2025年《冷冲模设计》试卷及答案

2025年《冷冲模设计》试卷及答案一、填空题（每空1分，共20分）1.冷冲模设计中，冲裁间隙的合理选择直接影响冲裁件的断面质量、尺寸精度及模具寿命，当材料厚度为t时，单边间隙Z的经验取值范围通常为（0.02t~0.12t）（具体数值需结合材料性能调整）。2.弯曲件的最小相对弯曲半径r/t主要由材料的（塑性）决定，塑性越好，该值（越小）。3.拉深过程中，为防止起皱需设置压边圈，压边力的计算需满足（F压≥σs×π[(D-d-2r凹)/2]^2）（σs为材料屈服强度，D为毛坯直径，d为拉深件直径，r凹为凹模圆角半径）。4.级进模中，导正销的主要作用是（精确定位条料），其直径通常比冲孔凸模直径小（0.02~0.05mm），以避免与已冲孔干涉。5.冲裁模中，凸模与凹模的刃口尺寸计算需遵循“（落料以凹模为基准，冲孔以凸模为基准）”的原则，间隙值由（凹模或凸模）的尺寸公差保证。6.弹性卸料板适用于（薄料）或（冲裁件表面质量要求高）的场合，其卸料力通常（小于）刚性卸料板。7.模具闭合高度是指（模具在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面的距离），需满足压力机闭合高度的要求：H模≥H闭合min+10mm，H模≤H闭合max-5mm。8.排样设计中，搭边的作用是（补偿定位误差）、（防止条料边缘拉裂）及（保证冲裁件质量），其值过大会增加材料消耗，过小则易导致（送料困难或冲裁件尺寸不稳定）。9.冷冲模失效的主要形式包括（磨损）、（断裂）、（塑性变形），其中（磨损）是最常见的失效形式。二、选择题（每题2分，共20分）1.以下关于冲裁间隙的描述，正确的是（C）。A.间隙过小会导致凸模刃口磨损加剧B.间隙过大会使冲裁件毛刺减小C.软钢的合理间隙通常大于硬钢D.间隙对卸料力无影响2.设计弯曲模时，为补偿弯曲件的回弹，可采取的措施是（B）。A.增大凸模圆角半径B.在凸模上设计补偿角C.减小凹模深度D.降低材料厚度3.级进模中，工位排列需遵循的原则不包括（D）。A.先冲孔后落料B.先拉深后冲孔（避免拉深后冲孔导致变形）C.相邻工位形状避免突变D.所有工位同时冲裁4.计算冲裁力时，公式F=K×L×t×τ中，K为修正系数，其取值主要考虑（A）。A.模具刃口磨损及材料性能波动B.压力机公称压力C.卸料力与推件力D.冲裁件形状复杂度5.弹性元件（如弹簧）在模具中的预压缩量一般为自由高度的（B）。A.5%~10%B.10%~20%C.25%~30%D.35%~40%6.以下哪种凹模结构适用于冲裁薄料且形状复杂的零件？（A）A.镶拼式凹模B.整体式凹模C.组合式凹模D.阶梯式凹模7.拉深模中，凹模圆角半径r凹过小时会导致（C）。A.拉深力减小B.材料流入凹模阻力减小C.拉深件侧壁拉裂D.起皱倾向增加8.冲模压力中心与压力机滑块中心不重合时，会导致（D）。A.冲裁力增大B.模具寿命延长C.材料利用率提高D.滑块偏载、模具磨损加剧9.排样时，无搭边排样的优点是（B）。A.冲裁件尺寸精度高B.材料利用率可达85%~95%C.模具寿命长D.对条料定位要求低10.弯曲件的弯曲线与板料纤维方向垂直时，其最小相对弯曲半径（A）。A.小于平行时的数值B.大于平行时的数值C.等于平行时的数值D.与纤维方向无关三、简答题（每题6分，共30分）1.简述冲裁模凸、凹模刃口尺寸计算的步骤。答：（1）确定冲裁件的尺寸公差及落料/冲孔类型；（2）落料时以凹模为基准，凹模尺寸取冲裁件尺寸公差的下极限，凸模尺寸=凹模尺寸-2Z（Z为双边间隙）；（3）冲孔时以凸模为基准，凸模尺寸取冲裁件尺寸公差的上极限，凹模尺寸=凸模尺寸+2Z；（4）考虑磨损规律，凹模（落料）刃口尺寸向小磨损，故取接近冲裁件最小极限尺寸；凸模（冲孔）刃口尺寸向大磨损，故取接近冲裁件最大极限尺寸；（5）计算结果需符合模具制造公差要求（凸、凹模公差之和≤冲裁件公差）。2.分析级进模与复合模的主要区别及适用场合。答：区别：（1）工序完成方式：级进模在不同工位顺序完成多工序，复合模在同一工位同时完成多工序；（2）模具结构：级进模需设置送料导向与定位装置（如导正销、侧刃），复合模需设置凸凹模及内外卸料装置；（3）生产效率：级进模适合连续生产，效率更高；复合模适合小批量或高精度零件。适用场合：级进模用于批量大、形状复杂、需多工序加工的零件（如电子接插件）；复合模用于批量中等、精度要求高且工序数少的零件（如垫圈）。3.列举弯曲件常见缺陷及预防措施。答：常见缺陷：（1）回弹：材料弹性变形未完全消除；预防措施：补偿法（设计凸模角度=弯曲件角度-回弹角）、校正法（增加校正力）、加热弯曲。（2）弯裂：材料塑性不足或弯曲线与纤维方向平行；预防措施：选择塑性好的材料、弯曲线与纤维方向垂直、增大弯曲半径。（3）偏移：弯曲力不对称或定位不稳定；预防措施：设计对称弯曲件、增加定位销或压料装置。4.说明拉深模中压边圈的作用及压边力的控制原则。答：作用：抑制拉深过程中毛坯凸缘部分因切向压应力过大而产生的起皱现象。控制原则：（1）压边力需足够大以防止起皱，但不能过大导致拉裂；（2）压边力应均匀分布，避免局部压力过高；（3）压边力需随拉深行程调整（如液压压边可动态控制）；（4）计算公式F压=A×q（A为压边面积，q为单位压边力，q取值范围：软钢0.8~1.2MPa，硬铝1.2~1.8MPa）。5.简述冷冲模装配的关键技术要求。答：（1）凸、凹模间隙均匀：通过垫片法、透光法或试冲法调整，间隙偏差≤0.02mm；（2）导向精度：导柱与导套配合间隙≤0.015mm，保证上下模运动平稳；（3）定位准确：挡料销、导正销与工件定位孔配合间隙≤0.03mm；（4）卸料与推件灵活：弹性卸料板行程≥材料厚度+2mm，刚性推件装置需保证推件力均匀；（5）闭合高度符合压力机要求：H模=上模座厚度+凸模固定板厚度+凸模长度-凹模刃口进入凹模深度+凹模厚度+下模座厚度，需在压力机闭合高度调节范围内。四、分析题（每题10分，共20分）1.某企业采用普通冲裁模生产08钢垫圈（料厚t=2mm，内径d=10mm，外径D=30mm），发现冲裁件断面出现明显二次剪切带（占比约30%），且毛刺高度达0.3mm（允许值≤0.15mm）。试分析可能原因及解决方案。答：可能原因：（1）冲裁间隙过小：08钢为软钢，合理单边间隙Z≈（5%~8%）t=0.1~0.16mm，若实际间隙小于此值，会导致凸模切入材料后，凹模刃口附近材料因间隙不足无法及时分离，产生二次剪切；（2）模具刃口磨损：刃口钝化后，材料断裂延迟，毛刺高度增加；（3）卸料力过大：卸料板压料过紧，导致材料在冲裁过程中受拉，断面质量恶化。解决方案：（1）测量实际间隙，调整凸、凹模间隙至0.12~0.15mm（双边间隙0.24~0.3mm）；（2）修磨凸、凹模刃口，保证刃口锋利（刃口圆角半径≤0.01mm）；（3）检查卸料板弹簧预压力，适当减小压料力（单位压料力建议0.5~0.8MPa）；（4）试冲时观察材料流动状态，必要时在凹模刃口处增加2°~3°的斜度，改善断裂条件。2.设计一副用于生产矩形拉深件（尺寸：长×宽×高=80mm×50mm×30mm，料厚t=1.5mm，材料为10钢）的拉深模，需重点考虑哪些设计要点？答：（1）毛坯尺寸计算：根据体积不变原则，毛坯直径D=√[(长×宽+4×高×(长+宽-π×r凹))/π]（r凹取(5~8)t=7.5~12mm），需修正后试拉深确定；（2）拉深系数m=（拉深件短边宽度-2r凹）/D，需保证m≥mmin（10钢首次拉深mmin=0.5~0.55），若m过小需增加拉深次数；（3）凹模圆角半径r凹=(5~8)t=7.5~12mm，凸模圆角半径r凸=(0.6~0.8)r凹=4.5~9.6mm，避免圆角过小导致拉裂；（4）压边圈设计：采用弹性压边（如橡胶或氮气弹簧），压边力F压=q×(D²/4(长-2r凹)(宽-2r凹))，q取1.0~1.2MPa；（5）润滑：在毛坯与模具接触表面涂抹拉深油（如机油+石墨），降低摩擦系数（μ≤0.1）；（6）模具间隙：单边间隙c=(1.1~1.2)t=1.65~1.8mm，保证材料顺利流入凹模；（7）排气孔：在凹模底部设置φ3~φ5mm排气孔，防止拉深件底部因真空吸附难以脱模。五、计算题（每题10分，共30分）1.计算冲裁件（如图1所示，材料为Q235钢，t=3mm，τ=300MPa，δ=45°）的冲裁力、卸料力及总冲压力。已知：冲裁周长L=120mm，卸料力系数K卸=0.04，推件力系数K推=0.05，凹模刃口直壁高度h=6mm，冲裁件卡在凹模内的数量n=h/t=2（取整）。解：（1）冲裁力F冲=K×L×t×τ=1.3×120×3×300=140400N（K=1.3为修正系数）；（2）卸料力F卸=K卸×F冲=0.04×140400=5616N；（3）推件力F推=K推×n×F冲=0.05×2×140400=14040N；（4）总冲压力F总=F冲+F卸+F推=140400+5616+14040=160056N≈160kN。2.设计冲孔模（冲孔直径d=φ20mm，材料为30钢，t=2mm，Zmin=0.08mm，Zmax=0.12mm，冲裁件孔尺寸公差IT10（±0.05mm）），计算凸、凹模刃口尺寸及公差（凸模制造公差δ凸=0.02mm，凹模制造公差δ凹=0.03mm）。解：冲孔模以凸模为基准，凸模尺寸取冲裁件孔的最大极限尺寸：d凸=20+0.05=20.05mm；凹模尺寸d凹=d凸+Zmin=20.05+0.08=20.13mm；验证δ凸+δ凹=0.02+0.03=0.05mm≤冲裁件公差0.1mm（IT10公差为0.1mm），满足要求；最终尺寸：凸模d凸=20.05⁻⁰·⁰²mm，凹模d凹=20.13⁺⁰·⁰³mm。3.某拉深模采用矩形截面弹簧（弹簧中径D=40mm，钢丝直径d=6mm，有效圈数n=8，材料为65Mn，许用切应力[τ]=450MPa，切变模量G=80000MPa），要求预压缩量f0=15mm，工作行程f=20mm，计算弹簧的最大工作负荷及校核其强度。解：（1）弹簧刚度k=G×d⁴/(8×D³×n)=