止动件冲压工艺与模具设计(共29页)

1、摘要冲压是一种利用安装在压力机上的模具，对材料施加压力并使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的制件的一种压力加工方法。冲压加工由冲压工艺、冲压模具以及冲压设备三个要素构成。冲压工艺包括各种冲压工序是冲压加工过程和具体方法；冲压模具则是将板料加工成冲压零件的专用工艺装备。模具是工业生产中发展和实现无切屑加工技术不可缺少工具，也是生产中广泛使用的设备之一。本文根据止动件的形状、材料、尺寸精度及技术要求，制定冲压加工方案，设计冲压模具，选着冲压设备。全面的应用冲压工艺与模具设计的知识，巩固和深化所学知识。关键词：止动件；冲压模具；冲压工艺；模具设目录摘要1绪论1第一章 止动件图的绘制

2、2第二章 止动件的冲压工艺分析32.1 材料分析32.2 止动件形状分析32.3 止动件尺寸精度3第三章 冲压方案的确定43.1 冲压方案43.2 冲压方案的选择4第四章 模具类型54.1 模具类型的选择54.2 定位方式的选择54.3 导向方式的选择54.4 卸料、出料方式的选择54.5 推件装置的选择64.6 送料方式的选择6第五章 主要工艺参数的计算75.1 排样方式75.1.1 排样方式的选择75.1.2 确定搭边值和料宽75.1.3 排样方式图85.2 送料步距和利用率的计算85.2.1 送料步距的计算85.2.2 材料利用率的计算95.3 冲压力的计算95.3.1 冲裁力

3、的计算95.3.2 卸料力、推件力的计算105.4 压力机的选择115.5 压力中心的确定115.6 模具刃口尺寸计算135.6.1冲裁间隙135.6.2 凸、凹制造公差的计算145.6.3 冲孔凸、凹模刃口尺寸计算145.6.4 落料凸、凹模刃口尺寸计算15第六章 模具设计186.1 冲孔凸模设计186.1落料凹模设计196.3 凹凸模设计206.4 其他模具零件结构216.5 典型零件加工工艺方案如下21第七章 模具闭合高度校核23第八章 绘制模具总装图24第九章 设计总结25参考文献26绪论近年来，随着先进制造技术的不断发展，将冲压工艺与现在高新技术相结合，使得冲压工艺在深度和广度上都取

4、得了突飞猛进的进展。目前，冲压工艺在高效精密冲压、柔性模（软膜）成形、无模多点成形、超塑性成形、爆炸和电磁等高能成形以及冷冲压技术等方面取得了重大的进步。随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，三维 UG、Pro/Engineer等国际通用软件，个别厂家

5、还引进了C-Flow、DYNAFORM、MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。   冲压模具作为冲压工艺中的一个重要因素，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。它作为工业生产的主要工艺装备是大批量生产同形产品的重要工具，是形成金属或非金属制件的基础工艺装备，它生产零部件所具有的生产效率高、节约原材料、操作简单等优点以及模具生产制件所具备的成本低、稳定性好、良好的互换性、使用寿命长是其它加工制造方法所不能比拟的。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。第一章

6、 止动件图的绘制如下图1-1所示，利用CAD，根据止动件尺寸及技术要求所绘制的工件图。图1-1 止动件图 第二章 止动件的冲压工艺分析2.1 材料分析止动件材料为常用的金属钣金材料B3钢，和Q235普通碳素结构钢的性质差不多。含碳适中，综合性能较好，、塑性和等性能具有较好的配合，适合用来制作垫片等零件，也适合用来冲压。2.2 止动件形状分析材料厚度0.5mm，止动件结构简单工、序数目少，模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单。止动件外部为长65mm、宽20mm的矩形与一段圆弧组合而成的形状，中间为9mm的两个关于矩形垂直对称轴对称的圆孔，满足冲压的条件。故可以利用冲裁加工获得这种止动件。

7、2.3 止动件尺寸精度零件图中尺寸均未标注尺寸精度和位置精度，冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级，普通冲压的冲孔精度一般在IT11IT12级以下，所以精度能够保证，可用一般精度的冲裁，故设公差等级取IT14级。由于工件的粗糙度没有特殊要求，故选择一般的粗糙度Ra=3.2m。第三章 冲压方案的确定3.1 冲压方案花垫圈从结构形状与要求来看，只要通过冲孔和落料两个基本工序即可。有以下三种工序方案选择： 方案一：先落料，后冲孔，采用两套单工序模生产。方案二：落料冲孔同时在多个工位上完成，采用级进模生产。方案三：落料冲孔同

8、时在一个工序上完成，采用复合模生产。3.2 冲压方案的选择 方案一模具结构简单，制作容易，但需要两副模具，增加了模具的制作成本，同时要进行两道工序，导致生产效率降低，难以满足大批量生产。方案二只需要一副模具，减少模具和设备的数量，降低了模具制作成本，生产效率高，操作方便，生产效率较高，精度也能满足要求，易于实现自动化。但级进模轮廓尺寸比较大，结构比单工序模复杂，成本高。方案三只需要一副模具，模具轮廓尺寸较小结构紧凑，冲出的制件精度高，平整。板料定位精度低，但能满足止动件的要求精度。通过对三种方案的分析和对比可以确定方案三为最佳方案。第四章 模具类型4.1 模具类型的选择由冲压工艺分析

9、可知，模具类型为复合模，能在同一副模具的相同位置，同时完成两道或两道以上不同冲压工序。倒装式复合模具结构相对正装简单，加工更容易，制作成本相对低，故选择倒装式复合模具。4.2 定位方式的选择通过模具的材料是条料，所以选用定位销来实现对冲裁条料的定位。4.3 导向方式的选择为提高模具寿命和工作质量，安装调整方便，模具结构更简单，该复合模采用后侧导柱的导向方式。4.4 卸料、出料方式的选择卸料装置分为刚性卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀三种。刚性卸料装置卸料力大，工作可靠，常用于材料较硬、厚度较厚、精度要求不是很高的工件。但在卸料时，由于板料没有受到压料力的作用，导致冲裁带孔部分有明显的翘曲现象。

10、弹性卸料装置主要由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡皮）等构成；主要用于材料较薄（小于或等于 2mm）、硬度较小、精度要求高的冲裁；冲裁时弹性元件对板料有预紧作用力，故冲压件的平整度比较高。弹性元件提供的卸料力比较小。废料切刀主要用于大、中型零件冲裁或成形切边时，卸料力要求大，利用废料切刀将废料切开，达到卸料的目的。止动件厚度 0.5mm，相对较薄，尺寸较小，制件重量较轻，卸料力要求不大；垫片的平整度要求也不能过低；故采用弹性卸料。在倒装式复合模具中，弹性卸料装置安装在下模。为了使模具结构简单，采用向下出件方式。4.5 推件装置的选择推件装置分为刚推件料装置和弹性推件装置。刚性推件装置适用于

11、对推件力要求大的制件；要使弹性推料装置就要选择好一点的弹性元件，这样增大了模具的制作成本。为了推件平稳可靠，成本低，选用刚性推件装置。4.6 送料方式的选择对于大批量生产的复合模，一般选用自动送料机构送料。第五章 主要工艺参数的计算5.1 排样方式5.1.1 排样方式的选择零件结构简单，条料从右至左送进，落料凸模的冲压力比较均匀，零件形状精度容易保证，为简单方便选择单列直排方式。5.1.2 确定搭边值和料宽止动件为非圆形，可根据下表5-1选择搭边值。表5-1 手工送料时冲裁非圆形金属制件最小搭边值料厚 t（mm)aa1121.5122.522332.5料厚t=1.5mm，搭边值a=2

12、mm，a1=1.5mm。该冲模选择有侧压装置，材料的料宽： （5-1）式中： Dmax一条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a 侧搭边值； 一条料宽度的单向偏差。采用纵向排列，故Dmax=20mm；a=1.5mm得：值可根据表5-2选择： 表 5-2 普通剪床用带料宽度偏差（mm）料宽50100料厚t（mm）10.531341由t=0.5mm得：=0.5所以5.1.3 排样方式图如下图5.1所示：图5.1排样方式图5.2 送料步距和利用率的计算5.2.1 送料步距的计算按图5.1的排样方式，送料的步距为止动件的宽度与搭边值的和，用S表示：为方便令S取整：S=22mm。5.2.2 材料利用率的计算材

13、料利用率是衡量材料是否合理利用的重要指标，在保证制件质量的前提下，也决定板料的冲裁是横向还是纵向。一块板料的材料利用率： (5-2)式中:A0一个制件的有效面积；A 一一块板料的面积；n 一块板料所冲制件的总数。一块板料的材料利用率为结构废料有工件的形状决定，无法避免，材料的利用率满足要求，故排样方式合理。5.3 冲压力的计算5.3.1 冲裁力的计算冲裁工序力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力等，其中，最主要的是冲裁力的确定。冲裁时，凸模给材料施加压力，材料对凸模产生反作用力，通常这种反作用力被称为抗力，材料对凸模的最大抗力就是冲裁力。只有知道冲裁力才能保证正确的压力机和合理设计模具。为了使结

14、构简单，选择一般平刃冲裁，平刃冲裁时的冲裁力： （5-3）式中：K安全系数，K=1.3；t材料厚度；材料的抗剪强度；L冲剪断面的周长。材料抗剪强度可从材料手册的机械性能中查出，B3的性质和Q235性质相似，Q235未退火状态在室温下的=310380MP，取380Mp。冲裁力为：5.3.2 卸料力、推件力的计算在冲裁结束后，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，使冲落部分的材料卡在凹模内，而余下的材料则紧箍在凸模上，为使冲压工作能继续进行，必须将卡在凹模内的这些材料推出，将紧箍在凸模上的材料卸下。卸下包在凸模上的材料所需的力叫卸料力；顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力一般叫推件力。卸料力的计算公

15、式： （5-4） 推件力的计算公式： （5-5）式中：K1、K2分别为卸料力、推件力n同时卡在凹模的冲裁件（或废料）的个数，n=h/t（h：凹模洞口的直壁高度）,n=6/0.5=12。K1、K2的取值可从表5-3中选取表5-3 钢板卸料力、推件力的系数材料厚度t/mmK1K20.10.0650.0750.10.10.50.0450.0550.0630.52.50.040.050.0552.56.50.030.040.0450.020.030.03根据冲裁的性质和厚度得：K1=0.055、K2=0.063。根据公式（5-4）、（5-5）得：综上所述冲压力为：5.4 压力机的选择本模具采用弹压卸料

16、装置，压力机的公称压力必须大于或等于工序总力。查手册选开式可倾压力机型号为J23-16的压力机。J23-16压力机的主要参数：公称压力160，滑块行程70mm，行程次数115次，最大封闭高度220mm，封闭高度调节量60mm，滑块中心到床身的距离160mm，工作台尺寸300×450mm，达到公称压力时滑块距下止点的距离5mm，工作台孔尺寸（前后220mm，左右110mm，直径160mm），可倾斜角30度，模柄孔尺寸（直径×深度）50mm×70mm，工作台板厚度60mm。5.5 压力中心的确定模具压力中心是指模具在工作时，被冲压材料对冲模的反作用力合力的作用点，即冲

17、模所受合力的作用点位置。为了模具正常的工作，模具的压力中心必须与模柄的中心线重合，否则冲压时便会产生偏力矩，使模具的导柱或冲床的滑块单面受力，引起模具和导轨的过早损坏，加速刀口变钝的速度，同时也会使冲模及压力机滑块歪斜，引起凸、凹模的间隙不均，使导向零件加速磨损，降低模具的寿命，有甚者引起压力机导轨磨损加重，损坏压力机。止动件为轴对称形，外形简单，可按照确定简单形状制件的压力中心的原则来确定止动件的压力中心。简单形状制件的压力中心确定原则：（1）冲裁直线段时，压力中心位于该线段的重点。（2）冲裁简单对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心（即重心）。（ 3）形状和尺寸相同的多个凸模对

18、称分布时，压力中心与多个凸模的对称中心相重合。（ 4）形状复杂的零件、多孔冲模或级进模的压力中心，可以用以下解析计算法 (5-6) (5-7)求出。根据以上原则可以确定该模具的压力中心在该制件的质心，则压力中心对称轴上，如图5-2所示：图5-2 止动件的坐标图利用CAD对图形进行分析该止动件的质心坐标为（11mm，32.5mm）。由于前述计算的冲压力比压力机公称压力小很多，裕度较大，为便于模具设计、制造和装配，本模具将压力中心矩形的中心处。5.6 模具刃口尺寸计算5.6.1冲裁间隙冲裁间隙是模具设计中的一个相当重要的参数，它对冲件的断面质量、模具寿命、卸料力、推件力以及冲裁件的尺寸精度等都有影

19、响。在不同场合，冲裁间隙的概念定义也不同。在设计过程中所考虑的一般是凸、凹模刃口部分的尺寸之差。冲裁间隙过大、过小都是不合理的，只有选择合适的冲裁间隙才能进行正常的冲裁生产。而不断地冲裁又会使得凸、凹模磨损，凸模尺寸减小，凹模尺寸增大，冲裁间隙也就增大。根据材料力学性质、制件的表面粗糙度和尺寸精度，按照经验数据来确定。经验数据参考如表5-4所示：表5-4 冲裁模初始双面间隙材料名称45；T7，T8；磷青铜（硬）；铍青铜（硬）10,15,20冷轧钢；30钢板；H62，H68（硬）；硅钢片Q215,Q235;08,10,15;H62,H68(半硬)H62,H68(软);纯铜（软）；3A12,5A0

20、2厚度初始间隙ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.10.0150.0350.010.030.20.0250.0450.0150.0350.010.030.30.040.060.030.050.020.040.010.030.50.080.100.060.080.040.060.0250.0450.80.130.160.100.130.070.100.0450.0751.00.170.200.130.160.100.130.0650.95根据5-4得：Zmin=0.04mm，Zmax=0.06mm。5.6.2 凸、凹制造公差的计算凸、凹模的加工方法有两种，第一种是

21、按互换性原则组织生产，叫分别制造法，第二种是按配合加工原则组织生产，叫配合加工法。该模具的设计过程按照互换性的原则进行设计，因此必须保证：dd + 式中：凸模的制造公差； + 凹模的制造公差。一般情况下取： （5-8） （5-9）故： ；5.6.3 冲孔凸、凹模刃口尺寸计算冲裁件的测量和使用中都是以光亮带的尺寸为基准，冲孔件的光亮带处于小端尺寸，冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。故冲孔时以凸模为基准件进行计算，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得，计算公式为： （5-10） （5-11）式中：dp、dd冲孔凸、凹模的刃口尺寸； d冲孔工件的基本

22、尺寸； 工件公差。如表5-5所示，GB/T 1800.3-1998对应的部分取值表5-5 标准公差表（GB/T 1800.3-1998）公差等级IT10IT11IT12IT13IT14IT15基本尺寸mm30.0400.0600.100.140.250.40360.0480.0750.120.180.30.486100.0580.0900.150.220.360.5810180.0700.1100.180.270.430.7018300.0840.1300.210.330.520.8430500.1000.1600.250.390.621.0050800.1200.1900.300.460.7

23、41.2孔的基本尺寸为d=9mm，公差等级为IT14对应的公差=0.36mm。如表5-5所示，磨损系数的取值：表5-6 磨损系数材料厚度t（mm）非圆形工件x值圆形工件x值10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.310.590.600.300.30根据材料的厚度、冲裁件的形状以及工件公差，依据表5-6得：x=0.5所以：5.6.4 落料凸、凹模刃口尺寸计算落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，落料件的光亮带处于大端尺寸，

24、且大端尺寸等于凹模尺寸所以落料时应先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准进行计算，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凹模刃口尺寸来取得。落料时计算的凹、凸模长度公差为： （5-12） （5-13）式中：Dp、Dd落料凹、凸模的刃口长度； D落料工件的长度； 工件公差。矩形长度为20mm，根据表5-5公差等级为IT14对应的公差=0.52mm。根据表5-6，按材料的厚度、冲裁件的形状以及工件公差得x=0.5。所以：矩形宽度为65mm，根据表5-5公差等级为IT14对应的公差=0.74mm。根据表5-6，按材料的厚度、冲裁件的形状以及工件公差得x=0.5。所以：圆弧处56mm，根据表5-5公差等级为IT1

25、4对应的公差=0.74mm。根据表5-6，按材料的厚度、冲裁件的形状以及工件公差得x=0.5。所以：与圆弧处相连接的两段长度都为14mm，根据表5-5公差等级为IT14对应的公差=0.43mm。根据表5-6，按材料的厚度、冲裁件的形状以及工件公差得x=0.5。所以：两冲孔之间的距离为37mm，公差等级为IT6，对应的=0.016mm。故：第六章 模具设计6.1 冲孔凸模设计凸模长度尺寸是根据模具的具体结构，考虑修磨、固定板与卸料板之间的安全距离、装配等需求来确定。止动件模具采用的是弹性卸料装置，凸模长度的计算公式为： （6-1）式中：L凸模长度；h1凸模固定板厚度，取20mm；h2卸料板厚度，

26、取25mm；t材料厚度，相对其他尺寸可以忽略；h增加强度。它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度（0.51mm）、凸模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取1020mm，取20mm。故： 如图6-1所示，两个冲孔凸模图图6-1 冲孔凸模图6.1落料凹模设计凹模的结构分为整体式、组合式、镶拼式三种形式，整体式结构简单，强度好，制造精度高。组合式和镶拼式的结构复杂，制造精度相对整体式的要低，故该模具采用整体式形式。整体式凹模的计算公式为： ，且Ha15mm (6-2) c=（1.32.0）Ha，且c3040mm (6-3)式中：Ha凸模厚度；F冲裁里，F=42.8kN；c凹模厚度（指最小壁厚）。凹

27、模厚度Ha=17mm，凹模壁厚c=34mm。查GB/T2855.5-1990确定凹模外形尺寸长=160mm、宽=100mm；凹模图如下图6-2所示：图6-2 卸料凸模图6.3 凹凸模设计凹凸模在复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凹凸模的内外缘均为刃口，内缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。该模具为倒装式复合模，内孔积存废料，最小壁厚可以大些。凸凹模长度计算公式：L=h1+h2+h （6-4）式中：h1凸凹模固定板高度；h2卸料板厚度；h自由尺寸 ，h=20。计算结果L=75凸凹模设计如图6-3所示：图6-3 凸凹模图6.4 其他模具零件结构根据凹模零件尺寸，结合倒装式复合模结构特点

28、，查GB/T2855.5-1990选用四导柱模架方式，查JB/T2885.1-94，确定其他模具结构零件，如下表6-1：表6-1 模具零件结构序号名称规格材料数量1垫板160×100×104512凸模固定板125×100×204513卸料板125×100×204514凸凹模固定板125×100×204515上模座160×100×404516下模座160×100×504517导柱25×1504528导套25×90×384526.5 典型零件加工工艺方案如下以凹模板的加工为例，典型零件的加工工艺为：备料热处理磨平面钳工磨平面热处理线切割。工艺过程如表6-2表6-2 凹模板加工工序序号工序名称工序的主要内容1备料根据图纸下适合的毛坯料2热处理退火3铣、磨平面先铣后磨平面4钳工划线、打螺纹孔、销钉孔和穿丝孔5磨平面光上下平面至图纸要求6热处理淬火、回火达到硬度要求7线切割线切割内型，保证间隙达到要求8去毛刺用细砂打磨去毛刺第七章 模具闭合高度校核模具闭合高度H应满足Hmin-H1+10HHmax -H15式中：Hmax压力机最大闭合高度； Hmin压力机最小闭合高度； H1垫板厚度。 本模具闭合高度为 H=180mm，垫板厚度 H