实用冲模结构设计手册
2010-4
张正修 化学工业出版社 (2010-04出版)
张正修 编
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一个称职的冲模设计师，首先是一个优秀的冲压工艺师。只有熟知冲压工艺并具有丰富的实践经验和扎实的理论功底，才能设计出安全、实用、先进、可靠的冲模结构。另外，搞好冲模结构设计，还要有好的实用的设计方法，才能充分利用现有设计资源和信息，在众多汇编、摘录、专业手册等浩如烟海的资料中，对比筛选，去伪存真，做到为我所用。而一套复杂结构的高精度冲模的结构设计，往往还要经过多次试冲、改进，甚至复制时还要改进设计，通过多次反复、修改，方能达到理想完善的结构。冲模设计，难在结构，因件而异，变化万千。可以说，冲模的结构设计是一项涉及面广、难度大、富于挑战与开拓创新、技术综合性和创造性都很强的工作。本手册是各位编者长期从事冲压工艺及冲模设计工作的经验与体会的结晶，以各类冲模结构设计实例和典型结构剖析为主线，借助大量图表，在全面介绍各种冲压工艺作业及加工特点的基础上，将冲模结构各种细部设计、实用数据、附加与辅助结构和装备配置等内容融会贯通于各个章节，以培养和提升设计者的独立结构设计能力为根本，具有较强的针对性和实用性。手册编写过程中，跳出资料汇编的方法，凭借编者多年的实践经验和扎实的理论功底，从如何设计冲模结构人手，解决用什么方法设计、怎么设计、为什么这样设计三个核心问题，提供切实需要而实用的冲模结构设计所必备的资料，真正成为冲压工艺与冲模设计人员必备的工具书。为在有限的篇幅内，给读者提供更加详细、丰富的资料，使读者使用更加方便、快捷，提高手册实用性及参考性，特将部分参数、计算方法、实例等编入深度篇收入光盘，随书发行，内容包括：冲模设计程序与方法，冲模压力中心求法、非金属材料冲裁、板料与型材弯曲工艺参数的深化与拓展、拉深工艺参数的扩展、成形工艺的拓宽与深化、冲模结构设计深化与拓展及典型冷挤压工艺50例等共计八章。其中，少无废料冲裁模、镶拼结构冲模、楔传动冲模、拉深件切边模等，大多为在线使用和经生产考验的多种实用典型结构形式，实施冲模自动冲压的送料装置，尤其难度较大的单个毛坯和半成品(二次)送料装置的类型与结构形成，在深度篇也给予详细介绍。本手册由张正修主编，张旭起副主编。第一、四、五章由张旭起编写；第二、三章及附录由张正修编写；第六章由贾建伟编写；第七章由赵向珍、贾建伟共同编写。光盘第1、2、4、6章由王湛、赵向珍、王宝琴编写；第3、5章由张旭起编写；光盘其他内容由张正修、王详编写。编写过程中，编者得到了许多同行及有关专家的指导和支持，得到了西安外事学院和中联西北工程设计研究院有关人员的大力帮助，在此一并表示感谢。由于编者水平有限，不当之处恳请各位读者批评指正。
《实用冲模结构设计手册》结合编者多年的实践经验，在全面介绍各类冲压工艺作业及加工特点的基础上，将冲模结构各种细部设计、实用数据、附加与辅助结构和装置配备等内容融会贯通于各个章节。从如何设计冲模结构入手，解决用什么方法设计、怎么设计、为什么这样设计三个核心问题，提供切实需要而实用的冲模结构设计所必备的资料，真正成为冲压工艺与冲模设计人员必备的工具书。 为使本手册在有限的篇幅内，内容更加丰富、充实，特编写深度篇收入光盘随书发行。深度篇（光盘）中，首次对适用和较好的设计方法进行介绍，针对性、实用性更强。同时还对冲模设计基础知识、少无废料冲裁模、镶拼结构冲模、楔传动冲模、拉深件切边模等特殊结构设计进行了详细介绍，并收入了单个毛坯和半成品（二次）送料装置的类型与结构形式、非金属材料冲裁、变薄拉深及典型冷挤压工艺50例等大量内容，为冲模结构设计深入与拓宽所必需，读者使用更方便。 《实用冲模结构设计手册》可供从事冲压工艺及冲模设计工作的技术人员使用，也可供相关院校师生参考阅读，也是在线设计、制造和管理等冲模相关人员的必备图书。
第一章 冲模零（部）件类型与结构1第一节 冲模零（部）件结构1一、冲模的构成零（部）件1二、冲模工艺作业系统零（部）件结构2三、冲模架构与安装系统零（部）件结构35四、冲模辅助系统零（部）件结构47第二节 冲模的送料装置54一、冷冲压常用送料装置的类型54二、原材料（一次）送料装置的主要类型及使用范围54三、原材料（一次）送料装置的结构形式57第二章 冲裁工艺及冲裁模结构设计76第一节 冲裁件的工艺性76一、冲裁形状与尺寸的限制数据76二、冲裁的工艺水平79三、冲裁件质量80第二节 冲裁间隙81一、标准冲裁间隙的选用81二、不同行业推荐采用的冲裁间隙经验值83第三节 冲裁力能消耗89一、机械压力机的公称压力F公称89二、连续冲压时压力机的输出压力与功89三、冲裁力的确定90四、推件力、顶件力和卸料力93五、冲裁功的计算94第四节 排样、搭边及材料利用率95一、排样方法95二、同一冲件采用不同排样方式的对比95三、板料冲压常用排样形式95四、落料模与复合模冲件的排样图设计98五、多工位连续模冲压件的排样类型及方法99六、无废料冲裁109七、搭边及沿边的宽度114八、条料宽度115九、材料利用率的计算116第五节 冲裁模刃口尺寸的计算118一、计算刃口尺寸的技术准则118二、计算刃口尺寸的技术要点118三、凸模与凹模分开加工时的刃口尺寸计算118四、主凹模制模法的凹模刃口尺寸计算121五、主凸模制模法的凸模刃口尺寸计算122六、多工位连续冲裁模刃口尺寸计算122第六节 普通压力机的精冲技术122一、负间隙冲裁122二、微间隙圆角刃口冲裁122三、整修126四、复合精冲技术129五、冲深孔技术132六、超薄板冲裁技术143第七节 冲裁模的类型及结构形式145一、冲裁模的类型145二、单工序冲裁模的主要结构形式146三、多工位连续冲模的主要结构形式146四、复合冲裁模及连续式复合冲裁模的主要结构形式146第八节 冲裁模主工作系统零部件结构设计175一、冲裁凸模的结构设计175二、冲裁凹模的结构设计200第九节 冲模工艺作业系统零部件设计223一、送料定位机构与装置223二、推卸机构与装置243第十节 冲裁模选型及整体结构设计248一、冲裁模选型248二、单工序冲裁模249三、连续模的结构设计262第十一节 复合模与多位连续复合模的类型、结构及设计274一、复合模的界定及其种类274二、连续复合模结构设计279三、单工位复合模与连续复合模结构设计要点288第三章 精冲工艺及精冲模结构设计293第一节 FB精冲的特征和原理293第二节 FB精冲零件的工艺技术参数295一、FB精冲零件质量与精度296二、FB精冲件结构尺寸的极限303第三节 零件的精冲可行性及精冲难度310一、零件的精冲可行性310二、零件的精冲加工难度310第四节 FB精冲模的结构设计318一、FB精冲模的结构特征与类型318二、精冲压力的计算330三、FB精冲工艺要素及技术参数330四、FB精冲模的结构选型及设计335五、FB精冲模的零（部）件设计344六、精冲模的材料及热处理359第四章 弯曲工艺及弯曲模结构设计368第一节 金属板料的弯曲成形368一、金属板料弯曲成形的基本工艺方法368二、金属板料弯曲件的类型368三、金属板料弯曲件形状与弯曲工艺及弯曲模结构的关系368第二节 板料与型材弯曲的特征及中性层位置379一、板料弯曲成形的特征379二、板料弯曲时中性层的位置379三、板料卷圆时中性层的位置382四、圆杆弯曲时中性层的位置382五、型材弯曲成形方法、特点及型材弯曲中性层383第三节 板料弯曲件展开毛坯长度的计算388一、弯曲半径r≥05t的弯曲件展开毛坯长度的确定388二、弯曲半径r＜05t的弯曲件展开毛坯长度的确定389三、用查表法计算弯曲件展开毛坯长度389第四节 弯曲件的工艺性393一、最小弯曲半径393二、板料弯曲件结构工艺性的一般要求393三、角形弯曲件的弯边长度396四、弯曲线与板料轧制纹路（纤维方向）的关系397五、保证弯曲件质量应采取的结构措施398六、变截面弯边高度推荐最小值400七、弯曲件的尺寸与形位精度400八、中小型板料弯曲件实际可达到的精度400第五节 弯曲力和弯曲功的确定402一、确定弯曲力和弯曲功的目的及影响因素402二、板料弯曲成形受力情况分析402三、确定弯曲力和弯曲功的方法402第六节 板料弯曲件的回弹404一、回弹角Δα404二、回弹角Δα的简化计算法404三、回弹角Δα及回弹后弯曲半径r图算法404第七节 板料弯曲件的常见质量问题及消减方法408第八节 弯曲模的结构设计410一、板料变曲件的生产工艺与装备410二、压力机用弯曲模的类型411三、弯曲模的实用典型结构及其设计411第五章 拉深工艺及拉深模结构设计468第一节 金属板料的拉深成形468一、圆筒拉深件的拉深468二、板料拉深的原理与变形特点468三、不变薄拉深方法471四、拉深工艺的种类及其应用472第二节 拉深件的类型477第三节 拉深件的工艺性479一、拉深件工艺性及其影响因素479二、拉深件结构的工艺限制要素480第四节 拉深件的展开毛坯形状与尺寸484一、板料拉深零件展开毛坯的特点484二、拉深件毛坯形状和毛坯尺寸确定方法487三、拉深零件展开毛坯尺寸的确定487第五节 板料拉深件的拉深成形与工艺计算504一、旋转体拉深件504二、旋转体拉深件的典型零件及其拉深工艺过程504三、无凸缘圆筒形拉深件（Ⅰ类，第1种）拉深成形与工艺计算508四、无凸缘圆筒形件的拉深工艺设计511五、无凸缘圆筒形拉深件拉深模结构设计512六、带凸缘（有法兰）圆筒形拉深件的成形方法与工艺计算522七、带凸缘的圆筒形拉深件拉深模类型及结构设计532第六节 非直壁圆筒形拉深件的拉深成形533一、台阶式圆筒形（旋转体）拉深件的拉深成形与工艺计算533二、台阶式圆筒形（旋转体）拉深件模具结构设计533三、锥形拉深件的成形方法与工艺计算541四、锥形拉深件的拉深模类型及结构设计548五、球面形及变球面形拉深件的拉深成形548六、球面形拉深件拉深模结构设计551七、抛物线旋转体拉深件的拉深工艺及模具设计553第七节 盒子形拉深件的拉深成形及拉深工艺设计557一、盒子形拉深件及其类型557二、方形和矩形盒子拉深件的拉深成形及拉深工艺设计558三、高盒形拉深件多工序拉深的工艺设计572第八节 带料的连续拉深575一、带料的连续拉深成形及其主要工艺形式576二、拉深工艺及采用工艺切口的界定582三、工艺切口的类型及其选用583四、连续拉深模结构设计的工艺要素585五、带料连续拉深的工艺设计程序与方法587六、带料连续拉深成形的排样要点及排样图设计589七、带料连续拉深模结构设计595第九节 拉深的力能消耗595一、拉深力与压边力的计算595二、拉深功的计算600三、压力机吨位的选择600第十节 拉深件的质量分析601第六章 冲压成形工艺及成形模结构设计605第一节 翻边工艺及翻边模结构设计605一、翻边成形的类型、特点与创新605二、翻边成形工艺的实施要点608三、翻边成形的工艺要素609四、翻边模结构设计要点617五、螺纹底孔的冷锻成形新技术622六、翻边模实用典型结构623第二节 胀形工艺及胀形模结构设计634一、板料的胀形冲制及其应用634二、平板毛坯的胀形（起伏）635三、拉深毛坯的胀形（凸肚）637四、典型凸肚胀形零件的冲压工艺及胀形模结构设计638第三节 缩口与扩口成形及其模具结构设计644一、缩口与扩口成形及其应用644二、缩口工艺类型及变形特点645三、缩口成形的主要工艺参数645四、扩口的变形程度及毛坯尺寸的计算648五、缩口与扩口模的结构设计648第四节 校平与整形653一、校平及校平模结构设计653二、整形及整形模结构设计654第五节 压印655一、压印作业的实质655二、压印加工及其工艺性655三、压印力的计算655第六节 成形模实用典型结构656一、软模成形的各种薄板成形模实用典型结构656二、单工序薄板成形模实用典型结构658三、单工位多工步复合成形模实用典型结构659第七章 挤压工艺及挤压模结构设计667第一节 挤压工艺的类型667一、挤压工艺的分类方法667二、挤压工艺的对比667第二节 挤压方法的分类668一、挤压方法界定668二、常用挤压方法668三、常用的冷挤压方法669第三节 挤压变形程度计算672一、挤压变形程度的表示方法与计算672二、挤压许用变形程度673第四节 挤压力的确定方法676一、挤压力的计算法676二、挤压力图算方法682第五节 挤压件的工艺性692一、挤压件形状与结构尺寸的工艺性要点692二、典型冷挤压件的冷挤工艺过程693三、挤压件的形状与挤压模结构695第六节 热挤压工艺要则及典型挤压工艺696一、热挤压工艺技术的应用与拓展696二、热挤压件的类型696三、热挤压工艺要则696第七节 冷挤工艺要点及典型冷挤压工艺697一、应用冷挤压技术要解决的主要问题697二、典型冷挤压工艺699第八节 挤压模的结构设计699一、挤压模的结构类型及主要特点699二、冷挤压模的结构设计704三、热挤压模的结构设计717附录 720附录一 常用冲压材料性能要求720一、各类冲压件对板料力学性能的基本要求720二、冲压用材料的基本类型720三、冲压用各种材料的力学性能720四、冲压用各种金属板材、带料的尺寸规格及允差738附录二 冲压工艺作业种类与加工精度753一、冲压加工的工艺作业类别753二、冲压件的标准尺寸精度与形位公差754三、冲模的类型及其制造精度与冲压精度759四、在线冲压加工可达到的尺寸与形位精度760附录三 冲模用钢762一、常用模具材料的性能762二、常用模具钢的化学成分、用途及力学性能764三、机械行业标准推荐优先选用的模具钢767四、根据冲压加工材料和工作条件推荐选用模具钢770附录四 冲模零部件的加工、配合与装配774附录五 冲压设备776一、国产冲压设备类型及使用范围776二、国产剪板机的规格及典型机型系列技术参数779三、国产弯板机的主要机型及其技术规格781四、卷板机的基本参数和各种机型的技术规格783五、国产各类开式压力机的基本参数785六、国内外高速压力机的主要类型及其主要技术参数786七、数控回转头压力机（NC、CNC冲床、冲压中心）主要参数787八、国产闭式单点、双点、四点单动压力机基本参数788九、多工位压力机主要技术参数791十、拉深压力机的类型及其主要技术参数792十一、液压机主要型号系列及技术参数794十二、精冲压力机生产厂家、机型及技术参数796参考文献804
插图：②弯曲件弯曲半径未达到要求，弯边不直、弯边表面平直度不好。③外缘扳边零件，扳边角误差大，扳边高度不够，扳边圆角太大。④翻边凸缘高度不够，翻边凸缘圆角过大，凸缘不垂直。⑤起伏压筋、打凸高度不足。上述种种情况，使得成形的零件形状不符合图样要求，尺寸超差，必须通过校形即整形加工，提高零件形状与尺寸精度，才能达到要求。整形采用专用整形模也称校形模，其结构与零件最后弯曲成形或拉深成形等所用冲模无别，但尺寸精度更高，需要整形部位尺寸更符合零件图样最终要求，如圆角R小、间隙更小、模腔尺寸精度更高等，见图6．4.3。第五节压印一、压印作业的实质压印与各种平板胀形也即通称的起伏不同。压印属于体积冲压的范畴。其毛坯在模腔中受压后，毛坯体积按模腔形状重新分配，充满模腔，获得工件上下两面相同或不同的文饰图形。而起伏则靠毛坯厚度减小、增大材料表面积，实现单边模腔成形。所以，用起伏成形制成的浮雕、饰件都是单面的。而用压印制成的硬币、纪念币、各种精品饰物都是实心、双面的。体积冲压就是常温下模锻即冷锻，包括冷态镦锻、挤压、模锻、压印及温挤、温锻。虽然这些冲压作业工艺在冷冲压工作中早已用于生产，但形成“冷锻技术”门类与概念，划出冷锻工艺范围，提出专门的理论研究，尽管国内已比国外晚了多年，也早在1977年北京机电研究所翻译出版日本的《冷锻手册》开始传播、普及。迄今有关国标还没有关于冷锻技术及其理论的明确界定，而压印工艺及其模具设汁的相关介绍，已悄然从一些专业手册、教科书中删去。应该指出，压印作业虽属于冷锻加工，但在板料冲压中，是一个后续成形工序，应用广泛。不能因为成形过程中材料变形的特点与一般冲压成形不同，而被“冲压”淘汰出局。二、压印加工及其工艺性欲在制件表面压制饰纹、浮雕、标记、字样等作业都需使用类似图6．5-1所示的压印模，通过压力机施压，使材料厚度发生变化并充满模腔，在零件表面就形成凸起与凹下的花饰图形、标记、浮雕等，其实质属于体积变形，日常市场上流通的硬币、运动会的奖牌、妇女饰品及餐具的艺术浮雕等就是典型的压印实例。压印图案、浮雕及纹饰越来越复杂，但模腔凸、凹高差不大，压印中金属的流动与位移都不大，但为使压印图饰、浮雕清晰，大多采用闭式压印模，以约束金属外溢而更好充满模腔，只有大型制件、局部压印才用开式压印模。所以，采用坯件应以微小的挤压变形充满模腔为宜，不推荐采用高度大，以镦粗、延伸变形充满模腔实施压印的毛坯；压印图案要圆滑、避免尖角。
《实用冲模结构设计手册》由化学工业出版社出版。
