《毕业设计指导与案例分析》
《毕业设计指导与案例分析》
冲压模的设计
7.1 冲压模的设计内容和步骤
7.1.1冲压模的设计目的
冷冲模课程设计是“模具设计与制造专业”教学环节计划安排的非常重要的教学实践环节，也是毕业设计的首选内容。模具课程设计一般安排在学习冷冲模具设计理论课程后，其目的在于巩固所学知识，熟悉有关资料，梳理正确的设计思想，掌握设计方法，培养学生的实际工作能力。通过模具结构设计，学生在工艺分析、工艺方案论证、工艺计算、模具零件结构设计、编写技术文件和查阅文献方面受到一次综合训练，增强学生的实际工作能力。
7.1.2冲压模的设计步骤
1）明确设计任务，收集有关资料；
2）工艺分析和工艺方案的制订；
3）工艺计算和设计；
4）模具结构设计；
5）绘制装配图和零件图；
6）图样审核；
7）编写使用说明书和设计计算书。
7.1.3明确设计任务，收集资料
学生拿到设计任务书后，首先明确自己的设计课题要求。并仔细阅读《冷冲模设计指导》教材，了解模具设计的目的、内容、要求和步骤。其次在教师指导下拟定工作进度计划，查阅有关图册、手册等资料。冲压模设计时应准备以下资料。
1.冲压件的产品零件图及生产纲领
产品图上标有零件的形状、尺寸、精度、材料牌号及技术要求；生产纲领即是产品的生产批量。产品图和生产纲领是冲模设计最主要的依据，设计出来的模具最终必须保证生产出合格的产品零件，模具设计尽量达到寿命最大化。
2.产品工艺文件
主要内容是草拟的冲压工艺卡。冲压零件通常是由若干冲压工序按一定的顺序逐次冲压成型的。因此，冲模设计前，先要进行冲压工艺分析与草拟，确定工序次数、工序的顺序及工序简图等，并把这些内容编写成冲压工艺规程卡（草拟）。冲压工序数和工序的组合确定了这一冲压零件的模具数量和模具设计的重要依据，冲压设计者必须按照草拟的工艺规程的工艺方案、模具数量、模具类别和相应的工序简图来设计冲压模具。
3.冲压设备资料
冲压设备的资料主要是指冲压设备的说明书或查找冲压设备的技术数据，其内容主要有技术规格、结构原理、调试方法、顶出和打料结构以及安装模具的各种参数（如闭合高低、模炳孔尺寸、工作台尺寸等）。设计冲模时，应全面了解设备的结构特点和尺寸参数，并使模具的有关结构和尺寸与设备相适应。
4.有关冲压模标准化的资料
设计冲模时，应优先采用冲模国家标准件，尽量做到模具零部件标准化，以提高设计效率和设计品质，缩短冲模的设计与制造周期。
7.2 冲压模设计
7.2.1冲裁模设计
冲裁是最基本的冲压工序，冲裁模的工艺设计包括排样布置、刃口尺寸计算、间隙确定、冲裁力与压力中心计算。
1.冲裁工艺设计
（1）条料排样
工件在条料上的布置方法叫做冲裁件的排样。在冲裁工程中，材料的利用率，主要视排样而定。排样的正确与否，不但影响材料的利用率，而且影响模具的寿命和生产率。
排样时应考虑下面四个问题。
1)材料的利用率。力求在相同的材料面积上得到最多的工件，以提高材料的利用率，材料利用率用式（7-1）计算：
冲压模的设计
7.1 冲压模的设计内容和步骤
7.1.1冲压模的设计目的
冷冲模课程设计是“模具设计与制造专业”教学环节计划安排的非常重要的教学实践环节，也是毕业设计的首选内容。模具课程设计一般安排在学习冷冲模具设计理论课程后，其目的在于巩固所学知识，熟悉有关资料，梳理正确的设计思想，掌握设计方法，培养学生的实际工作能力。通过模具结构设计，学生在工艺分析、工艺方案论证、工艺计算、模具零件结构设计、编写技术文件和查阅文献方面受到一次综合训练，增强学生的实际工作能力。
7.1.2冲压模的设计步骤
1）明确设计任务，收集有关资料；
2）工艺分析和工艺方案的制订；
3）工艺计算和设计；
4）模具结构设计；
5）绘制装配图和零件图；
6）图样审核；
7）编写使用说明书和设计计算书。
7.1.3明确设计任务，收集资料
学生拿到设计任务书后，首先明确自己的设计课题要求。并仔细阅读《冷冲模设计指导》教材，了解模具设计的目的、内容、要求和步骤。其次在教师指导下拟定工作进度计划，查阅有关图册、手册等资料。冲压模设计时应准备以下资料。
1.冲压件的产品零件图及生产纲领
产品图上标有零件的形状、尺寸、精度、材料牌号及技术要求；生产纲领即是产品的生产批量。产品图和生产纲领是冲模设计最主要的依据，设计出来的模具最终必须保证生产出合格的产品零件，模具设计尽量达到寿命最大化。
2.产品工艺文件
主要内容是草拟的冲压工艺卡。冲压零件通常是由若干冲压工序按一定的顺序逐次冲压成型的。因此，冲模设计前，先要进行冲压工艺分析与草拟，确定工序次数、工序的顺序及工序简图等，并把这些内容编写成冲压工艺规程卡（草拟）。冲压工序数和工序的组合确定了这一冲压零件的模具数量和模具设计的重要依据，冲压设计者必须按照草拟的工艺规程的工艺方案、模具数量、模具类别和相应的工序简图来设计冲压模具。
3.冲压设备资料
冲压设备的资料主要是指冲压设备的说明书或查找冲压设备的技术数据，其内容主要有技术规格、结构原理、调试方法、顶出和打料结构以及安装模具的各种参数（如闭合高低、模炳孔尺寸、工作台尺寸等）。设计冲模时，应全面了解设备的结构特点和尺寸参数，并使模具的有关结构和尺寸与设备相适应。
4.有关冲压模标准化的资料
设计冲模时，应优先采用冲模国家标准件，尽量做到模具零部件标准化，以提高设计效率和设计品质，缩短冲模的设计与制造周期。 7.2 冲压模设计 7.2.1冲裁模设计
冲裁是最基本的冲压工序，冲裁模的工艺设计包括排样布置、刃口尺寸计算、间隙确定、冲裁力与压力中心计算。 1.冲裁工艺设计 （1）条料排样
工件在条料上的布置方法叫做冲裁件的排样。在冲裁工程中，材料的利用率，主要视排样而定。排样的正确与否，不但影响材料的利用率，而且影响模具的寿命和生产率。 排样时应考虑下面四个问题。
材料的利用率。力求在相同的材料面积上得到最多的工件，以提高材料的利用率，材料利用率用式（7-1）计算：
%100?=
A
na
k （7-1） 式中k —材料利用率；
n —条料上的工件数量；
a —单个工件的面积，2
mm ； A —条料面积， 2
mm ；
通过选择和比较排样方案，可找到最经济的方案。
（2）成产批量。排样必须考虑生产批量的大小，生产量大时可采用多排式混合排样法，即一次可冲几个工件。这种方法模具结构复杂、成本高，当生产量太小时，就不经济了。
常见的排样方式见表7-1
表7-1 常用排样方式
（3）搭边。排样时工件之间及工件与条料之间留下的余料称为搭边。搭边的作用是补偿送料的误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以使条料保持一定的刚度，便于送进。
搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小，调料容易拉断，使工件产生毛刺，有时还会拉入凸模和凹模的间隙中，损坏刃口。 表7-2列出了重载时常用的最小搭边值
表7-2 冲压金属材料的搭边值
料厚
手送料 自动送料
圆形
非圆形
往复送料
a
1a
a
1a
a
1a
a
1a
~1 1.5 1.5 2 1.5 3 2 〉1~2 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 〉2~3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 〉3~4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 〉4~5 4 3 5 4 6 5 5 4 〉5~6 5 4 6 5 7 6 6 5 〉6~8 6 5 7 6 8 7 7 6 8以上
7
6
8
7
9
8
8
7
注：冲非金属材料（皮革、纸板、石棉等）时，搭边值应乘1.5~2
4）步距与条料宽度
①步距：指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向相邻毛坯之间的最小距离。步距可定义为
1a L S += （7-2）
式中 S —冲裁布局理论公差为mm ，0±；
L —沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大深度，mm ;
1a —沿送进方向的搭边值，见表7-2步距与最小距离值，mm 。
②条料宽度的确定：是指根据排样结果确定的毛坯所需宽度方向的最小尺寸（一般是在有搭边的情况下，并注意裁剪时所产生的公差）。导料板之间的距离也是指导料板之间宽度方向的最小尺寸。
条料的剪裁误差及送料时的误差，实际的调料宽度应有一定的宽度裕，具体的尺寸可根据不同的送料分有侧压方式计算﹑无侧压方式计算和有定距侧刃定位方式计算（通常级进
模采用无侧压方式和有定距侧刃定位方式）。
无侧压装置时条料的宽度：无侧压装置的模具，条料送进可能在导尺之间摆动，从而会是某一侧的搭边减少。因此，计算条料宽度时应补偿侧搭边的减小量。如图7-1所示无侧压装置条料宽度的确定。 条料宽度计算公式：
011])(2[?-+?++=c a D B （7-3）
导板之间距离计算公式：
)(21111c a D c B B +?++=+= （7-4）
式中 B —条料宽度尺寸； 1B —导板之间距离尺寸；
?—条料宽度的裁剪单向（负向）公差，见表7-3；
1c —条料与导料板之间的间隙，一般薄料时取0.1~0.3mm ，厚料时取0.3~0.8mm ；
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。
有侧压装置时条料的宽度：模具有侧压装置的顶压下始终沿某一侧的导料板送进。如图7-2所示有侧压装置条料宽度的确定。
条料宽度计算公式：
011])(2[?-+?++=c a D B （7-5）
导板之间的距离计算公式：
11112c a D c B B +?++=+= （7-7）
式中B —条料宽度尺寸； 1B —导板之间距离尺寸；
?—条料宽度的裁剪单向（负向）公差，见表7-3；
1c —条料与导料板之间的间隙，一般取1~2mm ；
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。
(2)力的计算
有关力的计算，总的冲压力包括冲裁力﹑卸料力﹑推件力﹑顶件力。
冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料相分离所需的力，它与板料厚度﹑工件周边长度﹑材料的力学性能等参数相关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。
对于高强度材料或厚度大、周边长的工件，可采用斜刃口的方法降低冲裁力。斜刃口的形式见图7-3，有关数据见表7-4。
表7-4 常用斜刃数据
材料厚度
mm t /
斜刃高度
mm H /
斜刃角度
）（。/?
平均冲裁力为平刃的
百分数%/ 3以下 3~10
2t 2t~t
<5 5~8
30~40 60~85
对于有多个凸模的冲裁模或级进模，将凸模设计为阶梯形布置，即将凸模做成不同高度，如图7-4所示，使凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而减少总的冲裁力。对于同一模具上的几个凸模的大小相差悬殊，距离较近的情况，由于大凸模冲裁时会造成材料水平方向上的流动，所产生的侧向力会使小直径凸模折断。为避免这种情况，应将小凸模做得短一点。冲裁时大凸模冲裁结束后，小凸模再进行冲裁。
阶梯形布置的凸模间高度差H 取决于材料的厚度，一般为
t
H mm T t H mm T 5.033=>=≤时。时，
由于冲裁中材料的弹性变形与摩擦的存在，冲擦后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而落下部分的材料会紧卡在凹模洞中。从凸模上卸下板料的力称为卸料力；把落料件从凹模洞口沿冲裁方向推出的力称为推件力；逆着冲裁方向顶出来的力称为顶件力。
各力的计算公式见表7-5，式中卸料力、推件力、顶件力因数分别见表7-6和表7-7
表7-5 有关冲裁力的计算公式
力的种类 计算公式 符号说明
平刃冲裁力
)(3.1N Lt F b τ=
F —冲裁力，N
L —冲裁件周长，mm t —材料厚度，mm
b τ—材料剪切强度，a Mp
斜刃冲裁力
)(3.1N K Lt F b τ=
K —因数
H=t 时，K=0.4~0.6 H=2t 时，K=0.2~0.4 （H 为斜刃高度） F —冲裁力，N
卸K —卸载力因数 推K —推件力因数
卸料力
)(N F K F 卸卸=
推件力
)(N F nK F 推推=
顶件力
)(N F K F 顶顶=
顶K —顶件力因数
表7-6 卸载力因数卸K
、、、、、③④⑤⑥