压圈冲压模具设计说明书终极版.docx

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压圈冲压模具设计说明书终极版

第1章绪论

冲压工艺概述

冲压工艺简介

冲压是塑性加工的大体方式之一，它是利用安装在压力机上的模具，在室温下对材料施加压力使其产生变形或分离，从而取得具有必然形状、尺寸和精度的制件的一种压力加工方式。

因为它要紧用于加工板料制件，因此也称板料冲压。

在机械制造中是一种高效率的加工方式。

冲压普遍应用于金属制品各行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等工业中占有极为重要的地位。

冲压工艺有如下特点：

1.能冲压出其它加工方式难以加工或无法加工的形状复杂的零件。

比如，从仪器仪表小型零件到汽车覆盖件、纵梁等大型零件，均由冲压加工完成。

2.冲压件质量稳固，尺寸精度高。

由于冲压加工是有模具成型，模具制造精度高、利用寿命长，故冲压件质量稳固，制件互换性好。

尺寸精度一样可达IT10～IT14级，最高可达到IT6级，有的制件不需要在加工，即可知足装配和利用要求。

3.冲压件具有重量轻、强度高、刚性好和表面粗糙度小等特点。

4.冲压加工生产效率极高，没有其它任何一种机械加工方式能与之相较。

比如，汽车覆盖件如此的大型冲压件的生产效率，可达每分钟数件；高速冲压小型制件，可达每分钟上千件。

5.材料利用率高，一样为70%～85%。

因此冲压件能实现少废料或无废料生产。

在某些情形下，边角余料也可充分利用。

6.操作简单，便于组织生产，易于实现机械化和自动化生产。

对操作工人的技术素养要求不高，新工人经短时培训便能上岗操作。

7.冲压的特点是模具制造时刻长、制造本钱高，故不适宜于单件小批量生产。

另外，冲压生产多采纳机械压力机，由于滑块往复运动快，手工操作时，劳动强度大，易发生事故，故必需专门重视平安生产、平安治理和采取必要的平安技术方法。

8.冲压模设计需要有很强的想象力与制造力，关于模具的设计者和制造者不管在理论、体会、制造力方面都要有很高的要求。

冲压模具的进展

最近几年来，我国冲压模具水平已有专门大提高。

大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。

为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。

精度达到1～2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。

表面粗糙度达到Ra≤μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

1.模具CAD/CAM技术状况

我国模具CAD/CAM技术的进展已有20连年历史。

由原华中工学院和武汉733厂于1984年一起完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。

由华中工学院和北京模具厂等于1986年一起完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。

20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采纳CAD/CAM技术。

国家科委863打算将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。

2.模具设计与制造能力状况

在国家产业政策的正确引导下，通过几十年尽力，此刻我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业取得应用。

尽管如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相较仍有较大差距。

这一些要紧表此刻高级轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，不管在设计仍是加工工艺和能力方面，都有较大差距。

轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。

尽管在设计制造方式和手腕方面大体达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相较还存在必然的差距。

汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的利用愈来愈普遍。

高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已愈来愈多。

NC、DNC技术的应用愈来愈成熟，能够进行倾角加工超精加工。

这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。

工艺方案的确信

锡青铜的性能

经退火处置后，其抗剪强度为125～550MPa，其抗拉强度为294～490MPa，其伸长率为5%～35%，适合于做冲压材料。

图1—1—1压圈（二维图）

图1—1—2压圈（三维图）

方案确信

方案一：

冲孔—落料

方案二：

落料，冲孔（复合）

方案三：

落料，冲孔（持续）

方案一：

单工序模，先冲孔再落料保证必然的精度，但要紧适用于生产量较小或单件生产，生产率较低，且多了一模具，生产周期长。

方案二：

避免了多次定位的结构，并在冲裁过程中可以压料，工件较平整，较单工序模缩短生产周期。

方案三:

依照生产量，模具能够采纳持续模，可是持续模的结构复杂，对制造精度的要求高，持续模比复合模比较生产周期长，本钱高，保护也困难。

通过比较分析压圈的冲压模具设计采纳方案二。

有关设计

压圈由落料冲孔单工步成型，只需设计落料冲孔复合模。

压圈生产进程由于结构废料较多，原材料的利用率较低，而模具费用的份额比例较大，如此要求模具的结构简单，生产率高，落料冲孔复合模设计成一模一腔。

复合模采纳倒装结构，冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，卸件靠得住，操作平安方便，生产效率高，并为机械化出件提供有利条件，应用十分普遍。

第2章复合冲压模具设计与计算

冲裁件的工艺设计

冲裁件的工艺性分析

冲裁件的工艺性分析是指冲裁件对冲裁的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸的大小及误差等是不是符合加工的工艺要求。

冲裁件的工艺性是不是合理对冲裁件的质量、模具的寿命和生产率有专门大阻碍。

压圈形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT11，该的精度要求能够在冲裁加工中取得保证．其生产批量等情形，也均符合冲裁的工艺要求，故经压圈符合冲裁工艺要求。

确信工艺方案及模具形式

综上分析，冲裁件精度要求不高，尺寸不大，形状不复杂生产量为大量量生产，材料厚度，t=,且孔位精度无要求，采纳手工送料、刚性卸料、自动漏料、导料销导料的冲孔落料复合冲裁模具结构形式。

凹凸模间隙的选择

冲裁间隙指凸、凹模刃口间隙的距离。

冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接阻碍冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗，应依如实际情形和需要合理的选用。

冲裁间隙有单面间隙和双面间隙之分。

冲裁间隙的分类

依照冲裁件尺寸精度、剪切质量、模具寿命和力能消耗等要紧因素，将金属材料冲裁间隙分成三种类型：

Ⅰ类（小间隙），Ⅱ类（中等间隙），Ⅲ类（大间隙）。

冲裁间隙对冲裁件的阻碍

一、间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹在继续加压的情形下将产生二次剪切，继而被挤入凹模。

如此，制件端面中部留下撕裂面，而两头显现光亮带，在端面显现挤长的毛刺。

毛刺虽长单易去除，只要中间撕裂不是很深，仍可用。

二、间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉伸应力增大，材料容易被撕裂，使制件的光亮代减小，圆角与断裂都增大，毛刺大而厚，难去除。

因此随着间隙的增大，制件的断裂面的倾斜度的增大，毛刺增高。

间隙对尺寸精度的阻碍

当凸、凹模的间隙较大时，材料所受拉伸作用增大。

冲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。

现在穹弯的弹性恢复方向与其相反，鼓薄板冲裁时制件尺寸误差减小。

在间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径减小。

间隙对冲裁力的阻碍

随着间隙的增大，材料所受的拉力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。

可是继续增大间隙时，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹不重合，冲裁力减小。

由于间隙的增大，使冲裁件的光亮面变小，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因此使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。

可是，间隙继续增大时，因为毛刺增大，引发卸料力、顶件力也迅速增大。

间隙对模具寿命的阻碍

冲裁模具的寿命通常以保证取得合格产品时的冲裁次数来表示。

冲裁进程中模具的失效形式一样有：

磨损、变形、崩刃和凹模刃口涨裂四种。

间隙增大时可使冲裁力、卸料力等减小，因此模具的磨损也减小；但当间隙继续增大时，卸料力增加，又阻碍模具磨损，一样间隙为（10%--15%t）时磨损最小模具寿命较高。

间隙小时，落料件梗塞在凹模洞口的涨裂力也大。

确信合理间隙的理论依据

由以上分析可见，凸、凹模对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有专门大的阻碍。

因此，在设计和制造模具时有一个合理的间隙值，以保证冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，所需冲裁力小，模具寿命高。

生产中常选用一个适当的范围作为合理间隙。

那个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin,最大值称为最大合理间隙Zmax。

设计与制造新模具时采纳最小合理间隙值。

确信合理间隙的理论依照是以凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合为依据。

能够计算取得合理间隙值，计算公式如下：

Z=2t（1-

）tanβ

由上式可看出，间隙z与材料厚度t、相对切入深度h0/t及破裂角β有关。

对硬而脆的材料，h0/t有较小值时，那么合理间隙值较大。

对软而韧的材料，h0/t有较大值，那么合理间隙值较小。

板厚越大，合理间隙越大。

由于理论计算在生产中不便利用，故目前普遍利用的是体会数据。

合理间隙的选择

表2-1经常使用金属材料的冲裁初始间隙（双面）

材料

厚度

低碳钢，铜，紫铜，铝

中碳钢，杜拉铜

高碳钢，不锈钢

最小值

△z

最小值

△z

最小值

△z

zmax=zmin＋△z，由表可知，此复合模的最小双面间隙为zmin=，最大双面间隙为zmax=。

凹凸模制造方式及刃口尺寸的计算

凹凸模的制造方式

凸、凹模的加工方式有两种：

凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工方式。

当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批量生产，但精度要求很高，制造困难，相应的会增加加工本钱。

凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简单，本钱低。

鉴于上述分析，就零件图所需的凸、凹模宜采纳凸、凹模配合加工。

凹凸模刃口尺寸的计算

模具刃口尺寸精度品级是阻碍冲裁件尺寸精度品级的要紧因素，模具的合理间隙值也是靠模具刃口尺寸及其精度来保证的。

因此，在确信凹、凸模工作部份尺寸及其制造精度时，必需要紧考虑到冲裁变形规律、冲裁件精度品级、模具磨损和制造特点等。

（1）落料时，先确信凹模工作部份尺寸，其大小应取接近于或等于工件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到必然尺寸范围内，仍能冲出合格工件。

凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个合理间隙值。

（2）冲孔时，先确信凸模工作部份尺寸，其大小应取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到必然尺寸范围内，仍能冲出合格工件。

凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个合理间隙值。

（3）关于落料件，一样标注单向负公差。

假定工件的尺寸为D，工件公差为△，那么工件尺寸确实是

。

冲孔件的公差一样为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d，工件公差为△，那么冲孔件公差为

。

假设工件尺寸标注有正负公差，那么应将正负误差换成上述要求的等价的正公差或负公差，假设工件没有标注公差，那么工件公差按国家标准非配合尺寸的IT14级来处置。

凹凸模配合加工，是指先加工凸模（或凹模），然后依照制好的凸模（或凹模）的实际尺寸，配做凹模（或凸模），在凹模（或凸模）上修出最小合理间隙值。

其方式是把先加工出的凸模（或凹模）做为基准件，它的工作部份的尺寸作为基准尺寸，而与它配做的凹模（或凸模），只需在图纸上标明相应部份的凸模公称尺寸（或凹模公称尺寸），注明“××尺寸按凸模（或凹模）配做，每边保证间隙××”。

如此基准件的制造公差δp（或δd）的大小就不在受凸、凹模间隙大小的限制，是模具制造容易。

一样基准件的制造公差δp（或δd）=

。

1.落料

落料时应以凹模为基准，在后配做凸模。

落料凹模磨损后，刃口尺寸的转变有增大、减小、不变三中情形。

凹模磨损后增尺寸增大时，凹模尺寸按公式

计算，其中系数x按IT11精度品级取值x=。

尺寸Φ55在磨损后增大，△=，化为

=－×

尺寸R10在磨损后增大，△=，化为

=－×

2.冲孔

落料时应以凸模为基准，然后配做凹模。

落料凸模磨损后，刃口尺寸的转变有增、大减、小不、变三中情形。

凸模磨损后尺寸减小时，凸模尺寸按公式

计算，其中系数x

按IT11精度品级取值x=。

尺寸35在磨损后减小，△=,化为

=+×

尺寸Φ8在磨损后减小，△=,化为

=+×

尺寸6在磨损后减小，△=,化为

=+×

尺寸2在磨损后减小，△=,化为

=+×

凸模磨损后尺寸不变的有70，按

计算

排样

排样的意义

在大量和大量生产时，原始毛坯材料在冲压零件的本钱中占60%以上，因此节约材料和减少废料（既材料的经济利用率）具有很重要的意义。

冲裁件在条料上的布置方式称为排样。

排样的合理与否阻碍到材料的经济利用，还会阻碍到模具结构与寿命、生产率、工件公差品级、生产操作方便与平安等。

因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。

排样的方式

同一个工件，可有几种不同的排样方式。

采纳最正确排样方式，应使工艺废料最少，材料利用率高。

依照零件外形特点，排样的形式可分为直排、斜排、对排、混合排、多排及冲裁搭边等。

依照零件的形状特点，选用如下的排样方式，每次冲压进程冲出一个零件。

排样方式与零件在板料上的排布如以下图：

图2-1零件排布图

搭边、进距计算

1.搭边

排样时工件与工件之间及工件与条料之间留下的余料称为搭边及侧搭边。

搭边使工件沿整个周边封锁冲裁时补偿送料的误差，并将其在模具上定位，以保证冲裁出完整的工件。

搭边还能够维持条料有必然的刚度和强度，便于送进模具内。

搭边值要合理确信。

塔边值过大，材料利用率低。

搭边值过小，在冲裁中将会被拉断，造成送料困难，且使工件产生毛刺，有时还会拉入凸模和凹模间隙中，损坏模具刃口，降低模具寿命。

表2-2搭边值的体会值

卸料板形式

条料厚度

搭边值

弹

性

卸

料

板

～

>～

～

＞～

～

＞～

～

＞～

～

固

定

卸

料

板

0～

～

＞～

～

＞～

搭边值一样由体会确信，如表2-2所示。

依照表，可取a=a1=。

排样方式与搭边值决定后，条料的宽度与进距也能够决定。

条料宽度的确信与模具是不是采纳侧压装置或侧刃有关。

本设计采纳无侧压装置，其条料宽度的确信；条料在送进进程中可能沿导料板的一侧，也可能沿另一侧，条料导向面的转变将使侧搭边值减小，为保证最小侧搭边值，条料宽度应加大些：

条料的宽度的计算：

式中B——条料的公称宽度，mm

D——垂直于送料方向的工件尺寸,mm

a1——侧搭边,mm

b0——条料与导料板间的间隙,见表2-3

——条料宽度的公差，见表2-3

表2-3剪切条料公差及导料板与条料间的间隙值（mm）

0～

＞～

～50

>50～100

>100～150

>150～220

B=[D+2（a+Δ）+b0]

=[55+2×++]

条料的宽度的公称尺寸为B=。

2.进距

进距是每次将条料送入模具进行冲裁的距离，进距的计算与排样方式有关，进距是决定挡料销位置的依据。

此工序为落料冲孔复合模，零件的进距A的计算公式为：

A＝B+a

式中B—平行于送料方向工件的宽度；

a—冲裁件之间的搭边值。

进距

A=B＋a=＋

冲裁力的计算及选择压力机

冲裁力的计算

1.计算冲裁力

计算冲裁力的目的是为了选用适合的压力机、设计模具和查验模具强度。

压力机的吨位必需大于冲裁力。

一样平刃口模具冲裁时，冲裁力可按下式计算：

式中P——冲裁力，N；

F——冲切断面积，mm2；

L——冲裁周边长度，mm;

t——材料厚度，mm；

——材料抗剪强度，MPa；08钢的抗剪强度为216～304MPa，取300MPa；

K——平安系数，一样取K＝，考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的转变，材料厚度及误差等因素。

在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时，所需的冲裁力较大。

若是超过现有压力机吨位，就必需采取方法降低冲裁力，要紧有斜刃模具冲裁、阶梯模具冲裁和加热模具冲裁几种方式。

1）计算

2）计算

2.卸料力与推件力的计算

冲裁终止后，由于弹性变形的恢复，会使工件卡紧在凸模或凹模上，必需施加外力，将其取下。

卸料力：

将紧箍在凸模上的料卸下所需的力

推件力：

将卡在凹模中的工件推出所需的力

表2-4卸料力、推件力的因数

冲裁材料

K卸

K推

K顶

紫铜黄铜

～

铝、铝合金

～

钢

材料

厚度

～

＞～

＞

～

卸料力和推件力是由压力机和模具的卸料与推件装置取得的。

在选择压力机吨位和设计模具时，要依照模具结构来考虑卸料力、推件力与顶件力的大小，并作必要的计算。

阻碍这些力的因素较多，生产中，经常使用以下体会公式计算：

、

——卸料因数、推件因数（其值见表2-4）；

P——冲裁力，N；

n——卡在凹模孔内的工件数，n＝h/t（h为凹

模刃口直高度，t为工件材料厚度）。

卸料力

=×27=

推件力

=×27=

3.压力中心的确信

冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。

冲模压力中心的确信进程如下：

1）按比例绘出凸模工作部份的外形；

2）0任意选定坐标轴X－Y。

坐标轴的选定应使计算简便；

3）计算各图形轮廓周长：

L1、L2、L3、L4…Ln（代替冲裁力），和各图形重心坐标：

（x1,y1）、（x2,y2）、（x3,y3）、（x4,y4）…（xn,yn）；

4）依照“合力对某轴的力矩等于各分力对同轴力矩的和”的力学原理，取得冲模压力中心坐标计算公式为：

另外还能够利用CAD，PRO/E等画图软件分析压力中心，经CAD分析可知，压力中心如图2-2所示：

图2-2压力中心

4.冲裁功的计算

A≈

式中A---成形的进程的功，Nm

P---成形工艺力和辅助工艺力之和,KN

t---冲裁料厚度，mm

P=P

=27++=

冲裁功

A==×30×=3N·m

选择压力机

冲压设备的正确选择及合理利用将决定冲压生产可否顺利进行，并与产品、模具寿命、生产效率、产品本钱等紧密相关。

1.压力机的选择原理

冲压设备的选择主若是依照冲压工艺性质、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。

冲压生产中经常使用的设备种类很多，选用设备时要紧应考虑下述因素：

（1）.冲压设备的类型和工作形式是不是适用于应完成的工序，是不是符合平安生产和环保的要求。

（2）.冲压设备的压力和功率是不是知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、行程等是不是适合应完成工序所所利用的模具。

（4）.冲压设备的行程次数是不是知足生产率的要求等。

3.选择压力机

一样情形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倍，关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。

因此压力机的标准压力必需大于冲裁力P=27KN。

依照以上参数选用型开式压力机，其的部份技术参数如下表所示：

表型开式压力机部份技术参数

公称压力/KN

滑块行程/mm

行程次数/（次/min）

最大闭合高度/mm

闭合高度调节量/mm

170

工作台尺寸/mm

模柄孔尺寸/mm

电动机功率/kW

前后

左右

直径

深度

200

310

φ30

由压力机的参数可知压力机的封锁高度

Hmax=170mmHmin=130mm

模具的封锁高度：

（Hmax-5）mm

（Hmin+10）mm

（170-5）≥H≥（130+10）

165≥H≥140

冲裁模要紧零件的设计

凹模设计

1.凹模的刃口形式

凹模的刃口形式有直壁刃口凹模（如图2-3a、b）和锥形刃口凹模（如图2-3c、d）。

图2-3凹模的刃口形式

a）型一样适用于非圆形工件。

b）型适于圆形工件、需将工件或废料顶出的模具或复合冲裁模。

锥形刃口凹模刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后有所增大，但一样对工件尺寸和凹模寿命阻碍不大。

工件或废料很容易从凹模孔内落下，孔内不易积聚工件或废料，孔壁所受的摩擦力及胀裂力小，因此凹模的磨损及每次修磨量小。

锥形刃口凹模适用于形状简单、公差品级要求不高、材料较薄的工件。

冲孔落料复合模凹模采纳直壁刃口形式（b）。

图中凹模孔型参数如下表所示：

表2-6凹模空口要紧参数

材料厚度t/mm

主要参数

h/mm

≥4

15＇

2°

～1

≥5

～

≥6

2.凹模轮廓尺寸

凹模的轮廓尺寸应保证有足够的强度和刚度。

凹模的轮廓尺寸，因其结构形式不一，受力状态比较复杂，目前还不能用理论计算方式确信。

在实际生产中，一样依照冲裁材料的厚度，按体会公式作概略的计算。

凹模的轮廓尺寸应保证有足够的强度和刚度。

目前还不能用理论公式计算来确信，一样情形凹模的轮廓尺寸可按如下的体会公式确信。

凹模厚度：

H=kb（须≥15mm）

凹模壁厚：

C≥（～）H（须≥30～40mm）

凹模刃口线为直线时，取C≥；假设为尖端状或具有复杂形状时，取C≥；

式中b——冲裁件的最大外形尺寸,mm

k——系数,查表2-7

表2-7系数K值

b/mm

材料厚度/mm

50～100

100～200

板料的厚度t=，取k=，那么凹模厚度：

H=Kb=×=取H=17mm

凹模壁厚

C≥（～）H=～35mm取C=35mm

那么模具的外形尺寸为

=2C+b

=70+55=125mm

=2C+b

=70+=取B

=160mm

选取冲压模具凹模尺寸为：

160mm×125mm×17mm。

凹模固定螺钉的大小如下表所示：

表2-8凹模厚度与螺钉的大小

凹模厚度/mm

≤13

>13～19

>19～25

>25～32

>32

螺孔大小/mm

M4、M5

M5、M6

M6、M10

M8、M10

M10、M12

依照表2-8选用M10内六角螺钉。

凹凸模设计

凸模固定端与模座直接接触时，当单位压力超过模座材料的许用压力时，模座表面

就会损伤，为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬垫板。

通常凸模固定端面的压力超过80～90MPa

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