冲孔、切断、弯曲级进模设计与制造

Hefei University
本科课程设计（论文）BACHELOR DISSERTATI ON
论文题目：冲孔弯曲级进模
学科专业：材控（二）班
作者姓名：金国忠
导师姓名：周伟
完成时间： 2014年6月
目录
第一章零件工艺分析 (3)
1、工件材料 (3)
2、工件结构形状 (3)
3、工件尺寸精度 (3)
第二章冲压零件工艺方案的拟定 (4)
第三章弯曲件尺寸、排样形式、裁板方法和材料利用率计算 (5)
1、弯曲件展开尺寸的计算 (5)
2、排样方式的选择 (5)
3、裁板方法 (6)
4、计算材料利用率 (6)
第四章冲裁力、弯曲力、压力中心的确定和压力机的选择 (6)
1、冲裁力 (7)
2、弯曲力 (7)
3、卸料力 (7)
4、推件力 (7)
5、压力中心的确定 (8)
第五章冲裁间隙的确定 (9)
第六章模具主要结构的设计 (10)
1、模具类型的选择 (10)
2、操作方式 (10)
3、出件方式 (10)
4、确定送料方式 (10)
5、确定导向方式 (10)
第七章冲孔刃口尺寸的计算 (11)
第八章主要零部件的设计 (13)
1、冲裁凸模 (13)
2、冲裁凹模 (13)
3、弯曲凸模、凹模的设计 (14)
4、定位零件 (15)
5、卸料板的设计 (15)
6、上下模座 (15)
7、模柄 (16)
8、模具的闭合高度： (17)
第九章压力机技术参数校核 (17)
第十章模具零件制造工艺编制 (17)
1、冲孔凸模加工工艺过程 (17)
2、冲孔凹模加工工艺过程 (18)
3、弹压卸料板加工工艺过程 (19)
第十一章模具工作原理与使用注意事项 (19)
第十二章设计感受 (20)
参考资料 (21)
第一章工艺分析
图1-1
1、工件材料
主要特征: 10号钢塑性、韧性很好，易冷热加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好，焊接性优良，无回火脆性，淬透性和淬硬性均差。

制造要求受力不大、韧性高的零件，如汽车车身、贮器、深冲压器皿、管子、垫片等，可用作冷轧、冷冲、冷镦、冷弯、热轧等工艺成形，也可用作心部强度不高的渗碳件、碳氮共渗件等。

2、工件结构形状
工件结构简单，U型弯曲，有一个圆孔，厚为1.5mm，满足许用壁厚要求，可以冲裁、弯曲加工。

3、工件尺寸精度
根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT10级精度，普通冲裁完全可以满足要求。

第二章加工工艺方案确定各类模具结构及特点比较
方案一：先冲孔，后切断、弯曲。

单工序模生产。

方案二：冲孔—切断、弯曲复合冲压。

复合模生产。

方案三：冲孔—切断、弯曲级进冲压。

级进模生产。

根据分析结合表分析：
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。

方案二只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。

冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。

方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。

通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三为佳。

第三章弯曲件尺寸、排样形式、裁板方法和材料利用率计算以及步距精度计算
1弯曲件展开尺寸的计算
弯曲属于90°角弯曲，取圆角半径r = 0.1t =0.1mm，r ‹0.5t。

此类工件可视为无圆角弯曲件，因弯曲弯曲变形程度较大，压弯时板料变形区变薄情况严重，而且断面畸变也较大。

此情况应依据变形前后毛坯体积和工件体积相等的原则来进行计算。

查《冲压工艺与模具设计》P120x‘=0.5可知弯曲件毛坯长度按下式计算：
L = l
1+ l
2
+ 0.5t= 14.5+20.5+0.5×1.5=35.75mm
2排样方式的选择
题目已给出采用少废料排样3裁板方法
4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。

20.25290=
==50.5%20*350
S S η+工总π 5. 步距精度 步距的精度直接影响冲件的精度。

由于步距的误差，不仅影响分段切除余料，导致外形尺寸的误差，还影响冲件内、外形的相对位置。

也就是说，步距精度愈高，冲件精度也愈高，但步距精度过高，模具制造也就愈困难。

所以步距精度的确定必须根据冲件的具体情况而定。

影响步距精度的因素很多，但归纳起来主要有：冲件的精度等级、形状复杂程度、冲件材质和厚度；模具的工位数；冲制时条料的送进方式和定距形式等。

根据
多年来的实践，总结归纳出多工位级进模步距精度的经验公式为：δ=
δ——多工位级进模步距对称偏差值； β——冲件沿条料送进方向最大轮廓基本尺寸（指展开后）精度提高三级后的实际公差值； n ——模具设计的工位数； k ——修正系数，k=1.03
， 1.030.0125δ==
第四章冲裁力、弯曲力、压件力压力机的选择和压力中心的确定
1. 冲裁力
模具共有2个冲裁区，冲裁力由下式计算。

τ⨯⨯=t L F
式中：F —冲裁力（N ）；L —冲裁件周边长度（mm ）；t —材料厚度（mm ），t=1.5；τ—材料抗剪强度（MPa ），400τ=。

各冲裁区只是冲裁线的长度不同，材料抗剪长度和材料厚度均相同，用上式可分别计算各冲裁区的冲裁线长度和冲裁力，见表4-1。

表4.1冲裁线长度和冲裁力
2 弯曲力
该零件弯曲属于V 形件弯曲。

弯曲力公式20.7F b
kbt r t
σ=+自（3.23）《冲
压工艺与模具设计》
式中 自F —自由弯曲力（N ）； b —弯曲件宽度（mm ），B ＝40
t —弯曲件材料厚度（mm ）t ＝0.15
R —弯曲件内半径（mm ），R ＝0.1t ＝0.1 b σ—材料抗拉强度，350=b σ K —安全因数，K 3.1=
自F ＝0.7×1.3×10×1.5²×400／1.5+1.5＝2730（N ）
3卸料力和推件力的确定
1卸料力
卸料力不仅是设计卸料板是的重要参数，它还是冲小孔是，影响凸模使用寿命的一个主要因素。

合理地确定卸料力可以使模具结构紧凑和保证冲裁生产过程的稳定。

生产上常以经验公式来估算卸料力P 即
F KF N =卸（）
式中 F —冲裁力
K 卸料力系数，查《模具设计使用手册》查得K=0.05～0.08取K=0.05
F 卸＝0.05×107088＝5354.4（N ） 2推件力
查 《模具设计使用手册》(2.26)查得F nKF =推（N ） 式中 F —弯曲力
K —卸料力系数，查《模具设计使用手册》查得K=0.05～0.08取K=0.05 n —同时卡在凹模内冲裁件（或废料）数，n=h/t(h 为凹模洞口的直刃壁高度；t 为材料厚度)。

n=3
F 推＝3×0.05×2730=4095（N ） 3.顶件力
查《冲压工艺与模具设计》（2.27）D D F K F =
D K －顶件力系数，见表2.150.06D K =
D F =0.06×107088=6425.28（N ）
4压力中心的确定
利用CAD 计算出压力中心
第五章冲裁间隙
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Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。

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Zmin。

冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。

冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。

较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命
而，但出现间隙不均匀。

因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。

查《冲压工艺与模具》表2.5得
min 0.132
Z=mm，
max 0.240
Z=mm
第六章模具结构形式的确定
1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模
2操作方式
零件的生产批量为大批量，但合理暗盘生产可用手动送料方式，既要满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。

3出件方式
采用推件出料
4确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。

5确定导向方式
方案一：采用对角导柱模架。

由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。

常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

方案二：采用后侧导柱模架。

由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。

因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。

方案三：四导柱模架。

具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。

常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：中间导柱模架。

导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。

但只能一个方向送料。

根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级进模采用对角导柱的导向方式，即方案一最佳。

第七章冲孔刃口尺寸计算
按下面关系选取。

工件精度IT10以上 x=1 工件精度IT11~IT13 x=0.75 工件精度IT14 x=0.5
δA 、0.5δA 、δA——凹模制造偏差，通常取δA=△/4。

系数x 选取
()()max min 0.4Z Z 0.40.2400.1320.0432p p p δδδ≤-⇒≤⨯-⇒≤ ()()max min 0.6Z Z 0.60.2400.1320.0648d d d δδδ≤-⇒≤⨯-⇒≤
(1) 冲孔模
第一次冲裁为冲孔工序，采用凸凹模分别加工法，这种方法适合于圆形或简单规则形状的工件，使模具制造简单，精度得到保证。

由《冲压工艺与模具设计》公式2.4，,25得
0min ()p
p d d x δ-=+,min 0min min 0()()d d
d p d d Z d x Z δδ++=+=++ 式中，p d d d ，——冲孔凸模丶凹模的尺寸（mm ）； min d ——冲孔极限的最小尺寸（mm ）。

（2）孔中心距
孔心距属于模具刃口磨损后基本不变的尺寸。

若工件上冲出的孔心距尺寸为,
L
+-
其凹模型
孔的孔心距可按下式确定；4
d L L
+-
=或8
d L L
+
-
=
00
10.04320.0432(121*0.07)12.07p d --=+=，0.06480.0648100(12.070.132)12.202d d ++=+= 00
20.04320.0432(51*1.048) 5.048p d --=+=，0.06480.06482
00(5.0480.132) 5.18d d ++=+= 校核：max min 0.04320.06480.108d p Z Z mm δδ+=+≤+= 孔心距尺寸：1
190.084*
190.01058
d L mm +
+--== （3）落料模
第二次冲裁，冲制形状复杂的工件，采用配做加工，设计是以凸模为基准。

凹模磨损后有三类尺寸A,B,C
A 类尺寸（扩大）25 5：
B 类尺寸（缩小）φ20 φ10：
C 类尺寸(不变)9
按照入体原则查《冲裁模课程设计》表2.3确定冲裁件内形尺寸公差，工作零件刃口尺寸计算如图
第八章 主要零件的设计
1冲裁凸模
凸模材料选用Cr12MoV ，凸模刃口淬火硬度为HRC58～60，尾部回火至40～50HRC 。

此凸模为圆形凸模所以凸模的固定方式使用阶梯固定方式,如图所示
凸模长度计算：模具采用弹性卸料装置 根据《冲压工艺标准件》表4.5查得 L1=45mm ：L2=80mm 2冲裁凹模
凹模的刃口形式：查《冲压工艺与模具设计》冲孔凹模采用形刃口形式。

，
此凹模固定采用螺钉和销钉直接直接固定在支撑板上
凹模大小按照固定板和垫板的大小
冲孔凹模凹模厚度
公式H＝kb
式中 k—系数
b—凹模刃口最大尺寸
(查表取K＝0.3)
凹模厚度系数K
取凹模厚度H＝ 10mm壁厚C=10mm；凹模宽度B=32mm凹模长度L=51mm
3弯曲凸模、凹模的设计
1)弯曲凸凹模的圆角半径
（1）此弯曲件的相对弯曲半径较小，所以凸模的圆角半径就取弯曲件的弯曲
半径t=1.5mm
（2）
因为弯曲件的相对弯曲半径较小，所以据表取凹模的圆角半径为3t
2)弯曲凹模深度
弯曲U 件的凹模深度0L 值
据表，弯曲凹模深度取20
3)弯曲凸模与凹模间的间隙
(1)(0.051)*1.5 1.5752Z
n t =+=+= 式中 Z ——弯曲模的凸、凹模单边间隙 t ——工件材料厚度 n ——间隙系数：《冲压模具课程设计》表3.15 4定位零件 1) 导料板 2) 导正销
5卸料板的设计
卸料板采用Q235制造，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度根据《冲压模具标准件》表7.8,7.9得厚度H=12,卸料板孔与凸模的单边间隙c=0.15。

6上下模座
模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和生产要求确定是否带导柱的模座。

本模具采用四角导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。

滑动导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，可采用车床加工，装配容易。

导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离15mm 。

而下模座底面与导柱底面的距离为5mm 。

导柱的下部与下模座导柱孔采用R7/h5的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用R7/h5的过盈配合。

导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm 以上。

导柱与导套之间采用H7/h6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳淬硬56~60HRC 。

导柱的直径、长度，按标准选取。

导柱：d/mm×L/mm分别为32×170；
导套：d/mm×L/mm×Dmm分别为φ32×65×30
根据《冲压模标准件》表2.24模座的的尺寸L/mm×B/mm为160mm×100mm。

上模座厚度32，下模座厚度40凸模固定板厚度25，凹模固定板厚度13
7模柄
模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。

常用的模柄形式有：1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。

2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。

3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，为防止松动，拧入防转螺钉紧固，垂直度较差，主要用于小型模具。

4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与较大的模具。

5）浮动式模柄，它由模柄，球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过球面垫块消除冲床导轨位差对对冲模导向精度的影响，适用于滚珠导柱、导套导向的精密冲裁。

本模具采用带台阶的压入式模柄。

在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。

8模具的闭合高度：
该模具的闭合高度为
H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-h2
=()mm
=190（mm）
式中：
L——凸模长度，L=62
H——凹模厚度，H=30
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2
9.综上所述，根据《模具设计与制造简明手册》表1.308选用L=80mm，B=63mm
10.橡胶的选用
根据模具安装位置拟用八个弹簧，Fx=（1.6+3.75）/6=0.668KN
由《冲压标准件选用与设计指南》表6.3得选φ20×40
11.螺钉与定位销，导正销的选用
根据《冲压模具标准件》表5.6表5.11选用螺钉M5×45，
销钉“销GB/T 119.1 5m6×45-A1”。

导正销根据《模具设计与制造简明手册》表1.233选用
第九章压力机技术参数校核
通过校核，该冲裁件所需的冲裁力为124.12Kg，选择开式双柱可倾压力机J23—16能够满足使用要求。

其主要技术参数如下：
公称压力：160KN;滑块行程：55mm ;最大闭合高度：120mm
最大装模高度；220mm
工作台尺寸（前后×左右）：300mm×450mm
垫板尺寸（厚度×孔径）：40mm×6mm
模柄孔尺寸：Ф40mm×60mm
最大倾角高度：35°
主视图
俯视图
第十章模具零件制造工艺编制
1冲裁凸模加工工艺过程
材料：T8A 硬度：56～60HRC：
材料：Gr12MoV 硬度：
材料：45钢硬度：
第十一章使用注意事项
注意事项：
1：装配前，按图纸检查零件配合尺寸，合格零件才能装配，所有零件装配前用煤油清洗。

2：装配好的冲模，其闭合高度应符合设计要求。

3:模柄（活动模柄除外）装入上模座后，其轴心线对上模座上平面应垂直度。

4:导柱和导套装配后，其轴心线应分别垂直于下模座的底平面和上模座的上平面。

5:上模座的上平面应和下模座的底平面平行。

6:装入模架的每对导柱和导套应满足其配合间隙要求。

7:装配好的模架，其上模座沿导柱上、下移动应平稳，无阻滞现象。

8:装配后的导柱，其固定端面与下模座下平面应保留1~2mm距离，选用B型导套时，装配后其固定端面与上模座上平面1~2mm距离。

9:凸模和凹模的配合间隙应符合设计要求，沿整个刃口轮廓应均匀一致。

10:定位装置要保证定位正确可靠。

11:卸料及顶件装置活动灵活、正确，出料孔畅通无阻，保证制件及废料不卡在冲模内。

12:模具应在生产的条件下进行试验，冲出的制件应符合设计要求
第十二章设计感受
在这次设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。

使我对冲压模具设计的整个过程，主要零件的设计，主要工艺参数的计算，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。

模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。

总之，本次设计，是我认真的结果，也是我架起“工作”的关键一步，验了我大学三年学习的成果，文中上述所有内容主要是在讲述模具设计的整个过程，利用对零件图形的工艺性分析，设计出适合加工零件的模具，以达到生产要求，提高生产效率，零件的冲裁工艺性分析、模具结构的确定是模具设计的重要内容，只要合理就可以保证其加工精度及其各项指标要求。

通过这次模具设计及编制其说明书，增加了不少专业方面的知识，提高了动
脑、动手的能力。

只实践也理论相结合才能达到规定的各项性能指标。

感谢周老师给我们的帮助！
参考文献
[1] 冯炳尧韩泰荣蒋文森主编《模具设计与制造简明手册》上海科学技术出版社
[2马朝兴主编《冲压模具设计手册》化学工业出版社
[3林承全绍平主编《冲压模具课程设计》化学工业出版社
[4高军李熹平修大鹏编著《冲压模具标准件选用与设计指南》化学工业出版社。