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1、冲压模具设计和制造实例 例：图1所表示冲裁件，材料为A3，厚度为2mm，大批量生产。试制订工件冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件加工工艺编制。 零件名称：止动件 生产批量：大批 材料：A3 材料厚度：t=2mm 图1 产品零件图 一、冲压工艺和模具设计 ⒈ 冲压件工艺分析 ①材料：该冲裁件材料A3钢是一般碳素钢，含有很好可冲压性能。 ②零件结构：该冲裁件结构简单，并在转角有四处R2圆角，比较适合冲裁。 ③尺寸精度：零件图上全部未注公差尺寸，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸公差。孔
2、边距12mm公差为±0.11，属11级精度。查公差表可得各尺寸公差为： 零件外形：65mm 24mm 30mm R30mm R2mm 零件内形：10mm 孔心距：37±0.31mm 结论：适合冲裁。 ⒉ 工艺方案及模具结构类型 该零件包含落料、冲孔两个基础工序，能够采取以下三种工艺方案： ①先落料，再冲孔，采取单工序模生产。 ②落料－冲孔复合冲压，采取复合模生产。 ③冲孔－落料连续冲压，采取连续模生产。 方案①模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产需求。因为零件结构简单，为提升生产效率，关键应采取复合
3、冲裁或级进冲裁方法。因为孔边距尺寸12mm有公差要求，为了愈加好地确保此尺寸精度，最终确定用复合冲裁方法进行生产。 工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采取倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方法。 ⒊关键设计计算 ⑴ 排样设计及计算 查《冲压模具设计和制造》表2.5.2确定搭边值： 两工件间搭边：a=2.2mm； 工件边缘搭边:a=2.5mm； 步距为: 32.2mm ； 条料宽度B=(D+2a) =(65+2×2.5) =70 确定后排样图图2所表示。
4、 图2 排样图 一个步距内材料利用率η为： =1550÷(70×32.2)×100％ = 68.8％ 查板材标准，宜选900mm×1000mm钢板，每张钢板可剪裁为14张条料（70mm×1000mm），每张条料可冲378个工件，则η总为： =×100％ =65.1％ 即每张板材材料利用率为65.1％。 ⑵ 总冲压力计算 落料力 F总=1.3Ltτ
5、 =1.3×215.96×2×450 =252.67(KN) 其中τ按非退火A3钢板计算. 冲裁力 F冲=1.3Ltτ =1.3×2π×10×2×450 =74.48(KN) 其中:d为冲孔直径,2πd为两个孔圆周长之和。 卸料力 F卸=K卸F落 =0.05×252.67 =12.63(KN) 推件力 F推=nK推F落 =6×0.055×37.24 =12.30(KN) 其中n=6是因有两个孔. 总冲压力： F总=F落+F冲+F卸+F推 =252.67+74.48+12.63+12.30 =352.
6、07(KN) ⑶ 确定压力中心 图3所表示： 因为工件x方向对称, 故压力中心x=32.5mm 图3 压力中心 y= = = =13.0mm 其中: L1=24mm y=12mm L2=60mm y=0mm L3=24mm y=12mm L4=60mm y=24mm L5=60mm y=27.97mm L6=60mm y=24mm L7=60mm y
7、12mm L8=60mm y=12mm 计算时,忽略边缘4-R2圆角。 由以上计算可知冲压件压力中心坐标为（32.5，13）。 ⑷ 凸凹模刃口尺寸计算 刃口尺寸计算列于表1中。其中: 落料部分以凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。 孔边距12±0.43近似按孔心距计算。 表1 刃口尺寸计算 基础尺寸及分类 冲裁 间隙 磨损 系数 计算公式 制造 公差 计算 结果 落 料 凹 模 D =65 Z=0.246 Z=0.36 Z- Z =0.36-0.246 =0.11mm
8、 制件精度为：IT14级，故x=0.5 D=(D-xΔ) Δ/4 D=64.63 对应凸模尺寸按凹模尺寸配作，确保双面间隙在0.246～0.36之间 D =24 D=23.74 同上 D =30 D=29.74 同上 D =30 同上 D=(D-xΔ) Δ/4 D=29.74 对应凸模尺寸凹模尺寸配作，确保 单面间隙在 0.123～0.18之间 R2 同上 D=(D-xΔ) Δ/4 D=1.88 同上 冲 孔 d =10 同上 dp=(d+xΔ) Δ/4 d=10.18 对应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，确保双
9、面间隙在0.246～0.36之间 孔边距 L＝12 同上 制件精度为IT11级，故x＝0.75 Δ/4 Lp=11.97 孔 心 距 L±= 37±0.31 同上 x＝0.5 Ld=(L+0.5Δ) Δ =×0.62 =0.078 Ld=37±0.078 ⑸ 关键模具零件结构尺寸 凹模板尺寸: 凹模厚度:H=kb(≥15mm) H=0.28×65=18.2mm 凹模边壁厚:c≥(1.5～2)H =(1.5～2) ×18.2 =(27.3～36.
10、4)mm 实取c=30mm 凹模板边长:L=b+2c =65+2×30 =125mm 查标准JB/T –6743.1-94: 凹模板宽B=125mm 故确定凹模板外形为: 125×125×18(mm)。将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后实取为: 125×125×14(mm)。 凸凹模尺寸: 凸凹模长度:L=h+h+h =16+10+24 =50(mm) 其中: h─ 凸凹模固定板厚度 h─ 弹性卸料板厚度 h─增加长度(包含凸模进入凹模深度,弹
11、性元件安装高度等) 此凹模内外刃口间壁厚校核:依据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm,依据强度要求查《冷冲模设计及制造》表 3－36知,该壁厚为4.9mm即可,故该凸凹模侧壁强度足够。 凸模尺寸: 凸模长度:L凸=h+h+h =14+12+14 =40mm 其中:h─凸模固定板厚 h─空心垫板厚 h─凹模板厚 凸模强度校核:该凸模不属于细长棒,强度足够。 ⑹ 其它模具零件结构尺寸 依据倒装复合模形式特点:凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94确定其它模具模板尺寸列于表2: 表2 模具零件结构尺寸 序
12、号 名称 长×宽×厚(mm) 材料 数量 1 上垫板 125×125×6 T8A 1 2 凸模固定板 125×125×14 45钢 1 3 空心垫板 125×125×12 45钢 1 4 卸料板 125×125×10 45钢 1 5 凸凹模固定板 125×125×16 45钢 1 6 下垫板 125×125×6 T8A 1 依据模具零件结构尺寸,查标准GB/T2855.5-90选择后侧导柱125×25标准模架一副。 ⑺ 冲床选择 依据总冲压力F总=352KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合学校现有设备,选择J2
13、3-63开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其关键工艺参数以下： 公称压力：630KN 滑块行程：130mm 行程次数：50次∕分 最大闭合高度：360mm 连杆调整长度：80mm 工作台尺寸（前后×左右）：480mm×710mm ⒋ 冲压工艺规程(见28～32页) ⒌ 模具总装配图（图4） ⒍ 模具零件图（图5～图17） 二、制造过程 1.模具零件加工工艺规程 凹模加工工艺规程 材料:Gr12 硬度: 60～64 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 条料锯切(退火状态):130×130×16mm 2 粗铣 铣六面到尺寸
14、125.3×125.3×15,注意两大平面和两相邻侧面用标准角尺测量达基础垂直 3 平面磨 磨光两大平面厚度达14.6mm,并磨两相邻侧面达四面垂直,垂直度0.02mm/100mm 4 钳 ①划线 划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸 ②钻孔 钻螺纹底孔,销钉底孔,凹模洞口穿线孔 ③铰空 铰销钉孔到要求 ④攻丝 攻螺纹丝到要求 5 热处理 淬火 使硬度达60～64 HRC 6 平面磨 磨光两大平面,使厚度达14.3mm 7 线切割 割凹模洞口,并留0.01～002mm研余量 8 钳 ① 研磨洞口内壁侧面达0.8µm ② 配推件块到要求
15、9 钳 用垫片层确保凸凹模和凹模间隙均匀后,凹模和上模座配作销钉孔 10 平磨 磨凹模板上平面厚度达要求 11 钳 总装配 凸凹模加工工艺规程 材料:Gr12 硬度: 60～64 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 条料锯切(退火状态):70×40×55mm 2 粗铣 铣六面见光 3 平磨 磨高度两平面到尺寸51mm 4 钳 ①划线 在长度方一侧留线切割夹位6mm后,分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中心线 ②钻孔 按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔 ③锪扩凹模落料沉孔到要求，钻螺纹底孔并攻丝到要求 5 热处理 淬火
16、 硬度达60～64 HRC 6 平磨 磨高度到50.4mm 7 线切割 割凸模及两凹模,并单边留0.01～0.02mm研磨余量 8 钳 ①研配 研凸凹模并配入凸模固定板 ②研 各侧壁到0.8µm 9 平磨 磨高度到要求 10 钳 总装配 凸模固定板加工工艺规程 材料:45# 硬度: 24～28 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 氧割 130×130×16mm 2 热处理 调质 硬度24～28 HRC 3 粗铣 铣六面达125.3×125.3×14.8mm,并使两大平面和相邻两侧面相互基础垂直 4
17、 平磨 磨光两大平面厚度达14.4mm;并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02mm/100mm 5 钳 ①划线 凸模固定孔中心线,销钉孔中心线,螺纹过孔中心线,销钉过孔中心线 ②钻孔 凸模固定孔穿丝线,螺纹过孔和销钉过孔到要求 6 线切割 割凸模固定孔单边留0.01～0.02mm研余量 7 铣 铣凸模固定孔后面沉孔到要求 8 钳 研配凸模 9 平磨 磨模厚度到要求 10 钳 总装配 用透光层使凸模,凹模间隙均匀后,和上模座板配作销孔 凸凹模固定板加工工艺规程 材料:45# 硬度: 24～28 HRC 序号 工序号
18、工序内容 1 备料 氧割 130×130×18mm 2 热处理 调质 硬度24～28 HRC 3 粗铣 铣六面达125.3×125.3×16.8mm,并使两大平面和相邻两侧面基础垂直 4 平磨 磨光两大平面,厚度达16.4mm;并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02mm/100mm 5 钳 ①划线 螺纹孔中心线,螺纹过孔中心线, 销钉孔中心线,凸凹模固定孔轮廓线 ②钻孔螺纹底孔,螺纹过孔到要求,凸凹模固定孔线切割穿线孔 ③攻丝 攻螺纹底丝到要求 6 线切割 割凸凹模固定孔,单边留研余量0.01~0.02mm 7 钳 研配 将凸凹模配入固定孔
19、 8 平磨 磨厚度到要求 9 钳 装配 和下模座配作销钉孔 卸料板加工工艺规程 材料:45# 硬度: 24～28 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 氧割 130×130×12mm 2 热处理 调质 硬度24～28 HRC 3 粗铣 铣六面达125.3×125.3×10.8mm,并使两大平面和相邻两侧面基础垂直 4 平磨 磨光两大平面,厚度达10.4mm;并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02mm/100mm 5 钳 ①划线 螺纹孔中心线,定位钉孔中心线及中间型孔轮廓线 ②钻孔 螺纹底孔,定位钉底孔型孔穿线
20、孔 ③铰孔,攻丝 铰定位钉底孔到要求,螺纹孔攻丝到要求 6 线切割 割型孔到要求 7 钳 ① 型孔和凸凹模装配 ②定位钉和定位钉装配 ③ 螺纹孔和螺钉装配 8 平磨 磨厚度到要求 9 钳 总装配 上垫板加工工艺规程 材料:T8A 硬度: 54～58 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 条料锯切(退火状态): 130×130×10mm 2 粗铣 铣六面达125.3×125.3×7mm,并使两大平面和相邻两侧面基础垂直 3 平磨 磨光两大平面,厚度达6.6mm;并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02mm/100m
21、m 4 钳 ①划线 螺纹过孔中心线,销钉过孔中心线 ②钻孔 钻螺纹过孔,销钉过孔到要求 5 热处理 淬火 硬度: 54～58 HRC 6 平磨 磨两大平面厚度达要求 7 钳 总装配 下垫板加工工艺规程 材料:T8A 硬度: 54～58 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 条料锯切(退火状态): 130*130*10mm 2 粗铣 铣六面达125.3×125.3×7mm,并使两大平面和相邻两侧面基础垂直 3 平磨 磨光两大平面,厚度达6.6mm;并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02mm/100mm 4 钳 ①划线
22、紧固螺钉过孔中心线,卸料螺钉过空中心线,销钉孔中心线,落废料孔中心线,凸凹模紧固螺钉过孔中心线 ②钻孔 钻上述各孔到要求 5 热处理 淬火 硬度: 54～58 HRC 6 平磨 磨两大平面厚度达要求 7 钳 总装配 空心垫板加工工艺规程 材料:45# 硬度: 24～28 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 氧割 130×130×15mm 2 热处理 调质 硬度24~28 HRC 3 粗铣 铣六面达125.3×125.3×12.8mm,并使两大平面和相邻两侧面基础垂直 4 平磨 磨光两大平面,厚度达12.4mm；并
23、磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02mm/100mm 5 钳 ①划线 螺钉过孔中心线,销钉过孔中心线,推件块型孔轮廓线 ②钻孔 钻销钉孔及螺钉过孔到要求 6 铣 铣推件块型孔到要求 7 钳 配入推件块 8 平磨 磨两大平面厚度达要求 9 钳 总装配 上模座加工工艺规程 材料:HT200 序号 工序名 工序内容 1 备料 按GB/T 2855.5―90选购125×125模架 2 钳 ①划线 螺钉过孔中心线,销钉孔中心线,模柄孔中心线及轮廓线 ②钻孔 钻螺钉过孔及锪后面沉孔到要求 3 平磨 和模柄配平模柄孔Ф52及
24、台阶Ф60到要求 4 钳 和模柄配钻止转销孔到要求 5 钳 总装配 ①用透光层确保凸模固定板上两凸模和下模上凸凹模对中后,上模座和凸模固定板配作销孔 ②用垫片层确保凹模和下模上凸凹模凸模对中后,上模座和凹模板配作销孔 6 钳 总装配 下模座加工工艺规程 材料：HT200 序号 工序名 工序内容 1 备料 按GB/T 2855.5―90选购125×125模架 2 钳 ①划线 紧固螺钉过孔中心线,卸料螺钉过孔中心线,落废料孔中心线,凸凹模紧固螺钉头过孔中心线 ②钻孔 钻上述各孔到要求,锪孔后面沉孔到要求 3 钳 和凸凹模固定板配作销
25、钉孔 4 钳 总装配 推件块加工工艺规程 材料:45# 硬度: 24—28 HRC 序号 工序名 工序内容 1 备料 氧割 74×37×25mm 2 热处理 淬火 硬度: 24～28 HRC 3 粗铣 铣六面见光 4 平磨 磨上下两平面到要求 5 钳 ①划线 2–φ12过孔中心线,各面轮廓线 ②钻孔 钻2–φ12过孔到要求 6 铣 各型面各台阶到要求 7 钳 总装配 冲孔凸模加工工艺规程 材料：T10A 硬度：56～60HRC 序号 工序名称 工 序 内 容 10 备料 锯圆棒料
26、φ15×55mm 20 热处理 退火，硬度达180～220HB 30 车 ①车一端面，打顶尖孔，车外圆至φ12mm；掉头车另一端面，长度至尺寸50mm；打顶尖孔。 ②双顶尖顶，车外圆尺寸φ11.40.04mm,φ10.60.04mm至要求；车尺寸5mm至要求。 40 检验 检验 50 热处理 淬火，硬度至56～60HRC。 60 磨削 磨削外圆尺寸φ11mm，φ10.18mm至要求。 70 线切割 切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至40mm要求。 80 磨削 磨削端面至Ra0.8μm。 90 检验 100 钳工 装配 2.加工过程（见
27、录像） 图4 模具装配图 图5 凸凹模 图6 凸模 图7 凹模板 图8 上模座板 图9 下模座板
28、 图10 上垫板 图11 下垫板 图12 凸模固定板 图13 空心垫板 图14 推件块
29、 图15 卸料板 图16 凸凹模固定板 车间 工艺规程 零件名称 止动件 零件号 （连封面共 5 页） （另附对照表 页） ： 工艺室主任 车间主任 主管工艺员
30、 总工艺师 年 月 日 同意 产品型别 版次 车间 工作程序 型别 材料 毛料种类 零件名称 零件号 第 页 共 页 工序号 工序名称 工作地 页次 设备名称 设备型别 工作等级 工时定额 附注 1 切料 剪床 2 冲压 开式双柱可倾冲床 J23-
31、63 3 去毛刺 4 检验 游标卡尺 更改单号 编号 签字 日期 更改单号 编号 签字 日期 工艺员 车间主任 工艺组长 主管工艺师 工艺室主任 车 间 切料图表 型 别 零件名称 零
32、 件 号 工序号 第 页 止动件 1 共 页 材料 A3 硬度 分类 设备名称 剪床 技术条件 设备型别 编号 内 容 尺 码 重 量 1 原料尺寸 1000×900mm 2 分成条料尺寸 900×70 mm 3 分成条料数量 14 4 条料制成零件数量 28 5 材料利用率% 65.1% 更改单号 编号 签字 日期 更改单号 编号 签字 日期 工艺员 车间主任
33、 工艺组长 主管工艺师 工艺室主任 车间 工序图表 型 别 零件名称 零 件 号 工序号 第 页 止动件 2 共 页 工序名称 冲 压 设备名称 设备型别 冷却液 材料 硬度 J23-63 基准 项目 步骤 工夹具号 名称
34、 更改单号 编号 签字 日期 更改单号 编号 签字 日期 工艺员 车间主任 工艺组长 主管工艺师 工艺室主任 车 间 检验图表 型 别 零件名称 零 件 号 工序号 第 页 止动件 3 共 页 t=2mm 材料 硬度 A3 项目号 检验内容 检验工具 1 各关键尺寸 游标卡尺 更改单号 编号 签字 日期 更改单号 编号 签字 日期 工艺员 车间主任 工艺组长 主管工艺师 工艺室主任
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