弯板件冲压工艺及模具设计

XXXX 学院

课程设计说明书(论文)

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题目：弯板件冲压工艺及模具设计

指导者：

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20XX年X月XX

课程设计说明书（论文）中文摘要

课程设计说明书（论文）外文摘要

目录

前言........................................ 错误！未定义书签。第一章工艺设计.. (3)

1.1零件介绍 (3)

1.2零件工艺性分析 (3)

1.3工艺方案的确定 ....................... 错误！未定义书签。第二章排样设计.............................. 错误！未定义书签。

2.11 毛坯排样设计........................ 错误！未定义书签。

2.2材料的利用率 ......................... 错误！未定义书签。第三章工艺计算.............................. 错误！未定义书签。

3.1冲压工艺力的计算 ..................... 错误！未定义书签。

3.1.1冲裁力计算.......................... 错误！未定义书签。

3.1.2卸料、顶件力的计算 (10)

3.2压力中心计算 (11)

第四章模具总体概要设计 (12)

4.1模具概要设计 (12)

4.2模具零件结构形式确定 (13)

4.2.1定位机构 (14)

第五章模具详细设计 (16)

5.1工作零件 (16)

5.1.1冲裁凸、凹模 (17)

5.1.2凸模高度设计 (18)

5.2定位零件 (19)

5.2.1导向零件 (19)

5.2.2挡料零件 (20)

5.3出件零件 (20)

5.3.1卸料零件 (20)

5.3.2顶件零件 (21)

5.4导向零件 (21)

5.5其他零件 (22)

第六章设备选择 (23)

6.1设备吨位确定 (23)

6.2设备校核 (23)

第七章结论 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

前言

冲压加工技术应用范围十分广泛，在国民经济各工业部门中，几乎都有冲压加工或冲压产品的生产。冲裁是冲压工艺的最基本工序之一。冲裁是利用模具使板料的一部分沿一定的轮廓形状与另一部分产生分离以获得制件的工序。

如冲裁的目的在于获得一定形状和尺寸的内孔，封闭曲线以外部分为制件称为；冲裁的目的在于获得具有一定外形轮廓和尺寸的制件，封闭曲线以内的部分为制件称为落料。显著提高了劳动生产率和设备利用率。

如拉伸模是将板弯成一定形状和角度的零件的成形方法，是板料冲压中加工工序之一。冲压生产主要是利用冲压设备和模具实现对金属材料（板料）的加工过程。所以冲压加工具有如下特点：

1）生产效率高、操作简单、内容实现机械化和自动化，特别适合于成批大量生产；

2）冲压零件表面光滑、尺寸精度稳定，互换性好，成本低廉；

3）在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高、刚度大、而重量小的零件；

4）可得到其他加工方法难以加工或无法加工的复杂形状零件。

由于冲压加工具有节材、节能和生产效率高等突出特点，决定了冲压产品成本低廉，效益较好，因而冲压生产在制造行业中占重要地位。

本论文主要对弯板冲压模具设计为主线，依据模具的基本组成部分，采取基础和设计技巧相结合，理论与实践相结合，图例与剖析相结合，模具设计与加工工艺相结合的方式，分析弯板的冲压工艺性，提出设计其模具的多种方案，通过比较分析设计出较合理的模具。同时，从模具的加工工艺的角度出发，分析并提供便于加工的模具结构形式，使模具设计和加工更加紧密的结合在一起。

本论文在设计时广泛吸收了国内外各个领域成熟的经验和最新的参考资料，并在模具的成型零部件等关键部位采用了国内外的优质模具钢。为了顺应形势发展的需要，在技术上也有一定的创新，使用了计算机辅助设计来绘图，像UG、AUTOCAD等，达到优化设计的目的。

课程设计是按检阅资料、学习、消化、吸收、创新的思路进行的。本论文是关

于介绍我在课程设计中做的一副弯板落料模具的全部设计资料，文中包含了较详细的工艺分析、模具结构设计及冲压机床的选择。整个设计是在老师的辅导下以及和同学的相互探讨下完成，通过这次课程设计的锻炼，我增加了专业知识，丰富了视野，提高了自主创新的能力。但是，我毕竟是初次接触模具如此具体的设计，再加上知识经验的局限现性，设计内容可能会有一些漏洞和错误，学生的所有不足之处，殷切希望各位尊敬的老师及所有的评委能给予指正和指导，谢谢各位老师。

第一章工艺设计

1.1 零件介绍

本次课程设计的产品见图1.1所示，材料为厚1mm的Q235钢板料,要求IT12。该零件属于典型的冲裁件。

图1.1弯板零件图

1.2 零件工艺性分析

零件尺寸：图中零件的标注公差的为IT12级精度，其余未注由图中技术要求可知为IT14级，零件的尺寸较小，成形的位置较为紧凑，成形比较简单。

零件材料为Q235钢，有很良好的塑性，料厚为1mm属薄料，冲压性能良好。

零件的结构：零件需要经过一次冲裁，和一次成型折弯模的结构比较对称，冲压性能仍然很良好。

综上所述，得到结论：零件具有较好的可冲压性。

1.3 工艺方案的确定

工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和工序的顺序安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的

批量、形状、尺寸等方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的方案。

冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。

复合冲裁是在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可以完成一个冲裁件。该工件包括、落料、拉伸三个基本工序，可以有以下三种工艺方案：

方案一：先落料后冲孔再折弯。采用单工序模生产。

方案二：落料冲孔再折弯。采用复合模具和单工序模具协作生产。

方案三：采用级进模模具制作

方案一结构简单，但须三道工序、三副模具才能完成，生产效率也低，如此则浪费了人力、物力、财力，从经济的角度来考虑不妥当，难以满足大批量的生产要求。

方案三是采用级进模模具工作

通过上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案儿而为佳。

第二章排样设计

2.1毛坯排样设计

在进行模具设计时，首先要设计条料排样图，条料排样图的设计是模具设计时的重要依据。模具条料排样图设计的好坏，对模具设计的影响是很大的，排样图设计错误，会导致制造出来的模具无法冲制零件。条料排样图一旦确定，也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。在本模具中，排样设计总的原则是先进行冲切废料，然后拉伸，最后切断，并要考虑模具的强度、刚度，结构的合理性。

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。排样合理就能用同样的材料冲出更多的零件来，降低材料消耗。大批量生产时，材料费用一般占冲裁件的成本的60%以上。因此，材料的经济利用是一个重要问题，特别对贵重的有色金属。排样的合理与否将影响到材料的经济利用、冲裁质量、生产效率、模具结构与寿命、生产操作方便与安全等。

排样的意义就在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件。

毛坯在板料上可截取的方位很多，这也就决定了毛坯排样方案的多样性。典型毛坯排样：单排、斜排、对排、无费料排样、多排、混合排。

根据此次课程设计的零件结构特征，决定采用单排、中间载体。采用这种毛

坯排样的模具结构的相对简单，模具制造较为方便。

1.条料搭边值的确定

搭边是指排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的剩料。其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不拉伸，便于送进，并能使冲模的寿命得到提高。

由参考文献[3]表2-5得：

材料厚度为1mm时，条料长度大于50mm，搭边可以取a=1.2mm，a1＝1mm。

2.条料的宽度

条料采用无侧压，可以确定条料与导料销的间隙和条料宽度偏差分别

为5.0,8.01=?=c 由参考文献[3]中公式2-24得

?-?-+?++=010])(2[c a D B

=49.5mm

3.步距

冲裁模的步距是确定条料在模具中每送进一次，所需要向前移动的固定距离。步距的精度直接影响到冲件的精度。设计连续模时，要合理的确定步距的基本尺寸和精度。步距的基本尺寸，就是模具中相邻工位的距离。连续模任何相邻两工位 距离都必须相等。

此次课程设计的条料为单排，步距的基本尺寸等于冲压件的外形轮廓尺寸和两冲压件间的搭边宽度之和，其步距基本尺寸由参考文献[3]得：

S = L + a

式中S---冲裁步距

L---沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值

a----沿送进方向的搭边值

该零件的步距确定为： S= L + a=14.2mm

单排

图2.1 排样图示意图

毛坯排样图如图2.1所示，考虑取件的方便性，最后选择横向单排。

2.2 材料的利用率

1.排样方式的确定

根据冲裁件的结构特点，排样方式可选择为：直排，有废料排样。

2.送料进距的确定

为了节约材料，应合理的选择搭边值。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的发向应力沿切口分布不均，降低冲裁质量和模具寿命，故必须使搭边的最小宽度大于冲裁时塑性变形区的宽度，一般可以取材料的厚度。若搭边值小于材料的厚度，冲裁时搭边可能被拉断，有时还会被拉入到凸、凹模间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口。

搭边值的大小与材料的性能、零件的外形及尺寸、材料的厚度、送料及挡料的方式、卸料方式有关。硬材料的搭边值可以小一些，软材料和脆材料的搭边值应大一些。零件尺寸大或有尖突时，搭边值应大一些，厚材料的搭边值取大一些。

第三章 工艺计算

3.1 冲压工艺力的计算

工艺计算是模具设计的基础，只有正确的计算出各道工序的凸凹模尺寸、冲压力、毛坏尺寸等，才能设计出正确的模具。而且是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。为了充分发挥压力机的潜力，避免因超载而损坏压力机，所以计算是非常必要的。

工艺计算是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。为了充分发挥压力机的潜力，避免因超载而损坏压力机，所以计算是非常必要的。

3.1.1冲裁力计算

冲裁力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。

冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料的厚度、工件的周长、材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的大小是为了合理的利用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能够传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

该模具采用弹性卸料和下方出料方式。总冲压力0F 由冲裁力F 、卸料力卸F 和推件力推F 组成。由于采用复合冲裁模，其冲裁力由落料冲裁力落料F 和冲裁力冲孔F 两部分组成

冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。平刃冲模的冲裁力可按下式计算：

b KLt F σ= （3.1）

式中 F ——冲裁力（N ）；

L ——零件剪切周长（mm ）；

t ——材料厚度（mm ）；

b σ——材料抗拉强度（MPa ）

。 K ——系数,一般取K=1.3。

已知零件材料是Q235,取b σ=350Mpa ，材料厚度t =1mm,L 值由全部冲裁线即冲裁零件周长尺

寸组成：

1） 落料冲裁力。材料Q235的抗拉强度可按MPa b 350=σ

KN Lt F b 7.5435012.1203.1=???==σ落料

2） 卸料力。查表得卸料力系数0.05=卸K 。

KN F K F 7.27.5405.0=?==落料卸卸

3） 冲孔冲裁力。材料Q235的抗拉强度可按MPa b 350=σ

KN Lt F b 1.935011.203.1=???==σ冲孔

4） 推料力。查表得卸料力系数0.05=推K 。

KN F nK F 117.5405.04=??==落推推

5） 总冲压力0F 的确定。

所以总冲压力=77.5KN

冲压力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模柄的轴线以及和压力机滑块的中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向机构滑动件之间的磨损，提高运动精度以及模具和压力机的寿命。

冲模压力中心的求法，采用求平衡力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲

裁件沿冲裁轮廓的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体的方法如下：

1）按比例画出冲压轮廓线，选定直角坐标x-y;

2）把图形分成几部分，计算各部分长度L 1、L 2、….Ln ，并求出各部分重心位置的坐标值；

3）按下列公式求出冲模压力中心的坐标值（X 0,Y 0） 1122012...n n n

L x L x L x x L L L +=+++++ 1122012...n n

n L y L y L y y L L L +=

+++++ 由于该零件形状对称，所以压力中心在该零件的中点上坐标值（X 0,Y 0）。

第四章模具总体概要设计

4.1 模具概要设计

模是用多个零件按照一定关系装配而成的有机整体，结构是模具的“形”。模具的优劣很大程度上体现在模具结构上，因此落料模具和拉伸模的结构对模具的工作性能、加工性、成本、周期、寿命等起着决定性作用。

在此次模具的结构设计大体可以分为两步：第一步根据工序排样的结果确定模具的基本结构框架，确定组成落料模具的主要结构单元及形式，对模具制造和使用提出要求；第二步确定各结构单元的组成零件及零件间的连接关系。结构设计的结果是模具装配图和零件明细表。

在结构设计中概要设计是模具结构设计的开始，它以工序排样图为基础，根据产品零件要求，确定落料模具和拉伸模的基本结构框架。结构概要设计包括：

（1）模具基本结构：定位方式以及导向方式确定;卸料方式以及出件方式确定；

（2）模具基本尺寸：模具工作空间尺寸、各个板的厚度、闭合高度。

（3）模架基本结构：模架的类型;导柱与导套选配以及模柄类型的选择。

（4）压力机的选择：压力机的类型；压力机规格。

4.2 模具零件结构形式确定

本模具是用落料模具完成的如图4.1(a)图。采用自行设计的模架机构导向，弹性卸料板卸料。

4.1(a)模具二维图

导料销进行导向，定位板定位，推杆进行推出制件，并完成零件的切舌落料工序。模具主要有上模座、凸模垫板（上垫板）、凸制模固定板、卸料板、凸凹模固定板、凹模垫板（下垫板）、定位板、下模座、导柱、导套。落料模具凹模周界长160mm,宽120mm,模具总长320mm，总宽290mm。模具的闭合高度是177mm。凸模固定板用于安装所有凸模、凹模板用于落料。所有凸模采用铆接固定在卸料板上，装配后磨平。与凹模垫板采用螺钉紧固、销钉定位的方式固定。卸料板是一整块，采用四个螺钉固定。

4.1(a)模具二维图

导料销进行导向，定位板定位，推杆进行推出制件，并完成零件的折弯工序。模具主要有上模座、凸模垫板（上垫板）、凸制模固定板、卸料板、凸凹模固定板、凹模垫板（下垫板）、定位板、下模座、导柱、导套。落料模具凹模周界长140mm,宽140mm,模具总长250mm，总宽205mm。模具的闭合高度是172mm。凸模固定板用于安装所有凸模、凹模板用于落料。所有凸模采用铆接固定在卸料板上，装配后磨平。与凹模垫板采用螺钉紧固、销钉定位的方式固定。卸料板是一整块，采用四个螺钉固定。

4.2.1 定位机构

为限制被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销、定距侧刃和侧压装置等。定位装置应避免油

污、碎屑的干扰并且不与运动机构干涉。定位精度要求较高时，要考虑粗精度和精精度两套装置，分步进行；坯料需要两个以上工序的定位时，它们的定位应该一致。

4.2.2 卸料机构

卸料机构的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。可分为固定刚性卸料板以及弹性卸料板。

在本次模具设计中采用弹性卸料板，弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高。

4.2.3 导向机构。

对生产批量大，要求模具寿命和制件精度较高的冲模。一般应采用导向机构来保证上、下模的精确导向。上、下模导向，在凸、凹模开始闭合前或压料板接触制件前就应该充分的合上。导向机构有导柱、导套机构，侧导板与导板机构和导块机构。在此副模具中由于零件的尺寸较小，对制件的精度要求较高。所以采用后置导柱、导套和旋入式模柄配合，这样的后置导柱导向精度比较平稳，精度较高。

第五章 模具详细设计

5.1 工作零件

5.1.1冲裁凸、凹模刃口尺寸计算

一、冲裁凸、凹模刃口尺寸计算原则

计算冲裁凸、凹模刃口的依据为：①冲裁变形规律，即落料件尺寸与凹模刃口尺寸相等，尺寸与凸模刃口尺寸相同。②零件的尺寸精度。③合理的间隙值。④磨损规律，如圆形凹模尺寸磨损后变大，凸模尺寸磨损后变小，间隙磨损后变大。⑤冲模的加工制造方法。因而在计算人口尺寸时应按下述原则进行。

㈠ 保证冲出合格的零件

根据冲裁变形规律，尺寸等于凸模刃口尺寸，落料件尺寸等于凹模刃口尺寸。因而时，应以凸模为基准。落料时，以凹模为基准。基准件的尺寸应在零件的公差范围内。时间隙取在凹模上，落料时间隙取在凸模上。

㈡ 保证模具有一定的使用寿命

新模具的间隙应是最小的间隙，磨损后到最大合理间隙。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其人口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。

㈢ 考虑冲模制造修理方便，降低成本

为使新模具的间隙值不小于最小合理间隙，一般凹模公差标注成+d δ，凸模公差标注成p δ-。间隙能保证的条件下不要把制造公差定的太紧。一般模具制造精度比工件精度高2至4级。若零件没有标注公差，对于非圆形见按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14精度处理。本课程设计对未标注公差的零件尺寸采用IT12精度处理。

二、冲裁刃口尺寸计算方法

制造冲模的关键主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其间隙合理。由于模具加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸计算公式和公差标注也不同。凸、凹模刃口尺寸的计算方法基本上可分为两类，分别加工与配合加工，对于形状复杂或薄料

的冲裁件的冲裁，为了保证凸、凹模之间的间隙值，一般采用配合加工。此方法是先加工好其中一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件来加工另一件，使他们之间保持一定的间隙。这种加工方法的特点是

⑴ 模具间隙是在配制中保证的，因此不需要较核min max ||||Z Z d p -≤+δδ，所以加工基准时可以适当放宽公差，使其加工容易。

⑵ 尺寸标注简单，只需在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅标注基准尺寸并注明配做所留间隙值。

由于形状复杂工件各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不同，有变大的、有变小的、也有不变的，必须对有关尺寸进行具体分析后，按前述尺寸计算原则区别对待。

查表2-1得模具冲裁间隙值mm Z 1.0min =，mm Z 14.0max =，查表2.11的凸、凹模制造公差：016.0=-p δ，024.0=-d δ，查表2-4得，因数x=0.75, ?取0.2

校核：Zmax-Zmin=0.14-0.1=0.04mm ，mm d p 04.0024.0016.0=+=+δδ 满足校核条件 min max Z Z d p -≤+δδ

1. 应以凸模为基准，然后配做凹模。

⑴变小的尺寸 这类尺寸就是前面所述基准件凸模尺寸，应按式：应用公式:

)(δ-?+=x A A p

024.00

024

.025

.3)1.05.02.3(--=?+=

同理可的其他 凹模配作 ⑵增大的尺寸 这类尺寸在凸模上相当于落料基准件凹模尺寸，p B 应按式

计算：

()p

P B B x δ+=-?0.0160-0.0160-05.47.0.50.11.47=?-=）（ 0

()p P B B x δ+=-?0.0160-0.0160-95.46.10.05.47=-=）（ 落料 应以凹模为基准，然后配做凸模