80.81.01.21.51.51.81.21.01.21.51.81.82.01.61.21.51.82.02.02.22.01.51.82.02.22.22.52.51.82.22.22.52.52.83.02.22.52.52.82.83.23.52.52.82.83.23.23.54.03.03.53.54.04.04.55.0100.6t0.7t0.7t0.8t0.8t0.9t表4-2 各材料搭边系数材料系数材料系数中等硬度的钢硬钢青铜及硬黄铜硬铝0.90.811.111.2软黄铜铝非金属（皮革、硬纸板）1.21.31.41.52查表1得：两工件间的搭边:a1=1.1mm工件边缘搭边：a=2mm条料宽度B=（D+2a）MM 式中：B毛坯宽度的基本尺寸(mm)； D毛坯宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm)； a侧面搭边，查表1 (mm)；毛坯宽度B=27.8+1.1*2=30(mm)步距=12mm在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率，可用下式计算：/0F/式中材料利用率； 工件的实际面积； F0所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A 送料进距 (相邻两个制件对应点的距离)； B条料宽度。 材料利用率/0F/=278/30*12 =77.2%3.3 模具间隙的确定3.2.1 冲裁间隙的含义冲裁模的凸模横断面，一般小于凹模孔。凹模与凸模刃口部分，在垂直于外栽力方向的投影尺寸之差，称为冲栽间隙。间隙有两种含义：种指凹模与凸模间每侧空隙的数值，称为单面间隙；另一种指凹模与凸模间两侧空隙之和，称为双面间隙。对于圆形刃口的凸、凹模来说，双面间隙就是两者直径之差。习惯上常说的多少间隙，是指双面间隙，用符号Z表示。单面用Z2表示。3.2.2 间隙对冲裁的影响 生产实践证明，间隙值的大小、分布是否均匀等，对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力和模具形命等均有直接影响。凸、凹模之间的间隙大小可分三种基本情况， 即间隙合理、间隙过大和间隙过小。 1）冲裁件的断面质量 间隙合理，材料在分离时，凸、凹模刃口处的裂纹重合，冲裁断面比较平直、光滑，塌角和毛刺均较小，制件质量较好。但合理的冲裁间隙并非是一个绝对值，而是某一个数值范围，冲裁间隙在此范围内都可得到冲裁断面好的制件。间隙过大，凸、凹模刃口处的裂纹不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里边，材料受很大的拉伸，光亮带小，毛刺、塌角及斜度都较大。间隙过小，裂纹也不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边，两条剪裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压，在断面上形成第二次光亮带，并在其间出现夹层和毛刺。 2）尺寸精度 落料或冲孔后，因发生弹性恢复，会影响尺寸精度。间隙小到一定界限，由于压缩变形弹性恢复，落料件尺寸会大于凹模尺寸，而使冲出的孔小于凸模。间隙大到一定界限，由于拉伸变形弹性恢复，落料件尺寸会小于凹模，而使冲出的孔大于凸模。间隙对于冲孔和落料精度的影响规律是不同的，且与材料轧制的纤维方向有关。 3）冲裁力和模具寿命 间隙值大时，冲栽力有一定程度的减小，卸料力和推件力也随之降低。 冲裁时，坯料对凸模与凹模刃口产生侧压力，并在凸模与被冲孔之间以及凹模与落料件之间均有摩擦力。间隙越小，侧压力和摩擦力随之增大。此外，在实际生产中，模具因受到制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而间隙分布也不可能十分均匀所以，过小的间隙会使凸、凹模刃口磨损加剧，寿命下降。而较大的间隙则可使凸、凹模侧面与材料问摩擦减小，并减缓间隙不匀的不利影响，从而提高模具寿命；但间隙过大，坯料弯曲相应增大，使凸模与凹模刃口端面上的压应力分布不均匀，容易产生崩刃或产生塑性变形，因而对模具寿命也不利。3.2.3 冲裁方向的确定原则冲裁时，由于凸、凹模之间存在间隙，因此落下的料或冲出的孔均带有锥度，其大端尺寸基本等于凹棋尺寸，小端尺寸基本等于凸模尺寸。测量时，也是按冲孔的小端和落料的大端作为基准量取尺寸的。又由于在生产中，凸、凹模都要与冲件或废料发生摩擦，凸核愈磨愈小，凹模愈磨愈大，使间隙随之增大。基于这一分析，确定冲裁间隙值的原则是：落料时因制件尺寸随凹模尺寸而定，故间隙应在减小凸模尺寸的方向上取得；冲孔时因孔尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应在增大凹模尺寸的方向上取得。考虑到冲裁件的断面质量、尺寸精度、凸、凹模的磨损，在设计与制造新模具时，取最小合理间隙。V形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但在模具设计中，必须考虑到要使模具闭合时，模具的工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。U形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙，间隙过大则回弹大，工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小会加大弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低模具的寿命。U形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算：；式中：Z/2凸、凹模的单面间隙；t板料厚度的基本尺寸；板料厚度的正偏差；C根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数，其值按表4-16选取。表-5 间隙系数C值（单位mm）当工件精度要求较高时，间隙值应适当减小，可以取Z/2=t。查有关资料板料厚度的正偏差为 由公式可得：Z/2=1+0.15+0.05x2=1.25mm3.4 凸凹模的设计凸模圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径、且不小于时，凸模的圆角半径取等于弯曲件的圆角半径，即该弯曲件相对弯曲半径，查表得，故 凹模的圆角半径凹模圆角半径的大小对弯曲变形力、模具寿命、弯曲件质量等均有影响。生产中，凹模圆角半径通常根据材料厚度选取：t时， 凹模工作部分深度 深度过大，模具材料消耗大，而且压力机需要较大的行程。弯曲U形件时，凹模工作部分深度小于50mm。凸模与凹模之间的间隙生产中，凸模与凹模之间的间隙值一般可按如下公式确定：，查表得，即。（1）凸模、凹模横向尺寸及公差由产品零件图得知工件标注内形尺寸，故设计凹模时应以凸模为设计基准，间隙取在凹模上。可按以下公式计算：；由工件图经计算得：凸模尺寸18，26.47.尺寸公差可按IT13级选取，查表得，。查表得、3.5 各零件的设计4.4.1 垫板4.4.2 固定板4.4.3 下垫板4.4.4 上垫板4.4.5 模柄3.4.6 导柱的设计根据模具闭合高度，查表得，导柱尺寸 注：冲压模具设计指导书245页表9-46、50页表2-27。3.4.7 导套的设计根据模具闭合高度，查表得，导套尺寸注：冲压模具设计指导书245页表9-46、51页表2-28。第4章 压力中心与设备的选择4.1 压力中心的计算冲压力合力的作用点称为压力中心。为了保证压力机和冲模正常、平稳地工作，必须使冲模的压力中心与压力机的滑块中心重合，对于带模柄的中小型冲模就是要使其压力中心与模柄轴心线重合。否则，冲裁过程中压力机滑块和冲模将会承受偏心载荷，使滑块导轨和冲模导向部分产生不正常的磨损，合理间隙得不到保证，刃口迅速变钝，从而降低冲裁件质量和模具寿命，甚至损坏模具。因此，设计冲模时应正确计算出冲模时的压力中心，并使压力中心与模柄轴心线重合，若因冲裁件的形状特殊，从模具的结构方面考虑不宜使压力中心与模柄轴心线相重合，也应注意尽量使压力中心的偏离不超出所选压力机模柄孔投影面积的范围。由于该冲件属于对称形状的零件，所以压力中心为于刃口轮廓图形的几何中心上。4.2 设备的选择(一) 常用压力机的分类压力机的种类很多,按照不同的观点可以把压力机分成不同的类别.如:按驱动滑块力的种类分机械的、液压的、气动的等；按滑块个数可分为单动的、双动的、三动的等；按驱动滑块的机构的种类又可分为曲轴式、肘杆式、摩擦式；按机身结构形式可分为开式的、闭式的等等。另外还有许多种分类方法，一般按驱动滑块力的种类而把压力机分为机械压力机、液压机。(二) 压力机类型的选择压力机类型的选择，主要是根据冲压工艺的性质、生产批量大小、制件的几何形状、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素来确定的。开式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命和冲件的质量。但是它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作,适于大中型冲压件的生产。双动曲柄压力机有两个滑块,压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。高速压力机或多工位自动压力几适用于大批量生产。液压机没有固定的行程,不会因为板材厚度超差而过载,全行程中压力恒定,但是压力机的速度低、生产效率低.适用于小批量,尤其是大型厚板冲压件的生产。摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。在小批量生产中用来完成弯曲、成形等冲压工件。肘杆式精压机刚度大、滑块行程小，在行程末端停留时间长，适用于校正、校平和整形等类冲压工序。(三) 确定设备规格(1) 压力机的行程大小，应该能保证成形零件的取出与毛坯的放进，例如拉伸所用压力机的行程，至少应大于成品零件高度的两倍以上。(2) 压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还需留有安装固定的余地，但过大的工作台面上安装小尺寸的冲模时,工作台的受力条件也是不利的。(3) 所选压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适应。模具的闭合高度是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离.压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机,其连杆长短能调节，也即压力机的闭合高度可以调节，故压力机有最大闭合高度和最小闭合高度。 设计模具时，模具闭合高度的数值应满足下式： 综合上述，考虑到所设计的冲裁件尺寸不大，精度要求不是很高，所以选择开式曲柄压力机。其参数如下： 公称压力/ 250 固定行程/ 80 调节行程/ 80 行程次数/(次/) 100 最大闭合高度/ 250 闭合高度调节量/70 工作台尺寸/ 左右 560 前后 200 工作台孔尺寸/ 左右 260前后 130 直径180 工作台板厚度/ 70 模柄孔尺寸(直径深度)5070第5章 模具的寿命模具的寿命是指模具能够生产合格制品的耐用程度，一般以模具所完成的工作循环次数或所生产的制件数量来表示。模具在使用过程中，其零件将由于磨损或损坏而失效。如果磨损或损坏严重，导致模具无法修复时，模具就应报废。如果模具的零件都具有互换性，零件失效后能够得到更换，那么模具的寿命在理论上将是无限的。但是，模具在长时间使用后，零件趋于老化，故障概率大大增加，修理费用随之增加，同时模具经常需要修理会直接影响制件的生产。因此，当修理模具在经济上并不合理时，也应考虑将其报废。模具在报废前所完成的工作循环次数或所生产的制件数量称为模具的总寿命。除此以外，还应考虑模具在两次修理之间的寿命，如冲裁模的刃磨寿命。在设计和制造模具时，作为用户都会提出关于模具寿命的要求，这种要求称为模具的期望寿命。确定模具的期望寿命应综合考虑两方面的因素：一是技术上的可能性；二是经济上的合理性。一般而言，当制件生产批量较小时，模具寿命只需满足制件生产量的要求就足够了，此时在保证模具寿命的前提下应尽量降低模具的成本；当制件为大批大量生产时，即使需要很高的模具成本，也应尽可能地提高模具的使用寿命和使用效率。5.1 模具的失效形式模具失效的基本形式有五种，即磨损失效、疲劳失效、热疲劳失效、塑性变形失效和断裂失效。磨损失效模具在使用时的磨损是不可避免的，使用时间越长，则磨损量也越大，磨损就越严重。磨损的形式有磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。判断模具是否因磨损而失效的主要标准是制件的尺寸精度，当制件的尺寸超出允许的公差范围时即宣告模具失效。如果模具的磨损导致制件的表面质量严重下降，那么制件的表面质量要求也是判断模具是否失效的依据。冲裁模的凸、凹模刃口由于磨损而逐渐钝化，严重时将显著地劣化模具的工作条件和制件的质量。制件的毛刺高度随着凸、凹模刃口的钝化而逐渐增高，因而可以作为判断凸、凹模刃口钝化程度的标志，当毛刺高度超过规定值时，表明刃口钝化严重，需要重新刃磨刃口后模具才能继续使用。疲劳失效模具一般都以间歇工作的方式进行工作，频繁的反复加载和卸载使模具受力零件处于交变应力作用下。模具使用一段时间后，由于交变应力的作用，在零件表面或内部存在微观缺陷及应力集中的部位将会萌生许多微裂纹。模具继续使用时，这些微裂纹将逐渐扩展，当微裂纹扩展到一定程度时，模具零件的承载能力被严重削弱，最终导致模具开裂或破损。热疲劳失效热加工模具一般都在急冷急热条件下工作。当模具零件急剧受热时，温度较高的表层材料的受热膨胀受到温度较低的内层材料的约束，使表层材料产生压应力；当模具零件急剧冷却时，温度较低的表层材料的冷却收缩又受到温度较高的内层材料的约束，使表层材料产生拉应力。在工作一段时间后，这种循环热应力将使模具零件表层材料出现许多细小的裂纹，导致模具失效。热疲劳裂纹的形状有网状、放射状、平行状等。塑性变形失效当模具零件承受的载荷使零件内部的应力超过其自身材料的屈服强度时，零件就会产生塑性变形。常见的塑性变形失效有工作零件出现表面皱纹、局部塌陷和棱角倒塌，凸模、型芯出现镦粗、纵向弯曲，型腔、型孔出现胀大等。断裂失效模具在正常工作时，因为某种原因而突然出现较大的裂纹，甚至分裂成几个部分，使模具立即丧失工作能力的失效形式称为断裂失效。常见的断裂失效有开裂、破裂、崩刃、折断等。模具失效的五种基本形式中，热疲劳失效一般只出现于冷热温差较大的热加工模具，其他的四种形式在各类模具上都有可能出现。不同的失效形式之间常常有密切的联系和交互促进作用。磨损产生的沟痕往往成为萌生疲劳裂纹和热疲劳裂纹的发源地，同时深而尖锐的沟痕本身就可成为一次性断裂的起裂点。零件表面出现疲劳裂纹和热疲劳裂纹后，表面质量严重恶化，将使磨损加剧，裂纹的尖端出现应力集中，将成为断裂源，促进一次性断裂的产生。磨损虽然会导致模具失效，但在正常的工作条件下，模具在失效前都能在较长的时间内稳定有效地工作。大部分模具的有效寿命决定于磨损失效，对于这些模具，磨损失效是它们的正常失效形式，其有效磨损寿命是确定模具期望寿命的依据。部分重载模具如冷挤压模的有效寿命主要决定于疲劳失效，部分冷、热温差很大的模具如压铸模的有效寿命主要决定于热疲劳失效。在疲劳和热疲劳失效前，模具一般也有较长的使用寿命，但习惯上仍将它们看作是模具的早期失效。如果模具质量存在问题，或者使用不当，塑性变形和断裂失效在模具使用的各个时期都有可能产生，而且一旦发生的话，其后果很可能是致命的，它们是造成模具早期失效的主要形式。保证和提高模具的寿命，一方面要通过各种途径保证和提高模具的耐磨性，使模具具有足够的有效磨损寿命，另一方面要采取各种措施，预防早期失效的出现，保证模具在有效寿命期内能够安全稳定地运行。5.2 提高模具寿命的途径模具磨损的根本原因是模具零件与制件（或坯料）之间或模具零件与零件之间的相互摩擦作用。能够降低这种摩擦作用，或者能够提高模具零件的耐磨性的途径，都是降低模具的磨损速度、提高模具有效磨损寿命的有效途径。合理选择模具材料材料的耐磨性是决定模具零件磨损速度的主要因素之一，材料的耐磨性主要决定于材料的种类和热处理状态。常用模具材料中，以冷作模具用钢为例，硬质合金的耐磨性最高，其次是高碳高铬工具钢，再次是低合金工具钢，碳素工具钢的耐磨性最低。一般情况下，需要耐磨的模具零件都应通过淬火或其他热处理方法提高材料的硬度，材料越硬，耐磨性就越好。提高模具零件表面质量首先，要提高零件表面的精加工质量。零件加工越精细，表面粗糙度值越小，则磨损速度就越慢，使用寿命就越高。其次，要尽力避免零件表层材料在加工过程发生软化现象，防止材料耐磨性的降低。例如，在磨削加工时，如果工艺条件选择不当，就会会产生磨削烧伤，使表层材料的硬度降低，大大降低零件的耐磨性。润滑处理模具的导柱、导套及其他有相对运动的部位应经常加注润滑油。冲压加工时一般应在凸、凹模工作表面或毛坯表面涂覆润滑油或润滑剂。变形抗力大的冲压加工，如冷挤压、厚料拉深、变薄拉深等，应对坯料进行表面润滑处理，例如：对碳钢坯料进行磷化皂化处理；对不锈钢坯料进行草酸盐处理。锻模、塑料模和压铸模等模具在成形前都应将润滑剂或起模剂喷涂于成形零件表面。防止粘模如果制件材料与模具材料之间有较强的亲和力，两者之间会产生很强的粘附作用，甚至相互间在高压作用下产生冷焊，这就是所谓的粘模现象。粘模现象严重时，将在起模时导致制件和模具零件表面的材料撕裂脱落，一方面影响制件的表面质量，另一方面将使模具零件产生剧烈的粘着磨损，同时脱落的材料颗粒还会加剧模具零件的磨损。因此，无论是对于制件质量，还是对于模具寿命，粘模现象都是极为有害的，都应采取措施加以预防。预防粘模的方法有：采用与制件材料亲和力较小的模具材料；采用可靠的润滑措施，防止润滑膜在高压下被挤破；采用渗氮、碳氮共渗等表面处理方法，改变模具零件表层材料的组织结构。合理选择模具结构参数和成形工艺条件在保证制件质量的前提下，对于冲裁模适当加大凸、凹模间隙，对于弯曲模、拉深模适当加大凸、凹模间隙和凹模口部圆角半径，对于冷挤压模适当减小凹模入口角和凸、凹模工作带高度，以及增加制件的起模斜度，都能提高模具磨损寿命。对于塑料模、压铸模等模具，适当减小成形压力、温度和速度，提高模具温度，既能减小熔融塑料或合金液在充模时对模具成形表面的冲击磨损，又能减小制件对模具的胀模力，从而减小模具在制件起模时的磨损。表面强化表面强化的目的是提高模具零件表面的耐磨性。常用的表面强化方法有表面电火花强化、硬质合金堆焊、渗氮、碳氮共渗、渗硫处理、表面镀铬等。表面电火花强化、硬质合金堆焊常用于冲裁模。渗氮（硬氮化）主要用于热加工模具钢零件的表面强化，此方法除能提高零件的耐磨性外，还能提高零件的耐疲劳性、耐热疲劳性和耐磨蚀性，主要用于压铸模、塑料模等模具。碳氮共渗（气体软氮化）不受钢种的限制，能应用于各类模具。渗硫处理能减小摩擦系数，提高材料的耐磨性，一般只用于拉深模、弯曲模。表面镀铬主要用于塑料模及拉深模、弯曲模。除了上述常用方法外、模具的表面强化还有渗硼处理、渗金属处理、化学气相沉积处理、碳氮硼多元共渗等许多方法。其他事项妥善处理模具损坏事故，细致分析事故原因，进而采取适当措施防止同类事故的再次发生。做好预防性维修工作，防止一个零件的失效殃及其他零件的安全。对已经失效的零件应及时修理或更换。妥善保管摸具，防止模具生锈，遗失。在日常生产中模具由于磨损或其他形式而失效，在这之前生产的零件称为模具的寿命（生产寿命）。第6章 模具的装配和冲裁模具的试冲6.1 模具的装配根据冲压模具装配要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间隙、试冲、返修，具体装配见表9.1。表9.1 冲压模具的装配序号工序工艺说明1凸、凹模预配（1）装配前仔细检查各凸模形状以及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度、形状（2）将各凸模分别与相应的凹模孔相配，检查其间隙是否加工均匀。不合适者应重新修磨或更换2凸模装配以凹模孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板8的形孔中，并拧紧牢固3装配下模（1）在下模座1上划中心线，按中心预装凹模17、导料板5；（2）在下模座1、导料板5上，用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置，并分别钻孔，攻丝（3）将下模座1、导料板5、凹模17、挡料销20、凹模框装在一起，并用螺钉紧固，打入销钉4装配上模（1）在已装好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入0.12片，然后将凸模与固定板的组合装入凹模（2）预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔。销孔位置并钻绞螺孔、销孔（3）用螺钉将固定板组合，垫板、上模座连接在一起，但不要拧紧（4）将卸料板套装在已装入固定板的凸模上，装上橡胶14和卸料螺钉12，并调节橡胶的预压量，使卸料板高出凸模下端约1；复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉；切纸检查，合适后打入销钉5试冲与调整装机试冲并根据试冲结果作相应调整6.2 冲裁模具的试冲模具装配以后，必须在生产条件下进行试冲。通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给与纠正。并能够对模具进行适当的调整和修理，直到模具正常工作中冲出合格的制件为止。冲裁模具经试冲合格后，应在模具模座正面打上编号、冲模图号、制件号、使用压力机型号、制造日期等。并涂油防锈后经检验合格入库。冲裁模具试冲时常见的缺陷、产生原因和调整方法见表9.2。表9.2 冲裁模具试冲时常见的缺陷、产生原因和调整方法缺陷产生原因调整方法冲件毛刺过大1刃口不锋利或淬火硬度不够2间隙过大或过小，间隙不均匀1修磨刃口使其锋利2重新调整间隙，使其均匀冲件不平整1凸模有倒锥，冲件从孔中通过时被压弯2顶出件与顶出器接触零件面积大小3顶出件、顶出器分布不均匀1修磨凹模孔，去除导锥现象2更换顶出杆，加大与零件的接触面积尺寸超差和形状不准确凸模、凹模形状及尺寸精度差修整凸模、凹模形状及尺寸，使其达到形状及尺寸精度要求凸模折断1冲裁时产生侧压力2卸料板倾斜1在模具上设置挡块抵消侧向力2修整卸料板或使凸模增加导向装置凹模被胀裂1凹模孔有倒锥度形象2凹模孔内卡住废料1修磨凹模孔，消除倒锥现象2修抵凹模孔高度凸、凹模刃口相咬1上、下模座，固定板、凹模、垫板等零件安装基面不平行2凸、凹模错位3凸模、导柱、导套与安装基面不垂直4导向精度差，导柱、导套配合间隙过大5卸料板孔位偏斜使冲孔凸模位移1调整有关两件重新安装2重新安装凸、凹模，使之对正3调整其垂直度重新安装4更换导柱、导套5调整及更换卸料板冲裁件剪切断面光亮带宽，甚至出现毛刺冲裁间隙过小适当放大冲裁间隙，对于冲孔模间隙加大在凹模方向上，对落料间隙加大在凸模方向上剪切断面光亮带宽窄不均匀，局部有毛刺冲裁间隙不均匀修磨或重新调整凸模或凹模，调整间隙保证均匀外型与内孔偏移1在连续模中孔与外形偏心，并且所偏的方向一致，表明侧刃的长度与布局不一致2连续模多件冲裁时，其它孔形正确，只有一孔偏心，表明该孔
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