轴盖冲压复合模设计

轴盖冲压复合模设计

轴盖复合模的设计与制造

本设计分析了轴盖零件的结构工艺性，提出了合理的成型工艺。确定合理的冲压工艺方案，零件冲压成形的方向和模具结构，并进行了工艺参数的计算，且对模

具的设计、工作过程、装配、调试工艺作了阐述。

翻边模模具结构工艺成形

the design and manufacture of the shaftcup gang dies

Abstract

The structural technique of shaftcup accessory is analyzed，and the proper forming technique is proposed．The stamping process scheme was determined , have carried on the

calculation of the craft parameter ，ascertain its punching forming direction and die

structure，die design, working process，and technique for assembly and adjustment are

discussed．

Keywords：flanging die mold structure technological process shaping 在冲压生产中，常常将几个单工序冲压过程集中在一副模具中完成，这种在压力

机的一次工作行程中，在一副模具的同一工位同时完成两种或两种以上基本工序的

模具就称为复合模具。

冷冲压是一种先进的金属加工方法，与其它加工方法(切削)比较，它有以下特点：

1)它是无屑加工被加工的金属在再结晶温度以下产生塑性变形．不产生切屑，变形中金属

产生加工硬化。

2)所用设备是冲床冲床供给变形所需的力。

3)所用的工具是各种形式的冲模冲模对材料塑性变形加以约束，并直接使材料变成所需的

零件。

4)所用的原材料多为金属和非金属的板料。

冷冲压与其它加工方法比较，在技术上、经济上有许多优点：

1）在压床简单冲压下．能得到形状复杂的零件．而这些零件用其它的方法是不可能或者很

难得到的。如汽车驾驶室的车门、顶盖和翼子板这些具有流线型零件。

2)制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，而且有—定精度，具有互换性。

3)在耗料不大的情况下。能得到强度高、足够刚性而重量轻、外表光滑美观的零件。

4)材料利用率高，一般为70一85％。

5)生产率高，冲床冲一次一般可得一个零件．而冲床一分钟的行程少则几次，多则几百次。

同时，毛坯相零件形状规则，便于实现机械化和自动化。

１

6)冲压零件的质量主要靠冲模保证．所以操作方便，要求的工人技术等级不高，便于组织生

产。

7)在大量生产的条件下，产品的成本低。

冷冲压的缺点是模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵．因而在小批量生产中受到限

制。另外．冲压件的精度决定于模具精度．如零件的精度要求过高、用冷冲压生产就难以达到。

名称：轴盖

材料：

数量：大批量

零件图一、冲压件的工艺分析

有工件图看，该工件需要内外缘同时翻边，翻边高度为4mm，由计算可知最大翻边高度为

Hmax=5.93mm,由此可知设计翻边时可一次翻边完成，无需拉深。由于产品批量较大，不宜采用单

一工序生产，且不易保证内外缘的同心度。而用级进模结构复杂。采用复合模可一次完成落料、

冲孔、内外缘翻边。

因为该工件是轴对称件，材料厚度仅为1.0mm，冲裁性能较好。为了减少工序数经对该工件进行详细分析，并查阅有关资料后，可采用复合模一次压制成形。该工艺特点是首先进行落料，

再冲孔，最后翻边成形。采用这种方法加工的工件外观乎整、毛刺小、产品质量较高，而且大大

提高了生产效率。所以经分析，决定设计复合摸来完成此工件的加工。

二、工艺方案的确定

计算翻边前是否需要进行拉深，这要核算翻边的变形程度，由模具设计手册查的极限翻边系

数：Kmin=0.62,则可只允许的最大翻边高度Hmax为：

D，， H,1,K，0.43r，0.72tmaxmin2

式中 Hmax—最大翻边高度

D—翻边直径

r—圆角半径

t—材料厚度

25则，，H,1,0.62，0.43，0.42 max2

=5.93mm

零件竖直高度H=4mm

所以翻边时可一次翻边成型，无需进行拉深。

根据以上分析计算，冲压零件需要的基本工序是落料、冲孔、内翻边、外翻边。

２

根据以上基本工序，可拟定以下几个冲压工艺方案：方案一：落料、冲孔同步、内翻边与外翻边同步。方案特点是内翻边与外翻边同时进行使模具制造复杂，使冲孔凹模与内外翻边凸凹模做为一体，不但节省材料，也使模具结构紧凑，并提

高制造精度。

方案二：落料、冲孔、内翻边与外翻边同步。方案特点是：与第一方案相比因落料与冲孔分

步进行可进小冲裁力，但降低了冲裁速度。

方案三：落料、冲孔同步，内翻边、外翻边分步进行。方案特点是模具制造比较简单，模具

使用寿命较高，但精度低。

分析比较以上三种方案，可以看到选用第一种方案比较合理。三、工艺参数的计算

（一）毛坯的尺寸计算

（1）毛坯翻便预制孔的直径d0

d0=D-2(H-0.43r-0.72t)

式中 D—翻边直径（按中线计）（mm）;

H—翻边高度（mm）,H=4mm;

r—竖边与凸缘的圆角半径（mm），r=1.0mm;

t—料厚（mm），t=1.0mm.

D=24mm+1.0mm=25mm

则 d0=25-2(4-0.43×1.0-0.72×1.0)=19.3mm

（2）毛坯的直径D0

按等面积原则，用解析法求该工件的毛皮直径D0.可将工件分为圆柱、1/4球环、圆

三个简单几何体，他们的面积分别计算如下：

A1=πd(H-r)

=3.14×37×(4-1)

=38.727mm?

A2=πr[π(d-2r)+4r]/2

=3.14×1[3.14×（37-2×1）+4×1]/2

=178.823mm?

A3=π/4(d-2r)?

=3.14×(37-2×1)?/4

=961.16mm?

据等面积原则：

A=A1+A2+A3

=38.727+178.3823+961.16

=1179.175mm?

毛坯的面积 A毛坯=πD?/4

将A1、A2、A3代入上式得：

D=

22 d，4dH,1.72rd,0.56r

３

=43.55mm

（二）排样及材料利用率的计算

排样时工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定

位误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以保持条料有一定的刚度，便于送料。

搭边是废料．从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口

磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的，

下表列出了冲裁时常用的最小搭边值。

考虑到操作方便及模具结构，故采用单排排样设计。由下表2-1查的搭边值a=1.5,a1=1.5.

手送料自动送料料厚圆形非圆形往复送料

aaaaaaaa1111

-11.51.52321.5

32>1-221.52.523.52.5

>2-32.52343.52.5表2-1冲裁金属材料

条料宽度 b=D

0+2×1.5=43.55+2×1.5=46.55mm

条料送进步距 h=D0+1.5=43.55+1.5=45.05mm

材料利用率计算：（见右图）

一个步距内的材料利用率η为：

A ,,X100%BS

式中： A—一个步距内冲裁件面积（包括冲

出的小孔在内）（mm）

B—条料宽度（mm）图2-1排样图

S—步距（mm）

,22，，D,d则 4 ,,X100%，，46.55X43.55，1.5

=57%

４

分析：由于轴盖冲裁时，产生的结构废料较多，因此轴盖的材料利用率较低。

（三）、各部分工艺力的计算

(1)冲孔力计算

F冲=1.3Ltτ

式中： F冲—冲孔力（N）；

L—工件内轮廓周长（mm）;

t—材料厚度（mm）,t=1.0mm;

τ—材料抗剪强度（Mpa）由手册查得τ=300Mpa.

L=πd0=3.14×19.3=60.602mm

则 F冲=Ltδb=60.602×1.0X300

=23.63KN

(2)落料力的计算

F落=1.3Ltτ

式中： F落—落料力（N）

L—工件外轮廓周长mm，由于先落料，后翻边，因此落料尺寸为毛坯尺寸υ43.55，则L=3.14×43.55=136.75;

则 F落=1.3×136.75×1.0×300=53.33KN

(3)翻边力的计算

内翻力：

F内翻=1.1πtδs(D-d0)

式中δs—材料的屈服强度，查手册得δs=200Mpa.

D—翻边直径（mm）,D=25mm

d0—毛坯预制孔直径（mm） d0=19.3mm.

则 F内翻=1.1×3.14×1×200（25-19.3）=3.94KN

外翻力：

F外翻＝1.25LtδbK

F外翻——外缘翻边所需的力(N);

L——弯曲线长度(mm) L=πD;

t——料厚(mm)；t=1.0mm

δb——零件材料的抗拉强度(MPa)；由手册查得δb=380Mpa

K——系数，取0.2～0.3。

则 F外翻=1.25×3.14×37×1.0×380×0.25=13.79KN

4)推件力的计算

F推＝nK推F冲

式中 K推一—推件力因数，其值由表2—2查得K推=0.03

n——工件在凹模内的个数，取n=3 表2-2卸料力、推件力和顶出力因数则 F 推＝3X0.03×26.63=1.60KN 料厚/卸推顶 0.03--0.07铝、铝合金0.03--0.08

0.03--0.09纯铜、黄铜0.02--0.06

５

5)卸料力计算

F卸＝K卸F落

式中F卸——卸料力因数，其值由表2—2查得K卸=0.02；

则 F卸＝0.02×53.33KN=1.07KN

因此，总的冲裁力为：

F＝F冲+F落+F推+F卸+F内翻+F外翻

＝23.63+1.60+53.33+1.07+3.94+13.79

＝87.36KN

（四）计算压力中心

确定压力中心的目的：冲裁模的压力中心就是合力的作用点，为了保证压力机和模具正常平

衡工作，模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机的滑块中心重合，否则会产生偏心，形成

偏心载荷。

轴盖是形状对称的工件，其压力中心位于轮廓图形的几何中心，即：圆心。

对于复杂形状零件或多凸模冲模的压力中心可以用解析法和图解法求解。（五）主要工作部分尺寸计算

1．冲孔刃口尺寸计算

根据表2—3查得冲裁刃口双面间隙Zmin＝0.065mm,Zmax=0.095mm.零件尺寸极限偏差Δ=0.13mm,磨损因数有表2-4查得,磨损因数x＝0.75.

表2-3 落料、冲孔摸刃口始用间隙

材 45 10、15、20、 Q215、Q235 H62、H68(软) 料 T8、T7、冷轧钢带、钢板纯铜(软) 名 (退火) 30钢板 08、10、15 防锈铝称磷青铜 H62、H68(硬) 钢板 LF21、LF2

(硬) LY12(硬铝) H62、H68(半硬) 软铝

铍青铜硅钢片纯铜(硬) L2～L6

(硬) 磷青铜(软) LY12(退火)

铍青铜(软) 铜母线

铝母线力学性能 HBS?190

HBS=140～190 HBS=70～140 HBS?190

,,,,b?600MPa b=400～b=300～b?300MPa

600MPa 400MPa

厚度t 初始间隙Z

Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 0.1 0.015 0.035 0.01 0.03 * -- * -- 0.2 0.025 0.045 0.015 0.035 0.01 0.03 * -- 0.3 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.04 0.01 0.03 0.5 0.08 0.1 0.06 0.08 0.04 0.06 0.025 0.045 0.8 0.13 0.13 0.10 0.13 0.07 0.10 0.045 0.075

６

1.0 0.17 0.2 0.13 0.16 0.1 0.13 0.065 0.095 1.2 0.21 0.24 0.16 0.19 0.13 0.16 0.075 0.105 1.5 0.27 0.31 0.21 0.25 0.15 0.19 0.10 0.14 1.8 0.34 0.38 0.27 0.31 0.20 0.24 0.13 0.17

2.0 0.38 0.42 0.30 0.34 0.22 0.26 0.14 0.18 注：有*号处均是无间隙。

表2-4因数X

冲孔凸凹模的制造公差由表2-5查得：δ

凸=0.020，δ凹=0.025。

表2-5 规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差

基本尺寸凸模公差凹模公差

图2-2冲孔凸模

0.0200.020小于等于18

0.025〉18-300.020

0.0300.020〉30-80

校核：δ凸+δ凹=0.045〉Zmax-Zmin=0.03mm.

因此．凸、凹模采用配作加工方法。

则凸模刃口尺寸

000 d凸＝(d+xΔ)＝(19.3+0.75×0.13)=19.39mm 凸,0.02,0.02,,,0.01圆整后为：19.4 ,0.03

凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保证其双间隙为0.065～0.095mm。图2-3落料凹模

查表2-3冲裁模刃口双面间隙Zmin=0.065mm,Zmax=0.095mm.

工件极限偏差Δ=0.13mm.

落料凸凹模的制造公差由表2-5查得δ凹=0.03mm，δ凸=0.02mm.

磨损因数由表2-4查得 X=0.75

校核：δ凸+δ凹=0.02+0.03〉Zmax-Zmin=0.03mm.

，,凹，0.03，0.03D凸＝(D+xΔ)＝(43.55+0.75×0.13)=43.45mm 000

，0.08圆整后为：43.4 ，0.05

则落料凹凸模采用配合加工的方法。

７

凸模尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为0.065～0.095mm.

，0.13：内翻孔尺寸为Φ24，尺寸精度IT11级。 0

0凸模尺寸计算 d凸=（dmin+0.4Δ）凸,,

11 将模具公差按IT10级选取，则δ凸=δ凹=（～）Δ ，取δ凸=δ凹=0.06。 32把dmin=24.0mm,Δ=0.13mm,代入上式

图2-4翻边成型模 0 则 d凸=(24+0.4×0.13) ,0.06

0 =24.05 ,0.06

，0.05 圆整后为：24.0 ,0.01

由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计基准。间隙取在凹模上

故凹模尺寸为：

，,凹d凹=（dmin+Δ+Z） 0

把dmin=24mm,Δ=0.13,Z=2.0MM,δ凹=0.06mm代入上式则凹模的尺寸为：，0.06 d凹=（24+0.13+2.0） 0

，0.06=26.13 0

，0.19圆整后为：26.0 ，0.13

，0.13.外缘翻边尺寸Φ38 0

1、定间隙

单边间隙为：Z/2=1.0t=1.0mm

则翻边模的间隙Z=2×1.0=2.0mm

2、凸凹模工作部分的尺寸和公差图2-5 凸凹模由于工件要求外形尺寸，则以凹模为设计基准。

凹模尺寸为D，,凹凹=（Dmin-0.75Δ） 0

将模具公差按IT10级选择则δ凹=0.1mm

配制把Dmax=38.13,Δ=0.13,代入

，0.1 则D凹=（38.13-0.75×0.13） 0

，0.1 =38.03 0

，0.13圆整后为：38.0 ，0.03

间隙取在凸模上，则凸模的尺寸为：配制0D凸=（Dmax-0.75Δ-Z）凸,, 把Dmax=38.13,Δ=0.13，Z=2.0mm.δ凸=0.1mm代入

0则D凸=（38.13-0.75×0.13-2.0） ,0.1

0=36.03 ,0.1

，0.03圆整后为：36.0 ，0.02

四、冲压设备的选择

８

由于复合模的特点，为防止设备超载，可按公称压力F压(1．6～1．8) ,F总选择压力机。模具设计手册末附录B3选取公称压力为250kN的开式压力机。其与模具设计的有关参数为:

公称压力：250KN

滑块行程：65mm

最大闭合高度：270mm

封闭高度调节量：55mm

工作台孔径：370mm×560mm

模柄孔尺寸：Φ40mm× 60mm

五、模具总体结构的设计

（一）绘制模具总体结构草图

模具的结构如图：（如图2-6）

主要有上模座、下模座、冲孔凸模、落料凹模、冲孔落料翻边凸凹模、翻边成型模、卸料块等

零件组成。

图2-6轴盖冲裁复合模

1- 下模座 2-导柱 3-卸料板 4-上模固定板 5-导套 6冲孔凸模

7-上模座8-垫板 9-落料凹模 10-成型模 11-顶出器 12-推板

13-模柄 14-凸凹模 15-卸料板 16-顶杆 17-下模固定板

９

（二）模具结构的设计，确定结构件的形式

1、卸料零件计算

上卸料采用刚性卸料装置。压力机滑块上的打料横梁通过打料棒、顶板、顶杆、卸料块将制

件从上横中打出。

下卸料是采用橡胶作为弹性元件的弹性装置。

由式计算橡胶的自由高度。

H自由=（3.5～4）S工作

式中 S工作—工作行程与模具修模量式调整量（4～6）I和再加1。 S工作=（5.0+1+4）mm=10mm;

则 H自由=（3.5～4）×10=35～40mm;

取 H自由=35mm;

橡胶的装配高度H2=(0.85～0.9)H=29.75～31.5mm;

取H2=30mm.

卸料弹簧的设计计算：

1）、根据模具结构初定6根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为：

F卸/n=1.07KN/6=178.33N

2）、根据预压力F预（?178.33）和模具结构尺寸，由模具设计手册附录既表2-6，初选出序号

34～38的弹簧，其最大工作负荷F1=330N?178.33N

弹簧负荷（F）与行程（s）曲线

表2-6圆钢丝螺旋弹簧规格

最大工作负节材料直弹簧外自由高受负荷F1时的高序号荷F1/N距t/mm径

d/mm径D/mm度H0/mm度H1/mm

17.62534

24.035355.52033034530.236

36.63755

386543.0

１０

3）、校验是否满足S1?S总，查书附录既负荷—行程曲线上图，并经过计算可得以下数据：

S预(FS总=S预+SH0/mm序号H1/mmS1=H0-H1预=178.33)工+S修

342517.67.44.012.5

353524.05.814.311

7.415.9364530.214.8

9.518.0375536.618.4

11.620.1386543.022

由表中数据可见，序号37、38的弹簧均满足S1?S总，但选序号37的弹簧最合适了，因为弹簧太长，会使模具高度增加，37号弹簧的规格：外径：D=20mm

钢丝直径：d=3.0mm

自由高度：H

0=55mm

装配高度：H2=H0-S预=55-9.5=45.5mm.

2、定位零件的确定

定位零件的作用，是使条料或毛坯在精冲在确定正确的位置，从而保证冲出合格的制件，根据毛

坏和模具不同的特点，必须采用不同形式的定位装置，冲模中常见的定位零件有定位板、定位销、

挡料销、导料销，侧压板等。

对于带有弹压卸料板的冲模，若采用活动挡料销，在冲件时活动挡料销随凹模的下行而压入

孔内，工作方便，但是要求弹压卸料板较厚，对于弹压卸料板较薄的板料，如果采用固定挡料销

的形式，在凹模的相应位置留出空间，同时满足冲件要求，而且经济性好，因此选用固定挡料销，

参照GB2866.11—81固定挡料销A型, 材料:45钢, 基本尺寸:d4, 热处理硬度:HRC43 ~ 48。 3、卸料装置的确定

弹压卸料板兼有压料和卸料两大作用，它可在冲压开始时起压料作用，结束后起卸料作用，

主要用于精冲薄料和要求制件平整的冲模中，其弹力可用弹簧或橡胶获得，也可以通过顶杆安装

在下模座或压力机工作台下而的弹顶器或气垫获得。

弹压卸料板上开孔大小，即卸料孔每侧与凸模保持间隙C’=0.1～0.2t,t为材料厚度。

为保证装配后卸料板的平行度，同一付模具各卸料螺钉的长度L及孔深H都必须保持一致，相差不超过0.02mm.

弹压卸料板受弹簧，橡胶等零件的限制，卸料力小，主要用于料厚在1.5mm以下薄件的卸料工作。

4、推件装置的设计

把制件或废料从装于上模座的凹模中推出来的零件，称为推件装置。推件装置的推力，可以

利用压力机上的打杆在打杆横梁作用下得到，或利用上模内安装弹簧或橡胶得到. 推件器要在能保证平稳推下制件的前提下，受力点尽量少些，为使推件力均匀分布，推件要均匀

分布，长度一致。因此，在轴盖冲模中选用了三根长度一致的推件（即圆柱销）均匀分布在圆周上，

推出制件。

１１

5、顶杆的确定

顶杆的作用是在冲裁完毕后，将滞留在凸凹模的制件顶出的机构。

在轴盖冲模中采用Φ4的顶杆，因顶力很小，Φ4的杆足够强度。 6、模柄的确定：

中、小型冲模通过横柄将上模固定在压力机的滑块上，模柄的结构形式较多，主要有：旋入

式；压入式；凸缘式；浮动式。

本模具采用凸缘式模柄。

7、固定板的设计

固定板用于中、小型凸模或凹模固定在模座上，按外形分为圆形和矩形两种，其平面轮廓尺

寸除应保证凸、凹模安装孔外，还应考虑螺钉和销钉孔的定位，厚度一般取凹模厚度的60%~80%。

固定板孔与凸、凹模采用过渡配合（H7/m6）。压装后端面磨平，以保证冲模垂直度。

8、垫板的设计与标准：

垫板主要用于直接承受和扩散凸、凹模传来的压力，以降低模座所收的单位压力，防止模座

被局部压陷，影响模具正常工作。模具是否用垫板，根据模座承受压力大来确定，凸（凹）模支

承端面对模座的单位压力为：

σ = P／A

式中： P —冲裁力

A —凸（凹模）支承端面面积

σ小于等于[σ]模座许用应力则应在凸（凹）模与模座间加经淬硬磨平的垫板，垫板厚度一般取

6 ~ 12mm，外形尺寸按固定板形状决定。

（三）模架的选择

根据主要零件的结构、外形尺寸及卸料装置的尺寸。模架选用适用中等精度，中小尺寸冲压件的

后侧导柱模架从右向左送、操作方便。

上模座：L/mm× B/mm×H/mm=125×125×35

下模座：L/mm×B/mm×H/mm=125×125×40

导柱：d/mm×L/mm=Φ22×130

导套：d/mm×L/mm×D/mm=Φ22×60×33

垫板厚度取：8mm

落料凹模的厚度已定为：40mm

卸料板厚度取：8mm

弹簧外露高度：（45.5-13.5）=32mm

模具的闭合高度：35+40+8+8+40+32+1=164mm

所以 H

闭=164mm

模具闭合高度满足Hmin+10H闭Hmax-5,故认为合适。 ,,

六、模具的动作过程（如图2-6）

工作时，将毛皮条料放入弹性卸料板3上，有挡料销定位，上模下行，冲孔凸模6进行冲孔，

同时落料凹模10完成落料动作，上模继续下行时，翻边成型模11与凸凹模14进行翻边。滑块运

１２

行到下死点，对工件进行整修。冲压工序完毕后开模，如工件滞留在下模，有橡胶将工件顶出，

如工件滞留在下模，有顶出器顶出。