前 言
利用专用工具对金属板材施加压力，造成其断裂或改变形状，从而制造出特定产品，这种加工技术称为金属成形工艺。该工艺多在常温下进行，以金属板材为主要原料，因此也称作冷加工或板材加工。冲压属于材料成型工程的一个分支，是一种主要的材料压力加工技术，也是塑性加工的重要手段。
制造过程中应用的工具叫做冲压模具，有时也称作冲模。这种模具用于将金属或非金属材料大量制作成特定形状的零件。它对于冲压作业极为关键，若缺少合格的模具，大批量的冲压制造便无法开展；若没有精密的模具，高水平的冲压技术也难以实施。冲压技术的实现，需要模具、设备和材料三者协同配合，缺一不可才能生产出目标冲压产品。
冲压工艺同机械加工以及其它塑性成形技术对比，无论在技术层面还是经济效益层面，都展现出很多与众不同的长处。具体优势包括以下几点。
冲压加工的效率非常突出，而且使用起来简单，容易做到机械化运作和自动化控制。这是由于冲压加工主要借助冲模和冲压设备来实施，一般压力机的行程频率可以达到每分钟几十次，而高速压力机的行程频率能达到每分钟数百次乃至千次以上，并且每一次冲压动作就能生产出一个冲压件。
冲压加工时，借助模具能够确保工件规格和形态的精确性，同时通常不会损伤工件的表层质量，并且模具的使用周期相对较长，因此冲压产品的品质保持稳定，零件之间能够实现良好匹配，展现出高度的一致性特征。
冲压工艺能够制造出尺寸跨度大、构造复杂的工件，例如微小的钟表秒针，或是庞大的汽车纵梁、覆盖件等部件，由于材料在冲压过程中发生冷态塑性变形导致硬化的影响，这种加工方式生产出的零件具有优异的强度和刚性。
冲压过程通常不会产生金属碎屑，因此材料利用率很高，也不需要额外的热处理装置，是一种节约资源和能源的制造技术，制作出的冲压产品的价格比较便宜。
但是，冲压制作所用的模子通常只适用于特定工件，有时一个结构复杂的零件得用好几副模子才能完成，而且模子制作的标准严，工艺难度大，属于技术含量高的制品。因此，只有当冲压件生产数量多的时候，冲压制作的优势才能完全发挥，进而得到理想的经济回报。
冲压工艺在当代工业制造领域，特别是大规模制造环节中，扮演着极为重要的角色。众多工业领域，包括汽车制造、农业机械、测量仪器、电子设备、航空航天、家用电器以及轻工业等，都日益广泛地运用冲压技术来生产各类组件。在这些行业中，冲压件占据着举足轻重的地位，其比例通常超过百分之六十，甚至在某些情况下高达百分之九十以上。很多过去通过锻造=铸造和切削加工方式制成的零件，如今多数已被质量轻、刚度佳的冲压件所取代。由此可见，倘若生产过程中不采用冲压工艺，众多工业领域想要提升生产效率与产品质量、减少生产开销、迅速实现产品迭代更新等目标，都将难以达成。
随着国家经济快速提升，大家逐渐明白模具具有显著的价值提升作用。一件模具制造出的最终产品，其市场价值常常是模具本身成本的数十倍甚至上百倍。现阶段，模具工艺水平的高低，直接反映了国家整体的产品制造能力。这种技术不仅关乎产品质量优劣，也影响着经济效益好坏和新产品研制潜力。
模具行业对于国家经济的贡献十分显著，具体体现在国家经济五大核心领域，包括机械制造、电子信息、汽车制造、石油化工以及建筑工程。
冷冲压在所有模具类型中占比最大，是使用最普遍的一种工艺，对于汽车制造和家电生产等领域至关重要。这种金属加工技术属于先进方法，其原理是借助金属的可塑性，通过模具和冲压机械对板材实施加工，从而得到目标零件的特定形态和规格。它比切削加工生产效率高，加工费用少，材料使用充分，产品尺寸精确度高，操作方便，容易实现机器化和自动化等一系列好处。汽车、摩托车行业是冷冲模的主要市场，其占据整个模具市场的一半上下。显而易见，汽车产业持续进步，冷冲模具在整体模具领域的占比不断攀升，同时经济运行也将愈发活跃，这充分说明模具制造对于国家经济体系具有关键作用。
现在，因为商品种类越来越丰富，迭代速度越来越快，行业竞争越来越激烈，所以对模具的要求是交付时间要短，精度要高，价格要便宜。而模具的规范化水平直接关系到这些方面。模具的规范化水平越高，专业制造就越突出，模具的制造周期就会越短，制造费用就越少，模具的品质就越好。另外，模具的设计会变得简单，交付期限会缩短，产品的更新换代就会越快。
经过三年通识课程和专门学问的研习，我对本学科的理论体系已经形成了周密的认知，为将来从事职业活动构建了稳固的根基，然而实践层面的经验相当有限，这次研发的冲压模具正是在这样的状况下制作出来的，其中存在不妥之处，恳请各位批评修正。
第1章 零件的工艺性分析
1.1 冲裁件的工艺性分析
1.1.1 冲裁件的工艺性
要求：设计以下工件的落料冲孔复合模，工件图如下所示：
图1-1 工件图
技术要求：
1. 材料:45钢
1. 材料厚度:2mm
1. 未注公差:按IT14级确定
1. 4.生产批量：中批量
工艺特点：该挡环为中号尺寸零件，厚度为2毫米，轮廓形状的复杂程度适中，尺寸精确度标准不高，选用45号钢材制造，这种材料延展性较好，市面上容易采购到，且成本不高，因此零件的轮廓形状可以通过落料方式加工得到，孔洞的尺寸精确度要求不高，可以采用冲切方法完成，此零件仅包含落料和冲孔两个加工步骤。
根据前述研究明确，该图样零件具备优良的成型加工性能，能够满足冲压制造的需求。
1.1.2 冲裁件结构的工艺要求
1.冲裁件的形状
冲压零件的外形最好选择简洁、均衡的样式，零件的形态和规格需要设计得让边角料尽可能少，从而提升材料的利用程度。
2.冲裁件的圆角
冲裁件的最小许可圆弧大小，跟材料厚度和种类等状况关联，通常来说，需要让R大于0.3到1倍的材料厚度。要符合冲裁件最小圆弧尺寸的要求。
表1-1 冲裁件最小圆角半径R
零件种类 黄铜、铝 合金钢 软钢 备注/mm
切割角度,在0.18与0.35之间,或者0.35至0.70之间,亦或0.25到0.5之间,超出0.25且大于0.5
开孔角度，介于十分之二到十分之四之间，或者介于四十五分之四十五到九十分之九之间，又或者介于十分之三十到十分之六十之间，亦或超过十分之三并且超过十分之六
为了确保冲裁模具的坚固程度和冲裁产品的质量，孔与边缘的距离b1、孔与孔之间的距离b2，都不应过于狭窄，通常b1需要大于等于1.5倍的厚度t，b2需要大于等于2倍的厚度t，b1的具体数值为30，b2的具体数值为50。
30>1.5×2 50>2×2 满足要求。
4.最小冲孔直径
根据表格信息，无套筒凸模的最小打孔规格为0.8乘以1.2等于0.96，而冲裁零件的最小打孔规格是20，因此符合要求。
第2章 工艺方案及模具形式
这个零件的必要冲压步骤包括切割下料和打孔，据此可以制定三种不同的加工计划。
这个方法分两步处理，先进行裁剪，再进行打孔，使用的是单一工序的模具来制造。
方案二：落料——冲孔复合模。采用复合模生产。
方案三：冲孔——落料级进模。采用级进模生产。
分析各方案的优缺点
效率不高，产品累积偏差显著，使用不便捷，考虑到这个产品需要大量制造，方案二和方案三更为出色。
该零件直径为20毫米的孔到最外缘的最近间隔是30毫米，这个距离超过了该零件规定的基本厚度（最小厚度Lmin等于2乘以2等于4毫米），因此能够选用冲孔落料组合模具，或者选择冲孔，再进行落料，分步进行加工的模具。复合模的行位准确度和尺寸精确度比较容易实现，而且生产效率很高，虽然模具构造较为复杂，但是因为零件的几何形态复杂程度通常，所以模具的加工并不特别麻烦；级进模的生产效率同样很高，不过零件的冲切精确度稍低，要确保冲压件的行位准确度，需要在模具上配置导正销进行校正，因此模具的加工和安装，比复合模要复杂一些。
对比考察了前面三种设计思路，针对这个零件的压制制造，方案二里整合的模具装置最为适宜。
第3章 主要工艺参数计算
3.1 排样的设计与计算
3.1.1 排样的设计
这个部件呈圆形，并排加工时，材料的使用效率比较理想，虽然采用无废料排样方式，材料的使用效率会更高，不过制件的精确度能够得到确保。
排样图如图3-1所示：
图3-1排样图
3.1.2 合理搭边值及条料宽度的确定
查表得沿边搭边值a=1.5，工件与工件间搭边值=1.2。
3.1.3 计算送料步距和条料的宽度
条料宽度的大小需要看模具里有没有侧压设备，还要看有没有侧刃，这两个因素都影响着计算结果。这个零件用的是不带侧压设备的模具，没有侧压设备的情况下，条料宽度的确定方法是
(3-3)
导板间的距离为：
(3-4)
式中 B——条料宽度基本尺寸（）；
A——导板间距离尺寸（）；
——垂直于送料方向冲件的基本尺寸（）；
a——侧面搭边值（）；
Z——条料与导板间的最小间隙（）；
——条料宽度的单向偏差，可查表3-1。
表3-1条料宽度偏差
条料宽度B/mm 材料厚度t/mm
0-1 1-2 2-3 3-5
0-50 0.4 0.5 0.7 0.9
50-100 0.5 0.6 0.8 1.0
100-150 0.6 0.7 0.9 1.1
150-220 0.7 0.8 1.0 1.2
220-300 0.8 0.9 1.1 1.3
根据零件图的信息，,在表3-1和表3-2中查询到Z等于0.5，,前面已经确定a为1.8，,因此条料的宽度为
3.1.4 材料的利用率（η）
材料的利用率（η）的计算公式为
(3-5)
式中 S——一个进距之间的实用面积（）；
S0——一个进距内所需的毛坯面积（）；
A——在送料方向，排样图中相邻两个制件对应点的距离（）；
B——板（或条）料宽度（）。
该冲裁件A=15+=15+1.5=16.5,B=75.58
3.2 冲压力的计算并初步选取压力机的吨位
3.2.1 冲裁力的计算
冲裁工艺力主要包括冲裁力F、卸料力、推件力和顶件力。
图3-2 卸料力、推件力和顶件力
冲裁力
冲裁力公式为
式中 —冲裁力；
—冲孔冲裁力；
—落料冲裁力。
冲孔冲裁力
式中 K—系数（取K=1.3）；
—孔的个数，n=3。
—冲孔周长，mm
mm
—材料厚度，
材料抗剪能力，根据文献资料表明，LY12的数值介于432到549兆帕之间，因此选取549兆帕作为标准。
=582664.68=582.66KN
落料冲裁力
mm
所以 =582.66+717.13=1299.79KN
3.2.2 卸料力、推件力、顶件力和总冲压力的计算
卸料力、顶件力和推件力常用以下经验公式进行计算：
P卸=K卸×P(3-10)
P顶=nK顶×P(3-11)
P推=K推×P(3-12)
式中 K卸、K顶、K推分别为卸料力、顶件力和推件力系数；
P卸、P顶、P推分别为卸料力、顶件力和推件力(N)；
n——同时梗塞在凹模内的工件数。
冲裁力为79.8千牛，卸料力系数、顶料力系数和推料力系数根据表3-3确定，分别为0.05、0.06和0.05。
模具配备弹性卸料机构与推件构造，因此卸料作用力P卸、推件作用力P推、顶件作用力P顶表现为
表3-3卸料力、推件力、顶件力系数
材料 料厚t/mm
钢的含量范围在0.1到0.5之间，或者大于0.5且小于2.5，或者大于2.5且小于6.5，或者大于6.0，对应的数值区间分别是0.065到0.075，0.045到0.055，0.04到0.05，0.03到0.04，以及0.02到0.03，而相应的临界值是0.10，0.63，0.55，0.45，0.25，并且对应的阈值分别是0.14，0.08，0.06，0.05，0.03
铝、铝合金、纯铜、黄铜的厚度范围分别是，0.025毫米到0.008毫米，0.02毫米到0.06毫米，0.03毫米到0.07毫米，0.03毫米到0.09毫米
当采用弹性卸料装置和下出件的模具时,总的冲压力为
P顶等于一千二百九十九点九七，再加上六十五，加上六十七，加上七十八，总共是一千五百，括号里是三减去十三。
3.2.3压力机公称压力的确定及初选压力机
初选开式可倾式压力机参数压力机型号为J23-160。
查手册选择压力机的主要技术参数如下：
公称压力为：1600KN
滑块行程：160mm
最大闭合高度：4500 mm
闭合高度调节量：130mm
工作台规格，长宽分别为1120毫米和710毫米
工作台开孔规格，横向与纵向分别为530毫米和300毫米，开孔直径为400毫米。
(标准型)立柱间距离(不小于)：5300mm
模柄孔尺寸(直径×深度)：Ф70mm×80mm
床身最大可倾角(°)：25°
垫板尺寸：130mm
3.3压力中心的确定
由于机罩是几何对称图形，因此其压力中心在其几何中心。即：
图4-2 挡环罩盖板
3.4 工作部分的尺寸计算
刃口尺寸计算采用分开制造法。
3.4.1 落料件尺寸计算
落料件尺寸的基本计算公式为
(3-16)
(3-17)
根据表格数据，凸模和凹模的最小间隙为0.26毫米，最大间隙为0.38毫米。
尺寸方面，根据表格3-4可知，凸模的制造精度为0.03毫米，凹模的制造精度为0.04毫米。将这些数值分别代入公式进行验证，验证结果显示不等式成立，因此可以按照这个公式来计算工作零件的刃口尺寸。
表3-4 简单形状冲裁件（圆形、方形件）冲裁时的、(mm)
基本尺寸 凸模公差 凹模公差
≤18 0.020 0.020
＞18～30 0.020 0.025
＞30～80 0.020 0.030
＞80～120 0.030 0.040
查表得：IT11级时磨损系数X=0.5
3.4.2 冲孔件尺寸计算
冲孔基本公式为
(3-17)
(3-18)
测量得出尺寸以毫米计，其凸模加工允许偏差为0.02毫米，凹模加工允许偏差也是0.02毫米。经过核对，确认符合要求，由此可以得知
尺寸20：因其未标公差，故按14级精度，查得公差为0.52
第4章 模具总体设计
4.1 模具类型的选择
根据冲压工艺的考察，选择冲孔与落料相结合的方式实施冲压，因此模具种类确定为复合模，为了使小孔产生的废料和已经成形的工件能够顺利掉落，模具设计采用了倒装构造。
4.2 定位方式的选择
此物件系大规模制造，依赖人工上料操作。鉴于其加工精度不高，且几何形状复杂度适中，故决定采用定位销与导向板组合进行固定和引导。
4.3 导向方式的选择
保证部件的精良与稳固，需借助导向柱和导向壳实现定位。为增强可视空间和导向均衡，决定使用尾部导向柱的模组设计。
4.4 卸料方式的选择
这种模具运用反向装配方式，冲裁产生的边角料和目标零件会滞留在凹模的孔洞位置，为了方便模具设计，在下模基座上设有贯穿的凹槽，让边角料与零件能够从孔洞滑落出去，零件的厚度为2毫米，材料比较纤薄，因此决定采用弹性卸料装置来移除条状的废料。
第5章 冲裁模主要零部件设计
5.1 工作零件的结构设计
5.1.1 凹模的设计
本模具运用螺丝和定位销将凹模直接紧固,凹模刀口为垂直结构,凹模借助定位销和螺丝固定。
凹模厚度
b—凹模孔的最大宽度(mm)
K—系数，见表5-1;
表5-1 系数K的数值
b/mm厚度t 0.5 1 2 3 >3
