用导正销定距冲孔落料级进模

2010～ 2011 学年第一学期摘要目前，模具的设计特别是冲压模具的设计在现代化制造行业起着越来越重要的作用。

本次设计是从零件的工艺性分析开始，根据工艺要求确定设计的基本思路。

在分析冲压变形过程及冲压件质量影响因素的基础上，经过方案比较，选择级进模作为该模具工艺生产方案。

然后设计模具的工作部分，即凸、凹模的设计。

包括冲压工艺计算、工艺方案制订和冲模设计以及典型零件的工艺分析。

设计中涉及冲压变形过程分析、冲压件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲压力与压力中心计算、冲压工艺性分析与工艺方案确定、冲压典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲压模具设计方法与步骤等。

紧接着根据模具的装配原则，完成模具的装配，装配好后，进行试冲，试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给予纠正，并对模具进行适当的调整和修理。

用到正销定距冲孔落料级进模模具设计与制造，通过对冲压件的分析以及消化，本套模具结构比较简单。

通过对双孔冲压模具设计，对该零件进行冲压工艺分析和有关工艺计算，确定合理的冲压方案，设计冲压工序的三套模具，正确的选用标准模架，使用pro|e 三维绘图软件模具三维图，对冲压结构进行工艺分析。

明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。

如次设计出的结构可确保模具工作运行可靠，保证了其他配件的配合。

根据三维图绘制模具二维装配图和零件图。

通过对用到正销定距冲孔落料级进模模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。

关键词：排样，冲裁，冲压模具，模具设计，双孔垫片模具，目录第一章综述 (7)第二章模具总体设计 (11)一、冲压工艺分析 (8)二、工艺方案及模具结构类型 (9)三、排样设计 (10)四、冲压力与压力中心的计算 (12)五、压力机的选择 (14)六、工作零件刃口尺寸计算 (15)七、工作零件结构尺寸 (18)八、有关模具设计计算 (20)九、非标准件的加工工艺 (27)总结 (29)参考文献 (31)第一章综述1.1本课题的概念及其背景冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。

冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。

冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。

主要表现如下：（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。

这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

（2）冲压是由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压是材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，是技术密集型产品。

所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。

冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。

相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。

在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。

不少过去用锻造、铸造和切屑加工方法1.2冲压的变形特点及影响因素冲压件的变形的过程十分复杂，虽然在此不能对其进行非常准确的进行说明，但是经过前人的实践、研究表明，如果凸、凹模制件的间隙保持正常，则冲压的变形过程大致可以分为弹性变形、塑性变形和断裂分离三个阶段。

1弹性变形阶段该段主要是指板料在凸模的压力作用下，首先产生弹性压缩、拉伸等变形。

此时凸模略微挤入板料内，板料的另一面也略微挤入凹模内，凸模端部下面的材料略有弯曲，凹模刃口上面的材料开始上翘，间隙越大，弯曲和上翘就越严重。

但此时的变形应力并没有超过材料的弹性极限，当外力消失之后，其变形量会自动恢复，影响其变形的主要因素是材料的种类既是由材料的弹性模量所决定的。

2.塑性变形阶段当凸模继续下压，使板料变形区的应力达到塑性条件时，便进入塑性变形阶段。

这时，凸模挤入板料和板料挤入凹模的深度逐渐加大，产生塑性剪切变形，形成光亮的剪切断面。

随着凸模的下降，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，变形抗力不断上升，冲裁力也相应增大，直到刃口附近的应力达到抗拉强度时，塑性变形阶段便告终。

由于凸、凹模之间间隙的存在，此阶段中冲裁变形区还伴随有弯曲和拉伸变形，且间隙越大，弯曲和拉伸变形也大。

3.断裂分离阶段当板料内的应力达到抗拉强度后，凸模再向下压入时，则在板料上与凸、凹模刃口接触的部位先后产生微裂纹。

裂纹的起点一般在距刃口很近的侧面，且一般首先在凹模刃口附近的侧面产生，继而才在凸模刃口附近的侧面产生。

随着凸模的继续下压，已产生的上、下微裂纹将沿着最大切应力方向不断地向板料内部扩展，当上、下裂纹重合时，板料便被剪断分离。

随后，凸模将分离的材料推入凹模洞口，冲裁变形过程便告结束。

1.3冲压材料的选择根据冲压件的使用要求，本次设计中的垫片主要是通过冲裁的方法加工而成。

零件应具有一定的抗拉强度和塑性，并且其屈服极限不应太高。

故可以使用黑色金属作为原材料，查资料[1]附录A可知普通碳素钢和优质碳素结构钢均可以满足其使用要求。

但从生产成本上考虑，可选用普通碳素钢Q235为冲压材料，它的屈服强度为：240MPa，抗剪强度为：310~380MPa，抗拉强度为：380Mpa~470MPa，这样可以达到降低生产成本，提高经济效益的目的。

第二章冲压模具设计一、冲压件工艺分析材料：Q235生产批量：大批量材料厚度：3mm图1.零件图图2.三维零件图1.材料：该冲裁件的材料为Q235钢，是普通碳素钢，具有良好的冲压工艺性能，适合冲裁。

2.零件结构：该零件结构简单，外形由直线和半圆组成，并在对称中心线上有两个直径为Φ24mm的圆孔，孔与孔，孔与边缘之间的距离满足要求，最小壁厚为15mm(直径为24mm的孔与边缘之间的尺寸)。

由此可以看出该零件具有良好的冲压性能。

3.尺寸精度零件上所有未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件的公差。

零件外形尺寸：540-0.74mm，R270-0.37mm，零件内形尺寸：Φ240-0.52mm孔心距尺寸：54±0.37mm，结论：适合冲裁二．工艺方案及模具结构类型该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：1.先落料，在冲孔，采用单工序模生产。

2.落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。

3.冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一：模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。

方案二：需一副模具，工件精度及生产效率较高，但制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上物料时会影响冲压速度，操作不方便操作。

通过对上述三种方案的分析对比，该件的冲压生产采用方案二为佳。

由工件尺寸可知，凸、凹模壁厚大于最小壁厚，为了便于操作，所以模具采用级进模、弹性卸料和定位钉定位的方式。

三、排样设计可以采用以下两种排样方式：一、少废料排样二、无废料排样由于该工件结构比较简单，无论采用方案一还是方案二都能满足要求，相比而言少废料排样比无废料排样材料利用率低，但无废料排样会加快模具的磨损，是模具寿命减少，并直接影响到工件的断面质量，所以采用少废料排样，即方案一。

排样图如下图：冲压件的排样图查冲压模具设计与制造表2.5.2，确定搭边尺寸：两工件件的搭边：a=2.8mm工件边缘搭边：a1=3.2mm步距为：S=56.8mm步距条料宽度为：B=（D+2a1）=108+3.2X2=114.4mm 一个进距内的材料利用率为η=nA/BhX100%式中，A——冲裁件的面积（包括冲出的小孔在内）（mm2）n——一个进距内冲件的数目B——条料宽度（mm）h——进距（mm）A=3.14X272+54X54=5206.22mm2η=1X5206.22/114.4X56.8X100%=80.1%四、冲压力与压力中心的计算1.计算冲压力的目的是为了合理选择冲压设备和设计模具。

计算冲压力：冲压力的大小主要与材料的力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。

平刃口冲裁时，冲裁力F（N）可按下式进行计算F=KLζt式中： L——冲裁件周边长度（mm）t——材料厚度（mm）ζ——材料抗剪强度（MPa）K——系数，考虑到模具刃口的磨损。

模具间隙的，波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。

一般情况下，材料的δb=1.3ζ,为了方便计算，也可以用下式计算冲裁力F（N）。

F=1.3Lζt式中，ζ——材料的抗剪强度。

（MPa）查手册的ζ=370MPa（1）、落料力F=1.3Lζt=1.3X277.6X3.0X370=400576.8N=400.6KN其中ζ按非退火Q235钢板计算（2）冲孔力F冲=1.3 Lζt=1.3X2X2X3.14X12X3X370=217488.96N=217.5KN 其中，d为冲孔直径，2Xπd为两个孔圆周长之和。

（3）、卸料力K卸=0.05（查表2.52得）F卸= K卸F冲=400.6X0.05=20.3KN(4)、推件力K推=0.055F推=n K推F冲该模具凹模刃口形式，查《冲压手册》取h=9mm，则n=h/t=9/3=3个，但是有两个孔，所以n=6F推=n K推F冲=6X0.055X400.6=132.2KN该套模具采用弹性卸料，下出件的卸料装置。

总冲压力:F总=F落+ F冲+ F卸+ F推=400.6+217.5+20.3+132.2=770.6KN 2.压力中心制件排样三维图如上图所示，把制件的三维图在PRO/E里面画出来，通过软件里分析——模型——质量属性功能可以确定出制件的重心，如图中的白色坐标系，即重心。