冲孔落料设计说明书

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I

摘要

本次设计了一套冲孔﹑落料的模具。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用冲孔落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定模具的类型。得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。

在论文中第一部分，主要表达了冲压模具的发展状况，说明白冲压模具的重要性，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。其次部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。最终对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模具的绘制和模具的成形提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。

本模具性能可靠，运行平稳，能够适应大批量生产要求，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。

5工艺参数计算

5.1排样方式的选择

冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。

排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。因此有以下三种方案：

方案一：有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，分析零件形状，应采用单直排的排样方式，排样图如图5-1所示。

图5-1排样图示意图

搭边值的确定

排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边简单挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边

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值是由经验和查表来确定的，该制件的搭边值采用查表取得。

如表5-1所示：根据此表和工件外形可知L﹥50mm，可确定搭边值a和a1，a取1.3mm，a1取1.5mm，较为合理。

表5-1搭边a和a1数值（低碳钢）mm

材料厚度t0.25以下0.25~0.50.5~0.80.8~1.21.2~1.61.6~2.02.0~2.52.5~3.0矩形件边长L≥50mm或圆角r≤2t的工件工件间a12.82.21.81.51.82.02.22.5沿边a3.02.52.01.32.02.22.52.8送料步距A：送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，每次只冲一个零件的步距按式：S＝D＋a1，S＝28＋1.5＝29.5mm条料宽度B：B＝（40+2×1.3）mm=42.6mm材料利用率的计算

冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。关于材料利用率，可用下式表示：η=A/BS×100%(5-2)式中:A-一个步距内冲裁件的实际面；B-条料宽度；S-步距。

由cad测量工具求得面积：

A≈63.44(mm2)

纵排：η=A/BS×100%

=[（28×40-3.14×2×2）÷(42.6×29.5)]×100%≈88.1(％)最终的排样图如图5-2所示：

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图5-2最终排样图

5.2冲压力的计算

计算冲裁力是为了选择适合的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必需大于所计算的冲裁力，以适合冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：

Fp=KptLτ(5-3)

式中:τ-材料抗剪强度，见表5-3(MPa)；L-冲裁周边总长(mm)；t-材料厚度(mm);

系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）润滑状况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1～3。当查不到抗剪强度τ时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1.3的近似计算法计算。

由于45钢的力学性能查表可得：抗剪强度τ取350MPa。

τ的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册中查找，本设计τ取值的通过查下表2-1确定，材料厚度t=1.0mm，取τ=350MPa。

5.2.1总冲裁力的计算

由于冲裁模具采用弹性卸料装置和自然落料方式。

F冲=F1+F2(5-4)

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式中:F冲-总冲裁力；F1-落料时的冲裁力；F2-冲孔时的冲裁力。冲裁周边的总长(mm)，落料周长为：

L1≈116.52(mm)(利用CAD测量工具)

冲孔周长为：

L2≈88(mm)(利用CAD测量工具)落料冲裁力由公式(5-3)得：

F1=KptL1τ

=1.3×1.0×116.52×350=53(KN)冲孔冲裁力由公式(5-3)得：

F2=KptL2τ=1.3×1.0×88×350=40(KN)5.2.2卸料力、推件力的计算

当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而阻塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作便利，必需将套在凸模上的材料刮下，将阻塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。

模具采用弹性卸料装置和推件结构，凹模型口直壁高度h=5mm，所需卸料力F卸和推件力F推分别为：

推件力、卸料力计算公式如下：

F推=nK推F冲(5-5)F卸=K卸F落(5-6)

式中：F推-推件力；F卸-卸料力；F冲-冲裁力；

K卸-卸料力系数，见表5-5；

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K推-推件力系数，见表5-5；n-卡在凹模里的工件个数，n=h/t。

表5-4卸料力、推件力和顶件力系数mm

料厚/mm钢≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~6.5＞6.5铝及铝合金紫铜、黄铜K卸0.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.020.025~0.080.02~0.06K推0.10.0630.0550.0450.0250.03~0.070.03~0.09K顶0.140.080.060.050.03注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓繁杂时取上限值。K推-推件力系数通过查表5-4确定，推件力系数取K推＝0.055；由公式(5-5)得：推件力F推=nK推F冲=4/1.0（取整5）×0.055×40=8.8（KN）

K卸—卸料力系数通过查表5-4确定，卸料力系数取K卸＝0.045；由公式(5-6)得：卸料力F卸=K卸F落

=0.045×53

=2.4（KN）5.2.3总冲压力的计算

F=F冲+F落+F卸+F推=53+40+8.8+2.4

≈104.2KN

5.2.4初选压力机

压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母C，其机身前端及左右均敞开，操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000KW。闭式机左右两侧封闭，操作不便利，但机身刚度好，压力机精度高。考虑到经济性能、加工要求和操作便利在此选开式压力机。根据以上计算数值，查下表5-5初选压力机为J23-16型压力机。

表5-5开式压力机规格及参数

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型号公称压力/KN滑块行程/mm最大闭合高度/mm闭合高度调理/mm滑块中心线至床身距离/mm滑块底面尺寸/mm前后左右J23-161605522045160250350404060工作台板厚度/mm模柄孔尺寸/mm直径深度5.2.5压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

冲模的压力中心，可按下述原则来确定：

（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状一致且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

（3）形状繁杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。

解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置X0，Y0（即x=0，y=0），即为所求模具的压力中心。

单个零件的压力中心计算如下：

X0＝(L1X1+L2X2+……LnXn)／(L1+L2+……Ln)（5-7）

Y0＝(L1Y1+L2Y2+……LnYn)／(L1+L2+……Ln)式中：X0-压力中心的横坐标；

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Y0-压力中心的纵坐标；L-各线段的长度；X-各线段重心的横坐标；Y-各线段重心的纵坐标。

本产品为对称产品，为了模具加工制造的便利，压力中心依旧选择为（0.0）。

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6刃口尺寸计算

冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。6.1冲裁间隙的确定

冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之间的空隙尺寸，如图6-1所示。设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高。冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损、变形、崩刀和凹模刃口胀裂四种。间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响,间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小。但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。一般间隙为（10%～15%）t时的磨损最小，模具寿命较高。

图6-1冲裁间隙图

由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最正确、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。所以在实际生产中，其总的原则应当是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命达到最长。目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植。本套模具采用查表法予以确定其间隙植。

根据实用间隙表6-1查得材料45钢的最小双面间隙Zmin=0.1mm，最大双面间隙Zmax=0.14mm。

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表6-1冲裁模初始双边间隙值mm

材料厚度小于0.50.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.03.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.20008F、10、35、09Mn、4516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax微小间隙（或无间隙）0.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1266.2刃口尺寸的计算及依据与法则在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必需遵循以下原则：

（1）根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，故冲孔以凹模为基准件，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。

（2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲孔件孔径减小，故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。

（3）凸模和凹模之间应保证有合理的间隙。

（4）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。

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制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙：

①分别加工法。分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间隙要求。凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。这种加工方法必需把模具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方法主要用于冲裁形状简单、间隙较大的模具或用缜密设备加工凸模和凹模的模具。

②单配加工法。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。先加工基准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。寻常落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。这种方法多用于冲裁件的形状繁杂、间隙较小的模具。

根据上述计算法则，对于采用分别加工的凸模和凹模，应保证下述关系：

│δ凸│＋│δ凹│≤Zmax－Zmin

所以，新制造的模具应当保证│δ凸│＋│δ凹│＋Zmin≤Zmax，否则，模具的初始间隙已超过了允许的变动范围Zmin～Zmax，影响模具使用寿命。本套模具采用分别加工法进行加工。

分开加工时计算公式如下：

??凹落料D凹=(Dmax-χ△)0(6-1)

D凸=(D凹-Zmin)=(Dmax-χ△-Zmin)0??凸(6-2)冲孔d凸=(dmin+χ△)0??凸(6-3)

??凹d凹=(d凸+Zmin)=(dmin+χ△+Zmin)0(6-4)

孔心距Ld=L±1/8△(6-5)式中:D凸、D凹-分别为落料凹模和凸模的基本尺寸；d凸、d凹-分别为冲孔凹模和凸模的基本尺寸；Dmax-落料件的最大极限尺寸；dmin-冲孔件的最小极限尺寸；

L、Ld-工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸；△-冲裁件公差；χ-磨损系数；

δ凸、δ凹-分别为凹模和凸模的制造公差，凸模偏差取值负向，凹模偏差取正向。

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计凸凹模洞口类型，排出积存废料。

(a)(b)(c)(d)(e)

图7-1凸凹模洞口的类型

(a)直通式(b)直通式(c)直通式(d)锥筒式(e)锥形式

凸凹模洞口的类型如图7-1所示，其中a、b、c型为直筒式刃口凹模，其特点是制造便利，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状繁杂的缜密制件。但因废料的聚集而增大了推件力和凸凹模的涨裂力，