材料成形工艺实验部分

材料成形工艺实验部分第一页，共四十五页，2022年，8月28日设计案例冲裁、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、弯曲件为例介绍冲裁、弯曲的冲压工艺分析、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：08Ft=2mm设计该零件的冲压工艺与模具

图1托板零件图第二页，共四十五页，2022年，8月28日（一）冲裁件工艺分析1.材料：08F钢板是碳素结构钢，有良好的可冲压性能。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。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、Ф3.5+0.3结论：可以冲裁第三页，共四十五页，2022年，8月28日（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、自然漏料方式的级进冲裁模结构形式。第四页，共四十五页，2022年，8月28日（三）模具设计计算排样

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。级进模进料步距为32mm。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图2排样图第五页，共四十五页，2022年，8月28日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，总的冲压力为：P0=P+Pt；P=P1+P2式中P1--落料时的冲裁力；P2--冲孔时的冲裁力；Pt--推料力按冲裁力计算公式计算落料时的冲裁力：

P1=KLtτ；查τ=300MPa=1.3[2×（58-16）+2×（30-16）+16π]×2×300/1000(kN)≈126.55(kN)按冲裁力计算公式计算冲孔时的冲裁力：

P2=1.3×4π×3.5×2×300/1000(kN)≈34.3(kN)计算推料力Pt：Pt=nKtP取n=3，查表Kt=0.055Pt=3×0.055×(126+34)≈26.5(kN)

计算总冲压力P0：P0=P1+P2+Pt=126.55+34.5+26.5=187.5(kN)第六页，共四十五页，2022年，8月28日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压力中心第七页，共四十五页，2022年，8月28日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，将计算结果列于表1。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0.25~0.36mm。为了保证R8与尺寸为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0.25~0.36mm。第八页，共四十五页，2022年，8月28日表1冲模刃口尺寸冲裁性质工件尺寸计算公式凹模尺寸标注法凸模尺寸标注法落料580-0.74380-0.62300-0.52160-0.44R8δd=0.25Δ57.60+0.1837.70+0.1629.70+0.1316.8+00.11R7.9+00.06凸模尺寸按凹模实际尺寸配置，保证双边间隙0.25~0.36mm冲孔φ3.5+0.3δp=0.25Δ凹模尺寸按凸模刃口实际尺寸配置，保证双边间隙0.25~0.36mm3.65-0.08中心距尺寸：L14=14±0.44/8=14±0.055L17=17±0.44/8=17±0.055注：在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的1/8。凹模计算凸模计算第九页，共四十五页，2022年，8月28日5.确定各主要零件结构尺寸（1）凹模外形尺寸的确定凹模厚度H的确定：H=P取总压力=187.5(kN)=187500NH=≈26mm，取凹模厚度H=25mm。根据设计资料确定凹模长度L和宽度B凹模长度L的确定：L=b+2c（c根据设计资料取34）

=58+2×34=126mm凹模宽度B的确定：B=步距+工件宽+2c（步距=32；工件宽=30；c=34）B=32+30+2×34=130mm

凹模板尺寸为L×B×H=126×130×25第十页，共四十五页，2022年，8月28日（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=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=187.5(kN)；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J23-250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。第十一页，共四十五页，2022年，8月28日（3）设计并绘制总图、选取标准件按已确定模具形式及参数，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。第十二页，共四十五页，2022年，8月28日图4单排冲孔落料连续模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-螺钉第十三页，共四十五页，2022年，8月28日（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，见图5至图8。图5凸凹模第十四页，共四十五页，2022年，8月28日图6落料凹模第十五页，共四十五页，2022年，8月28日图7固定板第十六页，共四十五页，2022年，8月28日图8卸料板第十七页，共四十五页，2022年，8月28日第十八页，共四十五页，2022年，8月28日

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弯曲件第十九页，共四十五页，2022年，8月28日（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。图9工艺方案第二十页，共四十五页，2022年，8月28日

零件上的孔，尽量在毛坯上冲出，简化模具结构，便于操作。该零件上的Ф10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Ф10孔可以在压弯前冲出，冲出的Ф10孔可以做后续工序定位孔用。而4-Ф5孔的边缘与弯曲中心的距离为1.5mm，=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：落料与冲孔Ф10复合，见图10a，压弯外部两角并使中间两角l预弯45º，见图10b，压弯中间两角，见图10c，冲4-Ф5孔，见图10d。第二十一页，共四十五页，2022年，8月28日第二十二页，共四十五页，2022年，8月28日图11方案二

方案二：落料与冲孔Ф10复合，图10a，压弯外部两角，见图11a，压弯中间两角，见图11b，冲4-Ф5孔，见图10d。第二十三页，共四十五页，2022年，8月28日

方案三：落料与冲Ф10孔复合，见图10a，压弯四个角12，冲4-Ф5孔，见图10d。

第二十四页，共四十五页，2022年，8月28日

方案四：冲Ф10孔，切断及弯曲外部两角，图13，压弯中间两角，见图11b，冲4-Ф5孔，见图10d。图13冲孔Ф10、切断及弯曲外部两角连续冲压第二十五页，共四十五页，2022年，8月28日

方案五：冲Ф10孔，切断及压弯四个角连续冲压图14，冲4-Ф5孔，见图10d。第二十六页，共四十五页，2022年，8月28日

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：①模具结构简单，模具寿命长，制造周期短，投产快；②工件的回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量高；③各工序（除第一道工序外）都能利用Ф10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。图15级进冲压排样图第二十七页，共四十五页，2022年，8月28日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，只是采用结构复杂级进模。方案六的优点是工序最集中，只用一副模具完成全部工序，由于它把方案一的各工序分别布置到连续模的各工位上，所以具有方案一的各项优点。缺点是模具结构复杂，安装、调试困难、制造周期长。第二十八页，共四十五页，2022年，8月28日

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：①落料和冲Ф10孔；②压弯端部两角；③压弯中间两角；④冲4-Ф5孔。第二十九页，共四十五页，2022年，8月28日(二)工艺计算1.计算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16：l1=9mm；l3=25.5mm；l5=22mml2=π/2(R+kt)=3.14/2(1.5+0.14×1.5)=3.32mml4=l2l0=2(9+3.32+25.5+3.32)+22=104.28(取104-00.5mm)第三十页，共四十五页，2022年，8月28日图16弯曲件毛坯长度计算图第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日2.排样及材料利用率由于毛坯尺寸较大，考虑操模具尺寸，决定采用单排。取搭边a=2a1=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1.5×900×1800mm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：η=456*30*104.28/900*1800*100℅=88.1℅经计算横裁时板料利用率仅为86.5％，故决定采用纵裁。第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日3.计算压力及初选冲床(1)落料与冲孔复合工序，见图10a。冲裁力Pt=(L+l)σb*t

L=2(104.28+30)=268.56mm；l=π*10=32.3mm；

t=1.5mm；σb=400Mpa故Pt=(268.56+32.3)*400*1.5=179970(N)卸料力P1=K1*Pt=0.04*179970=7198.8(N)推件力P2=n*K2*Pt=4*0.055*179970=39593.4(N)总冲压力：P0=Pt+P1+P2

=179970+7198.8+39593.4=226762.2N=22.68t选用25吨冲床。第三十三页，共四十五页，2022年，8月28日(2)第一次弯曲，见图10b

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=Bt2σb/r+t=30*1.52*400/1.5+1.5=9000NPj=0.5Pw=0.5*9000=4500NPa=F*q；F=1670mm2（校正面积），q=80MPa(单位校正力)故Pa=1670*8=133600N得P0=9000+4500+133600=147100N=14.7t选用16吨冲床第三十四页，共四十五页，2022年，8月28日(3)第二次弯曲，见图10c二次弯曲时仍需压料力，故所需总的冲压力：

P0=Pw+Pa+PjPw=Bt2σb/r+t=30*1.52*400/1.5+1.5=9000NPj=0.5Pw=0.5*9000=4500NPa=F*q；F=1380mm2（校正面积），q=80MPa(单位校正力)故Pa=1380*80=110400N选用16吨压力机(4)冲4-φ5孔，见图10d4-φ5孔同时冲压，所需的总压力

P0=Pt+P1Pt=nπd*t*σb=4*π*5*1.5*400=37680NP1=K1*Pt=0.04*37680=1510N故P0=37680+1510=39190N，选用16吨压力机（min）第三十五页，共四十五页，2022年，8月28日冷冲压模具课程设计任务书一、实验设计目的冷冲模具设计理论教学之后进行的实践性教学环节。其目的是：综合运用本专业所学课程的理论和实践知识，对学生进行一次冷冲压模具课程设计工作的实际训练，从而培养和提高独立工作的能力。巩固和扩充冷冲压模具课程所学内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。二、课程设计的内容（一）