冲压材料及其冲压成型性能 冲压模具变形理论基础

第一篇：冲压材料及其冲压成型性能 冲压模具变形理论基础

       冲压材料及其冲压成型性能 冲压模具变形理

       论基础

       来源：未知 模具站责任编辑：模具站 发表时间:2022-06-26 00:06 冲压模具变形冲压材料冲压成型性能塑胶模具五金模具锻压模具模具综合

       核心提示：冲压成形加工方法与其它加工方法一样，都是以自身性能作为加工依据，材料实施冲压成形加工必须有好的冲压成形性能。1.材料的冲压成形性能 材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的冲压成形性能。材料的冲压性能好，就是指其便于冲压加工，一次冲压工序的极限变形…

       冲压成形加工方法与其它加工方法一样，都是以自身性能作为加工依据，材料实施冲压成形加工必须有好的冲压成形性能。

       1.材料的冲压成形性能

       材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的冲压成形性能。材料的冲压性能好，就是指其便于冲压加工，一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大，生产率高，容易得到高质量的冲压件，模具寿命长等。由此可见，冲压成形性能是一个综合性的概念，它涉及的因素很多，但就其主要内容来看，有两方面：一是成形极限，二是成形质量。（1）成形极限 在冲压成形过程中，材料能达到的最大变形程度称为成形极限。对于不同的成形工艺，•成形极限是采用不同的极限变形系数来表示的。•由于大多数冲压成形都是在板厚方向上的应力数值近似为零的平面应力状态下进行的，因此，不难分析：在变形坯料的内部，凡是受到过大拉应力作用的区域，就会使坯料局部严重变薄，甚至拉裂而使冲件报废；凡是受到过大压应力作用的区域，若超过了临界应力就会使坯料丧失稳定而起皱。因此，从材料方面来看，为了提高成形极限，就必须提高材料的塑性指标和增强抗拉、抗压能力。•

       冲压时，当作用于坯料变形区内的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变形，故称这种冲压变形为伸长类变形（如胀形、扩口、内孔翻边等）。•当作用于坯料变形区内的压应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是压缩变形，故称这种冲压变形为压缩类变形（如拉深、缩口等）。伸长类变形的极限变形系数主要决定于材料的塑性；压缩类变形的极限变形系数通常是受坯料传力区的承载能力的限制，有时则受变形区或传力区的失稳起皱的限制。

       （2）成形质量 冲压件的质量指标主要是尺寸精度、厚度变化、表面质量以及成形后材料的物理机械性能等。影响工件质量的因素很多，不同的冲压工序情况又各不相同。材料在塑性变形的同时总伴随着弹性变形，当载荷卸除后，由于材料的弹性回复，•造成制件的尺寸和形状偏离模具，影响制件的尺寸和形状精度。因此，掌握回弹规律，•控制回弹量是非常重要的。

       冲压成形后，一般板厚都要发生变化，有的是变厚，有的是变薄。•厚度变薄直接影响冲压件的强度和使用，对强度有要求时，往往要限制其最大变薄量。

       材料经过塑性变形后，除产生加工硬化现象外，还由于变形不均，造成残余应力，从而引起工件尺寸及形状的变化，严重时还会引起工件的自行开裂。所有这些情况，•在制定冲压工艺时都应予以考虑。

       影响工件表面质量的主要因素是原材料的表面状态、晶粒大小、冲压时材料粘模的情况以及模具对冲压件表面的擦伤等。原材料的表面状态直接影响工件的表面质量；•晶粒粗大的钢板拉伸时产生所谓“桔子皮”样的缺陷（表面粗糙）；•冲压易于粘模的材料则会擦伤冲压件并降低模具寿命。此外，模具间隙不均，模具表面粗糙也会擦伤冲压件。2．板材冲压成形性能的试验方法

       板料的冲压成形性能是通过试验来测定的。板料的冲压性能试验方法很多，大致可分为间接试验和直接试验两类。间接试验方法有拉伸试验、剪切试验、硬度试验、金相试验等，由于试验时试件的受力情况与变形特点都与实际冲压时有一定的差别，因此这些试验所得结果只能间接反映出板料的冲压成形性能。但由于这些试验在通用试验设备上即可进行，故常常采用。直接试验方法有反复弯曲试验、胀形性能试验、拉深性能试验等，这类试验方法试样所处的应力状态和变形特点基本上与实际的冲压过程相同，所以能直接可靠地鉴定板料某类冲压成形的性能，但需要专用试验设备或工装。下面仅就最常用的间接试验——拉伸试验作介绍。

       材料的拉伸试验：在待试验板料的不同部位和方向上截取试样，按标准制成如图1.3.12所示的拉伸试样，然后在万能材料试验机上进行拉伸。根据试验结果或利用自动记录装置，可得到如图1.3.13所示应力与应变之间的关系曲线，即拉伸曲线。

       通过拉伸试验可测得板料的各项机械性能指标。板料的机械性能与冲压成形性能有很紧密的关系，可从不同角度反映板材的冲压成形性能。一般而言，板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大；•塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大；刚度指标越高，•成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。现就其中较为重要的几项说明如下：(1）总延伸率δ与均匀延伸率δb

       δ是在拉伸试验中试样破坏时的延伸率，称为总延伸率，简称延伸率。δb是在拉伸试验中开始产生局部集中变形时（刚出现细颈时）的延伸率，叫做均匀延伸率。δb表示板料产生均匀变形或稳定变形的能力。一般情况下，冲压成形都在板材的均匀变形范围内进行，故δb对冲压性能有较为直接的意义。在伸长类变形工序中，例如圆孔翻边、胀形等工序中，δb愈大，则极限变形程度愈大。

       图1.3.12 拉伸试验用的标准试样 图1.3.13 拉伸曲线(2）屈强比（ζs／ζb）

       ζs/ζb是材料的屈服极限与强度极限的比值，称为屈强比。屈强比小，即ζb与ζs之间的差值大，材料易塑性变形而不易断裂，允许的塑性变形区间大，这对所有冲压成形都是有利的。

       在压缩类变形工艺中，例如拉深时，当屈强比小，即材料的屈服点ζs低时，•则变形区的切向压应力较小，板料失稳起皱的趋势小，•防止起皱所需的压料力和需要克服的摩擦力也相应减小，从而降低了总的变形力，也就减轻了传力区的载荷。而强度极限ζb高，•则传力区的承载能力大，所以说屈强比小有利于成形极限的提高。

       在伸长类变形工艺中，例如胀形，当屈强比小时，由于塑性成形所需拉力与坯料破坏时的拉断力之差较大，因而塑性变形过程的稳定性高，坯料拉破的可能性小，即不容易出废品。(3)弹性模量E 弹性模量是材料的刚度指标。弹性模量愈大，在成形过程中抗压失稳能力愈强，•卸载后弹性恢复愈小，有利于提高零件的尺寸精度。(4）硬化指数n 硬化指数n表示材料在冷塑性变形中材料硬化的强度。n值越大的材料，硬化效应就大，这对于伸长类变形来说是有利的。因此n值增大，则变形过程中材料局部变形程度的增加会使该处变形抗力增大，•这样就可以补偿该处因截面积减小而引起的承载能力的减弱，从而制止了局部集中变形的进一步发展，具有扩展变形区、•使变形均匀化和增大极限变形程度的作用。可以证明，材料的硬化指数n，其值为细颈点应变εj，•所以硬化指数n愈高，材料均匀变形的能力愈强。(5）板厚方向性系数ｒ

       板厚方向系数ｒ是指板料试样单向拉伸时,•宽向应变与厚向应变之比（又称塑性应变比），即

       式中b0，ｂ，t0与ｔ分别为变形前后试样的宽度与厚度。一般规定ｒ值按延伸率为20％时试样测量的结果进行计算。

       ｒ值的大小反映平面方向和厚度方向变形难易程度的比较，ｒ值愈大，则板平面方向上愈容易变形，而厚度方向上较难变形，这对拉深成形是很有利的。例如，•在曲面零件拉深成形时，板料的中间部分在拉应力作用下，厚度方向上变形比较困难，即变薄量小，•而在板平面内与拉应力相垂直的方向上的压缩变形比较容易，•则板料中间部分起皱的趋向低，有利于拉深的顺利进行和工件质量的提高；同样，•在用ｒ值大的板料进行筒形件拉深时，筒壁在拉应力作用下不易变薄，不易拉破，而凸缘区的切向压缩变形容易，•起皱趋势降低，压料力减小，反过来又使筒壁拉应力减小，使筒形件的拉深极限变形程度增大。冲压加工所用板料，都是经过轧制的材料。因纤维组织的影响，其纵向与横向上性能有明显差异，在不同方向上ｒ值也不相同，因此通常取其平均值。

       式中r0，r90，r45分别为板料在纵向、横向和45°方向上的板厚方向性系数。(6）板平面方向性

       板料经轧制后其机械、物理性能在板平面内出现各向异性，称为板平面方向性。•方向性越明显，对冲压成形性能的影响就越大。例如弯曲，•当弯曲件的折弯线与板料的纤维方向垂直时，允许的极限变形程度就越大，而折弯线平行于纤维方向时，•允许的极限变形程度就小，方向性越明显，降低量越大。又如筒形拉深件中，•由于板平面方向性使拉深件口部不齐，出现“凸耳”，方向性越明显，则“凸耳”的高度越大。

       板平面方向性主要表现为机械性能在板面内不同方向上的差别，•但在表示板材机械性能的各项指标中，板厚方向性系数对冲压性能的影响比较明显，故板平面方向性的大小一般用板厚方向性系数ｒ在几个方向上的平均差值△ｒ来衡量，规定为

       由于板平面方向性对冲压变形和制件的质量都是不利的，所以生产中应尽量设法降低板材的△ｒ值。

       表1.3.4所示为一些材料的r值和Δr值。

       3．冲压材料

       （1）对冲压材料的要求

       冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，•还应当满足冲压工艺的要求和冲压后继的加工要求（如切削加工、焊接、电镀等）。冲压工艺对材料的基本要求主要是： a．对冲压成形性能的要求

       为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。•而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关，通常要求材料应具有：良好的塑性，屈强比小，•弹性模量高，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小。•不同冲压工序对板材性能的具体要求如表1.3.5所示。

       b．对材料厚度公差的要求

       材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，•材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。c．对表面质量的要求

       材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。•表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好。(2）常用冲压材料

       冲压用材料的形状有各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，•一般用于大型零件的冲压，对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。•带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料，•材料厚度很小时也是做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。冷冲压常用材料有：

       a.黑色金属：普通碳素结构钢、优质碳素钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。

       对厚度在4mm以下的轧制薄钢板，按国家标准GB/T708-1991规定，•钢板的厚度精度可分为A(高级精度)，B(较高精度)，C(普通精度)级

       对优质碳素结构钢薄钢板，根据GB/T710-1991规定，钢板的表面质量可分为Ⅰ（特别高级的精整表面），Ⅱ（高级的精整表面），Ⅲ（较高的精整表面），Ⅳ（普通的精整表面）组；每组按拉深级别又可分为ｚ（最深拉深），ｓ（深拉深），ｐ（普通拉深）级： b.有色金属：铜及铜合金、铝及铝合金、镁合金、钛合金等。c.非金属材料：纸板、胶木板、塑料板、纤维板和云母等。

       关于各类材料的牌号、规格和性能，可查阅有关手册和标准。表1.3.6给出了常用冷冲压材料的机械性能，从表中数据，•可以近似判断材料的冲压性能。

第二篇：如何保养冲压模具

       生产模具保养

       1．目的：为保证模具正常生产，减少故障及品质问题,延长模具使用寿命。

       2．适用范围：注塑部量产中的模具，不含试模模具。

       3．日常保养

       3.1 每班（12H）由责任技师保养一次，并记录在《作业日报表》上。

       3.2 保养项目:

       3.2.1 前、后模面胶丝、脏物抹拭、清理；

       3.2.2 检查弹簧、顶针、行位有无卡死、烧伤、断裂等现象，如有应落模修理；

       3.2.3检查运水是否堵塞，如有应进行疏通；

       3.2.4 顶针、行位、导柱、导套等活动部位加黄油。

       4.定期保养

       4.1 按注塑机机型大小来划分每次进行保养的模数，以《生产命令单》所统计的产量除以穴数来计算，由修模组进行保养，并由模具管理员记录在《模具履历表》上：

       30T～100T： 每生产6万模保养一次

       150T～160T：每生产5万模保养一次

       220T～350T：每生产4万模保养一次

       4.2 保养项目：

       4.2.1 P/L面胶丝、脏物抹拭、清理；

       4.2.2 检查弹簧、顶针、行位有无卡死、烧伤、断裂等现象，如有应落模修理；

       4.2.3检查运水是否堵塞，如有应进行疏通；

       4.2.4 顶针、行位、导柱、导套等活动部位加黄油；

       4.2.5 分解顶针、行位、抽芯、检查是否有烧伤、断裂、严重磨损等现象，如有应修理或更换；

       4.2.6 排气槽、孔的清理，有困气烧黑部位加排气；

       4.2.7 损伤、磨损部位修正。

       5．外观保养：

       5.1外观保养由模具管理员及上下模技工负责进行.5.2 保养项目:

       5.2.1、模胚外侧涂油漆，以免生锈；

       5.2.2、落模时，型腔应喷上防锈油；

       5.2.3、保存时应闭合严实，防止灰尘进入模CORE。

       6．模具保养注意事项

       6.1活动部位，每日保养必需加油；

       6.2模面必须清洁：不得在P/L面粘标签纸；禁止产品粘模未取出仍继续啤货；P/L面胶丝必须清理干净

第三篇：冲压模具论文

       引言

       在目前激烈的市场竞争中，产品投入市场的迟早往往是成败的关键。模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。因此客户对模具开发周期要求越来越短，不少客户把模具的交货期放在第一位置，然后才是质量和价格。因此，如何在保证质量、控制成本的前提下缩短模具开发周期是值得认真考虑的问题。

       模具开发周期包括模具设计、制造、装配与试模等阶段。所阶段出现的问题都会对整个开发周期都有直接的影响，但有些因素的作用是根本的、全局性的。笔者认为，人的因素及设计质量就是这样的因素。因此科龙模具厂采取了项目管理、并行工程及模块化设计等管理上及技术上的措施，以提高员工积极性并改善设计质量，最终目的是在保证质量、成本目标的前提下缩短模具开发周期。

       1模具开发的项目管理实施方法

       项目管理是一种为了在确定的时间范围内，完成一个既定的项目，通过一定的方式合理地组织有关人员，并有效地管理项目中的所有资源（人员、设备等）与数据，控制项目进度的系统管理方法。

       模具之间存在着复杂的约束关系，并且每套模具的开发涉及到较多种岗位、多种设备。因此需要有负责人保证所需生产资源在模具开发过程中能及时到位，因此需要实施项目负责制。另外，项目负责制的实施还便于个人工作考核，有利于调动员工积极性。

       模具厂有冲模工程部与塑模工程部。冲模工程部管辖四个项目组，塑模工程部为三个。模具任务分配方式以竞标为主，必要时协商分配。每个项目组设有一个项目经理、约两个设计员、四个工艺师和四个左右的钳工，工艺师包括模具制造工艺与数据编程人员。而其它的各种生产设备及操作员的调度由生产部的调度员统筹安排。如果项目组之间有资源需求的冲突而调度员不能解决时由厂领导仲裁。

       厂内员工可通过竞职方式担任项目经理，选拔项目经理有三项标准：（1）了解模具开发的所有工序内容；（2）熟悉模具开发过程中的常见问题及解决方法；（3）有较强的判断和决策能力，善于管理和用人。

       项目管理的内容之一就是要确定项目经理应担负的职责。本厂项目经理的职责有：（1）负责组织项目组在厂内竞标、承接新项目；（2）负责与客户交涉，包括确定产品细节、接受客户修改产品设计的要求、反映需要与客户协商才能解决的问题；（3）检查产品的工艺性，如果产品工艺性存在问题，则向客户反馈；（4）制定具体的项目进度计划；（5）负责对承接项目的全过程、全方位的质量控制、进度跟踪及内外协调工作；（6）负责完成组内评审及对重大方案、特殊结构、特殊用途的模具的会审；（7）负责组内成员的工作分配、培训及考核；（8）对组内成员的过失行为负责；（9）负责在组内开展 “四新”技术的应用与技术攻关项目的立项、组织、实施等各项工作；（10）及时解决新模具在维修期内的各项整改及维修。

       厂领导根据项目完成的时间、质量与成本考核项目经理。然后由项目经理考核项目组内员工，使责、权、利落实到每一位员工，有效调动了员工积极性并显著减少以前反复出现的问题。模具开发的并行工程实施方案

       并行工程是缩短产品开发周期、提高质量与降低成本的有效方法。实施并行工程有助于提高产品设计、制造、装配等多个环节的质量。并行工程的核心是面向制造与装配的设计（DFMA）[1]。在模具开发中实施并行工程就是要进行产品及模具的可制造性与可装配性检查。

       笔者为模具厂提出并实施了如图1所示并行工程实施方案。IMAN是基于统一数据库的PDM系统，基于IMAN集成各种CAX及DFX工具，并利用IMAN的工作流模型实现了设计过程的集成。基于统一的产品三维特征模型，设计员利用CAD工具进行模具设计；工艺师利用CAM功能进行数控编程及CAPP进行工艺设计；审核者利用CAE功能进行冲压或注射成型过程模拟，利用DFX工具进行可制造性与可装配性分析。以上工作可以几乎同时进行，而且保证了产品及模具的相关尺寸的统一与安全。这就使审查时重点检查模具的方案和结构。基于统一数据库，各种职能的人可以看到感兴趣的某侧面的信息。

       DFMA工具的开发是并行工程的工作重点之一。在以往的DFMA方法研究与系统实现中[2]，DFMA工具被动地对CAD输出的产品特征进行评价，而不能在CAD系统产生具体产品特征前即在概念设计阶段加以指导，使CAD系统要经过多次设计―检查―再设计循环才能求得满意解。为此科龙模具厂开发了集成CAD系统的DFMA工具。DFMA的工作过程可分两个阶段。第一阶段是，DFMA输出概念设计方案到CAD，这个方案具有最少的零件数量；第二阶段是，而CAD系统输出设计特征模型，经过特征映射后将制造特征模型输入到DFMA工具进行可制造性与可装配性分析。通过这种途径使DFMA知识库得到尽早利用，为缺乏知识的CAD系统把握方向。

       通过对产品与模具的可制造性与可装配性的检查，就从源头消除了后续工序可能遇到的困难，大大减少出现缺陷和返工的可能性。模具的模块化设计方法与系统研究

       缩短设计周期并提高设计质量是缩短整个模具开发周期的关键之一。模块化设计就是利用产品零部件在结构及功能上的相似性，而实现产品的标准化与组合化。大量实践表明，模块化设计能有效减少产品设计时间并提高设计质量。因此本文探索在模具设计中运用模块化设计方法。

       3.1模具模块化设计的特点

       模具的零部件在结构或功能上具有一定的相似性，因而有采用模块化设计方法的条件，但目前模具设计中应用模块化设计方法的研究报道还很少见。与其它种类的机械产品相比，模具的模块化有几项明显特点。

       3.1.1模具零件的空间交错问题

       模具零件在三维空间上相互交错，因此难于保证模块组合后没有发生空间干涉；难于清晰地进行模块划分。

       笔者采取以下办法来克服这个问题：（1）利用Pro/E（或UGII等三维软件）的虚拟装配功能检测干涉；（2）按结构与功能划分相结合。模块划分就是部件划分并抽取共性过程。结构相对独立的部件按结构进行划分，设计出所谓的结构模块；而在空间上离散或结构变化大的部件则按功能划分，设计出所谓的功能模块。这样划分并进行相应的程序开发后，结构模块的结构可由结构参数为主，功能参数为辅简单求得；而对于功能模块，可由功能参数为主，结构参数为辅出发进行推理，在多种多样的结构形式中做出抉择。

       3.1.2 凸凹模及某些零部件外形无法预见

       某些模具零件（如凸凹模）的形状和尺寸由产品决定因而无法在模块设计时预见到，所以只能按常见形状设计模块（如圆形或矩形的冲头）,适用面窄；某些模具零件（如冲压模的工件定位零件）虽然互相配合执行某一功能，但它们的空间布置难寻规律与共性，因此即使按功能划分也不能产生模块。

       笔者认为，模块化是部件级的标准化，而零件标准化可视为零件级的模块化。两个级别上的标准化是互相配合的。因此，要开发零件库并纳入模块库，以弥补模块覆盖不全的缺憾。当零件必须逐个构造时，一个齐全的便于使用的零件库对提高效率很有帮助。

       3.1.3 模具类型与结构变化多

       模具可有不同的工序性质，如落料、冲孔等；有不同的组合方式，如简单模、连续模等；还有不同的结构形式，种类极其繁多。因此，必须找到适当途径，使较少的模块能组合出多种多样模具。

       为此，笔者提出了以下方法：（1）在Pro/E（或UGII等三维软件）的参数化设计功能及用户自定义特征功能的基础上进行二次开发，使模块具有较大“可塑性”，能根据不同的输入参数可产生较大的结构变化；（2）分层次设计模块。用户可调用任一层次上的模块，达到了灵活与效率两个目标。使用小模块有灵活多变的优点，但效率低，使用大模块则相反。

       3.2 模具模块化设计的实施

       为了实施模块化设计，并证明以上方法的可行性，笔者基于Pro/E二次开发，开发出一套模具模块化CAD系统。系统分两大部分：模块库与模块库管理系统。

       3.2.1 模块库的建立

       模块库的建立有三个步骤：模块划分、构造特征模型和用户自定义特征的生成。标准零件是模块的特例，存在于模块库中。标准零件的定义只需进行后两步骤。

       模块划分是模块化设计的第一步。模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本[3]。每一类产品的模块划分都必须经过技术调研并反复论证才能得出划分结果。对于模具而言，功能模块与结构模块是互相包容的。结构模块的在局部范围内可有较大的结构变化，因而它可以包含功能模块；而功能模块的局部结构可能较固定，因而它可以包含结构模块。

       模块设计完成后，在Pro/E的零件/装配（Part/Assembly）空间中手工建构所需模块的特征模型，运用Pro/E的用户自定义特征功能，定义模块的两项可变参数：可变尺寸与装配关系，形成用户自定义特征(User-Defined Features，UDFs)。生成用户自定义特征文件（以gph为后缀的文件）后按分组技术取名存储，即完成模块库的建立。

       3.2.2 模块库管理系统开发

       系统通过两次推理，结构选择推理与模块的自动建模，实现模块的确定。第一次推理得到模块的大致结构，第二次推理最终确定模块的所有参数。通过这种途径实现模块“可塑性”目标。

       在结构选择推理中，系统接受用户输入的模块名称、模块的功能参数和结构参数，进行推理，在模块库中求得适用模块的名称。如果不满意该结果，用户可指定模块名称。在这一步所得到的模块仍是不确定的，它缺少尺寸参数、精度、材料特征及装配关系的定义。

       在自动建模推理中，系统利用输入的尺寸参数、精度特征、材料特征与装配关系定义，驱动用户自定义特征模型，动态地、自动地将模块特征模型构造出来并自动装配。自动建模函数运用C语言与Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT开发而成。UDFs的生成方法及参数驱动实现自动建模的程序见参考文献[4]。

       通过模块的调用可迅速完成模具设计。这个系统在本厂应用后了模具设计周期明显缩短。由于在模块设计时认真考虑了模块的质量，因而对模具的质量起基础保证作用。模块库中存放的是相互独立的UDFs文件，因此本系统具有可扩充性。总结

       由于采取了上述措施，科龙集团某一新品种空调的模具从设计到验收只需三个月就完成了，按可比工作量计算，开发周期比以前缩短了约1/4，而且模具质量和成本都有所改善，明显增强企业竞争力。

第四篇：冲压模具课程设计

       前言

       冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

       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比仍有较大差距。这些主要表现在飞行器钣金件、高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。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。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。

       因此我们在学习完《飞机钣金成形原理和工艺》等模具相关基础课程后，安排了模具设计课程设计，以帮助我们掌握模具设计的过程，为以后参加工作打下基础。

       设计内容

       一、零件的工艺性分析

       图1 零件图

       1）零件的尺寸精度分析 如图1所示零件图，该零件外形尺寸为R11，19；内孔尺寸为R3，6，均未标注公差，公差等级选用IT14级，则用一般精度的模具即可满足制件的精度要求。

       2）零件结构工艺性分析 零件形状简单，适合冲裁成形。

       3）制件材料分析 制件材料为45钢，抗剪强度为432～549Mpa，抗拉强度为540～685Mpa，伸长率为16%。适合冲压成形。

       综合以上分析，得到最终结论:该制件可以用冲压生产的方式进行生产。但有几点应注意：

       1）孔与零件左边缘最近处仅为2mm，在设计模具是应加以注意。2）制件较小，从安全方面考虑，要采取适当的取件方式。

       3）有一定批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。

       二、工艺方案的确定

       由零件图可知，该制件需落料和冲孔两种冲压工艺，设计模具时可有以下三种方案：

       方案一：先落料，再冲孔，采用单工序模生产。方案二：冲孔、落料连续冲压，采用级进模生产。方案三：落料和冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案一采用单工序模生产，模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件年产20万件的需求，而且要考虑第二套模具中工序件的定位问题，操作不便。

       方案二采用级进模生产，可有效地提高生产效率，但连续模制造和设计难度大，费用高，用于生产该制件达不到经济性要求。

       方案三采用复合模生产，亦有很高的生产效率，复合模能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔两道工序，所冲压的工件精度较高，不受送料误差影响，能较好的满足该制件内孔与外形同心的要求。

       通过对比，故采用方案三，比较适合该零件。

       三、模具结构形式的确定

       （一）模具类型及卸料方式分析

       因制件材料较薄，为了保证制件的平整度，所以采用正装式复合模，即凸凹模安装在上模，这样，从模柄中穿入导杆可以直接把嵌在凸凹模里的废料从刃口中打下，卡在凸凹模凸模刃口上的材料可以用弹性卸料板卸料；冲孔凸模与落料凹模安装于下模，用顶件器带动卸料板顶出制件。

       （二）模具定位方式分析

       在模具设计中，抛弃了传统的销钉定位，而是把凸凹模和凹模分别在上、下模座定位，上、下模座的定位沉台在制造时是和导柱、导套固定在一起加工完成的，这样保证了上、下模工作零件的同轴度，从而达到保证零件尺寸精度的目的。同时没有使用销钉，也使模具的维修方便了很多，即使多次拆卸也能保证零件的精度不变。

       四、工艺设计与计算

       （一）制件排样与材料利用率计算

       采用单排直排有废料排样，如图2所示。

       由文献【1】表3-17查得制件间搭边值a=0.8mm，侧搭边值a1=1mm,则送料步距L=19 0.8=19.8；条料宽度B=22 1 1=24；经计算制件面积S=284.73mm2，一个步距的材料利用率为：

       η=S/(BL)×100%=284.73/(24 ×19.8)×100%=59.92%

       图2 排样图

       由文献【2】表4-1冷轧钢板的尺寸，选板料规格为1200mm×600mm×1mm，剪裁条料时采用横裁法，于是条料尺寸为24mm×600mm。

       每板条料数n1=1200/24=50(条)；

       每条制件数n2=(600-0.8×2)/19.8=30(件)； 每块板制件数n3= n1×n2=50×30=1500(件)材料总利用率η=1500×284.73/（1200×600）=59.3﹪

       （二）冲压力的计算

       冲裁力可按以下公式[1]计算：

       F=KLtτ

       kp，式中：t—材料厚度（mm）； L—冲裁件周长（mm）；τ已知K=1.3, t=1 mm；查文献【2】表4-12得τ

       kp

       kp

       --材料抗剪强度（Mpa）。

       kp

       =432～549，取τ=500；经计算得外形周长L1=67.57mm，内孔周长L2=30.85mm。所以

       落料冲裁力 F1= KL1tτ冲孔冲裁力 F2= KL2tτ

       kp

       =1.3×67.57×500×1=43.92kN =1.3×30.85×500×1=20.05 kN

       kp推件力和卸料力可用以下经验公式[ 1]进行估算：

       F推件=nK推F F卸料=K卸F 式中：F—冲裁力；n为同时卡塞在凹模内的零件数，一般为3～5；K推—推件力系数；K卸—卸料力系数。查文献【1】表3-15得，K推=0.055，K卸=0.04～0.05，所以

       F卸料=K卸F1=0.04×43.92=1.7568 kN F推件=nK推F2=5×0.055×20.05=5.51 kN 由于该制件模具采用弹性卸料装置，所以总冲压力的计算公式为： F总= F1 F2 F卸料 F推件=43.92 20.05 1.7568 5.51=71.24 kN(三)初选压力机

       根据总压力71.24 kN,查文献【2】表4-33开式压力机的主要技术参数，初选压力机型号规格为J23-10，其主要参数如下：

       公称压力：100 kN 滑块行程：45mm 最大闭合高度：180mm 最大装模高度：145mm 工作台尺寸：370mm×240mm 模柄孔尺寸：∅30mm×55mm(四）计算压力中心

       该制件图形较规则，上下对称，故采用解析法求压力中心较为方便。建立如下图所示坐标系。

       1x

       设压力中心为（x0,y0）,因为上下对称，所以y0=0，只需求x0，又因为内孔为轴对称图形，所以只需考虑外形。经计算得L1=15.1mm,L2=52.47mm,x2=3.165, x1=-8。根据合力矩定理得

       所以，压力中心为（0.72，0）。

       （五）计算凸凹模刃口尺寸

       本制件形状简单，可按分别加工方法制造凸、凹模，凸、凹模的制造公差 δp和δp必须满足不等式[ 1]：

       δp δd≤Zmax-Zmin。

       根据制件的材料和厚度,由文献【3】表2-14 汽车、拖拉机等行业冲裁模初始双边间隙值，查得 ：

       Zmax=0.140mm,Zmin=0.100mm；

       根据制件的基本尺寸和厚度，由文献【3】表2-19 汽车、拖拉机等行业简单形状制件凸、凹模的制造偏差，查得：

       落料部分：凸模-0.020mm,凹模 0.020 冲孔部分：凸模-0.020mm,凹模 0.020 验证制造偏差是否合格：

       δp δd =0.02 0.02=0.04 Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04 所以，δp δd=Zmax-Zmin=0.04，合格，可以采用该公差值。

       由于零件图未注公差，为了降低工作难度，所以在实际生产中按照IT14等级确定制件各尺寸公差，查文献【3】附录一 标准公差数值和表2-17 磨损系数x得：

       落料部分：尺寸R11，公差为0.43mm，取x=0.5；

       尺寸19，公差为0.52mm，取x=0.5；

       冲孔部分：尺寸R3 ,公差为0.25mm，取x=0.5；

       尺寸6，公差为0.3mm，取x=0.75。

       1）落料 尺寸R

       Dd=(Dmax-xΔ

       =(11.215-0.5×0.43=

       Dp=(Dd-Zmin=(11-0.100= 尺寸 Dd=(Dmax-xΔ=(19.26-0.5×0.52=

       Dp=(Dd-Zmin=(19-0.100=

       2)冲孔 尺寸R dp=(dmin xΔ=(2.875 0.5×0.25=

       dd=(dp Zmin=(3 0.100=

       尺寸 dp=(dmin xΔ=(5.85 0.75×0.3=

       dd=(dp Zmin

       五、模具结构设计

       （一）凹模设计

       =(6.075 0.100=

       因制件形状简单，轮廓近似圆形，且总体尺寸不大，选用整体式圆形凹模较为合理。因制件精度较低，厚度较小，由文献【2】表3-5 冷冲模工作零件的材料及热处理要求，选用9Mn2V为凹模材料。

       1)确定凹模厚度H值:由凹模厚度经验公式[4]估算：

       H=K1K

       2式中，F—冲裁力，N；K1—凹模材料修正系数，合金钢取1，碳素钢取1.3；K2—凹模刃口周边长度修正系数。

       本例中冲裁力F=43.92kN；凹模材料为合金钢，故K1取1；凹模刃口周边长度为67.57mm，查文献【4】表3-34凹模刃口周边长度修正系数，得K2=1.12，所以

       H=K1K2

       =1×1.12×

       =19.06mm 2)确定凹模周界尺寸D：根据条料宽度B=24mm,材料厚度t=1mm,由文献【4】表3-33，查得凹模孔壁厚c=22mm。所以 D=2R 2c=22 266mm 由文献【2】表5-45 圆形凹模板尺寸，可查到较为靠近凹模周界尺寸为63mm×20mm，故凹模周界尺寸取为63mm×20mm。其结构图如图3所示。

       图3 凹模

       （二）其他冲模零件设计

       据以上确定的凹模周界尺寸，查文献【2】表5-5 复合模圆形厚凹模典型组合尺寸，可得其他冲模零件的数量、尺寸及主要参数。

       1)卸料板 标准编号JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm×8mm,结构图如图4所示。

       图4卸料板

       2)凸凹模固定板 标准编号JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm×12mm，结构图如图5所示。

       图5凸凹模固定板

       3)顶件块 非标准件，尺寸根据凸、凹模尺寸确定，结构图如图6所示。

       图6顶件块

       4）凸凹模

       凸凹模采用直通式结构，固定部分简化为圆形，因采用弹压卸料，所以凸凹 模长度按下式[6]计算

       L=h1 h2 t h 式中，h1—凸凹模固定板厚度，mm；h2—卸料板厚度，mm；t—材料厚度，mm；h—增加长度。它包括凸凹模修磨量、凸凹模进入凹模的深度（0.5～1mm）、凸凹模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取10～20mm。

       本例中，h1=12mm，h2=8mm，t=1mm，h取14mm，所以凸凹模长度 L=h1 h2 t h=12 8 1 14=35mm

       凸凹模结构图如图7所示。

       图7 凸凹模 5)凸模

       凸模亦采用直通式，固定部分简化成圆形，长度L=19.5mm,其结构图如图8所示。

       图8 凸模

       （三）选择模架

       由凹模周界尺寸63mm×20mm及模架闭合高度110mm，查文献【2】表5-8滑动导向后侧导柱模架规格，选用后侧导柱模座,其主要参数如下：

       上模座 63mm×63mm×25mm(GB/T2855.5-1990)； 下模座 63 mm×63mm×30mm(GB/T2855.6-1990)； 导柱 16mm×110mm×30mm(GB/T2861.2-1990)； 导套 16mm×50mm×23mm(GB/T2861.6-1990)。模架具体结构尺寸，参照文献【5】表4-6后侧导向模柱、表3-38导柱和表3-39导套设计。

       （四）模柄设计

       本例采用凸缘模柄，尺寸与模柄孔配做。

       六、校核压力机安装尺寸

       模座外形尺寸为63mm×63mm，闭合高度为110mm，J23-10型压力机工作台尺寸为370mm×240mm，最大闭合高度为180mm，故此压力机能满足要求。

       七、绘制装配图

       图9 装配图

       结束语

       钣金冲压成形课程设计是我们在大学期间的一门重要课程，是对我们将理论应用于实践能力的考核。通过这次课程设计我加深了对冲压成形的理解，掌握了模具设计的基本方法，很好地巩固了以前所学的知识，相信对我将来从事工作将有很大帮助。在本设计过程中，各位老师和同学们给予我大量的指导和帮助，在此表示衷心的感谢。

       由于个人水平有限，在设计中难免出现错误和不足，还请老师批评指正。

       致谢

       经过两周的忙碌和工作，本次课程设计终于完成了，作为一个本科生的课程设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的帮助，想要完成这个设计是很难的。

       在这里首先要感谢郭拉凤和张春元老师。他们平日里工作繁多，但在我做课程设计的整个过程中都给予了我悉心的指导。我的装配图较为复杂，但是郭老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，他们严谨的治学态度和科学的研究精神也是我学习的榜样，并将对我今后的学习和工作产生积极影响。

       其次要感谢和我一起作课程设计的谢现龙同学，在本次设计中他给了我极大的帮助。

       然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次课程设计才会顺利完成。

       参考文献

       【1】翟平.飞机钣金成形原理与工艺.西安：西北工业大学出版社，1995 【2】史铁梁.模具设计指导.北京: 机械工业出版社，2022 【3】孙京杰.冲压模具设计与制造实训教程.北京：化学工业出版社，2022 【4】康俊远.冲压成型技术.北京:北京理工大学出版社.2022 【5】王立人.冲压模设计指导.北京:北京理工大学出版社.2022 【6】李奇涵.冲压成形工艺与模具设计.北京：科学出版社，2022

第五篇：垫板冲压模具

       垫板冲压模具课程设计

       摘要：本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。

       关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模； 前言

       冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。

       冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。

       (1)冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

       （3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

       （4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

       由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

       上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

       在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

       复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

       级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

       复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分

       组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

       此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算

       凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。

       冲裁模设计题目

       如图1所示零件：垫扳 生产批量：大批量 材料：08F

       t=2mm 设计该零

       件的冲

       压

       工

       艺

       与

       模

       具 零件的工艺分析

       2.1 结构与尺寸

       该零件结构简单,形状对称。

       硬钢材料被自由凸模冲圆形孔,查《冷冲压工艺及模具设计》表3-8,可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:Φ6>1.3t=1.3×2=2.6。

       由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行,故最小孔边距不应小于材料厚度t,该工件的空边距(20)>t=2,(10)>t=2,均适宜于冲裁加工。

       2.2 精度

       零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差,经查表得,各尺寸公差分别为：

       00.6200.5200.4300.36零件外形:58零件内形:600.740.300，38，30，16，孔心距:18±0.215，利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。

       2.3 材料

       08F，属于碳素结构钢,查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知抗剪强度τ=260MPa,断后伸长率=32％。此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。

       根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。确定冲裁工艺方案

       该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：(a)先落料，再冲孔，采用单工序模生产；

       (b)采用落料——冲孔复合冲压，采用复合模生产；(c)用冲孔——落料连续冲压，采用级进模生产。

       方案(a)模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。

       根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案。确定模具总体结构方案

       4.1 模具类型

       根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件——凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。

       4.2 操作与定位方式

       虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，固定挡料销挡料，并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性，进而保证零件精度。为了保证首件冲裁的正确定距，采用始用挡料销，采用使用挡料销的目的是为了提高材料利

       用率。

       4.3 卸料与出件方式

       采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

       4.4 模架类型及精度

       考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。

       4.5 凸模设计

       凸模的结构形式与固定方法：

       落料凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于凸模固定板中拉出。并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过接方式与凸模固定板固定。工艺设计计算

       5.1 排样设计与计算

       零件外形近似矩形，轮廓尺寸为58×30。考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。如图1所示：

       查《冷冲压工艺及模具设计》表3-13，工件的搭边值a=2，沿边的搭边值a1=2.2。级进模送料步距为S=30 2=32mm 条料宽度按表3-14中公式计算： B-0△=(Dmax 2a1)-△0

       查表3-15得：△=0.6

       0B=（58 2×2.2）00.6=62.40.6（㎜）

       由零件图近似算得一个零件的面积为1354.8㎜2，一个进距内的坏料面积

       B×S=62.4×32=1996.8㎜2。因此一个进距内的材料利用率为：

       =（A/BS）×100﹪=67.8﹪

       查《冷冲压工艺及模具设计》附表3选用板料规格为710×2000×2。

       采用横裁时，剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为32，每间条可冲零件个数22个零件。则一块板材的材料利用率为：

       =（n×A0/A）×100﹪

       =（22×32×1354.8/710×2000）×100﹪=67.2﹪

       采用纵裁时，剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为11，每条可冲零件个数62个零件，则一块板材的材料利用率为：

       =（n×A0/A）×100﹪

       =（11×62×1354.8/710×2000）×100﹪=59.2﹪

       根据以上分析，横裁时比纵裁时的板材的材料利用率高，因此采用横裁。

       5.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机

       冲裁力：根据零件图可算得一个零件外周边长度：

       L1=16π 8 28 38×2 =162.27

       内周边长度之和：

       L=2π×3=18.84㎜

       查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知：260MPa;查《冷冲压工艺及模具设计》附表3可知：Kx=0.05, KT=0.055.落料力：

       F落=KL1 t T

       =1.3×162.27×2×260 =109.69KN

       冲孔力：

       F孔=KL2 t T

       =1.3×6×2×260 =12.74 KN 卸料力：

       Fx=KxF落

       =0.05×109.69 =5.48KN 推件力：

       根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h=6，故:n=h/t=3

       FT=nKtF孔

       =3×0.055×25.47 =4.20KN

       总冲压力：

       FЁ= F落 F孔 Fx FT 则FЁ=109.69 12.74 5.48 4.20

       =132.11KN

       应选取的压力机公称压力：25t.因此可初选压力机型号为J23-25。

       当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。

       确定压力中心：画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：

       由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。即坐标原点O。该点坐标为（0，0）。

       5.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差

       由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别进行。由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：

       （I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；

       （II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；

       （III）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比工件精度高2~3级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。

       a): 落料凹模刃口尺寸。按磨损情况分类计算：

       i)凹模磨损后增大的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》公式：DA=(Dmax-X

       △);计算，取 δA=△/4，制件精度为IT14级，故X=0.5

       0.1850.185580=57.630（㎜）

       0.74:

       DA1 =(58-0.5×0.74)000.6200.5200.4338301600.1550.155:

       DA2=（38-0.5×0.62）0=37.690（㎜）0.130.13:

       DA3=（30-0.5×0.52）0=29.740

       （㎜）0.10750.1075:

       DA4=（16-0.5×0.43）0=15.7850（㎜）

       0.090.0980.36:

       DA5=（8-0.5×0.36）0=7.180（㎜）

       ii)凹模磨损后不变的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》公式：CA=（Cmin X△）±0.5δA: 计算，取δA=△/4，制件精度为IT14级，故X=0.5 18±0.215: Cd1=(17.785 0.5×0.43)±0.43/8=18±0.05375（㎜）

       冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸力、推件力的影响却较大。间隙是影响模具寿命的主要因素。间隙的大小则直接影响到摩擦的大小，在满足冲裁件质量的前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。

       查《冷冲压工艺及模具设计》表3-3可知Zmax=0.360㎜ , Zmin=0.246㎜ 相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小合理间隙为0.246mm 冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模为圆形，可按《冷冲压工艺及模具设计》公式dT=(dmin x△)0

       计算，取δT=△/4，制件精度为IT14级，故X=0.5 1200.300:

       dT1=(6 0.5×0.30)00.075=6.150.075 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图

       6.1 凹模设计

       凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在凹模固定板内，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命，其值可查《冷冲压工艺及模具设计》表3-23。

       凹模刃口的结构形式：因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm, 漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5 mm 凹模轮廓尺寸的确定：

       查《冷冲压工艺及模具设计》表3-24，得：K=0.28;查《冷冲压工艺及模具设计》表3-25, 得: s2=36;

       凹模厚度H=ks=0.28×58=16.24（㎜）

       B=s （2.5～4.0）H =58 （2.5～4.0）×16.24 =98.6～122.96（㎜）

       L=s1 2s2 =30 2×36 =102（㎜）

       根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为L×B×H=125×125×28.5（㎜）

       凹模材料和技术要求：凹模的材料选用T10A。工件部分淬硬至HRC58~62。外轮廓棱角要倒钝。

       如图2所示：

       其余

       图2 落料凹模

       6.2 凸模设计

       6.2.1 凸模的结构形式与固定方法

       冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。

       为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分。是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。6.2.2 凸模长度计算

       凸模的长度是依据模具结构而定的。

       采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h1 h2 h3计算，式中 L---凸模长度，mm；

       h1---凸模固定板厚度，mm;

       h2----卸料板厚度，mm;

       h3----卸料弹性元件被预压后的厚度 L=22mm 10mm 18.5mm =50.5mm 6.2.3 凸模的强度与刚度校核

       一般情况下，凸模强度与刚度足够，由于凸模的截面尺寸较为积适中，估计强度足够，只需对刚度进行校核。

       对冲孔凸模进行刚度校核： 凸模的最大自由长度不超过下式：

       有导向的凸模Lmax≤1200则Lmax≤1200124，其中对于圆形凸模Imin=∏d4/64 641.3122260=24.00mm

       由此可知：冲孔部分凸模工作长度不能超过24.00mm，根据冲孔标准中的凸模长度系列，选取凸模的长度：50.5 6.2.4 凸模材料和技术条件

       凸模材料采用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 56～60，凸模尾端淬火后，硬度为HRC 43～48为宜。如图3所示：

       其余技术要求材料采用碳素工具钢T10A.2.刃口淬硬至56～60HRC,尾端淬硬至43～48HRC.图3 冲孔凸模

       6.3 凸凹模的设计

       6.3.1 凸凹模的结构形式与固定方法

       凸凹模的结构简图如图4所示：

       其余技术要求：1.上下面无毛刺，平行度为0.02.2.材料为T10A,热处理56-60HRC.3.带* 号的尺寸按 凹模实际尺寸配作，保证Zmin=0.246.4.带**号的尺寸按 凸模实际尺寸配作，保证Zmin=0.246.图4 凸凹模

       凸凹模与凸凹模固定板的采用H7/m6配合。6.3.2 校核凸凹模的强度

       冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=2mm，而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。6.3.3 凸凹模尺寸的确定

       凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为Zmin=0.246mm,内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙为Zmin=0.246mm。6.3.4 凸凹模材料和技术条件

       凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至56～60HRC。

       6.4 定位零件

       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。

       选用固定挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，固定挡料销固定在位于下模的凸凹模上，规格为GB/T7694.10-94，材料45号钢，硬度为43～48HRC 选用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的后侧（条料从右向左送进）尺寸规格为6X2，如图5所示：

       图5 导料销

       6.5 卸料与出件装置

       出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。

       由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。卸料板：

       弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍, 卸料板与凸模的单边间隙按《冷冲压工艺及模具设计》表3-32选取,t＞1mm时,单边间隙为0.15mm。

       为了便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口尺

       寸端面0.3～0.5，卸料板的尺寸规格为：125mmX125mmX10mm，材料为:45#钢。如图6所示：

       图6 卸料板

       卸料螺钉：

       卸料螺钉采用标准的阶梯形螺钉，根据卸料板的尺寸选择4个卸料螺钉，规格为，JB/T7650.5-94。如图7所示：

       图7 卸料螺钉

       卸料装置：

       由于橡皮允许承受的负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮作为弹性元件，卸料橡皮的选择原则：

       为了保证卸料正常工作，应使橡皮工作时的弹力大于或等于卸料力FX

       FXY=AP≥FX=5.48KN 式中FXY—橡皮工作时的弹力，A—橡皮的横截面积，P—与橡橡皮压缩量有关的单位压力，一般预压时压缩量为10%～15%。由《冷冲压工艺及模具设计》图3-64知，取P=0.6MPa，求得A=91.3cm2,由《冷冲压工艺及模具设计》表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24 根据工件材料厚度为2mm，冲裁时凸模进如凹模的深度为1mm，模具维修时刃磨留量为2mm，开启时卸料板高于凸模1mm，则求得总工作行程：h工件=6mm, 使用橡皮时，不应使最大压缩量超过橡皮自由高度的35%～45%否则是皮的自由高度应为：

       H=h/(0.25～0.30)=6/(0.25～0.30)=20～24mm 模具组装时的预压缩量为： H预=（10%～15%）H =2.4～3.6mm

       取H预=3mm 由此可知：安装橡皮高度尺寸为21mm, 式中的H———所需的工作行程。

       由上式所得的高度，还在按下式进行校核: 0.5≤H/B≤1.5 如果H/D超过1.5,应把橡皮分成若干段,并在橡皮之间垫上钢圈。由《冷冲压工艺及模具设计》表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24 6.6 模架及其它零件的选用

       6.6.1 模柄

       模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的直径与长度与压力机滑块一致，模柄的尺寸规格选用凸缘模柄，用3～4个螺钉固定在上模座上。如图8所示:

       图8 模柄

       6.6.2 模座

       标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用，上模座：125mm ×125mm×35mm； 下模座：125mm×125mm×45mm；

       模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。6.6.3 垫板

       垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。是否要用板，可按下式校核：

       P=F12/A 式中P—凸模头部端面对模座的单位面积压力； F12—凸模承受的总压力； A—凸模头部端面与承受面积。

       由于计算的P值大于《冷冲压工艺及模具设计》表3-34模座材料的许应压力，因此在工作零件与模座之间加垫板。

       垫板用45号钢制造，淬火硬度为HRC43～48，其尺寸规格为：

       125mm×125mm×10mm。上下面须磨平，保证平行。如图9所示：

       图9 垫板

       模架选用后侧导柱标准模架： 上模座：L×B×H =125mm×125mm×35mm 下模座：L×B×H=125mm×125mm×45mm 导柱：D×L=￠22mm×150mm 导套：d×L×D=Φ35mm×85mm×Φ38mm 模架的闭合高度：160～190mm 垫板厚度：10mm； 凸模固定板厚度：22 mm 上模底板厚：35 mm，凹模厚度：28.5mm 橡皮厚：24mm 卸料板厚度10 mm 凸凹模固定板厚度：45 mm，下模底板厚：45 mm 模具的闭合厚度：

       Hd=35 10 22 28.5 2 1 45 45

       =188.5mm 6.6.4 冲压设备的选择

       选用开式双柱可倾压力机J23-25。公称压力为25t，滑块行程为65mm, 最大闭合高度270mm, 滑块中心线至床身距离200 mm，工作台尺寸：370 mm×560 mm，垫板厚度：50 mm，模柄孔尺寸：Φ40 mm×60 mm.6.6.5 紧固件的选用

       上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上6个，45钢，尺寸为M8X70下模螺钉：

       6个，45钢，尺寸为M6X55.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上模3个，45钢，尺寸为Φ6X60.压力机的校核

       7.1 公称压力

       根据公称压力的选取压力机型号为J23-25,它的压力为25t>15.79t,所以压力得以校核;7.2 滑块行程

       滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=2mm,卸料板的厚度H=10mm,及凸模冲入凹模的最大深度2mm,即S1=2 10 2=14mm

       行程次数为105次/min.因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核.7.4 工作台面的尺寸

       根据下模座L×B=125mm×125mm,且每边留出60~100mm,即L1×B1=325mm×325mm,而压力机的工作台面L2×B2=560mm×370mm,冲压件和废料从下模漏出, 漏料尺寸小于58mm×30mm,而压力机的孔尺寸为250×250,故符合要求,得以校

       核;7.5 滑块模柄孔尺寸

       滑块上模柄孔的直径为40mm,模柄孔深度为60mm,而所选的模柄夹持部分直径为30mm,长度为48mm,故符合要求,得以校核;

       7.6 闭合高度

       由压力机型号知Hmax=270mm M=80 H1=70

       Hmin=Hmax–M= 270-80=190(M为闭合高度调节量/mm,H1为垫板厚度/mm)由公式得:(Hmax–H1)-5≥H≥(Hmin–H1) 10,得

       (270–70)-5≥188.5≥(190–70) 10

       即

       195≥188.5≥120 ,所以所选压力机合适,即压力机得以校核.模具主要零件加工工艺规程的编制

       8.1 冲压模具制造技术要求

       模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：

       a、组成冲压模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。

       b、组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求 c、模具的功能必须达到设计要求.d、为了鉴别冲压件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的冲压件为止。

       8.2 总装工艺

       总装图如图15所示：

       技术要求：

       1、装配技术要求按GB/T14662-19922、检验及验收技术要求按GB/T14662-19923、模具使用设备为JB23-2图15 总装图

       1— 下模座 2—导柱 3—内六角螺钉￠8×70 4—内六角螺钉￠8×60

       5—导套 6—凸模固定板 7—冲孔凸模 8—垫板 9—上模座 10—销钉

       11—模柄 12—打料杆 13—连接推杆 14—凸凹模 15—卸料板

       16—推件块 17—凹模 18—活动挡料销 19—推板 20—弹性橡胶

       21—凸凹模固定板 22—卸料螺钉 23—导料销 加工工艺路线：

       1备料 把导柱2安装在下模座1上。把凸凹模14放在下模座1上面，按中心线装上凸凹模固定板21，用螺钉4把凸凹模固定在下模座上。通过卸料螺钉22把橡皮20和卸料板15固定好，在卸料板上装好导料销23和挡料销18。把导套安装在上模座上。把4个冲孔凸模通过凸模固定板6和垫板8一起固定到上模座9上，连同凹模17一起用螺钉3和销钉10紧固。把模柄11装在上模座9上，用螺钉紧固，装上打杆12。

       8把组装好的上模座和下模座通过导柱导套组装起来，中间装上2mm厚的材料。

       9试模 10调整到合格 11入库

       8.3 加工要求

       1）模具配合加工零件在允许间隙内加工,落料凸凹模,冲孔凸模与固定板配合后,底部磨平。

       2）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按14级精度加工,未注粗糙度的按Ra6.3um处理。

       3）模具中各垫板的两承压面的平行度公差按GB1184 为5级。

       4）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不大于 2mm，或相应各孔配作。

       5）模具、模架及其零件的工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。

       6）经热处理后的零件，硬度应均匀，不允许有脱碳、软点、氧化斑点及裂纹等缺陷。热处理后应清除氧化皮，脏物油污。

       7）配通用模架模具，装配后两侧面应进行同时磨削加工，以保证模具能顺利装入模架。

       8.4 主要零、部件加工工艺

       8.4.1 垫板的加工工艺

       1备料（外购标准模块125mm×125mm×10mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工 4检验 5入库

       8.4.2 凸模固定板的加工工艺

       1备料（外购标准模块125mm×125mm×20mm）

       2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工四个￠8的凸模孔和两个￠6的销钉孔和六个￠9的螺钉通孔

       4在电火花慢走丝加工落料凸模孔 5检验 6入库

       8.4.3 冲孔凸模的加工工艺

       1备料

       2锻造成直径为14mm×55mm的胚料 3在数控车床上加工零件按图纸要求 4按图纸要求热处理 5检验 6入库

       8.4.4 卸料板加工工艺

       1备料（外购标准模块125mm×125mm×10mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工六个M6的螺钉通孔和一个￠6的挡料销孔，和两个￠8的导料销及一个通过冲裁零件的孔 4在铣床上加工剩余的部分 5检验 6入库

       8.4.5 落料凹模加工工艺

       1备料（外购标准模块125mm×125mm×28.5mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工两个￠6的销钉孔和六个M6的螺纹孔 4攻M6的螺纹孔 5用电火花加工工作刃口 6按图纸要求做热处理 7检验 8入库

       8.4.6 凸凹模的加工工艺

       1备料

       2锻造成75mm×75mm×45mm的胚料 3 按图纸要求画线 在钻铣床上加工四个￠4和￠6组成的阶梯孔 5用电火花加工工作刃口 6按图纸要求做热处理 7 检验 8 入库

       8.4.7 凸凹模固定板的加工工艺

       1备料（外购标准模块125mm×125mm×22mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工1个￠10.6×12的盲孔和四个M6.6的螺纹孔 4攻M6.6的螺纹孔 5用电火花加工工作刃口 6按图纸要求做热处理 7检验 8入库 总结

       经过一段时间的论文设计，至此已基本完成了任务书所规定的任务。本设计 涉及的课程很多，涉及到机械制图、冷冲压工艺及模具设计、模具制造工艺学、金属学与热处理、成型设备、CAD绘图等相关课程的知识。在校期间的我还进行了金工实习、和两次课程设计。这些课程的学习，以及课程设计的演练都为这次毕业设计做了很好的准备。基础课和专业课，它们为我的设计做了前提，它们是我设计的理论基础和知识基点；金工实习让我深入而清楚的看到了在实际生产中机械产品的结构和工作运转情况；而两次课程设计则是和这次毕业设计设计最接近，最有相似之处的，它们为我这次的设计的顺利进行起到了很好的铺垫作用。

       此次毕业设计也是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

       毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能

       力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己 成为一个对社会有所贡献的人。

       也许，我的学生生涯从此就会结束，但是学习的道路却还将持续下去，毕竟“学无止境”。通过这次设计，我懂得了“凡事必亲躬”,唯有自己亲自去做的事，才懂得其过程的艰辛。未来的人生路途中难免会遇到各种各样的困难和挫折，也正是这次设计让我有了迎接新挑战，战胜困难的勇气。

       参考文献

       [1] 曾霞文 徐政坤主编.冷冲压工艺及模具设计.长沙：中南大学出版社，2022 [2] 王 芳主编.冷冲压模具设计指导.北京：机械工业出版社，1999 [3] 付宏生主编.冷冲压成形工艺与模具设计制造.北京：化学工业出版社，2022 [4] 肖景容 姜奎华主编.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，1999 [5] 徐茂功 桂定一主编.公差配合与技术测量.北京：机械工业出版社，2000 [6] 王孝培主编.冲压手册（修订本）.北京：机械工业出版社，1988 [7] 催忠圻主编.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，2000 [8] 谭海林 陈勇主编.模具制造工艺学.长沙：中南大学出版社，2022 [9] 廖念钊 莫雨松等主编.互换性与技术测量.北京：中国计量出版社，2000 [10] 张定华主编.工程力学.北京：高等教育出版社，2000 [11] 梁耀能主编.工程材料及加工工程.北京：机械工业出版社，2022