冲裁工艺及模具设计

2024/3/191冲裁工艺及模具设计2024/3/192同学必需具备的基础知识：1．

塑性变形2．

塑性3．

应力4．

应力状态5．

加工硬化6．

影响金属塑性的因素2024/3/193章节2-1冲裁基本工序2-2典型冲裁模的结构分析2-3冲裁变形分析2-4冲裁间隙2-5冲裁件的工艺性2-6排样2-7凸、凹模刃口尺寸的计算2-8冲裁力与压力中心的计算2024/3/194章节2-9凸模结构设计2-10凹模结构设计2-11定位装置2-12卸料装置2-13冲模导向2-14其它冲模零件2-15冲模的磨损与寿命2-16特殊冲裁方法2024/3/1952-1冲裁基本工序

一．落料落料是在平板毛坯上沿封闭轮廓进行冲裁，冲下的是工件，其余是废料。落料常用于制备工序件。二．冲孔冲孔是在平板毛坯、落料件或其它成形件上沿封闭轮廓进行冲裁，冲下的是废料，余下的是工件。2024/3/196三．修边（切边）修边是对成形件边缘进行冲裁，以获得工件要求的形状和尺寸。四．冲槽冲槽是在板料上或成形件上冲切出窄而长的槽。冲槽的冲切轮廓不封闭。五．冲缺口冲缺口是在板料、型材或弯曲成形的工序件的侧边，冲掉一小块角形废料。冲缺口一般是为后续工作做准备。2024/3/197六．切断切断是对板料、型材、棒材、管材等沿横向进行冲切分离加工。板料的切断有三种基本形式：单边切断、双边要断、成形切断。七．切舌（切口）切舌是在板料上沿非封闭轮廓将局部材料冲切开并弯成一定角度，但不与主体分离。切舌也称为冲切成形。八．剖切剖切是将已成形的立体形状的工序件分割为两件2024/3/1982-2典型冲裁模的结构分析一.冲裁模的组成及其作用冲裁模基本结构分为上模与下模两部分，上模一般固定在压力机的滑块上，并随滑块一起运动，下模固定在压力机的工作台上。2024/3/1991.模具组成零件的分类工艺零件：工作零件、定位零件、卸料零件等。结构零件：导向零件、支承零件、紧固零件、其它零件。工作零件：凸模、凹模、凸凹模、侧刃。定位零件：挡料销、始用挡料销；导正销、定位销、定位板；导料板、导料销。2024/3/1910卸料零件：卸料板、弹性元件、卸料螺钉；打杆、推板、连接推杆、推件块；顶件块、顶杆、托板。

导向零件：导柱、导套、导板。

支承零件：上模座、下模座、固定板、垫板、模柄。

紧固零件：螺钉、销钉。

其它零件：送料零件等。2024/3/19112.模具零件的作用1）工作零件它是直接进行冲裁工件的零件，是冲模中最重要的零件。2）定位零件它是确定板料或工序件在冲模中正确位置的零件。3）压料、卸料零件这类零件起压料作用，并保证把卡在凸模上和凹模内的废料或冲件卸掉，以保证冲压工作能够继续进行。4）导向零件它能保证在冲裁过程中凸模与凹模之间间隙均匀，保证模具各部分保持良好的运动状态。2024/3/19125）支承零件它将上述各零件固定于一定的部位上或将冲模与压力机连接，它是冲模的基础零件。6）紧固零件它在冲模中起连接、定位作用。7）其它辅助零件如实现自动送料的冲模传动零件等。上述各类零件在冲裁过程中相互配合，保证冲裁工作的正常进行，从而冲出合格的冲裁件。2024/3/1913二.模具结构分析导柱式落料模结构图正装式复合冲裁模结构图正装式复合冲裁模工作过程倒装式复合模结构图倒装式复合模工作过程冲孔落料级进模结构图冲孔落料级进模工作过程二维三视图2024/3/19142-3冲裁变形分析一.冲裁变形过程二.冲裁时板料的受力分析三.冲裁时裂纹的生成与发展四.冲裁件切断面分析2024/3/1915一.冲裁变形过程

2024/3/1916冲裁变形过程弹性变形阶段塑性变形阶段断裂分离阶段2024/3/1917二.冲裁时板料的受力分析1.冲裁时板料所受的外力2024/3/19182.冲裁时变形区的应力状态2024/3/1919三.冲裁时裂纹的生成与发展凸模切入板料一定深度时，裂纹一般首先在凹模侧面靠近刃口外出现（A点处）。凸模与凹模的间隙正常时，裂纹的贯通有两种方式：2024/3/19202024/3/1921四.冲裁件切断面分析2024/3/19221.

塌角带塌角带是由于冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形(弯曲、拉伸)形成。2.

光亮带光亮带是在塑性变形过程中凸模或凹模挤压切入材料形成。光亮带与板料平面垂直，表面质量好，是检验冲裁件质量的工艺面。2024/3/19233.

断裂带断裂带是由于塑性变形终了阶段刃口附近的材料出现了微裂纹，在拉应力的继续作用下微裂纹不断扩展断裂形成，断裂带表面粗糙，带有锥度。4.

毛刺区毛刺区是在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时形成的，当凸模继续下行时，便使已形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上。2024/3/1924思考题：提高冲裁件质量的途径1.

提高冲裁件质量的实质提高冲裁件质量的实质是提高光亮带的尺寸精度，增大光亮带的宽度，缩小塌角和毛刺高度，减小冲裁件的翘曲。2024/3/19252.

提高冲裁件质量的途径

1）提高凸、凹模的制造精度，选择合理的间隙，以提高光亮带的尺寸精度。

2）减小冲裁间隙，用压料板压紧凹模面上的材料，对凸模下面材料用顶板施加反向压力，选择合理的搭边，注意润滑，以增大光亮带宽度。

3）采用合理间隙的下限值，保持模具刃口锋利，合理选择搭边，采用压料板和顶板等措施，以缩小塌角和毛刺高度，减小冲裁件的翘曲。

2024/3/19262-4冲裁模间隙一.冲裁间隙对冲裁件质量的影响二.冲裁间隙对冲裁力的影响

三.冲裁间隙对模具寿命的影响

四.冲裁模间隙值的确定2024/3/1927一.冲裁间隙对冲裁件质量的影响1．

冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响冲裁间隙合适时（Z/t=10%~20%)，冲裁时上、下刃口处产生的剪裂纹基本重合，这时光面约占板厚的1/2~1/3，切断面的塌角和毛刺高度均很小，可以满足一般的冲裁要求。2024/3/1928

冲裁间隙过小时，凸模刃口处产生的剪裂纹比合理间隙时向外错开一段距离，上、下裂纹之间的材料随冲裁的进行将被第二次剪切，这样在冲裁件上形成第二光面，在两个光面之间形成撕裂面，在端面出现比合理间隙时高的毛刺，同时冲裁件塌角小，翘曲小。电器产品上不允许出现带舌翅的冲裁件（Z/t=2%~5%)。2024/3/1929

间隙间隙过大时（Z/t>30%)，凸模刃口处产生的剪裂纹比合理间隙时向内错开一段距离，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，易产生剪裂纹，塑性变形阶段较早结束，致使断面光面减小，塌角增大，形成厚而大的拉长毛刺，冲裁件翘曲现象严重。2024/3/1930由于模具制造或装配的误差，往往造成模具间隙不均，可能在凸、凹模之间存在着间隙合适、间隙过大、间隙过小几种情况，因而将在冲裁件的整个冲裁轮廓上分布着各种情况的断面。

2024/3/19312．冲裁间隙对尺寸精度的影响

当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁后因材料的弹性回复使落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸。当间隙较小时，材料所受侧向挤压作用增大，冲裁后因材料的弹性回复使落料件尺寸大于凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸。2024/3/1932

材料的性质直接决定了该材料在冲裁过程中的弹性变形量。软材料弹性变形量小，冲裁后弹性回复值小，冲裁件的精度高；硬材料弹性变形量大，冲裁后弹性回复值大，冲裁件的精度低。冲裁件尺寸小，形状简单，则冲裁件精度高。

2024/3/1933

二.冲裁间隙对冲裁力的影响

冲裁间隙增大，冲裁力有一定程度的降低，但影响较小，单面间隙介于材料厚度的5%~20%范围内时冲裁力的降低不超过5%~10%。冲裁间隙对卸料力、推件力的影响显著，随冲裁间隙的增大，卸料力、推件力都将减小，当单面间隙增大到材料厚度的15%~25%，卸料力、推件力几乎降到零。2024/3/1934三．间隙对模具寿命的影响冲裁间隙小，则模具凸、凹模刃口部分磨损加剧，模具过早出现刃口磨钝或崩刃，模具寿命缩短，在保证冲裁件质量的前提下应适当采用较大的冲裁间隙。2024/3/1935四．冲裁模间隙值的确定1．

确定原则冲压生产中主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命来确定冲裁间隙的范围，即合理间隙。合理间隙的最小值称为最小合理间隙，合理间隙的最大值称为最大合理间隙。在设计和制造模具时采用最小合理间隙(即初始间隙)。2024/3/19362．

冲裁模间隙值的确定方法1）理论法：2024/3/1937根据上下裂纹重合的原则进行计算。Z=2c=2(t-h0)tanβ=2t(1-h0/t)tanβt—材料厚度h0—产生剪裂纹时凸模切入材料的深度h0/t—产生剪裂纹时凸模切入材料的相对深度（即塌角和光亮带宽度之和）β---剪裂纹与垂线之间的夹角

2024/3/19382）查表法：根据板料厚度和材料类型查表练习Q235材料，板厚t为1.0，则Zmin=0.1mm，Zmax=0.14mm。说明：对于尺寸精度、断面质量要求高的工件应选用较小的冲裁间隙；对于尺寸精度、断面质量要求不高的工件应选用较大的冲裁间隙，以提高模具寿命。

2024/3/19392-5冲裁件的工艺性

一.冲裁件的结构工艺性

二.冲裁件的精度和断面粗糙度

2024/3/1940一冲裁件的结构工艺性

1.冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。2.冲裁件内外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具制造，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。2024/3/19413.尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽也不宜过小。4.冲裁件的最小孔边距，为避免工件变形，孔边距不能过小。5.在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。6.冲孔时因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小。2024/3/1942二．冲裁件精度和断面粗糙度

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。如果工件要求的公差等级较高时，冲裁后采用整修或采用精密冲裁。

冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。Ra=12.5~3.2。2024/3/19432-6排样

一．排样

二．排样方法

三.搭边

四.条料宽度的计算2024/3/1944一．排样1．排样：冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理排样影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命等。2．材料的利用率：冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。它是衡量合理利用材料的指标。2024/3/1945一个步距内材料的利用率η=A/BS×100%A------------一个步距内冲裁件的实际面积B------------条料宽度S------------步距考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，则一张板料上总的材料利用率η总=nA/BL×100%A------------一个冲裁件的实际面积B------------条料宽度L------------条料长度2024/3/19463．提高材料利用率的方法冲裁所产生的废料类型结构废料：冲件的形状特点产生的冲裁废料。工艺废料：由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料所产生的冲裁废料。提高材料利用率的方法选择合适的板料规格，采用合理的裁板方法，设计合理的排样方案，以减少工艺废料，同时充分利用结构废料，以提高材料利用率。

2024/3/1947二．排样方法1．

有废料排样

2．

少废料排样

3．

无废料排样排样图2024/3/1948排样图作图步骤：1）在选定的送料方向依次画出数个工件的外轮廓，间距为纵搭边，将靠近送料端的落料轮廓画上阴影线，表示这里是冲裁工位。阴影部分它即是凹模形孔的形状，也是凸模的截面形状。其余轮廓不画阴影线，表示落料后条料上的孔的形状。2024/3/19492）在垂直送料方向上取横搭边，画出条料宽度。3）在条料头部留有纵搭边。4）标注搭边值、步距、条料宽度，并用箭头注明送料方向。2024/3/1950

排样图作图练习2024/3/19512024/3/1952排样图设计拓展2024/3/19532024/3/1954三．搭边搭边：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。搭边作用：补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；增加条料刚度，方便条料送进；提高劳动生产率，避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命(正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命提高50%以上)2024/3/1955

影响搭边值的因素：材料的力学性能、冲裁件的形状与尺寸、材料厚度、

送料及挡料方式、卸料方式。搭边值的选用2024/3/1956四．条料宽度的计算1.

无横搭边排样的条料宽度

条料宽度等于工件的宽度。2.

有横搭边排样的条料宽度

1)有侧压装置时的条料宽度：

导料板之间的距离按下式计算：

2024/3/19572)无侧压装置时条料宽度条料宽度按下式计算：导料板之间的距离按下式计算：

2024/3/19583)有定距侧刃时条料宽度条料宽度按下式计算：导料板入端导料尺寸按下式计算：导料板出端导料尺寸按下式计算：

2024/3/19592-7凸、凹模刃口尺寸的计算一.凸模与凹模刃口尺寸计算的原则

二.凸模与凹模刃口尺寸的计算方法

2024/3/1960一．凸、凹模刃口尺寸的计算原则1．落料以凹模尺寸为基准，即先确定凹模尺寸，同时落料凹模基本尺寸取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。落料凸模基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙。2024/3/19612．冲孔以凸模尺寸为基准，即先确定凸模尺寸，同时冲孔凸模基本尺寸取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙。2024/3/1962二.凸模与凹模刃口尺寸的计算方法1．

按公差法即分别加式法确定凸、凹模刃口尺寸δT≤0.4(Zmax-Zmin)δA≤0.6(Zmax-Zmin)2024/3/1963几点说明：工件精度IT10以上，x=1，工件精度IT11~IT13，x=0.75，工件精度IT14，x=0.5。采用凸、凹模分开加工时，分别标注凸、凹刃口尺寸与制造公差，制造公差必须满足下列条件：δT+δA≤(Zmax-Zmin)。适用范围：圆形或简单规则形状工件的凸、凹模刃口尺寸的设计计算。特点：凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。但模具的制造公差小，模具制造困难。2024/3/1964例：冲制图示垫圈，材料Q235，计算冲裁凸、凹模刃口尺寸。2024/3/1965(1)

落料2024/3/1966(2)

冲孔φ132024/3/1967练习：计算模具刃口尺寸，材料08，Z=22024/3/19682024/3/1969说明：查表确定凸、凹制造公差2024/3/19702．配作法确定凸、凹模刃口尺寸

配作法：是按设计尺寸制造出一个基准件(冲孔凸模或落料凹模)，然后根据基准件的实际尺寸按最小冲裁间隙配制另一件(冲孔凹模或落料凸模)。对于冲制复杂形状零件的模具，其凸、凹模刃口尺寸的确定通常采用配作法。2024/3/1971

落料凹模刃口的磨损变化情况;冲孔凸模刃口的磨损变化情况。2024/3/19722024/3/1973δ凹------凹模制造公差，通常δ凹=Δ/4δ凸-------凸模制造公差，通常δ凸=Δ/42024/3/1974落料用的凸模刃口尺寸则按凹模实际尺寸配制，并保证最小的冲裁间隙。在凸模图样上只标注与凹模刃口尺寸对应的基本尺寸，不标注偏差，在技术要求上注明“凸模刃口尺寸则按凹模实际尺寸配制，并保证最小的冲裁间隙”。2024/3/1975尺寸标注示例2024/3/1976冲孔用的凹模刃口尺寸则按凸模实际尺寸配制，并保证最小的冲裁间隙。在凹模图样上只标注与凸模刃口尺寸对应的基本尺寸，不标注偏差，在技术要求上注明“凹模刃口尺寸则按凸模实际尺寸配制，并保证最小的冲裁间隙”。电火花加工属于配合加工的一种工艺，制造出凸模作基准件，配制凹模。冲孔d凸=(dmin+xΔ)

落料D凸=(D凹-Zmin)=(Dmax-xΔ-Zmin)电火花线切割加工属于配合加工的一种工艺，同时加工出基准件(冲孔凸模或落料凹模)与配制件(冲孔凹模或落料凸模)。2024/3/1977例（冲裁刃口尺寸的计算）2024/3/19782-8冲裁力与压力中心的计算一．冲裁方式

1．

固定卸料顺出件

固定式卸料装置的结构如图所示。卸料板仅起卸料作用，凸模与卸料板的双边间隙取决于板料厚度，一般在0.2~0.5mm之间。

固定卸料板的卸料力大，卸料可靠，用于冲裁板料较厚(大于0.5mm)、卸料力较大、平直度要求不很高的冲裁件。

2024/3/19792．

弹压卸料顺出件

生产中弹压式卸料装置的结构如图所示，弹压式卸料装置基本零件有：卸料板、弹性元件、卸料螺钉等。

弹压式卸料装置既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此质量要求较高的冲裁件冲裁或薄板冲裁宜用弹压式卸料装置。

3．

弹压卸料逆出件

2024/3/1980二．冲压力冲压力是指冲压加工过程中，压力机滑块所必须同时担负的各种压力的总和。冲裁时可能产生的压力包括冲裁力、卸料力、推件力及顶件力。模具结构不同，冲压力所包括的上述压力也有所不同。

2024/3/19811．

冲裁力曲线2024/3/1982在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入材料的深度而变化的。如图所示为Q235钢冲裁时的冲裁力变化曲线，图中OA段是冲裁的弹性变形阶段，AB段是塑性变形阶段，B点为冲裁力的最大值，在此点材料开始剪裂，BC段为断裂阶段，CD段压力主要是用于克服磨擦力和将材料由凹模内推出。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。2024/3/19832．冲裁力的计算平刃口模具冲裁，冲裁力F=KLtτb

L--------------冲裁周边长度

t---------------材料厚度

τb-------------材料抗剪强度

K------------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冲裁力修正系数，一般取K=1.3。

平刃口模具冲裁，估算冲裁力F=Ltσb

σb------------材料的抗拉强度

2024/3/19843．降低冲裁力的方法2024/3/19851）

阶梯凸模冲裁

t≤3mmH=t

t>3mmH=0.5t

阶梯凸模冲裁的冲裁力，按产生最大冲裁力的阶梯进行计算。2）

斜刃冲裁斜刃冲裁即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，则冲裁时刃口不同时切入，逐步地将材料切离，以降低冲裁力。斜刃配置的原则：落料时凸模采用平刃刃口，凹模采用斜刃刃口；冲孔时凹模采用平刃刃口，凸模采用斜刃刃口；斜刃刃口一般对称布置。2024/3/1986斜刃刃口主要参数设计3）加热冲裁加热冲裁一般只适用于厚板或表面质量及精度要求不高的零件。材料厚度t/mm斜刃刃口高度H斜刃角φ<33~102tt<5°<8°2024/3/19874．卸料力、推件力及顶件力的计算冲裁时，工件或废料从凸模上取下来所需要的力叫卸料力；从凹模内将工件或废料顺着冲裁方向推出所需要的力叫推件力；从凹模内将工件或废料逆着冲裁方向顶出所需要的力叫顶件力。

2024/3/1988

2024/3/1989

卸料力：FX=KXF

推件力：FT=nKTF

顶件力：FD=KDF

F---------------冲裁力

KX------------卸料力系数KX=0.02~0.08

KT------------推件力系数KT=0.02~0.1

KD-----------顶件力系数KD=0.03~0.15

n--------------同时卡在凹模内的冲裁件(废料)数

n=h/t

h--------------凹模洞口的直刃壁高度

t---------------板料厚度

2024/3/19905．总冲压力的计算F0=F+KX+FT+FD

压力机公称压力≥F0

2024/3/1991三．压力中心的确定压力中心：冲压力合力的作用点。模具的压力中心应该通过模柄的中心线(压力机滑块的中心线)，否则冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不到保证，从而影响冲件的质量和降低模具寿命甚至损坏模具。压力中心确定方法解析法、作图法、悬挂法2024/3/1992X0=Y0＝解析法确定压力中心2024/3/1993Li——冲裁单元的周边长度xi、yi——冲裁单元压力中心的X、Y坐标形状简单的冲裁单元，其冲裁时的压力中心与工件的几何中心重合。冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置按下式计算：2024/3/1994例：求落料件的压力中心。2024/3/1995圆弧段（5）的压力中心坐标计算如下：

各段的长度和压力中心坐标如下：l1＝30x1＝50y1＝15l2＝50x2＝25y2＝0l3＝60x3＝0y3＝30l4＝20x4＝10y4＝60l5＝47.1x5＝39.1y5＝49.12024/3/1996压力中心计算结果2024/3/19972-9凸模结构设计

一.凸模结构设计的三原则精确定位、

防止拔出、防止转动

二．圆凸模结构要素头部、头厚、头部直径、杆、连接圆角、杆直径、引导直径、刃口、刃口尺寸、过渡圆角、刃口长度、凸模总长度。2024/3/1998三．凸模结构类型（一）标准圆凸模A型圆形凸模、B型圆形凸模、C型圆形凸模（二）凸缘式凸模（三）铆装式凸模（四）直通式凸模1．

用螺钉吊装固定凸模2．

用低熔点合金或环氧树脂固定凸模3．用无机粘结剂固定凸模2024/3/1999低熔点合金：铋基Bi－Sn－Pb－Sb四元合金。

低熔点合金固定凸模有如下优点：

1）

降低了固定板的加工难度。

2）

降低了多孔冲模装配时调整间隙的困难，提高了模具的装配质量，缩短制模周期。

3）

凸模更换方便。

4）

低熔点合金的冷胀性可保证凸模工作时不松动。

低熔点合金的硬度和强度较低，一般冲裁板厚不大于2mm。（五）镶拼式凸模

2024/3/19100四．凸模长度

凸模长度根据模具结构，并考虑修磨、操作安全、装配等的需要确定。固定卸料方式凸模长度：

弹压卸料方式凸模长度：h5：预压状态下卸料橡皮厚度，h5＝（0.85－0.9）H，H为自由状态下橡皮的厚度。0.2：凸模端面缩进卸料板的距离。

2024/3/19101五．凸模的强度与刚度校核（一）凸模抗压能力校核凸模材料的许用抗压强度取决于凸模材料及热处理，T8A、T10A、Cr12MoV、GCr15等工具钢，淬火硬度为58～62HRC时，抗压强度可取(1.0～1.6)×10³Mpa。2024/3/19102（二）凸模纵向抗弯能力校核

凸模材料的弹性模量，E=2.2Mpa凸模无导向时，u=2，n＝3凸模有导向时，u=0.7，n＝32024/3/191032-10凹模结构设计一．凹模板的外形与尺寸（一）

圆形凹模板（二）

矩形凹模板凹模壁厚：从凹模刃口到凹模外边缘的最短距离。凹模有效面积：在排样图上沿着送料方向与垂直送料方向从凹模孔之间最大距离处画的矩形l×b。凹模壁厚c查表确定。凹模外形尺寸L×B的确定。2024/3/19104二．凹模板的厚度整体凹模板的厚度计算：

F：冲裁力;K1：凹模材料修正系数1～1.3;K2：凹模刃口周边长度修正系数。2024/3/19105三．凹模形孔类型两种基本类型：1.直壁型孔：全直壁型孔、阶梯形直壁型孔（钻、铣）。2.斜壁型孔2024/3/19106阶梯形直壁型孔设计参数：直刃口有效高度h、漏料孔比型孔单边扩大值b。直刃口有效高度h：t≤1mm，取h＝4～5mm，t＞1mm，取h＝6～8mm。漏料孔比型孔单边扩大值b：b＝0.5～1mm斜壁型孔的斜角：用电火花加工型孔时取α＝4′～20′，用线切割加工时取α＝1°～1.5°。2024/3/19107四．凹模板上孔壁最小尺寸针对淬火凹模板，螺孔中心到凹模板外缘尺寸：l＝2d，lmin＝1.25d；l1＝1.5d，l2＝1.13d。

销孔中心到凹模板外缘应保证最小的尺寸。

螺孔与凹模型孔及销孔之间应保证最小的尺寸。s＞2d；smin＝1.3d，smin＝1d。

2024/3/19108五．凹模的镶拼结构（一）

镶拼凹模的应用

对于大、中型的凹模或形状复杂、局部薄弱的小型凹模。（采用整体式结构将给锻造、机械加工或热处理带来困难，而且当发生局部损坏时，会造成整个凹模和报废。）

2024/3/19109（二）

拼合面设计一般原则1．

直线与直线相交的拼合面应角顶处分开。拼合面与冲裁轮廓之间的夹角α一般取90°或大于90°。

2．

直线与圆弧相切的拼合面不应在切点处，应在距切点3～5mm的直线段，大型模具可增至10mm。

2024/3/191103．大型凹模的长直线段应分成几段，使每一拼块的体积大小相近，为锻造和热处理创造有利条件。拼合面应与刃口垂直，拼合面的长度不宜过大，一般取12～20mm，以便减少精加工面。

4．

凸模和凹模均为拼块结构时，两者的拼合面不应重合，而应错开3～5mm。5．

在拼合面处，拼块之间应尽可能以凸台与凹槽相配合或以台肩相互搭接，以便增加拼块结构的稳固性。

6．

拼合面应选择在便于修磨与调整的部位，并适当减小修磨的面积。

2024/3/19111（三）镶拼式凹模的固定方法1．

压入式固定把各拼块拼合后，以过盈配合压入固定板孔内。

2．

斜楔式固定中小型拼块凹模常用的固定方法。

3．

平面式固定主要用于大型镶拼凹模。

4．

粘结剂浇注固定

2024/3/19112（四）镶拼式凹模的结构特点节约模具钢；减少铸造的困难；拼块便于加工；刃口尺寸和冲裁间隙容易控制和调整，模具精度较高，寿命较长；避免应力集中，减少或消除了热处理变形与开裂的危险；便于维修与更换已损坏或过分磨损部分，延长模具总寿命，降低模具成本；拼块尺寸要求严格，模具装配工艺较复杂。2024/3/19113六.标准圆凹模A型圆凹模、B型圆凹模2024/3/191142-11定位装置一．定位的基本概念冲压加工时，通过模具零件使条料或坯件在冲模上处于正确的位置，即冲压定位。冲压定位遵循六点定位原则。二．条料横向定位装置条料横向定位也称为导料，主要作用是保证条料的横向搭边值。2024/3/19115（一）导料板与承料板固定卸料式冲模、级进模中，条料通常采用导料板实现横向定位。1．

导料板长度2．

导料板宽度3．

导料板高度依据板料厚度选取。2024/3/191164．

承料板长度5．

承料板宽度自动送料时无自动送料时6．

承料板厚度2～3mm（二）导料销在复合模中，条料通常采用导料销进行导料。顺装式复合模多用固定式导料销，倒装式复合模多用弹顶式导料销。导料销一般设两个，并位于条料的同一侧。从右向左送料时，导料销装在前侧，从后向前送料时，导料销装在左侧。2024/3/19117（三）侧压装置条料宽度公差较大，为避免条料在导板中偏摆，使最小搭边得到保证，应在送料方向的一侧装侧压装置，迫使条料始终紧靠另一侧导料板。弹簧式侧压装置：侧压力较大，宜用于较厚板料的冲裁模。簧片式侧压装置：侧压力较小，宜用于板料厚度为0.3~1mm的薄板冲裁模。板料厚度在0.3mm以下的薄板不宜用侧压装置。

2024/3/19118条料纵向定位也称为挡料。（一）固定挡料（二）活动挡料销（三）回带式挡料（四）始用挡料销

（五）侧刃与侧刃挡块侧刃即定距凸模，在级进模中广泛应用。侧刃的工作尺寸：宽度三．条料纵向定位装置2024/3/19119侧刃结构台阶型多用于厚度为1mm以上板料冲裁。长方形侧刃用于板料厚度小于1.5mm，冲裁件精度要求不高的送料定距。成形侧刃用于板料厚度小于0.5mm，冲裁件精度要求较高的送料定距。侧刃定距误差分析侧刃凹模按侧刃实际尺寸配制，留单边间隙。侧刃数量可以是一个，也可以两个。两个侧刃可以在条料两侧并列布置，也可以对角布置。对角布置能够保证料尾的充分利用。2024/3/19120（六）导正销1．导正销的作用与设置

导正销作用：消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差，保证孔与外形相对位置公差的要求。导正销主要用于级进模或单工序模。导正销通常与挡料销配合使用，也可以与侧刃配合使用。2024/3/19121

导正销的类型导正销主要尺寸：导正销直径一般应大于2mm。导正销的头部由圆锥形的导入部分和圆柱形的导正部分组成。挡料销与导正销的位置关系推式挡料：拉式挡料：

2024/3/19122四．定位板和定位销

定位板和定位销是作为单个坯料或工序件的定位。定位方式：外缘定位、内孔定位2024/3/191232-12卸料装置一．固定式卸料装置卸料板仅起卸料作用，凸模与卸料板的双边间隙取决于板料厚度，一般在0.2~0.5mm之间。卸料板兼起导板作用，按H7/h6配合制造，但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹模之间的间隙。固定卸料板的卸料力大，卸料可靠，用于冲裁板料较厚(大于0.8mm)、卸料力较大、平直度要求不很高的冲裁件冲裁。2024/3/19124二．弹压式卸料装置弹压式卸料装置基本零件：卸料板、弹性元件、卸料螺钉等。弹压式卸料装置作用：冲裁之前的压料作用、冲裁之后的卸料作用。弹压式卸料装置应用于质量要求较高的冲裁件冲裁或薄板冲裁。模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.2~0.5mm。2024/3/19125三．弹性元件的选用与计算1．

弹簧的选用与计算

1）

初步确定弹簧个数n：2～4个

2）

根据总卸料力Fx和初步确定弹簧个数n，算出每个弹簧的预压力Fy：

3）根据预压力Fy初选弹簧规格，使极限工作压力Fj＝（1.5～2）Fy

4）根据弹簧压力与其压缩量成正比特性，按下式计算弹簧的预压缩量hy：

2024/3/191265）检查所选弹簧是否合适，使弹簧工作时的总压缩量h不超过弹簧允许的极限工作负荷下的压缩量hj：

hx＝t+1hm＝4～10mm

2024/3/19127

2．

橡胶块的选用与计算1）

橡胶块的品种的选择2）

橡胶块高度的确定

橡胶块的极限压缩率：对于硬度为邵氏60～75A的合成橡胶，可取35％～45％，对于硬度为邵氏70～80A的聚氨酯橡胶，则需小于35％。

2024/3/19128

橡胶块的预压缩率：对于硬度为邵氏60～75A的合成橡胶，可取10％～15％，对于硬度为邵氏70～80A的聚氨酯橡胶，可取10％。hg

＝t+1。2024/3/191293）

橡胶块截面尺寸的计算

4）橡胶块高度的校核

0.5≤H/D≤1.5

2024/3/19130四．卸料螺钉及其设置1

．

卸料螺钉长度的确定

h2：模座沉孔处实体厚度，对于铸铁模座，h2≥d；对于钢板模座，h2≥0.75d。

2024/3/191312

．

模座沉孔深度的计算

hx＝t+1hm＝4～10mm标记示例：卸料螺钉10×60（直径d为10mm，长度为60mm，头部螺纹为M8）。2024/3/19132五．刚性推件装置1．刚性推件装置的构成基本零件有：打杆、推板、连接推杆、推件块等。2．推件横梁2024/3/191332-13冲模的导向一．无导向冲裁

（一）

无导向冲裁的条件

在凸模与凹模单面间隙调整均匀的条件下，其值应不小于压力机滑块的导向精度，以保证不发生啃模现象；单面间隙允许的波动值，应不小于压力机滑块的导向精度，以保证冲裁件断面质量。

板厚t＜0.5mm时，不宜采用无导向冲裁。

2024/3/19134（二）

无导向冲裁的应用

在板厚大于0.8～1mm，精度要求不高，生产批量较小的落料、冲孔等单工序生产中，可以采用无导向冲裁模。

2024/3/19135二．导板导向（一）

导板导向的特点

将固定卸料式模具的固定卸料板与凸模制成小间隙配合，一般为H7/h6，称为导板。导板型孔按凸模刃口尺寸配作。导板功用：导向作用、卸料作用。

导板导向式冲裁模使用安全。

（二）

导板导向的应用

适于板料厚度大于0.8mm，形状较简单的落料加工。

2024/3/19136三．模架导向（一）

模架导向的特点

普通模架由导柱、导套、上模座、下模座组成。

模架导向能保证上、下模的导向精度，能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，使冲裁件的质量比较稳定，使模具的安装调整比较容易。

2024/3/19137（二）

模架的类型及应用按导柱不同的位置，模架分为如下四种类型：

1．

中间导柱模架适用于单工序模和工位少的级进模。

2．

后侧导柱模架 适用于横向送料，大件边缘冲裁。

3．

对角导柱模架 适用于各种冲裁模。

4．

四角导柱模架 适用于要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模，以及同时要求模具寿命很高的多工位级进模。

2024/3/19138按导柱与导套配合性质的不同，模架分为如下两种形式：

1．

导柱导套滑动导向模架

导柱导套小间隙配合。导柱导套H6/h5配合为一级模架，导柱导套H7/h6配合为二级模架。

导柱、导套与模座均为H7/r6的过盈配合。

导套压入段的内孔直径比配合段大1mm，不与导柱相配合。

导柱、导套的配合间隙应小于单面冲裁间隙。当双面冲裁间隙不超过0.03mm时，可选用一级模架，双面冲裁间隙超过0.03mm时，可选用二级模架。对于硬质合金模和工位较多的级进模，应选用一级模架。2024/3/19139模具处于闭合位置时，导柱上端面与上模座的上平面应留10～15mm的距离；导柱下端面与下模座下平面应留2～5mm的距离。导套与上模座上平面应留不小于3mm的距离，同时上模座开横槽，以便排气。2．

导柱导套滚动导向模架导向精度高，寿命长。适用于高速冲模、薄料（t＜0.5mm）无间隙冲裁、精密冲裁、硬质合金模及其它精密冲模。（钢球与导柱、导套之间形成过盈0.01～0.02mm过盈量的无间隙配合。）

2024/3/19140四．其它导向装置

（一）

导向板导向

（二）

导向块导向

（三）

背靠块导向

2024/3/191412-14其它冲模零件一．

模柄的类型及选择

中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。

模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。

要求：模柄要与压力机滑块上的模柄孔、上模正确配合，安装连接可靠。

2024/3/191421．旋入式模柄

旋入式模柄是通过螺纹与上模座连接，并加销钉以防松动，主要用于中、小型有导柱的模具上。2．压入式模柄

压入式模柄固定段与上模座孔以H7/m6配合并加销钉以防转动，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔或上模比较重的场合。3．凸缘模柄

在上模座加工出容纳模柄大凸缘的沉孔，与凸缘为H7/h6配合，模柄是用3~4个螺钉紧固于上模座，主要用于大型模具或上模座中开设推板孔的中、小型模具。

2024/3/191434．浮动模柄

浮动模柄通过弧形压板与上模座连接，凹球面模柄和凸球面垫块传递压力机的压力，削除压力机导向误差对模具导向精度的影响，主要用于硬质合金模等精密导柱模。

2024/3/19144二．凸模固定板凸模固定板作用是将凸模、凸凹模连接固定在正确位置上。

凸模固定的外形与尺寸通常与凹模板相同，厚度为凹模板的0.8～1倍。一般情况下，凸模固定板与凸模固定段为过渡配合：H7/n6、H7/m6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平；弹压导板式模具，浮动凸模与固定板采用间隙配合；对于用螺钉吊装的直通式凸模，要求型孔按凸模实际尺寸配作成M7/h6；对于用低熔点合金、环氧树脂及胶粘法固定的凸模，型孔尺寸按相应凸模尺寸适当放大周边间隙来确定。

2024/3/19145

三．垫板垫板作用是直接承受凸模的压力，以防模座被凸模头部压陷，从而影响凸模的正常工作。垫板的平面形状与尺寸与固定板相同，厚度为6～10mm。四．紧固件

紧固件（螺钉、销钉）在冲模中起紧固定位作用。螺钉一般选用内六角螺钉，销钉常用圆柱形销钉。

2024/3/19146五．模具总体设计尺寸关系图2024/3/191472-15冲模的磨损与寿命一．模具寿命的评定

1．模具不正常失效的类型：

凸模或凹模材料锻造、热处理不当产生隐性裂纹，出现早期断裂或局部崩裂。（断裂面陈旧）

模具调整不当、送料不到位等操作原因造成凸模或凹模的断裂或崩刃。（断裂面崭新）2024/3/191482．模具寿命的评定评定模具寿命，应排除模具的不正常失效，只讨论由于凸、凹模刃口正常磨损造成的模具失效问题。

刃口因磨损而变钝后，将使冲裁件的质量全面变坏。毛刺高度增大，落料件尺寸增大，冲孔件尺寸减小，冲件翘曲不平。

模具刃口磨钝后，裂纹生成的起点更加远离刃尖，结果造成冲裁件毛刺增大。凸模刃口变钝，落料件毛刺将增大。凹模刃口变钝，冲孔件毛刺将增大。

2024/3/19149毛刺高度h随冲裁次数n的变化规律大致可分为三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、异常磨损阶段。（毛刺高度变化：明显——稳定——明显）刃口磨钝的凸、凹模，可通过刃磨，使刃口恢复锋利。刃磨就是将刃口变钝部分磨掉。凸模长度或凹模厚度的减小量即为刃磨量，一般刃磨量应不超过0.3～0.4mm。刃磨应当在正常磨损阶段内及时进行。刃磨寿命是指两次刃磨之间的冲裁次数。刃磨寿命决定于对冲裁件的质量要求，通常是限定毛刺高度达到某一极限值。对于冲裁后直接使用的一般冲裁件，毛刺高度允许值为0.05～0.1mm。

模具寿命是指模具总的冲裁次数。2024/3/19150二．刃口的磨损1．

刃口的磨损机理

冲裁时刃口的摩擦条件十分恶劣：高压、高温。（刃口部分受强的压力作用，约为抗拉强度的3倍；冲裁过程生产的热量将使刃口部分产生局部高温，甚至高达再结晶温度。）

2024/3/19151刃口磨损的主要形式：附着磨损。（冲裁时，在刃口与板料的接触区，受高压与高温作用，即使有油膜也容易被破坏，而造成纯金属接触，在刃口附近出现金属的局部附着现象。当接触面相对滑动时，附着部分受到剪切，将引起刃口的磨损，称为附着磨损。）根据霍尔姆（Holm）法则，磨损量与接触压力和相对滑动距离成正比，而与模具材料的屈服应力成反比。一般情况下，材料相对于凹模的滑动距离大于与凸模的滑动距离，所以凹模刃口的磨损通常要比凸模大。

2024/3/191522．

影响刃口磨损的因素1）

冲裁间隙 小间隙，刃口磨损将增大，模具寿命较低。

例如：冲裁1.2mm厚的低碳钢板，相对冲裁间隙Z/t取10％时，刃磨寿命为1万次，相对冲裁间隙Z/t取25％时，刃磨寿命为6.8万次。2）

冲裁轮廓形状 实践证明，当冲裁件拐角处的圆角半径R小于t/4时，随R值的减小，刃磨寿命将急剧下降。一般应有R不小于t/2的圆角。

2024/3/191533）

润滑 冲裁时对刃口进行很好的润滑，能显著减小摩擦系数，能防止材料与模具接触面的附着和粘结，从而减少刃口的磨损，延长模具寿命，但增加了除油工序，另外由于润滑操作也不方便，所以冲裁时一般不进行润滑。4）

板料的种类 板料越硬，冲裁时刃口承受的压力越大，刃口的磨损越严重。材料与模具钢附着性差异，对模具刃口的磨损也有很大的差别。例如：冲软铝，由于硬度低，刃口磨损比冲低碳钢板小。冲粘性较大的不锈钢板，刃口磨损比冲低碳钢板大。

2024/3/191545）

冲裁模具

例如：模具装配不好，造成模具间隙不均匀，致使局部刃口因间隙小将严重磨损。

模具的出件方式不同，凸模进入凹模的深度不同，则凸模侧面的磨损情况亦不同。6）

压力机

静精度：压力机在不加载状态下的精度，其决定于压力机的制造精度。

动精度：压力机在加载状态下的精度，其决定于压力机的刚度。

此外，提高模具的刚度、合理选择模具材料及对模具材料进行表面强化处理等，对提高模具寿命也有重要意义。

2024/3/191552-16特殊冲裁方法一．齿圈压板精密冲裁

1．

精冲法的原理

精冲为板料创造的变形力学条件与普通冲裁有很大的不同，齿圈压板、反顶压板、小圆角的凹模（落料）、凸模（冲孔）刃口（r小于0.2mm），使冲裁轮廓周围的材料处于较强的三向压应力状态，材料的塑性得到了很大的提高，裂纹的生成得到了抑制。2024/3/19156另外精冲的冲裁间隙极小1％～2％t。精冲过程仅产生剪切变形，发生塑性流动，即板料处于纯剪状态，精冲的切断面几乎全部是光亮带。2．

精冲的工艺过程送料－压料－顶料－冲裁－卸料－顶件－取件

设备：三动专用压力机