增高垫片冲压模具设计

目 录

摘 要

第一章 概述 .......................................................................................................................................................1 1.1冲压的概念 .....................................................................................................................................................1 1.2冲压的工序 .....................................................................................................................................................1 1.3冲压技术的发展现状和趋势 .........................................................................................................................1 1.4本次设计的目的和意义 .................................................................................................................................3 第二章 零件的工艺性分析 .................................................................................................................................4 2.1 冲裁模设计题目 ............................................................................................................................................4 2.2.零件的材料分析 ...........................................................................................................................................4 2.3.零件的结构分析 ...........................................................................................................................................4 2.4.零件的精度分析： .......................................................................................................................................4 第三章 冲压生产方案及模具结构确定 .............................................................................................................6 3.1冲裁生产方案的确定 ....................................................................................................................................6 3.2 确定冲模类型及结构型式 ...........................................................................................................................7 3.2.1 模具类型 .................................................................................................................................................7 3.2.2 操作与定位方式 .....................................................................................................................................7 3.2.3 卸料与出件方式 .....................................................................................................................................7 3.2.4出料方式 ....................................................................................................................................................7 3.2.5定位方式的选择 ........................................................................................................................................7 3.2.6导向方式的确定 ........................................................................................................................................7 第四章 冲压的主要计算 .....................................................................................................................................9 4.1排样方式的确定以及计算 ............................................................................................................................9 4.2搭边的确定 ....................................................................................................................................................9 4.3条料宽度导料板间距的确定 ......................................................................................................................10 4.4材料的利用率及剪板方式的确定 .............................................................................................................. 11 4.5确定压力中心 ..............................................................................................................................................12 4.6凸、凹模刃口尺寸的计算 ..........................................................................................................................13 4.6.1尺寸计算原则 ..........................................................................................................................................13 4.6.2落料件尺寸的基本计算公式为 ..............................................................................................................14 4.6.3冲孔 ..........................................................................................................................................................15 4.6.4孔心距的计算 ..........................................................................................................................................16 4.7冲压工艺力的计算 ......................................................................................................................................16 4.7.1冲裁力的计算 ..........................................................................................................................................17 4.7.2 卸料力的计算 .........................................................................................................................................17 4.7.3 推件力的计算 .........................................................................................................................................17 4.7.4冲压力的确定 ..........................................................................................................................................18 4.8冲压设备的选择 ..........................................................................................................................................18 总 结 .............................................................................................................................................................20 参考文献 .............................................................................................................................................................21 致 谢 .............................................................................................................................................................22

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

增高垫片冲压工艺设计

摘 要

本次增高垫片的工艺设计针对冲压件的冲压工艺进行了分析，冲压工艺方案及模具的结构类型进行了确定，并进行了必要的冲压工艺参数计算。巩固了《冲压工艺及冲模设计》和《模具制造工艺》等课堂上所学习的内容，练习绘图及文献检索的能力，培养和提高分析、解决问题的能力。学习冲压工艺与模具设计的具体方法与步骤，为今后从事模具设计与制造工作打下必要的基础。主要从A型件的工艺性分析，生产方案的制定，冲模类型的选择及结构形式的确定，排样设计，压力中心计算，刃口尺寸计算，刃口尺寸图的绘制及冲压设备选择等方面进行设计。

此次设计采用先冲孔后落料级进模设计，有废料排样，自动送料的方式，选择弹性卸料方式和下出料方式，选取机械压力机，型号为J23-10，公称力100KN。本次增高垫片设

0.0120100.25计落料刃口凹凸模尺寸39.90和39.870，孔心距，冲孔尺寸10.080.008和0.00800.012，倒料板间距离43-0.1。 10.090本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，

首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成该课程设计。 关键词：增高垫片；刃口尺寸；冲压工艺；冲孔；落料；冲裁

塑性成型工艺（冲压）课程设计

第一章 概述

1.1冲压的概念

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。 1.2冲压的工序

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。

（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。

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成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。 1.3冲压技术的发展现状和趋势

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新

1

材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。 （1）冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。

研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT16~17级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。

（2）冲模是实现冲压生产的基本条件.

在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、

2

塑性成型工艺（冲压）课程设计

精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为15000~40000r/min），加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程

2度，目前切割速度已达到300mm/min，加工精度可达±1.5微米，表面粗糙度达Ra=01~0.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。 1.4本次设计的目的和意义

本次课程设计是增高垫片冲压的工艺设计，主要是增高垫片的冲压工艺的过程，通过此次设计了解冲压的概念及过程，为以后的学习增加些重要的知识储备。

设计将对零件的结构、工艺性进行详细分析，从而确定合理的生产方案，设计合理的生产模具，并建立模具工艺数据库，为生产企业提供迫切需要的冲压加工数据。其次，对推广大批量生产压圈等类似产品的冲压技术，改善相关零件生产方案，降低企业的生产成本，提高生产效率，增加企业生产效益具有重要的意义。

3

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

第二章 零件的工艺性分析

2.1 冲裁模设计题目

零件：增高垫片 批量：大批量

材料：30钢 厚度：0.3mm

图2-1 零件图

2.2.零件的材料分析

由图分析知：材料为30钢，与低碳钢相比，强度、硬度均较高，具有较好的韧性、

焊接性，此钢大多在正火状态下使用，也可进行调质处理。抗拉强度 σb (MPa)≥490， 屈服强度 σs (MPa)≥295，伸长率 δ5 (%)≥21，断面收缩率 ψ (%)≥50，冲击功 Akv (J)≥63，硬度:未热处理≤179HB，故事适用于采用热锻、热压及切削加式方法，制造截面较小，受力不大工作温度≤150℃的零件。

2.3.零件的结构分析

该零件有落料和冲孔两个工序，故为冲裁件。所采用材料具有良好的冲压性能，适合冲裁。料厚为0.3mm，外形是上下左右都对称的圆形，中间和四周各有对称的孔，孔边距远大于凹槽允许的最小壁厚，可以冲裁加工。

2.4.零件的精度分析：

（1）尺寸精度：该制件所有尺寸都未标注，属于自由公差，精度等级的确定可以按照工件的基本尺寸查表2-1得知，按IT14级确定工件公差，一般的冲压均能满足其尺寸要求。

表2-1 冲裁件内外形所能达到的经济精度 （mm） 材料厚度 ≤1

基本尺 寸 ≤3 3～6 IT12～IT13 4

6～10 10～18 18～500 IT11 塑性成型工艺（冲压）课程设计

1～2 2～3 3～5 IT14 IT14 - IT12～IT13 IT14 IT11 IT12～IT13 IT12～

由于冲裁件的内部有一个半圆，所以要查零件的外形及内孔的尺寸公差，如表2-2所示

表 2-2 冲裁件外形与内孔尺寸公差 （mm）

普通冲模 材料厚度 <10 0.08/0.05 0.12/0.05 0.18/0.06 0.24/0.08 0.30/0.10 10~50 0.10/0.08 0.16/0.08 0.22/0.10 0.28/0.12 0.35/0.15 零件尺寸 150~3050~150 0 0.14/0.12 0.22/0.12 0.30/0.16 0.40/0.20 0.50/0.25 0.20 0.30 0.50 0.70 1.00 <10 0.025/0.02 0.03/0.02 10~50 0.03/0.04 0.04/0.04 50~150 0.05/0.08 0.06/0.08 0.08/0.10 0.10/0.12 0.15/0.15 150~300 0.08 0.10 0.12 0.15 0.20 高级冲模 0.2~0.5 0.5~1 1~2 2~4 4~6 0.06/0.00.04/0.03 6 0.06/0.04 0.10/0.06 0.08/0.08 0.12/0.10 表2-2是冲裁件内外成形所能达到的经济精度。由表中的数据可知设计时可按照IT14级选取公差值。查附表I和表2-2可知冲裁件的外尺寸为：由于t=0.3㎜,故标注应为外形

0.1000000.52R17.50和250。 0.22，450.62，100.36，250.52和50.30属于落料，冲孔尺寸为R12.50

（2）粗糙度的确定

粗糙度的确定可由表2-3查得。

表2-3 一般冲裁件的剪断面粗糙度 由

剪断面表面粗糙度Ra3.2 6.3 12.5 25 50 于在（μm） 零件图上面的冲孔粗糙度在图上面没有明确的要求，由表2-3可知增高垫片的剪断面粗糙度可以选择Ra=3.2μm。

材料厚度 t（mm） ≤1 1～2 2～3 3～4 4～5

5

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

第三章 冲压生产方案及模具结构确定

3.1冲裁生产方案的确定

由零件图可分析出该工件包括冲孔和落料两个基本工序，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：冲孔和落料复合同时进行，采用复合模生产。 方案三：先冲孔，后落料级进冲压，采用级进模生产。 单工序模、级进模和复合模的适用范围如表3-1所示：

表3-1 各类模具结构及特点比较 比较项目 模具种类 零件公差等级 单工序模 无导向 有导向 低 尺寸不受，厚度不受 一般 中小型尺寸，厚度较厚 级进模 可达IT13～IT10级 复合模 可达IT10～IT8级 零件特点 小零件厚度0.2～6mm形状与尺寸受模具结构可加工复杂零件，如宽与强度，尺寸可以度极小的异形件 较大，厚度可达3mm 由于压料冲件的同时得中小型件不平直，高质到了较平，制件平直度量制件需较平 好且具有良好的剪切断面 零件平面度 低 一般 生产效率 低 较低 工序间自动送料，可以冲件被顶到模具工作表自动排除制件，生产效面上，必须手动或机械率高 排除，生产效率较低 比较安全 不安全，需采取安全措施 安全性 模具制造工作量和成本 适用场合 不安全，需采取安全措施 低 比无导向冲裁简单的零件时，比冲裁较复杂零件时，比的稍高 复合模低 级进模低 大批量小型冲压件的生产 形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产 料厚精度要求低的小批量冲件的生产

方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，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较简单，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，但与方案二比生产的零件精度稍差。

根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案。即采用方案二。

6

塑性成型工艺（冲压）课程设计

3.2 确定冲模类型及结构型式

3.2.1 模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件——凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。 3.2.2 操作与定位方式

虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。 3.2.3 卸料与出件方式

卸料的主要方式有固定卸料和弹性卸料两类。固定卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。

3.2.4出料方式

为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

3.2.5定位方式的选择

定位主要分为顺着送料方向上的纵向定位和垂直于送料方向上的横向定位。 纵向定位主要是根据步距限定条料的送进距离，主要零件有固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销、自动挡料销和侧刃等。

横向定位的主要零件是导料板与导料销。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，固定挡料销挡料，并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性，进而保证零件精度。 3.2.6导向方式的确定

方案一：导板式导向，导板导向装置分为固定导板和弹压导板两种。 方案二：导柱导套式导向装置，

（1）采用中间导柱模架，导柱分布在矩形凹模的对称中心线上，两个导柱的直径不同，可避免上模与下模装错而发生啃模事件。适用于单工序模和工位少的级进模。

（2）采用后侧导柱模架，导柱分布在模座的后侧，且直径相同。其优点是工作面敞开，适用大件边缘冲裁。其缺点是刚性与安全性最差，工作不够稳定，常用于小型冲模。 （3）采用对角导柱模架，导柱分布在矩形凹模的对角线上，既可以横向送料，又可以纵向送料。适用于各种冲裁模使用，特别适于级进模冲裁模使用。为避免上、下模的方向装错，两导柱直径制成一大一小。

（4）采用四导柱模架，4个导柱分布在矩形凹模的两对角线上。模架刚性好，导向非常平稳，但价格较高。一般用于大型冲模和要求模具刚性与精度很高的精密冲裁模，以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模。

方案三：滚珠导向，是一种无间隙导向，精度高，寿命长，适用于精密冲裁模、硬质合金模、高速冲模以及其它精密模具上。

7

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

由于生产的冲裁零件使用级进模冲裁，大批量生产，结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，且该冲裁属于普通冲裁，并考虑到经济原则，故选用方案二中对角导柱的导向方式。

8

塑性成型工艺（冲压）课程设计

第四章 冲压的主要计算

4.1排样方式的确定以及计算

冲裁件在条料、带料或者板料上的布置方法叫做排样。排样是冲裁模设计中的一项极其重要的工作。排样方案对材料利用率、冲裁件质量、生产率、模具结构与寿命等都有重要影响。

根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为： （1）有废料排样

沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

（2）少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

（3）无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。

对于有废料排样和少废料、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方式可以分为：直排、斜排、直对排、混合排、多排、冲裁搭边等。由于所给冲裁零件为A型件，结合其自身结构，故可选用有废料排样和少废料排样两种方案。

分析零件形状，因该冲裁件结构简单，形状对称，只需要冲孔与落料两道工序，采用有废料排样。根据制件的形状特点，采用直排方法比较合理。如图1所示： 图1 排样图

4.2搭边的确定

所谓搭边就是在排样时相邻两个冲压件之间以及冲压件与板料侧边之间留下的余料。它虽然属于工艺废料，但在冲裁工艺中却要很大的作用。通常搭边的作用是为了补偿送料时的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保之间的切口表面质量，冲制出合格的制件。

9

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

表4-1 最小搭边值 （mm） 料厚t 0.8～1.2 1.2～1.6 1.6～2.0 2.0～2.5 2.5～3.0

查表4-1，两工件的搭边：a=1.5mm 侧边搭边值：a1=1.5mm 步距的确定：

圆形或圆角r＞2t的工件 工件间a1 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 侧边a 1/0 1.2 1.5 1.8 2.2 矩形件边长l≦50 工件间a1 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 侧边a 1.5 1.8 2.5 2.2 2.5 S=D+a=40+1.5=41.5mm

式中，S--步距，mm

D--工件的外径，mm a--冲件间的搭边值，mm

4.3条料宽度导料板间距的确定

（1）条料宽度的确定：

B -△=(Dmax+2a)-△

查表4-2，△=0.1 Z=0.4 （2）导料板间距离:

000

=(40+2×1.5)-△

0 =43-0.1

0

A=B+Z=L0 +2a1+Z

式中，B—条料宽度，mm；

Z—条料与导料板之间的间隙，一般取1～2mm（有侧压时）； a1—侧面搭边值，mm；

—条料宽度偏差，mm，其值可查下列表4-2；

A—导板之间的距离尺寸，mm；

D—单排时为工件展开宽度（垂直方向），多排或混合排时为工件展开垂直方向最大宽度，mm。

采用有侧压装置的导向方式，

A=B+Z=43+0.4=43.4mm

(3)条料长度的确定

L2nR(n1)a2a1

式中，L—条料的长度，mm；

10

塑性成型工艺（冲压）课程设计

n—根条料上可冲裁零件的个数，个； R— 冲裁件的最大尺寸，mm； a—侧面搭边尺寸，mm；

表4-2 条料宽度偏差值△ （mm） 条料宽度B ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 材料厚度 ~1 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1~2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 2~3 0.7 3~5 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 0.8 0.9 1.0 1.1

4.4材料的利用率及剪板方式的确定

一个步距的材料利用率为:

式中，A0—冲裁件面积（包括冲出小孔在内）（mm2）；

B—条料宽度（mm）； S—步距（mm）

若考虑到料头、料尾和边余料的消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用

A率总为 0100% B  S

式中， n一一张板料（或带料、条料）上的冲裁件总数目； A1—一个冲裁件的实际面积,mm 2； B—板料（或带料、条料）宽度,mm； L—板料（或带料、条料）长度,mm。

nA 总1100%222BL A=(×202-×4×2)-10×10+×5 =977mm 所以材料利用率：

ABS100%=（977/43×41.5）×100%=.3%

查标准规格尺寸知可选择B×L=650×1200mm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。

纵裁时的条料数： N1BB2=650/43=15.11 可冲15件 每条件数：N2(L2a)S =（1200-3）/41.5=28.8 可冲28件。

11

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

纵裁时板料可冲总件数： NN1N2=15×28=420

纵裁是的材料利用率： 1(NABL)100%=420×977/650×1200=52.6%

横裁时的条料数：N1(LB2)=1200/43=27.9 可冲27件。 每条件数： N2(B2a)S =650—3/41.5=15.5 可冲15件。 横裁时板料可冲总件数： NN1N2=27×15=405

横裁是的材料利用率：2(NABL)100%=405×977/650×1200=50.7%

通过方案一和方案二对板料利用率比较1＞2，所以冲裁时把板料裁成宽为43mm，长为1200mm的条料，这样对板料的利用率才最大。 4.5确定压力中心

冲裁力合力的作用点称为冲模的压力中心。设计冲裁模时，应该使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心想重合，即冲裁模的模柄中心应该与冲裁模的压力中心一致，以保证冲裁模在压力机上正常、平衡地进行重制工作。若无法使压力中心与滑块中心线完全重合，则设计中考虑采取平衡偏心载荷的措施，但偏载力要控制在尽可能小的范围内，且偏心距离不应该超过冲裁模的模柄尺寸。

压力中心的计算方法主要有解析法、悬挂法、作图法三种。

对于形状简单对称的工件，如圆形、正多边形、矩形，其冲裁时的压力中心与工件的几何中心重合。冲裁形状对称时，其压力中心位于冲裁件轮廓图形的中心。形状复杂的工件、多凸模冲孔模及连序模的压力中心则用解析法或作图法来确定。

nlixilxlxlxlxlxn i x  1 1 2 2 3 3 4 4 n  10nl1l2l3l4ln lii1 nliyi

l1y1l2y2l3y3l4y4lnyni1 y 0  l  l  l  l    l n

1234nli

i1

x2,y2xn,yn分别为每个凸模的压力中心坐标，l1、l2ln分别为各个孔的式中，x1,y1、周长，x0,y0为压力中心。

12

塑性成型工艺（冲压）课程设计

由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。即坐标原点O。该点坐标为（0，0）。 4.6凸、凹模刃口尺寸的计算 4.6.1尺寸计算原则

在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，要考虑下述原则：

（1）落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，一凸模为基准，间隙取在凹模上。 （2考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件范围内的较小尺寸，设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，凸、凹模虽磨损到一定程度，仍能冲出合格零件。

（3）由于凸、凹模均要与冲裁件或废料发生摩擦，从而导致模具磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使模具间隙愈用愈大，因此在设计新模具是，凸、凹模间隙应取最小合理间隙值。

（4）确定凸、凹模制造公差时，应考虑到制件的精度要求。如果对凸、凹模刃口精度要求过高会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果精度要求过低，则生产出来的零件可能不合格，或使模具寿命下降。

因为零件没有标注公差，则公差数值按IT14精度处理，冲模按IT6~IT7精度来制造模具。

表4-4规则形状（圆形、方形）冲裁时凸、凹模的制造偏差 （mm） 基本尺寸 ≤18 凸模偏差δp 0.020 凹模偏差δd 0.020 基本尺寸 ＞180～260 凸模偏差δp 0.030 凹模偏差δd 0.450 13

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

＞18～30 ＞30～80 ＞80～120 ＞120～180 0.020 0.020 0.025 0.030 0.025 0.030 0.035 0.040

＞260～360 ＞360～500 ＞500 - 0.035 0.040 0.050 - 0.050 0.060 0.070 - 表4-5 系数x 料厚t（mm） 1 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 非圆形 0.75 0.17～0.35 0.21～0.41 0.25～0.49 0.5 工件公差Δ/（mm） 1 1～2 2～3 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 0.75 圆形 0.5 d (Dmaxx)0式中，Dd、Dp—落料凹、凸模尺寸，mm；

p、d—凸凹模的制造公差，mm； Zmin—最小初始双面间隙，mm； Zmax—最大初始双面间隙，mm； Dmax—落料件的最大极限尺寸，mm； —冲裁件制造公差； x—系数。

图4-6 落料、冲孔时各部分尺寸与公差分布情况

落料件400-0.1 由书中知Zmax=0.03 Zmin=0.01 0.1

4.6.2落料件尺寸的基本计算公式为 Dp(DdZmin)0p

Dd 14

塑性成型工艺（冲压）课程设计

p0.008mm,d0.012mm x=1 0.0120.012Dd(4010.1)0mm 39.90

00(39.90.01)39.87Dp(DdZmin)00.0080.008mm p

4.6.3冲孔

设冲孔尺寸为d0，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。首先确定凸模尺寸，是凸模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最大极限尺寸；讲凹模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸。

dp(dminx)0p

d dd(dpZmi) n0 式中 dd dp—落料凹、凸模尺寸，mm； Dmax—落料件的最大极限尺寸，mm； dmin—冲孔件的最小极限尺寸，mm； —冲裁件制造公差，mm； Zmin—最小初始双面公差，mm

p、d—凸、凹模的制造公差，mm，可查表4-5得出

x—系数，为了避免冲裁件尺寸都偏向极限尺寸，应试冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸。x的值在0.5~1之间，与冲裁件的精度等级有关，可查表。采用凸、凹模分开加工时，应在图样上分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差，为了保证间隙值，应满足下列公式：

pdZmaxZmin

如果验算不符合上式，出现pdZmaxZmin的情况，当大得不多时，可适当调整以满足上述条件，这时凸、凹模的公差直接按公式确定。

p0.4ZmaxZmin

d0.4ZmaxZmin

dd

000.08 dp(dminx)0 (100.750.058)10.0440.0080.008mm pd0.0120.012 (10.0440.01)0 mm 10.00 mm (dpZmin)0

表4-4 磨损系数X 非圆形 15

圆形 第十一组：增高垫片冲压工艺设计

材料的厚度/mm <1 1~2 2~4 >4 1 ≤0.16 ≤0.20 ≤0.24 ≤0.30 0.75 0.17~0.35 0.21~0.41 0.25~0.44 0.31~0.59 0.5 工件公差/mm ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 0.75 <0.16 <0.20 <0.24 <0.30 0.5 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30

表4-5规则形状（圆形、方形）冲裁时凸、凹模的制造偏差 （mm） 基本尺寸 ≤18 ＞18～30 ＞30～80 ＞80～120 ＞120～180

凸模偏差δp 凹模偏差δd 0.020 0.020 0.020 0.025 0.030 0.020 0.025 0.020 0.035 0.040 基本尺寸 ＞180～260 ＞260～360 ＞360～500 ＞500 - 凸模偏差δp 凹模偏差δd 0.030 0.035 0.040 0.050 - 0.450 0.050 0.060 0.070 - 4.6.4孔心距的计算 LAL/8=100.25

4.7冲压工艺力的计算

冲压工艺力主要包括冲裁力、推件力、卸料力。冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大压力，包括施加给板料的正压力和摩擦阻力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力；从凸模上卸下箍着的料所需要的力称为卸料力。

16

塑性成型工艺（冲压）课程设计

4.7.1冲裁力的计算

冲裁时，凸模给材料施加压力，同时，材料也对凸模产生反作用力，通常我们把这种反作用力称为抗力。材料对凸模的最大抗力就是冲财力，它是选择压力机和设计模具的重要依据之一，为了正确选择压力机和设计模具，就必须计算冲裁力。

用一般平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下列公式计算：

tb FKL式中，F—冲裁力，N；

L—冲裁周边长度，mm； t—材料厚度，mm；

b—材料剪切强度，MPa； K—安全系数。

系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K1.3。

由条件知冲裁力的L落=93.6，L孔=51.4 抗剪强度τ=490MPa，代入得：

F落1.393.60.349017.9KN

F孔1.351.40.34909.8KN

所以 F冲F孔F落=17.9+9.8=27.7KN 4.7.2 卸料力的计算

卸下包在凸模上材料所需的力叫卸料力，其计算公式为：

FXKXF 式中，KX是卸料力系数，查表知KX0.065 FX=0.065×9.8=0.637KN

4.7.3 推件力的计算

顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需要的力叫做推件力，其计算公式为

FTnKTF

式中，KX、KT、KD—分别为卸料力、推件力、顶件力系数，见表4-6 n—同时梗塞在凹模内的工件（或废料）数；

nh/t h—凹模洞口的直壁高度，mm； t—材料厚度，mm;

由文献查表得；KT0.063 n=1

17

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

FT=0.063×17.9=1.12KN

4.7.4冲压力的确定

FZF冲FTFX=27.7+0.637+1.12=29.457KN

表4-6 卸料力、推件力和顶件力系数

料厚t/mm ≤0.1 0.1~0.5 钢 0.5~2.5 2.5~6.5 ＞6.5 铅、铝合金 纯铜、黄铜

4.8冲压设备的选择

F公1.3FZ=1.3×29.457=38.29KN即公称压力不是很大，故可选公称压力相对中等类型的压力机，可查下表：

表4-7 压力机技术规格

主要技术参数 公称力/KN 滑块行程/mm 滑块行程次数/n.min1 最大闭合高度/mm 闭合高度调节量/mm 滑块中心至车床距离/mm 立柱间尺寸/mm 前后 工作台尺寸/mm 左右 前后 工作台孔尺寸/mm 左右 直径

KX 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.025~0.08 0.02~0.06 KT KD 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 0.03~0.07 0.03~0.09 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 J23-10 100 45 145 180 35 130 180 240 370 130 200 170 18

型 号 J23-16 J23-25 160 250 70 65 115 55 220 270 60 55 160 200 230 270 300 370 450 500 110 200 220 290 160 260 JC23-63 630 120 50 360 80 260 350 480 710 200 340 250 塑性成型工艺（冲压）课程设计

查垫板尺寸/mm 表

模柄孔尺寸/mm 4-7可

滑块底面尺寸/mm 选左右 得

机械 压

力机，具体参数如下

型号为J23-10，公称力100KN； 滑块行程45mm； 滑块行程次数145n.min1； 最大闭合高度180mm； 闭合高度调节量35mm；

滑块中心至车床距离130mm；

立柱间尺寸180mm； 工作台尺寸前后240mm； 工作台左右尺寸370mm； 工作台孔尺寸前后130mm；

左右220mm,直径170mm；

厚度 直径 深度 前后 35 30 55 150 170 40 30 50 180 220 50 40 60 220 260 80 50 80 280 315 垫板尺寸厚度35mm：

模柄孔尺寸直径30mm，模柄孔尺寸深度55mm； 滑块底面尺寸前后150mm，左右170mm

19

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

总 结

紧张的模具设计，在老师和我们的共同努力下，终于结束了。通过这次实习，使我在原来的理论基础上增加了实战性的知识，同时我也感受到要成为一个模具设计师需要付出很多努力。

（1）30钢抗拉强度 σb (MPa)≥490，屈服强度 σs (MPa)≥295，伸长率 δ5 (%)≥21，断面收缩率 ψ(%)≥50，剪断面粗糙度,Ra=3.2μm

（2）生产方案采用级进模；

（3）送料方式采用自动送料，卸料方式采用弹压卸料方式，出件方式采用向下落料出件。

（4） 排样方式采用有废料排样，条料的总利用率可达.3%

0.012（5）压力中心位于0,0，落料刃口凹凸模尺寸39.90和39.870孔心距100.25，0.008，00.012冲孔尺寸10.080和，倒料板间距离43。 10.09-0.10.0080（6）总冲压力为38.29KN；采用型号为J23-10，公称力100KN；机械压力机。 本次设计中，本人在工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、模具零件结构设计、编写说明书和查阅参考文献等方面受到一次综合的训练，增强了动手能力和创新设计能力，并且充分利用了CAD技术。最后利用常用的CAD软件来进行模具的设计和出图。

20

塑性成型工艺（冲压）课程设计

参考文献

[1] 翁其金，徐新成主编.冲压工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社，2008 [2] 刘建超，张宝中.冲压模具设计与制造[M].北京：机械工业出版社，1999

[3] 林承全，胡绍平.冲压模具课程设计指导与模范例[M].北京：化学工业出版社，2008 [4] 王芳.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，1997

[5] 冲模设计手册编写组，冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社，1988

21

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

致 谢

通过这次冲压课程设计，综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实际知识进行一次冲压工艺设计，通过实际设计从而培养和提高了自己的个人能力，巩固与扩充了冲压冲压设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能，懂得了从分析零件的工艺性入手，确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了相应规范和标准，同时对各科相关的课程都有了全面的复习，思考的能力也有了提高。并提高了查阅设计资料和手册的能力，熟悉了设计中的标准和规范等。

本次设计是在指导老师刘建的悉心指导下完成的。导师敏锐的学术思想，严谨的治学态度，认真的工作作风使学生受益非浅。值此成文之际，特向老师致以忠心的感谢和诚挚的敬意。

22

塑性成型工艺（冲压）课程设计

附 录

附表1-1标准公差数值（摘自GB/T 1800.3-1998)

大于 3 6 10 18 30 50 80 120 180 250 315 400 500 630 800 100125160200250至 3 6 10 18 30 50 80 120 180 250 315 400 500 630 800 1001251602002503153 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 33 39 46 55 68 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 32 36 40 47 55 65 78 96 6 8 9 11 13 16 19 22 25 29 32 36 40 44 50 56 66 78 92 110 135 IT4 IT5 IT6 IT7 μm 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 70 80 90 105 125 150 175 210 14 18 22 27 33 39 46 63 72 81 97 110 125 140 165 195 230 280 330 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 175 200 230 260 310 370 440 0 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185210 230 250 280 320 360 420 500 600 700 860 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 440 500 560 660 780 920 0.1 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.3 0.35 0.4 0.46 0.52 0.57 0.7 0.7 0.8 0.9 1.05 1.25 1.5 IT8 标准公差等级 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 mm 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0. 0.63 0.72 0.81 0. 1.1 1.1 1.25 1.4 1.65 1.95 2.3 2.8 3.3 0.25 0.3 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1 1.15 1.3 1.4 1.75 1.75 2 2.3 2.6 3.1 3.7 4.4 5.4 0.4 0.48 0.58 0.7 0.84 1 1.2 1.4 1.6 0.85 2.1 2.3 2.8 2.8 3.2 3.6 4.2 5 6 7 8.6 0.6 0.75 0.9 1.1 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 2.9 3.2 3.6 4.4 4.4 5 5.6 6.6 7.8 9.2 11 13.5 1100 1.75 1352.1

23

第十一组：增高垫片冲压工艺设计

附表Ⅱ 冲裁模初始双面间隙Z

附表III钢板规格表

24

塑性成型工艺（冲压）课程设计

25