垫下巴整形合页冲压工艺分析及模具设计

2021年2月22日发(作者：强直性脊椎炎的治疗)
目

录

摘

要

.
.................................................. .................................................. ...................................
I
II

Abstract

.
........ .................................................. .................................................. ......
IV

第
1
章

绪论
. .................................................. .................................................. ........................
1

1.1
冲压技术的概念
........................... .................................................. ............................
1

1.1.1
根据工艺性质分类

.
............... .................................................. ..............................
1

1.1.2
根据工序组合程度分类

.
............. .................................................. ........................
1

1.2
模具技术的发展趋势

.
................ .................................................. .............................
2

1.2.1
冲压模具市场情况

.
............... .................................................. ..............................
2

1.2.2
冲压模具水平状况

.
............... .................................................. ..............................
3

1.2.3
模具设计与制造能力状况

.
............ .................................................. .....................
3

1.3
冲压模具的特点
........................... .................................................. ............................
4

1.3.1
充分运用
IT
技术发展模具设计、制造

................................................. .............
4

1.3.2
缩短金属成形模具的试模时间

.
.......... .................................................. ...............
4

1.3.3
车身制造中的级进冲模发展迅速

.
......... .................................................. ............
4

1.4
模具
CAD
技术

.
................. .................................................. .........................................
5

1.5
主要任务
.................... .................................................. .................................................
6

第
2
章

冲压件的工艺性分析
.. .................................................. ......................................
7

2.1
工艺分析

.
..................... .................................................. ............................................
7

2.2
工艺方案的分析

.
........ .................................................. .............................................
7

第
3
章

确定裁板及排样的方案
. .................................................. ..................................
8

3.1
排样的意义及排样方式的确定

.
........... .................................................. ..............
8

3.1.1
排样的意义
.
........................................... .................................................. ..............
8

3.1.2
排样方式的确定

.
......................................... .................................................. ........
8

3.2
计算毛坯尺寸以及确定搭边值
.. .................................................. .........................
9

3.2.1
毛坯尺寸

.
................... .................................................. ..........................................
9

3.2.2
确定搭边值

.
....... .................................................. ...............................................
1
0

3.2.3
计算材料利用率
?

.
.............................................. ...................................
1
0

第
4
章

计算各工序压力，压力中心，初选压力机
...........................................
11

4.1
冲裁力

弯曲力

预弯卷圆力

落料力
........................ ......................................
11

4.1.1
冲裁力

.
.................... .................................................. ...........................................
11

4.1.2
卸料力

.
......... .................................................. .................................................. ....
11

4.1.3
弯曲力

.
.... .................................................. .................................................. .........
11

4.14
落料力

.
.................................................. .................................................. ...............
1
2

4.2
初选压力机
............................. .................................................. ..........................
1
2

第
5
章

模具设计
................. .................................................. ..............................................
1
3

5.1
冲孔

切搭边

.
............................................. .................................................. .............
1
3

5.1.1
凸凹模间隙的计算

.
........................ .................................................. ..................
1
3

5.1.2
凸凹模刃口计算

.
................ .................................................. ...............................
1
3

5.1.2
凹模尺寸及凸模长度计算

.
............ .................................................. ...................
1
6

5.1.3
校核

.
..................... .................................................. ..............................................
1
7

5.1.4
卸料板

.
.... .................................................. .................................................. ..........
1
9

5.2
预弯卷圆

.
............................................ .................................................. .....................
1
9

5.2.1
预弯部分

.
................... .................................................. ........................................
1
9

5.2.2
卷圆部分

.
.... .................................................. .................................................. .....
2
1

5.3
弯曲模具工艺计算及模具设
< br>.
.......................................... .....................................
2
3

5.3.1
凸凹模尺寸计算

.
. .................................................. ..............................................
2
3

5.3.2
弯曲凸凹模零件

.
. .................................................. ..............................................
2
3

5.3.3
弯曲机构

.
.... .................................................. .................................................. .....
2
4

5.4.1
落料图凹模计算

.
............................................. .................................................. ..
2
5

5.4.2
落料机构

.
. .................................................. .................................................. ........
2
5

第六章

模具总体结构设计
................................. .................................................. ..........
2
5

6.1
模具类型

.
............................................. .................................................. .........................
2
6
6.2
操作与定位方式

.
.................. .................................................. ........................................
2
6
6.3
卸料与出件方式

.
...... .................................................. .................................................. .
2
6
6.4
模架类型及精度

.
..... .................................................. .................................................. ...
2
6
6.5
模具装配总图

.
.... .................................................. .................................................. ........
2
7
第七章

模具材料选择及热处理要求
............................. ............................................
2
8

总结

.
............... .................................................. .................................................. .........................
2
9

参考资料

.
............................ .................................................. .................................................. ..
3
0

附录

.
............ .................................................. .................................................. ............................
3
2

附录
1
英文文献

.
............... .................................................. ..........................................
3
2

附录
2
文献翻译

.
.................................................. .................................................. .......
3
7









摘

要

简述了冲压工艺分析的 一般工艺流程，以及冲压模具设计的基本思路。本文主要对合
页的加工工艺进行分析及模具设计，其中包 括卷圆、弯曲、冲裁的工艺分析，以及相应工
步模具的设计。在设计中采用冲孔、切边、卷圆、弯曲、落 料等工艺。分析了工件的冲压
工艺性；计算了毛坯排样、冲压力、刃口尺寸计算等；进行了模具零件的计 算和选择
,
以
及总体结构、主要零部件的设计；并绘制了模具装配图和零部件图。这次设计应用本专业
所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培 养和提
高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容。

关键词：合页，冲孔，卷圆，弯曲，落料


Abstract
In
this
paper
，
we
analysis
the
stamping
process
on
the
general
process,
as
well
as
the
stamping die design of the basic ideas. This paper mainly analysis the hinge analysis process and
die design, including deep roll round bending and blanking process technology , As well as the
die
of
corresponding

work
step
design
.In
the
design,
Punching,
trimming,
rolled
round,
bending, dropping material and other processes are used. There are also analysis of the stamping
process of the workpiece; calculation of nesting rough, pressure, cutting the size calculation can
be seen; the calculation of the mold parts, as well as the overall structure and choice, the main
components of design are carried out, we draw the punching mold assembly drawings and parts
diagram. Thus the present paper applies this specialty to study the curriculum the theory and the
production know- how carries on a time cold stamping mold design work the actual training to
raise
and
to
sharpen
the
student
independent
working
ability,
consolidated
and
expanded
the
content which curricula and so on cold stamping mold design studied.
Key words
:
hinge
，
punching
，
roll round
，
bending
，
blanking






第
1
章

绪论

1.1
，冲压技术的概念


冲压加工因制件的形状、尺寸和精 度的不同，改采用的工序也不同。根据材料的变形
特点可将冷冲压工序分为分离工序和成形工序两类。< br>
分离工序——是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限
?
b
以后，使坯料
发生断裂而产生分离。分离工序主要有剪裁和冲裁等。

成形 工序——是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限σ
s
，但未达到强
度 极限
?
b
，使坯料产生塑性变形，成为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。成
形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等。有关冲压工序的详细分类与特徵

冲压模 具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产
效率以及生产成本等，与模 具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，
是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标 志之一，在很大程度上决定著产品的质量、效
益和新产品的开发能力。

冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特徵分类：

1.1.1
根据工艺性质分类

（
1
）冲裁模

沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切
断模、切口模、切边模、 剖切模等。

（
2
）弯曲模

使板料毛坯或其他坯料沿著 直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一
定角度和形状的工件的模具。

（
3
）拉深模

是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模
具。

（
4
）成形模

是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制 成形，而材料本身
仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形 模
等。

1.1.2
根据工序组合程度分类

（
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。

通常模具是由二类零件组成
:
一类是工艺零件，这类零件直接参与工艺过程的完成 并和坯料有直接接触，包括有
工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；

一类是结 构零件，这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只
对模具完成工艺过程起保证作用 ，
或对模具功能起完善作用，
包括有导向零件、
紧固零件、
标准件及其它零件 等。应该指出，不是所有的冲模都必须具备上述六种零件，尤其是单工
序模，但是工作零件和必要的固定 零件等是不可缺少的。

1.2
模具技术的发展趋势


我国考古发现，早在
2000
多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证

明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。
1953
年，长春第
一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于
1958
年开始制造汽车覆盖 件模具。我
国于
20
世纪
60
年代开始生产精冲模具。在走过了温长 的发展道路之后，目前我国已形
成了
300
多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下 同。）各类冲压模具的生产能力。

1.2.1
冲压模具市场情况


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< br>与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、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。一
些低档次的简单冲模，已趋供 过于求，市场竟争激烈。

现将
2004
年我国冲压模具市场情况简介如下：


据中国模具工业协会发布的统计材料，
2004
年我国冲压模具总产出约为
220< br>亿元，
其
中出口
0.75
亿美元
,
约合
6. 2
亿元
.

根据我国海关统计资料
,2004
年我 国共进口冲压模具
5.61
亿美联社元
,
约合
46.6
亿< br>元
.
从上述数字可以得出
2004
年我国冲压模具市场总规模约为266.6
亿

元
.
其中国内市
场需求为
26 0.4
亿元
,
总供应约为
213.8
亿元
,
市场满 足率为
82%.
在上述供求总体情况中
,
有几个具体情况必须说明
:
一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具
,
而出口模

< br>具大部分是技术含量较低中的中低档模具
,
因此技术含量高的中高档模具市场满足率低< br>于冲压模具总体满足率
,
这些模具的发展已滞后于冲压件生产
,
而技术 含量低的中低档模
具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率
;
二是由于我国的模具 价格要比国际市场
低格低许多
,
具有一定的竟争力
,
因此其在国际市 场前景看好
,2005
年冲压模具出口达到
1.46
亿美元
,
比
2004
年增长
94.7%
就可说明这一点
;
三是近年 来港资、台资、外资企业在
我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因 此未能计
入上述数字之中。

1.2.2
冲压模具水平状况


近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达
50
多
吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到
1~2
μ
m
，寿命
2
亿次
左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产 。
表面粗糙度达到
Ra
≤
1.5
μ
m
的精冲模，< br>大尺寸（φ≥
300mm
）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

1.2.3
模具设计与制造能力状况


在国家产业政策的正 确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能
力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟 技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企
业得到应用。

虽然如此，我国的冲压模 具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车 覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还
是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具， 具

有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在
一定的差距。


标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具
品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水
平。

但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上 ，仍
存在一定差距。


汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完 美，高精度、高效益加工设备的使用越
来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来 越多。
NC
、
DNC
技术的


应用越来越成熟， 可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了
模具的质量，缩短了模具的制造周期 。


模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的渗氮技 术越来越
被认可，碳化物被覆处理（
TD
处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的 应用日益增
多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术
也得到了应用。

1.3
冲压模具的特点

对于冲压模具的特点大体上归为以下三大类：

1.3.1
充分运用
IT
技术发展模具设计、制造。

用户 对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展。外
形车身是汽车的两个关键 部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，其技术密集，
体现当代模具技术水平，是车身制造技术的 重要组成部分。车身模具设计和制造约占汽
车开发周期三之二的时间、成为汽车换型的主要制约因素。目 前，世界上汽车的改型换
代—般约需
48
个月，
而美国仅需
30< br>个月，
这车要得益于在模具业中应用了
CAD/CAE/CAM
技术和三维实体 汽年覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可靠
的信息载体、实现了异地设计和异 地制造。同时，虚拟制造等
IT
技术的应用，也将推动
模具工业的发展。

1
.3.2
缩短金属成形模具的试模时间。

当前，主要发展液压高 速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是在机械压力机上的模
具试验时间可减少
80%
、
具有巨大的节省潜力。
这种试模机械压力机的发展趋势是采用多
连杆拉伸压力机，它 配备数控液压拉伸垫，具有参数设置和状态记忆功能。

1.3.3
车身制造中的级进冲模发展迅速。

在自动冲压上用级进冲裁模或 组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，
都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲 裁模在车身制造中开始得到越来越广
泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件。加工的零 件也越来越大，省
去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工
序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不
需要板料 剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，节约
30%
。但是级进组合冲模技术
的应 用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比


较浅的简单零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优生考虑在多工位
压力机上加工。< br>
1.4
模具
CAD
技术

我国模具
CA D/CAM
技术的发展已有
20
多年历史。
由原华中工学院和武汉
7 33
厂于
1984
年共同完成的精神模
CAD/CAM
系统是我国第 一个自行开发的模

具
CAD/CAM
系统。
由华中工学院和北京模 具厂等于
1986
年共同完成的冷冲模
CAD/CAM
系统是我国自行开发的 第一个冲裁模
CAD/CAM
系统。
上海交通大学开发的冷冲模
CAD/CA M
系统也于同年完成。
20
世纪
90
年代以来，国内汽车行业的模具 设计制造中开始采用
CAD/CAM
技术。国家科委
863
计划将东风汽车公 司作为
CIMS
应用示范工厂，由华中理工
大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与 覆盖模具
CAD/CAPP/CAM
集成系统于
1996
年
初通过鉴 定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和
CAD/CAM
软件系统，
并 在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。
1997
年一汽引进了板料成型过程计算
机模拟
CAE
软件并开始用于生产。

21
世纪开始CAD/CAM
技术逐渐普及，
现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有
了
CAD/CAM
技术。其中部分骨干重点企业还具备各
CAE
能力。


模具
CAD/CAM
技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产 成本，提高产品质量，
已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计 算机
绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量
CAD/CAM
系统。如美
国
EDS
的
UG
，美国
Parametric Technology
公司
Pro/Engineer
，美国
CV
公司的
CADSS
，
英国
DELCAM
公司的
DOCT5< br>，
日本
HZS
公司的
CRADE
及
space-E,
以色列公司的
Cimatron
还
引进了
AutoCAD CATIA
等软件及法国
Marta- Daravision
公司用于汽车及覆盖件模具的
Euclid-IS
等专用软件。 国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了
CAD/CAM
技术
/DL
图的设计和模具结构图的设计均已实现二维
CAD
，
多数企业已经向三维过渡，
总图生产逐步代
替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。


在冲压成型
CAE
软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大 学、吉林大学、湖南大
学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应 用，
产生了良好的效益。

快速原型（
RP
）传统的快速经济模具相 结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了
原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精 度低，样样制作难等问题，实


现了以三维
CAD
模型作为制模依 据的快速模具制造，它标志着
RPM
应用于汽车身大型覆盖
件试制模具已取得了成功。

围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成
型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。
它们都表现出了降 低成本、提高效率等优点。

1.5
主要任务

课题是由指导教师统一发放下来的，图
1
即为其制件图

，原始数据如下：

制件材料为
Q235
钢，执行标准为
5 GB3275
；材料厚度为
1.5mm
；





图
1.5
制件图






第
2
章

冲压件的工艺性分析


2.1
工艺分析


Ⅰ该制件为普通合页，厚度
1.5mm
，经零件展开可知用矩形板料即可。


Ⅱ制件有卷圆部分，应该整形工序；


Ⅲ制件上有小圆孔，冲小孔时要注意对冲头的保护；


Ⅳ工件涉及弯 曲卷圆，非对称零件考虑其偏载的问题一般应该采取直排双件；这样才
能受力均衡，延长模具寿命


Ⅴ

工步较多，应该在适当的地方采用导正销导正


2.2
工艺方案的分析


制件属中厚板且形状 较为复杂的共件，其生产基本工艺为冲孔切搭边→预弯→卷圆→
精整→弯曲→落料，共六道工序。由于工 件精度较低，考虑到模具强度以及选取步距较
小（
5mm
）
，故在第一、二个 工步之间应该加一个空工步，故最终确定方案为：冲孔切搭
边→空工步→预弯→卷圆→精整→弯曲→落料


































第
3
章

确定裁板及排样的方案

3.1
排样的意义及排样方式的确定

3.1.1
排样的意义

冲裁件在条料，
带料或板料上的布置方法叫 排样。
排样合理就能用同样的材料冲出更
多的零件来，降低材料消耗。大批量生产时，材料的费 用一般占冲裁件成本的
60%
以上。
因此材料的经济利用是一个重要问题，特别是对贵 重的有色金属。排样的合理与否将影响
到材料的经济利用，冲裁质量，生产率，模具结构与寿命，生产操 作方便与安全等。

排样的意义就在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件。

3.1.2
排样方式的确定


方案一：有废料排样

沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全冲模
来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：少废料排样

因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方
案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：无废料排样

冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。

通过上述三种方案的分析比较 ，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选
择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排 样的具体形式选择直排最佳。


图
3.1.2



3.2
计算毛坯尺寸以及确定搭边值

3.2.1
毛坯尺寸

工件经过弯曲卷圆，依次展开，可得到毛坯尺寸

①卷圆展开
L=a+r+ 1.57
π
X
?
（
1+t
）
=24.5+3.5X 1.5+1.57X3.14(1+1.5)=42.1

式中
X
?
---
系数，当
r/t=0.5~2.2
时，
X
?
=0.5~0.76(r/t
值大，
X
?
取大值；反之，
X
?
取小值

②弯曲展开：

因 为
r
?
2
mm
?
0
.
5
t
?
0
.
5
?
2
mm
?
1
mm< br>L
弯曲
可以按照圆角半径较大的弯曲件计算。


L
弯曲
=
?
?
ρ
0
/180
?
0
.
17
?
（
r
?
?
0
t
）
=3.14
?
0.75(2.5+0.43X1.5)
=5.5
式中
;
?
——中心角（
O
）
；

r
——弯曲件内表面的圆角半径（
mm
）
;
x
0
——弯曲件中心层系数；

t
——材料厚度
(mm):
ρ
0
—应变中心性层的曲率半径（
mm
）
;
所以工件总长度
L
总
=20+5.5+24.5+42.1=67.6mm

采取直排双件的排料方法，为了保证两工件落料时凸模有足够的强度，两工件间离不宜过小，

在此取
s=7mm
条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利 ，规定其上偏差为零，小偏差为负值
—△，计算公式如下：

0
0
B
?
?
?
[(
D
?
s
?
?
)]
?
?


式中
D
—冲裁件的最大外形尺寸；

a
—

工件之间的搭边值
,
直排双件横向搭边
a=0
△

—板料剪裁下的偏差；查表
2-7
（参考资料
1
）知
0.6mm< br>；

c
1
－导尺与最宽条料间的单向最小间隙；查表
2-8< br>（参考资料
1
）知
c
1
=1mm
；

因此

B
?
0
.
7
?
[< br>67
.
6
?
2
?
7
?
0
.
6
]
?
0
.
7
?
142
.
8
0
0
0
?
0
.
7
mm
；


考虑到卷圆

，应保证两端精整，两端都应留一定的切边值。定每端的切边值为
1.6
则板料的宽度
B=[142.8+1.6X2]
3.2.2
确定搭边值


搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证 零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺 ，有
时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。


搭边值通常由经验确定，表
1.1
（参考资料
1
）所列搭边值为普通 冲裁时经验数据之
一。

根据零件形状，查表
1.1
工件之间搭边值
a=2.0mm,
由于工件宽度较大，考虑到切搭
边时凸模强度，故取较大值，取搭边为
a=5mm
所以排样图尺寸如下

0
?
0
.
7
=14 6
0
?
0
.
7


图
3.2.2
3.2.3
计算材料利用率
?

冲裁件的实际面积与所用板料面积的 百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料
的重要指标。

由零件图在
CAD
用计算机算得一个进距内零件锁占面积
NA=4483 mm
一个进距内的坯料面积
:
BXS=146
?
37=5402 mm
2
2


因此材料利用率为
:
η
=( NA/BS)X100%=(4483/5402)X100%=83%
，排样合理
.



第
4
章

计算各工序压力，压力中心，初选压力机



4.1
冲裁力

弯曲力

预弯卷圆力

落料力


4.1.1
冲裁力

冲裁时冲裁力通常用以下公式计算：

F
?
KLt
?


式中

F
—冲裁力
(N)
；

L
—冲裁周边长度
(mm)
；



t
—材料厚度
(mm)
；




?
—材料抗剪强度（
MPa)
；查表
7.1
（参考资料
2< br>）知
?
=260MPa
K
—系数，系数Ｋ是考虑到 实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口
磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正 系数，一般取Ｋ
=1.3

第一个工步冲孔和切搭边余料冲裁周边长度

L=67
?
4+5
?
2+2
π
?
6=379.68

因此

F
冲
?
KL
t
?
?
=1.3
?
379.68
?
1.5
?
3 50=259131.6N


4.1.2
卸料力


落料时，剩余废料会卡在落料冲头上。要将其卸下，就需要一定的作用力

即为卸料力。其计算公式如下：

F
卸
?
K
卸
F
冲


式中
K
卸
为卸料力系数；查表
2-11
（参考资料
1）知
K
卸
=0.05
；


因此
F
卸
?
K
卸
F
冲
?
0
.
05
?
259131
.
6
?
12956
.
58
6N
；


第一工步的总冲裁力
F
总=
F
卸
+
F
冲
=12956.586+259131. 6=272.1KN


4.1.3
弯曲力

0
.
6
Kbt
2
?
b
0
.
6?
1
.
3
?
32
?
1
.
5< br>2
?
400

F=
=
=6418.3N
r
?
t
2
?
1
.
5

直排双件

所以
F
弯
=2F=2
?
6418.3=12.8KN

弯曲部分有压料装置，压料力可近似取自由弯曲力的
0.3-0.8
倍




所以
F
压
=0.8F=0.8
?
12.8=10.24KN

4.14
落料力


落料即冲裁，落料力









F
?
KLt
?
=1.3
?
（
32
?
2
）
?
1.5
?
350=44.4 KN

F
=
F
冲
?
F
卸
?
F
弯
?
F
压
?
F
落
=
272. 1+12.8+10.24+44.4
=
339.5KN

根据以上计算结果推出总压力
F
大小为：



考虑到卷圆采用侧推卷圆装置，
需要压力较大，
估计压力机所提供压力至少为
1000KN
4.2
初选压力机


初选压力机型号为
J31-160
即可满足要求，其主要技术参数如下表：

公称

压力

1600KN
滑块底面
积尺寸

700mm
标称压力

行程

13mm
滑块行

滑块行程

最大装模

装模高度

导轨间

程长度

次数

250mm
高度

调节量

200mm
距离

880mm
20
次
/min
450mm
主电动机
气垫

功率

55kw
个数

1
工作台垫板尺寸

前

800mm

后

800mm
单个气垫
单个气垫
退出力

0.15MN
紧力

1MN

考虑到落料，冲孔时，其最大的冲裁力可能会超载，因此需要 校核一下公称压力
F
。
。
生产中只要
0.75F
。大于总压 力
F
即可；
0.75
?
1600=1200KN
，大于总压 力
1000KN
，因此所
选压力机合理。











第
5
章

模具设计

5.1
冲孔

切搭边

5.1.1
凸凹模间隙的计算


1.
冲裁间隙分析

凸、凹模间隙对冲裁件质量、 冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设
计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面 质量、尺寸精度满足产品的要
求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面 的要求确
定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中
的 磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，
就可以冲出良好的制件 ，这个范围的最小值称为最小合理间隙
Z
min
，最大值称为最大
合理间隙< br>Z
max
。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时
要采用最小合理间隙值
Z
min
。

2.
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。

根据近年的研究 与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精
度，断面垂直度要求高的制件应选用较小 的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高
的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间 隙值。由于理论法在生
产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。


本设计采用查表法确定其间隙值
Z

查表
3-4
（参考资料
1
）知其冲裁间隙值如下：
Z
min
?
0
.
15
mm
Z
max< br>?
0
.
19
mm
5.1.2
凸凹模刃口计算


1.
凸凹模刃口尺寸精度决定的合理与否，直接影响到冲裁件的尺寸精度及合理间< br>隙值能否保证，也关系模具的加工成本和寿命。因此，计算凸凹模刃口尺寸是一项重
要的工作。< br>

制造冲模的关键主要是控制凸，凹模刃口尺寸及其间隙合理。由于模具 加工方法
不同，凸凹模刃口尺寸的计算公式和公差标注也不同。凸凹模刃口尺寸的计算方法基


本上可分为两类。

a
凸凹模分别加工


这种加工方法适用于圆筒形或简单规则形状的冲裁件。本设计中因制件形状较为
复杂，所以不适用此种加工方法。

b
凸凹模配合加工


对于形状复杂或薄料的冲裁件，为了保证 凸凹模之间的一定间隙值，一般采用配
合加工。此方法是先加工好其中的一件作为基准，然后以此基准件 为标准来加工另一
件，使它们之间保持一定间隙。次加工方法的特点是模具的间隙由配做保证，工艺比< br>较简单，无需较核
[
δ
p
＋δ
d
]
≤
Z
max
—
Z
min
的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，
使模具制造容易，所以目前一般工厂大多采用此种方法。

2.
本设计中，冲裁部分形状简单，制件厚度较薄，因此分别加工方法，冲裁部分
均按冲孔计算，以凸模为 基准计算，其计算公式如下：

d
p
?
(
d
??
?
)
0
?
?
p

d
dd
?
(
d
p
?
Z
min
)
?
0

?
、
?
'
—零件公差、偏差。
?'
=0.5
?
(mm)
；

1

?
d
—凹模制造公差
(mm)
，一般取
?
。

4
1

?d
—凹模制造公差
(mm)
，一般取
?
。

4

d
p

d
d
—凸凹模的刃口尺寸


第一个工步要求冲孔和利用组合凸模切去多余的搭边余料，大致尺寸如下图：





图
5.1.2.1
冲孔：工件上要求冲出两个直径为
6
的孔，凸凹模计算如下：

凸模：

d
p
?
(
d
?
??
)
?
?
p

0
0

?
(
6
?
0
.
75
?
0
.
18
)
?
0
.
02
?
6
.135
?
0
.
02

0
凹模：
< br>d
d
?
(
d
p
?
Z
min
)
0
d

?
0
.
02
=
（
6.135+0.15
）
0

?
?
0
.
02
=6.285
0

第一个工步要求组合凸模切去搭边余料，组合凹模切去
L< br>形的搭边，两端部分只
要保证间隙
Z
min
就行，冲中间搭边（如下图 ）刃口尺寸计算如下：



图
5.1.2.2



L=5mm
的边刃口：

凸模：

d
p
?
(
d
?
?
?
)
?
?
p

0
0

?
(
5
?
0
.
5
?
0
.
3
)
?
0
.
02
?
5
.
15
?< br>0
.
02

0
凹模：

d
d?
(
d
p
?
Z
min
)
0
d

?
0
.
02
=
（
5.15+0.15
）
0

?
0
.
02
=5.30
0

?
L=67.5mm
的刃口：


凸模：

d
p
?
(
d
?
??
)
?
?
p

0
0

?
(
67
.
5
?
0
.
5
?
0
.
74
)
?
0
.
02
?67
.
87
?
0
.
02

0
凹模：

d
d
?
(
d
p?
Z
min
)
0
d

?
0
.
03
=
（
67.87+0.15
）
0

?
0
.
03
=68.02
0

?
5.1.2
凹模尺寸及凸模长度计算

凹模高：
H=Kb

式中
b
—冲压件最大外形尺寸；

K
—系数，考虑板材厚度的影响

查表
2-19
得
0.25
所以凹模高
H=0.25
?
67=16.75mm
考虑到弯曲所占据空间较大故取凹模厚度为
48.5mm
凹模的壁厚
c=
（
1.5~2
）
，由于
H=16.75
所以
c
取
27
凹模刃口部分容易损坏采取拼接式，镶块厚度大于< br>c
即可，以此保证凹模强度，凹模
镶块尺寸零件图上有具体表示。

凸模长度计算及总体设计

凸模长度
L=h
1
+h
2
+t+h

式中
h
1
-
凸模固定板的厚度

这里为
48.5mm
h
2
-
卸料板厚度（
25mm
）

t-
材料的厚度（
1.5mm
）

h-
附加长度

包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板之
间的安全距离。

这里取
8.5mm
所以
L=30+25+1.5+8.5=65mm


5.1.3
校核

凸模材料：
参照冲压模具设 计与制造选用
CrWMn.
考虑冲孔凸模的直径很小，
故需对最
小凸模φ5.2
进行强度和钢度校核：根据表
3-26
可得：

d
min
?
4
t
?
?
压
?
4
?< br>1
.
5
?
350
?
2
.
1
mm

1000
而设计中，凸模的工作尺寸为
6mm>2.1,
显然 凸模满足强度要求

5.1.4
凸凹模总体设计

根据以上计算设计出凸模如下图



图
5.1.4.1
冲孔凸模








图
5.1.4.2
切边组合凸模


对图说明
:
(1)
装配的尺寸为
H7/m6,
可得φ
8,
φ
10
的上下偏差
;
(2).
倒角
3
是参照
ISO
标准设计
;
(3).15
是工作尺寸要求
;
(4).
圆形凸模要有同轴度的要 求
,
参照
ISO
标准得出
;
(5).
刃口尺寸由前面计算可得
;
(6).
淬硬
58~62HRC
是为了提高模具的寿命
;
(7).
工件表面粗糙度要求较高
,
取
0.8,
其余的可取
6.3;
(8).
保持刃口锋利
,
为了减小毛刺
.(10).
材料为
CrWMn.