冲裁模设计实例

1、_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精品资料

2、_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

3、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精品资料_图 3-22 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 8-72 ）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，则个精品资料_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

4、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精品资料_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：精品资料_尺寸极限偏差转化为2）落料部分对外轮

5、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：精品资料_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

6、，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：精品资料_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

7、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 冲孔凸模精品资料_图 3-8 凹模精品资料_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。精品资料_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

8、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） 计算毛坯尺寸精品资料_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

9、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。精品资料_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

10、，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。精品资料_（ 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

11、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。精品资料_（ 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

12、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

13、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。精品资料_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

14、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精品资料_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

15、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精品资料_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 挡料销精品资料_四. 计算各

16、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，工序所需的总压力精品资料_&n,bsp;&,nbsp;从总压力出发，应选用

17、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 （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：精品资料_8 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

18、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精品资料_就可以了，即。加固板零件二次弯曲的投影

19、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 些油机通风口座子精品资料_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精品资料_由此可

20、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 ）精品资料_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

21、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，根据弯曲毛坯展开长度计算方法求出中性层母线的各段长度并将计算数据列于表3-3 中。精品资料_图 3-23 计算毛坯分析图表 3-3 毛料计算附表（ mm ）根据公式计算得毛坯直径：计算相对厚度：精品资料_确定拉深次数：根据查相关表得拉深次数为2，故一次不能拉成。计算第一次拉深工序尺寸：为了计算第一次拉深工序尺寸，需利用等面积法，限第二次拉深后的面积和拉深前参与变形的面积相等，求出第一次拉深工序的直径和深度。由于参与第二次拉深变形的区域是从图3-23 中的开始，因此以开始计算面积，并求出相应的直径。查相

22、应表得第二次拉深系数因此，第一次应拉成的第二阶直径为了确保第二次拉深质量，充分发挥板材在第一次拉深变形中的塑性潜力，实际定为：按照公式（ 4-7c ）求得：精品资料_这样就可以画出第一次拉深工序图，如图3-24 所示。上述计算是否正确，即第一次能否由的平板毛坯拉深成图3-22 所示的半成品，需进行核算。阶梯形零件，能否一次拉成，可以用下述近似方法判断，即求出零件的高度与最小直径之比，再按圆筒形零件许可相对高度表（相应表）查得其拉深次数，如拉深为1，则可一次拉成。根据图 3-24 所示：，查相关表得拉深次数为1，则说明图 3-24 所示半成品可以由平板毛坯一次拉成。二. 确定工艺方案通过上述分析

23、计算可以得出该零件的正确工艺方案是：落料、第一次拉深，压成如图 3-24所示的形状；第二次拉深、冲孔，压成如图3-22 所示的形状；第四道工序为翻边，达到零件形状和尺寸要求，如图3-20 所示。共计四道工序。现在我们以第一次拉深模为例继续介绍设计过程。图 3-24 第一次拉深工序图三. 进行必要的计算（1 ） 计算总拉深力精品资料_根据相对厚度，按照公式判断要使用压边圈按照公式计算得拉深力为：压边力为：式中的值按相应表选取为总拉深力：（2 ） 工作部分尺寸计算该工件要求外形尺寸，因此以凹模为基准间隙取在凸模上。单边间隙凹模尺寸按公式（ 4-33a ）得：式中由表查得。凸模尺寸按公式得：精品资料_式中见表圆角处的尺寸，经分析，若该处是以凸模成形，则以凸模为基准，间隙取在凹模上；若是以凹模成形，则以凹模为基准，间隙取在凸模上。四. 模具总体设计勾画的模具草图，如图3-25 所示。初算模具闭合高度：外轮廓尺寸估算为：图 3-25 模具结构草图五. 模具主要零部件设计该模具的零件比较简单，可以在绘制总图时，边绘边设计。六. 选定设备本工件的总拉深力较小， 仅有 322000