冷冲压模具设计Word文档下载推荐.docx
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十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大。
这就是我国模具行业未来的发展趋势。
1.2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60～70%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。
1.3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，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、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。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；
CAD技术的普及率不高；
许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
第一章冲裁件的工艺分析
1.1.概述
冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。
它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。
冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。
当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状.尺寸和性能的零件。
冲压通常在冷态下进行，因此也称为冷冲压。
板材冲压具有下列特点：
（1）材料利用率高。
（2）可加工薄壁、形状复杂的零件。
（3）冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性好。
（4）能获得质量轻而强度高、钢性好的零件。
（5）生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。
因此，冲压工艺是一种产品质量较好而且成本低的加工工艺。
用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。
板材冲压常用的金属材料有低碳钢、铜、铝、镁合金及高塑性的合金钢等。
冲压工艺在汽车，电机，仪器等各种民用轻工产品以及航空和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。
现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。
在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。
1.2设计任务
零件名称：
小支架
材料：
Q215A钢板
厚度：
10mm
生产批量：
大量生产
要求编制工艺方案。
图1-小支架的零件图
实物图
1.3工件材料分析
由图1-1分析知：
此工件材料采用Q215A，生产批量为大批量，需要用模具进行生产。
该钢为普通碳素钢。
该钢强度低，塑性高和焊接性良好。
抗拉强度为335-450MPa，伸长率≥26%。
Q215A钢力学性能：
抗拉强度400MPa
屈服强度220MPa
伸长率>
=26%
该零件为后背板，材料较薄。
零件外形相对比较对称，是典型的板料冲压件。
零件外形尺寸有公差要求，壁部圆角半径r1，相对圆角半径
为2，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。
由于该零件有5个Ф10mm的孔，而且有直线组成的不规则轮廓外形，有4处弯曲，因而模具包含有冲孔、弯曲、落料工序。
对于孔，由于孔径大于或者等于料厚，不属于深孔冲裁，因此在模具设计时没有必要对冲孔小凸模采取适当保护措施加以保护，也没有必要对凸模进行强度校验。
从材质上看，冲裁材料为Q215-A钢，有利于成型，总体来说，该零件冲压工艺性较好。
10mm的5个小孔，孔距有位置要求，但孔径无公差配合。
圆孔精度不高，也无公差要求。
通过工艺分析，可以看出该零件为普通的薄板弯曲件，有一定的尺寸精度要求，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。
1.4工件结构形状和尺寸精度
工件结构形状相对简单，5个Ф10mm的孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为0.5mm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。
根据零件图上所注尺寸均低于IT12，并无其他特殊要求，因此可以采用普通冲裁完全就可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。
1.5工件展开长度计算
该零件的毛坯展开尺寸可按式下式计算：
零件的总长等于工件的周长就是两个半圆的周长加上两条直线轮廓L1
L=2L1+2πr
L=2*160+2*3.14*60=696.8mm
第二章冲裁工艺方案的确定
冲压该零件，需要的基本工序和次数有：
（a）落料；
（b）冲5个Ф10mm孔；
根据以上这些工序，可以作出下列各种组合方案
方案一：
先冲孔，再落料。
单工序模生产。
方案二：
冲孔-落料-级进冲压。
级进模生产。
方案三：
冲孔-落料（复合模）。
复合模生产。
表2-1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IT13～IT10级
可达IT10～IT8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0.2～6mm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
中小型件不平直，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
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
模具制造工作量和成本
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
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，对以上三种方案进行比较，可以得出：
单工序模，先冲孔再落料保证一定的精度，但主要适用于生产量较小或
单件生产，虽然结构简单，但需三道工序、三副模具才能完成，生产效率也低，如此则浪费了人力、物力、财力，从经济性的角度来考虑不妥当，难以满足大批量的生产要求。
方案二：
从生产效率、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。
但是连续模的结构复杂，对制造精度的要求高，制造成本高。
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，而且有利于降低零件的生产成本，可以提高生产效率。
通过以上的三种方案分析，选用方案三比较合理。
第三章模具总体设计
3.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用复合模方式冲压，所以模具类型为复合模。
3.2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
3.3卸料、出件方式
3.3.1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（0.2～0.5）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（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，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10mm相对较薄，卸料力较小，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，所以采用弹性卸料
3.3.2出件方式
因采用倒装复合模生产，故采用向下落料出件
第四章模具设计计算
4.1.1排样方式的选择
冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样
排样合理就能降低材料消耗。
大批量生产时，材料的经济利用是一个重要问题，特别对贵重的有色金属。
排样的合理与否将影响到材料的经济利用、模具结构与寿命、生产率、冲裁质量、生产操作方便与安全等
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利用率。
要提高材料利用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料，可分为两种情况。
1．结构废料由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。
2．工艺废料工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料，它决定冲压方式和排样方式。
因此，提高材料利用率要从减少工艺废料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。
根据材料的利用情况，排样的方法可以有三种：
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。
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。
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，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。
4.1.2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4.1所列搭边值和侧搭边值确定。
根据零件形状，查《实用冲压模具设计手册》表2-29，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=2.5mm,工件与侧边之间搭边值取a1=3mm,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△=（Dmax＋2a）0△
导料板间距离B0=Dmax＋2a＋Z=619+8=727
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a---侧搭边值；
Z---条料宽度的单向偏差mm。
查《实用冲压模具设计手册》表2-33得Z=8
△—板料剪裁下的偏差；
（其值查表5-1）可得△=0.7mm。
B0△=614+2*3=6200-0.7
故条料宽度为620mm。
表4-1普通剪床用带料宽度偏差△（mm）
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.4
0.5
0.6
0.7
＞１～2
0.8
＞2～3
0.9
1.0
＞3～5
1.1
1.2
4.1.3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裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
复合模送料步距SS=Dmax+a1
Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边
S＝606＋2.5＝608.5mm
4.1.4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
η＝Ａ/BS×
100%
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，η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。
图4-1冲裁件的零件排样图
4.2冲压力的计算
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Ｆ一般按下式计算：
F=KLtτb
式中 F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪强度；
Ｋ—系数；
运用CAD软件，工具-查询-长度：
L=2434mm
系数Ｋ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Ｋ=1.3。
4.2.1落料冲裁力的计算
（1）平刃口模具冲裁时，落料力按下式计算：
将后背板毛坯的周长L=696.8mm，厚度t=10mm以及Q215-A钢材料的抗剪强度τb=300MPa代入上式，得
F落=1.3*696.8*10*300=2717520N
（2）推件力:
设设凹模洞口直刃高度h取5mm.同时梗塞在凹模内的零件数n=h/t=5/10=0.5
查表系数K推=0.025，代入上式，得
F推=nK推F落=0.5*0.025*2717520=33969N
（3）卸料力
查表
=0.02得
=2717520*0.02=54350.4N
F总1=F落+F推+F卸=2717520+33969+54350.4=2805839.4N
表4-2卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
KX
KT
KD
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
4.2.2冲孔力的计算
（1）冲压5个Ф10mm孔，冲孔力
F1=1.3*（5*3.14*10）*10*300=612300N
工序总的冲裁力
F总2=F1=612300N
F总=F总1+F总2=2805839.4N+612300N=3418139.4N
4.3选用冲压设备
4.3.1压力机参数的选择
冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关。
冲压类型与应用
1、开式压力机：
在中、小型的冲裁件、弯曲件或拉深件的冲压生产中，主要选用开式压力机。
2、闭式压力机：
在大、中和精度高的冲压生产中，主要选用闭式压力机。
3、液压机：
在小批量和大型拉深、弯曲和成型件的生产中多选用液压机。
打算内液压机一般不适于冲裁工作。
4、高速压力机：
用于大批量生产。
通常于连续模和自动送料装置配套使用。
5、精压机：
用于精压和体积精压等工艺。
6、精冲压力机：
用于精冲工艺，采用专用精冲模具，也可在普通压力机上实现精冲。
4.3.2冲压设备的选用原则
冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的形状、尺寸及精度要求等因素来决定的。
冲压生产中常用的设备种类很多，选用设备时主要应考虑下述因素：
1、冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序，是否符合安全生产和环保的要求。
2、冲压设备的压力和功率是否满足应完成任务工序的要求。
3、冲压设备装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序所所使用的模具。
4、冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。
4.3.3冲压设备的选用
一般情况下所选压力机的标称压力大于或等于成型工艺力和辅助工艺力总和的1.3倍，对于工作行程小于标称压力行程的工序也可直按压力机的标称压力选择设备。
故压力机的标称压力应大于（997.4
1.3）kN=1296.6kN。
综上上所述，查《冲压技术实用数据手册》选用闭式双点压力机JB/T-160A
表4-2JB/T-160A压力机的技术参数
公称压力//////kN
最大装模高度/mm
滑快行程/mm
行程次数/次min-1
最大闭和高度/mm
1600
500
400
18
600
连杆调节长度/mm
工作台尺寸/mm
滑块中心线至床身距离/mm
模柄孔尺寸/mm
电动机功率/kW
左右/mm
前后/mm
直径
深度
120
1900
1120
84
145
4.4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
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