轴盖冲压工艺分析与模具设计

任务书

设计题目：轴盖冲压工艺分析与模具设计

1.设计的主要任务及目标

（1）任务：

1）模具装配图及零件图

2）设计说明书一本

3）电子资料一份

（2）目标：

在教师的指导下，锻炼学生综合运用所学的基础与专业知识，分析与解决工

程实际问题的能力。

2.设计的基本要求和内容

（1）设计的基本要求：

1）收集、学习和掌握有关资料，熟练使用有关没计手册；

2）同学间互相讨论，按时向老师汇报和讨论，独立完成设计任务；

3）模具图纸符合机械制图规范，使用计算机绘制；

4）设计说明书内容充实、语句通顺，计算准确、论点和公式有据可查。

（2）设计的主要内容：

1）对给定工件进行工艺分析，确定工艺方案；

2）进行冲压工艺计算

3）模具的总体设计

4）模具主要工作零件的设计计算：

5）编写设计说明书

3.主要参考文献

1）张如华，赵向阳，章跃荣.冲压工艺与模具设计［M］：清华大学出版社,20063

2）郝滨海，冲压模具简明设计手册［M］：化学工业出版社，2005.1.

3）付建军，模具制造工艺学［M］：机械工业出版社，2007.11.

4）周玲，冲模设计实例详解［M］：化学工业出版社，2007.3.

5）周本凯，冲压模具设计实践100例［M］：化学工业出版社，2008.3.

6）《冲模设计手册》编写组，冲模设计手册一一模具手册之四［M］：机械工

业出版社，1988.7.

7）廖念钊，莫雨松，李硕根，等.互换性与技术测量［M］：中国计量出版社，

2007.6.

8）丁松聚.冷冲模设计［M］：机械工业出版社，2001.10

4.进度安排

设计各阶段名称起止日期

的建洛花!•、完成衣献综述9O14OI10至90140310

轴盖冲压工艺分析与模具设计

摘要：拉深件在日常生活中十分常见。而且冲压加工在国民经济的加工工业中占有重

要的地位，广泛应用于汽车、军工、家电、电机、仪表等工业领域，从精细的仪表指

针、电子原件到重型汽车的内、外覆盖件以及飞机蒙皮等都需冲压加工。而冲压件的

质量好坏在很大程度上取决于模具设计、制造的技术水平。在市场竞争日趋激烈的今

天，怎样快速、高质量地设计、制造处产品模具，使所生产的产品质量高、成本低、

上市快，已成为赢得竞争的重要因素。

本文主要介绍拉深件模具的设计、制造方法。在进行模具设计时，通过对轴盖冲

压件的冲压工艺性综合分析，毛胚直径，修边余量，是否需要压边圈，拉伸次数从而

确定了冲压件的最佳工艺方案；通过计算板料的利用率，详细分析板料排样设计的合

理性；通过对冲裁件的冲裁方式的分析及冲裁过程中所需力的计算，选用了模架总体

结构和冲压设备。在查阅多种资料后，确定模具各零部件的尺寸。在进行模具制造时,

综合考虑生产成本和现有的加工水平。

关键词:工艺性分析，工艺方案选择，模具设计与制造

目录

I前言...........................................................1

2轴盖冲压工艺性分析.............................................3

2.1产品结构形状分析.............................................4

2.2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析..........................4

2.2.1尺寸精度...................................................4

2.2.2冲裁件断面质量.............................................4

2.2.3产品材料分析...............................................4

2.2.4生产批量...................................................4

3确定工艺方案...................................................5

4冲模结构的确定.................................................5

4.1模具的结构形式...............................................5

4.2模具结构的选择...............................................6

5零件冲压工艺计算.............................................6

5.1确定修边余置.................................................6

5.2初算毛坯直径.................................................6

5.3判断一次能否拉出.............................................6

5.4拉深系数的确定...............................................7

5.5压边圈的确定.................................................7

6排样...........................................................7

6.1搭边..........................................................7

6.2送料步距和条料宽度...........................................8

6.3板料利用率...................................................8

7冲裁力，拉深力的计算.........................................8

7.1落料工序.....................................................9

7.2拉深工序....................................................9

7.3冲孔工序.....................................................10

7.4计算完成零件冲压所需的力，并选择压力机.....................10

8主要工作尺寸的计算............................................II

8.1拉深间隙的计算..............................................II

8.2拉深凸、凹模圆角半径的计算..................................11

8.2.1凹模圆角半径的计算.........................................11

8.2.2凸模圆角半径的计算.........................................11

8.3计算模具刃口尺寸............................................12

8.3.1落料模刃口尺...............................................12

8.3.2拉深模工作部分尺寸计算....................................13

8.3.3冲孔模刃口尺寸计算.........................................13

9计算模具其它尺寸..............................................14

9.1凹模.........................................................14

9.1.1凹模壁厚...................................................14

9.1.2凹模厚度...................................................14

9.1.3刃壁高度...................................................14

9.2上凸凹模....................................................14

9.3卜凸凹模.....................................................16

9.4凸模.........................................................17

9.5校核凸模强度、刚度..........................................18

9.5.1凸模的强度校核.............................................18

9.5.2凸模刚度的校核..............................................18

10选用标准模架.................................................19

10.1模架的类型..................................................19

10.2模架的尺寸.................................................19

11选用辅助结构零件.............................................20

11.1导向零件的选用..............................................20

11.2模柄的选用..................................................21

11.3卸料装置....................................................21

11.4推件、顶件装置.............................................21

11.5定位装置....................................................22

11.6固定挡料销的选用...........................................22

12编制冲压工作零件工艺卡......................................22

12.1落料凹模的选材、加工及热处理工艺过程......................22

12.2上凸凹模的选材、热处理及加工工艺过程......................23

12.3下凸凹模的选材、热处理及加工工艺过程......................24

12.4凸模的选材、热处理及加工工艺过程..........................24

13编制制件冲压工艺卡..........................................26

总结...........................................................27

参考文献.........................................................29

致谢...........................................................30

1前言

本设计课题是轴盖冲压工艺分析与模具设计，通过这次设计使我们对冲压中

经常遇到的问题以及冲压中最需要考虑的问题做了深入的了解和探究。设计说明

书的书写使我们更清晰地更详细地了解了整套模具的设计步骤和思路。通过设计

过程中查阅各种资料，不仅丰富了我们的见识也使我们更加直观清晰地了解到冷

冲压技术的广阔应用前景和发展趋势。

随着近代工业的发展，冷冲压技术得到了进一步的研究和推广，它是金属

塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，旨在提高生产率和产品质量，降低成

本和扩大冲压技术的应用范围。为了减少拉深件的成型次数提高生产率又发明了

多种拉深方法如反向拉深、双向拉深等。为了提高冲压件的精度，采用的是精密

冲压。冲模是实现冲压生产的基本条件，模具的结构和精度正朝着高效、精密、

长寿命、多工位的方向发展；为了适应产品的更新换代，快速成形方法一一爆炸

成形、激光冲击成形、超塑性成形等方法以及简易经济冲模的设计与制造也得到

迅速发展。模具设计与制造的现代化，目前最为突出的是模具CAD/CAE/CAM,

为了提高试冲率节约材料可以预先通过CAE/CAM软件进行计算机模拟，这一点

极大地提高了工件成型的设计成功率节约了各种成本。模具的加工方法迅速现代

化，各种加工中心、高速铳削、精密磨削、电火花铳削加工、慢走丝线切割等技

术已全面走向数控（NC）或订算机数控（CNC）化。

冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军

工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器

及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与

冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲

压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统

计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件：电视机，收录机,，摄像机里有

90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是

使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。因此，冲压设

计作为冲压生产的技术准备工作，在冲压生产中占据重要地位。本设计为轴承盖

的拉深、冲孔、落料连续模，材料为10钢。研究此课题，目的是全面系统的归

纳整理基础理论和专业知识，对工件进行工艺分析和模具设计，同时从生活一些

很小的方面寻找我们在工艺上与国外的差距，不断的学习、吸收先进的模具工艺

和制造技术，进一步使我们的设计制造水平有所提高。

按照中国模具工业协会的划分，我国模具基本分为10大类，其中，冲压模

具占主要部分。按产值计算，目前我国冲压模占50%左右。

我国冲压大多为简单模、单工序模等，精冲模、精密复合模还为数不多，模

具平均寿命不足100万次，模具最高寿命可达到1亿次以上,精度达到3〜5Um,

有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000

万次，精度达到2〜3um相比，处于20世纪80年代中期国际先进水平。

近年来，冲压成形工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁，精密成形，精

密剪切，复合材料成形，超塑性变形，软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异,

冲压件的成形精度日趋精确，生产率也有很大的提高，正在把冲压加工提高到高

品质的，新的发展水品。前几年的精密冲压主要指对平板零件进行精密冲裁，而

现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲，精密拉深，压印等，可以进行复杂零

件的立体精密成形。过去的精密冲裁只能对厚度为5〜8mm以卜的中板或薄板进

行加工，而现在可以对厚度达25mm的厚板实现精密冲裁，并可对抗拉强大大于

900MPA的高强度合金材料进行紧密冲裁。

目前，我国冲压模具工业技术水平参差不齐，分布差异性较大。从总体上来

讲，与发达工业国家先进水平相比，述有较大的差距。在采用

CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计和制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是

技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD技术设计模具方面，仅有20%的模

具在设计中采用了CAD,距抛开绘图板还有漫长1勺一段路要走；在应用CAE进

行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多数还处于试用阶段；在应

用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设

备联网率较低，只有15%左右的模具制造装备近年来才开展这项工作；在应用

CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化工

作。

我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧、在周期长、精度差、效率低,

至今任在使用普通的锻、车、铳、包h磨、钻设备加工模具，热处理加工任在使

用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，

技术进步力度不大。虽然今年来也引进了不少先迸的模具加工设备，但过于分散,

或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分的发

挥。

我国的模具工业相对较落后，至今任不能称其为一个独立的行业。我国目前

的模具生产企业可划分为四大类：专业模具厂，专业生产外供模具；产品厂的

模具分厂或车间，以供给本产品厂所需的模具为主要任务;三资企业的模具分厂,

其组织模式与专业模具厂相似，以小而专为主；乡镇模具企业，与专业模具厂

相似、其中以第一类数量最多，模具产量约占总产量的70%以上。我国模具行业

管理体制分散。目前有19个大行业部门制造和使用模具，没有统一管理的部门。

仅靠中国模具工业协会统筹规划，集中攻关，跨行业、跨部门管理困难很多。

模具适合中小型企业组织生产，而我国技术改造投资向大中型企业倾斜时，

中小型模具企业的投资得不到保证。包括产品厂的模具车间、分厂在内，技术改

造后不能很快收回其投资，甚至负债累累，影响发展。

尽管与工业发达国家相比，我国冲压技术还比较落后，但也形成了一套比

较成熟的体系。而端盖，形状简单对称，无狭槽，冲压技术完全可行。转子轴

承端盖并不是精密零件，尺寸精度和位置精度要求不是很高，而冲压具有精度高

的特点，完全可以满足精度要求。模具是技术密集型产品，其制造属单位小批量

生产，具有难加工，精度高，技术要求高，生产成本高的特点。所以，只有在冲

压生产批量大的情况下，冲压成形加工的有点才能充分体现。而轴承端盖市场需

求量比较大，要求大批量生产，符合冲压成形加工的要求。生产效率得到提高，

从而获得更好的经济效益。

2轴盖冲压工艺性分析

图1

2.1产品结构形状分析

如图1所示，该拉深零件为轴对称结构，圆筒形拉深件，其外形最大尺寸为

75mm,属中小型冲压件，材料厚度为l=2mm,相对厚度较小，满足冲裁工艺性

要求，并旦冲压经济性良好。

2.2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析

2.2.1尺寸精度

零件图上的未注尺寸公差要求为IT13o

2.2.2冲裁件断面质量

板料厚度为2,查表2.2,生产时毛刺允许高度为WO.l5mm,本产品在断面

质量和毛刺高度上没有严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的

断面质量可以保证。

2.2.3产品材料分析

对于冲裁件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公

差符合国家标准。本设计产品所用的材料是10钢，为优质碳素结构钢，其力学

性能是强度、硬度和塑性指标适中，经热处理后，用冲裁的加工方法是完全可以

成形的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以采用国家标准的板材,

其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。

2.2.4生产批量

产品生产批量为大批量生产，适于采用冲压加工的方法，最好是采用复合模

或级进模，这样将很大地提高生产效率.，降低生产成木。

3确定工艺方案

对于此零件的冲裁工艺，先进行工艺分析。由于零件底部有一圆筒拉深部分,

需要考虑落料与拉深的先后顺序问题。经分析得出要有：落料、拉深、切边、冲

孔。然后进一步分析工艺，得出以下工艺分析。

（1）落料、拉深、冲孔、切边各单工序依次成型。

设计简单明了，设备冲裁力不必很大就可以完成工作。但每套供需都要制作

一套模具，至少需要四套以上模具，模具费用昂贵，生产成本较高，工序繁琐，

生产效率低。并且坯料坯料每经过一道工序就要重新定位以便于加工，这就增加

了尺寸误差，使产品精度下降。

（2）落料拉深级进、冲孔切边级进工序。

级进模制作简单，操作方便。但需要工时较多，且不能在一次行程下完成。

定位不准确。

（3）落料、拉深、冲孔、切边复合工序。

四工序复合模，生产效率高，工件精度高，但模具制造复杂，调整和维修难

度大。

（4）落料、拉深、冲孔复合、切边。

其生产效率高，制件精度高，模具制造和调整维修比较麻烦。

综合考虑成本、效率、精确度等方面因素，采用第四套方案。

4冲模结构的确定

4.1模具的结构形式

复合模可分为正装式和倒装式两种形式。

（1）正装式的特点：工件和冲孔废料都将落在凹模表面，必须清除后才能

进行下一次冲裁，造成操作不方便、不安全，但冲出的工件表面比较平直。

（2）倒装式的特点：冲孔废料由冲孔凸模落入凹模洞口中，积聚到一定的

数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料r但工件表面平直度较差，凸凹模承受

的张力较大。

4.2模具结构的选择

经分析，若工件表面平直度较差，影响零件的使用，而工件和冲孔废料在有

气源车间可以方便地清除。综合比较两种方式，决定采用正装式复合模。

5零件冲压工艺计算

5.1确定修边余量

料后大于1mm,按中线尺寸计算。

查表6-3,当d，d=75/38=1.97,4=75时,取修边余量Ad=3.0mm。故实

际凸缘直径：

dt=(75+2X3.0)mm=81mm

5.2初算毛坯直径

由表6-5所列毛坯直径计算公式，初算毛坯直径为：

344rd______

2

=V81+4x38x14-3.44x4x38

=90.62

^91

5.3判断一次能否拉出

由h/d=14/38=0.37

d(/d=81/38=2.13

t/D=2/91=2.1%

查表6-18,第一次拉深许可的相对高度h/d=0.35^0.45之间，0.37在其中,

所以一次可以拉出。

5.4拉深系数的确定

由坏料直径D=91,筒形件的中线尺寸d=38,可得拉深系数为：

m=d/D=38/91=0.42

5.5压边圈的确定

由表6-12知，拉深时t/D=2/91=2.1%,m=0.42,可以用压边圈

6排样

单排，如图2

图2

6.1搭边

查表3-10得a=1.8,a1=2.0

6.2送料步距和条料宽度

查表3-11得b()=0.8

送料步距

A=D+a=91+1.8=92.8

条料宽度

B=(D+2a,+2A4-b0)!?A

=(91+2x2.0+2x1+0.8)2,

=97.8°.

-I

6.3板料利用率

选用2mmX600mmX500mm的板料。

采用横裁可裁条料数为

\二600+97.8=6（条），余17.2mm,

每条板料可冲制件数

（n2=500-1.8）4-92.8=5（件），

则每张板料可冲制件为

n=6X5=30（件G

经计算采用竖裁每张板料不如横裁省料。

板料利用率为

30x3.14x45.5?

%=x100%==65.01%

LB600x500

7冲裁力，拉深力的计算

7.1落料工序

F=乙5

=3.14X91X2X440

=251.45KN

式中：F——冲裁力，N；

L——冲裁件受剪切周长，L=^-d；

t——板料厚；

外---材料抗拉强度，查表2-3,取值为400MPa。

Fw=K卸F=251.45X0.025=6.29KN

百页=K顶尸=25L45X0.06=15.09KN

式中：尸卸——卸料力；

K卸——卸料力系数，查表得K却=0.025；

%——顶件力；

K顶——顶件力系数。查表得K顶=0.006。

4=b+以+耳贞

=251.45+6.29+15.09KN

=272.83KN

式中：F总——冲我工序所需力之和。

7.2拉深工序

22

/7?=Ap=^/4[D-(d14-2^])]p

=^/4(912-(38+8)2]X2.5

=12.10KN

F=KMiGb

=1X3.14X38X2X440

=1()5KN

Fi=FQ+F

=12.10+105KN

=117.10

式中：FQ——压边力，N；

A—在R边圈下坯料的投影面积，mnf；

P——单位压力，查表6-12取2.5MPa；

F2——拉深工序所需力之和。

7.3冲孔工序

丘中=乙5=Ma

=3.14X5X2X440

=I3.816KN

4二4」

=13.816X0.05

=0.70KN

乙=%，

=13.816X0.06

=0.83KN

居二月中+6隹+&=15.35KN

式中：尸推——推件力，N；

K推——推件力系数，查表取值为0.05；

居——冲孔工序所需力之和。

7.4计算完成零件冲压所需的力，并选择压力机

凡尸人十/2+/3=272.83+117.10+15.35=411.28KN

初选公称压力为600KN的JH21系列开式固定台压力机（型号为JH21-60）。

其最大装模高度为300mm,装模高度调节量为70mm，工作台孔尺寸为150mm,

主电机功率为5.5KW。

8主要工作尺寸的计算

8.1拉深间隙的计算

拉深间隙指单边间隙，即Z=(D拉凹一。拉凸)/2。拉深工序采用压边装置，

并且可一次成形，查表4-11,可得拉深间隙为

Z=1.05t

=1.05X2.0

=2.1mm,取Z=2.1mm。

8.2拉深凸、凹模圆角半径的计算

8.2.1凹模圆角半径的计算

一般来说，大的小可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量，

所以「尽可能々些但人太大会削弱压边圈的作用,所以方由下式确定：

fi")=0.8。(D—Dwi)~1

=0.87(91-40)x2.0

=8.0mm

取加=8mm。

式中：D-----坯料直径，mm；

——凹模直径，由于拉深件外径为40mm,此处取值为40mm。

8.2.2凸模圆角半径的计算

小对拉深件的变形影响，不像加那样显著，但小过大或过小同样对防

止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。小的取值应比加略小，可按下式进行

计算：

ra-0.8FI»J

=0.8X8

=6.4mm

对于制件可一次拄深成形的拉深模，厂叫、小应取与零件图上标注的制件圆

角半径相等的数值，但如果零件图上所标注的圆角半径小于所、片的合理值，

则所、加仍需取合理值，待拉深后再用整形的方法使圆角半径达到图样要求。

83计算模具刃口尺寸

8.3.1落料模刃口尺

查表3-3可得

Zmin=0.36mm,Zmax=。50mm

Zmax.zmin=0.50-0.36=0.14Dim

由表3-6查得凸模和凹模的制造偏差

加=+0.035mm,=-0.025mm

由此可得

河+|&|=O.O6/ww<0.14mm

故能满足分别加工的要求。

查表可得磨损系数X=0.5,落料件基本尺寸为91mm,取精度为IT13,则

其公差八二。色/加，上偏差和下偏差分别为=o.27mm和-0.27mm。由此可得

。落凹=(Dmax-XA

=(91.27-0.5xO,54)^035

_Q।+0.035

-0(mm)

D落凸—Zmin)?,,

=(91-0.36)，oo2

=9064

-^.02(mm)

832拉深模工作部分尺寸计算

对于制件一次拉深成形的拉深模，其凸模和凹模的尺寸公差应按制件的要求

确定。此工件要求的是外形尺寸，设计凸、凹模时，应以凹模尺寸为基准进行计

算。由此可得

£>拉凹=(D-0.75A)JA/4

=(40-0.75x0)；"

=40°

0(mm)

D拉凸=(D-0.75A-2Z)°A/4

=(40-0.75x0-2x2.1)2

=35段皿)

式中：D——拉深件的基本尺寸，mm；

△一一拉深件的尺寸公差，从零件图可知其值为0mm。

8.3.3冲孔模刃口尺寸计算

查表5-3可得

Zmin=0.36mm,Zmax=050mm

Zmax-Zmm=0.50-0.36=0.14mm

由表3-6查得凸模和凹模的制造偏差

如=+0.02mm。'=-0.02mm

由此可得

1M|+|例=0.04〃〃77<0.1

故能满足分别加工的要求。

查表2.6,可得磨?员系数X=0.5,孔的基本尺寸为10mm,取精度为IT13,

则公差为△uONZ,上偏差和下偏差分别取值为+0.11mm和-().11mm。由此可得

Z)孔凸=(Dmin+XA)?曲，

=(9.89+0.5XO.22)°OO2

=10%02(mm),

。孔凹=(。凸+Zmin)产

=(10+0.36)产

=10.36产(mm)。

9计算模具其它尺寸

9.1凹模

9.1.1凹模壁厚

查表14-5,由落料件的直径为91,料厚为t=2,可取凹模壁厚为4()。

9.1.2凹模厚度

查图14—15,凹模厚度h可根据冲裁力选取。由冲裁力为272.83KN,可得

凹模厚度为h=28mm。

9.1.3刃壁高度

查刃壁高度的计算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可按下列规则

计算

冲件料厚W3mm,ho=3mm

冲件料厚t>3mm,%=t

由零件料厚为t=2.0mm,可得刃壁高度%)=3mm。

9.2上凸凹模

上凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模，其长度应根据落料凸模的要求计

算，壁厚根据落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直经计算。

此处落料凸模采用有固定卸料板的凸模，长度可按下公式计算：

L=HI+H2+Y

式中：L---上凸凹模的长度，mm；

储---上凸模固定版的厚度，mm；

H2——卸料板的厚度，mmo

Y—附加长度，包括凸模刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度、

凸模固定版与卸料板的安全距离。

在此固定版厚度取值为储=25mm。对于卸料板，查《冲模设计手册》，根

据其料厚t=2.0,卸料板宽度与凹模外径相当，取其宽度为B=155,则卸料板

厚度取值为4=16mm。附加长度取值为Y=26。则上凸凹模的总长度为

Li=25+16+26=67mm。

上凸凹模做拉深凹模的部分壁厚为

§=D洛社-Z)拉凹

_(90.64-40)

~2~

=25.32“〃？o

这部分的高度取值为20mm,保证拉深件所需的深度16mm,再附加一定的

长度。其余部分的壁厚取13.34mm。上凸凹模的结构如图3所示。

67

42一20

47

图3

9.3下凸凹模

下凸凹模的结构是拉深凸模和冲孔凹模，其长度根据拉深凸模的要求进行计

算。根据模具结构，下凸凹模的长度可由下凸凹模固定板厚度、下推板厚度和附

加长度相加取得。下凸凹模固定板的厚度取与上凸凹模固定板厚度相等的值，即

25mm。下推板此处的作用相当于压边圈，其厚度取为21mm。附加长度主要考

虑满足制件的拉深深度要求，取16mm。由此可得下凸凹模的长度为

£2=25+21+16=62mm。

下凸凹模做冲孔凹模的部分壁厚为

n_(35.8-10.36)___

Z)拉凸-Zn)孔凹--------------1120.2/mm

2

做冲孔凹模部分的刃壁高度可参照前面凹模的计算方法，取值为3mm,所

以刃壁部分的厚度取值为12.27mm,其余部分壁厚可取的稍小，取为10mm。

下凸凹模的结构如图4所示。

图4

9.4凸模

凸模即为冲孔凸模，其长度应根据模具的结沟确定。从模具结构可以看出,

其长度可由凸模固定板厚度、上凸凹模长度确定。可有下式进行计算

L3=H\+L\-Y

式中：H]一一凸模固定板厚度，取为25mm；

L,一一上凸凹模长度，mm；

Y附加长度，由拉深件深度、料厚和凸模进入下凸凹模的

深度确定。凸模进入下凸凹模的深度取为1mm,、

则Y=16-2.5-1=12.5mmo

由此可得凸模的长度为

心=加，

25+67-12.5=79.5O

为增加凸模的强度，可设计成阶梯式冲头段的直径为。心=1。〃〃〃，此段的

长度为15mm；第二段直径为20mm,长度为29.5mm；第三段与凸模固定板配

合，直径取为22mm,长度为35mm。

9.5校核凸模强度、刚度

9.5.1凸模的强度校核

公式为P/FminW匕山"

式中：P——冲孔冲裁力，N；

Fmin-----凸模最小断面面积，〃“"一；

【bl压一一凸模材料的许用压应力，MPa。此处材料选用Crl2,

查表可得9]压=(1000〜1600),MPa,取压=1200MPa。

由前可知凸模的冲裁力P=13.82KN=13820N,Fmin==

85.6团苏。由此可得P/Fmin=13820+85.6=161.4MPa<[bk,所以符合要求。

9.5.2凸模刚度的校核

公式为Lmx.71

式中：/max------凸模最大自由长度，mm；

E——凸模材料弹性系数，MPa,取E=2.1Xl()5MPa；

4

Jmin—凸模最小断面惯性矩，mm4,圆形断面Jmin=欣164；

〃——支承系数，取值为2；

n——安全系数,钢取n=2〜3。

代入公式可得乙皿=]31.4mm。实际凸模长度L3=79.5,即入乙皿,所以凸

模刚度符合要求。

10选用标准模架

10.1模架的类型

模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架

上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。根据模架导向用

的导柱和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每

类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，由有多种模架类型，如：后侧导柱

式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。

选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料

送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。

在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架。

10.2模架的尺寸

选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹

模大3()〜40mm,模版厚度一般等于凹模厚度的1〜1.5倍。选择模架时，还要考

虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应

比压力机工作台的孔径每边约大40〜50mme

在本设计中，凹模采用圆形的结构，其工作部分基本尺寸为①75mm,壁厚

为40mm,所以其外径基本尺寸为155mm,厚度为h=28mm。模具的闭合高度

H应介于压力机的最大装模高度""一与最小装模高度”*之间，其关系为：

Hmax+]0WHW"min—5

由上面压力机的选择可知道"max=300mm,从而=Hmax—70=230mmo

所以H应介于225mm〜310mm之间。

查表15.2,选用的模架为、上模座、下模座分别为：

模架：250X250X(240〜285)GB/T2851.3

上模座：250X250X50GB/T2855.5

下模座：250X250X65GB/T2855.6

由此可知其最大装模高度为285mm,最小装模高度为240mm,符合H的要

求。下模座周界尺寸为250X250,而凹模的外径为155mm,所以周界尺寸符合

要求。下模座厚度为65mm,而凹模的厚度为28mm，也符合要求。工作台孔尺

寸为150mm,模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要求。

根据模具的结构，可知其闭合高对为

H闭令=h\+hi++L\+tIn+/u+hs+hs

式中：H团会——模具的闭合高度，mm；

历---上模座厚度，mm,由前可矢1加=5()mm；

山---上垫板厚度，mm,此处选人2=5mm；

乩----凸模固定板厚度，mm,由前可知％=25mm；

L------上凸凹模长度，mm,由前可知L=67mm；

r---制件厚度，mm,此处，=2mm；

加---下推板厚度，mm,由前可知〃3=21mm；

,u----下凸凹模固定板厚度，mm,由前可知〃4=25mm；

后----下垫板厚度，mm,选取〃5=5mm：

----下模座厚度，mm,由前可知力6=65mm。

综上可得"闭合=50+5+25+67+2+21+25+5+60=265mm,所以“闭合介于

225mm和310mm之间，符合设计要求。

11选用辅助结构零件

H.1导向零件的选用

导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的

时间，导向装置设计的主意事项：

(1)导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时

应保证导柱上端距上模座上平面有1()〜15mm的间隙；

(2)导柱、导套与上、下模板装配后，应保持导柱与下模座的下平面、导

套上端与模座的上平面均留2〜3mm的间隙；

(3)对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱

直径或位置应有所不同；

(4)当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱

承受侧向压力；

(5)导套应开排气孔以排除空气。

根据所选择的模架，选用导柱的规格为：35X230(GB/T2861.1),选用导

套的规格为35X125X48(GB/T2861.6)。

11.2模柄的选用

根据压力机模柄孔的尺寸：直径:50mm,深度:60mm,选择凸缘式模柄，

查表15-20,可知其参数如下:

d=50mm,极限偏差±0.05mm,d1=132mm，总高度L=91mm,凸缘高L=23

mm,模柄倒角高度L,二5mm,打杆孔d,二15mm,凸缘螺钉环绕直径点=91mm,

凸缘固定螺钉沉孔的直径4尸11mm,沉孔台阶直径ds=18mm,台阶高度h=ll

mm,材料为Q235o

11.3卸料装置

固定卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止

材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模。设计时应保证卸料板有足够的刚度，

其厚度H=(0.5〜0.8)落料凹模的厚度。前面已对固定卸料板进行选择，其厚度

为14mm,宽度为155mm。

11.4推件、顶件装置

推件装置装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构完成推件的动作。利用弹

性元件定出。刚性推件装置的典型结构应考虑推力均衡分布和尽可能减少对模柄

和模座强度的削弱的原则来设计。顶件装置的作用是将工件从凹模中定出，利用

弹簧和气垫驱动顶杆订出工件。

上模座的3个顶杆查⑵第463页表15.44,选取的规格为：直径d=12mm,

长度L=80mm,材料45钢，顶杆12X80JB/T7650.3。

11.5定位装置

为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲

压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、导料板、

挡料销、定位板、导向销。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、

质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；

定位精度要求高时，要考虑粗定位和精定位两套装置。

11.6固定挡料销的选用

落料凹模上部设置固定挡料销，采用固定挡料销进行定距。挡料装置在复合

模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。在此选钩形挡料销,因其固

定孔离刃U较远，因凹模强度要求，结构上带有防转定向销。

查表15.49,选取的固定挡料销的具体参数为：

大头端直径：d=8mm,极限偏差为‘。^。75；

+0.012

销部直径：d1=4mm,极限偏差为+。004；

头部高度：h=3mm；

总长度：L=13mmo

标记为：固定挡料销A8JB/T7649.10o

12编制冲压工作零件工艺卡

12.1落料凹模的选材、加工及热处理工艺过程

冲裁模的凹模承受较大的拉应力，凸模承受较大的压应力。凸、凹模正常失

效一般是由于刃口部位的磨损。因为这类磨具，特别是工件批量、加工板料强度

高的模具，要求模具材料必须具有较高的强度和耐磨性。根据冲压的板料和批量

情况表，选取落料凹模的材料为GrWMn。其加工工艺过程卡如表1所示：

工工序名工序内容

序号称

1备料将毛坯锻成平行圆柱体。

2热处理退火

3铳（刨）铳（刨）各平面.，厚度留磨削余量0.6mm,

平面侧面留磨削余量0.4mm

4磨平面磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻

两侧面保证垂直

5钳工划划出对称中心线，固定孔及销孔线

线

6型孔粗在仿铳床上加工型孔，留单边加工余量

加工0.15mm及销孔

7加工余加工固定孔及销孔

孔

8热处理按热处理工艺保证60-64HRC

9磨平面磨上下面及其基准面达要求

10型孔精在坐标磨床上磨型孔，留研磨余量0.01mm

加工

11研磨型钳工研磨型孔达规定技术要求

孔

表1

12.2上凸凹模的选材、热处理及加工工艺过程

上凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模。考虑到上凸凹模有阶梯结构，所以

不能采用线切割方法加工，外表面属凸模加工，采用成形磨削，内表而属凹模加

工，采用电火花成形加工。选取凸凹模的材料为Gr5MolV,其加工工艺过程为:

（1）外表面加工工艺过程：准备毛坯一一车削外形一一热处理（硬度要求

达到58〜62HRC）——成形磨削——精修。

（2）内表面加工工艺过程；准备毛坯一一粗车内形面一一热处理（硬度要

求达到58〜62HRC）退磁处理——电火花加工型孔。

12.3下凸凹模的选材、热处理及加工工艺过程

下凸凹模的结构是拉深凸模和冲孔凹模，结构和上凸凹模类似，所以可采用

与之相似的工艺过程进进行加工。材料也选用Gr5MolVo

12.4凸模的选材、热处理及加工工艺过程

冲裁冲孔凸模必须具有良好的韧性，以防止由于承受较强的弯曲和冲击载荷

造成折断、崩刃而早起失效。更加应该重视模具材料的淬透性，形状复杂的模具

应重视其热处理变形性、可加工性和磨削性。查表选凸模的材料为Cr12,加工

工艺过程如表2所示：

工工序名工序内容

称

1备料将毛坯锻成圆柱面体。

2热处理退火