链片落料冲孔复合模设计

摘要

随着工业化与机械加工技术的发展，社会对冲压件以及冲压模具设计的要求

越来越高，研究设计符合实际生产要求的模具尤为重要。本课题设计了一款链片

的冲压模具，通过冲裁件工艺性分析即材料分析和结构形状分析确定了冲压模具

设计方案，是包含落料和冲孔两个工序的复合模。设计过程中分别对送料方式、

定位方式、卸料方式、导向方式做了详细的阐述。另外，对排样方式、冲压力做

了详细的分析和计算，最终确定了冲压设备的型号。

在冲压模具结构设计方面，送料采用自动送料机构，能够实现工件的自动化

生产，提高了生产效率的同时节约了人工成本；制件长为66mm,厚度为1mm,

制件厚度小、重量轻，所需卸料力比较小，因此采用弹性卸料板作为卸料方式，

弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚较薄的板料，由于有压料

作用，冲件比较平整；由于工件尺寸小，精度要求高，采用后侧导柱模架作为导

向方式，不但能省料•，而且导向精度也比较高。

在工艺参数的分析计算方面，首先确定了排样方式为直对排样方式，保证工

件尺寸和形状位置精度要求的同时，提高了材料的利用率。然后计算了搭边值、

步距、条料宽度、材料利用率。另外，分析计算了冲裁力、卸料力、推件力和总

冲压力，最终选定冲压设备。在此基础上，对冲压结构的总体布局和主要零部件

进行了二维AutoCAD制图和三维造型设计。该结构方案结构简单、成本低、操作

简单，易于实现机械化和自动化，满足模具结构设计要求，比较符合实际大批量

生产。

关键词：链片；冲压；模具设计；CAD制图

Abstract

Withthedevelopmentofindustrializationandmachiningtechnology,thesociety

hashigherandhigherrequirementsforstampingpartsandstampingdiedesign.This

subjecthasdesignedapunchingdieforthegasketwithChainsheet.Throughthe

processanalysisofblankingpieces,namelymaterialanalysisandstructureshape

analysis,thedesignschemeofthepunchingdieisdetermined.Itisacompounddie

withtwoprocessesofblankingandpunching.Inthedesignprocess,thefeedingmode,

positioningmode,unloadingmodeandguidingmodearedescribedindetail.In

addition,thelayoutmode,theimpactpressuretodoadetailedanalysisand

calculation,andfinallydeterminethestampingequipmentmodel.

Intheaspectofstampingdiestructuredesign,theautomaticfeedingmechanism

canrealizetheautomaticproductionoftheworkpiece,improvetheproduction

efficiencyandsavethelaborcostatthesametime.Theworkpiecediameteris66mm,

thethicknessis1mm,theworkpiecethicknessissmall,theweightislight,the

unloadingforcerequiredisrelativelysmall,sotheelasticunloadingplateisadopted

astheunloadingmethod,theelasticpressureunloadingplatehasthedoublefunction

ofunloadingandpressing,mainlyusedfortheplatewiththickerandthinnermaterial,

becauseofthepressureeffect,theblankingisrelativelysmooth;Becausethe

workpiecesizeissmall,theprecisionrequestishigh,USESthefourcornerstoguide

thecolumnmoldframetotaketheguidingway,notonlycansavethematerial,but

alsoguidestheprecisiontobequitehigh.

Intermsoftheanalysisandcalculationofprocessparameters,firstofall,itis

determinedthatthelayoutmodeisin-linelayoutmodetoensuretheaccuracyof

workpiecesizeandshapepositionandimprovetheutilizationrateofmaterials.Then

theedgevalue,stepdistance,stripwidthandmaterialutilizationratearccalculated.In

addition,theblankingforce,unloadingforce,pushingforceandtotalpunching

pressureareanalyzedandcalculated.Onthisbasis,thegenerallayoutofthestamping

structureandthemainpartsofthetwo-dimensionalAutoCADdrawingsand

three-dimensionalmodelingdesign.Thestructureschemeissimpleinstructure,low

incost,simpleinoperation,easytorealizemechanizationandautomation,andmeets

therequirementsofmoldstructuredesign.

Keywords:Chainsheet;stampingt;moulddesign;CADcartography

目录

第一章绪论...........................................................3

1.1课题的背景及意义...............................................3

1.2国内外研究现状.................................................4

1.3课题研究的主要内容和技术路线...................................5

第二章制件工艺分析...................................................6

2.1材料分析........................................................6

2.2零件结构.......................................................7

第三章冲裁方案的确定.................................................8

第四章模具总体结构的设计.............................................9

4.1模具类型的选择.................................................9

4.2送料方式的选择.................................................9

4.3定位方式的选择.................................................9

4.4卸料、出件方式的选择...........................................9

4.5导向方式的选择.................................................10

第五章工艺参数计算..................................................12

5.1排样方式的选择.................................................12

b.1.1排样及搭边值的计算.........................................12

5.1.2步距的计算.................................................13

5.1.3条料宽度的确定.............................................13

5.1.4材料利用率的计算...........................................14

5.2冲压力的计算...................................................14

5.2.1冲裁力的计算................................................14

5.2.2卸料力与推件力的计算.......................................15

5.2.3总冲压力的计算.............................................15

。•3J1\)J"।'L'彳••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16

5.4压力机吨位选择................................................16

第六章刃口尺寸计算..................................................18

6.1冲裁间隙的确定.................................................18

6.2刃口尺寸的计算及法则...........................................19

第七章冲压设备的校核与选定.........................................22

7.1冲压设备的校核.................................................22

7.2冲压设备的选用.................................................22

第八章总结..........................................................23

致谢.................................................................24

第一章绪论

1.1课题的背景及意义

当今，工业是代表国家的经济指标与经济实力，是经济发展的主导产业。中

国实现了工业的腾飞，成为发展中国家靠自己唯一实现具有完整工业化的国家，

中国机械制造行业迅速发展并不断壮大，在工业中占有不可或缺的地位，世界各

个国家和地区都能看到中国机械制造的产品。机械加工制造技术中具有代表性的

冲压模具制造技术，对我国经济产生了巨大的发展，促进了我国经济的发展。冲

压件的需求量越来越大，质量要求也越来越高，冲压工艺在基础工业中的地位和

对社会经济的影响显得日益重要。⑴

众所周知，冲压是制作五金制品的主要加工方法。一般有两种加工方法，其

中一种是在室温条件中对板料或条料施加一定的压力，使板料或条料切断或发生

变形，从而获取所需形状的零件，是冷冲压的加工方法。另一种方法是首先将冲

压板料或条料加热，然后再对材料施加压力，同样产生分离或是塑性变形而获得

特定形状零件，是冲压的热加工方法。由于冷冲压的加工方法不需要对材料加热,

对生产设备要求不高，所以成本更低、效率更高，是现代化加工中更为常用的加

工方法。在我们正常日常生活当中，冲压产品的随处可见。如：汽车底盘、不锈

钢饭盒、汽车车身、散热器片、油箱、餐盘、键盘内板、锅炉的汽包、易拉罐、

变压器的铁芯硅钢片、汽车覆盖件、子弹壳、打蛋器、风机风阀附件、自行车等

等。在日常生活用品的五金制品就高达90%以上为冲压所制作，另外，在电子制

品中高达85%的产品也由冲压所制作，可见冲压制品应用范围之广范。

总的来说，常规的冲压工艺根据其性质不一样而分为三类，其一是分离工序,

即分离产品；其二为成型工序，即成型具一定形状的产品；其三则是复合工序，

也就是组合工序。常见的分离工序有切边、落料和冲孔，它是将板材在模具的压

力下产生材料的分离，获得方孔、圆孔或是其他特定形状的工件；常规成型工序

有弯曲、拉深、翻边等，它是将板材在模具的压力下产生材料的塑性变形，同样

获得我们所需要的特定尺寸和形状的工件；所谓复合工序就是将多个工序集合成

一个工序，当然目的就是为了提高生产效率，如冲孔和落料两个工序合并为一个。

冲压模按工序组合程度可分为单工序模、复合模和级进模，还可以按冲压工艺性

第3页共27页

质分为冲裁模、弯曲模、拉伸模和成形模。采用冲压工艺，易获得形状复杂制件,

制造出其他方法难以制造的带有加强筋、起伏或翻边的零件，而且重复精度较高、

尺寸稳定规格一致、互换性好。如果采用多工序连续模，每分钟即可生产数十上

百件，短时间内完成送料、冲压、出件、排废料的工序，生产效率高，材料利用

率高，易于实现机械化和自动化。另外，冲压工艺操作简单，便于组织生产，大

批量生产时，产品成本低。

1.2国内外研究现状

近年来，我国冲压模水平有了很大提高，在模具的重量方面，现能生产重达

50吨以上的模具，而在模具生产的精度及粗糙度方面，有很多家大型企业已经

能够制造微米级冲模。在尺寸方面，已经能够生产大于3000毫米的大尺寸模具,

为模具制造业迈出新的台阶。

机械设计中的有力辅助是计算机辅助设计(CAD-ComputerAidedDesign)和

计算机辅助制造(CAM-ComputerAidedManufacturing),是将计算机技术和机械制

造技术应用到机械设计中，辅助我们更快捷更完美的进行机械设计。计算机绘图

技术以及数控加工技术己经在各个企业普遍使用，如美国Autodesk(欧特克)公

司的AutoCAD(AutodeskComputerAidedDesign),可以绘制任意二维图形及

基本三维图形，不仅在国内流行使用，在国际上也是应用最为广泛的软件之一。

它支持多种硬件设备和操作平台，能够在各个操作系统的计算机上使用，另外，

它还有具有较强的数据交换能力，即可以进行文件多种格式的转换，以获得我们

在特定设备上能打开的格式。UG(UnigraphicsNX)是SiemensPLMSoftware

公司出品的一款软件，是交互式CAD/CAM系统，是一款强大的设计软件，可

以轻松实现多种复杂的实体的构建，特别是UG・NX的加工模块，可以创建刀具

和加工工序，实现对零件的模拟加工并可以自动编程，应用到数控加工中的定心、

钻孔、攻丝等，是模具行业主流的三维设计软件c⑹三维软件Pro/Engineer是美

国参数技术公司(PTC)旗下的一款软件，它有草图绘制、零件设计、装配设计、

镀金设计和加工处理等模块，用户可以根据自身需要选择不同的模块，将

CAD/CAM/CAE一体亿，是目前主流的CAD/CAM软件之一。

目前我国冲压模的设计与制造能力已经有较高水平，江浙一带以及珠江三角

洲一带是许多企业进行冲压模具设计与制造的集中区域，冲压模具无论在数量、

第4页共27页

质量方面还是在技术和生产方面都有明显的进步和发展，但是与部分发达国家相

比，仍存在着差距，部分大型模具、高精密模具以及结构复杂的模具仍然需要进

口，比如高档轿车和大中型汽车的覆盖件模具，所以，我们更应该快速发展模具

设计与模具制造的发展水平，通过不断提高设计能力和制造能力缩短与世界的差

距。在科学发展观指导下，在国家政策下，我国在模具行业自主创新与研发能力

显著提升，相信在以后冲压水平必然更强，不输于发达国家。

1.3课题研究的主要内容和技术路线

本课题将对链片的冲压模具进行完整的设计，通过查阅国内外文献资料，在

己有的模具设计研究基础上，拟定模具设计方案并进行工艺参数计算，设计一款

适应目前生产技术的链片冲压模具。

首先，根据链片的使用和用途对其进行材料分析；

具次，确定链片冲裁方案，方案的合埋性与可行性关系着链片的生产效率和

生产质量，是整个看课题的关键内容。

第三，确定冲压模具总体结构，包括模具类型的选择、送料方式的选择、定

位方式的选择、卸料出件方式的选择和导向方式的选择。

第四，工艺参数的确定，包括排样方式、冲压力的计算等。

第五，冲压设备的校核与选定。压力机种类多种多样，根据工序性质、冲压

件几何尺寸、模具的外形尺寸和冲压力大小来选择适合本产品加工的冲压设备。

|零件分析、需求砺

初步方案确定

冲压模具详细设计方

案

修

改

图1-1链片模具设计技术路线

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第二章制件工艺分析

材料：Q235A；

材料厚度：1mm。

在对模具设计之前，需要根据模具对应的零件进行工艺性分析，在满足其使

用要求下分析根据模具制造零件的可行性以及经济效率。对于冲压制品来说，能

将零件以最合理最经济的方法加工出来即能说明零件根据模具制造加工的可行

性；而为了控制生产效率，在保证质量的前提下看能否通过工艺来降低产品的生

产成本。。虽然工厂的设备条件和加工条件影响产品的质量，但是应当从零件的

材料和零件的结构等主要方面进行分析。本文将从这两个方面进行链片的工艺分

析，来阐述此制品的加工可行性与经济性。

2.1材料分析

链片的材料为Q235A,为普通碳素钢，其化学成分含量如下：碳（C）为

0.05%-0.15%、镒（Mn）为0.55%-0.75%、硅（Si）为01%、硫（S）为W0.03%、

磷（P）为4）.035%,抗拉强度N295Mpa,屈服强度W235MPa,伸长率与5%,断

面收缩率次0%,未热处理时的硬度S31HB。其强度和硬度很低，钢韧性和塑性

极高，具有良好的冷加工性能和焊接性能，能够深冲、拉延和弯曲等，主要用来

制作冷冲压制品，适合冲裁。这种材料很常见，市场易购，价格适中。

第6页共27页

2.2零件结构

链片的结构和尺寸如图2-1所示，此工件毛坯长66mm,厚度为1mm,绘片

的尺寸精度不高，产品形状类似于矩形冲压件。

（1）链片零件整体结构简单，即一垫片带两个圆孔，产品为对称件，排样

时废料不多，能有效降低了生产成本，符合经济性要求；

（2）零件外形没有尖锐的棱角，故内应力较小；

根据分析该链片零件，可以看出成型制件需要落料、冲孔两个工序，将外部

轮廓视为落料，内部的圆形孔视为冲孔，而在冲模中，复合模具可以成型多道工

序，即可以-•次成型包括冲孔、落料等工序，故采用复合模冲压工序加工链片的

落料冲孔工序。大批量生产时，采用复合模能够大大提高生产效率，生产效率提

高的同时能够降低冲压生产成本。

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第三章冲裁方案的确定

通过第二章对来链片的工艺分析，获知工件具有落料及冲孔两个个主要工

序，所以我们制定了以下两个设计生产方案。

方案一：采用结构较为简单的单工序模具完成两个工序，首先需要在毛坯上

进行落料工序成型零件的外形部分，然后再进行冲孔工序完成零件内部的两圆

孔。需要两套模具完成。

方案二：采用组合模具形式，将两个单工序模具组合成一套复合模，直接在

毛坯上完成零件的外形和内孔，仅需一套模具。

方案对比：

方案一：单工序模具在冲压机上的一次冲压行程中，仅仅能够完成一个工序,

在完成零件外形的落料工序之后，只能采用人工或是机械手将制件取山来，然后

移入下一工序进行冲孔，所以工件要经过两个工序的加工才得以完成。虽然这两

副模具设计简单、制作简单、维修方便，适合形状简单的工件，尺寸不受限制，

但是这种方式造成模具数量较多，在生产过程中需要来回更换模具，这样使用一

点也不方便，操作还困难，最为关键的是这样会导致产品的精度无法得到有效保

证，适合低精度IT14级以下的工件加工。产品的报废率相应增加，在生产过程

当中费力又费时，不满足有效生产效率，还增加人工成本及时间成本。

方案二：复合冲裁模在一次行程中，在冲模的同一工位上同时完成内孔和外

形两种工序，适合中高级精度IT8-10级的工件加工。虽然复合模比单工序模模

具零部件加工较困难，成本稍高，但与其他冲压模具对比，就不难发现这样成型

的工件同轴度很好，相对来说尺寸精度也高，零件表面质量能够保证、对称度位

置精度高。最为关键的是这样能够有效提高生产效率，且不受板材外形尺寸的精

度限制。此链片需要落料及冲孔两个工序，落料、冲孔为复合模。生产批量越大,

提高生产率就显得尤为重要，复合模可以成倍的提高生产率，完全能满足大批量

生产要求。

综上所述，使用复合模具的方案比较合理，不但可以满足产品精度要求和实

际大批量生产的需要，还可以节约时间、人工成本，也就能够显著提高生产效率,

所以选定第二套方案进行冲压模具设计。

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第四章模具总体结构的设计

4.1模具类型的选择

通过第三章对工件的工艺分析详细阐述，以及各个设计方案的对比，决定采

用冲孔落料复合模作为模具的总体结构。并遵循以下原则：在保证能冲裁出符合

质量要求零件的前提下，需要使模具的结构不复杂，模具的成木足够低，寿命足

够长以满足产量需求，而且模具操作方便、安全可靠。

4.2送料方式的选择

随着工业的快速发展，对冲压技术的自动化生产提出越来越高的要求，送料

机构作为冲压生产中的重要组成部分，影响着整个冲压的生产水平包括生产效率

的高低和生产质量的好坏。我们需要研发和创新各种机构或配置相应的自动化辅

助设备，以实现零件的自动化生产，对于本课题的冲压模具来说，送料方式的自

动化程度尤为重要，将影响整个生产进程的效率。对于精度较高、运速较高的压

力机，使用普通的压力机不能满足产品的精度要求，在本次设计中，采用自动送

料机构。所采用的自动送料机构可以按照规定的要求以及编程人员给定的程序进

行自动工作，操作者进行控制该机构的程序而不用直接操作，即可把条料从一位

置输送到另一位置，从而配合冲床自动化生产。综合来说，自动送料机构精度较

高，而对操作人员来说操作也简单，仅需在该机构上预先设置进给量，对应的伺

服系统就会根据所设置的数值来具体确定进给长度，还能控制工件的步距，操作

人员只需要观测该系统是不是正常工作，不必每次使用都要调整。自动送料装置

不但能够满足工件的自动化生产，还能够显著提升生产效率，同时也一定的减轻

了操作者的劳动强度。

4.3定位方式的选择

本课题用作冲压生产的原料为长条板料，长条板料的送进是靠导料销来完

成，在料带还没进入模具之前先将料带导正，使釜料与模具平行，并依靠自动送

料机构将板料压紧。

4.4卸料、出件方式的选择

因为分析该制件，其壁厚仅为1mm,相对来说厚度一般，可以得知其相应的

卸料力也不大，因此可以考虑使用常用的弹性卸料板，成本低，结构简单，其工

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作过程为在凸模完成冲裁后，根据弹性橡胶自身的弹力来使凸模和冲裁材料进行

分离。平稳的卸料力有助于卸料的正常进行，不过弹簧或是橡胶的失效和损坏会

影响工件的质量和模具寿命，卸料板的不平稳运动也会影响卸料速度，加速凸模

的损坏速度，可以应用限位螺钉的配合来对弹性卸料板导向。应用导向元件对卸

料板导向能够有效保证卸料板在卸料时平稳运行，不但提高工件质量、提高生产

效率，而且降低了凸模的磨损程度。

4.5导向方式的选择

导向方式一：采用对角导柱模架。这种导向的方式特点在于其两个导致进行

模具工作时的导向，且两个导柱成中心对称，在对角线的两个先上。其前后左右

都可以送料，而且导向平稳不歪斜，常用在落料模、复合模以及级进模中，工作

速度较快的压力机常选用对角导柱模架，如图47所示。

图4-1对角导柱模架示意困

导向方式二：采用中间导柱模架。此导向方式有两个导柱进行导向，两个导

柱在对称线上呈左右这称，为了避免装配模具时位置装反，所以两个导柱的长度

和直径都不相同，如图4-2所示。

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图4-2中间导柱模架示意图

导向方式三：采用四导柱模架。此导向方式有四个导柱作为导向，四个导柱

分别安装在模具四个角的位置，呈中心对称。其导向精度比较高，适用于生产尺

寸比较大、批量较大的工件，如图4-3所示。

切“广国

图4-3四导柱模架示意图

导向方式四：后侧.导柱模架。而这样的模具特点在于其各方向不受限制，在

生产时操作和送料都方便，但是这种模架不能够使用浮动模柄，如图4-4所示。

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!T)

I

图4-4后侧导柱模架示意图

导向方式对比：对角导柱模架不如其他三种模架的导向精度高，前后左右都

可以进料，然而两个导柱的位置限制了放、取件；而中间导柱模具则无法进行左

右送料，虽其导向平稳但不易采用；至于四导柱模具同样也会限制放、取件，虽

然它的导向是最好的，但是仅适用于大型模具。后侧导柱模具精度不差，各方向

都能进料，放便放件、取件，比较适合中小型模具。首先分析工件，由于工件尺

寸较小，精度要求比较高，综合比较我们选择后恻导柱模架。

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第五章工艺参数计算

5.1排样方式的选择

排样方式是指冲压件在板料或者条料上的布置方式，合理的布置方式能够节

约板料或条料，从而节约生产成本。冲压生产中的制品多种多样，排样方式也多

种多样，在选择和设计排样方式时，也不能一味追求节省材料，还要考虑工件的

加工精度，把握好生产成本与加工精度的关系，选择符合生产需求的排样方式。

若排样紧凑，废料极少，但是工件的尺寸精度却很低，不符合生产工件精度需求,

应适当增加工件与工件之间的距离；若工件尺寸精度要求不高，而排样时工件之

间的距离却很大，就会造成材料的浪费，从而增加生产成本。废料分为两种：工

艺废料和结构废料。

在对制件的排样设计当中，根据冲裁件在板料上的布置方式，排样形式有直

排、单行排、多行排、斜排、对头直排和对头斜排等多种排列方式。因为工件精

度要求不低，根据实际的需要可以采用少废料的排样方式。采用复合模生产的方

式，由于考虑板料的进料方式，所以工件采用直排排样方式，如图57所示。

5.1.1排样及搭边值的计算

所谓的搭边也就是冲裁模具在排样时，相邻的两个制件中间的间隙造成的材

料余量或者制件与毛坯料边之间的材料。搭边是模具排样设计过程当中非常重要

的一个工艺参数，其有两个主要作用，其一就是月来补偿定位时的误差，由于模

具在生产制件过程中可能因坯料宽度误差、步距误差等各种原因从而导致成型出

不满足客户需求的残废品。第二个作用就是需要保证坏料具有一定的强度和刚

度，这样才能够有效保证坯料送料顺畅，从而能够对成型制件的质量能够有所提

升，使得冲裁成为沿着封闭的轮廓线来进行，这样工件的四周受力相对来说较为

平衡，也就能够保证工件的断面质量，还因模具受力均匀使其寿命能够得到提高。

搭边本质上来说是废料，按道理其值应该越小越好，毕竟这样才能节省材料,

但是从模具角度考虑，搭边小的话，搭边废料很容易在冲裁过程中随着凸模挤进

凹模，会对凹模的刃口进行磨损起刺，使得模具尤其是凹模的寿命大打折扣，还

会造成工件断面不整齐，断面质量无法得到保证。此次模具设计其卸料方式为弹

性卸料，根据工件的厚度和材料最终确定其最小的搭边值为1.5mm,这样在保证

质量的前提下也保证了成本的节省。

第12页共27页

5.1.2步距的计算

步距是在冲压生产过程中，工件或条料每次进给的距离，是生产完一个工件

后进行下一个冲压生产时向前移动的距离。从排样上，首先在工件上选取一点，

然后再其相邻的工件的同一位置选取另一点，两点之间的距离就是步距。送料方

向上工件轮廓尺寸的最大值与搭边值之和就是步距的大小值。可见，步距是由工

件尺寸的大小和搭边值的大小来决定的。

步距可定义为：

S=L+b(5-1)

式中S—冲裁步距；

L—在送料方向上毛坯尺寸的最大值；

J沿送进方向的搭边值。

根据该冲压件的外形轮廓可知，在坯料丁作时送料方向上，该制件最大轮廓

长度为66mm，根据之前分析得到的最小搭边值为1.5mm,所以我们确定步距为:

S=L+b

=67.5mm

5.1.3条料宽度的确定

所谓条料宽度，除去制件的宽度之外，就是在制件两侧的搭边废料，条料宽

度就是制件宽度加上搭边废料在模具工作时，为了保证送料的顺利进行，需要

使得条料宽度的值为负公差，否则容易造成条料在模具中卡死影响生产。

宽度计算公式如下⑸：

8=(0+2〃).(5-2)

式中B—L形板弯曲件所需条料的宽度；

D—工件在宽度方向的尺寸；

a—侧搭边最小值；

△—宽度偏差。

条料的宽度确定公式如下：

8=(24+2x1.5)00,

-77°

-27-0.5

第13页共27页

5.1.4材料利用率的计算

材料利用率是冲压模具中常见计算，也是模具设计的重要参数之一，所谓材

料利用率是指冲压工件的面积与冲压所需材料的面积比值（％）。

材料利用率定义为：

n=A/BSxlOO%（5-3）

式中n—材料利用率

A——个步距内工件的实际面积（mn?）；

B—条料宽度（mm）；

S—冲裁步距（mm）。

n=A/BSxlOO%

因受工件形状影响，按此排样方式材料利用率为72.9%。

5.2.1冲裁力的计算

冲裁力顾名思义也就是模具在工作过程中成型部分零件凸模成型制件时对

坯料施加的外力，冲裁力不是一成不变的，根据坯料进入凹模的深度随时变化，

而我们为了保证冲裁力足够大来保证冲裁得以完成，需要计算出在整个过程中冲

裁最大的力，这样才能够选择成型设备。

冲裁力公式：

F=KLti^F=g（5-4）

式中L---链片周边长度（mm）；

t---材料厚度（mm）;

T——材料抗减强度（MPa）；

K——系数。修正系数，因冲裁过程受各种因素影响。一般和模具刃口的

第14页共27页

磨损钝化有关系，其他影响因素还包括模具间隙的波动，材料力学

性能和厚度波动等，因此冲裁力应适当增大，在一般设计的过程中

我们取K=1.3。

(rh----材料的抗拉强度(MPa),一般情况下，材料的巧,=1.3z,取

crh-470Mpa。

计算得：「我力=102.2kN

5.2.2卸料力与推件力的计算

在模具进行冲裁时，工件容易卡在凸模或者凹模上，我们需要将其卸下了，

不然后面模具无法进行下一次工作，将其卸载下来的力即卸料力，将其推出来的

力则是推件力。卸料力和推料力与板料或是条料的尺寸、厚度以及重量有关，与

模具的刃口间隙值有关。合理的卸料力与推件力可以提高生产质量与生产效率，

卸料力和推料力可以依据以下公式5-5和5-6来计算：

品=(5-5)

%(5-6)

式中产——冲裁力(N)；

K邳、K推、K顶——分别为卸料力、推件力、顶件力系数。

这套模具设计采用弹性卸料，冲孔的废料会通过模具下模的漏料孔落出去，

入数据进行计算得：

(5-7)

%=0.045

通过查表得

K推=0.055

通过计算得出卸料力和退料力:

7^=0.045x102.2=4.6^

4=0.055x115.5=5.6KV

5.2.3总冲压力的计算

模具总冲压力为模具各个工步的冲压力总和。

F总=乃巾+%+尊=102.2+4.6+5.6=112.4/GV

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5.3压力中心确定

压力中心是工件成型时所受到冲压力的中心，这个中心需要保证跟冲压设备

上的滑块压力中心保证一致，否则模具将会偏心，模具受力偏离冲压设备，这样

会导致冲压设备上的滑块与导轨有非常大的摩擦，冲压设备会有偏心载荷，而且

同时模具的导向零件也会有侧向载荷，使其磨损加速，最终将会造成冲压设备和

模具使用寿命都明显下降。

冲模的压力中心，可按卜述原则来确定：

(1)对于简单的单个对称零件来说，模具的中心自然就在工件的中心，也

就是冲压制品的几何中心。

(2)而对于工件相同而且满足对称分布的多个零件来说，这多个零件的对

称中心自然也是受力中心，模具中心也就在这对称中心出。

(3)至于那些形状复杂的制件，压力中心就不好确定了，需要进行一系列

的计算才能得到，而在数学上可以采用解析法来解决这一问题。

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X。，Y。(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=(LX+L2X2+…・・•LtIX,.)/(L,+U+……LJ(5-8)

Yo=(LM+L2Y2+……UYn)/(L-L2+……L”)

式中：心-压力中心的横坐标；

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。

分析本制件图2-1可知，该图关于中心对称，外轮廓为中心对称。所以压力

中心即为工件的几何中心，坐标为(0,0)o

5.4压力机吨位选择

本模具在冲裁过程中总的冲压力F恳=112.4KN,初步我们开始选择压力机

型号为J23-16压力机，具体参数如下。

表5-1开式压力机规格及参数⑼

型号J23-10J23-16J23-25J23-35J23-63

公称压力/KN100160250350630

滑块行程/mm455565100120

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最大闭合高度/mm24028031035038()

闭合高度调节/mm135145155160170

滑块中心线至床身距离/mm13016020020030()

前后150180220220300

滑块底面尺寸/mm

左右170200250250260

模柄孔尺寸/mm直径3040404050

深度3560606080

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第六章刃口尺寸计算

模具的凸模，又称上模、阳模、冲头等，是冲压模具最主要的工作部件之一。

凸模以外形为工作表面的零件，用于成型工件的圆孔、方孔或是其他复杂形状的

内表面。由于工件板料的强度、刚度比较大或是废屑的堆积容易导致凸模严重磨

损，甚至断裂，由于操作不当亦会导致凸模的磨损及断裂。不断的磨损致使凸模

的尺寸越来越小，更换模具必然会增加生产成本，而且部分模具制作周期长、制

作过程复杂，所以有效降低模具的磨损是进行模具设计必须考虑的因素。而制作

合理尺寸的模具可以减小模具在冲压生产过程中的磨损，所以需要对模具进行刃

口尺寸的分析和计算。

模具的凹模，又称下模、阴模、型腔等，也是冲压模具最主要的工作部件之

-O同凸模相对应，是以内表面为工作面，成形工件的特定外部轮廓。伴随着不

断的冲压生产加工，凹模不断的磨损，凹模的尺寸也越来越大，久而久之，凹模

内便堆积许多废屑，间接加速凹模的损坏。对凹模进行刃口尺寸计算很重要，合

理设计凹模的结构形式也同样重要，内壁形状一般要做成锥形而不是直形，可以

有效减缓凹模的损坏。

凸凹模是冲压模具的复合模，在冲孔与落料仅用一个工序完成的情况下，冲

孔时起凹模作用，落料时起凸模作用，所以称为凸凹模。无论是凸模、凹模还是

凸凹模,模具的磨损使模具的尺寸不断变小或变大，使工件的加工精度不断降低,

严重的模具磨损还需要进行模具维修，耗时耗力，甚至导致模具失效需更换模具

增加成本，以下将对链片冲压模进行刃口尺寸计算，以获得合理的凸凹模、凸模

尺寸。

6.1冲裁间隙的确定

O凸模与凹模之间的间隙成为刃口间隙，板料或材料的厚度不同则刃口间隙

值也不同，应当合理选择刃口间隙值。太小的刃口间隙值会由于冲压力或是工件

的胀力导致凹模胀裂，另外，刃口间隙也不能过大，对于刃口复杂的模具可以适

当增大刃口间隙。一般冲裁间隙的值因计算不方便可查表得出，双面间隙表如下:

表5-1冲裁模初始双面间隙Z（单位：mm）

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08、10、20、

材料

35、16Mn40、5065Mn

厚度

09Mn、Q235

ZininZinaxZminZmaxZminZmaxZminZmax

小于

极小间隙（或无间隙）

0.5

0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.060

0.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.072

0.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.092

().80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.092

0.90.0920.1260.0900.1260.0900.1260.0900.126

1.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0900.126

1.20.1260.1800.1320.1800.1320.180

1.50.1320.2400.1700.2400.1700.240

1.750.2200.3200.2200.3200.2200.320

2.00.2460.3600.2600.3800.2600.380

2.10.2600.3800.2800.4000.2800.400

2.50.2600.5000.3800.5400.3800.540

根据该制件的材料及厚度可知，该冲裁模的初始双面间隙最小值Z*为

0.100,最大值Zmax为0.140。

6.2刃口尺寸的计算及法则

合理的刃口间隙值与合理的凸模、凹模刃口尺寸公差，有利于提高模具生产

加工精度和工件的质量。模具的刃口计算需要有相应的依据和法则，根据凸模和

凹模在冲压生产加工过程中的变化获得相应规律，辅助模具刃口的计算，主要体

现在以下几个方面：

（1）冲裁断面都有锥度，落料件的光亮带处于大端尺寸且等于凹模尺寸，

冲孔件的光亮带处于小端尺寸凡等于凸模尺寸；

（2）凸模在磨损过程中尺寸越来越小，凹模在磨损过程中尺寸越来越大，

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导致凸凹模之间的间隙越来越大；

根据冲压模在生产过程中的磨损规律，在计算刃口尺寸时应遵循以下原则：

(1)对于落料模，先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙值取在凸模

上，即凸模刃口尺寸=凹模刃口尺寸-最小合理间隙值。对于冲孔模，先确定凸模

尺寸，以凸模为基准，间隙值取在凹模上，即凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+最小

合理间隙值；

(2)对于落料模，凹模基本尺寸应接近或笔于工件轮廓的最小极限尺寸。

对于冲孔模，凸模基本尺寸应接近或等于工件孔径的最大尺寸；

(3)冲压模具设计的间隙值一般选用最小的合理间隙值；

(4)合理的模具刃口间隙值能提高模具的精度，但也要考虑工件的加工精

度，不能只一味提高模具的加工精度而使工件加工精度降低，

(5)磨损后大小无变化的尺寸标注双向公差，其他T件或模具的尺寸公差

标单向公差。

模具刃口尺寸有两种计算方式，其中一种计箕方式是分别加工凸模与凹模图

样的计算方法。此种方法的优点是具有互换性、制造周期短，缺点是不易保证模

具的最小合理间隙值，需提高加工精度，进而增加了制造难度；另一种方式是凸

模与凹模配合加工的计算方法，先计算出其中一个凸模或者凹模的尺寸，然后通

过最小合理间隙配合加工另一个模具的尺寸。第二种算法的凸凹模间隙由配合来

保证，虽然没有互换性、制造周期相对较长，但是其最小合理间隙值容易保证，

加工工艺比较简单，降低模具的生产成本，所以采用凸凹模配合加工的方法。

(1)凸凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断增大…第一类尺寸A

Aj=(Amax-XA)；於

(2)凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断减少…第一类尺寸B

Bj=(Bmin4-XA)°!

-△

4

(3)凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不变化…第一类尺寸C

Q=(Cinin+—△)，△

其中，X为磨损系数，

查表得：

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工件精度IT10级以上x=l

工件精度IT1-IT13x=0.75

工件精度IT14x=0.5

因为本工件尺寸精度按ITU执行，所以取x=0.75即可。

在所有的尺寸中，

A类尺寸：024廿J20±0.26

B类尺寸：09；°"

C类尺寸：42±0.31

表6-2工作零件刃口尺寸计算

尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸

024打$024.04A

AA/=(AIIHX-XA)；＜,/4)A

20±0.2619.87泮3

B网。」5为=(3min+xA)、/4)A削小

C42+0.31Q=Cmin±-41.68+0.155

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第七章冲压设备的校核与选定

7.1冲压设备的校核

模具的闭合高度也就是模具在完全闭合时的高度，冲压模工作时下模不动，

上模在冲压机的带动下上下运动，当其运动到最低点的时候，此时上模座最顶面

到下模最低面之间的高度.这个高度必须满足压力机的装模高度相适应【⑶，压

力机的最大、最小闭合高度必须包含模具的高度，不然会导致模具无法安装。需

要注意的是模具的闭合高度与压力机的闭合高度不同，在生产操作中，不能简单

的将压力机的闭合高度与模具的闭合高度等同。随着压力机设备使用年限的增

长，设备的老化程度不断增加，生产过程中难免发生设备卡主的情况，而若此时

模具没有闭合，那么模具的限位柱会压在模座上，致使模具严重损伤。

模具闭合高度可以通过图纸，将各个板的厚度或者高度相加求得。

该模具闭合高度：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h(7-1)

式中：L.冲孔凸模长度；

H-凹模厚度；

h-冲孔凸模冲裁后进入凹模的深度h=lmm。

根据公式(7-1)得模具的闭合高度为：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h

=161.5(mm)

通过以上计算，链片落料冲孔符合模的闭合高度为161.5mm,通过表5-1压

力机规格及参数表查询到J23-16型号的压力机最大闭合高度为280mm,闭合高

度调节为145mm,该模具的闭合高度在所选压力机闭合高度之间，符合模具设

计要求。

7.2冲压设备的选用

根据冲压设备的类型和工作特点，结合复合模的结构形式和尺寸大小、工件

的尺寸大小、冲裁力大小、复合模闭合高度、生产批量和生产成本，J23T6型

号的机械压力机可以满足各项生产要求。।⑼

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第八章总结

本次毕业设计的我完成的主要任务是链片模具的设计。在课题设计时•，最先

考虑的则是模具的整体结构设计，然后进行零部件的设计，并运用绘制了工程图

和模具三维，整个研究课题我完成了以下几个内容：

第一，链片冲压工艺分析，包括工件的材料分析和结构分析，同时结合以上

内容设计了本课题的技术路线，制定了复合模+单工序模冲裁方案。

第二，设计了链片冲压模具的总体结构，包括送料方式、定位方式、卸料出

件方式和导向方式等，在此过程中充分考虑到加工精度、加工成本和加工效率，

设计出了符合大批量生产的总体结构。

第三，排样图的设计，本次设计中我们采用了少废料的直排排料