翻折冲孔垫片模具设计

题目：翻折冲孔垫片模具设计

摘要

摘要

由于国家的快速发展，模具已成为我们日常生活中不可或缺的工作设备，模具的开发

能力可以显示出一个国家的工业制造水平。模具具有精密度高，消耗低等优势，在生产工

业中的作用是无法被其他设备所取代的，随着时代的进步，人们对工业产品的质量提出了

更高的要求，进而让模具的生产方式随着要求的提高进行优化。此次的设计是关于冲压模

具的研究，首先要学习冲压成形的理论知识，然后结合其特征、性质再进行思考和探究。

确认以冲孔、翻折为主要工序的冲压工艺计划，初步制定多种可行的工艺计划，用技术经

济分析方法确认最好的工艺计划，与工序相结合。

这次设计所研究的模具采用了冲孔翻折级进模，在冲孔、翻折级进模具的设计期间收

集并阅读了很多的书籍材料，也借鉴了许多关于冲压级进模研究及冲压工艺的文献和数据,

用来研究级进模设计的过程。在此次设计中对工作部分零件的强度和需加的固定零件，都

进行了相应的计算和校核c首先利用CATIA软件对冲压件进行三维建模；接着对冲压件进

行工艺性分析，绘制各零部件的二维及三维图，来加深对零部件的了解；然后了解冲裁件、

翻折件结构的工艺性；设计并比较工艺方案；计算毛坯尺寸和各个工序的压力，从而确定

冲压设备的型号；设定每步半成品的尺寸，然后绘出工艺草图；最后绘出模具简图，并进

行运动仿真。

关键词：冲压；冲孔；翻折；级进模具；模具设计

Abstract

Abstract

Duetotherapiddevelopmentofthecountry,moldhasbecomeanindispensableworking

equipmentinourdailylife,thedevelopmentabilityofmoldcanshowtheindustrial

manufacturinglevelofacountry.Themoldhastheadvantagesofhighprecisionandlow

consumption,anditsroleintheproductionindustrycannotbereplacedbyotherequipment.

Withtheprogressofthetimes,peopleputforwardhigherrequirementsforthequalityof

industrialproducts,andthenletthemodeofproductionofthemoldbeoptimizedwiththe

improvementoftherequirements.Thisdesignisabouttheresearchofstampingdie,firstofall,

weshouldlearnthetheoreticalknowledgeofstampingforming,andthenthinkandexploreit

accordingtoitscharacteristicsandproperties.Confirmthestampingprocessplanwithpunching

andfoldingasthemainprocess,makeavarietyoffeasibleprocessplans,confirmthebest

processplanwiththemethodoftechnicalandeconomicanalysis,andcombinewiththeprocess.

Thediestudiedinthisdesignusesthepunchingandfoldingprogressivedie,collectedandreada

lotofbooksandmateiialsduringthedesignofthepunchingandfoldingpiogiessivedie,and

alsousedalotofliteratureanddataaboutthestampingprogressivedieresearchandstamping

processfbrreference,whichisusedtostudytheprocessofprogressivediedesign.Inthisdesign,

thestrengthoftheworkingpartsandthefixedpartsthatneedtobeaddedarecalculatedand

checkedaccordingly.Firstofall,thethree-dimensionalmodelingofstampingpartsiscarriedout

byusingCATIAsoftware;thenthetechnologicalanalysisofstampingpartsiscarriedout,and

thetwo-dimensionalandthree-dimensionaldrawingsofeachpartaredrawntodeepenthe

understandingoftheparts;thenunderstandthetechnologicalpropertyofthestructureof

blankingpartsandfoldingparts;designandcomparetheprocessplan;calculatetheblanksize

andthepressureofeachprocess,soastodeterminethetypeofstampingequipment;setthesize

ofeachsemi-finishedproduct,andthendrawtheprocesssketch;Finally,thesketchofthedieis

drawn,andthemotionsimulationiscarriedout.

Keywords:Stamping;punching;folding;ProgressiveDie;DieDesign

ii

目录

目录

摘要.....................................

Abstract..................................................................................................................................................II

第1章绪论..................................................................1

1.1本研究课题的各项内容...............................................1

1.2本课题在国内外的发展现状.........................................1

1.3本课题的应解决的问题..............................................3

1.4本课题的设计内容和方法............................................3

第2章零件工艺性分析...........................................................5

2.1工件结构形状分析...................................................5

2.2工件尺寸精密度和断面质量分析......................................6

2.2.1尺寸精度........................................................6

2.2.2冲裁件断面质量分析.............................................6

2.3产品材料分析.......................................................6

2.4弯曲性分析.........................................................6

2.5排样设计...........................................................7

2.5.1排样设计的原则..................................................7

2.5.2排样分析........................................................7

2.5.3排样设计..................................................7

2.5.4排样数据计算....................................................8

2.6本章小结...........................................................9

第3章冲裁过程的计算........................................................10

3.1冲裁间隙..........................................................10

3.2凸模和凹模刃口尺寸的设计..........................................10

3.3冲裁工序力的计算..................................................13

3.4冲裁压力中心的确定................................................14

3.5冲压设备的先择....................................................15

3.6本章小结..........................................................16

第4章冲裁模零部件结构设计..................................................17

1

目录

4.1工作零件的设计...................................................17

4.1.1凸模设计.........................................................17

4.1.2凹模设计.........................................................21

4.2定位装置的设计...................................................24

4.2.1条料的定位......................................................24

4.2.2半成品的定位....................................................26

4.3卸料与推件和顶件装置.............................................26

4.3.1卸料装置........................................................26

4.3.2推件装置........................................................28

4.3.3顶件装置........................................................28

4.4固定零件..........................................................28

4.4.1模架.............................................................28

4.4.2模柄.............................................................31

4.4.3固定板...........................................................32

4.4.4垫板..........................................................33

4.4.5紧固件..........................................................34

4.5本章小结..........................................................35

第5章模具的装配以及模具制造的经济性分析...................................36

5.1模具的装配........................................................36

5.2模具制造的经济性分析..............................................37

5.3本章小结..........................................................38

结论........................................................................39

致谢........................................................................40

参考文献......................................................................41

2

第1章绪论

第1章绪论

1.1本研究课题的各项内容

课题来源：生产实际加工。

研究背景：在交通、航运等产业，冲压件有着非常庞大的占有量。冲压制造的技术层

次，是展现一个国家已经在制造业技术层次上取得高成就的明显标志，而且直接影响着产

品的优劣、收益和产品的研制开发能力。所以一定要拥有先进的模具设计研发能力，全面

提高工作人员的技术和水平，从而才能跟随的上我国制造行业迅猛进步的迫切需要。

研究意义：本次的设计题目是翻折冲孔垫片级进模的设计，级进模是冲裁模具的一种

常规形式，是指在压力机的运动过程中，在进给方向上连续设置并且在两个或更多个工位

处同时实现多个冲压过程的一种模具。本次设计要根据相关专业课程的经验和知识，并培

养模具研究和机械创新的基本能力水平，为今后的实际工作打下坚实的基础。

本次研究的内容规定了特定板材冲压模具的具体设计，并通过分析零件的具体工艺规

范和确定零件的制造方向来确定零件的冲压工艺方案。这次研究让我们可以了解一般复杂

水平制件的冲压模具设计和加工制造的方式，对零件冲压工艺规程的制定、主要计算及模

具研究有更深层次的理解，然后掌握模具技术资源的检测和整合以及现有材料的合理使用。

该实际性课题是对学生综合能力水平的观察和检测，在以后类似的实习工作有着指导性的

重要意义。

1.2本课题在国内外的发展现状

中国模具产业发展近况：国家经济的高速进步给模具产业带来了非常高的要求，同时

也让模具技术得以迅速成长，模具是生产多种工业零件和日常产品的重要制造装备，模具

已发展成为一门龙头产业c从上世纪80年代到现在中国的模具产业发展已经十分惊人，

己经向着大型、高精密、低复杂、高时效、长寿命和全方面的方向发展。20年间，模具成

为名副其实的“产业先驱”，并以每年15%产值左右的趋势飞快增加。

从改革开放到现在，交通运输业已成为国民经济的支柱产业。以交通制造业为主的运

输设备制造业已经代替电子通讯产业，成为了实实在在的领导者。交通制造行业的迅猛成

长带领着汽车零部件生产快速进步，这时就更加需要互换性好、强度和刚性好、材料高生

产利用率和高度自动化的汽车零件也同样对模具的制造水平提出了严格要求。现在专攻模

具研发设计的机构和学院已有30多所，这使得我国的冲压模具水准飞速提升，大体积冲

压模具已经可以做到生产单独重量达50t的冲压制品，现在也可以买到中档车的覆盖模。

精密度在卜2pm,寿命达到2亿〜3亿次的多工位级进模也有不少国内公司可以加工。表

1

第1章绪论

面粗糙度在Ra<1.5pm的精密模具，大尺寸（（pN300mm）的精冲模具及中厚板精冲模具国内

也已经有非常高的设计水准。此外，中国不少模具企业推广了绘图模拟软件，并应用各种

CAD/CAE技术进行模具开发。

除了引入的软件，以冲压CAE软件的形式，北京理工大学、大连理工大学、中南大

学等都己研发出有非常高水平的具有自主知识产权的软件，并且在生实践中得到了应用，

也得到了不俗的收益。

为了计模具行业快速发展，中国的许多大学开始教授塑料成型和模具冲压（包括冷模

设计）一系列相关课程。比外，许多现代设计和制造技术，如光电信息技术，快速切割和

成形技术，成形和虚拟成型技术，被广泛应用于模具工业。据报导，国外分析人员普遍认

为：“现在，国外模具行业愈发地感受到来自中国的影响和压迫力，中国或将一举成为全

世界最大型的模具制造工业基地。

国外模具的发展趋势：高新技术在欧美模具企业中得到了普遍使用，很多国外模具公

司的加工技术水准已经达到世界顶级水准。高级研发设计在模具生产与制造行业的应用，

已经是高品质模具快速生产的重要保障。而CAD/CAE/CAM方面的普遍运用，更是成为利

用信息技术带动模具行业发展的标志。

在国外,CAD/CAE/CAM技术是模具产业普遍使用的一种技术。计算机辅助设计（CAD）

的使用，目前已经超越了最初的不使用图板和二维设计的阶段。现在的三维设计覆盖率已

经有70%-89%o

UG、Cero、Solidworks等软件得到了普遍的使用。因为这些软件既可以完成二维设计，

乂可以获得三维模型，为数控编程与CAD/CAM的集成提供了保证。依靠三维模式，可以

实现在设计过程中进行装配干涉的校核，保证了研发制造的规范性和可行性。通用的数控

机床确保了模具零件的加工精度和质量。一家有30至50人的模具企业，基本上会有数十

台的数控机床。加工出来的零件可以直接拿去装配，极大地缩减了对工作人员的需要。CAE

技术在国外已经完善。CAE分析技术用于冲压模具的设计和开发，以模拟冲压模具的成形

并预测模塑过程中可能发生的误差。利用CAE软件模拟材料变形过程，分析应力分布状

况，预测了裂痕、皱起、凹陷一类的错误。CAE技术现在在模具研发中占着更加重要的地

位。在COMAUCAE技术的普遍应用下，测试时间缩短到50%以上。

还有一些欧美国家公司管理理念值得我们借鉴学习，笫一，缩减人员，在公司中工作

者不过百，公司内没有空闲的人，每个人都处在工作中；第二，企业采用超前的管理系统，

专业化强；第三，工艺管理超前，具有标准化水平；第四专业化水平高，加工出来的产品

质量优良。

在发达国家，计算机辅助设计（CAE）软件现在不仅在模具制造中使用，也广泛用于

模具开发；大量的CNC加工工具用于模具的生产，使用CNC加工技术和计算机辅助加工

技术来制造模具，使模具的产品质量和附加值快速提升，使加工时间减少、费用减少、效

2

第1章绪论

益提高；模具已经越来越规范化，模具的模架和模具的标准零件的使用越发普及，基本已

经规范化。用于面对不同制品研发的适应不同模具的模具专用钢，也已经规范化；为了满

足需求，模具现在有很多种类，从研发，生产设计，装配甚至到选材都不一样所以工业生

产的模具应该专精而不是过于全方面，应该小而不应该大。很多国家的模具产业在近几十

年来的发展非常迅猛，己经成为了独立的企业并且还是基础企业的重要组成成分。

1.3本课题的应解决的问题

（1）排样，选择合理的排样方式；

（2）刃口尺寸的计算，确定凹凸模的尺寸；

（3）确定凹凸模的加工方法；

（4）模架的设计和压力机的选择；

（5）其他零部件的设计；

（6）模具运动的仿真。

1.4本课题的设计内容和方法

课题设计的内容：本课题设计的制件0.5mm厚，外形精简，是对称图形。主要工序有

冲孔、落料、翻折，适合大批量生产。此次材料采用优质碳素结构钢：10号钢，机械性能

好，抗拉强度和变形度好，可冲孔成型。在设计形成之后，使用有限元软件对工件进行力

分析，最后进行运动模拟°课题设计的方法：

I.零件的工艺性分析。

该制件（）.5mm厚，外形精简，是对称图形。制造工序为冲孔、落料、翻折,采用级进

模加工。

II.进行必要的工艺计算。

材料布局利毛坯尺寸计算（边缘数据，材料利用率）

②计算落料、卸料、压边、拉深和顶件等冲裁工序力。

③计算或估算模具各主要零件的厚度。

④计算凸、凹模的工作部分尺寸。

HI.模具的总体设计

根据以上计算出的数据，设计模具总体结构，大致估计外形数值。

IV.模具主要零部件的结构设计

①工作部分零件的设计。（凸模、凹模、凸凹模等）

②定位零件的设计。（挡料销）

③卸料零件的设计。（卸料板）

3

第1章绪论

@导向零件的设计。（导柱、导套）

V.选定冲压设备

VI.绘制模具总图

vn.利用三维软件进行运动仿真

4

第2章零件工艺性分析

第2章零件工艺性分析

2.1工件结构形状分析

图2.1零件图

从零件图2.1分析，制件要完成的加工过程为冲孔、翻折。产品是简单的形状、没有

不规则凹槽、棱角，面积尺寸小。这个制件是帽形零件弯曲模，从制件图了解到这个制件

尺寸小，适合多工序连续加工，也就是冲孔、翻折过程，要是是用单个工序，零件在换工

序的过程中操作者加工难度高，并且给下道工序的定位增加困难，综合各方面原因，决定

使用级进模具加工这个零件。翻折时的圆角半径不可以小于最小的弯曲半径，避免因此出

现裂痕。不过也不能太大，要是过大的话，在回弹的作用下，圆角半径的精度和翻折角度

都无法保证。弯曲件的弯边不能太短，长度取h>2t+R0如果h比较小，弯边在模具中依靠

的距离不够，很难获得形状正确的制件。弯曲线不能在制件急弯的位置，防止发生开裂。

5

第2章零件工艺性分析

英"""工件尺寸精密度和断面质量分析

2.2.1尺寸精度

规定常规冲裁尺寸精度在IT13级以下，目前制件的设计精度在IT13级以下，因此符

合尺寸精度规定。

2.2.2冲裁件断面质量分析

由于坯料通常被冲压至2mm或更小的厚度，囚此其截面粗糙度Ra在12.5和3.2之间，

并且毛刺为0.01至0.05mm；本次设计在断面粗糙度和毛刺方面没有多的限制，因此模具

精度只要不违反规定，冲裁件的断面质量就是完全合格的。

2.3产品材料分析

冲压制品的材质通常的力学性能是强度低，塑性好，厚度和表面质量满足国家公差标

准。这次选用的材料是优质碳素结构钢：1()号钢，力学性能良好，抗拉强度和变形程度良

好，用冲裁的加工方法完全能实现。而且零件的厚度和表面质量没有特殊规定，主要用国

家标准的材料，这样冲压制品的表面质量和厚度公差就能确定。

2.4弯曲性分析

(1)计算弯曲件毛坯长度

L=li+h+b+0.6t

(2-1)

式中：11、12、13-----直线部分各段长度(mm)

t------料厚(mm)

则：

L=5+29+5+0.6X0.5=39.3mm

(2)自由弯曲时的弯曲力

(2-2)

式中：F——自由弯曲时的弯曲力(N)

b一一弯曲件的宽度(mm)

r-----内弯曲半径(mm)

ob-----材料的抗拉强度(MPa)

k——安全系数，一般取k=l〜1.3

6

第2章零件工艺性分析

F=0.7X1.2X26X0.52X320/1.5+0.5=873.6N

（3）校正弯曲时的弯曲力

弯曲力按以下公式计算：

F=qA

（2-3）

式中:F——弯曲力（N）

A——校正部分的投影面积（mn?）

q一一每平方单位的正压力（MPa）

F=25XI65.485=4137.IN

计算结果表明，零件的材料属性满足冷冲压技术需求。

2.5排样设计

排样设计就是冲裁件在条料上的排布形式。合理的排样布局是提升材料的使用率、缩

减加工费用、确保工件质量及模具使用时间的可用方式。

2.5.1排样设计的原则

（1）在保证零件性能的目的层次，争取材料的高利用率。

（2）改善操作性。保证操作人员方便、安全，劳动程度低。

（3）让模具有简单的合理构造，并且能长时间使用。

（4）保证冲裁件的质量。如采用合理的搭边值，一般沿封闭的轮廓冲裁而不沿开放

式轮廓进行冲裁等措施。

2.5.2排样分析

排样论证的基本思路：

排样论证是想画出绘制出合适的模具排样图。良好的布局设计计划必须考虑到零件公

差，生产批次，模具构造和材料利用的组合。

如图2.1所示，所选材料为优质碳素结构钢：10号钢，机械性能好，抗拉强度和变形

性好，厚度和表面质量符合国家公差标准。公差尺寸精度等级为IT13,这是传统冲压模具

无需特殊冲压工艺（如精冲或翻新）即可达到的程度。分析零件的外形，确定完全可以用

少废料的排样法。不过这个零件的尺寸精度等级表明了该选用有废料排样法。

2.5.3排样设计

零件的形状简单，呈对称状，采用有废料排样，水平排可减少进料距离，确保零件质

量和模具使用时间。排样图如图2.2所示

第2章零件工艺性分析

图2.2排样图

2.5.4排样数据计算

a.搭边

冲裁件间、冲裁件和调料侧边中不需要的工艺废料就叫搭边。查《冲压模具手册》，

找出搭边数据a、an

材料厚度厂0.5,零件边长L=58.16)50,如果t£(0.5,0.8),a=2.0,ai=1.8,但是由于

多工位级进模在排样设计时，通常，精确定位销孔放置在载体上(载体位于布局的一部分

以帮助冲压部件前进)，因为载体需要具有正常强度，因此，载体的宽度应大于普通冲压

边缘的值。

零件厚0.5mm,分析多工位级进模、导正销孔的关系，所以选择搭边值a=3.6ai=2.2o

b.送料进距

进给距离是级进模中两个工位之间的长度。一套级进模，如果排样的送料进距数值选

定，那么在该模具上挨着的两个，位间的长度，就一定相同。也就是说在一套模具里面，

送料进距是恒等的。

A=D+ai

(2-4)

在公式中，A---送料进距(mm)

D---零件外形尺寸(mm)

ai---制件间搭边值(mm)

即：

A=D+ai=30+2.2=32.2(mm)

c.条料宽度(B)o

根据条料和导料板之间的差值，查表决定采用无侧压装置。所以

B=[L+2(a+A)+bo]^

(2-5)

8

第2章零件工艺性分析

式中,B——条料宽度，mm,

L---冲裁部分的最大纵向尺寸和进给方向，mm

a——冲裁件和材料侧边的搭边值，mm

bo——条料和导料板间的间隙，

△一一条料下料时的下偏差值，

查阅并算出，导料板和条料之间的间隙bo=O.5,条料落料时的下偏差值△=0.5

所以：

B=[L4-2(a+A)+bo]0-A=[58.16+2(2.2+0.5)+0.5]°A=62.0620iS(mm)

d.导尺间距离Ao

A=B+bo=L+2(a+A)+bo+bo=62.56(mm)

e.材料利用率n

nS

n=而xloo%

Dll

(2-6)

式中,S——冲裁件大小，mm2；

B---条料宽度，mm

n——一个送料进距内冲裁件的数目。

若取工件数量n=8件，则料长为

H=8L+7ai+2ai=8x30+7x2.2+2x2.2=259.8(mm)

取H=270mm

所以条料规格为270X65.5X0.5

所以材料利用率为：

T]=—X100%=78.9%

BH

2.6本章小结

本章是对冲裁工艺、冲压方案及排样设计进行了详细的阐述，包括冲压制件的工艺性

能、产品材料分析和排样数据的计算。利用三维软件对冲压件进行建模，分析其工艺性能，

在确定好排样方式之后，进而来绘制排样图，最好的表达出冲压所需的工艺，在工艺方案

中选择最适合本套模具加工的工艺方案，最后确定要设计的模具结构。

9

第3章冲裁过程的计算

第3章冲裁过程的计算

3.1冲裁间隙

冲裁模具里面上下模具两刃口的尺寸差值就叫冲裁间隙，通常用z表示。

模具设计里面的重要参数之一就是冲裁间隙，其对冲裁工序的影响方面很多，必须全

面考虑在冲裁模设计时冲裁间隙带来的改变，使用恰当的间隙值。通常来讲，数值小，制

件的断面品质也就好（光亮部分增变多）；数值大，断面的塌角变大，光亮部分变小，毛

刺增加。可是间隙太小，断面容易产生“二次剪切”的现象，出现潜伏裂纹。该值太小，

材料不易分离（需要更大的冲压力）；该值太大，材料易于分离，并且所需的冲压力小。

间隔数值大，模具不容易磨损，解决了凹模刃口开裂的问题；大大增加了冲裁模具的使用

时间。

根据制件厚度0.5毫米，材质选择10优质碳素钢，查冲裁刃口初始值间隙表得，

Zmin=0.06,Zmax=0.08o

通过对冲裁工序的工艺判断了解到，冲裁间隔数值选取得太大、太小都不行，必须用

那些正好的冲裁间隙才能不对正常的冲裁工艺造成影响。并且冲裁模具还存在磨损，在冲

裁模具工作中，凸模一旦磨损尺寸就会变小，凹模一旦磨损尺寸就会增加，冲裁间隔距离

也会随着冲裁模具的变化而变化。所以选取Z=0.07。

3.2凸模和凹模刃口尺寸的设计

冲裁模具保证了冲裁中零件的尺寸和精度，主要尺寸是冲头边缘和模具刃口边缘。恰

当的冲裁间隙取值是依靠着凸模和凹模刃口边缘尺寸的。

（1）凸模和凹模刃口尺寸的计算原则

在工作过程中，由于冲裁时凹模和凸模间的间隙，所以落下的料和冲出的孔的断面都

是有锥度的。落料时工件的大端尺寸和凹模的刃口尺寸近似相等；冲孔凸模工作时，

工件的小的一端和凸模刃口边缘的大小近似一样。这样的话，如果要计算刃口边缘大

小的话，就要有落料、冲孔两种形式，而且，要了解到磨损后的尺寸变化状态。

在计算凸模和凹模刃口尺寸时应考虑以下三个问题：

①基准方面：冲裁时，工件的大端尺寸和模具的边缘尺寸大致相等，因此在模具上设

置冲裁工艺的参考，首先询定凹模尺寸，再计算凸模尺寸（凸模尺寸通过从模具尺寸中减

去最小冲裁间隙来确定）。

当冲压时，工件的小端尺寸和冲头的边缘尺寸大致相等，因此在冲头上设定冲压过程

的参考，并首先确定冲头尺寸，在计算凹模的尺寸（凹模尺寸按凸模尺寸加上最小冲裁间

隙确定）。

10

第3章冲裁过程的计算

②磨损方面：磨损遵照“实体减小”的原则。发生磨损的话，凸模变小，凹模变大,

导致出现“孔愈来愈小，料愈来愈大”的结果。为了让冲裁模架能够使用的更久，下面就

依次讨论：

在进行落料加工时，想让凹模磨损后(变大)依旧可以制造出满足要求的产品(落料

愈来愈大)，选择凹模刃口边缘的大小作为零件公差范围内的最小参数取值。

在进行冲孔加工时，想让凸模磨损后(变小)依旧可以加工满足要求的产品(孔愈来

愈小)，选择凸模刃口边缘的大小作为零件公差范围内的最大参数取值.

③选择合适的公差带：凸模和凹模刃口尺寸的精度得比零件的精度要求高2〜3级才

可以。

冲压件的精密度为IT13,因此凸模和凹模的制造公差为ITlOo

(2)凸模和凹模刃口尺寸的计算

制造方法：在生产过程中，有两种制造凸、凹模具的方法：形状不复杂，制造可以按

照相互交换的原则进行；复杂形状，按配合加工原贝！组织生产(配合加工法)。

互换制造中冲头和凹模刃口边缘大小的计算

利用计算方法，冲孔的设计标准是凸模。设加工件孔的尺寸是若％先把凸模大小确

定下来，让凸模的大小基本上和制件的最小极限尺寸相同，再把以下数值相加C

凸模：

dp=(d+xA)&

(3-1)

凹模：

dd=(d+xA+Zmin)J6d

(3-2)

落料时(设落料件的落料尺寸为D：)

凹模：

5d

Dd=(D-xA)J

(3-3)

凸模：

DP=(D-x△-Zmin)%p

(3-4)

式中，D,d一一落料工序、冲孔工序时的零件尺寸，mm；

Dd、DP一一落料凹模、凸模刃口尺寸，mm；

dp、dd——冲孔凸、凹模刃口尺寸，mm；

A------工件公差，mm；

8P>3d------凸模和凹模选取的公差，mm；

11

第3章冲裁过程的计算

磨损系数

使用交换法进行刃口边缘数值计算时，应注意

①因为零件的外形和大小不同，模具会发生不同的磨损，因此引进了一个参数X。工

件公差为凸模0.02A/mm,凹模0.03A/mm,根据磨损系数表差得非圆工件x=l,圆形工件

x=0.75

②如果想让冲裁间隙选择的准确恰当，3p+3d应该小于等于Zmax-Zmin的值;不然，模

具的初始间隙就会超出Zmax(模具寿命降低)0

一般情况下，取：

3P=0.4(Zmax-Zmin)=0.008mm

3d=0.6(Zmax-Zmin)=0.012mm

工位1冲孔

①冲中2的孔

A=0.02A/mm,8p=().()()8,3d=0.()12,x=0.75；

mm

dp=(d+xA)?sp=(2+0.75x0.02)5.0008=2.015%008

△=0.03A/mm,3P=0.008,3d=0.012,x=0.75：

dd=(d+xA+Zmin)J5d=(2+0.75x0.03+0.06)°012=2.0825g012mm

②冲中3的孔

△=0.02A/mm,6p=0.008,6d=0.012,x=0.75；

dp=(d+xA)?.gp=(3.75x0.02)2o008=3.015%008mm

△=0.03A/mm,bp=0.008,8d=0.012,x=0.75；

dd=(d+xA+Zmin)J5d=(3+0.75x0.03+0.06)^012=3.0825gol2mm

③冲①12的孔

△=0.02A/mm,6p=0.008,6d=0.012,x=0.75；

dp=(d+xA)26P—(12+0.75x0.02)%008=12.015%Q08rnm

12

第3章冲裁过程的计算

A=0.03A/mm,6p=0.008,6d=0.012,x=0.75；

dd=(d+xA+Zmin)J5d=(12+0.75x0.03+0.06)^012=12.O825go:2mm

工位2落料

A=0.02A/mm,3P=0.008,6d=0.012>x=l；

dp=(d+xA)%p=(58.16-0.02-0.06)%OO8=58.08%OO8mm

A=0.03A/mm,3P=0.008,6d=0.012»x=l；

D=(D-xA)J6d=(58.16-0.003)：0%8.157产mm

3.3冲裁工序力的计算

冲裁工序力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力等，

1)冲裁力

冲裁力就是在冲裁中产生的力，也就是凸模和匹模互相工作时，使条料沿垂直方向将

条料裁开的力。通常使用Fc代表冲裁力，可按下式计算

Fc=KAi=KLtT

(3-5)

式中,Fc——冲裁力，N：

K——系数，常取K=1.3；

A----冲裁断面面积，mm；

T----材料的抗剪强度，MPa；

L---冲裁断面的周长，mm；

t----零件的厚度，mm。

Fc=KLti=1.3x(54.16x2+26x2+47)xO.5x3OO=33.71KN

2)计算卸料力R、推件力Ft、顶件力Fd

卸料力:冲裁后，将零件或废料从凸模上卸下来所需的力，称为卸料力卸料力(Fx)。

推件力：沿着工作的进度在凹模的型腔里面把零件推出来的力，叫做推件力(Ft)。

顶件力：沿相反进度从凹模型腔中把制件或废材顶出来的力.叫做顶件力(Fd)。

不过要是想准确地计算出这些力并不容易，在生产中常用下式进行估算：

Fx=KxFc

(3-6)

Ft=nKtFc

(3-7)

13

第3章冲裁过程的计算

Fd=KdFc

(3-8)

式中，Kx、Kt>Kd——卸料力、推件力、顶件力系数；

Fc——冲裁力，N；

n---固定时间内陷在凹模里面的成型零件或废材的多少，n=h/t；

h——凹模凹槽口的垂直高度值，mm；

t——板料厚度，mmo

查卸料力、推件力、顶件力系数表得Kx=0.05,KL0.()63、Kd=0.08

根据凹模凹槽口的垂直高度值选取h=4,则n=h/l=8

Fx=KxFc=0.05x33.711KN=1.68KN

F(=nKtFc=8xO.O63x33.711KN=16.99KN

Fd=KdFc=0.08x33.711KN=2.69KN

3)冲裁工序力(F)的计算

冲裁工序力的计算应根据冲裁模的具体结构形式单独考虑.

①使用刚性卸料和自然下落出件，模具承担卸料力，因此不需要计算在内。所以冲裁

工序力可按下式计算

F=FC+Ft

(3-9)

②使用弹性卸料卸料和自然下落出件，冲裁工序力可按下式计算

F=FC4Fx»Ft

(3-10)

③使用弹性卸料和上端取件，冲裁工序力可按下式计算

F=Fc+Fx+Fd

(3-11)

本次设计采用刚性卸料和自然下落出件，所以工序力计算为：

F=FC+Ft=33.71+16.99=5O.7KN

(3-12)

3.4冲裁压力中心的确定

冲裁时力结合的汇聚点叫做冲裁压力中心。在生产时，压力机和模具想要正常运行的

话，结合力的汇聚点必须在压力机滑块的中线上。不然的话，在工作时，会产生额外的弯

14

第3章冲裁过程的计算

矩，使得模具和压力机滑块改变位置，凸模和凹模的间隙将随之变化，直接导致了导向零

件的磨损加剧，损坏模具刃FI和其他工作部分，严重时使得压力机导轨破坏，压力机精度

被破坏。所以，在加工设计时，一定要找好压力中心，让它和模柄在轴线上，以此来使得

汇聚的力的结合点与压力机的滑块中心相合。

确定简单形状的压力中心

①直线段：压力中心为直线段的中心

②弧线段：圆心角是2a的弧线段，可按下式处理

Co=(57.29/Q)Rsinu

L=2Ra/57.29

(3-13)

式中，Co——圆弧段的压力中心坐标值，mm；

R----圆弧段的半径，mm；

a一一圆弧段的中心角的一半，(°)

L——圆弧线段的弧长

③对称的制件：力结合的汇聚点就是刃口边缘形状的形状中心，例如三角形的中心在

重心上，矩形的中心就是对角线的交点。

该冲压件形状简单并且对称，所以可以选择圆心作为压力中心。

3.5冲压设备的选择

根据计算得到的数值结果，采用J23-6.3型可倾斜式双柱开式曲柄压力机，参数见表

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第3章冲裁过程的计算

压力机参数表3-1

型号J23-6.3

公称压力（kN）63

滑块行程（mm）35

滑块行程次数（min」）170

最大闭合高度（mm）150

闭合高度调节量（mm）30

中心线与床身相距（mm）11()

立柱距离（mm）150

工作台尺寸前后200

(mm)左右310

垫板尺寸（mm）厚度30

孔径14()

模柄孔大小直径33

(mm)深度50

压力机体型大小前后776

(mm)左右550

高度1488

机床仰角极限值（°）45

3.6本章小结

本章主要介绍冲裁过程中的计算，包括冲裁间隙，边缘尺寸，冲压过程力的计算，冲

压中心的选择，冲压设备的选择；接着根据所查阅的书籍，选用压力机的公称压力要大于

总压力，进而选取J23-6.3开式冲压机，并列出压力机的主要技术参数。

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第4章冲裁模零部件结构设计

第4章冲裁模零部件结构设计

4.1工作零件的设计

模具的工作部件是凸模和凹模，它们既直接肩负着冲压的重任，又在模具上起着决定

零件外形、大小和精度的重要作用，是极其重要的部分。在制造中，按照以下规定进行选

择：凸模和凹模一定要有良好的力学性能；结构简单，可靠，易于制造；方便调整、维修

和养护；因为刃磨后的凸模和凹模的布置对别的工位的凸模和凹模的布置会造成相互作用;

所以零件和浮动材料要适当、平稳布置。

4.1.1凸模设计

凸模设计，模具中的凸模结构，不管它的断面形状是什么样，它的基本结构都是由两

大部分组成：工作部分和安装固定部分。

凸模包括落弯曲部位外形凸模即冲导正孔凸模（图4.1、图4.2、图4.3）、落料凸模（图

4.4）和弯曲凸模（图4.5）。凸模选择轴向固定方法，数据视模具构造形式来选择。

计算凸模的长度，采用弹性卸料装置：

L=hi+h2+t+A

（4-1）

其中，t-----板料的厚度，mm

A------自由尺寸，mm

h2-----上模固定板，mm

hi-----固定卸料板，mm

它还囊括三个元素：固定板到卸料板的闭合时的长度，凸模的磨损状态，凸模陷入凹

模的深度0.5〜1亳米。因为弹性元件会被压扁回弹.，所以自由尺寸得大一点。

凸模的材料和技术要求：

凸模的常用材料有T1（）A,08A1、（）8、08F、1（）、15、20号钢一类的冲压钢。尾部回火

数值范围40〜50洛氏硬度，热处理工艺规定58〜62洛氏硬度。

条件要求按GB1435-1996《冲压模具制件标准准则》执行。凸模的普通常用执行标

准为：凸模末尾处与H模固定板的加工整体机身应抛光平整；使得边缘部分尖锐不缓和；

它的边缘处的峰谷不平度值Ra为0.9〜0.5pm；如果凸模直径过小，那么刃口边缘的位置

不能有孔。

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第4章冲裁模零部件结构设计

图4.2冲孔凸模2

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第4章冲裁模零部件结构设计

图4.3冲孔凸模3

图4.4落料凸模

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第4章冲裁模零部件结构设计

图4.5弯曲凸模