螺母盒零件冲压工艺与冲模设计

1、南昌航空大学科技学院学士学位论文第 1 页目 录1 绪 论.31.1 模具行业的发展现状及市场前景 .31.2 冲压工艺介绍 .31.3 冲压工艺的种类 .41.4 冲压行业阻力和障碍与突破 .52 冲裁件的工艺分析.72.1 工件尺寸精度 .82.2 工件展开长度计算 .83 冲裁工艺方案的确定 .104 模具结构形式的确定 .115 模具总体设计.125.1 模具类型的选择 .125.2 操作方式 .125.3 卸料、出件方式 .125.4 确定送料方式.135.5 确定导向方式.136 模具设计计算.146.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率.146.2 冲压力的计算.186.

2、3 压力中心的确定 .206.4 模具刃口尺寸的计算 .216.5 模具弯曲部分工作尺寸计算 .237 主要零部件设计.277.1 工作零部件的结构设计.278 校核模具闭合高度及压力机有关参数.338.1 校核模具闭合高度.338.2 冲压设备的选定 .339 设计并绘制模具总装图及选取标准件.3410 模具的安装调试.3510.1 模具的安装调试.35南昌航空大学科技学院学士学位论文第 2 页 参考文献.36南昌航空大学科技学院学士学位论文第 3 页绪绪 论论1.11.1 模具行业的发展现状及市场前景模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，

3、市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2003年我国汽车产销量均突破400万辆，预计2004年产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达

4、国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。1.21.2 冲压工艺介绍冲压工艺介绍冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有

5、6070%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。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南昌航空大学科技学院学士学位论文第 4 页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、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。冲压是高

6、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。1.31.3 冲压工艺的种类冲压工艺的种类冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成

7、品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。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。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，

8、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。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。在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、南昌航空大学科技学院学士学位论文第 5 页出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。 1.41.4 冲压行业阻力和障碍与突破冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一：机械化

9、、自动化程度低美国 680 条冲压线中有 70%为多工位压力机，日本国内 250 条生产线有 32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的 510 倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。突破点：加速技术改造要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机

10、方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。阻力二：生产集中度低许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅 39.2%。突破点

11、：走专业化道路迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套南昌航空大学科技学院学士学位论文第 6 页目前，我国汽车薄板只能满足 60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm 以上)等都依赖进口。突破点：所用的材料应与行业协调发展汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性

12、能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。阻力四：科技成果转化慢先进工艺推广慢在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。突破点：走产、学、研联合之路我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开

13、发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。阻力五：大、精模具依赖进口当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为 40%45%，而国际上一般在 70%左右。突破点：提升信息化、标准化水平必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广 CAD/CAM/CAE 一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。力争 2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60%，2010 年达到70%以上基本满

14、足市场需求。 阻力六：专业人才缺乏业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，南昌航空大学科技学院学士学位论文第 7 页我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。突破点：提高行业人员素质这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气，有计划、分层次地培养。2 2 冲裁件的工艺分

15、析冲裁件的工艺分析本次设计冲压工件如下图： 图 2-1 工件图南昌航空大学科技学院学士学位论文第 8 页2.12.1 工件材料工件材料 由图1-1分析知：工件材料采用08AL。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、s=185 MPa、b=325Mpa、5/%33、硬度(未热处理)131HB。 主要用于制造4mm 以下的

16、各种冷冲压构件，如车身、驾驶室、各种仪表及机器外壳等。2.22.2 工件结构形状工件结构形状工件结构形状相对简单，2 个弯曲，有 2 个异形孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为 1.2mm 满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚） ，可以冲裁加工。2.32.3 工件尺寸精度工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用 IT14 级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。2.42.4 工件展开长度计算工件展开长度计算中性层的确定由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。而欲求中性

17、层长度就必须找到其位置，用曲率半径表示。中性层位置与板料0厚度 t、弯曲半径 r、变薄系数等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置： 0rxt南昌航空大学科技学院学士学位论文第 9 页式中：中性层半径；r弯曲件内弯半径；0 x 为中性层位移系数，其值件下表：表-2r/t0.10.20.30.40.50.60.70.811.2x0.210.220.230.240.250.260.280.30.320.33r/t1.31.522.5345678x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5从弯曲件图可以看到：圆角半径都为 r=2

18、mm，板料厚度 t=1.2mm，查表-2 得x=0.36，则中性层半径为：mmxtr632. 1 2 . 136. 02 . 10=+=+=2、毛坯展开尺寸的计算由于圆角半径 r0.5t，所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层展开长度的总和，即。弯曲件有 2 个弯曲，分别为 L10()180iiiiLlrxt 和 L2，分别计算为： mmL2632. 122.86328 .111+= =102.45mm mmL632. 123362+= =47.12mm 所以工件展开长度 L1 取 102.5，L2 取 47.1mm。 画出工件展开图如图 1.4：南昌航空大学科技学院学士学位论

19、文第 10 页图 2.4 工件展开图3 3 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定方案一：先冲孔，再弯曲，后落料。单工序模生产。方案二：冲孔-弯曲-落料级进冲压。级进模生产。方案三：落料-弯曲-冲孔复合模冲压。复合模生产。表表 3-13-1 各类模具结构及特点比较各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向） （有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达 IT13IT10 级可达 IT10IT8 级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度 0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达 3mm零件平面度低一般中小

20、型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低南昌航空大学科技学院学士学位论文第 11 页适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，

21、成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本比较高。适合大批量生产。方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二最佳。4 4 模具结构形式的确定模具结构形式的确定级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。级进模的定距方式有两种：挡料销

22、定距和侧刃定距。本模具采用侧刃定距。侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距） ，侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 12 页5 5 模具总体设计模具总体设计5.15.1 模具类型的选择模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。5.25.2 操作方式操作方式零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。5.35.3 卸料、出件方式卸料

23、、出件方式5.3.15.3.1 卸料方式卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸

24、模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 工件平直度较高，料厚为 1.2mm 相对较薄，卸料力较大，虽然弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，但设计力求简单，可采用刚性卸料。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 13 页5.3.25.3.2 出件方式出件方式因采用连续模生产，故采用向下落料出件。5.45.4 确定送料方式确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向的凹模长度 L 故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料

25、。5.55.5 确定导向方式确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合

26、模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 14 页6 6 模具设计计算模具设计计算6.16.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率6.1.16.1.1 排样方式的选择排样方式的选择方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模

27、具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。6.1.26.1.2 计算条料宽度计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值通常由表 4 所列搭边值和侧搭边值确定。根据零件形状，查表 4，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值 a=3mm, 由于采用侧刃定距，工件之间的桥连接放在工件中间，所以工

28、件与侧边之间不取搭边值。条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值B0=（Dmax2b1）0 公式（5-1）式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a1-冲裁件之间的搭边值；南昌航空大学科技学院学士学位论文第 15 页b1-侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表 6）可得=1.0mm。板料剪裁下的偏差；（其值查表 5）可得=0.6mm。B0=102.521=104.50-0.60mm故条料宽度为 104.5mm。表表 6-16-1 搭边值和侧边值的数值搭边值和侧边值的数值圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度50矩形或类似矩形制件长度50材料厚度t（mm)工件间

29、 a侧边 a1 工件间 a侧边 a1工件间 a侧边 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.51.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7 表表 6-26-2 普通剪床用带料宽度偏差普通剪床用带料宽度偏差（mmmm）条料宽度 b(mm)条料厚度 t(mm)50501001002002000.40.50.60.720.50.60

30、.70.8230.70.80.91.0350.91.01.11.2南昌航空大学科技学院学士学位论文第 16 页表表 6-36-3 侧刃冲切得料边定距宽度侧刃冲切得料边定距宽度 b b1 1（mmmm）条料宽度 b(mm)条料厚度t(mm)金属材料非金属材料1.51.52.01.52.52.03.01.52.52.54.06.1.36.1.3 确定步距确定步距送料步距 S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲

31、裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。级进模送料步距 SS=Dmax+a1 公式（5-2）Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边S47.1350.1mm排样图如图 5-1 所示。 图图 6-16-1 排样图南昌航空大学科技学院学士学位论文第 17 页6.1.46.1.4 计算材料利用率计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率/BS100% 公式（5-2）式中 A一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距；由此可之， 值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决

32、定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：1） 、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。2) 、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。3) 、 模具结构简单、寿命高。4) 、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积，根据 CAD 软件-工具-查询-面积：A=3408.5mm2所以一个步距内的材料利

33、用率=BS100% 公式（5-2） =3408.5104.550.1100%=65.1%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 65.1%，满足要求。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 18 页6.26.2 冲压力的计算冲压力的计算6.2.16.2.1 冲裁力和弯曲力的计算冲裁力和弯曲力的计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算：F=KLtb 公式（5-4）式中F冲裁力； L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗剪强度；系数；L=102.52+22.12=249.2mm系

34、数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。b的值查表 2 为 310380pa,取 b=380Mpa所以F=KLtb =1.3249.21.2380 =147725.76N 根据计算，模具冲裁力为 147.8KN。弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。1）自由弯曲时的弯曲力公式南昌航空大学科技学院学士学位论文

35、第 19 页V 形弯曲件： ； U 形弯曲件：；20.6bVzKBtFrt20.7bUzKBtFrt式中：、自由弯曲力；B弯曲件的宽度；t弯曲件厚度；rVzFUzF内圆弯曲半径；弯曲材料的抗拉强度；K安全系数，一般取 1.3。b2） 、校正弯曲力公式JqFF A式中：校正力；单位面积上的校正力，Mpa，见表-3；A弯曲JFqF件被校正部分的投影面积，mm2。表-3 单位校正弯曲力 单位（MPa）3）计算本弯曲件弯曲部分，2 处 U 形弯曲，2 处 V 形弯曲。08AL 钢的MPab325 =V 形弯曲力：20.6bVzKBtFrt =22 . 123252 . 12 . 1253 . 16 .

36、 0+ =5704NV 形弯曲力：20.7bUzKBtFrt F1=3327N2 . 123252 . 12 . 1253 . 17 . 0+ F1=5323.5N2 . 123252 . 12 . 1403 . 17 . 0+所以总的弯曲力 F=14354.5N南昌航空大学科技学院学士学位论文第 20 页6.2.26.2.2 卸料力的计算卸料力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般

37、按以下公式计算：卸料力 F X=KXF 公式（5-5）FX=KXF =0.04147.8KN=5.9KN（KX 、KD为卸料力系数，其值查表 7 可得）所以总冲压力FZ=F+FX+FD=147.8KN+5.9KN+14.4N =168.1KN压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为 J2363。表表 6-46-4 卸料力、推件力和顶件力系数卸料力、推件力和顶件力系数料厚 t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0500.0450.025

38、0.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.096.36.3 压力中心的确定压力中心的确定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，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机南昌航空大学科技学院学士学位论文第 21 页滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：1）.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。2）.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压

39、力中心与零件的对称中心相重合。3）.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。X0=（L1x1L2x2Lnxn）/(L1L2Ln) 公式（5-7） Y0=（L1y1L2y2Lnyn ）/（L1L2Ln）公式（5-8）由于该工件在 X 和 Y 方向上高度对称，所以压力中心为（0，0） 。6.46.4 模具刃口尺寸的计算模具刃口尺寸的计算6.4.16.4.1 冲裁间隙分析冲裁间隙分析根据 JB/Z27186 规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号 C表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影

40、响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。1） 、间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。2） 、间隙对模具寿命的影响模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并

41、延缓间隙由于受到制造和南昌航空大学科技学院学士学位论文第 22 页装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。3） 、间隙对冲裁工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的 520%左右时，冲裁力的降低不超过 510%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的 1525%左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。4） 、间隙值的确定由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、

42、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙 Cmin，最大值称为最大合理间隙 Cmax。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要采用最小合理间隙值 Cmin。确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据近年的研究与使用的经验，在确

43、定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。其间隙暂取厚度的 12%，所以由公式：Zmin=厚度12% 公式（5-9）取中间间隙可得：Zmin=112%=0.12mm由于工件形状较简单，所以可分别加工凹、凸模。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 23 页6.4.26.4.2 落料尺寸落料尺寸落料尺寸大小为：为保证冲出合格冲件。冲裁件精度 IT10 以上，X 取 1. 冲裁件精度 IT11IT13,X取 0.75. 冲裁件精度 IT14，X 取 0.5。由于本产品采用

44、IT14 级精度，所以 X 取 0.5.460-0.24 DA=( Dmaxx) +0.020=(460.240.5) +0.020=45.88 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(45.880.24) 0-0.02=45.640-0.02400-0.24 DA=( Dmaxx) +0.020=(400.240.5) +0.020=39.88 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(39.880.24) 0-0.02=39.640-0.0233.50-0.24 DA=( Dmaxx) +0.020=(33.50.240.5) +0.020=33.38 +0.

45、020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(33.380.24) 0-0.02=33.140-0.0225.10-0.12 DA=( Dmaxx) +0.020=(25.10.120.5) +0.020=25.04 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(25.04 0.24) 0-0.02=24.8 0-0.0215.750-0.12 DA=( Dmaxx) +0.020=(15.750.120.5) +0.020=15.69 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(15.69 0.24) 0-0.02=15.45 0-0.02140-0.12 DA=(

46、 Dmaxx) +0.020=(140.10.5) +0.020=13.95 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(13.95 0.24) 0-0.02=13.71 0-0.0212.50-0.06 DA=( Dmaxx) +0.020=(12.50.060.5) +0.020=12.47 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(12.47 0.24) 0-0.02=12.23 0-0.0290-0.06 DA=( Dmaxx) +0.020=(90.060.5) +0.020=8.97 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(8.97 0.2

47、4) 0-0.02=8.73 0-0.0230-0.03 DA=( Dmaxx) +0.020=(30.030.5) +0.020=2.98 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(2.980.24) 0-0.02=2.76 0-0.02南昌航空大学科技学院学士学位论文第 24 页6.56.5 模具弯曲部分工作尺寸计算模具弯曲部分工作尺寸计算6.5.16.5.1 凸模圆角半径凸模圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径 r/t 较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径 r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径 rmin。由前面所述，该工件的相对弯曲半径等于最小相对弯曲半径，那么

48、，凸模的圆角半径应等于工件内侧圆角半径，即=2mm。tR6.5.26.5.2 凹模圆角半径凹模圆角半径 凹模圆角半径的大小不会直接影响到弯曲件的圆角半径，但是过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小，毛坯如凹模困难，会擦伤毛坯表面。另外，凹模两侧的圆角半径必须相等，否则会引起板料偏移。在实际生产中通常根据材料厚度选取凹模圆角半径：当 ； ；2,(3 6)atmm Rt2 4,(2 3)atmm Rt 。由于采取级进模弯曲，且 r=3mm，因此，取=3mm。4,2atmm RtaR6.5.36.5.3 凹模深度凹模深度 凹模深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工作回弹大，不平直；若深度过

49、大则凹模过高，浪费模具材料并需要较大的压力机工作行程。 对于 U 型弯曲件，如果弯曲件直边较长，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度值见下表：表-4 弯曲 U 型件的凹模深度（mm）凹模的具体尺寸见凹模零件图。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 25 页6.5.46.5.4 凸、凹模的间隙凸、凹模的间隙 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

50、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： ；2ZtCt 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 0.15mm 由公式可得：356. 11.205. 015. 02 . 12=+=+=kttZ6.5.56.5.5 U U 形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差 凸、凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸

51、、凹模的横向尺寸。当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差应根据工件尺寸、公差、回弹情况以及模具的磨损规律而定。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 26 页 1）弯曲件标注外形尺寸 凹模尺寸为 03()4ddLL 凸模尺寸为 （或凸模尺寸按凹模实际尺寸配制，保重单面间隙0()ppdLLZZ/2） 2) 弯曲件标注内形尺寸 凸模尺寸为 03()4ppLL 凹模尺寸为 （或凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保重单面间0()ddpLLZ隙 Z/2） 式中：LU 形弯曲件基本尺寸，mm；、凸、凹模工作部分尺寸，pL

52、dLmm；弯曲件公差，mm；、凸、凹模制造公差，选用 IT7IT9 级精度，pdmm；Z/2凸、凹模单面间隙。 由弯曲件图可以看出弯曲件标注外形尺寸，且弯曲件未标注尺寸公差，则按未按公差 IT14 级来处理，查表得弯曲件公差，凹模制造公差，选用 IT90.52mm d级精度，凸模制造公差，选用 IT8 级精度。0.052dmmp0.033pmm凹模尺寸为03()4ddLL L1=(40.4-0.751.356)052. 00+ =39.383mm052. 00+ L2=(69.4-0.751.356)052. 00+ =68.383mm052. 00+凸模尺寸为03()4ppLL L1=(38

53、+0.751.356)0033. 0- =39.017mm0033. 0-南昌航空大学科技学院学士学位论文第 27 页 L2=(67+0.751.356)0033. 0- =68.017mm0033. 0-7 7 主要零部件设计主要零部件设计7.17.1 工作零部件的结构设计工作零部件的结构设计7.1.1.7.1.1. 凹模洞的类形凹模洞的类形 常用凹模洞口的类形如图 6 所示： 图 6 其中图 a、b、c 为直筒式刃的凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料（或制件的聚集而增大了推件力和凹模的胀裂力，给凸、凹模的强度都

54、带来了不利的影响。一般复合模上出件的冲裁模用图 a、c 型，下出件的冲裁模用图 b 或图 a 型，图 d、e 型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大（如 300时，刃磨 0.1mm 时，其尺寸增大 0.0017mm凹模锥角 ，后角 和洞高度 h，均随制件材料厚度增加而增大，一般取15302030 h=4-10mm 综上所述及其对工件孔分析，选择 a 型凹模洞口，取 h=12mm，周边为 1mm。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 28 页7.1.27.1.2 凹模的外形尺寸凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模

55、有足够的强度，刚度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的如图 7 所示 凹模的厚度为: 1+ kb (15) 凹模壁厚度为 c=(1.52)H (3040mm) 式中 b 为冲裁件的最大外形尺寸；K 为系数,是考虑板料厚度影响的系数可以冲压工艺与模具设计表 282 中查得代入数据可得冲孔凹模落料凹模： H=0.45102.5=46.125mm 取 H=50mm7.1.37.1.3 模具的其它零件模具的其它零件 1、模具除简单冲模外，一般冲模多利用模架的结构。模架的和种类很多，要根据模具的精度要求，模具的类别，模具的大小选择合适的模架.模架的选择可从实用模

56、具技术手册P192 页选择标准架。根据查阅的内容及分析，此级进模可选用对角导柱模架导、导柱安装在后侧，有偏心裁荷时容易歪斜，滑动不够平稳，可从左右前三个方向关料操作比较方便。常用于一般要求的小型工件的冲裁和拉深模。所选模架的结构及尺寸关系如图 8 所示：南昌航空大学科技学院学士学位论文第 29 页L =300mm B=280mm 上模座：30028040 下模座 30028060导柱，32190 导套 3210543 Hmax=210 Hmin=170mm 其余尺寸见上下模座零件图，可以冲压手册冲压模具常用标准件选择。2模柄模柄有多种形式，要根据模具的结构特点，选用模柄的形式模柄的直径根据所选

57、压力机的模柄孔径确定，模柄可根据实用模具技术手册P201 页选择，经查阅各种模柄的特点，选用压入式模柄，这种模柄应用比较广泛压入模柄的结构和尺寸，可参表 11-10 制造，表中 B 型模柄中间有孔可按装打料杆，用压力机的打料模杆进行打料，模柄的结构及尺寸关系如图 9 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文第 30 页 图 9 d=30 D=32 D1=42mmmm065.01950.0mm025. 0009. 0 h=78mm h2=30mm h1=5mm b=2mm a=0.5mm d1(H7)=6+0.012 d2=11mm3、卸料板卸料板的主要作用是将冲压的料从凸模或凸、凹模上推下来，此

58、外在进模比较复杂的模具中，卸料板还具有保护小凸模作用，常用的卸料板结构形式及适用范围见表 11-24 和第八章级进模表 8-10实用模具技术手册卸料板的尺寸可根据实用模具技术手册表 11-25 查得，本模具选用刚性卸料板。卸料板的结构与尺寸关系如图装配图所示，4弹顶和推出装置弹顶装置由弹簧元件组成装于模具的下面通过顶杆起到推料的作用，弹顶装置通南昌航空大学科技学院学士学位论文第 31 页常在压力机的工作台孔中，弹顶装置结构形式见表 11-26实用模具技术手册 ，具体结构及尺寸见装配图及零件图所示，见图表（10）设计模具时选用橡胶。5、导向装置（导柱 导套）导向装置指得是模架上的导柱、导套。模具

59、在开模，闭模过程中，导柱和导套起导向的作用，使得凸凹模正确的闭合，故此，导柱、导套需要有严格的配合精度及尺寸要求，导柱、导套的选择可以冲压手册中选取， （取 H7/h6 配合） 如图 11 a 导柱的具体尺寸为： d=32 L=190mmmm0016. 0导套的具体尺寸为(图 11 .b) 图 11 D=32025. 00 D(r6)=450050. 0034. 0 L=105mm h=43mm L=25mm南昌航空大学科技学院学士学位论文第 32 页 油槽数为 2 b=3；a=16、固定零件（固定板、垫板）1）垫板的作用是承受凸模和凹模的压力，防止过大的冲压，在上下模座上压出凹坑，影响模具的

60、正常工作，垫板厚度根据压力机的大小选择，一般取 5-12mm，外形与固定板相同，材料 45 钢，热处理后硬度为 45-48HRC，如图 12a .b 所示：垫板在模具中的受力情况2）固定板 固定板的作用起固定凸、凹模，防止其在冲压过程中松动，造成模具的损坏，固定板的形状要根据凸、凹模而定，而外形尺寸与垫板相似。固定板和具体形状尺寸见零件图所示。7、连接零件此类零件包括螺钉、销钉等，主要作用是联接其它零部伯，使之共同完成工件的制造，螺钉和销钉可由冲压手册第十章、第七、八章查选，形状及尺寸见七、八节图所示现选螺钉 M12 圆柱销 d=8，则冲压模上有关螺钉孔的尺寸见表 10-28冲压手册D=27