第三章 模具结构与设计

1、第三章 冲裁模结构与设计 模具设计，实质上就是模具结构的设计（选择）和模具零部件的设计（选择）。所以，这一章有三个内容：其一是介绍典型冲裁模的基本结构；其二是介绍模具零部件的设计和选用原则；其三是模具整体设计过程。第一节 冲裁模的基本类型与结构分析一、冲裁模的组成及分类 如图1、工作零件：凸模、凹模2、定位零件：导料板、挡料销3、卸料与推（顶）件装置；弹性和刚性4、导向装置：无导向模；导板模；导柱导套模。5、固定与联接零件：模架（一）模具的组成（二）模具的分类1、按工作零件：如图（1）按工序性质分（2）按工序的组合程度分 单工序模、级进模和复合模（3）按工作零件的结构、布置方法、所用材料2、按

2、定位零件 主要是挡料方式3、按卸料与推（顶）件方式4、按导向方式分 无导向模；导板模；导柱导套模。 5、按模具模架结构6、按自动化程度 送料、出件及排除废料的方 式分手动模、半自动模、自动模二、简单冲裁模（一）无导向简单冲裁模刚性卸料落料模 简单冲裁模按工序性质又可以分为落料模、冲孔模、修边模、剪切模、剖切模、切口模。其中以落料模最有代表性简单落料模按导向方式有：无导向模；导板模；导柱导套模 模具结构简单；质量轻、尺寸小、制造容易、成本低，但使用时安装调整凸、凹模之间间隙较麻烦；模具精度低；冲件质量差，模具寿命低；操作不够安全，适用于冲件精度不高，形状简单，批量小的情况。 无导向弹性卸料无导向

3、模特点：圆柱销活动挡料销导板式简单冲裁模1（二）勾形挡料销圆柱挡料销圆柱形挡料销的特点：使用方便，但距离凹模刃口太近，影响凹模强度。勾形挡料销的特点：距离凹模刃口远一些可以保证凹模有高强度，但使用不方便。导板式简单冲裁模2活动挡料销的特点：不需要抬料；距离凹模刃口较远，但料要向后拉。导板式简单冲裁模3导板冲裁模特点：模具结构简单；质量轻、尺寸小、精度比无导向模高、使用时安装调整凸、凹模之间间隙容易；冲件质量好，模具寿命高；操作安全，但导板制造难度大，制造时导板应与凸模配合加工；冲压设备行程要小，以保证工作时凸模始终不离开导板。适用于冲件精度不高，冲压形状简单、尺寸不大，厚度大于0.30.5mm

4、的冲裁件。 （三)导柱式简单模弹性卸料的特点：由于有压料作用，故冲件质量好，但模具结构复杂，卸料力小，卸料不安全可靠。刚性卸料的特点：模具结构简单，卸料力大，卸料安全可靠；但由于没有压料作用，故冲件质量差一些。活动挡料销结构复杂，但卸料板不用开让位孔，保证了卸料板的强度。弹性卸料导柱式简单冲裁模画图分类组成刚性卸料导柱导套冲裁模特点：导向比导板模的可靠、精度高（可达IT12级以上）、使用时安装调整凸、凹模之间间隙方便；冲件质量好，模具寿命高；操作安全，但模具轮廓尺寸较大；质量重、制造工艺复杂、成本较高，适用于冲压生产批量大、精度要求较高零件的冲压。上出件冲裁模该模具冲出零件表面平整，适合于冲制

5、板料厚度较薄和要求平整度要求较高的制件。模具采用导柱、导套导向，故冲出的制件质量较好，模具寿命长，使用安装方便，适于大批量生产。无导向模、导板模、导柱导套模具比较比较项目无导向模导柱导套模导板模导向精度取决与压力导轨导向精度IT6IT71T6IT7安 装 与 调试安装与调试困难，制件质量不稳定，工作零件寿命短安装与调试方便。制件质量稳定安装与调试方便，但导向零件磨损较快，影响凸模寿命和导向精度操作定位可见，变化较灵活，操作方便定位可见，变化受导柱位置的限制操作较方便定位不可见，操不方便应用范围用于弯曲、拉深、成形等单工序模，适于中小批量生产适合于大批量生产精度要求较高的各种冲压件用于连续模和单

6、工序模，导板兼作卸料板，并对凸模起保护作用冲孔模1冲孔模2修边模其它模具三、级进模级进模与单工序模相比，结构基本相同。如图 在压力机的一次冲程中，依次在几个连续不同的工位上完成多道工序的冲模。冲裁件在连续模中是逐步成形。1、由导料板、挡料销、始用挡料销、导正销组成定 位部分的导正销级进模 如图2、由导料板、侧刃组成定位部分的侧刃级进模。 如图3、由导料板、侧刃、导正销组成定位部分的连续模。4、由导料板、自动送料机构、导正销组成定位部分的 级进模。只是必须要设置一个精确定位装置。根据精确定位装置的不同，级进模有四种基本结构：复合模其它级进模级进模原理定位零件定位精度高，但始用挡料销使用不方便，薄

7、料导正时，易将料拉坏，不适合冲压薄料的连续模，工位较多的连续模也不合适。适用于成形料不太薄，产品精度低于IT10IT13，形状简单，手工送料的模具。级进模1零件级进模2定位精度比导正销连续模低，但没有始用挡料销使用方便，对薄料的定位较好，工位较多时，由于模具精度低，故也不合适用这种结构的级进模。适用于冲压料厚t0.11.5mm，产品精度低于IT11IT14 的模具。双侧刃的作用：提高定位精度；使后几个工位有定位件。由导料板、自动送料机构、导正销组成定位部分的连续模，同上，模具结构简单。级进模3该模具解决了对排送料不方便的问题。由导料板、侧刃、导正销组成定位部分的连续模综合了两者的优点。模具结构

8、复杂，薄料导正时，易将料拉坏，适合于工位较多的连续模。级进模4利用工件边缘形状作侧刃。空位的作用：当级进模步距较小时可提高凹模强度；便于凸模安装、模具维修调整。当步距小于8mm时，宜多设几个空工位；步距大于16mm时，不宜多设空工位；精度高，形状复杂时，不宜多设空工位，以减少总工位数；用导正销做精定位时，可适当多设空工位 级进模5为了保证工件质量，凸模件2有三个特点：其一，有导向部分；其二，开有使用挡料销让位槽；其三，在刃口的前方带有一个R3.5的突出耳部，其目的是保证右半部所切下工件的顶部圆弧曲线能够光滑过渡，避免出现毛刺。四、复合模在压力机的一次冲程中，在同一个工位上完成两道以上工序的冲模

9、。顺装复合模倒装复合模顺装复合模顺装复合模特点：1、冲件质量好；2、薄料冲压平整度高；3、孔边距尺寸小时，凸凹模强度高；4、操作不方便。复合模最小壁厚：顺装：有色金属为1t，但不小于0.5mm，黑色金属为1.5t但不小于0.7mm。顶件零件画图倒装复合模倒装复合模特点：1、冲件质量差；2、薄料冲压平整度很差；3、孔边距尺寸小时，凸凹模强度不够；4、操作方便。t0.10.51h0.81.62.7t235h4.96.710最小壁厚：工作零件正装模顺装、倒装复合模比较比较项目倒装复合模正装复合模工 作 零件 装 配位置凸模在上模部分在下模部分凹模在上模部分在下模部分凸凹模在下模部分在上模部分出件方式

10、采用顶板、顶杆自上模(凹模) 内推出，下落至模具工作面上采用弹顶器、自下模(凹模) 内顶出至模具工作面上冲裁件的质量一般较好冲裁件的平整度较差较好废料排除废料在凸凹模内积聚到一定程度，便从下模部分的漏料孔或排出槽排出废料不在凸凹模内积聚，压力机回程时，废料既从凸凹模内推出单工序模 复合模 连续模的比较 比较项目单工序模复合模连续模冲压件精度较低（看模具精度）可达IT8IT10可 达 I T 1 0 IT13工件的形状工件的形状较简单工件的形状受模具结构与强度的限制可加工复杂零工件位置精度较差较高一般工件的平整度较差易弯曲正装较高倒装一般较差易弯曲板的厚度 较大0053066生产率 低较高高续材

11、料利用率 高较高低工作安全性不安全不安全安全操作性能不太方便不太方便方便实现自动化的可能性较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化难，只能在单机上实现部分机械化操作容易，尤其适合单机上实现自动化生产通用性通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大批量生通用性较差，仅适合于大批量生产通用性较差，仅合于中小零件大批量生产冲模制造的复杂性和价格结构简单制造周期短，价格低复杂性和价格都较高复杂性和价格低于复合模 工艺第二节 冲裁模主要零件的结构与设计冲模零部件工艺结构零件、辅助结构零件工艺结构零件工作零件、定位零件、 卸料与推（顶） 件零件工作零件：定位零件：辅助结构零件导向零件、固定与联接零件凹模（

12、 ）、 凸凹模（ ）导料销或导料板（ ）、定位订（ ）或定位板（ ） 、导正销（ ） 、始用挡料销（ ） 、侧刃和侧刃挡块 （ ）挡料销（ ）、凸模（ ）、设设设设选选选选选选导柱（ ）、固定与联接零件：导向装置：卸料与推（顶）件装置：（卸料）弹性卸料板（ ）、卸料螺钉（ ）、刚性卸料板 （ ）、推（顶）件推件板、（ ）推杆（ ）、 打板（ ）、打杆（ ）弹性元件（ ）、导套（ ）、导板（ ）模柄（ ）、上、下模板（座）（ ）、 垫板（ ） 、凸、凹模固定板 （ ）、螺钉、销子、限位器 等（ ）设设设设设设设选选选选选选选选选废料切刀 （ ）、选一、工作零件（一）凸模1、凸模的结构型式 直通式

13、、台阶式直通式台阶式直通式的特点：可以用切割方法加工，加工方便，但是，装夹要比台阶式麻烦，它必须增加夹紧装置 台阶式的特点：，装夹要比直通式方便；但不可以用切割方法加工，故不适于用来做冲压轮廓形状较复杂零件的模具直通式凸模安装方式铆接式螺钉加紧式粘结式热套法一般情况下多用螺钉加紧法、小凸模用铆接法，连续模用粘结法，硬质合金凸模用热套法。快换凸模结构2、凸模长度计算 如图刚性卸料 L=h1+h2+h3+h弹性卸料 L=h1+h2+（h0+h预）h0弹簧的自由高度h预为弹簧的预压量凸模长度规范值：30、32、36、38、40、42、45、48、50、52、55、58、60、65、70、80、90、

14、100等等 凸模长度3、凸模强度与刚度校核强度 cp=F/Ac刚性 ：无导向 矩形 Lmax425J/F 圆形 Lmax95dp2/F有导向 Lmax1200J/F Lmax270dp2/F （二）凹模凹模的结构形式整体式凹模凹模结构形式主要有三种：即整体式凹模；组合式凹模和镶块式凹模。 组合式凹模镶块式凹模外形尺寸1、凹模型孔的结构型式圆柱形型孔凹模特点：刃口强度高、精度高、制造容易；但刃口张力大、磨损大、易磨成反锥形。锥形型孔凹模特点：刃口锋利、刃口张力小、磨损小、不易出现反锥形，模具寿命低；但强度低、精度低可调间隙凹模：淬火硬度3540HRC；适用于料厚小于0.5mm的软金属或非金属材料

15、。2、凹模外形尺寸 如图凹模厚度：h=kb （15mm）凹模壁厚：C=（1.52）h（ 3040mm）B=b+2c L=b+2cB和L都要向标准尺寸上靠。标准尺寸有：63、80、100、125、160、200、250、315、400等等计算所得的h值要向规范尺寸上靠：这些尺寸有：12、14、16、18、20、22、25、28、等等（三）凸凹模（四）镶拼式凸模和凹模凹模长宽尺寸：二、定位零件（一）导料板、导料销、 侧压块 （二）挡料销（三）导正销挡料销与导正销的关系S1=SD/2+d/2+0.1S1=S+D/2d/20.1始用导料销（四）侧刃侧刃工作原理 A型 A型 B型C型 B型 C型（五）定

16、位板与定位销三、卸料与推（顶）件装置顶件装置四、导向装置导板、导柱、导套滑动导向装置滚珠导向装置导柱导套在模架上的位置五、固定与联接零件（一）模柄 尺寸按冲床模柄孔尺寸而得（二）模座 尺寸按凹模尺寸而得（三）固定板与垫板 （四）螺钉、销子 固定板的厚度一般取凹模厚度的（6080）垫板一般取412mm。六、弹簧和橡胶的选用与计算（一）弹簧 如图已知卸料力F1(F2、F3) （弹簧预压力1、计算一根弹簧上的预压力2、计算需要的压缩量3、初选弹簧 一般Fj大约为2 F04、效验所选的弹簧 校核Fj和hj Fj F0即可 L=L预+L工L修 F0=F1/nFj F0 hj L 即可（二）橡胶已知卸料力

17、F1(F2、F3) （橡胶预压力），求橡胶的自由高度和面积。1、求自由高度H0橡胶总的压缩量（3545）H0 L橡胶的预压量 L预（1015）H0橡胶需要的压缩量 L=L预+L工L修H0=（ L工L修）/0.250.32、求橡胶的面积pA F1 A F1/p例如F1=2000N，p=0.5MPa t=1mmH0 =28mm左右A=4000mm20.5 H0 /D1.5可以割成四块橡胶，尺寸为（25 40）mm。第三节 冲裁模设计步骤 冲裁模设计的一般程序1、对冲裁件进行工艺分析2、确定冲裁的工艺方案3、选择模具结构型式4、进行必要的工艺计算毛坯计算、力的计算、压力中心计算、刃口尺寸计算、弹性元

18、件确定、模具强度校核 、闭合高度5、选择和确定模具主要零部件的结构与尺寸6、选择压力机7、绘制模具装配图和非标准零件图8、编写设计说明书一、冲裁件的工艺性（一）冲裁件的形状和尺寸1、冲裁件的形状力求简单对称；提高材料的利用率和模具的加工工艺性2、冲裁件的圆角；3、冲裁件应避免有过长的悬臂或过窄的凹糟；模具的加工工艺性模具的强度 冲裁件的工艺性是指其对冲压工艺的适应性，只要包括材料、形状尺寸、精度等等。（工艺性不好是指冲裁件不好冲裁或不能冲裁）4、冲裁件上冲孔孔径尺寸不宜太小；小凸模的强度和刚性5、冲裁件上孔与孔、孔与边缘的尺寸不能过小。（二）冲裁件的尺寸精度与断面粗糙度精度一般低于IT10级断

19、面粗糙度材料厚度t/mm112233445断 面 粗 糙 度Ra/m3.26.312.52550（三）冲裁件的尺寸标注基准基准重合二、冲裁件的排样冲裁件在条料或板料上的布置方法称为排样。如图 排样对冲压与模具的影响有：1）影响材料利用率2）影响工件的冲裁质量3）影响模具的结构和模具的寿命4）影响生产率5）影响工人操作的方便程度选择排样的原则： 在保证质量的前提下尽量考虑材料利用率最高 ，在材料利用率差不多的情况下，再考虑其它因素。排样图斜对排混合排多行排裁搭边（一）材料利用率 如图 =nA/(bl)100 要提高材料利用率可以减少工艺废料，即减少搭边值。n为一个步距内冲件数 总=n总A/(BL

20、)100n总= n1 n2材料总的利用率 如图A为工件面积b条料宽度l送料步距材料单件利用率材料利用图有废料排样少废料排样无废料排样搭边（二）排样方式和材料的经济利用排样方法按制件在条料上的布置方式可分为：如图排样方法按废料的情况分，有三种排样即：如图1、有废料排样 如图 工件质量好、模具寿命长、 材料利用率低 2、少废料排样如图 工件质量差 材料利用率较高 3、无废料排样如图 材料利用率高、模具不对称冲 裁故模具寿命短 、工件的质量差、 有时生产率高，模具构简单。 一般首选直排，角形零件斜排，其次对排（可以用设计连续模的方法解决操作不方便的问题）。利用结构废料冲零件，可以进行混合排。（三）搭

21、边 如图 搭边的作用：补偿定位误差，保证冲出合格的零件、可起送料定位的作用、使条料有一定的刚性，便于送料。选择搭边值时应考虑的因素：1）材料的机械性能：材料硬的取小一些；2）材料厚度：1 mm左右取最小值；3）工件的形状与尺寸：工件大或复杂的取大一些；4）排样的形式 对排的搭边值大于直排的搭边值；5）送料及挡料方式：手工送料和有侧压板的取小值。 在保证条料刚性的前提下，尽量取小值。选择搭边值的原则：查表法、类比法（四）条料宽度与导料板间距1、有侧压装置b=(D+2a)-B=b+Z=D+2a+ZZ=58mm2、无侧压装置b=(D+2a2Z)-B=b+2Z=D+2a+4ZZ=0.51mm或 b=(D+2a)-或 b=(D+2a22Z)-3、送料步距：l=D+a1三、冲裁工艺方案工序性质、工序数量、工序顺序、工序组合四、模具压力中心计算冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。计算模具压力中心的目的：(如图）将压力中心位于模具模柄轴心线上（模具的中心线上）。x0F= x1F1+ x2F2+ + xnFn F= (L1+ L2+ + Ln )tb F1= L1tb Fn= Lntbx0= (x1L1+ x2L2+ + xnLn )/ (L1+ L2+ + Ln )y0= (y1L1+ y2L2+ + ynLn )/ (L1+ L2+ +