冲裁模设计解析.pdf

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1、 冲裁模设计举例 图 2.69 所示零件为电视机安装架下板展开坯料，材料为 1Cr13，厚度mmt3，未注圆角半径mmR1，中批量生产，确定产品的冲裁工艺方案并完成模具设计。图 2.69 零件图 1冲裁件工艺性分析 零件的加工涉及冲孔和落料两道工序。除孔中心尺寸公差为0.1mm和孔径尺寸公差为+0.2mm 外,其余尺寸均为未注公差,查表 2.4 可知，冲裁件内外形的达到的经济精度为 IT12IT14 级。符合冲裁的工艺要求。查表 2.2 可知，一般冲孔模冲压该种材料的最小孔径为d1.0t，t=3mm,因而孔径8mm 符合工艺要求。由图可知，最小孔边距为：d=4mm，大于材料厚度 3mm，符合冲

2、裁要求。2确定冲裁工艺方案及模具结构形式 该冲裁件对内孔之间和内孔与外缘之间有较高的位置精度的要求，生产批量较大，为保证孔的位置精度和较高的生产效率，采用冲孔落料复合冲裁的工艺方案，且一次冲压成形。模具结构采用固定挡料销和导料销对工件进行定位、弹性卸料、下方出料方式的倒装式复合冲裁模结构形式。3模具设计与计算 （1）排样设计 排样设计主要确定排样形式、条料进距、条料宽度、材料利用率和绘制排样图。1）排样方式的确定。根据冲裁件的结构特点，排样方式可选择为：直排。2）送料进距的确定。查表 2.7，工件间最小工艺搭边值为mm2.2，可取mma31。最小工艺边距搭边值为mm5.2，取mma3。送料进距

3、确定为mmh44.199。3）条料宽度的确定。按照无侧压装置的条料宽度计算公式，查表 2.8、表2.9 确定条料与导料销的间隙和条料宽度偏差分别为mmmmb0.1,0.10。0100093132862baLB 4）材料利用率的确定。%08.91%10044.1999344.19686BhA 4）绘制排样图。冲裁件排样图见 图 2.70。图 2.70 排样图（2）计算总冲压力 该模具采用弹性卸料和下方出料方式。总冲压力0F由冲裁力F、卸料力卸F和推件力推F组成。由于采用复合冲裁模，其冲裁力由落料冲裁力落料F和冲孔冲裁力冲孔F两部分组成。1）落料、冲孔冲裁力。1Cr13材料的抗拉强度可按MPab4

4、00 NLtFb6720004003560落料 NLtFb68560240038.223冲孔 NFFF940560268560672000冲孔落料 2）推件力。查表 2.13 推件力系数0.045推K，凹模中的卡件数n设为 2。NFnKF4.24170268560045.02冲孔推推 3）卸料力。查 表 2.13 卸料力系数0.04卸K。NFKF2688067200004.0落料卸卸 4）总冲压力0F的确定。kNNFFFF9924.991610268804.241709405600卸推 压力机的公称压力应大于计算总冲压力kN992，本例中可选 J23-100 开式双柱可倾压力机。（3）计算压力

5、中心 压力中心的计算可以按式（2.18）、（2.19）将冲裁件轮廓分段后计算，也可以按力矩平衡原理直接求解。本例中复合冲裁模的冲裁压力中心受落料和冲孔的共同影响，由于零件左右对称，即XC=0,故只需计算YC，如图 2.71所示。将工件冲裁周边分成 l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7基本线段，求出各段长度及各段的重心位置：图 2.71 压力中心 1196.44Lmm 10Ymm 288.85Lmm 243Ymm 3196.44Lmm 386Ymm 482.24Lmm 464.5Ymm 550.24Lmm 578Ymm 641.12Lmm 621.5Ymm 750.24Lmm 78Ymm 1

6、12277127L Y+L Y+L Y44.3 L+L+LCYmm （4）刃口尺寸计算 本例模具刃口尺寸计算中，冲孔 8mm 的圆孔和长孔采用凸、凹模分开加工的方法，外轮廓的落料采用配合加工的方法。查表 2.10 得模具冲裁间隙值minZ0.49mm，maxZ0.55mm 冲 8mm 的圆孔的凸、凹模刃口尺寸为：dp=8.150-0.02 dd=8.64+0.020 冲 8mm 的长孔的凸、凹模刃口尺寸为：dp1=8.20-0.02 mm dd1=8.69+0.020 mm dp2=16.20-0.02 mm dd2=16.69+0.020 mm 对外轮廓的落料，以凹模为基准，凹模磨损后尺寸增

7、大，为 A 类尺寸。对于尺寸 86mm、196.44mm、R5 mm，其模具刃口尺寸为：0.15085.8mm、0.150196.24mm、0.0604.92Rmm。（5）模具零件结构尺寸的确定 1）凹模结构尺寸的确定。凹模的刃口形式，考虑到零件大批量生产，所以采用刃口强度较高的柱形刃口凹模。凹模外形尺寸主要包括凹模厚度ah，凹模壁厚c，凹模宽度B 和凹模长度L。凹模厚度尺的确定。查表 2.15 凹模厚修正系数18.0K，凹模厚度尺寸mmKbha3744.19618.0。凹模壁厚ahc0.25.1，可取mmc55左右。凹模宽度mmcbB961552862，设计时取 B=200mm。凹模长度尺寸

8、的确定。根据排样图 2.70，凹模长度cL2 进距，mmL306.4455244.196，设计时取 L=315mm。2）凸模长度尺寸的确定。凸模长度尺寸与凸模固定板和推件板的厚度有关。凸模固定板的厚度取mmH201。推件块的厚度取mmH302，自由尺寸与修模量及进入凹模深度总计取为mm7。凸模长度21AHHL，可取mmL5773020 3）凸凹模的尺寸的确定。根据模具的具体情况，凸凹模的厚度选取 54mm。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保证间隙 0.490.55mm。凸凹模上孔的中心距、孔与边缘的距离应比零件图所标精度高 34 级，即定公差为0.02mm。4绘制模具总装图 按已经确定的模

9、具形式及相关参数，选择冷冲模标准模架。绘制模具总装图，如图 2.72所示。图 2.72 冲孔落料复合冲裁模 1-上模座，2-内六角螺钉，3-凸模 A，4-内六角螺钉，5-模柄，6-推杆，7-推板，8-推销 9-销钉，10-上模垫板，11-凸模固定板，12-导套，13-凹模，14-卸料板，15-导柱，16-推件块 17-橡皮，18-下模座，19-凸凹模固定板，20-内六角螺钉，21-上模垫板，22-凸模 B 23-凸凹模，24-内六角螺钉，25-弹簧，26-挡料销，27-卸料螺钉，28-导料销 5绘制模具零件图 1）落料凹模如图 2.73 所示，材料选用 Cr12MoV，热处理 5862HRC。

10、图 2.73 落料凹模 2）凸模 A、凸模 B 如图 2.74、2.75 所示。材料选用 Cr12MoV，热处理5660HRC。图 2.74 凸模 A 图 2.75 凸模 B 3）凸凹模如图 2.76 所示，材料选用 Cr12MoV，热处理 5862HRC。其外形和内孔分别按凹模和凸模配间隙 0.49mm。图 2.76 凸凹模 4）凸模固定板如图 2.77 所示，材料选用 Q235，其内孔按凸模配 H7/m6。图 2.77 凸模固定板 5）卸料板如图 2.78 所示，材料选用 45，热处理 4348HRC，其内孔按凸凹模配间隙 0.1mm。图 2.78 卸料板 6）凸凹模固定板如图 2.79

11、所示，材料选用 Q235，其内孔按凸凹模配 H7/m6。图 2.79 凸凹模固定板 弯曲模设计举例 图 3.44 所示弯曲件，材料为 10，料厚 6mm，小批量生产，试完成该产品的弯曲工艺及模具设计。图 3.44 U 型弯曲件 （1）工艺性分析 该工件结构比较简单、形状对称，适合弯曲。工件弯曲半径为 5mm，由 3.1（垂直于纤维）查得：rmin=0.1t=0.6mm，即能一次弯曲成功。工件的弯曲直边高度为：4265=31（mm），远大于 2t，因此可以弯曲成功。该工件是一个弯曲角度为 90的弯曲件，所有尺寸精度均为未注公差，而当 r/t5 时，可以不考虑圆角半径的回弹，所以该工件符合普通弯曲

12、的经济精度要求。工件所用材料 10，是常用的冲压材料，塑性较好，适合进行冲压加工。综上所述，该工件的弯曲工艺性良好，适合进行弯曲加工。（2）工艺方案的拟订 1）毛坯展开 a）b）图 3.45 毛坯展开 如图 3.45a）所示，毛坯总长度等于各直边长度加上各圆角展开长度，即:32122LLLL（mm）由图 3.44 得：L1=4256=31（mm）L2=1.57（r+xt）=1.57（5+0.36）=8.636（mm）（x 由表 3.2 查得）L3=1825=8（mm）于是得：L=23128.6368=87.272（mm）87.3（mm）2）方案确定 从图 3.44 分析看出，该产品需要的基本冲

13、压工序为：落料、弯曲，根据上述工艺分析的结果，生产该产品的工艺方案为：先落料，再弯曲。（3）工艺计算 1）冲压力的计算 弯曲力由公式（3.3）得：Fw=0.7K b t2b/(r+t)=0.71.34566400/（5+6）=53607（N）顶件力由公式（3.5）得：Fd=0.6 Fw=0.653607=32164（N）则压力机公称压力由公式（3.6）得：)(1.2)1.1(dwFFF压=（1.11.2）（53607+32164），取：F压=100000（N）=100（KN）故选用 100KN 的开式压力机。2）模具工作部分尺寸计算 凸、凹模间隙 由 c=（1.051.15）t，可取 c=1.

14、1t=6.6mm 凸、凹模宽度尺寸 由于工件尺寸标注在内形上，因此以凸模作基准，先计算凸模宽度尺寸。由 GB/T15055-1994 查得：基本尺寸为 18mm、板厚为 6mm 的弯曲件未注公差为0.6mm，则由公式（3.12）、（3.14）得：0)5.0(pLLp=（18+0.51.2）0021.0=18.60021.0（mm）dcLLpd02=（18.6+26.6）=31.8025.00（mm）这里p、d按 IT7 级取。凸、凹模圆角半径的确定 由于一次即能弯成，因此可取凸模圆角半径等于工件的弯曲半径，即 rp=5mm rd由表 3.5 查得为 8mm。凹模工作部分深度 查表 3.5 得凹

15、模工作部分深度为 25mm。（4）模具总体结构形式确定（这里仅以弯曲模设计为例）为操作方便，选用后侧滑动导柱模架，毛坯利用凹模上的定位板定位，刚性推件装置推件，顶件装置顶件，并同时提供顶件力，防止毛坯窜动。模具总体结构见图 3.46 所示。图 3.46 U 形件弯曲模装配图 1-下模座 2-弯曲凹模 3、9、18-销钉 4、14、17-螺钉 5-定位板 6-凸模固定板 7-垫板 8-上模座 10-模柄 11-横销 12-推件杆 13-止动销 15-导套 16-导柱 19-顶件板 20-顶杆（5）模具主要零件设计 1）凸模 凸模的结构形式及尺寸见图 3.47 所示。材料选用 Cr12，热处理56

16、60HRC。图 3.47 凸模 2）凹模 凹模的结构形式及尺寸见图 3.48 所示。材料选用 Cr12，热处理5660HRC。图 3.48 凹模 3）定位板 凸模的结构形式及尺寸见图 3.49 所示，材料选用 45，热处理4348HRC。图 3.49 定位板 4）凸模固定板 凸模的结构形式及尺寸见图 3.50 所示，材料选用 Q235 钢。图 3.50 凸模固定板 5）垫板 垫板的结构形式及尺寸见图 3.51 所示，材料选用 45 钢，热处理4348HRC。图 3.51 垫板 6）顶件板 顶件板的结构形式及尺寸见图 3.52 所示，材料选用 45 钢，热处理 4348HRC。图 3.52 顶件

17、板 7）其它零件 模架选用 200100170205IGB/T2851.3、模柄选用压入式。4.5 拉深模设计举例 图 4.35 所示无凸缘的直壁圆筒型件，材料为 08F 钢，料厚 1mm，小批量生产，试完成该产品的拉深工艺设计。（1）零件的工艺性分 该产品是不带凸缘的直壁圆筒形件，要求内形尺寸，厚度为 1mm，没有厚度不变的要求；零件的形状简单、对称，底部圆角半径为3mm，满足拉深工艺对形状和尺寸的要求，适合于拉深成形；零件的所有尺寸均为未注公差，采用普通拉深较易达到；零件所用材料为 08F 钢，塑性较好，易于拉深成形，因此该零件的冲压工艺性较好。（2）工艺方案确定 为了确定工艺方案，应首先

18、计算毛坯尺寸并确定拉深次数。由于料厚为 1mm，以下所有尺寸均以中线尺寸代入。图 4.35 拉深件图 1）确定修边余量 由32.11725.097dh查表 4.1 得=3.8 mm，2）毛坯直径计算 由公式（4.1）得：202082)(4rrdhddD 225.38)3272(5.32)318.397()172(4)3272(=184.85185 mm 3）拉深次数确定 判断是否需要压边圈 由毛坯相对厚度 t/D100=（1/185）100=0.541，查表 4.6 知需要采用压边圈。确定拉深次数 由t/D100=0.541查表 4.4 得极限拉深系数为 m1=0.58，m20.79，m30.

19、81，m40.83。则各次拉深件直径为：d1m1D=0.58185=107.3 mm d2=m2d1=0.79107.3=84.77 mm d3=m3d2=0.8184.7768.66 mm73mm 即三次拉深即可完成，但考虑到上述采用的都是极限拉深系数，而实际生产时要求成品的合格率，所采用的拉深系数应比极限值大，因此将拉深次数调整为4 次。4）方案确定 该拉深件需要落料、四次拉深、一次切边才能最终成形，因此成形该零件的方案有以下几种：方案一：单工序生产，即落料拉深拉深拉深拉深切边 方案二：首次复合，即落料拉深复合拉深拉深拉深切边 方案三：级进拉深 方案一模具结构简单，但首次拉深时毛坯定位比较

20、困难，考虑到是小批量生产，因此上述方案中优选方案二。（3）工艺计算 1）各次拉深半成品尺寸的确定 半成品直径 将上述极限拉深系数作调整，现分别确定如下：m1=0.62 d1m1D=0.62185=114.7 mm m2=0.83 d2=m2d1=0.83114.7=95.2 mm m3=0.85 d3=m3d2=0.8595.280.9mm m4=0.90 d4=m4d3=0.9080.973 mm 半成品底部圆角半径 取 r1=8 mm r2=8.5 mm r3=6 mm r4=3 mm 半成品高度 h，由公式（4.3）计算得：)32.0(43.0)(25.011111121rddrddDh

21、 )5.832.07.114(7.1145.843.0)7.1147.117185(25.02 =51.21 mm h2=70.34 mm h3=88.35 mm h4=100.3 mm 2）冲压工艺力计算及初选设备（以第四次拉深为例，其它类同）拉深力由公式 4.8 计算，查表 4.8 得 k2=0.76，查表 1.3 取b=320Mpa，则 F4=d4tbk2=731.03200.76=55.76 kN 压边力由公式 4.6 计算，查表 4.7 得 p=2.5，则 F压=d32d42p/4=80.92732 2.5/4=23.86KN 选用单动压力机，设备吨位：F设 F1+F压=55.76+

22、23.86=79.62KN 这里初选 100KN 的开式曲柄压力机 J23-10。（4）模具工作部分尺寸的设计（以第四次拉深模为例）1）模具间隙 C 的确定 查表 4.13 得第四次拉深凸、凹模之间的单边间隙为：C1t=1mm 2）凸、凹模圆角半径的确定 凹模圆角半径 rd4的确定 查表 4.12 得 rd18 mm 则根据 rd（n-1）（0.60.8）rdn可取 rd44mm 凸模圆角半径 rp4的确定 由于工件圆角半径大于料厚，因此最后一次拉深用的凸模圆角半径应该与工件圆角半径一致，即 rp43mm 3）凸凹模刃口尺寸及公差的确定 零件的尺寸及精度是由最后一道拉深模保证的，因此最后一道拉

23、深用模具的刃口尺寸与公差应由工件决定。由于零件对内形有尺寸要求，因此以凸模为基准，间隙取在凹模上。即：mmddpp03.003.0min4296.72)74.04.072()4.0(mmCdddpd05.005.044296.74)12296.72()2(式中：p、d分别是凸、凹模的制造公差，由表 4.14 查得。是工件的公差，工件为未注公差可以按 IT14 级取为 0.74mm。4）凸模通气孔尺寸确定 由表 4.15 查得，通气孔尺寸为 6.5mm。（5）模具总体结构形式的确定 模具的总体结构见图 4.36 所示。这里选用倒装拉深模，毛坯利用压边圈的外形定位。图 4.36 第四次拉深模总装图

24、 1-下模座 2-凸模固定板 3-卸料螺钉 4-压边圈 5-凹模 6-空心垫板 7-垫板 8-上模座 9、17-销钉 10-推件板 11-横销 12-推杆 13-模柄 14-止动销 15、18-螺钉导套 16-拉深凸模 （6）模具主要零件设计 1）凸模 材料选用 Cr12MoV，热处理至 5660HRC，尺寸及结构见图 4.37。图 4.37 拉深凸模 2）凹模 材料选用 Cr12MoV，热处理至 5862HRC，尺寸及结构见图 4.38。图 4.38 拉深凹模 3）压边圈 材料选用 45 号钢，热处理至 4348HRC，尺寸及结构见图 4.39。图 4.39 压边圈 4）垫板 材料选用 45 号钢，热处理至 4348HRC，尺寸及结构见图 4.40。图 4.40 垫板 5）凸模固定板 材料选用 45 号钢，尺寸及结构见图 4.41。图 4.41 凸模固定板