端盖零件的冲压成形工艺及模具设计
绪 论
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近 年来，模具工业一直以15％左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分 也发生了巨大的变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了 快速的发展。浙江宁波和黄岩地区的模具之乡；广东一些大集团公司和迅速崛起的 乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和 外商独资的模具企业现已有几千家。
目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压 基础理论及成形工艺，模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业 发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命，效率、加工精度、生产周期等 方面与发达国家的模具相比差距相当大。例如，精密加工设备在模具加工设备中的 比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广 泛等等，致使相当一部分大型，精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域 内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。在现代工业生产中，由于市 场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压 产品正朝着复杂化，多样化高、性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化，高 效率、高精度、长寿命方向发展。随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模 具设计与制造技术正由手工设计，依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅
数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造 （CAD/CAM） 数控切削加工、
助设计 （CAD），
技术转变。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展 的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/E、
DYNAFORM、 I-DEAS、 Euclid-IS等国际通用软件， 个别厂家还引进了Moldflow、 C-Flow、
Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并且成功应用于冲压模的设计中。
未来冲压模具的发展趋势:
模具行业在今后的发展中，首先要更加关注其产品结构的战略性调整，使结构 复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业要紧紧的跟着市场的 需求发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就 没有模具产品的上规模、上档次。如汽车生产中90％以上的零部件，都要依赖模具 成型，在电子产品中，冲压件约占80％~85％；在汽车，农业机械产品中，冲压件约 占75％~80％；在轻工产品中，冲压件约占90％以上。此外，在航空及航天工业生产 中，冲压件也占有很大的比例。在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增 长达40％左右。而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和 新产品的开发能力。已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
其次，要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地 区的差距。中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。如陕 西、四川、河北等模具生产有了很大的发展，河北兴林车身制造集团有限公司作为 河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓；四川宜宾普什模具有限公司
凭借强有力的资金投入，将在未来写下新的篇章。
第三，要积极推进模具企业特别是国有企业的体制的创新，转换经营机制，大 力发展混合所有制经济，明确产权和完善法人治理结构。充分发掘企业发展的内在 动力。要积极推进中、西部地区工业基础较好地区的制造业大中型企业主辅分离， 使其模具车间、分厂在不太长的时间里，采用多种有效实现形式，转换机制，大力 发展产权明晰、独立自主经营，适应市场运作和模具生产快速反应的现代专业模具 企业，培养能代表行业水平的“龙头”企业，带动地区产业链的发展。
本课题的要求是：
（1）系统总结，巩固过去所学的基础课和专业课知识。
（2）运用所学知识解决模具领域内的实际工程问题，依次进行综合知识的训练。 （3）通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握设计和科 研的基本过程和基本方法。
（4）提高和运用与工程技术有关的人文科学，价值工程和技术经济的综合知识 冷冲压模具设计应注意的问题：
冷冲压模具设计的整体过程是从分析总体方案开始到完成全部技术设计，这期 间要经过计算，绘图，修改等步骤。在设计过程中应注意以下问题。
㈠合理选择模具结构
根据零件图样及技术要求，结合生产实际情况，提出模具结构方案，分析比较、 选择最佳结构。
㈡采用标准零部件
应尽量选用国家标准件及工厂冲模标准件。使模具设计典型化及制造简单化， 缩短设计制造周期，降低成本。
㈢其它
（1）定位销的用法：
冲模中的定位销常选用圆柱销，其直径与螺钉直径相近，不能太细，每个模具上 根据需要设置，其长度勿太长。
（2）螺钉用法：
固定螺钉拧入模体的深度勿太深，如：拧入铸铁件，深度是螺钉直径的2∽2.5 倍，拧入一般钢件深度是螺钉直径的1.5∽2倍。
（3）对导柱，导套的要求：
模具完全对称时两导柱的导向直径不易设计得相等， 避免合模时误装方向而损坏 模具刃口。导套长度的选取应保证开始工作的导柱进入导套10∽15mm。
（4）取放制件方便：
设计拉深模时，所选设备的行程应是拉深深度（即拉深件高度）的2∽2.5倍。
第1章 任务来源及设计目的意义
1.1 设计任务来源
设计题目：端盖
材 料：08钢
生产批量：大批量生产
技术要求：未注尺寸精度按IT14级
图（1-1） 产品零件图
1.2 设计目的及意义
冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课，技术基础课 和专业课后，所设置的一个重要的实践性教学环节。用模具生产的制件具有高精度、 高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。
本设计题目为端盖，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计设计目的及意义。 其目的有以下几点：
1.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，全面系统巩固课堂教学的 基本知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，提高综合能力的培训及扩大 模具领域的新知识，从而培养和提高学生独立工作的能力。
2.巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方 法和步骤。
3. 掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟 悉标准和规范等。
本课题的意义是：通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冷冲模设计 的基础，为设计更复杂的冷冲模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。
第2章 冲压工件的工艺性分析
2.1冲压及冲裁件的工艺性的感念
冲压是在室温下，利用安装在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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。在冲压加工中，将材料（金 属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称 冲模）。
冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指 能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高，成本低的条件下得到质量合格的冲 裁件。影响冲裁件工艺性的因素很多，如冲裁件的形状特点，尺寸大小、尺寸大小 标注方法精、度要求和材料性能等。良好的冲裁工艺性应保证材料消耗少，工序数 目少、模具结构简单而寿命长、产品质量稳定、操作简单等。[1]
[1]——刘建超、张宝忠主编《冲压模具设计与制造》高等教育出版社
2.2零件工艺性分析
2.2.1材料：
08钢是优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁，且市场上也易购得 此种材料，价格适中。
2.2.2工件结构：
冲裁件的形状应该尽量简单，对称，最好是由圆弧和直线组成。应该避免冲裁 件上有过长的悬臂和狭槽，其最小宽度要大于料厚t的两倍，即b＞2t。
由工件图看，该工件只有落料，拉深和冲孔三个工序，形状较为简单，结构对 称。冲裁件内，外形应尽量避免有尖锐清角，拉深部分有R=1mm的拉深圆角过渡。该 工件有一个φ18mm的孔和两个φ5mm的孔,孔与边缘之间的距离是5mm(φ5mm的孔与 R10mm之间的距离,φ18mm与φ28mm之间的距离)。故可以采用复合冲压工序,这样可 以大大提高工作效率,并减轻工作量,节约能源,降低成本,而且避免原有的加工方法 中须将手伸入模具的问题,对保护操作者安全也很有利。
2.2.3尺寸精度:
为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提 下，应尽量采用经济精度。所谓经济精度是指模具达到最大许可磨损时，其所完成 的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度。冲裁件的精度一般满足 其经济精度要求。
该工件图上除 23 . 00 24 + f mm , 20 . 00 18 + f mm和筒外径
0 28 . 0 28 - f mm有精度要求外,其余尺寸 未注公差,全部属自由尺寸,精度要求不高,按IT14级确定。因此,一般冲压均能满足
其尺寸精度要求。由表2-4标准公差[2]查得R10
0 36 . 0 - mm,R7 0 36 . 0 - mm,φ5 30 . 0 0 mm,φ38 0 62 . 0 - mm; 由表3-24冲裁件孔中心距公差[3]查得:48 12
. 0 12 . 0 + - mm。
[2]——薛彦成主编《公差配合与技术测量》机械工业出版社
[3]——中国机械工业教育协会 组编《冷冲模设计及制造》机械工业出版社
2.2.4结论:
可以冲裁。
第3章 冲压工艺方案的确定
3.1确定工艺方案的主要原则概括起来主要有以下三点:
（1）保证冲裁件质量;
（2）经济性原则
（3）安全性原则. [4]
[4]——丁松聚主编<<冷冲模设计>>机械工业出版社
3.2工艺方案的确定：
由工件图看,该工件包括落料,拉深和冲孔三个基本工序,其中拉深过程中能否 一次成形,保证工件平整而且无裂纹是该工件模具设计的关键.下面判断该工件是否 可一次拉成.
由工件图可知,该工件为有凸缘圆筒形件,要求内形尺寸,没有厚度不变的要求. 此工件的形状满足拉深工艺要求,可用拉深工序加工.Ф24
23 . 00 + mm为IT12级,满足拉深 工序对工件的公差等级的要求,且08钢拉深性能好.
3.2.1选定修边余量,预算毛坯直径:
因板料厚度t=2mm>1mm,故按板厚中线尺寸计算. d=28-2=26mm, t d =28+2=30mm, 154 . 1 26 30 = = d d t . 由表 4-2 有凸缘圆筒形拉深件的修边余量 δ [5] 查 得: = d d t 1.154<1.5,修边余量δ=2.5mm.该工件属形状简单的旋转体拉深件,其毛坯 直径的计算如下:首先将拉深件划分成若干个简单的几何形状如图(3-1),分别求出
各部分的面积并相加,即得工件面积为:A= 5 4 3 2 1 a a a a a
+ + + + =∑a,毛坯面积为 2 0 4 D A p = .
由表4-3简单几何形状的表面积计算公式[5]查得以下公式：
图（
2
2 2 2 2 1 125 . 255 30 35 4
4 mm d D a = - = - = ） （ ） （ p p 2
2 614 . 141 1 4 30 1 2 ) 4 2 mm r d r a = ′ - ′ ′ = - = ） （ （ p p p p 式中r=1mm,d=30mm.
2 3 792 . 8 1 . 0 28 mm dH a = ′ ′ = = p p
式中H=0.1mm, d=28mm. 2
4 7356 . 114 1 4 22 1 2 ) 4 2 mm r d r a = ′ + ′ ′ = + = ） （ （ p p
p p 式中r=1mm,d=22mm. 2
2 2 5 94 . 379 22 4
14 . 3 4 mm d a = ′ = = p 2 2066 . 900 94 . 379 7356 . 114 792 . 8 614 . 141 125 . 255 mm A = + + + + = .按照拉深前后毛坯
与工件表面积相等的原则，故A= 0 A .毛坯直径为D= a A ? = p p 4 4 ，式中A —拉深
件的表面积 ， a — 分解成简单几何形状的表面积 。 ∴ mm D 864 . 33 2066 . 900 14 . 3 4 = ′ = ，取D=34mm。
[5]——王芳主编<<冷冲压模具设计指导>>机械工业出版社。
3.2.2计算h/d的值，判断能否一次拉成。
(1)毛坯相对厚度 % 882 . 5 % 100 34 2 % 100 = ′ = ′ D t .
(2)凸缘相对直径 = d d t 30/26=1.154.
(3)工件相对拉深高度
158
. 0
)
2
28
(
)
2
1 . 6
(
=
-
-
=
d
h
.
[0]由表4-9带凸缘筒形件第一次拉深的最大相对高度h(1)/d(1)查得
65
. 0
1
1=
d
h
∽
0.80，因
=
d
h
0.158< 1
1
d
h
,故可一次拉成。
在满足确定工艺方案的主要原则的前提下，可有以下四种不同的工艺方案： 方案一：先落料，然后冲孔和拉深在同一工步；
方案二：落料，冲孔为同一工步首先完成，然后进行拉深；
方案三：落料，拉深为同一工步首先完成，然后进行冲孔；
方案四：先拉深，然后落料和冲孔在同一工步。
若采用方案一加工工件， 不易保证两个Ф5mm孔之间的中心距长度尺寸48mm的精 度，而且易使内孔冲头磨损，降低模具寿命；若采用方案二加工工件，虽冲压件的 形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也较高，但拉深成形困难，易产生废品； 若采用方案三加工工件，模具结构简单，寿命长，且冲压件的形位精度和尺寸精度 准确，表面质量高，生产效率高，操作方便；若采用方案四加工工件，虽能保证冲 压件的形位精度和尺寸精度，但拉深时，压边圈易松动，条料可能单边拉入拉深凹 模，使条料变形。
经分析，比较最后确定方案三。
第4章模具结构形式及冲压设备的选择
4.1模具结构形式的选择
4.1.1模架及导向方式
根据国家标准，模架主要有两大类：一类是由上模座，下模座，导柱，导套组 成的导柱模模架；一类是由弹压导板，下模座，导柱，导套组成的导板模模架。模 架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的 全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉，压板固定在 压力机工作台面上。上，下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸 模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。
模架的基本要求：
（1）要有足够的强度与刚度；
（2）要有足够的精度（如上，下模座要平行，导柱，导套中心要与上，下模座垂直， 模柄要与上模座垂直等）。
（3）上，下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小，上，下模之间的移动 应平稳和无滞住现象）。
由上述看，选择模架非常重要。为了满足模架的基本要求及保证模具的使用寿命， 且后侧导柱模架的导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便。故该复合模选用 后侧导柱模架。[4]
4.1.2毛坯定位方式的选择
冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。控制送料 步距的定位，称为挡料；控制条料宽度方向上的定位，称为导料。冲裁条料时，导 料零件有导料板和导料销等，保证进距的挡料销和定距侧刃等。导料板、导料销对 条料或卷料的侧边进行导向，以保证其正确的送进方向的板件或销。条料靠着导料 板或导料销的一侧导向送进，以免送偏。[3]
根据工件图，该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，为了保 证条料紧靠导料板一侧送进时，常采用有侧压装置，所以条料采用导料板，送进步 距控制采用挡料销。
4.1.3卸料，出件方式的选择
卸料装置分固定卸料装置、弹压卸料装置和废料切刀三种。其中卸料板用于卸 掉卡箍在凸模上或凸凹模上的冲裁件或废料的板件。固定卸料装置装于下模的凹模 上，结构简单，卸料力大，使用安全可靠，一般仅起卸料作用，用于硬料、厚料。 出件装置主要有刚性出件装置与弹性出件装置两种，刚性出件装置一般用于上模，
它是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与 推件板（块），将凹模的工件推出，因次推件力大，而且工作可靠。
因为工件料厚为2mm ，卸料力相对较大，故采用弹压卸料装置，卸料可靠。该 模具采用弹性打件，并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。
4.1.4主要零部件的定位方式与固定方式
凸模用凸模固定板固定，固定方法通常是将凸模压入固定板内，其配合为台阶 式凸模用H7/h6，直通式凸模用N7/h6 P7/h6；凹模用导料板定位，一般采用螺钉和 销钉固定在下模座上。
4.2冲压设备的选择
冲压设备的选择应注意以下几点：
⑴压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力，即 总 压 F F 3 ，式中
压 F —所选压力机 的吨位，
总 F —冲裁时的总力； ⑵根据模具结构选择压力机类型和行程（冲程）次数，如复合模工作需从模具中间 出件，最好选用可倾式压力机。
⑶根据模具尺寸大小，安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考 虑台面孔的大小使冲后有关零件能自由通过。
⑷选择压力机的闭合高度与模具是否匹配。
⑸模柄直径，长度尺寸是否与压力机滑块模柄直径、深度尺寸相当。
⑹压力机滑块行程应该是拉深深度的2∽2.5倍。
⑺压力机的行程次数应当保证有最高的生产效率。
⑻压力机应该使用方便和安全。[5]
为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力
压 F ≥（1.6∽1.8） 总 F 的原则选 取压力机。参照许发樾主编《冲模设计应用实例》附录B3开式双柱可倾式压力机[6] 主要技术规格，选取公称压力为400KN的开式双柱可倾式压力机，该压力机与模具设 计的有关系数为：
公称压力：400KN；
滑块行程：100mm；
滑块行程次数：45次/mim
最大闭合高度：330 mm；
最大装模高度：265 mm；
封闭高度调节量：65 mm；
工作台尺寸（前后×左右）：460 mm×700 mm；
模柄孔尺寸（直径×深度）：φ50mm×70mm；
最大倾斜角度： 0 30
[6]——许发樾主编《冲模设计应用实例》机械工业出版社。
第5章主要工艺参数计算
5.1排样设计与计算
在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生 产中，较好地确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。
5.1.1选择排样方法
冲裁件在条料，带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是降低成本和保 证冲裁件质量及模具寿命的有效措施，故排样时应考虑如下原则：
⑴提高材料利用率；
⑵合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全；
⑶模具结构简单，寿命长；
⑷保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。[3]
因该工件是由圆弧组成，且形状和结构对称，采用直排时材料利用率高，故选 择直排。
5.1.2确定搭边值
排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边值 要合理确定，搭边值过大，材料利用率虽高，但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，因此确定搭边值时应考虑如下因素：
①材料的力学性能，软材料，脆材料，搭边值要大一些；硬材料，搭边值可小一些；
②材料的厚度，材料越厚，搭边值也越大；
③零件的形状和尺寸，零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大；
④排样的形式，对排的搭边值大于直排的搭边值；
⑤送料及挡料方式，用手工送料且有侧压装置的搭边值可小一些，用侧刃定距比用 挡料销定距的搭边值小一些；
⑥卸料方式，弹性卸料比刚性卸料的搭边值要小一些。
由表3-12搭边a和 1 a 数值查得： 1 a =2.0mm，a=2.2mm. [3]
5.1.3计算送料步距与条料宽度
⑴送料步距：
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。送料步距的大小应为条料上两个 对应冲裁件的对应点之间的距离。每次只冲一个零件的步距s的计算公式为：
s=D+ 1 a ，D—平行于送料方向的冲裁件宽度， 1 a —冲裁件之间的搭边值。∴ s=38+2=40mm.
⑵条料宽度：
条料宽度的确定原则是： 最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值， 最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间 隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃。 因本副模具要求条料始终沿着导料板送进，所以模具结构中采用有侧压装置，则条 料在有侧压装置的导料板之间送进时的计算公式如下：[1]
条料宽度：
0 ▲ max 0 ▲ 2 a D B - - + = ） （ 导料板之间距离；A=B+C= c a D
+ +2 max ，式中 max D —条料宽度方向冲裁件的最大尺 寸，a —侧搭边植，▲—条料宽度的单向（负向）偏差，c —导料板与最宽条料之间 的间隙。由表2.5.3条料宽度偏差▲，【1】查得▲=0.6mm，由表2.5.5导料板与条料
之间的最小间隙 min C ，查得 min C =5mm，∵ max D =D+（24-14）×2+10×2=74mm，
∴
0 6 . 0 0 6 . 0 0 ▲ 4 . 78 2 2 . 2 74 - - - = ′ + = ） （ B mm， A=74+2.2×2+5=83.4mm.
5.1.4计算材料利用率：
2. 冲裁件面积的计算 ： mm D c 27 10 2
34 ) 14 24 ( 2 = + = - + = a cos = 267 . 0 884 729 676 289 7 19 7 10 2 27 ) 7 19 ( ) 7 10 ( 2 2 2 2 2 2 2 = - + = + ′ + ′ - + + + = - + ） （ ） （ ab c b a ， ∴
0 52 . 74 = a 则
： 2
2 0 0 2 2 222 . 2021 2 ) 2 4 . 37 sin( 19 19 360
52 . 74 7 14 . 3 2 2 ] 14 20 20 2 ) 52 . 74 cos 7 7 [( 52 . 74 sin 7 19 14 . 3 360
2 . 105 2 2 360 78 2 360 10 14 .
3 mm A = ′ ′ ′ + ′ ′ ′ ′ - + + + ′ ′ - + ′ ′ ′ + ′ ′ - ′ ′ = ） （ 2.一个步距内的材料利用率为η= BS A
×100%，A —一个步距内冲裁件的实际面积，
B —条料宽度，S —步距。η= % 5 . 64 % 100 40 4 . 78 222 . 2021 = ′ ′ .查板材标准，宜选用950mm
×1500mm的钢板，每张钢板可剪裁12张条料（78.4mm×1500mm），每张条料可冲37 个工件。若考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，则一张板料上总的材料利用率
LB nA 1
0 = h ×100%， n —一张板料上冲裁件的总数目， 1 A —一个冲裁件的实际面积， L —
板料长度，B —板料宽度。∴ = 0 h % 6 . 63 % 100 4 . 78 1500 222 . 2021 37 = ′ ′ ′ .
5.1.5画出排样图
图（5-1）零件排样图
5.2计算工序压力
5.2.1落料力的计算
利用平刃凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算公式按式F=kLt b t ,F —冲裁力， L —冲裁周边长度，t —材料厚度，k —系数，一般取k=1.3．冲裁周边长度L的长度计
算： 3 2 1 L L L L + + = 。R7所对的弧长 mm R l 0997 . 9 180 52 . 74 7 14 . 3 180 = ′ ′ = = a p ，则
mm
l L 3988 . 36 4 0997 . 9 4 1 = ′ = = mm r L 173 . 71 180
204 20 14 . 3 2 180 204 2 = ′ ′ = ′ ′ =p 0
2 2 2 4 . 37 795 . 0 1404
289 676 729 26 27 2 17 26 27 cos = \ = - + = ′ ′ - + = b b ， mm R L 7359 . 69 19 14 . 3 180
2 . 105 2 180 2 4 . 37 180 2
3 = ′ ′ ′ = ′ - = ） （ p ∴ mm L 3077 . 177 7359 . 69 173 . 71 3988 . 36
= + + = ，式中t=2mm， b t =260Mpa[6], [6]——由许发樾主编《冲模设计应用实例》机械工业出版社附录A冲压常用材料的
性能和规格查得。故F=1.3×177.3077×2×260=119860.0052N。
5.2.2卸料力 c F ：
c F = N F K 3003 . 6592 0052 . 119860 055 . 0 = ′ = ′ c ，式中 c K =0.055．
5.2.3拉深力计算：
由于该零件为有凸缘圆筒形件的拉深，故可按有压边圈的圆筒形件近似计算， 按下式：
b t dt K F s p = ，式中 t F —拉深力，d —拉深件的直径d =24mm，t —材料厚度，K —修正
因数， b s —材料的强度极限， b s =330Mpa．拉深系数m= 706 . 0 34 24 = = D d ，由表4-18
修正因数K[6]的数值，查得修正因数K=0.60，则 t F
=0.60×3.14×24×2× 330=29842.56N．
5.2.4压边力
压边力
Q
F 用下式计算 ， Q F =AP ， 式中 A — 压边圈面积 ，
A= 2
2 2
3 . 455 576 1156
4 14 . 3 24 34 4 mm = - ′ = - ′ ） （ ） （ p 。P —单位压边力，由表4-16[6] 查得P=3.0 Mpa，则压边力 Q F =455.3×3.0=1365.9N。
5.2.5冲孔力计算：
c F =1.3Lt τ，式中L=3.14×5×2+3.14×18=31.4+56.52=87.92 mm．∴ c F
=1.3× 87.92×2×260=59433.92N．
5.2.6推件力计算：
T F =n t K c F ,式中n —卡在凹模内的工件数，n=4， t K =0.05，∴ T F =4×0.05×
59433.92=11886.784N。
故总冲压力为 Z F =F+ c F + t F + Q F + c F + T F =119860.0052+6592.3003+29842.56+
1365.9+59433.92+11886.784=228981.4695N。
根据计算结果，冲压设备拟选J23-40． 5.3计算模具压力中心
冲裁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轴线以 及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及 压力机寿命。
冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲裁 件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，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。具体方法如下：
1.按比例画出冲裁轮廓线，选定直角坐标x、y；
2.把图形的轮廓线分成几部分，计算各部分长度 2 1 L L ，
… n L ，并求出各部分重心位 置的坐标（ 1 1 ,y x ），（ 2 2 ,y x ）…（ n n y x , ）；
3.按冲裁轮廓线下列公式求冲模压力中心的坐标值（ 0 0 ,y x ）：
n
n n L L L x L x L x L x ? + + + ? + + = 2 1 2 2 1 1 0 n n n L L L y L y L y L y ? + + + ? + + = 2 1 2 2 1
1 0 [5]
计算压力中心时，先按比例画出零件图如下图（5-2）所示，把坐标原点取在工 件的对称中心上，建立xoy坐标系如下图所示，将冲裁轮廓线按几何图形分解成 11 1 ∽L L 共11组基本线段。这样使工件两边φ5mm的孔对轴心的力矩之和为零，大大 简化了计算，用解析法求得模具的压力中心C点坐标（0，0），有关计算如下表：
图（5-2）零件图
各基本要素压力中心的坐标值
基本要素长度
合计：
表5-1压力中心计算
由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心与模柄轴线以及压力 机滑块中心线重合，若选用J23-40冲床，能满足要求。
5.4计算凸、凹模工作部分尺寸并确定其制造公差
5.4.1冲裁模凸、凹模刃口尺寸计算原则：
⑴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 通过减小凸模刃口尺寸来获得。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获得。
⑵根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等 于工件的最小极限尺寸；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。
⑶不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙。
⑷选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的 精度要求，又要保证合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高2∽4级。对于形状 简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6∽IT7级来选用。
⑸工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注单向公 差，所谓“入体” 原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注[1]。
5.4.2冲裁凸、凹模刃口尺寸计算
由工件图看，该工件是圆弧和圆构成的简单规则形状的工件，故冲裁此类工件 的凸、凹模制造相对简单，精度易保证，所以采用分别加工。凸、凹模分别加工法 具有制造周期短，凸、凹模具有互换性，便于成批制造。
⑴落料
设工件的尺寸为 0
▲ - D
，根据计算原则得： A D D A d c + - = 0 max ▲） （ ； 0
min max 0 min ) ▲ ) T
T Z D Z D D A T d d c - - - - = - = （ （ ⑵冲孔
设冲孔尺寸为 ▲ + 0 d ，根据根据计算原则得：
min ) ▲ ( T
d d T d c - + = A A Z d Z d d T A d d c + + + + = + = 0 min min 0
min ) ▲ ( ) ( ⑶孔心距
孔心距属于磨损后基本不变的尺寸，在同一工步中，在工件上冲出孔距为L±▲
/2两个孔时，其凹模型孔中心距 d L
可按下式确定： d L =L±▲/8；[1]
上述式中： T A
、D D —落料凹、凸模尺寸； A T 、 d d —冲孔凸、凹模尺寸； max D — 落料件的最大极限尺寸； min d —冲孔件的最小极限尺寸；L、 d L
—工件孔心距和凹 模孔心距的公称尺寸；▲—工件制造公差； min Z —最小合理间隙；χ—磨损系数； A T 、 d d —凸、 凹模的制造公差， 按IT6∽IT7级来选取。 为了保证初始间隙不超过 max Z 即 A T d d + + min Z ≤ max Z ， A T 、 d d 选取必须满足以下条件： A T d d + ≤ max Z - min Z 。
由工件图可知，除孔 mm 0 28 . 0 28 - f 、
mm 20 . 00 18 + f 有精度要求外，其他未注公差按 IT14级计算。外形R10 0 36 . 0 - mm,R7 0 36 . 0 - mm,φ38 0 62 . 0 - mm由落料获得；φ5
30 . 0 0 mm， mm 20 . 00 18 + f 由冲孔获得；查表2.3.3冲裁模初始双面间隙值Z，得 min Z =0.246mm， max Z =0.360mm，
则 max Z - min Z =（0.360-0.246）mm=0.114mm．由公差表查得： mm 0 28 . 0 28 - f 、
mm 20 . 00 18 + f 为IT12级，取χ=0.75mm，其余为IT14级，取χ=0.5mm．因该工件是形状简单的圆弧
组成，则凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，故
0 62 . 0 38 - f mm的凸、凹模的制造公差 由表2-4标准公差值[3]查得 A d =0.025mm， T d =0.016mm；[3]—薛彦成主编《公差配 合与技术测量》机械工业出版社。R10
0 36 . 0 - mm的凸、凹模的制造公差 A d =0.015mm， T d =0.009mm；R7 0 36 . 0 - mm的凸、凹模的制造公差 A d =0.015mm， T d =0.009mm；φ5 30 . 0 0 mm
的凸、凹模的制造公差 A d =0.012mm， T d =0.008mm；
mm 20 . 00 18 + f 的凸、凹模的制造公 差 A d =0.018mm， T d =0.011mm；
尺寸及
分类 尺寸 转换
计算公式 结果 备注 落料 φ φ 0
62 . 0 - A D D A d c + - = 0 max ▲） （ ；
0 min max 0
min ) ▲ ) T T
Z D Z D D A T d d c - - - - = - = （ （ A D 025 . 00 69 . 37 + 查表冲裁模初始 双面间隙值，得 min Z ， max Z ，则 max Z min Z （）．由 公差表查得 ： mm 0 28 . 0 28 - f 、 mm 20 . 00 18 + f 为 级，取χ，其余为 级，取χ，校核满
足 ： A T d d + ≤ max Z min Z 。 0 016 . 0 444 . 37 - T D 0
36 . 0 - A R 015 . 00 82 . 9 + T
R 0 009 . 0 574 . 9 - 0 36 . 0 - A R 015 . 00 82 . 6
+ T R 0 009 . 0 57 . 6
- 冲
孔 φ φ 30 . 0 0 0
min ) ▲ ( T d d T d c - + = A A Z d Z d d T A d d c + + + + = + = 0 min min 0 min ) ▲ ( ) ( 012 . 00 396 . 5 + A d 0 008
. 0 15 . 5 - T d φ 20
. 00 18 + f 018 . 00 396 . 18 + A d 0 011
. 0 15 . 18 - T d 孔
心距 48
48 12 . 0 12 . 0 + - d L =L±▲/8 d L 48±0.015
表（5-2）工作零件刃口尺寸的计算
5.4.3拉深凸、凹模刃口尺寸计算
⑴拉深间隙
拉深模的间隙是指凸、凹模横向尺寸的差值。双边间隙用Z来表示。确定拉深间 隙的原则是：既要考虑板料公差的影响，又要考虑毛坯口部增厚的现象，故间隙值 一般比毛坯厚度略大一些。
间隙过小，工件质量较好，但拉深力大，工件易断，模具磨损严重，寿命低。 间隙过大，拉深力小，模具寿命虽提高了，但工件易起皱，变厚，侧壁不直，口部 分线不齐，有回弹，质量不能保证。[6]
⑵拉深模间隙取向的规则：对于最后一次拉深工序规定如下：
①当工件外形尺寸要求一定时，以凹模为基准，凸模尺寸按凹模减小以取得间隙； ②当工件内形尺寸要求一定时，以凸模为基准，凹模尺寸按凸模放大以取得间隙； 拉深凸模和凹模的单边间隙可按表4.8.2有压边圈拉深时单边间隙值[1]，查得Z/2= （1∽1.1）t，∴Z=2（1∽1.1）t=（4∽4.4）mm，取Z=4mm．
当零件尺寸标注在外形时，以凹模为基准，工作部分尺寸为：
A D D A d + - = 0 max ▲ 75 . 0
） （ 0
max ) ▲ 75 . 0 T
Z D D T d - - - = （
当零件尺寸标注在内形时，以凸模为基准，工作部分尺寸为：
min ) ▲ 4 . 0 ( T
d d T d - + = A d d A d +
+ + = 0
min ) Z ▲ 4 . 0 ( 式中： T T A A
、d 、D 、d D —凹、凸模尺寸； max D 、 min d —拉深件外径的最大极限尺寸 和内径的最小极限尺寸；▲—零件的公差； A T 、 d d —凸、凹模的制造公差，见表
4.8.3；Z —拉深模双面间隙，见表4.8.2；
由于拉深工件的公差为IT12级，因此凸、凹模的制造公差可采用IT6∽IT8级，
取凸模IT6级，凹模IT7级。
mm 0 28 . 0 28 - f 的凸、凹模的制造公差 A d =0.021mm ， T d =0.013mm；
尺寸及
分类 尺寸 转换 计算公式
结果 备注 拉深
φ 0
28 . 0 28 - f A D D A d + - = 0 max ▲ 75 . 0 ） （ 0
max ) ▲ 75 . 0 T Z D D T d - - - = （ 021 . 0
79 . 27 A D 拉深工件的公差为级， 因此凸、凹模的制造公 差可采用∽级，取凸模 级 ， 凹模级 。 mm 0
28 . 0 28 - f 的凸、凹
模的制造公差 A d ， T d 。 0
013 . 0 79 . 23 - T D φ 23
. 00 24 + f 0
min ) ▲ 4 . 0 ( T
d d T d - + = A d d A d +
+ + = 0
min ) Z ▲ 4 . 0 ( 021 . 00 06 . 24 + A d 0 013
. 0 06 . 20 - T d 表（5-3）拉深凸、凹模的尺寸计算
5.5弹性元件的选取与设计
为了得到较平整的工件，本模具采用弹压式卸料结构，使条料在落料、拉深过 程中始终处在一个稳定的压力之下，从而改善了毛坯的稳定性，避免材料在切向应 力的作用下起皱的可能。
5.5.1上卸料采用橡胶作为弹性元件
选取橡胶作为弹性元件的原因，是由于橡胶允许承受的载荷较大，安装调整灵 活方便。根据工艺性质和模具结构确定采用较硬橡胶，形状是圆筒形，数量为4块。 ⑴橡胶的选择原则：
①为保证橡胶正常工作，所选橡胶必须满足压力要求，即 卸 预 F F 3 ，
预 F —橡胶在预
压缩状态时的预压力，
卸 F —卸料力；橡胶所能产生的压力F，F=AP，A —橡胶垫的横 截面积，P —橡胶的单位压力。
②为保证橡胶不过早失效，所选橡胶必须满足压缩量的要求，即 许 H ≥ 预 H + 工 H ，
许 H —橡胶的允许最大压缩量，一般取 许 H =35%∽45% 0 H ， 0 H —橡胶的自由高度； 预 H —橡胶的预压缩量，一般可取 预 H =10%∽15% 0 H ； 工 H —橡胶的工作行程，它包
括卸料板工作行程 工作 h +凸模总修磨量 修磨 h ，即
工 H = 工作 h + 修磨 h 。其中 工作 h =δ+1mm， δ为材料厚度， 修磨 h 一般可取5∽10mm．
③所选橡胶必须满足模具结构空间的要求，即在橡胶垫周围应留有足够的空隙，以 容纳橡胶压缩时断面尺寸的胀大量。
⑵橡胶选用步骤：
①确定橡胶垫的自由高度，由 许 H =35%∽45% 0 H ，
工 H =25%∽30% 0 H ，则橡胶垫的自 由高度 0 H =
工 H /（0.25∽0.30）=（3.5∽4） 工 H 。 ②确定橡胶垫的横截面积A：为使橡胶满足压力的要求，
预 F =AP≥ 卸 F ，所以橡胶垫 的横截面积与卸料力及单位压力之间存有如下关系：A=
卸 F /P． ③确定橡胶垫的平面尺寸：圆筒形橡胶垫的外径为D，内孔为d，则横截面积 A= 4 2 2 ）
（ d D - p ，代入上面公式A= 卸 F /P后，则可得外径D=
P F d 卸
27 . 1 2 + 。 ④校核橡胶垫的自由高度，橡胶垫的自由高度 0 H 与其直径D之比应在下式范围内，
即0.5≤ 0 H /D≤1.5。确定橡胶垫安装高度
装 H ， 装 H = 0 H - 预 H 。[1] ⑶卸料橡胶的设计计算如下表：