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冲压工艺方案

摘要

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。

板料冲压是金属塑性加工的一种基本加工方法，冷冲压以其生产效率高操作简便，适合大批量生产等优点，在航天，航空，汽车，电子，仪表以及轻工产品等部门得到广泛采用。

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。

冲压制品的成型方法很多。

其主要用于是冲孔，落料，弯曲，拉伸等。

而冲压模，约占成型总数的60%以上。

冷冲冲裁模主要用于金属制品的成型，它是冲压制品生产中十分重要的工艺装置。

冲压模的基本组成是：

上下模座、下模垫板、下模固定板、凹模镶块、抬料钉、导料板、卸料板,导柱导套、卸料板弹钉、卸料板等。

关键词：

冲模、冲孔、落料。

一、冲压件工艺性能及分析…………………………………………4

二、冲压工艺方案的确定……………………………………………5

三、冲压工艺的主要计算……………………………………………6

（1）主要设计计算………………………………………………6

（2）冲压力的计算………………………………………………9

（3）压力中心的确定及相关计算………………………………9

（4）工作零件刃口尺寸的计算…………………………………11

（5）卸料橡胶的设计……………………………………………13

四、模具的总体的设计………………………………………………15

（1）模具类型的选择……………………………………………15

（2）定位方式的选择……………………………………………15

（3）卸料出件方式的选择………………………………………15

（4）导向方式的选择……………………………………………15

五、主要零件设计……………………………………………………16

（1）凹模的结构尺寸设计………………………………………16

（2）凸模的结构尺寸设计………………………………………17

（3）定位零件的设计……………………………………………19

（4）导料销的设计………………………………………………20

（5）卸料部件的设计……………………………………………20

（6）模架及其他零部件的设计…………………………………21

（7）模柄的选择…………………………………………………22

六、模具总装…………………………………………………………23

七、冲压设备的选用…………………………………………………25

八、模具零件的加工工艺……………………………………………26

（1）落料凸凹模的加工工艺过程………………………………26

（2）落料凹模加工工艺过程……………………………………27

（3）冲孔凸模加工工艺过程……………………………………28

九、模具装配…………………………………………………………29

（1）冲模装配要点………………………………………………29

（2）冲模装配工艺要点…………………………………………29

（3）具体装配……………………………………………………30

（4）模具的工作原理……………………………………………30

十、致谢………………………………………………………………32

十一、参考文献…………………………………………………………33

一、冲压件工艺性能及分析

工件名称：

连接板

工件简图如图1所示

图1

生产批量：

中批量

材料：

Q195

厚度：

t=2mm

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。

冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。

一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。

当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。

以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。

一般性情况下,对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状精要求，形位公差及技术要求等。

冲裁件的工艺性合理与否，影响到冲裁件的质量，模具寿命，材料消耗，生产率等。

此工件只有落料和冲孔两个工序，材料为Q195，具有良好的冲压性能，适合冲裁加工。

工件相对比较简单，有一个直径为φ4的孔和一个长为8mm宽为4mm的长圆形孔。

孔与孔之间、边缘与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为4mm,工件的尺寸全部为自由公差，可以看着IT14级。

尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

二、冲压工艺方案的确定

确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。

确定合理的冲裁工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个合理的冲压工艺方案。

该工序包括落料和冲孔两个基本工序，可以有以下三种工序方案供选择：

方案一、先落料后冲孔，采用单工序模具生产。

方案二、先冲孔后落料，采用单工序级进模具生产。

方案三、落料—冲孔，采用正装式复合模具生产。

方案四、冲孔—落料，采用倒装式复合模具生产。

方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产效率低，工人劳动强度大，误时误工，故难以满足中批量生产要求。

方案二虽然只需要一副模具，成本相对较低而生产效率高。

但级进模轮廓尺寸比较大，制造比较复杂，所以不适合中批量生产。

方案三正装式复合模:

凸凹模在上模,落料凹模和冲孔凸模在下模。

工作时，板料以导料销、导料板、挡料钉等定位，上模下压，凸、凹模外形和凹模进行落料，落下料卡在凹模中间，同时冲孔凸模与凸、凹模内孔进行冲孔，冲孔废料卡在凸、凹模孔内。

卡在凹模内的冲件由顶件装置顶出凹模面，卡在凸、凹模内的冲孔废料由推件装置推出，当上模上行至上止点时，把废料推出，每冲裁一次，冲孔废料被推下一次，凸、凹模孔内不积存废料，胀力小，不易破裂。

虽然也只要一副模具生产，但冲孔废料落在下模工作面上，清除废料麻烦，尤其孔较多。

边料由弹压装置卸下，故不使用。

方案四倒装式复合模：

凸、凹模在下模，落料凹模和冲孔凸模在上模。

倒装式复合模通常采用刚性推件装置将卡在凹模内的冲件推下。

冲孔废料直接由冲孔凸模从凸、凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便。

如果采用直壁凹模洞口，凸、凹模内有积存废料，胀力较大，当凸、凹模壁厚较小时，可能导致凸、凹模破裂。

当采用刚性推件装置时，板料不是处在压紧的状态下冲裁的，因而平直度不高，这种结构适用于冲裁较硬或厚度大于0.3mm的板料。

但是，如果设置弹性元件，即采用弹性卸料装置，就可以冲制材料较软或板料厚度小于0.3mm，且平直度要求较高的冲裁件。

故该零件（连接板）中批量生产使用方案四倒装式复合模具。

三、冲压工艺的主要计算

3.1主要设计计算

当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。

选取的冲裁方式不同时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。

因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量。

根据不同产品的结构和工艺性能，本副模具顶板式顺出件结构。

由于本模具采用顺出件式模具冲裁，省去校平工序，既可满足工件对平面度的要求，有能保证安全生产。

冲裁件在条料、带料或者板料上的布置方式叫排样。

合理的排样能有效提高材料利用率，降低成本，保证冲件质量及模具寿命。

3.1.1排样方式

根据材料的合理利用情况、条料排样方法可以分为三种：

（1）有废料排样：

沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间，冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲裁模保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率不高

（2）少废料排样：

沿冲件部分外行切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间有搭边，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，冲件质量稍差，边缘毛刺影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

（3）无废料排样：

冲件与冲件之间或冲件与侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件，冲件的质量和模具寿命最差，但材料利用率最高。

另外，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。

采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。

但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。

同时由于模具单边受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。

为此，排样时必须统筹兼顾、全面考虑。

在生产实践中，由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同，不可能提供一种固定不变的合理排样方案。

但在决定排样方案时应遵循一定的原则：

保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件，同时考虑方便操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等，总之要权衡利弊，以选择较为合理的排样方案。

因为本工件外形为长圆形，冲裁的各孔也为圆（长圆形），工件尺寸精度要求稍高，工件外形和内孔尺寸完全由模具刃口决定，工件生产批量大，所以要求模具寿命高，通过综合考虑，采用有废料排样。

3.1.2搭边值的确定

排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料之间留下的工艺废料叫搭边。

搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。

搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边数值。

搭边过大，材料利用律低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。

据生产统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50﹪以上。

影响搭边值的因素:

（1）材料的力学性,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，搭边值取大些

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

（5）挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。

搭边值一般是由经验再经过简单计算确定的。

搭边值取α1=2.0mm和α=2.5mm。

条料宽度为56mm，步距为18mm，查板材标准宜选用板材为600mmx650mm每张板材可以剪裁成10张条料为56mmx60mm。

剩余的可以做33个40mmx60mm的零件。

由计算可知板材的利用率为68%。

通过以上分析和计算得出以图2的排样形式为最佳方案。

见表1所示。

图2

项目分类

项目

公式

结果

备注

排样

冲裁面积A

A=35×16+2×64　　π-16-2π×4

720mm

查表2.5.2得

最小搭边值取

α1=2.0mm和

α=2.5mm

采用无侧压装置，条料与导料销之间间隙为Cmin=1mm

条料宽度B

B=35+16+2×2.5

56mm

表1

3.2冲压力的计算

冲压力的计算当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。

选取的冲裁方式不同时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。

因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量。

根据不同产品的结构和工艺性能，本副模具顶板式顺出件结构。

由于本模具采用顺出件式模具冲裁，省去校平工序，既可满足工件对平面度的要求，有能保证安全生产。

计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，因此要计算最大冲裁力。

该模具采用复合模具，拟定选择弹性卸料装置，上出件。

冲压相关计算见表2所示。

3.3压力中心的确定及相关计算

模具压力中心就是冲压力合力的作用点。

为保证压力机和模具的正常工作，应使模具压力中心与压力机滑块的中心线相重合，否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会导致合理间隙得不到保证，本模具冲裁的材料薄，凸模与凹模间隙极小。

计算压力中心时，先画出凹模型口图。

如图3所示。

在图中将XOY坐标系建立在图示的对称中心上，将冲裁轮廓按几何图形分解成L1-L4共4组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（0.91，0）有关计算如表3所示。

项目分类

项目

公式

结果

备注

冲压力

冲裁力F

F=KLTτb

119562

L=153.4mm

Τb=300mpa

查表2.6.1得

Kx=0.04

Kt=0.55

n由计算可知

为1。

弹性卸料下

出件

卸料力Fx

Fx=KxF

4786.08

推件力Ft

Ft=nKtF

65808.6

冲压力总和Fz

Fz=Ft+Fx+F

190246.68

表2

图3

基本要素长度

L/mm

各基本要素压力中心坐标值

X

Y

L1=50.27

0

0

L2=70

0

0

L3=12.57

-17.5

0

L4=20.57

17.5

0

合计L=153.4

0.91

0

表3

X0=（-12.57×17.5+20.57×17.5）/153.4=0.91

Y0=（12.57×0+20.57×0）/153.4=0

由以上计算可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点O。

若选用J23-25冲床，C点仍在压力机模柄空投影面积范围内，故满足要求。

3.4工作零件刃口尺寸的计算

凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度，模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。

凸、凹模刃口尺寸的计算原则：

由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都带有锥度，而在冲裁件的测量和使用中都是以光亮带的尺寸为基准。

落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸，落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，而冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。

冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。

因此，确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔。

设计落料模先确定凹模刃口尺寸。

以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凹模刃口尺寸来取得。

设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。

根据冲模在使用过程中磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件最小极限尺寸，设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。

这样，凸凹模在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。

模具磨损预留量与工件制造精度有关。

用X△表示，其中△为工件的公差值，X为磨损系数，其值在0.5——1之间，根据工件制造精度选取：

工件精度IT10以上X=1

工件精度IT11——IT13X=075

工件精度IT14X=05

不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）

本工件形状规则，材料薄，凸模与凹模间隙小，适宜采用线切割机床分别加工落料凸凹模、冲孔凸模、上模固定板、下模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的孔距，凸凹模和凸模的精度，保证间隙，还能使装配简化，因此，工作零件刃口尺寸计算就按照分别加工法计算。

具体见表1.2.4所示。

尺寸及分类

尺寸转换

计算公式

结果

备注

落料

R8

R80-0.36

RA=（Rmax-XΔ）+δ　0

RA=7.82+0.0200

查表2.3.2得

Zmax=0.360

Zmin=0.246

磨损系数X=0.5

δA-δT按表2.4.1取

校核后满足

δA+δT≤

（Zmax-Zmin）

RT=（RA-Zmin/2）0-δT

RT=7.6970-0.02.

冲孔

φ4

φ4+0.30

dT=（dmin+X

Δ）0-δT

dA=（dT+

Zmin/2）+δ　0

dT=4.150-0.020

dA=4.273+0.0200

8×φ4

8+0.360×φ4+0.30

dT=4.10-0.020

×8.180-0.020

dA=4.273+0.0200×8.303+0.0200

孔心距

35

35±0.15　　　

LA=L+Δ/8

LA=3.5±0.0375

表4

3.5卸料橡胶的设计

在冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。

为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。

从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力；卸料力由卸料橡胶提供。

卸料橡胶的设计计算如下表所示，选用4块橡胶板的厚度务必一致。

不然会造成受力不均，运动产生歪斜，影响模具正常工作。

详情见表5所示。

橡胶如图4所示。

项目

公式

结果

备注

卸料板的工作行程h工

h工=h1+t+h2

5mm

h1为凸模凹进卸料板的高度1mm

h2为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm

h修为凸模修模量，取5mm

H自由取H工的25%

一般H预=（10%~15%）H自由

选用4个圆筒形橡胶

d为圆筒形橡胶的内径，取d=13mm；p=0.5Mpa

橡胶工作行程H工

H工=h工h修

10mm

橡胶自由高度H自由

H自由=4H工

40mm

橡胶预压缩量H预

H预=15%H自由

6mm

每个橡胶承受载荷F1

F1=F卸/4

1

196.52N

橡胶的外径D

D=√（d×d+1.27/p）

56mm

校核橡胶的自由高度H自由

0.5≤自由/D≤1.5

满足要求

橡胶的安装高度H安

H安=H自由-H预

34mm

表5

图4

四、模具的总体的设计

4.1模具类型的选择

由冲压工艺分析可知采用倒装式复合模具进行生产。

4.2定位方式的选择

因为该模具是条料，控制条料送进方向采用导料销，无侧压装置。

控制条料的送进步距采用导料销初定距，定位销精定距。

4.3卸料出件方式的选择

卸料装置分为固定卸料装置、弹压卸料装置和废料切刀三种。

卸料板用于卸掉卡箍在凸模上或凸、凹模上的冲裁件或废料。

废料切刀是在冲压过程中将废料切断或数块，避免卡箍在凸模上。

弹压卸料装置既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较好，因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。

弹压卸料板与凸模的单边间隙可根据冲裁板料厚度按下表选用。

在级进模中，特别小的冲孔凸模与卸料板的单边间隙可将表中数值适当加大。

当卸料板起导向作用时，卸料板与凸模按H7/h6配合制造，但其间隙应比凸、凹模间隙小。

此时，凸模与固定板以H7/h6或H8/h7配合。

此外，在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.3～0.5mm以便顺利卸料。

弹压卸料板与凸模间隙值表6

材料厚度t

<0.5

0.5～1

>1

单边间隙T

0.05

0.1

0.15

表6

4.4导向方式的选择

导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。

对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。

模具中应用最广泛的是导柱和导套。

为了提高模具的寿命质量，方便调整安装，该模具采用后侧导柱的导向方式。

五、主要零件的设计

5.1凹模的结构尺寸设计

凹模外形结构、尺寸的确定。

冲裁件精度不高、形状简单，为了保证冲裁件不留在凹模内，凹模磨损后修模余量小，凹模容易加工，落料和冲孔的凹模刃口形式均选用锥形刃口凹模，单边锥角α=30＇。

凹模外形尺寸确定如下：

凹模厚度H=Kb=0.5×51=25mm（其中，系数K是查表求得，b为凹模孔的最大宽度）

凹模厚度C=（1.5~2.0）H，C取18mm。

凹模长度L=b+2c=51+80=131mm取140mm。

凹模宽度B=冲裁件宽度+2c=（16+80）=96mm。

最后依据设计尺寸，按冲压模具标准模架凹模周界尺寸系列，确定凹模外形尺寸为135mm×100mm×25mm。

见图5所示。

图5

5.2凸模的结构尺寸设计

5.2.1落料凸模结构尺寸的确定

可按公式2.9.2计算。

L=h1+h2+t+h=18+14+25=59mm具体结构可参见图1.1.6所示。

5.2.2冲孔凸模

因为冲孔凸模，都属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面便于装配与更换：

L=h1+h2+t+h=16mm+20mm+2mm+12mm=50mm如图1.1.7所示。

图6

图7

5.3定位零件的设计

上模座与冲孔凸模固定板落料凹模，下模座与凸凹模固定板设置了两个销钉。

都是借用φ8的两个孔作为销钉孔，销钉选用φ8×55，采用H7/H6配合定位。

销高于凸凹模1~2mm，与落料凸模相距2.0mm。

直径2.0mm。

GB/T117内六角螺钉选GB70-76《实用冲压模具设计手册》郑可鍠主编。

P348，如图8所示。

图8

5.4导料销的设计

因为导料销与板材接触，故导料销离落料凸模相距2.5mm。

高于凸模1~2mm。

直径选取2mm为宜。

硬度为40~45HRC。

GB17119

5.5卸料部件的设计

5.5.1卸料板

卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为14mm。

卸料板用Q235钢制造，淬火硬度为40~45HRC。

5.5.2卸料螺钉

卸料螺钉的选自《冲压手册》P645重庆大学王孝培主编GB2867.5-81卸料板上设置4个卸料螺钉，工称直径为8mm，螺纹部分为M6.0×7mm。

卸料钉尾部应留有足够的行程空间。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm。

有误差时通过在卸料螺钉与卸料板之间安装。

如图9所示。

图9

5.6模架及其他零部件的设计

一类是由上模座、下模座、导柱和导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板、下模座、导柱和导套组成的导板模模架。

导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向，滚动导向模架在导柱和导套间装有保持架和钢球，由于导柱、导套间的导向通过钢球的滚动摩擦实现，导向精度高，使用寿命长，适用于高精度，薄材料的冲裁模。

该模具采用后侧导柱模架，以凹模周界尺寸为依据选择模架规格。

材料选用HT250，许用压应力6bc＝140mpa模座的上、下表面的平行度应达到千级公差，上、下模座的导套、导柱安装孔中心距精度在±0.02mm。

模座的上、下表面粗糙度Ra值1.6um。

H=170~225。

h1=40、h2=50、S=170、R=35、A1=75、A2=130。

选自《实用模具设计手册》郑可鍠主编。

P338、GB2851.4-81导套、导柱标准的选择。

导柱d/mm×Lmm导套d/mm×Lmm×Dmm分别选用φ16mm×100mm、φ16mm×65mm×25mm。

20钢，选自《冲压手册》如图10所示。

上模座厚度H上模取40mm、上模垫板取6mm、固定板厚度为18mm、下模板厚度为50mm,哪么该模具的闭合高度为：

H闭=40+6+22+