冲压模具设计项目教程 第2版电子书

第2版 前言

绪论

项目一 安装板冲裁成形工艺与模具设计

项目目标

项目分析

1.项目介绍

2.项目基本流程

理论知识

一、常用冲压材料

1.热轧钢板

2.冷轧钢板

3.不锈钢

1.硬度及抗拉强度高于软钢板的2倍。

2.热传导性不佳，热膨胀系数大。

3.深冲压加工会产生时效割裂。

4.表面容易被模具刮伤。

4.涂镀层钢板

二、常用冲压设备

3.—第三列；

1.—第一组；

1.0——公称吨位为160t；

1.剪板机

2.曲柄压力机

1.按照床身结构可分为开式压力机和闭式压力机。开式压力机床身前面、左面和右面三个方向完全敞开，具有安装模具和操作方便的特点，但床身呈C字形，刚性较差。闭式压力机床身两侧封闭，只能在前后方向操作，机床刚性好，适用于一般要求的大中型压力机和精度要求较高的轻型压力机。

2.按照连杆数目可分为单点压力机、双点压力机和四点压力机。单点压力机只有一个连杆，双点压力机和四点压力机分别有两个连杆和四个连杆。

3.按照滑块数目可分为单动压力机、双动压力机和三动压力机。双动压力机和三动压力机主要用于复杂工件的拉深。

4.按照传动方式可分为上传动和下传动。

5.按照工作台结构可分为固定式压力机、可倾式压力机和升降台式压力机，其中固定式压力机最为常用。

6.按照滑块行程是否可调可分为曲柄压力机和偏心压力机，二者的不同之处在于其滑块行程可否调节。

1.公称压力。曲柄压力机的公称压力是指当滑块距下死点为某特定距离或曲柄旋转到离下死点为某特定角度时，滑块上所允许承受的最大作用力。例如J31-315型压力机的公称压力为3150kN，它是指滑块离下死点为10.5mm或曲柄旋转到离下死点为20°时，滑块上所允许承受的最大作用力为3150kN。公称压力是压力机的一个主要技术参数，我国压力机的公称压力现已系列化。

2.滑块行程。它是指滑块从上死点到下死点所经过的距离，其大小随工艺用途和公称压力的不同而不同。例如，冲裁用的压力机行程较小，拉深用的压力机行程较大。

3.行程次数。它是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。一般小型压力机和用于冲裁的压力机行程次数较多，大型压力机和用于拉深的压力机行程次数较少。

4.闭合高度。它是指滑块位于下死点时，滑块下平面到工作台上平面的距离。当闭合高度调节装置将滑块调整到最高位置时，闭合高度最大，称为最大闭合高度；当滑块调整到最低位置时，闭合高度最小，称为最小闭合高度。闭合高度从最大到最小可以调节的范围称为闭合高度调节量。

5.装模高度。当工作台面上装有工作垫板，并且滑块位于下死点时，滑块下平面到垫板上平面的距离称为装模高度。最大闭合高度状态时的装模高度称为最大装模高度，最小闭合高度状态时的装模高度称为最小装模高度。装模高度与闭合高度之差为垫板厚度。

6.连杆调节长度。连杆调节长度又称为装模高度调节量。曲柄压力机的连杆通常做成两部分，使其长度可以调整。通过改变连杆长度可以改变压力机的闭合高度，以适应不同闭合高度模具的安装要求。

3.摩擦压力机

4.油压机

5.其他类型压力机

6.冲压设备的选用

1.压力机的公称压力必须大于冲压工序所需的压力，当冲压行程较长时，还应注意在全部工作行程中，压力机许可压力曲线应高于冲压变形力曲线。

2.压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得所需的尺寸，并在冲压工序完成后能顺利地从模具上取出来。对于拉深件，行程应大于制件高度两倍以上。

3.压力机的行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。

4.压力机的闭合高度、工作台尺寸、滑块尺寸、模柄孔尺寸等都能满足模具正确安装要求。对于曲柄压力机，模具的闭合高度与压力机闭合高度之间应满足

三、冲压基本工序

四、冲裁件的工艺性

1.最小冲孔尺寸

2.冲裁件凸、凹部分尺寸

3.孔间距和孔壁距

4.圆角半径

5.精度和尺寸偏差

6.毛刺与表面粗糙度

五、冲裁

1.冲裁工艺及模具分类

1.落料。落料是指从材料上沿封闭轮廓分离出工件，冲裁的目的是为获取具有一定外形轮廓和尺寸的工件。

2.冲孔。冲孔是指从工件上沿封闭轮廓分离出废料，冲裁的目的是为了获取一定形状和尺寸的内孔，则冲落部分成为废料，带孔部分即为工件。

3.切断。切断是指从材料上沿不封闭的轮廓分离出工件的工序。

4.冲槽、冲缺口。冲槽、冲缺口是指从工件外围周边上分离出废料，获得工件需要的形状的工序。

5.切口。切口是指从工件上沿敞开的轮廓局部分离材料，被分离的材料不再位于分离前的平面上的工序。

6.修边（切边）。修边是指将成形后的零件周边边缘与中间零件分离，使之达到一定尺寸或形状要求的零件。特别是一些复杂成形的零件，在成形后周边边缘的变形和偏移量很大、很不规则，所以需要进行修边以达到产品的要求。

7.剖切。剖切是指将成形后的空心工序件分离成两个或两个以上工件的工序。

1.按冲裁工序组合程度分类，可分为单工序模、复合模、级进模（连续模）、组合冲模等。

2.按模具有无导向装置分类，可分为无导向（敞开式）冲裁模、有导向冲裁模。

3.按冲裁过程变形机理的不同分类，可分为普通冲裁模、精密冲裁模、光洁冲裁模等。

4.按模具材料分类，可分为一般钢结构冲裁模、硬质合金冲裁模、聚氨酯和橡胶冲裁模、锌基合金冲裁模等。

2.冲裁过程分析及冲裁断面特征

1.弹性变形阶段。凸模的压力作用使材料产生弹性压缩、弯曲和拉深等变形，并略被挤入凹模型孔内。此时，凸模下的材料略呈拱形，凹模上的材料略有上翘，间隙越大则拱形和上翘越严重。在此阶段，因材料内部的应力没有超过弹性极限，处于弹性变形状态，当凸模卸载后，材料即恢复原状。

2.塑性变形阶段。凸模继续下压，材料内的应力达到屈服强度，材料开始产生塑性剪切变形；凸模挤入板料，板料挤入凹模，形成光亮的剪切断面。同时因凸、凹模间存在间隙，故伴有材料的弯曲与拉深变形（间隙越大，变形越大）。随着凸模的不断压入，材料变形抗力不断增加，硬化加剧，刃口附近产生应力集中，当达到材料抗拉强度时，塑性变形阶段结束。

3.断裂分离阶段。当刃口附近应力达到材料破坏应力时，凸、凹模间的材料先后在靠近凹、凸模刃口侧面产生裂纹，并沿最大切应力方向向材料内层扩展，使材料分离。

1.塌角带（又称塌角）。其大小与材料塑性和模具间隙有关。

2.光亮带（又称光面）。光亮且垂直于端面，普通冲裁光面占整个断面的1/3以上。光面是制件测量的基准。

3.断裂带（又称毛面）。毛面粗糙且有锥度。

4.毛刺。呈竖直状，是模具拉挤板材的结果。

3.冲裁间隙

1.冲裁间隙对冲裁件质量的影响。冲裁间隙是影响冲裁件质量的主要因素之一，详见前文“冲裁过程分析”部分的内容。

2.冲裁间隙对冲裁力的影响。随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙为材料厚度的5%～20%时，冲裁力的降低不超过5%～10%。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模上卸料和从凹模里推出零件都省力，当单边间隙达到材料厚度的15%～25%时，卸料力几乎为零。但若间隙继续增大，因为毛刺增大，将引起卸料力、推件力迅速增大。

3.冲裁间隙对模具寿命的影响。模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是影响模具寿命诸因素中最主要的因素之一。在冲裁过程中，凸模与被冲孔之间以及凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重。过小的间隙对模具寿命极为不利，而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并减缓由于受到制造和装配精度的限制出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。

1.理论确定法。此方法主要根据凸、凹模刃口产生的裂纹相互重合的原则进行计算。图1-12所示为冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态，根据图中几何关系可求得合理间隙Z为

2.经验确定法。实际生产中常应用以下经验公式来确定合理间隙值，即

3.查表法。查表法是企业中设计模具时普遍采用的方法之一。表1-15是一个经验数据表，表中Ⅰ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求高的场合；Ⅱ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求较高的场合；Ⅲ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求一般的场合，因残余应力小，能减小破裂现象，适用于继续塑性变形的工件的场合；Ⅳ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求不高时，应优先采用较大间隙，以利于提高冲模寿命；Ⅴ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求较低的场合。由于各类间隙值之间没有绝对的界限，因此还必须根据冲裁件尺寸与形状、模具材料和加工方法，以及冲压方法、速度等因素酌情增减间隙值。

4.冲裁件的排样与搭边

1.有废料排样。如图1-13a所示，沿制件的全部外形轮廓冲裁，在制件之间及制件与条料侧边之间都有工艺余料（或称搭边）存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料的利用率有所降低。

2.少废料排样。如图1-13b所示，沿制件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在制件之间（或制件与条料侧边之间）留有搭边。

3.无废料排样。无废料排样法就是无工艺搭边的排样，制件直接由切断条料获得，或称为无废料冲裁。图1-13c所示是步距为两倍制件宽度的一模两件的无废料排样。

1.补偿定位误差和剪板误差，确保冲裁出合格零件。

2.增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率。

3.可避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高断面质量和模具寿命。

1.材料的力学性能。硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。

2.材料厚度。材料越厚，搭边值也越大。

3.冲裁件的形状与尺寸。零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越需取大些。

4.送料及挡料方式。用手工送料时，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距的搭边值比用挡料销定距的搭边值小一些。

5.卸料方式。弹性卸料的搭边值比刚性卸料的搭边值小一些。

6.冲压力

7.模具压力中心的计算

六、冲裁模主要零部件结构设计

1.工作零件的设计

2.定位零件的设计

3.卸料装置、推件和顶件装置

4.弹性元件

5.模架

6.其他零件

七、冲压模具标准化

八、常用冲压模具钢

1.冲压模具钢的一般性能要求

2.常用冲压模具钢种类

项目实施

一、成形工艺分析

二、模具设计

1.排样设计

2.冲压力的计算

3.压力中心的确定

4.工作零件刃口尺寸的计算

5.模具结构设计

6.复合模具设计要点

三、单工序模具

1.工艺分析与模具设计

2.单工序模具设计要点

四、单工序两工位模具

拓展项目 加油口罩侧冲孔成形工艺与模具设计

1.工艺分析

2.模具结构设计

拓展练习

9.分析法兰零件（图1-70）的尺寸及冲孔、冲缺口的工艺。法兰零件的材料为QS1010Z0（GMW F104），t=10mm。试确定冲孔、冲缺口模具工作零件的刃口尺寸、刃口间隙、工件定位方式、卸料等结构形式，并设计法兰的冲孔、冲缺口模具结构。

项目二 连接棒弯曲成形工艺与模具设计

项目目标

项目分析

1.项目介绍

2.项目基本流程

理论知识

一、弯曲工艺分析

1.弯曲变形过程

2.弯曲变形特点

3.弯曲工序安排

二、弯曲件的工艺性

1.弯曲部位的圆角

2.直边高度

3.孔边距离

4.形状与尺寸的对称性

5.边缘局部弯曲

三、最小相对弯曲半径

四、弯曲件展开尺寸计算

1.弯曲中性层位置确定

2.弯曲件展开尺寸计算

五、弯曲回弹与对策

1.回弹现象

2.影响回弹的因素

3.回弹值的确定

4.减小回弹的对策

六、弯曲时的偏移

1.偏移现象的产生

2.消除偏移的措施

七、弯曲力的计算

1.自由弯曲的弯曲力

4.压力机吨位的选取

八、常见弯曲模的结构

1.V形件弯曲模

2.U形件弯曲模

3.Z形件弯曲模

4.圆形件弯曲模

5.弯曲模设计要点

项目实施

一、成形工艺分析

二、模具设计

1.零件展开尺寸计算

4.模具总体结构设计

拓展项目 侧托架板双向弯曲成形与模具设计

1.工艺分析

2.模具结构设计

拓展练习

6.分析横梁零件（图2-36）的弯曲成形工艺，并设计弯曲模具结构。

项目三 变流漏斗拉深成形工艺与模具设计

项目目标

项目分析

1.项目介绍

2.项目基本流程

理论知识

一、拉深变形过程

、

项目四 端盖成形工艺与模具设计

项目目标

项目分析

1.项目介绍

2.项目基本流程

理论知识

一、胀形

1.起伏成形（局部成形）

2.圆柱形空心毛坯胀形

二、翻边

1.内孔翻边

2.外缘翻边

四、校平与整形

1.校平与整形的工艺特点

2.校平

3.整形

五、旋压

1.普通旋压

2.变薄旋压

六、挤压工艺与模具

1.挤压的分类

2.挤压的特点及主要问题

3.挤压常用材料

4.挤压毛坯

6.常用挤压模具结构

项目实施

一、成形工艺分析

二、模具设计

三、模具主要零件结构设计

1.压板

2.成形凹模

3.卸料板

4.空心垫板

5.过桥板

6.上、下固定板

拓展项目 转向器固定支架零件成形与模具设计

1.工艺分析

2.模具结构设计

拓展练习

项目五 卷收器齿片连续冲压成形工艺与模具设计

项目目标

项目分析

1.项目介绍

2.项目基本流程

理论知识

1.工序数的确定

2.冲压工序安排的原则

3.空工位的设置原则

一、连续模的排样设计

1.排样设计遵循的原则

2.载体和搭口的设计

3.排样图中各冲压工位的设计要点

二、连续模常用定距方式

1.步距

2.挡料销及导正销定距

3.侧刃定距

三、导料装置

1.带台阶导料板与浮顶器配合使用的导料装置

2.带浮动导轨的导料装置

、

项目六 大型模具与气动模具应用

项目目标

项目分析

1.项目介绍

2.项目基本流程

理论知识

一、大型零件（覆盖件）成形工艺

1.大型零件（覆盖件）的工艺要求

2.大型零件（覆盖件）的工艺分类

3.大型零件（覆盖件）冲压成形基本工序

二、保利龙消失模工艺

1.消失模工艺特点

2.保利龙泡沫材料

三、气动原理与气缸应用

1.气动系统概述

2.气缸

项目实施 反射体零件成形工艺与模具设计

1.零件工艺性分析

2.模具结构设计

3.模具主要零件设计

4.模具气动弹簧的应用

拓展项目 隔热罩铆合工艺与模具设计

1.零件工艺分析

2.模具结构设计

拓展练习

附录

附录A 常见中外钢号对照表

附录B 常用标准模架及导向件

一、对角导柱模架

二、后侧导柱模架

三、中间导柱模架

四、SG300-134/SG300-136滚动导向部件

五、SG300-135/SG300-137滚动导向部件

六、SG300-138/SG300-139滚动导向部件

七、可拆卸导柱

八、A型导柱

九、A型导套

十、B型小导柱

十一、B型导套

参考文献