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【摘要】随着市场对产品成本、质量稳定性和生产周期等要求的提高，从系统整体优化原则出发确定冲压模具结构已成为技术和管理发展的重要方向。通过某电器设备公司的某制件冲压模具的工艺设计方案研究，探索冲压加工工艺在制造型企业内部的应用与发展。
【关键词】冲压；冲压模具
一、制件工艺分析及冲压方案的确定
图1所示制件为某机车车辆制造单位下属电器设备公司的受电弓零配件产品。该制件形状复杂，外形是不规则的图形，而且尺寸也较大，中间部分需要冲孔工艺来完成。制件的材料为Q235A，厚度为3(mm)中批量生产，而且需要人工送料进行生产。
图1 制件图样
(>>上接第157页) （mm）、 (mm)、 (mm)、 (mm) 所以该零件的凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配做，保证双边间隙值在 （mm）之间。 ⒉制件的中间冲孔部分以凸模为基准，配做凹模，则 （1）凸模磨损后，尺寸 、 、 均变小，由于制件尺寸没有公差要求，则 （mm）、 (mm)、 (mm) （2）凸模磨损后，尺寸 、、均不变，则 （mm） (mm) (mm) (mm) 所以该零件的凹模刃口各部分尺寸按上述凸模的相应部分尺寸配做，保证双边间隙值在 （mm）之间。 ㈤ 计算制件的压力中心 此工件的形状较为复杂，且为不规则图形，为了保持压力机滑块和模具的受力中心一致，避免压力机的导轨急剧摩擦，缩短寿命，必须计算工件的压力中心。 根据公式 式中： -- 各图形冲裁力的x y轴坐标及冲裁周边长度 经过计算有 三、制件冲压模具的设计构成 ㈠模架的选取 模架采用后侧导柱导套的形式 ⒈上下模板的选取 上下模板材料均选用HT200：上模板的尺寸为：240*200*50 （mm） 下模板的尺寸为：240*200*60（mm） ⒉导柱、导套、模柄的选取 导柱的尺寸规格选用直径为40h6*200*58 (mm) 导套的尺寸规格选用直径为40*95 (mm) 模柄的尺寸规格选用直径为60*180 (mm) ㈡凸模、凹模、凸凹模的尺寸选取 凸模的长度取60(mm)，用固定板进行化学固定，由于直径为22 (mm)的冲头尺寸较大，长期冲压可能松动或脱落，故设计一个螺钉进行固定，螺钉的规格选用M6*20(mm)。凹模的厚度取40(mm)，凹模采用螺钉和销固定，螺钉的尺寸规格为M8*45(mm)，销的尺寸取直径8*40 (mm)。凸凹模的凹模刃口尺寸取9(mm)。 ㈢固定板、垫板的选取 固定板的厚度取20(mm)，垫板的厚度取15(mm) ㈣卸料装置的选取 顶板的厚度为10(mm)推件器的厚度为14(mm)，推件器和顶板之间采用螺钉固定，螺钉的规格为M6*15(mm)，卸料板的厚度为15(mm)，卸料板采用卸料螺钉固定在上模座上，卸料螺钉的规格为M8*45(mm)。卸料力采用橡皮施加，橡皮直径的计算如下： 采用6块橡皮 （mm） F --所需工作压力 P - -压缩10~35%时的饿单位压力 ㈤定位装置的选取 条料的送进过程中采用三个活动挡料销进行定位，活动挡料销的规格为直径10*20(mm)，弹簧选用为直径1.2*12*35(mm)。 参考文献 [1]彭文生,黄华梁,王均荣,黎桂英主编.机械设计.长沙:湖南科学技术出版社,1993 [2]吴宗泽主编.机械结构设计.北京:机械工业出版社,1988 [3]徐灏主编.机械设计手册.北京:机械工业出版社,1991
由以上分析可以拟排以下几种方案进行比较：
㈠由冲孔、落料工序组成的两套单冲模完成。优点：模具结构设计较为简单，而且对压力机的吨位要求低，小批量生产时，可以降低产品的成本。便于模具的修复管理。缺点：半成品搬运、堆放需要大量的人力和地方，制件的精度不是很高。
㈡由冲孔、落料组成的一套级进模完成。优点：避免了半成品搬运和堆放问题，生产效率高，容易实现自动化生产，试于制件大批量生产。缺点：模具结构复杂，加工精度较高，制作成本较高，材料利用率较低。
㈢由一套复合模完成。优点：模具结构紧凑，生产效率较高，便于模具存放管理，可实现自动化的生产。试用于中、大批量的制件生产。缺点：模具结构较为复杂，设计难度较大，对压力机的吨位要求高。
比较三种模具设计方案的特点，当所要生产的制件是大批量生产且实现自动化时，应该首选级进模。而针对该制件自身加工特点及技术要求可知，选用一套复合模可以满足要求，因此本论文就以复合模的要求进行设计。
二、制件冲压模具工艺方案的计算
㈠冲裁力、卸料力、推件力的计算及压力机的初选
其中: L -- 冲切线长度 t -- 材料厚度
-- 材料抗剪强度，查表可知=345(MPa)
--卸(剥)料力系数--推料力系数 -- 顶料力系数
经过计算：
（mm）
（N）
（N）
（N）
总冲裁力：
（N）
电器设备公司在产品技术要求中指定了压力机的型号为：JC21-160A。该压力机的最大闭合高度为（mm）则最小闭合高度为（mm）由公式
得（mm）
其中100（mm）为压力机上的垫板厚度，是为了当模具的闭合高度较小，而压力机的吨位又要求大时，就需要增加垫板，使模具的闭合高度加上垫板的厚度，可以满足压力机的闭合高度范围之内。因此满足使用要求。
㈡计算冲裁件的排样
⒈搭边值的确定
工件间a=3 (mm) 侧搭边值b=3.5 (mm)
⒉计算条料宽度
由于此模具设计了定位装置，采用三个活动挡料销进行送料的定位。所以，按有侧压装置计算条料的宽度
（mm）
⒊计算材料的利用率
一个进距内的材料利用率：
(mm)
总的材料利用率：
A -- 冲裁件面积n -- 一个进距内冲裁件数目
B -- 条料宽度h -- 进距(mm)
N -- 一张板上冲件数目 L -- 板材长度(mm)
一个制件的材料重量为：
(g)
采用8个制件构成的条料重量为：(g)
由于此送料过程是人工进行，送料的重量要适当，便于送料的连续进行，保证产品的生产进度，故应该考虑条料的重量。由以上计算可知采用1400*700（mm）的钢板可以提高材料的利用率，然后排列为5*8的排样，方便钢板裁剪成重量适度的条料，每个条料的上排列8个工件图样，经过计算可知，此方案可行。
㈢凸模强度的校核
在厚度为3mm的钢板上冲孔，凸模选用合金工具钢（淬火），其直径为5.5mm。板材的抗剪强度为＝750Mpa，凸模材料的许用应力为 1800Mpa，验算设计如下：
⒈压应力校核
据公式有 （mm）
而d=5.5 (mm) >2.3 (mm) 故设计合理
⒉弯曲应力校核
对于圆形凸模有 (mm)
直径5.5mm圆凸模的冲裁力为：
（N）
由计算可知，该模具的最大长度为16.86（mm）大于15(mm)，所以满足弯曲强度要求，此设计合理。
㈣模具刃口尺寸的确定
⒈外形尺寸以凹模为基准，配做凸模。则
(1) 凹模磨损后，尺寸、、、、尺寸变大，先将工件外形尺寸转化为单向公差，则 （mm）、 (mm)、 (mm)、(mm)、 (mm)
查表得：、 、 、、
由公式 得
（mm）、(mm)、 (mm)、(mm)、(mm)
（2）凹模磨损后，尺寸B变小，但尺寸B没有公差要求，所以
（mm）
（3）凹模磨损后，尺寸C不变，则
(>>下转第159页)
【关键词】冲压；冲压模具
一、制件工艺分析及冲压方案的确定
图1所示制件为某机车车辆制造单位下属电器设备公司的受电弓零配件产品。该制件形状复杂，外形是不规则的图形，而且尺寸也较大，中间部分需要冲孔工艺来完成。制件的材料为Q235A，厚度为3(mm)中批量生产，而且需要人工送料进行生产。
图1 制件图样
(>>上接第157页) （mm）、 (mm)、 (mm)、 (mm) 所以该零件的凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配做，保证双边间隙值在 （mm）之间。 ⒉制件的中间冲孔部分以凸模为基准，配做凹模，则 （1）凸模磨损后，尺寸 、 、 均变小，由于制件尺寸没有公差要求，则 （mm）、 (mm)、 (mm) （2）凸模磨损后，尺寸 、、均不变，则 （mm） (mm) (mm) (mm) 所以该零件的凹模刃口各部分尺寸按上述凸模的相应部分尺寸配做，保证双边间隙值在 （mm）之间。 ㈤ 计算制件的压力中心 此工件的形状较为复杂，且为不规则图形，为了保持压力机滑块和模具的受力中心一致，避免压力机的导轨急剧摩擦，缩短寿命，必须计算工件的压力中心。 根据公式 式中： -- 各图形冲裁力的x y轴坐标及冲裁周边长度 经过计算有 三、制件冲压模具的设计构成 ㈠模架的选取 模架采用后侧导柱导套的形式 ⒈上下模板的选取 上下模板材料均选用HT200：上模板的尺寸为：240*200*50 （mm） 下模板的尺寸为：240*200*60（mm） ⒉导柱、导套、模柄的选取 导柱的尺寸规格选用直径为40h6*200*58 (mm) 导套的尺寸规格选用直径为40*95 (mm) 模柄的尺寸规格选用直径为60*180 (mm) ㈡凸模、凹模、凸凹模的尺寸选取 凸模的长度取60(mm)，用固定板进行化学固定，由于直径为22 (mm)的冲头尺寸较大，长期冲压可能松动或脱落，故设计一个螺钉进行固定，螺钉的规格选用M6*20(mm)。凹模的厚度取40(mm)，凹模采用螺钉和销固定，螺钉的尺寸规格为M8*45(mm)，销的尺寸取直径8*40 (mm)。凸凹模的凹模刃口尺寸取9(mm)。 ㈢固定板、垫板的选取 固定板的厚度取20(mm)，垫板的厚度取15(mm) ㈣卸料装置的选取 顶板的厚度为10(mm)推件器的厚度为14(mm)，推件器和顶板之间采用螺钉固定，螺钉的规格为M6*15(mm)，卸料板的厚度为15(mm)，卸料板采用卸料螺钉固定在上模座上，卸料螺钉的规格为M8*45(mm)。卸料力采用橡皮施加，橡皮直径的计算如下： 采用6块橡皮 （mm） F --所需工作压力 P - -压缩10~35%时的饿单位压力 ㈤定位装置的选取 条料的送进过程中采用三个活动挡料销进行定位，活动挡料销的规格为直径10*20(mm)，弹簧选用为直径1.2*12*35(mm)。 参考文献 [1]彭文生,黄华梁,王均荣,黎桂英主编.机械设计.长沙:湖南科学技术出版社,1993 [2]吴宗泽主编.机械结构设计.北京:机械工业出版社,1988 [3]徐灏主编.机械设计手册.北京:机械工业出版社,1991
由以上分析可以拟排以下几种方案进行比较：
㈠由冲孔、落料工序组成的两套单冲模完成。优点：模具结构设计较为简单，而且对压力机的吨位要求低，小批量生产时，可以降低产品的成本。便于模具的修复管理。缺点：半成品搬运、堆放需要大量的人力和地方，制件的精度不是很高。
㈡由冲孔、落料组成的一套级进模完成。优点：避免了半成品搬运和堆放问题，生产效率高，容易实现自动化生产，试于制件大批量生产。缺点：模具结构复杂，加工精度较高，制作成本较高，材料利用率较低。
㈢由一套复合模完成。优点：模具结构紧凑，生产效率较高，便于模具存放管理，可实现自动化的生产。试用于中、大批量的制件生产。缺点：模具结构较为复杂，设计难度较大，对压力机的吨位要求高。
比较三种模具设计方案的特点，当所要生产的制件是大批量生产且实现自动化时，应该首选级进模。而针对该制件自身加工特点及技术要求可知，选用一套复合模可以满足要求，因此本论文就以复合模的要求进行设计。
二、制件冲压模具工艺方案的计算
㈠冲裁力、卸料力、推件力的计算及压力机的初选
其中: L -- 冲切线长度 t -- 材料厚度
-- 材料抗剪强度，查表可知=345(MPa)
--卸(剥)料力系数--推料力系数 -- 顶料力系数
经过计算：
（mm）
（N）
（N）
（N）
总冲裁力：
（N）
电器设备公司在产品技术要求中指定了压力机的型号为：JC21-160A。该压力机的最大闭合高度为（mm）则最小闭合高度为（mm）由公式
得（mm）
其中100（mm）为压力机上的垫板厚度，是为了当模具的闭合高度较小，而压力机的吨位又要求大时，就需要增加垫板，使模具的闭合高度加上垫板的厚度，可以满足压力机的闭合高度范围之内。因此满足使用要求。
㈡计算冲裁件的排样
⒈搭边值的确定
工件间a=3 (mm) 侧搭边值b=3.5 (mm)
⒉计算条料宽度
由于此模具设计了定位装置，采用三个活动挡料销进行送料的定位。所以，按有侧压装置计算条料的宽度
（mm）
⒊计算材料的利用率
一个进距内的材料利用率：
(mm)
总的材料利用率：
A -- 冲裁件面积n -- 一个进距内冲裁件数目
B -- 条料宽度h -- 进距(mm)
N -- 一张板上冲件数目 L -- 板材长度(mm)
一个制件的材料重量为：
(g)
采用8个制件构成的条料重量为：(g)
由于此送料过程是人工进行，送料的重量要适当，便于送料的连续进行，保证产品的生产进度，故应该考虑条料的重量。由以上计算可知采用1400*700（mm）的钢板可以提高材料的利用率，然后排列为5*8的排样，方便钢板裁剪成重量适度的条料，每个条料的上排列8个工件图样，经过计算可知，此方案可行。
㈢凸模强度的校核
在厚度为3mm的钢板上冲孔，凸模选用合金工具钢（淬火），其直径为5.5mm。板材的抗剪强度为＝750Mpa，凸模材料的许用应力为 1800Mpa，验算设计如下：
⒈压应力校核
据公式有 （mm）
而d=5.5 (mm) >2.3 (mm) 故设计合理
⒉弯曲应力校核
对于圆形凸模有 (mm)
直径5.5mm圆凸模的冲裁力为：
（N）
由计算可知，该模具的最大长度为16.86（mm）大于15(mm)，所以满足弯曲强度要求，此设计合理。
㈣模具刃口尺寸的确定
⒈外形尺寸以凹模为基准，配做凸模。则
(1) 凹模磨损后，尺寸、、、、尺寸变大，先将工件外形尺寸转化为单向公差，则 （mm）、 (mm)、 (mm)、(mm)、 (mm)
查表得：、 、 、、
由公式 得
（mm）、(mm)、 (mm)、(mm)、(mm)
（2）凹模磨损后，尺寸B变小，但尺寸B没有公差要求，所以
（mm）
（3）凹模磨损后，尺寸C不变，则
(>>下转第159页)