冲压模具设计实战垫片模具的设计方法

设计规定:设计该零件的冲裁模

冲压件图如下图所示

冲压技术规定：

1.材料:H62

2.材料厚度:4mm

3.生产批量：中批量

4.未注公差:按IT14级确定.

2.零件的工艺性分析.

2.1零件时工艺性分析该零件材料为H62（黄铜）构造简朴,形

状对•称，凹模宽度B二1221.2t（t为材料厚度），冲孔时有尺寸为

"6.5e>65.2/5根据书本P86页知冲孔时•，因受凸模强度的

限制,孔的尺寸不应太小.冲孔口勺最小尺寸取决于材料性能，凸模的强

度和模具构造等.根据表3-3可查得圆形孔最小值得

d=0.9t=0.9X4=3.6mm<（I）5.2^15因此满足工艺性规定.

冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离受模具口勺强度和冲裁件质量

的制约,其值不应过小,一般规定C2（1〜1.5）t,C'>（1.5〜2）t因此

由冲件图可知

Ci=12-5.2/2-6.5/2=6.15>1X4=4,

C2=88.9-21-29.4-31.5-2-2.5=2.5<1X4=4,

C'=18/2-6=3<l.5X4=6.

由以上可知孔与孔之间距离。满足工艺忤规定，C2至少增长1.5才

能满足工艺性规定,而孔到边缘的距离至少增长3才能满足工艺性规

定，因此必须在总长88.9加上1.5,即总长为90.4才能满足工艺性规

定，总宽18加上3X2,即总宽为24才能满足工艺性规定.

由以上分析可得，冲件时长改为90.4，宽改为24才能满足工艺

性规定，如图2-1所示，假如征得有关同意，我们才能继续做下一步

的设计.

图2-1T件图

2.2冲裁件时精度与粗糙度

冲裁件的I经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最佳低于

TT10级，冲孔件公差等级最佳低于IT9级，由表3-5可得落料公差,冲

孔公差分别为0.40,0.08.而冲件落料公差,最高精度冲孔公差分别为

。5,015由表3-6得孔中心距公差±0.15而冲件孔中心距最高精度

公差为±0.25,因此可用于一般精度日勺冲裁,一般冲裁可以到达规定.

由于冲裁件没有断面粗糙度的规定，我们不必考虑.

2.3冲裁件的材料

式。

3.4模架类型及精度

由于零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用

导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度规定不是很高，冲裁间隙较

小，因此采用I级模架精度。

4.冲压模具工艺与设计计算

4.1排样设计与计算

该冲裁件材料厚度较厚，尺寸大，近似方形，因此可采用横排和直排

比较合理，如图4TL4-12所示。

L,

图4-1（横排）

图4-2(直排)

对图4T2有：

查表3T8,表3T9,表3-20,取£1=3.5X1.2=4.2mm,

3.1=3.2X1.2=3.84mliA=l.OmmZ=0.5mm.

因此根据式3-13,条料的宽度为

B4=(Dmax+2a+z)^=(90.4+2X4.2+0.5)°=99.3°mm

进F巨为：S=24+ai=24+3.84=27.84mm

根据3-14,导板间距为：

Bo二B+Z=Dmax+2a+2z=99.3+0.5=99.8mm

2

由零件图在CAD用计算机算得一种零件H勺面积为1807.58mm

一种进距内的坯料面积：

BxS=99.3X27.84=2764.51mm2,

因此材料运用率为：

n=(A/BS)xioo%

二(1807.58/2764.51)X100%

=65.39%

同理可算得图4-11的材料运用率为60%.

由运用率可知，图4-12的排样合理.

4.2设计冲压力与压力中心,初选压力机.

(1).冲裁力根据零件图，用CAD可计算出冲一次零件内外周围之和

L=355.96mm(初次冲裁除外)，又由于T=255Mpa,t=4mm,取K=L3,则根

据式3T8,F=KLtT=1.3X355.96X4X255=471.99KN

卸料力：查表3-22,取Kx=0.06,则

Fx-KxF-0.06X471.99-28.32KN

推件力：由表3-28,根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h28mm，为了

修模时能保证模具仍具有足够口勺强度，因此直壁高度取h=8+6=14mm,

故n=h/t=14/4=3.5,查表3-22,取KT=O.09则

FT=I1KTF=3.5X0.09X471.99=148.68KN

由于采用固定卸料和下出件方式，因此

FE=F+FT=148.68+471.99=620.67KN

由式3-23应选用的压力机公称压力为：

PoN(1.1-1.3)FE=(1.1-1.3)X620.67=682.74KN

因此可选压力机型号为JD21-80.

(2)压力中心

根据排样，我们可以在CAD里使用查询便能得出冲孔H勺压力中心，如

图5-2所示先取原点在0处，则它日勺压力中心为A(48.76,-39.84),

而落料各边的压力中心分别为B(0,-3);C(0,-21);D(45.2,0);

E(45.2,-24);F(90.4,-12).由式3-31得：

Xo=(L1X1+L2X2+L3X3+L4X4+L5X5+L6X6)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6)

=(139.15X48.76+6X0+6X0+90.4X45.2+90.4X45.2+24X90.4/

139.15+6+6+90.4+90.4+24

=48.211

Yo=(L1Y1+L2Y2+L3Y3+L4Y4+L5Y5+L6Y6)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6)

=-(139.15X39.84+6X3+6X21+90.4X0+90.4X24+24X12)/

139.15+6+6+90.4+90.4+24

=-22.88

因此由以上可以算得压力中心为G(48.11,-22.88)

详细如下图4-3所示：

图4-3压力中心

(3).计算凸凹模刃口尺寸及公差

由于材料较厚,模具间隙较小,模具日勺间隙由配作保证,工艺比较简朴,

并且还可以放大基准件的制造公差，(一般可取冲件公差日勺1/4),使制

造轻易，因此采用配作加工为宜.

由落料尺寸得，凹模会变小，因此得下图4-4以凹模为基准，配作凸模.

如图4-4刃口尺寸

由冲孔尺寸得，凸模尺寸变小，因此有图4-4以凸模为基准，配作凹

模.如图4-4刃口尺寸

图4-4刃口尺寸

根据表3-9,由材料厚度可得Zmin=O.320mm,Zmax=0.400mm.

如图4-22,由落料,凹模磨损后变大,有Ai=24h3,A2=90.4M.由

表3-14,表3-15可得磨损系数Xi=0.75,X2=0.5因此：

Adi=(Aimax-XA)；AM=(24-0.75X0.43)产二23.68；0108

Ad2=(A2max-XA)；AM=(90.4~0.5X0.5)5/4=90.15^125

由于Adi,Ad2为落料尺寸，故以凹模为基准，配作凸模，因此落料凸

模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值为0.32-0.400mm.

(2).由冲孔尺寸凸模磨损后变小有:

bi=2.5产b2=5.5产b:尸5.2/5

b4=6.5；02,b5=6,b6=12,b7=2

而b5,b7为自由尺寸,其公差为IT14,因此查表可得△5=0.3,A7=0.25

由表3-14,表3-16可得，磨损系数Xi=Xi=X5=0.5,X3=X4=X7=0.75

因圆弧R6与尺寸12相切，故bP6不需采用刃口尺寸公式计算,而直接

=

取bP62bp5.因止匕：

bpi=(blmin+XiAi)^)^3=2.625°0.063

bP2=(b2min+X2A2)!A/4)%.075=5.65%,075

bp3=(b3min+X3A3)?A/4)。二耳QIQO

-0.0380X0-0.038

bp4=(b4min+X4A4)?A/4)%.O5=6.65?1

=

bp5=(b5miri+X5A5)!A/4)-0.0756.

15%.O75

bp6=2bp5—12.32OI5

=

bp7=(b7min+X7A7)?A/4)?0,0632.188?0063

(3).凸，凹模磨损后不变的尺寸Cpi=21±0.52,Cp2=29.4,

Cp3=12±0.25,Cp4=31.5±0.25.未注公差为ITU,因此29.4的公

差为0.52,

由表3T6得:Cp=(Cmin+0.5A)±A/8,因此：

Cpi=(Cmin+0.5A)±A/8=(21-0.52+0.5X1.04)±0.13=21±0.13

Cp2=(Cmin+0.5A)±A/8=(29.4-0.26+0.5X0.52)±0.065=29.4±0.065

Cp3=(Cmin+0.5A)±A/8=(12-0.25+0.5X0.5)±0.063=12±0.063

Cp4=(Cmin+0.5A)±A/8=(31.5-0.25+0.5X0.5)±0.063=31.5±0.063

5.模具的总张图与零件图

5.1根据前面的设计与分析,我们可以得出如级进模具的总张图

如图5-1所示：

4一

5

6

二

7-

图5-1级进模总装图

1.垫板;2.凸模固定板;3.销钉;4.卸料板;5.凸模;6.导板;7.凹模;

8.导正销;9.始用挡料销;10.模柄；1L上模座；12.导套止3.导柱；

14.下模座；15.螺钉;16.定位销;17.螺钉;18.承料板;19.导料板.

5.2冲压模具的零件图

（1）.凹模设计

凹模采用矩形板状构造和直接通过螺钉，销针与下模座固定H勺固定方

式.考虑凹模的磨损和保证冲件H勺质量根据表3-28,凹模刃口采用直

筒形刃口壁构造，刃口高度根据前面“4.2”计算冲裁力时所取

h二14mm,漏料部分刃口轮廓合适扩大根据表3-28可以扩大0.5〜1mm,

取1mm,（为便于加工，落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓H勺简

化形状,如图5-21所示），凹模轮廓尺寸计算如下：

凹模轮廓尺寸确实定凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板口勺平面尺寸

LXB（长X宽）及厚度尺寸H.从凹模外边缘的最短距离称为凹模壁厚C.

对于简朴对称形状刃口凹模，由于压力中心即对称中心，因此凹模和

平面尺寸即可沿刃口型孔向四面扩大一种凹模壁厚来确定，因此：

L=1+2090.4+2X54=198.4B=1+2027.8+12+6+2X54=153.8

C值可根据表3-29查得.

整体式凹模板的厚度可按如下经验公式估算：

H=KIK2VO^=1X1.5V0.1X471^0=55mm,Ki取1,K2根据表3-30取1.5.

由以上算得凹模轮廓尺寸LXBXH=198.4X153.8X55,查有关国标，并无

厚度合适，因此我选LXB为原则尺寸，得LXBXH=250X200X56.

凹材料日勺选用：根据表8-3,材料选用Cr4WmoV孔与孔W、J校核：由表

3-27校核最小A值为29,最小B值为29,最小C值为19,最小D值为

6.84,以上都能到达规定，因此得以校核.凹模刃口尺寸及其他详细见

零件图5-21.或背面所附的零件图.设计中，由于压力中心与凹模板的

几何中心相差不太，由压力机根据模柄孔尺寸为060,压力中心仍在

模柄投影面积,可设他们在同轴线上.

-

a=一u

00G

=m

&9-

【

图5-2凹模

(2).凸模设计

落料凸模刃口部分为方形，又在它里面开孔，装配导正销，为便于凸模

和固定板日勺加工，可通这设计成钾接方式与固定板固定.冲孔凸模由于

相隔很近,不适宜采用阶梯构造，设计成钾接方式.凸模日勺尺寸根据导

料板尺寸、卸料板尺寸和安装固定规定尺寸以及式3-33的h,取

hl5〜20,由于这里H勺凹模刃口尺寸为14mm,在范围之内取15mm因

此凸模的尺寸为L=15+l2+44+32+1=104mm.

凸模材料：参照冲压模具设计与制造选用CrWMn.

考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模。5.2进行强度和钢度校

核：根据表3-26可得：

LW90d2/7?=(90X5.313X5.313)/71.3X3.14X5.313X4X255=16.96mm.

L为凸模的容许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为

15<16.96,因此钢度得以校核.

强度校核:根据表3-26,凸模的最小直径d应满足：

d25.2tT/[6压]=5.2X4X255/1200=4.42mm,因此5.313>4.42,凸模

强度得以校核.参照ISO8020-1986B型圆形冲孔凸模，设计如图

5-3,5-4所示.余下凸模根据凸模长度及其加工可设计如图5-5、

5-6、5-7所示，详细零件图如背面所附零件图为准，在这只是初步

设计。

对图5-3,5-4阐明：

⑴.反倾反磨平是为了装配的规定；

(2).装配的尺寸为H7/m6,可得*8,*10的上下偏差；

(3).倒角13是参照ISO原则设计；

(4).15是工作尺寸规定；

(5).圆形凸模要有同轴度日勺规定，参照ISO原则得出；

(6).刃口尺寸由前面计算可得；

(7).淬硬58〜62HRC是为了提高模具日勺寿命；

(8).工件表面粗糙度规定较高，取().8,其他的可取6.3;

⑼.保持刃口锋利,为了减小毛刺.(10).材料为CrWMn.

对图5-5,5・6,5・7阐明.

(1).反钾反磨平是为了装配的规定；

(2).装配的尺寸为H7/m6,可得装配尺寸的上下偏差；

(3).倒角13是参照ISO原则设计;

(4).15是工作尺寸规定；

(5).刃口尺寸由前面计算可得，图5-6为配作尺寸按配作规定配作；

(6).淬硬58〜62HRC是为了提高模具的寿命；

(7).工件表面粗糙度规定较高，取0.8,其他的可取6.3;

(8).保持刃口锋利，为了减小毛刺.(9).材料为CrWMn.

反抑后磨平

反抑后磨T

OI

一

要

『

9

一

2188-「me

图5-5冲孔凸模图5-7冲孔凸模

(3).选择结实件及定位零件

螺钉规格的选用：根据表3.36,由凹模板日勺厚度可选用M12,在根据

实际规定，查原则选用GB70-85M12X70,这里要12个,承料板的螺钉

选用GB70-85M5X20,这里要2个.根据表8-3,选用材料为45钢.

销钉规格的选用：销钉H勺公称直径可取与螺钉大径相似或小一种规

格，因此根据原则选用GB119-86A10X70,根据表8-3,选用材料为45

钢.根据定位方式及坯料日勺形状与尺寸，选用合适日勺原则定位零件.

挡料销：固定挡料销由表3-32知，挡料销高度h=5,根据表8-3，选用

材料为45钢,数量为2,杳原则GB2866.11-81,如图5-8固定挡料销所示:

图5-8固定挡料销

始用挡料销：根据导料板间距99.8及凹模L=200,可得导料板宽度

二(200-99.8)/2=50.1mm,在根据表3・32,由匚4mm，可得导料板厚度为

12mm.根据GB2866.1-81选用始用挡料销规格长L=70mm,厚度H=12

日勺始用挡料销装置，规格为：

始用挡料销：块一70X12GB2866.1-81

弹簧一1.0X10X20GB2089-81

弹簧芯柱一8X18GB2866.2-81

材料:块一根据表8-3,选用材料为45钢，弹簧芯柱一根据GB700-79为

A3.热处理：块一硬度HRC43〜48.

nj

「70

图5-9始用挡料销一块

图5-9始用挡料销弹-簧芯柱

导料板：根据凹模LXB=200X160,始用导料销70X12查原则

GB2865.5-81,选规格为:长度上200,宽度B=50,厚度11=12,材料为A3

日勺导料板，即导料板：200X50X12GB2865.5-81/A3,热处理HRC28~32.

如图5・1()所示:

其余芍

图5-10导料板

导正销：使用导正销日勺目日勺是消除送料时用挡料销和导料板等定

位零件作粗定位时的误差,保证冲件在不一样工位上冲出的内形与外

形之间日勺相对位置公差规定.导正销重要用于级进模，也可用于单工序

模.导正销一般设在落料凸模上，与挡料销配合使用，因此我们采用导

正销，其中A型用于导正d=2〜12mmH勺孔，安装处按H7/n6配合查表

3-33,3-34根据GB2864.1-81A型导正销可得出导正销，如图5-11,5-12

所示:

图5-11a型导E销

(4).设计和选用卸料与出件零件

卸料以固定板卸料，出件是以凸模往下冲即可，因此不用设计出件零件.

固定卸料板日勺平面外形尺寸一般与凹模板相似，其厚度可取凹模厚度

日勺0.8-1倍，因此卸料板日勺LXBXH=2O()X160X0.8X56=20()X160X44,

卸料板在此仅起卸料作用，凸模与卸料板间的双边间隙一般取

().2〜().5mm,这里取0.5mm,根据表8-3,材料为Q275.由以上根据凸模和

凹模可设计出卸料板如图5-13.

ole

y

g

图5T3卸料板

(5).选择模架及其他模具零件

选择模架：

根据GB/T2851.5-90,由凹模周界200X160,及安装规定，选用

凹模周界:LXB=250X2()(),闭合高度:H=220~265,上模座:250X20()X5()

下模座:250X200X60,导柱:32X210,35X210,

导套:32X115X48,35X115X48.

由以上可得模架及其零件如图5-14所示.

图5・14只是草图,详细零件参阅《模具原则汇编(一)》

图5T4模架

模柄：由压力机的型号JD21-80.可查得模柄孔的直径为60,深度为

80,由装配规定,模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转,模柄长度

比模柄孔深度小5~l()mm,由于采用固定卸料，上模座回程时受力较

大，因此选用压入式模柄较合理，因此根据GB2862.1-81得图5-15

所示：

垫板：垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力，以防止模座被挤压

损伤，因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的外形

尺寸与凸模固定板相似，厚度可取3〜H)mm,这里设计时，由于压力较大,

根据GB2865.2-81选用规格为LXBXH=2(X)X160X8.

丈余§

承料板：根据GB2865.6-81,选用规格为LXBXH=200X40X4.

凸模固定板：

凸模固定板的外形尺寸与凹模日勺外形尺寸一致，厚度为凹模的

0.6〜0.8h,h为凹模的厚度，这里取0.6h,即0.6X56=33.6mm,根据核准选

用板的规格为LXBXH=200X160X32;凸模与凸模固定板的配合为

H7/n6,装配可通过2个销钉定位,4个螺钉与上模座连接固定，各形孔的

位置尺寸与凹模的保持一致，顶部与凸模钾接，因此必须倒角,由以上

可得凸模固定板H勺零件图如图5-16所示:

画IM

其余&

1111

§4XMLa

14S8±00】

I

U

H

L

「200.

图5T6凸模固定板

5.3压力机的校核

(1).公称压力根据公称压力的选用压力机型号为JD21-80,它的压

力为800682.74,因此压力得以校核；

(2).滑块行程滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利

地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=4,导料板的厚度H=12及凸

模冲入凹模的最大深度14,即Si=4+12+14=30<S=130,因此得以校核.

(3).行和次数行程次数为45/min.由于生产批量为中批量，又是手工

送料，不能太快，因此是得以校核.

(4)工作台面的尺寸根据下模座LXB=370X27(),月每功留6()〜1()0,

即L1XB1=47()X37O,而压力机的工作台面L2XB2=8()()X54(),冲压件和

废料从下模漏出，漏料尺寸＜95X50,而压力机的孔尺寸为360X23,故

符合规定，得以校核；

(5)滑块模柄孔尺寸滑块上模柄孔的直径为60,模柄孔深度为80,

而所选口勺模柄夹持部分直径为60,长度为70故符合规定,得以校核；

⑹.闭合高度由压力机型号知Hmax=380M=90Hi=100

Hmin=Hmax-M=380-90=290

(M为闭合高度调整量/mm,Hl为垫板厚度/皿n)

由式(1-24):(Hmax-H1)-52H2(Hmin-Hl)+10,得

(380-100)-5^262^(290-100)+10

即27522622200，因此所选压力机合适，即压力机得以校核

6,冲压模具零件加工工艺的编制6.1凹模加工工艺过程如表6-1所示

表6-1凹模加工工艺过程

工序号工序名称工序内容设备

1备料将毛坯锻成205mmXI65mmX60mm

2热处理退火

3铳铳六面，厚度留单边磨量0.2~0.3mm铳床

4平磨磨厚度到上限尺寸，磨侧基面保证互相垂直平面磨床

5钳工划各型孔，螺孔，销孔位置划漏孔轮廓线

6钳工加工好凸模,配作冲孔凹模达规定

7铳铳漏料孔达规定铳床

8钳工钻较6X4)钻攻《XMI2钻床

9热处理淬火，回火，保证HRC60-64

10平磨磨厚度及基面见光平面磨床

线切割机

11线切割按图切割各型孔，留0.0（）5~0.01单边研量

床

12钳工研光各型孔达规定

13检查

6.2凸模加工工艺过程如表6-2-1,6-2-2,6-2-3所示

表6・2・1落料凸模加工工艺过程

工序号工序名称工序内容设备

1备料将毛坯锻成11OmmX100mmX35mm

2热处理退火

3铳铳六面，厚度留单边磨量0.2〜0.3mm铳床

4平磨磨厚度到上限尺寸，磨侧基面保证互相垂直平面磨床

5钳工划刃口轮廓尺寸及孔位置尺寸

6钳工加工好凹模,配作落料凸模达规定

7钳工钻4)10.5,4)12.5钻较67.5产,钻较4)9；0015钻床

8热处理淬火，回火，保证HRC60-64

9钳工磨各配合面达规定

10检查

表6・2・2冲孔凸模加工工艺过程

工序号工序名称工序内容设备

1备料备料4)12mmX105mm

2热处理退火

3车外圆车外圆达配合尺寸车床

4车工作尺寸车T作尺寸达规定车床

5倒角倒角达规定车床

6钳工抛光达表面规定

7热处理淬火，回火，保证HRC58〜62

8钳工磨平上下表面达规定

9检查

阐明:凸模@6.65%.05,4)5.313^38都按表6-2-2加工.

表6・2・3冲孔凸模加工工艺过程

工序号工序名称工序内容设备

1备料备料35mmX20mmX105mm

2热处理退火

线切割机

线切割按图切割外形，留0.005^0,01单边研量

3床

4铳铳工作尺寸留0.01铳床

5钳工倒角达规定

6钳工抛光达表面规定

7热处理淬火，回火，保证HRC58〜62

8钳工磨平上下表面达规定

9检查

阐明:余下三个冲孔凸模按表6-2-3同理加工

6.3卸料板加工工艺过程如表6-3所示

表6・3卸料板加工工艺过程

工序号工序名称工序内容设备

1备料将毛坏锻成205mmXI65mmX48mm

2热处理退火

3铳铳六面，厚度留单边磨量0.2〜0.3mm铳床

4平磨磨厚度到上限尺寸，磨侧基面保证互相垂直平面磨床

5钳工划各型孔，螺孔，销孔位置划漏孔轮廓线

线切割机

6线切割按图切割各型孔,保证双面间隙0.5mm

床

7钳工钻较2X610―巴钻沉孔钻床

8平磨磨厚度及基面见光平面磨床

9钳工研光各型孔达规定

10检查

6.4凸模固定板加工工艺过程如表6-4所示

表6・4凸模固定板加工工艺过程

工序号工序名称工序内容设备

1备料将毛坯锻成205mmX165mmX35mm

2热处理退火

3铳铳六面，厚度留单边磨量().2~0.3mm铳床

4平磨磨厚度到上限尺寸，磨侧基面保证互相垂直平面磨床

5钳工划各型孔，螺孔，销孔位置划漏孔轮廓线

线切割机

6线切割按图切割各型孔,保证配合尺寸

床

7钳工钻较2X610y5,钻攻4XM12钻床

8钳工钾接处倒角

9平磨磨厚度及基面见光平面磨床

10钳工研光各型孔达规定

11检查

6.5上模座加工工艺过程如表6-5所示

表6・5上模座加工工艺过程

工序号工序名称工序内容设备

1备料取原则上模座

2热处理退火

4平磨平磨上下平面达规定平面磨床

5钳工划螺孔，销孔位置划模柄孔轮廓线

线切割机

6线切割按图切割各型孔,保证配合尺寸

床

7钳工钻较2X(blO；0015，钻攻4XM12,配钻模柄防转孔钻床

8钳工研光各型孔达规定

9检查

6.6下模座加工工艺过程如表6-6所示

表6・6下模座加工工艺过程

工序号工序名称