设计参考案例

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完成图示冲裁件的冲裁工艺性分析并确定其冲裁工艺方案。已知材料为Q235钢，材料厚度2mm ，生产批量为大批量。

1.冲件冲裁工艺性分析 （1）材料分析

Q235为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。

（2）结构分析

零件结构简单对称，外形均有圆弧连接过度，对冲裁加工较为有利。零件上有三个孔，其中最小孔径为8.2mm ，大于冲裁最小孔径m in d ≥m m 20.1=t 的要求。另外，经计算直径为φ8.2mm 的

孔距零件外形之间的孔边距为3.9mm ，大于冲裁件最小孔边距min l ≥m m 35.1=t 的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。

（3）精度分析

零件上有5个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属于IT11 ~IT12，所以，普通冲裁可以满足零件的精度要求。

由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。 2.冲裁工艺方案的确定

零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下： 方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。 方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一的模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，难以满足零件年产量的要求。

方案二只需一副模具，冲压件的形状位置精度和尺寸精度易于保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二相比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形状位置精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。

所以，比较三个方案，采用方案二生产更为合理。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核（结构见

右图），现查得，当材料厚度为2mm 时凸凹模最小壁厚为4.9mm ，而该零件上的孔边距只有3.9mm ，不能满足复合模凸凹模最小壁厚的要求，因此，该零件不能采用复合模生产，其最终工艺方案确定为方案三——级进模生产。

3. 模具设计计算

（1）材料利用率的计算及排样图的绘制

模具导料零件采用无侧压的导料板装置，所以条料宽度应在零件尺寸增加搭边值的基础上再增加一间隙值，可查得该间隙值为0.5mm 。分析零件形状，应采用单直排或斜排的排样方式，零件可能的排样方式有图所示三种。

比较方案b 和方案c ，显然方案c 的材料利用率要高，所以首先排除方案b 。现选用1500mm ×1000mm 的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。

1.裁成宽65mm 、长1500mm 的条料，则一张板材能出的零件总个数为

54036152.411500661000=⨯=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡ 2.裁成宽65mm 、长1000mm 的条料，则一张板

材能出的零件总个数为

52824222.411000661500=⨯=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡ 3.裁成宽43mm 、长1500mm 的条料，则一张板材能出的零件总个数为

冲孔落料复合模基本结构

1.推件块

2.凸模

3.凹模

4.凸凹模

5.卸料板

682312293.4715005.431000=⨯=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡ 4.裁成宽43mm 、长1000mm 的条料，则一张板材能出的零件总个数为

680203493.4710005.431500=⨯=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡ 比较以上四种裁剪方法，第3种裁剪方法的材料利用率最高（在斜排中，为

了保证冲孔凹模与落料凹模之间的刃口强度，将零件间的搭边值由1.2mm 人为增大到2.5mm ），所以最终裁剪方式为宽43.5mm 、长1500mm 的条料。其具体排样图如下图所示。

（2）冲压力的计算及初选压力机 冲裁力基本计算公式为τKLT F =

此例中零件的周长为269 mm （落料周长为148mm ，冲孔周长为121mm ），材料厚度2mm ，Q235钢的抗剪强度取350MPa ，则冲裁该零件所需冲裁力为

kN 135134680N 35021483.1≈=⨯⨯⨯=N F 落

kN 110110110N 35021213.1≈=⨯⨯⨯=N F 冲

kN 245≈+=落冲F F F

模具采用刚性卸料和推件的结构，所以所需推件力为

kN 54N 245055.04T T ≈⨯⨯==F NK F 。

则零件所需得冲压力为kN 299kN )54245(T =+=+=F F F 总，初选设备为开式压力机J23—35。

（3）确定压力中心：

零件为一对称件，所以零件的压力中心就是零件的对称中心。但由于采用了

级进模设计因此需计算模具的压力中心。设模具压力中心的坐标点为（x ,0）（见图2-17），则有

52

.21)93.47==-x x

F x F 落冲（

（4）凸、凹模刃口尺寸及公差的计算

根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。 落料件尺寸的计算，落料基本计算公式为

A

0m ax A )(δ+-=X ΔD D

min max 0min A T T T )()(δδ----=-=Z X ΔD Z D D

尺寸mm 5.6205.0-，经查得该零件凸、凹模最小间隙Z min =0.246mm ，最大间隙Z max =0.360mm ；凸模制造公差mm 02.0T =δ，凹模制造公差mm 03.0A =δ。将以上各值代入A T δδ+≤m in m ax Z Z -校验是否成立。经校验，不等式成立，所以，可代入上式计算工作零件刃口尺寸。

mm 125.62mm 5.075.05.62030.0003.00A1++=⨯-=）（D mm 879.61mm 246.0125.620020.0002.0T1--=-=）（D

尺寸mm 4002.0-，查得其min Z 、max Z 、T δ、A δ数值同上一尺寸，所以同样满足A T δδ+≤m in m ax Z Z -的要求，则

mm 85.39mm 2.075.04003

.00

03.00A2++=⨯-=）（D mm 604.39mm 246.085.390

020.0002.0T2--=-=）（D

尺寸mm 8018.0-R ，查得凸模制造公差mm 02.0=T δ，凹模制造公差

mm 02.0=A δ。所以同样可以满足不等式A T δδ+≤m in m ax Z Z -，且该尺寸为单边磨损尺寸，所以计算时取单面间隙。则

mm 865.7mm 18.075.08020

.0002.00

A3++=⨯-=）（D mm 742.7mm 2/246.0865.70

02.0002.0T3--=-=）（D

冲孔尺寸计算，冲孔基本公式为

0m in T T )(δ-+=X Δd d

A

0m in m in A )(δ+++=Z X Δd d

尺寸φmm 13

.00

22+，查得凸模制造公差mm 02.0=T δ，凹模制造公差mm 025.0=A δ。经验算满足A T δδ+≤m in m ax Z Z -，所以

mm 096.22mm )13.075.022(0020.0002.0T1--=⨯+=d mm 342.22mm )246.013.075.022(025

.00025.00

A1++=+⨯+=d 尺寸φmm 2.81

.00

+，查得凸模制造公差mm 02.0T =δ，凹模制造公差mm 02.0A =δ。经验算满足不等式A T δδ+≤m in m ax Z Z -，所以

mm 275.8mm )1.075.02.8(0

020.0002.0T2--=⨯+=d

mm 521.8mm )246.0275.8(020

.0002.00A2++=+=d