冲裁模设计实例

1、第三草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

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 合合模冲制有困难时，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

3、。比较方案一与方案二，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 b = 2 Mm ,侧边取搭边 值网格。则 进距：力=22力5+2= 25切阳条料宽度：. -,查表2-19晨-(19 8+ 2 x2 2 + 0.7)_0?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8-7% = KLH1.3x 2x9,9x62乂开、弓门门2x1

4、18xtt + / X y 出 / +180180x 2x30053920"2）冲孔力中心孑L：F"= 1.3x llxj7 x 2 x30O = 26941AT2个小孔:l.3x(4 lx rx 2)x 2x 300 = 20083jV3 ）冲裁时的推件力E就-0 055查表2-37 rh A 八库=一二一 =2取表2-38 ,序号1的凹模刃口形式，卜匚4中阳，则 £2 个精品资料=2x0.055x53e20= 593W/孔I = 2x 0.055x215 941 - 29(5477尸探网口 - 2x 0 055x 20083= 22097为避免各凸模冲裁力的最

5、大值同时出现，且考虑到凸模相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精品资料图3-3则最大冲压力：F皂=F芽+噎茜+ F推汽L=5392 口+ 26941 + 5931 + 29G4 = 89756N4 .确定模具压力中心F落的压力中心在上 O1 ;冲孔时F孔1、F如图3-4,根据图形分析，因为工件图形对称，故落料时 孔2的压力中心在O2上。设冲模压力中心离 O1点的距离为x,根据力矩平衡原理得：。7 =（2 5 - x）伊孔+ % J由此算得,'5 .冲模刃口尺寸及公差的计算1）冲孔部分对冲孔机1和褥1采用凸、凹模分开的加

6、工方法由表2-23查得E 9=口.246 用加2 mm = 0,360/kw= 0.360 - 0 24C = 0 114加加UkLs. 一 lIuIL由表2-28查得对冲机1孔时：d = 口2。施两 3对冲州孔时:5=0.020jmm 屋-。一020旗加5贵+ 6 = S04席阳故满足内+ 5厂乙一工团条件查表2-30得工=°-5 ,则冲孔部分：% = 0 + 必）1=（11 + 0.5 x 口 05）1四o - 11一。2559如展烧=（11,G25+ O.24D2° -IL271 对其阳醒冲孔部分：尺寸极限偏差转化为.3 = 0+必4=(4.2 + 0.5x0.2)-

7、4.33=(4.3 + 0 246叩3 二 4,546Mg2)落料部分对外轮廓的落料，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：GT? ? -0 36、q 1 +0.5 1 n q-02年门 £。0 6。0 >尺寸极限偏差转化为查表2-30得工=0-5则：&前=(4 -必心”=(31.5-0.5x0.5)Jt =312 铲%” (19 5-65x0.2)产=195产Q班为9 =9- 05x0 35)；丁 产Ojg44 =(4 一。5x030)：，= 3-85

8、；或乃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 工鹏=0 246 0 315口加加O5.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:H =m Ip取总压力% = 8+ 2JT = 30 + 2x26-名2 第花工件长凹模宽度'd的确定:% =步距+工件宽+ 2%步距 . 工件宽.：Bj=25 + 19.8 + 2x32 = 109两加2）凸模长度4的确定凸模长度计算为其中初定:口 L L分1 = 6脚用导尺厚 5= 12 谭阳卸料板厚h-t = 1 8两加凸模固定板厚 凸模修磨量X = 1&7,m则:Lp - 6 + 12 + 1 3

9、+ 18 = 54加清产占二8975677先用冲床的公称压力应大于计算出的总压力直；最大闭合高度应大于冲模闭合高度J23-16开式双+ 5用用；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合工厂实际，可称用柱可倾压力机。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:公称压力: 滑块行程：“J最大闭合高度：',连杆调节量：工作台尺寸（前后1Hm x左右）：300x450垫板尺寸（厚度x孔径次m）：40x110模柄尺寸（直径1MMi X深度陋洗）：/口父5 0最大倾斜角度：3 .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

10、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，并将各零件标出统图3-5单排冲孔落料连续模上模座:下模座:导柱:口口 f热两阳源=160x40Z)0 !mmxtimm = 160x45d f mm x Lf 温常=28 xl导套:d/阳格m工/附加乂用，融用=28x100x38d/m附h工/阳用“人/想厘=32x 100 x38垫板：上用用mF/用用m为/加阳=120x100x8凸模固定板：EF部摒 x Bfynm x h /阳布=120 xl 00 x 20凹模：= 120x 100 x25卸料板：£/即附

11、 xB/叩叨 乂力/ kiwi = 120x100x124 .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AABT图3-8凹模BB4-M 建QQr技术要求；I,表面硬度HRC4。45；图3-9凸模固定板精品资料AA力勿勿印彤勿斗 选B-B1165, F,技术要求：1.表面硬度HRMO45，消ipn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。图3-11汽车备轮架加固板零件图一、冲压件的工艺分

12、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，壁部圆角半径"，相对圆角半径八 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。机1次活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90°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)计算毛坯尺寸该零件的毛坯展开尺寸可按式下式计算：Z

13、= F + 4 + 1 57(/+ 欠”)上式中圆角半径.板料厚度力=4切点./为中性层系数，由表查得而=口42 ；1, 3为直边尺寸，由图3-13可知，& 2116 - (r + i)- 214mm4 = 140 一 2卜 +。= 122mm将这些数值代入，得毛坯宽度方向的计算尺寸L = 214+ 122 + 1 57(5 + 0 42 x4)= 356出附部考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取二=355mM。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b、图3-14的毛坯形状和尺寸较大，为便于手

14、工送料，选用单排冲压。有三种排样方式，见图3-15a、c。由表查得沿送料进方向的搭边 "=4用用，侧向搭边si = 5网阳，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，需要的基本工序和次数有：(a)落料；曲I(b)冲亚孔6个；(c)冲底部网1孔2个；(d)冲火0孔；(e)冲2个腰圆孔；(f) 首次弯曲成形；(g)二次弯曲成形。(1)工序组合及其方案比较

15、根据以上这些工序，可以作出下列各种组合方案。万案一:(a)落料，如图3-16所示。(b)冲壁部机1孔6个。(c)冲底部两个机1孔、一个21。加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。万案一:(a)落料和冲2个腰圆孔。(b)冲底部两个机1孔、做1421产壁部六个炉孔和华°孔。(c)首次弯曲成形，见图3-17 。(d)二次弯曲成形，见图3-18 。方案二:(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)冲底部两个如1孔、一个0

16、21对制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。(f)冲另一个面壁部四个矶1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)冲底部两个机1孔和一个溟叶孔。(e)冲腰圆孔。(f)冲侧壁六个飙1孔。方案K:(a)落料，见图3-16。(b)冲底部两个 机1孔、一个 溟0 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)钻壁部六个矶1孔。对以上六种方案进行比较，可以看出：方案一，从生产效率

17、、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猴1孔和壁部六个 猴1孔组合冲出，可以节省一道工序,但是模具结构比方案一复杂，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。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 刎1孔处的孔边与落料外缘间距仅8mm

18、 ,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，但壁部六个别1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

19、形式的确定，各工序的冲压力计算和冲压设备的选用。k UH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A-A

20、5 6 7 8 9 10 11 12 13 l415 16 111tl i t 1 i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挡料销四.计算各工序冲压力和选择冲压设备(1)第一道工序一一落料(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上79碗叩，厚度t = 4旭用以及08钢材料的抗剪强度石=如丽阜代入上式，得%=1 3父 1395 K4 k 26口 - 138604OJV为了降低落料力，改用斜刃

21、口模具，落料力F善=1 度上上工+上式中，打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 = 口)，如图3-16所示。图中平刃口长度斜刃口长度取= 2 x80 = 16。加阳Lx = 1395 - 160 = 1235 加灌K = 0 4则% = 1 3(0 4x1235 x4x 250 + 160x4x260)= 8842D0JV(b)推件力% =吗嗅设同时梗塞在凹模内的零件数M = 2 ,查表系数 2 0,045 ,代入上式，得/ - 2x0.045 x884200 - 795007

22、(c)选用冲压设备- 83420DJV, 尸修 795。口附这一工序的落料力 厚,推件力椎，因此，工序所需的总压力&n,bsp; &,nbsp;963700JV从总压力出发，应选用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)第二道工序一一冲孔(图3-19)(a)冲压两个a 1孔,冲孔力<,/DIV>(b)冲压 孔，冲孔力妁=1.3x 2lx4x 26 = 89200/7(c)腰圆孔冲孔力7 - 2xl.3x(2X14+ 2x52)x4 <26 - 51900037(d)选用冲压设备工序

23、总的冲孔力心工再+/+ & = 7 口口函故可选用1000kN压力机。(3)第三道工序一一首次弯曲成形(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) 自由弯曲力户日-r +上上式中，安全系数：1 ；宽度：. .、二弯曲半径：.：08钢抗拉强度：5 C丹0.7x1,3xl70x42 x300 口门孔= 82H/则(b)校正弯曲力冲压件在行程终了时受到的校正弯曲力，可按心工4 P近似计算。加固板冲压件首次弯曲的投影面积X= (116x178)+(53.5x178)= 3。17MM查表得单位校正力P =,代入上式得，j=2100kN(c)压料力,&

24、nb,sp;&am,p;am,p;am,p;am,p;am,p;am,p;,。用)凡nb,sp;取系数0.5,则F诙父(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/"'口吐"选择冲压设备，实际选用2500kN压力机。(4)第四道工序一一二次弯曲成形(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就可以了，即:1加固板零件二次弯曲的投影面积X =

25、178x140 = 14920底加工”"加外，代入上式，得X 5口田，实际选用2500kN压力机五.编写工艺文件，填写冲压工艺卡。冷冲压工艺卡片标记XJJ0工序说明朝1河底码十 中ii孔一t*21产“孔和两TI幽几3已沙S曲3二仙曲4砧壁制六 个011孔515曜13型号名珠ifiomai 压视I100睚N1E力机七旬4i压抑拉深模及翻边模零件名称：180些油机通风口座子产融麻友伴代号零件名称共克者师髀号弱后毛坯每条件短强足寸可 渔条件数零件送来部门域工科雪悖度在部门悔江段工神每产品痔件数工时舞具工具量且卑小肮生 产量单件定而名新的号名前用号3.3拉深模生产批量：大批大量村料：08酸洗

26、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：H最大卜)+0 伤+ 072。= (1-0 68)+043x8+0.72x1 5=13 48mm而零件的第三阶高度H = 21 5 > H13.48易士由此可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。

27、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力（见图3-21 ）:图3-21拉深后翻边取极限翻边系数1：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：人身大=5 _石曷卜）+0 57凸=0.68)+0.57x3=1 口.67阴附计算冲底孔直径 按公式（5-9）d = 0 + 1 14 尸己-2k3Q.42mwi实际采用计算需用拉深拉出的第三阶高度我工日一血+R + 5=215- 10 + 3 + 15=16wim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

28、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。56 + 1 14x3- 2x10精品资料Ml二 7325m2 = 77,71-4 -531.42万3:7口.184图3-23计算毛坯分析图序号】Xll序号1r1工117T9. 25134/ 25&13, T531. 17428 5926. 6777. T1513. 33722855310,423426. 37TO.

29、 16455, 1047tL S31363. 3835. $9M 2526.6413156.3233.4355. 2539, 375206. T2£1302.17表3-3毛料计算附表（mm）根据公式计算得毛坯直径:7Sx5302.17=206m >71计算相对厚度:£xioo = -xWO = 0-72D 206确定拉深次数:根据54.5513= 0.951x100 = 0.72 D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。

30、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。口 二弟£& 二横(206,72 不42*59 + 56 +156,67三293 43)x!00 = 0.72 D查相应表得第二次拉深系数一二因此，第一次应拉成的第二阶直径d -= 73.6mm076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:0 2572(96.63-84) + 0 36x47511mm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 灰的平板毛坯拉深成图3-22

31、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h底，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。A =0.70 Ax100=0.72根据图3-24所示：取=51,小= 72,4，0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7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o三.进行必要的计算-xl00 = 0.72根据相对厚度门，按照公式判断要使用压边圈按照公式计算得拉深力为：30DDO0/7P= JT/AaEiN 3.14xi58.5xi.5x 450x 0 91压边力为：= 2052 -(160 + 2x8):x2 5式中中的值按相应表选取为25总拉深力：=22000P- P+ G= 300000+ 22000=322800N(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:D凹=(二-0 753)+% = (160- 0.75x0,5)