【搭接板零件的冲压工艺性能分析及级进模设计21000字（论文）】

III第2章设计任务书及产品图2.1零件介绍产品零件名称：搭接板产品零件尺寸及示意图如图2-1图2-1材料：紫铜料厚：0.5mm生产批量：大批量精度要求：IT142.2技术要求毛刺小于0.1mm表面平整无严重划伤，孔不允许变形

第3章零件的工艺性分析3.1产品结构形状分析该零件名为搭接板，为一板状零件。厚度为0.5mm，很薄。为非对称结构。通过分析可知，加工时只需采用冲裁工序即可。加工时，采用连续冲裁的方式冲裁掉长方形板料的多余的部分，余下的即为所要加工的零件。冲裁加工时，共需进行9次冲裁工序。在这9处加工位置，有6处为规则的形状，这6个位置的形状分别为直径为3mm的圆（2个），直径为16mm的圆（1个），长为7mm、宽为2mm的长方形（1个），长为15mm、宽为3mm的长方形（1个）和长为12mm、宽为8mm的长方形（1个）。除此之外，余下的3处为不规则形状。3.2产品材料、产量、尺寸精度和断面质量分析3.2.1材料分析该搭接板所使用的材料为紫铜。紫铜，又可称为红铜，是一种比较纯净的铜，一般情况下可近似将紫铜定义为纯铜，导电性、塑性都很好，相比之下强度、硬度较差。紫铜具有良好的导电性、导热性和极好的塑性。因其易于热压和冷压力加工，故大量用于制造电线、电缆、电刷、电火花专用电蚀铜等对导电性要求极高的产品。除次之外，紫铜有良好的焊接性、导热性、延展性和耐蚀性。可通过冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。紫铜的电导率和热导率仅次于银，目前广泛应用于制作导电、导热器件。紫铜在海水、大气和盐酸或稀硫酸等非氧化性酸、碱、盐溶液、醋酸或柠檬酸等有机酸中使用较多，具有良好的耐蚀性，多用于化学工业。常见的铜合金分为黄铜、青铜、白铜3大类。3.2.2产量分析生产批量为大批量生产，适合冲压工艺。3.2.3尺寸精度分析普通冲裁，产品精度IT14，满足冲裁工艺对精度的要求。3.2.4断面质量分析该产品对毛刺高度和断面粗糙度要求不严格，因此只要模具达到一般精度要求，冲裁件的断面质量可以保证。

第4章冲裁零件工艺方案的确定4.1冲压工艺性分析冲压工序：冲孔4.1.1冲裁工艺分析①冲裁件形状简单，无对称性，无复杂形状曲线②冲裁件的孔径由于受到冲孔刚度和强度的限制，不能过小，否则在冲裁的过程中容易这段和压弯。冲孔的最小尺寸应取决于凸模强度、冲裁的力学性能和模具结构。计算最小孔径是否满足要求：由《冲压工艺与模具设计手册》可知，紫铜的抗剪强度为τ＝160MPa最小孔径的标准为d≥1.0td为最小孔径；t为材料厚度本产品零件最小孔径为d＝3mm，材料厚度为0.5mm经计算可知1.0t＝1.0×0.5＝0.5mmd＝3mm＞0.5mm故最小孔径满足要求。③为了避免零件变形或影响模具寿命，冲孔零件上孔与边缘、孔与孔之间的距离不能太小。计算孔间距和孔边距是否满足要求：a.一般孔边距取：对于圆孔：（1~1.5）t对于矩形孔：（1.5~2）tb.孔间距的最小尺寸取：圆孔：料厚t≤1.55mm时，最小孔距＝3.1t料厚t＞1.55mm时，最小孔距＝2t经计算零件的孔边距和孔间距分别为：孔边距＝8mm＞1.5t＝1.5×0.5＝0.75mm孔间距＝26mm＞3.1t＝3.1×0.5＝1.55mm故孔间距和孔边距满足要求。4.2模具工艺方案的确定方案一：先切断，得到用于冲裁的长方形板料，再重新定位进行冲裁。采用单工序模进行生产。方案二：在一个工位上完成两道冲裁工序，即设计出凸凹模结构，采用复合模进行生产。方案三：连续冲裁，其中设有小导柱进行精确定位，采用级进模进行生产。经比较：方案一：模具结构简单，便于进行设计加工，维修方便。但是进行二次定位时误差较大，加工精度低，效率低。方案二：模具生产效率高、生产精度高。但是凸凹模设计较为复杂，设计成本高，不便于维修，经济性不高。方案三：多工位级进模生产效率高，无需二次定位且设有小导柱，定位准确，精度高，且可实现自动化，节约人力物力，降低成本，但模具设计较为复杂安装不方便。综上，通过分析材料性质、零件结构以及加工成本等因素，本模具选用方案三多工位级进模进行加工。

第5章排样设计及材料利用率计算5.1排样方案的确定冲裁件在板、条等材料上的布置方法成为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会对模具的结构、制件质量、生产率、生产操作方便与安全等产生影响。因此排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。根据材料的利用情况，排样的方法可以分为三种：有废料排样定义：“有”又名“存在”，有废料可理解为沿工件全部外形冲裁加工之后，工件与工件之间、工件与条料侧边之间存在工艺余料（搭边：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），冲裁后搭边成为废料。有废料排样法对于材料的使用率是很低的，但是在制件的质量和冲模的使用寿命方面可达到很高的水平，因此在一些工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样时，多采用有废料排样法。如图5-1a所示。少废料排样定义：“少”可理解为“存在，但是数量屈指可数”，少废料排样是沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在。少废料排样法的材料利用率较高，有时可达70%~90%。少废料排样法有利于一次冲裁多个零件，生产率高，由于这种排样方法冲切周边减少，所以模具的结构也可得到简化，使冲裁力降低。但是，少废料排样法会受到工件形状结构的限制，且由于调料本身的宽度公差的影响，条料导向预定位所产生的误差，会直接影响工件尺寸而降低工件的精度。在几个工件的汇合点容易产生毛刺。同时，模具的使用寿命也会因为使用单边剪切而大大变短，并且直接影响工件的断面质量，因此少废料排样多应用于对精度要求不高的工件排样。如图5-1b所示。无废料排样定义：“无”又名“没有、不存在”，无废料排样就是说工件与工件之间，工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。无废料排样的利用率极高，有时可达85%~95%。由于此方法冲切周边减少，故可以简化模具的结构，进而降低冲裁力。但是，无废料排样法的应用范围会受到工件形状结构的限制，且由于条料本身的宽度公差，条料导向与定位产生的误差，会直接对工件尺寸产生影响进而影响工件的精度。在几个工件的汇合点处是毛刺容易产生的部位。由于采用单边剪切，此方法也会加快模具的磨损进而降低模具的寿命，最终对工件的断面质量产生很大的影响。综上，无废料排样法多用于精度要求不高的工件排样。如图5-1c所示。图5-1排样方法根据本设计题目的要求，选用材料为紫铜，采用有废料排样方式，以保证工件质量和精度要求。排样图如图5-2所示。图5-2排样图步距23mm，料宽51.75mm，材料厚度0.5mm5.2材料的利用率计算5.2.1结构废料和工艺废料条料、带料和板料的利用率η∑比一个进距内的材料利用率η结构废料对于结构废料我们首先需要明确一点，结构废料的产生原因是零件的结构，因此这种废料一般是不可避免的。可将其定义为由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料，称为结构废料，一般是不能改变的。工艺废料工艺废料是工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料，称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此，对于提高材料的利用率我们应从减少工艺废料入手。合理的排样方法，应是将工艺废料减到最少。5.2.2材料利用率计算冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60％以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。其计算公式如下：一个进距内的材料利用率为η＝nABℎ式中A——冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm²）；n——一个进距内冲件数目；B——条料宽度（mm）；h——进距（mm）；已知：A＝6×19－0.5×6×6＋5×13－0.5×π×2.5×2.5＋21×5＋8×11＋10×16－0.5×π×4×4＋0.5×π×8×8－π×4×4×0.5＝96＋55.183＋105＋88＋134.867＋75.398＝554.448mm²；n＝1；B＝51.5mm；h＝23mmη＝nABℎ×100%＝1×554.448

第6章压力中心的确定、冲压力计算及压力机的选择6.1模具压力中心的确定模具压力中心的定义：冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。进行冲裁加工时，我们必须提前确定好模具的压力中心，否则如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生片在，这就会加剧模具以及滑块与导轨的磨损，进而降低模具和压力机的使用寿命。在确定模具压力中心时，通常有两种方法即解析法和图解法。此处，我们使用解析法来确定模具压力中心。理论依据：根据力学定理，诸分力对某轴力矩之和等于其合力对同轴之矩，则有xc＝F1x1＋yc＝F1y1＋F因为F1＝l1tσb，F2＝l2tσb，…，xc＝l1yc＝l1式中F1，F2，…，Fnx1，x2，…，xn——各图形冲裁力的xy1，y2，…，yn——各图形冲裁力的yl1，l2，…，lnt——板材厚度（mm）；σb——材料抗拉强度（MPa

思路方法：找出每一个图形的压力中心，之后重新建立坐标系，找出模具的压力中心。压力中心的确定方法：对称冲件如圆、长方形、正方形等，对称冲件的压力中心是其几何中心。直线段直线段的压力中心为其中点圆弧线段圆弧线段的压力中心按该式计算：y＝R·sinαα（6-3式中y——圆弧中心到压力中心的距离；α——圆弧中心角的一半（用弧度表示）。实际数据：①直径d＝3mm的圆图6-1如图建立直角坐标系，坐标系原点与圆心重合。由于该图形为中心对称图形，因此该图形的压力中心为其几何中心，压力中心的坐标为（0,0）。

②长为7mm，宽为2mm的长方形图6-2如图建立直角坐标系，坐标系原点与长方形的几何中心相重合。由于该长方形是轴对称图形，因此该图形的压力中心是其几何中心，压力中心的坐标为（0,0）。③长为15mm，宽为3mm的长方形图6-3如图建立直角坐标系，坐标系原点与长方形的几何中心相重合。由于该长方形是轴对称图形，因此该图形的压力中心是其几何中心，压力中心的坐标为（0,0）。

④长为12mm，宽为8mm的长方形图6-4如图建立直角坐标系，坐标系原点与长方形的几何中心相重合。由于该长方形是轴对称图形，因此该图形的压力中心是其几何中心，压力中心的坐标为（0,0）。⑤直径d＝16mm的圆图6-5如图建立直角坐标系，坐标系原点与圆心重合。由于该图形为中心对称图形，因此该图形的压力中心为其几何中心，压力中心的坐标为（0,0）。⑥轴对称五边形图6-6如图建立直角坐标系，由于该图形不是简单的对称冲件，因此需要用到理论依据中提到的计算公式。数据如下：L＝2mm，坐标为（1,8）、（-8，-1）L＝10mm，坐标为（2,3）、（-3，-2）L＝82mm，坐标为（-4,4）代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝（−8）×2＋（−4）×82＋1×2＋2×10＋（﹣3）×10y0＝（﹣1）×2＋4×82＋8×2＋3×10＋（﹣2）×10故（x0，y

⑦图6-7如图建立直角坐标系，该图形为轴对称图形。在该图形中，除了有直线段可以直接选取线段的中点作为压力中心点以外，还有圆弧，计算圆弧处的压力中心时需要用到圆弧压力中心的计算公式。计算过程如下：y＝R·sinαα＝8×22×y·sin45°＝y×cos45°＝7.203×22横坐标＝3.5＋5.093＝8.593纵坐标＝12＋5.093＝17.093弧长＝0.25×2×π×R＝0.25×2×π×8＝12.567代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝（−3.5）×12＋（−8.593）×12.597＋（﹣11.5）×2＋0×23＋11.5×2＋8.593×12.597＋3.5×12＋0×7y0＝6×12×2＋17.093×12.567×2＋21×2×2＋22×23＋0×712×2＋12.567×2＋2×2＋23＋7＝故（x0，y⑧图6-8该图形为一轴对称图形，如图所示建立直角坐标系。该图形关于y轴对称，因此压力中心中的x坐标可直接得到为0。该图形可看成由直线和半圆弧所组成。直线段可以直接取其中点为其压力中心点，对于圆弧可利用公式进行计算。α＝π，R＝2.5mm代入公式得y＝R·sinαα代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝2.5×10＋（﹣2.5）×10＋5×0＋7.834×0y0＝5×10＋5×10＋0×5＋10×7.83410＋10＋5＋7.834＝故（x0，y

得到了每一个图形的压力中心之后，接下来就是将每一个图形放在排样图中，重新绘制坐标系，得到模具的压力中心，如下图所示。图6-9①L＝2πR＝9.425，圆心坐标（80,11）、（80,37）；②L＝18，中心坐标（82,16.5）；③L＝36，中心坐标（66.5,1.5）；④L＝40，中心坐标（58,23.2）；⑤L＝50.265，中心坐标（46,37）；⑥L＝35.314，中心坐标（33,4）；⑦L＝83.133，中心坐标（11.5,39）；⑧L＝32.854，中心坐标（9.43,10.5）。代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝＝12441.395314.416y＝9.425×11＋9.425×37＋18×16.5＋36×1.5＋40×23.3＋50.265×37＋35.314×4＋83.133×39＋32.854×10.5＝7323.615314.416＝综上，该模具压力中心坐标为（x0，y0）＝（39.570,6.2冲压力的计算模具采用弹性卸料方式，冲孔废料采用下出料的方式。因此总压力为冲裁力、卸料力和推件力三者之和。6.2.1冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。为了降低模具的磨损，提高模具的使用效率，在进行冲裁时可以选择平刃口或者是斜刃口。此处我们所设计的模具选择的是平刃口。冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度以及冲裁件分离的轮廓长度有关。用平刃口模具冲裁时，冲裁力F（N）可按下式进行计算F＝KLtτ（6-4）式中L——冲裁件周边长度（mm）；t——材料厚度（mm）；τ——材料抗剪强度（MPa）；K——系数。考虑到材料力学性能的变化、模具的刃口磨损、材料厚度的偏差等多种因素的影响，一般取K＝1.3。查表可知，材料为紫铜的抗剪强度为τ＝160MPa图6-10①处冲裁力：（2个）R＝1.5mmD＝2πR＝9.425mmF1＝KLtτ②处冲裁力：（1个）L＝2×7＋2×2＝18mmF2＝KLtτ③处冲裁力：（1个）L＝15×2＋3×2＝36mmF3＝KLtτ④处冲裁力：（1个）L＝12×2＋8×2＝40mmF4＝KLtτ⑤处冲裁力：（1个）R＝8mmD＝2πR＝50.265mmF5＝KLtτ⑥处冲裁力：（1个）L＝82＋2×2＋10×2＝35.312mmF6＝KLtτ⑦处冲裁力：（1个）L＝23＋2×2＋12×2＋7＋π×R＝83.133mmF7＝KLtτ⑧处冲裁力：L＝10×2＋5＋π×R＝32.854mmF8＝KLtτ综上，冲裁力F冲＝2×F1＋F2＋F3＋F4＋F5＋2×980.2＋1872＋3744＋4160＋5227.56＋3672.448＋8645.832＋3416.816＝32699.056N6.2.2卸料力及推件力的计算无论是采用哪一种刃口冲裁，当冲裁工作完成之后，由于弹性变形，在板料上冲裁出的废料（或者是工件）孔径的大小会沿着径向方向发生一定程度的收缩，因此会紧紧地卡在凸模上。而冲裁下来的工件（或者是废料）会沿着径向方向扩张，由于其会力图恢复弹性弯，所以会卡在凸模孔内。此时就需要卸料力来将套在凸模上的材料卸下来，把卡在凹模孔内的冲件或废料推出。综上所述，卸料力F卸可简单定义为从凸模上将零件或废料卸下来所需要的力，推件力F由于卸料力和推件力是由压力机和模具的卸料装置获得的。这些力会受到材料的力学性能、材料的厚度、模具的间隙、零件的形状和尺寸、凸、凹模表面粗糙度以及润滑条件等的影响。为了准确计算出这些力，实际生产中我们会使用如下的经验公式进行计算F卸＝K卸F推＝K推式中F——冲裁力（N）；K卸、K推表6-1卸料力、推件力和顶件力系数料厚（mm）KKK铜≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~6.5＞6.50.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝铝合金0.025~0.080.02~0.060.03~0.070.03~0.09紫铜黄铜由表6-1可知，当材料厚度t＝0.5mm，材料选用紫铜时K卸为0.02~0.06，取K卸K推为0.03~0.09，取K推＝因此F卸＝K卸F推＝K推注：实际生产中，凹模孔口会同时卡有好几个工件，所以在计算推件力时应考虑工件数目。设h为凹模孔口直臂的高度，t为材料厚度，则工件数n：n＝ℎth＝3mm，t＝0.5mm，代入公式可知n＝30.5故可得到真正的推件力F推＝6×K推综上所述，总压力F总＝F冲＋F＝32699.056＋1961.944＋15695.544＝50356.544N≈51KN6.3压力机的选择6.3.1压力机的选择原则冲压设备选择的合理与否直接关系到模具使用的安全性、合理性以及工件的质量等问题。此外，模具的使用寿命、生产效率外加生产成本等一系列的问题也是与冲压设备息息相关的。在进行模具装配时，如若选择不合理的压力机，如压力不足则达不到冲压目的、压力太大则很可能会引发安全问题。因此，在选用压力机时必须保证压力机的各个参数均是满足模具工艺要求的规定。对于压力机的类型，这需要全方位考虑获得工件所需要完成的工序的工艺性质、生产批量的大小制件的几何尺寸和精度等因素。冲裁设备的选择原则：①冲裁件形状及大小的影响对于中小型的冲裁件，一般会选用具有C型开式曲柄压力机。对于大中型或者是对精度要求比较高的冲裁件，在生产中一般会选用闭式曲柄压力机。②生产批量的影响进行大批量生产时，考虑精度与刚度的要求，一般选择三梁四柱立式压力机。进行小批量生产时，一般选用液压机。③在实际生产中要考虑成本和设计方案的可行性。综合考虑多方面的因素后，为了保证达到零件要求的加工精度，根据计算所得的总冲压力F总＝选用的压力机的公称压力为P≥（1.1~1.3）F总即P≥（1.1~1.3）×51＝56.1~66.3KN故选择J23-16开式可倾压力机。该压力机的具体参数见表6-2。表6-2压力机参数压力值（KN）160滑块固定行程/mm70滑块调节行程/mm70/8标准行程次数（不小于）（次/min）115（最大闭合高度）固定台和可倾/mm220（最大闭合高度）活动台位置（最低/最高）300/160闭合高度调节量/mm60工作台尺寸/mm左右450前后300工作台孔尺寸/mm左右220前后110直径160立柱间距离（不小于）/mm220模柄孔尺寸（直径×深度）/mmФ30×50工作台板厚度/mm60倾斜角（不小于）（°）30

第7章模具刃口尺寸及公差计算冲裁件的尺寸精度主要由模具刃口的尺寸精度所决定，合理间隙的数值也是依靠模具刃口尺寸来保证的。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模的主要任务之一。7.1冲裁刃口尺寸计算7.1.1计算原则由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，并且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则：落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近于或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。选择模具刃口制造公差时，要考虑模具精度与工件精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般工件精度较冲模精度低2~3级（表7-1）。如果零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。7.1.2计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。凸模与凹模分开加工凸、凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按所给图样进行加工，加工至所需要的尺寸。此种方法适用于加工一些圆形或者是形状简单的工件，为了保证凸、凹模之间的初始间隙小于最大合理间隙值Zmax，不仅凸、凹模分别标注公差（凸模δp凹模δp＋δd≤Zmax或取δp≤0.4（Zmax－Zδd≤0.4（Zmax－Z也就是说，新制造的模具应该是δp＋δd＋Zmin≤Zmax。如若不是，当制造的模具间隙已超过了允许的变动范围该方法对于落料和冲孔都有专门的计算方法。由于此处设计的模具，考虑到加工的难易程度以及加工精度、成本等的因素，所有的凸模与凹模均采用配合加工的加工方法，因此此处就不再对凸、凹模分开加工方法的落料和冲孔的计算过程进行多余的赘述。凸模和凹模配合加工该方法多用于冲制形状复杂或薄板制件的模具。该方法是先将加工好的凸模（或凹模）作为基准件，之后根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或凸模），使它们保持一定的间隙。因此，在进行尺寸标注时，我们只需要在基准件上标注尺寸及公差，另一件只需标注标称尺寸，并注明“XX尺寸按凸模（或凹模）配作，保证双面间隙XX”。这样一来，可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造简单，并容易保证凸、凹模间的间隙。与凸、凹模分开加工的方式类似，由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化的趋势不同，所以基准件的刃口尺寸计算的方法也不相同。落料：应以凹模为基准件，然后配做凸模。图7-1为一落料件。将凹模选为基准件后，如果该凹模的形状不是简单的图形，则凹模的刃口尺寸可有增大、减小、不变这3种不同的变化情况。因此凹模刃口尺寸应按不同情况分别计算。凹模磨损后尺寸变大（图中A类）。计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为A﹣△Ad＝（A－x△）凹模磨损后尺寸变小（图中B类）。计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为B0Bd＝（B＋x△）凹模磨损后尺寸不变（图中C类）。计算这类尺寸，则按下述三种情况进行计算制作尺寸为C0﹢△时Cd＝（C＋0.5△）±制作尺寸为C﹣△0时Cd＝（C﹣0.5△）±制作尺寸为C±△’时Cd＝C±δd式中Ad、Bd、CdA、B、C——工件标称尺寸（mm）；△——工件公差（mm）；△’——工件偏差，对称偏差时，△’＝△/2；δd——凹模制造偏差（mm），δd图7-1落料件和凸模尺寸冲孔：应以凸模为基准件，然后配作凹模。图7-2为一冲孔件。将凸模选为基准件后，如果该凸模的形状不是简单的图形，则凸模的刃口尺寸可有增大、减小、不变这3种不同的变化情况。因此凸模刃口尺寸应按不同情况分别计算。磨损后凸模尺寸变小（A类），设工件尺寸为A0Ap＝（A＋x△）磨损后凸模尺寸变大（B类），设工件尺寸为B﹣△Bp＝（B－x△）磨损后凸模尺寸不变（C类），按制件标注尺寸不同分别为制件尺寸为C0﹢△时Cp＝（C＋0.5△）±δ制件尺寸为C﹣△0时Cp＝（C－0.5△）±制件尺寸为C±△’时Cd＝C±δp式中Ap、Bp、CpA、B、C——工件标称尺寸（mm）；△——工件公差（mm）；△’——工件偏差，对称偏差时，△’＝△/2；δp——凸模制造偏差（mm），δp＝△/图7-2冲孔件和凸模尺寸

在进行计算时，以凸模为基准件，因此按照上述计算方法中的冲孔情况进行计算进行计算之前，由《冲压工艺与模具设计》中表2-13、表2-14、表2-15和表2-16可知一些计算时会用到的数据如下：表7-1料厚t/mm0.5冲裁间隙2c/mm0.025t＝0.0125搭边值a、a1a＝a1侧刃数n/个1侧刃冲裁的料边宽度c/mm1.5冲切后条料宽度与导料板间的间隙b10.10剪切条料宽度公差△/mm0.5条料与导料板之间的间隙b00.5工件垂直于送料方向的最大尺寸D/mm42系数x非圆形≥0.36，取0.40圆形≥0.16，取0.20凸、凹模配合加工凸模的制造公差δp△4＝0.54凹模的制造公差δd△4＝0.54①R＝1.5mm的圆D＝3mm经分析可知，磨损之后的直径会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为Ap＝（A＋x△）﹣δp0②R＝8mm的圆D＝16mm经分析可知，磨损之后的直径会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为16Ap＝（A＋x△）﹣δp0

③长为7，宽为2的长方形图7-3经分析可知，磨损之后长和宽均会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为2−0.50Ap1＝（A＋x△）﹣δp0Ap2＝（A＋x△）﹣δp0④长为15mm，宽为3mm的长方形图7-4经分析可知，磨损之后长和宽均会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为3−0.50Ap1＝（A＋x△）﹣δp0Ap2＝（A＋x△）﹣δp0

⑤长为12mm，宽为8mm的长方形图7-5经分析可知，磨损之后长和宽均会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为8−0.50Ap1＝（A＋x△）﹣δp0Ap2＝（A＋x△）﹣δp0⑥轴对称图形图7-6经分析可知，磨损之后长和宽均会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为2−0.50mm，10Ap1＝（A＋x△）﹣δp0Ap2＝（A＋x△）﹣δp0Ap2＝（A＋x△）﹣δp0⑦如图轴对称图形图7-7经分析可知，磨损之后长和宽均会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为23−0.50mm，2﹣0.52πR4＝2π×84Ap1＝（A＋x△）﹣δp0＝Ap2＝（A＋x△）﹣δp0＝Ap3＝（A＋x△）﹣δp0＝Ap4＝（A＋x△）﹣δp0＝

⑧轴对称图形图7-8经分析可知，磨损之后长和宽均会变小，因此采用如下公式设工件尺寸为A0﹢△，由图知为5−0.50mm，10﹣0.5Ap1＝（A＋x△）﹣δp0Ap2＝（A＋x△）﹣δp0Ap3＝（A＋x△）﹣δp0

第8章冲压模具主要零件及其结构设计冲压工艺的实现需要借助冲压模具来实现，因此进行合理正确得冲压模具设计是冲压工艺中的一项关键的工作。通过模具设计，我们可以主要确定下来模具的类型、结构和模具零件的选用、设计与计算等。只要是属于模具，不管其结构形式是怎样的，一般都是由固定和活动两部分所组成的。固定部分通常选用螺栓、销钉等紧固件固定在压力机的工作台面上，成为下模，以便进行冲压工作；活动部分一般与压力机的滑块相连，称为上模。上模随着滑块而上下或左右往复运动，从而进行冲压工作。无论一套模具的复杂程度有何不同，一般是由数十或更多个的零件组成。不论模具的复杂程度有多高，根据模具零件的作用又可将其分为五种类型的零件。1.工作零件指完成冲压工作的零件。如凸模、凹模、凸凹模等。2.定位零件指用来保证送料时有良好的导向和控制送料进距的零件。如挡料销、定距侧刃、导正销、导料板、侧压板等。3.卸料、推件零件指用来保证在冲压工序完毕后蒋志坚和废料排除，以保证下一次冲压工序顺利进行的零件。如卸料板、卸料螺钉、顶杆、推件器等。4.导向零件指用来保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。如导柱、导套、导板等。5.安装、固定零件指用来是上述四部分零件联结成“整体”，保证各零件间的相对位置，并使模具能安装在压力机上，如上模板、下模板、模柄、垫板、固定板、螺钉等。因此，不论是分析多么复杂的模具图，在辨别每一部分的名称及作用时，应该从这五个方面去识别模具上的各个零件。值得注意的是，并不是所有的模具都必须要有上述的五个部分的零件。对于一些试制或者小批量生产的情况，为了缩短生产周期、降低成本，可以把模具简化成只有工作部分零件如凸模、凹模外加几个固定部分的零件即可；而对于大批量生产的情况，为了提高生产率，除了做成包括上述零件的冲模外，有时还附加自动送退料装置等。经过分析计算和设计，搭接板级进模采用的是多工位级进模，采用连续冲裁的加工方式，最终得到所要的零件。以下为该模具主要零件及其结构设计。

8.1凹模设计8.1.1凹模高度设计进行凹模设计时，考虑多方面的因素之后，此次凹模选用整体式凹模，并选择采用直接固定在下模座上的固定方式。凹模高度的标准值可以由生产经验所得，也可以通过查阅相关资料选择标准范围内的某一数值。圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论计算方法确定，一般选择按经验公式粗略地进行计算。计算公式和示意图如下：凹模高度H＝Kb（≥15mm）（8-1）式中b——冲压件最大外形尺寸，该零件图b＝47mm。K——系数，考虑板材厚度的影响，其值可查表8-1。该零件图料厚t＝0.5mm；经查表可知K＝0.3mm。表8-1系数K值b（mm）料厚t（mm）0.5123＞3＜500.30.350.420.50.650~1000.20.220.280.350.42100~2000.150.180.20.240.3＞2000.10.120.150.180.22代入数值计算得H＝Kb＝0.3×47＝14.1mm，该模具用于大批量生产，所以设计凹模高度的时候需要设置一定的修模量。综上考虑多方面因素后，此次凹模高度的设计决定选用标准值25mm。

8.1.2凹模壁厚设计凹模的形状结构是由零件的形状结构所决定的，凹模壁厚的规定是取凹模上最小的壁厚处的尺寸。同确定凹模高度时的方法相类似，确定凹模壁厚时也根据经验公式。经验公式如下：凹模壁厚c＝（1.5~2）H（≥30~40mm）（8-2）由8.2.1可知H为25mm，代入公式计算可知凹模壁厚c＝（1.5~2）H＝1.5×25~2×25＝37.5~50mm本次设计的最小壁厚选用38mm。此次设计选用矩形凹模板，凹模的外形边界尺寸，即长、宽在综合考虑排样图和选取的壁厚之后，通过计算，由《冲压工艺与模具设计手册》选取标准值为160mm×125mm。其具体结构和尺寸详见下图8-1.此外，凹模与下模座之间用于连接固定时所采用的螺钉和销钉的尺寸，可查阅《冲压工艺与模具设计手册》以及县官资根据模板的厚度选取。本次设计中，凹模与下模座的连接采用M6的内六角螺钉和Ф6的销钉。综上，最终确定的凹模板的设计标准采用160×125×25mm的标准尺寸。如图8-1所示。图8-18.1.3凹模刃口形式设计在模具生产制造中，模具常用的刃口形式通常有以下6种。详见图8-2—图8-7。图8-2图a的特点是刃边强度较好。刃磨后工作部分的尺寸不变，但洞口易堆积废料或制件，推件力很大且磨损大，刃磨时磨去的尺寸较多。应用场合一般是形状复杂和精度要求较高的制件，对向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。图8-3图b的特点是不易堆积废料或制件，对洞口磨损以及压力小，但是刃边强度比较差。且刃磨后尺寸稍有增加，不过由于它的磨损比较小，这种增大不会影响模具寿命。应用场合一般是形状较简单，冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况。 图8-4图8-5图c、d与图b相类似，图c适用于冲裁比较复杂的零件；图d适用于冲裁薄料和凹模的厚度比较薄的情况。

图8-6图e与图a相似，一般应用于上出件或上出料的模具。图8-7图f适合于冲裁0.5mm以下的薄料，并且凹模不淬火或淬火硬度不高（35~40HRC），采用这种形式可用手锤敲打斜面以调整间隙，直到试出满意的冲裁件为止。综上所述，综合考虑板料的厚度以及加工精度等因素之后，该模具的刃口尺寸形式选用图8-8的形式。直壁高度h＝3mm。图8-8综上凹模设计如下：图8-9图8-10

8.2凸模设计由各部分的结构特点，在一次加工过程中需要有12个位置需要进行冲裁加工。分析排样图可知，在该模具中有8种不同类型的凸模。由于进行的都是冲裁工序，因此计算时按照以凸模为基准的方法进行计算。冲压模具设计中，凸模长度的设计需要根据模具的实际情况和闭合高度来最终确定下来。由于该模具结构尺寸相对较小，根据排样图可知各凸模之间的间隙也相对较小，因此本次设计中凸模采用的是直通式凸模。则凸模的长度计算公式为L＝ℎ1＋ℎ2＋ℎℎ1——固定板的厚度（mmℎ2——固定卸料板的厚度（mmℎ3——导料板的厚度（mma——附加长度，它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板的安全距离等。这一尺寸如无特殊要求，这一尺寸如无特殊要求可取10~20mm。L＝70mm。

7种凸模的具体结构以及相关尺寸标注如下图8-11至图8-18。图8-11：凸模1图8-12：凸模2图8-13：凸模3图8-14：凸模4图8-15：凸模5图8-16：凸模6图8-17：凸模7图8-18：凸模88.3模柄的选择模柄是安装在模架最上面的一个呈柄状的零件，该零件安装的位置跟我们之前计算的压力中心的位置相同，即压力中心经过该圆柱形模柄的中心线。模柄的类型有很多种，由于冲压模具是要安装到压力机上的，在压力机的滑块上会有一个孔，这个孔就是模柄的安装位置，滑块上会有锁紧机构，在模具设计时模柄孔的尺寸要与模柄相符合。模柄依据模柄装入模座的方式不同，可大致分为五类，即螺纹模柄、带台阶式模柄、压入模柄、带凸缘模柄、浮动式模柄。其中第一种模柄多用于小型的冲压模具；第二种模柄多用于上模座较厚的模具；第三种模柄具有良好的精度，使用次数较多；第四种模柄装卸比较方便，多用于大型模具；最后一种模柄多用于精密冲裁的模具。除考虑应用场合外，模柄的设计还与压力机的型号息息相关。模柄要安装在压力机的模柄座孔内，因此模柄的直径和长度的设计要与压力机上的模柄座孔配套。在该搭接板级进模的设计中选用的压力机为开式可倾压力机J23-16，查阅相关参考文献以及冲压模具设计手册可知该压力机的模柄座孔为φ×h＝（φ34×50）mm。由于冲裁精度要求较高等特点，此次设计的模柄采用压入式模柄，尺寸为φ×h＝（φ34×95）mm，制作材料选用Q235。初步选取的模柄如图8-19所示：图8-19

8.4标准模架的选择在大批量生产中，为了便于装模或者是在精度要求很高的情况下，模具一般都会选用导向装置，以便保证导向的精确性。导柱和导套的常见布置形式如图8-20所示：图8-20图a所示的为两导柱位于后侧，优点为送料时可以从三个方向进行送料，操作较为方便；缺点为导向情况较差，通常在对导向要求不太严格且偏移力不大的情况下采用该形式。图b所示的为两导柱在中部两侧后置，可从前后进行送料；图c所示的为两导柱呈对角布置，优点为该形式的导柱中心连线都通过压力中心，导向性比图a要好，缺点是操作不如图a方便；图d所示为四导柱导向，优点为导向性是这四者中最好的一种，导向精度很高，缺点是结构复杂，通常在对导向要求较高、偏移力大和大型冲模中使用。设计该该模具时，考虑到生产批量以及加工精度等因素，该模具选用两导柱对角布置的模架，查表后所确定的模架具体尺寸如下：根据模具的闭合高度H＝180mm选择：上模座：L×B×H＝160mm×125mm×35mm下模座：L×B×H＝160mm×125mm×40mm导柱：d×L＝25mm×180mm导套：d×L×D＝25mm×95mm×38mm现在导柱和导套的尺寸已标准化并与上模座和下模座构成了标准模架，设计时可以直接参考模具设计手册选用标准值，一般导柱和导套配合精度为H6ℎ5或H78.5固定与定位装置的设计8.5.1凸模固定板的设计对于小型的凸、凹模零件，一般采用将固定板间接固定在模板上，以节约贵重的模具钢的方式。若采用直接将凸模固定在模座上的方式，这样不仅会降低模架的强度，还会在冲裁时损坏凸、凹模。在综合考虑加工精度、生产批量和加工成本等的其他因素之后，在该模具设计中，由于凸模的尺寸很小，因此需要设置凸模固定板。对于凸模固定板的设计需要满足以下三点要求：①凸模必须与凸模固定板由很好地紧固性，不能松动，凸模与凸模固定板之间采用过盈配合；②凸模固定板与凸模之间必须保证具有很好的垂直度；③凸模固定板的厚度要选择得较为合理。综合考虑以上要求后，在该模具中对于凸模固定板的设计，采用了矩形固定板。查阅相关冲压模具设计手册得，其边界尺寸为L×B×H＝160mm×125mm×32mm。由于小凸模都很小且形状不规则，因此加工时选用基轴制。配合方式采用过盈配合N6ℎ7。由于在卸料板和上模座之间需要设置卸料装置，此处选用了卸料螺钉，因此需要在两者之间安装弹簧来缓冲冲压力，在固定板下方相应位置需设计安装弹簧的地方。凹陷部分深度为19mm，直径为24mm。具体尺寸见图8-21

图8-21

8.5.2垫板的设计冲压模具在进行零件的加工时，凸模需要承受的冲裁力很大，这个力可以通过凸模的固定端传到上模座上。如果直接将这个力传递到模板上，模板就会受到很大的损耗。因此，选择在模座与凸模固定板之间加上垫板这一部件是必不可少的。因为有了垫板，这样不仅可以帮助模座抵消一部分来自凸模的压力，保护小凸模，同时还可以提高加工精度。该垫板的边界尺寸和形状与凸模固定板相同，材料选用经过热处理之后的硬度达到56~62的45号钢。垫板的基本尺寸为L×B×H＝160mm×125mm×8mm。除此之外，在模座和凸模固定板安装螺钉和销钉的位置需要设置相应的螺钉孔和销钉孔，以便于连接。8.5.3导料装置设计在冲压模具的设计中，设置导料装置的目的是引导条料或者是带料沿着一定的方位送料，以此来避免坯料出现偏移、损坏等现象，提高加工精度，保证成型零件在生产过程中的高精度和高合格率。通过分析零件的结构要求可知，通常选用的导料装置又两种形式即导料板和侧压板。在该模具中，选用导料板作为导料装置，同时在导料板上设置有侧刃，用于精确定位。8.5.4螺钉与销钉的设计在模具的设计中，通常选用螺纹连接和销钉连接的固定方式。其中，螺钉起到紧固作用，用于找正位置。在进行紧固时，螺钉一般成对使用，且呈对称分布于板类零件的四周。与此同时，螺钉距离边界的距离也受到一定的限制。这一距离需要足够大，以免钻螺纹时太靠近边界而损坏模板。销钉同样需要成对使用，呈对称分布，需要靠近螺钉放置。螺钉和销钉都是标准件，因此在设计时，需要根据模具的结构，查阅相关的设计手册，选取具备足够强度、抗弯曲力、刚度的螺钉和销钉。在进行该模具的设计时，螺钉均选用内六角螺钉，销钉均选用圆柱头销钉。上模座与下模座的螺钉尺寸为M8×60，各为8个。用于连接下模座与凹模的螺钉尺寸为M8×50，共4个。螺钉的结构图见图8-22，销钉的结构图见图8-23。图8-22图8-23

8.6卸料装置的设计冲压模具的卸料装置按照弹性元件的有无可分为弹性卸料装置和刚性卸料装置。其中，弹性卸料装置主要由卸料板、卸料螺钉和弹性元件三类构成。其特点是只能提供很小的卸料力，但是具有压边作用。与之相对的刚性卸料装置可以提供很大的卸料力，但不具有压料作用。在该模具中，依据冲裁件的精度要求，本次设计选用了弹簧和卸料板共同组成弹性卸料装置来提供加工时所需的卸料力。8.6.1卸料板的设计卸料板属于冲压模具中卸料装置的一份子。综合考虑多方面因素，根据冲压模具设计手册等相关资料，在该模具中选用的卸料板的尺寸为L×B×H＝160mm×125mm×15mm。该卸料板的三维立体结构见下图8-22。图8-228.6.2卸料螺钉的选用卸料螺钉起到连接和固定卸料板的作用，是一种标准件。卸料螺钉的作用除了可以用来压料，还可以固定卸料板主静止位置。在模具中通常会选用4个或者是6个卸料螺钉，以保证卸料板移动的平稳性。与一般的螺钉相类似，卸料螺钉也可大致分为两大类即圆柱头卸料螺钉和圆柱头内六角卸料螺钉。在该模具的设计中，最终确定选用4个M6×70的圆柱头卸料螺钉。呈对称分布于卸料板的四周。该卸料螺钉的结构尺寸见图8-23。图8-238.6.3弹簧规格的选用（1）单个弹簧的负载对于单个弹簧的负载，首先要根据的是模具的结构以及卸料力的大小，在该模具中初步选用4个弹簧。由相关计算公式，经计算可知卸料力为1961.944N。由此，根据公式8-1进一步计算每一个弹簧所需要提供的卸料力为F预＝F卸nF预＝F卸n（2）进行冲裁时板料的工作行程依据冲裁时板料的工作行程计算公式8-2可知：ℎ2ℎ2根据弹簧的总压缩量H总的计算公式8-3，代入凸模的修模量ℎ3＝5mm，弹簧的预压量H总＝ℎ1＋ℎ2＋ℎ由冲压模具的相关设计手册，可查得弹簧的外直径尺寸为24mm，弹簧所用材料的直径为3mm，工作的极限负荷为Fj＝1299mm，此时的高度为ℎ0＝41mm，工作极限负荷下的变形量为18mm。所选弹簧在预压量ℎ1的情况下，卸压力的值为721.51Nℎ1＝F1ℎ1H总综上可知，所选用的弹簧满足卸料的要求，因此可以使用。（3）弹簧的装配高度根据弹簧的装配高度的计算公式8-5可知H装＝ℎ0H装

第9章总装配图图9-1总装配图

1-下模座；2-凹模；3-卸料板；4-凸模；5-凸模固定板；6-导柱；7-导套；8-内六角螺钉；9-模柄；10-卸料螺钉；11-上模座；12-垫板；13-小导柱；14-凸模2；15-凸模3；16-卸料弹簧；17-小导套；18-导料板；19-开槽圆柱头螺钉；20-承料板；21-导正销；22-内六角螺钉；23-销钉；24-侧刃；25-销钉。模具总高：200mm总长：280mm总宽：200mm

第10章设计方案的实操性10.1成本核算任何一种商品要想被大众认可，除了需要具备满足大众需求的功能之外，价格也是需要生产者考虑的一个重要因素。模具制造行业也不例外，可想而知，要是一个模具可以满足消费者的生产需要，但是模具的价格不在消费者可以承受的范围之内，那么该模具企业最终也会走向倒闭。因此，为了在众多的模具制造商中略胜一筹，就需要降低模具的价格，其中最为关键的就是降低模具的成本。这样不仅会受到更多顾客的青睐，同时生产者也会获得一定的利润。于此，该模具企业才会经营得越来越长远。模具的销售成本可以概括为以下几个部分，即模具的原材料费用、制造加工费用以及其他费用等。10.1.1模具的原材料费用由加工零件所使用的的材料的用量计算，模具的原材料成本计算公式为A＝L×W×H×ρ×P（10-1）其中，A——模具的原材料成本，元；L——坯料的长，m；W——坯料的宽，m；H——坯料的高，m；ρ——模具所用材料的密度，kg/m³；P——材料的单价，元。①上模座和下模座选用的材料为HT200，上模座和下模座的总体积为：V1V1＝＝1.5×10−3其中，L——长，m；B——宽，m；H——高，m。通过查阅相关文献可知：HT200的密度为ρ＝7.2×10³kg/m³，单价为P＝10元/kg，则价格可确定为：A1＝VA1＝1.5×10−3×②凸模固定板选用的材料为45钢，其体积为：V2其中，L——长，m；B——宽，m；H——高，m。V2＝0.160×0.125×0.032＝6.4×10−4查阅相关资料可知：45钢的密度为ρ＝7.85×10³kg/m³，单价为P＝5元/kg，则价格为：A2＝6.4×10③凹模选用的材料为Cr12，其体积为：V3其中，L——长，m；B——宽，m；H——高，m。V3＝0.160×0.125×0.025＝5.00×10−4查阅相关资料可知：Cr12的密度为ρ＝7.85×10³kg/m³，单价为P＝18元/kg，则价格为：A3＝5.00×10④垫板选用的材料为Q235，其体积为：V4其中，L——长，m；B——宽，m；H——高，m。V4＝0.160×0.125×0.008＝1.60×10−4查阅相关资料可知：Q235的密度为ρ＝7.85×10³kg/m³，单价为P＝4元/kg，则价格为：A4＝6.4×10⑤卸料板选用的材料为T8，其体积为：V5其中，L——长，m；B——宽，m；H——高，m。V5＝0.160×0.125×0.015＝3.00×10−4查阅相关资料可知：T8的密度为ρ＝7.85×10³kg/m³，单价为P＝20元/kg，则价格为：A5＝3.00×10⑥凸模选用的材料为Cr12，体积共计为V6＝π×0.0083×0.007×4＋π×＋π×0.0093×0.007＋π×0.0025＝8.028×10−5查阅相关资料可知：Cr12的密度为ρ＝7.85×10³kg/m³，单价为P＝18元/kg，则价格为：A6＝8.028×10−5A＝A1＋A2＋A3＋A4＋A＝A0＝282.31（元）⑦导柱、导套、内六角螺钉、销钉等都选用标准件。通过查阅相关参考资料可知，各标准件的价格见表10-1表10-1标准件的价格零件材料数量单价总价大导柱20275150大导套20275150小导柱20450200小导套20455220销钉458540内六角螺钉Q235121.518卸料弹簧65Mn41040开槽圆柱头螺钉Q23521.53导正销T8A32060综上可知，该模具的原材料总费用为：A＝A0＝282.31＋150＋150＋200＋220＋40＋18＋40＋3＋60＝1163.31（元）

10.1.2模具的制造加工费用模具的制造加工费用的计算公式采用如下公式：B＝T×M（10-10）其中，B——模具的制造加工费，元；T——模具的制造工时，h；M——单位工时