简单冲裁模设计及模具寿命分析

简单冲裁模设计及模具寿命分析1.

选题背景：

在世界工业生产领域内，机械零件粗加工的75%和精加工的50%都可以用模具来完成，模具制造技术已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，不仅如此，许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上都取决于工业的发展水平，如此，模具制造业正逐步成为机床工业并驾齐驱的独立还有，成为当代工业生产的重要组成部分和工艺发展方向，成为国民经济发展的重要基础，而冷冲压模具在莫具生产领域内处于佼佼者，因此，冲裁模的设计和制造已成为当今社会的热门话题。2.

设计思路：

冷冲模是冷冲压加工中必不可少的工艺装备，没有先进的莫具技术，先进的冲压工艺就无法实现，本论文先讲了冲裁模各结构零件，再以简单的冲裁模设计实例说明冲裁模的具体设计步骤及冲裁模的工作过程和工作流程，从而发现模具工作时的影响失效形式，进而对其进行分析，以便在以后能够改进。3.

论文结构：

本论文总共分为九章，第一章切入课题，讲了冲压模的概论、特点、应用、现状和发展方向，第二章到第七章主要讲了冲裁模各结构零件的作用、材料及选用，为一个简单冲裁模设计的前期做准备，也是本文的主体部分，第八章讲了冲裁模具体设计步骤及一些简单冲裁模的设计实例，第九章主要讲了莫具的影响失效形式及影响模具寿命的一些因素。

摘要：

冲裁模具按工序组合程度可分为：简单冲裁模.连续冲裁模.复合冲裁模

简单冲裁模即敞开模，及在一次冲裁中只能完成冲孔或落料的一个工序，他按导向方式可分为无导向单工序模.导板式简单冲裁模.导柱式简单冲裁模.其中无导向单工序模的特点是结构简单，重量轻，尺寸小，模具制造容易，成本低廉，但冲裁模使用安装时麻烦，模具寿命低，冲裁件精度差，操作也吧安全，适用于精度要求不高.形状简单.批量小或试制多重才件；导板式简单冲裁模精度高.寿命长.使用安装帧.操作安全，但制造比较复杂，一般用于形状较简单.尺寸不大的工件；导柱式简单冲裁模模具准确可靠，能保证冲裁间隙的工件精度高，模具寿命长，而且在冲床上安装使用方便，因此，导柱式简单冲裁模是应用最广泛的一种莫具，适用于大批量生产。

本文主要介绍了简单冲裁模的设计及影响模具寿命的一些常见因素。通过对简单冲裁模结构及其零部件进行抛析，以简单冲裁模的设计实例来进一步说明冲裁模各零部件在冲模结构中的作用，及一个简单冲裁模的具体工作过程及工作流程，进而对影响模具寿命的一些因素进行分析，以便在莫具设计时能尽量减小这些因素对莫具寿命的影响，从而延长模具寿命。由于本人学识浅薄.水平有限.经验不足等诸多原因，在论文的选题和编写中可能存在这样那样的问题，希望老师和同学提出宝贵意见和建议，以利于我在以后不断改进，谢谢！关键词：模具、冲裁模具、摸座、模具寿命、模具使用寿命

目

录第一章

绪论

1.1冲压的概念.特点及应用…………………（6）

1.2冲压的基本工序及模具…………………（8）

1.3冲压技术的现状及发展方向……………（8）第二章

冲压模的分类及其零部件

2.1冲模的分类………………（13）

2.1.1根据工艺性质分………（13）

2.1.2根据工序组合程度分…………………（13）

2.2冲模的零部件……………（13）第三章

冲压工艺概述第一章

3.1冲裁工艺性………………（15）

3.2冲裁件的工艺性…………（15）

3.3冲裁件的尺寸精度与表面粗糙度………

（15）

3.4冲裁件的尺寸标注…………（15）

3.5冲裁工艺的选用……………（17）

3.5.1冲裁工序的组合…………（18）

3.5.2冲裁顺序的安排…………

（18）

3.5.3多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排……………

（18）第四章冲压工艺基础

4.1选择模具的结构形式………

（20）

4.2单工序冲裁模………………

（20）

4.2.1落料模…………………

（20）

4.2.1.1无导向单工序落料模…………………（20）

4.2..1.2导板式单工序落料模…………………（21）

4.2.1.3导柱式单工序落料模…………………（21）

4.2.2冲孔模……………………（21）

4.2.2.1导柱式冲孔模……………（21）

4.2.2.2冲侧孔模…………………（21）

4.2.2.3小孔冲模…………………（21）

4.3多工位.多工序冲裁模……（22）

4.3.1级进模……………………（22）

4.3.1.1用导料销定位的级进模…………………（22）

4.3.1.2侧刃定距的级进模………（22）

4.3.1.3排样……………………（22）

4.3.2复合膜………（23）

4.3.2.1正装式复合膜……………（23）

4.3.2.2倒装式复合膜……（23）第五章

冲裁工艺计算

5.1冲裁排样计算…………

（24）

5.1.1材料利用率计算……（24）

5.1.2条料排样的分类……（25）

5.1.3搭边的确定…………（26）

5.1.4条料的宽度与导板间距离的计算…（27）

5.2排样图…………………（28）

5.2.1冲裁力的计算………（28）

5.2.2卸料力.推件力及顶件力的计算……（30）

5.2.3降低冲裁力的方法…………………

（30）

5.3冲裁模间隙值的确定……（31）

5.4凸模与凹模刃口尺寸的确定……………（32）

5.4.1刃口尺寸确定的原则……（33）

5.4.2刃口尺寸的确定方法……（33）第六章

冲压设备的选用

6.1冲压设备类型的选择………（40）

6.2冲压设备规格的选择………（40）

6.2.1公称压力…………………

（40）

6.2.2滑块行程长度………………（41）

6.2.3滑块行程次数………………（41）

6.2.4冲压工作台面尺寸…………（41）

6.2.5滑块模柄孔尺寸……………（41）

6.2.6闭合高度…………………

（41）

6.3压力机的选型及其规格………（42）第七章

冲裁模主要零部件的选择

7.1定位零件………（43）

7.1.1导料销.导料板………………（43）

7.1.2侧压装置……………………（43）

7.1.3挡料销………（44）

7.1.4侧刃…………（44）

7.1.5导正销………（45）

7.1.6定位板和定位销……………（45）

7.2卸料装置与推件顶件装置……（47）

7.2.1卸料装置……………………（47）

7.2.2推件和顶件装置…………（48）

7.3模架及其组成零件的选用…………………（49）

7.3.1模架…………（49）

7.3.2模座…………（50）

7.3.3导柱和导套零件……………（50）

7.3.4连接于固定装置……………（51）

7.4凸模与凹模……………………（52）

7.4.1凸模…………（52）

7.4.2凹模…………（53）第八章

模具寿命及其影响因素8.1模具寿命……………（58）

8.1.1模具正常寿命……………（58）

8.1.2模具失效形式及机理………（58）

8.2模具寿命的影响因素………（59）

8.2.1模具结构的影响……………（59）

8.2.2模具工作条件的影响………（59）

8.2.3模具材料性能的影响………（60）

8.2.4模具制造过程的影响………（60）

8.2.5冲裁间隙的影响……………（60）结束语……………（62）致谢词……………（63）参考文献…………（64）

第一章

绪

论1.绪论板料冲压是金属加工的一种基本方法，他用以生产各种板料零件，具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低并易于实现机械化和自动化等特点。在现代汽车、拖拉机、电器电机、电子仪表、日用生活用品、航空航天以及国防工业等各个工业部门中均占有越来越重要的地位。冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面还是在经济方面都具有许多独特的优点，其生产出来的工件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点，是其他加工方法所不能比拟的。但需要指出的是，由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集新产品，其制造是单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。所以只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成型加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。由于冲压加工具有上市突出的优点，因此在批量生产中得到了广泛应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业机密用工业生产中必不可少的加工方法。冲压工序根据材料的变形特点可分为分离工序和变形工序两类。分离工序是指坯料再冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序包括：切断、落料、冲孔、切口、切边、剖边等。成型工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限，但未达到强度极限，是坯料发生塑性变形，成为居于有定形状尺寸与精度制件的加工工序。成型包括：弯曲、拉深、翻边、旋转、校平、压花等。

如今面对廿一世纪的国内建设形势，企业要适应市场经济的发展，作为国家支拄产业的汽车工业将加大轻、微、轿车的产量，因而对模锻件的精度提出了更高的要求。在生产过程中，提高模具寿命是一个复杂的综合性问题。所有锻压工艺，特别是净形和近似净形加工工艺，在很大程度上取决于模具的精度和品质，取决于模具的技术水平。模具技术反映在模具设计和制造上，而模具寿命除与上述两个环节有关外，还与使用环节有关.提高模具寿命有极大的经济效益，一般在试生产阶段模具工装费用占生产成本的25%左右，而定型生产时仅为10%.模具的早期失效形式，多为凸模断裂、模膛边缘堆塌、飞边遭桥部龟裂、模腔底部发生裂纹。影响模具寿命的因素较多，涉及面广，模具设计是模具寿命的基础。模具设计环节是指模具的结构设计、成形模腔设计和确定模具钢种、模具硬度等。模具制造环节是指制模工艺、热处理规范和表面处理技术等。1.1冲压的概念、特点及应用1.冲压的概念冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。2.冷冲压工艺的特点冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，与其他加工方法相比，在技术与经济方面具有下列特点：（１）冷冲压是少、无切屑加工方法之一，所获得的冲压件一般无需再加工。（２）普通压力机每分钟可生产几十件，高速压力机每分钟可生产千件以上，是一种高效率的加工方法。（３）冲压件的尺寸精度由模具保证，所以质量稳定，互换性好。（４）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，为其他加工方法所不能替代。另外，冷冲压加工不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低。由于具有上述突出特点，冷冲压在生产中得到了广泛的应用。全世界的钢材中，有６０％～７０％是板材，其中大部分是经过冲压制成。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公器械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冷冲压可加工各种类型的产品，尺寸从小到钟表的秒针，大到汽车的纵梁、覆盖件；冲切厚度已达２０ｍｍ以上，加工尺寸幅度大，适应性强。3冲压的应用与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快二完善的得到解决。1.2冲压的基本工序及模具（1）分离工序：冲压工件与板料沿要求的轮廓线相互分离。（2）成形工序：毛在不破坏的条件下发生塑性变形，获得防需形状，尺寸和精度的加工方法。（3）冲压模具：冲压模具--在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。冲压--是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。1.3冲压技术的现状和发展趋势

近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。本文着重结合汽车工业的发展需求，讨论冲压技术的现状和发展趋势。1.冲压技术发展的特征冲压技术的真正发展，始于汽车的工业化生产。20世纪初，美国福特汽车的工业化生产大大推动了冲术的研究和发展。研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开，关键问题是破裂、起皱与回弹，涉及可成形性预估、成形方法的创新，以及成形过程的分析与控制。但在20世纪的大部分时间里，对冲压技术的掌握基本上是经验型的。分析工具是经典的成形力学理论，能求解的问题十分有限。研究的重点是板材冲压性能及成形力学，远不能满足汽车工业的需求。60年代是冲压技术发展的重要时期，各种新的成形技术相继出现。尤其是成形极限图（fld）的提出，推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展，成为冲压技术发展史上的一个里程碑。由于80年代有限元方法及cad技术的先期发展，使90年代以数值模拟仿真为中心的和计算机应用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化，成为材料变形行为研究和工艺过程设计的有力工具。汽车冲压技术真正进入了分析阶段，传统的板成形技术开始从经验走向科学化。纵观上世纪的发展历程可见：（1）冲压性能的研究和改进是与冲压技术的发展相辅相承的。（2）汽车、飞机等工业的飞速发展，以及能源因素都是冲压技术发展的主要推动力。进入新世纪，环境因素及相关的法律约束日益突出，汽车轻量化设计和制造成为当前的重要课题。（3）成形过程数字化仿真技术的发展，推动传统冲压技术走向科学化，进入先进制造技术行列。（4）冲压技术的发展涉及材料、能源、模具、设备等各方面。工艺方法的创新及其过程的科学分析与控制是技术发展的核心；模具技术是冲压技术发展的体现，是决定产品制造周期、成本、质量的重要因素。2、先进成形技术的发展冲压技术的发展与材料和结构密切相关。预计未来10-15年，环境要求和日益严格的环保法律，将促使汽车材料和结构发生很大变化。为了减少城市co2的排放量，汽车力求轻量化，其最突出的发展方向是提高所用材料的比强度和比刚度及发展高效的轻量化结构。现代车身结构中，高强度钢约占25%。目前在继续开发超高强度钢的同时，结合发展新的“高效结构”和制造技术，争取使车身重量减少20%以上。但更引人关注的努力方向是扩大铝、镁等低密度合金材料在汽车上的应用。

欧美正在研究开发未来型的铝车身家用小汽车，可使重量减轻40-50%，耗油仅为现行小汽车平均值的三分之一。目前的主要问题是开发低成本铝合金，发展新结构和高效制造方法，以及改进回收技术。一旦成本问题解决了，铝合金可能成为汽车的主要结构材料。自1991年以来，镁的产量每5年增加1倍，是很有前途的未来材料，预计2003年后镁的应用将有明显上升，包括大的车身外部零件。复合板材料在汽车、飞机、医药、食品、化工、日用品等方面也均有广阔应用前景。此外烘烤硬化板、表面改性板等改性材料。80年代，欧美研究镀锌板的冲压技术；90年代，重点研究激光拼焊板的冲压及各种挤压管坯型材的精密成形技术。铝型材骨架件的用量也在不断增加。结构整体化是重要的发展趋势，不仅对于飞机，未来汽车也将扩大应用。随着新材料和新结构的扩大应用，迫切需要发展相应的低成本冲压成形技术。当前的研究重点：铝合金覆盖件等车身零件的冲压技术。国外已有实用的工艺及模具设计数据资料。（2）多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术。（3）挤压管坯的内高压成形技术。（4）复合板的成形技术等。对于飞机工业来说，钛合金、铝锂合金复杂形状零件及铝合金特殊结构件的成形技术是当前的研究重点。以液体直接或间接作为半模或传感应介质的各种液压成形技术，属于半模成形或软模成形，有很多优点（已有近60年历史），是飞机钣金零件的主要制造方法。近十多年来在高压源及高压密封问题解决后，得以迅速发展，在汽车工业中获得重要应用。液压成形包括液压橡皮囊成形、充液拉深成形和内高压胀管成形。液压橡皮成形已从航空工业的传统应用扩大到汽车的复杂内外板件的成形，在100-140mpa的压力下，成形质量很好，适用于试制和小批量生产。新兴的内高压成形技术已经实用化、工业化，生产发动机的支架、排气管、凸轮轴及框架件等，达到了很好的效率和效益预计液压成形、拼焊毛坯冲压成形及激光焊接装配将是未来汽车轻量化的三项关键技术。此外粘介质压力成形、磁脉冲成形，以及各种无模成形技术的研究也有很大进展，显现出越来越多的工艺柔性。3.数字化成形技术的发展先进成形技术是在传统成形技术的基础上，以计算机为支柱，综合利用信息、电子、材料、能源、环境工程等各项高新技术及现代管理技术，有利于最终实现产品全生命期综合优化的冲压成形技术，是能越大程度地达到“精、省、净”目标，获得高综合效益的成形技术。

发展先进成形技术的关键在于：大力发展冲压成形过程的计算机分析仿真技术（cae）。（2）并行工程（ce）、并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式。计算机辅助过程分析仿真（cae）是20世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步之一，其核心是有限元分析技术。以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿真技术或数值模拟技术，以冲压模具设计、冲压过程设计与工艺参数优化提供了科学的新途径，将是解决复杂冲压过程设计和模具设计的最有效手段。国外大型企业的应用步伐非常迅速，而汽车工业走在前列，现已逐渐成熟，用于模具设计和试模的时间减少50%以上。美国gm居世界领先地位。数值模拟技术的发展趋势可概括如下：进一步提高模拟计算的精度和速度。重点突破回弹精确预测；发展快速有限元模拟技术，实现“当天工程”、甚至“2小时工程”；同时加强基础研究，解决复杂变形路径等基础性问题。（2）降低软件对人员专业素质的要求。目前市场软件功能强大，主要面向分析师，买了先进软件系统，不一定能获得好的模拟结果。面向中小企业，推广更加困难。（3）降低软件对硬件平台的要求。目前，几乎著名的冲压模拟软件都已完成向微机版的转化。（4）加强初始化设计环节的研究。初始化设计环节（初始方案），作为计算分析的起点和修改的基础，至今仍需要靠有经验的人员完成。迫切需要发展知识库工程（kbe），将专家系统（es）、人工智能技术（ai）与有限元模拟软件相结合，实现智能化初始工作，减少对工艺专家的依赖。（5）加强基础试验。材料性能本构关系、摩擦状态、缺陷判据等数据来自试验，其真实性、准确性是限制模拟分析达到可靠精度的重要因素。（6）进一步向产品冲压制造系统扩展，实现制造全过程、全生命期的综合优化。目前，成形过程分析，仍重在解决成“形”问题。未来，将同时向改“性”发展，实现变形方式、成形过程及成形后性能的综合优化。（7）普及cae技术势在必行。cad技术经过5-10年的大力普及，基本解决了手工绘图问题。未来5-10年，cae技术的普及将势在必行。中小机械制造企业70多万家，冲压、模具企业为数甚大，以高新技术改造传统技术的任务十分艰巨，结合产业调整，统筹规划，需要提上日程。4、冲压成形技术的发展趋势进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。（2）冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。

第二章

冲压模具的分类及其零部件2.1冲模分类2.1.1根据工艺性质可分为：冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模。（1）冲裁模是指沿封闭或长空的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。（2）弯曲模是指板料毛坯或其他坯料沿着直线或弯曲线产生弯曲变形，从而获得一定角度或形状的工件的磨具。（3）拉深模是把板料毛坯制成开口空心件进一步改变形状和尺寸的模具；成型模具是指将毛坯或半成品工件按凸凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。2.1.2根据工序组合程度分，可分为单工序模、复合模、和级进模。（1）单工序模是指在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。（2）复合模是指只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。（3）级进模又称连续模，是指在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。2.2冲模的零部件通常模具由两类零件组成，一类是工艺零件，这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；另一类是结构零件，这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括导向零件、紧固零件、标准件及其他零件等。目前我国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家上有相当大的差距，导致我国模具在使用寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距很大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品的生产正呈现多品种、少批量、精密、更新速度快等变化特点，冲压模具正向高效精密、长寿命、大型化方向发展，为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计，依靠人工经验和常规机制加工技术向以计算机辅助设计、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造技术转变。至今，我国模具制造行业的产值已经超过机床工业。有关板料冲压技术方面的问题愈来愈为人们所关注，相应的冲压工艺理论的研究及冲压加工机理的探讨也随之不断深化，如何从冲压工序基本应力与变形状态的分析着手，改善冲件的质量精度，并提高模具的使用寿命也就显得愈为重要。为此我进行了一次典型冲压模具的设计，并独立完成设计的全过程。由于本人经验不足，设计中难免出现错误和问题，希望老师能够多家批评指正。本次设计为垫圈的设计，具体要求如下：零件简图：如图3-1所示．名称：垫圈生产批量：大批量材料：Q235钢材料厚度：2mm

要求设计此工件的冲裁模。

图3-1零件图

第三章

冲压工艺概述3.1冲裁工艺性冲裁工艺设计包括冲裁件的工业性和冲裁工艺方案的确定。良好的公益性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序和工时，使得模具结构简单且模具寿命长，能够稳定的获得合格冲件，所以劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高，成本较低的情况下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大影响。3.2冲裁件的结构工艺性（1）冲裁件的形状：形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。（2）冲裁件内形及外形的转角：内外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过度，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。（3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽：尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不易过小。（4）冲裁件的孔边距与孔间距：为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小。（5）在弯曲件或拉伸件上冲孔时，空边与直臂之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模收水平推力而折断。（6）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。3.3裁件的尺寸精度与表面粗糙度冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度；而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上有最合理的精度。为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，再不影响冲裁件使用要求的前提下，应尽可能采用经济精度。（1）冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。（2）冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝及冲模结构等有关。当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达12.5~3.2μm。3.4冲裁件尺寸标注冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时定为基准重合，并选择在冲裁过程中基本上下不变动的面或线上。其标注如下图所示：3.5冲裁工艺的选用在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁件的工艺方案。确定冲裁工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定，关键点确定冲裁工序的组合与工序顺序。

3.5.1冲裁工序的组合冲裁工序的组合方式可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。所使用的模具对应为单工序模、复合模、级进模。一般组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。冲裁工序的组合方式可根据下列因素确定：（1）根据生产批量来确定。一般来说，小批量和试制生产采用单工序模，中、大批量生产采用复合模或级进模。（2）根据冲裁件尺寸和精度等级来确定。复合冲裁得到的尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件较平整。级进冲裁比复合冲裁精度等级低。（3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定。冲裁件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁。对于尺寸中等的冲件，由于制造多副单工序模的费用比复合模昂贵，则采用复合冲裁；当冲裁件上的孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小，不宜采用复合冲裁或单工序冲裁，宜采用级进冲裁。所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要大，但是级进冲裁受压力机工作台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。（4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定。对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整比较容易，且成本低。（5）根据操作是否方便与安全来确定。复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差，级进冲裁较安全。综上所述，对一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的前提下，模具制造成本较低、模具寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。3.5.2冲裁顺序的安排（1）先冲孔或冲缺口，最后落料或切断，将冲裁件与调料分离。首先冲出的孔可作后工序的定位孔。当定位要求较高时，则可冲裁专供定位用的工艺孔。（2）采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料定距。采用两个定距侧刃时，可以安排成一前一后，也可并列安排。3.5.3多序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排（1）先落料使坯料与调料分离，再冲孔或冲缺口。后继工序的定位基准要一致，以避免定位误差和尺寸链换算。（2）冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔后冲小孔。工艺方案确定后，需要进行必要的工艺计算和粗选设备，为模具设计提供必要的依据。本次冲压件的工艺分析：该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的．由表2-10、2-11查得，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.2mm．将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证．其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导正销进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的冲孔落料模进行加工.方案一采用复合模加工。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案二采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。比较方案一与方案二，对于所给零件，由于两小孔比较接近边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结构与强度方面相对较难实现和保证，所以根据零件性质故采用级进模加工。

第四章

冲压工艺基础4.1选择模具的结构形式te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:34>

冲裁方案确定后，模具类性选择单工序模。因此便可以再选择模具的结构。在进行模具结构的选择时，还应考虑模具维修、保养和吊装的方案，同时还需要在各个细小的环节尽可能考虑到操作者的安全等。良好的模具结构是实现工艺方案的可靠保证。冲压零件的质量好坏和精度高低，主要决定于冲裁模的质量和精度。冲裁模结构是否合理、先进，又直接影响到生产效率及冲裁模本身的使用寿命和操作的安全、方便性等。由于冲裁件形状、尺寸、精度和生产批量及生产条件不同，冲裁模的结构类型也不同，这里主要讲典型的冲裁模类型和结构特点。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:39>4.2单工序冲裁模单工序冲裁模是指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模，如落料模、冲孔模、切边模、切口模等。4.2.1落料模te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:40>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:40>4.2.1te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:40>.1无导向单工序落料模这种模具具有一定的通用性，通过更换凸模和凹模，调整导料板、定位板、卸料板位置，可以冲裁不同零件。另外，改变定位零件和卸料零件的结构，还可用于冲孔，即成为冲孔模。无导向冲裁模的特点是结构简单，制造容易，成本低。但安装和调整凸、凹模之间间隙较麻烦，冲裁件质量差，模具寿命低，操作不够安全。因而，无导向简单冲裁模适用于冲裁精度要求不高、形状简单、批量小的冲裁件。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:42>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:42>4.2.1te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:42>.2导板式单工序冲裁模这种冲模的冲裁过程如下：当条料沿导板送到挡料销时，凸模由导板导向而进入凹模，完成了首次冲裁，冲下一个零件。条料继续送至挡料销时，进行第二次冲裁，第二次冲裁时落下两个零件。此后，条料继续送进，其送进距离就由挡料销来控制了，而且每一次冲压都是同时落下两个零件，分离后的零件是靠凸模从凹模洞口中依次冲出的。这种冲模的主要特点是凸凹模的正确配合是依靠导板导向。为了保证导向精度及导板使用寿命，工作过程不允许凸模离开导板，为此，要求压力机的行程较小。根据这个要求，选用行程较小且可调节的偏心式冲床较合适。在结构上，为了拆装和调整间隙的方便，固定导板的两排螺钉和销钉内缘之间距离应大于上模相应的轮廓宽度。导板模比无导向简单模的精度高，寿命也较长，使用时安装较容易，卸料可靠，操作较安全，轮廓尺寸也不大。导板模一般用于冲裁形状比较简单、尺寸不大、厚度大于0.3mm的冲裁件。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:44>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:44>4.2.1te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:44>.3导柱式单工序冲裁模导柱式冲裁模的导向比导板模的可靠，精度高，寿命长，使用安装方便，但轮廓尺寸较大，模具较重、制造工艺复杂、成本较高。它广泛用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:46>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:46>4.2.2冲孔模冲孔模的结构与一般落料模相似，但冲孔模有其特点，冲孔模的对象是已经落料或其他冲压加工后的半成品，所以冲孔模要解决半成品在模具上如何定位、如何是半成品放入模具以及冲好后取出既方便又安全；而冲小孔模具，必须考虑凸模的强度和刚度，以及快速更换凸模的结构；成形零件上侧壁孔冲压时，必须考虑凸模水平运动方向的转换机构。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:48>4.2.2te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:48>.1导柱式冲孔模这种模具采用弹性卸料装置，除卸料作用外，该装置还可以保证冲孔零件的平整，提高零件的质量。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:50>4.2.2te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:50>.2冲侧孔模te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:50>

这种模具结构紧凑，重量轻，但在压力机一次行程中只冲一个孔，生产率低，如果孔较多，孔距累积误差较大。因此，这种冲孔模主要用于生产批量不大、孔距要求不高的小型空心件的侧面冲孔或冲槽。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:50>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:50>工序件以内形定位，为了保证冲孔位置的准确，弹压板在冲孔之前就把工序件压紧。其生产率高，但模具结构较复杂，轮廓尺寸较大。这种冲模主要用于冲空心件或弯曲件等成形零件的侧孔、侧槽、侧切口等。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:51>4.2.2te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:51>.3小孔冲模te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:51>

该模与一般冲孔模的区别是：凸模在工作行程中除了进入被冲材料内的工作不分外，其余全部得到不间断的导向作用，因而大大提高凸模的稳定性和强度。该模具的特点是（1）导向精度高。该模具的导柱不但在上下模之间进行导向，而且对卸料板也导向。在冲压过程中，导柱装在上模座上，在工作行程中上模座、导柱、弹压卸料板一同运动，严格的保持与上、下模座平行装配的卸料板中的凸模护套精确地与凸模滑配，当凸模受侧向力时，卸料板通过凸模护套承受侧向力，保护凸模不致发生弯曲。为了提高导向精度，排除压力机导轨的干扰，这副模具采用了浮动模柄的结构。但必须保证在冲压过程中，导柱始终不脱离导套。（2）凸模全长导向：该模具采用凸模全长导向结构。冲裁时，凸模由件凸模护套全长导向，伸出护套后，即冲出一个孔。（3）在所冲孔周围先对材料加压：从图中可见，凸模护套伸出于卸料板，冲压时，卸料板不接触材料。由于凸模护套与材料的接触面积上的压力很大，使其产生了立体的压应力状态，改善了材料的塑性条件，有利于塑性变形过程。因而，在冲制的孔径小于材料厚度时，仍能获得断面光洁孔。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:51>te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:51>4.3te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:52>多工位、多工序te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:53>冲裁模te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:53>4.3.1级进模级进模是一种工位多、效率高的冲模。整个冲件的成形是在连续过程中逐步完成的。连续成形是工序集中的工艺方法，可使切边、切口、切槽、冲孔、塑性成形、落料等多种工序在一副模具上完成。根据冲压件的实际需要，按一定顺序安排了多个冲压工序（在级进模中称为工位）进行连续冲压。它不但可以完成冲裁工序，还可以完成成形工序，甚至装配工序，许多需要多工序冲压的复杂冲压件可以在一副模具上完全成形，为高速自动冲压提供了有利条件。

由于级进模工位数较多，因而用级进模冲制零件，必须解决条料或带料的准确定位问题，才有可能保证冲压件的质量。根据级进模定位零件的特征，级进模有以下几种典型结构：te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:54>4.3.1te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:54>.te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:56>1用导料销定位的级进模这种定距方式多用于较厚板料，冲件上有孔，精度低于ITl2级的冲件冲裁。它不适用于软料或板厚t＜0.3mm的冲件，不适于孔径小于1.5mm或落料凸模较小的冲件。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:54>4.3.1te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:54>.te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:56>2侧刃定距的级进模te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:55>

这种模具用于冲压零件尺寸小而复杂、需要保护凸模的场合。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:55>在实际生产中，对于精度要求高的冲压件和多工位的级进冲裁，采用了既有侧刃（粗定位）又有导正销定位（精定位）的级进模。总之，级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:56>4.3.1te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:56>.3排样应用级进模冲压时，排样设计十分重要，它不但要考虑材料的利用率，还应考虑零件的精度要求、冲压成形规律、模具结构及模具强度等问题。下面讨论这些因素对排样的要求。

①零件的精度对排样的要求零件精度要求高的。除了注意采用精确的定位方法外，还应尽量减少工位数，以减少工位积累误差；孔距公差较小的应尽量在同一工步中冲出。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:57>

②模具结构对排样的要求零件较大或零件虽小但工位较多，应尽量减少工位数，可采用连续一复合排样法，以减少模具轮廓尺寸。③模具强度对排样的要求孔间距小的冲件，其孔要分步冲出；工位之间凹模壁厚小的，应增设空步；外形复杂的冲件应分步冲出，以简化凸、凹模形状，增强其强度，便于加工和装配；侧刃的位置应尽量避免导致凸、凹模局部工作而损坏刃口；侧刃与落料凹模刀口距离增大0.2~0.4mm就是为了避免落料凸、凹模切下条料端部的极小宽度。④零件成形规律对排样的要求需要弯曲、拉深、翻边等成形工序的零件，采用级进模冲压时，位于成形过程变形部位上的孔，一般应安排在成形工步之后冲出，落料或切断工步一般安排在最后工位上。

全部为冲裁工步的级进模，一般是先冲孔后落料或切断。先冲出的孔可作后续工位的定位孔，若该孔不适合于定位或定位精度要求较高时，应冲出辅助定位工艺孔（导正销孔）te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:57>。套料级进冲裁时，应按由里向外的顺序进行冲裁。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:58>4.3.2复合模te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:58>

复合模是一种多工序的冲模。是在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。复合模的设计难点是如何在同一工作位置上合理地布置几对凸凹模。它在结构上的主要特征是有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模。在压力机滑块的每次行程中，在同一副模具的相同位置，同时完成两道或两道以上不同冲压工序的冲模叫复合模。它结构上的特点是具有一个即能充当凸模又充当凹模的工作零件---凸凹模。按其安装的位置，复合模又分为倒装、顺装式复合模。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:58>4.3.2te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:58>.1正装式复合模（又称顺装式复合模）正装式复合模的凸凹模安装在上模部分，制件用弹性卸料装置从下模部分顶出，上模采用弹性卸料装置，因此制件的精度和平面度相对比较高，但模具的结构相对倒装复杂。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:58>4.3.2te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:58>.2倒装式复合模。凸凹模安装在下模部分时，叫做倒装式复合模。它采用钢性顶料装置，因此制件的平面度会比较底，冲裁时，不能将条料压住，因此制件的精度会相对降低，故只适用用于对之间精度和平面度要求相对较底时使用，但其结构相对正装简单，在实际中应用更为广泛。从正装式和倒装式复合模结构分析中可以看出，两者各有优缺点。正装式较适用于重制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:59>

复合模的特点是生产率高，冲裁件的吗、内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸小，但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高度冲裁件。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:59>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:59>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T22:59>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T23:00>第五章te=mailto:XdateTime=2009-10-19T23:00>

te=mailto:XdateTime=2009-10-19T23:00>冲裁工艺计算te=mailto:XdateTime=2009-10-19T23:00>5.1冲裁te=mailto:XdateTime=2009-10-19T23:00>排样设计

冲裁件在条料、帯料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本、保证冲件质量及模具寿命的有效措施。te=mailto:XdateTime=2009-10-19T23:01>5.1.1材料利用率

η=(nA/BL*100%

式中：n——一张板料（或帯料、条料）上冲件的数目A——一个冲裁件的实际面积L——板料长度B——板料宽度η值越大材料的利用率就越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。提高材料利用率的方法：

冲裁所产生的废料可分为两类：一类是结构废料，是由冲件的形状特点产生的；另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料而产生的废料，称为工艺废料。要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件等。对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。如电机转子硅钢片，就是在定子硅钢片的废料中取出的，这样就使结构废料得到了充分利用。另外，在使用条件许可下，当取得零件设计单位同意后，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率.

废料种类5.1.2条料排样的分类根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种

（1）有废料排样。沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。

（2）少废料排样。沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

(3）无废料排样。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。另外，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此，排样时必须统筹兼顾、全面考虑。对有废料排样，少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类。对于形状复杂的冲件，通常用纸片剪成3~5个样件，然后摆出各种不同的排样方法，经过分析和计算，决定出合理的排样方案。在冲压生产实际中，由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同，不可能提供一种固定不变的合理排样方案。但在决定排样方案时应遵循的原则是：保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等，总之要从各方面权衡利弊，以选择出较为合理的排样方案。5.1.3搭边的确定排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。

搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边数值。搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50％以上。影响搭边值的因素:（1）材料的力学性能硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。（2）材料厚度材料越厚，搭边值也越大。（3）冲裁件的形状与尺寸零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。（4）送料及挡料方式用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。（5）卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。下表为最小搭边值：中小工件的合理搭边值

卸料板形式

条料厚度t（mm）搭边值R＞2tL≤50L＞50aa1aa1aa1

固定卸料板＞0.5~1.01.00.81.51.21.5~2.5＞1.0~1.51.21.01.81.21.8~2.8＞1.5~2.01.51.22.01.52.0~3.0＞2.0~2.51.81.52.21.82.2~3.2＞2.5~3.02.01.82.52.22.5~3.5＞3.0~3.52.22.02.82.52.8~3.8＞3.5~4.02.52.23.02.83.0~4.0＞4.0~5.02.82.53.53.03.5~4.5＞5.0~120.6t0.5t0.7t0.6t（0.75~0.9）t

5.1.4条料宽度与导板间距离的计算在排样方案和搭边值确定之后，就可以确定条料的宽度，进而确定导料板间的距离。由于上节确定的a值已经考虑了剪料公差所引起的减小值，所以条料宽度的计算一般采用下列的简化公式。（1）有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进，故按下式计算：条料宽度：B=(L+2a-△导料板间距：A=B+C=+2a+C（2）无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离侧压装置的模具，应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。为了补偿侧面搭边的减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，应按下式计算：条料宽度：B=(L+2a-C-△导料板间距离：A=B+Z=L+2a+C-△+Z式中：L——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a——侧搭边值；△——条料宽度的单向（负向）偏差；

C——导料板与最宽条料之间的间隙；（3）用侧刃定距时条料的宽度与导料板间距离当条料的送进步距用侧刃定位时，条料宽度必须增加侧刃切去的部分，故按下式计算：条料宽度：B=L+1.5a+nb-△式中——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a——侧搭边值；n——侧刃数；b——侧刃冲切的料边宽度；

C——冲切前的条料宽度与导料板间的间隙；y——冲切后的条料宽度与导料板间的间隙；5.2排样图在确定条料宽度之后，还要选择板料规格，并确定裁板方法(纵向剪裁或横向剪裁。值得注意的是，在选择板料规格和确定裁板法时。还应综合考虑材料利用率、纤维方向(对弯曲件、操作方便和材料供应情况等。当条料长度确定后，就可以绘出徘样图。一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸、条料长度L、板料厚度t、端距l、步距S、工件间搭边和侧搭边a。并习惯以剖面线表示冲压位置。

排样图是排样设计的最终表达形式。它应绘在冲压工艺规程卡片上和冲裁模总装图的右上角。5.2.1冲裁力的计算冲裁力计算包括：冲裁力、卸料力、推件力及顶件力的计算。冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：F=KLtC

式中：F——冲裁力；L——冲裁周边长度；

t——材料厚度；

C——材料抗剪强度；

K——系数；系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K＝1.3。卸料力、推件力及顶件力的系数表：有侧刃的冲裁如图：表2.6卸料力、推件力、顶件力系数材料及厚度

铜≤0.10.065~0.0750.10.14＞0.1~0.50.045~0.0550.0630.08＞0.5~2.50.04~0.050.0550.06＞2.5~6.50.03~0.040.0450.05＞6.50.02~0.030.0250.03铝、铜合金0.025~0.080.03~0.07紫铜、黄铜0.02~0.060.03~0.095.2.2卸料力、推件力及顶件力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向弹性恢复和弹性翘曲的回复）及摩擦的存在，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凹模上卸下箍这的料所需要的力称为卸料力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置传递的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要准确的计算出这些力是比较困难的，生产中常用经验公式计算。卸料力、推件力和顶件力分别为：卸料力：F1=K1F

推件力：F2=KnF顶件力：F3=K3F试中：F——冲裁力；n——同时卡在凹模内的冲裁件数；K1——卸料力系数；K2——推件力系数；K3——顶件力系数；F1——卸料力；F2——推件力；F3——顶件力；压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和。的计算应根据不同的模具结构分别对待。卸料装置的选择将在下一章进行，在此选用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模。（1）采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时总冲压力为：

F=F+F2+F3（2）采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时总冲压力为F=F+F1+F3

（3）采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时总冲压力为F=F+F25.2.3降低冲裁力的方法：为实现小设备冲裁大工件，或使冲裁过程平稳以减少压力机震动。常用下列方法来降低冲裁力。（1）阶梯凸模冲裁中，将凸模设计成不同长度，使工作端面呈阶梯式布置，这样各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现，从而达到降低冲裁力的目的。在几个凸模直径相差较大，相距又很大的情况下，为能避免小直径凸模由于承受材料流动的侧压力而产生折段或产生倾斜现象，应该采用阶梯布置，即将小模做的短一些。其冲裁力计算时，一般只按产生最大冲裁力的那个阶梯进行计算。（2）斜刃冲裁用平刃口模具冲裁时，沿刃口整个周边同时冲切材料，故冲裁力较大。若将凸模或凹模刃口平面做成与其轴线倾斜一个角度的斜刃，则冲裁时刃口就不是全部同时切入，而是逐渐的将材料切离，这就相当于把冲裁件整个周边长分成若干小段进行剪切分离，因而能显著降低冲裁力。斜刃冲裁时，会使板料产生弯曲，因而斜刃配置的原则是：必须保证工件平整，只允许废料产生弯曲变形。因此，落料时凸模应为平刃，凸模为斜刃。冲孔时则凹模应为平刃，凸模为斜刃。斜刃还应当对称布置，以免冲裁时模具承受单向压力而发生偏移，啃伤刃口。向一边倾斜的斜刃，只能用于切舌或切开。斜刃冲裁虽有降低冲裁力使冲裁过程平稳等优点，但模具制造复杂，刃口易磨损，修模困难，冲件不够平整，且不适于冲裁外形复杂的冲件，因此在一般情况下尽量不用，只用于大型冲件或厚板的冲裁。最后应当指出，采用斜刃冲裁或阶梯凸模冲裁时，虽然减低了冲裁力，但凸模进入凹模较深，冲裁行程增加，因此这些模具省力而不生功。（3）加热冲裁金属在常温时其抗剪强度是一定的，但当金属材料加热到一定温度后，其抗剪强度显著降低，所以加热冲裁能降低冲裁力。但加热冲裁易破坏工件便面质量，同时会产生热变形，精度低，因此应用较小间隙值，间隙由减小凸模尺寸获得，冲孔时凸模尺寸为工件要求尺寸，间隙值由增大凹模尺寸获得。5.3冲模间隙值的确定：由以上分析可见，间隙对冲裁件质量、冲裁力模具寿命等都有很大的影响。但很难找到一个固定的间隙值，能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。因此在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命也三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙。确定合理间隙值有理论法和经验法两种。（1）理论确定法主要是根据凸凹模刃口产生的裂纹相互重合进行计算。合理间隙：Z=2(t-btanβ=2t(t-t/btanβ式中：t——材料厚度；

b——产生裂纹时凸模挤入的材料深度；

b/t——产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度；

β——剪切裂纹与垂线间的夹角；由上式可见，影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，所需间隙Z值就越大；材料厚度越薄，塑性越好的材料，所需间隙Z值就越小。由于理论计算法在生产中计算不方便，故目前广泛采用的是经验数据。（2）经验确定法根据研究与实际生产经验，间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值，这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件要求都前提下，应以降低冲裁力，提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值。需要指出的是，当模具采用线切割加工，若直接从凹模中制取凸模，此时凸凹模间隙决定于电极丝直径，放电间隙和研磨量，但其总和不能超过最大单面初始间隙值。5.4凸模与凹模刃口尺寸的确定凸模与凹模刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及公差来保证。因此正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。规则形状冲裁时凸凹模的制造公差表

基本尺寸凸模

偏

差凹模

偏

差

基本尺寸凸

模偏

差凹模偏

差≤１８０.０２００.０２０＞１８０～２６００．０３００．０４５＞１８～３００.０２００.０２５＞２６０～３６００．０３５０．０５０＞３０～８００.０２００.０３０＞３６０～５０００．０４００．０６０＞８０～１２００.０２５０.０３５＞５０００．０５００．０７０＞１２０～１８００.０３００.０４０

5.4.1刃口尺寸确定的原则：由于凸凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都带有锥度，而在冲裁件尺寸的测量和使用中，都以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸。落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料而产生的，而冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。冲裁过程中，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凹模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大，因此确定凸凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔，并遵循如下原则：（1）设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即重裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来获得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙去在凹模上，重裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。（2）根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。这样，凸凹模在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。（3）不管落料还是冲孔，其间隙一般选用最小合理间隙值。（4）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度和模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证又合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高2~4级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6~IT7级来选取；对于形状复杂的刃口，制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来