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1、模具设计照书打第一章 冷冲压成形概论模具设计基础冷冲压：是金属压力加工方法之一，它是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用冲模和冲压设备对材料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的工件。冷冲模：是冲压加工中将材料（金属或非金属）加工成工件或半成品的一种工艺装备。冷冲压工艺：是利用模具与冲压设备完成加工的过程。它的生产率高，操作方便，便于实现机械化、自动化。冷冲压加工是集表面质量好、重量轻、成本低等优点于一身的加工方法。冲压工序分：分离工序、塑性成形。分离工序：是使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。如：切断、落料、冲孔等。塑性成形：是指材料在不破裂的条件下产生

2、塑性变形的工序，从而获得一定形状、尺寸和精度要不的零件。如：弯曲、拉深、成形、冷挤压等。单工序模：在冲压的一次行程过程中，只能完成一个冲压工序的模具。级进模：在冲压的一次行程过程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。复合模：在冲压的一次行程过程中，在同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的模具。模具分类：1按完成工序特征分：冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。2按模具导向形式分：无导向模具、导向模具：包括导板、导柱、导套导向模具。3完成冲压工序内容分：单工序模具、组合工序模具：包括复合模、级进模。1冲裁模模具结构：1结构特点：导柱与模座孔为H7/r6（或R7/h6）的过盈配合；导

3、套与上模座孔也为H7/r6过盈配合。导柱和导套配合采用H7h6的间隙配合。目的：是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和导套从上模座孔中脱落下来。2部件分类与功能：1工作零件。直接对坯料、板料进行冲压加工的冲模零件。如凸模、凹模。2定位零件。确定条料或坯料在冲模中准确位置的零件。如档料销、导料板。3卸料及压料零件。将冲切后的零件或废料从模具中卸下来的零件。如固定卸料板。4导向零件。用以确定上下模的相对位置，保证运动导向精度的零件。如导套、导柱以及导板模中的导板。5支撑零件。将凸凹模固定于上、下模式，以及将上下模固守在压力机上的零件。如上模座、下模座、凸模固定板和模柄等。6连接零件。把模具上所有零件

4、连接成一个整体的零件。如螺钉等。冲模零部件分类：1工作零件：凸模、凹模、凸凹模。2定位零件：定位板、定位销、挡料销、导正销、导料板、侧刃。3压料、卸料及出件零部件：卸料板、推件装置、顶件装置、压边圈。4导向零件：导柱、导套、导板、导筒。5支撑零件：上、下模座，模柄，凸、凹模固定板，垫板。6紧固及其它零件：螺钉、销钉、限位器、弹簧、橡胶垫等。2弯曲模模具结构：可分为简单动作弯曲模、复杂动作弯曲模、级进弯曲模、通用弯曲模。-1-3拉深模模具结构：1按使用压力机类型：单动压力机上用的拉深模、双动压力机上用的拉深模。2按拉深顺序分：首次拉深模、以后各拉深模。3按工序组合情况不同分：简单拉深模、复合拉深

5、模、连续拉深模。4按有无压料装置分：有压料装置拉深模、无压料装置拉深模。冲压常用材料：多种金属以及非金属材料。金属材料适于成形工序也适于分离工序，而非金属材料一般适于分离工序。常用金属冲压材料的规格为：板料、带料为主。新型冲压材料：1高强度钢：屈服点高，抗拉强度高。2耐腐蚀钢板：一类是加入新元素的耐腐蚀钢板。3涂层板。具有良好的防腐蚀、防表面损伤的性能。4复合板材。破裂时的变形比单体材料破裂时变形要大，它的基本材料特性值变大。模具选材的一般原则：1要有足够的使用性能。2良好的工作性能。3合理的经济性能。选择模具材料考虑的因素：1模具的工作条件：如模具的受力状态、工作温度、腐蚀性等。2模具的工作

6、性质。3模具结构因素：如模具的大小、形状、和部件的作用、使用性质等。4模具的加热手段。5热处理要求。模具材料常见的缺陷：1模具材料易存在的质量问题。1非金属夹杂物。2碳化物偏析。3中心疏松和白点。2模具制造方面的质量问题。1毛坯锻造时的缺陷：1外部缺陷：裂纹、鳞皮、凹坑、折叠等。2内部缺陷：过热、过烧、疏松、组织偏析等。2碳化物形态与分布均匀性不良。3流线走向和分布不合理。3模具加工方式产生的缺陷。1电加工时，由于高压放电产生高温会使部件表层的晶相组织发生变化，产生脱碳、残余应力等，致使模具磨损寿命降低。2磨削加工时是否有烧伤、机械损伤等其它表面缺陷。4模具热处理产生的缺陷。1过热和过烧。热处

7、理时间加热时间过长、温度过高致使晶体粗大，使得材料性能大大降低，脆性加大易断裂。2脱碳和腐蚀。淬火加热时保护不良而产生氧化、脱碳、腐蚀等缺陷。淬火后表面硬度不高，模具耐磨性能降低。3淬火裂纹。一般是冷却速度过快而产生淬火裂纹，使模具产生早期开裂。4回火不足。回火温度不够或回火时间不足，没有消除内应力和获得稳定的组织，模具承载和抗冲击能力下降，易出现早期失效。压力机的分类和型号：JA3116A曲轴压力机的型号意义是：J机械压力机A参数和基本型号不同的第一种变型3第三列1第一组16标称压力为160kNA结构和性能比原型做了第一次改进压力机的名词解释如下：开式压力机：指床身结构为C型，操作者可以从前

8、、左、右接近工作台，操作空间大，可左右送料的压力机。单柱压力机：指开式压力机的床身为单柱，此种压力机不能前后送料。双柱压力机：指开式压力机的床身为双柱型，可前后、左右送料。可倾式压力机：指开工压力机的床身可倾斜一定的角度，便于出料。活动台压力机：指工作台能水平移动的开式压力机。固定台压力机：指工作台不能作水平移动的开式压力机。闭式压力机：指床身为左右封闭的压力机。床身为框架式或叫龙门式，操作者只能从前后两个方向接近工作台，操作空间小，只能前后送料。单点压力机：指滑块由一个连杆驱动的压力机，用于小吨位；台面较小的压力机。双点压力机：指滑块由两个连杆驱动的压力机，用于大吨位、台面较宽的压力机。四点

9、压力机：指滑块由四个连杆驱动的压力机，用于前后左右都较大的压力机。单动压力机：指只有一个滑块的压力机。双动压力机：指具有内外两个滑块的压力机，外滑块用于压边，内滑块用于拉深。上传动压力机：指传动机构设在工作台以上的压力机。下传动压力机：指传动机构设在工作台以下的压力机。1曲柄压力机：是以曲柄连杆机构作为主传动机构的机械式压力机。是冲压加工中应用最广的一种，能完成各种冲压工序。如：冲裁、弯曲、拉深、成形等。开式双柱可倾曲柄压力机：1传动系统：电动机，带传动，齿轮传动等机构。2工作机构：曲柄滑块机构。-2-3操纵系统：离合器，制动器和电气控制装置等。4支撑部件：床身，工作台等。5辅助系统：润滑系统

10、，保护装置及气垫。6曲柄压力机主要参数：1标称压力：是指滑块离下止点前某一特定距离或曲柄旋转到离下止点时某一特定角度时，滑块上允许承受的最大作用力。2滑块行程：是指滑块从上止点到下止点所经过的距离，其大小随工艺用途和标称压力的不同而不同。3行程次数：是指滑块每分钟从上止点到下止点，然后再回到上止点所往复的次数。4闭合高度：是指滑块在下止点时，滑块下平面到工作台上平面的距离。5装模高度：当工作台面上装有工作台垫板，并且滑块在下止点时，滑块下平面到垫板上平面的距离。6连杆调节长度：又称装模高度调节量。2双动拉深压力机：1按动作分类：单动拉深压力机，双动拉深压力机，三动拉深压力机。2双动拉深压力机具

11、有以下可满足拉深工艺要求：1内、外滑块的行程与运动配合。2内、外滑块速度。3外滑块的压边力可调。3摩擦压力机：是利用摩擦盘与飞轮之间相互接触，传递动力，并根据螺杆与螺母相互运动，使滑块产生上、下往复运动的锻压机械。4液压机。具有典型的三梁四柱结构。主要适用于深拉深、成型、冷挤压等变形工序。不能用于冲裁工序。冲压设备的选用：1压力机的类型。2确定压力机的规格。1类型选择：1对于中小型的冲裁件、弯曲件或拉深件的生产，应选用开式机械压力机。2对于大中型冲裁件的生产，多采用闭结构型式的机械压力机。3在小批量生产中，尤其是大型厚板冲压件的生产，多采用液压机。4在大批量生产或形状复杂零件的生产中，应尽量选

12、用高速压力机或多工位自动压力机。2规格选用遵循的原则：1压力机的标称压力必须大于冲压工序所需压力。当冲压行程较长时，还应注意在全部工件行程上，压力机许可压力曲线应高干冲压变形力曲线。2压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得所需尺寸，并在冲压工序完成后能顺利的从模具上取出来。对于拉深件，行程应大于制件高度两部以上。3压力机的行程次数应符合生产率和材料变形速度要求。4压力机的闭合高度、工作台面尺寸、滑块尺寸、模柄孔尺寸等都能满足模具的正确安装要求。对于曲柄压力机，模具的闭合高度与压力机闭合高度之间符合以下公式：Hmax-5mmH+hHmin+10mm。第2章 冲裁工艺与冲裁模具设计模具设计基础冲裁

13、：是使材料的一部分相对别一部分发生分离，是冲压加工方法中的基础工序。分：落料、冲孔。冲裁过程分：1弹性变形阶段。2塑性变形阶段。3断裂分离阶段。冲裁断面区域分：1塌角带：其大小与材料塑性和模具间隙有关。2光亮带：光亮且垂直端面，普通冲裁约占整个断面的1/31/2以上。3断裂带：粗糙且有锥度。4毛刺：成竖环状，是模具拉挤的结果。模具间隙：是指冲裁的凸模与凹模刃口之间的间隙。如无特殊说明，冲裁间隙是指双边间隙。间隙对冲裁件断面质量的影响：1选用中等间隙。（普通冲裁合理间隙）所得到的冲裁件断面光亮带区域较大，而塌角和毛刺较小，断裂锥度适中，零件表面较平整，冲裁件可得到较满意的质量。2间隙过小。光亮带

14、增加，塌角、毛刺、爆裂带均减小；间隙过小，会使上、下两裂纹不重合，随着凸模的下降产生二次剪切，形成第二条光亮带，毛刺也将进一步拉长，使断面质量变差。3间隙过大。冲裁件断面上出现较大的断裂带，使光亮带变小，毛刺和锥度较大，塌角有所增加，断面质量更差。较高质量冲裁件断面应该是：光亮带较宽，约占整个断面1/3以上，塌角、断裂带、毛刺和锥度都很小，整个冲裁零件无穹弯现象。影响冲裁件断面质量的因素：与材料本身的厚度、刃口间隙、模具结构、冲裁速度及刃口锋利程度等因素有关。其中，影响最大的是刃口间隙。合理间隙：是采用这一间隙进行冲裁时，能够得到令人满意的冲裁件断面质量、较高的尺寸精度和较小的冲压力，并便模具

15、有较长的使用寿命。合理间隙选取原则：1当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，为了提高模具使用寿命和减小冲压力，从而获得较大的经济-3-效益，一般采用较大的间隙值。2当冲裁件尺寸精度要求较高，或对断面质量有较高要求时，应选择较小的间隙值。3在设计冲裁模刃口尺寸时，考虑到模具在使用过程中的磨损，会使刃口间隙增大，应按最小间隙值来计算刃口尺寸。相同的条件下，非圆形比圆形间隙大，冲孔比落料间隙大。确定冲裁模具间隙方法：1经验确定法。2查表法。（冲裁件质量要求较高时，其间隙应取小值；反之应取大间隙，以降低冲压力及提高模具寿命）冲裁件的形状和尺寸要求：1冲裁件的形状应尽可能的简单、对称。2冲

16、裁件上应避免有过长的县壁和狭槽，其最小宽度为b2t，l5t。3冲裁件上的孔与孔、孔与边缘间的距离bb1不能太小，一般取b1.5t，b12t。4冲裁件外形或内孔转角处，应避免清角，应有适当的圆角过渡，以减少热处理应力集中及冲裁时的破裂现象。5为了防止冲裁时凸模折断，冲孔的尺寸不能太小，普通冲裁模的冲孔最小孔径一般应大于材料厚度。冲裁件的尺寸精度一般在IT10IT11以下，表面粗糙度低于Ra6.3um，冲孔精度比落煽起精度高一级。凸、凹模刃口尺寸计算原则：落料件以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准，即冲裁件的尺寸是以测量光亮带尺寸为基准的。确定刃口尺寸信制造公差遵循原则：1落料时，落料件尺

17、寸决定于凹模尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上，通过减小凸模刃口尺寸来获得。2冲孔时，冲孔件尺寸决定于凸模尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上，通过增大凹模刃口尺寸来获得。凸、凹模刃口尺寸计算：1用互换加工。1落料 Dd=（Dmax-x）+d0Dp=（Dd-Zmin）0-p=（Dmax-x-Zmin）0-p2冲孔 dp=（dmin+x）0-pdd=（dp+Zmin）+d0=（dmin+x+Zmin）+d03孔心距 Ld =（Lmin+0.5）0.125为了保证冲裁间隙合理，需要满足：|p|+|d|Zmax-Zmin式中 Dd落料凹模基本尺寸（mm）Dp落料凸模基本尺寸（mm）Dmax落料件最大极

18、限尺寸dp冲孔凸模基本尺寸dmin冲孔件孔的最小极限尺寸dd冲孔凹模基本尺寸Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸制件公差Zmin凸凹模最小初始双向间隙p凸模下偏差，按IT6IT7级选取d凹模上偏差，按IT6IT7级选取x磨损系数，其值与冲裁件制造精度有关，一般：1当冲裁件精度在IT10以上时，x=1。2当冲裁件精度在IT11IT13时，x=0.75。3当冲裁件精度在IT14时，x=0.5。2采用配合加工时。1落料时，以凹模为基准件。磨损后增大的尺寸称A类尺寸：凹模尺寸Ad=（Amax-X）+d0磨损后减小的尺寸称B类尺寸：凹模尺寸Bd=（Bmin+X）0+d2冲也时，以凸模为基准件。排样：冲裁件在板

19、料或条料上的布置方法。排样分类：1从废料角度来分：胡废料排样，少废料排样，无废料排样。2按制件在材料上的排列形式来分：直排法，斜排法，对排法，混合排法，多排法，冲裁搭边法等多种形式。搭边：是指冲裁时制件与制件之间、制件与条料边缘之间的余料。搭边作用：补偿定位误差，便于送料。搭边值：由经验确定或查表。定位零件的作用：是使毛坯在模具上能有正确的位置。1是送料方向的定位，用来控制送料进距。2是在与送料方向垂直方向的定位，通常称为送进导向。挡料销的作用：是保证条料送进时有准确的送进距。分为：固定挡料销，活动挡料销，始用挡料销。导正销作用：保证级进模冲裁件各部分相对位置精度。侧刃：是以切除条料旁侧少量材

20、料来限定送料进距的。其断面长度等于步距。一般用于级进模的送料进距，适于材料厚度为0.10.5mm。材料利用率计算：一个步距内制件的实际面积与所需板料面积之比的百分率。n=F/F0*100%=F/AB*100%A在送料方向，排样图中相邻两个制件对应点的距，即一个步距（mm）B条料宽度F一个步距内制件的实际面积F0一个步距所需毛坯面积冲压力：是冲裁力、卸料力、推件力-4-和顶件力的总称。冲压力计算：1采用弹性卸料和上出料的方式时，总冲压力：P=P+P卸+P顶2采用刚性卸料和下出烊方式时，总冲压力：P=P+P推3采用弹性卸料和下出料方式时，总冲压力：P=P+P推+P卸模具压力的中心：是指冲压力全力的

21、作用点。计算压力中心的目的：1使冲裁压力中心与冲床滑块中心相重合，避免产生偏弯矩，减少模具导向机构的不均匀磨损。2保持冲裁工件间隙的稳定性，防止刃口局部迅速变钝，提高冲裁件的质量和模具的使用寿命。3合理布置凹模型孔位置。凸模结构分：台肩式凸模，直通式凸模。凸模的固定方式：台肩固定式，铆接式固定。凹模洞孔形式：圆柱形孔口，锥形孔口，具有过渡圆柱形孔口。凹模结构：常用的基本结构外形有矩形，圆形板类结构及柱形结构。无导向单工序冲裁模冲裁过程：条料沿导料板送至定位板后，上模在压力机滑块带动下，沿凸模进入凹模孔实现冲裁，分离后的冲件积存在凹模洞口中被凸模依次推出。特点：结构简单、质量轻、尺寸小、制造简单

22、、成本低，但使用时安装调整间隙麻烦，冲裁件质量差，模具寿命低，操作不够安全。适于：冲裁精度不高，批量小的冲裁件。导柱式简单冲裁模结构特点：导柱与模座孔为H7/r6的过盈配合，导套与上模座孔也为H7/r6的过盈配合。目的：是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和居套从上模座孔中脱落下来。导柱与导套配合采用H7/h6的间隙配合。缺点：外形轮廓尺寸较大，结构复杂，制造成本高。适于：大批量生产。刚性卸料板适于：冲压厚度在0.5mm以上的条料，尤其适于简单的弯曲模和拉深模。复合模生产率较高，冲裁件的内孔与外缘相对位置精度高，板料的定位精度要求比极进模低，冲模的轮廓尺寸小。主要适于生产批量大，精度要求高的制件

23、。导柱、导套的结构形式有：滑动和滚动两种。模柄的作用：将模具上模座固定在冲床的滑块上。分：带螺纹的旋入式，带台阶的压入式，反铆式，浮动式。设计模柄时，模柄的长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与压力机滑块上的模柄孔径一致。冲裁模设计总原则：在满足制件尺寸精度的前提下，力求使模具的结构简单，操作方便，材料消耗少，制件成本低。冲裁模的设计步骤：1分析产品制件的工艺性，拟定工艺方案。1先审查产品制件是否合乎冲裁结构工艺性以及冲压的经济性。2拟定工艺方案，在分析工艺的基础上，确定冲压件的总体工艺方案，然后确定冲压加工工艺方案。2冲压工艺计算及设计。1排料及材料利用率的计算。2刃口尺寸的计算。

24、3冲压力、压力中心的计算及冲压设备的初步选择。3冲模结构设计。1确定凹模尺寸。2根据凹模的外轮廓尺寸及冲压要求，从冲模标准中选出合适的架类型，并查出相应标准，画出上、下模板，导柱、导套的模架零件。3画冲模装配图。4画冲模零件图。5编写技术文件。第三章弯曲工艺及弯曲模具设计模具设计基础弯曲：是使材料产生塑性变形，将平直板料或管材等型材的毛坯或半成品，放到模具中进行弯曲，得到一定的角度和形状的制件的加工方法。分：自由弯曲和校正弯曲。弯曲使用的设备有：机械压力机，摩擦压力机，液压机。回弹：是指由于金属材料具有弹性，弯曲件成形角度要稍大于角，这种现象称为回弹。弯曲的三个阶段：弹性弯曲，弹塑性弯曲，纯塑

25、性弯曲。中性层：是既没有伸长，也没有缩短的这一层。回弹的影响因素：1材料力学性能2弯曲角3相对弯曲半径R/t。4弯曲方式及模具结构。5弯曲力。6模具间隙。最小弯曲半径：是在保证坯料外表面纤维不发生破坏的前提下，弯曲件能够弯曲成的内表面最小圆角半径。最小相对弯曲半径：相应的与板料厚度的比值。最小相对弯曲半径的影响因素：1材料的力学性能。2弯曲中心廨（a）。3板料纤维方向与弯曲线夹角影响。4弯曲件宽度。5弯曲件板料厚度。6板料表面与断口质量的影响。最小相对弯曲半径的确定：主要采用经验的实验数值。弯曲件直边高度H必须大于或等于最小弯曲高度（Hmin=2t）。为了防止弯曲线附近的孔由于材料的-5-流动

26、而发生畸变，必须让孔的位置处于变形区外，即孔边到时弯曲半径R的中心距离l必须满足下列条件：1当t2mmlt。2当t2mml2t。对一些弯曲件进行局部弯曲时，为了防止交接处因受力不均匀或应力集中而造成开裂、圆角部位畸变等缺陷，应预先在弯曲件上设置工艺上必须的工艺孔、槽及缺口。提高弯曲件质量的措施：1减少回弹的方法。1补偿法。2校正法。3拉弯工艺。4正确选择弯曲件结构。2弯曲件开裂。防止开裂方法：1选择塑性好的材料。2毛坯的表面质量要好。3弯曲时排样要注意板料或卷料的轧制方向。3偏移。措施：1模具结构上采用压料装置。2采用定位板、定位销。3工艺方案要合理。4底部不平。主要是没有顶料装置。5表面擦伤

27、。原因：1工作时表面有较硬的颗粒。2凹模的圆角半径太小。3凸模和凹模间隙太小。措施：清洁表面、采用合理的表面粗糙度值、合理的圆角半径及凸模与凹模的间隙。保证弯曲件质量的基本原则：11选择合理的下料和制坯方式。2注意板料的轧制方向和毛坯的正、反面。3正确确定毛坯展开尺寸。4弯曲工艺方案的制定应充分考虑弯曲件的尺寸标注方式，合理确定冲压工序的组合。5尽量减少弯曲次数，提高弯曲件的精度。6增加整形与校平工序。2模具设计制造与维护应注意：1定位装置必须准确、可靠。2合理安排与设置强力压料装置。3合理设计模具结构，减少回弹。4合理确定凸、凹模间隙，凹模圆角半径及深度之间的关系。展开长度的确定原则：毛坯长度应等于弯曲后弯曲零件中性层的长度。弯曲力：是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加压力。分：自由弯曲