冲压模设计指导

第1章冲压设计过程与要求冲压设计包括冲压工艺（过程）设计和冲压模具设计两方面内容。冲压模具设计之前需要进行冲压工艺设计，冲压工艺设计是模具设计的基础和依据。同一个冲压件，不同的设计者，可能会提出不同的冲压工艺方案，相应地就会有不同类型、不同结构模具的设计。1.1冲压设计的目的与要求1.2冲压设计的一般过程1.1冲压设计的目的与要求1.1.1冲压设计目的通过冲压设计，希望达到以下目的：①培养学生综合运用冲压工艺理论知识，分析解决一般冲压过程实际问题的能力（涉及冲压工艺方案分析与制定，冲压工艺参数计算，冲压模具类型和结构选择，模具结构参数计算，冲压设备选择等）；②了解（广义的）模具设计的一般过程和步骤，进一步熟悉冲压模具的类型和结构；③在熟悉相关国家标准和技术规范基础上，提高学生正确查找、判断、选择相关技术参数的能力，培养学生的标准及规范意识；④培养学生今后从业的基本职业素养，如严谨的科学态度、质量意识和如期完成任务的时间观念等。上一页下一页返回1.1冲压设计的目的与要求1.1.2冲压设计要求冲压课程设计在学生学完“冲压工艺和模具”课程之后进行，时间一般为1～2周，以设计较为简单、具有典型结构的中小型模具为主。要求学生在教师指导下独立完成冲压工艺设计、相应的冲模装配图、冲模工作零件（凸模、凹模或凸凹模）的零件图，鉴于卸料板在冲模中具有仅次于工作零件的重要性，如果时间许可，可要求学生再完成卸料板零件图。毕业设计时间通常至少有6～8周，以设计中等复杂程度的大、中型冲模为宜，可以考虑设计多工位级进模或汽车覆盖件模具（如可能，还可以考虑增加典型零件的制造工艺规程制定），要求学生完成冲压工艺设计、全套模具图纸（装配图、全部非标零件图、标准规格零件的二次加工图纸）。上一页下一页返回1.1冲压设计的目的与要求无论是课程设计还是毕业设计，除提交设计图纸外，都应提交相应的设计说明书。毕业设计学生提交图纸与说明书后应逐个进行答辩，课程设计答辩形式可由教师视情况而定。上一页返回1.2冲压设计的一般过程冲压设计可按下面粗略的步骤进行（图1-1）：从冲压工艺方案分析到正式绘制模具图，许多步骤相互影响、相互联系、相互制约，所以设计过程实际上是一个各种步骤交叉与反复进行的过程。学生的冲压（课程或毕业）设计，可参照以上步骤进行。冲压设计之前，需要确定送料操作方式，采用手工送料与采用自动送料装置显然冲压工艺与模具的设计方案不同。学生冲压模具设计可以以手工送料为前提进行。下面分述学生冲压设计各个步骤中的相关问题。下一页返回1.2冲压设计的一般过程1.2.1冲压工艺（过程）设计冲压工艺设计主要包括工艺分析和工艺方案制订两部分内容。大致过程如下：针对给定的产品图样（只有样品而无图纸时，一般应测绘样品后绘制产品图纸，作为设计依据）→分析该产品的冲压工艺陛和进行必要的工艺计算→确定最佳工艺方案→最后编写冲压工艺规程（即冲压工艺过程卡）。1.2.1.1冲压工艺分析冲压工艺分析包括技术分析和经济分析。1.技术分析——审查冲压件的工艺性根据产品图纸及图纸上的技术条件，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等是否符合冲压加工的要求。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程特别要注意冲压件的一些极限尺寸和精度要求。如冲裁件有最小孔径、孔间距和孔边距、悬臂和凹槽尺寸等限制，一般还应有R=0.5t的圆角（t为材料厚度）；弯曲件有最小相对弯曲半径、弯曲件最小直边高度、弯曲件上的孔至变形区最小距离等尺寸限制，还应注意弯曲成形后是否容易从模具中取出；拉深件主要检查各个圆角半径和高径比。一旦冲压件的精度要求超过了普通冲压工序能够达到的经济精度，就必须在普通冲压后增加整修、校平或整形工序。此外，还应注意尺寸标注、尺寸基准以及对冲压件成形后允许的变薄量、回弹、毛刺大小和方向等方面提出的要求。教材上关于冲件工艺性的章节会谈及以上问题。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程技术分析目的在于了解该产品冲压时可能出现的问题，了解冲压的难点，从而可以在技术上预先采取措施，防止冲压时出现各种问题。如果发现冲压工艺性很差，即零件难以或要采取很多技术措施才能勉强达到其技术要求，应在产品设计者签字同意的前提下，对冲压件的结构、尺寸、精度要求乃至材料的选用作出修改。2.经济分析——冲压件的成本分析在冲压生产盈亏分析中，模具的制造费用是个相对不变的数值。显然模具费用一定时，冲压件产量越高，单件生产成本越低。由于模具制造的高成本，冲压加工的优点很大程度上体现在大批量生产（当然也与冲压件的结构、尺寸等因素有关）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程表1-1是有关资料提供的冲压件成本构成比。随冲压件产量的增加，模具费用在冲压件成本构成中的比率下降。冲压的经济分析需要从分析产品成本构成入手，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。对学生而言，缺乏必要的技术经济数据，进行经济分析显然有难度，冲压设计可以不进行此项分析。冲压工艺分析的实质就是要判断该产品在技术上能否保质、保量地稳定生产，在经济上能否有效益，实质就是对产品的冲压生产进行技术和经济上的可行性论证。1.2.1.2冲压工艺方案制定在冲压工艺分析基础上着手制定工艺方案。1.必要的工艺计算上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程一般而言，冲压工艺方案制定前需要根据产品图纸进行成形件毛坯的展开尺寸计算和必要的其他工艺计算，如判断拉深件是否可以一次拉深成形，拉深次数计算、拉深各中间工序件尺寸计算，翻边前预冲孔尺寸计算，局部成形的一次变形程度核算，排样设计，材料利用率计算，冲压力计算等。由此为初步确定冲压工艺方案提供必要的依据（有些工艺计算即使制定工艺方案时不用，在后续的模具总体结构形式确定、模具零件设计时也是需要的）。2.确定冲压工艺方案冲压工艺方案包括冲压工序性质、数量、顺序、组合方式的确定。1）确定冲压工序的性质工序性质是指成形该零件所需的工序种类（如落料、冲孔、切边、弯曲、拉深、翻边、胀形、整形等）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程一般情况下，可由产品图直观地确定所需的工序性质，有时则需对产品图进行计算、分析、比较后才能准确地确定所需的工序性质（教材中关于冲压工艺方案制定的章节一般都有这方面的例子）。2）确定冲压工序的数量工序数量既可指同一性质工序重复进行的次数，例如拉深件的拉深次数，弯曲件的弯曲次数，也可指整个冲压加工过程所需的总的工序次数。任何冲压工序可以产生的板料变形程度和所能达到的尺寸精度都是有限度的，所以同一性质工序重复进行的次数主要取决于工件形状的复杂程度、尺寸精度要求和材料的性质。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程一般可遵循如下原则确定同一性质工序数量：①冲裁复杂形状工件时，由于受到模具结构或强度的限制，其内外轮廓经常不得不分成几个部分，用几套模具或用级进模分段冲裁，因而冲裁件的冲裁工序数量受到冲裁件轮廓复杂程度、孔间距、孔的位置和孔的数量的影响；②弯曲件的弯曲工序数量一般可由弯角的多少、弯角的相对位置及弯曲方向而定；③拉深件的拉深工序次数由拉深工序计算确定。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程确定总的工序数量时，不仅与工件形状复杂程度、尺寸精度及材料性能等有关，还受到生产批量、现场制模条件、冲压设备条件及工艺稳定性等多种因素的影响或制约。其中特别提出“工艺稳定性问题”。实际生产条件下，许多因素难以控制，例如原材料力学性能及厚度的波动，模具的制造误差，模具润滑的变化，冲压设备的精度等等，都将影响冲压加工的稳定性（即工艺稳定性）。工艺稳定性差，冲压生产时的废品率就会明显上升。提高工艺稳定性的主要措施是：适当降低各冲压工序中材料的变形程度，避免在接近极限变形参数情况下进行冲压加工（自然增加了工序数量），尤其在大量生产的连续流水线上所采用的冲压工艺过程，更应如此（级进冲压就是很典型的例子）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程3）确定冲压工序的顺序当工件需要多道工序冲压成形时，就涉及工序顺序的安排。冲压工序顺序主要决定于冲压变形规律和工件的质量要求，当工序顺序的改变不影响冲压件的质量时，则可以根据有利于操作定位方便和简化模具结构等因素确定。比如，对于不便拿取的小冲压件或形状特殊不易定位的冲压件，安排工序顺序时，应在成形之后分离，不仅便于操作，也有利于生产安全和提高生产率。如图1-2的U型弯曲件两侧冲孔，同轴度要求不严时，最好在弯曲前冲孔，这样可使模具结构简单；若同轴度要求较严时，应在弯曲后利用带斜楔机构的模具同时将两孔冲出；若同轴度要求过严时，只好在弯曲后机加工两孔。许多冲压资料提出了工序安排的一些基本原则（此处略），适合大多数的冲压件，可供参考。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程4）考虑工序组合工序性质、数量、顺序确定后，进一步确定（集中到一套模具上的）工序的组合方式。工序组合（准确的表述应该是工步组合，只是在很多资料，包括冲模术语标准中都是以工序组合的文字来表述相关内容的）分为两种基本组合方式：复合冲压和级进冲压工序（包括级进-复合冲压工序）。首先考虑组合的必要性与可行性，再决定组合方式。（1）工序组合的必要性与可行性①必要性主要取决于工件的生产批量，也与工件的尺寸有关。尺寸很小的工件在模具上定位、操作都极不方便，尽管小批量生产，也宁愿把工序适当集中和组合。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程尺寸过大的工件，小批量生产时，采用分散冲压，往往几套单工序模制造费用加起来比复合模还高，此时也应考虑将工序合并。采用复合模生产，除了制造费用节约，还节省了（几套单工序）冲模存放面积，提高了冲压精度。②可行性受到诸如冲压件形状、尺寸、精度要求，模具结构、强度，模具制造、维修的难易程度，冲压设备条件等因素的限制。分析工序组合可行性时，应考虑：工序组合后，不影响冲压件的质量；模具在结构上应能实现其所需的动作，不影响模具的强度；不会对模具的制造、维修带来太大的困难；与企业现有的制造水平、冲压设备条件相适应。初学者可以将所需工序先进行各种可能的组合，然后再逐个分析各种组合的可行性。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程（2）工序组合方式复合冲压，一般用条料进行生产（也可用块料或边角料）。复合冲压工序适合于位置精度要求较高的中小型冲压件的大量生产。按照工序的性质和要求，整形与冲孔、整形与修边等都不宜组合为复合工序。复合模设计首要问题是根据工件形状尺寸校核凸凹模壁厚（教材有凸凹模最小壁厚的数据），一旦凸凹模壁厚过小而强度不足时，无论何种性质工序都不能组合为复合工序。复合模设计还应注意同一个工位上冲压工序的顺序安排，从模具结构设计上予以保证。如图1-3所示的落料拉深复合模，为了保证先落料再拉深，拉深凸模8低于落料凹模7约1～1.5t。从图中还可见浅拉深件落料拉深时凸凹模3壁厚过薄，可能强度不足。所以浅拉深件的落料拉深经常分两道工序进行。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程级进冲压突出的优点是生产率高、操作安全。此外，级进模工位之间有一定距离，并且必要时可设置空工位，因此避免了内外轮廓之间尺寸很小的冲压件采用复合模冲压凸凹模壁厚过小的问题。但级进模对原材料规格及性能的限制较为严格；条料送进有误差积累，冲压精度不如复合模；级进模结构复杂、制造成本高。级进冲压工序中工位的先后安排也是一个比较复杂的技术问题，没有统一模式，工位的合理安排充分体现出设计者的理论水平，工作经验，考虑问题的系统性、周密性和创新思维。例如用级进冲裁方式冲裁带孔的冲裁件，一般原则是先冲孔，再落料。但是孔到冲压件边缘的距离较小，而孔的精度又较高时，排样应考虑先冲外形，再（在导正销导正情况下）冲孔，以避免先冲孔后落料时造成孔的变形。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程对图1-4（a）所示工件，采用级进冲裁，从保证工件尺寸精度、排样、提高凹模强度和结构合理性来说，图1-4（c）的方案更好一些。级进冲压时工位安排的一般原则可见有关级进模设计的资料（此略）。很多资料给出了常见的复合冲压工序、级进冲压工序组合方式与相应的模具结构简图，可供冲压设计初学者参考（此略）。当采用复合模还是级进模冲压难以取舍时，可参考表1-2，并结合实际生产条件分析后进行选择。还需提及，对于一些特殊或组合式的冲压件，可能还应确定一些非冲压的辅助工序（如钻孔、焊接、去毛刺、热处理、表面处理等）在整个冲压工艺过程中的安排顺序。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程5）确定最佳工艺方案通过对冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式分析，确定各种工序的安排顺序和可能的组合后，就形成了各种冲压工艺方案。很多情况下，技术上可行的工艺方案不止一个，这就需要从产品质量、生产效率、设备条件、模具制造、冲压操作和安全、经济成本等方面进行综合比较分析，确定一个最适合本单位生产条件的最佳工艺方案。冲压工艺方案制定，是冲压工艺设计的核心。对于形状复杂、精度要求高的工件，往往要经过反复的分析、计算、修改，有时甚至要进行必要的工艺试验后才能最终确定其冲压工艺方案。3.冲压工序的定位与冲压设备的选择冲压工艺设计还有两项重要内容，即考虑各冲压工序的定位和选择冲压设备。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程1）冲压工序的定位冲压工序定位涉及两个问题：合理选择定位基准和定位方法。这是保证冲压件质量和尺寸精度的基本条件，也直接影响冲压工艺过程的稳定、影响操作和生产安全。（1）定位基准的选择定位基准选择即模具中安放毛坯或工序件时，以哪一个面、哪一个孔作为安放的基准。选择定位基准应遵循以下三个原则：①基准重合原则，就是尽可能使定位基准与工件设计基准（图纸上标注的尺寸基准）重合。两个基准重合时，定位误差接近于零。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程②基准同一原则，是指多道工序分别冲压时，尽可能各道工序都采用同一个定位基准，一则消除或减少不同定位基准引起的多次定位误差，有利于提高冲压质量；二则可使各道工序模具的定位零件形状、尺寸一致，简化模具的制造。③基准可靠原则，就是定位基准的可靠性问题。首先应注意所选择的基准定位面，其位置、尺寸、形状都必须有较高的精度（如果冲压件的结构条件不能满足合理的定位要求，可以考虑在工件的适当部位冲制定位用的工艺孔、工艺缺口等作为后续工序的定位基准）。其次应选择在冲压过程中不产生变形和位移的表面作为基准定位面。（2）定位方法的选择定位要注意其可靠性、方向性和操作方便安全性。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程定位的可靠性一方面与定位基准的选择有关，另一方面也需要可靠的定位方法。冲件在模具上的定位方法有孔定位、平面定位和形体定位三种，有时也将两种定位方法联合使用（所谓的联合定位）。单个毛坯或工序件定位，平板件最好采用相距较远的两孔或外形轮廓定位，也可用一个孔和部分外轮廓联合定位；弯曲件可采用两孔定位或（内或外）形体定位，也可用一个孔和形体联合定位；拉深件常用形体、底面定位（多道工序的拉深就是以工序件的内形与底面定位的），有时也用切边后的端面定位；多工位级进模往往同时设有粗定位和精（确）定位机构，此时前、后工序的定位方法应力求一致，粗定位要服从精定位。对于非对称件，要注意定位的方向性。尤其是弯曲件，往往带有与压弯面不对称的孔，定位时必须识别方向。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程冲压生产常见的定向形式有：工艺孔定向、工件上非对称的孔定向、大小不一的孔定向、切角定向、打工艺标记定向等。选择定位方法时，还必须注意操作是否方便与安全。如图1-5所示零件，若按方案一冲压，先冲中间型孔，然后以型孔定位冲三个小孔，则很难把带型孔的半成品套在非圆形的定位销上，操作不方便，效率低而不安全。按方案二先冲大圆孔，以冲出的大圆孔定位，再冲三个槽和三个小孔，则方案一的问题都可避免。2）（初选）冲压设备（1）设备类型的选择冲压生产中应用较多的是机械压力机和液压机，设备类型的选择主要取决于冲压工艺要求和生产批量，通常的冲压资料上有设备选择的一般原则。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程需要注意的是，对于校正弯曲、校形工序，要求压力机有足够的刚度，应优选精压机。生产批量不大时可选用摩擦压力机。若采用曲柄压力机，务必严格控制压力机闭合高度和冲压材料的厚度公差，以防损坏设备。表1-3可供选择设备类型时参考。（2）确定设备规格选定设备类型后，确定设备规格，主要的依据是冲压工艺力的大小和冲压件的尺寸（由冲压件尺寸或通过排样，可大致确定模具尺寸）。对常用的机械压力机而言，设备的规格涉及压力机标称压力、滑块行程、装模高度、工作台面尺寸、滑块模柄孔尺寸等技术参数。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程首先按照冲压工艺力计算结果，确定压力机标称压力（即设备吨位）。机械压力机滑块的压力在全行程中随曲轴转角变化而变化，因此选择压力机时，不仅要考虑标称压力，还必须使冲压工艺力在压力机行程的任一时刻都不能超过压力机的负荷力，也即冲压工艺力曲线必须全部在压力机允许负荷曲线之下。图1-6为压力机允许负荷曲线与冲压工艺力曲线示意图，可见冲裁、弯曲时最大冲压工艺力发生的时刻与压力机达到标称压力的时刻基本相符，因此选择标称压力Fa的压力机可以满足冲裁、弯曲等工序的需求。图1-6中曲线3表明最大拉深力发生在拉深成形的中前期，远离压力机标称压力的位置，只能选择标称压力Fb的压力机才能满足冲压工艺力曲线必须全部在压力机允许负荷曲线之下的要求。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程从图1-6中还可看出拉深功比冲裁、弯曲功大很多，因此拉深时应计算拉深功并校核，使其小于压力机电机功率。滑块行程大小要考虑冲压件成形和取件的方便。例如拉深工序逆出件时，压力机滑块行程应大于拉深件高度的2～2.5倍。由冲压件尺寸和模具平面尺寸（一般是模具下模座），可以对压力机工作台面尺寸大小是否合适作出判断（教材有相关叙述，此略）。模具的结构尺寸最终设计确定后，必须对冲压工艺设计阶段初选的冲压设备进行校核。设备规格也可在模具总体设计后确定。4.编写冲压工艺（过程）卡冲压工艺设计完成后，需要编写冲压工艺过程卡。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程工艺卡片尚无统一格式，生产中常用的冲压工艺卡格式可见一般教材的例题或附录。对于工艺卡中每道工序的工件加工简图（也称工序草图），其视图尽量少，能说明问题就可，且只要求标注该工序所完成的加工尺寸，其他尺寸一般不要求标注。冲压工艺卡综合表达了冲压工艺设计的具体内容，不仅是以后模具设计的重要依据，也起着生产组织管理、调度、各工序间协调和加工工时定额核算等作用。小批量生产时也可以只填写工艺路线明细表。1.2.2模具设计在冲压工艺（过程）设计基础上，模具设计的基本内容与步骤如下：①重新审查产品零件图和冲压工艺卡上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程产品设计、冲压工艺设计与模具设计如果不是同一个部门进行的话，模具设计人员在模具设计之前应对产品图和冲压工艺卡进行重新审查、分析，若发现冲压工艺性较差或制定的工艺方案不合理时，就应向产品设计和工艺设计部门提出修改意见。②模具总体（结构）设计和模具结构草图绘制冲压工艺卡确定了该工件的冲压加工工艺路线，在此基础上，按照工艺卡中规定的工序内容，首先对各道工序的模具进行总体（结构）设计。模具总体设计是模具零部件结构设计的基础。③模具主要零部件（结构）设计模具主要零部件的结构设计通常可以与模具总体设计同时进行。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程事实上，对于结构比较复杂的模具，一旦总体设计难以清楚表达模具中某个零件的结构特征时，也往往先勾画出这个零件的结构草图，以便了解、分析、衡量该零件对模具总体结构的适应性。④模具总装图和零件图绘制。⑤校核模具图样。⑥编写模具设计计算说明书。模具设计有关的工艺计算，如凸、凹模工作部分尺寸计算、模具压力中心计算、弹性元件（橡皮和弹簧）的选用和计算、模具零件强度、刚度的校核等工作，可在模具设计前或某个设计阶段比较集中的进行，也可设计与计算交叉进行，由设计者视模具设计具体情况而定。模具闭合高度的计算，则在模具结构设计基本完成之后进行。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程1.2.2.1模具总体（结构）设计总体（结构）设计基本内容包括：①确定模具的结构形式；②确定模具的压力中心；③初定模具的外形尺寸。总体（结构）设计完成后，应绘制模具结构草图以备审定。如工件需要多道工序冲压（即需要几副模具），教师可指定学生选择其中一道工序进行模具设计。1.确定模具的结构形式根据冲压工艺卡中选定的模具类型（单工序模、复合模或级进模等），确定模具的具体结构形式。确定模具结构形式时，应重点解决以下问题：上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程1）正、倒装结构的选择单工序模主要考虑出件和排除废料的方便，大都采用正装结构。倒装复合冲裁模由于其推件装置（也有称卸件器、打料器的）通常是刚性的，而且冲裁完成后是刚性冲击推件，不能保证冲裁件平整。但由于倒装复合冲裁模结构相对简单，废料排除方便，操作安全，可以复合冲裁模的设计首选倒装结构。如果倒装复合冲裁模采用弹性推件机构，也可以使工件的平整度较好，因而对工件有平整度要求时，也是优先考虑采用倒装结构为好。倒装复合冲裁模在企业实际使用中非常广泛并已普及，故机械行业成套冷冲模标准中制定了四种倒装复合模典型组合。正装复合冲裁模使用甚少，至今未能形成典型组合标准。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程对复合冲裁模正、倒装结构的选择还受到凸凹模壁厚的影响，正装复合冲裁模的凸凹模孔中不积存冲孔废料，许用最小（孔间和孔边）壁厚bmin可比倒装复合模更小一些。需要注意的是，bmin与许多因素有关，教材给出的凸凹模许用最小壁厚的数值，只能作为推荐参考值，一些企业的经验表明，这些经验值大多具有明显的不足和行业局限性。2）定位方式和定位零件的选择定位涉及单个毛坯（或工序件）的定位与条料的定位。定位的一些基本原则已在冲压工艺设计时谈及。（1）单个毛坯或工序件在模具中的定位需要考虑采用外形定位？内形定位？还是内、外形联合定位？上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程定位零件是采用定位板？还是定位钉（销）？需要注意的是，为取、放件的方便，定位板不应设计成封闭型的，应留有适当的缺口。（2）条料（或带料）在模具中的定位，包括送进方向（导向）和送进距离（定距）的控制，于是就涉及导向方式、导向零件选择和定距方式、定距零件选择。导向零件和定距零件统称定位零件。①考虑导向方式、导向零件时涉及以下问题：是采用两个导向点导向（相应地采用两个导料销导向）？还是采用导向面导向（相应地采用导料板进行导向）？采用（两块）导料板导向时，要不要侧压装置（料厚t＜0.3mm或采用滚轴式自动送料时，不宜使用侧压装置）？采用何种侧压装置（这与料厚等因素有关）？上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程②考虑定距方式、定距零件时涉及以下问题：采用挡料销挡料还是侧刃定距？是否需要初始挡料销？是否需要导正销精确定位？采用挡料销涉及挡料销安装和挡料销型式的确定；采用侧刃定距则需要确定侧刃形式和侧刃布置方式；采用导正销则需要确定导正孔的位置，也就涉及利用工件孔还是冲制工艺孔作为导正孔的问题，多工位级进模冲压时，还需要确定在哪几个工位上导正。表1-4为冲模送料定位机构与装置的类型及其技术性能简介，可供设计时参考。3）卸料、出件方式和构件的确定卸料方式有刚性卸料、弹性卸料、废料切刀卸料二种。废料切刀常在大型成形件（如汽车覆盖件）切边模中使用，用于将废料切开而卸料。冲孔模设计多采用弹性卸料方式，以保证孔边的平整。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程出件方式涉及采用逆出件还是顺出件方式（对于正装模，顺出件又称下出件，逆出件又称上出件。也有资料不论模具的正、倒装，将逆出件称为上出件）。逆出件涉及采用刚性出件装置还是弹性出件装置。自上而下出件称为推件，推件装置一般是刚性的，推件可靠。由于弹性元件产生的压力有限，弹性推件装置适用于对工件平整度有要求的薄料冲裁。自下而上出件称为顶件，顶件装置则都是弹性的。顶件装置经常采用弹顶器提供顶件力，弹顶器可以提供较大的顶件力，也方便顶件力的调节。一些模具制造企业往往设计制造了各种规格的弹顶器，供设计者选用。弹性装置都有压料作用，当对工件的平整度，尺寸精度有要求时，宜考虑采用弹性装置完成卸料、出件。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程卸料、出件方式确定后，对卸料、出件装置中的主要构件，如卸料板、推（顶）件块（板）的形状结构进行初步设计。采用弹性装置还涉及弹性元件的选择与计算。4）模具导向方式和导向零件的确定模具是否采用导向装置？如果设计导向装置，采用何种导向方式？一般来说，单工序的弯曲模、拉深模及其他一些简单的成形模，凸、凹模之间的间隙较大，压力机滑块导轨的导向精度能够满足凸、凹模对中的要求，故这类模具大都不采用导向装置。当生产批量较小、工件精度要求较低、冲裁厚料的单工序冲裁模，也往往不考虑采用导向装置。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程复合模、级进模和工件质量要求较高或生产批量较大的模具，均应采用导向装置。事实上，有导向模提高了工件质量，也提高了模具寿命，且安装调试方便，所以在生产中广泛使用有导向的模具。模具的导向方式主要有导柱、导套导向（其中又有滑动导向和滚动导向之分）、导板导向（导板有固定式导板，活动式导板之分）。汽车覆盖件模具冲压有侧向力时，往往采用导向块、背靠块导向。滚动式导柱、导套导向是一种无间隙导向，导向精度高，寿命长，加工制造比较困难，主要适用于高速冲模、薄料（t＜0.5mm）冲裁、精密冲裁、硬质合金模及其他精密模具。使用开式压力机，并且采用滚动式导柱、导套导向时需要选用浮动式模柄，冲压时导柱、导套不能脱离。固定式导板常用于落料模和工位不多的级进模，活动式导板多用于冲小孔或冲多孔的冲孔模。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程需要提及的是，采用导板对凸模导向时，凸模固定部分与凸模固定板型孔之间取间隙配合（H7/h6，H8/h7或H9/h8）而不是通常的过渡配合，因而凸模在固定板中处于浮动状态，这种结构形式有利于凸模自然导入导板孔内。2.确定模具压力中心模具设计时，应使模具压力中心与压力机滑块中心轴线重合（如冲压件形状特殊，压力中心不超出压力机滑块模柄孔投影面积的范围，对一般冲模也是允许的），以避免冲压时产生偏心载荷，加剧模具及压力机滑块与导轨之间的磨损，影响模具、压力机使用寿命和冲压件质量。多工位级进模的压力中心与压力机滑块中心轴线偏离则不应超出L/6和B/6（L

×B为凹模周界）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程3.初定模具外形尺寸涉及模架选择和压力机规格的最终确定模具总体结构设计确定的模具外形尺寸（即总体结构尺寸，包括模具闭合高度、模座平面尺寸、模柄尺寸）必须与压力机规格相协调。1）模具闭合高度为了使模具正常工作，模具闭合高度Hm应介于压力机最大与最小装模高度Hmax、Hmin之间，一般按如下关系式确定：Hmax–5mm≥Hm

≥

Hmin+10mm。无特殊情况，Hm应取上限值，最好取在Hm

≥Hmin+M/3

范围内（M=Hmax–Hmin，为连杆调节量），这是为了避免连杆调节过长，导致螺纹接触面积过小而被压坏。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程若模具闭合高度小于压力机最小装模高度，可另加经过磨平的垫板或适当加厚模具某些板状零件的厚度以增加Hm。若大于压力机最大装模高度，宜另选压力机，也可以去掉压力机工作台垫板直接安装模具，但此时应注意冲击压力不能太大，否则易引起模具及设备事故。2）模座平面尺寸下模座尺寸必须小于压力机工作台面尺寸，严格讲应是小于压力机工作台最外两条燕尾槽之间的尺寸。采用压板、T形螺栓固定下模时，在安装方位应有不小于50～70mm（加压板的）的安装尺寸；采用T形螺栓固定下模时，下模座尺寸略小于工作台面尺寸即可。此外，下模座外形尺寸一般每边必须大于压力机工作台孔或垫板孔（漏料）40～50mm，否则需增加附加垫板（学生设计时常忽略这一点）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程对于大多数压力机，一般滑块在上止点位置时其底平面低于压力机机身导向部分，因此允许上模座尺寸略大于滑块底平面尺寸。对于某些开式压力机，滑块在上止点位置时其底平面高于压力机机身导向部分，这时上模座外形尺寸必须小于压力机滑块底平面尺寸。闭式压力机和较大的开式压力机的滑块底平面有T型槽，可以用T形螺栓固定模具上模部分（有些压力机滑块上既有模柄孔，又有T型槽，安装较大型模具时，不仅可靠，也方便对中）。同样的道理，T形螺栓固定上模时，上模座略小于滑块底平面即可（为安全起见，上模座不宜用压板、T形螺栓固定）。采用T形螺栓固定模座时，模座上应设计出安装螺栓的槽孔。附带提一下，通常闭式压力机的工作台面尺寸与滑块底平面尺寸大体相同，而开式压力机则工作台面尺寸大于滑块底平面尺寸。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程3）模柄尺寸使用开式压力机，且模具比较小时，常用模柄固定上模。模柄夹持部分的公称直径与压力机滑块的模柄孔径相等（其尺寸配合关系可取H11/d11），高度则小于模柄孔深度5～10mm。此外，模具的其他结构尺寸也必须与压力机相适应。下模座的下方安装通用弹顶器时，弹顶器平面尺寸应小于漏料孔尺寸；模具采用下出件方式时，下漏的工件或废料应能通过漏料孔，否则，模具设计应考虑上出件或将废料从下模侧面排出。中小型模具通常采用模架，以安装模具的全部零件。模架已标准化，并有商品模架出售。选用标准模架时，确定模具外形尺寸实际就是确定模架类型与规格。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程标准模架的选用包括二个方面：根据冲压件的形状、尺寸、精度、模具结构类型及条料送进方向等选择模架的类别和型式；根据凹模周界尺寸和闭合高度要求确定模架的规格（大小）；根据冲压件精度、模具工作零件配合精度等确定模架的精度。通常冲裁间隙Z

＜0.03mm（相当于t

＜0.5mm）时，可选用Ⅰ级精度的模架；硬质合金模、工位较多的级进模，也选用工级精度的模架。模架有两个主要的技术参数：凹模周界尺寸和模架闭合高度（范围）。凹模周界的数值表示了模架可能容纳模具零件（如凹模板等）的最大幅面尺寸。模架闭合高度表示安装模具零件后，模架上模座上平面与下模座下平面之间允许的尺寸范围，在此允许的尺寸范围内，上、下模之间可实现良好的导向，因此计算的模具闭合高度Hm应在模架的闭合高度范围内。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程对于深拉深模具和弯曲件进入凹模深度大的模具，还需校核冲压开始（即上模与冲压材料接触）时，导柱进入导套的有效导向高度一般不应小于10～15mm。模具总体结构设计完成后（事实上也同时完成了模具主要零部件的结构设计），必须对初选的压力机是否合适进行校核，以最终确定压力机规格。4.绘制模具结构（总装）草图（或简图）模具总体设计完成后，应绘制模具结构（总装）草图。草图通常按模具工作位置在闭合状态（或接近闭合状态）时绘制。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程遵循先里后外、由上而下的顺序，即先在主视图和俯视图的适当位置绘制冲压件视图（级进模应按排样图绘制出不同工位上的冲件状态），然后绘制凸模、凹模，再依次绘制与之相邻的其他装置或零件，如压料与卸料零件、出件零件、定位零件、凸模（凹模）固定板和垫板。以上的模具（即模芯）结构尺寸初步确定后，可以根据凹模周界尺寸，选择模座规格，幽出上、下模座，导柱、导套，加上模柄，就完成了模具结构草图。草图用于正式图纸绘制之前对模具结构设计方案的审定。因此草图的绘制应与正式图纸绘制同样认真，视图与标注完整。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程1.2.2.2模具主要零部件（结构）设计前已述，模具总体设计的同时，通常就可对各主要零部件的结构进行设计。所谓主要零部件的结构设计，就是确定工作零件、定位零件、卸料和出件零件、导向零件的结构形式以及固定方法。如果凸模、凹模采用镶拼结构，还需要确定凸模或凹模在模座上的固定形式。模具主要零部件的结构设计实际上还包含了制造模具零件材料的选择。比如凸模、凹模可以用T7A、T8A制造，也可用Cr12MoV、YG15制造，这与冲压件的生产批量和定型程度有关（教材上通常有选材的相应资料）。模具主要零部件的结构型式、尺寸计算、连接固定、应用场合等问题可见教材和有关资料。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程需要强调的是，应尽可能选用标准件，或采用标准件进行二次加工。比如，装配冲小圆孔的凸、凹模时，常用标准圆凸模和圆凹模，其中圆凸模的直径上常留有0.02～0.05mm余量，采用外圆磨削来保证装配的冲裁间隙。采用的标准规格尺寸的模板上下两面，常留有0.3～0.5mm余量的平磨。1.2.2.3模具总装配图和零件图的绘制绘制模具图，应尽量采用1∶1的比例，直观性好，便于发现问题。绘图时，一是遵守国家标准的机械制图规定，二是不违反制图标准前提下，可按照模具行业的一些习惯或特殊规定的绘制方法作图。1.模具总装配图的要求及绘制1）模具总装配图上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程模具总装配图（简称总图）的图面布置如图1-7所示。模具总图的绘制要求如下：（1）主视图主视图的图面布置应与模具工作状态一致。主视图反映模具的基本结构、工作原理、各零部件之间的相互位置和装配关系，是总图的主体部分。①主视图取模具的闭合状态（也可取接近闭合状态）。左右对称的模具可取半开半闭状态，成形模的主视图常用这种画法（见图1-8）。②主视图采用（全剖视或阶梯）剖视幽法。左右对称的模具也可采用半剖视画法，以表示模具的外形（见图1-8）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程③带导柱、导套的模具最好（不是必须）剖出一对导柱、导套（图面位置不够，也可只剖出半个导柱、导套），同规格的螺钉、销钉等至少剖出一个。④主视图中的条料、工件和废料的剖切面最好涂黑或涂红，以使图面更清晰。除了遵守机械制图的一般规定外，允许采用如下一些画法：⑤为清楚表示凸模，剖切平面通过非圆实心凸模时可以按不剖幽（可见图1-9中凸模6未剖）。⑥为减少局部视图，在不影响剖视图对剖面迹线通过部分的结构表达的情况下，主视图中往往将剖面迹线以外的部分旋转或平移到剖面图上来（螺钉、销钉、推杆的表达通常这样处理）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程⑦冲模的圆柱螺旋压缩弹簧可用双点划线表示。⑧剖视位置较小时，可对（不在视图对称中心线上的）同一尺寸线上的螺钉和圆柱销各幽半个表示（可见图1-3紧固上模座与固定板的螺钉与定位销钉的剖视表示）；有些企业也允许单独剖视半个螺钉或销钉（建议学生尽可能不要这样幽）。⑨模具的弹顶器（也称弹性缓冲器）需要专门设计时，必须在总图上全部画出；当企业有可供选用的通用弹顶器时，往往不必在总图上画出，只在下模座上画出连接螺孔即可。⑩如采用标准模架，总图上只要标明模架标准代号、规格，也可以不画（学生设计，还是绘制为宜）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程（2）俯视图按照冲模的习惯幽法，俯视图一般（拿掉上模部分）画下模俯视图，表示下模俯视可见部分。所以俯视图反映模具零件的平面布置，对正装模来说，俯视图反映了排样方法、凹模孔的形状和分布、螺钉和销钉的位置等，对倒装模具而言，反映了凸模的形状、位置等信息。①左右对称的模具也可上、下模俯视图各画一半表示（图1-10）。绘制（半个）上模俯视图时一般按拿掉下模画。②下模俯视图中的条料和排样状态轮廓用双点划线表示，可用箭头表示送料方向。③俯视图中的内六角螺钉可简化用双圆（即只画螺钉头外径和窝孔）、圆柱销用单圆（即倒角不画）表示。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程（3）侧视图、局部视图和仰视图一般情况下不要求幽出这些视图。只有当模具结构过于复杂，仅用主视图和俯视图无法表示清楚时，才需要画出，但也以宜少勿多、图面简洁明了为原则。仰视图（一般将下模部分拿掉）只反映上模仰视可见部分，这也是冲模的习惯幽法。多工位级进模的模具总图中经常绘有仰视图，加上（下模）俯视图，全面表不了凸模、凹模孔的形状和布置。（4）冲件图冲件图表示经该副模具冲压后所得冲压件（可以是产品，也可以是工序件）形状、尺寸。对于需多道工序用数副模具冲压成形的零件，除绘制出本模具成形的冲件图外，一般还需要绘制出上副模具成形后的工序件图。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程①冲件图下方注明冲件名称、材料、厚度及有关技术要求。冲件图中一般仅标注与本工序有关的尺寸及公差，前面工序完成的尺寸通常不必标注。②冲件图绘图比例与总图一致，否则应注明绘图比例。③冲件放置的方向应与冲压方向一致（即与冲件在模具总装图中的位置一致）。若不一致，应用箭头注明冲压方向。（5）排样图采用条料或带料冲压加工时，还应绘出排样图。复杂的多工位级进模的排样图（和冲件图）也可单独绘制在另一张图纸上。鉴于学生模具设计时幽排样图出现很多问题。下面说明排样图画法的一些要点：上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程①在选定的送料方向上（通常横向送料时自右向左，纵向送料时自前向后）依次表示出工件在各个工位上的冲裁或成形情况。基本原则是排样图表示的送料方向应与总图相应的凸模、凹模布置方向一致，否则应用箭头表示送料方向。②用带剖面线的粗实线（切舌时粗实线不封闭，落料、冲孔时为封闭的粗实线）表示条料上（正在）冲裁的轮廓形状，实际上表示了冲裁工位上凸模截面（与相应的凹模型孔）的数量、形状与相互位置。③冲裁后条料上（材料分离后留下）的轮廓形状用粗实线表示。④冲裁前的冲件轮廓形状、定位零件（如挡料销、侧刃）形状和位置必要时可用双点划线表示。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程⑤弯曲件排样图的压弯成形部分，必要时可用另外的图表示（如图1-11所示）；级进拉深排样图以平面图为主，辅助视图表示依次拉深的直径和拉深高度（图1-12）。⑥切断、切舌的画法见图1-13和图1-14。（6）标题栏和明细栏标题栏、明细栏的格式与要求各企业不尽相同。建议学生采用图1-15所示的国标形式的标题栏和明细栏。明细栏中零件的序号建议自1开始为下模座，接着按冲压标准件、非标准件的顺序编写，同类零件宜排在一起。明细栏中的备注栏可写出材料热处理要求或其他要求（如个别易损件需要增加备件或外购件等）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程（7）技术要求技术要求一般位于明细栏上方，图面位置不够时可放在明细栏左边。技术要求只要求简要注明对本模具使用、装配、调试等应注意的事项，可填写该模具的冲压力大小、所选压力机型号与规格、冲裁间隙、试模时冲裁毛刺高度要求、模具闭合高度、模具打印标记及其他要求。模具有特殊要求时应详细注明有关内容。（8）视图尺寸标注按照模具行业习惯，总装图中一般只要求（主视图）标注模具闭合高度（未画闭合状态，可标注闭合高度尺寸后加括号注明，或将闭合高度写入技术要求）、（俯视图中标注）总长、总宽尺寸。其他尺寸及有关零件配合处的加工制造精度可不予标出（各企业对视图尺寸标注要求不同）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程2）模具总装图的绘制与总装草图的绘制一样，正式总装图绘制时，主视图、俯视图中首先画出冲件、工作零件（凸模、凹模、凸凹模），再依次画出其他各部分零件。主、俯视图的绘制最好同时进行（也可以先u俯视图），有利于零件尺寸的协调。主、俯视图（必要时还有其他视图）绘制完成后，再依次绘制冲件图、排样图、标题栏和明细栏，最后写出技术要求。2.模具零件图的要求与绘制总图中的非标准零件或采用标准件需要局部加工的，均需画出零件图。视图的多少，以能将零件结构表不清楚为准。一般也是先幽工作零件的零件图，再依次幽模具其他的零件图。下面是零件图绘制时应注意的一些问题。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程①应尽量按该零件在总图中的装配位置画出，不要任意旋转和颠倒，尤其对于带有不对称多孔零件更应如此（以防画错，影响模具图的审核及模具装配）。②采用标准件局部加工的（例如上、下标准模座需要钻出螺孔、销孔，标准的凹模板需要加工出凹模型孔），通常仅需幽出加工部位的形状和尺寸，非加工部位可省去不画（此时可以用双点划线表示零件轮廓）。③零件制造公差、形位公差、表面粗糙度选用要合理（满足模具加工质量前提下，以尽量降低制模成本）。④有相关尺寸的不同零件，应尽量一起标注尺寸及公差（如孔距尺寸、配合尺寸及工作零件的刃口尺寸等）。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程在视图中未能或不便标注、却又相当重要的一些设计要求，可在图样适当位置写出来。例如，可在零件图有关尺寸旁边标注“配作”、“装配后加工”、“8×3（线切割工艺孔）”、“回火硬度33～38HRC”等字样或在技术要求中说明。1.2.2.4编写模具设计计算说明书模具设计计算说明书是设计依据存档的技术文件，体现了设计者的设计思想。学生应随时将设计过程的内容用文字、简图或表格记录下来，最后整理归纳，编写正式设计说明书。设计说明书的编写锻炼了学生撰写技术性总结和文件的能力，不可缺少。模具设计计算说明书一般应包括如下内容（不完全是编写顺序）：上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程①设计题目——包括产品的名称及产品图、原材料种类及规格、生产批量（万件/年）、技术要求等。②冲压件的工艺分析及结论。③冲压工艺方案制定，最后应提供冲压过程工艺卡。④冲压工艺计算和模具设计参数计算。⑤模具总体结构设计的合理性分析——包括对正、倒装结构、卸料、出件、压料方式、定位、导向方式等的选择理由与说明。分析时应绘制出缩小比例的模具总图简图。⑥模具主要零部件结构设计的分析与说明——主要包括零件结构形式的分析，模具材料的选择、公差配合选择及主要技术参数要求的有关说明等。上一页下一页返回1.2冲压设计的一般过程⑦其他需要说明的内容。⑧主要参考资料（所引用的公式、数据、图表应注明参考资料的页码）。建议教师对设计说明书的格式进行统一规定，比如统一封面、目录、参考资料引用的方式、撰写的内容项目，乃至开本，字数规定，打印、装订方式等。上一页返回图1-1冲压设计步骤返回表1-1冲压件成本构成比返回图1-2带孔弯曲件返回图1-3落料拉探复合模1——顶杆；2——压边圈；3——凸四模；4——打杆；5——推件块；6——卸料板；7——落料四模；8——拉深凸模。返回图1-4级进冲裁排样图（a）制件；（b）原排样；（c）改进后排样返回表1-2复合模与级进（或连续）模的技术经济效益对比返回下一页表1-2复合模与级进（或连续）模的技术经济效益对比（续）返回上一页下一页表1-2复合模与级进（或连续）模的技术经济效益对比（续）返回上一页图1-5带孔冲裁件定位方法返回表1-3冷冲压设备的适用工艺范围返回图1-6压力机负荷曲线与冲压工艺力曲线1——冲裁；2——弯曲；3——拉深返回表1-4普通全钢冲模送料定位机构与装置的类型及其技术性能返回图1-7模具总装配图的图面布置返回图1-8摇板式弯曲模返回图1-9固定卸料导板式落料模返回图1-1090°V形件的对称弯曲模返回图1-11多工位弯曲级进模排样图返回图1-12级进拉深排样图返回图1-13排样图中切断的画法（a）单边切断；（b）双边切断返回图1-14排样图中切舌的画法返回图1-15标题栏与明细栏的格式及尺寸（参考画法）返回第2章冲压模具设计实例2.1支板冲孔切断级进模2.2托架坯料冲裁复合模2.3托架四角形件弯曲模2.4有凸缘筒形件落料（首次）拉深模返回2.1支板冲孔切断级进模图2-1所示零件为开关柜支板，材料为Q235，厚度t=4mm。2.1.1零件冲压工艺分析零件属于中等批量生产，尺寸公差较大，内外形简单对称，宽度尺寸为mm，长度尺寸为380mm，冲压工艺性较好，特别适合少、无废料冲裁加工。2.1.2确定冲压工艺方案采用无搭边冲孔切断级进模，两种冲裁方案的排样与模具简图分别见图2-2、2-3。方案1采用单边切断，将产生较大的侧向压力，模具刃口磨损及冲压噪声都较大，工件断面平整度也差。因此，冲模设计时应尽可能避免采用单边切断冲裁方式，尤其材料较厚时（t＞2mm），更应如此。下一页返回2.1支板冲孔切断级进模方案2采用双边切断方式获得零件，模具刃口受力平衡，噪声小，模具寿命较长，工效高，一个冲次获得2个零件（由图2-3可见）。故下面以方案2进行分析计算。2.1.3冲压工艺与模具设计计算2.1.3.1冲裁力计算根据公式，冲裁力F=LtRm式中，L——冲裁长度（mm）；Rm（即旧标准中的

b）——冲件材料抗拉强度，取440MPa；t——冲件材料厚度（mm）。上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模F={[（90+20）/2]

/4+380/2}×4/440

=2886400（N）≈2886（kN）查表，得卸料力系数KX=0.04；冲孔的推件力系数KT=0.045；则总冲裁力：F总–F+F×0.04+F

×0.045–2886×1.085≈3131（kN）2.1.3.2确定压力中心经计算（计算过程略），理论压力中心位置如图2-4所示，与模具几何中心相近，所以实取凹模几何中心为压力中心。2.1.3.3各主要零件的尺寸计算凹模外形尺寸：凹模厚度H=K

×b（≥15mm）上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模式中，b——凹模刃口最大尺寸（mm），考虑冲件形状，取封闭孔口的最大尺寸，本例中b=90.9mm；K——考虑板厚影响所取的系数，查得K=0.42。计算得，H=0.42×90.9=38mm，确定取H=40mm。凹模壁厚C=（1.5～2）×H（＞30mm）取系数1.5计算，得C=1.5×38=57mm，确定C=50mm。根据排样图即可得到凹模外形尺寸L×B×H（长×宽×高）-（400+2×50）×（187.9+2×50）×40=500×287.9×40取整数，确定凹模外形尺寸为L

×B×H=500mm×300mm×40mm。上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模2.凸模固定板厚度H固：H固=0.7H=0.7×40=28（mm），确定取30mm。3.垫板：首先以承压面较小的凸模进行承压应力计算，以判断是否采用垫板。冲矩形孔的凸模承压面尺寸如图2-5所示，其承压应力为：

=冲裁力/凸模承压面面积=（90.3+20.3）×2×4×440/（90.3×20.3）=212（MPa）查得钢模座的许用压应力[

P]为110～150MPa，由于

＞[

1]，因此需采用垫板。确定垫板厚度H=12mm，材料为45钢，硬度为40～45HRC。上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模4.卸料板：本模具采用弹性卸料，考虑到卸料力较大，卸料板外形尺寸亦较大，故厚度取15mm，材料为45钢，硬度为38～42HRC。5.卸料橡皮的安装高度：经计算（计算过程略），冲裁4mm厚度的零件，橡皮的安装高度为30mm。6.计算切断凹模及凸模、冲孔凸模及凹模刃口部分尺寸。零件形状比较简单，冲裁模的凸模及凹模的加工在拥有普通线切割机床、平面磨床等一般模具加工设备的前提下，可考虑在热处理后，按图纸分开加工制造。1）切断凹模及凸模刃口尺寸：首先判断能否分开加工切断凹模、凸模的刃口宽度尺寸Dd切、Dp切按落料凹模、凸模刃口尺寸计算公式计算，即上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模Dd切=（D件max–X

件）+

0Dp切=（Dd切–Zmin）0-

零件宽度尺寸mm（见图2-1），为IT13精度，系数X取0.75；查得凹模制造公差

d=0.03mm；凸模制造公差

p=0.02mm；冲裁间隙Zmin=0.60mm，Zmax=0.80mm。校核分开加工条件：

d+

p=0.02+0.03=0.05；

Zmax–Zmin=0.80–0.60=0.20。满足（

d+

p）＜（Zmax–Zmin）条件，所以可以分开加工制造凹、凸模。有计算式，确定切断凹模长度尺寸取400mm（＞380mm即可）。上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模确定切断凸模长度尺寸取398mm（400mm即可)。2）冲孔凸模与凹模刃口尺寸：经判断（过程与上同，略），满足分开加工制造的条件。冲孔凸模刃口计算公式零件孔尺寸（见图2-1），为IT13精度，系数X取0.75。查得冲孔凸模制造公差

p=0.02mm故上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模凸模均采用直通式结构（图2-5，2-6），经普通平面磨床可达到图纸尺寸要求。7.凸模固定板：凸模固定板的厚度尺寸H=0.7×40=28mm，确定取30mm。凸模固定板上型孔尺寸均按凸模实际尺寸配作（M7/h6），孔距尺寸与凹模保持一致。2.1.3.4模具主要零件设计1.凸模的吊装紧固直通式凸模方便线切割加工，在模具制造企业中的应用日趋广泛，因此模具的冲孔与切断凸模均设计成直通式结构，用螺钉采用吊装方式紧固（见图2-9）。上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模2.凹模与凸模材料的选择按照现有一般制模工艺，凹模刃口均为热处理后线切割加工。碳素工具钢热处理后内应力较大，线切割加工可能引起尖角处炸裂，故凹模材料一般宜采用9Mn2V、CrWMn、Cr12、Cr12Mov等，本例采用CrWMn。考虑到刃口磨损匹配，凸模材料亦为CrWMn。3.上、下模座的选择本实例模具的模架采用非标准模架，须自行设计。根据凹模的外形尺寸以及采用中间滑动导柱，确定上、下模座的外形尺寸为700mm×400mm×50/60mm。考虑模具工作时受力较大，模座材料选用Q235。上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模2.1.3.5选用压力机本实例总冲裁力：F总=3131kN；模具闭合高度：237mm故选用J31–400（400t）压力机，主参数为：最大冲压力：4000kN；滑块行程：230mm；连杆调整量：160mm；最大闭合高度：660mm；工作台尺寸：1060mm×990mm；行程次数：23次/min需要注意的是，该型号压力机滑块上无模柄孔，滑块底面有T形槽，可用于上模的固定，所以上模座不要设计安装模柄。2.1.3.6模具零件图凸模固定板、凹模零件图分别见图2-7、2-8。上一页下一页返回2.1支板冲孔切断级进模2.1.3.7模具总装图模具总装图与模具零件名称（见图2-9）。上一页返回2.2托架还料冲裁复合模2.2.1零件的冲压工艺分析图2-10所示为高压开关柜上的托架，材料为10钢，料厚2mm，中等批量生产，镀锌后使用。该零件的2个

8.5mm孔可供托架与柜体相连之用，2个

6.5mm孔则可供行程开关固定之用。零件形状简单对称，由冲裁和弯曲工序即可成形。2×6.5孔距离弯曲变形区较远，可弯曲前冲出；2×

8.5孔的孔距为60±0.23mm，有尺寸精度要求，应弯曲后再冲此两孔。零件高度（15mm）开口宽度（30mm）、长度（82mm）、宽度（36mm）等尺寸均为IT14。需要注意的是，零件高度尺寸（15mm）尽管是IT14，但使用时两边要求等高。下一页返回2.2托架还料冲裁复合模2.2.2冲压工艺方案的分析和确定由零件冲压工艺分析可知，冲压基本工序为冲孔（冲

6.5孔）、落料、弯曲、冲孔（

8.5孔）。根据零件特点及工艺要求，可以有以下冲压工艺方案（见图2-11）和带料级进冲压：方案1：冲2×

6.5孔及落料复合→弯曲两外角→弯曲两内角→冲2×8.5孔。方案2：冲2×

6.5孔及落料复合→弯曲两外角并预弯内角45°弯曲两内角→冲2×

8.5孔。方案3：冲2×

6.5孔及落料复合→弯曲四角→冲2×

8.5孔。方案4：冲2×

6.5孔和落料复合→两次弯四角（复合）→冲2×

8.5孔。上一页下一页返回2.2托架还料冲裁复合模方案5：采用带料级进冲压。方案1、2都需要分两次弯曲四个角，相应需要两套弯曲模，操作也欠方便。方案4则弯曲外角的凹模口宽度（约50mm）小于零件外形尺寸（82mm），完成四角弯曲后难以取件。方案5需要设计多工位弯曲级进模，模具结构复杂，零件生产批量不大，所以最终也未考虑该方案。方案3的弯曲模结构最简单，四角弯曲后可以保证零件两边等高。弯曲时零件表面产生的划痕可以在镀锌后得到改观。此外，零件外形尺寸精度不高，中等批量，可以考虑采用校正弯曲控制回弹。综合零件使用要求、生产成本、模具制造等因素，确定按方案3设计制造模具（事实上，笔者在企业中采用该方案设计制造了弯曲模，冲压的托架件完全满足使用要求）。上一页下一页返回2.2托架还料冲裁复合模2.2.3冲压工艺计算2.2.3.1坯料尺寸计算坯料（冲件展开尺寸）L计算如下（见图2-12）：L=2×L1+2×L2+L3+4×L4=2×22+2×9+26+4×4.14=104.56≈104.6（mm）2.2.3.2落料件尺寸图、排样和裁板方案落料形状为矩形，排样图见图2-13。取搭边a=a1=2.2mm；条料宽度B=104.6+2.2+2.2=109mm；送料进距S=36+2.2=38.2mm；选用板料规格为：2000mm×900mm×2mm。上一页下一页返回2.2托架还料冲裁复合模根据零件结构分析，因采用四角同时弯曲，且弯曲半径较小，为防止弯裂，剪裁条料时选用横裁法（使弯曲线与料纹垂直）于是条料尺寸为109mm×900mm。每板条料数n1=2000/109=18（条）；每条制件数n2=900–2.2/38.2=23（件）；每块板制件数n3=n1×n2=18×23=414（件）；材料利用率

=414×（36×104.6）/（900×2000）=86.6%。2.2.3.3冲压力计算（略）上一页下一页返回2.2托架还料冲裁复合模2.2.4模具设计实例2.2.4.1冲孔落料复合模按照方案三，首先采用复合工序（冲孔落料）制备托架的坯料。由零件形状尺寸可知，复合模的凸凹模壁厚远大于要求的最小壁厚，所以确定设计倒装冲裁复合模来完成坯料制备。倒装冲裁复合模结构相对简单，操作方便、安全，使用广泛。正装冲裁复合模中的冲孔废料由上模推件装置推出，落在凹模面上，很多情况下难以及时清除，容易造成安全隐患。实际上，笔者在企业从事冲模设计二十余年，所到之处，尚未见实际生产中使用正装冲裁复合模的。上一页下一页返回2.2托架还料冲裁复合模2.2.4.2复合模结构（1）同割工艺。根据大量生产实践经验，确定采用同割工艺（即采用线切割加工，当切缝宽度与凸、凹模间隙相同时，可同时切出凸模和凹模）。落料时以凹模尺寸为准切割，冲孔时以凸模尺寸为准切割，通过电极丝直径和电参数选择，切割时获得所需冲裁间隙。凹模尺寸壁厚较大，可将（电极丝）穿线孔设置在凹模上，按预定的程序进行整个型腔的加工（见图2-8）。本实例线切割丝直径势

=0.11mm，火花间隙为0.01～0.02mm，则同割后双边间隙：Z=（0.11+0.01～0.02）×2=0.24～0.26（mm）采用同割工艺设计冲裁模具，极大地节约了昂贵的切削加工费用，缩短了模具制造周期，也节约了模具钢材料，经济效益非常显著。上一页下一页返回2.2托架还料冲裁复合模凹模上留下的穿线孔与助走线，不影响冲裁模具（仅在助走线处的落料件断面上有不易察觉的凸痕）。笔者在企业工作期间，采用同割工艺设计制造的数十副模具，使用寿命与采用传统工艺制造的模具基本没有区别。当凸、凹模间隙小于切缝（如冲裁簿料的冲裁模制造）时，可采用有切割斜度的线切割机床，一次切出带锥度的凸、凹模，凸模的大端与凹模口小端配合可获得极小的冲裁间隙（当然凹模刃口带斜度）。（2）凹模、凸凹模设计。如图2-14所示，凹模各部分按常规设计并确定穿线孔位置，在凹模型腔内按零件图要求采用分开标注法标注出凹模及凸凹模上冲孔凹模的各部分尺寸，并选择适当位置设置紧固螺孔和定位销孔，用于凸凹模的固定与定位。上一页下一页返回2.2托架还料冲裁复合模凹模材料要求选用合金模具钢（不宜采用碳素工具钢）。（3）卸料板、推件块（打料器）的设计。凹模型腔为直壁形式，故推件块不能设计出挂肩，可以采用螺钉结构来替代（图2-15）。本实例中的卸料板及推件块也采用同割工艺制造。（4）凸凹模固定方法。采用同割工艺，凸凹模高度就是凹模厚度，且凹模厚度按常规设计一般取20～30mm，故凸凹模高度不足，难以按常规方法采用固定板固定。本实例凸凹模尺寸较大，可采用螺钉固紧，销钉定位，如总装图（图2-16）所示。上一页返回2.3托架四角形件弯曲模在2.2节中，已对托架件进行了冲压工艺分析，并确定四角同时一次弯曲成形（有些企业将此种形状冲件弯曲称为帽形弯曲），这种弯曲方式保证了15mm这个尺寸左右一致，而这类零件的基本要求便是两边等高。此模具设计时有两点需要注意：①为使零件左右两直边平直，凸模的横向尺寸L凸应略大于产品零件的横向尺寸L件。可取L凸=L件+（2～4）+2R（R为凸模圆角）②用图2-17所示带顶板的凹模进行弯曲。实践表明，利用橡胶垫提供（背压）顶件力，弯曲时有足够的压平效果，可使拱弯回弹量明显减小。该弯曲模具的凸、凹模分别见图2-18、图2-19，总装图及各零件名称见图2-20。返回2.4有凸缘筒形件落料（首次）拉深模2.4.1拉深工艺计算结果零件如图2-21所示，材料为10钢，厚度t=2mm。将计算数据换算成与零件图相同的标准形式后，所得各工序件的尺寸见图2-22。2.4.2落料拉深模设计以毛坯落料尺寸及首次拉深计算为依据，设计落料拉深复合模。首次拉深取拉深系数m1=0.51。2.4.2.1首次拉深件的工艺性分析首次拉深件（工序件）也是带凸缘筒形件，毛坯落料尺寸

119mm，料厚2mm，厚度无公差要求，底部及凸缘处圆角半径R=8.6mm，工序件尺寸均能满足拉深工艺要求。零件材料10钢，拉深性能好。计算后经查表，该工序件拉深需用压边圈。下一页返回2.4有凸缘筒形件落料（首次）拉深模2.4.2.2落料力、拉深力与压料力计算落料力：根据冲裁力公式F冲=LtRm（10钢Rm取400MPa）F冲=（3.14×119）×2×400=298（kN）拉深力：根据拉深力公式F拉深=K1

d1tRm式中，由m1=0.51，查得系数K1=1；d1

-

拉深件直径（mm）F拉深=1×3.14×59.8×2×400=150（kN）压料力：根据压料力公式FY=

[D2-（d1+2Rd1）2]P/4上一页下一页返回2.4有凸缘筒形件落料（首次）拉深模式中，D

-

坯料直径（mm）；Rd1-首次拉深凹模圆角半径（mm）；P

-

单位面积压料力（MPa）（查得P=2.5MPa）。FY=3.14×[1192-（59.8+2×8.6）2]×2.5/4=16（kN）2.4.2.3确定压力机标称压力F压力机由于冲裁与拉深不是同时进行的，计算表明，冲裁力比拉深力大得多，所以压力机标称压力F压力机的确定以冲裁工艺力为依据。考虑到冲裁时压力机滑块离下止点较远，为保证冲压工艺力曲线全部在压力机负荷曲线之下，以下式为F压力机确定的依据：F压力机≥1.8F冲总式中，F冲总为冲裁工艺力，包括冲裁力、卸料力、推件力。上一页下一页返回2.4有凸缘筒形件落料（首次）拉深模F冲总=F冲+F卸+F推=0.04×298+0.055×298=326.3（kN）计算式中0.04、0.055为卸料力系数和推件力系数。故F压力机≥1.8×326.3=587.4（kN）。2.4.2.4模具工作部分尺寸1.落料凸、凹模间隙：查表，取凸、凹模（双边）间隙Z=0.20～0.30mm。2.拉深凸、凹模间隙：查表、计算得凸、凹模（单边）间隙Z=1.2t=2.4mm。3.拉深凸、凹模圆角半径：见图2-22，可知拉深