齿形垫板的冲压模具设计

题目：齿形垫板的冲压模具设计

摘要

本次毕业设计的背景，就是为了满足日益增长的模具加工要求，和提高相对落后的模

具加工行业的水平。设计的主要目的是根据垫板的加工要求，设计一套加工模具，实现零

件的精密加工，完成零件的批量生产。主要设计内容包括：根据零件的结构尺寸、精度和

生产要求，对工艺过程进行有必要的分析，确定冲压工艺方案，最终明确生产零件的模具

的结构方案。计算生产零件所需的压力，进而进行初选压力机，根据分离加工的方法计算

出凸凹模具的边缘尺寸即刃口尺寸，在此过程中应考虑凸凹模具切削刃尺寸的变化，即考

虑磨损。在模具零件设计当中，主要设计零件包括凸模、凹模、凸凹模等，还要进行模架

的设计，校核所设计的零件和压力机等，之后将所设计的零件进行装配设计，完成冲压模

具的设计。最后画出模具的三维装备图和各个零件的零件图，并在二维图纸中完成尺寸标

注和相应的参数要求的标注。最后这次设计的意义就是通过对冲压模具的设计，熟悉模具

设计的一般过程和典型冬件的工艺过程及工序安排，使学生能够理论与实际结合，培养学

生的设计、计算和绘图能力。培养学生独立解决冲压范围内的工程问题的能力.

关键词：冲压模具；凸模；凹模；凸凹模

Abstract

Thebackgroundofthisgraduationdesignistomeetthegrowingdemandformold

processingandtoimprovetheleveloftherelativelybackwardmoldprocessingindustry.The

mainpurposeofthedesignistodesignasetofprocessingmoldsaccordingtotheprocessing

requirementsofthemats,toachieveprecisionmachiningoftheparts,andtocompletethemass

productionoftheparts.Themaindesigncontentsinclude:accordingtothestructural

dimensions,precisionandproductionrequirementsoftheparts,toanalyzetheprocessofthe

parts,todeterminethestampingprocessplanoftheparts,andthestructuralschemeofthemold

forproducingtheparts,aswellastodeterminethewidthofthestrip,andThemethodof

placementinthemold.Calculatethepressurerequiredtoproducethepart,andthencarryout

theprimarypress.Calculatetheedgesizeoftheconvexandconcavemold,thatis,theedgesize

accordingtotheseparationprocessingmethod.Inthisprocess,thechangeofthecuttingedge

sizeoftheconvexandconcavemoldshouldbeconsidered,thatis,thewearisconsidered.but

alsothedesignofthemoldbase,checkthedesignedpartsandpresses,etc.,thenthedesigned

partsareassembledanddesigned.Thedesignofthestampingdie.Finally,drawthe3D

equipmentdrawingofthemoldandthepartsdrawingofeachpart,andcompletethe

dimensioningandcorrespondingparameterrequirementsinthe2Ddrawing.Thedesignedmold

willpromotethelevelofmechanizationandautomationofChina'smoldprocessingindustry,

andwillalsomakeamodestcontributiontoenergysustainabledevelopment,whichis

undoubtedlythebestsupportforenergysavingandemissionreductionandlaborreduction.The

significanceofthislastdesignistofamiliarizethegeneralprocessofmolddesignwiththe

processandprocessarrangementoftypicalpartsthroughthedesignofstampingdies,sothat

studentscancombinetheorywithpracticetocultivatestudents'design,calculationanddrawing

skills.Developstudents'abilitytosolveengineeringproblemsindependentlyinstampingrange

Keywords:Stampingdie；punch；die；convexandconcavedie

目录

目录

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

1.1冲压模具.............................................................1

1.1.1冲压模具的现状...................................................1

1.1.2模具行业发展趋势.................................................2

1.2冲压加工.............................................................2

1.2.1冲压加工概念.....................................................2

1.2.2冲压加工特点.....................................................2

1.2.3冲压模具的分类...................................................3

第2章零件工艺分析.........................................................4

2.1零件的结构分析.......................................................4

2.2零件材料分析.........................................................4

2.3零件精度分析.........................................................5

2.4冲裁工艺分析.........................................................5

2.5模具结构的分析.......................................................6

2.5.1模具结构的确定...................................................6

2.5.2送料和定位方式...................................................6

2.5.3卸料和出件方式...................................................7

第3章工艺设计............................................................8

3.1排样和条料宽度.......................................................8

3.2冲压力及压力中心计算................................................9

3.2.1计算冲压力.......................................................9

3.2.2确定压力中心....................................................11

3.3冲裁模具刃口尺寸计算................................................11

3.3.1凸凹模刃口尺寸计算原则..........................................11

3.3.2凸凹模刃口尺寸计算..............................................11

第4章零件设计............................................................13

4.1凸模设计............................................................13

4.1.1凸模的结构类型与固定方法........................................13

4.1.2凸模的材料与硬度................................................13

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4.1.3凸模的长度确定..................................................13

4.1.4凸模强度与刚度校核..............................................14

4.2凹模设计............................................................15

4.3凸凹模的设计........................................................17

4.4定位零件设计........................................................18

4.4.1定位零件的设计原则..............................................18

4.4.2挡料销...........................................................19

4.4.3导料销...........................................................19

4.5卸料和出件装置设计.................................................20

4.6导向零件与标准模架.................................................22

4.6.1导向零件........................................................22

4.6.2标准模架........................................................23

4.7模柄及支撑、固定零件...............................................25

4.7.1模柄.............................................................25

4.7.2凸模固定板......................................................26

4.7.3垫板............................................................27

4.7.4紧固零件的选用..................................................28

第5章模具总装配..........................................................30

5.1模具闭合高度........................................................30

5.2压力机校核..........................................................3()

5.3模具的装配图........................................................30

5.4经济成本分析........................................................32

总结......................................................................33

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

致谢......................................................................36

第1章绪论

第1章绪论

1.1冲压模具

1.1.1冲压模具的现状

经济的不断的发展带动了国家的所有行业水平的提高，我国的制造业水平也得到了大

幅度的增长，其中模具行业的增长也是显而易见的，也可以说是模具行业的进步也促进经

济的发展，所以模具在现代工业中的作用也越来越重要⑴。尤其是在改革开放以后，模具

行业的发展达到了一个高潮，开始展现出前所未有的开放性，极具的提高了整个行业的水

平。虽然目前我国模具工业的发展取得了•定的成绩，发展的规模也是庞大的，取得的成

绩也是显而易见的，但是与一些发达国家相比，我国的模具工'也还存在一些问题，能力上

还有所欠缺，这些都是制约我国模具工业发展的重要因素⑵。

在农业大国向工业强国转变的过程中，模具制造和加工技术的发展是其中最重要的内

容之一，冲压模具制造技术，作为当前模具制造加工技术中应用最为普遍的技术，在我国

的机械加工行业发展过程中，必须要对其进行一定的探讨，对其发展趋势进行研究，以确

定它的发展是有利于整个社会的发展，促进其合理的应用在制造业当中，这样才能够带动

我国国民经济的快速发展⑶。我国在冲压模具制造领域还有很长的路要走，应该建立在满

足社会需求的基础上进行大胆的改革，技术上要不断优化和创新，进而保证冲压模具的

质量以满足社会的需求⑷。下面就总结了我国模具制造与发达国家模具制造的差距，主要

为以下方面：

⑴我国的模具设计的行业中，模具的标准化程度还不是特别高，其标准化程度智能达到

30%左右，这导致模具的互换性水平还不够高，标准部件的品种非常少，精密、高校的标

准部件和商品化部件更是少之又少⑸。

⑵模具制造精度还是处于一个较低的水平还有巨大的提升空间，制造的周期也过长，比

较陈旧的设备也是我国模具行业的一个现状，数控机床、电加工机床在加工机床设备的利

用比例偏低，新工艺、新技术的采用更加的缺少，这些硬件和软件的落后就共同导致了，

我国的模具精度远远落后于西方发达国家，制造周期也比西方发达国家长很多⑹。

团在对模具CAD/CA曰CAM技术的开发方面有待提高、技术的普及率低,只有仅仅在约

10%的模具的设计中运用了CAD技术，要想达到全面熟练运用此类新开发技术还得经过长

期的摸索，由于对工艺设备方面和先进适用的制造装备的缺乏，只有5%左右的模具制造设

备采用了CAM技术⑺。

⑷目前，我国模具行业的生产压力极大。因此，在中国及全球提倡可持续发展的大趋势

下，模具行业的可持续发展将变得愈发重要⑻。

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1.1.2模具行业发展趋势

我国的模具行业会向更高端的水平迈进：

(l)CAD、CAM、CAE技术作为现在最先进的技术，可以说这种技术的出现对于原来

传统的加工技术的一次革新，也颠覆了我们传统的理念，CAD/CAM和CAE技术在西方

发达国家的应用可以说是非常普遍了，将这些技术投入到实际的生产当中，但中国在这方

面的研究相对较少，更不用说大规模的推广了。当前我国的冲压模具制造技术被广泛应用

于汽车制造行业中，CAD、CAE、CAM技术也会应用于其中，使得汽车模具1勺制造过程

更加先进化，制造的过程中，只需要工作人员利用计算机技术对加工过程进行调节，就能

够保证我们加工工作的精确度和质量⑼。

(2)高速铳削应用。高速铳削的应用将大大提高切削效率，高速加工的优点将达到

很高的表面光洁度。高速铳削技术的发展，为汽车和家电行业的大型型腔模具制造注

入了新的活力，并已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展“纥

(3)21世纪的到来，一些新事物的出现。通讯、汽车和家用电器都是为满足人们的需

要而设计的。正是由于这一点，模具工业得到了巨大的推动，更多的设计将建立在这一基

础上，也会有无数的设计会利用CATIA开发的冷冲压模具辅助设计系统口1

1.2冲压加工

1.2.1冲压加工概念

冷冲压加工就是通过一定的冲压加工方法，通过各种原材料，获得人们需要的零件的

加工技术。一般来说，冲压是压力机作用的衍生.在本征模具的规范下，材料通过变形和

分离进行加工和变形。冲模在定性上对材料的固定部分起着成形作用。因此，冲压凸模是

冲压件不可缺少的组成部分。随着冲压技术的发展，它已成为国家冲压技术的考察的一项

措施冲压模具的设计主要是以零部件冲压精度及零部件可靠性为基础的，冲压磨具的

质量很大程度上影响了冲压件的质量水平，进而影响整车的安全性及可靠性口3】。

1.2.2冲压加工特点

与其他加工方法相比，冲压具有以下特点：

(1)结构和操作简单，机械自动化容易，生产效率高。生产出来的零件刚性、强度、

表面质量都比较好，而且在加工的过程当中，冲压件的表面质量不易遭受到破坏。

(2)冲压过程中材料的利用率比较高，一般都可以达到70%~85%,损耗的能量少，

加工成本低。

(3)冲压可获得形状复杂、精度均匀、不能用其它加工方法制造的零件，并能保证互

换性。

第1章绪论

1.2.3冲压模具的种类

(一)冲模有多种形式，可根据以下主要特点进行分类:根据工艺性质分类

(1)冲裁模具：沿着一定的轮廓将材料产生分离的模具。

(2)弯曲模具：使毛坯沿着直线(弯曲线)产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工

件的模具。

(3)拉深模具：毛坯在压力的作用制成敞开的空心件。

(4)成型模具：毛坯或半成品工件直接复制并形成绅头或模具形状的模具。

除了根据工艺性质分类之外，还可以根据模具在加工时的步骤可以分为，只有一个工

序可以选择，这样的模具叫做一次工序模具；但是在现代制造业当中，为了满足每天急速

增长加工要求，我们需要不断把一次加工模具变为可以完成多个工序加工的模具。

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第2章零件工艺分析

2.1零件的结构分析

齿形垫板，由简单、对称、规则的简单儿何体图形组成，即只有圆形和简单矩形，要

求大批量生产。零件的二维图和三维实体图如下图所示：图2T,a)为零件的二维图，图

2-1,b)为零件三维实体。

图2-1零件图

根据《冲压工艺与模具设计》表3-16,可查的dNl.Ot,而本次设计的垫板的最小孔

的直径为6〃〃〃,所以满足冲压加工的要求。在冲裁加工的时候要注意加工件的结构尺寸，

加工件上两个孔之间、孔和外边界之间的距离都不能过于太小。如果这两个尺寸太小的话

在加工孔的时候，凸模的最小横截面积过小，导致凸模的强度太小，从而影响模具的强度,

还有如果尺寸太小，零件的质量也会出现质量的问题，所以加工零件的结构必须合理。一

般非平行轮廓线间距应使521.5t平行轮廓线间距应使c2221。由零件的结构图可易知

cPq均符合要求，零件的结构度满足要求，所以选用冲裁加工的加工方法。

2.2零件材料分析

Q235是一种应用范围特别广的冲压材料，它具有较好的冲压工艺，塑性也比较好，

这样就对加工后的零件的断面质量和尺寸精度就有很大的好处。而且板料的表面质量也比

较好，所以查《根据冲压工艺与模具设》附录A,常用冲压材料的性能可知Q235为普通

碳素钢抗剪强度T=310-380MP〃,断后伸长率3io=21-25%其化学成分为:碳(C)0.07%〜0.13%,

锦(Mn)0.35%〜0.65%,硅(Si)0.17%0.37%,硫⑸式.035%,所以综合来讲是比较理想的冲裁材

料【㈣。

第2章零件工艺分析

2.3零件精度分析

在考虑零件的加工精度，我们不能只仅仅考虑加工精度，还要考虑加工时的经济成本,

所以要考虑经济公差。一般冲裁件，内形冲裁低于IT11级，冲裁件的公差等级不超过IT10

级，冲裁件的精度比落料级高一级。但是也最好不要超过IT9级。而本次垫板的设计并没

有具体要求精度要求，所以为了降低模具加工的成本但是又不过分降低零件的质量，所以

选用IT14级精度来加工零件。公差见表2-1。

表2-1零件公差表(nun)

冲压件基本尺寸零件公差冲裁性质

06^0-°0.120.12落料

14°0.07落料

Z-0

0-0.0480.048落料

50

0.0480.048落料

])+0.07

1-00.07冲孔

2.4冲裁工艺分析

冲裁工艺：冲裁是指利用一对工具，例如冲裁模的凸模与凹模或剪床的上剪刃与下剪

刃，并借助压力机的压力，对板料或工序件沿封闭的或封闭的轮廓进行切割分离的一种加

工方法，具有效率高、质量好、成本低等优点।均。在本次设计当中，要充分利用冲裁的

特点，将冲裁工艺的优点充分利用在模具的设计当中。

本次设计的齿形垫板主要包括两个工艺，垫板齿和整体的落料和垫板内孔的冲孔。所

以根据这两个要素可以确定多种加工次序：

(1)采用单工序冲压模具生产：首先进行零件的落料，即先将零件从板料上裁下，

然后进行孔的冲裁，此方法要进行两个工序，需要两套模具配合进行加工才能生产出零件,

这种模具设计虽然比较简单，但是生产零件效率比较低，不能满足赛件大批量生产的要求,

所以就不采用这种方法了。

(2)采用落料-冲孔复合冲压模具生产：复合冲裁模具，分为顺装式复合模和倒装式

复合模两种。正装式落料冲孔复合模：就是凸凹模在上模，落料凹模和冲孔凸模在下模。

冲裁的板料由弹顶器装在下模部分的凹模内顶出，并移动到模具的工作面上，加工所产生

的废料，则在压力机回程时从凸凹模内的通过推杆自上而下被推出，但是这种方法有一个

很大的缺点就是，废料和工件一起汇集与模具的工作面上，导致废料和零件的一个混合。

这时需要及时清除，如果不及时处理，不把零件和废料分离开来，如果堆积的东西过多，

模具就没有办法继续进行和工生产了。操作不如倒装式复合模方便，且不太安全，这种模

具具有很多的缺点，但是所有事物都有它的两面性，有优点自然就有缺点的存在，就比如

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说这种模具每冲裁一次，冲孔废料就会被推杆被推出一次，凸凹模孔内不会有过多的废料

积存，所以模具受到的张力是非常小的，导致模具就不易被破坏，模具的寿命就会比其他

的生产方法的模具的寿命高，它的经济效益就比较好，模具的成本相对来说也是它本身所

具有的一个优点。但是由于冲孔废料落在下模工作面上，清除废料麻烦，我们还需要单独

加上打扫废料的装置，还是会影响加工效率，综合考虑这种模具的缺点太多，在本次设计

中就不会考虑这种方法了。

倒装式复合模：模具的重要结构和主耍的生产部件凸凹模装在下模，此时，凸凹模的

作用就产生了巨大的转变，对于零件的外形就是轮廓来说，他就是凸模。可是在同一个模

具当中，对于零件内部的结构来说，此时又起到冲孔凹模的作用，它通过凸凹模固定板固

定在下模座上。此时橡胶就开始发挥它的作用了，将板料的卸料通过卸料板推出，而废料

从凸凹模上的漏料孔内排出，冲压件则在压力机回程过程当中。由顶杆通过刚性推件装置

从上模内推出，下落至模具的工作面上。这种模具落料凹模和冲孔凸模装在上模，模具的

结构简单，操作方便，卸料可靠，生产效率高，而且有利于实现机械化。

（3）连续冲裁模，即冲孔-落料连续冲压模具：连续模具虽然可以完成冲裁工之还可

以进行高速冲裁，但是连续模具的工位比较多，因此在使用连续模具的时候条料的定位一

定要精准，只有在精准定位的前提下才能保证冲压件的质量，所以连续模的制造成本往往

要比复合模具高，而且模具也比较复杂，本次设计所要生产的零件结构简单，所以没有必

要使用复杂的模具。

综合三种冲裁工艺的比较，复合模具具有明显的优势，所以考虑到模具生产的经济性。

所以采用落料一冲孔复合模具。

2.5模具结构的分析

2.5.1模具结构的确定

简单了解了各种模具的优缺点，考虑到设计的经济成本和在以后模具生产加工时的难

易程度，最终确定了模具的结构，采用倒装式复合模具，当它开始工作的时候，直接利用

压力机的打杆进行推件，打杆推动装在上模座中的推板，推板推动推杆和顶件块，将板料

推至加工平面，而且采用弹性卸料的卸料方式，这样设计的目的就在于，弹性卸料可靠，

模具中没有顶件装置，简单结构可以达到最优的效果，何乐而不为呢，不管是在设计和加

工的时候都比较容易完成，极大的降低了模具设计的经济成本，而且并为模具生产的机械

化生产提供了有利的条件。因此采用倒装式复合模具。

2.5.2进料和定位方式

零件会进行大批量生产，而且所要求生产零件结构简单，形状规则，为了降低模具制

造的成本，可以设计手工送料的方式即可。冲模的定位装置可以用来保证材料的正确送进,

就是将板料送到冲压加工的正确位置当中，在条料和带料冲裁时一般选用导料板导向，和

第2章零件工艺分析

固定挡料销挡料，选用这种结构的优点就在于可以很好的满足零件的加工精度。我们在设

计中尽量要节约资源，降低经济成本，所以必须要利用每一点材料，当条料进入模具当中

后，进行首个零件的加工时，我们需采用始用挡料销，在设计时始用挡料销应该用弹簧弹

起，以便完成首次定位后的首次加工，加工完第一个零件之后，由于板料的送进，将挡料

销压入，在弹簧的作用下挡料销自动退出，不在起作用。应用这种装置的作用是为了提高

材料的利用率，进一步降低生产成本。完成首次加工之后，挡料销开始发挥作用，保证每

次送料的距离。

2.5.3卸料和出件方式

卸料是指在一次冲压完成后，上模即上模座固定的那一大部分返回时，冲件从凸模的

刃口上卸下，以便下一次冲压可以顺利的继续进行。在本次设计当中考虑到零件的卸料力

较小，所以选择弹性卸料，而弹性卸料也具有诸多优势，在冲裁时卸料板的作用可以不仅

仅是卸料的作用，还可以起压料作用是板料以一种平整的状态进行冲压加工，这样生产所

得冲裁零件的质量会比一般生产所得的零件的质量好不少，会有一个良好的平直度。

卸料板、卸料螺钉和弹性元件三部分的一个组合，共同构成了模具的卸料部分。在这

三个元件当中弹性元件可以选择弹簧和橡胶，考虑到对模具的伤害程度，和经济成本，弹

性卸料元件采用橡胶，橡胶所允许承受的负荷比弹簧所允许承受的负荷大，并且橡胶的价

格比较低使用时对于模具的磨损也比较小，安装和调整也比较方便，是模具弹性卸料当中

广泛使用的一种弹性组件。出件方式是通过模具的打杆，通过模柄推动推板将推杆推至推

件块，推件块将工件推出，而废料则由凸模直接伸到凹模孔中将废料顶出，这样可以简化

模具还可以提高生产效率。

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第3章艺设计

3.1排样和条料宽度

材料的经济性，为了让经济的成本降低到最低，就要在有限的板料上尽可能将所有的材

料转变为零件，在相等面积上最大化零件的占比。在加工零件的时候我们不可能将所有的

材料都利用上，不管怎么优化但是还是会有废料的产生，但是在加工的时候，为了保证零

件的完整，我们必须要在板料的两边留有足够用的空间来保证零件的完整性，把留在两边

的材料称为搭边，冬件和零件之间也要留有足够的距离。综合考虑冬件的形状，我们使用

如下图所示的排列方法，这样的排列方法可以将材料的利用率提升到最大化。排样图如图

3-1所不。

图3-1排样图

搭边的目的其实主要有两个：首先就是在模具完成一次加工后，搭边值可以将板料又

送到正确的加工位置.，当凸模返回到加工前的位置时，顺利的将加工完的零件从凸模的人

口上拽下来，保证以便下一次可以按要求加工零件，保证了零件的完整性；然后就是起到

了保护冬件的作用，顺利的将完整的零件加工出来，而且当板料以一种固定的形状和固定

的尺寸进行有规律的送料时，我们也可以大大的节省加工当中不必要的时间的浪费，这样

我们就E以把时间都花在有用的地方，劳动生产率的生产率也会大大的提高。但是确定一

个合理的搭边值也是一门艺术，其实对于零件的质量的影响除了冲模以外，在一个我觉得

就是搭边值得大小，如果搭边值小了，就会有零件被冲坏，或者零件的平整度不是很好，

搭边值又太大的话，材料的利用率自然就会比较低，这样的设计就不会特别好了，所以在

这个追求精细化的制造也当中，我们必须将搭边值的选取做到极致。其数值目前由经验确

定，不同的加工要求，不同的零件结构或者说不同的材料相同的厚度搭边值的大小也不一

样。一般来说，硬材料的搭边值可小些，软材料、脆材料的搭边值要大一些；用手工送料、

第3章工艺设计

而且有侧压装置的模具，搭力值可以小一些°

查《冲压工艺与模具设计》表3T9低碳钢材料的最小搭边值可知a=1.0〃2〃z。工件之

间距离a尸12〃加均。确定搭边值后计算条料宽度，根据《冲压工艺与模具设计》公式3-20

B

=(Dmix+2a)°A(3T)

查表3-20可知可知△=0.6。得B=62mm

确定条料宽度之后，计算材料的利用率就是在加工当中板料转化为零件的百分比

当然这个比例越高越好，这样才能将经济效率优化到最好。

按照《冲压工艺与模具设计》公式379

77=^x100%

式中〃一材料利用率。(%)

n-材料可生产的零件个数。

B—板料的宽度。(mm)

A—每个零件的面积。(nim2)

H—进入加工的材料距离。(〃〃〃)

按照要求，可计算一个零件的面积为AN2577〃ZM,在一次送料的过程中，材料的送

进距离为h=52.2I/w7?o

在这一次的送进的板料当中，将材料转化为零件的比例为：

77=^x100%(3-2)

将数据代入到公式当中，可以计算得出利用用为8().1%。

3.2冲压力及压力中心计算

3.2.1计算冲压力

材料的最大抵抗力就是凸模所承受的压力。冲压力就是下面几种力组成的，分别进行

计算。

(1)冲裁力：

片中=Lxtxr(3-3)

式中F冲一冲裁力(N)

L—冲裁件轮廓长度(山小)

t一材料的厚度(加加)

T一材料的抗剪强度(MPa)

零外轮廓的长度为L=257〃〃〃，查《冲压工艺与模具设计》附录A常用冲压材料的性

能和规格可知Q235的抗剪强度为310—380M/%,在本次设计中选r=380MPa，材料厚度

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4

为t=1.5/WHo故Ftf>=257x1.5x380=14M90N=14.6xlON

由此也可以看到，材料的抗剪强度、板料的厚度、冲裁件的轮廓周长等，这些原因是

导致不同的冲压力产生。

查《冲压工艺与模具设计》表3-9K卸=0.05K推=0.055K顶=0.06

由于该零件还有内孔结构，所以还有冲孔力：

Ki-Axtxr(3-4)

零件图可知内孔的周长为L=37.68z、T=380MP〃、1=1.5mm

3

F^L=37.68x1.5x380=21477.6N=21.4xlON

(2)卸料力：把冲裁完成后停留在凸模上的材料推下所需要的力。

%二K卸F冲(3-5)

代入数值得F31]=7324.5N=7.3xl0-N

(3)推料力：板料加_L完成后把零件从凹模孔内推出的力。

F推=正推F孔(3-6)

刃口形式为直壁，刃口部分高度h=5"〃"，积聚零件为

n=h/t=5/1.5=3.3

代入数值得耳隹=3543N=3.5X103N

(4)顶料力：把废料从凹模孔中顶出来所需的力。

F顶=1F冲(30

代入数值得F顶=8789.4N=8.7xl03N

式中K卸一卸料力系数

K推一推料力系数

K顶一顶料力系数

n-凹模孔内可以预留的零牛的个数n=h/t(h刃口直壁高度，t为零件厚度)

刃口为直筒形时，凹模刃口直壁高度按照以卜,标准选取：

tVO.5mm时，h=3〜5mm；

t=0.5〜5mm时，h=5〜10mm；

t=5~l()mm时，h=10〜15mm；

冲压设备的选择：在此次设计中零件的加工存在卸料力、推料力、顶件力、冲孔力等。

总压力：=187623N=187.6KN(3-8)

所选压力机的吨位大小必须大于F总的约3()%左右。故%>1.3%,2=244KN。

按照《冲压工艺与模具设计》附录B3,开式双柱可倾压力机技术规格，初选压力机

第3章工艺设计

J23-25o公称压力为250KM

3.2.2确定压力中心

图3-2压力中心图

冲压力的作用点就是我们所说的压力中心［四。根据零件图可以看出零件关于x、y轴

都对称，所有压力中心，就是零件的就是结构的中心。

3.3冲裁模具刃口尺寸计算

3.3.1凸凹模刃口尺寸计算原则

在加工的时候零件的外轮廓和凹模的刃口相似，零件的内部结构和凸模的外形相似。

在测量中，落料件基准的基准是大轮廓，冲件的基准为内部小轮廓，在这个过程当中凹模

的外形会越磨越大，凸模的尺寸则相反。在考虑到这些原因的前提下，我们可以按照下面

的结论进行设计：落料时，冲裁件的外形尺寸决定于凹模尺寸；冲孔时，孔的尺寸决定十

凸模尺寸。在使用中，模具就会自然而然的产生磨损，在磨损的过程中凸、凹模间隙会越

来越大，所以在最开始的设计中，我们可以将凸、凹模间隙应取最小合理间隙。对孔心距,

以及不随刃口磨损而变的尺寸，取为双向偏差11九

3.3.2凸凹模刃口尺寸计算

凸、凹模分开加工具有一些好的优点，凸模和凹模可以分开进行加工，这样就可以各

自完全符合图样的尺寸、公差等的一些技术要求，这样就可以时模具具有良好的互换性，

凸、凹模分开加工适用于圆形件、孔形件或者比较简单和规则的形状冲裁件的冲模中，适

应于高效率、高精度、高寿命的模具当中。为了保证合理的间隙值，其制造公差必须满足

以下关系：

闻+团WZmax・Zmin(3-9)

其取值方法选用：¥=0.4(Zmax-Zmin),心=0.6(Zmax-Zmin)

考虑到本次设计的落料相对比较多，计算落料的尺寸：

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落料凹模尺寸选用：

Dd=(Dmax-xA)；为(3-10)

式中Dj一落料凹模刃口尺寸

。心一落料件最大极限尺寸

△一冲裁件尺寸

X-磨损系数与制造精度锹，或者根据下列关系直接选取:

冲裁件精度mow上时，X=l;

冲裁件精度IT10〜IT13时，X=0.75；

冲裁件精度T1似下时，X=0.5o

查《冲压工艺与模具设计》表3-3得：

^7-/tnax=0.240mm7i.n=0.132mm%=0.4(Zmax-Zmin)=0.0432mm

4=0.6(Zmax-Zmin)=0.0648mm

5P+同《Zmax-Zmin=0.240-0.132=0.108mm

计算完凸凹模刃口尺寸，见表3-1

表3-1凸凹模刃口尺寸(mm)

冲压件基零件公刃1」尺寸磨损状刃口尺寸磨损

刃口性质刃口尺寸公差凸凹模刃口尺寸

本尺寸差况状况

560,-。0.120.12落料凸模刃口尺寸变小刃口尺寸变小0.03059.95胪

I14t°0.070.07落料凸模刃口尺寸变大刃口尺寸变大0.01813.96°。.38

rO

0-0.0480.048落料凸模刃口尺寸变大刃口尺寸变大0.0155.97篇5

5°

J-0.0480.048落料凸模刃口尺寸变大刃口尺寸变大0.0124.97篇2

1o+0.07

IZO0.07冲孔凹模刃口尺寸变大刃口尺寸变大0.018H.96?O.OI8

第4章零件设计

第4章零件设计

提据冲压件的不同的工艺要求，模具的结构的简单和复杂的程度都不一样，但是模具

的整体结构的构成却有着紧密的联系，各个零件之间还是有相同点和一些共同点的，所以

根据零件在模具当中的作用大致分为工艺零件、传动零件和辅助结构零件三大类123。

1.工艺零件

所谓工艺零件就是使板料金属产生变化、造成塑性变形或引起材料分离完成零件的加

工。工艺零件按照他在模具中的作用不同而分为以下几种：

①工作零件：在模具的零件中，可以将板料根据所要求的条件，完成加工的零件，如

凸模、凹模、凸凹模。

②定位零件：在模具当中定位零件就是将板料固定在正确的位置，然后顺利完成零件

的加工等步骤，达到零件的尺寸等精度的要求，如挡料销、定位板、定距侧刃等。

③卸料、推料及压料零件：推料就是将板料不断的推向模具当中，完成零件的加工。

卸料就是将加工完的零件，从凸模上推下，以方便下次的加工。可是在一些特殊的情况下,

卸料压料零件也可以充当定位零件的作用，从而帮助提高冲压件精度的作用31。

4.1凸模设计

4.1.1凸模的结构类型与固定方法

由于冲压件的形状和尺寸的不同，直接选择整体式结构。整体式凸模有圆形凸模和非

圆形凸模。为了保证凸模的刚度与强度，避免应力集中，将凸模做成台阶结构并使用圆角

过渡。采用过盈配合（「7）或者（m6）固紧在凸模国定版上的方式，顶端形成台肩，将凸

模固定，这样设计的目的就是为了模具在工作时，不会把凸模给拽出去PL

4.1.2凸模的材料与硬度

由于凸模是重要的零部件，但是考虑到本次设计零件形状结构简单，而且模具的寿命

要求不高，所以选择T10A,做凸模时选用硬度50〜62HRC

4.1.3凸模的长度确定

模具的结构决定凸模结构和长度。凸模的长度太长的时候，加工的稳定性就会降低，

还比较容易造成弯曲和折断等问题【23】。当凸模的长度过短时，凸模不能伸入到凹模刃口内

部对板料进行冲裁。采用弹性卸料装置，凸模的结构则按照以下情况确定长度：

L=h1+h2+h（4-1）

式中L一凸模长度（〃"〃）

h一增加长度（〃〃〃）它包括凸模的修模最~12mm、。凸模进入凹模的深度）.5~1mm

凸模固定板与卸料板之间KJ安全距离（一般取0〜20根〃?）。

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%一凸模固定板厚度(相加)

h2—固定卸料板厚度(〃〃〃)

在本次设计中增加长度h=21mm、h］=12nm、h2=12mm。因为在本次设计当中，凸

模太长会导致板料的压起和弯曲，所以凸模的增加长度比较短。所以凸模的长度为

L=45/W72O

4.1.4凸模强度与刚度校核

在冲裁的过程中，凸模是承受压力最大的一个零件，凸模承受了所有的压力，又要承

受一定的拉应力，还要不断地连续进行冲压加工，所以在这些力的反复作用下，凸模极有

可能会发生被压坏或者损坏。所以对于凸模的强度和稳定性的校核是很有必要的123

(1)压应力校核

Amn-ra(4-2)

式中A*一凸模最小截面面积(如序)

F—冲裁力

口压］一凸模材料的许用压应力(MPa)

上压］是由材料、热处理和冲模的结构等来确定的。对于T8A工具钢，淬火硬度为

58〜62HRC。

圆形凸模而言可以利用

就t七呼口」(4-3)

^■xl2xl.5x380<^x245,校核的时候在凸模的最小截面的位置进行校核，满足压

应力的要求。

(2)弯曲应力校核

本次设计中采用的凸模结构是，带导向装置的圆形凸模，所以计算凸模的最大长度为:

Lmax<27()4(4-4)

凸模最大长度为L,aWl()1.58rnn】VL,满足要求，可以是使用这个长度的凸模。

(3)凸模三维结构如图4-1所示，二维图如4-2所示：

图4-1凸模

第4章零件设计

图4-2凸模二维图

4.2凹模设计

由于模具结构形式不同，受力状态复杂，特别是复杂形状的冲头，其强度计算是等效

的、复杂的。因此，在目前的一般生产情况下，通常是根据坯料的轮廓尺寸和坯料的厚度、

冲裁力的大小来设计凹模的，在设计凹模时应先考虑模具强度、加工方法及加工精度。

(I)凹模刃口采用柱形刃口形式，冲裁件容易通过，凹模刃口经修磨后孔口的尺寸也

不会发生很大的变化。凹模刃口角度一般在电加工时取。=3。〜5。，当t=0.5~5〃加时，

h=5~10"〃〃，所以选择a=5°,h=6mm0

(2)确定凹模结构：计算尺寸：

凹模高度：

H=kb(4-5)

式中H—凹模壁厚(mm)

K-孔宽系数

b一材料的最大孔宽尺寸(相〃2)

其中：孔宽〃=507M7V60/?7/??<100mm

根据孔宽查表3-24可得系数K=0.25

因此：凹模高度"=姐=().25乂6()=15〃〃〃(4-6)

取H=

凹模厚壁〃？

c=(1.5~2)”=2xl5=30m(4-7)

所以凹模的总长和宽度分别为

L=Z?+2c=60+60=120〃〃〃(4-8)

8=b+(2.5~4.0)H=60+(37.5〜60)=97.5〜120mm(4-9)

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所以凹模的结构尺寸为LxBxC=12（）x120x25mm(4-10)

（3）凹模在加工的过程中，还要起到将齿形垫板的齿加工的凸模的作用，所以结构的

三维建模由CATIA画出，图形分别如下图4-3,a）、b）所示：

图4-4凹模二维图

第4章零件设计

4.3凸凹模的设计

在设计中，凸凹模的内边和外边都会起到刃口的作用，即都对材料有切割作用。所以

冲裁件的尺寸和精度就会因为内外缘之间的壁厚发生变化而受到影响，但是在复合模具当

中，凸凹模的壁厚又会因为模具结构的而受到影响，在正装式的复合模具当中，凸凹模是

装在模具的上模上就是固定在上模座上的，所以就不用考虑废料积存的麻烦，在这种结构

当中凸凹模受到的张力就比较小，所以凸凹模的壁厚可以在设计中，相对的可以设计薄一

些；但是在倒装式复合模具当中，考虑到凸凹模是装在模具的下模上和下模座固定在一起

的，就会有废料的积存的问题，在设计壁厚的时候较正装式模具相比要设计厚一点。在倒

装式复合模具中cN(1.5~2)to为了满足加工要求，所以设计的凸凹模的高度为h=42〃〃〃。

其中刃口的高度为12〃〃〃。凸凹模的建模在CATIA软件中完成，并在CAD中将凸凹模的二

维图画出，标注凸凹模的技术要求，如下图4-5所示：

a)b)

图4-5凸凹模

凸凹模固定在凸凹模固定板上，凸凹模和凸凹樟固定板采用H7/m7配合。

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凸凹模固定板的三维建模图和二维结构图如下图4-6a）、b）所示:

b）

图4-6凸凹模固定板

4.4定位零件设计

4.4.1定位零件设计原则

定位零件可以在冲压加工时，保证条料可以按要求停在相应的位置，从而完成冲压加

工。板料在进料的过程中，要在两个方向将其进行定位：第一个是和送料方向垂直的方向

上进行定位，在这个方向限制是为了保证板料可以沿着正确的方向进行送料，即就是板料

的导向作用;第二个是板料的进料方向上进行定位，在这个方向上定位的目的是为了可以

保证板料的步距可以符合加工要求。根据板料形式、模具的结构、冲压件的生产精度要求

和生产率的要求，来具体选择定位方式和定位零件的设计。

1）在定位方式的确定的时候，应该要注重考虑到下面几个情况:①在确定定位的方

向和位置时，应分析和考虑冲压件的前后、左右及正反情况。凡有正反、左右误插入的情

况时，应能及时发现。②当冲压件有大的弯曲面定位有困难时，要在修整线之外设置孔、

筋、压凸等定位部分。③定位时要选择外形或孔的可靠部分。④要预计到冲压件的尺寸

误差，定位的部位要选在未变形的场合。⑤对于尺寸较小冲压件的定位，由于存在加工性

和安全等问题，采用连续模或其他加工方法要比单件冲压简单、方便和可靠。

2）在设计定位零件的结构形式时，主要考虑下面几个方面:①定位至少要有三个支承

点、两个导向点和一个定程点。而且应尽量用支承面来代替支承点。对于冲压件的定位，

经常有采用“过定位”的现象，即限制自由度的定位件数量要超过必要的。②根据冲压件

所要求的精度，应考虑是否有必要将定位零件作成强制定位。③要将定位零件装配在容易

第4章零件设计

看见的地方和习惯的位置上。④端部定位装置，其位置精度难以确保，在操作安全方面也

有问题，这在设计时应引起注意。⑤应避免采用推送式定位装置。⑥应使定位装置有调

节的可能性。

4.4.2挡料销

固定挡料销的结构简单，而且生产的时候也比较简单，工作时作用在于模具加工时

保证零件的完整性，使材料可以充分的利用，保证板料送进模具正确位置。在本次设计中

采用台肩式固定挡料销，材料为45钢，硬度在43〜48HRC。台肩式挡料销的结构简单、

制造容易、使用方便，一般装在凹模上。固定挡料销的结构图如下图4-7所示；

\/RaU0

a)b)

图4-7挡料销

4.4.3导料销

因为在本次设计中，选用的材料将会以条形的形式进行加工，所以在这种情况下选用

导料销来保证材料的送进是比较合理的。材料是从右边以手动送料的方式送进模具当中,

所以可以把导料销设计在模具的后侧。导料销的结构如下图4-8所示:

a)b)

图4-8导料销

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4.5卸料和出件装置设计

弹性卸料装置中包含卸料板、卸料螺钉和弹性元件。其中弹性元件采用橡胶，它比弹

簧所承受的负荷大，装配和调整也比较方便，是模具当中广泛使用的弹性组件C出件方式

直接由凸模伸到凹模孔中将冲件及废料顶出，这样可以简化模具还可以提高生产效率。

(1)卸料板：即起卸料的作用，还起到压料的作用，卸料板的间隙可查《冲压模具

设计实用手册》表5-53可查得，C,=0.15mmo卸料板的外轮廓和凹模的结构是一样的，

卸料板的厚度为(0.6〜0.8)H,计算厚度为12〃〃〃。卸料板的尺寸为

LxBxH=120xll0xl2mmo卸料板的结构图如下图4-9和4-1()所示：