冲压工艺与模具设计

第2章冲裁工艺与模具设计（时间：4次课，8学时）第2章冲裁工艺与模具设计教学目标：本章介绍冷冲压模具设计的重要内容，也是最基础的内容。通过本章的学习，将达到能设计中等复杂程度冲裁模具的水平。为此，应了解冲裁变形过程及冲裁端面的特征；掌握冲裁间隙对冲裁件精度和模具的影响；掌握确定合理冲裁间隙的方法；掌握排样方法，学会确定条料宽度；掌握冲裁力及压力中心的计算。第2章冲裁工艺与模具设计教学重点和难点：各种模具及其组成零件的结构及特点；冲裁模的设计步骤及模具刃口尺寸的计算。第2章冲裁工艺与模具设计案例导入：要大批量冲制如下图所示的工件(材料为08F，材料厚度为2mm，制件精度为IT14级)，应选择何种模具？如何提高板料的材料利用率？凸模和凹模的间隙应是多少？如何计算凸模和凹模刃口尺寸和公差？模具主要零件的结构及尺寸如何设计？如何选择标准模架和选用压力机？第2章冲裁工艺与模具设计第2章冲裁工艺与模具设计2.1冲裁变形过程分析2.2冲裁间隙2.3冲裁模刃口尺寸计算2.4冲压力及压力中心计算2.5冲裁件的工艺性2.6排样2.7精密冲裁2.8模具设计2.9冲裁模的设计步骤2.10冲裁模设计实训习题与练习2.1冲裁变形过程分析2.1.1冲裁变形过程2.1.2冲裁断面特征2.1冲裁变形过程分析冲裁是利用模具在压力机上使板料沿一定轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切口、切边、剖切等多种工序。落料和冲孔是两种最基本的冲裁形式。从板料上冲下所需形状的零件(或毛料)叫落料；在工件上冲出所需形状的孔(冲去部分为废料)叫冲孔。2.1冲裁变形过程分析图2-1平板垫圈2.1.1冲裁变形过程如图2-2所示变形过程:如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下3个阶段。1. 弹性变形阶段见图2-2(a)。在凸模和凹模压力的作用下，板料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形。2. 塑性变形阶段见图2-2(b)。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。3. 断裂分离阶段见图2-2(c)、(d)、(e)。2.1.1冲裁裁变形过程程2.1.2冲裁裁断面特征征断面分析：：圆角带；；光亮带；；断裂带；；毛刺区。。2.1.2冲裁裁断面特征征圆角带a：当凸模刃刃口压入材材料时，刃刃口附近的的材料产生生弯曲和伸伸长变形，，材料被拉拉入间隙，，形成圆角角带。材料料的塑性越越好、凸模模和凹模的的间隙越大大，圆角带带也越大。。光亮带b：当刃口切切入材料后后，材料受受到凸模和和凹模剪切切应力τ和挤压应力力σ的作用而形形成光亮垂垂直的断面面。通常光光亮带占整整个断面的的1/2~1/3。。断裂带c：是由刃口口附近的微微裂纹在拉拉应力作用用下不断扩扩展而形成成的撕裂面面。毛刺区d：毛刺。2.2冲冲裁间间隙2.2.1冲裁裁间隙对冲冲裁件断面面质量的影影响2.2.2冲裁裁间隙对冲冲裁件尺寸寸精度的影影响2.2.3冲裁裁间隙对冲冲裁力、卸卸料力、推推料力、顶顶件力的影影响2.2.4冲裁裁间隙对模模具寿命的的影响2.2.5合理理间隙值的的确定2.2冲冲裁间间隙冲裁模凸模模与凹模刃刃口部分横横向尺寸之之差成为冲冲裁间隙，，用Z表示示：式中：Z-冲裁间隙隙（mm））；Dd-凹模模尺寸（mm）；；Dp-凸模模尺寸（mm）。。2.2冲冲裁间间隙图2-4冲冲裁间间隙2.2.1冲裁裁间隙对冲冲裁件断面面质量的影影响在4个特征征区中，光亮带越宽宽，断面质质量越好。塑性较差的的材料容易易断裂，材材料被剪切切不久就会会出现裂纹纹、分离，，使断裂带带增宽，而而光亮带和和圆角带所所占的比例例较小，毛毛刺也较小小。材料塑性较较好，冲裁裁时裂纹出出现得较晚晚，材料被被剪切的深深度较大，，光亮带所所占的比例例就大，圆圆角和毛刺刺也大。冲裁间隙对对冲裁件断断面的影响响如图2-5所示。。在设计和制制造模具时时，应使冲冲裁间隙保保持在一个个合理的范范围之内。。2.2.1冲裁裁间隙对冲冲裁件断面面质量的影影响图2-5冲冲裁间隙隙对冲裁件件断面的影影响2.2.2冲裁裁间隙对冲冲裁件尺寸寸精度的影影响冲裁件的尺尺寸精度，，是指冲裁裁件的实际际尺寸与图图纸上的基基本尺寸之之差。差值值越小，精精度越高。。这个差值值包括两方方面的偏差差：一是冲裁件件相对于凸凸模或凹模模尺寸的偏偏差，二是模具本本身的制造造偏差。2.2.3冲裁裁间隙对冲冲裁力、卸卸料力、推推料力、顶顶件力的影影响随着间隙的的增大，材材料在冲裁裁时所受的的拉应力将将增大，材材料容易断断裂分离，，冲裁力有有一定程度度的降低。。但在正常常情况下，，间隙对冲冲裁力的影影响并不很很大。间隙对卸料料力、推件件力的影响响比较显著著。随间隙增增大，卸料料力和推件件力都将减减小。一般般当单面间间隙增大到到材料厚度度的15%~25%时，卸料料力几乎降降到零。但但间隙继续续增大时会会引起毛刺刺增大，又又将引起卸卸料力、顶顶件力的迅迅速增大。。2.2.4冲裁裁间隙对模模具寿命的的影响冲模失效的的形式一般般有磨损、崩刃刃、变形、、胀裂和折折断。冲裁力主要要集中在凸凸模和凹模模的刃口部分。刃口变形和和端面磨损损加剧，甚至至崩刃。所以为了减减少凸、凹凹模的磨损损，延长模模具使用寿寿命，在保保证冲裁件件质量的前前提下适当当采用较大大的间隙值值是十分必必要的。若若采用小间间隙，就必必须提高模模具的硬度度和耐磨性性，提高模模具的制造造精度，冲冲裁时采用用良好的润润滑，以减减小磨损。。2.2.5合理理间隙值的的确定因此，在冲冲压实际生生产中，主主要根据冲裁件断面面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素素综合考虑虑，给间隙隙规定一个个范围值。。这个间隙隙范围就称称为合理间间隙，这个个范围的最最小值称为为最小合理理间隙(Zmin)，最大值值称为最大大合理间隙隙(Zmax)。考虑到到在生产过过程中的磨磨损使间隙隙变大，故故设计与制制造新模具具时应采用最小小合理间隙隙Zmin。确定合理间间隙值有理理论确定法法和经验确确定法两种种。1. 理论论确定法2. 经验验确定法2.3冲冲裁模刃刃口尺寸计计算2.3.1凸、凹模刃刃口尺寸计计算原则2.3.2凸、凹模刃刃口尺寸的的计算2.3冲冲裁模刃刃口尺寸计计算凸模和凹模模的刃口尺尺寸和公差差，直接影影响冲裁件件的尺寸精精度。模具具的合理间间隙值也靠靠凸、凹模模刃口尺寸寸及其公差差来保证。。所以，正正确确定凸凸、凹模刃刃口尺寸和和公差，是是冲裁模设设计中的一一项重要工工作。2.3.1凸、、凹模刃口口尺寸计算算原则冲裁件的断断面带有锥锥度，在冲冲裁件尺寸寸的测量和和使用中，，都是以光面的尺寸寸为基准。在模具的使使用过程中中，凸模和和凹模的刃刃口会产生生磨损，凸模越磨越越小，凹模模越磨越大大，结果使间间隙越来越越大。所以以，在计算算凸模和凹凹模的刃口口尺寸时，，落料和冲冲孔应区别别对待，遵遵循的原则则如下。(1)由由于落料件件尺寸由凹凹模尺寸决决定，冲孔孔件孔的尺尺寸由凸模模尺寸决定定，故设计落料模模时，先确确定凹模刃刃口尺寸，，再以凹模模为基准，，间隙取在在凸模上，，即凸模尺尺寸以凹模模尺寸减去去冲裁初始始间隙来确确定；设计冲孔模模时，先确确定凸模刃刃口尺寸，，再以凸模模为基准，，间隙取在在凹模上，即凹模尺尺寸以凸模模尺寸减去去冲裁初始始间隙来确确定。(2)考考虑到冲裁裁中凸、凹凹模的磨损损，设计落落料模时，，凹模基本尺尺寸应取制制件尺寸公公差范围的的较小尺寸寸；设计冲孔孔模时，凸模基本尺尺寸则应取取工件孔尺尺寸公差范范围内的较较大尺寸。不论是落落料还是冲冲孔，冲裁裁间隙都取取最小合理理间隙值。。(3)确确定冲模刃刃口制造公公差时，应应考虑制件件的公差要要求。一般般来说，模模具制造精精度比制件件精度高3~4级。。冲压件的的尺寸公差差和冲模刃刃口尺寸公公差都应按按“入体””原则标注注为单向公公差，即落料件和凸凸模刃口尺尺寸上偏差差为零，下下偏差为负负；冲孔件和凹凹模刃口尺尺寸上偏差差为正，下下偏差为零零。若磨损后后不变化的的尺寸(如如两孔中心心距等)，，应按双向向对称标注注。2.3.1凸、、凹模刃口口尺寸计算算原则2.3.2凸、、凹模刃口口尺寸的计计算由于模具的的加工方法法不同，凸凸模与凹模模刃口尺寸寸的计算方方法也不同同，基本上上可分为两两种情况。。对于冲孔工工序,孔尺尺寸为:::对于落料工工序,工件件尺寸为:2.3.2凸、、凹模刃口口尺寸的计计算例2-1冲冲制如图图2-8所所示的工件件，其材料料为08钢钢，料厚t=1mm，，试计算凸凸模和凹模模刃口尺寸寸和公差。。2.3.2凸、、凹模刃口口尺寸的计计算图2-8零零件图图2.3.2凸、、凹模刃口口尺寸的计计算(a)冲冲裁件2.3.2凸、、凹模刃口口尺寸的计计算图2-9落落料时时的冲裁件件和凹模2.3.2凸、、凹模刃口口尺寸的计计算(a)冲冲裁件2.3.2凸凸、凹凹模刃口口尺寸的的计算(b)凸凸模图2-10冲冲孔时时的冲裁裁件和凸凸模2.3.2凸凸、凹凹模刃口口尺寸的的计算例2-2冲裁裁如图2-11所示的的制件，，材料为为10钢钢，料厚厚0.8mm，，用配作作方法加加工冲模模，试确确定落料料模具刃刃口尺寸寸和公差差。解：因为为制件的的冲裁属属于落料料，故先先确定凹凹模的刃刃口尺寸寸，然后后再以凹凹模为基基准件配配作凸模模。凹模模磨损后后其尺寸寸变化有有三种情情况。2.4冲冲压压力及压压力中心心计算2.4.1冲压力计计算2.4.2压力中心心计算2.4冲冲压压力及压压力中心心计算平刃冲裁裁：F-冲裁裁力(N)L-冲裁裁轮廓总总长(mm)，，t-材料料厚度(mm),-材料抗抗拉强度度(MPa)2.4.1冲冲压力力计算冲压力是是指冲裁裁过程中中冲裁力力、卸料料力、推推件力和和顶件力力的总称称。它是是在模具具设计时时选择冲冲压设备备和校核核模具强强度的重重要依据据。1.冲冲裁力的的计算冲裁力是是冲裁过过程中凸凸模对板板料施加加的压力力，它是是随凸模模进入材材料的深深度而变变化的。。通常说说的冲裁裁力是指指冲裁力力的最大大值。2.4.1冲冲压力力计算2.卸卸料力、、推件力力和顶件件力的计计算为了使冲冲裁工作作继续进进行，必必须将箍箍在凸模模上的料料卸下，，将卡在在凹模内内的料推推出。从从凸模上上卸下箍箍着的料料所需要要的力称称卸料力力，用FX表示；将将梗塞在在凹模内内的料顺顺冲裁方方向推出出所需要要的力称称推件力力，用FT表示；逆逆冲裁方方向将料料从凹模模内顶出出所需要要的力称称顶件力力，用FD表示，如如图2-12所所示。k系数2.4.1冲冲压力力计算图2-12卸卸料力力、推件件力和顶顶件力2.4.1冲冲压力力计算3.压压力机公公称压力力的确定定冲裁时，，压力机机的公称称压力必必须大于于或等于于冲压力力(FZ)。FZ为冲裁力力和与冲冲裁力同同时发生生的卸料料力、推推件力或或顶件力力的总和和。2.4.2压压力中中心计算算模具的压压力中心心也就是是冲压力力合力的的作用点点。为了了保证压压力机和和模具的的正常工工作，应应使模具具的压力力中心与与压力机机滑块的的中心线线相重合合。否则则，冲压压时滑块块就会承承受偏心心载荷，，导致滑滑块导轨轨和模具具导向部部分不正正常的磨磨损，还还会使合合理间隙隙得不到到保证，，从而影影响制件件质量和和降低模模具寿命命甚至损损坏模具具。所以以，在设设计模具具时，必必须要确确定模具具的压力力中心，，并使其其通过模柄柄的轴线线，从而保保证模具具压力中中心与压压力机滑滑块中心心重合。。2.5冲冲裁裁件的工工艺性冲裁件的的工艺性性是指冲冲裁件对对冲裁工工艺的适适应性。。良好的的冲裁工工艺性是是指在满满足冲裁裁件使用用要求的的前提下下，能用用普通的的冲裁方方法，在在生产率率较高、、模具寿寿命较长长、成本本较低的的条件下下稳定地地获得合合格质量量的冲裁裁件。因因此，在在开始设设计冲裁裁模之前前，首先先应进行行冲裁件件的工艺艺性分析析，审查查冲裁件件的结构构形状、、尺寸大大小、精精度要求求、材料料性能及及厚度等等方面是是否符合合冲裁的的工艺要要求，力力求使其其具有良良好的冲冲裁工艺艺性。2.6排排样样2.6.1冲裁排样样2.6.2搭边值和和条料宽宽度的确确定2.6.3材料利用用率的计计算2.6排排样样制件在条条料、带带料或板板料上的的布置方方法叫排排样。合合理排样样对于提提高材料料利用率率、降低低成本，，保证冲冲件质量量及提高高模具寿寿命具有有十分重重要的意意义，是是模具设设计的重重要内容容之一。。2.6.1冲冲裁排排样根据材料料的合理理利用情情况，条条料排样样方法可可分为3种，如如图2-17所所示。(1)有有废料料排样：：图2-17(a)。。沿制制件全部部外形冲冲裁，制制件与制制件之间间、制件件与条料料侧边之之间都留留有搭边废料料。因此精精度高，，并且模模具寿命命也高，，但材料料利用率率低。(2)少少废料料排样：：图2-17(b)。。沿制制件部分分外形切切断或冲冲裁，只只在制件件与制件件之间或或制件与与条料侧侧边之间间留有搭搭边。材材料利用用率较高高。(3)无无废料料排样：：图2-17(c)。。制件件周围无无任何搭搭边，制制件由切切断条料料直接获获得。材材料利用用率最高高。2.6.1冲冲裁排排样2.6.1冲冲裁排排样2.6.1冲冲裁排排样2.6.1冲冲裁排排样续表2.6.2搭搭边值值和条料料宽度的的确定1.搭搭边排样时制制件之间间以及制制件与条条料侧边边之间留留下的工工艺废料料叫搭边边。搭边的作作用一是是补偿定定位误差差，确保保冲出合合格的制制件；二二是保证证条料具具有一定定的刚度度，便于于条料送送进，从从而提高高劳动生生产率。。一般来说说，硬材料的的搭边值值比软材材料、脆脆材料的的搭边值值要小一一些；制件形形状大而而复杂、、圆角半半径较小小时，搭搭边值取取大些；；材料越厚厚，搭边边值越应应大些；用手工工送料，，有侧压压装置时时，搭边边值可以以小一些些；用侧侧刃定距距比用挡挡料销定定距的搭搭边小一一些；弹弹性卸料料比刚性性卸料的的搭边小小一些。。2.6.2搭搭边值值和条料料宽度的的确定2.条料料宽度1）送料料时在一一侧导料料板装有有侧压装装置时，，计算公公式如下下：2.6.2搭搭边值值和条料料宽度的的确定图2-18有有侧压压装置的的条料宽宽度计算算2.6.2搭搭边值值和条料料宽度的的确定2）在无无侧压装装置的导导料板之之间送料料时，条条料可能能会产生生左右摆摆动或转转动，因因此，条条料宽度度应增加加一个条条料可能能的摆动动量，2.6.3材材料利利用率的的计算材料利用用率是指指冲裁制制件的实实际面积积与所用用板料面面积的百百分比，，它是衡衡量是否否已合理理利用材材料的经经济性指指标，也也是检验验排样是是否合理理的重要要参数。。2.6.3材材料利利用率的的计算若考虑料料头和料料尾的材材料消耗耗，则可可按下式式计算：：一般来说说,所用用材料价价格高或或生产批批量较大大时,应应选择材材料利用用率较高高的排样样;而生生产批量量较小时时,则应应尽可能能选择比比较简单单的排样样,以便便于模具具制造。。2.7精精密密冲冲裁精密冲裁裁之所以以能获得得尺寸精精度高、、断面质质量好的的冲裁件件，其机机理主要要是改变变冲裁条条件，以以增大变变形区的的静水压压力，使使板料处处于三向压应应力状态，抑抑制材料料裂纹的的产生。。精密冲裁裁根据其其冲裁机机理的不不同，可可分为齿齿圈压板板精密冲冲裁和半半精密冲冲裁两大大类。半半精密冲冲裁包括括小间隙隙圆角刃刃口冲裁裁、负间间隙冲裁裁、上下下往复冲冲裁等。。2.8模模具具设设计2.8.1工艺方案案的确定定2.8.2模具类型型的确定定2.8.3模具主要要零部件件的设计计2.8.1工工艺方方案的确确定确定工艺艺方案的的主要任任务是确确定冲裁工序序的性质质和数目目、冲裁裁工序的的组合以以及冲裁裁工序的的顺序。一般来来说，确确定工艺艺方案关关键是确确定冲裁裁工序的的顺序。。在确定冲冲裁工序序的顺序序时，应应考虑冲冲裁件的的结构特点点、形状尺寸寸、精度等级级以及生产产批量等等因素，，还要考考虑冲裁模具具的类型型、坯料在模具上上的定位等问题，，一般按按下列原原则来确确定。(1)先先冲裁裁部分要要为后面面的冲裁裁工序提提供可靠靠的定位位，后冲冲裁部分分不能影影响先冲冲裁部分分的质量量。(2)若若多工工序冲裁裁件采用用单工序序模冲裁裁时，应应先落料料使坯料料与条料料分离，，再以落落料所得得的工序序件外轮轮廓定位位进行冲冲孔或冲冲缺口，，并且后后继工序序的定位位基准要要前后一一致，以以免出现现定位误误差。(3)若若多工工序冲裁裁件采用用级进模模冲裁时时，为了了便于送送料和定定位，应应先冲孔孔或冲缺缺口，然然后以冲冲出的孔孔为后续续工序定定位，最最后进行行落料或或切断，，将冲裁裁件与条条料分离离。当定定位要求求较高时时，还可可首先冲冲裁两个个工艺孔孔，再以以工艺孔孔定位完完成后续续工序，，如图2-26所示。。2.8.1工工艺方方案的确确定图2-26工工艺孔孔在级进进冲裁时时的应用用2.8.1工工艺方方案的确确定(4)若若采用用定距侧侧刃的级级进模冲冲裁时，，定距侧侧刃切边边工序应应与首次次冲孔同同时进行行，以便便控制送送料进距距。采用用两个定定距侧刃刃时，可可以安排排成一前前一后，，也可并并列安排排。(5)若若多工工序冲裁裁件采用用复合模模冲裁时时，冲孔孔和落料料往往同同时进行行，以提提高冲孔孔和落料料的位置置精度。。(6) 冲裁裁大小不同、、相距较近的的孔时，为减减少孔的变形形，应先冲大大孔和一般精精度的孔，后后冲小孔和精精度较高的孔孔。2.8.2模具类型的确确定1.模具类型的确确定冲裁模的结构构类型按工序性质:落料模、冲冲孔模、切断断模、切口模模、切边模、、剖切模等；；按工序组合程程度:单工序序模(又称简简单模)、级级进模(又称称连续模)、、复合模；按冲模有无导导向:无导向向的开式模和和有导向的导导板模、导柱柱模。最终选择的模模具结构类型型，不仅要满满足冲裁件精精度和生产率率的要求，还还应满足制造造容易、使用用方便、操作作安全、成本本低廉等要求求。2.8.2模模具类型型的确定2. 冲裁模模的典型结构构单工序冲裁模模单工序冲裁模模在压力机的的一次行程中中只能完成一一个冲裁工序序。它结构简简单，便于制制造，成本低低廉，但生产产率和冲裁精精度都较低。。图2-27为为无导向简单单落料模。该该模具的上模模部分由上模模座1和凸模模2组成，凸凸模2采用螺螺钉直接安装装在上模座1上；下模部部分由卸料板板3、导料板板4、凹模5、下模座6、定位板7组成，凹模模5靠上压侧侧顶的方式安安装在下模座座6上，条料料靠左右导料料板4导向，，由前向后送送料，送料方方向靠定位板板7定位，冲冲裁后废料箍箍在凸模上，，由左右两个个卸料板3卸卸下。模具上上、下模之间间没有直接导导向关系。2.8.2模模具类型型的确定图2-27无无导向简简单落料模1—上模座；；2—凸模；；3—卸料板板；4—导料料板；5—凹凹模；6—下下模座；7——定位板2.8.3模模具主要要零部件的设设计1. 工作零零件(1) 凸模模① 凸模的结结构形式及其其固定方法凸模按截面形形状不同分为为圆形凸模和和非圆形凸模模；按结构分为整整体式、镶拼拼式、阶梯式式、直通式和和带护套式等等；按凸模的的固定方法分分为台肩固定定、铆接、螺螺钉和销钉固固定，粘结剂剂浇注法固定定等。常见的圆形凸凸模如图2-34所示。。图2-34(a)为用用于较小直径径的凸模，图图2-34(b)为用于于较大直径的的凸模。这两种结构都都是采用阶梯梯式，凸模强强度刚性较好好，装配修磨磨方便，其安安装部分做成成台肩，便于于固定，保证证工作时凸模模不被拉出，，适用于卸料料力较大的场场合。图2-34(c)为用于于较小直径的的凸模，为了了改善凸模强强度，在其中中部增加了过过渡阶梯。这这种结构采用用铆接方式固固定，适用于于卸料力较小小的场合。图2-34(d)为护套套式凸模，用用于冲制孔径径与料厚相近近的小孔。图2-34(e)为用于于大直径冲裁裁的凸模，它它采用螺钉吊吊装在固定板板上，为了减减少磨削面积积，其外径和和端面都做成成凹形。2.8.3模模具主要要零部件的设设计凸模与凸模固固定板通常采采用过渡配合合H7/m6或H7/n6制造。图2-35(a)和图2-35(b)为台阶式式。图2-35(a)采采用台肩固定定，图2-35(b)采采用铆接固定定。由于工作部分分截面是非圆形的，，而固定部分分是圆形的，，所以必须在在固定端接缝缝处加防转销销。根据工作部部分截面的形形状，台阶式式的固定部分分也可采用矩矩形结构。图2-35(c)和图2-35(d)为直通式式。这种结构构便于采用线线切割加工或或成形铣、成成形磨削加工工，截面形状状复杂的凸模模广泛应用这这种结构。图2-35(c)采用铆铆接固定，图图2-35(d)采用黏黏结固定，黏黏结剂一般使使用低熔点合合金或环氧树树脂，为了黏黏结得牢靠，，在凸模的固固定端或固定定板相应的孔孔上应开设一一定的槽形。。黏结固定法法可以简化凸凸模固定板的的加工工艺，，便于凸模的的装配。2.8.3模模具主要要零部件的设设计2凸模长度度的确定若采用卸料板板和导料板结结构，凸模的的长度应该为为：L=h1+h2+h3+(15~20)mm若采用弹压卸卸料板，凸模模的长度为：：L=h1+h2+t+(15~20)mm式中：h1、、h2、h3、t分别为为凸模固定板板、卸料板、、导料板、材材料的厚度。。15~20mm为附加加长度，包括括凸模的修磨磨量，凸模进进入凹模的深深度及凸模固固定板与卸料料板之间的安安全距离。2.8.3模模具主要要零部件的设设计2. 定位零零件冲模定位零件件的作用是保保证所冲裁材材料的正确送送进及在模具具中的正确位位置，从而保保证冲压件的的质量及冲压压生产的顺利利进行。使用条料时，，条料在模具具中必须保证证两个方向的的位置：一是是在送料方向向上的定位，，用来控制条条料每次送进进的步距，通通常称为挡料，常用的零件件有挡料销、导正正销、侧刃等；二是在与与条料送进方方向垂直的方方向上的定位位，目的是保保证条料沿正正确的方向送送进，通常称称为送料导向，常用的零件件有导料销、导料料板、侧压板板等。对于块料料或工序件的的定位，往往往也要保证这这两个方向上上的位置，常常用的定位零零件有定位销、定位位板等。(1) 挡料料销根据工作特点点及作用，挡挡料销可分为为固定挡料销销、活动挡料料销和始用挡挡料销三种。。固定挡料销又又分为圆头挡挡料销(见图图2-41(a))和钩钩形挡料销(见图2-41(b))两种。圆头头挡料销结构构简单，制造造容易，广泛泛用于冲制中中、小型冲裁裁件的挡料定定距。当定位位销孔离凹模模孔口太近时时，为了保证证凹模有足够够的强度，应应采用钩形挡挡料销。但为为了防止钩头头在使用过程程发生转动，，需考虑防转转。2.8.3模模具主要要零部件的设设计2.8.3模模具主要要零部件的设设计活动挡料销的的常见结构如如图2-42所示。图2-42(a)为弹簧弹弹顶挡料销，，通常装在弹弹压卸料板上上，冲压前起起挡料作用，，冲压时被压压入卸料板孔孔内，上模回回程时由弹簧簧复位；图2-42(b)为回带式式活动挡料销销，其销头对对着送料方向向带有斜面，，送料时条料料搭边碰撞斜斜面使挡料销销抬起，当搭搭边越过后，，弹簧使挡料料销复位，将将条料后拉，，使搭边抵住住挡料销而定定位。回带式活动挡挡料销常用于于具有固定卸卸料板的模具具上。2.8.3模模具主要要零部件的设设计2.8.3模模具主要要零部件的设设计3. 卸料装装置与出件装装置1) 卸料装装置按结构的不同同，卸料装置置分为刚性卸卸料装置和弹弹压卸料装置置两种。刚性卸料装置置的常见结构构形式如图2-51所示示。图2-51(a)为为封闭式，广广泛用于冲裁裁板料较厚、、平直度要求求不很高的零零件；图2-51(b)为悬臂式，，主要用于窄窄而长零件的的冲孔和切口口。刚性卸料装置置一般安装在在下模上，其其结构简单，，卸料力大，，卸料可靠。。采用刚性卸料料装置时，如如果板料较薄薄，会引起板板料翘曲，使使冲件不平，，严重时还会会损坏模具。因此，刚性卸料装置置不宜于冲裁裁材料较软、、料厚小于0.8mm的的制件。2.8.3模模具主要要零部件的设设计2.8.3模模具主要要零部件的设设计当卸料板仅起起卸料作用时时，卸料板与凸模模的单边间隙隙一般取0.2~0.5mm，板料薄时取小小值，板料厚厚时取大值。当固定卸料板板兼起导板作作用时，导板板与凸模之间间一般按H7/h6配合合制造，但导导板与凸模之之间间隙应小小于凸、凹模模之间的冲裁裁间隙，以保保证凸、凹模模的正确配合合。弹压卸料装置置的常见结构构形式如图2-52所示示。弹压卸料装置置由卸料板、、弹性元件(弹簧或橡胶胶)、卸料螺螺钉等零件组组成。图2-52(a)的卸料料板装在上模模上，常用于于正装式的单单工序冲裁模模；图2-52(b)的的卸料板装在在下模上，常常用于倒装式式的复合模；；图2-52(c)为带带小导柱的弹弹压卸料装置置，用于弹压压卸料板给凸凸模作导向时时,弹压卸料料既起卸料作作用又起压料料作用，所得得冲裁件质量量较好，平直直度较高。因因此，质量量要要求求较较高高的的冲冲裁裁件件或或薄薄板板冲冲裁裁宜宜用用弹弹压压卸卸料料装装置置。设计计时时，，弹弹压压卸卸料料板板与与凸凸模模之之间间应应有有合合适适的的间间隙隙，，当当弹弹压压卸卸料料板板无无精精确确导导向向时时，，它它与与凸凸模模之之间间的的单单边边间间隙隙可可取取0.05~0.15mm。。为为了了确确保保卸卸料料可可靠靠，，装装配配模模具具时时，，弹弹压压卸卸料料板板的的压压料料面面应应超超出出凸凸模模端端面面0.2~0.5mm。。当当弹弹压压卸卸料料板板有有精精确确导导向向时时，，它它与与凸凸模模按按H7/h6配配合合制制造造。。2.8.3模模具具主主要要零零部部件件的的设设计计2.8.3模模具具主主要要零零部部件件的的设设计计2)出出件件装装置置出件件装装置置的的作作用用是是将将卡卡在在凹凹模模中中的的冲冲件件或或废废料料推推下下或或顶顶出出。。向下下推推出出的的机机构构称称为为推推件件机机构构，，一一般般装装在在上上模模内内；向上上顶顶出出的的机机构构称称为为顶顶件件机机构构，，一一般般装装在在下下模模内内。推件件装装置置主主要要有有刚刚性性推推件件装装置置和和弹弹性性推推件件装装置置两两种种。。刚性性推推件件装装置置如如图图2-53所所示示，，它它由由打打杆杆、、推推板板、、连连接接推推杆杆和和推推件件块块组组成成。。其其工工作作原原理理是是在在冲冲压压结结束束后后上上模模回回程程时时，，利利用用压压力力机机滑滑块块上上的的打打料料杆杆，，撞撞击击上上模模内内的的打打杆杆与与推推件件板板(块块)，，将将凹凹模模内内的的工工件件推推出出，，其其推推件件力力大大，，工工作作可可靠靠。。弹性性推推件件装装置置如如图图2-54所所示示，，它它不不仅仅起起推推件件作作用用，，还还兼兼起起压压料料作作用用。。由由于于采采用用弹弹性性元元件件，，故故推推件件力力较较小小，，但但推推件件力力均均匀匀，，出出件件平平稳稳，，多多用用于于冲冲压压薄薄板板大大件件以以及及工工件件平平整整度度要要求求较较高高的的模模具具。。2.8.3模模具具主主要要零零部部件件的的设设计计图2-53刚刚性性推推件件装装置置1——打打杆杆；；2——推推板板；；3——推推杆杆；；4——推推件件块块2.8.3模模具具主主要要零零部部件件的的设设计计(a)(b)图2-54弹弹性性推推件件装装置置1——橡橡胶胶；；2——推推板板；；3——连连接接推推杆杆；；4——推推件件块块2.8.3模模具具主主要要零零部部件件的的设设计计4.模模架架模架架一一般般由由上上模模座座、、下下模模座座、、导导柱柱、、导导套套四四部部分分组组成成。。模模架架及及其其组组成成零零件件现现已已标标准准化化，，设设计计时时可可根根据据模模具具要要求求按按国国标标规规定定的的技技术术条条件件进进行行选选用用。。根据据导导柱柱与与导导套套配配合合性性质质的的不不同同，，模模架架分分为为滑滑动动导导向向模模架架和和滚滚动动导导向向模模架架两两种种。。滑滑动动导导向向模模架架的的导导柱柱、、导导套套结结构构简简单单，，加加工工、、装装配配方方便便，，应应用用非非常常广广泛泛；；滚滚动动导导向向模模架架在在导导套套内内镶镶有有成成行行的的滚滚珠珠，，导导柱柱通通过过滚滚珠珠与与导导套套实实现现微微量量过过盈盈配配合合(过过盈盈量量一一般般为为0.01~0.02mm)，，从从而而使使导导向向精精度度高高，，运运动动平平稳稳，，使使用用寿寿命命长长，，主主要要用用于于高高精精度度、、高高寿寿命命的的硬硬质质合合金金模模、、薄薄材材料料的的冲冲裁裁模模以以及及高高速速精精密密级级进进模模。。滑动导向向模架的的结构形形式如图图2-58所示示。图2-58(a)为对对角导柱柱模架，，它的两两个导柱柱、导套套位于模模具的对对角线上上，冲裁裁时受力力均衡，，不易引引起模具具偏斜，，并且能能实现纵纵向和横横向送料料，常用用于一般般精度的的冲裁模模和级进进模；图2-58(b)为后后侧导柱柱模架，，它的两两个导柱柱、导套套位于模模具的后后侧，操操作方便便，能实实现纵向向和横向向送料，，但由于于导柱、、导套偏偏置，易易引起模模具偏斜斜，适用用于冲裁裁一般精精度、冲冲件较小小的模具具，不宜宜于大型型模具；；图2-58(c)为后后侧导柱柱窄型模模架，其其特点与与后侧导导柱模架架相同，，适用于于窄长零零件的冲冲裁；图2-58(d)为中中间导柱柱模架，，它的两两个导柱柱、导套套位于模模具的左左右对称称线上，，冲裁时时受力均均衡，导导向精度度较高，，但只能能沿前后后单方向向送料，，常用于于复合模模；图2-58(e)为中中间导柱柱圆形模模架，主主要用于于冲裁圆圆形制件件的模具具；图2-58(f)为四四角导柱柱模架，，它具有有四个沿沿四角分分布的导导柱、导导套，冲冲裁时受受力均衡衡，导向向精度高高，并且且模具刚刚性好，，适用于于大型模模具。上、下模模座是模模具的基基础件，，设计时时必须具具有足够够的强度度和刚度度，尺寸寸规格也也应满足足一定的的要求。。为了便便于安装装和固定定，对于圆形形模座，，其外径径应比圆圆形凹模模直径大大30~70mm，矩形模座座的长度度应比凹凹模长度度大40~70mm，其宽度度可以略略大或等等于凹模模的宽度度。模座座的厚度度可参照照凹模板板厚度估估算，通常为凹凹模板厚厚度的1.0~1.5倍，以保证证有足够够的强度度和刚度度。下模座的的最小轮轮廓尺寸寸，应比比压力机机工作台台上漏料料孔的尺尺寸每边边至少要要大40~50mm。2.8.3模模具主主要零部部件的设设计2.8.3模模具主主要零部部件的设设计2.8.3模模具主主要零部部件的设设计为了正常常使用和和保持导导向精度度，导柱柱、导套套的装配配也应当当注意。。如图2-59所示，，当模具具处于闭闭合位置置时，导柱上端端面与上上模座的的上平面面之间应应留10~15mm距距离，以保证证凸、凹凹模经多多次刃磨磨而使模模具闭合合高度减减小后，，导柱仍仍能正常常工作；；导柱下端端面与下下模座下下平面之之间应留留2~3mm距距离，以保证证模具在在压力机机工作台台上的安安装固定定；导套上端端面与上上模座的的上平面面之间的的距离应应大于2~3mm，同时在在上模座座上开横横槽，以以便排气气。导柱、导导套一般般按配合合H7/r6分分别压入入下模座座和上模模座的安安装孔中中，导柱柱与导套套之间采采用H7/h6或H6/h5的间隙隙配合，，但其配配合间隙隙必须小小于冲裁裁间隙。。2.8.3模模具主主要零部部件的设设计图2-59导导柱与与导套的的安装(H—模具闭闭合高度度)2.8.3模模具主主要零部部件的设设计5.其其他零件件(1)模模柄中、小型型模具一一般都是是通过模模柄将上上模固定定在压力力机滑块块上，因因此模柄柄的直径径和长度度应与所所选压力力机的滑滑块尺寸寸相一致致。常见的标标准模柄柄如图2-60所示。。图2-60(a)为为旋入式式模柄，，通过螺螺纹与上上模座连连接，上上端两平平行平面面供扳手手旋紧用用，骑缝缝螺钉用用于防止止模柄转转动，这这种模具具拆装方方便，但但模柄轴轴线与上上模座的的垂直度度较差，，多用于于有导柱柱的中、、小型冲冲模；图图2-60(b)为压压入式模模柄，它它与模座座孔采用用过渡配配合H7/m6，并加加骑缝销销防止转转动，这这种模柄柄可较好好地保证证轴线与与上模座座的垂直直度，适适用于各各种中、、小型冲冲模，生生产中最最常见；；图2-60(c)为凸凸缘模柄柄，其凸凸缘与上上模座的的沉孔采采用H7/js6过渡渡配合，，用3~4个内内六角螺螺钉紧固固于上模模座，多多用于大大型的模模具或上上模座中中开设推推板孔的的中、小小型模具具；图2-60(d)和图2-60(e)为通用用模柄和和槽型模模柄，优优点是凸凸模更换换方便，，均用于于直接固固定凸模模，主要要用于简简单模和和弯曲模模中；图图2-60(f)为浮浮动模柄柄，主要要特点是是压力机机的压力力通过凹凹球面模模柄和凸凸球面垫垫块传递递到上模模，以消消除压力力机导向向误差对对模具导导向精度度的影响响。主要要用于硬硬质合金金模等精精密导柱柱模；图图2-60(g)为推推入式活活动模柄柄，模柄柄接头1与活动动模柄3之间加加一个凹凹球面垫垫块2，，使模柄柄与上模模座采用用浮动连连接，避避免了压压力机滑滑块由于于导向精精度不高高对模具具导向装装置的不不利影响响。主要要用于精精密模具具上。(2)固固定板板固定板的的作用是是将凸模模或凹模模连接固固定在模模座的正正确位置置上。凸凸模固定定板有圆圆形和矩矩形两种种，其平平面尺寸寸除了保保证能安安装凸模模外，还还应该能能够正确确地安装装定位销销钉和紧紧固螺钉钉。凸模固定定板的厚厚度一般般取凹模模厚度的的0.6~0.8倍，，与凸模模采用H7/m6或H7/n6的过过渡配合合制造，，压装后后将凸模模尾部与与固定板板一起磨磨平。2.8.3模模具主主要零部部件的设设计(3)垫垫板垫板的作作用是直直接承受受和扩散散凸模传传来的压压力，降降低模座座单位面面积上所所受的压压力，防防止模座座被压陷陷损伤。。在模座座与凸模模固定板板之间是是否需要要加装垫垫板，要要根据凸凸模端面面对模座座单位压压力的大大小进行行判断。。如果凸凸模端面面上的单单位压力力大于模模座材料料的许用用压应力力时，就就应加装装垫板；；如果凸凸模端面面上的单单位压力力小于模模座材料料的许用用压应力力时，则则可以省省略垫板板。垫板板厚度一一般取3~8mm，外外形与固固定板相相同。(4)紧紧固件件模具上上的紧紧固件件包括括定位位销钉钉和连连接螺螺钉。。销钉钉常采采用圆圆柱销销，一一般使使用2个。。螺钉钉最好好采用用内六六角螺螺钉，，其优优点是是紧固固牢靠靠，螺螺钉头头沉入入模板板内，，模具具外形形比较较美观观。设计时时螺钉钉的位位置要要均匀匀，相相互距距离以以及与与内外外边缘缘距离离不应应过近近，以以防强强度降降低。。螺钉钉的规规格可可根据据凹模模厚度度来确确定，，具体体可参参见表表2-28。2.8.3模模具具主要要零部部件的的设计计2.8.3模模具具主要要零部部件的的设计计2.8.3模模具具主要要零部部件的的设计计2.8.3模模具具主要要零部部件的的设计计2.9冲冲裁裁模的的设计计步骤骤在进行行冲裁裁模设设计时时，设设计人人员必必须遵遵循这这样的的原则则：在在保证证能冲冲裁出出符合合图纸纸质量量要求求的制制件的的前提提下，，力求求使模模具结结构简简单、、成本本低、、寿命命长，，并且且操作作方便便、安安全可可靠。。设计冲冲裁模模的基基本步步骤如如下。。(1)进行冲冲裁件件工艺艺性分分析。在设计计模具具之前前，首首先应应进行行冲裁裁件工工艺性性分析析，也就是是分析析冲裁裁件的的结构构形状状、尺尺寸精精度、、所用用材料料等是是否符符合冲冲裁的的工艺艺要求求，从而而确定定进行行冲裁裁的可可能性性。若若冲裁裁件工工艺性性较差差，则则应建建议设设计部部门或或人员员做必必要的的修改改。(2)确定冲冲裁工工艺方方案。在工艺艺分析析的基基础上上，确确定冲冲裁件件的工序性性质、、数量量、工工序组组合以以及先先后顺顺序。当可可能存存在几几个冲冲裁方方案时时，要要通过过认真真分析析比较较，最最后确确定其其中比比较符符合生生产实实际并并且成成本最最低的的一种种方案案。(3)选择模模具的的结构构形式式。根据生生产批批量、、尺寸寸大小小、精精度要要求、、形状状复杂杂程度度和实实际的的生产产条件件，合合理确确定模模具的的结构构形式式，即确定定采用用单工工序模模还是是采用用级进进模或或复合合模进进行冲冲裁。(4)进行必必要的的工艺艺计算算。包括条料宽宽度和和导料料板间间距的计算算、材料利利用率率的计算算、合理间间隙值值的确定定、凸模和和凹模模刃口口尺寸寸与公公差的的计算算等。(5)选择和和确定定模具具的主主要零零部件件的结结构与与尺寸寸。主要包包括确确定凸模和和凹模模的结结构和和尺寸寸、选择择坯料料的定位方方式和所用用定位零零件、确定定卸料和和出件件方式式、选择择和设设计弹弹性元元件、、选择择模架的结构构以及及确定定模具具主要要零件件的材料和和热处处理等。2.9冲冲裁裁模的的设计计步骤骤(6)计算总总冲裁裁力、、闭合合高度度、压压力中中心，，选择择压力力机的的型号号。①总冲裁裁力是指冲冲裁过过程中中冲裁力力、卸卸料力力、推推件力力和顶顶件力力的总称称。它它是在在模具具设计计时选选择冲冲压设设备的的重要要依据据。在在确定定了卸卸料和和出料料方式式以后后，总总冲裁裁力可可根据据有关关公式式进行行计算算(参参见2.4.1)。。②模模具的的闭合合高高度度应与与压压力力机机的的闭闭合合高高度度相相适适应应，，以以便便于于模模具具的的安装装和和调调试试。③冲冲裁裁时时的的压力力中中心心应与与压压力力机机的的滑滑块块几何何中中心心重重合合，特特殊殊情情况况下下可可有有一一定定偏偏差差，，但但不不能能超超出出滑滑块块允允许许的的偏差差值值。④根根据据计计算算得得到到的的总总冲冲裁裁力力来来选选择择合合适适的的压压力力机机吨吨位位，，同同时时，，还还要要统统筹筹考考虑虑闭闭合合高高度度、、工作作台台尺尺寸寸、卸卸料料和和出出料料等等要要求求，，最最终终选选择择适适合合实实际际生生产产的的压压力力机机型型号号。。(7)绘制制模模具具总总装装图图。尽可可能能按按1∶∶1比比例例绘绘制制符符合合国国家家机机械械制制图图标标准准规规定定的的模模具具总总装装图图，，绘绘制制时时还还要要考考虑虑模模具具的的特特点点，，采采用用一一些些常常用用的的模模具具习习惯惯画画法法。。2.9冲冲裁裁模模的的设设计计步步骤骤主视视图图一一般般应应按按剖剖视视图图绘绘制制。上上、、下下模模可可以以画画成成闭闭合合状状态态，，也也可可以以画画成成开开启启状状态态，，当当模模具具为为左左右右对对称称时时，，可可将将主主视视图图画画成成半半剖剖，，上上模模被被剖剖的的一一半半画画成成闭闭合合状状态态，，上上模模未未剖剖的的一一半半画画成成开开启启状状态态。。为为了了看看图图方方便便，，主主视视图图中中条条料料和和工工件件的的剖剖切切面面最最好好涂涂红红或或涂涂黑黑。。在主主视视图图的的左左侧侧应应标标注注模模具具的的闭闭合合高高度度。俯视视图图一一般般是是表表示示模模具具下下模模的的上上平平面面。对对于于左左右右对对称称的的模模具具，，可可以以一一半半表表示示上上模模的的上上平平面面，，一一半半表表示示下下模模的的上上平平面面。。对对于于非非对对称称的的模模具具，，如如果果需需要要，，上上、、下下模模俯俯视视图图可可以以分分别别画画出出。。俯俯视视图图需需标标注注下模模座座的的轮轮廓廓尺尺寸寸。侧视视图图应应尽尽量量不不画画。当当模模具具结结构构比比较较复复杂杂、、局局部部表表达达不不清清楚楚时时，，可采采用用局局部部视视图图。总之之，，在在绘绘制制总总装装图图时时，，应应力力求求以以最最少少的的视视图图将将结结构构表表达达清清楚楚。。模具具总总装装图图绘绘制制完完毕毕后后，，习习惯惯上上要要在在图幅幅的的右右上上角角画画出出冲冲压压件件图图和和排排样样图图。冲件件图图用用来来表表达达该该冲冲模模冲冲压压后后所所得得冲冲件件的的形形状状及及尺尺寸寸。。冲件件图图应应严严格格按按比比例例画画出出，，其其方方向向应应尽尽量量与与冲冲压压方方向向一一致致，，假假如如不不能能一一致致，，必必须须用用箭箭头头注注明明。在在冲冲件件图图上上要要注明明冲冲件件的的名名称称、、材材料料牌牌号号、、板板料料厚厚度度及及有有关关技技术术要要求求。在排排样样图图上上，，主主要要应应表表达达清清楚楚冲冲裁裁的的轮轮廓廓形形状状和和顺顺序序，，同同时时也也能能表表示示出出凸凸模模的的截截面面形形状状和和凹凹模模形形孔孔的的形形状状、、数数量量及及位位置置。。在在一一张张完完整整的的排排样样图图上上，，还还应应标标注注条条料料宽宽度度、、条条料料长长度度、、板板料料厚厚度度、、端端距距、、步步距距、、搭搭边边值值(见见图图2-61)。。2.9冲冲裁裁模模的的设设计计步步骤骤图2-61排排样图图2.9冲冲裁裁模的设设计步骤骤对总装图图的技术术要求，，一般是是应注明明本模具具所使用用的压力力机型号号、模具具总体的的形位公公差及装装配、安安装、调调试等要要求。(8)绘绘制模模具零件件图。对模具总总装图中中的非标标准零件件，均应应按国家家机械制制图标准准规定绘绘制零件件图。绘绘制时应应尽量按按该零件件在总装装图中的的方位画画出，视图要能能够清楚楚地表达达零件的的结构，，尺寸标标注、公公差配合合、形位位公差、、表面粗粗糙度、、材料牌牌号、热热处理要要求以及及其他技技术要求求均应齐齐全、合合理，不不得遗漏漏。(9)整整理并并书写模模具设计计说明书书。模具设计计说明书书的内容容一般包包括下列列方面：：① 设计计的题目目；② 冲裁裁件的工工艺性分分析；③ 冲裁裁工艺方方案的确确定；④ 必要要的工艺艺计算(主要包包括排样样方式确确定、坯坯料尺寸寸及材料料利用率率的计算算、凸模模和凹模模工作部部分尺寸寸的计算算、冲压压力和压压力中心心的计算算、弹性性元件的的选用与与计算等等)；⑤ 模具具结构的的设计(包括模模具结构构形式的的确定、、卸料和和出料方方式的确确定、定定位和导导向方式式的确定定、凸模模和凹模模结构与与固定方方式的确确定、主主要结构构零件材材料和精精度的确确定等)；⑥ 其他他需要说说明的内内容；⑦ 主要要参考资资料。2.10冲冲裁模设设计实训训2.10.1实训(一)2.10.2实训(二)2.10冲冲裁模设设计实训训通过冲裁裁模的设设计实训训，掌握握模具设设计的基基本流程程和步骤骤，冲裁裁件的工工艺性分分析和冲冲裁方案案的确定定方法，，模具结结构形式式的选定定和工艺艺计算方方法及计计算过程程；掌握握冲压力力、压力力中心、、模具闭闭合高度度的计算算，标准准模架及及压力机机的查找找与选用用。2.10.1实实训训(一)1.实实训内容容冲裁件如如图2-62所所示。材料：08F。材料厚度度：2mm。生产批量量