衝壓工藝設計課件(PPT 38頁)

教學要求:
■了解衝壓工藝設計的內容
■掌握衝壓工藝設計的方法和步驟
第11章衝壓工藝設計
衝壓工藝設計
衝壓工藝設計也稱為衝壓工藝過程設計。
衝壓工藝過程是指衝壓件加工時各加工工
序(包括衝壓產品所用到的衝壓加工基本工序及
準備工序、輔助工序和後續工序)的總和以及這
些工序的先後次序排列與協調組合。
衝壓工藝過程設計的宗旨是必須保證產品質
量和生產率、必須考慮經濟效益和操作的方便及
安全，全麵兼顧生產組織各方麵的合理性與可行
性，還必須充分重視環保以及可持續發展等多方
麵問題。
1．衝壓工藝設計的內容和程序
（1）原始資料準備
?在接到衝壓件的生產任務之後，首先需要熟
悉原始資料，透徹地了解產品的各種要求，為此
後的衝壓工藝設計掌握充分的依據。
?原始資料的內容包括：①生產任務書或產品
圖及其技術條件。②原材料情況：板材的尺寸規
格、牌號及其力學性能和衝壓性能；③生產綱領
或生產批量；④生產單位可選用的衝壓設備的類
型、型號、技術參數及使用說明書；⑤生產單位
或協作單位模具加工、裝配的能力與技術水平；
⑥各種技術標準和技術資料。
（2）設計的主要內容和步驟
各項設計內容常常互相聯係製約，因而各設計步驟
應前後兼顧和呼應，有時要互相穿插進行。
①衝壓件的工藝性分析
工藝性分析就是對產品的衝壓加工方案進行技術和
經濟上的可行性論證，確定該產品衝壓工藝性的好壞。
由產品圖對衝壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料
性能進行分析，看其是否適合采用衝壓的方法進行加
工。(圖紙上沒有標注公差的，為自由公差，按IT12~IT14，查公差表）
首先判斷該產品需要哪幾道衝壓工序，各道中間半
成品的形狀和尺寸由哪道工序完成，各個工序衝壓工
藝性要逐個分析，然後判定該衝壓件加工的難易程
度，確定是否需要采取特殊工藝措施。
凡衝壓工藝性不好的，可會同產品設計人員，在保
證產品使用要求的前提下，對衝壓件的形狀、尺寸、
精度要求及原材料作必要的修改。
②確定最佳工藝方案
在產品工藝性分析的基礎上，結合工藝計算，提出各種
可能的工藝方案並經分析、比較、論證，最終確定最佳工
藝方案。（要從技術上、經濟上以及其他方麵進行論證）
?③選定模具結構類型
按工藝方案，確定各道工序的模具類型（如單工序模、
複合模、級進模）及模具總體結構（如正裝還是倒裝、送
料方向、導向方式、定位方式、卸料和出件方式等），繪
出其結構草圖並初步確定其總體尺寸。有時還要計算衝模
的壓力中心等（圓形和對稱的製件壓力中心就在其幾何中
心，可以不計算，其他形狀的製件都要計算壓力中心；級
進模一定要計算壓力中心。壓力中心位置計算出來後要保
證模具的壓力中心與模柄中心線和滑塊中心線重合）。
確定模具類型的一般原則：
如果衝壓件的生產批量很小，可以考慮單工序的簡
單模具（或簡易模具），按衝壓工序逐步來完成，以簡
化模具製造、降低衝壓件的生產成本。如果生產批量很
大，應盡量考慮將幾道工序組合在一起的工序集中的方
案以提高生產效率，可采用一副模具完成多道衝壓工序
的複合模或級進模。
對於一些不便拿取的小衝壓件，為方便送料和操作
安全，批量小時也可采用工序集中的複合模或級進模；
對於大型衝壓件，考慮到工序間的傳遞不便和采用單工
序模有可能使模具費用增加等因素，批量小時也可采用
複合模。
製件精度要求不高可采用簡單模，製件精度要求高
時應采用級進模或複合模。
④完成工藝計算
毛坯尺寸的計算，彎曲件和拉深件要計算
毛坯尺寸，落料件要計算條料寬度。
排樣及材料利用率計算，落料和級進模要
設計排樣方式，要確定搭邊值和送料步距；還
要計算材料利用率。
衝壓所需的力、功計算，包括完成衝壓變
形所需的力及各種工藝力（工藝力應根據具體的
模具結構進行計算）；有時還要進行變形功的計
算和電機功率校核。
各工序半成品件尺寸計算，例如多次拉深
要計算每次拉深後的半成品尺寸。
凸、凹模工作部分尺寸計算等等。
⑤合理選用衝壓設備
根據工藝計算結果（衝壓力、功）和模具
空間尺寸（封閉高度及外形尺寸）的估算值
等，結合本單位的現有設備條件合理選擇各道
衝壓工序的設備。
選擇衝壓設備的依據：
公稱壓力、壓力行程曲線、電機功率等
閉合高度及其調節量
滑塊行程
工作台麵尺寸
其它參數如模柄孔尺寸、墊板厚度等
（3）編寫工藝文件和設計計算說明書
?工藝文件指工藝過程卡（簡稱工藝卡）之類。
衝壓工藝文件一般以工藝卡的形式表示，它綜合
地表達了衝壓工藝設計的具體內容，包括工序序
號、工序名稱或工序說明、加工工序簡圖（半成
品形狀和尺寸）、模具的結構形式種類、選定的
衝壓設備規格型號、工序檢驗要求、工時定額、
板料的規格以及毛坯的形狀尺寸等等。
?將上述內容以表格的形式表示，便稱作工藝
卡，工藝卡是組織文明生產的主要依據。
?
設計計算說明書是製定工藝卡的依據。
設計計算說明書應簡明全麵地紀錄各工序
設計的概況；衝壓工藝性分析及結論；工藝方
案的分析比較和確認的最佳方案；各項工藝計
算的結果，如毛坯尺寸、排樣、衝壓次數、半
成品尺寸、工序的衝壓力和功等，模具類型和
設備選擇的依據與結論；必要時，說明書中可
用插圖方式達意。工藝卡和設計計算說明書都
是重要的技術文件。
2．工藝方案的確定
工藝方案確定是在衝壓件工藝性分析之後
應進行的重要設計環節。這一設計環節需要作
以下幾步工作。
（1）列出衝壓所需的全部單工序
根據產品圖結合工藝計算，提出衝壓該產
品所需的所有基本工序。
除了基本的成形工序外，有時還要根據產
品的具體要求，增加一些附加工序，如：
平麵度要求較高的工件，應增加一道校平
工序。
彎曲件的彎曲半徑小於允許值時，則在彎
曲後應增加一道整形工序。
當拉深件圓角半徑較小或尺寸精度要求較
高時，則需在拉深後增加一道或多道整形工序。
當工件的斷麵質量和尺寸精度要求較高
時，可以考慮在衝裁工序後再增加整修工序或
者直接采用精密衝裁工序。
當工件的變形次數較多時，要考慮增加中
間退火工序以消除加工硬化，恢複材料的塑
性，以利後續的成形。
當工件對毛刺大小有要求時，要考慮增加
去毛刺工序。
（2）衝壓順序的初步安排
對於所列的各道加工工序，還要根據其變形性
質、質量要求、操作方便等因素，對工序的先後順
序作出安排。?
安排工序先後順序的一般原則：
?對於帶孔或有缺口的衝裁件，如果選用單工序
模，一般先落料，再衝孔或衝缺口。若用級進模，
則落料排在最後工序。
?對於帶孔的彎曲件，其衝孔工序的安排，應參
照彎曲件的工藝性分析進行。
?多角彎曲件，有多道彎曲工序，應從材料變形
影響和彎曲時材料竄移趨勢兩方麵考慮安排先後彎
曲的順序。一般先彎外角，後彎內角。
對於帶孔的拉深件，一般是先拉深後衝孔，
但當孔的位置在工件底部，孔徑較小且孔徑尺寸
精度要求不高時，也可先衝孔後拉深。若孔的位
置在凸緣處，則一定要先拉深後衝孔。
?對於形狀複雜的拉深件，為便於材料的變形
流動，應先成形內部形狀，再拉深外部形狀。
?附加的整形工序、校平工序，應安排在基本
成形工序之後。
（3）工序的組合
對於多工序加工的衝壓件，還要根據生產批
量、尺寸大小、精度要求以及模具製造水平、設
備能力等多種因素，將已經初步依序而排的單工
序予以必要的組合（包括複合）。
組合時，有時可能對原順序作個別調整。
?一般而言，厚料、低精度、小批量、大尺寸
的產品宜用簡單模單工序生產；薄料、小尺寸、
大批量的產品宜用級進模連續生產；形位精度高
的產品應用複合模加工。
對於某些特殊的或組合式的衝壓件，除衝壓
加工外，還有其它輔助加工，如鑽孔、車削、焊
接、鉚合、去毛刺、清理、表麵處理等。對這些
輔助工序，可根據具體的需要，穿插安排在衝壓
工序之前、之間或之後進行。
?經過工序的順序安排和組合，就形成為工藝
方案。可行的工藝方案可能有幾個，必須從中選
擇最佳方案。
（4）最佳工藝方案的確定
技術上可行的各種工藝方案總有各自的優缺
點，應綜合考慮各方麵的因素從中確定一個最佳方
案。
?確定最佳方案應考慮的因素：能可靠地保證產
品質量和產量；使設備利用率最高；使模具成本最
低；使人力、材料消耗最少；操作安全方便。不僅
要從技術上，而且還要從經濟上及其他方麵反複分
析、比較、論證，才能選出最佳方案作為最終的工
藝方案。
最終的工藝方案確定後，接下來的工作便是根
據具體的工序進行詳細的工藝計算。
再下一步的工作便是進行模具總體結構設計和
模具的零部件設計和計算。
3.模具設計
模具設計首先是確定模具的總體結構（如正
裝還是倒裝、送料方向、導向方式、定位方式、
卸料和出件方式等），然後是對各個部分的具體
結構進行設計。
導料：采用導料板還是導料銷，需不需要側
壓裝置。
條料定距：采用側刃還是擋料銷還是其他方
式。
工序件定位：采用什麼樣的定位方式：外形、
內形、內孔或是其他方式。
卸料方式：剛性卸料還是彈性卸料。
出件（料）方式：上出件（料）還是下出
件（料），剛性打件（料）還是彈性頂件
（料），彈簧頂件（料）還是橡皮頂件（料）。
模具導向方式：有無導向、導板還是導柱導
套導向、中間導柱還是後側導柱還是四角導柱、
滑動導向還是滾動導向等等。
繪製模具總裝圖。
模具零件的選用、設計及計算
1.凸模、凹模
凸模工作部分形狀尺寸按製件圖確
定，安裝固定部分最好為圓形。小型圓形
凸模可查標準。凸模長度根據模具總體結
構確定。
凹模厚度和壁厚根據製件形狀尺寸按
有關公式計算確定。
2.凸、凹模固定板的厚度
一般取凹模厚度的0.6~0.8倍。
3.模架的選用
根據凹模的最大外形尺寸L、B，計算凹模
固定板的尺寸，根據它與凹模周界的關係，選
用標準上、下模座，然後按此選取標準模架。
由凹模的尺寸和標準模座的尺寸，確立其
他模具模板的尺寸，厚度一般可取固定板厚度。
4.墊板
需不需要墊板，要進行強度校核。
5.模柄的選用
模柄的結構形式可查標準，模柄的尺寸必
須與壓力機模柄孔相適應。
6.導料板尺寸
查表。
7.卸料板
分彈性與剛性兩種，可查表確定或按總體
結構的需要確定。
8.彈性元件的選擇
可使用彈簧和橡膠，最好使用彈簧。根據
卸料力及卸料行程來決定彈簧的外徑、長度、
彈簧絲的直徑以及預壓力（彈簧或橡皮的選擇
一定要通過計算）。
9.模具的閉合高度
確定以上模板厚度後，便可計算出模具的閉
合高度。

10.螺釘、銷釘的選擇
根據固定板或凹模的大小，選擇上下模板緊
固螺釘的尺寸和個數，根據螺釘的大小，確定銷
釘的大小，銷釘隻需兩個，螺釘和銷釘查表選取。
根據卸料行程並參考凸模長度，確定卸料螺
釘的長度，查表選取卸料螺釘。
11.導柱、導套的選擇
確定導柱、導套的結構形式，根據標準模架
上的導柱孔、導套孔來確定導柱和導套的安裝尺
寸，根據閉合高度，來確定導柱的長度。
12.壓力機校核
①閉合高度
Hmin-H１＋10≤H≤Hmax-H１－5
②工作台麵尺寸
工作台麵尺寸一般應大於模具底座50～70mm
③工作台中心孔尺寸應滿足工藝要求。
④滑塊行程
滑塊行程應保證方便地放入毛坯和取出零件。
衝裁模一般不需要校核滑塊行程；
主要是拉深模和彎曲模需要校核：大於兩倍
工件高度。有些模具導柱、導套不能脫離接觸，
則滑塊行程不能過大。
繪製模具圖應注意的事項
1.圖紙應遵守機械製圖國家標準：
1）圖幅大小應按標準，並畫上邊框。
2）視圖布排、投影關係應符合機械製圖標準。
3）尺寸、公差、形位公差、粗糙度的標注應符
合機械製圖國家標準。
4）裝配圖中零件序號的排列應符合機械製圖標
準。
5）標題欄、明細表應符合機械製圖國家標準。
6）數字、文字、符號應采用長形仿宋體。
2.繪製模具圖紙的基本要領和注意事項：
1）裝配圖
繪製裝配圖的目的：反映模具的工作原理、
裝配關係及各種零件的數量。
對於簡單模具，通常用一個主視圖和一個
俯視圖表達即可。複雜模具可增加視圖。
繪製主視圖應選擇模具工作時運行到下死
點的位置。主視圖一般采用全剖（少數簡單對
稱的模具也有用半剖的），盡量將模具中的零
件都剖切到（至少主要零件要剖切到），對於
少數未剖切到的部位也允許畫出。剖視圖中實
心件（如凸模等）不畫剖麵線，空心件（如凹
模等）要畫剖麵線。相同零件可隻剖一個。
主視圖中板料（或毛坯）、製件、衝孔廢
料等要塗黑。
繪製俯視圖時要拿掉上模畫下模。俯視圖
中要將條料及其定位方式用假想線（雙點劃線）
畫出。
裝配圖中一般隻標注模具的封閉高度和長、
寬尺寸，其他尺寸（包括配合尺寸）不必標出。
裝配圖的右上角要畫出本工序的製件圖和
毛坯圖並標注尺寸，落料工序和級進模都要畫
出排樣圖並標注步距及料寬。
裝配圖的右下角畫標題欄和明細表。標題
欄中要注明該模具的名稱如：XXXX落料模、
XXXX彎曲模、XXXX落料拉深模等。明細表中
的序號要從下往上排。明細表的內容一般有：
序號、名稱、數量、材料、規格、標準號、備
注等。
裝配圖中還要注明技術要求。不同的模具
技術要求有所不同。
2）零件圖
零件圖的用途：依據此圖對模具零件（不
需要加工的標準件除外）進行加工製造。
繪製零件圖的要求：
①正確表達該零件的各部位形狀。
②正確標注各部位尺寸及公差（公差要直
接標出數值而不是配合等級例如不允許標注
H7/m6）。
③根據需要正確標注形位公差。
④根據需要正確標注粗糙度。
⑤注明該零件加工中的技術要求。
⑥標題欄中應注明該零件的名稱、序號、
數量、材料、繪圖比例、設計者及設計日期等
內容。
複習要點（本課程應掌握的主要知識點）：
一.衝壓成形的分類、特點及基本規律
1.衝壓成形的分類：
總體上可以分為分離工序和成形工序兩大
類。(分離工序和成形工序的特征和特點)
根據工藝特點，衝壓加工方法又可以分為
四個基本工序：衝裁、彎曲、拉深、成形。
（四個基本工序的工序特征及每個工序中
包含的工序名稱）
2.衝壓加工的優缺點。
3.衝壓成形的特點：
平麵應力狀態多、伸長類變形多、模具的約束作用小。
4.衝壓變形趨向性及其控製：
變形區、不變形區、傳力區。
弱區條件：弱區先變形，變形區應為弱區。
變形區與相鄰區的相互影響。
變形區尺寸與加工硬化影響。
變形趨向性的控製：合理確定毛坯各部分的相對尺
寸；改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸；改變毛坯
和模具之間的摩擦力。
衝壓變形中的應力：加載應力、誘發應力、殘餘應
力。
衝壓成形中的破壞（破裂）：破壞區域、形式及原
因。
衝壓成形中的起皺：起皺部位、原因及預防
措施。
二.幾種基本成形工藝（衝裁、彎曲、拉深、翻
邊、脹形、縮口、整形、帶料連續拉深等）
1.各種成形工藝的定義及概念。
2.各種成形方式的成形機理。
3.各種成形方式變形區位置及變形區應力、應變
狀態。
4.各種成形方式常見質量問題及防止措施。
5.各種成形工藝的變形程度及成形極限表示方法。
6.各種成形工藝的工藝計算內容及方法。
7.各種類型模具結構及應用。
8.各種模具零件的結構設計及其參數的計算。
三.衝壓工藝設計
1.衝壓工藝設計的基本內容與步驟。
2.模具圖的繪製。
謝謝

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