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1、冲压模具设计与制造实训说明书1. 绪论1.1 冷冲压模具在工业生产的地位冲压是塑性加工的基本方法之一，由于冲压通常是在室温下进行加工，所以常常称为冷冲压。冷冲压是依靠安装在压力机上的模具对材料施力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。便于实现自动化，操作方便。它与其他加工方法相比，冲压生产具有生产率高，生产成本低、操作简单、材料利用率高、适合大批量生产等优点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛，在机械、航空、汽车、电子、轻工、仪表和家电等领域得到越来越广泛的应用。在当今的制造业中，模具设计制造业已经成为一个新兴的朝阳产业，而冷冲模设计制造在整个模具设计制造
2、中占有半数以上的产值。因此，冲压技术对发展生产、增强效益、更新产品等方面具有重要作用。1.2 冷冲压模具的历史发展与现状冷冲压加工工艺在我国有悠久的历史。据文献记载：我国劳动人民青铜时期就发现了金属具有锤击变形的性能，到了战国时代(公元前403一前221年)已经能炼剑淬火。我们的祖先在2300年前已掌握了锤击金属制造兵器和各种日用品技术。在漫长的封建社会时期，我国劳动人民在金、银、铜装饰品和日用品的制作中，更是显示出了精巧的工艺技术和高超的艺术水平。近代，从上个世纪20年代开始，金属制品、玩具和小五金等行业就开始使用冲床、压力机等简易机械设备及相应的模具加工产品的毛坯或某些零部件，其中的“刀口
3、模子”专门用于落料、冲孔，“坞工模子”可用于金属拉伸。由于生产力较为低下，技术水平不够当时各厂使用的冲压设备功率都不大，甚至大多还是手扳脚踏。模具加工业以手工为主，故而模具的精度不高，损坏率大。直到20世纪40年代初，出现水压机冷冲模具。50年代公私合营后增添了磨床、铣床和锯床等设备，又配上硬度计、外径内径测定器和块规等较为精密的测量设备，冷冲模具的精度得以提高。六七十年代，随着产品生产大量使用冲压机床，冷冲模具已从原来单冲落料、单冲孔模具发展为落料、冲孔复合模。同时由于冷冲模架标准件的出现，使模具设计结构形式多样化，精度也由此提高与此同时随着热处理技术的进步和检测手段的完善，冷冲模具使用寿命
4、提高57倍。这一时期还由于成型磨削、电脉冲和线切割机等机床相继使用，又采用硬质合金为模具材料，冷冲模具的制作工艺有了新的发展。设计人员改进制模工艺，具有自动送料、自动理片和接料装置的复合模具大量问世。靠模铣床引进后，用石膏、术模或实物即可翻制出相同形状的模芯，使复合托深模具的制作方便了许多，确保了精度。70年代以后，使用斜度线切割机加工冷冲模具其凸模(冲头)和凹模可先淬火处理再切割装配，取代了原来冷冲模具制作需要热处理一装配一变形修正的繁琐工艺，模具的精度可达到001ram。可以说这段时间我国的模具产业发展日新月异。到了21世纪随着计算机软件的发展和进步CADCAECAM技术日臻成熟，在现代模
5、具中的应用越来越广泛，对于冲压技术的提高也起着很大的作用。目前我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，仍具有较大的差异，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具。目前仍主要依靠进口。而一些低档次的简单冲模，则已供过于求，市场竞争非常激烈。在这种现状下，近年来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，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、等国际通用软件，个别厂家还引进了DYNAFORM、Optris和MAGMA
6、SOFT等CAE软件，进行冲压模具设计过程中的辅助分析让这些软件成功应用于冲压模的设计中。对于企业来说一些软件和新技术的利用对模具行业也起着巨大的推动作用。1.3 冷冲压模具的分类 1.3.1按冲压工艺进行分类 （1）冲裁模 包括落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。 （2）弯曲模 包括自由弯曲模具、校正弯曲模具、V型弯曲模具、U型弯曲模具。（3）拉深模（4）成形模成型模具又可分为胀形模、缩口模、扩口模、校形模具、翻边模、整形模等。 1.3.2按工序组合程度分类 （1）单工序模 在压力机的一次行程中只完成一道冲压工序的模具。 （2）复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一
7、工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 （3）级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。1.3.3 按上下模的导向方式分类（1）无导向的开式模具（2）有导向的导板模具（3）导柱模具1.3.4按导料或定位形式分类（1）固定导料销模具（2）活动导料销模具（3）导正销模具（4）侧刃定距模具1.4 冲孔落料模具设计与制造方面 冲孔、落料是冲压基本工序之一，它是利用冲裁模在压力机作用下，将平板坯料进行冲孔或落料的加工方法。一般情况下，一般精度的工件IT8IT7级精度的普通冲裁模；较高精度的工件采用IT7
8、IT6级精度的高级冲裁模。只有加强冲裁件基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲裁中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。 冲孔落料件是最典型的冲裁件，其工作过程很简单就冲孔落料，可采用单工序模、复合模具或级进模具，根据计算的结果和选用的标准模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度。导柱和导套的高度可根据凸模与凹模工作配合长度决定。 2 冲孔落料复合模2.1 工艺分析数据如图1-1所示。中小零件大批量生产，材料为Q235，t=1mm。 此工件既
9、有冲孔又有落料两个工序。材料为Q235、t=1mm的碳素钢，具有良好的冲压性能；且该工件外形简单、形状规则，是由圆弧和直线组成。适于冲裁加工。另外，经计算最小孔边距c=1.5mm1.5t=1.5mm，满足冲裁要求。零件上的尺寸均为标注尺寸公差，为自由尺寸，尺寸精度一般。查冲压模具简明设计手册取IT11来确定尺寸公差，普通冲裁完全满足要求。 第 3 页 共 18 页2.2 工艺方案的确定 该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案。 方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。 方案二：冲孔、落料级进模。 方案三：冲孔、落料复合模。方案的比较 方案一：模具结构简单，制造周期短，价格低，
10、通用性好，但冲压生产率低，压力机一次行程内只能完成一道工序。若工件包括多道工序时，还需加设模具，成本相对较高，工件的累计误差大，操作不方便。使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足大批量生产。 方案二：级进模是一种多工位、效率高的加工方法。压力机一次行程内可完成多道工序，虽然生产效率高，但零件的冲裁精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。 方案三：只需一套模具，不受送料误差的影响，复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高。尽管模具结构比较复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难，制造成本不高。综上所述，本套
11、模具采用冲孔-落料复合模。2.3必要的工艺计算2.3.1 排样方法的确定 该零件是矩形件，采用少废料的排样可以减小冲裁力，简化冲裁模结构，但由于模具单边受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。且考虑到工件壁薄的特点采用有废料排样，这样虽工件的利用率低了些，冲裁件的质量和模具寿命都提高了上来。根据零件的外形特点及以上分析，采用直排有废料的排样方式。2.3.2 确定搭边与搭肩值 由L50mm查课本教材冲压工艺与模具设计37页表2.9得工件间最小搭边值a为1.5mm，侧面为1.8mm。2.3.3 计算送料步距和条料的宽度 (1) 送料步距的计算 由式（2
12、.33）可知送料步距A=D+a D-平行于送料方向的冲裁件宽度 a-冲裁件之间的搭边值 所以A=20+1.5=21.5mm(2) 条料的宽度计算 条料是由板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，裁剪时的公差带规定为上偏差是0，下偏差是负值 设计为无侧压装置的送料方式的条料宽度，按下式计算 B-0= Dmax+2aC-0 B条料的宽度(mm); Dmax冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸; a侧搭边的最小值 ，由表2.9查得a=1.8; 条料宽度的单向（负向）偏差，见表2.11查得为0.5； c导料板与最宽条料之间的单面最小间隙，由表2.12查得C0.5带入数据计算，取得条料宽度B-0=72+21.8+0
13、.5-00.5 76.1-00.5 mm。2.3.4计算材料的利用率材料利用率的计算公式为 = S1/S0100=S1/AB100 式中 S1 一个步距内零件的实际面积，mm2; S0 一个步距内所需毛坯面积, mm2 ; 所以=7020/21.576.1 = 85.6%2.3.5确定零件的排样方案 第 18 页 共 18 页根据以上资料画出排样图，如图1- 2所示。排样图2.4 计算冲压力和初选压力机2.4.1冲裁工序总力的计算冲裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力F按下式计算： F=KLtbLtb 冲裁力公式为FF冲孔+F落料 式中F冲裁
14、力F冲孔冲孔冲裁力F落落料冲裁力 （1）冲孔冲裁力F冲孔 F冲孔tb式中 冲孔周长，L3.14515.7mm t材料厚度，t1mm b材料抗拉强度，查冲压设计师速查手册 表2.1取b450 MPa 所以F冲孔tb15.714507065N7.065KN (2) 落料冲裁力F落料 F落料tb 式中落料件外形周边尺寸 (72+20) 2=184mm 所以F落料tb1841450=82.8KN （3）冲裁力F 带入（1）、（2）得F=7.065+82.8=89.865KN2.4.2卸料力、推件力及顶件力的计算按照下面的经验公式计算：(1)落料时的卸料力F卸 F卸K卸F落 K卸卸料系数，查课本表2.7可得K卸0.04 所以F卸0.0482.8=3.3 KN (2)冲孔时的推件力F推 F推nK推F孔 式中K推推料系数,查表取K推=0.05 n同时卡在凹模洞孔内的件数,取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表 2.21查得h=5mm，则n=h/t=5个。所以F
