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冲压模具设计

1.冲压的概念、特点及应用

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术。

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。

与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济方是经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）冲压时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、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，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，技术要求高，是技术密集形产品。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。

冲压地、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=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。

2. 冲压的基本工序及模具

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括

起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工

作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

设计该零件的冲裁模,冲压件图如下图所示:

12±0.25

+0.20

+0.150

+0.25

+0.30

21±0.52

31.5±0.25

88.90-0.52

0-0.43

冲压技术要求: 1. 材料:H62 2. 材料厚度:4mm

3.生产批量:中批量

4.未注公差:按IT14级确定.

2.1 零件的工艺性分析

该零件材料为H62(黄铜)结构简单,形状对称,冲孔时,因受凸模强度的限制,孔的尺寸不应太小.冲孔的最小尺寸取决于材料性能,凸模的强度和模具结构等.

冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约,其值不应过小

2.2 冲裁件的精度与粗糙度

冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级.因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求.

由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.

2.3冲裁件的材料

该零件材料为H62(黄铜),抗剪强度τ=255Mpa,断后伸长率35%,此材料具有良好的塑性级较高的弹性,冲裁性较好,可以冲裁加工.

2.4确定工艺方案.

该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产,因此采用单工序须要模具数量较多,生产率低,所用费用也高,不合理;若采用复合冲,可以得出冲件的精度和平直度较好,生产率较高,但因零件的孔边距太小,模具强度不能保证;用用级进模冲裁时,生产率高,操作方便,

通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题,根据以上分析,该零件采用级进冲裁工艺方案.

3.冲压模具总体结构设计

3.1模具类型

根据零件的冲裁工艺方案,采用级进冲裁模.

3.2 操作与定位方式

零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸较大，厚度较高，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正，为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。

3.3卸料与出件方式

考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

3.4模架类型及精度

由于零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。

4.排样设计

该冲裁件材料厚度较厚，尺寸大，近似方形，因此可采用横排和直排比较合理,如图4-11，4-12所示。

图4-1（横排）

-1

图4-2（直排）

由于材料较厚,模具间隙较小,模具的间隙由配作保证,工艺比较简单,并且还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制造容易,因此采用配作加工为宜.

由落料尺寸得,凹模会变小,所以以凹模为基准,配作凸模.

由冲孔尺寸得,凸模尺寸变小,所以以凸模为基准,配作凹

模.

5.1 根据前面的设计与分析,我们可以得出如级进模具的总张图

材料:622.材料厚度:4

12±0.25

+0.20

+0.150

+0.250

+0.30

21±0.52

31.5±0.25

0043

0-0.5

0-1

图5-1 级进模总装图

1. 垫板;

2.凸模固定板;

3.销钉;

4.卸料板;

5.凸模;

6.导板;

7.凹模;

8.导正销;

9.始用挡料销;10.模柄;11.上模座;12.导套;13.导柱; 14.下模座;15.螺钉;16.定位销;17.螺钉;18.承料板;19.导料板. 5.2 冲压模具的零件图 (1).凹模设计

凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉,销针与下模座固定的固定方式.考虑凹模的磨损和保证冲件的质量,凹模刃口采用直筒形刃口壁

结构,漏料部分刃口轮廓适当扩大, 为便于加工,落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓的简化形状

凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 (长X宽)及厚度尺寸H.从凹模外边缘的最短距离称为凹模壁厚C.对于简单对称形状刃口凹模,由于压力中心即对称中心,所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁厚来确定

凹材料的选用:材料选用Cr4WmoV,因为压力中心与凹模板的几何中心相差不太,压力中心仍在模柄投影面积,可设他们在同轴线上.

其余

图5-2 凹模

(2).凸模设计

落料凸模刃口部分为方形,又在它里面开孔,装配导正销,为便于凸模和固定板的加工,可通这设计成铆接方式与固定板固定.冲孔凸模由于相隔很近,不宜采用阶梯结构,设计成铆接方式.凸模的尺寸根据导料板尺寸、卸料板尺寸和安装固定要求尺寸

凸模材料：参照冲压模具设计与制造选用CrWMn.

对图5-5,5-6,5-7说明.

(1).反铆反磨平是为了装配的要求;

(2).装配的尺寸为H7/m6,可得装配尺寸的上下偏差;

(3).倒角13是参照ISO标准设计;

(4).15是工作尺寸要求;

(5).刃口尺寸由前面计算可得,图5-6为配作尺寸按配作要求配作;

(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

(9)材料为CrWMn

反铆后磨平

淬硬

图5-6 落料凸模

图5-5 冲孔凸模

图5-7 冲孔凸模

(3).选择坚固件及定位零件

螺钉规格的选用:由凹模板的厚度可选用M12,在根据实际要求,查标准选用GB 70-85 M12X70,这里要12个,承料板的螺钉选用GB 70-85 M5X20,这里要2个.选取材料为45钢.

销钉规格的选用: 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格,因此根据标准选用GB 119-86 A10X70,选取材料为45钢.根据定位方式及坯料的形状与尺寸,选用合适的标准定位零件.

挡料销: 固定挡料销,挡料销高度,选取材料为45钢,数量为2,查标准GB2866.11-81,如图5-8固定挡料销所示:

X0.5

其余

图 5-8 固定挡料销

始用挡料销: 根据导料板间距及凹模,可得导料板宽度,导料板厚度.根据GB2866.1-81选取始用挡料销规格长L=70mm,厚度H=12的始用挡料销装置,规格为:

始用挡料销: 块—70X12 GB2866.1-81

弹簧—1.0X10X20 GB2089-81

弹簧芯柱—8X18 GB2866.2-81

材料:块—选取材料为45钢,弹簧芯柱—根据GB700-79为A3.

热处理: 块—硬度HRC43~48.

其余

?6+0.012

图5-9始用挡料销-块

图5-9始用挡料销弹-簧芯柱

淬硬

导料板:根据凹模LXB=200X160,始用导料销70X12查标准GB2865.5-81,选规格为:长度L=200,宽度B=50,厚度H=12,材料为A3的导料板,即导料板:200X50X12 GB2865.5-81/A3,热处理HRC28~32. 如图5-10所示:

其余

图5-10 导料板

导正销: 使用导正销的目的是消除送料时用挡料销和导料板等定位零件作粗定位时的误差,保证冲件在不同工位上冲出的内形与外形之间的相对位置公差要求.导正销主要用于级进模,也可用于单工序模.导正销通常设在落料凸模上,与挡料销配合使用,因此我们采用导正销,其中A型用于导正d=2~12mm的孔,安装处按H7/n6配合查表3-33,3-34根据GB 2864.1-81A 型导正销可得出导正销,如图5-11,5-12所示:

图5-11 型导正销

图5-12 型导正销

其余

(4).设计和选用卸料与出件零件

卸料以固定板卸料,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.8~1倍,所以卸料板的LXBXH=200X160X0.8X56=200X160X44,卸料板在此仅起卸料作用,凸模与卸料板间的双边间隙一般取0.2~0.5mm,这里取0.5mm ,材料为Q275.由以上根据凸模和凹模可设计出卸料板如图5-13.

A 图5-13 卸料板

(5).选择模架及其它模具零件

选择模架:

根据GB/T 2851.5-90,由凹模周界200X160,及安装要求,选取

凹模周界:LXB=250X200,闭合高度:H=220~265,上模座:250X200X50 下模座:250X200X60,导柱:32X210,35X210,

导套:32X115X48,35X115X48.

由以上可得模架及其零件如图5-14所示.

图5-14 模架

模柄: 由压力机的型号JD21-80.可查得模柄孔的直径为60,深度为80,由装配要求,模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转,模柄长度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用固定卸料，上模座回程时受力较大，因此选用压入式模柄较合理，所以根据GB2862.1-81得图5-15所示:

垫板:垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力,以防止模座被挤压损伤,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的外形尺寸与凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,这里设计时,由于压力较大,根据GB2865.2-81选取规格为LXBXH=200X160X8.

其余

图5-15 模柄

承料板:根据GB2865.6-81,选取规格为LXBXH=200X40X4.

凸模固定板:

凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致,厚度为凹模的0.6~0.8h,h为凹模的厚度,这里取0.6h,即0.6X56=33.6mm,根据核准选取板的规格为LXBXH=200X160X32;凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,4个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角,由以上可得凸模固定板的零件图如图5-16所示:

其余

图凸模固定板