云母片冲压工艺及模具设计说明书

云母片冲压工艺及模具设计

摘要

本文分析了云母片的结构、尺寸、精度和原材料性能，并具体指出了该

产品的成型难点；拟定了落料模具冲压工艺方案；详细阐述了排样设计方

法和过程，确定了该产品需要落料的排样图；完成了所有必要的工艺计算,

包括模具刃口尺寸、各工位冲压力、总的冲压工艺力、压力中心等；概述

了模具概要设计方法，系统的阐述了模具主要零部件的结构、尺寸设计及

标准零部件的选用。同时阐述了模具的工作过程、各成形动作的协调性并

对设备选择和核算进行了较为细致的叙述。

关键词：云母片；冲压工艺分析；零件设计；模具设计

Micasheetstampingprocessanddiedesign

ABSTRACT

Thispaperanalyzesthetechnicalcharacteristicsofthespring

hooksuchasconfigurationdimensionprecisionandthecapability

oftherawmaterials.Thereareincludingthedifficultiesofthis

productioninthemolding,studyingoutthetechnicsofthe

progressivedie,ir.akingsurethelayoutprojectandthediegeneral

structure.Theprogressivediecouldcompletethirteenprocesses

thatincludepunching,blanking,bendingandsoon.Ithasfinished

allneededtechnicalcount,includingtheknife-edgeofthemold,

theforceofeachprocess,punchtechnicalforceoftheall

processandthestresscenterofthemold.Itsummarizesthe

methodofdesigningthismold.Itintroducesthedesignand

manufactureofthepunch,thedie,thestrippingdevice,thepushing

device,andtheblankingholdersindetails.Anditalsoexpatiates

theworkingprocessofthedie,thecoordinationabouteachmotion

offigurations.Besidesithasasectionaboutequipmentchoosing

andproofreading.

Keywords：micasheet;analysisofstampingprocess;partsdesign;

molddesign

目录

1绪论.........................................................1

2工艺设计.....................................................3

2.1零件介绍..................................................4

2.2零件工艺性分析............................................4

2.3工艺方案的确定............................................4

3排样设计.....................................................5

3.1毛坯排样设计..............................................5

3.2材料的利用率..............................................7

4工艺计算.....................................................8

4.1冲压工艺力的计算..........................................8

4.2冲裁力计算................................................8

5模具总体结构设计.............................................11

5.1模具概要设计.............................................11

5.2模具零件结构形式确定.....................................11

5.2.1定位机构.............................................17

5.2.2卸料机构.............................................17

5.2.3导向机构。...........................................19

6模具零件的设计及计算........................................20

6.1工作零件.................................................20

6.1.1冲裁凸、凹模刃口尺寸计算.............................20

6.1.2凸模设计.............................................19

6.2定位零件.................................................20

6.3出料零件.................................................20

6.3.1卸料零件.............................................20

6.3.2顶件零件.............................................21

6.4导向零件.................................................21

6.5其他零件.................................................21

7设备选择....................................................24

7.1设备吨位确定.............................................24

7.1.1设备类型的选择.......................................24

7.1.2设备规格的选择.......................................24

7.2设备校核.................................................32

7.2.1压力行程............................................25

7.2.2压力机工作台面尺寸..................................25

结论.........................................................26

参考文献......................................................34

致谢..........................................................34

1绪论

模具工业是国民经济的基础工业，是工业生产的重要工艺装备。先进

国家的模具工业已摆脱从属地位，发展为独立的行业。美国工业界认为:“模

具工业是美国工业的基石。”日本工业界认为：”模具工业是其它工业的先

行工业，是创造富裕社会的动力J在德国，模具被冠以“金属加工行业中

的帝王”之称。近20多年来，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值

都已超过机床总产值，世界模具市场总产量已达600^650亿美元。冲压技

术的最新研究成果及加工方法，以及模具工业的前沿技术及房展方向：高

速冲裁，高效、精密、长寿命模具，激光及等离子数控打孔及剪切，板料

激光成形，板材多点成形和单点渐进成形，对向液压拉深，内高压成形及

粘性介质压力成形，流动控制成形（FCF加工方法），精冲复合工艺，SPF/DB

成形，高速高能成形，数字化冲压成形关键技术，冲压成形有限元数值模

拟和优化，快速样品生产，冲压生产自动化和柔性加工系统，冲压制品及

模具的远程网络设计及制造，冲模CAD/CAE/CAM/PDM,RP技术及快速模具制

造。

冲压加工技术应用范围十分广泛，在国民经济各工业部门中，几乎都

有冲压加工或冲压产品的生产。冲裁是冲压工艺的最基本工序之一。冲裁

是利用模具使板料的一部分沿一定的轮廓形状及另一部分产生分离以获得

制件的工序。

冲压成形近年来有很多新的发展，在精密冲裁、精密成形、精密剪切、

复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等方面取得很大的进

展。冲压件的成型精度、生产率越来越高，冲压范围越来越广，由平板零

件精密冲裁拓宽到精密弯曲、精密拉深及立体精密成形等。计算机辅助工

程（CAE）在冲压领域也得到了较好的发展和应用，模具计算机辅助设计/

辅助制造技术（CAD/CAM）,板料成形模拟仿真技术（冲压CAE）、快速成形

（RPM）等。计算机辅助工程可进行应力应变的分析、排样、毛坯的优化设

计及工艺过程的模拟及分析等，实现冲压过程的优化设计。

冲压生产主要是利用冲压设备和模具实现对金属材料（板料）的加工

过程。所以冲压加工具有如下特点：

（1）生产效率高、操作简单、内容实现机械化和自动化，特别适合于

成批大量生产；

（2）冲压零件表面光滑、尺寸精度稳定，互换性好，成本低廉；

（3）在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高、刚度大、而重量小

的零件；

（4）可得到其他加工方法难以加工或无法加工的复杂形状零件。

本论文主要以云母片冲压模具设计为主线，云母材料为天然矿因其材

料为天然矿制品，具有无污染、绝缘、耐电压性能好和化学稳定性的特点,

而且云母片是一种多层结晶体的非金属材料。因云母本身具有独特的耐高

温、耐高压及高度的绝缘性能，因此，在电子、仪器仪表等行业应用广泛。

故可根据客户需求冲切各种规格的天然云母片。采用云母板制得零件云母

片，材料壁厚较薄，零件为异形件，结构虽较为复杂，但只要用适合的冲

孔落料就可以获得所要的零件。依据模具的基本组成部分，采取基础和设

计技巧相结合，理论及实践相结合，图例及剖析相结合，模具设计及加工

工艺相结合的方式，分析云母片的冲压工艺性，提出设计其模具的多种方

案，通过比较分析设计出较合理的模具。同时，从模具的加工工艺的角度

出发，分析并提供便于加工的模具结构形式，使模具设计和加工更加紧密

的结合在一起。

本论文在设计时广泛吸收了国内外各个领域成熟的经验和最新的参考

资料，并在模具的成型零部件等关键部位采用了国内外的优质模具钢。为

了顺应形势发展的需要，在技术上也有一定的创新，使用了计算机辅助设

计来绘图，如UG、AUTOCAD等,达到优化设计的目的。

毕业设计是按查阅资料、学习、消化、吸收、创新的思路进行的。本

论文是关于介绍我在毕业设计中做的一副云母片落料模具的全部设计资

料，文中包含了较详细的工艺分析、模具结构设计及冲压机床的选择。整

个设计是在老师的辅导下以及和同学的相互探讨下完成，通过这次毕业设

计的锻炼，我增加了专业知识，丰富了视野，提高了自主创新的能力。但

是，我毕竟是初次接触模具如此具体的设计，再加上知识经验的局限现性,

设计内容可能会有一些漏洞和错误，学生的所有不足之处，殷切希望各位

尊敬的老师及所有的评委能给予指正和指导，谢谢各位老师。

2工艺设计

2.1零件介绍

本次毕业设计的产品见图2.1所示，材料为厚1mm的Q235钢板料,要

求批量为中批量。该零件属于典型的冲裁件，如图2.1零件尺寸图，图2.2

云母片工件图所示

材料：Q235

厚度：1mm

图2.1零件尺寸图

图2.2云母片工件图

2.2零件工艺性分析

零件尺寸：图中零件未注公差取ST8级，零件的尺寸较小，成形的位

置较为紧凑，成形比较简单。零件材料为Q235钢，是普通的碳素结构钢，

有一定的塑性，料厚为1mm属薄料，冲压性能良好，零件需要经过一次冲

裁，零件的结构比较对称，冲压性能仍然很良好。

综上所述，得到结论：零件具有较好的可冲压性。

2.3工艺方案的确定

确定工艺方案首先要确定的是冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲

裁工序顺序的安排。冲裁工序一般易确定，关键是确定冲裁工序的组合及

冲裁工序顺序。应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件

的批量、形状、尺寸等方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为

合理的方案。

冲裁工序按工序的组合方式可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。

单工序模是只完成一种工序的冲裁模。如落料、冲孔、切边、剖切等。

复合冲裁是在压力机的次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两

个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，

组成级进模，在压力机的一次行程中，模具的不同位置同时完成两个或两

个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可以完成一个冲裁件。由

零件的工艺分析及图可知：该工件落料一个基本工序：落料，故采用采用

单工序模生产。

3排样设计

3.1毛坯排样设计

在进行模具设计时，首先要设计条料排样图，条料排样图的设计是模

具设计时的重要依据。模具条料排样图设计的好坏，对模具设计的影响是

很大的，排样图设计错误，会导致制造出来的模具无法冲制零件。条料排

样图一旦确定，也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具

的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式

等一系列问题。在本模具中，排样设计总的原则是先进行冲切废料，然后

拉伸，最后切断，并要考虑模具的强度、刚度，结构的合理性。

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。排样合理就能

用同样的材料冲出更多的零件来，降低材料消耗。大批量生产时，材

料费用一般占冲裁件的成本的60%以上。因此，材料的经济利用是一

个重要问题，特别对贵重的有色金属。排样的合理及否将影响到材料的

经济利用、冲裁质量、生产效率、模具结构及寿命、生产操作方便及

安全等。

排样的意义就在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合

格的零件。毛坯在板料上可截取的方位很多，这也就决定了毛坯排样方案

的多样性。典型毛坯排样：单排、斜排、对排、无费料排样、多排、混合

排。

根据此次毕业设计的零件结构特征及材料的利用率，决定采用对排，

采用这种毛

坯排样的模具结构的相对简单，模具制造较为方便。

1、条料搭边值的确定

搭边是指排样中相邻两冲裁件之间的余料或冲裁件及条料边缘间的余

料。其作用是补偿定位误差和保持条料有一定的强度和刚度，防止由丁条

料的宽度误差、送进步距误差、送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保

证送料的顺利进行，从而保证制件的质量。

由参考文献［3］得

材料厚度为Imm时，条料长度大于20irm,搭边可以取a=2mm,ai=2mm。

2、条料的宽度

条料是由板料［或带料)剪裁下料而得，为了保证送料顺利，规定条

料宽度B的上级极限偏差为零，下偏差为负值(-A)。条料在模具上送进

时常用导尺导向，使用导尺又分为有侧压导向和无侧压导向两种情况。两

种导向情况下的条料宽度计算不同，但目的是一致的，要求既能保证条料

的顺利送进，又能俣证冲裁件及条料侧边之间有不低于规定的搭边值。条

料采用无侧压，可以确定条料及导料销的间隙和条料宽度偏差分别为6=

0.5mm,△=0.6mm由参考文献［3］中公式得

,

条料宽度Z?：A=［D+2(«+A)+CI］°-A

(3.1)

3、步距

冲裁模的步距是确定条料在模具中每送进一次，所需要向前移动的固

定距离。步距的精度直接影响到冲件的精度。设计连续模时，要合理的确

定步距的基本尺寸和精度。步距的基本尺寸，就是模具中相邻工位的距离。

此次毕业设计的条料为单排，步距的基本尺寸等于冲压件的外形轮廓

尺寸和两冲压件间的搭边宽度之和，其步距基本尺寸由参考文献［3］得：

h=L+a

(3.2)

式中h冲裁步距

上一沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值

沿送进方向的搭边值

排样方式图3.1所示

图3.1坯料排样图

条料宽度或=0+2(〃+△)+G

0

=[45+2X(2+0.6)+0.5)\6=50.7-0..6mm

该零件的步距确定为：h=L+a=35+3=38mm

借助UG软件分析可得单个零件的面积为A=1032nlm2,一个步距的材料

利用率n为

H=(A/hXB)X100%=(1032/38X50.7)X100%=53.6%

排样方式图3.2所示

条料宽度B\=[D+2(。+△)+G%

二[45+2X(2+0.6)+0.5)°-0,6=50.7°-0..6mm

步距hh=62.5mm

一个步距的材料利用率n为

n=(A/hXB)X100%=(1032X2/50.7X62.5)X100%=

65.1%

由上计算知道方案的材料利用率分别为56.9%和67%。其中第一种排

样方式材料的利用率少于6096,这样原材料没有得到合理的利用。而第二种

排样方式虽然需要二次送料，但材料利用率高，为此我们选择方案二的排

样方式。

3.2材料的利用率

1、排样方式的确定

根据冲裁件的结构特点，排样方式可选择为：对排，有废料排样。

2、送料进距的确定

为了节约材料，应合理的选择搭边值。搭边值过小，会使作用在凸模

侧表面上的发向应力沿切口分布不均，降低冲裁质量和模具寿命，故必须

使搭边的最小宽度大于冲裁时塑性变形区的宽度，一般可以取材料的厚度。

若搭边值小于材料的厚度，冲裁时搭边可能被拉断，有时还会被拉入到凸、

凹模间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口。

搭边值的大小及材料的性能、零件的外形及尺寸、材料的厚度、送料

及挡料的方式、卸料方式有关。硬材料的搭边值可以小一些，软材料和脆

材料的搭边值应大一些。零件尺寸大或有尖突时:搭边值应大一些，厚材

料的搭边值取大一些。

4工艺计算

4.1冲压工艺力的计算

工艺计算是模具设计的基础，只有正确的计算出各道工序的凸凹模尺

寸、冲压力、毛坏尺寸等，才能设计出正确的模具。而且是选用压力机、

模具设计以及强度校核的重要依据。为了充分发挥压力机的潜力，避免因

超载而损坏压力机，所以计算是非常必要的。

工艺计算是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。为了充

分发挥压力机的潜力，避免因超载而损坏压力机，所以计算是非常必要的。

4.2冲裁力计算

冲裁力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。

冲裁力是凸模及凹模相对运动使工件及板料分离所需要的力，它及材

料的厚度、工件的周长、材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具、

选择压力机的重要参数。计算冲裁力的大小是为了合理的利用冲压设备和

设计模具。选用冲压设备的标准冲压压力必须大于所计算的冲裁力，所设

计的模具必须能够传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

该模具采用弹性卸料和下方出料方式。总冲压力”。由冲裁力尸、卸料

力“和推件力/组成。若采用复合冲裁模，其冲裁力由落料冲裁力上料和

冲裁力F冲孔两部分组成。

冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。

通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。平刃冲模的冲裁力可按下式计算：

F=KL5(4.1)

式中F——冲裁力(N)；

L——零件剪切周长(mm)；

t---材料厚度(mm)；

%一—材料抗拉强度(MPa)。

K——系数,一般取K=1.3o

已知零件材料是Q235,取4=400Mpa,材料厚度L值由全部冲裁

线即冲裁零件周长尺寸组成，由于零件是异形件，形状比较复杂，用手工计

算零件的周长比较困难，借助CAD中“面域、查询面域/质量特性”等命

令测出该零件的周长为L=187.98mm,取L=188mm。

1)落料、冲裁力。材料Q235铜的抗拉强度可按％

充科

Eter忸=Lta"h=188x1.5x400=112.8/C7V

2)推件力，K推=0.055

F推二nK推F=1X0.055X112.8=6.2kN

3)力。查表得卸料力系数

=K卸F落料=005x112.8=5.64KN

4)总冲压力正。的确定

所以总冲压力F0=F落+F推+F知=112.8+6.2+5.64=134.64kN

冲压力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模

柄的轴线以及和压力机滑块的中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导

向机构滑动件之间的磨损，提高运动精度以及模具和压力机的寿命。

求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体的方法如下：

(1)按比例画出每个凸模刃口轮廓的位置；

(2))建立坐标轴线，分别凸模刃口轮廓的压力中心及坐标位置x”x2,

X3，•・.，X”和yi,y2,y3,•..，ync

(3)分别计算凸模刃口轮廓的冲裁力F”Fz,F：,,…，Fn或每一个凸模

刃口轮廓的周长L”L2,L3,…Ln。

(4)对平行系，冲裁力的合力等于各力的代数和，即F=FI+F2+F3+…

Fn。

(5)根据力学原理，即可求出压力中心的坐标(x°,y。)。

按下列公式求出冲模压力中心的坐标值(x，),y。)

L/\X\+L2X2+...+LnXn

xo=

Li+L?+...+Ln

(4.2)

L\y\+L2y2+.・.+L”y”

yo=(4.3)

L\+L2+...+Ln

由于该零件形状对称，所以压力中心在该零件的中点上坐标值（Xo,Yo）,

如图3.1所示

图4.1零件轮廓线划分图

L\X\+L1X1+...+LnXn

X0=-----------------------------------

L\+Z/2+…+Ln

4$算X4.5725X0+4.5aX45+3X9-25*XV5+Z?X74+2n<245+16X充十//X295+29X24+70X79十力X%—25NX"5+3X9

45n+28+3+Z5升，升2升/6+7H25H-次砂+乙5计3

=2788.17/173.83=16

L\y\十Lzyz+,・.+Lnyn

yo=

Zj+L2+…4Ln

43x7+2gx2升“x?外衣亚5-25xW阴542fx454%x)+仲29+2以年$+7内什?0x5V5x7叶"8.5

45n+28+9+251+73+2升彭+77+29+70+7升25,+3

=4134.46/173.83=24

由以上计算可知冲裁件（云母片）的压力中心的坐标为（16,24）。如下图

3.2所示

图4.2零件压力中心图

5模具总体结构设计

5.1模具概要设计

冲压制件的质量，不仅依赖于模具的正确设计，而且在很大程度上取

决于模具的制造精度，而模具生产又多为单件小批量生产，这给模具生产

带来许多困难，为了获得高质量的冲压制件，冲模制造时，在工艺上要充

分考虑模具零件的材料、结构形状、尺寸、精度、工作特性和使用寿命等

方面的不同要求。模具是用多个零件按照一定关系装配而成的有机整体，

结构是模具的“形二模具的优劣很大程度上体现在模具结构上，因此落料

模具的结构对模具的工作性能、加工性、成木、周期、寿命等起着决定性

作用。

在此次模具的结构设计大体可以分为两步：第一步根据工序排样的结

果确定模具的基本结构框架，确定组成落料模具的主要结构单元及形式，

对模具制造和使用提出要求；第二步确定各结构单元的组成零件及零件间

的连接关系C结构设计的结果是模具装配图和零件明细表C

在结构设计中概要设计是模具结构设计的开始，它以工序排样图为基

础，根据产品零件要求，确定落料模具的基本结构框架。结构概要设计包

括：

（1）模具主要零件凸凹模的设计，计算过程；

（2）模具基本结构：定位方式以及导向方式确定；卸料方式以及出件

方式确定；

（3）模具基本尺寸：模具工作空间尺寸、各个板件的厚度、模具闭合

高度；

（4）模架基本结构：模架的类型，导柱及导套选配以及模柄类型的选

择；

（5）压力机的选择：压力机的类型，压力机规格；

（6）设备校核：压力机的校核。

5.2模具零件结构形式确定

该零件是用落料模具完成的。模架是模具的主体结构，采用自行设计

的模架机构导向，采用后侧导柱模架，导向装置在后侧，横向或纵向送料

都比较方便，并采用弹性卸料装置，落料模具总装图如图5.1所示

注：1一模柄；2—止动销；3—凸模；4一内六角螺钉；5一上模座；6

一凸模固定板；7—橡胶；8一卸料板；9—凹模；10一下模座；11—导

柱；12—导套；13一内六角螺钉；14一卸料螺钉；15—圆柱销；16—

圆柱销；17一挡料销；18一垫板

5.1模具整装图

凹模外形尺寸应保证有足够的强度和刚度。由于凹模的结构型式不一,

受力状态又比较复杂，首先考虑是在冲裁工位所要受到的冲裁力，所以要

适当增加凹模厚，一般根据冲裁件尺寸和板料厚度，由文献［2］凹模的厚度

H可按以下经验公式计算

H=Kb(215nlm)

(5.2)

式中K一考虑坯料厚度影响的系数；

b一冲裁件最大外形尺寸(mm)；

查文献［1］表8-1,得K=0.35；

11=0.35X45mm=14.6mm=15.75mm

考虑到压窝凸模的高度，则H调整为25mm，此凹模用于大批量生产，其

厚度要考虑修磨量(5〜6mm),所以凹模厚度H为25mm。

确定凹模周界尺寸LXB

由文献［2］可得凹模最小壁厚为1.6mmc

由文献［2］可得凹模壁厚(刃口到外边缘的距离)可按下列公式确定

C=(1.5-2.0)H(230mm)(5.3)

C=1.5X40mm=60mm

所以L=160mm;B=160mm如下图5.3所示

图5.3凹模图

该模具使用定位销定位夹紧，冲压条料时，销定位挡料销进行导向挡

料，由导柱导套导向向下运动，凸模和凹模完成零件的落料工序，弹性元

件由于受压反弹，致使得卸料板进行推出材料，制件从下孔掉出，完成整

个落料过程。模具主要有模柄、上模座、垫板、凸模固定板、凸模、凹模、

卸料板、凸模固定板、螺钉、销钉、下模座、导柱、导套等。落料模具凹

模周界长160mm,宽160nlm，模具总长250mm，总宽215mm。模具的闭合高度

是h=40+10+20+21+1+16+25+45=178mm。凸模固定板用于安装所有凸模、

凹模板用于落料。采用螺钉紧固、销钉定位的方式固定。卸料板是一整块,

采用四个螺钉固定。

5.2.1定位机构

为限制被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步

的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料

销、导料板、挡料销、定位板、导向销、定距侧刃和侧压装置等。定位装

置应避免油污、碎屑的T扰并且不及运动机构干涉。定位精度要求较高口寸,

要考虑粗精度和精精度两套装置，分步进行；坯料需要两个以上工序的定

位时，它们的定位应该一致，如图5.2圆柱销图所示

图5.2圆柱销图

5.2.2卸料机构

卸料机构的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以

防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。可分为固定卸料装置、

弹压卸料装置和废料切刀。固定卸料板仅起卸料作用时，凸模及卸料板的

双边间隙取决于板料厚度，一般在0.2~0.5mni之间，板料薄时取小值，板

料厚时去大值。当固定卸料板兼起导板作用时，一般按H7/h6配合制造，

但应保证导板及凸模hi之间间隙小于凸、凹模之间的冲裁间隙，以保证凸、

凹模的正确配合。固定卸料板的卸料力不大，卸料可靠。因此，当冲裁板

料较厚（大于0.5mm）、卸料力较大、平直度要求不很高的冲裁件时，一般

采用固定卸料装置。

弹压卸料装置既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁质量较好，平直

度较高。因此质量要求较高的冲裁件或薄板宜用弹压卸料装置。

废料切刀是在冲压过程中将废料切断成数块，避免卡箍在凸模上，切

刀夹角«一般为78〜80度。主要用于小型模具和切断薄废料以及大型模具

和切断厚废料。

在本次模具设L中采用弹压卸料板，弹性卸料板具有卸料和压料的双

重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高，卸料板的尺寸取

160X160X20mm如图5.3卸料板图所示

图5.3卸料板图

5.2.3导向机构

对生产批量大，要求模具寿命和制件精度较高的冲模。一般应采用导

向机构来保证上、下模的精确导向。上、下模导向，在凸、凹模开始闭合

前或压料板接触制件前就应该充分的合上c导向机构有导柱、导套机构，

侧导板及导板机构和导块机构。在此副模具中由于零件的尺寸较小，对制

件的精度要求较高。所以采用后置导柱、导套和压入式模柄配合，这样的

后置导柱导向精度比较平稳、，精度较高，图5.4所示

图5.4滑动导柱、导套

6模具零件的设计及计算

6.1工作零件

6.1.1冲裁凸、凹模刃口尺寸计算

1、冲裁凸、凹模刃口尺寸计算原则

计算冲裁凸、凹模刃口的依据为：①冲裁变形规律，即落料件尺寸及

凹模刃口尺寸相等，尺寸及凸模刃口尺寸相同。②零件的尺寸精度。③合

理的间隙值。④磨损规律，如圆形凹模尺寸磨损后变大，凸模尺寸磨损后

变小，间隙磨损后变大。⑤冲模的加工制造方法。因而在计算入口尺寸时

应按下述原则进行。

1）保证冲出合格的零件

根据冲裁变形规律，冲孔尺寸等于凸模刃口尺寸，落料件尺寸等于凹

模刃口尺寸。所以冲孔时，应以凸模为基准。落料时，以凹模为基准。基

准件的尺寸应在零件的公差范围内。冲孔间隙取在凹模上，落料时间隙取

在凸模上。

2）保证模具有一定的使用寿命

新模具的间隙应是最小的间隙，磨损后到最大合理间隙。考虑到冲裁

时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准刃口尺寸在磨损

后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基

准件刃口尺寸在磨损后减小的，其人口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围

内较大的数值。这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格

的零件。

3）考虑冲模制造修理方便，降低成本

为使新模具的间隙值不小于最小合理间隙，一般凹模公差标注成+为,

凸模公差标注成-斗。间隙能保证的条件下不要把制造公差定的太紧。一般

模具制造精度比工件精度高2至4级。若零件没有标注公差，对于非圆形

件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14精度处理。本毕业设计对未

标注公差的零件尺寸采用IT14精度处理。

2、冲裁刃口尺寸计算方法

制造冲模的关键主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其间隙合理。由于模

具加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸计算公式和公差标注也不同。凸、凹

模刃口尺寸的计算方法基本上可分为两类，分别加工及配合加工，对于形

状复杂或薄料的冲裁件的冲裁，为了保证凸、凹模之间的间隙值，一般采

用配合加工。此方法是先加工好其中一件（凸模或凹模）作为基准件，然

后以此基准件来加工另一件，使他们之间保持一定的间隙。这种加工方法

的特点是

⑴模具间隙是在配制中保证的，因此不需要校核1%|+|/区Zz-Zmm，

所以加工基准时可以适当放宽公差，使其加工容易。

⑵尺寸标注简单，只需在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅标注基

准尺寸并注明装配时所留间隙值。

由于形状复杂工件各部分尺寸性质不同，凸模及凹模磨损情况也不同,

有变大的、有变小的、也有不变的，必须对有关尺寸进行具体分析后，按

前述尺寸计算原则区别对待，查得模具冲裁间隙值Zinin=0.05^，

ZIliax=0.08Wm,查得凸、凹模制造公差：-2=0.007,.=0.010,查得，

因数x=0.75,△取0.2

校核：Zmax-Zmin=O.08-0.05=0.03mm,I+|=0.007+0.010=0.011mm

满足校核条件：|^p|+|<Zmax-Zmin

由于该工件时落料件，落料件尺寸的测量基准是大端尺寸，故落料件

尺寸取决于凹模，而凸模刃口尺寸应按凹模人口尺寸来确定，即凸模应根

据凹模按凹模配做。

冲压制件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数

值也必须靠模具的刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸极其公

差，是设计冲模的主要任务之一。对于落料凸模的计算，采用配合加工的

形式制作。零件图未注尺寸公差，按ST8级选取，并按照“入体原则”标

注，可得零件的公差要求如下图6.1所示

形状不规则冲裁件的凹、凸模尺寸，在使用过程中磨损后会发生变大、

变小、不变三种情况即分别对应A、B、C三类。

(1)凹模磨损后，尺寸变大的有Ai,Az,A..,As,A6,A］。由文献［3］表

2-6可知摩损系数X.=0.5,X2=0.5,X3=0.5,X4=0.75,X5=0.75,X6=

0.75,X7=0.5,

⑵由公式Ad=(A-xA)；^(△为工件公差)

(6.1)

+025x056

=(45.5—0.56X0.5)022。mm

A2d=(16—0.5X0.40)，产mm=mm

A3d二(35—0.5X0.40)产w"mm=%•比mm

Aid=(17,1—0.75X0.20)o°25x0?°w\=16,95：。°5nlm

Aw=(9.1-0.75X0,20)o025xa2%m=8.95/°%

A6d=(24.1-0.75X0.20)/"；mm=23g川田

=

A7d(4.5—0.5X0.30)V"""mm=4.35V'nim

(2)凹模磨损后尺寸变小的有B=R2.5,磨损系数x=0.5,由公式

Bd=(B+xA)°-6d(6.2)

Bdi=(2.5+0.5X0.25)°-o,25x0.25=2.63°-o.06mm

(3)凹模磨损后，尺寸不变的有CbC2,C3,由公式Cd=C±&/2得：

Cdl=15.5±0.25X0.24-2=15.5±0.03mm

Cd2=10±0.25X0.24-2=10±0.03mm

Cd3=14±0.25X0.24-2=14±0.03mm

由上述计算可得，凹模形状及尺寸公差如下图6.2所示

图6.2零件图

按计算尺寸和公差制造凸模后，再按凸模刃口实际尺寸并保证最小

合理间隙乙面配做凹模。

6.1.2凸模设计

凸模的长度应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量以

及固定板及卸料板之间的安全距离等因素C本模具设计采用弹性卸料板，

凸模的长度计算可按下式：

I尸h}+h2+t+h

(6.3)

所以凸模长L=20+21+16+Hl=59nim

式中九---凸模固定板的厚度mm；

h2——卸料板的厚度mm；

t----材料的厚度mm；

h——附加长度mm。包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度

(0.5~lmrn),凸模固定板及卸料板之间的安全距离等。一般取h=15~20mm。，

本次级进模具设计的凸模长度设计是以第六工位拉伸凸模高度h为基

准，其余的凸模长度以此为基准进行必要的加长或缩短，凸模的尺寸按凹

模配做。

6.2定位零件

模具上定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能够置于正确的位

置根据毛坯形状、尺寸及模具的结构形式，可以选用不同的定位方式。常

见的定位零件有挡料销、导正销、侧刃、导料板、导料销和侧压装置等。

挡料销用于限定条料送进距离、抵住条料的搭边或工作轮廓，起定位作用。

挡料销有固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销.

固定挡料销分圆形及钩形两种，一般装在凹模上。圆形挡料销结构简

单，制造容易，本模具采用圆形挡料销。

6.3出料零件

6.3.1卸料零件

卸料装置有固定卸料装置和弹压卸料装置两种，弹性卸料装置由卸料

板、弹性元件(弹簧和橡胶)和卸料螺钉组成。弹性卸料既起卸料作用又

起压料作用，所以冲裁零件质量较好，平直度较高，因此，质量要求较高

的冲裁或薄板冲裁宜用弹性卸料装置。

本模具采用了弹性卸料装置，零件的厚度为1mm,考虑卸料力的问题在

前面算过了，厚度为30nlm的橡胶，具体计算如下

(1)确定橡胶的自由高度%=勺作+/?修磨

勺作=/+\nun,t为材料厚度

〃僻磨取5~10/72/77

H[=0.3+1+5=6.3〃vn

所以"o=(3.5~4)X6.3=252mm

(2)确定橡胶的横截面积A

A=F/P

查表6-9得P=1.05,所以4=303方加

(3)橡胶的安装高度

”预=(10%~15%)H()=5nvn

II装=11。—H预=25.2-5=20.0mm

在本副模具中，采用弹性卸料装置卸料，弹顶器推动推杆，推杆推动零

件，然后进行卸料如图6.3所示

图6.3橡胶图

6.3.2顶件零件

在设计模具时，一般均采用卸料橡胶作为弹性元件，是模具中广泛使

用的弹性元件，主要为弹性卸料、压料及出件装置等提供所要求的作用力

和行程，采用橡胶作为弹性元件的优点是：橡胶允许承受的负荷比弹簧较

大，而且安装方便、调整方便。

卸料螺钉属于标准件，在此次毕业设计冲压模具中选用。主要的选用

数量如下：卸料螺钉个数n=4。

6.4导向零件

导套、导柱都是圆柱形的，加工方便，容易装配，是模具行业应用最

广泛的导向装置，本模具采用滑动式导柱、导套，并导柱导套配合选用H7/h6

配合：

导柱为：导柱D28X150材料为20钢

导套为：导套D38X100材料为20钢

数量为2对，热处理：渗碳加表面淬火

6.5其他零件

1、模架选用的是：后侧导柱模架形式，导向装置在后侧，横向或纵向

送料都比较方便，而且导向平稳，一般用于较小的冲模。

2、凸模固定板是将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸可及凹模、卸

料板外形尺寸相同但还要考虑紧固螺钉（及销钉）的位置。固定板的凸模

安装孔及凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6,压装后将凸模端面及固定板一

起磨平。凸模固定板形式有圆形和矩形两种，本模具采用矩形形式，其规

3、垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位

压力，防止过大的冲裁力模座被局部压陷，影响模具正常工作。其厚度一

般取412mm,规格是：160mmX160nmiX10mm材料选用T8A,热处理之后硬

度达到58〜62HRC,如图6.5所示

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图6.5垫板图

4、中小型模具一般通过模柄将模具固定在压力机滑块上。对于大型模

具则用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。常用的模柄有旋入式模柄、

压入式模柄、凸缘模柄、槽型模柄、通用模柄、浮动模柄和推入式模柄等,

本模具采用的是压入式模柄，如图6.6所示

5缪

图6.6模柄结构

压入式模柄的优点是，它及上模座孔连接，采用过渡配合H7/m6,并加

销钉防转。这种模柄可较好地保证轴线及上模座的垂直度，使得压力中心

线重合，提高了模具生产精度，提高了模具的运动精度和使用寿命。模柄

支撑面应垂直于模柄轴线（垂直度不应超过0.02:100）。压入式模柄配合面

的表面粗糙度Ra应达到L6~o.8Hin,模柄压入模座后，应将底面磨平。

7设备选择

7.1设备吨位确定

冲压设备选用是冲压工艺设计过程中的一项重要的内容。压力机的主

要技术参数是反应一台压力机的工艺能力、能加工零件的尺寸范围以及有

关生产率的指标。这些参数也是模具设计中选择冲压设备、确定模具结构

的重要依据。必须根据冲压工序的性质、冲压力、变形功、模具结构型式、

模具的闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量、生产成本、产品质量等诸多因

素，结合单位现有设备条件进行C

7.1.1设备类型的选择

设备类型的选择要依据冲压件的生产批量、工艺方法及性质及冲压件

的尺寸、形状及精度等要求来进行。

由参考文献[5],初步选择开式通用机械式压力机。

7.1.2设备规格的选择

设备规格的选择应根据冲压件的形状大小、模具尺寸及工艺变形力来

进行。从模具设备上安装并能开始工作的顺序来考虑，其设备规格的主要

参数有以下几个。

1）行程压力机行程的大小，应该保证坯料的方便放进及零件的方便

取出。例如：对于拉深工序所用的压力机行程，至少应保证：压力机的行

程S>2h（h为零件的高度）。

2）装配模具的相关尺寸压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺

寸，还应有模具安装及固定的余地，但过大的余地对工作台受力不利；工

作台面中间孔的尺寸要保证漏料或顺利的安装模具顶出料装置；大吨位压

力机滑块上应加工出燕尾槽，用于固定模具，而一般开式压力机滑块上有

模柄孔尺寸，为两件哈夫式夹紧模柄用。

3）闭合高度压力机的闭合高度是指滑块处于下死点时，滑块底面至

工作台上表面之间的距离。压力机的闭合高度是可通过连杆丝杠在一定范

围内调节的。当连杆调至最短，滑块处于下止点时，滑块底面到工作台上

表面之间的距离称为压力机的最大闭合高度，，相反，连杆调至最长时，两

者之间的距离称为最小闭合高度。由于缩短连杆对其刚度有利，同时在修

模后模具的闭合高度可能要减小，因此一般模具的闭合高度要接近于压力

机的最大装模高度，在实用上为：

Hmax-H「5mm2H2Hmin-Hi+1Omm

（7.1）

Hmax、Hmin.H分别为压力机的最大闭合高度、压力机的最小闭合

高度、垫板厚度和模具闭合高度

如果模具的闭合高度H大于压力机的最大闭合高度，冲模将不能在该

压力机上工作。反之，H小于压力机的最小闭合高度时，可加垫板。

设备吨位设备吨位的选择，首先要以冲压工艺的所需要的变形力为前

提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且，还要有一定的力量

储备。

查参考文献［3］表1.5（开式压力机技术参数），初选择160kN的开式压

力机J23T6,其技术参数如下：

公称压力：160kN

滑块行程：55mm

滑块行程次数：120次/min

最大闭合高度：220mm

封闭高度调节量：60mm

工模柄尺寸：。40X50mm

作台尺寸：前后300mm＞左右450mm

7.2设备校核

7.2.1压力行程

该模具的闭合高度有178mm,选择的压力机的滑块行程为55nlm，压力机

的行程满足要求。

7.2.2压力机工作台面尺寸

由于模具外形尺寸为：前后250mm,左右215mm,而压力机工作台面尺

寸为：