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从世界范围看，当时美国的冲压技术走在最前列一一许多模具先进技术，如简易模具、高效率模具、高寿命模具和冲压自动化技术，大多起源于美国；
而瑞士的精冲、德国的冷挤压技术、前苏联对塑性加工的研究也处于世界先进行列。
20世纪50年代，模具行业工作重点是根据订户的要求，制作能满足产品要求的模具。
模具设计多凭经验，参考已有图纸和感性认识，对所设计模具零件的机能缺乏真实了解。
从1955年到1965年，是压力加工的探索和开发时代一对模具主要零部件的机能和受力状态进行了数学分析，对金属塑性加工工艺及原理也进行了深入探讨（如对薄板成形性能的探讨），并把这些知识不断应用于实际，使得冲压技术在各方面有了飞跃的发展。
其结果是归纳出模具设计原则，并使得压力机械、冲压材料、加工方法、模具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进，从而使冲压加工从仅能生产优良产品的第一阶段，进入20世纪70年代向高速化、自动化、精密化、安全化发展的第二阶段。
在这个过程中不断涌现各种高效率、高寿命、高精度的多功能自动模具。
1.3模具发展趋势
一、充分运用IT技术发展模具设计、制造。
用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展。
外形车身和发动机是汽车的两个关键部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，其技术密集，体现当代模具技术水平，是车身制造技术的重要组成部分。
车身模具设计和制造约占汽车开发周期三之二的时间、成为汽车换型的主要制约因素。
目前，世界上汽车的改型换代—般约需
48个月，而美国仅需30个月，这车要得益于在模具业中应用了CADCAECAM技术和三维实体汽年覆盖件模具结构设计软件。
另外，网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体、实现了异地设计和异地制造。
同时，虚拟制造等IT技术的应用，也将推动模具工业的发展。
二、缩短金属成形模具的试模时间。
当前，主要发展液压高速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是在机械压力机上的模具试验时间可减少80%、具有巨大的节省潜力。
这种试模机械压力机的发展趋势是采用多连杆拉伸压力机，它配备数控液压拉伸垫，具有参数设置和状态记忆功能。
三、车身制造中的级进冲模发展迅速。
在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件。
加工的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。
级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，节约30%。
但是级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优生考虑在多工位压力机上加工。
第2章弯曲变形过程及变形特点
2.1弯曲变形的过程及变形特点
2.1.1弯曲变形过程
弯曲变形过程：
如图1-1所示V形件的弯曲，随着凸模进
入凹模深度的增大，凹模与板料的接触处位置发生变化，支点
B沿凹模斜面不断下移，弯曲力臂l逐渐减小，接近行程终了，
弯曲半径r继续减小，而直边部分反而向凹模方向变形，直至板
料与凸、凹模完全贴合。
1-2板料弯曲变形特点
通过网格试验观察弯曲变形特点（如图1-1）。
图2-1v型零件弯曲变形过程
图2-2弯曲前后坐标网络的变化
1.弯曲圆角部分是弯曲变形的主要变形区
变形区的材料外侧伸长，内侧缩短，中性层长度不变。
2.弯曲变形区存在应变中性层
应变中型层是指在变形前后金属纤维的长度没有发生改
变的那一层金属纤维。
3.变形区材料厚度变薄的现象
变形程度愈大，变薄现象愈严重。
4.变形区横断面的变形
变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。
主要影响因
素为板料的相对宽度。
tb>
3（宽板）横断面几乎不变；
tb<
3（窄板）断面变成了内宽外窄的扇形。
2.2弯曲变形区的应力和应变
板料在塑性弯曲时,变形区内的应力应变状态取决于弯曲毛坯的想对宽度以及弯曲变形程度。
窄板弯曲的应力状态是平面的，应变状态是立体的。
宽板弯曲的应力状态是立体的，应变状态是平面的。
图2-3弯曲应力
第3章工艺及方案分析
3.1工艺分析
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。
因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产率有很大影响。
冲裁件应满足如下要求：
（1）冲裁件形状
冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。
（2）冲裁件内形及外形的转角
冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。
圆角半径R的最小值，参照表3-1选取。
表3-1冲裁件最小圆角半径R（t—料厚）
冲裁件类型
黄铜、铝
合金钢
软钢
备注
落料
α
≥90°
0.18t
0.35t
0.25t
≥0.25mm
﹤90°
0.70t
0.50t
≥0.50mm
冲孔
0.20t
0.45t
0.30t
≥0.30mm
0.40t
0.90t
0.60t
≥0.60mm
（3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽
尽量避免冲裁件上的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不宜过小。
（4）冲裁件的最小孔径
冲件孔径太小时，凸模容易折断。
冲孔的最小尺寸取决于材料的机械性能、孔的形状及模具结构。
如果对冲头采用导向套保护，则可以提高冲头的稳定性，最小冲孔尺寸还可以减小，见表3-2。
表3-2冲裁件最小孔径
材料种类
冲头无保护套
冲头有保护套
圆孔直径
矩形孔最小边长
硬钢
≥（1.3-1.5）t
≥（1.2-1.35）t
0.5t
0.4t
软钢及黄铜
≥（0.9-1.0）t
≥（0.8-0.9）t
0.3t
铝、布胶板、纸胶
0.8t
0.7t
0.28t
（5）孔边距与孔间距
为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小否则会产生孔间材料扭曲，或者使边缘变形。
一般不小于1.5t。
图3.1
此汽车钣金件为汽车连接定位零件，生产批量较大，采用厚2mm的碳素钢Q235A钢板制成，其外形图如图3.1所示。
用一副磨具同时完成落料冲孔压弯三道工序。
该冲压件为冲孔、落料、弯曲的复合件，形状较为简单且对称，尺寸精度要求不高，材料Q235A冲压性
能较好，零件弯曲直边为18mm（计算：
20-r=20-3=18），大于资料要求的2t=2x2mm=4mm，故弯曲工艺性较好；
而各孔与零件外形边缘的距离均大于复合模中凸凹模的最小壁厚4.9mm要求，因此，冲孔及落料复合时，凸凹模的强度足够。
加之零件弯曲直边有18mm，在模具上设置活动凸模结构也较易实现。
综合上述分析，可选用冲孔、落料、弯曲复合模。
有以下两种不同的工艺方案：
（1）先落料，然后冲孔和弯曲在同一工步。
（2）落料、冲孔为同一工步首先完成，然后进行弯曲。
采用方案
（1）加工工件，不易保证长度尺寸的精度要求，而且易使内孔冲头磨磨降低模具寿命。
经分析、比较，确定采用方案
（2），即设计一套冲孔—落料—弯曲复合模，该模具划分两个工步完成上述三道工序，在压力机上一次性实现零件的加工成形。
3.2工艺方案的确定
3.2.1方案的拟定及分析比较
1）先落料,再钻孔,后钳工压弯,只需1副落料模、2副夹具可以完成,其优点是模具简单,易制造,冲床占用少,但零件2孔的孔径大小与位置要求难以保证,且生产效率低,只适合小批量试制。
2）先落料,后冲孔,最后压弯,用3副简单模完成,其优点是模具简单,易制造,冲件质量好,但冲床占用相对较多,生产工序多,生产效率低,不适合大批量生产。
3）落料、冲孔、压弯一次成形完成,采用1副复合模完成,其优点是冲件质量好,冲床占用少,生产效率高,只是模具相对复杂,适合冲件的大批量生产。
3.2.2方案的确定
由3.2.1的方案拟定及分析比较，汽车钣金件要求大量生产，结合生产实际，为了提高生产效率及保证工件的精度和质量，选择第三种方案最为合理。
落料、冲孔、压弯一次成型，采用1副复合模具完成加工。
先进行落料，再冲孔，最后完成压弯工序。
为了能够实现一次成型，决定利用双斜锲及滑块机构来实现。
第4章进行必要的工艺计算
4.1排样
4.1.1排样的方式
冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。
排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作安全与安全等。
因此，排样是冲裁工艺与模具设计中的一项很重要的工作。
冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。
衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。
其计算公式如下：
一个进距内的材料利用率为：
4-1
式中A—冲裁件的面积（包括冲出的小孔在内）（）；
n—个进距内冲件数目；
B—条料宽度（mm）;
（1）冲孔φ10孔时，由表4-4查出凸、凹制造公差
δT=0.02mm
δA=0.02mm
校核：
δT+δA=0.04<
Zmax-Zmin
又表4-2查出：
χ=0.75
因此，冲孔部分：
表4-4冲裁模双面间隙值Z
厚度mm
T8,45
A2，青铜
08，紫铜
软铝
Zmin
Zmax
0.5
0.05
0.10
0.0
0.07
0.03
0.02
0.8
0.12
0.15
0.16
1.0
0.20
0.08
0.04
0.06
1.2
0.22
0.26
0.11
1.5
0.37
0.42
0.28
0.32
0.18
0.24
0.09
0.13
1.8
2.0
0.48
0.33
0.39
0.21
0.27
0.14
2.5
0.53
0.59
0.43
0.49
0.34
表4-5规则形状（圆形、方形）冲裁凸模、凹模的制造偏差mm
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
≤18
0.020
>
18-30
0.025
30-80
0.030
80-160
0.035
0.040
0.045
0.050
0.060
〉500
0.070
（2）落料部分：
落料圆角R8采用自由公差，取IT7。
查表4-5：
直径为16mm
=0.02mm
（3）孔中心距
第5章弯曲模工作部分的设计计算
5.1凸、凹模的圆角半径
1.弯曲凸模的圆角半径
取凸模圆角半径等于弯曲件的弯曲半径r=3mm。
，选择合理，取r=3mm。
2.弯曲凹模的圆角半径
弯曲凹模的圆角半径不能过小，否则弯矩的力臂减小，毛坯沿凹模圆角滚进时阻力增大，从而增加弯曲力，并使毛坯表面擦伤。
对称压弯件两边的凹模圆角半径应一致，否则压弯时毛坯产生偏移。
生产中，按材料的厚度决定凹模圆角半径：
5-1
，取。
5.2凹模深度
弯曲件边长L=20mm，弯曲件边长较大，且对零件的平直度要求不高，可以查表5-1取凹模深度。
表5-1弯曲件凹模深度L（mm）
弯曲件边长L（mm）
材料厚度t（mm）
<
1
1-2
2-4
50
15
20
25
50-75
30
35
40
由t=2mm，查表5-1得弯曲件凹模深度=20mm.
5.3凸凹模间隙
对于V形件，凸凹模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制的。
对于U形弯曲件，凸凹模之间的间隙值对弯曲件的回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。
间隙过大，回弹增大，工件的误差增大；
间隙过小，则会使零件边部壁厚减薄，同时会降低凹模寿命。
凸凹模的单边间隙C一般可按下式计算：
5-2
式中：
C---弯曲模凸凹模的单边间隙
t---材料的厚度基本尺寸
Δ----材料厚度上偏差
K-----间隙系数，可查表5-2.
表5-2U形弯曲件的间隙系数
弯曲件高度H（mm）
bH<
2
bH>
0.6-2
2.1-4
75-100
第6章模具总体设计及主要零部件设计
6.1模具装配草图
6.2模架
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。
选模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出件方式，材料送进方向,导柱受力状态,操作是否方便等方面进行综合考虑。
选模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大30～40㎜。
模板厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。
选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系。
冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小安装高度，小于压力机的最大装模高度。
根据上面的设计和计算，并考虑经济性，选用后侧导柱模架。
其结构如下图所示：
（1）导柱的选择
导柱的选择：
导柱A16h5x200GBT2861.1-90.
（2）导套的选择
导套的选择：
导套A16H6x60x18GBT2861.6-90
6.3卸料与出件装置
卸料与出件装置的作用是当冲模完成冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作能继续工作。
通常，把冲件或废料从凸模上卸下称为卸料，把冲件或废料从凹模中卸下称为出件。
弹性卸料装置具有卸料和压料双重作用，多用于冲制薄料，使工件平面度提高。
故采用弹性卸料装置。
6.4模柄
模柄的作用是把上模固定在压力机的滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心。
中小型模具一般都是通过模柄与压力机的滑块相连接。
模柄几种结构形式有:
带凸缘的模柄，主要用于大型模具或上模中开设推板孔的中小型模具;
压入式模柄，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔或上模具比较重合的场合;
旋入式模柄，主要用于中小型有导柱的模具
选择模柄时，应先根据模具大小、上模结构、模架类型及精度等确定模具的结构类型。
再根据压力机滑块上模柄孔的尺寸确定模柄的尺寸规格，一般来说模柄直径应与模柄孔直径相等，模柄长度应比模柄孔深度小5-10mm。
6.5螺钉和销钉
冲模中用到的紧固件主要是螺钉和销钉，其中螺钉起联接固定作用，销钉起定位作用。
螺钉和销钉和销钉都是标准件。
冲模中广泛使用的螺钉是内六角螺钉，紧固牢靠，螺钉头不外露，且模具外形美观。
销钉常用圆柱销。
模具设计时，螺钉和销钉的选用应注意：
（1）同一组合螺钉不少于3个，沿被联接件的外缘均匀分布。
（2）螺钉规格按下表选用
表5-1螺钉规格的选用
凹模厚度mm
螺钉规格
凹模厚度
mm
≤13
M4、M5
19-25
M6、M8
32
M10、M12
13-19
M5、M6
25-32
M8、M10
（3）各被联接件的销孔应配合加工，以保证精度
6.6出件装置的选择
出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。
装在上模内的出件装置称为推件装置，装在下模内的称为顶件装置
1.推件装置
推件装置有刚性推件装置和弹性推件装置两种。
（1）刚性装置利用压力机滑块上的打料机构来完成推件工作。
刚性装置推件力打、工作可靠，所以应用广泛。
（2）弹性推件装置
利用安装在上模内的弹性元件的弹力来给推件块一个力，弹性元件多采用弹簧和橡胶。
弹性元件可安装在推件板上，也可安装在推件块上。
弹性推件装置主要适用于板料较薄且平直度要求较高的冲件。
2.顶件装置
顶件装置的作用是是从凹模内卸下冲件或废料。
装在上模内的出件装置称为推件装置，装在下模内的称为顶件装置。
所设计模具采用顶件装置。
顶件装置一般是弹性的。
弹性顶件装置的顶件力容易调整，工作可靠，冲件平直度较高，但冲件也易嵌入边料。
2、顶件块与凸凹模的配合
（1）冲裁件的内形尺寸较小、外形尺寸较简单时，顶件块外形与凹模之间采用间隙配合H8f8，顶件块内孔与凸模采用非配合工序（外导向）。
（2）冲裁件内形尺寸较大，外形尺寸相对复杂时，顶件块内形与凸模之间用间隙H8f8，外形与凹模则为非配合关系（内导向）。
6.7定位零件的选用
定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。
定位零件的结构形式有很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销和侧刃等，用于对工序件进行定位的定位零件有定位销和定位板等。
1、挡料销的选择
挡料销主要用于定位，保证条料有准确的送料步距。
根据工作特点及作用，挡料销可分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。
（1）固定挡料销
固定挡料销一般固定的位于下模的凹模上，设计时要注意凹模壁的强度。
其国家标准可参见《新编实用冲压模具设计手册》表10-16。
6.8凸模、凹模、凸凹模、弯曲模设计
6.8.1凸模
凸模的形式一般有两种：
直通式凸模和台阶式凸模。
1）直通式凸模
直通式凸模，其工作部分尺寸和固定部分尺寸做成一样。
这种凸模可以采用成型磨削、线切割等方法进行加工，加工容易，但固定板型孔的加工比较复杂。
这种凸模的固定端应当进行淬火，淬火长度应为全长的13，另一端处于软状态，便于与固定板联接，直通式凸模常用于非圆形断面的的凸模。
2）台阶式凸模
台阶式凸模，其工作部分与固定部分的形状与尺寸不同。
固定部分多做成圆形或矩形，这时凸模固定板的型孔为标准孔，加工容易。
工作部分可采用车削、磨削或仿形铣加工，最后用钳工精修，加工较困难，但精度较高。
对于圆形凸模，广泛采用这种台阶式凸模结构。
由以上分析可知对于该复合模具的冲压凸模采用台直通凸模结构。
结构如下图所示：
（2）凸模长度
凸模的结构尺寸应该根据模具的具体结构来确定，同时还要考虑凸模的修模量及固定板与卸料版之间的安全距离等因素。
该凸模采用弹性卸料，凸模长度可按下式计算：
6-1
式中L—凸模长度，mm；
withTransformation.
8.1.CreatingaNewProblem
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