冲裁弯曲拉深设计案例

1、设计案例冲裁、弯曲、拉深及成形是冷冲压的基本工序，下面以常见的冲裁件、弯曲件及拉深件为例介绍冲裁、弯曲及拉深的冲压工艺分析、工艺方案拟订、工艺计算、模具设计和模具主要零件的加工工艺。案例1冲裁模设计如图1所示零件：托扳生产批量：大批量材料：08F t=2mm设计该零件的冲压工艺与模具 。 图1 托板零件图（一）冲裁件工艺分析1. 材料：08F钢板是优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能。2. 工件结构形状：冲裁件内、外形应尽量避免有尖锐清角，为提高模具寿命，建议将所有90°清角改为R1的圆角。3. 尺寸精度：零件图上所有尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。经

2、查公差表，各尺寸公差为：58-0.74、38-0.62、30-0.52、16-0.44、14±0.22、17±0.22、3.5+0.3结论：可以冲裁（二） 确定工艺方案及模具结构形式经分析，工件尺寸精度要求不高，形状不大，但工件产量较大，根据材料较厚（2mm）的特点，为保证孔位精度，冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，采取利用导正钉进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的连续冲裁模结构形式。（三） 模具设计计算1排样 计算条料宽度及确定步距首先查有关表确定搭边值。根据零件形状，两工件间按矩形取搭边值b=2,侧边按圆形取搭边值a=2。连续模进料步距为32m

3、m。条料宽度按相应的公式计算：B=(D+2a)- 查表 =0.6B=(58+2×2)-0.6=62-0.6画出排样图，图2 图2 排样图2计算总冲压力由于冲模采用刚性卸装置和自然漏料方式，故总的冲压力为：P0=P+PtP=P1+P2而式中 P1-落料时的冲裁力P2-冲孔时的冲裁力按推料力公式计算冲裁力：P1=KLt 查=300MPa=2.22（58-16）+2（30-16）+16*2*300/10000=12.6 (t)P2=2.2*4*3.5*2*300/10000 =3.4(t)按推料力公式计算推料力Pt：Pt=nKtP 取n=3，查表2-10，Kt=0.055Pt=3*0.05

4、5*(12.6+304)=2.475(t) 计算总冲压力PZ：PZ=P1+P2+Pt =12.6+3.4+2.475 =18.475(t)3确定压力中心：根据图3分析，因为工件图形对称，故落料时P1的压力中心在O1上；冲孔时P2的压力中心在O2上。设冲模压力中心离O1点的距离为X，根据力矩平衡原理得：P1X=(32-X)P2由此算得X=7mm图3 压力中心4冲模刃口尺寸及公差的计算刃口尺寸计算方法及演算过程不再赘述，仅将计算结果列于表1 中。在冲模刃尺寸计算时需要注意：在计算工件外形落料时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm。为了保证R8与尺寸

5、为16的轮廓线相切，R8的凹模尺寸，取16的凹模尺寸的一半，公差也取一半。在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm。表1 冲模刃口尺寸冲裁性质工作尺寸计算公式凹模尺寸注法凸模尺寸注法落料58-0.7438-0.6230-0.5216-0.44R857.6+0.1837.7+0.1629.7+0.1316.8+0.11R7.9+0.06凸模尺寸按实际尺寸配置，保证双边间隙 0.250.36mm冲孔3.5+0.3凹模尺寸按凹模实际尺寸配置，保证双边间隙0.250.36mm3.65-0.08在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的1

6、/8。据此，冲孔凹模和凸模固定板孔中心距的制造尺寸为：L14=14±0.44/8=14±0.055L17=17±0.44/8=17±0.0555. 确定各主要零件结构尺寸（1）凹模外形尺寸的确定凸模厚度H的确定：H= P取总压力=184750NH=26mm凹模长度L的确定 W1=2.1H=31；工件b=58 L=b+2W1=58+2*31=120mm凹模宽度B的确定B= 步距+工件宽+2W2取：步距=32；工件=30；W2=1.5HB2=32+30+2*39 =140mm（2）凸模长度L1的确定凸模长度计算为：L1=h1+h2+h3+Y其中 导料板厚h1

7、=8；卸料板厚h2=12；凸模固定板厚h3=18; 凸模修磨量Y=18则L1=8+12+18+18=56mm选用冲床的公称压力，应大于计算出的总压力P0=18.475t;最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm;工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合工厂实际，可选用J23-25开式双柱可倾压力机。并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。（3）设计并绘制总图、选取标准件按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准模架。绘制模具总装图。如图4，单排冲孔落料连续模。按模具标准，选取所需的标准件，查清标准件代号及标记，写在总图明细表内见表2。并将各零件标出统一代号。图4 单排冲

8、孔落料连续模1-簧片 2-螺钉 3-下模座 4-凹模 5-螺钉 6-承导料 7-导料板 8-始用挡料销 9、26-导柱 10、25-导套 11-挡料钉 12-卸料板 13-上模座 14-凸模固定板 15-落料凸模 16-冲孔凸模 17-垫板 18-圆柱销 19-导正销 20-模柄 21-防转销 22-内六角螺钉 23-圆柱销 24-螺钉表2 零件明细表序 号名 称数 量材 料热处理标准件代号备注页次1簧片165Mn2螺钉145HRC40453下模座11HT2004凹模1T10AHRC58625螺钉445HRC40456承导料1457导料板245HRC40458始用挡料销1459导柱220渗碳H

9、RC566010导套220渗碳HRC586211挡料钉14512卸料板1Q235(A3)13上模座1HT20014凸模固定板14515落料凸模1T8AHRC566016冲孔凸模1T8AHRC566017垫板145HRC404518定位销145HRC404519导正销145HRC404520模柄1Q235(A5)21防转销145HRC404522内六角螺钉M12×701045HRC404523圆柱销12n6×100645HRC404524内六角螺钉M12×70145HRC4045（五）绘制非标准零件图本实例只绘制凸凹模、凹模、凸模固定板和卸料板四个零件图样，供初学者

10、参考。见图5至图8。图5 凸凹模 图6 落料凹模图2-16 凸模固定板图7 固定板 图8卸料板 (六) 模具主要零件加工工艺规程的编制1凸凹模加工工艺规程的编制（表3）2落料凹模加工工艺规程的编制（表4）表3凸凹模加工工艺规程工序号工序名称工序内容设备工序简图12345678表4落料凹模加工工艺规程工序号工序名称工序内容设备工序简图1234567案例2弯曲模零件名称：托架（见图9）生产批量：2万件/年材 料：08冷轧钢板编制冲压工艺方案设计模具结构。 图8 弯曲件(一) 确定工艺方案制成该零件所需的基本工序为冲孔、落料和弯曲。其中冲孔和落料属于简单的分离工序，弯曲成形的方式可以有图9所示的三种

11、。图9工艺方案零件上的孔，尽量在毛坯上冲出，以简化模具结构，便于操作。该零件上的10孔的边与弯曲中心的距离为6mm，大于1.0t（1.5mm），弯曲时不会引起孔变形，因此10孔可以在压弯前冲出，冲出的10孔可以做后续工序定位孔用。而4-5孔的边缘与弯曲中心的距离为1.5mm，等于1.5t，压弯时易发生孔变形，故应在弯后冲出。完成该零件的成形，可能的工艺方案有以下几种：方案一：落料与冲10孔复合，见图10（a），压弯外部两角并使中间两角l预弯45º，见图10（b）,压弯中间两角，见图10（c）,冲4-5孔，见图10（d）.图10方案一方案二：落料与冲10孔复合，见图10（a）,压弯外部

12、两角，见图11（a），压弯中间两角，见图11（b）,冲4-5孔，见图10（d）。方案三：落料与冲10孔复合，见图10（a），压弯四个角（12），冲4-5孔，见图10（d）。方案四：冲10孔，切断及弯曲外部两角（图13），压弯中间两角，见图11（b）,冲4-5孔，见图10（d）。图11方案二图12压弯四个角图13冲孔（10）、切断及弯曲外部两角连续冲压案五：冲10孔，切断及压弯四个角连续冲压（图14），冲4-5孔，见图10（d）。方案六：全部工序组合采用带料连续冲压，如图15所示的排样图。在上述列举的方案中，方案一的优点是：模具结构简单，模具寿命长，制造周期短，投产快；工件的回弹容易控制，尺寸和

13、形状精确，表面质量高；各工序（除第一道工序外）都能利用10孔和一个侧面定位，定位基准一致且与设计基准重合，操作也比较简单方便。缺点是：工序分散，需用压床，模具及操作人员多，劳动量大。方案二的优点是：模具结构简单，投产快寿命长，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，且工序分散，劳动量大，占用设备多。方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命短，工件质量 （精度与表面粗糙度）低。方案四的优点是工序比较集中，从工件成形角度看，本质上与方案二相同，只模具结构较为复杂。方案五本质上与方案三相同，只是采用了结构复杂的级进模。图14 冲孔（10）、切断及压弯四个角连续冲压图15 级进冲压排样图方案六的优

14、点是工序最集中，只用一副模具完成全部工序，由于它实质上是把方案一的各工序分别布置到连续模的各工位上，所以它还具有方案一的各项优点。缺点是模具结构复杂，安装、调试、维修困难、制造周期长。综上所述，考虑到该零件的批量不大，为保证各项技术要求，选用方案一。其工序如下：落料和冲10孔；压弯端部两角；压弯中间两角；冲4-5孔。(二) 工艺计算1毛坯长度毛坯长度按图16分段计算。毛坯总展开长度L0L0=2（l1+l2+l3+l4）+l5由图7-15：l1 =9mm;L3=25.5mml5=22mml2=2/(R+kt)=3.14/2(1.5+0.14*1.5) =3.32mml4=l2L0=2(9+3.3

15、2+25.5+3.32)+22=104.28(取104-O.5mm) 图16 弯曲件毛坯长度计算图2排样及材料利用率由于毛坯尺寸较大，并考虑操作方便与模具尺寸，决定采用单排。取搭边a=2 a1=1.5则进距h=30+1.5=31.5mm条料宽度B=104.28+2×2=108.28（取108mm）板料规格选用1.5×900×1800(mm)采用纵裁时：每板的条数：n1=900/108=8多余36mm 每条的工件数：n2=18001.5/31.5=57件余3mm 每板的工件数：n=n1n2=8*57=456个利用率：=456*30*104.28/900*1800*1

16、00=88.1经计算横裁时板料利用率仅为86.5，故决定采用纵裁。3计算压力及初选冲床(1)落料与冲孔复合工序，见图10（a）。冲裁力 F1=(L+l)c*t L=2(104.28+30)=268.56mml=*10=32.3mmt=1.5mmb=400Mpa故P1=(268.56+32.3)*400*1.5=179970(N)卸料力 Pa=K0*P0=0.04*179970=7198.8(N)推件力 Pi=n*Kt*P2=4*0.055*179970 =39593.4(N)总冲压力 P0=Pt+P0+Pt=179970+7198.8+39593.4=226762.2(N)=22.68(t)选

17、用25吨冲床。(2)第一次弯曲，见图10（b）首次压弯时的冲压力包括：预弯中间两角、弯曲和校正端部两角及压料力等。这些力并非同时发生或达到最大值，开始只有压弯曲力和预弯力，滑块至一定位置时开始压弯端部两角，最后进行镦压。为安全可靠，将端部两角的压弯力Pw、校正力Pa及压料力Pj合在一起计算。总冲压力 P0=Pw+Pa+PjPw=Bt2b/r+t=30*1.52*40/1.5+1.5=900(N)Pj=0.5Pw=0.5*900=4500(N)Pa=F*qF=1670mm2（校正面积）q=80MPa(单位校正力)故Pa=1670*8=133600(N)得P0=9000+4500+133600=1

18、47100(N)=14.7(t)选用16吨冲床(3)第二次弯曲，见图10（c）二次弯曲时仍需压料力，故所需总的冲压力：P0=Pw+Pj式中 Pw=Bt2b/r+t=30*1.52*40/1.5+1.5=9000(N)Pj=0.5Pw=4500(N)故 P0=9000+4500=13500(N)选用16吨冲床4.冲4-5孔，见图10（d）4个 5孔同时冲压，所需的总压力 P0=Pw+Pe Pe=nd*t*b=4*5*1.5*4.=37680(N) P0=K0*Ph=0.04*37680=1510(N) 故 P0=37680+1510=39190(N) 选用16吨压力机表5托架工序表工序工序说明工

19、序草图冲床规格（t ）模具型式1落料与冲孔25落料冲孔复合模2一次弯曲（带顶弯）16弯曲模3二次弯曲16弯曲模4冲四个小孔16冲孔模案例3拉深模零件名称：180柴油机通风口座子生产批量：大批量材 料：08酸洗钢板零件简图：如图17所示 图17通风口座子 设计步骤按如下程序进行(一)分析零件的工艺性这是一个不带底的阶梯形零件，其尺寸精度、各处的圆角半径均符合拉深工艺要求。该零件形状比较简单，可以采用：落料一拉深成二阶形阶梯件和底部冲孔一翻边的方案加工。但是能否一次翻边达到零件所要求的高度，需要进行计算。1. 翻边工序计算一次翻边所能达到的高度：按相关表 取极限翻边系数K最小=0.68由相应公式计

20、算得： H最大=D/2(1-K最小)+0.43r+0.72 =56/2(1-0.68)+0.43*8+0.72*1.5 =13.48(mm)而零件的第三阶高度H=21.5>H最大=13.48。由此可知一次翻边不能达到零件高度要求，需要采用拉深成三阶形阶梯件并冲底孔，然后再翻边。第三阶高度应该为多少，需要几次拉深，还需继续分析计算。计算冲底孔后的翻边高度h（见图18）：取极限翻边系数K最小=0.68拉深凸模圆角半径取r凸=2=3mm由相关公式得翻边所能达到的最大高度：图18拉深后翻边h最大=D/2(1-K最小)+0.57r凸=56/2（1-0.68）+0.57*3=10.67（mm）取翻边

21、高度 h=10(mm) 计算冲底孔直径d: d=D+1.14r凸-2h =56+1.14×3-2×10 =39.42(mm)实际采用39mm。计算需用拉深拉出的第三阶高度h´h´=H-h+r凸+=21.5-10+3+1.5=16（mm）根据上述分析计算可以画出翻边前需拉深成的半成品图，如图19所示。2.拉深工序计算图19所示的阶梯形半成品需要几次拉深，各次拉深后的半成品尺寸如何，需进行如下拉深工艺计算。计算毛坯直径及相对厚度：先作出计算毛坯分析图，如图20所示。为了计算方便，先按分析图中所示尺寸，根据弯曲毛坯展开长度计算方法求出中性层母线的各段长度并将计

22、算数据列于表6中。图19 翻边前半成品形状 图20 计算毛坯分析图表6毛料计算附表（mm）序 号lrlr序 号lrlr11779.251374.25613.7531.17428.5926.6777.71518.33722856310.42870.184731.8885.8926.64156.67428.3755.1041563.3924.2512.13293.4355.2539.375206.72lr=5302.17根据公式计算得毛坯直径：计算相对厚度：/D*100=1.5/206*100=0.72确定拉深次数：根据h/dn=54.5/57.5=0.95/D*100=0.72查相关表得拉深次数

23、为2，故一次不能拉成。计算第一次拉深工序尺寸：为了计算第一次拉深工序尺寸，需利用等面积法，即第二次拉深后的面积和拉深前参与变形的面积相等，求出第一次拉深工序的直径和深度。由于参与第二次拉深变形的区域是从图2-30中的L5开始，因此以L5开始计算面积，并求出相应的直径。/D*100=0.72查相应表 和第二次拉深系数m2=0.76因此，第一次应拉成的第二阶直径.（）为了确保第二次拉深质量，充分发挥板料在第一次拉深变形中的塑性潜力，实际定为：d=72mm按照公式（4-7c）求得：h=0.25/72(96.62-842)+0.86*4.75 =11(mm) 这样就可以画出第一次拉深工序图，如图21所

24、示。上述计算是否正确，即第一次能否由206的平板毛坯拉深成图21所示的半成品，需进行核算。阶梯形零件 ，能否一次拉成，可以用下述近似方法判断，即求出零件的高度与最小直径之比h/dn，再按圆筒形零件拉深许可相对高度表（相应表）查得其拉深次数，如拉深次数为1，则可一次拉成。根据图2-31所示：h=51, dn=72, h/dn=0.70, /D×100=72，查相关表提拉深次数为1，说明图2-31所示半成品可以由平板毛坯一次拉成。(二)确定工艺方案通过上述分析计算可以得出该零件的正确工艺方案是：落料；第一次拉深，压成如图2-31所示的形状；第二次拉深、冲孔，压成如图2-29所示的形状；第

25、四道工序为翻边，达到零件形状和尺寸要求，如图2-27所示。共计四道工序。现在以第一次拉深模为例继续介绍设计过程。(三)进行必要的计算1.计算总拉深力根据相对厚度/D×100=0.27，按照公式判断要使用压边圈按照公式计算得到拉深力为：P=d1bK1=3.14×158.5×1.5×450×0.91 =300000(N)压边力为：Q=/4D2-(d1-2r凹)2q =/42052-(160+2*8)22.5 =22000(N)式中 q的值按相应表 选取为2.5N/mm²总拉深力P总=P+Q=300000+22000=322000(N)图21 第一次拉深工序图 图22模具结构草图2.工作部分尺寸计算该工件要求外形尺寸，因此以凹模为基准间隙取在凸模上。单边间隙Z=1.1=2.55（mm