第一章 冲压设备
1.1 冲压技术简介
冷冲压在锻压生产中占有很重要的地位，在工业中的应用十分广泛，它也是锻压专业教学的基本内容。
冷冲压生产技术是多方面的，但其中最为主要的基础内容是，在充分地了解和掌握各种冲压变形规律的基础上解决冲压加工中出现的各种实际问题,确定最佳工艺参数，以最简便的方式在消耗最低的条件下实现冲压加工过程，获得高质量的冲压产品。
冷冲压是塑性加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压.冲压加工的范围十分广泛，不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属材料。冲压加工时，板料在模具的作用下，其内部产生使之变形的内力。冷冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。一般的冲压加工，每分钟一台冲压设备可生产零件的数目是几件到几十件。但是，目前已有相当数量高速冲床的生产率已达每分钟数百件或数千件以上。
1.2 冲床
冲床用来安装与之相适应的模具。J23系列开式可倾冲床和J21S系列深喉冲床，在J21S系列深喉冲床中，快速冲床，特点是行程小，行程次数38～170(次/min)。J23系列开式可倾冲床为可倾式铸造结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下。它较J21S系列深喉冲床，它较偏心冲床有较大的行程，行程次数45～120(次/min)。其它冲床同J23系列开式可倾冲床相似。
1.3参数计算
为了正确选用冲床，必须了解它的一些主要数据。 1.3.1额定吨位
冲床铭牌上规定的吨位为冲床的额定吨位。额定吨位的大小，反映冲床的冲裁力。在我国，J23系列开式可倾冲床特点系列生产，共8级，具体型号有J23-16、JB23-20A、J23-25、JB23-35、JG23-35、JG23-40、JD21-100、JB21-160等各种冲床。选择冲床时，必须使冲床的额定吨位大于工件所需要的冲裁力。
由表1.1查得Q235的?b=375～460 Mpa，取?b=450 Mpa。 工件所需要的冲裁力P可从模具设计手册查得： P=K?Dt?b9810 （1.1）
- 1 -
式中 t――圆盘的厚度（m）；
D――圆盘的直径（m）；
?b――材料的抗拉强度（MPa）；
K――考虑弹性脱料装置的压缩力，圆盘厚度公差，冲模间隙的变化，刃口变钝等因素使冲裁力增大的系数，可取K＝1.3. P?K?Dt?b9810(T)=14.04 (T)
表1.1 部分碳素结构钢力学性能
牌号 Q215 Q235 Q225 Q275 屈服强度?s/MPa 伸长率?/% 26～31 21～26 19～24 15～20 抗拉强度?b/MPa 165～215 185～235 205～255 225～275 335～410 375～460 410～510 490～610 故应选用35吨的的J23系列开式可倾冲床，床身材料为可倾式铸造结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下，采用刚性转健离合器，具有单次和连续操作规范。 使用带式制动器，滑块装有压塌式保险器，超载时保险器压塌，从而保证整机不受损坏。冲床具有通用性强、精度高、性能可靠、便于操作的优点。 配备自动送料装置可实现半自动化冲压作业。具体基本参数见表1-2 JB23-35 吨开式可倾冲床使用说明书。
1.3.2. 闭合高度
闭合高度是冲模设计和冲模在冲床上安装时都必须考虑的重要因素。闭合高度有两种: (1) 冲模闭合高度: 冲模闭合高度是指上、下模在最低工作位置时冲模高度。(2) 冲床闭合高度:冲床上的连杆,可以通过螺纹调节其长度调节量为M。冲床闭合高度是指冲床在M=0时从台面至下止点时滑块下平面间的距离。选择冲床时,须使冲床的闭合高度大于冲模的闭合高度,否则, 滑块在上止点时将冲模装在冲床上,冲床开动后将会使冲模损坏。取合模后固定板和卸料板之间的安全距离为20毫米。
在本设计中闭合高度为:上模座 ＋垫板 ＋凸模固定板＋卸料板+凹模+下模座＋安全距离
即:H0=60+10+40+15+60+55+20=260(mm)
所选冲床闭合高度Hmax= 300mm,Hmin =300-50=250mm 满足Hmax?5mm?H0?Hmin?10mm
- 2 -
其中Hmax为最大闭合高度，Hmin最小闭合高度，H0为闭合高度。 所以，这套模具设计的闭合高度为260毫米。 1.3.3台面尺寸(长×宽)和台面孔尺寸
在冲模设计和安装时，必须考虑台面尺寸和台面孔尺寸，前者应能保证模具在台面上压紧，后者应能保证冲孔的余料或工件能从台面孔落下。
1.3.4模柄孔尺寸
在冲模设计和安装时, 必须考虑冲床滑块模柄孔的尺寸。通常，模柄外径和上模座孔的配合采用H7/m6。
表1-2 JB23-35 吨开式冲床使用说明书
序号 1 2 公称压力 滑块行程 35 100 米 3 滑块每分钟行程次数 55 次/分 4 封闭高度调节量 80 米 5 封闭高度(滑块在下死点时至台面的距离) 最 小 220 米 6 工作台尺寸 前 后 480 米 左 右 710 米 8 喉口深度 710 米 9 立柱间距离 390 米 10 模柄孔尺寸 直径 φ50 米 深度 60 毫毫毫毫毫毫最 大 300 米 毫毫毫项 目 数 值 位 吨 毫单- 3 -
米 11 滑块底面尺寸 前 后 320 米 前 后 270 米 12 外形尺寸 前 后 1480 米 左 右 1050 米 地面上高 2200 米 13 机床重量 45 吨 毫毫毫毫毫
第二章 冲裁力和排样
2.1冲裁力计算
冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力按公式（1.1）已计算。
如图2.1所示为模具所要加工的工件圆盘的图，材料为Q235，厚度1mm，大批生产。
图2.1 圆盘
- 4 -
2.1.1冲裁件工艺分析
由圆盘图可见，该冲裁件外形简单，仅需一次冲裁加工即可成型。冲裁件为大批量生产，因此采用单工序、后导柱导向式冲裁模进行加工，以方便工人操作，并保证尺寸精度，由于工件尺寸较薄，故可采用固定卸料板弹性卸料和下出料的方式。
2.1.2 确定模具压力中心
圆盘为对称形状制件，压力中心位于制件轮廓图形的几何中心上。
2.2冲裁排样设计
条料、帯料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样和选择适当的搭边值是提高材料利用率、降低成本、保证冲件质量及模具寿命的有效措施。
2.2.1材料利用率
排样的目的是为了在保证制件质量的前提下，合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率，一个进矩的材料利用率η计算见式（2.4）
Fη=
F0
F0F= nA = BL
η=(nA/BL)?100% （2.4） A= ?r=3.14?37.52=4415.6mm2
η=(nA/BL)?100%=(4415.625?10/769?79) ?100%=72.6% 式中：n——一张板料（或帯料、条料）上冲件的数目
A——一个冲裁件的实际面积 L——板料长度 B——板料宽度 r——板料半径
η值越大材料的利用率就越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。
提高材料利用率的方法：
冲裁所产生的废料可分为两类：一类是结构废料，是由冲件的形状特点产生的；另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料而产生的废料，称为工艺废料。要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边
- 5 -
2