冲裁模设计模块

模块二冲裁模设计

中原工学院材料与化工学院冲裁模设计任务一：完成图示落料件的模具设计。冲裁模设计本模块设计任务：任务二：完成图示落料冲孔件的模具设计。冲裁模设计冲裁模设计第1组设计任务：冲裁模设计第2组设计任务：冲裁模设计第3组设计任务：冲裁模设计第4组设计任务：冲裁模设计第5组设计任务：冲裁模设计学习项目一冲裁概述一、冲裁的概念与应用

1.

概念冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓形状分离的一种冲压工序。包括冲孔、落料等。

2.

分类

普通冲裁（常见）和精密冲裁

3.

应用冲制零件或工序件二、冲裁模的分类与组成

1.

分类常见分类方法见下表。冲裁模设计序号分类方法模具名称模具特点一按工序性质分1落料模沿封闭轮廓分离，冲下来的部分为冲件2冲孔模沿封闭轮廓分离，冲下来的部分为废料3切边模将冲件多余的边缘切掉4切口模沿敞开轮廓冲切口，不完全分离5整修模切除冲件的粗糙边缘，工件断面光洁垂直6精冲模带齿的压料板，高精度、断面质量好二按工序的组合程度分1单工序模只能完成一个工序2级进模不同位置上同时完成多道工序3复合模同一位置上同时完成多道工序三按上、下模导向情况分1敞开模无导向装置2导板模导板导向3导柱模导柱、导套导向冲裁模设计

2.

组成

基本结构：上模和下模。工艺零件直接参与冲压过程，和坯料直接发按用途分：生作用。

结构零件保证和完善作用工作零件定位零件按作用功能分：卸料及出件零件

导向零件

固定零件

标准件模具具体结构见下图。冲裁模设计冲裁模设计1-下模座2-螺钉3-凹模4-导料销5-橡胶6-导套7-凸模固定板8-上模座9-卸料螺钉10-模柄11-横销12-防转销13-螺钉14-垫板15-凸模16-导柱17-卸料版18-螺钉学习项目二冲裁变形分析一、冲裁变形时板料变形区受力情况分析无压边装置刃口锋利凸、凹模间隙产生弯矩四对力的大小和方向冲裁模设计二、冲裁时的板料变形过程

1.

弹性变形阶段

变形区内部应力小于屈服点，弹性回复。

2.

塑性变形阶段

变形区内部应力大于屈服点，塑性剪切、弯曲、拉伸和侧向挤压变形，加工硬化，应力集中。

3.

断裂分离阶段变形区内部应力达到抗剪强度。裂纹首先产生在凹模刃口侧面凸模刃口附近侧面上、下裂纹扩展相遇材料分离

冲裁模设计冲裁变形过程冲裁模设计三、冲裁件质量及其影响因素冲裁件质量是指断面状况、尺寸精度和形状误差。垂直光滑毛刺小图样规定的公差范围内外形满足图样要求，表面平直，拱弯小。冲裁模设计1.冲裁件断面质量及其影响因素断面特征塌角带图a

刃口附近材料产生弯曲和伸长变形。光亮带图b

光滑、明亮塑形剪切变形产生，断面质量最好。断裂带图c

粗糙、麻灰色裂纹扩展形成的撕裂面。毛刺区图d

刃口侧面产生微裂纹。普通冲裁中毛刺不可避免。冲裁模设计冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a）冲孔件b）落料件冲裁模设计切断面质量影响因素（1）

材料力学性能的影响塑性好，塌角、光亮带大，断裂带小。（2）模具间隙的影响

（3）

模具刃口状态对质量的影响

凸模刃口磨钝时，落料件上端产生毛刺；

凹模刃口磨钝时，冲孔件孔口下端产生毛刺；

凸、凹模刃口同时磨钝时，冲件上、下端都产生毛刺。冲裁模设计间隙过小间隙合理间隙过大2.冲裁件尺寸精度及其影响因素尺寸精度：冲裁件实际尺寸与公称尺寸之差。

偏差冲裁件相对于凸模和凹模尺寸的偏差模具本身的制造偏差冲裁模设计

（1）冲模的制造精度（零件加工和装配）

（2）材料的性质（弹性变形量）

（3）冲裁间隙

适当：纯剪切分离，落料件尺寸等于凹模尺寸，冲孔件尺寸等于凸模尺寸。过大：剪切、拉伸与弯曲变形，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸。过小：剪切、挤压作用，落料件尺寸大于凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸。尺寸精度的影响因素冲裁模设计

3.冲裁件形状误差及其影响因素

冲裁件的形状误差是指冲裁件的翘曲、扭曲或变形。

翘曲：冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。

扭曲：冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。

变形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。冲裁模设计学习项目三冲裁间隙Z表示双面间隙

Z/2表示单面间隙冲裁间隙：冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值。冲裁模设计

间隙增大，冲裁力减小，但继续增大下降缓慢。间隙增大，卸料力、推件力和顶件力减小。影响显著。二、间隙对模具寿命的影响一、间隙对冲压力的影响冲裁模设计模具寿命刃磨寿命：用两次刃磨之间的合格冲件数表示。总寿命：用模具失效为止的总的合格冲件数表示。模具的失效形式崩刃：刃口的压缩疲劳破坏。胀裂：小间隙，常见凹模。折断：小凸模。三、间隙值的确定

掌握查表法。作业：总结间隙对冲裁的影响。冲裁模设计a)间隙过小：上下裂纹向内错开，发生二次剪切中部出现夹层，两头呈光亮带，毛刺薄而高。b)间隙合理：上下裂纹重合断面质量较好，平直光滑毛刺小c)间隙过大：上下裂纹向外错开，产生二次拉裂，斜度大。冲裁模设计凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况a）凹模磨钝

b）凸模磨钝

c）凸、凹模均磨钝

冲裁模设计学习项目四冲裁模设计步骤详解与实例一、冲裁工艺性分析

冲裁件的工艺性：指冲裁件在加工中的难易程度。

1.

材料分析：硬度不能过高，具有一定塑性，不能太脆。

2.结构分析：形状尽量简单对称、有圆角过渡，防开裂磨损。局部凸出或凹人部分需检验宽度和深度是否合理。

一般情况下，宽度B应不小于1.5δ；深度L≤5

B。冲裁模设计

孔径不宜太小，防凸模折断或压弯。最小数值见参考表。冲裁件的孔边距不应过小，孔边与冲件外形边缘不平行时，边距a应不小于δ，孔边缘与冲件外形边缘平行时，边距a不小于1.5δ。

基准重合，且在不变动的面或线上。

冲裁模设计3.精度分析：

精密级：冲压工艺在技术上所允许的最高精度。

经济级：指模具达到最大许可磨损时，所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度。（常用）

在对零件进行精度分析时，需检验所有标注公差的尺寸，从而判定其属于精密级还是经济级。一般来讲，普通冲裁的所能达到的精度等级为IT11~IT14级。冲件上未注公差的尺寸按IT14级处理。冲裁模设计二、冲压工艺方案的确定内容：确定工序数、工序的组合以及工序顺序。

1.

冲裁工序的组合

（1）根据生产批量确定工序是否组合（2）根据冲裁件精度等级判定工序是否组合（3）冲裁件尺寸形状较小，复合或连续冲裁；中等，复合冲裁；孔边距过小、形状复杂或厚料，连续冲裁。（4）模具的制造、安装、调整及成本复合冲裁，模具制造安装调整较容易，且成本较低。（5）操作是否方便与安全连续冲裁较安全。冲裁模设计2.

冲裁顺序的安排（1）连续冲裁顺序

1）先冲孔或冲缺口，最后落料或切断，定位孔。

2）采用定距侧刃时，侧刃切边与首次冲孔同时进行，控制步距。两个定距侧刃，一前一后。（2）多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序

1）先落料，再冲孔或冲缺口。定位基准一致。

2）冲裁大小不同相距较近的孔时，应先冲大孔后冲小孔。第二章冲裁模设计案例分析：完成任务一落料件的冲裁工艺性分析并确定其冲裁工艺方案。材料：10钢料厚：0.8mm大批量生产冲裁模设计

1.

冲裁工艺性分析（1）材料分析

10钢为优质碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。（2）结构分析 零件结构简单，左右对称;

外形有多处尖角，建议过渡圆角值为R0.25mm。零件结构满足冲裁要求。（3）精度分析

5个尺寸，查表属于IT12，2个未注公差按IT14取值。普通冲裁满足零件的精度要求。

2.

冲裁工艺方案的确定

一套简单落料模冲裁模设计案例分析：完成任务二冲裁件的冲裁工艺性分析并确定其冲裁工艺方案。材料：Q235钢料厚：2mm大批量生产冲裁模设计1.

冲裁工艺性分析

（1）材料分析

Q235为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。（2）结构分析 零件结构简单对称;

外形均有圆弧连接过度;

最小孔径为8.2mm，满足要求;

孔边距为3.9mm，大于最小孔边距;

零件结构满足冲裁要求。（3）精度分析

5个尺寸，查表属于IT11~IT12，普通冲裁满足零件的精度要求。冲裁模设计2.冲裁工艺方案的确定

方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。

方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。分析：

方案一：模具结构简单，两副，效率低，零件精度较差，年产量难满足。方案二：一副模具制造不困难，冲件精度易保证，效率高。方案三：一副模具效率高，导正销，制造、装配略复杂，零件精度稍差。综合考虑方案二更合理。但须校核凸凹模壁厚，经计算零件凸凹模最小壁厚为4.9mm＜最小极限尺寸3.9mm，所以最终工艺方案为方案三——级进模。冲裁模设计作业：完成下发冲裁件的工艺性分析。冲裁模设计生产批量与模具类型生产性质生产批量（万件）模具类型设备类型小批量试制1简易模、组合模、单工序模通用压力机中批量1~30单工序模、复合模、级进模通用压力机大批量30~150复合模、多工位自动级进模、自动模机械化高速压力机、自动化压力机大量＞150硬质合金模、多工位自动级进模自动化压力机、专用压力机冲裁模设计普通冲裁模的对比关系

模具种类比较项目单工序模级进模复合模无导向的有导向的冲压精度低一般IT13~IT10IT10~IT8零件平整程度差一般不平整平整零件最大尺寸和料厚不受限制中小尺寸，较厚料250mm以下，0.1~6mm300mm以下，0.05~3mm生产率低较低较高稍低高速自动压力机不能用可用可用出件困难多排冲压法较小尺寸冲件很少采用模具制造的工作量和成本低略高简单零件，低于复合模复杂零件，低于级进模安全性不安全较安全不安全冲裁模设计冲孔落料复合模基本结构1.推件块2.凸模3.凹模4.凸凹模5.卸料板冲裁模设计三、冲裁工艺计算（一）凸、凹模刃口尺寸计算1.

刃口尺寸计算原则（1）冲件在测量和装配中，以光面尺寸为基准。（2）凹模刃口挤切材料产生落料件的光面；凸模刃口挤切材料产生孔的光面。（3）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；冲孔模：先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上。冲裁模设计（4）落料模，凹模基本尺寸接近或等于零件最小极限尺寸；冲孔模，凸模基本尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸；磨损系数在0.5~1之间，数值确定参考教材。（5）初始设计间隙采用最小间隙值（Zmin）。（6）一般冲模精度较零件精度高3~4级。（7）

“入体”原则：向材料实体方向单向标注零件尺寸公差。

落料件上偏差为零，只标注下偏差；冲孔件下偏差为零，只标注上偏差。零件公差是双向偏差标注的，换算成单向标注，磨损后无变化的尺寸除外。凹模（内表面）刃口尺寸制造偏差取正值（）；凸模（外表面）刃口尺寸制造偏差取负值（）。磨损后不变化的刃口尺寸，制造偏差取双向偏差（、）。冲裁模设计2.

刃口尺寸计算方法（1）凸模和凹模分开加工法特点：

适于圆形或简单刃口，具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，制造难度大。

注意事项：

需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。冲模的制造公差与冲裁间隙之间需满足条件：≤或取=0.6=0.4冲裁模设计

凸模和凹模刃口尺寸计算公式：

1）落料：

2）冲孔：

3）中心距：

冲裁模设计案例分析：完成任务二（图示零件）的刃口尺寸计算。材料为Q235钢，料厚2mm。冲裁模设计落料尺寸

：

查表得Zmin=0.246mm，Zmax=0.360mm；，。将以上各值代入≤经校验不等式成立，则：

查得、、、数值同上，满足不等式，则：

尺寸冲裁模设计尺寸：

查得，。经校核满足不等式，且为单边磨损尺寸，计算时取单面间隙。则：冲孔尺寸φ：查得，。经校核满足不等式，则：

冲裁模设计尺寸φ：查得，。经校验满足不等式，则：孔中心距：代入中心距计算公式得：冲裁模设计（2）凸模和凹模配合加工法定义：先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个，然后依此为基准按最小合理间隙配做另一件。

一般落料先加工凹模，冲孔先加工凸模。特点：冲裁间隙易保证，可放大基准件公差，不必检验不等式，简化绘图工作。注意事项：基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注；非基准件上只标注公称尺寸，不注公差；非基准件图样上需注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配作，保证最小双面合理间隙值Zmin”。要正确判断出模具刃口尺寸的磨损情况。冲裁模设计落料冲孔冲件冲裁模设计模具基准件尺寸标注

基本计算公式

磨损后增大的尺寸（A类）磨损后减小的尺寸（B类）磨损后不变的尺寸（c类）冲裁模设计模具非基准件尺寸的标注

凸模刃口按凹模实际刃口尺寸配作，保证最小双面合理间隙值Zmin

凹模刃口按凸模实际刃口尺寸配作，保证最小双面合理间隙值Zmin

冲裁模设计案例分析：完成任务一零件的刃口尺寸计算，已知材料为08钢，料厚0.8mm。

冲件图凹模磨损示意图冲裁模设计说明：因零件较薄且形状较复杂，所以计算采用配做法。落料件应先计算凹模。

1.

磨损后刃口尺寸变大的有：

、、、，精度等级都为IT12，所以X取0.75。代入公式得：冲裁模设计

2.磨损后刃口尺寸变小的有：，精度等级为IT14，X取0.5。则

3.磨损尺寸不变的有：、，则有：

技术要求：凸模刃口按凹模实际刃口尺寸配作，保证最小双面间隙值为0.072mm。冲裁模设计作业：根据下发冲裁件的实际情况，选择合理的刃口尺寸计算方法并计算。冲裁模设计（二）排样计算

1．排样的概念、意义及原则

概念：冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。

意义：

提高材料利用率，降低成本；保证冲件质量；保证模具寿命。

原则：

提高材料利用率；操作方便，工人劳动强度低且安全；模具结构简单，寿命长；保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。

2．排样方法冲裁模设计排样方法概念特点比较应用材料利用率冲件质量模具寿命有废料沿冲件全部外形都有搭边最低好高形状复杂、尺寸精度较高少废料沿冲件部分外形有搭边较高较好较高某些尺寸精度不高无废料无搭边废料高不易保证最低结构形状有要求，应用受限。冲裁模设计排样方式a)有废料排样b)少废料排样c)、d)无废料排样冲裁模设计

3.

搭边

概念：排样中两相邻零件间或零件与条料边缘间的余料。

作用：补偿定位误差，保持条料刚度，保证零件质量，送料方便。

搭边值的确定：具体数值参考教材。

4.

步距

概念：条料在模具上每次送进的距离（简称步距或进距）。每个步距可冲出一个或几个零件。计算方法：条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。每次只冲一个零件的步距s的计算公式为：冲裁模设计

条料宽度：5.

条料宽度与导料板距离的计算（1）导料板间有侧压装置或用手将条料紧贴单边导料板（导料销）时导料板之间的距离：冲裁模设计（2）导料板之间无侧压装置时导料板之间的距离：

条料宽度：冲裁模设计（3）用侧刃定距时条料宽度：导料板之间的距离：

冲裁模设计6.

材料利用率

概念：冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。一个步距内的材料利用率：

一张板料总的利用率：

提高材料利用率的方法：充分利用结构废料尽量减少工艺废料采用合理的排样方式合理裁剪条料冲裁模设计条料的剪裁方式a)纵裁b)横裁c)混合裁冲裁模设计7.

排样图的绘制排样图冲裁模设计根据零件形状分析其应采用单直排的排样方式，排样方式有如下两种。案例分析：确定任务一的排样方式现选用1500mm×1000mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。冲裁模设计裁成宽43.6mm、长1500mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为：裁成宽43.6mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为：裁成宽53.6mm、长1500mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为：裁成宽53.6mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为：冲裁模设计经比较第3、4种裁剪方法的材料利用率最高。考虑工人操作方便，选用第4种裁剪方式，即裁为宽53.6mm、长1000mm的条料。其具体排样图如下图所示。冲裁模设计分析：导料零件：无侧压的导料板装置条料宽度：排样方式：单直排或斜排，三种比较方案b和方案c，显然方案c的材料利用率高，所以首先排除方案b。现选用1500mm×1000mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。案例分析：确定任务二的排样方式冲裁模设计

裁成宽65mm、长1500mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为裁成宽65mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为裁成宽43mm、长1500mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为裁成宽43mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为冲裁模设计经比较，第3种裁剪方法的材料利用率最高，为保证凹模刃口强度，将搭边值人为由1.2mm增大到2.5mm，最终裁剪方式为宽43.5mm、长1500mm的条料。其具体排样图如下图所示。冲裁模设计作业：根据下发冲裁件的形状尺寸，确定排样方法并绘制排样图。冲裁模设计排样方式冲裁模设计1.

冲裁力定义：冲裁过程中凸模对板料的压力。平刃口冲裁力公式：2.

卸料力、推件力及顶件力卸料力：从凸模上卸下紧箍的料所需的力。推件力：将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力：逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。（三）冲压力计算冲裁模设计3.

压力机公称压力的确定采用弹压卸料装置和下出件方式的冲裁模时：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：

4.

降低冲裁力的方法

1）斜刃口冲裁：平直刃口改成具有一定倾斜角的斜刃口。落料时，凸模做成斜刃口，凸模做成平直刃口；冲孔时，将凸模做成斜刃口，凹模做成平直刃口。冲裁模设计3）加热冲裁加热降低材料的抗剪强度。2）阶梯凸模冲裁注：多个凸模做成不同高度。一般小直径凸模做短些。各层凸模布置尽量对称。阶梯凸模高度差H与料厚关系：当t<3mm

时，H＝t

当t>3mm

时，H=0.5t

冲裁模设计案例分析：完成任务一冲压力计算并初选压力机

冲裁力：模具采用刚性卸料装置和下出料方式，则卸料力：推件力：冲压力：

初选设备为开式压力机J23—16。冲裁模设计

冲裁力：模具采用刚性卸料装置和下出料方式，则推件力：冲压力：初选设备为开式压力机J23—35。案例分析：完成任务二冲压力计算并初选压力机冲裁模设计作业：完成下发冲裁件冲压力的计算，并初选设备。冲裁模设计冲裁模设计

1.

概念：冲裁力合力的作用点，通过滑块的中心线。

2.

意义：防止产生偏心载荷，模具歪斜，设备磨损，刃口变钝或啃刃。

3.

计算方法：（1）简单几何图形压力中心的位置对称冲件压力中心，位于冲件轮廓图形几何中心上。直线段压力中心位于直线段的中心；圆弧线段压力中心的位置如图所示，按下式计算：（四）压力中心的计算冲裁模设计（2）多凸模模具的压力中心位置按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置；建立坐标系：原点尽量取在刃口轮廓压力中心上，最好是对称中心，坐标轴线要尽量多的通过凸模刃口轮廓的压力中心；分别计算凸模刃口轮廓的压力中心及坐标位置；分别计算每一个凸模刃口轮廓的周长；据力学定理（各分力对某轴力矩之和等于某合力对同轴之矩）计算压力中心坐标。冲裁模设计建立坐标系。将刃口轮廓线按基本要素分成若干简单线段（圆弧或直线段）。并计算出各基本要素的长度。确定出各线段的重心位置，并计算出重心到轴的距离。将求得的数据代入以上公式计算。（3）复杂形状零件压力中心的确定（原理同上）冲裁模设计零件左右对称，只需计算压力中心纵坐标。建立坐标系，并将零件右半部分图形分解为9条直线，则每段直线的长度及中点的纵坐标分别为：案例分析：完成任务一压力中心的计算冲裁模设计代入公式计算得：冲裁模设计设模具压力中心的坐标点为（,0）（见图），则有案例分析：完成任务二压力中心的计算冲裁模设计作业：完成下发冲裁件压力中心的计算。冲裁模设计多凸模模具的压力中心的求解冲裁模设计压力中心计算公式冲裁模设计四、模具总体结构设计（1）简单模

在压力机的一次行程中只能完成一种工序。

1）落料模1.模具结构认识a.导向的敞开式落料模b.导板式落料模c.

导柱式弹顶落料模

2）冲孔模导柱式冲孔模斜楔式水平冲孔模冲裁模设计1）用导正销定位的级进模2）采用侧刃定距的连续模优点：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。缺点：级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。适用：大批量生产小型冲压件。

冲裁模设计（2）级进模在压力机的一次行程中，能够在模具的不同位置同时完成多道工序。1）倒装复合模2）正装复合模（3）复合模在压力机的一次行程中，能够在模具的同一位置同时完成多道工序。结构特点：有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模优点：生产率高，冲裁件的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，冲模的轮廓尺寸较小。缺点：结构复杂，制造精度要求高，成本高。应用：生产批量大、精度要求高的冲裁件。冲裁模设计2.冲裁模零件的结构组成及作用零件种类零件名称零件作用模具结构工艺零件工作零件凸模、凹模直接加工零件，使板料分离凸凹模刃口镶块定位零件定位销确定坯料在冲模中正确的位置导料销、导正销导料板、导料销侧压板、承料板侧刃压料、卸料及出件零件卸料版使冲件和废料出模，保证冲压生产顺利进行压料板顶件块推件块废料切刀冲裁模设计零件种类零件名称零件作用模具结构结构零件导向零件导柱正确保证上下模间的相对位置，保证冲压精度导套导板固定零件上、下模座承装模具零件或将模具紧固在压力机上模柄凸、凹模固定板垫板标准件及其他螺钉、销钉完成模具零件间的相互连接弹簧及其他冲裁模设计案例分析：任务一生产模具的整体结构设计模具结构：单工序落料模材料料厚：2mm卸料装置：弹性卸料定位零件：固定挡料销和导料销冲裁模设计1-下模座2-销钉3-凹模4-导料销5-橡胶6-导套7-凸模固定板8-上模座9-卸料螺钉10-模柄11-横销12-防转销13-螺钉14-垫板15-凸模16-导柱17-卸料版18-螺钉19-挡料销任务二装配图冲裁模设计模具结构：级进模材料料厚：2mm卸料装置：刚性卸料定位零件：导料板、固定挡料销和导正销案例分析：任务二模具的整体结构设计冲裁模设计1-下模座2-销钉3-凹模4-固定挡料销5-卸料板6-导正销7-落料凸模8-上模座9-螺钉10-模柄11-防转销12-销钉13-导柱14-导套15-垫板16-凸模固定板17、18-冲孔凸模19-螺钉20-销钉任务一模具装配图冲裁模设计作业：考虑下发冲裁件生产模具的总体结构设计。冲裁模设计1-模柄2-凸模3-卸料板4-导料板5-凹模6-下模座7-定位板图1

无导向落料模冲裁模设计图2

导板式落料模1-模柄2-止动销3-上模座4-螺钉5-凸模6-垫板7-凸模固定板8-螺钉9-导板10-导料板11-承料板12-螺钉13-凹模14-圆柱销15-固定挡料销16-始用挡料销冲裁模设计冲裁模设计图3

导柱式弹顶落料模1-上模座2-卸料弹簧3-卸料螺钉4-螺钉5-模柄6-止转销7-圆柱销8-垫板9-凸模固定板10-落料凸模11-卸料板12-落料凹模13-顶件板14-下模座15-顶杆16-圆板17-螺栓18-固定挡料销19-导柱20-导套21-螺母22-橡胶23-导料销冲裁模设计1-上模座2、18-圆柱销3-导柱4-凹模5-定位圈6、7、8、15-凸模9-导套10-弹簧11-下模座12-卸料螺钉13-凸模固定板14-垫板16-模柄17-止动销19、20-内六角螺钉

21-卸料板

冲裁模设计1-斜楔2-座板3-弹簧板4-滑块5-凸模6-凹模斜楔式水平冲孔模冲裁模设计冲裁模设计图4

用导正销定距的落料冲孔级进模1-模柄2-螺钉

3-冲孔凸模4-落料凹模5-导正销6-固定挡料销7-始用挡料销冲裁模设计冲裁模设计图5

用侧刃定距的冲孔落料级进模1-内六角螺钉2-销钉3-模柄4-卸料螺钉5-垫板6-上模座7-凸模固定板8、9、10-凸模11-导料板12-承料板13-卸料板14-凹模15-下模座16-侧刃17-侧刃挡块

冲裁模设计图6

倒装复合模1-下模座2-导柱3-弹簧4-卸料版5-活动挡料销6-导套7-上模座8-凸模固定板9-推件块10-推销11-推板12-推杆13-模柄14、16-凸模15-垫板17-凹模18-凸凹模19-固定板20-弹簧21-卸料螺钉22-导料销冲裁模设计冲裁模设计图7

正装复合模1-打杆2-模柄3-推板4-推杆5-卸料螺钉6-凸凹模7-卸料板

8-凹模9-顶件块10-带肩顶杆11-凸模

12-挡料销13-导料销冲裁模设计冲裁模设计安装固定部分基本结构：工作部分过渡段

（一）工作零件设计1.凸模图1凸模的构成五、模具零部件设计（1）常见结构、特点与固定方式常见凸模结构形式见下表：冲裁模设计结构形式简图特点及适用范围固定方式圆截面式凸模中小直径凸模工作部分成阶梯形小直径落料冲孔a直径1~8mmb直径1~15mmc直径8~30mm过渡配合（H7/m6或H7/n6）台肩固定装配后上端磨平大直径凸模大直径落料冲孔（大于30mm）刃口端面成凹坑形式。螺钉连接固定，窝座与台肩过渡配合（H7/m6或H7/n6）代替销钉。冲裁模设计结构形式简图特点及适用范围固定方式异型凸模台阶式工作部分为异型固定部分成圆形或矩形，用于形状简单的异型凸模。加防转销防转直通式等截面直通式，成形磨削和线切割加工，用于非圆形中小型件形状复杂的异型凸模横截面尺寸大用螺钉固定，尺寸小用铆接或横销吊装固定冲裁模设计结构形式简图特点及适用范围固定方式护套式凸模1.

加护套2.

用于厚料上冲小孔的场合凸模与护套间隙配合H8/h7，护套与凸模固定板间隙配合H7/h6。快换式凸模用于加工量不大，冲裁力较小，易损或需快速更换的凸模凸模与凸模固定板滑配（H7/h6），用丝塞、螺钉和弹簧将凸模紧固在固定板内，拆卸方便。冲裁模设计（2）凸模长度的计算固定卸料板弹性卸料板冲裁模设计2.凹模（1）刃口形式与特点（2）外形尺寸的计算凹模厚度：凹模壁厚：凹模长度：凹模宽度：选择模架的依据冲裁模设计刃口型式序号简图特点及应用直刃口1直通式刃口强度高，修模后尺寸不变。冲裁大型或精度要求较高的工件，装反向顶出装置，不适于推件结构。2刃口强度高，修模后刃口尺寸不变。凹模内易积存材料，间隙小时刃口直壁磨损较快。冲裁形状复杂或精度要求较高的场合。3特点与2同，其刃口下部扩大部分加工较2容易，但强度较2略差。用于形状复杂、精度要求较高的中小型冲件。4凹模硬度较低，一般为40HRC左右，可用手锤敲击刃口外侧斜面以调整冲裁间隙。冲裁薄而软的金属或非金属。冲裁模设计刃口型式序号简图特点及应用斜刃口5刃口强度差，修模后刃口尺寸略增大。凹模内不积存材料，刃口内壁磨损慢。用于冲裁形状简单、精度不高的零件。6特点同序号5，加工较5容易，用于冲裁形状较复杂精度要求较低的冲裁件。冲裁模设计（3）凹模的固定方法

图a

用螺钉、销钉固定在下模座上，图b、c是直接压入固定板（H7/r6），图c用于硬质合金模，图d是小批或快换凹模。

a）b）c）d）冲裁模设计3.凸凹模

凸凹模是复合模中的特有零件。工作面的内、外缘均为刃口，壁厚取决于冲裁件尺寸。倒装：内孔积存废料，胀力大，最小壁厚应大些;

正装：内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些.

4.凸模与凹模的镶拼结构（1）镶接与拼接

镶接常用于局部易损的结构，

拼接常用于形状复杂或大型模具。冲裁模设计镶接

拼接

冲裁模设计（2）镶拼结构设计的一般原则

1）便于加工制造，减少钳工工作量，提高模具加工精度：内形变外形；沿对称轴线分割；沿转角或尖角分割，拼块角度应大于等于90°；圆弧单独做成一块，拼接线应在离圆弧与直线的切点4~7mm的直线处；大弧线或长直线可分块，拼接线应与刃口垂直。

2）便于维修、更换与调整局部凸出或凹进部分单独做成一块。通过增减垫片或磨削接合面调整拼块间隙或中心距。

3）满足冲裁工艺要求凸模与凹模的拼接线应错开3~5mm，以免产生冲裁毛刺。

冲裁模设计（3）镶拼式凸、凹模的固定方法

平面固定法：螺钉和销钉直接固定，大型模具。（图a）

压入固定法：压入固定板孔槽，简单小型拼块。（图b）

嵌人固定法：嵌入定位螺钉紧固，中小型拼块。（图c）冲裁模设计（1）凸模：直通式凸模，横销吊装固定。（2）凹模：外形为矩形，直刃口高度为5mm，4个M8螺钉和2个φ8销钉。凹模高度：凹模壁厚：凹模的总长：凹模的宽度：

经检查螺孔与销孔间，螺孔、销孔与凹模刃口、凹模外壁间的距离均满足最小距离要求。案例分析：任务一凸、凹模结构设计冲裁模设计案例分析：任务二凸、凹模结构设计模具为级进模，冲孔凸模采用台肩固定。落料凸模为直通式，螺钉吊装固定，下部安装导正销。凹模采用整体式。凹模高度：凹模壁厚：凹模的总长：凹模的宽度：

冲裁模设计作业：完成下发冲裁件凹模周界尺寸的计算，并确定凸模的结构形式及固定方法。冲裁模设计凸模与固定板结构冲裁模设计任务一凹模结构设计冲裁模设计冲孔凸模落料凸模任务二凸模结构设计冲裁模设计任务二凹模结构设计冲裁模设计（二）定位零件

1.

概述

作用：保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。分类：导料零件——确定条料的送进方向；挡料零件——确定步距。

2.导料零件

导料板、导料销及侧压装置。材料：Q233或Q255，导向面及上、下表面的表面粗糙度应达到Ra1.6~0.8um。

3.挡料零件

固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。冲裁模设计4.

侧刃

1）原理：在条料侧边冲切一定形状缺口以确定步距。

2）结构分类：

工作端面形状：平直形和台阶形

工作断面形状：长方形、成形和尖角侧刃

3）设计要点：按冲孔模设计原则，取单面间隙。侧刃长度s=步距公称尺寸＋(0.05~0.10)mm，侧刃断面宽度B=6~10mm，侧刃制造公差，一般取0.02mm。

4）特点：定距准确可靠，送料精度和生产率较高，但材料消耗和冲裁力大。

5）应用：送料精度和生产率要求较高；不能采用上述挡料形式；工位数较多的级进模冲件侧边需由侧刃冲出一定形状。冲裁模设计5.

导正销

1）作用原理：先进人已冲孔中导正条料，保证孔与外形的位置，消除送料误差。

2）设计要点：

导入部分：圆弧或圆锥过渡，定位部分：圆柱面直径比冲孔凸模直径小0.04~0.2mm。

3）种类：

固定式：固定在凸模上其中

a用于直径小于6mm的导正孔；

b用于小于10mm的导正孔；

c用于10~30mm的导正孔；

d用于20~50mm的导正孔。活动式：装于凸模或固定板上，用于多工位自动级进模中

4）应用：级进模冲裁模设计5)冲孔凸模、导正销及挡料销之间的相互位置关系按图a方式定位时：按图b方式定位时：冲裁模设计6.

定位板和定位钉单个坯料或工序件的定位图a

外形定位图b内孔定位冲裁模设计

任务二为一套冲孔落料级进模，由于模具采用刚性卸料装置，所以其定位零件采用导料板与固定挡料销配合使用，又因为模具有两个工位，因而在第一工位安装始用挡料销，在第二工位的落料凸模上安装导正销。案例分析：任务一与任务二模具定位零件的设计任务一为一套简单模，其定位零件采用导料销（两个同侧放置）和固定挡料销配合使用，直接装于凹模上。冲裁模设计作业：确定下发冲裁件生产模具的定位零件类型。冲裁模设计零件名称导料方式常见类型应用场合导料板分别置于条料两侧整体式与刚性卸料板配合使用，用于简单模和级进模分开式与刚性卸料板或弹性卸料配合，应用较广常见导料零件冲裁模设计零件名称导料方式常见类型应用场合导料销2个同侧，前后送料位于左侧；左右送料位于后侧

固定

式应用灵活广泛，用于简单模和复合模中。活动

式冲裁模设计零件名称导料方式常见类型应用场合侧压装置

常位于一侧导料中，保证条料始终与一侧导料板贴合

簧片式结构简单，侧压力小，用于薄料弹簧式

侧压力较大，用于厚料压板式

侧压力大而且均匀，用于单侧刃的级进模中

冲裁模设计形式

简图

特点及适用范围

圆柱头固定挡料销

结构简单，制造方便，一般装在凹模上，应用广泛。

钩形头固定挡料销

制造较难，安装时需防转，但固定孔较凹模刃口更远，故刃口强度不会削弱。

常见挡料零件冲裁模设计形式

简图

特点及适用范围

回带式活动挡料销装在固定卸料板上，操作繁琐，生产效率低。常用于窄形零件。弹压式活动挡料销在弹性卸料板上，合模时挡料销被压入卸料板内，无需在凹模上开避让孔，常用于复合模中。始用挡料销仅在每个条料的第一次冲裁时使用，常用于级进模中。冲裁模设计侧刃结构冲裁模设计侧刃定位误差比较1-导料板2-侧刃挡块3-侧刃4-条料

冲裁模设计冲裁模设计固定式导正销活动式导正销（三）卸料与出件装置

1.

卸料装置（1）刚性卸料装置常见结构形式：常装于下模的凹模上。特点：结构简单，卸料力大，卸料动作可靠。应用：厚料、硬料以及工件精度要求不高的场合。设计要点：卸料板孔与凸模之间的单边间隙一般为（0.1~0.5）δ，若兼作导板，H7/h6间隙配合。卸料板一般采用Q235制造，兼作导板时宜用45钢。尺寸确定：卸料板外形尺寸与凹模周界相同，厚度取（0.8~1）凹模高度。冲裁模设计（2）弹性卸料装置常见结构形式：由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成特点：卸料力较小，卸料动作平稳，先压料后冲裁，故冲件切断面质量和平直度好。应用：软料、薄料以及冲件质量要求较高的场合。设计要点：卸料板孔与凸模之间的单边间隙一般为（0.1~0.2）δ，若兼作导板，H7/h6间隙配合。弹性卸料板在自由状态下应高出凸模刃口面0.5~1mm。卸料板的材料同刚性卸料板。尺寸确定：卸料板外形尺寸与凹模周界相同，厚度取10~15mm。冲裁模设计（3）废料切刀常见结构形式：装于下模工作原理：将废料切断成数块料。特点及应用：带凸缘拉深件的切边模大型件（使用板状毛坯）的倒装式落料模。设计要点：切刀数量视零件的形状尺寸为2~4个均布，废料切刀与凸模刃口的高度差h一般为3倍料厚。冲裁模设计2.

出件装置（1）刚性推件装置常见结构形式：打杆（装于上模）推板推杆推件块特点及应用：推件力大，且工作可靠，但不压料，多用于倒装式复合模及拉深模。设计要点：推杆一般为2~4个均布，且长短一致。推板的形状尺寸不能过大。推件块与凹模为间隙配合H8/f7，推件块与凸模之间取单边间隙0.1~0.2mm。（有时可省）冲裁模设计（2）弹性推件装置常见结构形式：类似刚性推件装置，弹性元件代替打杆。特点及应用：推件力较小，但力量均匀，推件平稳，冲压时能起压料作用，用于薄料和平面度要求较高的场合。设计要点：推件块在自由状态下应高出凹模刃口面0.2~0.5mm，其他设计要点同刚性推件装置。冲裁模设计（3）弹性顶件装置常见结构形式：装于下模，由弹顶器、顶杆和顶件块组成。特点及应用：压料，用于薄料、零件平直度要求高等不适于采用推件方式的模具中。设计要点：开模状态下顶件块应高出凹模刃口

0.2~0.5mm。合模状态下顶件块背后应留5~10mm的修模量。顶件块与凹模为间隙配合H8/f7。冲裁模设计3.

弹性元件的选用（1）选用原则

1）满足力的要求：预压力：对于弹簧

2）满足弹性元件最大许用压缩量的要求：

总压缩量不能大于所允许的最大压缩量，即

3）满足安装空间要求：所选弹性元件应有足够的安装空间。冲裁模设计

1）根据模具结构空间尺寸和卸料力的大小，初定弹簧数目

n，算出每个弹簧应承担的卸料力。

2）根据要求，选择弹簧规格，使所选弹簧的允许最大工作载荷。

3）求弹簧的预压缩量

4）校核弹簧，如满足该式说明所选弹簧合适，否则应按上述步骤重选。

5）确定弹簧安装高度，即（2）弹簧的选用步骤冲裁模设计（3）橡胶的选用步骤1）确定自由高度H0：2）确定橡胶垫的横截面积A：冲裁模设计3）确定橡胶垫的平面尺寸：

根据所需橡胶面积及形状计算其外形尺寸，如橡胶为圆形则外形尺寸为4）校核橡胶垫的自由高度Ho：

若超过1.5，应将橡胶分成若干层后，在其间垫以钢垫片。若小于0.5，应重新确定其高度。5）确定橡胶垫的安装高度冲裁模设计案例分析：任务一卸料装置的确定与计算材料较薄，料厚为0.8mm，采用弹性卸料装置，橡胶尺寸计算如下：（1）确定橡胶垫自由高度（2）确定橡胶垫的横截面积查得橡胶垫预压量在10%~15%时的单位压力为0.5Mpa，冲裁模设计（3）确定橡胶垫的平面尺寸，外形为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。避让孔尺寸为45mm×55mm，外形暂定一边长为

110mm，则另一边长为

（4）校核橡胶垫的自由高度高径比在0.5~1.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×36mm=30.6mm，取整装模高度为30mm。卸料板外形尺寸同凹模外形尺寸110mm×100mm，厚度取8mm，并用四个卸料螺钉将其和橡胶固定于上模。冲裁模设计案例分析：任务二卸料装置的确定与计算

零件材料厚度为2mm，精度要求一般故采用刚性卸料装置。卸料板外形尺寸与凹模周界相同取160mm×110mm，厚度取12mm。卸料板可直接安装于导料板上，也可与导料板做成整体结构。卸料板上面开设与零件形状一致的凸模避让孔。且与凸模留有单边间隙(0.2~0.5)mm。

冲裁模设计作业：确定下发冲裁件生产模具的卸料装置类型，并完成相关计算。冲裁模设计刚性卸料装置冲裁模设计冲裁模设计刚性推件装置冲裁模设计弹性推件装置冲裁模设计弹性顶件装置冲裁模设计冲裁模设计

1.

模架的分类与选用（四）标准模架模架滑动导向模架滚动导向模架按导向机构摩擦性质分对角导柱模架后侧导柱模架后侧导柱窄型模架中间导柱模架中间导柱圆形模架四导柱模架后侧导柱模架四导柱模架中间导柱模架对角导柱模架冲裁模设计类别模架形式主要特点应用场合滑动导向模架对角导柱模架对角线上装有一个前导柱和一个后导柱，有效区在毛坯进给方向的导套间。受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。纵向和横向送料，使用面宽，用于级进模和复合模后侧导柱模架两导柱、导套装于后侧，有效区在导套前。可冲压较宽条料。送料及操作方便。会因偏心载荷产生力矩，上模座在导柱上运动不够平稳。纵向、横向送料。适于一般精度要求的冲模，不适于大型模具。中间导柱模架左、右中心线上装有两个不同尺寸的导柱，有效区域在导套间，导向精度高，上模座在导柱上运动平稳。仅能纵向送料，常用于弯曲模和复合模。四导柱模架模架的四个角上分别装有导柱。模架受力平衡，导向精度高。高精度大型冲件，大批量生产的自动冲压冲模滑动导向模架的主要形式、特点及应用

2.

滑动导向模架主要零件的结构和设计要点

（1）模座

材料：铸铁HT200、HT250或Q235、Q255

精度要求：模座上、下表面的平行度应达公差等级为4级，上模座导套孔的轴线垂直于上模座的上表面，下模座导柱孔的轴线垂直于下模座的下表面，且垂直度公差等级一般为4级。上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在±0.02mm以下。模座的上、下表面粗糙度为Ral.6-0.8μm,在保证平行度的前提下，可允许降低为Ra3.2~1.6μm。漏料孔或排出槽冲裁模设计（2）导柱、导套

导套：

内孔开油槽，与导柱间隙配合H7/h6、H6/h5，与上模座过盈配合H7/r6，由于过盈配合装配时孔有缩小的现象，所以d0在设计加工时比d大0.5~lmm。导柱：

B型导柱两端基本尺寸相同，但公差不同。一端与导套间隙配合H7/h6，另一端与下模座过盈配合H7/r6。

A型导柱只有一个尺寸，加工方便，与上模座为基轴制过盈配合R7/h6。

冲裁模设计装配关系：

冲模闭合状态，导柱上端面与上模座上平面之间的距离不小于10~15mm；下模座下平面与导柱压入端的端面间距不小于2~3mm；导套上端面与上模座上平面间距应大于2~3mm，以便排气和出油。材料及热处理：

导柱导套均采用20钢制造，为有足够的硬度和耐磨性，采用表面渗碳处理，渗碳层厚为0.8~1.2mm，渗碳后的淬火硬度为58~62HRC。导柱的外表面和导套的内表面，淬硬后磨削，其表面粗糙度应不大于Ra.0.8um（一般为R.0.2-0.lum)，其余部分为Ra1.6um。冲裁模设计（五）连接与紧固零件1.模柄

（1）作用：将上模固定在压力机滑块上。

（2）要求：模具的压力中心与模柄中心线重合。

（3）应用：常用于1000KN以下的中小型模具。

（4）类型及应用：（5）选用：定类型根据模具结构大小与冲件精度要求决定规格根据所选压力机模柄孔尺寸

（6）安装要求：模柄与模柄孔间隙配合H11/dll，模柄长度应小于模柄孔深度5~l0mm。冲裁模设计2.

固定板1）厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑螺钉及销钉的位置。2）凸模安装孔与凸模过渡配合H7/m6,凸模压装后端面要与固定板一起磨平。3）上、下表面应磨平，并与凸模安装孔的轴线垂直。固定板基面和压装配