第1章 绪论
1.1冲压工艺介绍
冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。
冲压工艺有如下特点
1.用简单的机械设备能生产出其他加工方法难以加工的复杂形状的制件。 2.制件的精度高，互换性好，一般不再需要大量的机械加工就能获得强度高、刚性好、质量轻的零件。
3.同切削加工相比较能节约金属资源，并可以利用廉价的板材。 4.生产效率高，每分钟能够生产多件产品，制件成本低廉。 5.有利于实现机械自动化，减轻工人的劳动强度和改善劳动条件。 冲压件在工业生产中具有不可替代的作用，据统计全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。
1.2 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。
复合冲压是指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
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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。
1.3 冲压技术的现状及发展方向
目前，我国冲压行业的机械化、自动化程度还较低。中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的5～10倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。对于大、精模具还依赖于进口，冲压板材自给率不足，品种规格不配套以及专业人才的缺乏等这些条件都制约着我国冲压行业的发展。因此，争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代型材弯曲成形技术及相关设备。
21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求，适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。
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第2章 冲裁件的工艺性
2.1设计目标
设计任务:垫块冲裁模具设计 零件名称：垫块 生产批量：大批 材料：304 材料厚度：t=1mm 未注公差：按IT14级确定 冲压加工的零件如图2.1所示：
图2.1 垫块
2.2 零件的工艺性分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。冲压件的工艺性是否合理对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响，在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。
304不锈钢是一种通用的不锈钢，具有良好的塑性和较高的弹性,它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐腐蚀和成型性）的设备和机件，同时也具有很好的冲压加工性能。
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通过分析，该零件形状简单、对称，由圆弧和直线组成，孔边距及孔距均满
足冲压要求，冲压过程只需要一道工序即可完成整个加工过程。
2.3冲压工艺方案的确定
通过前面的分析，此零件只需要进行一道工序就可加工，因此采用单工序模就能满足加工要求，单工序模具有如下特点： 1.模具结构简单，制造周期短，加工本钱低。
2.模具通用性好，不受冲压件尺寸的限制即适合于中小型冲压的生产；也适合于一些外形尺寸较大、厚度较厚的冲压件的生产。
对一些精度要求不高，生产批量不大的工件，采用单工序模具还是比较合适的。尤其是现在我们国家实行的是社会主义市场经济。新产品的开发与研制对每个企业来说，都是至关重要的。而对一些需要冲压生产的新产品来说，就提出了一个要求：要求研制周期短，开发速度快，制造本钱低。因内有这样开发出的磨擦产品才能迅速占领市场。而在这一点上，单工序模具就更能满足这一要求，所以就显得更实用一些。
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第3章冲压模具工艺与设计计算
3.1 排样的设计计算
3.1.1排样方案的选择
排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。通常材料费用为工件制造费用的60%～80%，因此合理的排样是降低成本的最为之有效的措施。
由于排样方法的不断改进，材料的利用率逐渐提高，但仅仅考虑材料的利用率还不够，排样的好坏同时影响冲裁件的精度、生产效率的高低、模具寿命及经济效益等，还必须考虑生产操作的方便性和模具结构的合理性问题。
排样分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种方式，有废料排样冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差。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。查《模具设计及CAD》表2-8选择零件的排样方式为有废料排样。 3.1.2搭边值的选取
搭边是指冲裁是工件与工件之间、工件与板料之间的余料。
搭边的作用：补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。
搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。
搭边值的大小与下列因素有关：
1.材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。
2.工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。 3.材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。 4.排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边值。
5.运料及挡料方式用手工送料，有侧压板导向的搭边值小一些。 查《模具设计及CAD》表2-9得到表3.1。
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表3.1金属材料冲裁的搭边值 单位：mm
料厚 圆形 a <1 1～2 2～3 3～4 4～5 1.5 2 2.5 3 4 b 1.5 1.5 2 2.5 3 a 2 2.5 3 3.5 5 手送料 非圆形 b 1.5 2 2.5 3 4 a 3 3.5 4 5 6 往复送料 b 2 2.5 3.5 4 5 a 3 4 5 b 2 3 4 自动送料 由表3.1 取工件间搭边值取b=2mm，侧面搭边值取a=2.5mm。
3.2送料步距、条料宽度及板料间距计算
3.2.1 送料步距
送料步距是指两次冲裁间板料在送料方向移动的距离，用S表示，其值等于冲裁件相应部分宽度加上工件间搭边值b，即
S?D?b?40?2?42mm
3.2.2 条料宽度及板料间距的计算
无侧压装置的条料宽度按
b?D?2a?2??Z （3.1） 其中D为冲裁件宽度方向的最大尺寸；a为侧搭边的最小值；?为条料宽度 允许偏差；Z为导料板与最宽条料之间的间隙,查《模具设计及CAD》表2-1 表2-12、表2-13取?=-0.8，Z=1。
将D=40mm，a=2.5mm代入式3.1得到无侧压装置的条料宽度
b?100?2?2.5?2???0.8??1?104.4mm
3.2.3 材料利用率的计算
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。
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材料利用率
?＝?100% （3.2） BS式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度； S—送料步距。
利用CAD查询命令得到一个步距内冲裁件的实际面积A=2273.6mm，
A2273.6?100%=?100%?52%。 则材料利用率?＝BS104.4?422A
图3.1 排样图
3.3 设计冲裁力和压力中心
3.3.1 冲裁力
冲裁模设计过程中必须计算冲裁力，以合理的选择压力机。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 平刃模冲裁时，其冲裁力
[4]
F0?Lt?b （3.3）
式中 F0—冲裁力，N；
t—材料厚度,mm； L—冲裁件周长,mm；
?b—材料抗剪强度。
考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料力学性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需要增加30%，将L=370.255mm,t=1mm,?b=520MPa代入式（3.3）得到
F?1.3F0?1.3?370.255?1?520?250.3KN
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卸料力
F卸?K卸F （3.4）
推件力
F推?nK推F （3.5）
顶件力
F顶?K顶F （3.6）
式中 N—同时卡在凹模内的工件数量；
h—凹模内的直刃壁高度； t—板料厚度 。
卸料力、推件力及顶件力系数, 查《模具设计及CAD》表2-6得到下表。
表3.2卸料力、推件力及顶件力系数
材料 钢 K推 t?0.1mm 0.1 0.063 0.055 K顶 0.14 0.08 0.06 K卸 0.065~0.075 0.045~0.055 0.1mm?t?0.5mm 0.5mm?t?2.5mm 0.04~0.05 2.5mm?t?6.5mm 0.045 0.05 0.03~0.04 t>6.5mm 铝、铝合金 纯铜、黄铜 0.023 0.03 0.02~0.03 0.025~0.08 0.03~0.07 0.03~0.09 0.02~0.06 查表3.3得K推=0.05，K顶=0.06，K卸=0.05 卸料力
F卸?K卸F=12.5KN
推件力
F推?nK推F=12.5KN
顶件力
F顶?K顶F=15KN
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冲裁时，所需要冲压力为冲裁力、卸料力、推卸力之和，应根据不同模具结构区分，由于材料的厚度较薄，选择采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模， 总冲压力
F总?F? F卸? F顶 （3.7）
将F卸=12.5KN F推=12.5KN F顶=15KN 带入上式得
F总?F? F卸? F顶? 250.3?12.5?15 ?278KN
选取的压力机公称压力为
P～1.3)F总?(1.1～1.3)?278?361KN 0?(1.13.3.2 压力中心的计算
成形工艺的合力中心称为压力中心。对于中小型模具，压力中心应与模柄中
心线大体重合；对于大型模具，应使模具的压力中心在压力机滑块中心线附近的允许范围内，否则会影响模具和机床的精度及寿命。
冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：
1.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
2.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 3.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。
以工件外轮廓直线段中点为坐标原点，由于该工件在Y方向上高度对称，所以根据CAD绘图软件查询命令计算得：压力中心为（15.853.0）。
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3.4 凹凸模刃口尺寸计算
凸、凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。
304材料的含碳量不会超过0.08%属于软钢，查《模具专业设计手册》中表 3—11中,得Zmax= 0.070mm，Zmin= 0.050mm ，Zmax?Zmin=0.020mm
查《现代模具工手册》表4-6规则形状件冲裁时凹、凸模的制造公差得到表3.1。
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表3.3规则形状凸、凹模的制造公差 单位：mm
基本尺寸 凸模偏差?p 凹模偏差?d 基本尺寸 凸模偏差?p 凹模偏差?d ?18 0.02 0.02 0.02 0.025 0.030 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 180~260 280~360 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 18~30 30~80 80~120 120~180 350~500 ?500 由表3.1 确定?p=0.025； ?d=0.035。 由于?p??d?0.06?Zmax?Zmin=0.02
所以，取?p=0.4?Zmax?Zmin?=0.008，?d=0.6?Zmax?Zmin? =0.12。 3.4.1落料刃口尺寸计算
落料件尺寸是由凹模尺寸决定的，落料时首先确定凹模尺寸，使凹模公称尺寸接近或等于工件的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙。采用凹模与凸模配合加工，以凹模为基准件，根据凹模磨损情况选择第一类，按照凹模磨损后尺寸增大。
它的基本尺寸及制造公差的确定公式如下所示。
DA=?Dmax?x??0d （3.7）
式中 D—模具基准尺寸?mm?；
Dmax—工件极限尺寸?mm?；
???—工件公差?mm?；
?d—凹模偏差。
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图3.2垫块尺寸A?0.08?0.741??100?0.5?0.02?0?99.99?0.0590
A?0.742??40?0.5?0.02??0.080?39.99?0.0590
A?0.08?0.363??6.4?0.5?0.02?0?6.390?0.0290
A4??74.4?0.5?0.02??0.08?0.74?74.390?0.05900
A?0.08?0.365??7.6?0.5?0.02?0?7.590?0.0290
A6??17.12?0.5?0.02??0.08?0.430?17.11?0.0340
A?0.08?0.367??3?0.5?0.02?0?2.99?0.0290
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第4章冲压模具结构设计
4.1坚固件及定位零件的选择
定位零件是指保证条料或毛坯在模具中的位置正确的零件。包括导料板（或导料销）、挡料销等。导料板对条料送进起导向作用，挡料销限制条料送进的位置。
4.1.1导料销的选择
送料导向的定位零件有导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。导料销则多用于复合模和单工序模中。因此选导料销做为导向且位于条料的同侧，设3个，从前向后送料时导料销装在前侧（活动式），为标准件。
4.1.2 挡料销的选择
送料定距的定位零件有挡料销、定距侧刃等，定距侧刃多用于级进模和单工序模中。挡料销则多用于复合模和单工序模中。选取挡料销做定距定位零件。在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式橡胶弹顶挡料销。查《中国模具工程大典》表3.1-23查得挡料销高度h=2mm。挡料销图形如图4.1所示。
图4.1挡料销
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4.2 卸料装置和推件装置的选择
4.2.1 卸料装置的选择
卸料板的主要作用是将冲压的料从凸模或凸、凹模上推下来，常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板，弹压卸料板安装在凸模上，一般冲1毫米以下的薄板。固定卸料板安装在凹模上,主要冲厚板。根据材料厚度选择弹压卸料板。查《中国模具工程大典》表3.1-33、表3.1-34得到卸料板宽度和与凸模配合间隙值，如下表4.1、4.2所示。
表4.1弹压卸料板与凸模配合间隙值 单位：mm
材料厚度t 0.5 >0.5～1 >1 [8]
单面间隙C <0.05 [9]
0.1 0.15 弹压卸料板与凸模配合间隙值C=0.1mm。
在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.3～0.5mm。卸料板的厚度查表4.2。
表4.2卸料板的厚度 单位：mm
材料厚度 <50 >50～80 >80～125 卸料板宽度B t h0 H0 h0 H0 h0 H0 ～0.8 6 8 6 10 8 13 >0.8～1.5 6 10 8 12 16 20 材料厚度t=1mm 查上表得卸料板厚度h0?16mm。卸料板图形如图4.2所示
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`
图4.2卸料板
4.2.2 推件装置的选择
推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种，一般刚性用的较多，它由打杆、推板、连接杆和推件块组成。可由《模具专业毕业设计手册表》8—30查得。 4.2.3卸料橡胶的选择
橡胶允许承受的负载较大，占据的空间较小，安装调整比较方便灵活，而且成本低，是中小型冲压模弹性卸料、顶件及压边的常用弹性元件，橡胶选用时，应主要确定其自由高度预压缩量及截面积。
确定自由高度
H自=式中 L工—为冲模工作行程。 自由高度
H自=L工=24mm
0.25~0.30L工 （4.1）
0.25~0.30[10]
表
确定装模后的高度：H装=H自—?0.1~0.15?H自=21.6mm，取橡胶高度为24mm。
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确定橡胶横截面积
A?F=25mm2。 q4.3 凹、凸模的设计
4.3.1 凹模的设计
凹模外形尺寸如图5-22所示，一般按经验方法确定，根据《模具设计及CAD》中表2—15得表 4.3。
表4.3凹模外形尺寸 单位：mm
板料厚度 c H C H c H c H 凹模外形尺寸（mm） b小于75 b在75—150 b在150—200 b大于200 小于0.8 26 20 32 22 38 25 44 28 0.8—1.5 30 22 36 25 42 28 48 30 b为工件最大尺寸，从表2—15中直接根据工件最大尺寸b查出凹模厚度H和壁厚c,H=25mm,c=36mm。
查手册《模具设计指导》表5—2可以选择凹模的外形尺寸为160mm?125mm。 垫板尺寸选择160mm?125mm?6mm。 固定板尺寸选择160mm?125mm?18mm。 卸料板尺寸选择160mm?125mm?16mm。 导料板尺寸165mm?125mm?6mm。 承料板尺寸选择160mm?40mm?7mm。 螺钉尺寸选择M6?10、M10?45、M10?20。 圆柱销尺寸选择10mm?45mm、8mm?20mm。 卸料螺钉尺寸选择10mm?45mm。
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