安全带安装加强件(左)冲压成形工艺及模具设计

1、目录摘 要iabstractii绪 论11.1 课题研究的背景11.2 我国冲压模具的现状及发展趋势1第二章 冲压工艺分析32.1 冲压工艺分析32.2 确定排样图.5第三章 计算各工序冲压力和选择冲压设备83.1冲压力的计算和设备的选择83.2凸凹模设计103.3冲裁模具的设计和设备选择133.4弯曲工艺计算19第四章模具的设计与装配224.1卸料及压料零件设计与标准224.2卸料螺钉及其他零件的选择234.3模架及导套、导柱的选择244.4模具设计244.5冲压设备的选择274.6模具总装图的绘制284.7模具的装配29设计总结32致谢33参考文献34摘 要 本文应用本专业所学课程的理论和

2、生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。关键词：模具设计 冲压 冲裁 弯曲abstractthus the present paper applies this specialty to study the curriculum the theory and the prod

3、uction know-how carries on a time cold stamping mold design work the actual training to raise and to sharpen the student independent working ability, consolidated and expanded the content which curricula and so on cold stamping mold design studied, the method and the step which the grasping cold sta

4、mping mold designed, the basic mold skill which the grasping cold stamping mold designed had understood how analyzed the components the technology capability, how definite craft plan, had understood the mold basic structure, sharpened the computation ability, cartography ability, has been familiar w

5、ith the standard and the standard, simultaneously various branches correlation curriculum all had the comprehensive review, independent thinking ability also had the enhancement.key word: mold design, stamping, punching, bending绪 论1.1 课题研究的背景模具是现代工业生产的重要工艺装备，被成为“工业之母”。模具是工业生产的重要工艺装备。由于用模具加工成形零部件，具有生

6、产高效、质量好、节约原材料和能源、成本低等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具制造是一个生产周期要求紧迫，技术手段要求较高的复杂生产过程。总之，模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点。应用数控加工进行模具的制造可以大幅提高加工精度，减少人工操作，提高加工效率，缩短模具制造周期。冲压加工作为一个国家的基础行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比重更大。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观

7、等特点。而且冲压加工是一种商生产率高、材料利用率的加工方法。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，模具制造已成为整个链条中最基础的要素之一。在汽车、家电等行业，冲压件所占的比重非常大。冲压模具制造技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。为了适应我国制造业迅速发展的需要，必须发展先进的模具设计制造技术，提高从业人员的素质和能力。技术作为一种现代设计制造方法，把它引入模具生产实际中，可以大大缩短产品开发周期， 提高生产效率和市场竞争力。1.2 我国冲压模具的现状及发展趋势为了提高模具的加工性能和使用寿命，不论是冲

8、压模具还是塑料模具。构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制造（如各种牌号的合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等）。这些材料经过热处理后硬度很高，很难用常规的机械加工方法进行加工。几十年来，对于这类加工材料的最好方法就是采用特种加工。在我国，模具型腔加工至今仍然是电火花加工一统天下。电火花加工（包括成形加工和线切割）在难加工材料的加工方面一直起着重要作用。随着生产的发展和产品更新换代速度的加快，对模具生产效率和制造质量提出越来越高的要求，于是电火花加工存在的问题就逐渐的暴露出来。电火花加工是一种靠放电烧蚀的微切割工艺，加工过程非常之缓慢；而且在电火花对加工表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工

9、件材料表面的物理机械能一般都会受到一定程度的烧损，常常会在型腔表面产生微细裂纹，表面质量指标，说明每个测量点的精确性。 1未来冲压模具制造技术发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广cad/cam/cae技术模具cad/cam/cae技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及cad/cam/cae技术的条件已基本成熟，各企业将加大cad/cam技术培训和技术服务的力度；进一步扩大cae技术的应用范围。计算机和网络的发展正使cad/cam/cae技术跨地区、跨企业、跨院所地在

10、整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。(3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式

11、的cad数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。(4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6)优质材

12、料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(tin、tic等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有

13、完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。2. 模具制造技术与工业发达国家的差距冲压模具cad/ cae/ cam 技术的开发手段比较落后、技术的普及率不高,应用不够广泛；精密加工设备在模具加工设备中所占比重较低； 生产冲压模具的各种条件不完备；生产冲压模具的专用技术尚未成熟,大多仍还处于试验摸索阶段；模具标准件标准化程度及使用覆盖率较低。第二章 冲压工艺分析2.1 冲压工艺分析2.1.1 冲压件的工艺分析零件名称：安全带安装加强件，如图2-1所示图2-1工件图安全带安装加强件，材料料厚2mm，大批量生产，尺寸精度要求不高。零件为非对称的弯曲件。材料力学性能：抗拉强度： 屈服强度： 伸长率：

14、 断面收缩率： 硬度 ：热轧,;冷拉+热处理2.1.2结构分析该零件外轮廓尺寸无公差要求，零件是非对称的单向弯曲件。弯曲工序安排是否合理对零件质量、难易程度有较大影响。由于工件弯曲形状、尺寸不对称，高度相差较大，弯曲时受力不均匀，毛坯易偏移，尺寸不易保证，模具设计时考虑增设压料板、定位孔等定位零件，使工件弯曲前已处于弹性压紧状态，然后再进行弯曲。2.1.3加工顺序决定的毛坯原则有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应该在平板毛坯上冲出，因为在成型后冲孔模具结构复杂，定位困难，操作也不便，冲出的孔有时不能作为后续工序的定位孔使用。凡是在位置会受到以后某工作变形影响的孔（拉深件的底部孔径要

15、求不高和变形减轻孔除外）都应在有关的成型工序后再冲出。两孔靠近或者孔距边缘很小时，如果模具强度足够，最好同时冲出，否则应先冲大孔和一般情况孔，后冲小孔和高精度孔，或者先落料后冲孔，力求把可能产生的畸变限制在最小范围内。多角弯曲件主要从材料变形和弯曲的材料移动两方面安排弯曲的先后顺序，一般情况下，先弯曲外部角，后弯曲内部角。整形或较平工序，应在冲压件基本成型后进行2.1.4冲压方案设计根据制件工艺分析，其基本的工序有落料、冲孔和弯曲三种，按其先后顺序组合，可以得到如下4 种方案：（1）落料冲孔弯曲，单工序冲压。（2）落料弯曲冲孔，单工序冲压。（3）冲孔弯曲落料，复合冲压。（4）冲孔弯曲落料，级进

16、模生产。方案（1）、（2）属于单工序冲压，由于制件生产批量较大，尺寸又较小，这种方案，生产效率低，操作不安全，故不宜采用。方案（3）复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案（4）级进模比单工序模生产率高，生产批量大，操作方便，结构复杂，制造精度要求高，成本高。故综上所述方案三最为适合。为了保证压力机和模具正常地工作，特别是保持压力机导轨的均匀磨损，应该使模具的压力中心与压力机的滑块中心基本重合。否则会产生一个附加力矩，使模具产生偏斜，间隙不均匀，并使压力机和模具的导向机构产生不均匀磨损，刃口迅速变钝。绝大

17、多数冲裁件沿冲裁轮廓的断面厚度不变，而冲裁力与轮廓线的长度成正比且沿轮廓均匀分布。2.2 确定排样图.2.2.1排样图的设计与计算冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法，称为冲裁件的排样法，简称排样。设计级进模首先要设计排样图。这是设计级进模的重要依据。排样的要求是切除废料，将零件留在条料上，以分步完成各个工序，最后根据需要将零件从条料上分离下来。多工位级进模排样设计的内容包括：确定模具的工位数目，各工位加工的内容及各工位冲压工序顺序的安排；确定被冲工件在条料上的排列方式；确定条料载体的形式；确定条料宽度和步距尺寸，从而确定了材料利用率。排样图的好坏对模具设计的影响很大，需要设计出多种方案加以分

18、析、比较、综合与归纳，以确定一个经济、技术效果相对较合理的方案，衡量排样设计的好坏主要是看其工序安排是否合理，能否保证冲件的质量并使冲压过程正常、稳定的进行，模具结构是否简单、制造维修是否方便，能否得到较高的材料利用率，是否符合制造和使用单位的习惯和实际条件等等。2.2.2排样图的设计原则1.先冲孔，后冲外形。2.复杂型孔可分解为若干简单型孔，分步进行冲裁。3.工序要分散，以确保凹模有足够的强度。所有的孔不应在同一工位上冲切，最好分开。布置在同一工位及相邻工位上的冲切轮廓（包括孔）的间距不应小于凹模最小壁厚。4.尺寸与形状要求高的轮廓应布置在较后的工位上冲切。5.有孔位精度要求的孔应在同一工位

19、上冲，若无法安排在同一工位上时，可安排在相近的工位上冲。6.孔精度有要求并与轮廓靠近，冲外轮廓时孔可能会变形，应先冲外形后冲孔。7.外形薄弱部分的冲切应安排在较前的工位上。8.轮廓周界较大的冲切工艺，尽量安排在中间工位，以使压力中心与模具几何中心重合。材料利用率合理排样对节约材料、提高经济效益有很重要的实际意义衡量材料经济利用的尺度，是材料利用率，通常以一个布距内之间的实际面积与所用毛坯面积的百 分率来表示：一个步距内的材料利用率为： =a/bs100% =520（1269.3）100% =86.6%排样因为排样方法的不同，材料的领域率也不同。合理的排样对冲裁件质量和模具寿命等有着影响。1.条

20、料宽度的计算和步距地确定由于搭边值对冲裁工艺有着很大的影响，它能够补偿条料送进时的下料误差和定位误差，可以保持调料的刚性，还可以避免冲裁时毛刺掉入模具间隙，从而提高了模具的使用寿命。 查课本表可以确定它的搭边值。根据厚度两工件间按矩形取其搭边值a=2。2.步距 连续模的步距s=d+a=12mm3.该冲裁件采用的是有测压装置，查表（冷冲压工艺及模具设计中表3-14）可得到条料的宽度b的计算公式：b-=(dmax+2b) =（230.85+3.6+22） =69.3查表(冷冲压工艺模具设计中表3-15）可得到=0.6故 条料宽度b=69.30.6(mm)2.2.3排样图排样图见图2-1,具体工位为

21、：1.侧刃、冲孔2.空工位3.冲孔4.空工位5.切槽6.空位7.弯曲8.空工位9.切断。在2、4、6、8处设置空工位主要目的是为了增加成形凹模之间的距离，从而增强凹模强度。下外形，预冲孔折弯折弯，抽牙图2-1 排样图第三章 计算各工序冲压力和选择冲压设备3.1冲压力的计算和设备的选择3.1.1冲压力的计算在冲裁过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)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的重要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其落料力f一般按下式计算： （3.1）式中: 冲

22、件周边长度，；材料厚度，；材料抗剪强度，。系数k是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取k1.3。对于同一种材料，其抗拉强度与抗剪强度的关系为。故冲裁力也可按下式计算： （3.2）将，厚度t=2mm，以及材料的抗抗剪强度 代入上式，得 f1=126672n其冲孔力公式也是公式（3.1），将数值代入，得f2=7644n故 f=f1+f2=134316n 当冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，从板料上冲裁下的部分会梗塞在凹模孔口内，而冲裁剩下的材料则会紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上和卡在凹模内

23、的材料（冲件、或废料）卸下或推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称为卸料力，用表示；将卡在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力，用表示；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力，用表示。卸料力、推件力和顶件力是从压力机和模具的卸料、推件和顶件装置中获得的，所以在选择压力机的公称压力和设计冲模以上装置时，应分别予以计算。影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能与厚度、冲件形状与尺寸、冲模间隙与凹模孔口结构、排样的搭边大小及润滑情况等。在实际计算时，常用下列计算公式： （3.3） （3.4） （3.5）式中：分别为卸料力系数、推件力系数和顶件力系数，其值可查表； 冲裁力，n 同时卡

24、在凹模孔内的冲件（或废料）数，由于材料厚度t=2mm，查表可得，则：fx=6715nft=8370nfd=10745n总冲压力 fa=160146n 3.1.2冲压设备的选择这一工序需要的总压力fa=160146n，从总压力来说我们选择的是3.1.3冲模压力中心的确定一副模具的压力中心就是这幅冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上。否则冲压时会产生偏心载荷，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具和压力机的使用寿命，而且也影响冲压件的质量，因此必须计算其压力中心。对于对称形状的压力中心就是其几何中心，对于复杂形状工件或

25、多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。冲模的压力中心，可按下述原则来确定：1. 对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心；冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。2. 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3.形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。本文中加工零件为对称形状冲裁件，所以模具压力中心为零件的几何对称中心3.1.4模具闭合高度的确定模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模板的上平面与下模板的下平面之间的距离，以h模表示。压力机

26、的装模高度是指滑块在下止点位置时，滑块底平面至工作台垫板上平面之间的距离。一般压力机的连杆都具有一定的调节量，当连杆调至最短时，成为压力机的最大装模高度，以表示，当连杆调至最长时，称为压力机的最小装模高度，以表示，模具闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应，由于压力机的连杆长度可调整，故模具闭合高度分为最大闭合。压力机的闭合高度与模具闭合高度的关系一般为： （h1）5h(h1)+10 式中： 压力机最大的闭合高度（）； 压力机最小的闭合高度（）； 压力机垫板厚度（）； 模具的闭合高度（）。当模具的闭合高度大于压力机的最大闭合高度时，模具无法在压力机上安装，冲模不能在该机床上使用，必须选取其他压力

27、机。当模具的闭合高度小于压力机的最小闭合高度时，可以在压力机的垫板上再加垫板来使用。3.2凸凹模设计3.2.1冲裁凸凹模的设计原则凸、凹模之间存在着间隙，所以冲裁件断面都带有锥度。但在冲裁件尺寸的测量和使用中，则是以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带处于大端尺寸，其光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸，其光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，且冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔工序，并遵循

28、如下原则：1.设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。2.根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。这样，凸、凹在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。模具磨损预留量与工件制造精度有关。用、表示，其中为工件的公差值，为磨损系数，其值在之间，根据工件制造精度进行选取：工件精度it10以上 x=1工件精度it11it13 x=0.75工

29、件精度it14 x=0.53.不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（）。4.选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按级来选取；对于形状复杂的刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。5.工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注

30、双向偏差。3.2.2确定凸凹模间隙冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口之间的空隙。凸模与凹模间每侧间隙称为单面间隙，用z/2表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用z表示。如无特殊说明，冲裁间隙是指双边间隙。 冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，如图3-1所示，即图3-1冲裁间隙 （3.7）式中 凹模刃口尺寸 凸模刃口尺寸在冲压实际生产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力和保证模具有一定的寿命，我们给间隙值规定一个范围，这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙（），最大值称为最大合理间隙（）。考虑到冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙会增大，故在设计和制造新模具时，应采用最小合理

31、间隙。确定合理间隙的方法有理论确定法和经验确定法两种。我所用的是经验确定法，经验确定法是根据经验数据来确定间隙值。有关间隙值的经验数值，可在一般冲压手册中查到，选用时结合冲裁件的质量要求和实际生产条件考虑。按材料的性能和厚度来选择该零件冲压间隙，则 =0.08 =0.103.2.3确定凸凹模刃口尺寸1.落料凸凹模刃口尺寸确定由于工件形状复杂，为保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。对于冲制薄材料（因与的差值很小）的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配合的加工方法。配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件凸模或凹模，然后根据基

32、准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配作件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸上注明：凸、凹模刃口按凹、凸模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙值。采用配作法，计算凸模、凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大，变小还是不变这三种情况，然后分别按不同的公式计算。1.凸模或凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸a，落料凹模或冲孔凸模磨损后将会增大的尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺寸，所以它的基

33、本尺寸及制造公差的确定方法的公式。第一类尺寸： （3.8）2.凸模或凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸b；冲孔凸模或落料凹模磨损后将会减小的尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（3.9）相同。 第二类尺寸： （3.9） 3.凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸c；凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸，不必考虑磨损的影响，相当于简单形状的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公（3.10）计算。 第三类尺寸： （3.10） 式中： 基准件尺寸，单位为 相应的工件极限尺寸，单位为 工件公差，单位为 基准件制造偏差，单位为，当刃口尺寸公差标注形式

34、为（或）时，当标注形式为时，。3.3冲裁模具的设计和设备选择冲裁是冲压生产所用的主要工艺装备。冲裁模结构的合理性和先进性，对冲裁件的质量与精度，冲裁加工的生产率与效益、模具的使用寿命与操作安全等都有着密切的关系3.3.1冲裁模的分类冲裁件的品种、式样繁多，因此冲裁模的种类很多，一般按下列的方法进行分类。1.按工序的性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模、修边模等。2.按工序组合方式可分为单工序模连续模、复合模等。单工序模：在冲床的一次行程内只能完成一个冲裁工序。连续模：又称级进模、跳步模。它是指在冲床的一次行程中，在模具的不同位置同时完成两个或两个以上的冲裁工序。复合模：在一次冲裁行

35、程内，在模具同一位置上完成两个或两个以上的冲裁工序。3.按模具的导向方式可分为：无导向模（敞开模）、导向模、导柱模、导筒模等。4.按凸凹模的材料可分为碳素工具钢冲模，合金工具钢冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡胶冲模、聚氨酯橡胶冲模。5.按凸凹模的结构形式可分为整体模和拼块模。6.按模具的卸料方法可分为：刚性卸料模和弹性卸料模。3.3.2凸模凹模的结构设计冲模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又称成形零件，是直接完成冲裁工序的关键零件。1.凸模设计凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一，凸模本身按其作用又可分为工作部分（即刃口）和固定部分。本文中生产零件冲孔直径为，为了增加凸模的强度与刚度，避

36、免应力集中，凸模非工作不分做成逐渐增大的圆滑过渡的阶梯形式，如图3-2所示。图3-2 小圆孔凸模凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修模量和固定板与卸料板之间的安全距离等因素，如图所示。凸模长度过短则凸模不能插入凹模刃口内对板料进行冲切，但若凸模过长又降低其工作时的稳定性。其长度见式： （3.11）式中：凸模长度，mm凸模固定板厚度，mm卸料板（或导板）厚度，mm倒尺厚度，mm附加长度，它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等。一般取。若选用标准凸模，按照上述算法算得凸模长度后，还应根据冲模标准中的凸模长度系列选取最接近的标准长度作为实际凸模的

37、长度。凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。零件凸凹模刃口个部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值。 配合法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，并且还可放大

38、基准件的制造公差，使制造容易。3.3.3弯曲变形过程v形件弯曲是一种很普通的板料弯曲。在开始弯曲时，板料与凹凸模三点接触，板料的弯曲内侧半径为。随着凸模的下压，板料的直边与凹模v形表面逐渐靠紧，弯曲内侧半径逐渐减小变为，同时弯曲力臂也逐渐减小，由变为，指导板料与凸模三点接触，弯曲内侧半径及弯曲力臂达到最小时，弯曲过程结束，得到所需的制件，其变化过程为，。由于板料在弯曲变形过程中，弯曲半径逐渐减小，因此弯曲变形程度逐渐增加，又由于弯曲力臂逐渐减小，弯曲变形过程中板料与凹模之间产生相对滑移。凸模、板料与凹模三者完全压紧后，如果对弯曲件继续施压，则称为校正弯曲。在这之前的弯曲则称为自由弯曲。自由弯曲

39、是凸模，板料与凹模间的先接触，而校正弯曲是他们的面接触。3.3.4弯曲质量分析1.弯曲裂痕与最小相对弯曲半径板料弯曲时外层受控，当拉伸应力超过材料的强度极限时，板料外层将出现弯曲裂纹。对于同一种材料的板料而言，能否出现裂纹取决于的大小。最小相对半径设弯曲件中性层的曲率半径为，弯曲带中心角为，所示，由此可得最外层的断后伸长率为 (3.12)设弯曲后中性层不发生内移且板厚保持不变，那么，将其带入上式可得： (3.13)由式(3-12)可得，对于一定厚度的材料，弯曲半径越小，外层金属的相对伸长量越大，当外层金属的相对伸长量达到材料的断后伸长率时，弯曲半径达到最小值，班了就会产生弯曲裂纹。因此相对弯曲

40、半径反映了板料的弯曲变形程度，越小，弯曲变形程度越大。现将材料的断后伸长率代入，可求的与的关系 (3.14)因此，在保证毛胚最外层纤维不发生破裂的情况下，所能达到的内表面最小圆角半径与厚度的比值称为最小相对弯曲半径。生产时用他表示弯曲时的成型极限。影响最小相对弯曲半径的因素包括材料的力学性能。材料的塑性越好，其断后伸长率值越大，由式可见，最小弯曲半径越小。弯曲带中心角。弯曲带中心角越小，最小弯曲半径越小，这是因为实际弯曲过程中，毛胚的变形并不是仅局限在圆角变形区。由于材料的相互牵连，其变形扩展到圆角附近的直边部分，扩大了弯曲变形区范围，降低了圆角处应变的最大值。是最小相对半径减小。越小，这种作

41、用越明显，因而允许的最小相对弯曲半径越小。板料的热处理状态。经退火的板料塑性好，较小。冷作硬化的板材塑性降低，较大。板料的边缘及表面状况，由于下料造成板料边缘冷作硬化、产生毛刺以及板料表面被划伤等缺陷，弯曲时容易造成应力集中而增加破裂倾向，因此最小相对弯曲半径增大。为避免此种情况出现，可去除大毛刺，而将毛刺较小的一面朝向弯曲凸模。板料的弯曲方向。板料经过轧制后产生了纤维状组织，这种纤维状组织具有各向异性的性能。沿纤维方向的力学性能较好，抗拉强度较高，不 宜拉裂。因此，当折弯线与纤维组织方向垂直时，应使折弯线与纤维组织方 向成方向。影响板料最小弯曲半径的因素较多，难以准确的建立最小相对弯曲半径与

42、其影响因素的关系。因此由试验确定的常用材料的最小弯曲半径数值见表3-1。最弯料材曲小弯径半曲退火正火状态冷作硬化状态弯曲线位置垂直轧制纹向平行轧制纹向垂直轧制纹向平行轧制纹向08，10，q195,q2150.1t0.4t0.4t0.8t15,20,q2350.1t0.5t0.5t1.0t25,30,q2550.2t0.6t0.6t1.2t35,40,q2750.3t0.8t0.8t1.5t45,500.5t1.0t1.0t1.7t55,600.7t1.3t1.3t2.0tcr18ni91.0t2.0t3.0t4.0t磷铜0.35t1.0t3.0t半硬黄铜0.1t0.35t0.5t1.2t软黄铜

43、0.1t0.35t0.35t0.8t纯铜0.1t0.35t1.0t2.0t铝0.1t0.35t0.5t1.0t表3-1 最小弯曲半径1.弯曲回弹板料在常温下的弯曲总是由塑性变形和弹性变形两部分组成的，所以在卸载以后，弹性变形完全消失，塑性变形将完全保留下来，使弯曲件的弯曲半径与弯曲角发生变化，这一现象称为弯曲回弹，又称回复，回跳。弯曲回弹是弯曲变形不可避免的想象，他将直接影响弯曲件的精度，必须加以控制。设弯曲件卸载后弯曲角为，弯曲半径为；弯曲件卸载前弯曲角为，弯曲半径（凸模圆角半径）为，则弯曲角变化量为，弯曲半径变化量为。弯曲角变化量和弯曲半径变化量又称弯曲件的回弹量（回弹角和回弹半径）。通常

44、、为正直表示正回弹量，但校正回弹时也有负回弹。影响回弹量的因素材料的力学性能。回弹的大小与材料的屈服强度成正比，与弹性模量e成反比，即越大，则回弹越大。在材料性能不稳定时，回弹值也不确定。相对弯曲半径。当其他条件相同时，回弹随的增大而增大。这是因为，当增大时，弯曲变形程度减小，其中塑性变形和弹性变形成分军减小，但总变形中弹性变形所占比例增加。这也是大曲绿半径的制件难以弯曲成型的原因。因此，可按值来确定回弹值的大小。见表3-2所示。弯曲工件的形状。一般u形工件由于各边牵制比v形工件回弹要小。模具间隙。u形弯曲模的凸、凹模单边间隙z/2越大，则回弹越大；时，板料处于挤压状态，则可能产生负回弹。弯曲

45、力。生产中多采用加大弯曲力的校正弯曲。弯曲力的增加可扩大弯曲件内部的塑性变形区，从而减小回弹。回弹值的确定如前所述，由于影响回弹量的因素很多，而且各因素往往又互相影响，故难以进行精确的计算或分析。在一般情况下，设计模具时对回弹值的确定大多按经验数值，或计算后在实际试模中进行修正。大变形自由弯曲（）时，由于弯曲半径的变化不大，可忽略不计，只考虑角度的回弹，但弯曲角度不为时，回弹角应做如下修改。式中： 弯曲角为x的回弹角 弯曲角为的回弹角（见表3-2）； 制件的弯曲角。表3-2 单脚自由弯曲时的平均回弹角材料材料特性平均回弹角材料厚度软钢软黄铜铝、锌中硬钢硬黄刚硬青钢硬钢小变形自由弯曲（）时，由于

46、弯曲半径较大，回弹量较大，故弯曲圆角半径及弯曲角均有较大变化。可根据材料的有关参数，用下列公式计算回弹补偿时弯曲凸模的圆角半径及角度。 (3.15) (3.16)式中：弯曲凸模圆角半径，mm； 弯曲凸模角度，mm；弯曲件的弯曲半径，mm；弯曲件的弯曲角，屈服强度，mpa；弹性模量，mpa；t材料厚度，mm。板料弯曲时，其凸模圆角半径按式计算： (3.17)式中：d棒材的直径，mm在本文中，簧片属于大变形自由弯曲，所以采用式计算其回 弹值。 该零件材料为，屈服强度。工件厚度为，根据查表可得。根据公式： (3.18)可得：本文通过改善模具结构，补偿回弹。根据工件的回弹趋势和回弹量的大小，修正凸模或

47、凹模工作部分的形状尺寸，使弯曲后的工件回弹量得到补偿。本文将凸模角度设定为：3.4弯曲工艺计算在工艺分析基础上，对毛胚尺寸弯曲力计算，从而选取合理的设备，确定正确的刃口尺寸，进行合理的工序安排。弯曲件展开长度的确定板料弯曲时，中性层长度是不变的，因此根据变形前后中性层不变的长度原则来确定弯曲件毛胚的展开长度和尺寸。由于弯曲变形程度（）、弯曲方法、弯曲件形状及标注方法等不同，故计算方法略有不同，要注意区别。1.概算法弯曲件分为直边和弯曲两部分，以其中性层长度之和可求得弯曲件展开长度，但弯曲部分的中性层要考虑位移，如图3-5所示，即：图3-5 弯曲中心角为a的弯曲件 (3.19)式中： l弯曲件展

48、开长度，mm； 弯曲件长边长度，mm； 弯曲件弯曲半径，mm； 层位系数，见表； 弯曲件的弯曲带中心角， 可以是、大于或小于。表3-3 层位系数值v形弯曲0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上0.30.30.330.40.5u形弯曲0.5以下0.51.51.53.03.05.05.0以上0.250.30.330.40.40.51.外侧尺寸加算法先将外侧尺寸全部加算，从其和减去取其于板厚和弯曲半径两要素的伸长量，即： （3.20）式中： l弯曲件展开长度，mm 弯曲件直边外侧尺寸，mm n弯曲件的弯曲系数 c伸长正系数，见表3-4。表3-4 伸长补正系数c值板厚/mm1.01.

49、21.62.02.33.2以上c1.51.82.53.03.55.0 根据公式可得，2.弯曲力计算弯曲力是指弯曲工件完成预定形状时需要压力机所需要的压力，是设计冲压工艺和冲压设备的只要选择依据之一。弯曲力不仅与板料材质、板料厚度、弯曲几何参数和凸、凹模间隙有关，而且与弯曲方式关系密切。由于影响因素众多而难以精确计算。故常采用经验公式或简化公式计算。自由弯曲力计算 (3.21)式中：自由弯曲力n 弯曲件宽度，mm 弯曲件材料厚度，mm 弯曲件的弯曲内半径，mm 材料看拉锯强度，mpa 安全因素，一般取将工件参数带入计算可得 校正弯曲力计算校正弯曲力远远大于自由弯曲力，其近似值计算如下 (3.22

50、)式中：校正力n单位校正力，mpa见表 工件被校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积表3-5 校正弯曲时单位校正压力q值材料名称材料厚度1336610铝1020203030404050黄铜203030404060608010，15，20钢3040406060808010025，30钢40505070701001001201.顶件力和压料力对于有顶料装置和压力装置的弯曲模而言，其顶件力或压料力可近似取 (3.22)本文中取，代入数据可得：2.弯曲时压力机的压力确定弯曲时压力机的压力可用式计算式中：压力机的公称压力，n。自由弯曲时，校正弯力不计。校正弯曲时，校正弯曲力与自由弯曲力不是同时产生，且校正弯曲力比自由弯曲力及顶件压料力大的 多，故和可以忽略，只按校正弯曲力大小来选择压力机。第四章模具的设计与装配4.1卸料及压料零件设计与标准卸料零件的作用是卸除冲件或废料。常见的卸料零件有固定卸料板和弹压卸料板。该压弯翻孔复合模采用弹压卸料板。弹压卸料装置由弹压卸料板、卸料螺钉与弹性元件组成。该模具把压料板和弹压卸料板做成一个，压料板、卸料螺钉与弹性元件组成了弹压卸料装置。压料板的厚度可查表的=80橡胶垫产生的工作压力 （4.1）式中： f橡胶垫的工作压力（n）；a橡胶垫横截面积；