超薄垫片复合模的设计与制造论文

1、1 引言模具是现代工业生产中应用广泛的优质、高效、低耗、适应性很强的生产技术，或称成型工具、成型工装产品，是技术含量高、附加值高、使用广泛的新技术产品，是价值很高的社会财富。国民经济的高速发展对模具工业提出了愈来愈高的要求，促使模具技术迅速发展，作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备，模具已发展成为一门产业。模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。国外工业先进国家都拥有上万个模具企业与支持模具企业或为模具企业提供生产装备的企业相组成的强大的产业基础。这是为适应社会产品工业化规模生产的重要条件和特点。如汽车的工业

2、化规模生产需要一大批专业性模具企业为其提供模具，同时根据汽车零件的生产技术要求，这些模具企业还配有相应的先进技术装备，包括数控和计算机数控机床、CAD/CAM系统，以及各种工艺装备。将高新技术应用于模具设计与制造，已成为快速制造优质模具的有力保证：1）、CAD/DAE/CAM的广泛应用，显示了用信息技术带动和提升模具工业的优越性。在欧美，CAD/DAE/CAM已成为模具企业普遍应用的技术。在CAD的应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前3D设计已达到了70%-89%，PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍。2）、为了缩短制造周期，提高市场竞争力，普遍采用高速切削加

3、工技术。3）、快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用。有SLA、SLS、FDM、LOM等各种类型的快速成型设备。模具设计是一种经验性较强的设计，设计人员在长期的工作中积累的经验和知识对模具设计起着十分重要的影响。尽管模具CAD技术应用越来越广泛，但目前广为使用的模具CAD技术大都停留在计算机辅助绘图层次，难以胜任对模具开发的高质量、短周期、低成本要求。传统的工艺信息及各类技术资料的管理方式已很难适应现代化生产的要求，因此人们希望借助计算机的信息技术数据库将这些经验和知识有效地管理起来，在节省存储空间和人力资源的同时，能够在用户需要时方便、快捷地调用所需的工艺图文等技术资料。本设计是设计一落料冲

4、孔复合冲裁模具。垫片落料冲孔复合模是一种多工序模，在压力机的一次行程中，板料在一个位置完成落料与冲孔两道工序，极大地提高了生产效率。在实际的生产中采用复合模冲压的优点在于：结构紧凑、生产效率高、制品精度高、制件平直，可充分利用短料或边角余料，具有较好的经济效益。由于本人水平有限，本论文中必然存在不少纰漏及错误之处，敬请评阅老师批评指正。 2 超薄垫片落料冲孔复合模设计2.1 超薄垫片冲裁工艺性分析零件简图：如图2-1所示。图 2-1 垫片零件图生产批量：大批量材料：1Cr18Ni9Ti-R材料厚度：0.1mm冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性和冲裁工艺方案确定。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用

5、最少的材料，最少的工序数和工时，使得模具结构简单且模具寿命长，能稳定地获得合格冲件。所以劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。2.1.1 冲裁工艺方案的决定在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲件的特点确定冲裁工艺方案。确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序顺序。       冲裁工序的组合方式可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。所使用的模具对应为单工序模、级进模、复合模。    

6、;一般组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。冲裁工序的组合方式可根据下列因素确定：     （1）根据生产批量来确定 一般来说，小批量和试制生产采用单工序模，中、大批量生产采用复合模或级进模。（2）根据冲裁件尺寸和精度等级来确定 复合冲裁所得到的 冲裁件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件较平整。级进冲裁比复合冲裁精度等级低。     （3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定 冲裁件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁或级进冲裁。对于

7、尺寸中等的冲裁件，由于制造多副单工序模具的费用比复合模昂贵，则采用复合冲裁；当冲裁件上的孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小，不宜采用复合冲裁或单工序冲裁，宜采用级进冲裁。所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要后，但级进冲裁受压力机工作台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。（4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定 对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整比较容易，且成本较低。    （5）根据操作是否方便与安全来确定 复合冲裁其出件或清除废料叫困难，工作安全性交差，

8、级进冲裁较安全。     综上所述分析，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的要求下，模具制造成本较低、模具寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。2.1.2 确定冲压工艺方案     该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：     方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。     方案二：落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。    &

9、#160;方案三：冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。     方案一模具结构简单、但需两道工序两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高。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。方案三也只需要一副模具，生产率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、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。2.1.3 零件工艺分析零件如图2-1所示，其厚度为0.1mm，它属

10、于超薄材料，在生产过程中，通常会产生翘曲、弯边、毛刺太长等缺点，材料为1Cr18Ni9Ti-R。该零件主要是作为垫片来使用，它大多用于汽车、电器设备等，如电机的硅钢片，或者作调整装配精密仪器等，在本设计中用于调整飞机上的重要部件的水平面的位置要求。由零件图可知，垫片的加工涉及到落料和冲孔两道工序。该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。由表2-1、表2-2及表2-3可查出，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12IT13，两孔中心距离公差为±0.1mm，孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.5mm。将以上精度与零件图中所标注的尺寸公差相比较，可以认为该零件的精度要求能够在冲裁

11、加工中得到保证。其他尺寸标注、生产批量等情况也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用倒装式落料冲孔复合冲裁模进行加工，且一次冲压成形。1.冲裁件的精度要求，应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件其经济精度不高于IT11，冲孔件一般比落料件高一级，根据表2-1中的相关数据，针对本零件的特点，选取的经济精度为IT11。2.冲裁件两孔中心距所能达到的公差虽然也有一些通用的标准，不过由于本零件的用途的特殊性，对于其公差的要求并不是很高，两个圆孔的定位尺寸的公差均取±0.3。3.至于冲裁件断面的表面粗糙度和允许的毛刺高度，均没有具体要求，只需按照经验值来选取即可。 表 2-1 冲裁件外形所能达到的经济

12、精度 基本尺寸/mm材料厚度t/mm3366101018185001 IT12IT13 IT1112IT14 IT12IT13IT11表2-2 两孔中心距离公差材料厚度t一般精度（模具）较高精度（模具）孔距基本尺寸505015050501501±0.1±0.15±0.03±0.0512±0.12±0.2±0.04±0.06表2-3 孔中心与边缘距离尺寸公差材料厚度t孔中心与边缘距离尺寸50501202±0.5±0.624±0.6±0.74±0.7±0.82

13、.1.4 冲裁件的尺寸基准 冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上，切勿与参加变形的部位联系起来。2.1.5 降低冲裁件成本的类型1. 降低小批量生产中的冲压件成本试制或小批量生产时，降低成本的有效途径是降低固定费用。这样能取得较好的经济效益，其中降低模具费用，是降低成本的有力措施，如冲压件质量要求较高，须采用正规模具，一般情况下，应尽可能分散模具，选用结构简单，制造方便、价格低廉的简易模具。2. 工艺合理化 对于复合模，集中到一副模具上的工序数量不宜太多，一般为2-3个工序，最多四个工序；对于级进模

14、，集中的工序数量可以多一些，因为其模具结构的布局范围自由度比前者大得多。本设计的这副模具中主要包括了落料、冲孔、卸料三个工序，比较合理。3. 多件同时冲压产量较大时，采用多件同时冲压，可使模具费、材料费和加工费降低，对成形工艺来说也有利于材料应力、应变对称均匀。4. 冲压过程的高度自动化 自动化生产对安全和降低成本都有利，是冲压加工的发展方向，今后不仅大批量生产中应采用自动化，在小批量生产中也倾向采用自动化。5. 提高材料利用率 降低材料费，特别是材料价格较高时，必须认真地考虑此问题。降低材料费主要可从材料的经济利用入手。2.1.6 冲裁工序类型冲裁是利用冲裁模使板料产生分离的冲压工序。从广义

15、上说，冲裁是分离工序的总称，包括落料、冲孔、切口、修边、剖切等多种工序。一般来说冲裁主要指冲孔和落料。冲裁可以直接冲出成品零件，也可以为其他工序制备毛坯。从板料上冲下所需形状的零件（或毛坯）叫落料，在工件或板料上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔。1凸模固定板 2凸模 3卸料板 4板料 5凹模图2-2 冲裁工作示意图图2-2为冲裁工作示意。凸模通过压力机的滑块带动上下往复运动，凹模固定不动，板料放在凹模面上。当凸模上下运动时，由于凸凹模刃口的作用，使板料受剪分离，冲下零件或废料从凹模孔漏下；当凸模向上运动时，由于卸料板的作用，将紧箍在凸模上的材料卸下。凸模和凹模之间存在一定的间隙（间隙的确

16、定将在以后内容中叙述）。2.1.7 冲裁过程冲裁时，随着压力机滑块的向下运动，凸模便穿过板料进入凹模，使板料相互分离而完成冲裁工作。分离过程是在瞬间完成的，在模具间隙正常的情况下，金属板料的冲裁变形过程可以分为三个阶段。1. 弹性变形阶段在凸模压力的作用下，板料首先产生弹性压缩和弯曲，并略有挤入凹模。随着凹模的继续压入，材料在刃口部分所受的应力也逐渐增大，达到弹性极限。2. 塑性变形阶段当凸模继续压入，板料的内应力逐渐增加。当应力超过材料的屈服极限后，板料进入塑性变形阶段，部分金属被挤入凹模口，形成光亮的剪切断面。由于凸模和凹模之间存在间隙，因而金属纤维也发生了弯曲和拉伸。此阶段直到凸模凹模刃

17、口处由于应力集中出现细微裂纹为止。3. 剪裂阶段随着凸模继续下压，凸模凹模刃口处出现的微小裂纹不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时（在合理间隙的情况下），材料随即被拉断分离。2.1.8 冲裁件质量分析1. 影响冲裁尺寸精度的因素（1）冲裁模的制造精度冲裁模的制造精度对冲件尺寸精度有直接的影响，冲裁模精度越高，冲裁件的精度越高。（2）工件材料的力学性能由于冲裁过程中材料产生一定的弹性变形，冲裁件产生“回弹”现象，使冲裁件的尺寸与凸模和凹模尺寸不符，从而影响其精度。材料越软，弹性变形量越小，回弹也越小，冲裁件的精度越高。反之，冲裁件精度越低。（3）工件的相对厚度工件相对厚度对冲裁件尺寸精度也有影响

18、。相对厚度t / D ( t-材料厚度，D-冲裁件直径 ) 越大，弹性变形量越小，冲裁件的尺寸精度越高。（4）冲裁间隙凸、凹模间隙对冲裁件的精度影响较大。当间隙适当时，在冲裁过程中，板料的变形区在比较纯的剪切作用下被分离，冲裁后的回弹小，冲裁件对凸模和凹模尺寸的偏差也较小。（5）冲裁件的尺寸形状冲裁件尺寸越小，形状越简单，其制件精度越高。2. 断面质量对于断面质量，起决定作用的是冲裁间隙。如果冲裁间隙选取合理，冲裁时，板料在上、下刃口处所产生的裂纹重合，冲裁断面平整、光滑，塌角和毛刺均较小，制件质量较好。3. 冲裁件的毛刺凹模或凸模磨损后变钝，其刃口处形成圆角。冲裁时工件的边缘就会出现毛刺，从

19、而影响工件的质量。2.1.9 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模工作部分的尺寸之差（称双面间隙,用符号Z表示），即Z = D凹 D凸。冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的大小及均匀性直接影响到冲裁件的断面质量、冲裁力的大小以及冲模的使用寿命等。 图2-3 冲裁间隙1. 合理间隙通常把能够保持剪切断面有最好质量、并能使冲模寿命提高、冲裁力最小的间隙值称为合理的间隙值。合理的冲裁间隙主要与材料厚度、牌号等有关，设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。在确定间隙值大小的具体数值时，应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断

20、面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。2. 合理间隙的选择原则生产实践证明，冲裁间隙取小值时，冲裁件的断面质量较好。间隙过小会增大冲裁力和退料力，降低模具使用寿命。因此，在选择冲裁间隙时应考虑各方面因素。当冲裁件断面质量要求不高时，在合理的间隙范围内，应尽量取较大的间隙，从而有利于延长模具寿命、降低冲裁力、推件力、卸料力。当冲裁件质量要求高时，在合理的间隙范围内，应尽量取较小值，这样尽管模具寿命有所降低，但保证了零件的冲裁质量。为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。2.1.10 凸、凹模刃口尺寸计算模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精

21、度的首要因素，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及公差来保证。因此，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要内容。1. 凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则 实践证明，落料件的尺寸接近于其凹模刃口尺寸，而冲孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。所以，落料时取凹模作为设计的基准件；冲孔时取凸模作为设计的基准件。计算凸模和凹模尺寸时应遵循的原则如下：（1）落料时，应先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格的零件。凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小间隙值。（2）冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于

22、孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内也可使用。而凹模的基本尺寸则按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小间隙值。（3）在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证合理的间隙数值。一般模具制造精度比工件精度高34级。2. 凸、凹模刃口尺寸计算的方法 由于凸模和凹模的加工方法不同，设计时其刃口尺寸计算应分别进行计算。（1） 凸模与凹模分开加工采用这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。为了保证间隙值，应满足（2-1）条件。凸 +凹 Zmax-Zmin （2-1）式中 凸 凸模的制造公差； 凹 凹模的制造公差。凸、凹的值见表2-4。表2-4 规

23、则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差基本尺寸凸模公差凸凹模公差凹180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030下面对冲孔和落料两种情况加以分析讨论。 冲孔设工件孔的尺寸为d+，根据冲裁模刃口尺寸计算原则，冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。其计算公式为： d凸 = （dx）0-凸 （2-2） d凹 = （d凸Zmin）+凹0 （2-3） 式中 d凸、d凹 冲孔凸、凹模基本尺寸，mm； 工件制造公差，mm；X 因数，其值可查表2-5。表2-5 因数x材料厚度t/mm非圆形x值圆形x值10.750.50.750.5工件公差/ mm10.160.170.350.3

24、60.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.310.590.600.300.30 冲孔时各部分尺寸公差的分配位置如图2-4a)所示。对于图中所示的工件，由于工件精度一般不高于IT11级，根据工件的基本尺寸，选取IT11即可。凸模和凹模根据以上规定，分别取IT6和IT7计算。同时断面粗糙度也没有具体要求，其中间三个定位孔，他们均为未注公差，根据要求可选6.5+0.150 落料设工件尺寸为D0-，根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺

25、寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin。仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。落料时各部分尺寸公差的分配位置如图2-4 b）所示。其计算式如下： D凹 = （D x）+凹0 (2-4) D凸 =（D凹Zmin）0-凸 (2-5) a) b) 凸模、凹模制造公差 工件公差图2-4 冲孔、落料时各部分尺寸公差的分配位置式中 D凹 、D凸 落料时凹、凸模基本尺寸，mm。（2） 凸模与凹模配合加工对于形状复杂或材料薄的零件，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保

26、持一定的间隙。但用此方法制造的凸、凹模是不能互换的。由于复杂工件形状各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不同，所以基准件的刃口尺寸需要按不同方法计算。如图2-5 a)为一落料件，应以凹模为基准件，凹模的磨损情况可分为三类：第一类是凹模磨损后增大的尺寸（图中A类尺寸）；第二类是凹模磨损后减小的尺寸（图中B类尺寸）；第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸（图中C类尺寸）。 a） 落料件 b) 冲孔件图2-5 落料、冲孔件的尺寸分类同理，对于图2-5 b）的冲孔件，应以凸模为基准件，可根据凸模的磨损情况，按图示方法将尺寸分为A、B、C三类。当凸模磨损后，其尺寸的增减情况也是增大、减小、不变这一同样的规

27、律。因此，对于复杂形状的落料件或冲孔件，其模具基准件的刃口尺寸均可按下式计算。 A类： Aj（Amaxx）+/40 B类： Bj（Bminx）0-/4 C类： Cj（Cmin0.5）±/8 （2-6）式中 Aj 、 Bj 、 Cj 基准件尺寸，mm；Amax 、Bmin、 Cmin工件极限尺寸，mm； 工件公差，mm。对于与基准件相配合的非基准件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在图样上标注，而是仅标注基本尺寸，并注明其公差按基准件凹模或凸模的实际尺寸配做，并保证应留的间隙值。另外，如果按照加工的需要，希望对落料件以凸模为基准，对冲孔件以凹模为基准件，则模具基准件的刃口尺寸可按式2-7

28、计算： A类： Aj（AmaxxZ）0-/4 B类： Bj（BminxZ）+/40C类： Cj（Cmin0.5）±/8 （2-7）综合以上原则，在实际生产中，这套模具的单面间隙可取C=0.005mm, 则双面间隙为z=0.01mm.1.对冲孔6.5mm采用凸、凹模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查表2-4得凸、凹模制造公差： 凸=0.020mm 凹=0.020mm 查表2- 5得因数x为：当0.16时，x0.75 当0.16 时，x0.5根据式（2-2）、（2-3）可得 d凸1=（d1 + x）0-凸1（6.50.75×0.15）0-0.020 mm 6.6

29、10-0.020 mm d凹1（d凸 1Z）+凹10（6.610.01）+0.0200 mm 6.62+0.0200 mm 2. 计算冲中间非圆形孔的凸、凹模刃口尺寸经过计算可以得知，非圆形孔的基本尺寸为 58.02±0.3 19.7±0.3 x0.75 =0.6 凸=0.020mm 凹=0.030mm对于58.02±0.3这个尺寸：冲孔凸模、凹模的刃口尺寸： d凸2=（d 2+ x）0-凸2(58.02+0.75×0.6) 0-0.020 mm 58.47 0-0.020 mm d凹2（d凸 2Z ）+凹20(58.47+0.01) +0.0300 m

30、m =58.48+0.0300 mm对于19.7±0.3这个尺寸：冲孔凸模、凹模的刃口尺寸： d凸3=（d 3+ x）0-凸（19.7+0.75×0.6）0-0.020 mm =20.15 0-0.020 mmd凹3（d凸 3Z ）+凹20(20.15+0.01) +0.0300 mm =20.16+0.0300 mm对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：零件外形的基本尺寸为：46±0.3，83±0.3对于46±0.3这个尺寸，可以选择以下参数： x0.5 =0.6凸=0.020mm 凹=0.030

31、mm落料凸模的刃口尺寸：d凸=（dx-Z）0-凸（460.5×0.60.01）0-0.020 mm =45.690-0.020 mm落料凹模的刃口尺寸：d凹（dx）+凹0（460.5×0.6) +0.0300 mm =45.7+0.0300 mm对于83±0.3这个尺寸，可以选择以下参数： x0.5 =0.6凸=0.025mm 凹=0.035mm落料凸模的刃口尺寸：d凸=（dx-Z）0-凸（830.5×0.60.01）0-0.025 mm =82.690-0.020 mm落料凹模的刃口尺寸：d凹（dx）+凹0（830.5×0.6) +0.035

32、0 mm =82.7+0.0350 mm2.1.11 冲压力计算 计算冲压力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。1. 冲裁力计算冲裁力是指冲裁时材料对凸模的最大抵抗力。它是选用冲压设备和检验冲模强度的重要依据。冲裁力的大小主要与材料性质、厚度和制件分离的轮廓长度有关。对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算： F=K·L·t· （2-8）式中 F 冲裁力, N； L 冲裁件的冲裁长度, mm；t 板料厚度，mm； 材料的抗剪强度, Mpa； K 考虑到板料厚度公差、模具刃口锋利程度、冲裁间隙以及材料的力学性能等变化因素的系数。一般取K=1.3。 有时也可

33、用材料的抗拉强度进行计算： F=L·t·b （2-9）式中 b 为材料的抗拉强度，Mpa由垫片零件图可得:L=793.63mm t =0.1 mm b =600MPaF = L·t·b=（793.63×0.1×600）N =47617.8N2. 卸料力、推件力和顶出力从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力；逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力。卸料力、推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算，见式（2-10）。卸料力：F卸= F ·Kx推件力：F推=n·Kt·F

34、顶出力：F顶= F ·Kd （2-10）式中 Kx、Kt、Kd 分别为卸料力、推件力、顶件力系数,其值见表2-6；n 同时卡在凹模内的零件数；h凹模直壁洞口的高度。表2- 6 推件力、顶件力、卸料力系数卸料力：F卸= F ·Kx=（47617.8×0.07）N=3333.25N顶件力：F顶=F ·Kd=（47617.8×0.1）N=4761.78N推件力：F推=n·Kt·F=（50×0.14×47617.8）N =333324.5NF总 = F F卸F顶F推 =（47617.83333.254761.78

35、333324.5）N=389037.33N2.1.122.1.7 工件排样与搭边1. 排样冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的目的在于减少材料的耗损，降低零件成本，提高生产率，延长模具寿命。2. 材料的利用率对冲裁件来说，一般材料占零件总成本60%以上，可见材料利用率是一个重要的经济指标。所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，是具体衡量排样合理性的指标。 材料利用率的计算公式如下： 一个进距的材料利用率的计算见式（2-11）。 =( nA / bh)×100% （2-11）式中 A 冲裁件面积（包括内形结构废料），mm2； n 一个进

36、距内冲裁件数目; b 条料宽度，mm; h 进距,mm。 一张板料上总的材料利用率总的计算式见式（2-12 ） 总=（n总A/LB）×100% （2-12 ）式中 n总 一张板料上冲裁件总数目；L 板料长，mm；B 板料宽，mm。3. 搭边 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，搭边越小越好。但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。由垫片零件图及排样图可知得冲裁件面积：A

37、=765.63mm2条料宽度：b =102 mm 进距：h=62.5 mm一个进距的材料利用率=（1×765.63） mm2/（54 mm×47.5 mm）×100% =12.06%2.2冲裁模及零件设计2.2.1冲裁模分类 冲裁模是为了得到所需形状和尺寸的毛坯或制件，使材料分离的冲模。按工序的性质分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模和切边模等。 按工序的组合方式分为单工序的简单模和多工序的连续模、复合模和连续复合模。 按模具上下模的导向方式分为无导向的开式模和有导向的倒板模、导柱模、滚珠导柱模、导筒模等。 按凸凹模的布置方法分为正装模和倒装模。 按模具的卸

38、料方法分为刚性卸料模和弹性卸料模。2.2.2复合冲裁模方案比较复合冲裁模在压力机的一次行程中，在同一工位上完成两个或两个以上的冲裁工序。复合模在结构上的主要特点是有一个既能作落料凸模的外缘刃口又有一个能做冲孔凹模的内缘刃口，即称为凸凹模的零件。复合模的结构形式，按照落料凹模安装的位置，可分为正装式复合模和倒装式复合模。1. 正装式复合模正装式复合模如图2-6所示的结构。在冲裁时，其孔内的废料易落在下模部分或条料上，不易清除，给冲压带来了麻烦，故一般很少用，但冲出的零件由于在落料凹模3内通过顶料板2和弹顶装置将其顶出，故零件制品较平整，尺寸精度高。因此，对于平直度要求较高，材料较薄的零件往往采用

39、这种结构。1凸凹模 2、3顶料板4冲孔凸模 5落料凹模图2-6 正装式复合模2. 倒装式复合模图2-7所示的倒装式复合模结构，所产生的冲孔废料由凸凹模孔直接下漏，零件在冲压时被凸凹模顶入上模的凹模孔内，待冲压结束时由卸料板顶出，而卸料板及顶板6不起压平作用，故冲出的零件平直度较差。1冲孔凸模 2、3顶料板4落料凹模 5卸料板 6凸凹模图2-7 倒装式复合模生产中采用复合模的优点在于：结构紧凑，生产率高，制品精度高，特别是制品孔对外性的位置度容易保证。并且这类模具对条料的精度要求不是太高，边角余料也可以冲呀。复合模适用于大批量零件生产。比较两种形式的复合冲裁模特点，结合垫片零件的结构和工艺性，故

40、选择倒装式复合模进行零件冲裁。如装配图所示，冲裁该垫片零件的落料凹模是装在上模，凸凹模安装在模具下模座上。冲裁时，弹性卸料板先压住条料起校平作用。上模继续下行时，落料凹模将弹性卸料板压下，套入落料凹模（凸凹模）中，冲孔凸模也进入冲孔凹模（凸凹模）中，于是同时完成冲孔和落料。当上模回程时，弹性卸料板在橡皮的作用下将条料从凸凹模上卸下，而推杆与推件板将冲裁好的垫片从上模的落料凹模内自上而下推出，冲孔废料则由凸凹模的孔中直接漏到冲床台下面，从而使垫片和冲孔废料自然分开。 2.2.3主要零件分析与标准选用按在模具中的作用，冲裁模零件可分为结构性零件和工艺性零件两大类。结构性零件包括导向零件（导板、导柱

41、和导套等）、固定零件（模座、模柄、凸、凹模固定板和垫板等）及其他紧固零件。工艺性零件包括成型零件（凸模、凹模、凸凹模）、定位零件（定位钉、定位板、挡料销、导正销、侧刃等）和压料、卸料零件（卸料板、压边圈、顶件板和推件板等），我国已经制定了冲压模具的模架、典型组合、零部件技术条件等国家标准。1. 工作零件 （1）凸模 凸模的类型 按工作性质，冲裁凸模可分为落料凹模、冲孔凸模等；按工作断面形状，冲裁凸模有圆形、方形、矩形等；按其结构，冲裁凸模分为镶拼凸模和整体凸模；按固定方式，冲裁凸模又背台式、叠装式、压块式、护套式、组合式等。 凸模结构形式 凸模的结构形式分为无固定台阶式和有固定台阶式两种。无固

42、定台阶式的凸模，其工作部分和固定部分为等断面形式，故非常适合凸模刃口用线切割或成型磨削成型。有固定台阶的凸模，其中间台阶和凸模固定板以过渡配合相配，而凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于从凸模固定板中拉出。工作部分可采用车削、磨削或采用仿形刨加工，最后用钳工进行精修。 表2- 7| B型凸模（摘自JB/T8057.2-1995） (mm)凸模长度 凸模长度一般是根据模具装配图结构上的需要确定的。凸模材料 模具刃口要有高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常选用T8A、T10A等制造。形状复杂、淬火变形大，特别是用线加工方法加工时，应选用

43、合金工具钢，如Cr12、9Mn2V、CrWMn等制造，热处理硬度取5862HRC。本设计选用T8A，热处理硬度5860HRC。 凸模固定板固定板的外形尺寸一般与凹模大小一样，可由标准中查得。固定凸模用的型孔与凸模固定部分相适应。型孔位置应与凹模型孔位置协调一致。凸模固定板内凸模的固定方法通常是将凸模压入固定板内，其配合为H7/m6，直通式凸模用N7/h6、P7/h6。对于大尺寸的凸模，也可直接用螺钉、销钉固定到模座上而不用固定板。对于小凸模还可以采用粘结固定。粘结固定的方法常采用有机粘结剂（环氧树脂）、无机粘结剂（氧化铜粉末+磷酸溶液）。也可采用由Bi、Pb、Sn、Sb按一定比例组成的低熔点合

44、金固定。表2-8 矩形固定板（摘自JB/T7643.2-1994） (mm)根据表2-10，固定板125×125×10-45钢JB/T7653.2 材料：45钢技术条件：按JB/T7653-1994的规定 凸模垫板凸模垫板装在凸模和上模座之间。它的作用是防止冲裁时凸模压坏上模座。垫板的尺寸可在标准中查的（表2-11）。根据表2-11，固定板125×125×10-45钢JB/T7653.2 材料：45钢技术条件：按JB/T7653-1994的规定根据垫片零件，该凸模固定板需要设计（见零件图，凸模固定板）。表2-9 矩形垫板（摘自JB/T7643.-1994

45、）（2）凹模 凹模的类型按凹模的刃口孔形可分为圆柱形孔口凹模、锥形孔口凹模；按凹模的结构可分为整体式凹模和镶拼式凹模。 凹模刃口形式锥形刃口：如图2-8a)所示。冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。当t2.5mm时，15;当t2.56mm时，30;当采用电火花加工凹模时，420。a) b)图2-8 凹模刃口形式柱形刃口：如图2-8b)所示。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。当t<0.5mm时,h=35

46、mm;当t=0.55mm 时,h=510 mm ; 当t=510mm时,h=1015mm。 凹模的外形尺寸凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定。凹模厚度的确定件式（2-13）。H=Kb （2-13）凹模壁厚（指凹模刃口与外边缘的距离）的确定式见（2-14）。小凹模c=(1.52)H 大凹模 c=(23)H （2-14）式中b凹模孔的最大宽度，mm; K因数，见表2-12； H凹模厚度，其值为1520mm；C凹模壁后，其值为2640mm。 按上式计算的凹模外形尺寸，可以保证凹模有足够的强度和刚度，一般可不再进行强度校核。（3）凸凹模凸凹模的内、外缘均为刃口，内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。为

47、保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。凸凹模的最小壁厚值m一般可按经验数据决定。不积聚废料的凸凹模最小壁厚值见式（2-15）。冲裁硬材料时m=1.5t冲裁软材料时m t （2-15）对于倒装复合模，因为孔内会积聚废料，所以最小壁厚要大些。2. 定位零件冲模定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确定位，不同的定位方式根据毛坯的形状、尺寸及模具的结构形式进行选择。（1） 挡料销 其作用是给予条料或带料送料时以确定送进距离。表2-10 固定挡料销（摘自JB/T7649.10-1994） (mm)固定挡料销A6 JB/T7649.10材料：45 热处理硬度 4348HRC技术条件按JB/T76

48、531994规定（2）导正销表2-11 导正销（摘自JB/T7647.3-1994） (mm)导正销8.2JB/T7649.3材料:：9Mn2V 热处理硬度5256HRC技术条件：按JB/T76531994的规定3. 卸料装置卸料装置是将条料、废料从凸模上卸下的装置，有刚性和弹性两种。本设计采用是用于薄件冲裁的弹性卸料装置。包括卸料板、弹性元件和卸料螺钉。（1） 卸料板 具体结构见零件图。（2）弹性元件 冷冲模中所用橡皮一般为聚氨酯橡胶（PUR）。橡皮允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调修方便，所以在冲裁模中应用广泛。聚氨脂橡胶的总压缩量一般35%，对于冲裁模，其预压缩量一般取10%15%。橡胶

49、的高度H与直径D应有适当的比例。一般应保证以下关系： H=（0.51.5）D （2-15）表2-12 聚酯氨弹性体（摘自JB/T7650.9-1995） （mm） 聚胺酯弹性体32×10.5×25JB/T7650.91995（3）卸料螺钉圆柱头卸料螺钉M12×75JB/T7650.5材料：45热处理硬度3540HRC技术条件：GB/T3098.32000的规定数量：4个表2-13 圆柱头卸料螺钉（摘自JB/T7650.5-1994） （mm）4. 推件装置刚性推件装置：常用于上模部分。推件力是由压力机的横杆通过推杆、顶板、顶杆传给推件板。推杆长短要一致，分布要均匀

50、。顶板一般装在上摸座的孔内，形状按被推下的工件形状来决定。（1） 顶板顶板的选择见下表的国标：表2-14 顶板（摘自JB/T7650.4-1994） （mm） 顶板A50 JB/T7650.4材料：45热处理硬度4348HRC技术条件：按JB/T76531994的规定（2）顶杆顶杆的选择见下表的国标：表2-15 顶杆（摘自JB/T7650.3-1994） （mm）顶杆8×15JB/T7650.3 材料：45 热处理硬度4348HRC 技术条件：按JB/T76531994的规定（3）推杆推杆的选择见下表。表2-16 带肩推杆（摘自JB/T7650.1-1994） （mm）推杆A16×80JB/T7650.1 材料：45 热处理硬度：4348HRC 技术条件：按JB/T76531994的规定2.2.4模架主要零部件1. 模架模架由模座、导柱及模柄等零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部负荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间