落料、冲孔、拉深复合模设计

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1、 前 言 目前我国模具工业与发达国家相比还相当落后。主要原因是我国在模具标准化，模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家相比差距很大。 随着工业产品质量的不断提高，模具产品生成呈现的品种、少批量、复杂、大型精密更新换代速度快。模具设计与技术由于手工设备，依靠人工经验和常规机加工，技术向以计算机辅助设计，数控编程切屑加工，数控电加工核心的计算机辅助设计（CAD/CAM)技术转变。 模具生产制件所表现出来的高精度，高复杂程度,高生产率，高一致性和抵消耗是其它制造加工方面所不能充分展示出来，从而有好的经济效益，因此在批量生产中得到广泛应用，在现代工业生产中有十分重要的地位，是我国国防工业及民用

2、生产中必不可少的加工方法。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压零件日趋复杂化，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展，冲模制造难度日益增大。模具制造正由过去的劳动密集、依靠人工的手工技巧及采用传统机械加工设备的行业转变为技术密集型行业，更多的依靠各种高效、高精度的NC机床、CNC机床、电加工机床，从过去的单一的机械加工时代转变成机械加工、电加工以及其他特种加工相结合的时代。模具制造技术，已经发展成为技术密集型的综合加工技术。 本专业以培养学生从事模具设计与制造工作能力的核心，将模具成型加工原理、设备、工艺、模具设计与制造有机结合在一起，实现理论与实际相结合，突出实用性

3、，综合性，先进性。正确掌握并运用冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状和尺寸的综合应用，以提高我的模具设计与制造能力的综合应用。 在以后的生产中，研究和推广新工艺，新技术。提高模具在生产生活中的应用，并进一步提高模具设计水平。  1 明确设计任务，收集相关资料 冲压工艺设计应在收集﹑调查﹑研究并掌握有关设计设计的原始资料的基础上的基础上进行，做到有的放矢，避免盲目性。工艺设计的原始资料主要包括如下内容： 1.1设计题目 筒形件落料、冲孔、拉深、复合模 设计内容要求 材料： 08钢 厚度： t=1.5mm 零件图 The workpiece 1.2冲压

4、件的产品图及技术要求 零件图如设计任务书中所示的零件图。技术条件应明确合理。由此可对拉深件的结构，尺寸大小，精度要求以及装配关系，实用性能等有全面了解，以便制定工艺方案，选择模具类型和确定模具精度。 1.3生产类型 生产类型是企业生产产业程度的分类，一般分为大量生产、成批生产、、小批量生产。 根据生产纲领和产品零件的特征或工作的每月担负的工序数查文献表1-3生产类型和生产纲领的关系，确定该零件的生产类型为大批量生产。 1.4生产组织形式 生产类型不相同，零件和产品的组织形式，采用的技术措施和达到的技术经济效果会不同。因为该零件是大批量生产，所以其生产类型查文献【1】表1-5的各种生

5、产类型的工艺性，特征其生产组织形式为零件的互换性，有修配法、钳工修配、缺乏互换性、毛坯的制造方法和加工余量、手工造型或自由锻造毛坯精度低，加工余量大。 1.5工艺装备 大批量的的采用专用夹具，标准附件，标准刀具和万能量具，靠划线和试切法达到精度要求。 2 冲压工艺性分析 2.1材料 08钢是优质碳素结构刚，易于拉伸成形，具有良好的冲压性能 2.2工件结构 该工件为圆形带孔拉深件，拉伸高度不大，孔在底部并且不在拉深变形区 2.3尺寸精度 零件图上工件高度70孔Φ20+0.150。工件外轮廓Φ79+0.180，属IT11级。一般冲压均能满足精度

6、要求。 3 制定冲压工艺方案 3.1工序性质和数量 ⑴ 工序性质的确定 在冲压加工中，工序性质是指冲压件所需的工序种类，剪裁，落料，冲孔，切边等使材料产生分离的工序。弯曲拉深局部成形等使材料产生变形的工序。 冲压工序性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。同时还应考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。通常在确定工序性质时应当考虑以下几方面： ①从零件图上直观的确定工序性质，平板件冲压加工时常采用剪裁，落料，冲孔等冲裁工序。当平面度要求较高时采用较平的工序进行精压，当零件的断面质量尺寸精度要求较高时，需增加修整工序或采用精密冲裁工艺进行加工。 ②对零件图进行计算分析，比

7、较后确定工序性质。 ③为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序。预冲工序工艺切口达到改善冲压变形条件，提高成型质量母的。 根据零件图分析冲压加工时须用落料，冲孔，拉深，翻边等工序。 ⑵ 工序数量的确定 确定工序数量的基本原则是：在保证工件质量，生产率和经济性要求的前提下，工序数量应尽可能地减少。 该零件精度要求较高，故采用复合模。 3.2 工序顺序和组合 ⑴ 工序顺序 各工序的安排主要取决于冲压变形规律和零件质量要求。工序顺序的安排一般应注意以下几方面： ①所有的孔只要其形状和尺寸不受后续工续的影响，都应在平板坯料上冲出。 ②所在位置会受到以后某工序变形的影响的孔，

8、一般都应在有关的成型工序完成后再冲孔。 ③孔靠近或孔边缘较小时，如果模具强度够高，最好同时冲出。否则应先冲出大孔和一般精度孔，后冲出小孔和高精度孔或者先落料再冲孔，力求把可能产生的畸变限制在最小范围内。 ④如果在同一个零件的不同位置冲压时，变形区域互相不发生作用，根据模具结构定位和操作的过程难易程度来确定。 ⑤多角弯曲件主要从材料变形核材料的运动两方面安排弯曲的顺序。一般是先弯外部角后弯内部角，弯角根据零件图先冲裁后落料，由固定挡料销定位。 ⑵工序组合方式选择 冲压工序的组合是指将两个或两个以上的工序分析合并在一道工序内完成。减少工序及占用的模具设备和数量，提高效率和冲压件的精度，在

9、确定工序组合时，首先应考虑组合的必要性和可行性，然后再决定是否组合。 ①工序组合的必要性主要取决于冲压件的生产批量。 ②工序的组合的可行性受到多种因素的限制，应保证能冲压出形状、尺寸和精度均符合要求的图样，实现其所需动作保证有足够的强度与现有的冲压设备条件相适应。 根据零件图的要求及批量采用落料，拉深，冲孔复合模。 3.3 冲压工艺方案 ⑴工艺方案 该工件包括落料，拉深，冲孔三个基本工序，可以有以下三种工艺方案。 方案一：先落料，再拉深，然后冲孔。采用单工序模生产。 方案二：落料－拉深－冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三：落料－拉深－冲孔连续冲压。采用连续模生产。

10、 ⑵工艺方案分析 方案一模具结构简单，但需三道工序，即需要落料模，拉深模，冲孔模三副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求。方安二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造，安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。 4 确定毛坯形状，尺寸和主要参数计算 4.1毛坯尺寸计算 该工件位无凸缘圆筒形件，根据等面积原则采用解析

11、法求毛坯直径。如图4-1所示，将工件分为三个简单的几何体，如图三部分。按工件厚度中心层计算h=20mm,d=79mm,r=5mm。 （a） （b） （c） 图4-1 Fig 4-1 1 确定是否加修边余量 由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素的影响，拉深后工件的边缘不整齐，甚至出现突耳，需在拉深后进行修边，所有在计算坯料直径时，要确定是否需要增加修边余量。 由于其工作相对高度 h/d=20/77.5≈0.26＜0.5 查文献【1】P188 表5－2可知 不需加修边余量。 ① 计算毛坯直径 毛坯直径为： =

12、 =112.3mm 故取D=112.3mm ② 确定是否需要压边圈 根据坯料相对厚度： =1.5/112.3100=1.34 式中 t——坯料厚度，㎜ D——毛坯直径，㎜ 查文献【1】P185 表5－1可知 不用压边圈，若怕该冲件在拉深过程中会发生起皱，保险起见，采用带弹性压边装置的模具。这里的压边圈实际上是作为定位与顶件之用。 4.2 确定拉深次数 由于拉深件的高度与其直径的比值不同，有的拉深件科研用一次拉深制成，而有的高度大的拉深件，则需要多次拉深才能制成。 所有根据工件的相对高度（h/d）和坯料的相对厚度（t/D100）的大小确定拉深次数 。 查表

13、可知，由于工件相对高度0.26远远小于一次拉深时的相对高度0.65～0.84，则可一次拉深成形。 也可根据相对厚度查表确定出筒形件（带压边圈）极限拉深系数m=0.50～0.53，而工件的拉深系数为d/D=77.5/112.3≈0.69＞m则可一次拉成。 4.3排样及材料利用率 （1）排样方法 冲裁件在板料，带料或条料上的布置方法称为排样。合理的排样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。应考虑以下原则： ①提高材料得利用率（不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件形状）。 ②合理排样可使操作方便，劳动强度低。 ③模具结构简单寿命长。 ④保证冲件质量和

14、冲件对板料纤维方向的要求。 A：根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种： a 有废料排样 b 少废料排样 c 无废料排样 根据零件图可选用少废料排样。沿冲件部分外形切断或冲裁。只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。 B: 排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排等。 根据零件的形状和排样方法确定为直排排样。如图4-2所示 图4-2搭边间隙 Fig 4-2 The nesting （2）搭边与料宽 ①搭边 排样中相邻两个零件之间的余量或零件与条料边缘件的余量称为搭边。

15、其作用时补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。 由排样图知搭边值a=a1=1.5 式中a——侧面搭边值 a1——冲件之间的搭边值 搭边值的大小与下列因素有关： a 材料的力学性能 b 材料的厚度 c 零件的外形和尺寸 d 排样方法 e 送料及挡料方式 ②送料步距和条料宽度的确定 a. 送料步距 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距）其大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点 之间的距离。 b.条料宽度 条料宽度的确定原则：最小条料宽度要保证冲裁件零件周边有足够的搭边值。最大条料宽度要能在冲裁时顺利在导料板之间送行并

16、与导料板之间有一定的间隙。根据零件图要求，导料板之间无测压装置。 送料进距： s= =112.3+1.5mm=113.8mm 条料宽度： b= =112.3+21.5mm=115.3mm 式中 D——平行于送料方向冲裁件的宽度 ③裁板方法 板料规格选用1.5 mm800 mm3000 mm 每张钢板裁板条数n1:为了操作方便，采用横裁，即 n1 =3000/115.3=26条余2.2mm 每条裁板上的工件数n2 n2=(B－a1)/s=(800-1.5)/113.8=7个 式中B——钢板宽度（每条裁板的长度）800mm 每张钢板上的工件总数： n总=n

17、1n2=267=182个 （3）材料的利用率 衡量材料的经济利用率的指标是材料的利用率 = = 76.9% 5 确定冲模类型机结构形式 在冲压工艺性分析后拟定冲压工艺方案时选择复合模，又因零件的几何形状简单对称，工件间无搭边值，复合模结构相对简单，操作方便，又可直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠、便于操作，所以模具类型为少废料复合模。 5.1 计算工序压力 在冲裁模设计中，冲压力是指落料力，缷料力，拉深力，压边力，冲孔力，切边力和推件力的总称。它是冲裁时选择压力机，进行模具设计校核强度和刚度的重要依据。 ①落

18、料力 ＝1.33.14112.33201.5N ＝220147.734N ≈220.1KN 式中δ——材料抗剪强度 查文献【1】P63 表3－18可知 08钢δ＝260～360MPa 取δ＝320Mpa ②卸料力 ＝0.06220.1KN ≈5.28KN 查文献【1】P60 表3－16可知 式中K卸＝0.4 ③ 拉深力 ＝0.63.1477.52400N

19、 ＝116808N ≈116.8KN 查文献【1】P197 表5－7可知 式中K——修正系数，K＝0.6 δb——材料强度极限，08钢δb＝342～441MPa,取δb＝400MPa ④ 压边力 ＝N ≈9.0KN 式中rd——凹模圆角半径，取rd＝6mm； P——单位压边力，P＝2.5MPa。 ⑤冲孔力 ＝N ≈39.2KN 式中d——工件孔直径，d＝20mm。 ⑥推件力

20、 ＝30.0539.2N ＝5.9KN 式中n——冲孔时卡在凹模内的废料数，n＝3； K推——推件力因素，K推＝0.05。 故总冲压力为： ＝220.1+5.29+116.8+9.0+39.2+5.9KN ＝395.6KN 5.2压力机的选择 冲压设备的选择主要包括设备的类型和规格参数两个方面；冲压设备的选择直接关系到设备的安全以及生产效率、产品质量、模具寿命和生产成本等一系列重要问题。 5.2.1冲压设备类型的选择 根据所要完成的冲压工序性质、生产批量的

21、大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择冲压设备的类型。 式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命和冲件的质量。但是它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。 闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适于大中型冲压件的生产。 双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于比较复杂的大中型拉深件的生产。 高速压力机或多工位自动压力机适于大批量生产。 液压机没有固定的行程，不会因板材厚度超差而过载，全行程中压力恒定，但压力机的速度低、生产效率低。适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。 摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏

22、。在小批量生产中用来完成弯曲、成形等冲压工作。 肘杆式精压机刚度大、滑块行程小，在行程末端停留时间长，适用于校正、校平和整形等类冲压工序。 由于复合模工件需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。 5.2.2冲压设备规格的选择 在冲压设备类型选定以后，应进一步根据冲压加工中所需要的冲压力（包括卸料力、推料力等）以及模具的结构形式和闭合高度、外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。 ⑴公称压力 P 公称压力是指压力机滑块离下止点前某一特定距离，即压力机的曲轴旋转至离下止点前某一特定角度（称为公称压力角，约为30度）时，滑块上所容许的最大工作压力。 对于冲压工序，压力机的公称压力应大

23、于或等于冲裁时总冲压力的1.3倍，即P≥1.3 F总；得KN ⑵滑块行程 H 滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离。 压力机行程的大小应能保证毛坯或半成品的放入以及成形零件的取出。一般压力机，其行程至少应大于或者等于成品零件高度的 2.5倍以上。 H≥2.5h=mm ⑶滑块行程次数 滑块行程次数是指滑块每分钟从上止点到下止点，然后再回到上止点所往返的次数。 ⑷闭合高度 模具的闭合高度是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面之间的距离。压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工作台面之间的高度。大多数压力机，其连杆长度

24、能调节，调节压力机连杆的长度就可以调整闭合高度的大小，故压力机有最大闭合高度（）和最小闭合高度（）。模具的闭合高度必须适合于压力机闭合高度范围的要求，它们之间的关系一般为： 360-90-5≥H≥270-90+10 265mm≥H≥190mm H1为垫板厚度 ⑸其它参数 ① 压力机工作台尺寸 压力机工作台上垫板的平面尺寸应大于模具下模的平面尺寸，并留有固定模具的充分余地。 ② 压力机工作台孔尺寸 模具底部设置的漏料孔或弹顶装置尺寸必须小于压力机的工作台孔尺寸。 ③ 压力机模柄孔尺寸 模具的模柄直径必须和压力机滑块内模柄安装用孔的直

25、径相一致，模柄的高度应小于模柄安装孔深度～15mm。 5.2.3冲压设备的确定 由表13.9［4］选择开式可倾工作台压力机。 压力机主要技术参数与规格如下： 公称压力： 630 KN 滑块行程： 120 mm 滑块行程次数： 70 次/min-1 最大封闭高度： 360mm 封闭高度调节量： 90 mm 立柱距

26、离： 460 mm 工作台尺寸（前后左右）： 480mm710mm 模柄尺寸（直径深度）： 50mm70mm 工作台板厚度： 90mm 床身最大倾角： 5.3计算模具压力中心 模具的压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，从而提高模具的寿命。 冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力的作用点方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以

27、，求合力的作用点可转化为求轮廓线的中心。 其压力中心就在圆心上。 即X0=0，Y0=0。 6 模具总体的设计 6.1模具结构形式的确定 要正确选用模具的结构形式，必须根据冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素进行考虑。在满足冲压件质量要求的前提下，最大限度的降低冲压件的生产成本。确定模具的结构形式时，必须解决以下几个方面的问题： ① 模具类型的确定 简单模、级进模、复合模等。 ② 操作方式的确定 手工操作、自动化操作、半自动化操作。 ③ 进出料方式的确定 根据原材料的形式确定进料方法、取出和整理零件的方法、原材料的定位

28、方法。 ④ 压料与卸料方式的确定 压料或不压料、弹性或刚性卸料等。 ⑤ 模具精度的确定 根据冲压件的精度确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式或模具固定方式等。 表6.1 复合模与级进模性能比较 Tab. 6.1 The comparation of fuction between in compound die and progressive die 比较项目 复合模 级进模 冲压精度 高级和中级精度（3～5级） 中级和低级精度（5～8级） 制件形状特点 零件的几何形状与尺寸受到模具结构与强度方面的限制 可以加工复杂、特殊形状的零件，如宽度很小的异性件等

29、 制件质量 由于压制冲裁同时得到校平，制件平正（不弯曲）且有较好的剪切断面 中、小件不平正（弯曲），高质量件需校平 生产效率 制件被顶到模具工作面上，必须用手工或机械排除，生产效率稍低 工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高 使用高速自动压力机 操作时出件困难，可能损坏弹簧缓冲机构，不作推荐 可在行程次数为每分钟400次或更多的高速压力机上工作 工作安全性 手需伸入模具的工作区，不安全，需采用技术安全措施 手不需伸入模具工作区，比较安全 多排冲压法的应用 很少采用 广泛用于尺寸较小的制件 模具制造工作量和成本 冲裁

30、复杂形状零件比级进模低 冲裁简单形状零件比复合模低 本套模具采用冲孔、落料、拉深复合模。 压力机一次行程中在一个工位上同时完成两个或两个以上冲压工序（冲裁、拉深、弯曲等）的模具称为复合模。 复合模的特点：复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大的减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，从而提高了生产率；在复合模具中几道冲压工序是在同一工位上完成的，不用重新定位，可以避免重新定位产生的误差，从而保证了冲压件的位置精度；复合模对用料的要求没有连续模那样严格，不规则的边角材料也能使用；复合模的结构比单工序模复杂，加工难度大，对模具制造精度要求高，制造周期相对较

31、长，因此模具的制造成本显著增加；某些带狭窄面的工件受到凸凹模强度的限制，不能用复合模加工。 6.2定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，条料送进时，由导料销导向，采用固定挡料销来控制条料的送进步距。 6.3卸料、出件方式的选择 根据模具冲裁的运动特点，该模具采用弹性卸料装置和下出料的方式。 6.4导向方式的选择 为了提高模具的寿命和工作质量，方便安装、调整、维修模具，该复合模采用后侧导柱导套的导向方式。 6.5冲模设计中应采取的安全措施 ⑴模具设计的安全要点 设计模具时应把保证人身安全的问题放在首位，它优先于对工序数量、制作费用等方面的考虑。一般应注意以下几点： ①尽量

32、避免操作者的手部或身体的其他部位伸入模具的危险区。 ②手必须进入模内操作的模具，在其结构设计时应尽量提供操作的方便；尽可能缩小模具闭合的危险区域；尽可能缩短操作者手在模内操作的时间。 ③设计时就应明确指示该模具的危险部位，并解决好防护措施。 ④保证模具的零件及附件不因设计原因而损坏。其主要零件应有必要的强度和刚度，防止在使用时断裂和变形。 ⑤防止操作者的手部伸触到模具的可动部位，以免受到夹击和弹伤。 ⑥不应要求操作者做过多、过难的动作，不应要求操作者的脚步有过大的移动，以免身体失去平衡，出现失误。 ⑦应尽量避免因出件、清除废料而影响送料操作。 ⑧避免模具上的突出物、尖棱处伤人或妨

33、碍操作。 ⑨20Kg以上的零件及模具应有起重措施，起重及运输时应注意安全。 ⑵选择模具结构时的注意事项 ① 尽量采用机械化、自动化送、出料。 ②运动部件上可能伤人之处应设防护罩，如压料板的下部、气缸活塞、钩爪等处。 ③在模具上送进和取出坯件的部位要制出空手槽。 ④模具中的压料圈、卸料板等弹性运动件要有终极位置限制器，防止弹出伤人。 ⑤防止上模顶出板、导正销等可动件坠落。 ⑥防止零件因震动而出现松动和脱落。 ⑦应使操作者清晰的观察到下模的表面状况，便于送料和定料。 ⑧涂漆。危险部位应采用醒目的警戒色涂漆，以便引起操作者的注意。 7主要零部件的设计 模具主要零件的结构设计

34、，就是确定工作零件、定位零件、卸料和推件零件、导向零件以及安装与固定零件的结构形式和固定方法。在设计时，要考虑到零部件的加工工艺性和装配工艺性 7.1主要零部件的设计 7.1.1冲裁模刃口尺寸的计算 1 凸、凹模刃口尺寸的确定 ⑴ 凸、凹模刃口尺寸的确定原则 ①考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模。因此，落料模应先决定凹模的尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理的间隙。冲孔件的尺寸取决于凸模，因此，冲孔模应先决定凸模尺寸。用增大凹模尺寸来保证合理的间隙。 ②考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响。刃口磨损后尺寸变大， 其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸变小，应

35、接近或等于冲件的最大极限尺寸。 ③考虑冲件精度与模具精度之间的关系，选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度高2~3级。 ⑵ 凸、凹模分别加工时的工作部分尺寸 其公式见表： 表一 凸、凹模分别加工时的工作部分尺寸的计算公式 工序性质 冲件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落料 冲孔 表示：Dp，Dd——分别为落料凸，凹模刃口尺寸 dp，dd— 分别为冲孔凸，凹模刃口尺寸 D， d— 分别为落料件外径和冲孔件的基本尺寸 p，d—分别为凸凹模的制造公差，凸

36、模按IT6，凹模按IT7. Δ——制件的制造公差 Zmin—最小合理间隙 X—磨损系数，其值在0.5~1之间。 零件精度IT10以上，X=1，工件精度IT14，X=0.5。为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙（Zmax），凸模和凹模制造公差必须 p+d≤Zmax - Zmin ⑶凸、凹模配合加工时的工作部分尺寸 对于冲制复杂形状冲件的模具或单件生产的模具，其凸凹模常采用配合加工的方法。 凸凹模工作部分尺寸计算：其落料件按凹模磨损后尺寸增大（A类尺寸），减小（B类尺寸）和不变（C类尺寸）的规律分三种。冲件按凸模磨损后尺寸减小

37、（B类尺寸），增大（A类尺寸）和不变（C类尺寸）的规律分三种。因为工件属冲孔，根据设计要求确定凸模刃口尺寸并依次为基准配置凹模，按磨损后其尺寸变大，变小，不变。 ⑷凸、凹模刃口尺寸的计算方法 ①落料刃口尺寸计算 对于落料部分按未注公差IT11级计算，所以落料件尺寸为 Φ112.30－0.1mm，根据查表得冲裁刃口双面间隙为Zmin＝0.08mm, Zmax＝0.12mm. Φ112.30－0.1的制造公差查表得 ＝0.035mm，＝0.025mm +=0.035+0.025mm=0.06mm Zmax-Zmin=0.12-0.08 mm =0.0

38、4 mm 由于+＞Zmax-Zmin，故采用凸模与凹模配合加工法。磨损系数为x=0.5.则凹模刃口尺寸为 =(D-x△）+δ凹0 =(112.3-0.50.18)+0.04 0 =112.2+0.035 0 凹模刃口尺寸d凹按凹模实际尺寸配制，其双面间隙为0.08～0.12mm为保证模具刃口有较长的使用寿命，即保证刃口磨损后还能冲出合格的制件来，制造是按最小间隙Zmin=0.08mm配合间隙。 ②冲孔刃口尺寸计算 对于Φ30的孔尺寸为Φ20+0.150，制造公差查表得 =0.02mm =0.02mm 由+=0.02+0.02mm=0

39、.04mm 即+= Zmax-Zmin凸故采用分开加工，则： =(d+x△)0-δ凸 =（20+0.50.15）0-0.02mm =20.1 0-0.45 mm =（d+x△+Zmin）+δ凹0 =（20+0.50.15+0.08）+0.020 mm =20.1+0.0260 mm ③拉深刃口尺寸计算 对于拉深部分的工件高度Φ79+0.180制造公差查表得 δ凹=0.05mm δ凸=0.03 mm 拉深凸模和凹模的单边间隙查表，按Z/2=（1~1.1）t,取Z=3。则可求得拉深凸模和凹模的刃口尺寸为： =（D-0.75△）

40、+δ凹0 =（79-0.750.18）+0.050 mm ≈78.87+0.050 mm 落料凹模结构尺寸如下图所示 图7-1落料凹模 Fig 7-1 The blanking die 7.1.2凸模长度的计算 选用台阶式凸模，凸模与固定板之间采用H7/m6配合，材料为Cr12，热处理硬度58～62HRC。此凸模用导正销与凸模固定板连接。 凸模的长度一般是根据结构上的需要确定的，其长度按下式计算： 式中： h—为进入固定板的厚度，取4mm； h—为

41、弹性卸料板的厚度，取24mm； a—附加长度，它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度等，取18mm ； t —为工件的材料厚度，1.5mm 。 其结构尺寸如下图所示 图7-2冲孔凸模 Fig 7-2 The punch 7.1.3凸凹模设计 ①具有落料凸模，与拉深凹模作用的凸凹模。 其结构尺寸如下图所示 图7-3凸凹模 Fig 7-3 The punch die ② 具有拉深凸模，与冲孔凹模作用的凸凹模。 其结构尺寸如下图所示 图7-4凸凹模 Fig 7-4 The punch die 7.1.4.

42、凸模与凹模的固定 ⑴机械固定 机械固定凸、凹模，一般是采用螺钉紧固、压入配合等方法，常用的几种如下： ① 凸模和凹模直接固定在模座上。 ② 凸模（凹模）与固定板采用H7/m6配合，上面留有台阶，这种形式常用于零件形状较简单或较厚的材料的冲裁。 ③ 采用铆接固定。 ④ 冲压H7/m6配合固紧凹模，一般只在冲裁小件时用。 ⑤ 采用柱销和螺栓固定。 ⑥ 快速更换凸模（凹模）的固定形式。 ⑵物理固定 ① 低熔点合金浇注固定法 低熔点合金浇注固定法，是利用低熔点合金冷却膨胀的原理，使凸模或凹模与固定板之间获得有一定强度的联结。低熔点合金的配方，熔化温度为150～170℃，浇注时固

43、定板预热至150～200℃，抗拉强度91.4MPa ,抗压强度112MPa ，冷胀率为0.002mm。 ② 热套固定 对于硬质合金材料的圆形零件的凹模，常采用热套固定法，由于钢的线膨胀系数比硬质合金大，故装卸较方便。过盈量通常取为直径尺寸的（0.6～1.0）%。精确的计算可按材料力学中的“组合筒”进行。加热温度一般为500～600℃。 ⑶化学固定 ①无机粘结剂固定法 粘结表面要求粗糙（一般可用Ra值100～25μm），单面间隙可采用0.1～0.3mm,但有的厂也采用1～1.25mm。 ②环氧树脂粘结剂固定法 本模具中凹模采用销与螺钉紧固的方法定位和固定，凸模采用螺栓禁锢的方法固定

44、，凸凹模采用螺钉与销固定，销钉与销孔的配合方式是H7/m6。 7.2定位零件的设计 定位部分零件的作用是使毛坯送料时有准确的位置，保证冲出合格的制件，不致冲缺而造成浪费。 用于冲模的定位零件有导料销、导料销、挡料销、定位板销、导向销、定距侧刃和侧压装置等。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、质量的稳定；定位装置应可用调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位装置应避开油污、碎屑的干扰并且不与运动机构干涉。定位精度要求较高时，要考虑粗定位和精定位两套装置，分步进行；坯料需要两个以上工序的定位时，它们的定位基准应该一致；设计定位装置还应考虑避免坯件正、反误放置的措施。 1

45、 挡料销 挡料销属于送料定距的定位零件，用于限定条料送进距离、抵住条料的搭边或工件轮廓，起定位作用，在此用固定挡料销。 固定挡料销是在凹模的适当位置的一个突起的销钉。在复合模冲切过程中条料每次向前送进时，挡料销的突起部分将冲切废料的某一部位挡住，从而起到定距的作用。当挡料销孔离凹模刃口太近时，挡料销可移离一个进距，以免削弱凹模强度。 7.3卸料、顶件零件的设计 ⑴卸料装置 ①卸料装置有刚性（即固定卸料板）和弹性两种形式。此外废料切刀也是卸料的一种形式。固定卸料板卸料力大，但无压料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上时多采用。弹性卸料板卸料力小，但有压料作用，冲裁质量较好，多用于薄料。

46、 本模具中采用弹性卸料装置。其兼卸料及压料作用，冲件质量较好，平直度较高。 ②卸料螺钉的设计 为保证装配后卸料板的平行度，在同一模具中，各卸料螺钉的长度及卸料螺钉孔的深度都必须分别保持完全一致。对于卸料螺钉来说，其有效长度的公差应该保持在h8的偏差范围内。因此，选取圆柱头卸料螺钉，结构尺寸为1270M10 ① 弹簧的选用 为了得到较平整的工件。此模具采用弹压式卸料结构。弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性元件。主要为弹性卸料，压料及出件装置供弹压力。 弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件(弹簧或橡胶)，卸料螺钉等零件组成。 根据模具安装位置拟选4个弹簧，每个弹簧的预压力为：

47、 ≥/n 式中：为冲裁卸料力； n为弹簧个数。 所以 ≥／n = =660N 查《冲压模具设计指导》表8-40，初选弹簧规格为40mm 8mm95mm 其余件参数是D=30，d=6mm，=80mm,t=9.9mm，=28mm,f=3.79mm，=2300N，n=7.4 D——弹簧中径；d——材料直径；t——节距； ——工作极限负荷；——自由高度；n——有效圈数；——工作极限负荷下变形量。 P预=Fx/n=5280/8=660N

48、 冲裁时卸料板工作行程，一般取料厚加l mm，所以=2.5mm， 修磨为凸凹模修磨量，一般取3—5mm，取=4mm，所以 弹簧总压缩量为 =h1+2.5+4 =h1+6.5 考虑卸载的可靠性，取弹簧在预压量为h1时就应有660N的压力。则该弹簧在在预压量为h1时，卸载力达660N，即 =660/120028 =15.4mm 故H总=15.4+6.5 =21.

49、9﹤hj 因此，所选弹簧合格。 弹簧窝座的深度H，应使冲模在闭合状态时，弹簧压缩达到最大的允许压缩量。其计算公式为 =80-28+27+1.5+1-55+4 =30.5mm 式中，L——弹簧自由状态的长度mm F——弹簧允许的最大压缩量mm h1——卸料版的厚度mm t——板料厚度mm h2——凸模高度mm h3——刃口修模量，一般为4~6mm,取4mm 数值1为入模量。

50、图7-8(△H为弹簧实际总压缩量) ⑵推件装置 推件装置也有刚性和弹性两种形式。刚性推件不起压料作用，但推件力大。弹性推件在冲裁时能压住制件，冲出的制件质量较高，但弹性元件的压力有限，当冲裁较厚材料时推件的力量不足或使结构庞大。有时也做成刚、弹性结合的形式，能综合两者的优点。既可在冲裁时压住制件，使冲出的制件质量较高，又提供较大推件力，工作可靠。 本模具中采用打料杆，顶板，顶杆卸料。 7.4导向零件的设计 在大批量生产中为便于装模或在精度要求较高的情况下，模具都采用导向装置，以保证精确的导向。 ⑴导向装置设计的注意事项 ① 导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且

51、此时应保证导柱上端距上模座上平面留有10～15mm的间隙； ② 导柱、导套与上、下模座装配后，应保证导柱与下模座的下平面、导套上端与上模座的上平面留有1～2mm的间隙； ③ 对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同； ④ 当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受侧向力； ⑤ 导套应开排气孔以排除空气。 ⑵导向装置的结构 ① 滑动式导柱导套结构 这种结构加工装配方便，易于标准化，但承受侧压能力差。 ② 滚动式导柱导套结构 这种结构导向精度高，寿命长、成本高，在高速冲裁和精密冲裁中用的较多。 导柱：d（mm）L

52、（mm）=Φ32185mm B型 导套：d（mm）L（m）D（mm）=Φ326535 B型 导柱导套的配合间隙，必须小于冲裁间隙，按H7／h6配合。 导柱导套的长度依据模具闭合高度确定，应符合要求；导套采用H7/r6压入上模座的安装孔，导柱采用R7/h6压入下模座的安装孔。 7.5紧固零部件的设计 冲模中用到的紧固件主要是螺钉和销钉，其中螺钉起联接固定作用，销钉起定位作用。螺钉主要承受拉应力，其尺寸及数量一般根据经验确定，使用内六角螺钉，要按位置具体布置而定，紧固牢靠，螺钉头不外露；销钉常用圆柱销，数量一般为两个及两个以上，尽量远距离错开分布，以保证定位可靠；螺钉的旋入深

53、度和销钉的配合深度一般为公称直径的1.5～2倍；销钉与销孔之间采用H7/h6或H7/m6配合，销钉与销孔之间采用H7/m6配合。 7.6固定与支撑零件的设计 ⑴模柄的设计 模柄的作用是把上模固定在压力机的滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心。 一般情况下，模柄长度应比模柄孔深度小5～15mm，保证与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠。 压入式模柄是最常用的模柄，它与上模座的孔采用过渡配合H7/m6，并加防转销。旋入式模柄是通过螺纹与上模座连接，并加防转螺丝。当采用压入式模柄可能造成上模座或模柄强度和刚度不足时，可选用旋入式模柄。旋入式模柄用于中小型模具。凸缘模柄一般用于大型模

54、具、中小型复合模，上模座中间需开较大推板孔时，也应采用凸缘模柄。槽形模柄一般用于单工序敞开式落料模、弯曲模及其它成形模中。浮动式模柄的主要特点是压力机的压力通过凹球面垫块和凸球面模柄传递到上模，以消除压力机导向误差对模具导向精度的影响，主要用于高精度模具中。 这里采用凸缘式模柄，与上模座采用H7/m6过渡配合。 ⑵凸模固定板的设计 凸模固定板的作用是将凸模固定在上模座的正确位置上。 这里采用圆形固定板，外形轮廓尺寸与凸凹模一致，厚度取24mm；与凸模之间用导正螺栓固定，用销钉定位，螺钉紧固。 7.7模架的设计 《冲模模架》标准是1991年5月1日由国家技术监督局批准频布实施的，该标

55、准是在《冷冲模》国家标准的基础上修订的新标准，其中模架产品标准：（GB/T2851.1, GB/T2851.3～7, GB/T2852.1～4）共10个。模架的选择一般根据凹模定位和卸料装置的平面而定，选择模座的形状和尺寸，模座外形，尺寸比凹模相应尺寸大40～70mm。模座厚度一般取凹模厚度的1～1.5倍。下模座外形尺寸至少超过压力机约50mm，同时选择的模架与闭合后的模具设计的高度相适应。 通常所说的模架由上模座，下模座，导柱，导套四部分组成，一般标准模架不包括模柄。模架是整副模具的骨架，它是连接冲模主要零件的载体，模具的全部零件都固定在它上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具的上模座盒下模

56、座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上下模间的精确位置由导柱导套来实现。采用非标准模架，模架的型式和规格决定了上、下模座的型式和规格；所选用或设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应；模座的上、下表面的平行度公差一般为4级；上、下模座的导套、导柱安装孔中心距精度在0.02mm以下；安装滑动式导柱和导套时，其轴线与模座的上、下平面垂直度公差为4级；模座的上、下表面粗糙度为Ra3.2～0.8μm。 模架的选择应从三方面入手：依据产品零件精度，模具工作零件配合精度、高低确定模架精度；根据产品零件精度要求，形状，板料送料方向选项二模架类型；根据凹模周界尺寸确定模架的大小规格。 本套

57、模具采用由上模座、下模座、导柱、导套组成的后侧导柱式模架。 凹模厚度根据冲裁力的大小进行估算 ==45mm H—凹模厚度mm P—冲裁力(N) —冲裁轮廓长度修正系数，查表得取1.25 —凹模材料修正系数，查表得取1.3 凹模壁厚C是指凹模刃口与外缘的距离 根据 h取30mm H—凹模厚度mm h—凹模壁厚mm 因此，取壁厚为30mm。 刃壁高度h，冲件壁厚t=0.5~5时，h取5-10mm，则取h=6mm。 凹模周界：LB=（115.3+30+30）（115.3+30+30） =175.3mm175.3mm 由以上数据选的模架为：

58、 规格 200200（170-210） 上模座 20020045 下模座 20020050 导柱 Φ32185 B型 导套 Φ326535 B型 8模具装配 8.1模具装配的内容和目的 模具装配就是将模具零件组合在一起，形成模具的过程。模具装配是模具制造过程的最后阶段，装配质量直接影响模具的精度和寿命及使用性能，也影响到模具生产的制造周期和生产成本。 模具装配的内容包括：选择装配基准；组件的装配、调整；零部件的修配、调整；检验和试模等。通过上述内容使装配后的模具以较短的周期和较低的成本达到模

59、具设计的技术要求，并试冲出合格的产品。 8.2模具装配的精度要求 模具装配精度包括如下方面： ⑴相关零件的位置精度,如定位销孔的位置精度,上、下模之间的位置精度等。 ⑵相关零件的运动精度,如导套和导柱的配合状态,送料装置的送料精度等。 ⑶相关零件的配合精度，如间隙配合，过渡配合的实际状态等。 ⑷相关零件的接触精度，如弯曲模和拉伸模上、下成形表面的一致性等。 冲压模的装配精度主要有：凸、凹模的间隙，上、下模底面的平行度，导柱、导套的配合精度，凸模中心线对上、下模座基准面的垂直度等。 8.3冷冲模装配的技术要求 ⑴装配好的冲模，其闭合高度应符合设计要求。 ⑵模柄装入上模座后，其

60、轴心线对上模座上平面的垂直度误差在全长范围内不大于0.05mm。 ⑶凸模和凹模的配合间隙应符合设计要求，沿整个刃口轮廓应均与一致。 ⑷定位装置要保证定位准确、可靠。 ⑸卸料及推件装置活定灵活、正确，出料孔畅通无阻，保证制件及废料不卡在冲模内。 ⑹模具应在生产的条件下进行试模，冲出的制件应符合设计要求。 冷冲模的装配过程大致可分为两个阶段：组件的装配和总装配。 8.4模架的装配 模架有很多种类，各种模架装配的基本方法近似，其中应用最多的是滑动配合的压入式模架，其导柱、导套与上、下模座均采用过盈配合。压入式模架装配方法按照导柱和导套的装配顺序可分为两种：先压入导柱的装配方法和先压入导

61、套的装配方法。 先压入导柱的装配方法的装配过程如下： ⑴选配导柱和导套 按照模架精度等级的规定选配导柱和导套，使其配合间隙符合技术要求。 ⑵压导柱 在压力机平台上将导柱置于下模座的孔内，用百分表在两相互垂直方向检验和校正导柱的垂直度；检验校正后压入部分长度的导柱，然后再检验校正，如此反复直到压入完成。用百分表或宽座角尺检验导柱与模座基准平面的垂直度，如不合格则退出冲压，直至合格。 ⑶装导套 将装有导柱的下模座和上模座反方向放置并套上导套；转动导套，用百分表检查导套内、外圆配合面得同轴度误差，将同轴度的最大误差调整至两导套中心连线的垂直方向，使因同轴度误差而引起的中心距变化减至最小

62、。然后将帽形垫块置于导套上，在压力机上将导套压入上模座一定长度，然后取走下模部分，用帽形垫块将导套全部压入模座。 ⑷上模与下模对何 在上模与下模中间垫等高垫块后，检验模架的平行度精度。 8.5冲孔落料拉深复合模的装配 复合模内、外形表面相对位置精度较高，对装配的要求也高。复合模总装配时可选用的基准件有冲孔凸模、落料凹模和凸凹模。由于先装凸凹模，后调整凸、凹模间隙比较方便，因此经常选用凸凹模为基准件。 本模具的装配过程如下： ⑴组件装配。 ①将凸缘式模柄装配于上模座内并磨平端面。 ②将凸模用螺栓固定并磨平端面。 ③将凸凹模用螺钉及销固定并磨平端面。 ⑵确定装配基准件。 选择

63、凸凹模为基准件。 ⑶总装配。 ①安装固定凸凹模组件。将推料杆装入凸凹模内，并将凸凹模和模架放好，使凸凹模的压力中心和模架的中心重合，按此位置加工凸凹模固定板和上模座上的螺钉孔、销钉孔、预紧螺钉孔、橡胶孔，装入螺钉、定位销、和预紧螺钉。 ②加工销钉孔。用垫片法调整凸模与凸凹模的间隙以及凸凹模与凹模的间隙，调整到位后，加工销钉孔，装入定位销。 ③加工螺钉孔，按照螺钉的位置加工螺钉孔，装入螺钉。 ⑷其他零件的装配。 ①安装弹压卸料板 ⑸检验、试冲。 结 论 本次设计不仅巩固和加深了课本所学的知识，而且让我做到理论与实践相结合，也是自己走向工作岗位前的一次煅炼，这对以后自己从事模

64、具的设计和制造工作都是十分有利的。重要的是通过设计，使我认识到模具发展的广阔前景，更加明确了冲压模具设计的全过程和加工实践的各种要点，使我在本次设计的基础上对专业知识的掌握有了一个质的飞跃。 在本套模具的设计过程中，由于个人设计经验不足，在其中难免有不足之处，恳请老师给予批评指正。 致 谢 在本文即将结束之际,我要由衷的感谢在毕业设计期间以及在大学的学习生活中帮助过我的老师和同学,您们对我的关心、支持和帮助,不仅是我大学期间最宝贵的财富,也是我即将开始的社会生活最好的指南。 本文是在丁代存老师的悉心指导下完成的，在论文的选题、文献查询、开题以及论文研究的每个细节老师都倾注了极大的心血

65、。在这短暂而有意义的几个月里,老师严谨的治学态度，渊博的学识以及缜密的思维都深深的影响着我,这一切都将激励着我在以后的社会生活中百折不挠,奋勇前进!在论文定稿之际,请允许我再一次向指导老师表示由衷的感激和崇高的敬意! 谨以此文,告别我即将离去的大学生活,在以后的工作生活中，我会运用大学中学到的知识，并且不断的学习提高自己，争取做一个对社会有用的人。  参 考 文 献 [1]王孝培.冲压手册.北京：机械工业出版社，1998. [2]郑家贤.冲压模具设计使用手册.北京机械工业出版社，2007. [3] 余建青，蔡宇红。冷冲压模具设计.成都：西南交

66、通大学出版社，2009.8 [4] 郝滨海.冲压模具简明设计手册.北京：化工工业出版社，2004. [5] 张荣清.模具制造工艺.北京：高等教育出版社，2006.1 [6] 杨占尧.冲压模具典型结构图例.北京：化学工业出版社，2008.1 [7] 李天佑.冲模图册.北京：机械工业出版社，1988 [8] 郑展.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，2008.1 [9] Peng Jiansheng. Concise mold labor practical technical manual［Ｍ］.Beijing: Mechanical industry Press,2004.(in Chinese) [10] Lu Xianfeng. Ramming craft mold study［Ｍ］.Beijing: Mechanical industry Press,1997. 35