冲裁模设计与制造实例

例8.2.1冲裁模设计与制造实例

工件名称：手柄

工件简图：如图8.2.1所示。

生产批量：中批量

材料：Q235-A钢

材料厚度：1.2mm

1．冲压件工艺性分析

此工件只有落料和冲孔两个工序。

材料为Q235-A钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有一个φ8mm 的孔和5个φ5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为3．5mm(大端4个φ5mm的孔与φ8mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚)。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

2．冲压工艺方案的确定

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：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。

方案二：落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。

方案三：冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但工件最小壁厚3．5mm 接近凸凹模许用最小壁厚3．2mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。

3．主要设计计算

（1）排样方式的确定及其计算

设计级进模，首先要设计条料排样图。手柄的形状具有一头大一头小的特点，直排时材料利用率低，应采用直对排，如图8.2.2所示的排样方法，设计成隔位冲压，可显著地减少废料。隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。搭边值取2．5mm和3．5mm，条料宽度为135mm，步距离为53 mm，一个步距的材料利用率为78%（计算见表8.2.1）。查板材标准，宜选950mm ×1500mm的钢板，每张钢板可剪裁为7张条料（135mm×1500mm），每张条料可冲56个工件，故每张钢板的材料利用率为76%。

手柄工件简图手柄排样图

（2）冲压力的计算

该模具采用级进模，拟选择弹性卸料、下出件。冲压力的相关计算见表8.2.1。

根据计算结果，冲压设备拟选J23-25。

（3）压力中心的确定及相关计算

计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图8.2.3所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1～L6共6组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（13.57，11.64）。有关计算如表8.2.2所示。

由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-25冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。

（4）工作零件刃口尺寸计算

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见表8.2.3所示。

图8.2.3 凹模型口图

（5）卸料橡胶的设计

卸料橡胶的设计计算见表8.2.4。选用的四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。

4．模具总体设计

（1）模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。

（2）定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。

（3）卸料、出件方式的选择

因为工件料厚为1.2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。

又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。

（4）导向方式的选择

为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。

5．主要零部件设计

（1）工作零件的结构设计

①落料凸模

结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。其总长L可按公式2.9.2计算：L=20+14+1.2+28.8=64mm

具体结构可参见图8.2.4（a）所示。

②冲孔凸模

因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。其中冲5个φ5的圆形凸模可选用标准件BⅡ型式（尺寸为5.15×64）。冲φ8mm孔的凸模结构如图8.2.4（b）所示。

③凹模

凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4计算：

凹模厚度H=kb=0.2×127mm=25.4mm（查表2.9.5得k=0.2）

凹模壁厚c=（1.5～2）H=38～50.8mm

取凹模厚度H=30mm，凹模壁厚c=45mm，

凹模宽度B=b+2c=（127+2×45）mm=217mm

凹模长度L取195mm（送料方向）

凹模轮廓尺寸为195mm×217mm×30mm，结构如图8.2.4（c）所示。

材料：Crl2MoV 热处理：58～62HRC

技术要求：尾部与凸模固定板按H6/m5配合

材料：Crl2MoV 热处理：58～62HRC